(57)【要約】      （修正有）【課題】自然河川の川床の段差を利用してほぼ１００％の水流を発電に利用でき、河川の水量が少ない場合でも、発電を可能にする。【解決手段】川床に段差のある自然河川の下段部の川床に、両岸をコンクリートで固設し天井部を河川の上段部と同一平面とした水力発電装置１０を両岸に跨り設置してなり、底部中央に落水路２１を有しこの落水路に向けてＶ字型の落水斜面２２が形成された落水部２０と、落水斜面からの落水を受けて縦回転するラセン式水車２３と、このラセン式水車の回転軸端に接続され縦回転運動を横回転運動に変換する回転変換ギア部３０と、落水部２０の上流側に連設され回転変換ギア部３０の回転運動を伝達して発電させる発電装置３４が設置された発電室３５と、落水部２０の下流側に連設され落水を発電室３５外壁とでラセン式水車２３に誘導する下部に落水路２１と連通する放水路４１が形成された落水誘導ブロック壁４０を備えている。【選択図】図１
2011122577.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
川床に段差のある自然河川の下段部の川床に、両岸をコンクリートで固設し天井部を前記河川の上段部の川床と同一平面とした水力発電装置を両岸に跨り設置してなり、この水力発電装置は、底部中央に落水路を有しこの落水路に向けてＶ字型の落水斜面が形成された落水部と、前記落水斜面と前記落水路間に設置されこの落水斜面からの落水を受けて縦回転するラセン式水車と、このラセン式水車の回転軸端に接続され前記ラセン式水車の縦回転運動を横回転運動に変換する回転変換ギア部と、前記落水部の上流側に連設され前記回転変換ギア部の回転運動を伝達して発電させる発電装置が設置された発電室と、前記落水部の下流側に連設され落水を前記発電室外壁とで前記ラセン式水車に誘導する下部に前記落水路と連通する放水路が形成された落水誘導ブロック壁を備えていることを特徴とする自然河川発電システム。
【請求項２】
川床に段差のある自然河川の下段部の川床に、両岸をコンクリートで固設し天井部を前記河川の上段部の川床と同一平面とした水力発電装置を両岸に跨り設置してなり、この水力発電装置は、底部中央に落水路を有しこの落水路に向けてＶ字型の落水斜面が形成された落水部と、前記落水斜面と前記落水路間に設置されこの落水斜面からの落水を受けて縦回転するラセン式水車と、このラセン式水車の回転軸端に接続され前記ラセン式水車の縦回転運動を横回転運動に変換する回転変換ギア部と、前記落水部の上流側に連設され前記回転変換ギア部の回転運動を伝達して発電させる発電装置が設置された発電室と、前記落水部の下流側に連設され落水を前記発電室外壁とで前記ラセン式水車に誘導する下部に前記落水路と連通する放水路が形成された落水誘導ブロック壁を備えており、前記落水部の水平開口付近にはゴミ捕捉網板が固定されていることを特徴とする自然河川発電システム。
【請求項３】
川床に段差のある自然河川の下段部の川床に、両岸をコンクリートで固設し天井部を前記河川の上段部の川床と同一平面とした水力発電装置を両岸に跨り設置してなり、この水力発電装置は、底部中央に落水路を有しこの落水路に向けてＶ字型の落水斜面が形成された落水部と、前記落水斜面と前記落水路間に設置されこの落水斜面からの落水を受けて縦回転するラセン式水車と、このラセン式水車の回転軸端に接続され前記ラセン式水車の縦回転運動を横回転運動に変換する回転変換ギア部と、前記落水部の上流側に連設され前記回転変換ギア部の回転運動を伝達して発電させる発電装置が設置された発電室と、前記落水部の下流側に連設され落水を前記発電室外壁とで前記ラセン式水車に誘導する下部に前記落水路と連通する放水路が形成された落水誘導ブロック壁を備えており、前記落水部の水平開口上にはこの水平開口を片岸又は両岸から水平方向に開閉する開閉量の可変なスライド式の落水開口開閉蓋が設置されていることを特徴とする自然河川発電システム。
【請求項４】
川床に段差のある自然河川の下段部の川床に、両岸をコンクリートで固設し天井部を前記河川の上段部の川床と同一平面とした水力発電装置を両岸に跨り設置してなり、この水力発電装置は、底部中央に落水路を有しこの落水路に向けてＶ字型の落水斜面が形成された落水部と、前記落水斜面と前記落水路間に設置されこの落水斜面からの落水を受けて縦回転するラセン式水車と、このラセン式水車の回転軸端に接続され前記ラセン式水車の縦回転運動を横回転運動に変換する回転変換ギア部と、前記落水部の上流側に連設され前記回転変換ギア部の回転運動を伝達して発電させる発電装置が設置された発電室と、前記落水部の下流側に連設され落水を前記発電室外壁とで前記ラセン式水車に誘導する下部に前記落水路と連通する放水路が形成された落水誘導ブロック壁を備えており、前記落水部の水平開口付近にはゴミ捕捉網板が固定されるとともに、前記水平開口上には前記ゴミ捕捉網板を覆い前記落水部の水平開口を片岸又は両岸から水平方向に開閉する開閉量の可変なスライド式の落水開口開閉蓋が設置されていることを特徴とする自然河川発電システム。
【請求項５】
前記回転変換ギア部はデファレンシャルギアにより構成されている請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の自然河川発電システム。
【請求項６】
前記回転変換ギア部と前記発電装置の間には、トランスミッションが配設されている請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の自然河川発電システム。
【請求項７】
前記発電室は、自然河川の水流の直下にコンクリートボックスとして前記落水部の上流側に連設されている請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の自然河川発電システム。
【請求項８】
前記発電室の天井面と前記落水誘導ブロックの上面及び前記落水開口開閉蓋の上面は同一平面で構成されている請求項３又は請求項４に記載の自然河川発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、大小様々な自然の河川の水流エネルギーを利用して発電することが可能な自然河川発電システムの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】  ダム等による水力発電は、日本全国各地で行われているが、近年、河川の水力エネルギーを利用した水力発電技術が特許文献等で散見されている。例えば、実開昭５７−１２７８５７号（特許文献１）には、河川を部分的に堰き止め、そこにユニット式の発電装置を配置し、河川の水流エネルギーを回転運動に変換して発電する技術が開示されている。また、特開２００６−１６８９４（特許文献２）には、河川の川幅に沿って複数基の水車発電装置を配列し、これらにより水流エネルギーを変換して発電する技術も開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平５７−１２７８５７号
【特許文献２】特開２００６−１６８９４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  ところが、特許文献１の技術では、ユニット式の発電装置が河川に部分的に設置されているに留まり、また特許文献２でも水流の全てを利用するものではないため、水流の利用にロスが生じ、十分な発電が期待できないことが課題であった。また、これら特許文献の技術は、平坦な川床には適用されても、自然河川で段差のある川床には適用できないという課題も生じている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  上記課題を解決するための本発明は、以下のような特徴を有する。
すなわち第一の本発明は、川床に段差のある自然河川の下段部の川床に、両岸をコンクリートで固設し天井部を前記河川の上段部の川床と同一平面とした水力発電装置を両岸に跨り設置してなり、この水力発電装置は、底部中央に落水路を有しこの落水路に向けてＶ字型の落水斜面が形成された落水部と、前記落水斜面と前記落水路間に設置されこの落水斜面からの落水を受けて縦回転するラセン式水車と、このラセン式水車の回転軸端に接続され前記ラセン式水車の縦回転運動を横回転運動に変換する回転変換ギア部と、前記落水部の上流側に連設され前記回転変換ギア部の回転運動を伝達して発電させる発電装置が設置された発電室と、前記落水部の下流側に連設され落水を前記発電室外壁とで前記ラセン式水車に誘導する下部に前記落水路と連通する放水路が形成された落水誘導ブロック壁を備えていることを特徴とする。【０００６】  第二の発明は、川床に段差のある自然河川の下段部の川床に、両岸をコンクリートで固設し天井部を前記河川の上段部の川床と同一平面とした水力発電装置を両岸に跨り設置してなり、この水力発電装置は、底部中央に落水路を有しこの落水路に向けてＶ字型の落水斜面が形成された落水部と、前記落水斜面と前記落水路間に設置されこの落水斜面からの落水を受けて縦回転するラセン式水車と、このラセン式水車の回転軸端に接続され前記ラセン式水車の縦回転運動を横回転運動に変換する回転変換ギア部と、前記落水部の上流側に連設され前記回転変換ギア部の回転運動を伝達して発電させる発電装置が設置された発電室と、前記落水部の下流側に連設され落水を前記発電室外壁とでラセン式水車に誘導する下部に前記落水路と連通する放水路が形成された落水誘導ブロック壁を備えており、前記落水部の水平開口付近にはゴミ捕捉網板が固定されていることを特徴とする。【０００７】  また第三の発明は、川床に段差のある自然河川の下段部の川床に、両岸をコンクリートで固設し天井部を前記河川の上段部の川床と同一平面とした水力発電装置を両岸に跨り設置してなり、この水力発電装置は、底部中央に落水路を有しこの落水路に向けてＶ字型の落水斜面が形成された落水部と、前記落水斜面と前記落水路間に設置されこの落水斜面からの落水を受けて縦回転するラセン式水車と、このラセン式水車の回転軸端に接続され前記ラセン式水車の縦回転運動を横回転運動に変換する回転変換ギア部と、前記落水部の上流側に連設され前記回転変換ギア部の回転運動を伝達して発電させる発電装置が設置された発電室と、前記落水部の下流側に連設され落水を前記発電室外壁とで前記ラセン式水車に誘導し下部に前記落水路と連通する放水路が形成された落水誘導ブロック壁を備えており、前記落水部の水平開口上にはこの水平開口を片岸又は両岸から水平方向に開閉する開閉量の可変なスライド式の落水開口開閉蓋が設置されていることを特徴とする。【０００８】  また第四の発明は、川床に段差のある自然河川の下段部の川床に、両岸をコンクリートで固設し天井部を前記河川の上段部の川床と同一平面とした水力発電装置を両岸に跨り設置してなり、この水力発電装置は、底部中央に落水路を有しこの落水路に向けてＶ字型の落水斜面が形成された落水部と、前記落水斜面と前記落水路間に設置されこの落水斜面からの落水を受けて縦回転するラセン式水車と、このラセン式水車の回転軸端に接続され前記ラセン式水車の縦回転運動を横回転運動に変換する回転変換ギア部と、前記落水部の上流側に連設され前記回転変換ギア部の回転運動を伝達して発電させる発電装置が設置された発電室と、前記落水部の下流側に連設され落水を前記発電室外壁とで前記ラセン式水車に誘導し下部に前記落水路と連通する放水路が形成された落水誘導ブロック壁を備えており、前記落水部の水平開口にはゴミ捕捉網板が固定されるとともに、前記水平開口上には前記ゴミ捕捉網板を覆い前記落水部の水平開口を片岸又は両岸から水平方向に開閉する開閉量の可変なスライド式の落水開口開閉蓋が設置されていることを特徴とする。【０００９】  前記回転変換ギア部は、デファレンシャルギアにより構成するのが好ましい。デファレンシャルギアで構成することで、回転変換が確実となり、安定的な回転力を発電装置側に伝達することができる。【００１０】  また、前記回転変換ギア部と前記発電装置の間には、トランスミッションが配設されているのが好ましい。回転変換ギア部からの回転速度は、トランスミッションを通すことでさらに高まり、発電装置ではより安定的で高出力の発電をすることができる。【００１１】  また、前記発電室は、自然河川の水流の直下、すなわち川床にコンクリートボックスとして成型して前記落水部の上流側に連設するのが好ましい。発電室をこのように設けることで、水害等が発生した場合でも発電機材をこの堅牢なコンクリートボックスが防護することになり、発電中の騒音も外部に漏れることがなくなる。【００１２】  また、発電室天井と落水開口開閉蓋上面及び落水誘導ブロック壁上面は同一平面とするのが好ましい。このようにすることで、台風や大雨などの水害時に流れてくる大量の漂流物を装置上に滞らせることなくスムーズに下流側に流すことができる。
【発明の効果】
【００１３】  以上のように構成することで、自然河川の水流は落水部に入り落水斜面からの落水がラセン式水車を勢いよく縦回転させ、この縦回転運動が回転変換ギア部で横回転運動に変換され、この回転運動が発電装置を作動させることとなるので、段差のある自然河川の段差をそのまま利用して水流エネルギーを発電に利用することができる。【００１４】  また、第二の発明では、ゴミ補足網板が水流と一緒に流れてくる漂流物や流木を捕捉するので、落水時におけるラセン式水車側への損傷を防ぐことができる。また、誤って河川に落ちた人を落水部に吸い込まれる前に捕捉することもできる。【００１５】  また、第三の発明では、落水開口開閉蓋のスライド量を変えることにより、落水部への落水量を調整することができ、台風や大雨などの水害時には、これを完全に閉じ落水開口を塞ぐことで、大量の漂流物を下流側にスムーズに流すこともできる。【００１６】  さらに第四の発明では、前記第一の発明の効果に加え、ゴミ捕捉網板の効果とともに、落水開口開閉蓋との両方の効果をも奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による自然河川発電システムの第一の実施例を示す図３のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図２】図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図３】本発明による自然河川発電システムの第一の実施例を示す外観斜視図である。
【図４】本発明による自然河川発電システムの第二の実施例を示す図２と同様の簡略断面図である。
【図５】本発明による自然河川発電システムの第三の実施例を示す図２と同様の簡略断面図である。
【図６】本発明による自然河川発電システムの第四の実施例を示す図２と同様の簡略断面図である。
【図７】ラセン式水車を二基設置した場合における本発明システムの概略断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【実施例】
【００１８】  図１乃至図３には、自然河川発電システムの第一の実施例が示されている。本河川発電システムは、川床に段差のある自然河川にのみ適用され、その川床の下段部に設けられるもので、その下段部の川床及び両岸はコンクリートで固設されており、この両岸間を跨ぐように水力発電装置１０が設置されている。この水力発電装置１０は、河川上段部の水流をその天井面上に流すために天井面がコンクリート固設の両岸よりも低く設計されており、落水部２０、ラセン式水車２３、回転変換ギア部３０、発電室３５及び落水誘導ブロック壁４０よりなる。【００１９】  落水部２０は、図２に示すように、底部中央に落水路２１が形成され、この落水路２１に向けて両岸からＶ字型の落水斜面２２が形成されている。この落水斜面２２は、水流に勢いを付けラセン式水車２３に流す働きをする。なお、落水部２０の開口幅は広い方が好ましい。【００２０】  落水斜面２２と落水路２１の間には、ラセン式水車２３が縦回転自在に配設されている。ラセン式水車２３は、回転軸２３ａ周りにラセン羽２３ｂを取り付けて構成され、上下に固定された補強鉄骨２４間に、集水筒２５で囲んだ状態で、上下の回転軸受２６ａ、２６ｂを介して回転自在に取り付けられている。そして、集水筒２５の筒外空間に落水が侵入するのを防ぐとともにすべての落水をラセン式水車２３に集めるため、集水筒２５の上部周りには集水板２７が固定されている。【００２１】  回転軸２３ａの下部軸端には、回転軸受２６ｂ及びプロペラシャフト２８を介して回転変換ギア部３０が接続されている。プロペラシャフト２８は、ラセン式水車２３に掛かる振動等の負荷を回避する働きをするものである。なお、このプロペラシャフト２８を取り付けず、回転軸２３ａの下部軸端を直接回転変換ギア部３０に接続することもできる。回転変換ギア部３０は、ラセン式水車２３の縦回転運動を横回転運動に変換するもので、傘歯車構造のものでもよいが、回転変換を確実に伝達するにはデファレンシャルギアとするのが好ましい。デファレンシャルギアは２本の横回転軸を備え、一方の空回転軸３１ａは落水誘導ブロック壁４０側で回転自在に支持され、他方の動力回転軸３１ｂは発電室３５内に臨んでいる。空回転軸３１ａをそのまま利用することで、デファレンシャルギアを安定的に作動させ、ラセン式水車２３全体の動力バランスを取ることもできる。【００２２】  発電室３５内には、上記動力回転軸３１ｂに接続されたトランスミッション３２及びこのトランスミッション３２の高速回転軸３３に接続された発電装置３４が配設されている。トランスミッション３２は、動力回転軸３１ｂの回転力を受けこれを高速回転に変換して、その高速回転力を発電装置３４に伝達するためのものである。これにより、発電装置３４の出力が格段に向上する。但し、河川の規模等によっては、このトランスミッション３２を省き、動力回転軸３１ｂを直接発電装置３４に接続することも可能である。発電室３５は、落水部２０の上流側にコンクリートボックスとして連設されている。発電室３５をコンクリートボックスにすることで、水害等が発生した場合には内部の発電機材を防護することができ、発電中の騒音も外部に漏れることがなくなる。��お、これら発電装置３４等の保守、点検のため、発電室３５には出入り用のドア３６が取り付けられている。なお、符号３７は、下部の補強鉄骨２４を支持する支柱である。【００２３】  落水誘導ブロック壁４０は、落水斜面２２に入った水流を発電室３５の外壁面とで落水路２１に導くもので、下部に放水路４１が形成されている。この放水路４１は、路幅を広く設定するのが好ましく、落水路２１と連通していることで、ラセン式水車２３を通った落水は放水路４１から下流側へと流されることになる。【００２４】  以下に、第一の実施例による自然河川発電システムの作用を説明する。図３の白抜き矢印方向に流れる自然河川の水流は、落水部２０に入り、落水斜面２２により水流が強められて、水流のすべてが集水板２７によりラセン式水車２３に運ばれ、このラセン式水車２３を勢いよく縦回転させる。ラセン式水車２３の縦回転運動は、プロペラシャフト２８を介して回転変換ギア部３０であるデファレンシャルギアに伝達され横回転運動に変換される。これで動力回転軸３１ｂが横回転し、この回転運動がトランスミッション３２で高速回転に変換され、発電装置３４を高出力で作動させることとなる。これにより、河川の水量が少ない場合でも水流のほぼ１００％を発電に利用することができる。【００２５】  図４には、第二の実施例による自然河川発電システムが示されている。この実施例では、落水部２０の水平開口付近にゴミ捕捉網板４２が固定されている。このゴミ捕捉網板４２は、水流と一緒に流れて来る流木やゴミ等の漂流物を捕捉し、ラセン式水車２３側の損傷を防ぐためのものである。また、誤って河川に落ちた人の落水部２０への吸い込みを防ぐ働きもある。なお、捕捉した漂流物の回収を容易にするため、このゴミ捕捉網板４２は、落水部２０の開口水平面よりは下方に設置するのが好ましい。その他の構成及び作用は第一の実施例と同様なので説明は省略する。【００２６】  図５には、第三の実施例による自然河川発電システムが示されている。この実施例では、落水部２０の水平開口上に、この水平開口を両岸から水平方向に開閉する落水開口開閉蓋４３が設置されている。この落水開口開閉蓋４３は、水害時の増水による放水やラセン式水車２３の駆動を止めるために使用される。落水開口開閉蓋４３は、スライド可動式の左右２枚の蓋体で構成され、図示しない動力源により落水部２０の開口を中央部で完全に閉じ、又は落水部２０の開口を開放するようになっている。そして、開放時にはこれを格納するため両岸の外側地下には、格納スペース４４が設けられ、両岸には、この格納スペース４４に連設して蓋出入口４５が開設されている。落水開口開閉蓋４３は、開閉のスライド量により落水部２０への水量を調整することができる。なお、落水開口開閉蓋４３の上面と水力発電装置１０（発電室３５及び落水誘導ブロック壁４０）の天井面は同一平面、すなわち面一であることが好ましい。このように同一平面とすることで、水害時に流れてくる大量の漂流物を装置上に滞らせることなくスムーズに下流側に流すことができる。なお、落水開口開閉蓋４３は、図示は省略するが一枚の蓋体で構成し、片岸からスライドさせる構造のものでもよい。その他の構成及び作用は第一の実施例と同様なので説明は省略する。【００２７】  図６には、第四の実施例による自然河川発電システムが示されている。この実施例では、ゴミ捕捉網板４２と落水開口開閉蓋４３の双方が落水部２０の水平開口上に設けられている。そして、通常発電時には、落水開口開閉蓋４３は格納スペース４４に格納され、ゴミ捕捉網板４２が漂流物を捕捉することになる。なお、ゴミ捕捉網板４２の詳細説明は第二の実施例に、落水開口開閉蓋４３の詳細説明は第三の実施例にそれぞれ準じる。その他の構成及び作用は第一の実施例と同様なので説明は省略する。【００２８】  図７には、本発明のさらに別の実施例が示されている。この実施例では、ラセン式水車２３が二基設置されており、川幅の広い河川に適用することができる。システム全体の構造や作用、効果は第一の実施例と同一であるので、詳細説明は省略する。なお、ラセン式水車２３は、二基以上設置することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２９】  本発明による自然河川の発電システムでは、全国的に無数にあるであろうもともと段差のある自然な河川の川床や勾配が充分で段差を作り出すことが可能な川床を利用することから、この発電システムが全国規模で適用されれば、電気エネルギーの自給はもちろんのこと、このシステムの建設に携わる産業が活性化されるものと思われる。また、この発電システムから生まれる電気エネルギーは二酸化炭素を全く発生させないクリーンなエネルギーであるので、地球温暖化防止にも貢献できるであろう。さらに、この発電システムに付随する取水路を利用することで、生活用水や灌漑用水として容易に送水でき、水不足の解消や農業の活性化にも貢献するものと思われる。
【符号の説明】
【００３０】１０  水力発電装置
２０  落水部
２１  落水路
２２  落水斜面
２３  ラセン式水車
２４  補強鉄骨
２５  集水筒
２６ａ，２６ｂ  回転軸受
２７  集水板
２８  プロペラシャフト
３０  回転変換ギア部
３１ｂ  動力回転軸
３２  トランスミッション
３４  発電装置
３５  発電室
４０  落水誘導ブロック壁
４１  放水路
４２  ゴミ捕捉網板
４３  落水開口開閉蓋
４４  格納スペース
【図１】
2011122577.tif 000003
【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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【図７】
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