(57)【要約】【課題】下降工程にある各バケット内に貯留される総水量を倍増することにより、発電効率の向上を図った落下水を利用する簡易発電装置を提供することを課題とする。【解決手段】上側横軸４と下側横軸５を有する支持スタンド１と、上側横軸４と下側横軸５に設置される軸受６、７と、上側横軸の軸受６に軸支される出力軸８と、下側横軸の軸受７に軸支される受軸９と、出力軸８と受軸９に固定される上側ロードシーブ１５、１６と、上側ロードシーブ１５、１６に掛け回されるロードチェーン１７と、ロードチェーン１７に固定されて循環動作する複数のバケット２０と、出力軸８に連結される発電機１０とから成る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の支持脚と、前記一対の支持脚の上方部を連結する上側横軸と、前記一対の支持脚の下方部を連結する下側横軸とから成る支持スタンドと、前記上側横軸と下側横軸のそれぞれに一対設置される軸受と、前記上側横軸の一対の軸受に軸支され、少なくとも一方の端部が前記支持脚を越えて延びる出力軸と、前記下側横軸の一対の軸受に軸支される受軸と、前記出力軸と前記受軸に少なくとも１組固定されるロードシーブと、前記出力軸に固定されるロードシーブと前記受軸に固定されるロードシーブとに掛け回されるロードチェーンと、前記ロードチェーンに狭間隔置きに設置され、前記ロードチェーンと共に循環動作する複数のバケットと、前記出力軸に連結される発電機とから成る落下水を利用する簡易発電装置。
【請求項２】
前記バケットはそれぞれ前記ロードチェーンの１つのチェーン環に固定される、請求項１に記載の落下水を利用する簡易発電装置。
【請求項３】
前記バケットは各段に複数ずつ配置され、それら複数のバケットは底部を連結板材を介して連結され、前記連結板材が前記ロードチェーンの１つのチェーン環に固定される、請求項２に記載の落下水利用の簡易発電装置。
【請求項４】
前記ロードシーブは前記出力軸と前記受軸に２組対称的に設置され、前記出力軸の前記ロードシーブ間にカウンターウエイトが配設される、請求項１乃至３のいずれかに記載の落下水を利用する簡易発電装置。
【請求項５】
一対の支持脚の上面間を連結する横架材上に、垂直面を対向させて一対の上側Ｌ型材を対設し、前記上側Ｌ型材の垂直面間において上側ロードシーブを軸支させ、前記各Ｌ型材の水平面からそれぞれ２本の吊下杆を垂下させ、前記各吊下杆の下部をそれぞれ、前記上側Ｌ型材と対称的に配置されて連結材で連結された一対の下側Ｌ型材の水平面に連結して、前記下側Ｌ型材を吊持させ、前記下側Ｌ型材の垂直面間において前記上側ロードシーブに対応する下側ロードシーブを軸支させ、前記上側Ｌ型材と前記下側Ｌ型材間に狭間隔置きにバケットを設置したロードチェーンを掛け回し、前記上側ロードシーブの回転を、前記上側ロードシーブを貫通させて設置した、発電機に連結された出力軸に伝達可能にして成る落下水利用の簡易発電装置。
【請求項６】
前記吊下杆をネジ杆とし、前記上側Ｌ型材又は前記下側Ｌ型材を前記ネジ杆に固定するためのナットを回すことによって、前記下側Ｌ型材を上下動可能にし、以て、前記ロードチェーンのテンション調整を可能にした、請求項５に記載の落下水利用の簡易発電装置。
【請求項７】
前記横架材の裏面に、複数のフリーローラーを軸支する軸支板を垂設し、前記ロードチェーンを前記フリーローラーに当接させることで、下降工程中の前記ロードチェーンの内側方向への片寄りを防止した、請求項５又は６に記載の落下水利用の簡易発電装置。
【請求項８】
一方の前記上側Ｌ型材の垂直面にギアボックスが配設され、前記ギアボックス内に、当該垂直面に内設される前記上側ロードシーブの片側を軸支する軸受に固定されて前記上側ロードシーブと一体に回転する駆動ギアと、前記駆動ギアに噛合する被動ギアを軸部に有する複合歯車と、前記上側ロードシーブを貫く前記出力軸に設けられて前記複合歯車の大歯車に噛合する出力ギアとから成るギア列が組み込まれる、請求項５乃至７のいずれかに記載の落下水利用の簡易発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、落下水を利用する簡易発電装置に関するものであり、より詳細には、河川や排水路その他の水路において、高低差により自然落下水が生ずる場所や貯水タンクの下方に設置して、その自然落下水や貯水タンクからの落下水を利用して小規模発電を行う、シンプルな構成で効率よく発電を行うことができる落下水利用の簡易発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
落下水を利用する発電装置としては、例えば、特許第３８９１４４５号公報（特許文献１）に記載のものがある。この装置は、上下方向に配設された回転軸に固定されたスプロケットに掛け回されたチェーンに多数のバケットを取り付け、下降工程においてバケット内に上方からの落下水を受け入れ、その落下水の位置エネルギーと運動エネルギーとからチェーンを循環駆動し、上方のスプロケットの回転軸から出力して発電機を駆動するものである。
【０００３】
この落下水発電装置は、水車利用の落下水発電装置における欠点を克服するものである。即ち、水車利用の落下水発電装置の場合は、落下水流の通路を次々と通過する水車の周囲に円輪状に並ぶ複数の各バケット内に落下水流が流入し、その複数の各バケット内に流入した落下水の持つ位置エネルギー及び運動エネルギー（衝撃力）を受けて水車が回転し、水車の回転軸に連結された発電機を駆動して発電させるものであるが、このような構成の場合は、落下水がバケット内に留まっている時間が短いため、各バケット内の落下水の持つ位置エネルギー及び運動エネルギー（衝撃力）を十分に活用することができない欠点がある。
【０００４】
しかるに、この特許文献１の発明の場合は、落下水は、下降工程の上端部から下端部に至るまで各バケット内に留まるので、各バケット内の落下水の持つ位置エネルギー及び運動エネルギー（衝撃力）を十分に有効活用できるのである。しかし、この特許文献１の発明においては、各バケットは、上下方向に配設された回転軸に固定されたスプロケットに掛け回されたチェーンに取り付けられ、上下の折り返し部における各バケット間の接触を避ける関係上、各バケット間には大きな隙間ができ、その分出力効率が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３８９１４４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、上記従来提唱されている小型の落下水を利用した簡易発電装置は、水車利用の落下水発電装置に比較して、各バケット内の落下水の持つ位置エネルギー及び運動エネルギー（衝撃力）をより有効に活用できるという利点があるものの、各バケットは、上下方向に配設された回転軸に固定されたスプロケットに掛け回されたチェーンに取り付けられ、上下の折り返し部における各バケット間の接触を避ける関係上、各バケット間には大きな隙間ができ、その分出力効率が低下するという欠点があった。
【０００７】
本発明は、このような従来の落下水を利用する小型発電装置における問題を解決するためになされたものであって、各バケット間の間隔を密にして配設することができ、下降工程にある各バケット内に貯留される総水量を倍増することができ、以て、各バケット内の落下水の持つ位置エネルギー及び運動エネルギー（衝撃力）をより一層有効活用することができ、発電効率の向上を図ることができる落下水を利用する簡易発電装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、一対の支持脚と、前記一対の支持脚の上方部を連結する上側横軸と、前記一対の支持脚の下方部を連結する下側横軸とから成る支持スタンドと、前記上側横軸と下側横軸のそれぞれに一対設置される軸受と、前記上側横軸の一対の軸受に軸支され、少なくとも一方の端部が前記支持脚を越えて延びる出力軸と、前記下側横軸の一対の軸受に軸支される受軸と、前記出力軸と前記受軸に少なくとも１組固定されるロードシーブと、前記出力軸に固定されるロードシーブと前記受軸に固定されるロードシーブとに掛け回されるロードチェーンと、前記ロードチェーンに狭間隔置きに設置され、前記ロードチェーンと共に循環動作する複数のバケットと、前記出力軸に連結される発電機とから成る落下水を利用する簡易発電装置である。
【０００９】
一実施形態においては、前記バケットはそれぞれ前記ロードチェーンの1つのチェーン環に固定される。また、前記バケットは各段に複数ずつ配置され、それら複数のバケットは底部を連結板材を介して連結され、前記連結板材が前記ロードチェーンの１つのチェーン環に固定される。また、一実施形態においては、前記ロードシーブは前記出力軸と前記受軸に２組対称的に設置され、前記出力軸の前記ロードシーブ間にカウンターウエイトが配設される。
【００１０】
上記課題を解決するための請求項５に記載の発明は、一対の支持脚の上面間を連結する横架材上に、垂直面を対向させて一対の上側Ｌ型材を対設し、前記上側Ｌ型材の垂直面間において上側ロードシーブを軸支させ、前記各Ｌ型材の水平面からそれぞれ２本の吊下杆を垂下させ、前記各吊下杆の下部をそれぞれ、前記上側Ｌ型材と対称的に配置されて連結材で連結された一対の下側Ｌ型材の水平面に連結して、前記下側Ｌ型材を吊持させ、前記下側Ｌ型材の垂直面間において前記上側ロードシーブに対応する下側ロードシーブを軸支させ、前記上側Ｌ型材と前記下側Ｌ型材間に狭間隔置きにバケットを設置したロードチェーンを掛け回し、前記上側ロードシーブの回転を、前記上側ロードシーブを貫通させて設置した、発電機に連結された出力軸に伝達可能にして成る落下水利用の簡易発電装置である。
【００１１】
一実施形態においては、前記吊下杆はネジ杆であって、前記下側Ｌ型材を前記ネジ杆に固定するためのナットを回すことによって、前記下側Ｌ型材を上下動させることにより、前記ロードチェーンのテンション調整が可能にされる。また、前記横架材の裏面に、複数のフリーローラーを軸支する軸支板を垂設し、前記ロードチェーンを前記フリーローラーに当接させることで、下降工程中の前記ロードチェーンの内側方向への片寄りを防止可能にする。
【００１２】
また、一実施形態においては、一方の前記上側Ｌ型材の垂直面にギアボックスが配設され、前記ギアボックス内に、当該垂直面に内設される前記上側ロードシーブの片側を軸支する軸受に固定されて前記上側ロードシーブと一体に回転する駆動ギアと、前記駆動ギアに噛合する被動ギアを軸部に有する複合歯車と、前記上側ロードシーブを貫く前記出力軸に設けられて前記複合歯車の大歯車に噛合する出力ギアとから成るギア列が組み込まれる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は上述したとおりであって、バケットの循環手段として、ロードシーブとロードチェーンを用い、１つ又は１組のバケットを１つのチェーン環に固定可能であって、各バケットを、隙間を開けることなく密に配設することができるため、下降工程にある各バケット内に貯留される総水量を倍増することができ、以て、各バケット内の落下水の持つ位置エネルギー及び運動エネルギー（衝撃力）をより一層有効活用することができ、発電効率の向上を図ることができる効果がある。
【００１４】
また、河川や排水路等の自然落下水の生ずる場所に設置し、入力として無駄に放擲されている自然落下水を利用することができるため、経済的であり、バケットの循環手段として、ロードシーブとロードチェーンを用いるため、十分な強度が得られ、循環動作が安定したものとなるといった効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る落下水利用の簡易発電装置の一実施形態の正面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明に係る落下水利用の簡易発電装置の他の実施形態の正面図である。
【図４】本発明に係る落下水利用の簡易発電装置の他の実施形態の中央縦断面図である。
【図５】図３におけるＢ−Ｂ線断面拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明を実施するための形態について、図面に依拠して説明する。図１は本発明に係る落下水を利用する簡易発電装置の一実施形態の構成を示す正面図、図２はその側面図であり、該装置は、一対の支持脚２、３と、支持脚２、３の上方部を連結する上側横軸４と、支持脚２、３の下方部を連結する下側横軸５とから成る支持スタンド１により支持される。
【００１７】
上側横軸４と下側横軸５にはそれぞれ、軸受６、７が一対、対称的に設置される。上側横軸４の一対の軸受６、６間には、少なくとも一方の端部が支持脚２、３を越えて延びる出力軸８が渡されて軸支される。図示した例では、出力軸８の両端部が支持脚２、３を越えて延ばされている。そして、支持脚２、３を越えて延ばされた出力軸８の両端部に、発電機１０に出力するためのロードシーブ１１、１２が設置されている。また、下側横軸５の一対の軸受７、７間に、出力軸８に対応する受軸９が渡されて軸支される。受軸９の端部は、支持脚２、３を越えて延ばされることもある。
【００１８】
出力軸８の、通例、軸受６、６の内側部分に上側ロードシーブ１５が設置され、また、受軸９の対応位置に、上側ロードシーブ１５に対応する下側ロードシーブ１６が設置される。そして、出力軸８の上側ロードシーブ１５と受軸９に固定される下側ロードシーブ１６とに、ロードチェーン１７が掛け回される。通例、上下のロードシーブ１５、１６は、図示した例のように２組対称的に設置される。好ましい実施形態においては、出力軸８の安定的回転を得るために、上側ロードシーブ１５、１５間にカウンターウエイト１８が設置される。
【００１９】
ロードチェーン１７には、複数のバケット２０がそれぞれ１つのチェーン環に固定され、バケット２０はロードチェーン１７の循環動作に伴って循環動作する。バケット２０は、上下方向移動時に隙間が開かないように、各段、狭間隔置きに配設される。バケット２０は、各段に横長のものを１つ配設することとしてもよいが（後述する実施形態参照）、図示した例のように、小容量のものを複数用意して横並びにし、それらの側面又は底面を、一連の連結板材２１を介して連結して一体化するようにすることもできる。
【００２０】
図示した例のように複数のバケット２０を連結するようにした構成の場合は、その複数のバケット２０のうちのいくつかが破損しても、同じ段の他のバケット２０の使用が可能であるため、装置全体としてそのまま稼働させることができ、また、破損したバケット２０は、適宜交換することができるというメリットがある。各バケット２０は、連結板材２１がロードチェーン１７の１つのチェーン環に溶接されることにより、ロードチェーン１７に固定される。
【００２１】
本発明において用いられる各ロードシーブは、ロードチェーンと適切に噛み合うように精確に形成されたポケットを有する荷鎖車で、コンパクトで十分な強度を持ち、トン単位の荷重に十分耐え得るものである。上下のロードシーブ１５、１６は、その周面に４つのポケットを９０度間隔に備えていて、図２において縦向きの１つのチェーン環１７ａがポケット内に収まる。そのため、バケット２０を横に連結する連結板材２１は、図２において横向きの１つのチェーン環１７ｂに溶接されることになる。その結果、バケット２０は、図２における左側の上昇工程から同右側の下降工程へと半円軌道を描いて移行することになり、循環路の最上段及び最下段において真横になる。
【００２２】
出力軸８から発電機への出力の伝達は、通例、変速手段を介して行われる。その場合の変速は、出力軸８の端部に固定されるロードシーブ１１、１２と、発電機１０の入力軸に直結されるロードシーブ２２、２３の径を変えることによって行うことができる。
【００２３】
次いで、図３乃至図５に示す実施形態について説明する。なお、図３乃至図５において図１及び図２におけると同じ符号を付した部分は、上記実施形態における部分と実質的に同じ構成である。この第２の実施形態の落下水利用の簡易発電装置においては、一対の支持脚２、３の上面間を連結する横架材３１上に、垂直面を対向させて一対の上側Ｌ型材３２、３３が対設される。そして、上側Ｌ型材３２、３３の垂直面間に上側ロードシーブ１５が配置され、各垂直面に内設される軸受３４によって軸支される（図５参照）。横架材３１は、本装置のほとんどの部分を支えることになるので、十分な強度を持たせる必要がある。
【００２４】
一方の上側Ｌ型材３２の垂直面に、ギア列を組み込むためのギアボックス３５が設置される。ギアボックス３５に組み込まれるギア列は、当該垂直面に内設される上側ロードシーブ１５の片側を軸支する軸受３４に固定されて、上側ロードシーブ１５と一体に回転する駆動ギア３６と、駆動ギア３６に噛合する被動ギア３７を軸部に有する複合歯車３９と、上側ロードシーブ１５を貫く出力軸４０に設けられて複合歯車３９の大歯車３８に噛合する出力ギア４１とから成る（図５参照）。図示した例では、複合歯車３９は、対称的に一対配置されている。上側Ｌ型材３２の垂直面と上側Ｌ型材３３の垂直面は、両材の連結関係を強化するために、連結材５１で連結される。
【００２５】
このギア列の構成の場合は、後述するようにして上側ロードシーブ１５が回転すると、これと一体となった駆動ギア３６が一体に回転し、その回転は、それに噛合する被動ギア３７を介して大歯車３８に伝達され、大歯車３８に噛合する出力ギア４１を介して出力軸４０に伝達されることにより、出力軸４０に連結された発電機１０が駆動される。
【００２６】
上側Ｌ型材３２、３３の水平面に、それぞれ２本ずつ吊下杆４３、４４が垂設され、各吊下杆４３、４４の下端部に、上側Ｌ型材３２、３３とほぼ対称的に配置された一対の下側Ｌ型材４５、４６が取り付けられる。下側Ｌ型材４５と下側Ｌ型材４６は、それらの水平面が連結材４７で連結されて一体化され、それらの垂直面間に下側ロードシーブ１６が配置され、上側ロードシーブ１５の場合と同様に、各垂直面に内設される軸受によって軸支される。
【００２７】
通例、各吊下杆４３、４４は、全長に亘り又は端部にネジが切られたネジ杆とされ、その上部が上側Ｌ型材３２、３３の水平面にネジ込まれ、あるいは、その下部が下側Ｌ型材４５、４６の水平面にネジ込まれ、あるいは、その上部及び下部の双方が、それぞれ上側Ｌ型材３２、３３又は下側Ｌ型材４５、４６の水平面にネジ込まれる。そして、吊下杆４３、４４は、その上部にネジ付けられる２つのナット４８によって、上側Ｌ型材３２、３３の水平面を挟むようにして取り付けられ、その下部にネジ付けられる２つのナット４９によって、下側Ｌ型材４５、４６の水平面を挟むようにして取り付けられる。
【００２８】
この構成の場合、ナット４８、４９を締め、あるいは、緩めることにより下側Ｌ型材４５、４６を上下動させることができ、以て、上側ロードシーブ１５と下側ロードシーブ１６とに掛け回されるロードチェーン１７のテンションを調整することが可能となる。ロードチェーン１７には、バケット２０が設置される。この実施形態の場合のバケット２０は、金属バーを介して、チェーン環６個につき１つの割合で取り付けられている。
【００２９】
更に、横架材３１の裏面に、下降工程のロードチェーン１７と上昇工程のロードチェーン１７との間に位置させて、複数のフリーローラー５４を軸支する一対の軸支板５５が垂設される。図示した例では、フリーローラー５４は３段に配設され、各フリーローラー５４の周面中間部に、縦向きのチェーン環が収まる溝が形成されている。このフリーローラー５４は、その周面がロードチェーン１７に当接することで、バケット２０内が水で満たされていて内側方向に片寄りやすい、下降工程にあるロードチェーン１７の内側方向への片寄りを防止するよう機能する。
【００３０】
本発明に係る落下水利用の簡易発電装置は、主に、河川、用水路、排水路等における高低差のある個所等のように、常時、上方からの豊富な自然落下水Ｗが得られる個所に設置され、バケット２０が上を向いている側（図２、４において右側）を、その自然落下水Ｗを受け得る位置に配置する。あるいは、落下水は、上方に設置した貯水タンクから供給するようにすることもできる。このように配置することにより、バケット２０が下向きの状態の上昇工程からバケット２０が上向きの状態の下降工程へ移行する過程において、バケット２０内に落下水Ｗが流入し、上向きに水平状態となる下降工程の最上位位置に至った時点では満杯状態となる。
【００３１】
このように落下水Ｗの充填は、バケット２０が最上位位置にある真横の状態から水平状態に移行する間に行われるが、その最上位位置のバケット２０と先行する１つ前の水平状態のバケット２０との間に、何の障害物もない十分に広い空間があるので、その過程においてバケット２０内に十分な量の落下水Ｗを受け入れることができる。
【００３２】
かくして上向きに水平状態となった満水状態のバケット２０は、その状態のまま下降していき、その下降工程にあるすべての満水状態のバケット２０の総重量が、ロードチェーン１７の循環駆動に寄与する。その際各バケット２０は、図２、図４に示すように隙間なく連なって下降していくため、無駄がなく、出力効率のよいものとなる。下降工程にあるバケット２０の位置エネルギーと運動エネルギーは、最上位のものが最も大きく、下方に移動するに従って減少していくが、それらの総和がロードチェーン１７に作用することになるので、ロードチェーン１７を介して出力軸８、４０には大きな回転駆動力が供給されることになる。
【００３３】
そして、下降工程の最下位のバケット２０内の水は、真横を向く最下位位置に至る間にすべて排出され、その後の上昇工程においては水の負荷がなくなり、上昇工程にある複数のバケット２０を上昇させるためのエネルギーは、出力軸８、４０に伝達される回転駆動力にほとんど影響を与えない。出力軸８の回転は、例えば、その端部に設置されたロードシーブ１１、１２及びそれに巻き掛けられるロードチェーンを介し、発電機１０に伝達されて発電に供される。
【００３４】
本発明に係る落下水利用の簡易発電装置は、バケット２０の循環手段として、上側ロードシーブ１５、１６とロードチェーン１７を用い、１つのバケット２０を１つのチェー環に固定可能であるため、各バケット２０を、隙間を開けることなく密に配設することができる。そのため、下降工程にある各バケット２０内に貯留される総水量を倍増することができ、以て、従来のこの種発電装置における場合に比較して、各バケット２０内の落下水の持つ位置エネルギー及び運動エネルギーのより一層の有効活用が可能となり、発電効率の一層の向上を図ることができるものである。また、入力として無駄に放擲されている自然落下水を利用することができるもので、経済的メリットも大きなものである。  
【００３５】
この発明をある程度詳細にその最も好ましい実施形態について説明してきたが、この発明の精神と範囲に反することなしに広範に異なる実施形態を構成することができることは明白である。従って、この発明は、添付請求の範囲において限定した以外はその特定の実施形態に制約されるものではない。
【符号の説明】
【００３６】
１            支持スタンド
２、３        支持脚
４            上側横軸
５            下側横軸
６、７        軸受
８            出力軸
９            受軸
１０            発電機
１５            上側ロードシーブ
１６            下側ロードシーブ  
１７            ロードチェーン
１７ａ、１７ｂ  １つのチェーン環
２０            バケット
２１            連結板材
３１            横架材
３２、３３      上側Ｌ型材
３５            ギアボックス
３６            駆動ギア
３７            被動ギア
３８            大歯車
３９            複合ギア
４０            出力軸
４１            出力ギア
４３、４４      吊下杆
４５、４６      下側Ｌ型材
４８、４９      ナット
５４            フリーローラー
５５            軸支板
【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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