(57)【要約】【課題】  自然の大小の河川に、その自然を害することなく配設して安定して使用することが可能であり、水位の変動にも無関係に動作すること。【解決手段】  回転軸１と、その外周に配した４枚の螺旋羽根部材２、２…と、回転軸１及び螺旋羽根部材２、２…を、回転軸１の前後二箇所の軸受３、３を介して回転自在に支持しながら外装する円筒部材４と、円筒部材４の上流側端部に構成した上流に向かって拡大するテーパ状流入口５と、テーパ状流入口５の上流側端部から更に上流に向かって延長した先細りのストレーナ６と、回転型の発電装置７と、回転軸１の後端から発電装置７に回転軸１の回転力を伝達する回転伝達手段８とで構成した。【選択図】  図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
河川の流れに沿って配する回転軸と、
前記回転軸の外周に固設した複数の螺旋羽根部材と、
前記回転軸及び前記螺旋羽根部材を、該回転軸の前後二箇所以上の部位で軸受を介して回転自在に支持しながら外装する円筒部材であって、その上流側端部に上流に向かって拡大するテーパ状流入口を備えた円筒部材と、
前記テーパ状流入口の上流側端部から更に上流に向かって延長した先細りのストレーナと、
回転型の発電装置であって、前記回転軸の回転力を受け取るべく、直接に又は回転伝達手段を介して間接に該回転軸に結合する発電装置と、
で構成した小型水力発電機。
【請求項２】
前記螺旋羽根部材の上流側端部及び下流側端部を前記回転軸から放射方向に向かって徐々に端部から後退するように構成した請求項１の小型水力発電機。
【請求項３】
前記螺旋羽根部材を、その流水が衝突する側の面が凹面となる曲面状に構成した請求項１又は２の小型水力発電機。
【請求項４】
前記ストレーナを、前記テーパ状流入口の上流端から更に上流側に先細り状態に延長した複数の小径棒材と、該複数の小径棒材の上流端を結合した小環体とで構成した請求項１、２又は３の小型水力発電機。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、河川の流れの中に、その流れの方向に沿って配して、その水流の持つ力を利用して回転力を得、得た回転力で発電する、その動作中に温暖化ガスの発生を伴わない等の環境に適合した発電機である小型水力発電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
このような小型の水力発電機に関しては、いくつかの提案がある。
その１は、内部に発電機を収納した水に浮く船状ケースと、該船状ケースの両側から突出する前記発電機の回転軸と、該両側の回転軸の周囲に放射状に配した羽と、で構成した河川利用モーター発電システム（特許文献１）であり、該船状ケースを含めて河川に浮かべ、該船状ケースの底部と河川の底部とを伴綱で結合し、その回転軸がほぼ水面と一致する高さになるように河川にセットして使用する。
【０００３】
この河川利用モーター発電システムは、以上の通りであるから、河川の流れによって、その羽が全体として回転軸を中心にその周りを回る回転動作をし、これによって回転軸に回転動作を与え、前記発電機に発電動作をさせるものであり、河川に特別な変更を加えることなくセット可能であり、適切な流速を有する河川にセットすれば、十分な発電量を確保することができるとされる。
【０００４】
その２は、多数の水流受けポケットを外面側に配設したベルトと、該ベルトを掛け渡した駆動ローラ及び従動ローラと、前記駆動ローラの回転軸の両端側に同軸に配した二つのＬ型のアームと、該両側のＬ型のアームの各先端間を繋ぐ状態に配した二つのローラであって、前記ベルトの内側に配される二つのローラと、前記従動ローラを先端間に回動自在に配した前記ベルトの両側に位置するアームと、前記回転軸の両端を回転自在に支持する軸受付きの支柱と、前記従動ローラの両端を回動自在に結合した両側のアームの基部側を回動自在に支持する支柱と、で構成した水流発電用動力装置（特許文献２）である。
【０００５】
この水流発電用動力装置は、前記Ｌ型のアーム及び他のアームを回動操作して、前記ベルトの下方側の一部を河川等の水流に若干沈めるようにして使用する。これによって前記水流受けポケットに水流の力が加わり、該ベルトが流れの方向に動くことになり、結局、該ベルトは、前記従動ローラ、Ｌ型のアーム先端の二つのローラ及び前記駆動ローラの周りを回る周回動作をすることになる。
【０００６】
そのためこの水流発電用動力装置では、落差を必要とせず、河川の流れのような水流を利用して発電を行うことが可能であり、また水流へのベルトの深さを調節するのも容易であり、効率の良い発電を行うことが可能であるとされる。
【０００７】
その３は、水路内に於いて該水路の軸方向に配向された回転軸の軸心周りに回転可能に設けられた水車を含むロータと、該ロータの外周側に配置されたステータとを有し、該水路内の水流により該ロータを回転させて発電を行う軸流式の小型水力発電機に於いて、
前記ロータを軸方向に移動可能に設けると共に該ロータを水流の向きとは逆方向にバネにて付勢し、水流停止状態で該ロータを前記ステータから軸方向に離れた位置に位置させ、水流の発生により該ロータを軸方向に於いて該ステータ側に前記バネの付勢力に抗して移動させるようになしてあることを特徴とする軸流式の小型水力発電機（特許文献３）である。
【０００８】
この軸流式の小型発電機によれば、水流の停止時にはロータが前記バネの作用により軸方向に動いてステータの間から離れた位置に移動するため、新たにまた水流が生じた際に、ディテントトルクによる悪影響を受けずに、直ちに回転を開始することが可能であり、回転しながらロータはステータの間に戻り、発電を開始することができるとされる。
【０００９】
前記特許文献１の河川利用モーター発電システムは、前記したように、伴綱を利用してその移動を防止しながら、河川等の水流上に浮上させて使用するものであり、配置の仕方が不安定である。特許文献２の水流発電用動力装置は、水位の変動に対して自動的に対応することが困難であり、自然の河川等に適用するには不適である。特許文献３の軸流式の小型水力発電機は、元来自然の河川等で使用することを前提としておらず、その作用も自然の河川で生じることを予定するものではない。
【００１０】
【特許文献１】特開２００６―２３３９５０号公報
【特許文献２】実用新案登録第３１２６７４０号公報
【特許文献３】特開２００４−２５７３３０号公報
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【００１１】
本考案は、前記の従来技術の問題点を解決し、自然の大小の河川に、その自然を害することなく配設して安定して使用することが可能であり、水位の変動にも無関係に動作することが可能な小型水力発電機を提供することを解決の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本考案の１は、河川の流れに沿って配する回転軸と、前記回転軸の外周に固設した複数の螺旋羽根部材と、前記回転軸及び前記螺旋羽根部材を、該回転軸の前後二箇所以上の部位で軸受を介して回転自在に支持しながら外装する円筒部材であって、その上流側端部に上流に向かって拡大するテーパ状流入口を備えた円筒部材と、前記テーパ状流入口の上流側端部から更に上流に向かって延長した先細りのストレーナと、回転型の発電装置であって、前記回転軸の回転力を受け取るべく、直接に又は回転伝達手段を介して間接に該回転軸に結合する発電装置と、で構成した小型水力発電機である。
【００１３】
本考案の２は、本考案の１の小型水力発電機に於いて、前記螺旋羽根部材の上流側端部及び下流側端部を前記回転軸から放射方向に向かって徐々に端部から後退するように構成したものである。
【００１４】
本考案の３は、本考案の１又は２の小型水力発電機に於いて、前記螺旋羽根部材を、その流水が衝突する側の面が凹面となる曲面状に構成したものである。
【００１５】
本考案の４は、本考案の１、２又は３の小型水力発電機に於いて、前記ストレーナを、前記テーパ状流入口の上流端から更に上流側に先細り状態に延長した複数の小径棒材と、該複数の小径棒材の上流端を結合した小環体とで構成したものである。
【考案の効果】
【００１６】
本考案の１の小型水力発電機によれば、大小の河川中に流れに沿って単に沈めて、多くの流水を内部に導き流速を上げて効率よく発電を行うことが可能である。また伴綱で河川の底部と結合するような物ではなく、河川の底部に安定して配置をすることが可能なものであるため、若干の流速の変化、例えば、多少の降雨により流速が若干高くなった程度では全く問題なく発電を継続することが可能である。更に本考案の１の小型水力発電機では、種々の異物が流れの中にあってもそれらをその中に入らないようにすることができるため、故障などのおそれなく長期にわたって使用することができる。また台風などの場合には、容易に避難のために引き上げることが可能である。なお、本考案の１の小型水力発電機によれば、水力を利用する物であるから、温暖化ガスの発生などの環境に悪影響を与えるような問題なく、有効に利用することができる
【００１７】
本考案の２の小型水力発電機によれば、円筒部材内に流れ込む河川水の流れをできるだけスムーズにすることにより、水流の力をできるだけ効率よく螺旋羽根部材に伝え、効率的に回転軸の回転力に変換することができる。
【００１８】
本考案の３の小型水力発電機によれば、流水の力を有効に活用して回転力に変換し、効率的に発電を行うことができる。
【００１９】
本考案の４の小型水力発電機によれば、円筒部材内への詰まりそうな寸法の異物の流入を適切に除去して、螺旋羽根部材の作用による回転軸の確実な回転を確保し、安定して発電機能を果たし得るものとなる。またストレーナが先細りとなっているため、その小径棒材間の隙間又は小環体内を通過し得なかった異物は該ストレーナの外側を案内されて下流側に容易に流れて行くこととなり、該ストレーナ自体に詰まってしまうような虞もない。
【考案を実施するための最良の形態】
【００２０】
考案を実施するための最良の形態を、実施例に基づき、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２１】
この実施例の小型水力発電機は、図１〜図３に示すように、基本的に、回転軸１と、該回転軸１の外周に配した４枚の螺旋羽根部材２、２…と、該回転軸１及び該螺旋羽根部材２、２…を、該回転軸１の前後二箇所の軸受３、３を介して回転自在に支持しながら外装する円筒部材４と、該円筒部材４の上流側端部に構成した上流に向かって拡大するテーパ状流入口５と、該テーパ状流入口５の上流側端部から更に上流に向かって延長した先細りのストレーナ６と、回転型の発電装置７と、前記回転軸１の後端から該発電装置７に該回転軸１の回転力を伝達する回転伝達手段８と、で構成したものである。
【００２２】
前記回転軸１は、両端を閉じた必要な強度を有する金属製の円筒体で構成する。強度を保持しながら軽量にする趣旨である。また該回転軸１の両端は、図１及び図２に示すように、先端に向かって徐々に細くなる構成としたものであり、河川水流のスムーズな流れを阻害しないようにしたものである。この回転軸１は、図１及び図３(a)、(b)に示すように、その前後端付近に外装した二つの軸受３、３を介して前記円筒部材４の軸心に沿って回転自在に配する。なお、該軸受３、３は、その外周から放射方向に延びその外端が該円筒部材４の内周に結合する４本の支持棒３ａ、３ａ…を介して、該円筒部材４内に固設したものである。
【００２３】
前記螺旋羽根部材２、２…は、前記回転軸１と同様な材質の金属板材で捩って構成したものであり、そのピッチは、この実施例では、１８００ｍｍとしたものである。もっともこの実施例では、螺旋羽根部材２、２…は、前記回転軸１の９００ｍｍの長さの範囲内にのみ配したため、各一枚の螺旋羽根部材２、２…は１８０度の範囲にのみ配してある。なお、４枚の螺旋羽根部材２、２…は、この実施例では、該回転軸１の外周に周方向９０度の角度間隔で配してある。
【００２４】
また該螺旋羽根部材２、２…は、特に、図１に示すように、その先端と後端が、回転軸１の表面から放射方向に向かうに従って、それぞれその長さ方向中心側に後退する（即ち、傾く）ように構成してある。更に該螺旋羽根部材２、２…は、図３(a)、(b)に示すように、水流が衝突する側の面が凹面となる曲面状に構成したものでもある。
【００２５】
前記円筒部材４は、図１〜図３(a)、(b)に示すように、前記螺旋羽根部材２、２…が回転時に描く外径より若干大径の内径を有する円筒体であり、十分な強度を有する金属で構成したものである。前記のように、前記軸受３、３を支持棒３ａ、３ａ…を介して軸心を相互に一致させて固設し、該軸受３、３を介して、前記回転軸１をその軸心に沿って回転自在に配するものである。
【００２６】
前記テーパ状流入口５は、図１〜図３(a)、(b)に示すように、前記円筒部材４の上流側端部から更に上流に向かって拡大するように構成したものであり、該円筒状部材４の一部として同一の金属板材で構成したものである。多量の流水を該円筒部材４中に導入し、流速を高めようとする趣旨である。
【００２７】
前記ストレーナ６は、図１及び図２に示すように、この実施例では、前記テーパ状流入口５の上流端から先細りに構成したものである。図１〜図３(a)に示すように、多数の小径棒材６ａ、６ａ…を該テーパ状流入口５の上流端から先細り状態に更に上流側に向かって延長し、それらの最上流端を、小環体６ｂに結合固定して構成したものである。隣接する各小径棒材６ａ、６ａ…の最下流側端部間の間隔及び該小環体６ｂの直径は、隣接する螺旋羽根部材２、２…間の最小間隔及び回転軸１の外周面と該円筒部材４の内周面との間の間隔より小寸法に構成する。該円筒部材４の内部を通過できない異物の流入を阻止する趣旨である。
【００２８】
前記発電装置７は、公知の回転型の発電機で、当然、前記螺旋羽根部材２、２…側の能力に応じた出力のそれを採用する。
【００２９】
前記回転伝達手段８は、一般のギヤ列やチェーンと鎖車などを組み合わせる等によって自由に構成することが可能であるが、この実施例では、図１〜図３(a)、(b)に示すように、回転軸１の下流側端付近に固設した鎖車８ａと、発電装置８の入力回転軸７ａに固設した鎖車８ｂと、両鎖車８ａ、８ｂ間に掛け渡したチェーン８ｃとで構成したものである。
【００３０】
なお、この回転伝達手段８は、図中では、前記円筒部材４の下流側端部の近傍に配してあるが、これは作図上の都合であり、該円筒部材４から吐出される流水の流れを阻害しないように前記回転軸１を十分に延長し、その円長端と発電装置７の入力回転軸７ａとの間に設けるべきである。
【００３１】
なおまた、この実施例では、回転伝達手段８を採用して、これにより回転軸１の回転力を発電装置７に伝達するようにしたが、これに代えて、回転軸１の延長端に直接同軸状態に該発電装置７の入力回転軸７ａを結合しても良いのは云うまでもない。もっともこの場合は、当然、該発電装置７に十分な防水手段を配する必要がある。
【００３２】
従ってこの実施例の小型水力発電機によれば、これを大小の河川中にその流れに沿って沈めて使用することができる。当然、そのストレーナ６の上流端を上流側に向けた状態で河川中に沈める。発電装置７は、この実施例では、河川の外側に配置し、回転伝達手段８で、河川中に沈めた機構中の回転軸１の回転を該発電装置７に伝達する。
【００３３】
河川の流水は、前記ストレーナ６を通じてテーパ状流入口５中に導かれる。そのため、無用に大きな異物は該テーパ状流入口５には流入せず、その後段の円筒部材４中の螺旋羽根部材２、２…の間や回転軸１と円筒部材４との間等にそれらが詰まって、その機能が損なわれるような虞はない。またストレーナ６によってテーパ状流入口５中に進入することを排除された異物は、該ストレーナ６の外側がテーパ状に構成されているので、その外側に沿ってスムーズに流れて下流に移動することができる。それ故、異物がストレーナ６の外側に滞る等の問題が発生する虞もない。
【００３４】
テーパ状流入口５に流入した河川流水は、該テーパ状流入口５の上流側が大径で下流側に向かって小径となり、最下流側端で前記円筒部材４の上流側端に結合しているものであるため、該円筒部材４中では、その外側より高速の流れとなって流れることになり、該円筒部材４中の螺旋羽根部材２、２…に強く作用し、これを取り付けた回転軸１を効率的に回転させることになる。
【００３５】
該螺旋羽根部材２、２…は、前記したように、その上流端及び下流端で放射方向に向かって徐々に長さ方向中心側に傾くように構成してあるため、その流水導入側及び排出側で流れがスムーズになり、より効率的に回転力を得ることができる。
【００３６】
該螺旋羽根部材２、２…は、また、前記したように、その流水が衝突する側の面が凹部となる曲面状に構成したものであるため、河川流水の力を適切に受け取ることが可能になり、一層効率的に回転力を得ることができる。
【００３７】
このような螺旋羽根部材２、２…の作用により回転軸１が回転し、その回転力は、前記したように、回転伝達手段８の両鎖車８ａ、８ｂ及びその間に掛け渡したチェーン８ｃによって前記発電装置７に伝えられ、該発電装置７で電力に変換される。
【００３８】
またこの実施例の小型水力発電機によれば、前記したように、河川の底部にその流れに沿って沈める物であるため、河川上に浮かせて配置する物より、安定して配置可能であり、多少の降雨により流速が若干高くなった程度では全く問題なく発電を継続することが可能である。
【００３９】
更に又この実施例の小型水力発電機によれば、温暖化ガスの発生等の問題もなく、環境に適合した動作をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】実施例の小型水力発電機の部分断面平面図。
【図２】実施例の小型水力発電機の平面図。
【図３】(a)は実施例の小型水力発電機の正面図、(b)は実施例のテーパ状流入口上流端付近で断面した正面断面図。
【符号の説明】
【００４１】
１    回転軸
２    螺旋羽根部材
３    軸受
３ａ  支持棒
４    円筒部材
５    テーパ状流入口
６    ストレーナ
６ａ  小径棒材
６ｂ  小環体
７    発電装置
７ａ  入力回転軸
８    回転伝達手段
８ａ、８ｂ  鎖車
８ｃ  チェーン
【図１】
0003143189.tif 000003
【図２】
0003143189.tif 000004
【図３】
0003143189.tif 000005