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公開番号2024033870
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-03-13
出願番号2022137759
出願日2022-08-31
発明の名称横掛け水車水力発電装置
出願人個人
代理人
主分類F03B 3/14 20060101AFI20240306BHJP(液体用機械または機関;風力原動機,ばね原動機,重力原動機;他類に属さない機械動力または反動推進力を発生するもの)
要約【課題】河川等において落差を必要としない横掛け水車による水力発電装置の提供を課題とする。
【解決手段】本発明の一装置である横掛け水車設置幅が確保された流通路30の左右に収集堰25を構築し、収集堰25によって集約された河川流水を流通路30に設置回転する横掛け水車中央の回転体1を基準として、エネルギー生産流水34と非エネルギー生産流水35として左右に分け、垂直と90°の角度をもって水平に一対してなる回転翼をエネルギー生産流水34の位置エネルギーで垂直翼に、非エネルギー生産流水35の水面位置上部を水低杭を無にしての水平翼5と互いの回転翼の垂直と水平の変換作動で回転エネルギーを生産し、横掛け水車中央の回転体1上部で一体した駆動ギア21に噛合した被動ギア22で変速し回転軸23で連動した発電機24とで成る。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
水面上に一部を残し、大部分を水中内に置いた円筒の回転体と、前記回転体の水面位置上
部中心を基準にして、円周に相対に並列して配置された複数の軸受けと、前記軸受けを
自在にして貫通した90°回転支軸と、前記90°回転支軸を前記回転体内において相対に同等に長さを違えた出幅を残して切り離し、互いを連結する半円形連結板と、前記回転体を
貫通し外位置で放射状に一定の長さにした相対する前記90°回転支軸と一体する垂直と90°の角度をもって水平に一体して成る回転翼と、前記出幅に前記回転翼と並列に一体する90°回転止め板と、前記回転体の内側、外側の同位置に、前記回転翼を垂直位置で受け止める為に設置された前記90°回転止め板の受け板と、中心に主軸と一体した駆動ギアが一体した前記回転体上部を塞ぐ上蓋と、中心に主軸を一体した低部を塞ぐ底蓋と、前記駆動ギアと噛合する被動ギアで変速させ、回転軸を介して連動する発電機とで成る横掛け水車水力発電装置
続きを表示（約 2,000 文字）【請求項２】
前記上蓋と前記底蓋とで上下を塞いで成る円筒の前記回転体を二重構造にして、外枠を肉厚に隙間に発泡体を注入して補強し、水面上の上板と表面を水低と並列して埋設された底板とに相対して設けた軸受けに主軸を軸支させて成る前記横掛け水車においては、外枠を肉厚にしたことで加重されて、下側前記主軸と前記主軸軸受とに係る負荷の増大を前記回転体内の空間と前記発泡体の浮力によって水中内に浮かせ、前記主軸と前記主軸軸受に係る負荷を軽減させ、前記横掛け水車を持続可能にした請求項1に記載の横掛け水車水力発電装置
【請求項３】
前記90°回転支軸を前記回転体内において切り離し、前記出幅の長さを違え相対して同等に最長から前記回転体内壁に沿わせて最短と順々に調整し、切り離された前記90°回転支軸を一対に連結する複数枚の前記半円形連結板においては、厚さと幅と形状の調整によって強化され、直径の長さを違え最小形から順々に最大形に拡大して成る請求項1に記載の横掛け水車水力発電装置
【請求項４】
前記回転体の外位置で、一定の長さにして放射状に成る各々前記90°回転支軸と一体する回転翼においては、一辺を前記90°回転支軸と一体させて垂直させ、前記半円形連結板を介して一対する一方の前記90°回転支軸と一体する前記回転翼は、90°の角度をもって水平に置き、互いの前記回転翼は実施時において前記垂直翼と前記水平翼に成る請求項1に記載の横掛け水車水力発電装置
【請求項５】
前記横掛け水車の設置幅が確保された流通路左右に適度の高さにした収集堰を設け、河川流水を前記流通路に集約し、前記横掛け水車中央の前記回転体を基準にエネルギー生産流水と非エネルギー生産流水として左右に分け、前記エネルギー生産流水の位置エネルギーで前記垂直翼を垂直回転させ、相対して一対する前記水平翼は前記非エネルギー生産流水の水面上を水抵抗を無にしての水平回転と成る請求項1に記載の横掛け水車水力発電装
【請求項６】
前記非エネルギー生産流水の流通路と河川生物の遡上通路とを兼ねて成る流通路幅分を外して、前記横掛け水車の回転に支障をきたすことのない川上位置に川上に向け斜め方向に上部を水面位置にした複数の円柱を川底に並列に埋設し、数枚の横板を段差をつけて前記円柱と一体させて成る防護棚を前記回転体とそれに係る前記垂直翼の川上保護位置に設置した請求項1に記載の横掛け水車水力発電装置
【請求項７】
ほぼ長方形状に形成された前記回転翼の長辺の一辺を、片側前記90°回転支軸と一体させ、前記半円形連結板で連結した一方の前記90°回転支軸に、同形状、同重量の前記回転翼を、右90°の角度にして同状態に一体させる事で互いの前記回転翼はシーソー状態回転翼になり、それらを複数にして構成された前記横掛け水車の作動形態は、中央の前記回転体を基準に、本装置形態に限り、左側を前記エネルギー生産流水に、右側を非エネルギー生産流水として河川流水を左右に分け、川上の流水分岐位置と、川下流水合流位置の係る一前記シーソー状態回転翼の流水分岐位置における前記回転翼は、前記90°回転支軸を支点として右斜め45°の角度で大部分が水中内にあり、前記横掛け水車の回転時、前記流水分岐位置通過時点の前記回転翼を、前記エネルギー生産流水の位置エネルギーで掛け押して、前記回転体の内側と、外側の同位置に設けた外側前記受け板で垂直に受け止めて垂直移動する前記垂直翼になり、それと同時に、前記エネルギー生産流水と、前記非エネルギー生産流水の川下合流位置で、前記回転体を堰に見立て、前記回転体の直径幅を底辺とする二等辺三角形状に発生する水位の低下箇所に垂直して係る前記回転翼は、水位低下による水抵抗の軽減と、前記非エネルギー生産流水の流圧と、シーソー原理による反復力と、川上の流水分岐位置において、前記エネルギー生産流水の位置エネルギーで垂直する前記回転翼の垂直力とで、前記受け板を離れ水面上に掛け上げされ、前記非エネルギー生産流水の水面と平行の水抵抗を無にしての前記水平翼になり、水力発電装置には必須である落差を必要とせず、前記シーソー状態回転翼の互いの前記回転翼を、川上流水分岐位と、川下流水合流位置を定位置として、前記水平翼から前記垂直翼に、前記垂直翼から前記水平翼にと同時変換させることを特徴とした請求項１から至6のいずれかに記載の横掛け水車水力発電装置
【請求項８】
本発明は、河川流水、潮の干潮による海峡においての潮流、洋上においての海流等と、風力を含む自然流と、用水路、浄水場、排水処理場等の人口流すべてに応用する事が可能な請求項1から至7のいずれかに記載の横掛け水車水力発電装置

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は河川において落差を必要とせず、自然流水を利用しての小中規模水力発電装置に関するものであり、より詳細には河川流水の水面位置と適度の間隔を開けての上板と表面を川底と並列して埋設した底板とに相対して設けた軸受けに軸支した回転体と、回転体と一対に回転する回転翼とで成る横掛け水車であり、河川流水を横掛け水車中央の回転体を基準にしてエネルギー生産流水と非エネルギー生産流水として左右に分け、エネルギー生産流水の位置エネルギーで水中において垂直に成る垂直翼と、相対して一対する非エネルギー生産流水の水面上で水平に成る水平翼との循環作動によって電気エネルギーの生産を可能にした横掛け水車に関するものである。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
現在、自然流水を利用しての水力発電装置において、除塵装置を不要とする水車形式は上掛け水車に限られている。河川において水車を上掛けにしてエネルギーの生産を可能とするには、それに見合う落差がある取水堰が必要であり、現時点で上掛け水車の設置可能な既存堰はごく僅かであり、河川においての堰新設には様々な課題と膨大な費用を必要とする。
【０００３】
上記の一課題であるゴミ対策を解決すべく発明されたものに、例えば「特許第5671769号」がある。この装置の場合は、一軸で回転する既存の上掛け水車を二軸で回転するベルトコンベヤー式に変え、装置に見合う落差を有する堰上下に斜めにして掛け渡し、ベルト部に複数のバケットを均等に取り付け、自然流水をベルト部の上側バケット内に取り込み、複数あるバケット内水重量と斜め方向へ移動落下する流水圧でベルトコンベヤーを回転させての水力発電装置であり、ゴミ対策においては既存の上掛け水車と同等の機能を有する。
【０００４】
ただ、自然流水を利用しての水力発電装置においては、ゴミ対策の他に様々な課題が山積し、特に水力発電装置の河川設置においては別格である。
「特許5671769号」の場合は、水力発電装置の除塵対策においては、ゴミ等を確実に排除することが出来るが、その他の課題である堰の新設と新設においての課題である堰底部の落下水による浸食、河川生物の遡上問題、景観、騒音対策、特に増水時においての流木、流石、増水分水量等と、これらの問題解決においては膨大な費用を有することになる。
又、この発明は、ある程度の傾斜を設けてのベルトコンベヤー式にしたことで、貯水した各々バケットの垂直でなく斜め方向への移動エネルギーとなり、ベルトコンベヤーの各々部位に膨大な抵抗を掛けることになり、自然流水を効率よく有効利用する事は難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特許第5671769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、従来提唱されている直設河川装置の中、小規模水力発電装置においては、装置としての実用性はあるが、新設に対しては皆無である。その要因としては山積する課題にあり、例別すると、気候変動によって発生する河川の増水とそれに供る流木、流石等と、渇水時の水位低下と、景観、騒音対策、河川生物の遡上対策、又、落差を必要とする水力発電装置においては、装置に見合う高さの堰が必要であり、設置可能とする既存堰はごく僅かしかなく、上記課題を解決しての新設においては膨大な費用を必要とする。発電用ダム、河川水を取水しての発電装置を除き、上記課題を解決しての直設河川装置水力発電装置の新設は不可能である。
【０００７】
本発明は、河川流水を利用しての小中規模の水力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、上掛け下掛けと従来の水力発電装置を新たな横掛け水車形式にして、水車中央の回転体を基準して河川流水をエネルギー生産流水と非エネルギー生産流水として左右に分け、エネルギー生産流水の位置エネルギーで成る垂直翼と、非エネルギー生産流水の水面上で水抵抗を無にしての水平翼とで成る本発明は、落差を必要とせず、気候変動によってまれに発生する河川の増水分水量と、それに供る流木、流石等と、河川生物の遡上対策とその他の課題を解決しての横掛け水車水力発電装置を提供する事を課題とする。
【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、水面上に一部を残し大部分を水中内に置いた円筒の回転体と前記回転体上部中心を基準して、円周に相対に並列して配置された複数の軸受けと、前記軸受けを自在にして貫通した90°回転支軸と前記90°回転支軸を、前記回転体内において相対に同等に長さを違えた出幅を残して切り離し、互いを連結する半円形連結板と、前記回転体を貫通し外位置で放射状に一定の長さにした相対する前記90°回転支軸と一体する垂直と90°の角度をもって水平に一対して成る回転翼と、前記出幅に前記回転翼と並列に一体する90°回転止め板と、前記回転体の内側外側の同位置に前記回転翼を垂直位置で受け止める為に設置された、前記90°回転止め板の受け板と、中心に主軸と一体した駆動ギアとが連座した前記回転体上部を塞ぐ上蓋と、中心に主軸を一体した低部を塞ぐ底蓋と、駆動ギアと噛合する被動ギアで変速させ、回転軸を介して連動する発電機とから成る、河川流水を利用しての横掛け水車水力発電装置である。
【０００９】
一実施形態においては、上蓋と底蓋とで前記回転体上下を塞いで、密閉された前記回転体上部円周に中心を基準に相対して、並列に設けた複数の前記軸受けに一定の長さの前記90°回転支軸を自在にして貫通させ、前記回転体内において相対し同等の出幅を残して切り離し、各々前記出幅を前記半円形連結板を介して連結し、連結時において前記90°回転支軸と一体になる前記回転翼を垂直位置で受け止めて垂直翼に、相対する前記90°回転支軸と一体する前記回転翼は、前記垂直翼に対し、90°の角度をもって水平移動する水平翼に成る。
【００１０】
また、一実施形態においては、前記回転体内において、複数に交差する前記半円形連結板の互いの接触を回避するために、相対する前記出幅を最長から最短に順々に調整し切り離された前記90°回転支軸を連結する前記半円形連結板においては、直径を違えて最小形から最大形へと拡大して成る。
上記構成は、相対する各々前記出幅の最長出幅を最小形前記半円形連結板で連結し、段差を付けて最下段を最短出幅と最大形半円形連結板で連結することで、交互に垂直と水平に定位置において変換作動する前記回転翼と一対する前記半円形連結板は、段差を設ける事で、各々前記半円形連結板の接触を回避する事ができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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