(57)【要約】【課題】原子力発電所、火力発電所、水力発電所、工場等の冷却水放水路内の水流の運動エネルギーを連続して有効に利用し効率良く水車を回転させるエネルギーを増大して水車・発電機を動作せしめることによって高出力の電力を得ることができる小水力発電システムを提供する。【解決手段】放水路内の水流を増流速水路にて増速し，増速した水流で水車を回転させて水流の運動エネルギーを回転エネルギーに変換する一次動力源系ユニットと、この回転エネルギーを動力源として二次発電系ユニットの流速加速ポンプに伝達する動力源伝達手段と、放水路内の水流を増流速水路にて増速し，その増速された水流を一次動力源系ユニットより送られた動力源により駆動される流速加速ポンプにて更に加速・加圧し，その更に加速・加圧された水流にて水車を回転させ連繋した発電機にて電力エネルギーとして取り出す二次発電系ユニットとからなる。【選択図】図１
2011043126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子力発電所、火力発電所、水力発電所、工場等の冷却水放水路を流れる水流を増速し、その増速した水流にてプロペラ水車を回転させて放水路内の水流の持つ運動エネルギーを水車の回転エネルギーに変換する一次動力源系ユニットと、この一次動力源系ユニットで得られた回転エネルギーを動力源として二次発電系ユニットの流速加速ポンプに伝達する動力源伝達手段と、この伝達された動力源にて駆動される流速加速ポンプにて、ポンプに送られてくる増速された放水路内の水流を更に加速・加圧せしめ、この更に加速・加圧された水流にて水車・発電機を回転し作動させて放水路内の水流の持つ運動エネルギーを電力エネルギーに変換する二次発電系ユニットとを具備してなり、
一次動力源系ユニットは、先端部に開閉自在な制水ゲートを有し放水路内の水流を導入して増速するベンチュリー管構造の増流速水路と、先端部がこの増流速水路と接続し後端部が放水路へと繋がる排水路と、この排水路内に配設され増速された放水路内の水流にて回転してその水流の運動エネルギーを回転エネルギーに変換するプロペラ水車とからなり、これらは架台を介して放水路内に装備されるものであり、二次発電系ユニットは、先端部に開閉自在な制水ゲートを有し放水路内の水流を導入して増速するベンチュリー管構造の増流速水路と、先端部がこの増流速水路に接続し後端部が放水路へと繋がる排水管に接続する導水管と、この導水管内に配設されて前記一次動力源系ユニットから伝達された動力源にて駆動され，増流速水路により送られ増速された放水路内の水流を更に加速・加圧する流速加速ポンプと、この導水管と排水管との間に配設され，流速加速ポンプにて更に加速・加圧された水流にて回転し作動して放水路内の水流の持つ運動エネルギーを電力エネルギーに変換する水車・発電機とからなり、これらは架台を介して放水路内に装備されるものであり、一次動力源系ユニットにより得られた水車の回転エネルギーを動力源として二次発電系ユニットの流速加速ポンプに伝達する動力源伝達手段は、一次系ユニットの水車の回転軸と二次系ユニットの流速加速ポンプの回転軸とを機械的に連繋接続させて流速加速ポンプを回転駆動させる機械式の伝達手段或いは一次系ユニットの水車の回転エネルギーを連繋した発電機を介して電力エネルギーに変換しその電力エネルギーを二次系ユニットの流速加速ポンプに送電してそれを回転駆動させる電動式の伝達手段等通常の適宜構造のものからなることを特徴とする小水力発電システム。
【請求項２】
一次動力源系ユニットにより得られた水車の回転エネルギーを動力源として二次発電系ユニットの流速加速ポンプに伝達する動力源伝達手段として、プロペラ水車の回転エネルギーを、水車の回転軸、フライホイール、クラッチ、増速機に伝達して増幅し、連結シャフト、ギアーボックスを経由して二次発電系ユニットの流速加速ポンプのプロペラシャフトに伝達してそれを回転駆動させてなる機械式伝達手段を用いたことを特徴とする請求項１記載の小水力発電システム。
【請求項３】
一次動力源系ユニットにより得られた水車の回転エネルギーを動力源として二次発電系ユニットの流速加速ポンプに伝達する動力源伝達手段として、プロペラ水車の回転エネルギーを、水車の回転軸、フライホイール、クラッチ、増速機に伝達して増幅し、連結シャフトを経由して油圧ポンプに送り、油圧ポンプを回転させて圧力エネルギーに変換し、その圧力エネルギーを油圧ポンプから電磁弁、油圧配管を経由して油圧モータに送り、油圧モータを介して二次発電系ユニットの流速加速ポンプのプロペラシャフトに伝達してそれを回転駆動させてなるとともに、油圧モータを回転させたマシン油は油圧配管、電磁弁を介して油圧タンクに戻り、油圧クーラーを経由して油圧ポンプにリターンするものである油圧式伝達手段を用いたことを特徴とする請求項１記載の小水力発電システム。
【請求項４】
一次動力源系ユニットにより得られた水車の回転エネルギーを動力源として二次発電系ユニットの流速加速ポンプに伝達する動力源伝達手段として、プロペラ水車の回転エネルギーを、水車の回転軸、フライホイール、クラッチ、増速機に伝達して増幅し、連結シャフトを経由してエアーコンプレッサーに送り、エアーコンプレッサーを回転させて圧力エネルギーに変換し、その圧力エネルギーをエアーコンプレッサーから電磁弁、エアー配管を経由してエアーモータに送り、エアーモータを介して二次発電系ユニットの流速加速ポンプのプロペラシャフトに伝達してそれを回転駆動させてなるとともに、エアーモータを回転させた圧縮空気はエアー配管、電磁弁を介してエアータンクに戻り、エアークーラーを経由してエアーコンプレッサーにリターンするものであるエアー式伝達手段を用いたことを特徴とする請求項１記載の小水力発電システム。
【請求項５】
一次動力源系ユニットにより得られた水車の回転エネルギーを動力源として二次発電系ユニットの流速加速ポンプに伝達する動力源伝達手段として、プロペラ水車の回転エネルギーを、水車の回転軸、フライホイール、クラッチ、増速機に伝達して増幅し、連結シャフトを経由して一次発電機に送り、一次発電機を回転させて電力エネルギーに変換し、発電した電力を一次側送電ケーブルで一次変電設備に送電し、一次変電設備から周波数、電圧を調整して二次側送電ケーブルを経て二次発電系ユニットの流速加速ポンプに送電して同ポンプのプロペラシャフトを回転駆動せしめてなる電動式伝達手段を用いたことを特徴とする請求項１記載の小水力発電システム。
【請求項６】
一次動力源系ユニットにおける増流速水路と排水路とプロペラ水車ならびに二次発電系ユニットにおける増流速水路と導水管と排水管と流速加速ポンプと水車・発電機の放水路内への配設は、同放水路内の配設位置の水面が潮位の変化の影響を受ける位置にあるか否かに応じて、放水路内の川床に固定された固定架台と、川床に固定されず固定架台に係留チェーン等で連結されて水面上に浮設される浮体架台とに適宜使い分けて夫々の架台に装備せしめることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４又は請求項５記載の小水力発電システム。
【請求項７】
二次発電系ユニットにおける流速加速ポンプの配設はベンチュリー管構造の増流速水路と水車・発電機を配設した導水管との間に水中カプセル装置を介在させて行う、この水中カプセル装置とは、カプセル内に制水ゲートを有する増流速水路に接続するカプセル内導水管前端部と水車・発電機を配設した導水管と接続し制水ゲートを設けたカプセル内導水管後端部とその前後両端部の導水管の中間部を繋ぐカプセル内導水管中間部とを設け、このカプセル内導水管中間部は、内部に流速加速ポンプを有しないものと内部に流速加速ポンプを組み込んだものとを接続切り替え自在となして使用するものであることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５又は請求項６記載の小水力発電システム。
【請求項８】
一次動力源系ユニットに対する二次発電系ユニットの接続配置の手段として、一次動力源系ユニットのプロペラ水車の回転軸の左右両側に二次発電系ユニットの流速加速ポンプの回転軸を夫々連繋接続せしめたものを用いる、即ち動力源発生用の一次系プロペラ水車一基に対し水車・発電機回転作動用の二次系流速加速ポンプ二基を連繋接続せしめたものを用いたことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６又は請求項７記載の小水力発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火力発電所や原子力発電所、水力発電所、工場など大量の冷却水を使用する施設の落差の少ない放水路を流れる水流の運動エネルギーを連続して有効に利用し効率良く水車を回転させるエネルギーを増大させて水車・発電機を動作せしめることによってより高出力の電力エネルギーを得ることができる小水力発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来において、工場などの放水路や河川等に流れる水流や潮流の持つ運動エネルギーを利用して水車を回転させ、その回転を増速して発電機に伝達し、電気エネルギーに変換して発電する方法ないし装置としては、例えば特開2006-132344号（特許文献１）、特開2004-324518号（特許文献２）、特開2008-19879号（特許文献３）記載のもの等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2006-132344号
【特許文献２】特開2004-324518号
【特許文献３】特開2008-19879号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし前記の特許文献１、２、３に係る先行技術は、放水路の水流等の持つ運動エネルギーの利用ないし活用の仕方や水車を回転させるエネルギーの増大の仕方や水車等を装備する架台の活用の仕方等に工夫が今一で、水流の持つ運動エネルギーを電力エネルギーに変換する上においてその効率的な有効利用の面であまり良好ではないという難点を有していた。
【０００５】
しかして、特許文献１記載のものにおいては、単に水路を流れる水流の運動エネルギーで水車を回転して得られた回転エネルギーを通常の増速機構を介して発電機に送り電気エネルギーに変換しようとするものであるから、水路の水流の持つ運動エネルギーを単に一次的に利用しているに過ぎず、その効率的な有効利用を図るという面では今一工夫が足らず、そのため発電量に限界があり、高出力の電力の期待はできない。
【０００６】
また、特許文献２記載のものにおいては、水流中に係留する浮体１０の構造とそれに付設する水車２０の付設位置との関係で、水流の流速の変化に拘わらず水車の水中での作動面積を変化させることができるが、潮の干満による放水路の水位変化に拘わらず水車を常に水中に配置せしめるようになすという点に対処することができず、そして発電量にも多くを期待できないという問題点がある。
【０００７】
更に、特許文献３記載のものにおいては、放水路の水流の流速を増大させて水車発電機を駆動し電力を得ようとするものであるが、回転羽根の径を異にし、回転羽根のブレード断面にポンプを介して水を噴射するノズルを複数備えたプロペラ水車を３基、水流方向に回転羽根の径が次第に大となるように直列に配置して、水流により水車を回転させるに従って流速が次第に増加するようになし、それを最後尾の発電機に与えて発電するようになしたものであるから、流速の増大を図るための構造が些か複雑化し、そのため放水路内の水流の持つ運動エネルギーの効率的な有効利用という面ではあまり良好とは云い難いところがある。
【０００８】
本発明は、斯かる先行技術の持つ諸難点に鑑みなされたもので、原子力発電所、火力発電所、水力発電所、工場などの冷却水放水路を流れる水流の運動エネルギーを連続して有効に利用し効率良く水車を回転させるエネルギーを増大させて水車・発電機を動作せしめることによってより高出力の電力エネルギーを確実に得ることができる小水力発電システムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記の目的ないし課題を解決するために、「放水路内の水流を増流速水路にて増速し，その増速した水流で水車を回転させて水流の運動エネルギーを回転エネルギーに変換する一次動力源系ユニットと、この一次系で得られた回転エネルギーを動力源として二次発電系ユニットの流速加速ポンプに伝達する動力源伝達手段と、同じく放水路内の水流を増流速水路にて増速し，その増速された水流を一次動力源系ユニットより送られた動力源により駆動される二次系の流速加速ポンプにて更に加速・加圧し，その更に加速・加圧された水流にて水車を回転させ連繋した発電機にて放水路内の水流の持つ運動エネルギーを電力エネルギーに変換して取り出す二次発電系ユニットとによりシステムを構成した」との点に特徴を有している。
具体的には、特許請求の範囲に記載の次の手段を採っている。
【００１０】
請求項１に係る発明においては、「原子力発電所、火力発電所、水力発電所、工場等の冷却水放水路を流れる水流を増速し、その増速した水流にてプロペラ水車を回転させて放水路内の水流の持つ運動エネルギーを水車の回転エネルギーに変換する一次動力源系ユニットと、この一次動力源系ユニットで得られた回転エネルギーを動力源として二次発電系ユニットの流速加速ポンプに伝達する動力源伝達手段と、この伝達された動力源にて駆動される流速加速ポンプにて、ポンプに送られてくる増速された放水路内の水流を更に加速・加圧せしめ、この更に加速・加圧された水流にて水車・発電機を回転し作動させて放水路内の水流の持つ運動エネルギーを電力エネルギーに変換する二次発電系ユニットとを具備してなり、
一次動力源系ユニットは、先端部に開閉自在な制水ゲートを有し放水路内の水流を導入して増速するベンチュリー管構造の増流速水路と、先端部がこの増流速水路と接続し後端部が放水路へと繋がる排水路と、この排水路内に配設され増速された水流にて回転して水流の運動エネルギーを回転エネルギーに変換するプロペラ水車とからなり、これらは架台を介して放水路内に装備されるものであり、二次発電系ユニットは、先端部に開閉自在な制水ゲートを有し放水路内の水流を導入して増速するベンチュリー管構造の増流速水路と、先端部がこの増流速水路に接続し後端部が放水路へと繋がる排水管に接続する導水管と、この導水管内に配設されて前記一次動力源系ユニットから伝達された動力源にて駆動され，増流速水路により送られ増速された放水路内の水流を更に加速・加圧する流速加速ポンプと、この導水管と排水管との間に配設され，流速加速ポンプにて更に加速・加圧された水流にて回転し作動して放水路内の水流の持つ運動エネルギーを電力エネルギーに変換する水車・発電機とからなり、これらは架台を介して放水路内に装備されるものであり、一次動力源系ユニットにより得られた水車の回転エネルギーを動力源として二次発電系ユニットの流速加速ポンプに伝達する動力源伝達手段は、一次系ユニットの水車の回転軸と二次系ユニットの流速加速ポンプの回転軸とを機械的に連繋接続させて流速加速ポンプを回転駆動させる機械式の伝達手段或いは一次系ユニットの水車の回転エネルギーを連繋した発電機を介して電力エネルギーに変換しその電力エネルギーを二次系ユニットの流速加速ポンプに送電してそれを回転駆動させる電動式の伝達手段等通常の適宜構造のものからなる」ことを特徴とする。
【００１１】
請求項２に係る発明においては、更に「一次動力源系ユニットにより得られた水車の回転エネルギーを動力源として二次発電系ユニットの流速加速ポンプに伝達する動力源伝達手段として、プロペラ水車の回転エネルギーを、水車の回転軸、フライホイール、クラッチ、増速機に伝達して増幅し、連結シャフト、ギアーボックスを経由して二次発電系ユニットの流速加速ポンプのプロペラシャフトに伝達してそれを回転駆動させてなる機械式伝達手段を用いた」ことを特徴とする。
【００１２】
請求項３に係る発明においては、更に「一次動力源系ユニットにより得られた水車の回転エネルギーを動力源として二次発電系ユニットの流速加速ポンプに伝達する動力源伝達手段として、プロペラ水車の回転エネルギーを、水車の回転軸、フライホイール、クラッチ、増速機に伝達して増幅し、連結シャフトを経由して油圧ポンプに送り、油圧ポンプを回転させて圧力エネルギーに変換し、その圧力エネルギーを油圧ポンプから電磁弁、油圧配管を経由して油圧モータに送り、油圧モータを介して二次発電系ユニットの流速加速ポンプのプロペラシャフトに伝達してそれを回転駆動させてなるとともに、油圧モータを回転させたマシン油は油圧配管、電磁弁を介して油圧タンクに戻り、油圧クーラーを経由して油圧ポンプにリターンするものである油圧式伝達手段を用いた」ことを特徴とする。
【００１３】
請求項４に係る発明においては、更に「一次動力源系ユニットにより得られた水車の回転エネルギーを動力源として二次発電系ユニットの流速加速ポンプに伝達する動力源伝達手段として、プロペラ水車の回転エネルギーを、水車の回転軸、フライホイール、クラッチ、増速機に伝達して増幅し、連結シャフトを経由してエアーコンプレッサーに送り、エアーコンプレッサーを回転させて圧力エネルギーに変換し、その圧力エネルギーをエアーコンプレッサーから電磁弁、エアー配管を経由してエアーモータに送り、エアーモータを介して二次発電系ユニットの流速加速ポンプのプロペラシャフトに伝達してそれを回転駆動させてなるとともに、エアーモータを回転させた圧縮空気はエアー配管、電磁弁を介してエアータンクに戻り、エアークーラーを経由してエアーコンプレッサーにリターンするものであるエアー式伝達手段を用いた」ことを特徴とする。
【００１４】
請求項５に係る発明においては、更に「一次動力源系ユニットにより得られた水車の回転エネルギーを動力源として二次発電系ユニットの流速加速ポンプに伝達する動力源伝達手段として、プロペラ水車の回転エネルギーを、水車の回転軸、フライホイール、クラッチ、増速機に伝達して増幅し、連結シャフトを経由して一次発電機に送り、一次発電機を回転させて電力エネルギーに変換し、発電した電力を一次側送電ケーブルで一次変電設備に送電し、一次変電設備から周波数、電圧を調整して二次側送電ケーブルを経て二次発電系ユニットの流速加速ポンプに送電して同ポンプのプロペラシャフトを回転駆動せしめてなる電動式伝達手段を用いた」ことを特徴とする。
【００１５】
請求項６に係る発明においては、更に「一次動力源系ユニットにおける増流速水路と排水路とプロペラ水車ならびに二次発電系ユニットにおける増流速水路と導水管と排水管と流速加速ポンプと水車・発電機の放水路内への配設は、同放水路内の配設位置の水面が潮位の変化の影響を受ける位置にあるか否かに応じて、放水路内の川床に固定された固定架台と、川床に固定されず固定架台に係留チェーン等で連結されて水面上に浮設される浮体架台とに適宜使い分けて夫々の架台に装備せしめる」ことを特徴とする。
【００１６】
請求項７に係る発明においては、更に「二次発電系ユニットにおける流速加速ポンプの配設はベンチュリー管構造の増流速水路と水車・発電機を配設した導水管との間に水中カプセル装置を介在させて行う、この水中カプセル装置とは、カプセル内に制水ゲートを有する増流速水路に接続するカプセル内導水管前端部と水車・発電機を配設した導水管と接続し制水ゲートを設けたカプセル内導水管後端部とその導水管の前端部と後端部との間を繋ぐカプセル内導水管中間部とを設け、このカプセル内導水管中間部は、内部に流速加速ポンプを有しないものと内部に流速加速ポンプを組み込んだものとを接続切り替え自在となして使用するものである」ことを特徴とする。
【００１７】
請求項８に係る発明においては、更に「一次動力源系ユニットに対する二次発電系ユニットの接続配置の手段として、一次動力源系ユニットのプロペラ水車の回転軸の左右両側に二次発電系ユニットの流速加速ポンプの回転軸を夫々連繋接続せしめたものを用いる、即ち動力源発生用の一次系プロペラ水車一基に対し水車・発電機回転作動用の二次系流速加速ポンプ二基を連繋接続せしめたものを用いた」ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は上記の構成となしたので、上述の先行技術が有する諸難点を解消して以下に示す特有の効果を奏し、極めて実用性、有用性に富んだ小水力発電システムを実現することができる。
【００１９】
請求項１に係る発明においては、先ず一次動力源系ユニットにおいて、放水路を流れる水流をベンチュリー管構造の増流速水路にて増速し、この増速された水流にてプロペラ水車を回転させて放水路の水流の運動エネルギーを回転エネルギーに変換し、その回転エネルギーを増幅して動力源として伝達手段を介して二次発電系ユニットの流速加速ポンプに伝達してそれを回転駆動させる。  二次発電系ユニットにおいては、放水路内の水流を一次系と同様にベンチュリー管構造の増流速水路にて増速し、この運動エネルギーが増速された水流を、前記一次系ユニットから伝達される水車の回転エネルギーを動力源として回転駆動する流速加速ポンプにて更に加速・加圧して水流の運動エネルギーと圧力エネルギーの増大を図り、もって水車・発電機を回転させるエネルギーの増大を企図するものである。  即ち、その更に加速・加圧されて運動エネルギーと圧力エネルギーが共に増大された水流にて水車・発電機を回転させることによって、放水路内を流れる水流の持つ運動エネルギーを効率良く水車を回転させるエネルギーとして増大させて水車・発電機を動作せしめることができ、より有効に高出力の電力エネルギーに変換して取り出すことができるものである。
よって、放水路を流れる水流の持つ運動エネルギーを一次系ユニットと二次系ユニットとで連続して有効に利用して効率良く水車を回転させるエネルギーを増大させ、運動エネルギーと圧力エネルギーとが確実に増大された水流にて水車・発電機を回転させて電力エネルギーとして取り出して使用するものであるから、上述の先行技術が有している諸難点を解消し、より高出力の電力エネルギーを効率良く有効確実に得ることができる。
【００２０】
請求項２ないし請求項５に係る発明においては、一次動力源系ユニットで得られた水車の回転エネルギーを増幅して動力源として二次発電系ユニットの流速加速ポンプに伝達する動力源伝達手段の具体的構成を示すものである。  即ち、この動力源伝達手段は、一次系ユニットにおける水車の回転軸と二次系ユニットにおける流速加速ポンプの回転軸とを機械的に連繋接続させて流速加速ポンプを回転駆動させる機械式の動力源伝達手段或いは一次系ユニットの水車の回転エネルギーを連繋した発電機を介して電力エネルギーに変換しその電力エネルギーを二次系ユニットの流速加速ポンプに送電してそれを回転駆動させる電動式の動力源伝達手段等通常の適宜構造のものからなるものであり、これによって二次発電系ユニットにおける増速された放水路内の水流の運動エネルギーと圧力エネルギーが更に増大して水車・発電機に与えられるので、先行技術に比して一層効率良く放水路内の水流の持つ運動エネルギーの有効利用を図ることができ、より高出力の電力エネルギーの確保が確実となる。
【００２１】
請求項６に係る発明においては、一次動力源系ユニットにおける増流速水路と排水路とプロペラ水車ならびに二次発電系ユニットにおける増流速水路と導水管と排水管と流速加速ポンプと水車・発電機の放水路内への配設は、同放水路内の装備の配設位置が潮位の変化の影響を受ける位置にあるか否かに応じて、放水路内の川床に固定された固定架台と、川床に固定されず固定架台に係留チェーン等で連結されている浮体架台とに適宜使い分けて夫々の架台に装備せしめることを特徴とするものである。  即ち各ユニットの放水路内の装備の配設位置が殆ど潮位の影響を受けない海側と遠い上流側である場合には、固定式架台を用いて装備し、その装備の配設位置が潮位の影響を受ける海側に近い下流側である場合には水面上に浮設される浮体架台を用いて装備する。  従ってこの架台の使い分けによって、これら各ユニットにおける装備が潮位の影響を受けることなく常に水面に触れて確実に動作することとなるので、効率良く使用上好適である。
【００２２】
請求項７に係る発明においては、二次発電系ユニットにおける流速加速ポンプの配設はベンチュリー管構造の増流速水路と水車・発電機を配設した導水管との間に水中カプセル装置を介在させて行うものである。  この水中カプセル装置とは、カプセル内に制水ゲートを有する増流速水路に接続するカプセル内導水管前端部と水車・発電機を配設した導水管と接続し制水ゲートを設けたカプセル内導水管後端部とその導水管の前端部と後端部との間を繋ぐカプセル内導水管中間部とを設け、このカプセル内導水管中間部は、内部に流速加速ポンプを有しないものと内部に流速加速ポンプを組み込んだものとを接続切り替え自在となして使用するものである。  従って斯かる構成によって、流速加速ポンプや増流速水路の装備を放水路の水流を止めることなく、また水流の流水抵抗と浮力抵抗を軽減しその影響を小さくしてその装備を容易、確実になすことができるとともに、流速加速ポンプや増流速水路のメンテナンス時に架台を移動することなくそのメンテナンス作業を円滑になすことができる。
【００２３】
請求項８に係る発明においては、一次動力源系ユニットに対する二次発電系ユニットの接続配置の手段として、一次動力源系ユニットのプロペラ水車の回転軸の左右両側に二次発電系ユニットの流速加速ポンプの回転軸を夫々連繋接続せしめたものを用いる、即ち動力源発生用の一次系プロペラ水車一基に対し水車・発電機回転作動用の二次系流速加速ポンプ二基を連繋接続せしめたものを用いたことを特徴とするものである。  従ってこの場合には、放水路内の水流の持つ運動エネルギーを一層効率良く有効に利用して高出力の電力エネルギーを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の一例に係る機械式小水力発電システムを示す平面図。
【図２】同上機械式小水力発電システムの正面図。
【図３】同上機械式小水力発電システムの図１のａ−ａ断面図。
【図４】同上機械式小水力発電システムの図１のｂ−ｂ断面図。
【図５】本発明の他の実施例に係る油圧式小水力発電システムの発電系統図。
【図６】本発明の他の実施例に係る電動式小水力発電システムの発電系統図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
別紙図面（図１〜図６）を参照して、本発明を実施するための具体的形態である実施の一例について説明する。
【実施例１】
【００２６】
図１〜図４は、本発明の実施の一例（実施例１）に係る機械式小水力発電システムＫＳの概略構成図を示すもので、図１は同システムの全体平面図、図２は同システムの全体正面図、図３は図１のａ−ａ断面図（二次発電系ユニットの縦断側面図）、図４は図１のｂ−ｂ断面図（一次動力源系ユニットの縦断側面図）である。
【００２７】
機械式小水力発電システムＫＳは、大略すると、原子力発電所、火力発電所、水力発電所、工場等の冷却水放水路（図示せず）内に配設され、同放水路を流れる水流（流水）Ｒを増速し、その増速した水流にてプロペラ水車を回転させて放水路内の水流Ｒの持つ運動エネルギーを水車の回転エネルギーに変換する一次動力源系ユニットＡと、この一次動力源系ユニットで得られた回転エネルギーを増幅して動力源として二次発電系ユニットの流速加速ポンプに伝達する動力源伝達手段Ｂと、この伝達された動力源にて駆動される流速加速ポンプにて、ポンプに送られてくる増速された放水路内の水流Ｒを更に加速・加圧せしめ、この更に加速・加圧されて運動エネルギーと圧力エネルギーとが増大された水流にて水車・発電機を回転し作動させて放水路内の水流Ｒの持つ運動エネルギーを効率良く有効に高出力の電力エネルギーに変換する二次発電系ユニットＣとを具備してなるものである。
【００２８】
一次動力源系ユニットＡは、先端部に開閉自在な制水ゲート１を有し放水路内を太い矢印方向に流れる水流（流水）Ｒを導入して増速するベンチュリー管構造の増流速水路２と、先端部がこの増流速水路２と接続し後端部が放水路へと繋がる排水路３と、この排水路３内に配設され増速された放水路内の水流にて回転してその水流Ｒの持つ運動エネルギーを回転エネルギーに変換して動力源となすプロペラ水車４とからなり、これら増流速水路２と排水路３とプロペラ水車４とは架台２０を介して放水路内に装備されるものである。
【００２９】
ベンチュリー管構造の増流速水路２の入口（制水ゲート１側）と出口（水車４側）との断面積比は入口側４に対し出口側１に設定している。  従って、増流速水路２の入口と出口における水流の圧力差は入口側が高く出口側が低くなるが、水流の流速差は入口側が遅く出口側が速くなり、出口側（水車４側）では導入された水流Ｒの流速が約４倍に増速される。
【００３０】
増流速水路２にて増速された放水路内の水流Ｒは排水路３内に下掛け状態で配設されたプロペラ水車４に送られて同水車４を回転させて、放水路内を流れる水流Ｒの持つ運動エネルギーが水車４の回転エネルギーに変換され、後述する二次発電系ユニットＣにおける流速加速ポンプを回転駆動させる動力源が発生される。
【００３１】
放水路の水流Ｒの運動エネルギーが水車４の回転エネルギーに変換されて得られた動力源は動力源伝達手段Ｂを介して増幅されて二次発電系ユニットＣにおける流速加速ポンプに伝達される。  ここではこの動力源伝達手段Ｂとしては、回転するプロペラ水車４の水車軸（回転軸）と流速加速ポンプのプロペラシャフト（回転軸）とを機械的に連繋接続した機械式伝達手段が用いられている。
【００３２】
即ち、この機械式伝達手段Ｂの具体的構造は次のとおりである。
制水ゲート１を開けて増流速水路２に導水され増速された放水路内の水流Ｒは、排水路３内に配設されたプロペラ水車４に送られて同水車４が回転する。水車４が回転するとその車軸（回転軸）５に取り付けられたフライホイール６が回転して水車４の回転速度が一定に安定し、回転エネルギーが回転動力として保有される。フライホイール６により水車４の回転速度が安定し回転エネルギーが回転動力として保有された時点で、クラッチ７が作動して増速機８に回転動力が伝達される。水車４の回転により得られた回転エネルギーは、回転動力として増速機８により増幅されて、連結シャフト９を介して二次発電系ユニットＣの流速加速ポンプのギアボックス１０に伝達されてそのギアーが回転し、更にその回転動力は連結シャフト１１を通じて流速加速ポンプのプロペラシャフトに伝達されて同ポンプが回転駆動される。
【００３３】
二次発電系ユニットＣは、先端部に開閉自在な制水ゲート１２を有し放水路内の水流Ｒを導入して増速するベンチュリー管構造の増流速水路１３と、先端部がこの増流速水路１３に接続し後端部が放水路へと繋がる排水管１５に接続する導水管１４と、この導水管１４内に配設されて前記一次動力源系ユニットＡから伝達された動力源としての回転動力にて駆動され，増流速水路１３により送られ増速された放水路内の水流を更に加速・加圧する流速加速ポンプ１６と、この導水管１４と排水管１５との間に配設され，流速加速ポンプ１６にて更に加速・加圧された水流にて回転し作動して放水路内の水流Ｒの持つ運動エネルギーを電力エネルギーに変換する水車・発電機１７とからなり、これらは架台１８を介して放水路内に装備されるものである。
【００３４】
二次発電系ユニットＣにおいても、一次動力源系ユニットＡにおける場合と同様に、放水路内の水流Ｒは先ず始めにベンチュリー管構造の増流速水路１３に導入されてその流速が増速される。即ち、同じくベンチュリー管構造の増流速水路１３の入口（制水ゲート１２側）と出口（流速加速ポンプ１６側）との断面積比は入口側４に対し出口側１に設定されている。  従って、増流速水路１３の入口と出口における水流Ｒの圧力差は入口側が高く出口側が低くなるが、水流の流速差は入口側が遅く出口側が速くなり、出口側（流速加速ポンプ１６側）では導入された水流Ｒの流速が約４倍に増速されて流速加速ポンプ１６に送られる。
【００３５】
流速加速ポンプ１６のプロペラシャフトには、一次動力源系ユニットＡで得られた水車４の回転エネルギーが回転動力として動力源伝達手段Ｂを介して増幅されて伝達され、これによって流速加速ポンプ１６が回転駆動される。従って二次発電系ユニットＣにおいては、増流速水路１３により増速された放水路の水流Ｒが流速加速ポンプ１６の回転駆動によって更に増速・加圧されて導水管１４を通して水車・発電機１７に送られ同水車・発電機１７が回転される。  従って流速加速ポンプ１６の回転駆動によって、増速された放水路の水流Ｒが持つ運動エネルギーと圧力エネルギーとが更に増大されて水車・発電機１７に送られる、即ちこれによって水車・発電機１７を回転させようとする水流Ｒのエネルギーが遥かに増大されて同水車・発電機１７に送られるので、より高出力の電力エネルギーに効率良く変換される。  水車・発電機１７の回転により発生した電力は一次側送電ケーブル、二次変電設備、二次側送電ケーブルを経由して需要家に安定して供給される。  水車・発電機１７を回転させた水流Ｒは排水管１５を通り放水路に放水される。
【００３６】
図１〜図４においては、一次動力源系ユニットＡのプロペラ水車４の回転軸（車軸）５の左右両側に二次発電系ユニットＣの流速加速ポンプ１６の回転軸を夫々動力源伝達手段Ｂを介して連繋接続せしめたものが示されている。即ちこの場合には、回転動力（動力源）発生用の一次系プロペラ水車４一基で水車の回転エネルギー増大用の流速加速ポンプ１６を介して二基の発電用水車・発電機１７を連動稼動させて電力を得ることができ効率的である。
【００３７】
二次発電系ユニットＣにおける流速加速ポンプ１６の配設はベンチュリー管構造の増流速水路１３と水車・発電機１７を配設した導水管１４との間に水中カプセル装置１９を介在させて行う。この水中カプセル装置１９は、カプセル内に制水ゲート１２を有する増流速水路１３に接続するカプセル内導水管前端部１９ａと水車・発電機１７を配設した導水管１４と接続し制水ゲート（図示せず）を設けたカプセル内導水管後端部１９ｃとその前後両端部の導水管の中間部を繋ぐカプセル内導水管中間部１９ｂとを設け、このカプセル内導水管中間部１９ｂは、内部に流速加速ポンプ１６を有しないものと内部に流速加速ポンプ１６を組み込んだものとを接続切り替え自在となして使用するものである．  このカプセル内導水管中間部１９ｂの接続切り替えによって、架台１８の設置作業を放水路内を流れる水流Ｒの流れを止めることなくその流水抵抗と浮力抵抗を軽減させて円滑に行うができる。また流速加速ポンプ１６と増流速水路１３のメンテナンス時に架台１８を移動することなくそのメンテナンス作業を円滑に行うことができ好適である。
【００３８】
一次動力源系ユニットＡにおける増流速水路２と排水路３とプロペラ水車４ならびに二次発電系ユニットＣにおける増流速水路１３と導水管１４と排水管１５と流速加速ポンプ１６と水車・発電機１７の放水路内への配設は、同放水路内の配設位置の水面が潮位の変化の影響を受ける位置にあるか否かに応じて、放水路内の川床に固定された固定架台と、川床に固定されず固定架台に係留チェーン等で連結されて水面上に浮設される浮体架台とに適宜使い分けて夫々の架台に装備せしめて行う。  即ち、火力発電所などの放水路は、通常の場合海に接続されていて、放水路の一部は常に潮位の変動が起きていると考えられる。そこで、固定架台は水面の変化が少ない場所に設置し、浮体架台は潮流などの影響を受け、潮の干満による水面の変化が大きい場所に設置する。  浮体架台を設置する場合には、現場で設備艤装後クレーンで吊り、固定架台、及び係留杭に係留チェーンを連結後、水面に設置する。そして水面に設置後、バラストタンクに水を張り、所定のトリムに修正する。  図１〜図４においては、水面に浮設する浮体架台２０、１８を用いて装備する例を示しており、同装備の配設位置の水面が海側と遠い上流にある場合には放水路の川床に前以て施工した基礎杭に固定架台を取り付け固定して行う。
【００３９】
ちなみに一次動力源系ユニットＡにおいては、放水路を流れる0.5〜1.0ｍ／ｓ程度の水流Ｒの流速を固定架台と浮体架台とに使い分けて装着された増流速水路２でおよそ3〜3.5ｍ／ｓ程度まで増速してプロペラ水車４に送り動力源としての回転エネルギーを発生させる。
この発生した回転エネルギーは、動力源伝達手段Ｂにおける増速機８等により増速（増幅）されて、動力源として二次発電系ユニットＣの流速加速ポンプ１６に伝達される。
二次発電系ユニットＣにおいては、一次動力源系ユニットＡと同様に放水路を流れる水流Ｒの流速を増流速水路１３にておよそ3〜3.5ｍ／ｓ程度まで増速し、流速加速ポンプ１６に送る。流速加速ポンプ１６は一次動力源系ユニットＡより伝達された回転エネルギーで回転駆動し、増流速水路１３で増速された水流を更におよそ10〜15ｍ／ｓまで加速・加圧して、水流の運動エネルギーと圧力エネルギーを一層増大させて発電用の水車・発電機１７に送る。水車・発電機１７は流速加速ポンプ１６より送られた増大された回転エネルギーにより回転して、電力エネルギーを発生させる。
【実施例２】
【００４０】
図５は、本発明の他の実施の一例（実施例２）に係る油圧式小水力発電システムＹＳの発電系統図を示すものである。
【００４１】
この油圧式小水力発電システムＹＳは、上記実施例１の機械式小水力発電システムＫＳとは、一次動力源系ユニットＡで得られた回転エネルギーを回転動力として二次発電系ユニットＣの流速加速ポンプ１６へ伝達するための動力伝達手段Ｂの具体的構成を異にするのみで、放水路を流れる水流Ｒの運動エネルギーを連続して有効に利用して水車・発電機１７を回転させる回転エネルギー（水流の運動エネルギーと圧力エネルギーの総和）を効率良く増大させて高出力の電力エネルギーを得るための一連の構成である一次動力源系ユニットＡと二次発電系ユニットＣとの各基本構成の点では同一である。
【００４２】
この油圧式小水力発電システムＹＳにおける動力源伝達手段Ｂの具体的構成は、次のとおりである。  一次動力源系ユニットＡの水車４の回転で得られた回転エネルギーを増速機８で増速（増幅）するところまでは機械式小水力発電システムＫＳと同じ仕組みである。  即ち、先ずプロペラ水車４の回転で得られた回転エネルギーを、水車４の回転軸５に取り付けられたフライホイール６、クラッチ７を介して増速機８に伝達して増速（増幅）するところまでは同じである。
そして、増速機８で増速（増幅）された回転動力としての回転エネルギーは、連結シャフト９を経由して油圧ポンプ２１に送り、油圧ポンプ２１を回転させて圧力エネルギーに変換し、その圧力エネルギーを油圧ポンプ２１から電磁弁２２、油圧配管２３を経由して油圧モータ２４に送り、油圧モータ２４を介して二次発電系ユニットの流速加速ポンプ１６のプロペラシャフトに伝達して同流速加速ポンプ１６を回転駆動させてなるとともに、油圧モータ２４を回転させたマシン油は油圧配管２３、電磁弁２５を介して油圧タンク２６に戻り、油圧クーラーを経由して油圧ポンプ２１にリターンするものである。
【００４３】
流速加速ポンプ１６の回転駆動により運動エネルギーと圧力エネルギーが増大されて水車を回転させる回転エネルギーが増大された水流Ｒにて、水車・発電機１７が回転して電力エネルギーに変換される。
水車・発電機１７の回転駆動で発電した電力エネルギーは、一次側送電ケーブル２７を経由して二次変電設備２８に送電され、周波数、電圧を調整し、二次側送電ケーブル２９を経て需要家３０に送電供給される。
【００４４】
図５で図示された油圧式小水力発電システムＹＳにおいては、同一放水路内に、一次動力源系ユニットＡにおけるプロペラ水車４と二次発電系ユニットＣにおける流速加速ポンプ１６とを油圧式の動力源伝達手段Ｂで接続し、流速加速ポンプ１６にて運動並びに圧力エネルギーが増大された水流Ｒの回転エネルギーにて水車・発電機１７を回転駆動させて発電に供するようになしたもの３セットを、放水路を流れる水流Ｒの流れの方向に沿って縦列配置せしめたものが例示されている。
【実施例３】
【００４５】
図示を省略するが、一次動力源系ユニットＡで得られた回転エネルギーを回転動力として二次発電系ユニットＣの流速加速ポンプ１６に伝達する動力源伝達手段Ｂとしては、実施例２の油圧式伝達手段に替えてエアー式伝達手段（図示せず）を用いる場合がある。
構造、機能は上記油圧式手段とほぼ同じであるが、この場合には、油圧ポンプ２１ではなく、エアーコンプレッサーを回転させて圧力エネルギーに変換する。そして、流速加速ポンプ１６の回転駆動は油圧モータ２４ではなくエアーモータを使用する。また油圧タンク２６ではなく、エアータンクを使用する点が異なる。
【実施例４】
【００４６】
図６は、本発明のその他の実施の一例（実施例４）に係る電動式小水力発電システムＤＳの発電系統図を示すものである。
【００４７】
この電動式小水力発電システムＤＳは、上記実施例１の機械式小水力発電システムＫＳとは、一次動力源系ユニットＡで得られた回転エネルギーを回転動力として二次発電系ユニットＣの流速加速ポンプ１６へ伝達するための動力伝達手段Ｂの具体的構成を異にするのみで、放水路を流れる水流Ｒの運動エネルギーを連続して有効に利用して水車・発電機１７を回転させる回転エネルギー（水流の運動エネルギーと圧力エネルギーの総和）を効率良く増大させて高出力の電力エネルギーを得るための一連の構成である一次動力源系ユニットＡと二次発電系ユニットＣとの各基本構成の点では同一である。
【００４８】
この電動式小水力発電システムＤＳにおける動力源伝達手段Ｂの具体的構成は、次のとおりである。  一次動力源系ユニットＡの水車４の回転で得られた回転エネルギーを増速機８で増速（増幅）するところまでは機械式小水力発電システムＫＳ及び油圧式小水力発電システムＹＳと同じ仕組みである。  即ち、先ずプロペラ水車４の回転で得られた回転エネルギーを、水車４の回転軸５に取り付けられたフライホイール６、クラッチ７を介して増速機８に伝達して増速（増幅）するところまでは同じである。
そして、増速機８により増速（増幅）された回転動力としての回転エネルギーは、連結シャフト９を経由して一次発電機３１に送られ同一次発電機３１を回転させて電力エネルギーに変換され、発電した電力を一次側送電ケーブル３２で一次変電設備３３に送電し、一次変電設備３３から周波数、電圧を調整して二次側送電ケーブル３４を経て、二次発電系ユニットＣの流速加速ポンプ１６に送電して同ポンプ１６のプロペラシャフトを回転駆動せしめてなるものを用いている。
【００４９】
実施例１や２と同様に流速加速ポンプ１６の回転駆動により運動エネルギーと圧力エネルギーが増大されて水車を回転させる回転エネルギーが増大された水流Ｒにて水車・発電機１７が回転して電力エネルギーに変換される。
水車・発電機１７の回転駆動で発電した電力エネルギーは、一次側送電ケーブル２７を経由して二次変電設備２８に送電され、周波数、電圧を調整し、二次側送電ケーブル２９を経て需要家３０に送電供給される。
【００５０】
図６で図示された電動式小水力発電システムＤＳにおいては、実施例２の場合と同様に同一放水路内に、一次動力源系ユニットＡにおけるプロペラ水車４と二次発電系ユニットＣにおける流速加速ポンプ１６とを電動式の動力源伝達手段Ｂで接続し、流速加速ポンプ１６にて運動並びに圧力エネルギーが増大された水流Ｒの回転エネルギーにて水車・発電機１７を回転駆動させて発電に供するようになしたもの３セットを、放水路を流れる水流Ｒの流れの方向に沿って縦列配置せしめたものが例示されている。  なお、二次発電系ユニットＣは、一次動力源系ユニットＡとは異なるレーンの放水路に配置されたものであっても良い。
【符号の説明】
【００５１】
ＫＳ    機械式小水力発電システム
ＹＳ    油圧式小水力発電システム
ＤＳ    電動式小水力発電システム
Ａ    一次動力源系ユニット
Ｂ    動力源伝達手段
Ｃ    二次発電系ユニット
Ｒ    放水路を流れる水流（流水）
１    制水ゲート
２    増流速水路
３    放水路に繋がる排水路
４    水車
５    水車軸（回転軸）
６    フライホイール
７    クラッチ
８    増速機
９    連結シャフト
１０    ギアーボックス
１１    連結シャフト
１２    制水ゲート
１３    増流速水路
１４    導水管
１５    放水路に繋がる排水管
１６    流速加速ポンプ
１７    水車・発電機
１８    浮体架台
１９    水中カプセル装置
１９ａ  カプセル内導水管前端部
１９ｂ  カプセル内導水管中間部
１９ｃ  カプセル内導水管後端部
２０    浮体架台
２１    油圧ポンプ
２２    電磁弁
２３    油圧配管（ホース）
２４    油圧モータ
２５    電磁弁
２６    油圧タンク
２７    （二次発電系ユニットＣにおける）一次側送電ケーブル
２８    二次変電設備
２９    二次側送電ケーブル
３０    需要家
３１    一次発電機
３２    （一次動力源系ユニットＡにおける）一次側送電ケーブル
３３    一次変電設備
３４    （一次動力源系ユニットＡにおける）二次側送電ケーブル
【図１】
2011043126.tif 000003
【図２】
2011043126.tif 000004
【図３】
2011043126.tif 000005
【図４】
2011043126.tif 000006
【図５】
2011043126.tif 000007
【図６】
2011043126.tif 000008