(57)【要約】      （修正有）【課題】河川のような自然の水流（又は人工的に作った水流）でも充分に回転力が得られ、無駄のない効率的な回転エネルギーを発電機に伝えられるようにした水力発電設備を提供する。【解決手段】水力発電設備は、回転軸６の軸方向に沿った等配位置に、等分位置から腕片９を放射状に円形に延ばしてなる骨材８の中心孔を嵌合、固定し、該骨材８の各腕片９の先端側に、外縁に軟質部材１０を有する帯板１１を螺旋状に渡設してなる水車２と、該水車２の軟質部材１０が摺接する樋状路３を備えた基台と、前記回転軸６に連繋させた発電機５とからなることを特徴とし、樋状路３を通る水流により水車２を無駄なく回転させ、発電機５による発電を効率的に行えるように構成した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の軸方向に沿った等配位置に、等分位置から腕片を放射状に円形に延ばしてなる骨材の中心孔を嵌合、固定し、該骨材の各腕片の先端側に、外縁に軟質部材を有する帯板を螺旋状に渡設してなる水車と、該水車の軟質部材が摺接する樋状路を備えた基台と、前記回転軸に連繋させた発電機とからなることを特徴とする水力発電設備。
【請求項２】
前記水車の帯板が、水流当接面を凹曲させてなることを特徴とする請求項１に記載の水力発電設備。
【請求項３】
前記基台の樋状路が、断面半円になっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の水力発電設備。
【請求項４】
前記基台が、樋状路の高さを調整できる脚部材を備えていることを特徴とする請求項１〜３のうちの１に記載の水力発電設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、河川のような自然の水流又は人工的に作った水流を樋状路に導入し、該水流により水車（ロータ）をスライス方向に回して発電機により発電させる水力発電設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、水流により水車（ロータ）を回して発電する発電設備としては多数考えられているが、そのうちの代表的なものとして、たとえば、特開２００７−１５４８６２号公報及び特開２００９−１８５６５０号公報がある。前者のものは、回転軸の周囲に螺旋状羽根を一体に設けてなり、該螺旋状羽根を回転軸に対して勾配を、水の流入口で小さくし、流出口に向かって徐々に大きくなるようにしたものであった。これは回転軸に対する螺旋状羽根の勾配が流入口から流出口まで一様にしてないで、水の運動エネルギーが無駄に消費されることを避け、回転エネルギーを効率的に得られるようにして水車に繋いだ発電機の発電効率を高め得るようにしていた。
【０００３】
一方、後者のものは、水流方向に回転する２つの回転胴の間に、エンドレスのコンベア体を張り、該コンベア体の外表面に起伏可能な羽根部材を取り付けてなる水車を、前後方向に水流が通り抜けるように前後が開放されたトンネル体内に設置してなる。この羽根部材はトンネル体の下側を通るときは起立（体積を大きくする）してトンネル体を流通する水流の押圧を受け得るようにする一方、該羽根部材がトンネル体の上側を通る（戻り）ときはコンベア体に伏して（体積を小さくする）水流の抵抗を受け難くすることにより、前記回転胴を効率よく回して発電機の発電効率を高め得るようにしていた。
【特許文献１】特開２００７−１５４８６２号公報
【特許文献２】特開２００９−１８５６５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前者（特許文献１）は、回転軸に対する羽根が流入口から流出口まで勾配が異なっていたとしても、搬送スクリュウのような形状であり、流入口で速い水流（水圧）がないと必要な回転が得られないという難点があった。また、後者（特許文献２）は、２つの回転胴の間に渡したコンベア体の外表面に取り付けた起伏可能な羽根部材は微妙な動きをするとともに、その動きをコントロールする機械的な構造が複雑であったばかりでなく、羽根部材がトンネル体の上側を通る（戻り）ときに伏して抵抗を小さくするとはいえ回転胴の回転に大きな無駄ができた。
【０００５】
本発明は、上記問題を解消するためのもので、その目的とするところは、河川のような自然の水流（又は人工的に作った水流）でも充分に回転力が得られ、無駄のない効率的な回転エネルギーを発電機に伝えられるようにした水力発電設備を提供することにある。
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る水力発電設備は、回転軸の軸方向に沿った等配位置に、等分位置から腕片を放射状に円形に延ばしてなる骨材の中心孔を嵌合、固定し、該骨材の各腕片の先端側に、外縁に軟質部材を有する帯板を順次螺旋状に渡設してなる水車と、該水車の軟質部材が摺接する樋状路を備えた基台と、前記回転軸に連繋させた発電機とからなることを特徴とし、樋状路を通る水流により水車を無駄なく回転させ、発電を効率的に行えるように構成した。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、前記水車の帯板が、水流当接面を凹曲させてなることを特徴とし、樋状路を通る水流を帯板に抱え込ませ、低水流でも水車に強い回転力が与えられるように構成した。
【０００８】
さらにまた、請求項３に記載の発明は、前記基台の樋状路が、断面半円になっていることを特徴とし、水車に回転力を付与した水流が水車の回転抵抗になることがないように構成した。
【０００９】
さらにまた、請求項４に記載の発明は、前記基台が、樋状路の高さを調整できる脚部材を備えていることを特徴とし、河川のような自然の水流の中において、樋状路を水流導入できる高さに設置し易くなるように構成した。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る水力発電設備は、回転軸の軸方向に沿った等配位置に、等分位置から腕片を放射状に円形に延ばしてなる骨材の中心孔を嵌合、固定し、該骨材の各腕片の先端側に、外縁に軟質部材を有する帯板を順次螺旋状に渡設してなる水車と、該水車の軟質部材が摺接する樋状路を備えた基台と、前記回転軸に連繋させた発電機とからなることを特徴としているから、基台を河川のような自然の水流又は人工的に作った水流の中に設置することによって、樋状路内において作られた水流にて、水車を無駄なく効率よく、しかも、大きな（強い）回転力をもって回すことができ、大きな発電能力を継続して生み出すことができるという優れた効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発明の実施の態様を添付図面に基づいて説明する。図１は本願水力発電設備の全体の概略を示す斜視図、図２は樋状路と水車との関係を示す略示的側面図、図３は回転軸と骨材との固定状態を示す側面図、図４は軟質部材をもつ水車の回転方向と樋状路との関係を示す正面断面図、図５は軟質部材が樋状路に接触している状態の拡大断面図、図６は樋状路を水流中に設置した状態を示す基台の側面断面図である。
【００１２】
図１において、１は本願水力発電設備である。本願水力発電設備１は、水車（ロータ）２と、樋状路３を備えた基台４と、発電機５とからなる。すなわち、河川のような自然の水流（又は人工的に作った水流）の中に、基台４を設置し、その樋状路３内に河川の水流を導入し、該水流により水車２をスライス方向に回して発電機５を駆動させるようになっている。
【００１３】
前記水車２は、図２の如く、回転軸６と、該回転軸６の軸方向に沿った等配位置に固定手段７を介して固定した骨材８と、該骨材８の等分位置から放射状に円形に延びた各腕片９の先端側に、順次螺旋状に渡設（溶接又はビス止め）され、外縁に軟質部材１０を有する帯板１１とからなる。
【００１４】
前記固定手段７は、図３の如く、前記回転軸６に中心孔８ａを嵌合した骨材８を、その両サイドから前記回転軸６に嵌合した筒体７ａの鍔部７ｂで挟み込む。しかして、前記筒体７ａを回転軸６に固定（ビス止め）するとともに、骨材８を含めて鍔部７ｂ、７ｂを貫通したボルト１２にナット１２′を締め込んでいる。
【００１５】
前記帯板１１は、前記回転軸６の両端側に対向された骨材８、８の各腕片９、９間に、１８０°の螺旋角をもって渡設されている。この螺旋角は、樋状路３内を流れる水流によって水車２を、図４の如く、矢印Ａ方向に押し回す力を付与する。換言すれば、帯板１１はこれに当接する水流により押し回される方向に螺旋を描いている。
【００１６】
前記帯板１１は、その水流当接面１１ａが凹曲している。これは水車２が水流により回される方向（矢印Ａ方向）を画定し、これに対応する各骨材８の腕片９の先端側を凹曲させ、この凹曲面に帯板１１を沿わせることにより形成されている。しかして、水流当接面１１ａの凹曲により、樋状路３を通る水流が抱え込まれ、低水流でも水車２に強い回転力が与えられるようになっている。
【００１７】
前記帯板１１の外縁に支え板１３とともに固定（ビス止め）された軟質部材９は、図５の如く、前記樋状路３の内面に摺接し、樋状路３と帯板１１との間の水密性を高め、水車２に強い回転力を与える水流が有効に働くようにしている。
【００１８】
前記樋状路３は、図１及び図４の如く、平板を断面半円に曲げてなり、枠材１４を利用して組み立ててなる基台４に、円弧底面を凹状部材１５にて支持させるように取り付けられている。該樋状路３の形状を、断面半円にしたのは、仮に、樋状路３内を水流が満タンに通る場合でも、水車２にスライス方向の回転力を付与した後の余分な水流がオーバーフローして、水車２の回転にブレーキを掛けるように作動させないようにしている。もちろん、水流は樋状路３を、常に、満タン状態で流れなくてもよい。
【００１９】
前記基台４の下面には、河川のような自然の水流の中に設置するための脚部材１６を備えている。該脚部材１６は河川の上流より樋状路３に水流を導入する高さに固定するものである。通常では、図６の如く、河川の底部にコンクリートブロック１７を埋め、該ブロックから立ち上げたアンカー１８にナット止めできるようにするが、前記脚部材１６を、図１の如く、河川の深さに対応できるように伸縮手段１９を設けてもよい。
【００２０】
前記基台４の前部に設けたテーブル部２０上には、発電機５が搭載されている。該発電機５は水車２の回転軸６に連繋手段２１を介して連繋され、水車２の回転エネルギーを電気エネルギーに変換するものである。２２は発電された電気エネルギーで作動する電力作動体を示している。なお、ここに使用する発電機５は市販のものでもよい。
【００２１】
次に、本願水力発電設備の作用を具体的に説明する。今、ステンレスで直径４０ｍｍ、長さ２５００ｍｍの回転軸を作り、両端部に２５０ｍｍを残して５００ｍｍ間隔にて５個所に、８等分した位置から放射状に腕片を延ばした直径１０００ｍｍの骨材を、両端に鍔部を有する筒体を利用して固定した。この骨材の腕片の各先端側には螺旋状にステンレス製の帯板（横巾３００ｍｍ）を固定して、外縁に軟質部材を支え板の上からビス止めして水車（ロータ）を作る。ここに使用した軟質部材はゴム製の板状体で、帯板の外縁から１０ｍｍ突出させ、水車の直径を１０２０ｍｍとしている。
【００２２】
前記水車（ロータ）の軟質部材が摺接する内面を滑らかに仕上げた断面半円のステンレス製の樋状路を作り、該樋状路をステンレス製の枠材を組み立ててなる基台に凹状部材を介して支持させる。しかして、基台の前後部に前記水車の回転軸を軸支させ、基台の前部に設けたテーブル部に市販の発電機（緩い水流でも充分に発電できるものを選択している）を搭載し、回転軸と連繋回転できるようにする。この発電機には電力作動体２２として、１００Ｗの電球を１個接続した。
【００２３】
しかして、前記基台４を、青梅市を流れる多摩川の浅瀬に、図６の如く、前記樋状路の略１／２ぐらいの位置に水流ができるように固定する。これにより樋状路に導入された水流は水車をスライス方向に回し、１００Ｗの電球１個を点灯させたことで、発電機の発電能力を確認した。なお、水車（ロータ）の直径を大きくし、これに合わせて樋状路の半径を変え、さらに、相応しい発電機の選択等々によって多数の世帯の電力が賄えるようになることは確かである。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本願水力発電設備は、河川の自然な水流の中に設置して緩い水流でも充分に発電できることから、たとえば、河川から分岐させた水路に連続的して設置すれば、大きな電力が確保でき、原子力発電や火力発電に代えて自然エネルギーを利用して発電しようとする動きにマッチできる技術であり、利用可能性は高いものである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本願水力発電設備の全体の概略を示す斜視図である。
【図２】樋状路と水車との関係を示す略示的側面図である。
【図３】回転軸と骨材との固定状態を示す側面図である。
【図４】軟質部材をもつ水車の回転方向と樋状路との関係を示す正面断面図である。
【図５】軟質部材が樋状路に接触している状態の拡大断面図である。
【図６】樋状路を水流中に設置した状態を示す基台の側面断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  本願水力発電設備
２  水車
３  樋状路
４  基台
５  発電機
６  回転軸
７  固定手段
７ａ  筒体
７ｂ  鍔部
８  骨材
８ａ  中心孔
９  腕片
１０  軟質部材
１１  帯板
１１ａ  水流当接面
１２  ボルト
１２′  ナット
１３  支え板
１４  枠材
１５  凹状部材
１６  脚部材
１７  コンクリートブロック
１８  アンカー
１９  伸縮手段
２０  テーブル部
２１  連繋手段
２２  電力作動体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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