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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2025006132
(43)【公開日】2025-01-17
(54)【発明の名称】水力発電装置
(51)【国際特許分類】
F03B 13/08 20060101AFI20250109BHJP
【ＦＩ】
F03B13/08
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023106733
(22)【出願日】2023-06-29
(71)【出願人】
【識別番号】523248482
【氏名又は名称】三徳航空エンジニアリング株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】523248493
【氏名又は名称】株式会社ＥＢＳ ＧＲＯＵＰ
(71)【出願人】
【識別番号】523248507
【氏名又は名称】有限会社秀和工業
(74)【代理人】
【識別番号】100195383
【弁理士】
【氏名又は名称】江崎 徹
(72)【発明者】
【氏名】篠崎 隆
(72)【発明者】
【氏名】市原 伸郎
(72)【発明者】
【氏名】下田 秀夫
(72)【発明者】
【氏名】下田 政男
【テーマコード（参考）】
3H074
【Ｆターム（参考）】
3H074AA08
3H074AA12
3H074BB09
3H074BB11
3H074CC28
3H074CC31
(57)【要約】
【課題】容易に運搬可能で、且つ、効率よく発電を行わせることが可能な水力発電装置を提供する。
【解決手段】河川に設置可能な水力発電装置１において、上流側からの水流を、予め設けた落差を用いて下流側に受け渡すダム部１０と、ダム部１０の下流側に配置され、ダム部１０からの水流によりらせん水車２１０を回転させることにより電力を発生させる発電部２０と、を備え、ダム部１０と発電部２０とは分離可能に構成され、ダム部１０は、伸縮可能な伸縮水路１５０を当該ダム部１０の上流側に設けた。
【選択図】 図１
【解決手段】河川に設置可能な水力発電装置１において、上流側からの水流を、予め設けた落差を用いて下流側に受け渡すダム部１０と、ダム部１０の下流側に配置され、ダム部１０からの水流によりらせん水車２１０を回転させることにより電力を発生させる発電部２０と、を備え、ダム部１０と発電部２０とは分離可能に構成され、ダム部１０は、伸縮可能な伸縮水路１５０を当該ダム部１０の上流側に設けた。
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
河川に設置可能な水力発電装置において、
上流側からの水流を、予め設けた落差を用いて下流側に受け渡すダム部と、
前記ダム部の下流側に配置され、前記ダム部からの水流により水車を回転させることにより電力を発生させる発電部と、を備え、
前記ダム部と前記発電部とは分離可能に構成され、
前記ダム部は、
伸縮可能な水路を当該ダム部の上流側に設けた
ことを特徴とする水力発電装置。
上流側からの水流を、予め設けた落差を用いて下流側に受け渡すダム部と、
前記ダム部の下流側に配置され、前記ダム部からの水流により水車を回転させることにより電力を発生させる発電部と、を備え、
前記ダム部と前記発電部とは分離可能に構成され、
前記ダム部は、
伸縮可能な水路を当該ダム部の上流側に設けた
ことを特徴とする水力発電装置。
【請求項2】
前記ダム部は、上流側より下流側の方が底部が高い傾斜水路を設けた
ことを特徴とする請求項１に記載の水力発電装置。
ことを特徴とする請求項１に記載の水力発電装置。
【請求項3】
前記傾斜水路は、ターポリンにより形成された
ことを特徴とする請求項２に記載の水力発電装置。
ことを特徴とする請求項２に記載の水力発電装置。
【請求項4】
前記発電部は、前記水車の回転に応じて回転する磁石と、前記水車の回転に応じて回転しない前記水車の軸である中空軸及び巻線と、を備え、
前記水車が水流を受けて回転した場合、前記磁石が回転することに基づいて前記巻線において電力を発生させ、当該発生した電力を、前記中空軸の内部を通した導線により外部に出力可能である
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の水力発電装置。
前記水車が水流を受けて回転した場合、前記磁石が回転することに基づいて前記巻線において電力を発生させ、当該発生した電力を、前記中空軸の内部を通した導線により外部に出力可能である
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の水力発電装置。
【請求項5】
前記水車は、らせん水車であり、
前記磁石及び前記巻線からなる発電機は、前記らせん水車よりも下流側に配置した筐体の内部に収めている
ことを特徴とする請求項４に記載の水力発電装置。
前記磁石及び前記巻線からなる発電機は、前記らせん水車よりも下流側に配置した筐体の内部に収めている
ことを特徴とする請求項４に記載の水力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、災害時において好適に使用可能な水力発電装置に関する。
【背景技術】
【0002】
再生可能エネルギーとして、河川、農業用水路、上下水道における流水を利用した水力発電が知られている。
例えば、特許文献１には、外周にらせん翼が設けられ水路に設置されたらせん水車と、らせん水車に連結された発電機と、を備えた水力発電装置が開示されている。
また、特許文献２には、誘導ダクトの取水口底部と段差上部の河川底との間に嵩上げチャネルを設け、これにより、河川段差上流部の水位を上げて河川水の位置エネルギーを増加可能な水力発電装置が開示されている。
また、特許文献３には、コンパクトかつ軽量に構成され、導水装置の上流部に堰を備えることで、効率よく水のエネルギーを回転力に変えることが可能なた水力変換装置が開示されている。
例えば、特許文献１には、外周にらせん翼が設けられ水路に設置されたらせん水車と、らせん水車に連結された発電機と、を備えた水力発電装置が開示されている。
また、特許文献２には、誘導ダクトの取水口底部と段差上部の河川底との間に嵩上げチャネルを設け、これにより、河川段差上流部の水位を上げて河川水の位置エネルギーを増加可能な水力発電装置が開示されている。
また、特許文献３には、コンパクトかつ軽量に構成され、導水装置の上流部に堰を備えることで、効率よく水のエネルギーを回転力に変えることが可能なた水力変換装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１３－１７４１９６号公報
【特許文献2】特開２０１５－１６９２０４号公報
【特許文献3】特開２０１１－２１４４５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、従来の水力発電には様々な課題があった。
例えば、特許文献１に記載の水力発電装置は、低落差での発電が可能であるものの、落差がなければ効率よく発電できないという問題があった。
また、特許文献２に記載の水力発電装置は、嵩上げチャネルを備えるものの、段差があることを前提とするため、特許文献１と同様の問題があった。
これに対し、特許文献３に記載の水力変換装置は、堰を備えることで効率よく水のエネルギーを回転力に変えることができることから、上述の問題は発生し難い。
しかしながら、特許文献３に記載の水力変換装置は導水路を備えていないため、水力変換装置を河川まで運搬できたとしても、その河川が低水量な小川などの場合には十分に回転しないため効率よく発電できないという問題が生じる。
例えば、特許文献１に記載の水力発電装置は、低落差での発電が可能であるものの、落差がなければ効率よく発電できないという問題があった。
また、特許文献２に記載の水力発電装置は、嵩上げチャネルを備えるものの、段差があることを前提とするため、特許文献１と同様の問題があった。
これに対し、特許文献３に記載の水力変換装置は、堰を備えることで効率よく水のエネルギーを回転力に変えることができることから、上述の問題は発生し難い。
しかしながら、特許文献３に記載の水力変換装置は導水路を備えていないため、水力変換装置を河川まで運搬できたとしても、その河川が低水量な小川などの場合には十分に回転しないため効率よく発電できないという問題が生じる。
【0005】
本発明は、以上のような従来の技術が有する課題を解決するために提案されたものであり、軽量・コンパクトであり、伸縮可能な水路を備え、発電効率に優れた水路を備えた水力発電装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するため本発明の水力発電装置は、河川に設置可能な水力発電装置において、上流側からの水流を、予め設けた落差を用いて下流側に受け渡すダム部と、前記ダム部の下流側に配置され、前記ダム部からの水流により水車を回転させることにより電力を発生させる発電部と、を備え、前記ダム部と前記発電部とは分離可能に構成され、前記ダム部は、伸縮可能な水路を当該ダム部の上流側に設けている。
【発明の効果】
【0007】
本発明の水力発電装置によれば、災害時などに運搬を迅速に行え、水量が少ない河川でも、効率よく発電させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本発明の水力発電装置の概略模式図である。（ａ）は平面図であり、（ｂ）は正面図である。
【図2】ダム本体の概略構成図である。（ａ）は正面図であり、（ｂ）は上流側側面図であり、（ｃ）は下流側側面図であり、（ｄ）は平面図である。
【図3】ダム本体に設けられる傾斜水路の外観図である。（ａ）は正面図であり、（ｂ）は上流側側面図であり、（ｃ）は下流側側面図であり、（ｄ）は平面図である。
【図4】伸縮水路の斜視図である。（ａ）は、縮小時を示す図であり、（ｂ）は伸長時を示す図である。
【図5】取水板の説明図である。
【図6】防塵部の概略図である。（ａ）は格子状の防塵部を示す図であり、（ｂ）は横スクリーン状の防塵部を示す図である。
【図7】発電部における円筒筐体（らせん水車、発電機）の詳細構成図である。（ａ）は、Ａ－Ａ矢視断面図であり、（ｂ）は上流側側面図であり、（ｃ）は下流側側面図である。
【図8】円盤部の斜視図である。
【図9】河川に設置した水力発電装置の説明図である。
【図10】電力システムに係る電力系統図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
本発明の水力発電装置１について図面を参照しながら説明する。
水力発電装置１は、河川に設置することを想定している。本発明において、「河川」には、農業用水路や上下水道が含まれる。
図１は、水力発電装置１の概略模式図である。図１（ａ）は、水力発電装置１の平面図であり、図１（ｂ）は水力発電装置１の正面図である。
図１に示すように、水力発電装置１は、ダム部１０と発電部２０とに大別され、それぞれが分離／結合可能に構成されている。
具体的には、ダム部１０と発電部２０は、各々独立した筐体により構成され、筐体同士を接合手段により接合できるようにしている。
図示省略するが、接合手段は、例えば、凹部と凸部とをそれぞれ対応する箇所に設け、凹部と凸部とを勘合させたり、勘合させた状態でロックさせることが可能な部材を適用することができる。
例えば、ダム部１０の長さは約２ｍ（伸縮水路１５０の縮小時）であり、発電部２０の長さは約１ｍである。
このため、水力発電装置１は、ダム部１０と発電部２０とに分けて容易に運搬することができ、また、河川などの運搬先で容易に組み立てて使用することができる。
例えば、軽トラックなどに積載して河川の近くまで運搬し、そこからは一人にダム部１０を抱えさせ、他の一人に発電部２０を抱えさせるなどして、河川まで運搬させることができる。
このように、本発明の水力発電装置１は、ダム部１０と発電部２０とが一体として構成可能であるところ、使用態様に応じて分離可能に構成されている。
水力発電装置１は、河川に設置することを想定している。本発明において、「河川」には、農業用水路や上下水道が含まれる。
図１は、水力発電装置１の概略模式図である。図１（ａ）は、水力発電装置１の平面図であり、図１（ｂ）は水力発電装置１の正面図である。
図１に示すように、水力発電装置１は、ダム部１０と発電部２０とに大別され、それぞれが分離／結合可能に構成されている。
具体的には、ダム部１０と発電部２０は、各々独立した筐体により構成され、筐体同士を接合手段により接合できるようにしている。
図示省略するが、接合手段は、例えば、凹部と凸部とをそれぞれ対応する箇所に設け、凹部と凸部とを勘合させたり、勘合させた状態でロックさせることが可能な部材を適用することができる。
例えば、ダム部１０の長さは約２ｍ（伸縮水路１５０の縮小時）であり、発電部２０の長さは約１ｍである。
このため、水力発電装置１は、ダム部１０と発電部２０とに分けて容易に運搬することができ、また、河川などの運搬先で容易に組み立てて使用することができる。
例えば、軽トラックなどに積載して河川の近くまで運搬し、そこからは一人にダム部１０を抱えさせ、他の一人に発電部２０を抱えさせるなどして、河川まで運搬させることができる。
このように、本発明の水力発電装置１は、ダム部１０と発電部２０とが一体として構成可能であるところ、使用態様に応じて分離可能に構成されている。
【0010】
【0011】
（ダム本体）
図２は、ダム本体１１０の概略構成図である。図２（ａ）は正面図であり、図２（ｂ）は上流側側面図であり、図２（ｃ）は下流側側面図であり、図２（ｄ）は平面図である。
図２に示すように、ダム本体１１０は、傾斜水路枠体１２２と、傾斜水路１２１とにより構成される。傾斜水路１２１は、傾斜水路枠体１２２の内部に設けられる。
傾斜水路枠体１２２は、ＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）などの軽量素材により形成された、断面視コの字状（天井側が開放）の部材である。
傾斜水路枠体１２２は、並行する２つの直壁部１２２ａを有しつつ、さらに、その内部に下流に進むほど狭くなる２つの斜壁部１２２ｂを有している。
傾斜水路１２１は、２つの斜壁部１２２ｂの内部に設けられている。
具体的には、各斜壁部１２２ｂの上部内側には複数のピン１２３が設けられており、各ピン１２３に、後述するターポリンを吊り下げることで傾斜水路１２１が構成される。
図２は、ダム本体１１０の概略構成図である。図２（ａ）は正面図であり、図２（ｂ）は上流側側面図であり、図２（ｃ）は下流側側面図であり、図２（ｄ）は平面図である。
図２に示すように、ダム本体１１０は、傾斜水路枠体１２２と、傾斜水路１２１とにより構成される。傾斜水路１２１は、傾斜水路枠体１２２の内部に設けられる。
傾斜水路枠体１２２は、ＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）などの軽量素材により形成された、断面視コの字状（天井側が開放）の部材である。
傾斜水路枠体１２２は、並行する２つの直壁部１２２ａを有しつつ、さらに、その内部に下流に進むほど狭くなる２つの斜壁部１２２ｂを有している。
傾斜水路１２１は、２つの斜壁部１２２ｂの内部に設けられている。
具体的には、各斜壁部１２２ｂの上部内側には複数のピン１２３が設けられており、各ピン１２３に、後述するターポリンを吊り下げることで傾斜水路１２１が構成される。
【0012】
図３は、ダム本体１１０に設けられる傾斜水路１２１の外観図である。図３（ａ）は正面図であり、図３（ｂ）は上流側側面図であり、図３（ｃ）は下流側側面図であり、図３（ｄ）は平面図である。
図３に示すように、傾斜水路１２１は、下流に進むほど底部が高くなり、路幅が狭まる形状にしてある。
このような形状の傾斜水路１２１は、ターポリンと称される素材を用いて形成することができる。
ターポリンとは、防水性の高い軽量且つ柔軟なビニール素材からなるシート材である。
ターポリンは、傾斜水路枠体１２２の内部に設けるにあたり、ピン１２３に対応する箇所にハトメ穴１２４を設けている。
これにより、各ピン１２３を各ハトメ穴１２４に通すことで、ターポリンを吊り下げることができる。
つまり、図３に示すターポリンを吊り下げることで、下流に進むほど、底部が高くなり、路幅が狭まる傾斜水路１２１を構成することができる。
このような傾斜水路１２１によれば、上流の伸縮水路１５０から流入した水を、高度を上昇させて（落差を設けて）発電部２０に渡すことができる。
なお、傾斜水路１２１は、上述に限らず様々な態様・構成で設置することができる。
例えば、ターポリンは、袋状ではなく、天井側を開放した形状であってもよい。
また、ターポリンは、ピン１２３に吊り下げるのではなく、傾斜水路枠体１２２に接着など他の態様で設けることもできる。
また、傾斜水路枠体１２２の底部に斜行させた板材を設けて傾斜水路１２１を形成したり、当該板材の上に本実施形態のターポリンを配置してもよい。
また、ターポリン以外のシート材を用いることもできる。
図３に示すように、傾斜水路１２１は、下流に進むほど底部が高くなり、路幅が狭まる形状にしてある。
このような形状の傾斜水路１２１は、ターポリンと称される素材を用いて形成することができる。
ターポリンとは、防水性の高い軽量且つ柔軟なビニール素材からなるシート材である。
ターポリンは、傾斜水路枠体１２２の内部に設けるにあたり、ピン１２３に対応する箇所にハトメ穴１２４を設けている。
これにより、各ピン１２３を各ハトメ穴１２４に通すことで、ターポリンを吊り下げることができる。
つまり、図３に示すターポリンを吊り下げることで、下流に進むほど、底部が高くなり、路幅が狭まる傾斜水路１２１を構成することができる。
このような傾斜水路１２１によれば、上流の伸縮水路１５０から流入した水を、高度を上昇させて（落差を設けて）発電部２０に渡すことができる。
なお、傾斜水路１２１は、上述に限らず様々な態様・構成で設置することができる。
例えば、ターポリンは、袋状ではなく、天井側を開放した形状であってもよい。
また、ターポリンは、ピン１２３に吊り下げるのではなく、傾斜水路枠体１２２に接着など他の態様で設けることもできる。
また、傾斜水路枠体１２２の底部に斜行させた板材を設けて傾斜水路１２１を形成したり、当該板材の上に本実施形態のターポリンを配置してもよい。
また、ターポリン以外のシート材を用いることもできる。
【0013】
（伸縮水路）
図４は、伸縮水路１５０の概略斜視図である。図４（ａ）は縮小時の状態を示す図であり、図４（ｂ）は伸長時の状態を示す図である。
図４に示すように、伸縮水路１５０は筐体が蛇腹状に形成されることで伸縮可能に構成されている。
例えば、伸縮水路１５０は、押し縮めることで最小約１ｍの長さまで縮小させることができ、引き伸ばすことで最大約１０ｍの長さまで伸長させることができる。
このため、伸縮水路１５０を縮小させることで、水力発電装置１の運搬を容易にすることができ、また、収納スペースを小さくすることができる。
また、伸縮水路１５０を伸長させることで水路を長くすることができる。
これにより、低水量の河川で水力発電装置１を使用する場合でも、水路が短い場合よりも水量を多く確保でき、ダム本体１１０を経て、発電部２０にしか向かわせないようにできる。
つまり、水路を長くすることで、発電部２０における発電効率を向上させることができる。
また、伸縮水路１５０の長さは可変であるため、当該長さに応じて発電部２０に供給する水量を調節することができる。つまり、高水位や高水量の河川では伸縮水路１５０を縮小して使用し、低水位や低水量の河川では伸縮水路１５０を伸長して使用する、という使い方ができる。
なお、伸縮水路１５０は、蛇腹に限らず、伸縮可能な水路であれば、伸縮方法・形態は問わない。
また、伸縮サイズも任意に設定できる。例えば、縮小時に０．５ｍ、伸長時に５ｍという伸縮水路１５０を適用することもできる。
また、伸縮水路１５０とダム本体１１０とを分離・結合可能に構成することもできる。
これにより、一層、可搬性や利便性を向上させることができる。
図４は、伸縮水路１５０の概略斜視図である。図４（ａ）は縮小時の状態を示す図であり、図４（ｂ）は伸長時の状態を示す図である。
図４に示すように、伸縮水路１５０は筐体が蛇腹状に形成されることで伸縮可能に構成されている。
例えば、伸縮水路１５０は、押し縮めることで最小約１ｍの長さまで縮小させることができ、引き伸ばすことで最大約１０ｍの長さまで伸長させることができる。
このため、伸縮水路１５０を縮小させることで、水力発電装置１の運搬を容易にすることができ、また、収納スペースを小さくすることができる。
また、伸縮水路１５０を伸長させることで水路を長くすることができる。
これにより、低水量の河川で水力発電装置１を使用する場合でも、水路が短い場合よりも水量を多く確保でき、ダム本体１１０を経て、発電部２０にしか向かわせないようにできる。
つまり、水路を長くすることで、発電部２０における発電効率を向上させることができる。
また、伸縮水路１５０の長さは可変であるため、当該長さに応じて発電部２０に供給する水量を調節することができる。つまり、高水位や高水量の河川では伸縮水路１５０を縮小して使用し、低水位や低水量の河川では伸縮水路１５０を伸長して使用する、という使い方ができる。
なお、伸縮水路１５０は、蛇腹に限らず、伸縮可能な水路であれば、伸縮方法・形態は問わない。
また、伸縮サイズも任意に設定できる。例えば、縮小時に０．５ｍ、伸長時に５ｍという伸縮水路１５０を適用することもできる。
また、伸縮水路１５０とダム本体１１０とを分離・結合可能に構成することもできる。
これにより、一層、可搬性や利便性を向上させることができる。
【0014】
図５は、取水板１８０の説明図である。なお、図５は、伸縮水路１５０の上流側を上方から見た平面図である。
取水板１８０は、取水口に設けられる。つまり、水力発電装置１の最上流側に設けられる。
具体的には、取水板１８０は、伸縮水路１５０の両側壁の上流側端部と蝶番等の接続手段により接続される（図示省略）。
このため、取水板１８０は、水平方向に開閉することができる。
取水板１８０は、閉状態（内側に折り込んだ状態）にすることで装置全体をコンパクトにできるので、運搬時や使用時に有用である。
水力発電装置１の使用時には、取水板１８０を開く。これにより、河川に流れる水を効率よく伸縮水路１５０に取り込むことができる。なお、図示省略するが、取水板１８０は任意の開角度で固定することができる。
例えば、α＝４５°±１０°が基本的な開角度である。取水板１８０をこの開角度に設定することで効率よく周囲から水量を取り込むことができる。
例えば、高水位や高水量の河川で使用する場合には取水板１８０の開角度αを小さくし、低水位や低水量の河川で使用する場合には取水板１８０の開角度αを大きくする、という使い方も可能である。
取水板１８０は、取水口に設けられる。つまり、水力発電装置１の最上流側に設けられる。
具体的には、取水板１８０は、伸縮水路１５０の両側壁の上流側端部と蝶番等の接続手段により接続される（図示省略）。
このため、取水板１８０は、水平方向に開閉することができる。
取水板１８０は、閉状態（内側に折り込んだ状態）にすることで装置全体をコンパクトにできるので、運搬時や使用時に有用である。
水力発電装置１の使用時には、取水板１８０を開く。これにより、河川に流れる水を効率よく伸縮水路１５０に取り込むことができる。なお、図示省略するが、取水板１８０は任意の開角度で固定することができる。
例えば、α＝４５°±１０°が基本的な開角度である。取水板１８０をこの開角度に設定することで効率よく周囲から水量を取り込むことができる。
例えば、高水位や高水量の河川で使用する場合には取水板１８０の開角度αを小さくし、低水位や低水量の河川で使用する場合には取水板１８０の開角度αを大きくする、という使い方も可能である。
【0015】
図６は、防塵部１９０を示す図である。図６（ａ）は格子状（メッシュ状）の防塵部１９０であり、図６（ｂ）は横スクリーン状の防塵部１９０を示す。
防塵部１９０は取水口に取り付けられている。
これにより、例えば、水流と共にゴミや塵が流れてきても、装置内への流入を防ぐことができる。
つまり、ゴミや塵が装置内に流入して、らせん水車２１０の回転を妨げたり、排水口を遮蔽して水流が阻害されることを防ぐことができる。
防塵部１９０は着脱自在に構成することもできる。
これにより、防塵部１９０に付いたゴミや塵を効率よく取り除くことができる。
防塵部１９０は取水口に取り付けられている。
これにより、例えば、水流と共にゴミや塵が流れてきても、装置内への流入を防ぐことができる。
つまり、ゴミや塵が装置内に流入して、らせん水車２１０の回転を妨げたり、排水口を遮蔽して水流が阻害されることを防ぐことができる。
防塵部１９０は着脱自在に構成することもできる。
これにより、防塵部１９０に付いたゴミや塵を効率よく取り除くことができる。
【0016】
（発電部）
図１に示すように、発電部２０は、矩形枠体２０１を備え、この矩形枠体２０１の内部にらせん水車２１０と発電機２６０とを収めた円筒枠体２０２を備えている。
円筒枠体２０２では、らせん水車２１０が上流側に設けられ、発電機２６０が下流側に設けられ、かつ、流入口をダム部１０の流出口の高さに合わせて斜めに設置している。
つまり、人為的に設けた落差によりらせん水車２１０を効率よく回転させるようにしている。
図１に示すように、発電部２０は、矩形枠体２０１を備え、この矩形枠体２０１の内部にらせん水車２１０と発電機２６０とを収めた円筒枠体２０２を備えている。
円筒枠体２０２では、らせん水車２１０が上流側に設けられ、発電機２６０が下流側に設けられ、かつ、流入口をダム部１０の流出口の高さに合わせて斜めに設置している。
つまり、人為的に設けた落差によりらせん水車２１０を効率よく回転させるようにしている。
【0017】
図７は、発電部２０における円筒枠体２０２（らせん水車２１０、発電機２６０）の詳細構成を示す図である。図７（ａ）はＡ－Ａ矢視断面図であり、図７（ｂ）は、上流側側面図であり、図７（ｃ）は下流側側面図である。
図７（ａ）は、円筒枠体２０２を水平方向に向けた状態の図である。
円筒枠体２０２は、塩ビ管などの軽量部材により構成することができる。
なお、円筒枠体２０２は円筒ではなく角筒でもよく、固定方法は、公知の固定手段など任意の手法を用いることができる。
らせん水車２１０は、円筒状の水車筐体２３１の曲面（表面）にらせん状の羽（らせん羽２３２）を設けた公知の水車である。
らせん水車２１０は、低落差に適しており、水量変動の影響を受けにくく、ゴミが詰まりにくいといった利点が知られている。
水車筐体２３１の内部は空洞であるところ、当該内部にはさらに中空軸２３０（内部が空洞の軸）が設けられ、中空軸２３０と水車筐体２３１との間に軸受（ベアリング）２４０を設けている。
なお、らせん水車２１０は、直径：２００～４００ｍｍ、中空軸２３０の直径：５０～１５０ｍｍ、長さ：４００～８００ｍｍ程度のものを用いる。また、軸受２４０は、例えば、内径４５～５５ｍｍの転がり軸受を用いる。
中空軸２３０は、十字バー２８１を介して固定ナット２９１により円筒枠体２０２に固定されている。
これにより、上流側から水が流入すると、らせん羽２３２がこの水流（水圧）を受けることで、らせん水車２１０が回転する。
図７（ａ）は、円筒枠体２０２を水平方向に向けた状態の図である。
円筒枠体２０２は、塩ビ管などの軽量部材により構成することができる。
なお、円筒枠体２０２は円筒ではなく角筒でもよく、固定方法は、公知の固定手段など任意の手法を用いることができる。
らせん水車２１０は、円筒状の水車筐体２３１の曲面（表面）にらせん状の羽（らせん羽２３２）を設けた公知の水車である。
らせん水車２１０は、低落差に適しており、水量変動の影響を受けにくく、ゴミが詰まりにくいといった利点が知られている。
水車筐体２３１の内部は空洞であるところ、当該内部にはさらに中空軸２３０（内部が空洞の軸）が設けられ、中空軸２３０と水車筐体２３１との間に軸受（ベアリング）２４０を設けている。
なお、らせん水車２１０は、直径：２００～４００ｍｍ、中空軸２３０の直径：５０～１５０ｍｍ、長さ：４００～８００ｍｍ程度のものを用いる。また、軸受２４０は、例えば、内径４５～５５ｍｍの転がり軸受を用いる。
中空軸２３０は、十字バー２８１を介して固定ナット２９１により円筒枠体２０２に固定されている。
これにより、上流側から水が流入すると、らせん羽２３２がこの水流（水圧）を受けることで、らせん水車２１０が回転する。
【0018】
発電機２６０は、いわゆるアウターロータ型の発電装置である。
発電機２６０は、らせん水車２１０の下流側にらせん水車２１０と一体に設けられる。
図８に示すように、発電機２６０は、円盤状の外装２６０ａと、中空軸（第２中空軸２６２という）を備えている。
外装２６０ａにアルミニウムを用いることで、発電機２６０を軽量且つ頑強に構成している。
図７に示すように、第２中空軸２６２は、軸受２４０に支持されている。
これにより、外装２６０ａは、第２中空軸２６２を中心に回転する。
発電機２６０は、らせん水車２１０の下流側にらせん水車２１０と一体に設けられる。
図８に示すように、発電機２６０は、円盤状の外装２６０ａと、中空軸（第２中空軸２６２という）を備えている。
外装２６０ａにアルミニウムを用いることで、発電機２６０を軽量且つ頑強に構成している。
図７に示すように、第２中空軸２６２は、軸受２４０に支持されている。
これにより、外装２６０ａは、第２中空軸２６２を中心に回転する。
【0019】
発電機２６０は、発電機筐体２５１の内部に設けられている。
発電機筐体２５１は、水車筐体２３１を下流側に延長した筒状の枠体である。
発電機筐体２５１は、断面直径を比較的大きくすることで、その内部に発電機２６０を収容できるようにしている。
図８に示すように、発電機２６０は、外装２６０ａの内部に巻線２６１と磁石２７０とを備えている。
巻線２６１は、外装２６０ａとは接続されておらず、第２中空軸２６２に固定されている。巻線２６１は、円周に沿って複数個（例えば４０個）配列されている。
磁石２７０は、円周面にあたる外装２６０ａの内部に配列している。
ここで、第２中空軸２６２は、上流側が中空軸２３０の下流側と接続シャフト２５５を介して接続され、下流側が固定ナット２９２及び十字バー２８２を介して円筒枠体２０２に固定されている。
また、外装２６０ａは、接続部材２５１ａにより発電機筐体２５１に接続されている。
これにより、上流側から水が流入すると、らせん水車２１０が回転すると共に発電機筐体２５１が回転するところ、当該発電機筐体２５１に接続された外装２６０ａも回転する。
また、外装２６０ａの回転に応じ、当該外装２６０ａの内部に配列された磁石２７０は回転するも、巻線２６１は回転しない。つまり、磁石２７０は回転子として機能し、巻線２６１は固定子として機能する。
発電機筐体２５１は、水車筐体２３１を下流側に延長した筒状の枠体である。
発電機筐体２５１は、断面直径を比較的大きくすることで、その内部に発電機２６０を収容できるようにしている。
図８に示すように、発電機２６０は、外装２６０ａの内部に巻線２６１と磁石２７０とを備えている。
巻線２６１は、外装２６０ａとは接続されておらず、第２中空軸２６２に固定されている。巻線２６１は、円周に沿って複数個（例えば４０個）配列されている。
磁石２７０は、円周面にあたる外装２６０ａの内部に配列している。
ここで、第２中空軸２６２は、上流側が中空軸２３０の下流側と接続シャフト２５５を介して接続され、下流側が固定ナット２９２及び十字バー２８２を介して円筒枠体２０２に固定されている。
また、外装２６０ａは、接続部材２５１ａにより発電機筐体２５１に接続されている。
これにより、上流側から水が流入すると、らせん水車２１０が回転すると共に発電機筐体２５１が回転するところ、当該発電機筐体２５１に接続された外装２６０ａも回転する。
また、外装２６０ａの回転に応じ、当該外装２６０ａの内部に配列された磁石２７０は回転するも、巻線２６１は回転しない。つまり、磁石２７０は回転子として機能し、巻線２６１は固定子として機能する。
【0020】
磁石２７０にはＮ極の磁性を帯びたＮ極磁石２７０ＮとＳ極の磁性を帯びたＳ極磁石２７０Ｓとがあり、これらを、円周に沿って交互に配置している。
巻線２６１は、外装２６０ａの回転に応じ、Ｎ極磁石２７０ＮとＳ極磁石２７０Ｓとの間に生じている磁束を通過する位置に設けられている。
このため、水流によりらせん水車２１０が回転すると、外装２６０ａが回転し、当該回転に応じて巻線２６１を磁束に対し通過させることができるため、当該巻線２６１において電力を発生させることができる（発電機２６０の機能）。
巻線２６１は、外装２６０ａの回転に応じ、Ｎ極磁石２７０ＮとＳ極磁石２７０Ｓとの間に生じている磁束を通過する位置に設けられている。
このため、水流によりらせん水車２１０が回転すると、外装２６０ａが回転し、当該回転に応じて巻線２６１を磁束に対し通過させることができるため、当該巻線２６１において電力を発生させることができる（発電機２６０の機能）。
【0021】
上流側から円筒枠体２０２の内部に流入した水は、枠体内部を流通し、らせん羽２３２に水圧を与えながら、放水穴２９５等から流出して下流側に流すようにしている。
これにより、水流を滞留しにくくして、らせん水車２１０を効率よく回転させるようにしている。
これにより、水流を滞留しにくくして、らせん水車２１０を効率よく回転させるようにしている。
【0022】
発電機２６０（巻線２６１）は導線３０を介して発電電力を外部に出力することができる。
具体的には、導線３０は、第２中空軸２６２、接続シャフト２５５、及び中空軸２３０の内部を通し、円筒枠体２０２の上流側端部から外部に取り出している。
例えば、十字バー２８１に設けたダクトの内部を通じて導線３０を外部に取り出したり、固定ナット２９１に設けた穴を介して導線３０を外部に取り出すことができる。また、中空軸２３０、接続シャフト２５５、第２中空軸２６２は、それぞれ内部が中空であることから密閉された空間であり、さらに接続部や端部は密閉して防水処理を施している。
これにより、水力発電装置１により発電された電力を安全に外部の電力システム４０に供給することができる。
具体的には、導線３０は、第２中空軸２６２、接続シャフト２５５、及び中空軸２３０の内部を通し、円筒枠体２０２の上流側端部から外部に取り出している。
例えば、十字バー２８１に設けたダクトの内部を通じて導線３０を外部に取り出したり、固定ナット２９１に設けた穴を介して導線３０を外部に取り出すことができる。また、中空軸２３０、接続シャフト２５５、第２中空軸２６２は、それぞれ内部が中空であることから密閉された空間であり、さらに接続部や端部は密閉して防水処理を施している。
これにより、水力発電装置１により発電された電力を安全に外部の電力システム４０に供給することができる。
【0023】
図９は、河川に設置した水力発電装置１を示す説明図である。
図９に示すように、水力発電装置１を河川に設置すると、上流側から流れてくる水が装置内部を通過する（矢印参照）。
このとき、取水板１８０及び伸縮水路１５０では効率よく水を取り込み、傾斜水路１２１を通過させることで落差を設け、これにより増加した水圧によってらせん水車２１０を効率よく回転させる。
らせん水車２１０の回転に応じ、発電機２６０では、回転子（磁石２７０）の回転に応じ固定子（巻線２６１）において発電が行われる。
図９に示すように、水力発電装置１を河川に設置すると、上流側から流れてくる水が装置内部を通過する（矢印参照）。
このとき、取水板１８０及び伸縮水路１５０では効率よく水を取り込み、傾斜水路１２１を通過させることで落差を設け、これにより増加した水圧によってらせん水車２１０を効率よく回転させる。
らせん水車２１０の回転に応じ、発電機２６０では、回転子（磁石２７０）の回転に応じ固定子（巻線２６１）において発電が行われる。
【0024】
図１０は、外部電力システム４０の電力系統図である。
外部電力システム４０は、発電機２６０から出力された電力を導線３０を介して入力する。
図１０に示すように、外部電力システム４０は、ＤＣ変換器４１、充電コントローラ４２、バッテリー４３、インバータ４４、交流電力４５、及び、負荷４６などを備えている。
ＤＣ変換器４１は、整流機能やＤＣ／ＤＣコンバータを備えており、導線３０を通じて入力された不定波の直流電力を一定の直流電力に安定化して出力する。
充電コントローラ４２は、ＤＣ変換器４１から出力された直流電力をバッテリー４３に出力させつつ（充電しつつ）、インバータ４４に対し出力する。
インバータ４４は、入力した直流電力を交流電力４５に変換し負荷４６に供給する。
これにより、数十Ｗ～数ｋＷの出力電力（好ましくは５００Ｗ～３ｋＷ程度）の出力電力が可能になる。
つまり、少なくともスマートフォンなどへの充電が可能になり、連絡手段の確保その他の災害対応に寄与することができる。
外部電力システム４０は、発電機２６０から出力された電力を導線３０を介して入力する。
図１０に示すように、外部電力システム４０は、ＤＣ変換器４１、充電コントローラ４２、バッテリー４３、インバータ４４、交流電力４５、及び、負荷４６などを備えている。
ＤＣ変換器４１は、整流機能やＤＣ／ＤＣコンバータを備えており、導線３０を通じて入力された不定波の直流電力を一定の直流電力に安定化して出力する。
充電コントローラ４２は、ＤＣ変換器４１から出力された直流電力をバッテリー４３に出力させつつ（充電しつつ）、インバータ４４に対し出力する。
インバータ４４は、入力した直流電力を交流電力４５に変換し負荷４６に供給する。
これにより、数十Ｗ～数ｋＷの出力電力（好ましくは５００Ｗ～３ｋＷ程度）の出力電力が可能になる。
つまり、少なくともスマートフォンなどへの充電が可能になり、連絡手段の確保その他の災害対応に寄与することができる。
【0025】
以上のように、本発明の水力発電装置１においては、上流側からの水流を予め設けた落差を用いて下流側に受け渡すダム部１０と、ダム部１０の下流側に配置され、ダム部１０からの水流によりらせん水車２１０を回転させることにより電力を発生させる発電部２０と、を備え、ダム部１０と発電部２０とは分離可能に構成され、ダム部１０は、伸縮可能な伸縮水路１５０をダム部１０の上流側に設けている。
つまり、装置全体を分割・結合可能に構成することで、可搬性や利便性を向上させている。
例えば、分割することで、災害時に容易に河川まで運搬することができ、河川に到着したら容易に組み立てて使用することができる。
また、伸縮水路１５０を備えることで、運搬時に縮小させ、河川に到着したら伸長して使用することができる。
つまり、装置全体を分割・結合可能に構成することで、可搬性や利便性を向上させている。
例えば、分割することで、災害時に容易に河川まで運搬することができ、河川に到着したら容易に組み立てて使用することができる。
また、伸縮水路１５０を備えることで、運搬時に縮小させ、河川に到着したら伸長して使用することができる。
【0026】
また、ダム部１０は、上流側より下流側が高くなるように傾斜水路１２１を備えている。
つまり、人為的に設けた落差によりらせん水車２１０に対する水圧（水量）をより高め、効率よく発電できるようにしている。
また、傾斜水路１２１は、ターポリンを吊り下げることで構成される。
つまり、軽量・頑強な部材を用いて容易に落差を設けることができる。
本発明の水力発電装置１は、ターポリンや他の軽量かつコンパクトな構成要素（例えば、枠体など）により構成していることからも可搬性に優れている。
つまり、人為的に設けた落差によりらせん水車２１０に対する水圧（水量）をより高め、効率よく発電できるようにしている。
また、傾斜水路１２１は、ターポリンを吊り下げることで構成される。
つまり、軽量・頑強な部材を用いて容易に落差を設けることができる。
本発明の水力発電装置１は、ターポリンや他の軽量かつコンパクトな構成要素（例えば、枠体など）により構成していることからも可搬性に優れている。
【0027】
また、発電部２０には、らせん水車２１０の回転に応じて回転する磁石２７０と、らせん水車２１０の回転に応じて回転しないらせん水車２１０の軸である中空軸２３０及び巻線２６１と、を備え、らせん水車２１０が水流を受けて回転した場合、磁石２７０が回転することに基づいて巻線２６１において電力を発生させ、当該発生した電力を、中空軸２３０の内部を通した導線３０により外部に出力可能にしている。
つまり、導線３０を、水が流入し難い中空軸２３０の内部空間を通して外部に取り出しているため、特段の防水措置を施さなくても発電電力を外部に出力させることができる。
発電機２６０（磁石２７０及び巻線２６１）は、らせん水車２１０よりも下流側に配置した発電機筐体２５１や外装２６０ａの内部に収納している。
このように、発電機２６０をらせん水車２１０よりも下流側に配置することで、らせん水車２１０に対する水流を阻害することなく供給することができる。
つまり、発電機２６０をらせん水車２１０よりも上流側に配置した場合には、らせん水車２１０に対する水流は阻害される。
発電機２６０を小さくすれば阻害の影響を減らすことができるが、仮にそのようにした場合、発電機２６０の径を小さくする必要があり、発電力を弱めてしまう。
これに対し、本発明の水力発電装置１は、比較的大きな径の発電機２６０をらせん水車２１０の下流側に設けることで、らせん水車２１０に対する水流を阻害することなく、低水量の河川でも十分な電力を発電できるようにしている。
つまり、導線３０を、水が流入し難い中空軸２３０の内部空間を通して外部に取り出しているため、特段の防水措置を施さなくても発電電力を外部に出力させることができる。
発電機２６０（磁石２７０及び巻線２６１）は、らせん水車２１０よりも下流側に配置した発電機筐体２５１や外装２６０ａの内部に収納している。
このように、発電機２６０をらせん水車２１０よりも下流側に配置することで、らせん水車２１０に対する水流を阻害することなく供給することができる。
つまり、発電機２６０をらせん水車２１０よりも上流側に配置した場合には、らせん水車２１０に対する水流は阻害される。
発電機２６０を小さくすれば阻害の影響を減らすことができるが、仮にそのようにした場合、発電機２６０の径を小さくする必要があり、発電力を弱めてしまう。
これに対し、本発明の水力発電装置１は、比較的大きな径の発電機２６０をらせん水車２１０の下流側に設けることで、らせん水車２１０に対する水流を阻害することなく、低水量の河川でも十分な電力を発電できるようにしている。
【0028】
以上、本発明の水力発電装置１について、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明は、前述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。
例えば、各構成部の大きさ（サイズ）は上述に限らず任意の大きさで構成することができる。
また、一部の構成（例えば、取水板１８０や防塵部１９０など）は必須の構成要素ではない。
伸縮水路１５０と傾斜水路１２１とを一体にすることもできる。例えば、傾斜水路１２１を伸縮可能にすればよい。具体的には、傾斜水路１２１の枠体を蛇腹かつテーパ形状の部材にすればよい。これにより部品点数（構成要素の数）を減らすことができる。
導線３０は、中空軸２３０の上流側端部から外部に引き出しているが、下流側端部から外部に引き出すこともできる。
また、らせん水車２１０以外の水車（例えば、軸流プロペラ型水車など）を採用することもできる。
傾斜水路１２１の底部角度は変動できるようにもできる。
例えば、無線接続されたスマートフォンの操作に基づき底部角度を調整するようなアプリ（プログラム）をスマートフォンにインストールできるようにすればよい。
また、スマートフォン（アプリ）を用いて、伸縮水路１５０の長さを調整するようにもできる。
さらに、水力発電装置１にコンピュータや可動機構を備え、コンピュータ制御により、最適な底部角度や伸縮水路を表示（出力）したり、自動調整することもできる。
例えば、傾斜水路１２１の底部角度や伸縮水路１５０の長さ及び河川の水位、水量、水圧と、らせん水車２１０の回転速度（教師データ）と、の相関関係を深層学習（教師有り学習）させたプログラム（学習済みモデル）を実装し、未知の河川に水力発電装置１を設置したときに、その河川の水位、水量、水圧などのセンシングデータを学習済みモデルに入力して最適な底部角度や伸縮水路を表示（出力）したり、自動調整するようにできる。
例えば、各構成部の大きさ（サイズ）は上述に限らず任意の大きさで構成することができる。
また、一部の構成（例えば、取水板１８０や防塵部１９０など）は必須の構成要素ではない。
伸縮水路１５０と傾斜水路１２１とを一体にすることもできる。例えば、傾斜水路１２１を伸縮可能にすればよい。具体的には、傾斜水路１２１の枠体を蛇腹かつテーパ形状の部材にすればよい。これにより部品点数（構成要素の数）を減らすことができる。
導線３０は、中空軸２３０の上流側端部から外部に引き出しているが、下流側端部から外部に引き出すこともできる。
また、らせん水車２１０以外の水車（例えば、軸流プロペラ型水車など）を採用することもできる。
傾斜水路１２１の底部角度は変動できるようにもできる。
例えば、無線接続されたスマートフォンの操作に基づき底部角度を調整するようなアプリ（プログラム）をスマートフォンにインストールできるようにすればよい。
また、スマートフォン（アプリ）を用いて、伸縮水路１５０の長さを調整するようにもできる。
さらに、水力発電装置１にコンピュータや可動機構を備え、コンピュータ制御により、最適な底部角度や伸縮水路を表示（出力）したり、自動調整することもできる。
例えば、傾斜水路１２１の底部角度や伸縮水路１５０の長さ及び河川の水位、水量、水圧と、らせん水車２１０の回転速度（教師データ）と、の相関関係を深層学習（教師有り学習）させたプログラム（学習済みモデル）を実装し、未知の河川に水力発電装置１を設置したときに、その河川の水位、水量、水圧などのセンシングデータを学習済みモデルに入力して最適な底部角度や伸縮水路を表示（出力）したり、自動調整するようにできる。
【産業上の利用可能性】
【0029】
本発明は、災害時や低水量河川の発電装置として好適に利用可能である。
【符号の説明】
【0030】
１：水力発電装置、１０：ダム部、１１０：ダム本体、１２１：傾斜水路、１２２：傾斜水路枠体、１２２ａ：直壁部、１２２ｂ：斜壁部、１２３：ピン、１２４：ハトメ穴、１５０：伸縮水路、１８０：取水板、１９０：防塵部、２０：発電部、２０１：矩形枠体、２０２：円筒枠体、２１０：らせん水車、２３０：中空軸、２３１：水車筐体、２３２：らせん羽、２４０：軸受、２５１：発電機筐体、２５１ａ：接続部材、２５５：接続シャフト、２６０：発電機、２６１：巻線、２６２：第２中空軸、２７０：磁石、２７０Ｎ：Ｎ極磁石：２７０Ｓ：Ｓ極磁石、２８１，２８２：十字バー、２９１，２９２：固定ナット、２９５：放水穴、４０：電力システム、４１：ＤＣ変換器、４２：充電コントローラ、４３：バッテリ、４４：インバータ、４５：交流電力、４６：負荷
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
