(57)【要約】      （修正有）【課題】過剰水圧時の放圧調整機能を備えた簡易水力発電の方法を提供する。【解決手段】円筒状ドラムＪ内壁へ螺旋回転翼Ｌの外側輪郭部を固定して、両端部を接続ドレンＨでベアリング連結することで円筒ドラムＪ自体を連動回転させ、その円筒ドラムＪの外壁部に円盤状ギアＴを備え発電機能部への回転伝達し、円筒ドラムＪに内設される螺旋回転翼の中心部を貫通孔として回転軸不要の回転動力部が概ね円筒形状となり、砂防ダムＡの円筒状送水菅Ｂ等への接続を可能とし、更に、その凹面を形成する半径の値を回転中心部より外輪部方向へ順次小さくする構造によって、螺旋翼外縁部の円筒ドラムＪ内壁部が受ける流水圧と回転流勢が増幅されて円筒ドラムＪの回転トルクを向上させると共に、取り入れ以前の流勢条件を回復することに加えた落差と距離等の流動諸条件整備により、同一送水管上への本円筒状発電装置の付設を可能とした簡易水力発電の方法とする。【選択図】図２
2015038320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流水貫通条件下にある円筒菅中央部の円筒ドラム（Ｊ）を挟んで前後にそれぞれベアリング連結による円筒状の接続ドレン（Ｈ）を備え、回転自在の円筒ドラム（Ｊ）内壁に螺旋状回転翼の外側輪郭部を固定し回転中心軸不要の螺旋回転翼（Ｌ）として備え、円筒ドラム（Ｊ）自体が流水圧による回転動力部となり、前後の接続ドレン（Ｈ）及び円径調整菅（Ｇ）により既存送水管への途中接続機能を備えることを特徴とする簡易水力発電の方法。
【請求項２】
前項記載の回転軸不要となる螺旋回転翼（Ｌ）の機能形状において、翼表面形状が流れ方向に相対して所定角度の凹状曲面を有して螺旋状となり、円筒ドラム（Ｊ）の回転中心部に貫通空間を形成し、過剰水圧時の放圧調整機能を備えることを特徴とする請求項１に記載する簡易水力発電の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  円筒状送水管への途中接続を可能とした簡易水力発電の方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  国内全土において地形的特徴から水資源に恵まれて一定の高低差を有した河川が多く存在し、水力発電の立地条件に恵まれることからダム湖を伴う大規模の水力発電所が各地に建設されており、これら大型発電に係る動力構造の多くが、ダム湖からの落差放圧エネルギーを有軸スクリューへの直接放射によって回転エネルギーに転化する装置形態であり、このような放圧負荷作用による回転構造においては余剰水圧の拡散ロスを見込めるエネルギー総量が必要となるため、初期エネルギーに膨大な落圧パワーを導くダム湖等の大型建設工事を伴い、大規模設備投資に見合う経済効果の有無が事業の不可欠条件となる。【０００３】  尤も、わが国においては上述した地形的特徴から大小河川の支流域には域集落と共に、無数の治山目的としての砂防ダムが建設されており、全国各地のこれら山間地域において過疎と高齢化によって生活孤立者が増加し、社会性の継続維持が困難となる集落の荒廃進行が危惧されるに至っては、電気水道等のライフライン健全化と管理維持に掛かるリスクが官民共に今後増大することが予測され、このような山間部立地条件下の沢支流や既設砂防ダム等を含め、地域に最も身近な自然流水エネルギーを上水道の水源確保に限らず、小規模発電用の水力エネルギーとしてライフラインへの有効活用を模索し、また、その確保エネルギーを地産地消とし、当地区範囲内で管理運営可能な機能構造及び小規模装置からなる簡易発電の方法が望まれる。【０００４】  しかし、上述した放水圧拡散エネルギーによる大型発電方法の諸条件基準下にあっては、既設砂防ダム利用の小規模簡易発電装置の検討に及んで、新たな堰堤工事に掛かる基盤設備の経済負荷が不要となる反面、余剰水量の不足によって発電能力が軽微であることが指摘され、また、多く用いられる露出型水車による簡易発電においても誘導流水量に対する実効エネルギー量が少ないため、有軸スクリュー利用と共に余剰水量の確保と費用対効果における不合理性が懸念され制限を受けることが多い。【０００５】  尚、上述した国土の地理条件によって山間集落が圧倒的多数の社会構造にあっては、エネルギー分野においても山間地形の条件に即した自然水力を活用し、地産地消の発電方法によって分散平均化を図ることが今後の環境保全にとっても有効な手段の一つと周知されるが、少ない水量を有効且つ複数回に亘って利用可能とするために、従来の有軸羽根による回転翼に水圧を受ける水車方法とは異なる、余剰水量を必要としない回転動力構造とその方法が求められる。【０００６】  よって、大型工事を伴う従来の落差水圧応用の発電所建設に対し、身近な流水圧エネルギーを小規模発電用とする下記の簡易水力発電装置が先行技術として提案されている。
【特許文献１】特願２００９−２２６０８１  上記の特許文献１によると螺旋状の回転クリューを備えた長尺円筒菅を傾斜させ、管内流水によって長尺円筒が回転し発電機へのギア伝達によって発電を為す装置となっている。
しかし、長尺円筒の回転では回転軸のブレを制御する構造に精度が要求され、また、螺旋状のクリューが有軸構造と生ることによって通過流勢の許容範囲が制限されるため、流水取入れ口において水量調整の付加装置を必要とすることに加え、回転体が露出構造であっては安定性能と保安維持等の管理上の諸問題を残すことになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  そこで、二重からなる流水貫通条件下の円筒ドラム前後に接続用ドレンを備え、既存砂防ダムからの放水菅及び円筒状既存送水菅等への途中接続を可能とし、中央部の回転自在となる円筒状回転ドラム内壁に螺旋翼外側輪郭部を固定して中心軸不要の回転動力部と為し、過剰水圧時の放圧調整機能を備える簡易水力発電の方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  既存送水管への途中接続可能な円筒状の装置構造であり、所定の連続螺旋状からなる螺旋回転翼Ｌの外側輪郭部を流水貫通条件下の円筒ドラム内壁に固定支持し、円筒ドラム前後を円筒状接続ドレンＨによるベアリング連結として円筒ドラム自体を回転自在となし、回転動力部となる円筒ドラムＪ外壁部に所定の立上げ寸法による円盤状ギアＴを備え、円筒ドラムＪ自体の回転を発電機能部より垂下する回転軸へギア伝達する構造とし、回転動力部と発電部を装置カバーＵで被覆し、円筒ドラムＪ前後に備わる接続ドレンＨを介して既存送水菅Ｂ等への途中接続可能な概ね円筒状からなる小規模水力発電装置となし、諸条件整備によっては同一送水菅上への連続付設可能な簡易水力発電の方法とする。図１、２参照【０００９】  上述の螺旋回転翼Ｌの回転中心軸不要に加え螺旋形状により円筒ドラムＪ中央部に流水の直通空間を残した螺旋回転翼Ｌの機能構造とし、また、円筒ドラムの回転トルク強化構造として、螺旋回転翼Ｌの表面構造を流水方向に相対する所定角度の凹状曲面形状と為し、その凹面を形成する半径の値を回転中心部より外輪部方向へ順次小さくする三次元曲面とすることで、回転誘導による遠心力増加と通過域の螺旋形状変化に伴い、円筒ドラムＪ内壁が受ける回転流勢が増幅されて円筒ドラムＪ自体の回転トルクを向上させ、円盤状ギアによる回転伝達力が増強される結果となる。【００１０】  上述する回転中心軸不要の螺旋回転翼Ｌが、その機能形状により円筒ドラムＪ回転中心部に貫通空間を有する構造によって、送水管Ｂから取り込まれ螺旋回転翼Ｌによる回転流で生じる後方減圧域が、回転中心部の貫通空間を抜け出る流水圧に緩和されて背圧反作用が解消されることにより、円筒ドラムＪ通過後の送水管Ｂ内部における流勢条件が取込以前の状態に概ね復活することによって再活用の諸条件を備えることになる。図２，３参照
また、回転動力部の中心部貫通空間が過剰水圧時の放圧調整水路となり、螺旋回転翼Ｌに掛かる水圧安定と共に回転動力部の保全機能を有することになる。【００１１】  尚、上述する既存の円筒状送水菅Ｂ等への途中接続を容易とした本発電装置Ｃの通常設置においては、接続ドレンＨを経る円径調整菅Ｇの取り付け接続以外の新たな付設部品が不要となることに加え、上述する螺旋回転翼の構造特性によって発電利用後の放水菅内流勢回復が望めることにより、本発電装置を同一送水管上への複数設置とした場合においても、流水圧の条件整備に即した発電能力が期待される発電方法となる。【００１２】  一方、水力発電用に限らず従来の回転軸を有したスクリュー等による回転翼構造においては、上述の通り誘導放水孔から放圧されるエネルギーが拡散され放出乱流となって減圧域を生むため、後方域を広く確保して開放流体の遊動スペースとすることによって、反作用による抵抗を減少させプロペラ回転を阻害しない方法が採られており、よって、従来の落水圧応用の水力発電において使用後の分散放圧エネルギーを再集結させ再利用可能な方法は、夜間電力を使った大型の揚水発電システム以外は困難といえる。
【発明の効果】
【００１３】  本発明による概ね円筒状からなる水力発電の方法は、山間集落の地形的特徴である既設砂防ダムからの余剰放水利用に限らず、ダム湖を必要としない新規の小規模堰堤であっても放水菅の高低差による流水圧応用の簡易発電が可能であり、尚、発電利用後の放流水を簡易上水道用の水源とした場合においては新たな取水設備が不要となることに加え、砂防ダムが経年堆積による砂礫層Ｅで覆われることによる自然浄水構造となり、地中経由の水質は雨水等の外部影響を受け難い利便効果となる等、山間地形域特有の砂防ダムを治山と発電と利水との多目的利用が可能となる。図１参照【００１４】  尚、本発電装置Ｃを同一送水管上に複数設置することにより、流水エネルギーの有効活用による発電総合能力が確保され、また、山間部の比較的奥地に設置される砂防ダムの地理的条件に即した活用例として、発電した電力の一部を使って無人気象センサーや防災監視カメラの電源とすることによって、山間部奥地の現場情報がモニター画面及び数値データーとしてリアルタイムに送信され、防災上貴重な情報発信拠点として期待される。図１参照
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】  本発明による既存送水管Ｂへの通常接続は接続ドレンＨを経ての円径調整菅Ｇを介して為されるが、既成部材不可の場合は円径調整菅Ｇ自体を現場対応とし、また、回転動力部と発電部との回転ギア比及び、円筒ドラム直径と中心貫通孔の通水量条件等の発電能力算出を含め、本発明の趣旨を尊重する限りにおいて現場条件に即応した流水圧応用の機能設定がなされ既成能力を固定化する必要は無い。図２，３参照【００１６】  尚、本発明の構造として、ベアリング連結による回転構造に関わる防水機能に加えビルジの排出機能が求められると共に、発電機能の維持と保全管理の不可欠条件として、対象となる通過流水の浄水化が一定範囲において求められ、また、本発電装置Ｃを既存送水菅Ｂへ設置する際にバイパス予備水路を別途確保することにより、定期メンテナンス時の断水対応が可能となる。【００１７】  本発明による発電方法の特徴として、その適用設置条件が無人山間部となる環境条件を考慮し、回転動力部と発電機能部が防水防塵を含めた装置カバーＵによって強固に保護されることに加え、上述した防災用監視センサーの付設以外にも、鳥獣被害対応として周囲への妨害フェンス設置が望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】砂防ダム利用イメージ図
【図２】発電装置断面における機能概念図
【図３】発電装置全体斜視イメージ図
【符号の説明】
【００１９】  Ａ  砂防ダム
Ｂ  送水管
Ｃ  円筒発電装置
Ｅ  砂礫層
Ｆ  集水装置
Ｇ  円径調整菅
Ｈ  接続ドレン
Ｊ  円筒ドラム
Ｋ  発電機能部
Ｌ  螺旋回転翼
Ｍ  ベアリング連結部
Ｓ  固定支持アーム
Ｔ  円盤状ギア
Ｕ  装置カバー
Ｙ  流水方向
Ｚ  監視カメラ及び防災気象センサー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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