JP2015074971A - 砂防ダム水力発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】 水抜き穴が無い砂防ダムにおいても安全に発電する。【解決手段】 堰堤上から幅広く流下していた水流を堰き止めて集める集水装置と、集めた水に勢いを付けて水車に衝突させるシューターと、両岸に架けた桁を組み合わせて取り付けた円筒軸に水車と変速機と発電機を搭載したフレームを吊るして発電する発電装置と、水車の高さを調整する自在継手と、水車の水平方向の位置を調整して水車の向きを設定する水車位置調整装置と、上流から流れて来る流木を発電装置に衝突しないように偏向させる除木装置と、水車に逆方向の回転力が生じるのを防ぎ、水位が上昇した際に発電装置を動揺させて水流から受ける力を弱め、さらに水位が上昇した際に発電装置を水面に浮かべる受水装置と、水車の回転に伴い水車の羽根に流入し始めた水流からもより強力な回転力を得る抵抗板とを備える。【選択図】図１

Description

発明の詳細な説明

本発明は、砂防ダム水力発電システムに関し、特に、砂防ダムの堰堤から流下してしまう水を集めて発電する砂防ダム水力発電システムに関するものである。

周知のように、砂防ダムによる発電は、用水路のように水量が管理出来なく、人間で制御できない渇水と洪水を伴う自然による水量であり、特に大雨による洪水の期間および融雪による増水の期間は危険であり、この期間を除くほとんどの期間は活用できるのに出来ない状況となっている。やむなく既設の堰堤の途中にある水抜き穴に導水管を取り付けて発電する方法で行われてきたが、水抜き穴の水量では得られる電力が小さい。また、水抜き穴が設置されていない堰堤では、追加工事により水抜き穴を新たに堰堤に設けて導水管を取り付ける方法でしか発電できない状況となっている。

発明が解決しようとする課題

しかしながら、上述したような従来の砂防ダムによる水力発電には、以下のような問題が存在する。
渇水状態における少ない水量を確保する方法と、洪水状態における水位の上昇と流下物による安全を確保する方法が難しく、本流である堰堤上から流下する水から電力を得るのは危険を伴う問題。
さらに、流下物による堆積で堰堤の途中にある水抜き穴が塞がれてしまい必要な水量を得られず発電出来なくなるという問題が想定される。
また、水抜き穴が無い堰堤に新たに堰堤に水抜き穴を追加しようとしても堰堤の強度が弱くなる方向になり採用が難しい問題も想定される。

本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、渇水状態でも少ない水を寄せ集めて発電用水として活用可能とし、また洪水状態における高い水位と流下物に対しても安全に年間を通して発電可能な砂防ダム水力発電システムを提供すること。さらに、堰堤に水抜き穴が無い砂防ダムにおいても、新たに堰堤に追加工事をして水抜き穴を設けなくても発電可能な砂防ダム水力発電システムを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

上記の目的を達成するために本発明は、以下の構成を採用している。
請求項１記載の砂防ダム水力発電システムは、水車と変速機と発電機をフレームに組み付けて両岸から架けられた円筒軸に吊るされて発電する発電装置と、砂防ダムの堰堤上から幅広く流下してしまう水を集めて放流する集水装置と、
前記放流された水流を加速して前記水車に衝突させるシューターと、
前記砂防ダムの上流から流れて来る流木を発電装置に衝突させないように偏向させる除木装置と、
前記水車の高さを調整し時々刻々と変化する前記水流に対する前記水車の向きを自在に変える自在継手と、
前記水流と前記水車との水平方向の間隔および前記水車の向きを調整する水車位置調整装置と、
前記水流により前記水車に逆方向の回転力の発生を防ぎ、また水位が上昇した際に前記発電装置を動揺させて水位の上昇による水の抵抗力を弱め、さらに水位が上昇した際には前記発電装置を水面に浮かべる受水装置と、
前記水車の回転に伴い前記水車の羽根に流入し始めた前記水流から回転力を得る抵抗板とを備えることを特徴とするものである。

従って、本発明の砂防ダム水力発電システムでは、発電装置が両岸から吊るされているので、水車が流速が遅い河川の流れる水流に接触しないので水車の回転速度に影響を受けなく、今まで砂防ダムの堰堤から幅広く流下してしまう水を集水装置で集めてシューターにより水車に勢いよく衝突させることで、水車に強力な回転力を発生させて変速機により発電可能な回転数に変え発電機を駆動することで電力を得ることができる。さらに、水車の位置と向きを最適に調整できる水車位置調整装置と自在継手をそなえているので、有効に水流を水車に衝突させられるので効率良く発電ができる。
また、除木装置により流木が流れて来ても発電装置が破損することなく安全に発電することが可能になる。
すなわち既設の砂防ダムにおいて、渇水になっても少ない水を寄せ集めて発電用水として活用でき、また洪水になっても水位の上昇と流木にたいしても安全に発電できて、さらに堰堤に水抜き穴が無い砂防ダムでも新たに水抜き穴の追加工事を要することなく、年間を通して本流である堰堤から流下する豊かな水量からより多くの電力を得ることが可能になる。

請求項２記載の砂防ダム水力発電システムは、請求項１記載の砂防ダム水力発電システムにおいて、前記集水装置は、前記堰堤上から流下してしまう水を堰き止めて放水口から放流する堰板と、該堰板による貯水と放流を可能にするするため、集水ハンドルの操作により該堰板を上下に動かす駆動軸を備えたリンク機構と、前記堰堤に取り付けて該リンク機構を取り付ける底板とを備える事を特徴とするものである。

従って、本発明の砂防ダム水力発電システムでは、堰堤に追加工事をすることなく底板を取り付け、集水ハンドルを操作することでリンク機構により堰板が上下に動作するので、堰堤から流下してしまう水を堰き止めて発電用水とする場合は堰板を下げ、また、堰板を上げると堰堤上に溜まった水を安全に放水することができる。

請求項３記載の砂防ダム水力発電システムは、請求項１記載の砂防ダム水力発電システムにおいて、前記シューターは、断面が溝形状をして前記放水口と前記水車との間に水を流す溝板と、該放水口側に該溝板と前記縦桁を連結するピンＡと、前記水車側に前記縦桁に取り付けたピンＢと該溝板に取り付けたピンＣを繋ぐターンバックルとを備えることを特徴とするものである。

従って、本発明の砂防ダム水力発電システムでは、溝板により放水口から取り入れた水を外に漏らさず水車に加速して衝突させることができる。またターンバックルを調整して溝板の傾斜を変えることで最も適した角度で水流を水車に衝突させることができる。

請求項４記載の砂防ダム水力発電システムは、請求項１記載の砂防ダム水力発電システムにおいて、前記除木装置は、前記放水口の上流側に水面に対して斜めに張り出して前記縦桁に取り付けた背骨梁と、さらに、該背骨梁に取り付けて該水面に対して斜め下方に間隔を開けて前記堰堤の下流側に広げて取り付けた肋骨梁とを備えていることを特徴とするものである。

従って、本発明の砂防ダム水力発電システムでは、背骨梁が斜めに取り付いているので、上流から流れてきた流木が水流に押されて背骨梁に乗り上げてバランスを崩し、つぎに肋骨梁に乗り斜め下方に偏向して流下するので、流木が発電装置に衝突することが避けられる。

請求項５記載の砂防ダム水力発電システムは、請求項１記載の砂防ダム水力発電システムにおいて、前記自在継手は、前記水車位置調整装置に取り付ける上球体組立と、前記円筒軸を取り付ける下球体組立と、球体組立は雄雌の球体が自在に動く雌側球体と雄側球体とから構成され、前記円筒軸を取り付ける側の該雄側球体の中心にボルトを取り付けて前記水車位置調整装置に取り付ける側の該雄側球体の中心に該ボルトを通し両側から該雄側球体を締め付けて該球体組立を固定するナットとを備えることを特徴とするものである。

従って、本発明の砂防ダム水力発電システムでは、２組の球体組立間の距離を固定した状態でそれぞれの球体組立が自在に動くので、水流から受ける力で水車の向きを自動的に追随させることができる。さらに水車位置調整装置側の雄側球体で締め付けているナットを調整することにより双方の球体組立間の距離が変わるので、水車の垂直方向の位置を変えることができるとともに水車を水平状態に調整することができる。

請求項６記載の砂防ダム水力発電システムは、請求項１記載の砂防ダム水力発電システムにおいて、前記水車位置調整装置は、前記両岸に架けられた横桁に取り付けた縦桁に搭載されて摺動する下座と、該下座の上に回転摺動する中座と、さらに該中座とピンにより連結してラックを位置調整可能に組付けた上座とからなり、該上座に摺動可能に搭載して中心にピニオンを取り付けて該ラックと噛み合わせた水車桁とを備えることを特徴とするものである。

従って、本発明の砂防ダム水力発電システムでは、下座を縦桁の同じ直線方向に摺動させることにより水車が水平方向に移動するので、水車と水流とを最も適した間隔に調整することができる。
また左右の水車位置調整装置の位置をずらし水車桁が斜めになっても、水車桁の中心に取り付けたピニオンと左右の上座に取り付けたラックとが噛み合い中座が円周方向に摺動することで、水車桁がラックを動かさない限り左右に動くことなく斜めになっても指定された位置を保つことができる。このことにより地形により水流の正面に向かい合わせて水車を取り付けらない場合でも、水車桁を斜めにできるので水流の正面に向かい合わせて水車を取り付けることができる。すなわち水流の位置と方向に合わせて水車を移動することが可能になる。

請求項７記載の砂防ダム水力発電システムは、請求項１記載の砂防ダム水力発電システムにおいて、前記受水装置は、前記フレームに取り付けて前記水流が前記羽根の腹側から侵入する位置となるように先端を取り付けた受水板と、受水板と前記発電装置との空間に組み入れたフロートとを備えることを特徴とするものである。

従って、本発明の砂防ダム水力発電システムでは、水車の回転に伴い水流が羽根の背側に当たることなく腹側から侵入するので水車に逆方向の回転力が生じない状態で回転力を得ることができる。また、水位が上昇した際には発電装置を水流の力で揺らして力を逃がし、さらに水位が上昇した際にはフロートにより水面に浮かべるので、発電装置が水没することなく損傷を免れることが可能になる。

請求項８記載の砂防ダム水力発電システムでは、請求項１記載の砂防ダム水力発電システムにおいて、前記抵抗板は、前記羽根の腹側に取り付けた抵抗板を備えることを特徴とするものである。

従って、本発明の砂防ダム水力発電システムでは、水車の回転に伴い水流が水車の羽根に侵入し始める状態のとき、羽根の取り付け角度と水流の侵入角度が鋭角であるため水流が羽根の表面に沿って流れてしまい弱い回転力しか得ることしかできなく、また、羽根の表面を通過した勢いが残っている水流が水車内部の他の羽根の背側に衝突し逆方向の回転力が発生する恐れがあったが、抵抗板を取り付けたことにより水車の羽根の表面に沿って流れる水流を抵抗板に衝突させるので強い回転力を得られる。また、羽根の表面を通過する水量が無くなるので逆回転力の発生の恐れがなくなり、水車により大きな回転力を発生させることが可能になる。

以下、本発明の砂防ダム水力発電システムの実地の形態を、図１ないし図１２を参照して説明する。図１は、本発明の砂防ダム水力発電システムの構成図である。砂防ダム水力発電システム１は、砂防ダムの堰堤の下流側の両岸にコンクリート基礎８９に桁台座１６を設置して、桁台座１６に河川を横断する２本並行して架けられた横桁１７と、横桁１７のボルト穴を長穴にしたフランジ９３の厚さ寸法より大きくしたスペーサー９１を組み入れて桁台座１６に取り付ける取付ボルト９２と、横桁１７に直交する２本並行に取り付けた縦桁１８と、それぞれの縦桁１８に搭載した水車位置調整装置６と、水車位置調整装置６に取り付けた自在継手５と、さらに自在継手５に円筒軸１５が取り付けられている。円筒軸１５に嵌めて吊るされたフレーム８１に水車１１と変速機１２と発電機１３とを組み合わせて搭載した発電装置１０と、砂防ダムの堰堤に取り付けて水流９０を堰き止めて放水する放水口９４を設けた集水装置２と、放水口９４から水車１１との間を傾斜を付けて水流９０を水車１１に誘導するシューター３と、放水口９４の上流側に背骨梁４０と肋骨梁４１を備えた除木装置４と、フレーム８１に取り付けた受水装置７と、水車１１の羽根１４に取り付けた抵抗板８とから構成されるものである。

発電装置１０は、集水装置２により集められて水をシューターに取り入れて勢いを付けて放出される水流９０を水車１１に衝突させることで得た回転力を変速機１２により発電可能な回転数に変えて発電機１３を駆動することで電力を発生させるものであって、水車１１と変速装置１２と発電機１３が組み合わせてフレーム８１に搭載して円筒軸１５により吊るされている。

集水装置２は、砂防ダムの堰堤から幅広く流下してしまう水を堰き止めて貯水し放水口２４からまとめて流下させ、また必要に応じて貯水した水を放流するものであって、砂防ダムの堰堤から流下する水を堰き止める堰板２０と、堰板２０を上下に駆動するリンク機構２１と、さらにリンク機構２１を駆動する集水ハンドル２２と、堰堤に組み付けてリンク機構２１と集水ハンドル２２を取り付ける底板２３とから構成されている。

シューター３は、放水口２４と水車１１との間に傾斜を付けて設置し、放水口２４からの水流９０を捉えて傾斜により勢いを付けて水車１１に衝突させるものであって、断面が溝形状をした溝板３０に放水口２４側の溝板３０と縦桁１８を連結する前ピン３１と、溝板３０の傾斜を変える水車１１側に縦桁１８に取り付けたバー３２と溝板３０に取り付けた後下ピン３３との間に取り付けたターンバックル３４とからなる構成となっている。

除木装置４は、特に洪水時に上流から流れて来る流木が発電装置１０に衝突して破壊しないように流木の流れる方向を偏向させるものであって、放水口２４の上流側に水面に対して傾斜を付けて張り出して取り付けた背骨梁４０と背骨梁４０に肋骨状に間隔を空けて下流側に広げて取り付けた肋骨梁４１とからなる構成となっている。

自在継手５は、水車１１に衝突する水流９０が偏っても自在に水車１１の向きが水流に追随することで高い発電効率が得られるとともに、水車１１の高さを調整するものであって、雌側球体５３と雄側球体５２を嵌め合わせて水車位置調整装置６に取り付ける側の上球体組立５０と円筒軸１５を取り付ける側の下球体組立５１と、下球体組立５１の雄側球体５３の中心にボルト５４を取り付けて、上球体組立５０の雄側球体５２の中心にボルト５４を通し両側から雄側球体５２を締め付けるナット５５とからなる構成となっている。

水車位置調整装置６は、水車１１を水平方向に移動させることにより水車１１と水流９０との水平方向の間隔と向きを調整するものであって、縦桁１８の上に直線摺動板６０を張り付け下座６１を載せてねじ組立６６により摺動可能とし、下座６１の上に円周摺動板６２を取り付けて中座６３が自由に円周方向に摺動可能とし、中座６３とピン６４により連結してとりつけた上座６５と、上座６５にはラック６９を左右の上座６５に互い違いに移動可能に取り付け、上座６５に摺動可能に搭載して中心にピミオン６７を取り付けた水車桁１９と、ピニオン６７とラック６９と噛み合わせた構成になっている。

受水装置７は、通常の水位Ｌ１の状態における水流９０が羽根１４の背側８８に当たることによる水車１１が逆方向の回転力の発生を防ぎ、水位が上昇しＬ２の状態の場合に水流９０から受ける力により発電装置１０を動揺させて水流から受ける力による流失を防ぎ、更に水位が上昇しＬ３の状態の場合には発電装置１０を水面に浮かべて損傷を防ぐものであって、フレーム８１に取り付けて水流９０が羽根１４の腹側８７に衝突するように面を備えた受水板７０と、フレーム８１と受水板７０の隙間にフロート７１が取り付けられている構成になっている。

抵抗板８０は、水車１１の回転に伴い水流９０が羽根１４に侵入し始めた状態の水流９０からも高い回転力を得るものであって、羽根１４の腹側８７に突き出た抵抗板８０が取り付けられている構成になっている。

上記の砂防ダム水力発電システム１の動作について以下に説明する。
ここでは、発電装置１０を、例えば既設の砂防ダムの堰堤の下流側の両岸に設けた桁台座１６と横桁１７が摺動できることで気温の変動で横桁１７が膨張および収縮してもフランジ９３のボルト穴が長穴でありスペーサー９１によりフランジ９３を締め付けないことにより桁台座１６に力が発生しなくコンクリート基礎８９が破壊しないので安全に横桁１７を架けられる。さらに横桁１７に直交して架けられた縦桁１８に搭載した水車位置調整装置６により水流９０と水車１１の前後方向の間隔が調整でき、さらに自在継手５により水車１１を上下方向に水車１１と水流９０の間隔を調整できるので最も適した位置に水車１１が設定され効率良く発電できる。
今まで堰堤から幅広く流下していた水を堰堤に集水装置２を取り付けて集めた水をシューター３により勢いを付けて水車１１に衝突させることで、水車１１が水流から発電機１３を駆動する回転力を得て、変速機１２により発電可能な回転数に変えて発電機１３を駆動することで堰堤に水抜き穴が無い砂防ダムでも堰堤から流下する水量により電力を発生させることができる。
また、流れて来る流木に対し安全に発電するのには、除木装置４により上流から流れて来る流木の方向を偏向して発電装置１０への衝突を避けるようにすればよい。また、受水装置７により洪水により水位が上昇しても円筒軸１５を中心に発電装置１０を動揺させて水流から受ける抵抗力を弱めればよく、さらに水位が上昇した場合にはフロート７１により発電装置１０を水面に浮がべればよい。
水車の回転に伴い、水車１１に入り始めた水流９０から回転力を多く得るには、羽根１４に抵抗板８０を取り付ければよい。

なお、気温の変動により横桁１７に発生する熱膨張に発生する変位は、横桁１７の長さ１６ｍ，常温１５℃ 夏の横桁１７の温度７０℃，冬の横桁１７の温度−３５℃熱膨張係数１１．７×１０−６乗ｍｍ／℃とすると、両端で、夏には＋１２．２ｍｍ伸び、冬には−９．３６ｍｍ縮むので、この寸法を桁台座１６に取り付ける横桁１７の取付ボルト９２の取付穴を長くすればよい。

集水装置２の堰板２０をハンドル２２操作により下げて砂防ダムの堰堤上に降りた状態とすることにより、砂防ダムの堰堤上から今まで幅広く流れ落ちていた水を溜めることができる。これにより、発電に必要な水量を集めて放水口２４からまとめて放水することができる。また、堰堤上に溜まった水を抜く場合は、ハンドル２２を逆に回してリンク機構２１を動作して堰板２０を上げることにより堰堤と堰板２０との隙間を広げて溜まった水を流下させればよい。

シューター３を放水口２４から水車１１まで傾斜をつけ溝形状をした溝板３０により繋がれているので、放水口２４からの水流９０を漏らさず勢いをつけて水車１１に誘導し衝突させるので、水車１１に発電に必要な強力な回転力が発生させられる。なお、ターンバックル３４により溝板３０の傾斜を変えられるので水流９０が水車１１に当たる角度を最適に調整することができる。

流木が発電装置１０に目がけて流れて来た場合、背骨梁４０が水流に対し斜めになっているので、流木が水流に押されて背骨梁４０に乗り上げてバランスを崩し左右どちらかの方向の肋骨梁４１に乗り偏向して流下できるので、発電装置１０に流木が衝突することなく安全に発電することができる。

雌側球体に雄側球体を嵌めこんで水車桁１９に自在継手５を２か所で組み付けて円筒軸１５を取付て発電装置１０を吊るしているので、前記シューター３からの水流９０が偏り均一に水車１１に衝突しない場合、水車１１が偏った水流９０に対して自動的に向き合えることが必要になり、このためには偏った水流９０から水車１１が受ける力により自在継手５により水車１１が自由に動ければよい。

水車位置調整装置６を２本の縦桁１８にそれぞれ搭載して、片方ずつねじ組立６６を操作して下座６１を移動した場合、下座６１と中座６３が回転し双方の水車位置調整装置６の距離が伸縮するので水車桁１９と上座６５とが滑ることが求められる、しかし、この状態では水車桁１９が安定しなく移動してしまうので位置を固定しつつ移動させるのには、水車桁１９の中心にピニオン９５を取り付けて双方の上座６５に取り付けたラック６９を対象位置でピニオン９５に噛み合わせればよい。
また、水車桁１９を左右に移動させたい場合は、ラック６９を動かすことによりピニオン９０が回転して水車桁１９を左右に移動させる事が出来る。
さらに片方の水車位置調整装置６を移動することにより水車１１を斜めの状態に設定できる。
これらのことにより、水車１１を前後・左右・斜めの状態に移動し設定できる。

水車１１に逆回転力を生じさせないためには、水流９０を羽根１４の背側８８に衝突させないで腹側８７に衝突させればよく、このためには、受水板７０の先端の角度を羽根１４の腹側８７に水流９０が流入するように設定すればよい。
水位が上昇しても発電装置１０の安全を確保するためには、受水板７に水流が衝突する力で円筒軸１５を回転中心に発電装置１０が動揺すればよい。
さらに、水位が上昇した場合、受水板に取り付けられているフロート７１による浮力により発電装置１０を水面より浮かべればよい。

水車１１の回転により水流９０が羽根１４に流入し始めた状態の時は、水流９０が羽根１４の腹側８７の面に沿って流れてしまい弱い回転力しか得られなく羽根１４の腹側８７の面を通過した水流９０は向かいの羽根９０の背側８８に衝突し水車１１に逆回転力が発生してしまい、これを防ぎ強い水車１１の回転力を得るのには、羽根１４の腹面８７に抵抗板８を設けて流れて来る水流９０を抵抗板８に衝突させればよい。

発明の効果

以上説明したように、請求項１に係る砂防ダム水力発電システムは、砂防ダムの堰堤上から流下してしまう水を集める集水装置と、集めた水に勢いを付けて水車に衝突させるシューターと、水車が得た回転力を変速機により発電可能な回転数に変えて発電機を駆動することにより電力を得る発電装置と、両岸に架けた横桁と縦桁との組合せにより取り付けられて水車位置調整装置と自在継手を介して発電装置を吊るす円筒軸と、洪水時に発電装置を水面に押し上げる受水装置と、上流から流れて来る流木が発電装置に衝突しないよう偏向させて流下させる除木装置と、水車の羽根に水流を衝突させる抵抗板とを備える構成になっている。
これにより、この砂防ダム水力発電システムでは、砂防ダムの堰堤から幅広く流下していた水を堰き止めて集められた水で電力が得られ、水抜き穴の無い砂防ダムにおいて堰堤から流下するより多くの水量が得られるので多くの電力を得られ、さらに洪水時においても安全が確保されるので年間を通して電力を得られるという効果が得られる。

請求項２に係る砂防ダム水力発電システムは、集水装置が砂防ダムの堰堤から流下してしまう水を堰き止める堰板と、堰板を上下に動作するハンドルとリンク機構を取り付け堰堤に乗せた底板とを備える構成になっている。
これにより、この砂防ダム水力発電システムでは、ハンドルを操作して堰板を下げることにより今まで砂防ダムの堰堤上から流下してしまう水を堰き止め集めることができ、発電に必要な水流が容易に得られるという効果がある。
また、堰き止められた水を放流する場合は、ハンドルを操作して堰板を上にあげることにより容易に放流できるという効果が得られる。

請求項３に係る砂防ダム水力発電システムは、シューターが放水口と水車の間に傾斜して取り付けられて断面が溝形状をした溝板と、放水口側の溝板と縦桁をピンで連結し、水車側の縦桁に取り付けたバーと溝板に取り付けたピンとをターンバックルにより連結し溝板の傾斜を調整可能な構成になっている。
これにより、この砂防ダム水力発電システムでは、放水口から流れ出た水流に勢いを付けて水車にめがけて衝突させることができるので、砂防ダムの水で発電に必要な回転力が容易に得られるという効果が得られる。

請求項４に係る砂防ダム水力発電システムは、除木装置が放水口の上流側に水面から傾斜を付けて取り付けた背骨梁と、背骨梁に間隔を開けて肋骨状に斜め下側に開いた状態に取り付けた肋骨梁とにより構成されている。
これにより、この砂防ダム水力発電システムでは、流れて来た流木が水流に押されて背骨梁に乗り上げてバランスを崩し、次に肋骨梁により偏向して流下するので、流木が発電装置に衝突するのを避けられるという効果が得られる。

請求項５に係る砂防ダム水力発電システムでは、自在継手が水車桁に取り付けた球体組立と円筒軸を取り付けた球体組立とから成り、２つの球体組立のうち下側の雄球体に取り付けたボルトと、上側の雄球体にボルトを通し両側から固定するナットとを備える構成になっている。
これにより、この砂防ダム水力発電システムでは、ナットによりボルトの長さを調整することにより水車の高さを調整することが可能となり、水車が水流を効率良く捉えて発電できるという効果が得られる。

請求項６に係る砂防ダム水力発電システムでは、水車位置調整装置が左右の縦桁に直線方向と円周方向に摺動する摺動板を取り付けた下座と中座と、中座とピンにより連結されたラックを取り付けた上座と、上座に摺動するように搭載されて中心にピニオンを取り付けてラックと噛み合わせた水車桁とを備える構成となっている。
これにより、この砂防ダム水力発電システムでは、水流に対して水車を水平方向に位置を調整できるので、最も効率良く発電できる位置に水車を容易に移動できるという効果が得られる。
また、地形の制約により水車を水流に対して斜めに取り付けなければならない場合でも、水車位置調整装置により水流に対して水車を容易に向かい合わせにできるので、水車が有効に水流を容易に捉えられるという効果が得られる。

請求項７に係る砂防ダム水力発電システムでは、受水装置が発電装置を搭載して円筒軸に吊るされているフレームに組み付けられて、受水板を水流が水車の羽根の背側に当たらないように設定され、また、受水板とフレームの間に組み込まれたフロートとを備える構成になっている。
これにより、この砂防ダム水力発電システムでは、羽根の背側に水流が衝突しないので水車の逆回転力の発生を無くす効果が得られる。また、水位が上昇した場合には発電装置が円筒軸を中心に動揺するので水流から受ける力を逃がし、更に水位が上昇した場合はフロートによる浮力で発電装置を水面に浮かべるので、発電装置が水没することなく安全に発電できるという効果が得られる。

請求項８に係る砂防ダム水力発電システムでは、水車の羽根に抵抗板を取り付ける構成になっている。
これにより、この砂防ダム水力発電システムでは、水車の回転に伴い羽根に流入し始めた水流が抵抗板に衝突することで、水流が水車の羽根の表面に沿って流出しないので水車の回転力が強力になるという効果が得られ、さらに、羽根から水流が流出しなくなるので流出した水流が他の羽根の背側に衝突することが無くなり逆回転力の発生を避けられる効果が得られる。

本発明の実施の形態を示す図であって、発電装置、集水装置、シューター、除木装置、自在継手、水車位置調整装置、受水装置および抵抗板を備えた砂防ダム水力発電システムの外観斜視図である。 （ａ）は暑い気候の時に横桁が熱膨張で伸びて桁台座の上を摺動した状態を示す上視図と側面図である。（ｂ）は、寒い気候の時に横桁が熱収縮で縮んで桁台座の上を摺動した状態を示す上視図と側面図である。 集水装置を構成する堰板、リンク機構、底板、集水ハンドルの構成を示す外観斜視図である。 （ａ）は堰板が下がり貯水している状態を示す側面図であり、（ｂ）は、堰板が上がり放水状態を示す側面図である。 （ａ）は自在継手を構成する球体組立、雌側球体、雄側球体、ボルトおよびナットの構成を示す断面図である。（ｂ）は、下の球体組立が揺れている状態を示す断面図である。 縦桁、水車位置調整装置、自在継手、円筒軸およびフレームの取り付け位置関係を示す外観斜視図である。 水車位置調整装置を構成するねじ組立、直線摺動板、下座、円周摺動板、中座、ピン、上座および水車桁の側面図である。 （ａ）は水車桁が中間に位置している状態を示す上視図である。（ｂ）は、水車桁を右に寄せた状態を示す上視図である。（ｃ）は、水車桁を左に寄せた状態を示す上視図である。 （ａ）は、水車桁を縦桁に対して直角に設定した状態を示す上視図である。（ｂ）は、水車桁を縦桁に対し斜めに設定した状態を示す上視図である。 （ａ）は受水装置が通常時の水位Ｌ１の状態を示す側面図であり、（ｂ）は、洪水により水位がＬ２まで上がり、受水板が水流から受ける力により発電装置が押し上げられている状態をしめす側面図であり、（ｃ）は、さらに水位がＬ３に上昇してフロートによる浮力で発電装置を水面に浮かべている状態を示す側面図である。 受水板により水流が羽根の背側に当たらない状態を示す側面図である。 （ａ）は水車の回転に伴い受水板を通過した水流の一部が羽根の腹側を通過して他の羽根の背側に衝突して逆方向の回転力が発生している状態を示す側面図であり、（ｂ）は、水車の回転に伴い受水板を通過した水流の一部が羽根の腹側に取り付けた抵抗板に衝突して他の羽根に影響していない状態を示す側面図である。

１．砂防ダム水力発電システム
２．集水装置
３．シューター
４．除木装置
５．自在継手
６．水車位置調整装置
７．受水装置
１０．発電装置
１１．水車
１２．変速機
１３．発電機
１４．羽根
１５．円筒軸
１６．桁台座
１７．横桁
１８．縦桁
１９．水車桁
２０．堰板
２１．リンク機構
２２ 集水ハンドル
２３．底板
２４ 放水口
３０．溝板
３１．．前ピン
３２．バー
３３．後下ピン
３４．ターンバックル
４０．背骨梁
４１．肋骨梁
５０．上球体組立
５１．下球体組立
５２．雄側球体
５３ 雌側球体
５４ ボルト
５５ ナット
６０．直線摺動板
６１．下座
６２．円周摺動板
６３．中座
６４．ピン
６５．上座
６６．ねじ組立
６８ ピニオン
６９ ラック
７０．受水板
７１．フロート
８０ 抵抗板
８１ フレーム
８６ ピン
８７ 腹側
８８ 背側
８９ コンクリート基礎
９０ 水流
９１ スペーサー
９２ 取付ボルト
９３ フランジ
９４ 放水口

Claims (8)

1. 砂防ダムにおいて、水車と変速機と発電機をフレームに組み付け両岸から架けられた円筒軸に吊るされて発電する発電装置と、
   前記砂防ダムの堰堤上から幅広く流下してしまう水を集めて放流する集水装置と、
   前記放流された水流を加速して前記水車に衝突させるシューターと、
   前記砂防ダムの上流から流れて来る流木を偏向して流下させることで前記発電装置への衝突を避ける除木装置と、
   前記水車の高さを調整して時々刻々と変化する前記水流に対して自在に向きを変える自在継手と、
   前記水流と前記水車との水平方向の間隔を調整して前記水車の向きを設定する水車位置調整装置と、
   前記水流により前記水車に逆方向の回転力の発生を防ぎ、水位が上昇した際に前記発電装置を動揺させて水位の上昇による水の抵抗力を弱め、さらに水位が上昇した際には前記発電装置を水面に浮かべる受水装置と、
   前記水車の回転に伴い前記水車の羽根に流入し始めた前記水流から強い回転力を得る抵抗板とを備えることを特徴とする砂防ダム水力発電システム。
2. 請求項１記載の砂防ダム水力発電システムにおいて、
   前記集水装置は、前記堰堤上から流下してしまう水を堰き止めて放水口から放流する堰板と、
   該堰板による貯水と放流を可能にするため、集水ハンドルの操作により該堰板を上下に動かすリンク機構と、
   前記堰堤に取り付けて該リンク機構を取り付ける底板とを備えることを特徴とする砂防ダム水力発電システム。
3. 請求項１と２のいずれかに記載の砂防ダム水力発電システムにおいて、
   前記シューターは、前記放水口と前記水車との間に傾斜をつけて取り付けて前記放水口から取り入れた水流を加速して前記水車に衝突させる断面が溝形状をした溝板と、
   該溝板の傾斜を変える前記放水口側に該溝板と縦桁を前ピンにより連結し、前記水車側に該縦桁に取り付けたバーと該溝板に取り付けた後ピンを連結するターンバックルとを備えることを特徴とする砂防ダム水力発電システム。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の砂防ダム水力発電システムにおいて、
   前記除木装置は、前記放水口の上流側に水面に対して斜めに張り出して前記縦桁に取り付けた背骨梁と、
   さらに、該背骨梁に間隔を空けて該水面に対して斜め下方に広げて取り付けた肋骨梁とを備えることを特徴とする砂防ダム水力発電システム。
5. 請求項１に記載の砂防ダム水力発電システムにおいて、
   前記自在継手は、前記水車位置調整装置に取り付けるのと前記円筒軸を取り付ける２組の雌側球体に雄側球体を嵌めこんで雌雄の球体が自在に動く球体組立と、前記円筒軸を取り付ける側の該雄側球体の中心にボルトを取り付け前記水車位置調整装置に取り付ける側の該雄側球体の中心に該ボルトを通して両側から締めて固定するナットとを備えることを特徴とする砂防ダム水力発電システム。
6. 請求項１記載の砂防ダム水力発電システムにおいて、
   前記水車位置調整装置は、前記両岸に架けられた横桁に取り付けた縦桁に搭載されて摺動する下座と、
   さらに該下座の上に回転摺動する中座と、該中座と連結ピンにより連結してラックを動作可能に備え付けた上座と、
   該上座に摺動可能に搭載し中心にピニオンを取り付けて該ラックと噛み合わせた水車桁とを備えることを特徴とする砂防ダム水力発電システム。
7. 請求項１と３のいずれかに記載の砂防ダム水力発電システムにおいて、
   前記受水装置は、前記水車の前に前記シューターから放出された水流を前記羽根の腹側に衝突させ、また水位が上昇した場合の該水流から受けた力で前記円筒軸を回転中心に前記発電装置を動揺させる受水板と、さらに水位が大幅に上昇した際に該発電装置を水面に浮かばせるフロートとを備えることを特徴とする砂防ダム水力発電システム。
8. 請求項１と７のいずれかに記載の砂防ダム水力発電システムにおいて、
   前記抵抗板は、前記水流を受ける前記羽根の腹側に抵抗板を取り付けることを特徴とする砂防ダム水力発電システム。

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