JP5103571B2 - 発電装置 - Google Patents

Description

本発明は、曝気槽や沈澱池などの処理池に構成される発電装置に関する。

下水処理設備の沈澱池においては、汚泥が沈降しその汚泥はかき寄せ機によりピットまでかき寄せられるようになっている。また、その水面に浮遊するスカムに対しては、スカム除去装置により回収除去されるようになっている。

これらの装置は、電力で駆動されるが、その電力は専用に供給されるもので、全く無駄であるがその有効な対策もなされていない。
上記に鑑み、本発明は、水処理設備内を流れる水のエネルギーをより有効な形で電力に換えて電力消費を削減するようにした発電装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、地盤上や河川の水面上に、上部を開口した溝型で平面形状が大径のサークル状をなすサークル水路を設けて上流側入口からの水を同水路内を通じて下流側出口へと流通可能とするとともに、同サークル水路内には、前記流通する水のエネルギーによりサークル水路内に沿って回転運動自在な複数枚の水車羽根が互いに連結された状態で配備され、同水車羽根の回転するエネルギーを電気エネルギーに変換する手段を備えることで発電を可能とするものである。

【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、地盤上や河川の水面上に、上部を開口した溝型で平面形状が大径のサークル状をなすサークル水路を設けて上流側入口からの水を同水路内を通じて下流側出口へと流通可能とするとともに、同サークル水路内には、前記流通する水のエネルギーによりサークル水路内に沿って回転運動自在な複数枚の水車羽根が互いに連結された状態で配備され、同水車羽根の回転するエネルギーを電気エネルギーに変換する手段を備えることで発電を可能とするものであるので、農村などの水路や川を流れる水のエネルギーをより有効な形で電力に換えて電力消費を削減するようにした発電装置を提供することができる。

以下図示する実施形態により本発明を詳細に説明する。
尚、以下の各実施形態で説明する個々の開示例は他の実施形態にも適用されるものとする。
図１（平面図）および図２（図１のＩＩ方向矢視図）は、本発明に係る好適な一実施形態で、同実施形態において１は曝気槽で図示では同曝気槽１の一コーナーを示す。この曝気槽１では、一般的に、前記一コーナー部分において隣合うような形で第１流出口２と第２流出口３が開口し、そのうち第１流出口２からは最初沈澱池からの汚水が流入し、ここでは樋状の第１ガイド４を突設して図１の矢印Ｘのように向きを調整して槽内に導くようにしてある。
また、第２流出口３からは、最終沈澱池のピット内に溜まる汚泥（活性汚泥）を含む混合水である汚水が第２ガイド５を通じて矢印Ｙのように向きを調整されて槽内に導かれるようにしてある。
尚、第１流出口２および第２流出口３は開口位置や開口寸法、高さなど構成は異なるが図面では略同じ構成であるとして示してあり、両者２，３の構成がかなり異なる態様であってもガイド４，５の形状を対応構成することで対処できるものとする。

７は曝気水面で、実際には槽底の散気装置（図示省略）からのエアーにより常時曝気攪拌状態にある。８は支持梁で、同支持梁８は、Ｈ型鋼（あるいは溝型鋼やアングル鋼など）を用いて構成されるとともに図１のようにコーナーに斜め方向に跨るようにして両端の取付座９により上壁１０の上にそれぞれ固定設置されている。この支持梁８は、側壁１１に固定することもある。また、同支持梁８は、２本など複数本の平行な梁部材からなることもある。

同支持梁８の長手方向２個所には長手方向に直交するようにして直交梁１３が張り出し、同直交梁１３から合計４本の垂材１４…を備えることでこれらの下部に水車軸受１５の一対が同軸状に配備されている。これら軸受１５を介して単体の水車１７が回転自在に支持されている。
同水車１７は、ドラム１８の外周に水車羽根１９…を突設するとともに軸方向両端にフランジ２０と回転軸２１を備え付けたものである。前記両ガイド２，３はこの水車羽根１９…に直交して対面するように設けられて各汚水をＸ，Ｙ方向から流下させ流し当てることで図１の矢印Ａ方向に強制回転させるようになっている。

回転軸２１の外端には第１ホイール２３が取り付けられる一方、直交梁１３と補助梁２４上の上軸受２５，２５間に支持された支持軸２６まわりの第２ホイール２７間がタイミングベルトなどの伝導材２８で連動自在とされている。
そして、支持軸２６回りの発電機３０が駆動されて発電機能を発揮するようになっている。３１はカバーで、発電機３０などを覆うものであり、同カバー３１は図１の全体を覆う程度の大きな屋根材で構成してもよい。この場合の屋根材はその上にあるいはそれ自体をソーラーパネルあるいはフィルムシートとしてもよい。３２は分電盤である。

図１の矢印Ｘ，Ｙのように流出する汚水は水車羽根１９に流し当てられることにより２つの流れエネルギーにより倍力化されたものとして矢印Ａ方向に強力に回転させられるとともに回転軸２１から第１ホイール２３・伝導材２８・第２ホイール２７を介して発電機３０により発電をする。
その発電電力は前記した、例えば、モノレール式汚泥かき寄せ装置やスカム除去装置などの運転電力として或いはその他の必要な電力として広く利用可能である。矢印Ｘ，Ｙのように流出する汚水は水車羽根１９に流し当てられたあと、曝気水面に落下するがその間エアーが混合するので落下した後には曝気水中にエアーを供給するものとなり、微生物の活性化により浄化を助長するために寄与する。特に、Ｙ流は、従来であれば曝気槽１内に単純に落下攪拌を受けるものであったが、最終沈澱池内からの活性汚泥を含むもので、本実施形態によれば

図３および図４は水車を縦軸型とした実施形態で、同実施形態は、曝気槽３５のコーナーに第１流出口３６と第２流出口３７を前記と同じく既設として開設しており、第１流出口３６に連続して付した第１ガイド３８は高いレベルを維持するように、また第２流出口３７に付された第２ガイド３９はそれより１段低いレベルに出口開口がくるように下向き傾斜状のものになっている。４０は曝気水面である。

４１は支持梁で、コーナーに斜め向きに配置されているが、仮想線のように曝気槽３５全体を跨ぐように設けてもよく、その長手方向中間からは固定軸４２が縦軸として垂下されている。
この固定軸４２の下端には、固定フランジ４３が止めピン４４により固定されてその上面に固定側マグネット４５…が多数配列される一方、固定軸４２回りには、回転パイプ４６が挿通されてその下端に設けた回転フランジ４７には回転側マグネット４８…が多数対向配備されている。固定側と回転側マグネット４５，４８は反発し合う関係にあることで回転フランジ４７を介して回転パイプ４６は常時浮上して軽快に自由回転可能になっている。

その回転パイプ４６の上下間外周には、上下２段の水車羽根５０，５１とフランジ５２…を備えた上下一体型（あるいは上下別体型）をした上水車５３、下水車５４が水平面内で回転し得るように設けられている。上水車５３および下水車５４は、胴部５５を備えるとともにその外周には上水車羽根５０と下水車羽根５１が流入水を抱え持つように湾曲羽根として設けられている。この湾曲羽根５０，５１は、図３に仮想線で示すように外形側に偏寄して汚水を多く溜めるような形状のものにすればトルクがより大きくなる。

水車羽根５０，５１は、その直径が１ｍあるいは１．５ｍさらには２ｍ、３ｍ…等特に大きく設定し、固定軸４２回りの回転トルクが大きく得られるようにしてある。例えば、曝気槽３５の側辺より少し小さい程度の大きな水車羽根５０，５１とすることもある。特に、水車羽根５０，５１は軽量化のため樹脂製あるいはアルミ合金製、木製などとすることが有利である。

上水車羽根５０に対する第１ガイド３８は、上水車羽根５０に汚水を誘導すべく羽根回転軌道に対し接線方向を向くとともにその底路を上下中段のフランジ５２の高さに合わせて臨ませてある。
そして、上水車羽根５０に一旦流し当たった汚水を直ぐに外部に排除するのでなく一定時間持ち回して羽根５０に回転エネルギーを与えるように上段シュラウド５８が略３０度の周範囲を覆うべく円弧状に伸びている。この３０度の角度は４５度や９０度、さらに大きい角度に設定してもよい。その途中で汚水を周孔から排出可能にしてもよい。

下水車羽根５１に対する第２ガイド３９は、下水車羽根５１に汚水を誘導すべく羽根回転軌道に対し接線方向を向くとともにその底路を上下最も下段のフランジ５２の高さに合わせて臨ませてある。
そして、下水車羽根５１に一旦流し当たった汚水を直ぐに外部に排除するのでなく一定時間持ち回して羽根５１に回転エネルギーを与えるように下段シュラウド５９が略６０度の周範囲を覆うべく円弧状に伸びている。この６０度の角度は９０度、さらに大きい角度に設定してもよい。その途中で汚水を周孔から排出可能にしてもよい。
尚、胴部５５内には、図３に示すように、セラミック粒、炭化材、あるいは麦飯石などの浄化促進材６０…を充填してメッシュなどで通気質にした胴部５５を通じて汚水が接触し得るようにしてもよい。また、羽根５０，５１は、芯板表面にセラミックなどの浄化促進材を付したものにしてもよい。羽根５０，５１自体に通水小穴を多数開けることは自由である。

前記回転パイプ４６には第１ホイール６１が取り付けられ、伝導材６２を介して第２ホイール６３を駆動させるとともにその上の発電機６４を連動して発電可能に構成してある。
尚、図４の左欄に示すように、回転フランジ４７側から垂直に下部軸６６を伸ばしてその下端を軸受支持するとともに下部軸６６回りにスクリュウ式攪拌手段（上昇あるいは下降流起生）６７を設けたり左欄のようなフィン式の攪拌手段（上昇あるいは下降流起生）６８を設けてもよい。これらの構成によれば水車羽根による発電と同時に曝気槽内の攪拌が可能になる。

図３および図４の実施形態によれば、水車羽根５０，５１を大きな直径のもとに水平回転（斜め軸回転式でもよい）する方式としたので、同じ汚水流入であっても回転トルクが大きく得られる。第２ガイド３９は少し下がるようになっているが第１ガイド３８の方も下がり傾斜状にすれば水車羽根５０への衝動力が大きく得られる。
また、前記実施形態のように、水車羽根５０，５１がマグネットの反発で常時浮上勝手になっているので軽快に回転し流入エネルギーがより効率的に回転エネルギーに変換されるようになる。
尚、図４に仮想線で示すように、落水音や臭い防止のため屋根カバー６９を付してもよい。同カバー６９をソーラー方式にしてもよい。
また、図示はしないが固定フランジ４３と回転フランジ４７との関係を利用して超伝導回転駆動装置を構成してもよい。

図５および図６は、他の実施形態を示す。同実施形態は、直径を１〜２ｍ前後に大きくした水車７１が横軸７２回りに支持されるとともにその周部に周羽根７３…をまた側面に側羽根７４…をそれぞれ配備したもので、周羽根７３…には第１流出口７５から第１ガイド７６を通じて汚水が流し当てられる一方側羽根７４…には第２流出口７７から第２ガイド７８を通じて汚水が流し当てられるようになっている。７９は伝導手段、８０は発電機である。
尚、図７に示すように、２つの流出口７５，７７からの汚水を合流させて側方開放状とした周羽根７３に流し当てるようにしてもよい。

図８ないし図１０は、他の実施形態を示す。同実施形態は、軸受８１で両端を支持された水車８２を両端のフランジ８３と胴周りの水車羽根８４で構成したものにおいて、一方あるいは双方のフランジ８４の外面に回転側マグネット８５…を配備する一方、フランジ８３の外側に離間して対向配置した固定フランジ８６の面に固定側マグネット８７…を配備してこれら両マグネット８５，８７が図８の右下欄の拡大図のように一方向にのみ反発作用するように構成したものである。これにより汚水が流し当て付けられるエネルギーをさらに加速させるものである。
尚、図１から図１０（図２２から図２８の実施形態も含む）に示す実施形態は、単一流（Ｘ、Ｙのうちの一つの流れ）が注がれる形式の処理池を対象にしても設置されることがある。
また、前記実施形態では主に曝気槽をその対象として設置したが、水処理設備内において汚水や浄化済みの水が流れ落ちる個所であればどこをも対象に設置することができるもので、例えば、沈砂池前の流入水路に流れ込む段階や塩素混和池から流れ出る段階などを対象に設置することができる。このことは以下の例えば、図２２から図２８に示す実施形態でも同様にいえる。

図１１（平面図）は他の実施形態を示す。同実施形態は、多列に配された沈澱池９０内に水車９１…を配備してそれぞれ流出口９２から駆動させるようにしたものにおいて、これら水車９１の回転軸９３を共通１本化してその中途から発電機９４に連動させるように構成したものである。回転軸９３は２本など複数に分割してもよく、また発電機９４は複数台でもよい。

図１２（平面図）および図１３（縦断側面図）は他の実施形態を示す。同実施形態は、農村などの水路や川での水利発電方式を示す。９６は水路あるいは川で、その中に楔形でせり上がる形をした堰９７が設けられて大きな落差で水が流れ落ちるようにしてあるとともにその下流側には水車９８が設けられて駆動されるようになっている。
この水車９８は図示よりも低く設定することがある。落差を大きくするため堰９７を高くしたことに伴って水路９６の側面には水が漏れ出すのを防止する側板９９が立設されている。
尚、水位を一定化するため、上流には上下調節の可能な水位一定化装置１００が設けられてその上端を高さ制御可能にするとともに誘引した水はバイパス１０１により下流に流すように構成してある。

図１４ないし図１６は他の実施形態を示す。同実施形態は、同じく農村などの水路や川での水利発電方式の一例を示す。１０３は水路で、同水路１０３の末端は、直径数十ｍと大きい平面円形をしたサークル水路１０４を幅１〜３あるいは５ｍのもとに連通状に形成し、その一部の底穴１０５からは外部に抜ける出口水路１０６を連通させて全体水路を構成したものである。さらに、サークル水路１０４の中央には、基礎１０７を介して固定軸１０８を立設し、その回りに回転体１０９を設けるとともにその外周には四方へ伸びるように主アーム１１０を張り出してある。

アーム１１０の外端には、垂直な主ステー１１１を介して回転リング１１２を取り付けてあるとともに、同リング１１２を介する下部には、多数の下部ステー１１３を介して水車羽根１１４…が設けられてサークル水路１０４内で回転運動するようになっている。１０５は吊りワイヤ、１１６は締めワイヤである。尚、１１７は伝導手段、１１８は発電機である。固定軸１０８は図１５の右欄のように斜め軸状にしてもよい。

図１４の矢印Ｌのように水路１０３から流れくる水がサークル水路１０４内に入ると水車羽根１１４…を駆動して水車全体を矢印Ｒ方向に回転駆動するようになる。そのままではサークル水路１０４内で溜まるので底穴１０５から出口水路１０６へと矢印Ｓのように抜き出すようにしてある。水車全体が回転駆動されることで発電が可能になる。

図１７（平面図）および図１８（立面図）は、縦軸支持方式の水車に複数（２種類）の汚水流を流下させて衝当させることにより発電する装置の他の実施形態を示す。同実施形態は、曝気槽２００のコーナーに第１流出口２０１と第２流出口２０２を前記と同じく既設として開設しており、第１流出口２０１は高く第２流出口２０２はそれより少し低く示してあるが、逆のこともあり双方が同じ高さのこともある。
２０３は第１ガイド、２０４は第２ガイドであり、それぞれは後述する水車羽根の接線方向に流入水を投入するようにするもので、この実施形態では、特に、各ガイド２０３，２０４内に沿った形の複数条の整流化板２０５、２０６を配すことで変曲流により乱流化しがちな汚水をここで整流化して本来保有する流れエネルギーが対象である水車羽根に有効な形で作用するようにしてある。２０７は曝気水面である。

２０８は支持梁で、コーナーに斜め向きに配置されているが、曝気槽２００全体を跨ぐように設けてもよい。この支持梁２０８の長手方向中間からは固定軸２０９が縦軸として垂下されている。
この固定軸２０９の下端には、受筒２１０が止めピン２１１により固定されている。固定軸２０９回りには、樹脂ライニングパイプ（図示省略）を介して回転パイプ２１２が挿通されて回転しながら上下に遊動可能に構成されている。

回転パイプ２１２の外周には、上下１段（あるいは上下２段）の水車２１３が水平面内で回転し得るように設けられている。同水車２１３は、円形の底板２１４と、外周に配列した水車羽根２１５…と、その水車羽根２１５の内周に丸胴状に設けた胴部２１６、および内部に放射状に設けた支持リブ２１７とを有する。
底板２１４は水平な平坦面とされているが、中央がコーン状に凹んだものあるいは凸状をなすものなどでもよい。また、底板２１４には、図１８の左下欄に示すように複数の凹所２１８に常時エアーが確保されるようにして例え後述する水車浮上用のスカートが破損しても最低限度のエアーが浮上用として機能するようにしてもよい。
水車羽根２１５は、流出水を抱え持つように湾曲羽根とし、特に、同実施形態の羽根２１５は、外径端が内径端よりも大きく回転方向に先行するように斜め配置になっており、これにより、流出した汚水は外径方向に押しやられて第１ガイド２０３に続く第１シュラウド２２０および第２ガイド２０４に続く第２シュラウド２２１に沿った方向へ流される傾向となり、流出水が最も外周に作用することから大きな回転トルクを発生するようになる。
水車羽根２１５は平坦な斜め板でもよい。尚、水車２１３は、その直径が１ｍあるいは１．５ｍさらには２ｍ、３ｍ…等特に大きく設定してあるが、前記水車羽根２１５の径方向の寸法は、水車２１３の半径の約１／４ないし１／６で前記実施形態よりも小さく設定されている。汚水が水車羽根２１５の前後間で乱流を生じ難くしかもより外径寄りに汚水が集中して作用するようにしてある。

前記底板２１４の全周には、スカート２２３がゴム・樹脂・金属製などにより垂れ下げられている。このスカート２２３は内部に曝気槽内から発生するエアーを溜めて水車２１３を浮上させより軽快に水車２１３を回転させるためのものである。
同スカート２２３は固定軸２０９に同心状であるので回転の抵抗とはなりにくい。スカート２２３と底板２１４とは密閉空間を形成するので、全くエアーが漏れない構造になっているが、一定圧以上になるとその一部をリリーフさせて水車高さを一定化するようにすることもできる。

尚、回転パイプ２１２の外周上部には第１ホイール２２４が設けられて発電機２２５を駆動する第２ホイール２２６に伝導ベルト（タイミングベルト）２２７で連動するようにしてあるが、水車２１３が上下する関係で第１ホイール２２４も上下し、それを吸収するため第２ホイール２２６を左欄上に示すように同ホイール２２６を幅広状にしてベルト２２７が上下し得るようにしてもよい。
一方、第２、第１ホイール２２６，２２４および回転パイプ２１３は高さ変動しないようにし、水車２１３およびスカート２２３側が上下するように構成してもよい。
また、第１、第２シュラウド２２０，２２１を省略し、水車羽根２１５…を備えた水車２１３の外周に水車２１３とともに回転する全周カバーを設けるとともにその下部にスカート２２３を備え付けたものとするとともに流出汚水を周部でなく上方から投入されるよ うにしてもよい（図２０の実施形態参照）。
この場合、全周カバーの周位に排水穴を多数設けて回転とともに投入された汚水が排出されるようにする。

図１９および図２０は、浮上により軽快に回転するようにした縦軸回り回転式の水車の羽根に対し流出汚水を上から投入するとともに水車中央から排出させるようにした実施形態を示す。
２３０は第１流出口、２３１は第２流出口で、それぞれ第１ガイド２３２と第２ガイド２３３を湾曲樋状に備える。各ガイド２３２，２３３の先端底面は円弧状の凹欠部ａを備えて流出汚水流をより集束化して水車羽根に衝当させるようにしてある。ガイド２３２，２３３の底面はＵあるいはＶ溝状に形成して流れをより集束化するようにしてもよい。
２３４は支持梁で、その長手方向中途には固定軸２２９が垂下して固定され、その外周には樹脂ブッシュ２３５を介して昇降運動可能な樹脂製回転パイプ２３６が設けられている。回転パイプ２３６の上端には駆動ギア２３７が取り付けられる一方、支持梁２３４上の発電機２３８から伸びた軸回りにはギア２３７に上下移動可能に噛み合う従動ギア２３９が設けられている。

２４１は水車で、同水車２４１は、丸形漏斗状をした底板２４２と、同底板２４２の中央に開けた排水口２４３を上端に有する排水パイプ２４４と、底板２４２の外周に一体に立ち上がる周板２４５とを備える。底板２４２と回転パイプ２３６とは複数枚のサポートアーム２４６で一体に結合されるとともに、底板２４２の外周上には周板２４５にも一体をなすように多数枚の水車羽根２４７…が配列されている。
この水車羽根２４７は、汚水が衝当する四角形の部分と衝当後の流れを受けながら前記排水口２４３へと導く三角形をした部分の１枚板からなる。尚、前記サポートアーム２４６の外径側に相当する部分の水車羽根２４７は四角形をした部分のみからなる。
また、図１９に仮想線で示すように、水車羽根２４７はｂあるいはｃのように求心方向に対し傾斜してもよく、同図右欄にｄあるいはｅで示すように湾曲状をなすものにしてもよい。
これら水車羽根は底板２４２に対し垂直面状に立ち上がるが、右欄に示すように流入水を抱え込むように下端基部が上端よりも回転方向に先行して位置する傾斜面状ｆに配備してもよい。この傾斜面は湾曲するものｆ´にしてもよい。

前記水車２４１の底部には、スカート２４９が垂設され、水車２４１の底部空間が浮上用のエアー溜め空間とされている。この空間には、曝気槽内で発生する散気によるエアーが入って溜まりその浮力により水車２４１が持ち上げられ軽快な回転を促進する。水車２４１は上下するがその際ギア２３７はギア２３９に対して回転を伝えながら上下スライドにより吸収する。
固定軸２２９の下端には、図２０の矢印のように流れ来る汚水を排水パイプ２４４内へ勢いを付けて流下させるようにラセンガイド２５０が取り付けられている。
尚、ラセンガイド２５０の有無に拘らず、固定軸２２９の下端あるいは水車２４１の下端には図２０に仮想線で示すような反転ガイド２５１を付けておけば浮上空間内にエアーを導くことができるとともに活性汚泥を含む汚水を曝気槽内に誘導することができる。ラセンガイド２５０と反転ガイド２５１とを組み合わせることでエアーの発生量は増加し乱流化した汚水を曝気槽内に誘導できる。

そうしたことから図２０にＥで示す組は単独で装置を構成することができるし、Ｆの組を組み合わせることもできる。Ｆの組は、曝気槽の底に立てたガイドパイプ２５２で同パイプ２５２内に流下するエアー混じりの汚水を誘導してその途中からエアーを誘出させるとともに上端から汚水を排出するようにしたものである。２５３は逆流阻止ガイド、２５４はその下側に開けたエアー流出口である。

図２１は、縦軸である固定軸２５７の回りに回転と浮上の可能な軽量一体型の水車２５８を備え、同水車２５８内にリブ２５９と多数枚の水車羽根２６０…を配備するとともに、水車２５８の底部を凹み状にしてエアー溜まり２６１を形成してその外周をスカート２６２で取り囲んで水車２５８の浮上を可能にした実施形態である。
底板２６３はその中央が膨らみ外周部分が平坦になっているので、ガイド２６４からの１種あるいは複数種の流出水は水車羽根２６０…に衝当しても中央へは逃げず、従って、トルクを大きく発生する外周に留まる傾向になる。外周に投入された汚水は、周板２６５の孔（メッシュでもよい）を通じて矢印のように一部ずつ回転により排出される。この孔は開口度の調節を可能にしてもよい。
尚、水車２５８の回転パイプ２６６と固定軸２５７との間にはエアーが入り込むようにしてもよい。また、右欄に示すように、周面を開放した底板２６８上に水車羽根２６９を斜め向きに配列した水車２７０に対しその上方を横切るガイド２７１を通じて流出汚水を噴射するようにしてもよい。２７２はスカートである。

図２２は、その水車２７６の中央底部にフロート２７８を回転に抵抗の少ない同心配置して浮上させるようにした実施形態を示す。スカート２７７は省略してもよい。前記フロート２７８は、発泡樹脂の他、中空型樹脂や金属製のものでもよく、また、形状は逆円錐形の他、丸筒などでもよい。

図２３は、縦軸である固定パイプ２８０に水車羽根２８１を備えた水車２８２の回転軸２８３を浮上させながら回転するように支持したものにおいて、特に、曝気水面２８４上にフロート２８５を浮設し、同フロート２８５の中央に球軸受からなるピボット２８６を水密式に設け、同ピボット２８６に前記回転軸２８３下端を支持させて常時軽快に回転運動させるようにしたものである。
前記のように固定側がパイプ２８０で回転側が軸２８３であることもあり、このことは他の実施形態でも同様に適用できる。

図２４は、縦軸である固定パイプ２８８に水車羽根２８９を備えた水車２９０の回転軸２９１を浮上させながら回転するように支持したものにおいて、特に、曝気槽内にフロート２９２を浮力発生状態で沈め込み、同フロート２９２の中央に球軸受からなるピボット２９３を水密式に設け、同ピボット２９３に前記回転軸２９１下端を支持させて常時軽快に回転運動させるようにしたものである。

図２５の実施形態は、支持梁２９６に斜め固定軸２９７を固定し、同固定軸２９７回りに回転パイプ２９８を介して底板２９９・周胴板３００・水車羽根３０１を備えた水車３０２を斜め軸回りに回転自在にしたものである。
３０３は流出水のガイド、３０４はフロート、３０５はピボットであり、回転パイプ２９８の下端軸がピボット３０５を介してフロート３０４からの浮力を受けて水車３０２を常時浮上させる仕組みになっている
この実施形態によれば、水車羽根３０１が上がったところに流出水が投入されさらに同流出水の落差分のエネルギーを利用して水車３０２を回転作用させるので、流出水のもつ位置エネルギーをうまく利用して水車３０２を効果的に回転させることができる。
尚、同図右下欄に示すように、水車３０２の底板の底部に周方向に連続状をなす浮力発生体（発泡体や中空構造体）３０６を備え付けて水車３０２を常時浮上させるようにしてもよい。この場合、前記フロート３０４を組み合す場合と浮力発生体３０６単独で構成する場合とがある。

図２６および図２７は、やや急傾斜の川（水路）３３０を利用して設置された水車発電装置についての実施形態を示す。同装置は、川３３０の両脇に対向状に立設配備した支持杭３３１と、これらの杭３３１にアーム支点３３２を介して上下運動可能に取り付けられた左右一対のアーム３３３と、これら両アーム３３３の下流側端部間を介して横軸回りに回転自在に取り付けられた水車３３４とを備え、特に、前記アーム３３３の底部には河川流に対して浮上する第１フロート３３５を装備するとともに、前記水車３３４の胴内にも第２フロート３３６を内蔵してこれら３３５，３３６により水車３３４が常時河川流に浮上しながら軽快に回転・発電可能に構成されたものである。
尚、第１フロート３３５は高さ調節可能にすれば水車３３４を好適な高さで効率回転させることができる。

図２８および図２９は、同じく農村などの水路や川を流れる水の流れエネルギーを利用した水利発電方式の他の例を示す。図２８は図２９の平面図、図２９は図２８のＨ−Ｈ線断面図である。４００は水路で、同水路４００は、新規に設けたものあるいは旧来からの水路の中途で構成することができる。同水路４００の末端には、直径数十ｍと大きい平面円形をしたサークル水路４０１を幅１〜３あるいは５ｍのもとに連通状に形成し、その一部の底穴４０２からは外部に抜ける出口水路４０３を連通させて全体水路を構成したものである。さらに、サークル水路４０１の中央には、基礎４０４を介して固定軸４０５を立設し、その回りに回転体４０６を軸受支持して設けるとともにその外周には四方へ伸びる ように主アーム４０７を張り出してある。

主アーム４０７の外端には、回転リング４０９を取り付けてあるとともに、同リング４０９を介する下部には、多数の下部ステー４１０を介して水車羽根４１１…が設けられてサークル水路４０１内で回転運動するようになっている。羽根４１１の外縁には、図２８の右下欄に示すように、サークル水路４０１内で水が抜けにくくしかも水路４０１に羽根４１１が干渉しないようにゴムシール４１２が取り付けられている。４１３は吊りワイヤで、固定軸４０５の上端に回転自在に軸受支持したワイヤ受盤４１４に上端を取付支持されている。固定軸４０５の回転体４０６下側には、駆動ホイール４１５が取り付けられて従動ホイール４１６との間に掛けまわされた伝導手段４１７を介して発電機４１８を駆動自在に構成してある。固定軸４０５他の全体は、図２８に矢印Ｓの方向に下げ傾斜面に従う傾斜姿勢で設置して、勢いを保つ水の流れエネルギーを羽根４１１に有効に当て付けるように構成することもできる。

図２８の矢印Ｐのように水路４００から流れくる水がサークル水路４０１内に接線方向に入ると水車羽根４１１…を駆動して水車全体を矢印Ｒ方向に回転駆動するようになる。そのままではサークル水路４０１内で滞るので底穴４０２から出口水路４０３へと抜き出すようにしてある。水車全体が回転駆動されることで発電が可能になる。４１９は補強枠で、主アーム４０７を補強・構築する。

こうした発電装置において、前記サークル水路４０１は、水入り口および出口に相当する部分を除いて、Ｕ字（Ｖ字や角型などでもよい）形で全体が短い円弧状をした本体ａと、その両端に設けた接合フランジｂとでなる接合型溝ユニット４２１の接合により構成されている。この溝ユニット４２１は、ＦＲＰやコンクリート、あるいは木やビニール樹脂などで一体形成することができる。

尚、主アーム４０７の撓みを少なくするため、図２９に示すように、サークル型をした補助溝４２３を設けてアーム４０７からのフロート４２４を浮かせて浮力を得るようにしてもよい。
また、サークル型をしたガイドレール４２５上を走行するようなローラー４２６を主アーム４０７に備えて支持するようにすることもできる。この場合、サークル水路４０１の上縁に沿ってローラー４２６を走行支持させるようにしてもよい。
さらに、図２８の右上欄に示すように、水車羽根４１１は球体（球殻も含む）４２７としてもよく、また、その右欄に示すように半球体４２８としたり判球殻型にしてもよい。

図３０および図３１は、河川４３０内での水車式発電装置についての実施形態を示す。
同装置は、河川４３０内に垂直な角型固定支柱４３１を介して水位追従式に設置されている。固定支柱４３１は、河川４３０の幅間中央に埋設固定された基礎ブロック４３２の杭４３３に差し込まれるとともに下フランジ４３４をアンカー４３５により止め付けるこ とにより高く伸びて固定されている。固定支柱４３１は、図３０に仮想線で示すように、一端が土手側に固定された牽きワイヤ４３６により四方から牽かれて保持されて振れなどしないようになっている。

前記支柱４３１の回りには、四角筒状をした昇降ガイド筒４３７が回転せずに昇降自在とされるとともに、同ガイド筒４３７の外周には、内周がガイド筒４３７に適合し外周が円筒面とされた中筒４３８がガイド筒４３７とともに昇降するように設けられている。
中筒４３８の上下端外周には、フランジ４３８ａが突設されているとともに、両フランジ４３８ａ間に相当する中筒４３８の外周には、内外周面が円筒面とされた外筒４３９が中筒４３８に対して回転自在に設けられている。

この外筒４３９の外周には、主アーム４４０が四方へ伸びて設けられているとともに、駆動ホイール４４１が設けられている。主アーム４４０の外周端を介してリング４４２が取付られるとともに、同リング４４２から垂下された複数本のステー４４３を介してゴムシール４４４付きの水車羽根４４５が取り付けられており、これら水車羽根４４５は、内外にフロート４４６…を配備して河川水面上に浮上し水位追従式のサークル水路４４７内で回転自在になっている。

前記フランジ４３８ａからは、受台４４８が突設されて回転せず昇降のみ自在に設けられ、その上に発電機４４９が設置されるとともにその下側には従動ホイール４５０が設けられて前記駆動ホイール４４１との間に掛けられた伝導部材４５１により昇降しながらも回転を伝えるようになっている。４５２は誘導ガイド板で、河川４３０の水の流れを集めてサークル水路４４７の上流側の凹欠状の入り口４５３に接線状に河川水を導くように連通して固定されている。４５４は出口で、サークル水路４４７の下流側に凹欠状に形成されている。尚、４５５は下限ストッパ、４５６は回転止めワイヤでサークル水路４４７を土手側から引っ張って同サークル水路４４７が回転しないように規制する。

河川水は、誘導ガイド板４５２により集められて図３０の矢印Ｇのようにサークル水路４４７内に流れ込む。これらの水はサークル水路４４７内の水車羽根４４５…を回転駆動したのち出口４５４を通じて排出される。水車羽根４４５の回転により主アーム４４０が回転するとともに外筒４３９も回転する。外筒４３９が回転すると駆動ホイール４４１が回転して伝導部材４５１を介して従動ホイール４５０を回して発電機４４９を駆動させる。

河川の水位が変動してくると、フロート４４６によりサークル水路４４７が上下し、これが水車羽根４４５を介して外筒４３９を追従して上下させる。その間も外筒４３９は回転するので、その外周の駆動ホイール４４１も昇降しながら回転する。外筒４３９は中筒４３８と昇降ガイド筒４３７を介して固定支柱４３１に備えって昇降する。受台４４８は、回転せず昇降のみする中筒４３８に突設されているので、図３１の状態のまま昇降運動のみをし、従って、従動ホイール４５０は駆動ホイール４４１と同じ高さを保ちながら回転 運動を伝えて発電が可能になる。

尚、水車羽根４４５は、図３０に仮想線で示すように導入した水の流れをできるだけ外周寄りに導くため斜めに設けてもよい。
また、河川の水量が洪水などで激増する場合、図３１に仮想線で示すように、ハンドル４５８により駆動される引き揚げ装置４５９により装置を持ち上げて退避させるようにしてもよい。

本発明の一実施形態を示す平面図。 図１のＩＩ方向からの矢視図。 他の実施形態を示す平面図。 図３のＩＶ−ＩＶ線断面図。 他の実施形態を示す平面図。 図５の正面図。 他の実施形態を示す平面図。 他の実施形態を示す正面図。 図８のＩＸ−ＩＸ線断面図。 図８のＸ−Ｘ線断面図。 他の実施形態を示す平面図。 他の実施形態を示す平面図。 図１２の縦断面図。 他の実施形態を示す平面図。 図１４のＢ−Ｂ線断面図。 図１４のＣ−Ｃ綵断面図。 他の提案例を示す平面図。 図１７の縦断正面図。 他の提案例を示す平面図。 図１９の縦断正面図。 他の提案例を示す縦断面図。 他の提案例を示す縦断面図。 他の提案例を示す縦断面図。 他の提案例を示す縦断面図。 他の提案例を示す縦断面図。 他の実施形態を示す平面図。 図２６の縦断面図。 水車式発電装置の他の実施形態を示す平面図。 図２８のＨ−Ｈ線断面図。 河川設置の水車式発電装置の他の実施形態を示す平面図。 図３０の横断面図。

符号の説明

１…曝気槽 ２，３…流出口 ４，５…ガイド ８…支持梁 １７…水車 １９…水車羽根。

Claims (1)

1. 地盤上や河川の水面上に、上部を開口した溝型で平面形状が大径のサークル状をなすサークル水路を設けて上流側入口からの水を同水路内を通じて下流側出口へと流通可能とするとともに、同サークル水路内には、前記流通する水のエネルギーによりサークル水路内に沿って回転運動自在な複数枚の水車羽根が互いに連結された状態で配備され、同水車羽根の回転するエネルギーを電気エネルギーに変換する手段を備えることで発電を可能とする発電装置。

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