(57)【要約】【課題】  発電原価の上昇を抑制し、クリーンエネルギーによる安定した電力供給を可能とした発電装置を提供する。【解決手段】  河川の流水を受けて作動する発電装置（１）であって、複数枚の羽根（２−１）を有する羽根車（２）が保護房（１１）の内側に回転自在に設けられており、羽根車（２）の回転軸（４）の上端部に発電機（５）を取り付けた発電装置である。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
河川の流水を受けて作動する発電装置（１）において、羽根先端部（２−４）に流水を受けるための曲折部を有する複数枚の羽根（２−１）と、前記曲折部の向きが回転方向に一致するように前記羽根（２−１）が固設されたボス（３）と、前記ボス（３）の長手方向に固設された回転軸（４）と、前記回転軸（４）の上下の端部を軸支する保護房（１１）と、更に前記回転軸（４）の上端部に取り付けた発電機（５）を備えることを特徴とする発電装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
河川の自然流水を利用して生態系を保全しつつ防水発電機と連結した立型回転軸水車によって安定した発電を行う水力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
川の水を利用する水車は、自然流水を利用した動力源として古くから使われ、脱穀作業や食品の粉砕に用いられた。水車の生む動力を発電に利用し、電源エネルギーとして利用が始められたのは明治中期であった。
産業革命は蒸気機関から始まったが次第に中心的役割は電気が荷うようになり、多種多様に大小様々な形で利用されたエネルギーとしての電気は、非常に簡便に送致でき、集結分散がどのような量にも容易にできる特徴をもっていた。
そのため大工場のような大量消費者から一般家庭のような小量消費者まで、隈無く電気の恩恵をうけることができた。当初、電気の多くは水力発電によるものであったが、需要が除々に増え、水力発電のみでは賄いきれなくなり、石油またはガスを燃料とする火力発電や、ウランを燃料とする原子力発電が誕生し、これらが発電事業の主体となった。現在では水力発電は全発電量の一割強程に減少し、その殆どがダム式発電によるものである。
【０００３】
しかし、化石燃料の大量消費による弊害も深刻になってきた。
資源の枯渇、環境への悪影響、価格高騰等、エネルギーの主体として依存することは危険であり困難ではないかと考えられるようになり、次世代のエネルギーとして再生可能エネルギーを中心としたエネルギー源の転換を世界中が模索し始めた。その方法として太陽光、風力、地熱、バイオマス等、各種のエネルギーを利用した発電生産実験が試されているが、未だ次世代エネルギーとしての確立した発電方法は見い出されていない。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
電気は、工業用または民生用に多種多様な形で使用されている。そのため電力の供給は常時安定していることが要望され、停電することだけでなく短時間の電圧の変動であっても機器の故障の原因に結びつく。それゆえ、電力の供給は緻密さ正確さを必要とされている。しかし、次世代の発電方法として有望視されているクリーンエネルギーの太陽光発電並びに風力発電は、日光の強さや風の有無等天候に左右され、発電を量的に安定させることが出来ない。
【０００５】
発電量が不安定では従来の発電方法に代替することはできず、火力発電装置や原子力発電の設備を維持しつつ、太陽光発電並びに風力発電の設備を増加させるという重複した設備投資を行うことになる。このような二重構造の発電形態は、発電原価が次第に上昇することを避けられず、電力供給とクリーンエネルギーの関係について解決されねばならない種々の課題があった。
本考案は、上記課題に鑑みてなされたものであり、発電原価の上昇を抑制し、クリーンエネルギーによる安定した電力供給を可能とした発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本考案は、河川の流水を受けて作動する発電装置において、羽根先端部（２−４）に流水を受けるための曲折部を有する複数枚の羽根（２−１）と、前記曲折部の向きが回転方向に一致するように前記羽根（２−１）が固設されたボス（３）と、前記ボス（３）の長手方向に固設された回転軸（４）と、前記回転軸（４）の上下の端部を軸支する保護房（１１）と、前記回転軸（４）の上端部に取り付けた発電機（５）を備えることを特徴とする。
本考案は、河川の自然流水を利用して生態系を保全しつつ、防水発電機と連結した立型回転軸水車によって安定した発電を行う発電装置である。総延長の長い川、流域の広い川の流水量はほぼ安定している。しかし時には豪雨や長雨によって水位が上昇する。
そこで本考案は、水車の羽根車を立軸回転にし、羽根車に連結している発電機を密封して防水化させ又は予め防水機能を持った発電機を使用し、増水によりこれらの発電機が水中に没しても影響を受けることなく発電できる構造とした。
【考案の効果】
【０００７】
本考案は装置から発生する危険性は全くない。
原子力発電は放射能の放出等の危険性があり、化石燃料は排気ガスによって環境を損い気候変動を起す。
これに対し、本考案は自然流水を利用するため、安全に発電を行うことが出来る。河川の中の動植物に対しても生態系を破壊侵食することもなく、障害や制限を与えることもない。
【０００８】
本考案の発電装置は構造が簡単であり、さらに水流の圧力を受ける羽根の部分以外は堅牢な鉄筋コンクリートで覆われているので岩石や木材、ゴミ等が大量に混入している濁流にも何等影響を受けることなく、河川の状態や天候に関わりなく常時安定した発電ができる。設置場所も広い用地を必要とせず、発電効率がよくて増水に対しても対応できる安全な場所の河川の一部を河川管理者の許可を受けて使用する。水車を設置する河川は中規模以上のものが効率よく発電でき、そのような河川は非常に長く存在し、河川の形状、流水量および流水の速度等を考慮しても、非常に多くの水車設置場所があるので、発電用水車を多数設置すれば一台の発電量は少なくとも、全体の総発電量は莫大な電力量を得ることができる。本装置は一度設備すれば保守整備するだけで燃料および原材料を必要とせず、長期にわたって安定した電力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本考案の一実施形態による発電装置の平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図。
【図３】本考案の発電装置の使用形態の一例を示す平面図。
【図４】本考案の発電装置の使用形態の他の例を示す平面図。
【考案を実施するための形態】
【００１０】
以下、本考案の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本考案の一実施形態による発電装置（１）を図１に示す。
本装置（１）は、水流を受け止める立軸の羽根車（２）と、その羽根車（２）に固設された回転軸（４）と、その回転軸（４）に取り付けられて水流が羽根車（２）に当り生じる回転力を動力とする発電機（５）と、上記羽根車（２）や発電機（５）を保護維持する保護房（１１）から構成される。
【００１１】
羽根車（２）は４枚以上の羽根（２−１）と回転軸（４）からなる。回転軸（４）を狭んで片側の羽根（２−１）の外側部分が保護房（１１）よりも外側に位置するとき、その片側の羽根（２−１）と回転軸（４）を狭む反対側の羽根（２−１）は直接水流に当たらない保護房（１１）内に位置し水圧や漂流物から守られる。羽根車（２）は、複数枚の羽根（２−１）に対する流水の水圧の差によって回転力を得る。
羽根（２−１）は、その内側が中空であるか、又はその中空部分に発砲材などが充填されており、水に対する浮力を有する。そのため、羽根車（２）は、回転軸（４）の下端を軸支するスラスト軸受（１０）の摩耗が低減され、経年変化に対する耐久性が高いものとなっている。
【００１２】
本装置（１）は、これらの川の特性である豪雨や長雨によって何年かに一度は激流化する流れに対応するため、本装置の主要部である発電機（５）や回転軸（４）等を鉄筋コンクリートの保護房（１１）で囲うように作られており、羽根車（２）も過半は流れから守られている。このように、羽根車（２）の回転を阻害する漂流物が付着しない構造として、激流に対する耐久力を確保した。
【００１３】
保護房（１１）は、羽根車（２）の回転軸（４）の軸方向から見て台形である。そのため、川の上流から流れる水流は、保護房（１１）の外壁に導かれ、保護房（１１）の開口から外側に出た片側の羽根（２−１）部分に集められる。したがって、保護房（１１）は、その羽根（２−１）部分に作用する水圧を高める構造になっている。
なお、保護房（１１）は、羽根車（２）の回転軸（４）の軸方向から見て台形としたものに限らず、直方体または立方体としてもよい。この場合、本装置（１）を河川に複数個並べて設置するのに好適である。
【００１４】
次に図２について説明する。
羽根の素材は、河川の水中においても腐触の少ない性質をもつステンレス鋼、アルミニウム、防錆処理された鉄、または強化プラチック等、長年の水圧や漂流物との接触による衡撃にも耐えられる強靭な材質を用いる。羽根（２−１）各々の型状は、水面付近を浮遊する蔓や縄等を羽根が巻き込むことを避けるため、羽根上辺（２−２）を先端に向けて下方へ下げ、さらに羽根先端部（２−４）は浮遊物を引っ掛け巻き込むことがないよう丸くした。
羽根下辺（２−３）は河川の水が増水し流れが早くなり川底付近を岩石が押し流されるような状態になっても羽根と接触しないよう、又川底を泳ぐ魚類との接触を避けるため、羽根先端に向けて上方にあげた。
【００１５】
発電機（５）は、羽根車（２）と回転軸（４）を介して連結し、羽根車（２）の上部に設けた防水ケース（６）に設置する。防水ケース（６）は、外部からの水などの浸入を防ぐ防水機能を備える。発電機（５）は、その防水ケース（６）の内側に形成した気密室に設置する。
さらに、防水ケース（６）を設置する保護房（１１）の室内は、上部に設置した蓋（７）と、回転軸（４）の外周に取り付けたパッキン（８）によって防水構造とする。すなわち、発電機（５）は、防水構造とした保護房（１１）の室内に設置した防水ケース（６）の気密室に設置することにより、二重の防水機能によって保護される。
なお、予め防水機能をもった発電機（５）を使用する場合は、設置する所の気密性を省くこともできる。
【００１６】
本装置（１）全体を設置する高さ位置は、激流になった時に流される岩石との接触を避けるため、それぞれの河川の流れうる岩石の大きさを考慮し、川底から適当と思われる間隔を保ち高く設置する。
発電機（５）は防水されており、一定期間毎にその防水用消耗部品を交換するにしても、発電機（５）の回転軸（４）が常時回転するために経年劣化は避けられない。そのため発電機（５）を取り付ける高さ位置は、平常時において故障の原因になりやすい水中に沈潜する状態になることを避けたい。すなわち、本装置（１）は豪雨や長雨による水位の上昇時以外は発電機（５）が沈潜することのない高さを目安として設置する。
【００１７】
水流が生む水圧を受けとめる羽根車（２）は、羽根（２−１）が大きい程回転力も大きく、それによって発電能力も大きくなる。その一方で、羽根（２−１）を構成する材料が漂流する岩石や流木に対し長年の間使用できる耐久力を持っているか、羽根（２−１）や羽根車（２）を支える保護房（１１）の強度は適切か、経済合理性すなわち発電能力に対する本装置の製造原価および修理保繕費の比率等を総合的に考慮し、効率的な適正最大規模の羽根車（２）の大きさが算出される。河川の水流を効率的に利用し、次世代の自然エネルギーの中心的役割を担う発電方法とするためには、水流が充分であれば羽根車（２）の羽根（２−１）は１.５ｍ以上が望ましく、これにより素材の強度構造上に問題はなく、障害もない。
本装置（１）を実際に河川に設置する場合には、その河川の水量、河川の幅、深さ、提防の高さ、増水時の影響並びに危険性等を考慮し、小さな川（１２）には小規模の装置、大きな河川（１２）には大規模の装置というように、個々の場所に適した規模を決定する。
【００１８】
図３及び図４について説明する。
河川内における本装置（１）の設置場所は図３（Ａ）示すように水流の貫性力を多く利用できる川（１２）の湾曲した外周部に設ける。
又図３（Ｂ）に示したとおり、川幅が広く水流が分散されており水深が浅い場合は、岩石や砂利等で流水を集め水深を深くして水圧を増加させる。
図４（Ａ）に示すように、河川敷が広く水量流速が充分な場合は、河川敷の内に誘導水路（１４）を作り、水を誘導して効率よく発電する。
更に図４（Ｂ）に示すように、水流は流れの中央部や深い所が最も速い。これを利用するため河川の流れの中央部や深い所に保護房（１１）を左右交互に向け、一列に並べるか又は両側の岸（１３）に向けて並列にして設置する。
保護房（１１）は長年の水流の圧力に耐え得る強靭な素材や構造にし、大きなもの又重量のある漂流物の衝突による衝撃にも耐えられるよう保護房（１１）の基礎工事も充分に行い、傾斜しないようにする。
【００１９】
以上のように、本考案は従来のダム式の水力発電方式ではあまり考慮されていない河川の水中における生物多様性、種の保存、水質の保持等の環境面に配慮し、河川の水を貯留したり堰を作らず、自然流水によって羽根車を回転させ発電する。又水中生物の生態にも配慮し、川底や水流に生物の住来を障げる段差を作らず、河川のもつ本来の機能特性を維持しつつ流水のもつエネルギーを利用して発電する。
【符号の説明】
【００２０】
１    ：発電装置
２    ：羽根車
２−１：羽根
２−２：羽根上辺
２−３：羽根下辺
２−４：羽根先端部
３    ：ボス
４    ：回転軸
５    ：発電機
６    ：防水ケース
７    ：フタ
８    ：パッキン
９    ：軸受
１０  ：スラスト軸受
１１  ：保護房
１２  ：川
１３  ：提防（岸）
１４  ：誘導水路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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