JP2017207046A - 橋梁設置型水力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】河川の水量が増減したとしても、能動的に対応する事ができ、高効率で発電できるようにした橋梁設置型水力発電装置を提供する。
【解決手段】 河川又は海峡に架設された橋梁に設けられる水車と、当該水車の回転力によって発電する発電機とからなる橋梁設置型水力発電装置であって、当該水車として、河川又は海峡における水の流れ方向に回転する開放周流形水車が使用されており、当該水車の高さ位置を調整自在とする昇降機構を備える橋梁設置型水力発電装置とする。
【選択図】図７

Description

本発明は河川や海岸等に建設されている橋梁を利用して水力発電装置を設置するものであり、特に流水量の増減に対応して、効率的な発電を実現できるようにした橋梁設置型水力発電装置に関する。

近年、自然エネルギーに対する関心が高まり、太陽光発電や風力発電、或いは水力発電が脚光を浴びている。この内、水力発電は、昼夜、年間を通じて安定した発電が可能であり、設備利用率が50〜90％と高く、太陽光発電と比較して5〜8倍の電力量を発電でき、出力変動が少なく、系統が安定しており、電力品質に影響を与えない等、多くのメリットがある。

かかる水力発電装置では、ダム等の巨大な設備を必要としない小型水力が注目されている。この小水力発電には、低落差小流量であっても効率よく発電できる構造が求められており、河川や水路等、様々な場所に設置することが試みられている。

また従前においては、河川や海などにおける水の流れを利用して発電する事も提案されている。例えば特許文献１（特開昭５０−５３７５０号公報）では、海峡を架渡する大型の橋脚を利用して潮流のエネルギーを取り出すことが提案されており、大型橋梁の橋脚の所定水深部に、流水方向に貫通させた空洞部にスクリュータービン発電機を設置し、潮流等によって回転させて発電する事が提案されている。

また特許文献２（特開２００５−２１４１４２号公報）では、安価に製造でき、かつ、メンテナンスの容易な水流または潮流を活用した発電装置として、橋梁の橋脚に支持された水車と、前記橋脚および前記橋梁に沿って配置され、前記水車によって発電された電力を送電する送電線とを備えた発電装置が提案されている。

特開２００２−３６４５１０号公報 特開２００２−３０３２４０号公報

上記の通り、河川の水流や海の潮流を利用して発電を行う技術は種々提案されている。しかしながら、前記特許文献１で提案されている発電方法は、スクリュータービン発電機を大型橋梁の橋脚の所定水深部貫通させた空洞部に設けており、その存在箇所を河川の水量等に応じて変更できるものではなかった。

また前記特許文献２における水車は形式を限定するものではないと記載されているが、例示されているのはジャイロミル型、プロペラ型、クロスフロー型、多翼型であり、何れも橋脚に固定して使用されており、使用時における高さ位置を変更できるものではなかった。

しかしながら、河川などにおいては、天候や時期によって水量が増減する。よって当該河川における水の流れを利用して高効率で発電を行う場合には、当該水量の変化に対応しなければならない。そこで本発明は、河川の水量が増減したとしても、能動的に対応する事ができ、高効率で発電できるようにした橋梁設置型水力発電装置を提供する事を第１の課題とする。

また、河川や海に設けられた橋脚を利用して水車を設置すれば、水車を水中に固定する為の構造物を設ける必要はないというメリットが得られる。しかしながら、河川における水量・流速や海における潮の流れの流量や流速は、自然現象によって大幅に変化し、想定以上の水量や流速で流れる可能性もある。そこで、このような場合であっても橋梁に対する負荷を軽減できるように構成することが望ましい。

そこで本発明は、自然現象によって水量や流速が増した場合であっても、橋梁に対する負荷を軽減することのできる橋梁設置型水力発電装置を提供する事を第２の課題とする。

また近年では、公共工事においても景観に対する配慮・調和を重視するようになってきており、2005年に施行された景観法に基づいて、日本の都市、農山漁村等における良好な景観の形成が促進されている。そして河川に架設されている橋は、周囲の景観に大きな影響を与えている事から、橋脚に発電用の水車を設置する場合であっても、周囲の景観を行う事が無いように配慮することが望ましい。

そこで本発明は、景観、特に農山漁村等における景観を損なう事の無い橋梁設置型水力発電装置を提供する事を第３の課題とする。

上記課題の少なくとも何れかを解決する為に、本発明は橋梁に設置する水力発電装置であって、水の運動エネルギーが入力される水車として開放周流形水車を使用した橋梁設置型水力発電装置を提供するものである。

即ち、本発明にかかる橋梁設置型水力発電装置は、河川又は海峡に架設された橋梁に設けられる水車と、当該水車の回転力によって発電する発電機とからなる橋梁設置型水力発電装置であって、当該水車として、河川又は海峡における水の流れ方向に回転する開放周流形水車が使用されており、当該水車は、その高さ位置（橋梁に対する高さ位置）を調整自在に設置して構成する事ができる。かかる水車の高さ位置を調整自在とするには、モーターや油圧などの動力を用いるか、或いは水車の浮力を利用する昇降機構を備えて構成する事ができる。

かかる本発明の橋梁設置型水力発電装置では、水車として開放周流形水車を使用している事から、農山漁村等の景観に溶け込み、景観を壊す事が無い。よって、設置に際しても周辺住民の理解が得やすい橋梁設置型水力発電装置が実現する。

上記本発明において水車を設置する橋梁は、河川又は海峡に架設されたものを広く含む意味であり、既存の橋梁や新たに設置する橋梁を含んでいる、また、人や陸上の乗物の通行に使用する橋のみならず、専ら水車を支持する為に設けられる柱（H型鋼材や木材など）と桁からなる構造物であって、河川や興梠に架設されるものを広く含んでいる。この内、既存の橋梁を使用し、これに水車を設置する場合には、新たに橋梁を構築する必要が無い事から、水中生物に対する影響もなく、漁業権などの問題を解決しやすい橋梁設置型水力発電装置が実現する。

そして、上記本発明における橋梁設置型水力発電装置は、前記水車は、その高さ位置を調整自在に設置される。この為、河川や海の水位が増した場合には、これに合わせて水車を上昇させることができ、一方で水位が下がっている時は水車を加工させることにより、常に効率的な発電を行う事ができる。かかる水車の昇降移動は、動力を用いるか或いは浮力を利用した機構からなる昇降機構によって行う事ができる。特に、動力を用いた昇降機構の場合には、油圧機構や電動機構によって、前記水車や発電装置を昇降させるものとして形成する事ができる。その際、水車や発電機の重さに応じて、梃子・クランク機構などの倍力機構を伴って構成する事ができる。また、当該動力を用いた昇降機構にあっては、河川や海峡における水位に応じて、橋梁に対する水車の高さ位置を変更するように形成する事が望ましい。河川や海峡の水位を検知して動作させる場合には、水位計と、この水位計からの信号を取得して水車の高さを決定する制御装置を備えることができる。

更に、当該昇降機構は、河川や橋梁の水位に追従して昇降するように構成する事ができる。これは、水車自体が浮力を有するように構成したり、或いは水面に浮かぶフロートによって水車を浮かせる等によって実現する事ができる。この場合、発電機は橋梁側に設置する事ができる他、発電機の質量が十分に軽量化されている場合や、水車の浮力が大きい場合には、水車側に発電機を設置する事ができる。

また、水車の浮力を増大させる場合には、当該水車を、密閉された内部空間を備える中空筒状部と、当該中空筒状部の外周面に突出して設けられた羽根部とで構成する事ができる。当該中空筒状部内に空気や発泡樹脂などを充填しておけば、その浮力によって、当該水車を水面に浮かせることができる。よって、この場合には、当該浮力による昇降機構を備えることになる。

更に、上記水車に対して持ち上げ方向の力を作用させる為に、発電機の質量による梃子の原理を利用する事もできる。即ち、前記水車を橋梁に対して揺動自在に設けられた揺動アームの先端側に設け、当該揺動アームの基端側には発電機を設け、前記揺動アームの揺動中心を、前記水車と発電機との間に設けて、当該揺動アームによって第１種梃子を構成した橋梁設置型水力発電装置とすることができる。これにより、発電機の質量が、水車を持ち上げる方向に作用し、河川における水車の沈み具合を調整する事ができる。なお、当該発電機側には、更に錘などを設けて、水車の高さ位置を調整して、水中への沈み具合を調整する事もできる。

また、上記昇降機構は、水車において各羽根が浸水する領域が、流水量の増減に拘わらず一定となるように制御することが望ましいが、流水量が少ない場合や、発電機を動作させる為のトルクを大きくする場合には、意図的に羽根の浸水面積が大きくなるように、水車の高さを調整する事ができる。特に、浮力によって水車を水面に浮かせる場合には、水車における空洞部内に水や重量物を注入する等によって当該浮力を調整すれば、水流を受ける羽根の数を変化させることができる。また、前記したように揺動アームによって水車を橋脚（又は橋脚に設けられたフレーム部材）に保持し、第１種梃子により発電機や錘の重さによって、当該水車の浸水領域を調整する事もできる。

上記水車の大きさは、設置する橋梁の高さ、即ち当該橋梁が架設されている河川や海峡の水面から橋梁の橋桁までの高さに応じて設定する事ができる。当該河川や海峡の水面の高さは、当然のことながら水位に応じて変化するが、洪水などの例外的な状況以外において、水位が高い状況を想定して設定することが望ましい。また当該水車における羽根の幅は、橋脚の幅や、橋脚同士の設置間隔を考慮して設置できる。

また、上記本発明の橋梁設置型水力発電装置において、水車は橋脚や橋桁に設ける事ができ、特に橋脚の側部、若しくは当該橋脚の上流側又は下流側に水車が存在するように設けることができる。また橋梁として門型フレームを河川に架設している場合には、当該門型フレームにおける桁部分に設置する事ができる。

水車を橋脚の側部に設ける場合には、橋脚に対して昇降自在又は橋脚を支点として揺動する事により昇降（揺動）自在に設ける事ができる。また橋桁に対して、水車を軸又はワイヤ―などで連結する事により昇降自在に設ける事もできる。更に橋脚の片側だけに限らず、両方に設ける事ができる。橋脚の側部に設ける事により、河川や海峡の漂流物が当たるなどの障害が発生したとしても、橋脚を利用してメンテナンス作業を行う事で円滑に修復する事ができる。また、水車と橋脚との間に漂流物が挟み込まれた場合であっても、これを円滑に除去する事ができる。

そして、橋脚の上流側又は下流側に水車を設ける場合には、橋脚同士の間の隙間を狭めない事から、船舶の運航に支障を生じさせないで設置する事ができる。その際、当該水車の幅は、これを設置する橋脚の幅（水流に直交する向きの長さ）と同じか、これよりも短く形成する事が望ましい。特に、水車を橋脚の下流側に正対する様に設ければ、漂流物は橋脚によって流れの向きが変えられることから、当該水車への衝突を阻止する事ができ、意図しない障害を回避することができる。

そして上記本発明の橋梁設置型水力発電装置において、水車の羽根は、曲折自在又は傾斜自在に形成する事ができる。河川流域への降雨によって水量が多く、また流速が速い場合において、これを受け流す様に水車の羽根を曲折させるか傾斜させ、これにより水車の回転トルクを一定に保つためである。水車の羽根を曲折させる場合には、上流側に向かって突出するか、又は凹むような「Ｖ」字状又は「Ｕ」字状に形成することもできる。特に、水車の羽根を傾斜自在に形成する場合には、羽根が水の流れ方向に対して対向しない向きに回転するように形成することができる。

上記本発明にかかる橋梁設置型水力発電装置は、河川又は海峡に架設された橋梁に設けられる水車と、当該水車の回転力によって発電する発電機とからなる橋梁設置型水力発電装置であって、
当該水車として、河川又は海峡における水の流れ方向に回転する開放周流形水車が使用されており、
当該水車は、その高さ位置を調整自在に設置されている。この為、河川や海峡などが天候や時期によって水量が増減した場合であっても、昇降機構によって水車の高さ位置を調整することができることから、当該水量や水位の変化に対応することができる。よって、河川の水量が増減したとしても、能動的に対応する事ができ、高効率で発電できるようにした橋梁設置型水力発電装置が実現する。

また、本発明にかかる橋梁設置型水力発電装置は、前記水車の高さ位置を調整自在とする昇降機構を備えていることから、仮に自然現象によって想定していない程の水量や水位になったとしても、当該水車を安全な高さ、例えば流水に接しない高さまで上昇させることもでき、これにより自然現象によって水量や流速が増した場合であっても、橋梁に対する負荷を軽減することのできる橋梁設置型水力発電装置を提供する事ができる。特に、水車の羽根を、曲折自在又は傾斜自在に形成した場合には、当該水車を水中に存在させた場合における負荷量を変化させることができ、これにより自然現象によって水量や流速が変化した場合であっても、これに応じて動作（発電）する事の出来る橋梁設置型水力発電装置が実現する。

また本発明にかかる橋梁設置型水力発電装置において、水車を橋脚の側部に設けた場合には、当該水車のメンテナンスを容易にする事ができる。また当該水車を橋脚の上流側又は下流側に設けた場合には、橋脚間の間隔を狭めることが無い為、船舶の運航に何ら影響を与えること無く設置する事ができる。特に水車を橋脚の下流側に設置した場合には、漂流物は橋脚によって流れの向きが変えられ、水車への衝突を回避できる事から、意図しない水車の損傷を未然に回避する事ができる。

そして本発明にかかる橋梁設置型水力発電装置では、水車として、古来の開放周流形水車を使用している事から、農山漁村の風景にも合致し、周囲の景観を損なわないように設置する事ができる。特に、当該開放周流形水車は、河川などの景観とマッチしながらも、橋梁の外観に動きを与える事から、これまでに無い景観を形作る事ができ、これにより観光資源としても活用する事ができる。

第１の実施の形態にかかる橋梁設置型水力発電装置を示す斜視図である。 第２の実施の形態にかかる橋梁設置型水力発電装置を示す斜視図である。 第２の実施の形態にかかる橋梁設置型水力発電装置の動作を示す側面図であり、（Ａ）高水位時、（Ｂ）低水位時をそれぞれ示している。 第３の実施の形態にかかる橋梁設置型水力発電装置を示す、（Ａ）平面図、（Ｂ）側面図、（Ｃ）高水位時側面図をそれぞれ示している。 第４の実施の形態にかかる橋梁設置型水力発電装置を示す、（Ａ）平面図、（Ｂ）低水位時側面図をそれぞれ示している。 第５の実施の形態にかかる橋梁設置型水力発電装置を示す、（Ａ）平面図、（Ｂ）側面図、（Ｃ）高水位時側面図をそれぞれ示している。 第６の実施の形態にかかる橋梁設置型水力発電装置を示す、（Ａ）正面図、（Ｂ）Ｂ-Ｂ断面図をそれぞれ示している。 他の実施の形態にかかる水車の羽根における（Ａ）変更前の斜視図及び平面図、（Ｂ）変更後の斜視図及び平面図である。 更に他の実施の形態にかかる水車の羽根における（Ａ）変更前の斜視図及び平面図、（Ｂ）変更後の斜視図及び平面図である。

以下、図面を参照しながら幾つかの実施の形態にかかる橋梁設置型水力発電装置10を具体的に説明する。本実施の形態にかかる橋梁設置型水力発電装置10は、何れも水車30として開放周流形水車30を使用した実施形態を説明しているが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、他の水車30を使用する事も可能である。

図１は、第１の実施の形態にかかる橋梁設置型水力発電装置10を示す斜視図であり、この図に示す橋梁設置型水力発電装置10は、河川に設置されている橋脚20の両側に水車30を設置している。橋脚20の両側に設けられた水車30は、当該橋脚20に設けられたガイド溝21を高さ方向に移動可能に形成されており、当該水車30の昇降は、橋脚20に設けたモーターやエレベーター機構からなる昇降機構（図示せず）によって行う事ができる。但し、当該水車30が十分に軽量化されると共に、浮力を有する場合には、当該水車30の浮力によって、水位に応じて昇降するように形成する事もできる。

特に、当該水車30の昇降を案内する為のガイド溝21は、橋脚20を凹み状に加工して形成する他、Ｃ型鋼材を橋脚20の高さ方向に設置し、当該Ｃ型鋼材で水車30を案内する事ができる。既存の橋脚20に設置する場合には、Ｃ型鋼材を用いてガイド溝21を形成するのが望ましい。また、前記水車30の昇降を、モーターや油圧などの動力を用いて実施する場合には、前記水車30を、橋脚の高さ方向に延伸するシャフトに羅着して、当該シャフトの回動によって前記水車30を昇降させる他、チェーンやベルトなどによって吊り下げた水車30を巻き上げる事により昇降させることができる。

また、この図１に示す実施の形態にかかる橋梁設置型水力発電装置10では、前記水車30の他に、当該水車30の回転力を受け入れて動作する発電機40を伴って構成される。かかる発電機40は、特に限定されるものではないが、低回転でも効率よく発電できる発電機40を使用するのが望ましい。但し、前記水車30の回転トルクは変速機を介して変換する事も出来、この場合には、各種発電機40を使用する事ができる。かかる発電機40は、橋脚20に収容スペースを確保して、当該収容スペース内に設置する他、図４に示す様に、当該橋脚20の上部近傍に、当該発電機40を設置する為の床部22を延設し、これに発電機40を設置する事もできる。この場合、前記水車30の回転トルクは、ギヤ、シャフト、又はチェーンなどによって発電機40の回転軸に伝えられることになる。

上記発電機40が出力する電気は、蓄電池に蓄積する他、そのまま送電線などの外部に供給する事もできる。また、発電した電気の一部を、前記橋梁設置型水力発電装置10を昇降させるため、或いはコントロールする為の電力として利用する事もできる。

この実施の形態にかかる橋梁設置型水力発電装置10では、水車30を橋脚20の両側に設置した形態を示しているが、これは何れかの片方であっても良い。複数の橋脚20を備えた橋梁において、何れかの橋脚同士の間が船舶の航路となっている場合には、当該航路となる側面には、水車30を設けずに、既存の航路幅を確保できるようにするためである。

更に、この水車30は、橋脚20の何れか片方に２つ以上、河川の流れ方向に直列に配置しても良い。この時、歯車機構によって２つ以上の水車30の回転を合力することにより、発電機40を動作させる為のトルクを増大させることができる。

図２は第二の実施の形態にかかる橋梁設置型水力発電装置10を示す斜視図である。この実施の形態では、前記水車30を橋脚20の下流側に設置した状態を示している。このように橋脚20の下流側であって、河川の流れ方向に沿う位置に水車30を設置することにより、異物が漂流してきた場合であっても、当該漂流物が直接的に水車30に衝突する事が無くなり、よって水車30の損壊を可能な限り阻止する事ができる。

また、このように水車30を橋脚20の下流側に設ける場合には、当該水車30は、橋脚20に設けられた支点Pを中心に揺動するシャフト32を介して連結する事ができる。即ち、水車30の回転力を流星歯車などによってシャフト32の回転力に変換し、これを発電機40に入力させるように構成する事もできる。このように形成した場合には、河川の水位によって水車30が昇降した場合であっても、前記発電機40との距離を一定に保つことができる。

特に、この実施の形態において、水車30が十分な浮力を備え、且つ軽量に形成されている場合には、図３に示す様に、当該水車自体の浮力によって、河川の水位に応じて昇降するように構成できる。よって電動モーターなどの外力（動力）を要せずして水位の変化に追従できる橋梁設置型水力発電装置10が実現する。この図４において（Ａ）は、水位が高い状態を示しており、（Ｂ）は水位が下降した状態を示している。この実施形態の様に、水車30を橋脚20の下流側に設置した場合には、当該水車30の回転中心が橋脚20の上端部に至るまで水嵩が増したとしても、水車30は回転する事ができ、よって安定して発電できる橋梁設置型水力発電装置10となる。

更に、この実施の形態に示す様に、水車30を橋脚20の下流側に設置した場合には、橋脚20間の隙間を狭める事が無くなり、よって船舶の運航に支障を生じさせない橋梁設置型水力発電装置10が実現する。

なお、上記実施の形態では、水車30を橋脚20の下流側に設置したが、橋脚20の上流側に設置しても良く、更に橋脚20の上流側と下流側の双方に設置しても良い。また、当該水車30は、必ずしも橋脚20と直列に配置する必要は無く、例えば橋梁における橋桁に発電機40を設け、当該発電機40をシャフトの揺動中心として、当該発電機40の設置個所の上流側または下流側に、水車30を吊下げたように設ける事もできる。即ち、橋梁における橋桁に設置した発電機40と、当該発電機40を揺動中心とするシャフト32と、当該シャフトの先端に設けられた水車30とによって橋梁設置型水力発電装置10を構成する事ができる。

図４は第３の実施の形態にかかる橋梁設置型水力発電装置10を示している。この実施の形態にかかる橋梁設置型水力発電装置10は、水車30が水に浮くように形成されており、当該水車30の浮力によって、水位の変化に対応できるように構成した実施の形態を示している。

即ち、この実施の形態にかかる橋梁設置型水力発電装置10において、水車30は密閉された内部空間を備える中空筒状部33と、当該中空筒状部33の外周面に突出して設けられた羽根34とで構成されている。かかる中空筒状部33には、空気などの気体や発泡樹脂を充填しておくことにより、浮力が増加して水に浮くことができる。

特にこの図４に示す実施の形態では、水車30は橋脚20の上流側及び下流側に、それぞれ左右一対設置しており、１つの橋脚20に対して合計４個の水車30を設置している。左右一対の水車30は、シャフト35によって連結されており、当該シャフト35の回転力が、回転シャフト36を介して、橋脚20に設置された発電機40に入力される。これにより、水車30の回転力が効率的に発電機40に導入され、発電を実現する事ができる。

かかる水車30は、橋脚20に対して回転シャフト36を介して接続されている所、当該回転シャフト36は、橋脚に対して揺動自在に設けられている。その結果、図４（Ｃ）に示す様に、水位の増大に応じて、水車30が上下動する事ができる。これにより、増水などの自然現象によって水位が増した場合であっても、通常時と何ら変わりなく発電する事ができる。

ここで、この実施の形態にかかる水車30は、中空筒状部33に存在する空気によって浮力が確保されている。一方で、水車30の回転トルクは、水中に存在する全ての羽根34の水を受ける面積（受水面積）によって変化することになる。そこで、当該水車30の回転トルクを調整する場合には、当該中空筒状部33の浮力を調整し、水中に存在する羽根34の数を変化させることができる。当該中空筒状部33の浮力を調整する際には、当該中空筒状部33の内部空間に水を導入させることができ、或いは球状に形成された金属その他の重量物を、当該中空筒状部33内に充填する事ができる。当該重量物が球状に形成されていれば、水車30の回転に支障を来す事が無くなる。

図５は、前記第４の実施の形態に関連し、特に発電機40を水車30側に設置した例を示している。即ち、この実施の形態では、左右に設けられている水車30を連結するシャフト35から、直接、水車30のトルクを取得するように構成している。そして、当該発電機40は、揺動アーム37によって、橋脚20に対して揺動自在に設けられており、これにより河川における水位の変化に追従する事ができる。

特にこの実施の形態にかかる橋梁設置型水力発電装置10において、発電機40を設置している水車30は、その状態で搬送して橋脚20に設置できる事から、設置現場における作業を大幅に削減する事ができる。また、当該発電機40を具備する水車30は、流れていかないように橋脚20に連結されていれば良く、よって連結棒に限らず、チェーンやワイヤー等によって橋梁に連結する事もできる。従って、この第４の実施の形態にかかる橋梁設置型水力発電装置10によれば、設置作業を大幅に簡素化した橋梁設置型水力発電装置10が実現する。

図６は第５の実施の形態にかかる橋梁設置型水力発電装置10を示している。特にこの実施の形態にかかる橋梁設置型水力発電装置10は、図６（Ａ）に示す様に、軸心長を橋脚20の幅と略同じに形成した水車30を用いて構成している。この水車30も中空円柱状に形成されている事から、水中において浮力が生じ、水面に浮かんだ状態となる。

そしてこの水車30は、図６（Ｂ）に示す様に、橋脚20に固定したＨ鋼材、溝形鋼材、アングル鋼材、鋼管などからなる固定フレーム38に軸支されている揺動アーム37に支持されている。よって当該水車30は、固定フレーム38と揺動アーム37との交点を揺動中心Pとして揺動する事ができ、これにより河川の水位が変化した場合であっても、その高さに応じて自在に昇降する事ができる。

また、この揺動アームに37は、水車30の回転力を受けて発電する発電機40が設けられている。水車30の回転軸方向の先端部には、プーリーまたはスプロケット39が設けられており、当該水車30の回転トルクは、ベルト又はチェーン41を介して発電機40に伝達するように構成されている。かかるプーリーまたはスプロケット39は、水車30の端部側に露出して存在する事から、ベルト又はチェーン41の交換作業を簡易且つ円滑に行う事ができる。

特に本実施の形態にかかる橋梁設置型水力発電装置10において、発電機40は、前記揺動アームの揺動中心Pを中心として、水車30の反対側に設けられている事から、当該発電機40の重さは、水車30を上向きに上昇させるように作用する事ができる。その結果、当該水車30を持ち上げて、水車30が水中に沈み込んでしまうような事態を回避する事ができる。

更に、本実施の形態にかかる橋梁設置型水力発電装置10では、前記揺動アームにおける発電機40が設けられている側には、前記水車30を持ち上げる為の錘42を設けている。かかる錘の質量を調整する事により、前記水車30の水中への沈み具合を調整する事ができ、発電効率を高める事ができる。即ち、当該揺動アーム37における揺動中心Pを中心として、前記水車30と錘42とが天秤状になる様に形成する事ができる。

またこの錘42は、図６（Ｃ）に示す様に、必要に応じて取り外す事もできる。このように錘42を取り外すことにより、当該水車30は、その質量分だけ水中に沈み込み、これにより流水の作用を受ける羽根34の枚数を増大させることができる。かかる錘42の設置如何、及び錘42の質量は当該橋梁設置型水力発電装置10を設置する河川の水量や水深に応じて適宜調整する事ができる。

なお、上記図６に示した実施の形態では、水車30における回転軸の両側から回転トルクを取り出して、それぞれの発電機40を稼働させているが、これは何れか一方であっても良い。即ち、十分な水量が得られ、流速も早い河川の場合には、図６に示す様に水車30の両側から回転トルクを取得する事ができるが、水量が乏しかったり、流速が遅い河川の場合には、水車30の回転軸の何れか一方から回転トルクを取得するように構成する事ができる。これらは、河川の状況や水車30の大きさによって適宜変更する事ができる。

図７は第６の実施の形態にかかる橋梁設置型水力発電装置10を示しており、特に川幅の狭い河川に設置するのに適した構造に形成されている。即ち、本実施の形態にかかる橋梁設置型水力発電装置10は、川幅が３〜１０ｍ程度の河川に設置するのに適しており、設置に際しては既存の橋梁の橋脚を利用する他、川岸に橋梁設置型水力発電装置10を設置する為の門型フレームを設置し、この門型フレームを橋梁20として橋梁設置型水力発電装置10を設置する事ができる。かかる門型フレーム（橋梁20）は、川岸などに立設された支柱23同士に架設される桁部材24で構成することができる。本実施の形態にかかる橋梁設置型水力発電装置10は、前記図６に示した橋梁設置型水力発電装置10と同じ構成であり、門型フレームの桁部材24から下垂する固定フレーム38に対して揺動自在に設けている。

この図７に示す実施形態では、門型フレームからなる橋梁20に対して２つの橋梁設置型水力発電装置10を設置しているが、この橋梁設置型水力発電装置10の設置個数は川幅の大きさや水流によって適宜調整する事もできる。したがって、この図７にかかる橋梁設置型水力発電装置10によれば、市町村などの自治体が管理する河川に対しても設置する事ができ、治水利用における制限を大幅に緩和する事ができる。また、本実施の形態では、発電の為の回転トルクは、水車30における回転軸の両側から取り出しているが、これも前記した河川の状況や水車30の大きさに応じて、何れか一方だけから取り出すように構成する事ができる。

但し、当該橋梁設置型水力発電装置10を川幅の狭い河川に設置する場合には、十分な水流が得られないことも考えられる。そこでこのような場合には、河川の流れを橋梁設置型水力発電装置10に集める様な堰堤等を設けて、水流を水車30に集中させることもできる。

次に図８及び９を参照しながら、上記の実施の形態にかかる橋梁設置型水力発電装置10の水車30で実施可能な羽根34の形状の具体例を示す。図８に示す水車30の羽根34は、水車30の回転中心に連結する杆部材43を中心に揺動又は回動自在に設けられている。かかる羽根34の揺動は、当該杆部材43を回動させることによって実現でき、別途、当該杆部材43を回動させるためのモーター等の動力を備えることが必要である。揺動自在に設けた羽根34が揺動することにより、水中における羽根34の受圧面積（流水圧を受ける面積）を変更することができ、これにより、水流から受ける力を変化させることができる。したがって、水車30が過剰に回転してしまうおそれを無くして、発電機40を発電動作保証範囲内において稼働させることができる。

また図９は、河川などにおける流速に応じて羽根34の形を変化させるように形成したものであり、この図９では、羽根34の側縁側を河川の下流側に向かわせた「Ｖ」字状に曲折するように構成している。この羽根34の曲折は、当該羽根34が受ける水圧によって変化するように構成する事ができ、折れ曲がる部分を弾性変形可能な材料や部材で形成する事ができる。また、モーターの動力などを利用して外力によって曲折する機構を採用する事もできる。そして、河川の流速が速い場合には、当該羽根34を折り曲げた、水流の流れの一部を受け流すように構成することもでき、これにより安定して発電可能な橋梁設置型水力発電装置10が実現する。

図８及び９に示したような羽根34を水車30に採用した場合には、流速の変化に対応して水車30の回転速度やトルクを一定に保つことができ、これにより自然環境の影響を受けやすい河川や海峡に設置した場合であっても、安定して発電できる橋梁設置型水力発電装置10が実現する。

上記本発明にかかる橋梁設置型水力発電装置は、河川や海峡における水流を利用して発電可能であり、自然エネルギーの利用分野において有効に実施する事ができる。特に、本発明にかかる橋梁設置型水力発電装置は、自然環境の変化に対しても柔軟に対応可能である事から、天候による影響を受けやすい河川において、より有効に利用する事ができる。

10 橋梁設置型水力発電装置
20 橋脚（橋梁）
21 ガイド溝
22 床部
23 支柱
24 桁部材
30 水車（開放周流形水車）
32，35 シャフト
33 中空筒状部
34 羽根
36 回転シャフト
37 揺動アーム
38 固定フレーム
39 プーリーまたはスプロケット
40 発電機
41 ベルト又はチェーン
42 錘
43 杆部材
P 揺動中心（支点）

Claims (4)

1. 河川又は海峡に架設された橋梁に設けられる水車と、当該水車の回転力によって発電する発電機とからなる橋梁設置型水力発電装置であって、
   当該水車として、河川又は海峡における水の流れ方向に回転する開放周流形水車が使用されており、
   当該水車は、その高さ位置を調整自在に設置されている事を特徴とする、橋梁設置型水力発電装置。
   
2. 前記水車は、密閉された内部空間を備える中空筒状部と、当該中空筒状部の外周面に突出して設けられた羽根部とからなり、
   前記橋脚の側部、若しくは当該橋脚の上流側又は下流側に設けられる、請求項１に記載の橋梁設置型水力発電装置。
   
3. 前記水車は、橋梁に対して揺動自在に設けられた揺動アームの先端側に設けられており、
   当該揺動アームの基端側には発電機が設けられており、
   前記揺動アームの揺動中心は、前記水車と発電機との間に設けられており、当該揺動アームは第１種梃子を構成している、請求項１又は２に記載の橋梁設置型水力発電装置。
   
4. 前記水車の羽根は、曲折自在又は傾斜自在に形成されている、請求項１〜３の何れか一項に記載の橋梁設置型水力発電装置。