(57)【要約】  【課題】流水発電、特に既存の水車用水路８を活用して流水発電を行なうのに好適な流水発電装置を実現する。  【解決手段】浮き台１上に二つのドラム１５，１６を配置。該二つのドラム１５，１６間に巡回ベルト１８を張架。該巡回ベルト１８に羽根板１９を取着。該羽根板１９が流水２７の力で巡回することでドラム１５，１６が回転し、これが発電機１２に伝達され発電が行なわれる。  【選択図】  図１
2006046152.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流側に配置された上流側回動体と、
下流側に配置された下流側回動体と、
前記上流側回動体及び下流側回動体間に張架された巡回体と、
該巡回体に取着され、流水のエネルギーを受けて該巡回体を巡回させる羽根板
とを備えたことを特徴とする水平式流水発電装置。
【請求項２】
上流側に配置された上流側回動体と、
下流側に配置された下流側回動体と、
前記上流側回動体及び下流側回動体間に張架された巡回体と、
該巡回体に取着され、流水のエネルギーを受けて該巡回体を巡回させる羽根板と、
反対向きに配置された二つの多段プーリー間にベルトが張架されて成り、前記上流側回動体又は下流側回動体の何れかから発電機にエネルギーを伝達する変速手段
とを備えたことを特徴とする水平式流水発電装置。
【請求項３】
前記上流側回動体又は下流側回動体のうち、少なくとも発電機へのエネルギーを出力する側の回動体の表面に、滑り止めが施されている
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水平式流水発電装置。
【請求項４】
アラミド繊維により前記滑り止めが施されている
ことを特徴とする請求項３に記載の水平式流水発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水平式流水発電装置に関し、特に、国内及び海外に多数残存する水車用水路に設置して好適な水平式流水発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境に対する認識が高まり、自然エネルギーを活用する種々の取り組みが為されている。このうち、発電に関しては、水力を利用した発電が既に開発され尽くしたということで、風力、潮力、地熱、太陽光等を利用する発電に開発の目が注がれている。
【０００３】
しかし、発明者は、水力を利用した発電が既に開発され尽つくしたというのは早計と考える。即ち、水力のうち開発され尽くしたというのは、ダムを建設し、その落差のエネルギーを利用する発電に関してである。
水のエネルギーはこれだけではない。発明者が特に注目したのは、水車用水路を流れる流水である。即ち、水車の歴史は古く、例えばヨーロッパでは１１〜１３世紀に多数の水車が設置されたそうであり、フランスだけでも９万基の水車が稼働していた。日本では、江戸時代から水車が普及していた。
【０００４】
これら水車は、その後の蒸気機関、内燃機関、電気エネルギー等の発達で、多くはその役目を終えた。しかし、水車の為の水路は、多くが現在も存在し水を流し続けている。例えばフランスでは上記９万基分の殆ど、日本では凡そ４万基分が水を流し続けている。この場合、水車小屋は人家に近いところにある。従って、その水路も当然人家の近くにある。
【０００５】
これは大きな利点である。何故なら、流水は自然河川にも当然存在する。しかし、発電に適した流速が得られる位置は、必ずしも人家のそばとは限らない。このため、発電は出来ても、それを需要家たる人家まで供給するために、電路を敷設しなければならない。これでは、採算が取れない。
この点、水車用水路は、始めから人家近くにある。従って、ここに発電装置を設置すれば、人家に簡単に電力を供給できる。
【０００６】
この場合、運搬、設置の簡便さから、流水に浮き台を浮かべ、これに水車を配置する構造が好ましい。そのような発電装置は、下記特許文献１に記載のもののほか、従来から多数提案されている。
【特許文献１】特開平５−２５６２４６号公報
【０００７】
しかし、発明者の知る限り、このような水車用水路に発電装置を設置し、発電を継続している例は無いようである。発明者はその理由を考察した。この結果、従来のこの種発電装置は、設置費用の割に発電量が小さく、採算が取れない可能性があり、これが理由で継続的には実施されていないようである、ということが判明した。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
即ち、従来の発電装置では、依然として円形の水車が使用されていた。水車が円形であると、例えば図９に示すように上掛け式とした場合に、各水受けｌに十分水が満たされずに水車が回転してしまうものであり、しかも、水受けｌが上部又は下部に位置するとき、回転軸に対する有効半径が小さいので、水のエネルギーが十分には取り出せない。
【０００９】
また、下掛け式とした場合も、流水のエネルギーを受け止めるのは、羽根板のほんの一部、例えば羽根板が１８枚あったとしたら、流水に浸かるのは、その５分の１の４枚程度であり、しかも、流水への進入時と脱出時に、羽根板が流水に正対していない為、やはり流水のエネルギーが十分には取り出せない。
【００１０】
本発明の目的は、このような課題を解決し、流水を利用して発電をする場合に、そのエネルギーを最大限に引出すことが可能で、特に、国内及び海外に多数残存している水車用水路に適用して好適な流水発電装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため請求項１の発明は、上流側に配置された上流側回動体と、下流側に配置された下流側回動体と、前記上流側回動体及び下流側回動体間に張架された巡回体と、該巡回体に取着され、流水のエネルギーを受けて該巡回体を巡回させる羽根板とを備える。
【００１２】
また、請求項２の発明は、上流側に配置された上流側回動体と、下流側に配置された下流側回動体と、前記上流側回動体及び下流側回動体間に張架された巡回体と、該巡回体に取着され、流水のエネルギーを受けて該巡回体を巡回させる羽根板と、反対向きに配置された二つの多段プーリー間にベルトが張架されて成り、前記上流側回動体又は下流側回動体の何れかから発電機にエネルギーを伝達する変速手段とを備える。
【００１３】
また、請求項３の発明は、請求項１又は請求項２にいう上流側回動体又は下流側回動体のうち、少なくとも発電機へのエネルギーを出力する側の回動体の表面に、滑り止めが施されている。
【００１４】
また、請求項４の発明は、アラミド繊維により請求項３にいう滑り止めが施されている。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によれば、巡回体に取着された羽根板が流水に正対し、しかも流水と平行に移動する。これにより、従来の円形の水車より遥かに効率良く流水のエネルギーを取り出せる。発明者の試算では、従来の円形水車の２〜３倍のエネルギーを取り出せる。しかも、流速の低い水路からでも十分なエネルギーが取り出せる。
従って、流水のあるところ、特に、人家近くに今も多数残存している水車用水路に適用すると、電路工事、水路工事等を全く要せずして、直ちに発電を開始することができ、自然に優しく、しかも安価な発電システムが実現出来る。
【００１６】
また、請求項２の発明によれば、請求項１の発明の効果に加え、ベルトの位置を変えることで、流水の速度が如何様であっても、発電機の回転数を適正に保つことが出来、設置される場所がどこであっても、そこで直ちに発電を開始できる。
【００１７】
また、請求項３の発明によれば、請求項１又は請求項２の発明の効果に加え、水に濡れることで生じやすい回動体と巡回体との間の滑りが防止され、羽根板で取り出された流水のエネルギーが全くの損失無く発電機に供給される。
【００１８】
また、請求項４の発明によれば、請求項１又は請求項２の発明の効果に加え、回動体と巡回体間の滑り止めが一層確実となり、エネルギー損失が完全に防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の詳細を、図示実施の形態例に基いて説明する。図１〜図８に実施の形態例の水平式流水発電装置５０を示す。各図に於て、１は浮き台であり、二つのフロート２，３を、桟４，５，６で結合して成る。この浮き台１は、水車用水路８の脇に打ち込まれた不図示杭に、チェーン９で係止されている。
浮き台１を係止するのはチェーンでなくとも良い。例えば樹脂や麻のロープであっても良い。針金でも構わない。水車用水路８が増水した場合、これらチェーン９等を外すことで、陸上へ簡単に移動でき、水平式流水発電装置５０の流失を防止することが出来る。
【００２０】
上流側の桟４，５の上には支承板１１が取着されており、その上に発電機１２、変速機１３が配置されている。これら発電機１２、変速機１３には透明なアクリル製カバー１４が被せられている。１５は上流側ドラム、１６は下流側ドラムであり、夫々、軸受１７を介して左右のフロート２，３に支承されている。軸受１７には密閉式ベアリングが使用されている。これにより、ベアリングへの水の侵入がなく、装置５０の耐久性が高まる。１８は巡回ベルトで、幅広のゴム帯から成り、上流側ドラム１５と下流側ドラム１６との間に張架されている。
【００２１】
巡回ベルト１８には、２０枚の羽根板１９が所定間隔で取着されている。羽根板１９の構造は図５に示される通りであり、取付けの詳細は図６に示される通りである。羽根板１９は、巡回ベルト１８に垂直である壁部２１と、その下端から延設された取付部２２及びこれらを連結するリブ２３から成る。壁部２１は、中央を峰２４として下流側に山形に屈曲されており、取付部２２に３個の鋲２６が貫通されて、巡回ベルト１８に取着されている。峰２４を下流側としたことで、流水２７の動きが確実に捉えられる。
【００２２】
また、巡回ベルト１８を用いたことにより、壁部２１が流水２７と平行に移動して行く。これにより、円形の水車に比し、長時間流水２７の動きが捉えられる。更に、この実施の形態例では、複数の羽根板１９で流水２７を捉えている。これらが相俟って、発明者の試算では、この実施の形態例の場合、従来の円形水車の約３倍のエネルギーが取り出せる。更に、壁部２１は先端の両端２８が、丸く切削されている。これで羽根板１９が流水２７に進入して行く際の抵抗が解消され、巡回ベルト１８の巡回が円滑になる。
【００２３】
変速機１３は、２個の多段プーリ３０，３１が反対方向に配置され、これにＶベルト３２が張架されて成る。多段プーリ３０，３１が取着された各回転軸の他端には、夫々通常のプーリ３３，３４（単一溝のプーリ）が取着されている。これに対応して、上流側ドラム１５及び発電機１２にも通常のプーリ３６，３７が取着されており、夫々Ｖベルト３８，３９が張架されている。これで、羽根板１９の動きが発電機１２まで伝達され、発電が行なわれる。
【００２４】
変速機１３のＶベルト３２の位置変更は簡単である。発電機は、通常、適正とされる回転数がある。流水２７の速度は設置場所によって異なるが、Ｖベルト３２の位置が容易に変えられるので、どこにでも設置出来るという利点がある。
なお、変速機の構造は、これに限られない。更には、発電機によっては、その回転数に拘らず出力電圧が一定のものもある。一旦蓄電池に蓄電して出力する形式とする場合は、発電機の回転数自体が問題にされない。このような場合は変速機は不要である。
【００２５】
上流側ドラム１５は巡回ベルト１８の動きで回動する。上流側ドラム１５、巡回ベルト１８は水に浸かっている。このためスリップを起こす可能性がある。これを未然に防止するため、上流側ドラム１５の表面には、アラミド繊維から成る紐が密着で１層巻回されている（４１）。滑り止めはアラミド繊維に限らない。例えば上流側ドラム１５の表面に、その回転軸と平行に突条を多数設けても良い。ただ、アラミド繊維の紐は摩擦抵抗が大きく、しかも巻き付けるだけで良い。従って、ここでの滑り止めとして最適である。なお、下流側ドラム１６は、単に巡回ベルト１８を緊張させているだけである。従って、スリップを心配する必要はなく滑り止めは不要である。なお、上流側ドラム１５や巡回ベルト１８の材質如何では、滑り止めを施さなくても良い場合も考えられる。例えば、上流側ドラム１５の素材を木とすれば、耐久性に多少不安はあるが、スリップは起こりにくい。
【００２６】
ここで、念の為、実施の形態例の構成と請求項の構成の関係に言及しておく。各ドラム１５，１６が各回動体に当る。巡回ベルト１８が巡回体に当る。変速機１３が変速手段に当る。他の構成は、同じ名称を使用しているので説明を略す。
回動体、巡回体は、ドラム１５，１６、巡回ベルト１８に限らない。例えば、通常の単独溝のプーリを１本の回動軸に２個づつ取着して各回動体とし、これらに夫々Ｖベルトを張架し、これら平行するＶベルトに羽根板１９を取着しても良い。
【００２７】
最後に、本発明案出の動機となった水車小屋の歴史について説明しておく。今までの記述と重複する部分もあるが、その方が理解し易いと思われるので、その侭にしておく。
水車小屋は戦前の最盛期には、農村動力用として少なくとも４万余基が稼働していたが、今尚、全国で５００基程が稼働している。水車の衰退は昭和１６年から２０年に始まり、戦後の昭和２６年から３０年にピークに達し、水車動力に代って、石油エンジン、電動モーターに代替された。
【００２８】
この現象は、日本だけではなく、ヨーロッパの先進国でも同様な傾向にあり、フランスでは１９００年以前には製粉などのために水車が９万基も稼働していたと云われている。日本の国土の広さと余り変らないフランスに日本の倍以上の水車があったというのは少々驚きである。ともかく水車を調べたお蔭で意外なことまで判って来た。
【００２９】
長い人類の歴史の中で、人は自然エネルギーを人間の持てる智恵を活かし利用して来た。その一つとして、１１〜１３世紀にかけて、ヨーロッパで水車が各地で大規模に作られるようになった。その理由はパンを常食とする、ヨーロッパの民族は小麦の製粉は欠かせない仕事であった為、人口の増加に伴う大量の製粉には、人畜の労力だけでは限界があり、自然エネルギーを有効に使うために水車を各地で大規模に作ったということである。従ってフランスだけで９万基も水車が稼働していたことも充分頷ける歴史的な事実であったということであろう。
【００３０】
水車が大規模に作られたと云うことは、水車を設置した場所には必ず、水車用に造成された水路があったことを意味する。水車と水車小屋は１００年も放置されれば、朽ち果て消滅して居っても、水路だけは殆ど残って現存している筈である。そして今は水車用として使われなくても、太古の昔から流れ続けた山からの清らかな水は、時代の変遷と歴史と農民の姿を映し出し今も流れているであろう。
【００３１】
ヨーロッパの１１〜１３世紀と云えば、ヨーロッパ大陸の諸国は殆どが農業国であった。従って水車が各地で大量に作られたということは、ほぼ同数の水路があったことの裏付けになる。そして水路に豊富な水が流れるためには、その水源となる山がなければならないが、ヨーロッパ大陸には幸い莫大な保水量を持つアルプス山脈があって（長さ７５０ｋｍ、幅２００ｋｍ）そこには氷河まであり、この巨大山脈の大半を国土とするスイス連邦と国境を接するフランスは南にピレネー山脈を擁し、スペインと国境を接する。
【００３２】
この両山脈に降った雪と雨はアルプス、ピレネーの山中から、源流となり、無数の流れをつくり夫々周辺諸国を通り、途中数多くの支流を集め中流となり本流となり、海に注ぐ。その海は北へ流れて北海へ、南へ流れて地中海、フランス北部へはドーバ海峡、西へはスペインから大西洋、ドイツ北部へはビスケー湾と北海、東へはドナウ河と合流して黒海へ向う。このように見てくると、フランスだけで９万基も水車が稼働していたということは、アルプスとピレネー山脈の両山脈を流れ出る川を利用した水車の合計が９万基もあったということで、このことから類推すれば、アルプス山脈に接する、ドイツ、チェコ、オーストリア、スロバキア、ハンガリー、イタリア等々、近隣諸国には少なくみてもフランスの３倍近くはあったであろうと推測できる。更にスペイン、ポルトガル、東ヨーロッパ、北欧諸国まで含めた全ヨーロッパではフランスの５倍あったとみれば、実に４５万基となり、日本の４万基の１１倍の水車用水路があったと考えられる。少なく見ても１０倍は間違いないと思われる。
【００３３】
これらの水車は農村の動力源として使用するため、洋の東西を問わず、全国に散在する大部分の水車は、山間部と平野の接点に多く存在し、１〜２ｍ落差のある傾斜地に水路を選定して水車小屋を設置しているので、流れの比較的水量の多い流速の早い処にあり、自然河川にない特徴を持っている。更にこれらの水路は、人の手が良く入り、整備された水路が殆どで、水路幅も１〜１．５ｍほどで、深さが大体５０ｃｍ程度、流速は０．５〜１ｍくらいが平均的流速であるから、このような水路こそ流水発電に活用すべき最良、最適の水路と言える。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
上記或いは背景技術の項で説明したとおり、本発明を案出した動機は、発明者が水車用水路の利点に着目したことにある。しかし、本発明は、水車用水路への設置に限定されない。自然河川でも電路が不要であれば採算が取れるだろうし、効率を飛躍的に向上させたので、電路が必要な立地でも設置が可能であろう。更には、農業用水、工業用水等、人工の河川、水路に対しても、本発明は適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施の形態例の水平式流水発電装置５０を示す右側面図（一部透視）。
【図２】実施の形態例の水平式流水発電装置５０を示す平面図。
【図３】実施の形態例の水平式流水発電装置５０を示す正面図。
【図４】実施の形態例の水平式流水発電装置５０を示す背面図。
【図５】羽根板１９を示し、（Ａ）は右側面図、（Ｂ）は平面図。
【図６】羽根板１９等の詳細を示す斜視図。
【図７】変速機１３の詳細を示す平面図。
【図８】Ｖベルトの詳細を示す断面図。
【図９】従来の上掛け水車の一例を示す正面図。
【符号の説明】
【００３６】
１…浮き台                              ２，３…フロート
４，５，６…桟                          ８…水車用水路
９…チェーン                          １１…支承板
１２…発電機                            １３…変速機
１４…カバー                            １５…上流側ドラム
１６…下流側ドラム                      １７…軸受
１８…巡回ベルト                        １９…羽根板
２１…壁部                              ２２…取付部
２３…リブ                              ２４…峰
２６…鋲                                ２７…流水
２８…先端の両端                        ３０，３１…多段プーリ
３２…Ｖベルト                          ３３，３４…プーリ
３６，３７…プーリ                      ３８，３９…Ｖベルト
４１…紐の層                            ５０…水平式流水発電装置
ｌ…水受け
【図１】
2006046152.tif 000003
【図２】
2006046152.tif 000004
【図３】
2006046152.tif 000005
【図４】
2006046152.tif 000006
【図５】
2006046152.tif 000007
【図６】
2006046152.tif 000008
【図７】
2006046152.tif 000009
【図８】
2006046152.tif 000010
【図９】
2006046152.tif 000011