JP2003042049A - 環状連鎖羽根水車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 水車の羽根（ランナー）を水平方向に、複
数個連鎖して環状に取り付けた水車を造り、河川の流れ
から効率よく、クリーンなエネルギーを、取り出すため
の、環状連鎖羽根水車を提供する。 【構成】基部フレームの上に水車固定フレーム設け、同
一直線上に沿って回転出来るように配置された、主軸
（２）補助軸（３）の二つの軸を設け、その回りに水車
の羽根であるランナー、（１）を複数個、連鎖して、環
状に取り付けた水車を造り。使用時は、複数本の支柱及
び横財により補強された基部フレーム共用の流水溝
（８）に取り付け、集中的にこの流水溝に水を流す事に
より、ランナーが流水のエネルギーを受けて、下流側に
移動する力を利用して、水車の回転を促す構造のもので
あり、流水溝の長さ一杯に取り付けられて居る、ランナ
ー複数個が、同時に、重複して、流れのエネルギーを受
け、効率よく流れのエネルギーを取り出すことが出来る
様に、構成されていることを特徴とする、環状連鎖羽根
水車。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】地球温暖化、各種公害、等、
私たちを取り巻く環境も、厳しくなって来て居る。従っ
て太陽光発電、風力発電、等、クリーンなエネルギーを
求め、国際的にこの部門（クリーンエネルギー）の研究
がなされて居る現世である。従って本発明はクリーンな
エネルギーを求め、農業用水路の落差溝とか、頭首工、
とか河川のせき止め、などに依る比較的小さな落差を利
用して、水の流れからクリーンなエネルギーを取り出
し、発電を目的とした水車に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の水車は円形のものが主で、同心円
の放射線上に等間隔でランナーを設けたもので、一方の
ランナーが水に浸かって流れの水圧（エネルギー）を受
けようとするときにもう一方のランナーが水面から抜け
出る、この繰り返しですので、常に流れのエネルギーを
受けているランナーは、少しの個数であり力がでない、
従って現在ではあまり使われていない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の水車は前項、従
来の技術 の項に記述の様に、流れのエネルギーを受け
るべくランナーの絶対面積がすくない、従って効率がよ
くない、力がでない、従って現在ではあまり使われて居
ない。本発明は、請求項１に記述の様な水車を発明し河
川の流れから効率よく、クリーンなエネルギーを取り出
すことを考え、その構成及び方法を提供することを目的
としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、イ） 請求項１に記述の様に、基部フレームの上に
水車固定用フレーム（１８）を設け、同一直線上に沿っ
て回転できるように配置された、主軸（２）、補助軸
（３）、の二つの軸を設け、その回りに水車の羽根であ
る、ランナー（１）を水平方向に等間隔で連鎖して、主
軸の車板（４）を始め補助軸の車板（４）を迂回して、
また主軸の車板（４）まで連結具（５）で繋いで、環状
に幾重にも連鎖して複数個のランナー（１）を取り付け
る。取り付けるランナーの個数は流水溝（８）の長さに
依ってきまる。流水溝の長さが１０ｍの場合は、１ｍ間
隔に取り付けた場合、戻りの分と主軸、補助軸の迂回の
分も入れて２２〜２３個必要である。この様にランナー
を、水平方向に連鎖して繋いだ、環状連鎖羽根水車をつ
くる。ロ） 流水溝（８） さらさら流れている小川
でも、三面舗装のＵ字溝の中を流れるときは同じ傾斜、
同じ水量、で有りながら急速に流れが早くなります。こ
の原理を応用したのが本発明の流水溝であり、取り付け
られた水車を、効率よく回転せしめるための、ものであ
る。その形状は、普通のＵ字溝を拡大した様な形状のも
のである。小型のものは鉄鋼フレームに鉄板張りの、構
造でもよいが、水量が多くてランナーの幅が４〜５ｍ、
またはそれ以上の規模の設備が、建設可能な場合は、鉄
鋼フレームに鉄板張りの構造の流水溝では、強度の点が
懸念される。この様な場合は掘削又は盛土工法に依り、
造成された土床の上に鉄筋コンクリート制の強固な流水
溝とする場合もある。 この様に強固な、流水溝と
した場合、基部フレームを省略して、流水溝の上に水車
固定フレームを設ける場合もある。前述、 イ）に記述
の環状連鎖羽根水車を、ロ）に記述の流水溝に取り付
け、集中的にこの流水溝に水を流すことに依り、ランナ
ーが流れのエネルギーを受けて下流側に移動する、ラン
ナーを１ｍ間隔で取り付けた場合、１ｍ移動することに
依り次のランナーがまた流れのエネルギーを受ける、こ
の繰り返しで流水溝の長さ一杯に、取り付けられている
ランナー複数個が同時に、重複して流れのエネルギーを
受け、連結具（５）を介して車板の受け溝（６）を通じ
て、強いエネルギーで、主軸、補助軸、の回転をうなが
す。従って効率よく流れのエネルギーを取り出すことが
できる。

【０００５】

【発明の実施の形態】例えば、巾１０ｍで、水深１ｍ
で、流れて居る河川を、《洪水の時に解放出来る様な構
造で》せき止め、現流の水面高を２ｍ高めたと仮定しま
す、この２ｍの落差を利用して流水溝を建設した場合、
傾斜が２０％で１０ｍ、傾斜が３０％で７ｍ近くの流水
溝が建設出来る。この巾１０ｍで流れて居る河川を、せ
き止め、巾４ｍ水深１．５ｍくらいにに集約した流水溝
（８）に、ランナー（１）の巾４ｍ、高さ１．５ｍ、間
隔１ｍ、ごとに取り付けた、本発明の環状連鎖羽根水車
を取り付けて、集中的にこの流水溝（８）に水を流した
場合ランナー（１）１個当たりの水量が６立法ｍありま
す。この６立法ｍの水量を、２０％の傾斜で流した場合
ランナー１個当たり１２００キロｇのエネルギー（流下
しようとする力、重量換算、実験で確認）が働く。前述
の様に、落差が２ｍあるとして、傾斜が２０％の場合、
１０ｍの長さの流水溝を建設出来るので、ランナーを１
ｍ間隔で取り付けた場合１０個のランナーが同時に、重
複して、流れのエネルギーを受けることが出来る。従っ
てランナー１０個で１２トンのエネルギーが働くと言う
計算になる。同じ方法で傾斜が３０％の場合、流水溝の
長さ７ｍとして、ランナー７個が同時に、重複して流れ
のエネルギーを受けることができ、ランナー１個当たり
の水量が６立法ｍとして、傾斜が３０％の場合、重量換
算で１８００キロｇのエネルギーが働く事になり、ラン
ナー７個で、７倍の１２トン６００キロｇのエネルギー
を常時取り出せる事になる。即ち傾斜が２０％の場合、
上記計算の通り、ランナー１０個で重量換算１２トンの
エネルギーが常時取り出せ、３０％の傾斜の場合はラン
ナー７個で１２トン６００キロｇのエネルギーを常時取
り出せることになる。ここで、上記の重量換算の根拠と
なる実験方法を説明する。傾斜、水量、流速、対エネル
ギーの関係は、学術上の計算で算出できる事と思います
が、私は実験で確認しました。水１立法ｍで１トンの重
量がありますが、私は千分の一、１キロ単位で試算しま
した。 その方法は、所定の傾斜に設定した二本の
ローラの上に、かるい平板を乗せ、検体がローラの丸さ
の影響を受けない様なかたちで、傾斜方向に引き上げる
様にして測って見た結果、１キロｇの重量のものは傾斜
１０％で１００ｇ、２０％で２００ｇ、３０％で３００
ｇと出ました。 検体を２キロ、４キロ、と替えて試し
て見たが同じ様な比率で表示されました。 従って上記
試算の結果から水１立法ｍを１０％の傾斜で流せば１０
０キロ、２０％の傾斜では２００キロ、３０％の傾斜で
は３００キロのエネルギーが働くと言うことになる。各
ランナーが受けた流水エネルギーは各ランナー毎に付い
て居る連結具（５）が主軸（２）、または補助軸（３）
とそれぞれ一体構造である車板（４）の受けみぞ（６）
を通じて、主軸に伝え、主軸、及び補助軸の回転をうな
がす。この主軸に、加速器、発電機、等を繋げて発電す
る。この加速器、発電機、等については、通常に使われ
ているものを利用すればよいので、この場では記述しな
い。流水溝及び環状連鎖羽根水車の大きさはその場の水
量及び傾斜に依ってきめる。即ち水量が多い程、傾斜が
強い程、流水溝が長い程、より多くのエネルギーを取り
出す事ができる。また、水の流入部に水門（１７）を設
けて、流量を調節したり、水車の点検とか修理、のとき
に閉めて、水車の作動を止め得る構造とする場合もあ
る。この水門（１７）、またはその他の利用できるよう
な部所にコンピューターを組み込んで、コンピューター
制御できる様な構造にすれば尚よい。また、水門の前に
スクリーン（２０）を設けて、流木等の流入を防ぐ構造
とする。図面の簡単な説明の記述の中で、図５は本発明
の水車の斜視図であり、図６は従来の円形水車の斜視図
である、斜線で網掛けして居る部分は流れのエネルギー
を受けている状態を示したものであり、どちらが効率的
かよく分かる。図７の記述に於いて、１１支柱（４ケ
所）は伸縮出来る構造のもので、水車の点検とか修理の
際に伸ばして水車を水面から浮き上げ、水車の回転を止
める、ためのものであるが、水門を設けて流水を止め得
る構造であれば、必要ない。

【０００６】

【実施例】前記、記述は有る程度の落差が見込める場合
の記述だが、多くの落差が見込めない様な場所でも利用
できる。通常の農業用、水路（Ｕ字溝）などに、本発明
の環状連鎖羽根水車を取り付けてもそれなりの効果があ
る（落差が少ない分だけ効果が落ちる）。また、Ｕ字溝
でなくて、一般の河川でも水量がある場所に取り付けれ
ば、それなりの効果がある。要するに水量及び傾斜、流
速など、その場の状況に依って、効果の度合いが違って
くる。前述の、発明の実施の形態 の項でランナーを１
ｍ間隔に取り付けた場合、としてあるが、この間隔はラ
ンナー、一個当たりの容量（水量）を算出するときの都
合上１ｍ間隔としたものであり、考案の構成上なんら問
題のない数値である、従って、ランナーの間隔とか車板
の大きさなどは、その場の状況に応じて、使いやすい、
任意の大きさで利用すればよい。また、ランナー一個で
１ｍ間隔とした場合、車板の受け溝の間隔も１ｍとしな
ければならない関係上、このような場合、車板があまり
にも大き過ぎて使いにくい場合も考えられます、この様
な場合ランナーの大きさを５０センチとし、あとの５０
センチをスペンサーとして二つ併せて１ｍ間隔とした構
造でもよい、この場合スペンサーにも同間隔で連結具を
設ける。従って車板の受け溝の間隔も５０センチとな
り、小型の車板とすることが出来る。後記の図面はこう
した場合を考えて、スペンサーを入れたもの、の図面で
あるが、図９の図面においてはスペンサーを入れない
で、全部ランナーだけを、繋いだ、環状連鎖羽根水車の
側面図である。水量が多くて大規模な水車が建設可能な
場合は１ｍ間隔で大型の水車でもよいが、小型の水車の
場合は、スペンサーを入れて小型の車板とした方が使い
やすい場合もある。 従ってその場の状況に依って使い
やすい方法で利用すればよい。ここで、車板と受け溝に
ついて説明する。車板とは、主軸または補助軸と、それ
ぞれ一体構造のもので、側面から見て、図２に示す様に
軸を中心とした、円盤状のものであり、平面から見て図
３に示す様にランナーの右側と左側に一対として介在
し、その大きさは（直径）、任意の使いやすい大きさと
する。（直径５０センチ〜１ｍぐらいが使いやすい）そ
の巾はランナーの内巾以内とし、車板の円周、数箇所に
連結具の間隔と同間隔で、受け溝を設け、この受け溝が
ランナーが受けた流水エネルギーを連結具を介して受け
て、主軸、補助軸、の回転をうながすためのものであ
る。

【０００７】請求項３ の記述の説明、ランナーを箱型
のバケット状にすることにより、ランナー自体の強度が
出るが、これもランナーの横巾が２ｍ、３ｍと、大きく
なり次第に容量に対する強度が落ちて来るので、巾が広
くなり次第に、必要に応じてバケット状ランナーに補強
板を入れて補強する。バケット状ランナーの強度も巾１
ｍ以内を限度と考え、１ｍを越えたら、そのつど補強板
を入れた方が無難と考える。また、バケット状ランナー
の先端を丸型にすることにより、ランナーが水面に入る
時に入りやすく、水面から抜け出る時の抵抗が少なくな
る。また、ランナーを箱型のバケット状としないで、平
板状にして背面を補強したものでもよい。 また、
ランナーの外周部（流水溝の壁面及び底面と摩擦する部
分）に、布入りゴム板（５ミリ〜１０ミリ程の厚さの物
が使いやすい）等による漏水防止装置を施し漏水を防止
すると共に、摩擦抵抗を少なくする。（布入りゴム板を
取り付ける部分を少し外側に曲げて取り付けた方が効果
的である）

【０００８】請求項４ の記述の説明、図７に示す様に
河川の両岸から、ワイヤーロープ等で係留された、双同
船状の浮船体の中央部に、本発明の水車を取り付けて利
用する場合は、構成の基礎が浮船体であるので、これを
浮かすくらいの、水量が必要であることは言うまでもな
い。 従って、下流部の水量が豊富な場所でなければ
利用、できない。 この様な方法で利用する場合
も、前述同様まわりの水流を止めて、この環状連鎖羽根
水車を取り付けている部分に、集中的に水を流せば、効
率的に流れのエネルギーを取り出すことが出来る。
また、上記浮船体の下部をコンクリート制の台状
にして、通常はこの台の上で作動し、降雨などにより水
位があがった時に浮きあがって作動する構造でもよい。
いずれの形で取り付けた水車でも、前述もしております
が、流木など障害物に対する対策とか、点検、補修、時
に作動を止め得る構造でなければならない。

【０００９】請求項５ の記述についての説明、この項
については前項の双同船状の浮船体の中央部を、単船状
の浮船体の両舷と、言うように実施態様を替えただけの
事であり、その他同様であり改めて記述する点はない。

【０００１０】請求項６ の記述についての説明、この
項については、前述、双同船の中央部及び単船状の両舷
に、取り付けるとした実施態様を、所定の間隔（水車を
取り付けるくらいの間隔）で係留された複数捜の浮船体
の間に取り付けると、言うように実施態様を替えただけ
で、その他同様であるので改めて記述する点はない。下
流側の水量が豊富な場所では、流れの幅一杯に取り付け
て利用することも出来る。 以上の様に、浮船体に
取り付けて利用すると言うことは、降雨等による水位の
高低に対応できることが、有利な点であるが、水門を設
けて流量を調節できる様な構造であれば浮船体でなくと
もよい、浮船体としている部分をコンクリート制の構造
物でもよい。また前述のように、両岸から係留された浮
船体で利用する場合は、必ずしも水門を設ける必要もな
い、水門を省略してもよい。また、いずれの方法によ
り、取り付けた水車でも安全対策は万全にし、可動部に
はカバーを、開口部には墜落防止、通路には手摺り等を
設ける。

【０００１１】

【発明の効果】本発明は、以上説明した様に構成されて
いるので、以下に記載される様な効果がある。本発明の
水車を利用して、効率よく流れのエネルギーを取り出せ
ば、河川の流れにも、大きなエネルギーが隠されて居る
ことが証明される。本発明の環状連鎖羽根水車を利用す
ることに依り、いままで効率が悪いと思われていた、流
水エネルギーの利、活用の目途ががついてくる。大規模
な発電は無理としても、太陽光発電、風力発電、等に匹
敵するくらいの発電は出来る。前述もして居りますが、
地球温暖化、各種公害、等が問題視されている現状であ
り、小規模でも、クリーンなエネルギーの開発が世界的
に注目されている現世である。現在も、未来も、流水は
無限である。しかも、取り出したエネルギーはクリーン
である。効率よく取り出せば、大きな経済効果が期待で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 環状連鎖羽根水車の斜視図。

【図２】 環状連鎖羽根水車の側面図。

【図３】 環状連鎖羽根水車を流水溝に取り付けた
平面図。

【図４】環状連鎖羽根水車を流水溝に取り付けた斜視
図。この状態で水を流して使用する。

【図５】本発明の水車を流水溝に取り付けた斜視図。斜
線の部分は流水エネルギーを示す。

【図６】従来の水車を流水溝に取り付けた斜視図。斜線
の部分は流水エネルギーを示す。

【図７】両岸から係留した双同船状の浮船体の中央部
に、本発明環状連鎖羽根水車を取り付けた状態を示した
平面図。

【図８】両岸から係留した単船状の浮船体の両舷に本発
明の水車を取り付けた平面図。

【図９】本発明の水車だがスペンサーを入れないで、ラ
ンナーだけを連鎖して取り付けた状態を示した、環状連
鎖羽根水車の側面図。

【図１０】両岸から、所定の間隔を保って、複数捜の浮
船体を係留し、その間隔ごとに、本発明の水車を取り付
けた、環状連鎖羽根水車の平面図。

【符号の説明】

（１）ランナー （８） 流水溝 （１
５）係留アンカー （２）主軸 （９） 基部フレーム （１
６）係留ロープ （３）補助軸 （１０）軸受け （１
７）水門 （４）車板 （１１）支柱 （１
８）水車固定フレーム （５）連結具 （１２）戻りのガイド （１
９）漏水防止材 （６）受け溝 （１３）双同船状浮船体 （２
０）スクリーン （７）スペンサー （１４）単船状浮船体

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基部フレーム（９）の上に水車固定フ
   レーム（１８）を設け、同一直線上に沿って回転できる
   ように配置された、主軸（２）、補助軸（３）、の二つ
   の軸を設け、水車の羽根であるランナー（１）を水平方
   向に複数個、連結具（５）で連結し、主軸の車板（４）
   を始め、補助軸の車板（４）を迂回して、また主軸の車
   板まで、環状にランナーを複数個、連鎖して取り付けた
   水車を造り、使用時は水の流れる場所に取り付けること
   に依り、水の流れの圧力（流水エネルギー）を受けて、
   ランナーが下流側に移動しようとする力を利用して、主
   軸 補助軸、の回転をうながす構造のものであり、複数
   個のランナーが同時に、重複して流れのエネルギーを受
   けることが出来るように、構成されていることを特徴と
   する、環状連鎖羽根水車。
2. 【請求項２】 流れのエネルギーを効率よく取り出す
   ために、流水溝（８）を建造し、その中に請求項１に記
   述の水車を取り付け、集中的にこの流水溝に水を流すこ
   とに依り、より効率よく流水エネルギーを取り出すこと
   が出来る様に構成された環状連鎖羽根水車。
3. 【請求項３】 請求項１に記述の水車のランナー
   （１）を箱型のバケット状にして、先端を丸型にし、外
   周部に漏水防止材を設けた環状連鎖箱型水車。
4. 【請求項４】 請求項１に記述の水車を、河川の両岸
   から係留された、双同船状の浮船体の中央部に取り付け
   た、環状連鎖羽根水車。
5. 【請求項５】 請求項１に記述の水車を、河川の両岸
   から係留された、単船状浮船体、の両舷に取り付けた、
   環状連鎖羽根水車。
6. 【請求項６】 河川の両岸から、所定の間隔を保っ
   て、複数捜の浮船体を、係留し、その間隔ごとにに本発
   明の水車を取り付けた、環状連鎖羽根水車。