(57)【要約】【課題】  危険性が無く、しかも地球環境への悪影響が無い、水力による発電装置を提供する。【解決手段】  河川に沿って、横断面形状が上に開いたコ字形又はＵ字形の用水路１と、水車軸３に垂設した一定長さの母線を、一定方向に回動させると共に、その回動角に比例する長さ分水車軸の長さ方向に移動させることによって得られる線織面５の複数を有する多数の水車２、２と、各水車２の水車軸に連結された発電機８とを有し、各水車を、その水車軸を用水路の長さ方向に延在させた状態で用水路１の底面付近に所定の間隔を保って列設し、また、各水車と用水路の水面との間隔を、少なくとも水車の直径の半分以上にしたことを特徴とする【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
河川に沿って、横断面形状が上に開いたコ字形又はＵ字形で、河川や沼、ダム等からの水流の一部が常時流れるようにした用水路と、水車軸に垂設した一定長さの母線を、一定方向に回動させると共に、その回動角に比例する長さ分水車軸の長さ方向に移動させることによって得られる線織面の複数を有し、これら複数の線織面を相互の間に所定の角度間隔を保って水車軸の回りに配設した多数の長翼スクリュー水車と、各長翼スクリュー水車の水車軸に連結された発電機とを有し、各長翼スクリュー水車を、その水車軸を用水路の長さ方向に延在させた状態で用水路の底面付近に所定の間隔を保って列設し、また、各長翼スクリュー水車と用水路の水面との間隔を、少なくとも長翼スクリュー水車の直径の半分以上にしたことを特徴とする水力発電用長距離用水路。
【請求項２】
河川に沿って、横断面形状が上に開いたコ字形又はＵ字形で、河川や沼、ダム等からの水流の一部が常時流れるようにした用水路と、水車軸に垂設した一定長さの母線を、一定方向に回動させると共に、その回動角に比例する長さ分水車軸の長さ方向に移動させることによって得られる線織面の複数を有し、これら複数の線織面を相互の間に所定の角度間隔を保って水車軸の回りに配設すると共に、上記複数の線織面に外接する薄肉円筒である補強筒を有する多数の長翼スクリュー水車と、各長翼スクリュー水車の水車軸に連結された発電機とを有し、各長翼スクリュー水車を、その水車軸を用水路の長さ方向に延在させた状態で用水路の底面付近に所定の間隔を保って列設し、また、各長翼スクリュー水車と用水路の水面との間隔を、少なくとも長翼スクリュー水車の直径の半分以上にしたことを特徴とする水力発電用長距離用水路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水力発電用長距離水路（以下水力発電装置という）に係り、特に、原子力発電装置のような危険性が無く、しかも火力発電のような地球環境への悪影響が無くて所謂環境に優しい、新規な水車を用いた水力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水力発電に用いられる水車には、噴流による衝動水車であるペルトン水車、水の圧力を利用する代表的な反動水車であるフランシス水車、或いはプロペラ様の羽根車であるカプラン水車等種々のものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０６−１３７２５３
【特許文献２】特開２００１−１８６６６３
【特許文献３】特願２０１１−１４８６６３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した従来の水車を用いた水力発電装置は、特許文献１或いは２に記載されているように、概して大型で構造も複雑であり、しかも発電用ダムで作る流量、流速が大きい水流でないと発電効率が悪い。
【０００５】
また、水流と水車の接触時間が短く、水流の運動エネルギー或いは位置のエネルギーを十分に抽出しないで勢いを残した水流を捨ててしまう、等未だ改良の余地がある。
【０００６】
そこで、この発明は、構造が簡単で出力を大きくすることができ、しかも流速が小さい水流からでも効率良く発電できる新規な水車を用いた水力発電装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、河川や沼、ダム等からの水流に沿って、横断面形状が上に開いたコ字形又はＵ字形で、河川の水流の一部が常時流れるようにした用水路と、水車軸に垂設した一定長さの母線を、一定方向に回動させると共に、その回動角に比例する長さ分水車軸の長さ方向に移動させることによって得られる線織面の複数を有し、これら複数の線織面を相互の間に所定の角度間隔を保って水車軸の回りに配設した多数の長翼スクリュー水車と、各長翼スクリュー水車の水車軸に連結された発電機とを有し、各長翼スクリュー水車を、その水車軸を用水路の長さ方向に延在させた状態で用水路の底面付近に所定の間隔を保って列設し、また、各長翼スクリュー水車と用水路の水面との間隔（或いは水深）を、少なくとも長翼スクリュー水車の直径の半分以上にしたことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、河川や沼、ダム等からの水流に沿って、横断面形状が上に開いたコ字形又はＵ字形で、河川の水流の一部が常時流れるようにした用水路と、水車軸に垂設した一定長さの母線を、一定方向に回動させると共に、その回動角に比例する長さ分水車軸の長さ方向に移動させることによって得られる線織面の複数を有し、これら複数の線織面を相互の間に所定の角度間隔を保って水車軸の回りに配設すると共に、上記複数の線織面に外接する薄肉円筒である補強筒を有する多数の長翼スクリュー水車と、各長翼スクリュー水車の水車軸に連結された発電機とを有し、各長翼スクリュー水車を、その水車軸を用水路の長さ方向に延在させた状態で用水路の底面付近に所定の間隔を保って列設し、また、各長翼スクリュー水車と用水路の水面との間隔（或いは水深）を、少なくとも長翼スクリュー水車の直径の半分以上にしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
上記のように構成された請求項１及び２に記載の水力発電装置は、用水路の上流から下流にわたって水流が流下する際、用水路の底部を流れる水流が長翼スクリュー水車を回して発電しつつ次の長翼スクリュー水車を回す。
【００１０】
この過程において、一の長翼スクリュー水車を通過した水流は運動エネルギーを一部の発電機に吸収されて減速されるため、ベルヌーイの定理によって圧力が増大する。
【００１１】
すると、長翼スクリュー水車の上部を比較的高速で流れる低圧の水流に圧力が増大した水流が混入して、上澄みの高速水流の運動エネルギーを吸収して流速を回復すると共に、用水路に沿って流下する際位置のエネルギーを得て流速を増大させる。
【００１２】
このようにして、長翼スクリュー水車の上部を高速で流下する上澄みの水流の存在により、長翼スクリュー水車を通過して減速されると共に増圧された水流の速度を補充しつつ長い用水路にわたって水流がほぼ一定の速度で流れるので、結果として水力発電装置の発電効率が低下することが無い。
【００１３】
また、水車を回そうとする水流、或いは水圧は広い羽根板全面に作用するので、例えばプロペラ水車等と比較して水車軸に発生する回転トルクは格段に大きい。
【００１４】
更にまた、各水車は簡単な構造で、しかも用水路中に多数配設することができるので、簡単な構成ながら大電力を取り出すことができる。
【００１５】
加えて、風力発電や太陽光発電と異なり用水路を流れる水量は夜昼にわたってほぼ一定であるから、安定して電力を取り出すことができる、等種々の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の水力発電装置の構造の一例を示す線図的断面図。
【図２】その水車の構造を説明するための線図的斜視図。
【図３】水車の側面図。
【図４】水車の縦断面図。
【図５】支脚の水平断面図。
【図６】水車を発電機側からみた端面図。
【図７】水車を発電機とは反対側からみた端面図。
【図８】請求項２に記載の発明を示す図４と同様の縦断面図。
【図９】請求項２に記載の発明を示す図７と同様の端面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
河川に沿って、横断面形状が上に開いたコ字形又はＵ字形で、河川の水流の一部が常時流れるようにした用水路と、水車軸に垂設した一定長さの母線を、一定方向に回動させると共に、その回動角に比例する長さ分水車軸の長さ方向に移動させることによって得られる線織面の複数を有し、これら複数の線織面を相互の間に所定の角度間隔を保って水車軸の回りに配設した多数の長翼スクリュー水車と、各長翼スクリュー水車の水車軸に連結された発電機とを有し、各長翼スクリュー水車を、その水車軸を用水路の長さ方向に延在させた状態で用水路の底面付近に所定の間隔を保って列設し、また、各長翼スクリュー水車と用水路の水面との間隔を、少なくとも長翼スクリュー水車の直径の半分以上にしたので、用水路の全長にわたってほぼ一定の発電出力を保つことができると共に、簡単な構成ながら大電力を取り出すことができる。
【実施例１】
【００１８】
以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１において符号１は用水路を示し、この用水路１は河川に沿って、横断面形状が上に開いたコ字形又はＵ字形の、例えばコンクリート製の樋のような導水路である。
【００１９】
上記用水路１には、矢印Ａ方向（図で左方から右方）に水流が流れている。また、この用水路は水平ではなく、進行方向（下流）に向かって下がる勾配を有するものとする。
【００２０】
用水路１中には全体を符号２で示す長翼スクリュー水車（以下単に水車という）の複数が配設されている。図面を明瞭にするため、図１においてはこの水車は三つしか示されていないが、実際には用水路１中に多数の水車２、２が列設されている。
【００２１】
この水車２は、水中に全没した状態で回転する新規な水車で、その詳細は前記特許文献３に記載されているが、その構造はこの発明を理解するうえに必要であるので、以下に簡単に説明する。
【００２２】
図２において符号３は水車軸の一部を、符号４は母線を夫々示し、この母線４は、水車軸３に垂設された線分である。
【００２３】
より正確に言えば、上記母線４は水車軸３の回動軸線（水車軸の中心線）に垂直になるように水車軸３の外表面に垂設された線分である。
【００２４】
また、上記母線４の長さ、すなわち、水車軸の中心線から母線４の自由端までの距離をＲとする（図１参照）。
【００２５】
一方、上記線織面５を、半径Ｒの母線４を一定方向（図１において上から見て反時計方向）に回動させると共に、その回動角に比例する長さ分水車軸の長さ方向（図１で下方）に移動させることによって得られる曲面と定義する。
【００２６】
図１に示す線織面５は、母線４が上から見て反時計方向にπ／４回動すると下方にｌ移動する母線４の軌跡である。
【００２７】
そして、この発明による水車は、複数（図２に示す実施例では４枚）の線織面５、５を相互の間に所定の角度間隔（図示の実施例ではπ／２の等角度間隔）を保って水車軸の周りに配設することにより構成されている。
【００２８】
ここで、「水車軸の周りに配設する」とは、上記線織面５、５を水車軸３に一体的に結合することを意味する。
【００２９】
このようにして得られた例えば４枚の線織面５、５を回転軸３の周囲に角度間隔π／４で一体に結合して得られた水車２は図３に示すようになる。
【００３０】
実際の水車２は、用水路１の底面に支脚６を介して薄肉円筒状の外筒７を支持し、この外筒７中に水車２を回転可能に支承して用いる。
【００３１】
このように、外筒７中に水車２を支承する理由は、線織面５によって外方に振り飛ばされる水流を少なくして発電効率を上げるためである。
【００３２】
そのため、水車軸３の両端を小径にして付番しない軸受に支承するものとし、上流側或いは下流側の水車軸の端部に発電機８を連結する。
【００３３】
なお、このとき外筒７の中心軸を水流に沿わせて設置することは勿論で、また、図５に示すように、支脚６の水平断面形状を両端を尖らせた細長い形状とし、支脚６の下流側にカルマン渦などが生じないようにすると良い。
【００３４】
上記のように構成された水車２は、前記したように、また、図１に示すように、用水路１中にその長さ方向に沿って列設される。
【００３５】
このとき、各水車２と用水路１の水面との間隔を、少なくとも水車２の直径の半分以上にすることが望ましい。
【００３６】
上記のように構成されたこの発明の一実施例による水力発電装置は、各水車２を図６に示すように発電機側から見ても、また、図７に示すようにその反対側から見ても、外筒７内に線織面５が大きく見える。
【００３７】
そして、前記特許文献３に記載したようにこの線織面５に当たる水流が水車に大きなトルクを与え、発電機を回す結果、運動エネルギーを失って圧力が大きくなった水流が上昇して水面近くの低圧の水流と混じり合い、水流の撹拌が行われることは前記した通りである。
【実施例２】
【００３８】
図８及び図９は請求項２に記載の発明の一実施例を示し、この実施例は、図４に示す外筒７を廃し、その代わりに水車２の複数の線織面に外接する薄肉円筒状の補強筒９を嵌装したものである。
【００３９】
この補強筒を嵌装するには、例えば、線織面、補強筒９が金属板であるときには、スポット溶接する。
【００４０】
したがって、補強筒９は水車２に一体に結合され、後述のように水車２が水流を受けると補強筒９は水車と一体に回転する。
【００４１】
そして、補強筒９を嵌装した水車２は、図８及び図９に示すように、全体の形状が矩形の支持枠１１によって回動可能に支承されている。
【００４２】
上記のように構成された請求項２に記載の発明は、線織面の自由側端縁を一つの補強筒で相互に連結するから、線織面の弾性変形を防止して線織面による水流の撹拌を防止できる他、遠心力によって水流が水車外に振り飛ばされることを防止できる。
【００４３】
また、水車の重量を軽減できて材料の無駄な使用を無くすことができる。
【符号の説明】
【００４４】
１  用水路
２  水車
３  水車軸
４  母線
５  接合片
６  支脚
７  外筒
８  発電機
９  補強筒
１１  支持枠
【図１】
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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２】
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