発電装置
【課題】 原子力発電装置のような危険性が無く、しかも火力発電のような地球環境への悪影響が無い、水力による発電装置を提供する。
【解決手段】 横断面形状が上に開いたコ字形で、河川と同じ勾配の用水路１を設け、この用水路中に河川の水流の一部が常時流れるようにすると共に、この用水路１中に、その長さ方向に沿って、水平で用水路の幅方向に延在する水車軸３と、この水車軸の外周面にその基端縁を接合させるようにして放射状に結合された複数の平板状の羽根板４、４を有する下掛け求心水車の複数を列設し、一方、用水路を流れる水流の水面１２が上記水車軸３より下方になるようにするため、用水路の始端部に絞り板１３を配設し、他方、上記下掛け求心水車の水車軸の夫々に発電機を連結する。
【解決手段】 横断面形状が上に開いたコ字形で、河川と同じ勾配の用水路１を設け、この用水路中に河川の水流の一部が常時流れるようにすると共に、この用水路１中に、その長さ方向に沿って、水平で用水路の幅方向に延在する水車軸３と、この水車軸の外周面にその基端縁を接合させるようにして放射状に結合された複数の平板状の羽根板４、４を有する下掛け求心水車の複数を列設し、一方、用水路を流れる水流の水面１２が上記水車軸３より下方になるようにするため、用水路の始端部に絞り板１３を配設し、他方、上記下掛け求心水車の水車軸の夫々に発電機を連結する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発電装置に係り、特に、原子力発電装置のような危険性が無く、しかも火力発電のような地球環境への悪影響が無い、所謂環境に優しい、水力による発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水力発電に用いられる水車には、噴流による衝動水車であるペルトン水車、水の圧力を利用する代表的な反動水車であるフランシス水車、或いはプロペラ様の羽根車であるカプラン水車等種々のものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０６−１３７２５３
【特許文献２】特開２００１−１８６６６３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した従来の水車を用いた発電装置は、特許文献１或いは２に記載されているように、概して大型で構造も複雑であり、しかも流量、流速が大きい水流でないと発電効率が悪い。
【０００５】
また、水流と水車の接触時間が短く、水流の運動エネルギー或いは位置のエネルギーを十分に抽出しないで勢いを残した水流を捨ててしまう、等未だ改良の余地がある。
【０００６】
そこで、この発明は、構造が簡単で出力トルクが大きく、しかも流速が小さい水流からでも効率良く発電できる新規な水車を用いた発電装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、河川に沿って、横断面形状が上に開いたコ字形で、河川と同じ勾配の用水路を設け、この用水路中に河川の水流の一部が常時流れるようにすると共に、この用水路中に、その長さ方向に沿って、水平で用水路の幅方向に延在する水車軸と、この水車軸の外周面にその基端縁を接合させるようにして放射状に結合された複数の平板状の羽根板を有する下掛け求心水車（以下単に水車という）の複数を列設し、一方、用水路を流れる水流の水面が上記水車軸より下方になるようにするため、用水路の始端部に絞り板を配設し、他方、上記水車の水車軸の夫々に発電機を連結したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
上記のように構成された請求項１に記載の発電装置は、用水路の側面側から見て水車軸の周りに放射状に配設された羽根板の、水車軸の中心より下方の部分を用水路の下流側に駆動するので、水車軸の中心より上方の部分が空中を空転することと相俟って、複数の水車が同時に同方向に回転して効率良く発電する。
【０００９】
また、水車を回そうとする水流、或いは水圧は広い羽根板全面に作用するので、例えばプロペラ水車等と比較して水車軸に発生する回転トルクは格段に大きい。
【００１０】
更にまた、各水車は簡単な構造で、しかも用水路中に多数配設することができるので、簡単な構成ながら大電力を取り出すことができる。
【００１１】
加えて、風力発電や太陽光発電と異なり用水路を流れる水量は夜昼にわたってほぼ一定であるから、安定して電力を取り出すことができる。
【００１２】
また、用水路の始端部に絞り板を配設し、用水路を流れる水流の水面が上記水車軸より下方になるようにしたので、大雨や台風により河川が増水したときでも水車が停まることは無い、等種々の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の発電装置の線図的縦断面図。
【図２】その横断面図。
【図３】羽根板の拡大側面図。
【図４】用水路の始端部の線図的断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
河川に沿って河川と同じ勾配の用水路を設け、この用水路中に、その長さ方向に沿って、水平で用水路の幅方向に延在する水車軸と、この水車軸の外周面にその基端縁を接合させるようにして放射状に結合された複数の平板状の羽根板を有する下掛け求心水車の複数を列設し、一方、用水路を流れる水流の水面が上記水車軸より下方になるようにするため、用水路の始端部に絞り板を配設したので、簡単な構成で大容量の発電が可能になった。
【実施例１】
【００１５】
以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１において符号１は用水路を示し、この用水路１は河川に沿って、横断面形状が上に開いたコ字形の、例えばコンクリート製の樋のような導水路で、断面積に制限は無いが平方米（平方メートル）単位が望ましい。
【００１６】
上記用水路１の下半分の部分には、矢印方向（図で左方から右方）に水流が流れている。また、この用水路は水平ではなく、河川と同じ勾配を有し、右方に向かって下がるものとする。
【００１７】
用水路１中には全体を符号２で示す水車が配設されている。図面を明瞭にするため、図１においてはこの水車は一つしか示されていないが、実際には用水路１中に多数の水車２、２が列設されている。
【００１８】
この水車２は、図１及び図２に示すように、両端を小径にした段付の水車軸３と、この水車軸３の外周面にその基端縁を接合させるようにして、複数（図示の実施例では８枚）の平板状の羽根板４、４を放射状に結合したものである。
【００１９】
上記羽根板４を水車軸に結合するには、例えば図３に示すように、その基端縁（図３で下端縁）に水車軸の外周面に隙間なく接合できる断面が円弧の一部をなす接合片５を一体に連設する。
【００２０】
そして、この接合片５の長さ方向（図３の紙面方向、あるいは羽根板４の幅方向）に沿って複数のビス穴（図示せず）を穿設し、一方、水車軸３の所定の角度位置における母線に沿って上記ビス穴に対応する複数のねじ孔（図示せず）を形成し、ビスに寄って羽根板４を水車軸に固定する。
【００２１】
同様にして水車軸の外周面の所定の角度位置に羽根板をねじ止めし、図１及び図２に示すような水車（外掛け求心水車）２を構成する。
【００２２】
なお、図示の実施例では角羽根板４の自由端縁部（図３で上端縁部）が浅い樋状に成形されているが、これは平板状にしても良い。
【００２３】
上記のように構成された水車は、図２に示すように断面矩形の水車保持枠６の一対の側板７、７に形成された図示しない軸穴に水車軸３の両端の小径部を回転可能に嵌合させるようにして、水車保持枠６に支持されている。
【００２４】
なお、上記一対の側板７、７を相互に連結するように、水車保持枠６の天板８及び基板９が側板７、７を介して相互に連結され、全体として断面矩形の水車保持枠６が形成されている。
【００２５】
なお、水車保持枠の剛性を高めるため、天板８、一対の側板７、７及び基板９を相互に結合するには、例えば、これらをＬ型ブラケットを介してねじ止めし、或いは溶接する。
【００２６】
また、水車を装着した水車保持枠６を用水路１中に固定するには、例えば、用水路底面に少なくとも３個のステンレス製のボルトを埴設し、一方、これに対応して水車保持枠の基板９に同数のボルト孔を穿設し、基板９をナットにより用水路底面にボルト止めする（図示せず）。
【００２７】
一方、側板を貫通して側板外面に突出した水車軸の小径部を、シール装置付のベアリングに嵌合させた状態で発電機１１に接続し、発電機１１からの出力を防水構造のコード線を介して図示しない制御装置に接続する。
なお、上記したシール装置付のベアリングは市販されている。
【００２８】
或いはまた、上記側板を貫通して側板外面に突出した水車軸３の小径部に第１傘歯車を装着し、鉛直軸の下端に装着され、第１傘歯車と噛み合い係合する第２傘歯車の回動を上記鉛直軸を介して用水路の水面上に配設された発電機に伝達する（図示せず）。
【００２９】
上記のように構成されたこの発明の一実施例による発電装置は、図１から明らかなように、矢印方向の水流に対し、水面１２が水車軸３の中心より下方にあるときには水車は力強く回転し、その回転は発電機１１に伝達されて発電が行われる。
【００３０】
一方、河川の増水により用水路中の水量が増大すると、水面１２が水車軸３を浸漬してその中心を越える。
【００３１】
すると、水車軸の中心より上方の水流は水車の回転にブレーキを掛ける方向に作用するから、発電の効率が落ち、水車の全体が水中に没すると水車が停止する。
【００３２】
本発明による発電装置は、増水しても水流が水車軸を浸漬しないように、用水路の始端部に絞り板１３が配設されている。
【００３３】
図示の実施例における絞り板１３は、断面矩形の用水路の天井から斜めに垂下した板状体で、その側端縁は用水路の側壁内面に接合され、下端縁は設定された水面１２に近接してこれに臨んでいる。
【００３４】
このように構成することにより、河川の増水により水面１２が上昇すると、水流の絞り板１３の下端縁を超えた部分は絞り板１３の上流側に滞留し、絞り板１３を潜った水流のみが用水路１の下流に流れていくので、絞り板より下流側の水面は設定した値に保たれる。
【００３５】
このような絞り板は、例えば温泉場における源泉を各旅館に分配する樋の流れ始めの部分に用いられており、その分配機能が確かめられている。
【００３６】
ちなみに、図示の実施例における用水路の始端部は、図４に示すように、河川の川底１４から突出し、河川の水面１５より下方に位置する取り入れ口１６を有し、この取り入れ口１６より下方の筒部は前記用水路１の始端筒部に接続されると共に、その断面積は用水路１の設定水面１２より下の水流の断面積と同じに設定されている。
【００３７】
したがって、河川の増水の始めには絞り板１３の下端縁によりこそげられた水流は絞り板１３の上流側に滞留するが、すぐにその滞留分の上方の空気が上記筒部を通って河川中に放出される結果、図４に示すように、絞り板より上流側の非圧縮性の水柱の圧力が高まるので、河川の水が取り入れ口から入り難くなる。
【００３８】
そのため、用水路１中の水面１２のレベルが設定値に保たれる。
【符号の説明】
【００３９】
１ 用水路
２ 水車
３ 水車軸
４ 羽根板
５ 接合片
６ 保持枠
７ 側板
８ 天板
９ 基板
１１ 発電機
１２ 水面
１３ 絞り板
１４ 川底
１５ 河川の水面
１６ 取り入れ口
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発電装置に係り、特に、原子力発電装置のような危険性が無く、しかも火力発電のような地球環境への悪影響が無い、所謂環境に優しい、水力による発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水力発電に用いられる水車には、噴流による衝動水車であるペルトン水車、水の圧力を利用する代表的な反動水車であるフランシス水車、或いはプロペラ様の羽根車であるカプラン水車等種々のものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０６−１３７２５３
【特許文献２】特開２００１−１８６６６３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した従来の水車を用いた発電装置は、特許文献１或いは２に記載されているように、概して大型で構造も複雑であり、しかも流量、流速が大きい水流でないと発電効率が悪い。
【０００５】
また、水流と水車の接触時間が短く、水流の運動エネルギー或いは位置のエネルギーを十分に抽出しないで勢いを残した水流を捨ててしまう、等未だ改良の余地がある。
【０００６】
そこで、この発明は、構造が簡単で出力トルクが大きく、しかも流速が小さい水流からでも効率良く発電できる新規な水車を用いた発電装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、河川に沿って、横断面形状が上に開いたコ字形で、河川と同じ勾配の用水路を設け、この用水路中に河川の水流の一部が常時流れるようにすると共に、この用水路中に、その長さ方向に沿って、水平で用水路の幅方向に延在する水車軸と、この水車軸の外周面にその基端縁を接合させるようにして放射状に結合された複数の平板状の羽根板を有する下掛け求心水車（以下単に水車という）の複数を列設し、一方、用水路を流れる水流の水面が上記水車軸より下方になるようにするため、用水路の始端部に絞り板を配設し、他方、上記水車の水車軸の夫々に発電機を連結したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
上記のように構成された請求項１に記載の発電装置は、用水路の側面側から見て水車軸の周りに放射状に配設された羽根板の、水車軸の中心より下方の部分を用水路の下流側に駆動するので、水車軸の中心より上方の部分が空中を空転することと相俟って、複数の水車が同時に同方向に回転して効率良く発電する。
【０００９】
また、水車を回そうとする水流、或いは水圧は広い羽根板全面に作用するので、例えばプロペラ水車等と比較して水車軸に発生する回転トルクは格段に大きい。
【００１０】
更にまた、各水車は簡単な構造で、しかも用水路中に多数配設することができるので、簡単な構成ながら大電力を取り出すことができる。
【００１１】
加えて、風力発電や太陽光発電と異なり用水路を流れる水量は夜昼にわたってほぼ一定であるから、安定して電力を取り出すことができる。
【００１２】
また、用水路の始端部に絞り板を配設し、用水路を流れる水流の水面が上記水車軸より下方になるようにしたので、大雨や台風により河川が増水したときでも水車が停まることは無い、等種々の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の発電装置の線図的縦断面図。
【図２】その横断面図。
【図３】羽根板の拡大側面図。
【図４】用水路の始端部の線図的断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
河川に沿って河川と同じ勾配の用水路を設け、この用水路中に、その長さ方向に沿って、水平で用水路の幅方向に延在する水車軸と、この水車軸の外周面にその基端縁を接合させるようにして放射状に結合された複数の平板状の羽根板を有する下掛け求心水車の複数を列設し、一方、用水路を流れる水流の水面が上記水車軸より下方になるようにするため、用水路の始端部に絞り板を配設したので、簡単な構成で大容量の発電が可能になった。
【実施例１】
【００１５】
以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１において符号１は用水路を示し、この用水路１は河川に沿って、横断面形状が上に開いたコ字形の、例えばコンクリート製の樋のような導水路で、断面積に制限は無いが平方米（平方メートル）単位が望ましい。
【００１６】
上記用水路１の下半分の部分には、矢印方向（図で左方から右方）に水流が流れている。また、この用水路は水平ではなく、河川と同じ勾配を有し、右方に向かって下がるものとする。
【００１７】
用水路１中には全体を符号２で示す水車が配設されている。図面を明瞭にするため、図１においてはこの水車は一つしか示されていないが、実際には用水路１中に多数の水車２、２が列設されている。
【００１８】
この水車２は、図１及び図２に示すように、両端を小径にした段付の水車軸３と、この水車軸３の外周面にその基端縁を接合させるようにして、複数（図示の実施例では８枚）の平板状の羽根板４、４を放射状に結合したものである。
【００１９】
上記羽根板４を水車軸に結合するには、例えば図３に示すように、その基端縁（図３で下端縁）に水車軸の外周面に隙間なく接合できる断面が円弧の一部をなす接合片５を一体に連設する。
【００２０】
そして、この接合片５の長さ方向（図３の紙面方向、あるいは羽根板４の幅方向）に沿って複数のビス穴（図示せず）を穿設し、一方、水車軸３の所定の角度位置における母線に沿って上記ビス穴に対応する複数のねじ孔（図示せず）を形成し、ビスに寄って羽根板４を水車軸に固定する。
【００２１】
同様にして水車軸の外周面の所定の角度位置に羽根板をねじ止めし、図１及び図２に示すような水車（外掛け求心水車）２を構成する。
【００２２】
なお、図示の実施例では角羽根板４の自由端縁部（図３で上端縁部）が浅い樋状に成形されているが、これは平板状にしても良い。
【００２３】
上記のように構成された水車は、図２に示すように断面矩形の水車保持枠６の一対の側板７、７に形成された図示しない軸穴に水車軸３の両端の小径部を回転可能に嵌合させるようにして、水車保持枠６に支持されている。
【００２４】
なお、上記一対の側板７、７を相互に連結するように、水車保持枠６の天板８及び基板９が側板７、７を介して相互に連結され、全体として断面矩形の水車保持枠６が形成されている。
【００２５】
なお、水車保持枠の剛性を高めるため、天板８、一対の側板７、７及び基板９を相互に結合するには、例えば、これらをＬ型ブラケットを介してねじ止めし、或いは溶接する。
【００２６】
また、水車を装着した水車保持枠６を用水路１中に固定するには、例えば、用水路底面に少なくとも３個のステンレス製のボルトを埴設し、一方、これに対応して水車保持枠の基板９に同数のボルト孔を穿設し、基板９をナットにより用水路底面にボルト止めする（図示せず）。
【００２７】
一方、側板を貫通して側板外面に突出した水車軸の小径部を、シール装置付のベアリングに嵌合させた状態で発電機１１に接続し、発電機１１からの出力を防水構造のコード線を介して図示しない制御装置に接続する。
なお、上記したシール装置付のベアリングは市販されている。
【００２８】
或いはまた、上記側板を貫通して側板外面に突出した水車軸３の小径部に第１傘歯車を装着し、鉛直軸の下端に装着され、第１傘歯車と噛み合い係合する第２傘歯車の回動を上記鉛直軸を介して用水路の水面上に配設された発電機に伝達する（図示せず）。
【００２９】
上記のように構成されたこの発明の一実施例による発電装置は、図１から明らかなように、矢印方向の水流に対し、水面１２が水車軸３の中心より下方にあるときには水車は力強く回転し、その回転は発電機１１に伝達されて発電が行われる。
【００３０】
一方、河川の増水により用水路中の水量が増大すると、水面１２が水車軸３を浸漬してその中心を越える。
【００３１】
すると、水車軸の中心より上方の水流は水車の回転にブレーキを掛ける方向に作用するから、発電の効率が落ち、水車の全体が水中に没すると水車が停止する。
【００３２】
本発明による発電装置は、増水しても水流が水車軸を浸漬しないように、用水路の始端部に絞り板１３が配設されている。
【００３３】
図示の実施例における絞り板１３は、断面矩形の用水路の天井から斜めに垂下した板状体で、その側端縁は用水路の側壁内面に接合され、下端縁は設定された水面１２に近接してこれに臨んでいる。
【００３４】
このように構成することにより、河川の増水により水面１２が上昇すると、水流の絞り板１３の下端縁を超えた部分は絞り板１３の上流側に滞留し、絞り板１３を潜った水流のみが用水路１の下流に流れていくので、絞り板より下流側の水面は設定した値に保たれる。
【００３５】
このような絞り板は、例えば温泉場における源泉を各旅館に分配する樋の流れ始めの部分に用いられており、その分配機能が確かめられている。
【００３６】
ちなみに、図示の実施例における用水路の始端部は、図４に示すように、河川の川底１４から突出し、河川の水面１５より下方に位置する取り入れ口１６を有し、この取り入れ口１６より下方の筒部は前記用水路１の始端筒部に接続されると共に、その断面積は用水路１の設定水面１２より下の水流の断面積と同じに設定されている。
【００３７】
したがって、河川の増水の始めには絞り板１３の下端縁によりこそげられた水流は絞り板１３の上流側に滞留するが、すぐにその滞留分の上方の空気が上記筒部を通って河川中に放出される結果、図４に示すように、絞り板より上流側の非圧縮性の水柱の圧力が高まるので、河川の水が取り入れ口から入り難くなる。
【００３８】
そのため、用水路１中の水面１２のレベルが設定値に保たれる。
【符号の説明】
【００３９】
１ 用水路
２ 水車
３ 水車軸
４ 羽根板
５ 接合片
６ 保持枠
７ 側板
８ 天板
９ 基板
１１ 発電機
１２ 水面
１３ 絞り板
１４ 川底
１５ 河川の水面
１６ 取り入れ口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
河川に沿って、横断面形状が上に開いたコ字形で、河川と同じ勾配の用水路を設け、この用水路中に河川の水流の一部が常時流れるようにすると共に、この用水路中に、その長さ方向に沿って、水平で用水路の幅方向に延在する水車軸と、この水車軸の外周面にその基端縁を接合させるようにして放射状に結合された複数の平板状の羽根板を有する下掛け求心水車の複数を列設し、一方、用水路を流れる水流の水面が上記水車軸より下方になるようにするため、用水路の始端部に絞り板を配設し、他方、上記下掛け求心水車の水車軸の夫々に発電機を連結してなる発電装置。
【請求項１】
河川に沿って、横断面形状が上に開いたコ字形で、河川と同じ勾配の用水路を設け、この用水路中に河川の水流の一部が常時流れるようにすると共に、この用水路中に、その長さ方向に沿って、水平で用水路の幅方向に延在する水車軸と、この水車軸の外周面にその基端縁を接合させるようにして放射状に結合された複数の平板状の羽根板を有する下掛け求心水車の複数を列設し、一方、用水路を流れる水流の水面が上記水車軸より下方になるようにするため、用水路の始端部に絞り板を配設し、他方、上記下掛け求心水車の水車軸の夫々に発電機を連結してなる発電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−４０５８５（Ｐ２０１３−４０５８５Ａ）
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７８７６３（Ｐ２０１１−１７８７６３）
【出願日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【出願人】（５１０２０４２１９）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【出願人】（５１０２０４２１９）
【Ｆターム（参考）】
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