(57)【要約】【課題】河川の幅、水量、水の落差に応じた製作、運搬、設置を容易にした落差型分割取替方式小型水力発電機を提供する。【解決手段】全体の構成は水流落差型で取替えが可能な扇型集水器に落差調整パイプとその下にクロスフロー水車を向い合せに２ケ装着し、ダブル同水車方式を（Ａ）、発電機及増速機を添え、落差水流拡大器をパイプ内に装着したプロペラ水車方式を（Ｂ）とし、使い分けができ製作、運搬、設置を容易にした構造を特徴とする、落差型分割取替方式小型水力発電機を提供できる。【選択図】図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水力発電機に関するもので、その構成は水流落差型で取替えが可能な扇型集水器に、落差調整パイプとその下にクロスフロー水車を向い合せに２個装着、それぞれに発電機を添えたダブル発電水車方式を（Ａ）、前述の落差調整パイプの下を発電機及増幅機を添え、落差水流拡大器をパイプ内に装着した増速プロペラ発電水車方式を（Ｂ）とし河川の幅、流水の量、落差の長短により使い分けができ、各部品を取り替え方式にする事で、目的に応じ、製作、運搬、設置を容易にした構造を特徴とする。落差型分割取替方式小型水力発電機。
【請求項２】
請求項１の構造と形状を説明すれば、扇型集水器は水流入方向は格子作りで、サイズが自由で特に限定せず、落差調整パイプは、軽量とし、逆Ｌ字型、ジョイント部、直流パイプに分け、ダブルクロスフロー水車はそれぞれに発電機を設置するか、水車軸を中ギヤーで連結し発電機を１台にするか機種で選定、増速機、ダブル発電水車方式（Ａ）とし、一方プロペラ水車方式（Ｂ）は防水保持の為発電機及増速機、スラストベアリングを垂直主パイプの上に置き、発電機連結シャフトの途中に三角円すい型の落差流水拡大器を流水パイプ内に装着、流水パイプの水量を三角円すい落差流水拡大器で拡大し、同パイプより大型のプロペラの外側に水流を拡大放水する事で同プロペラの回転力を増速する作用を向上させ、上部の発電機及スラストベアリングの直下に落水流パイプの二又部を設け、同パイプの上部からの落水が垂直主パイプの中で合流し、発電するもので、使用する材質はすべて、アルミ、鉄、ステンレス、プラスチックに限定するものではなく、河川の幅、水量、水の落差に応じた水力発電機の製作、運搬、設置が容易な構造を特徴とした請求項１に記載した落差型分割取替方式小型水力発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、水力発電機で、その構成は水流落差型で取替えが可能な扇型集水器に落差調整パイプとその下にクロスフロー水車を向い合わせに２個装着、それぞれに発電機を添えたダブル発電水車方式を（Ａ）、前述の落差調整パイプの下を発電機及増速機を添え、落差水流拡大器をパイプ内に装着した増速プロペラ発電水車方式を（Ｂ）とし河川の幅、流水の量、落差の長短により使い分けができ、各部品を取り替え方式とする事で、目的に応じ製作、運搬、設置を容易にした構造を特徴とする、落差型分割取替方式小型水力発電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から水力発電機としては、ダムや急流を利用した大型水車発電が主流で、更に近年は原子力発電が注目され、大型の水力発電設備は景観破壊がある等で建設されなくなり、水力発電の役割は終えたと思われていた。しかし、２０１１年３月１１日の東日本大震災による原子力発電所の大事故で原子力発電機の新設は困難視されており、自然エネルギー発電で風力、ソーラー、バイオマス、水力、地熱などの発電利用の拡大が求められている。
【０００３】
しかし原子力発電機の事故で、原子環境破壊と使用済後のコスト高が近時急速に問題視され、再度風力と水力の発電が見直されてきたが、これらの自然エネルギーの設置にも、大型化での設置は更なる環境破壊元になるとして、新設には困難な面が多い。
【０００４】
その中で、特に日本は、国土の８２％が山岳で急斜面が多く水力発電に適しており、特に近年は水力発電も小型化して、大型ダムを必要としない程度の地球温暖化防止の為にも自然エネルギーで循環できる小型水力発電機の開発は急務である。
【０００５】
特に水力発電機で、水量の少ない山間部や渓流地で使用できる小型の水力発電機の開発が必要であるが、全国的に使用される装置の量産ができる本格的な実用機種は少ない。
【０００６】
現在の小型水力発電機は、水田用の水路や傾斜のゆるい河川流水を利用した装置で、水流落差式も一定の発電を想定した装置で固定され、いずれも少し水深が変化したり、水量や落差の長短で変更したり取り替えたり出来る小型水力発電は見受けられない。
【０００７】
使用地域に限定なく、小水量や水深が浅くても使用できる、落差型小型水力発電機の開発が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−１６８０３３
【特許文献２】特開２００６−２３３７７９
【特許文献３】特開２００６−３０７６５５以上の特許は、上部に水タンクを置いた装置やマンションの落水を利用した発電装置で特許文献３は、本願発明人が先行出願した装置である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
(イ）  河川の幅、水量、水の落差に応じ、発電装置など部品を取り替えられる装置はできないか、
（ロ）  発電機が、主流水パイプの下あれば、横や縦に装置全体を利用した時発電機が水没するため、長期利用には不向きで保安点検にも困難、更に同じ水量で発電効率を向上させる為の方策はないか、
（ハ）  全体的に製作しやすく、運搬取付がしやすい、実用幅が広い構造にはどうすれば良いか、
本発明は、このような従来の構造が有していた問題を解決しようとするものであり、軽量で実用性に富む分割水力発電機の実現する事を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明は、構成は水流落差型で取替えが可能な扇型集水器に落差調整パイプとその下にクロスフロー水車を向い合わせに２個装着、それぞれに発電機を添えたダブル発電水車方式を（A）、前述の落差調節パイプの下を発電機及増速機を添え、落差水量拡大器をパイプ内に装着した増速プロペラ発電水車方式を（B）、とし河川の幅、流水の量、落差の長短により使い分けができ、各部品を取り替え方式にする事で、目的に応じ製作、運搬、設置を容易にした構造を特徴とする、落差型分割取替方式小型水力発電機を提供するものである。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の構造と形状を説明すれば、扇型集水器は水流入方向は格子作りでサイズは自由で特に限定せず、落差調整パイプは、軽量とし、逆Ｌ字型、ジョイント部、直流パイプに分け、ダブルクロスフロー水車はそれぞれに発電機を設置するか、水車軸を中ギヤーで連結し、発電機を１台にするか機種で選定、増速機、ダブル発電水車方式（Ａ）とし、一方プロペラ水車方式（Ｂ）は防水保持の為、発電機及増速機、スラストベアリングを垂直主パイプの上に置き、発電機連結シャフトの途中の三角円すい型の落差流水拡大器を流水パイプ内に装着、流水パイプの水量を三角円すい落差流水拡大器で拡大し、同パイプより大型のプロペラの外側に水流を拡大放水する事で同プロペラの回転力を増速する作用を向上させ、上部の発電機及スラストベアリングの直下に落水流パイプの二又部を設け、同パイプの上部からの落水が垂直主パイプの中で合流し発電するもので、使用する材質はすべてアルミ、鉄、ステンレス、プラスチックに限定するものでなく、河川の幅、水量、水の落差に応じた水力発電機の製作、運搬、設置が容易な構造を特徴とした請求項１に記載した落差型分割取替方式小型水力発電機を提供するものである。
【００１２】
発明の作用は次の通りである。第一の発明では、河川の幅、水量、水の落差の長短に応じ扇型での集水器での水の取水方法を考案、又、水の落差に合う落差調整パイプを中間に使用する事で、現場の水流の長短に合致し、現場に合う水力エネルギーの向上を計る作用がある。
【００１３】
又、河川や貯水池の場所により水の落水で小型水力発電機の位置により同発電部が水没する為、発電方法を変更する作用と合わせ、水量と落差により集水器から取水した水力をダブルクロスフロー水車（Ａ）と水流拡大器により主水流パイプの直径より大型のプロペラ発電機（Ｂ）を使用できる方法により現場に合った方法で発電でき水力の利用向上の作用が生じた。
【００１４】
第２の発明作用は、第１の発明の構造と形状を具体的に説明したもので、従来型のクロスフロー発電機は一度落水した水をクロスフロー水車に放流する為、水の落水力が低下し、回転力も若干落ちていたが、ダブルクロスフロー水車（Ａ）に直上からノズルで直接放流する今回の方法は同じ水量で、落水位置によるが水車２台で回転力は、１台よりかなり向上作用が働き、又（Ｂ）の拡大水流器のプロペラ大型化では、プロペラの外側に水流が当る作りで回転力の向上作用があり、又、発電機も上部にあり多少の水は、かかるが、水没の心配のない運転が可能となった。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の効果は次の通りである。
（イ）  分割部品で交換でき、河川の幅、水量、水の落差の長短に合わせ水深１０センチ以下でも集水器で取水でき、更に発電装置の水没しない現場に合う水力発電機の変更ができる効果がある。
（ロ）  分割部品方式であり、交通便のない場所には人力で山中まで運搬でき、水力発電機の利用が可能。
（ハ）  部分的に製作もしやすく、プロペラ水力（Ｂ）型は発電装置が水没しないため、保安管理が容易で長期運転が可能。
（ニ）  水量と落差の長短に合わせかなり長尺と主導水パイプが大きくでき発電機能力にも実用機種に対応した小水力発電機が設置できる。
（ホ）  ダブルフロー水車（Ａ）とプロペラ水車（Ｂ）ともに主導水パイプの水力のエネルギーを増幅させる構造で製作費増費を上回る水力発電機でコンパクトなサイズで提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】落差型分割取替方式小型水力発電機、正面姿図（本発明の実施形態を示す姿図）
【図２】扇型集水器（以下、上記文言を省略する）
【図３】逆Ｌ字型パイプ
【図４】ジョイント部
【図５】直流パイプ
【図６】ダブル発電水車（Ａ）
【図７】図６におけるＡ−Ａ線断面図
【図８】図７におけるＢ−Ｂ線断面図
【図９】増速プロペラ発電水車方式（Ｂ）姿図
【図１０】図9におけるＣ−Ｃ線断面図
【図１１】図１０におけるＤ−Ｄ線断面図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
大型の水力発電機は、電力会社や市町村であっても第三セクターが担当、１基当り、100ｋｗ／ｈ以上から数千ｋｗ／ｈの固定化した建屋の設備を有して運営されている。１基当り20ｋｗ／ｈを越え、１基当り100ｋｗ／ｈは電気取扱い主任技師が必要であるが、取得者に管理運営を委託する事も可である。日本の場合、河川は上流から下流まで国、県、市、町、村及河川の近郊農家集団で管理され維持されており、それぞれの役所と地区農家で権益が複雑に入り込んでおり、部外者が河川の利用を自由にできない為一定のルールを作り小型水力発電機１基100ｋｗ／ｈ程度までは河川の利用が出来る緩和が求められている。
【００１８】
最近では、河川の上流では小型の水力発電設置に協力も多く、日本に地形は82％は山岳地で急流河川が多く水も安定しており、水力発電に適している地区が多くみられるが、それぞれの地域と現状は一定しておらず河川の改修や水流の変更等、その河川を改築する事なく、多様な河川の状況に合う為には、分割部品で河川状況に合った部品を利用して、実用的な水力発電を普及する必要がありコンパクトな実施形態とした。
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図１〜図１１に基づいて説明する。
【００２０】
図１は、落差型分割取替方式小型水力発電機で組合せ完了の姿図を表わし全体を3〜4種類のサイズで製作可で、図１の１は発電した電力の取り出しソケットで、図２は、同小型水力発電機の全体を分解した部品で表示し、説明すれば図２の中の２の１は扇型集水器で水深１０センチ以下でも集水可能で幅は自由に製作でき材質もアルミ、鉄（カラートタン）、ステンレス、プラスチックとそのサイズ機種に応じ使い分け、２の２は丸格子で物の侵入を防止、２の３は差し込みパイプでジョイントする為のパイプである。
【００２１】
図３の１は逆L字型パイプで、３の２は吊り金具で取付時、この穴にロープを入れ吊上げて、図２の２の３の差し込みパイプに差し込み利用する。
【００２２】
図４の１はジョイント部でこのパイプの上を３の逆L字型パイプ下に差し込み４の２の上の占めナットで占め付け、４のジョイント部下に図５の５の１直流パイプを差し込み４の１の占めナット下で占め付けセットする。数字３の１は図２の通りである。
【００２３】
図６の６の１はダブル発電水車（Ａ）で矢印の方に図５の５の１直流パイプの下を差し込み４の１の占めナットを占めてセット完了、これで図１の落差型分割取付方式小型水力発電機の完成で、全体のサイズは自由に認定可能である。
【００２４】
図７はダブル発電水車（Ａ）、図６におけるＡ−Ａ線断面図で、７の１は全体のケースで７の２が上下にクロスフロー水車を並べて配置、この上に７の４の主水流パイプノズルから落差の圧力がかかった水圧水が高出力で放出され、７の２のクロスフロー水車が回転し、その回転軸は７の３のピローブロック（ベアリング）で支持され、７の５の遊星ギヤー増速機で、落水圧力で異なるが、平均１２倍から１６倍に増速し７の７の両サイドにある発電機を回転し発電する。
【００２５】
図７の続きで、その発電は７の８のコントロール部でそれぞれの発電のキロワット数と発電開始以来の発電合計キロワット数や電流の整流器で周波数を調整し7の９送電線を通じ図１の１のソケットを通じ配電する。
【００２６】
図８は、図７におけるＢ−Ｂ線断面図で７の１は全体ケースを表わし、７の２はクロスフロー水車が向い合せに設置している図で水車間は、テストでサイズにもよるが８ミリから１０ミリあけた方が７の４主水流ノズルからの高圧水の当りが良く、７の２の水車の回転もスムーズである。
【００２７】
図9の９は増速プロペラ発電水車方式（B）の姿図で、図６のダブル発電水車（A）と２の同プロペラ発電水車（B）に、河川の状況により、交換するもので水没の可能性がある場合使用、９の１は円すいスラストベアリングで、ラジアルベアリングを併用したもので、９の２のフランジで９の３の垂直主パイプと固定し、その中を９の４の回転軸を通し、９の５の落水流二又部へ図５の５の直流パイプを連結し９の６落水方向矢印から水が流れる作りで９の７は拡大パイプ、９の８は地面との固定する固定クイである。その他の数7の7、7の5は、図7の通りである。
【００２８】
図１０は、図９におけるＣ−Ｃ線断面図で１０の１の水流円すい拡大器で水の流れは１０の2の水流拡大矢印の方向へ流れ１０の３のプロペラの外側に放水され回転力が増速する構成となっている。１０の４はオイルレスベアリングでグリス不要で水の中でも回転に支障はない。
【００２９】
図１１は、図１０におけるＤ−Ｄ線断面図で図１０を上から見た平面図を表示し、１０の１の流水円すい拡大器、１０の３はプロペラ、１０の４がオイルレスベアリングで水流は１０の３のプロペラの中心には水が当らず、同プロペラの外側に当る設計で水流を拡大し、エネルギーの増幅を可能にした。以上により、１メートル程度の水流落差以上であれば、現場の状況に合う落差型分割取替方式小型水力発電機で実用機種が自由に選定でき、小型水力発電機が普及できる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本願出願の落差型分割取替方式小型水力発電機は、近時、特に原子力発電の事故により原子力の新設は困難として、発電の多様化が叫ばれ、その中で、自然エネルギーの地熱発電、水力発電の必要性が高まっている。その中で河川の幅、水量、水の落差に応じた、実用性の高い小型の水力発電機が必要で、製作、運搬、設置が容易に出来る構造で１メートルから数メートルの落差が多い日本での普及が期待できる装置である。
【符号の説明】
【００３１】
１.ソケット（電気取出口）
２の１．扇型集水器
２の２．丸格子
２の３．差し込みパイプ
３の１．逆L字型パイプ
３の２．吊り金具
４の１．ジョイント部
４の２．占めナット
５の１．直流パイプ
６の１．ダブル発電水車（Ａ）
７．ダブル発電水車（Ａ）図６における  Ａ−Ａ線断面図
７の１．全体のケース
７の２．クロスフロー水車
７の３．ピローブロック（ベアリング）
７の４．主水流パイプノズル
７の５．遊星ギヤー増速機
７の６．カップリング
７の７．発電機
７の８．コントローラーボックス
７の９．送電線
７の１０.増速プロペラ発電機
８の１．円すいスラストベアリング
８の２.フランジ
８の３．垂直主パイプ
８の４.回転たて軸
８の５．落水流二又部
８の６．落水方向矢印
８の７．拡大ケース
８の８．固定クイ
９の１．水流円すい拡大器
９の２．水流拡大矢印
９の３．プロペラ
９の４．オイルレスベアリング
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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