(57)【要約】【課題】羽根車を単体で用いるよりも大きな動力を得る。【解決手段】この水車１０は、中空円筒状の外郭３０と、外郭３０の中心部に軸方向に沿って同軸に配置されて尖頭部４４を先端に有する筒状のハブ４０と、ハブ４０の外周面の周方向に沿って螺旋状に形成されるとともに径方向に張り出すように設けられた複数のブレード１２、２２からそれぞれ構成される二段の羽根車１１、２１と、を備え、一のブレードが周方向に沿って延在する範囲が有する軸回りの角度を「ブレード延在角」と呼ぶとき、前段ブレード１２のブレード延在角よりも後段ブレード２２のブレード延在角が大きく形成されるとともに、後段ブレード２２の基端部を支持するハブ４０の外周面に、軸方向上流側から下流側に向けて拡径するテーパ形状４５が形成されている。【選択図】図３
2020020316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自身全体が圧力流体のエネルギにより回転する水車であって、
中空円筒状の外郭と、該外郭の中心部に軸方向に沿って同軸に配置されて軸方向上流側に尖頭部を有する筒状のハブと、該ハブ外周面の周方向に沿って螺旋状に形成されるとともに径方向に張り出すように設けられた複数のブレードからそれぞれ構成される二段の羽根車と、を備え、
前記二段の羽根車は、圧力流体の流れ方向に対して軸方向に離隔して、軸方向上流側に配置された前段羽根車と、軸方向下流側に配置された後段羽根車と、を有し、
前記前段羽根車は、周方向に沿って一定の間隔をもって螺旋状に配置された前記ブレードである複数の前段ブレードを有し、前記後段羽根車は、周方向に沿って一定の間隔をもって螺旋状に配置された前記ブレードである複数の後段ブレードを有し、
前記ハブは、前記後段ブレードの基端部を支持するハブ外周面と前段羽根車と後段羽根車との間の部分のハブ外周面との少なくとも一方に、軸方向上流側から下流側に向けて拡径するテーパ形状を有し、
一のブレードが周方向に沿って延在する範囲が有する軸回りの角度を「ブレード延在角」と呼ぶとき、
前記複数の後段ブレードの各々のブレード延在角が、前記複数の前段ブレードの各々のブレード延在角よりも大きく形成されていることを特徴とする水車。
【請求項２】
請求項１に記載の水車を発電用に備えることを特徴とする発電装置。
【請求項３】
圧力流体の流路に設置可能なハウジングと、該ハウジングの内部に設けられて前記外郭内に前記圧力流体が導入される前記水車と、前記ハウジングの内部に設けられる発電部と、を備え、
前記発電部は、前記水車の前記外郭の外周面に前記外郭と一体に回転可能に設けられるロータと、該ロータの外周側の面に対して径方向に所定の対向隙間を隔てて前記ハウジングの側壁部の内側に配置されるステータと、を有する請求項２に記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水力発電の用途に好適に採用し得る水車に係り、特に、複数段の羽根車を有する水車およびこれを備える発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水力発電の用途に好適に用い得る水車として、中空筒状の外郭と、この外郭の中心部に直列に設けられ、螺旋状ブレードを有する羽根車が軸方向に沿って一体構成されたハブと、を有し、外郭内の流路を流体（水）が通過することで、羽根車およびハブが一体で回転する水車が知られている（例えば特許文献１参照）。
この種の水車は、砂などの細かいごみが堆積しにくくメンテナンスフリーである。また、この種の水車は、中心部にハブを有することで、水の力を効率良く動力に変換できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−０５０５５４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、本発明者がこの種の水車を用いて種々の実験を行ったところ、螺旋状ブレードを有する羽根車を軸方向に沿って一体に設けるに際し、同一構成の羽根車を単に多段（例えば２段階）に配置しただけでは、羽根車を単体で設けたときよりも動力が低下してしまうという知見を得た。
そこで、本発明は、このような問題点（知見）に着目してなされたものであって、複数段の羽根車を直列に設けたタンデム構造を有する水車において、羽根車を単体で用いるよりも大きな動力を得ることができる水車およびこれを備える発電装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る水車は、自身全体が圧力流体のエネルギにより回転する水車であって、中空円筒状の外郭と、該外郭の中心部に軸方向に沿って同軸に配置されて軸方向上流側に尖頭部を有する筒状のハブと、該ハブ外周面の周方向に沿って螺旋状に形成されるとともに径方向に張り出すように設けられた複数のブレードからそれぞれ構成される二段の羽根車と、を備え、前記二段の羽根車は、圧力流体の流れ方向に対して軸方向に離隔して、軸方向上流側に配置された前段羽根車と、軸方向下流側に配置された後段羽根車と、を有し、前記前段羽根車は、周方向に沿って一定の間隔をもって螺旋状に配置された前記ブレードである複数の前段ブレードを有し、前記後段羽根車は、周方向に沿って一定の間隔をもって螺旋状に配置された前記ブレードである複数の後段ブレードを有し、前記ハブは、前記後段ブレードの基端部を支持するハブ外周面と前段羽根車と後段羽根車との間の部分のハブ外周面との少なくとも一方に、軸方向上流側から下流側に向けて拡径するテーパ形状を有し、一のブレードが周方向に沿って延在する範囲が有する軸回りの角度を「ブレード延在角」と呼ぶとき、前記複数の後段ブレードの各々のブレード延在角が、前記複数の前段ブレードの各々のブレード延在角よりも大きく形成されていることを特徴とする。
【０００６】
また、上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る発電装置は、本発明の一態様に係る水車を発電用に備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、１組のブレードを有する羽根車を単体で用いるよりも大きな動力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一態様に係る水車を備える発電装置の一実施形態を説明する模式的斜視図である。
【図２】本発明の一態様に係る水車を備える発電装置の一実施形態を説明する模式的断面図であり、同図では、軸線に沿った断面を図示している。
【図３】本発明の一態様に係る水車の第一実施例を説明する図であり、同図（ａ）は左側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右側面図、（ｄ）は軸線に沿った断面図である。
【図４】本発明の一態様に係る水車の第二実施例を説明する図であり、同図（ａ）は左側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右側面図、（ｄ）は軸線に沿った断面図である。
【図５】「ブレード延在角」の語の定義を説明する図（（ａ）、（ｂ））であり、同図（ａ）は１組のブレードを有する羽根車を軸方向の斜め上方から見た模式的斜視図、（ｂ）は１組のブレードを有する羽根車を軸方向から見た図である。
【図６】本発明の一態様に係る水車を備える発電装置の動作を説明する模式的断面図であり、同図では、軸線に沿った断面を図示している。
【図７】実験に用いた複数の態様の水車の例（(ａ)〜(ｅ)）であって、本発明の一態様に係る水車の第一実施例（(ａ)）および第二実施例（(ｂ)）と、第一から第三比較例（(ｃ)〜(ｅ)）とを対比して説明する図であり、各図は、正面視において内部を破線で示している。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。なお、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。また、以下に示す実施形態ないし実施例は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態ないし実施例に特定するものではない。
【００１０】
図１に示すように、本実施形態の発電装置５０は、圧力流体路として、給水路等の水路Ｗの水流を利用した例であって水路Ｗの水流中に設置される。水路Ｗの態様は限定されないが、例えば水路Ｗの水流方向に対して上流側（符号Ｐ０側）から下流側（符号Ｐ３側）に向けて、適度な下り傾斜や落差を有することが好ましい。また、圧力流体ないし圧力流体路は、この例に限定されず、圧力流体の力で発電可能であれば種々の圧力流体およびその流路を対象とすることができる。
【００１１】
本実施形態の発電装置５０は、同図に示すように、水路Ｗに設置可能な水密構造を有するハウジング５１と、ハウジング５１の内部に設けられるタンデム型の発電用水車（以下、単に「水車」ともいう）１０、および発電部６０と、を備える。
ハウジング５１内部には、図２に断面を示すように、圧力流体の流れ方向である、水路Ｗの水流方向に対して上流側から導入される圧力流体（この例では水）を下流側に導出する導水路５５が流路Ｗの水流方向に沿って形成される。導水路５５の上流端は、ハウジング５１の側壁部の上流側に開口しており、ハウジング５１内部に圧力流体を導入する導入口５４になっている。
【００１２】
本実施形態の導入口５４は、図２に示すように、水路Ｗに対して外郭３０の内側が水で満たされるように設置される。なお、導入口５４は、その全体を水路Ｗに水没する必要はなく、十分な圧力で羽に水（流体）をあてるためには、少なくとも外郭３０の内側が水（流体）で満たされていればよい。
導入口５４は、この例では、通路断面が上流側から下流側に向けて縮径する円錐台状に形成され、これにより、圧力流体を円滑に導入するとともに導入する圧力流体が増速され、圧力流体の噴流を導水路５５の軸線方向に沿って噴出（後述する図６での符号Ｐ０からＰ１の流れ）するように構成される。導水路５５の下流端は、ハウジング５１の側壁部の下流側に開口しており、流体を下流側に向けて送出する吐出口５６になっている。
【００１３】
水車１０は、外郭３０の円周方向に自由に回転しつつも半径方向、高さ方向にぶれないよう支持されている。本実施形態では、水車１０は、図２に示すように、ハウジング５１内の導水路５５の途中部分に、前後に離隔した二つの軸受５３により回転自在に支持された状態で導水路５５と同軸に介装される。軸受５３は、任意の軸受を採用し得るが、たとえば水中軸受や転がり軸受が用いられる。
なお、前後に離隔した二つの軸受５３は、水車１０が、外郭３０の円周方向に自由に回転しつつも半径方向、高さ方向にはぶれないようにするための設置方法の一例である。つまり、半径方向、高さ方向のぶれは部材と部材のすきまによって生じるものであるため、仮に厳しい寸法公差で外郭３０を製造できたり、軸受の内輪と外輪を一体製造できれば、前後に離隔した二つの軸受５３による構成でなくとも、ぶれを小さくできる。
【００１４】
軸受５３は、内側に水が浸入した場合を想定して、水による腐食に耐性を有するものが好ましい。本実施形態の例では、二つの軸受５３の間に発電部６０が設けられており、軸受５３および発電部６０への水の浸入を防ぐために、二つの軸受５３の外側の位置に、ハウジング５１と水車１０との間に防水性に優れたシール５２がそれぞれ介装されている。
【００１５】
本実施形態の水車１０は、図２に示すように、中空円筒状の外郭３０と、外郭３０の中心部に軸方向（水路Ｗの水流方向）に沿って同軸に配置されて円錐状または砲弾状の尖頭部４４を外周面の先端（水路Ｗの水流方向に対して上流側）に有する中空円筒状のハブ４０と、ハブ４０外周面の周方向に沿って螺旋状に形成されるとともに径方向に張り出すように設けられた複数のブレード１２、２２からそれぞれ構成される前後二段の羽根車１１、２１と、を備える。ブレード１２、２２の径方向の最外端は、外郭３０と一体に接続されている。
【００１６】
本実施形態の水車１０は、上述した外郭３０、二段の羽根車１１、２１およびハブ４０が一体となっており、これら構成を有する水車１０全体が導水路５５に導入された圧力流体のエネルギにより所定方向に一体で回転するように構成されている。なお、本実施形態の外郭３０には、導入口５４側の端部に、円環状のフランジ部３１を有しており、このフランジ部３１がハウジング５１の内面の凹部に嵌め込まれることで、軸方向の装着位置が所定位置に保持されている。
【００１７】
発電部６０は、図２に示すように、円筒状に形成され永久磁石等の複数の磁石を有するロータ６１と、コイルを巻き付けたボビンを有するステータ６２と、を有する。ロータ６１は、水車１０の回転トルクが伝達される軸または円筒と一体に回転可能に取り付けられる。
本実施形態では、ロータ６１は、水車１０の外郭３０外周面に、外郭３０と一体に回転可能に設けられる。ステータ６２は、ハウジング５１の側壁部の内側に設けられる凹状のステータ収納部６４に配置され、ロータ６１の外周側の面に対して径方向に所定の対向隙間を隔てて配置される。なお、ロータ６１は、外輪３０と同心円上にある必要はなく、たとえば外輪３０に歯をつけ、タイミングベルトで水車の回転を別の位置に移動させ発電機に動力を入力することも可能である。
【００１８】
つまり、ロータおよびステータなどの部材は金属製であり、どうしても単位体積あたりの質量が重くなりがちである。そのため、仮に地面から高い位置の風を受ける風車として本発明を利用する場合、上述の構造を利用して発電機を低い位置に設置すれば、装置全体の重心が低くなり安定性を増すことができる。このように、アプリケーションに応じて発電装置の位置を変更することも可能である。
発電部６０は、圧力流体（水）のエネルギによる水車１０の所定方向への回転により、ロータ６１がステータ６２に対して相対的に回転し、これにより、ステータ６２のコイルに電磁誘導による起電力が生じて発電するようになっている。発電された電力Ｅ（図１参照）は、ステータ６２のコイルに接続されるケーブル６３を通じてハウジング５０の外部に取り出され、例えば図２に示すインバータ７０を介して二次電池８０等の電気部品に供給される。
【００１９】
ここで、本実施形態の水車１０は、４枚１組のブレード（羽根）を有する羽根車を前後二段の位置に備えるところ、羽根車を単体で用いるよりも大きな動力を得ることができるように、後述する二つの構成要件を満たす所定の形状を有する。以下、本実施形態の水車１０のうち、第一実施例の水車１０Ａを図３に示し、また、第二実施例の水車１０Ｂを図４に示す。
詳しくは、図３に示すように、第一実施例の水車１０Ａは、中空円筒状のハブ４０が、導水路５５内で流体を下流側に流し易くするために尖頭部４４が形成される。ハブ４０は、尖頭部４４の側から順に、円筒状の前段ブレード支持部４１と、円筒状の中間部４３と、円錐台状の後段ブレード支持部４２とを同軸に有する。
【００２０】
第一実施例の水車１０Ａは、前段ブレード支持部４１の外径および中間部４３の外径が、尖頭部４４の基端部分の外径と同一径とされている。これに対し、後段ブレード支持部４２は、先端側は中間部４３の外径と同一径とされ、後方に向かうにつれて拡径しており、これにより、ハブ４０外周面に、軸方向上流側から下流側に向けて拡径するテーパ形状４５が構成されている。
二段の羽根車１１、２１は、水流方向に対して直列に配置され、軸方向前方に配置された前段羽根車１１と、軸方向後方に配置された後段羽根車２１と、を有する。前段羽根車１１は、ハブ４０の周方向に沿って一定の間隔をもって螺旋状に形成された複数（この例では４枚）の前段ブレード１２を有する。さらに、後段羽根車２１は、ハブ４０の周方向に沿って一定の間隔をもって螺旋状に形成された複数（この例では４枚）の後段ブレード２２を有する。
【００２１】
各羽根車１１、２１は、ハブ４０の外周面に各ブレードの基端部が一体に固定されている。本実施例においては、前段ブレード支持部４１の外周面に前段羽根車１１の各前段ブレード１２の基端部が一体に固定され、後段ブレード支持部４２の外周面に後段羽根車２１の各後段ブレード２２の基端部が一体に固定されている。
これにより、本実施形態の水車１０は、ハブ４０から放射状に設けられる複数のブレード１２、２２と、ブレード１２、２２の周囲に設けられる円筒状の外郭３０とを有し、ハブ４０が外郭３０と一体に回転可能に取り付けられる。外郭３０は、ハブ４０を回転中心として上記軸受５３を介してハウジング５１に対して回転自在に支持される。
【００２２】
ここで、図５に前段羽根車１１を例にして示すように、本明細書において、一のブレード１２が周方向に沿って延在する範囲が有する軸回りの角度Ｒを「ブレード延在角」と呼ぶ（たとえば、同図(ｂ)に示すように、一のブレード１２の開始点が０°で、終点が１８０°であれば、このブレードの場合は、ブレード延在角Ｒが１８０°となる。）。
【００２３】
本実施例においては、表１に示すように、前段羽根車１１および後段羽根車２１相互は、それらの複数のブレード１２、２２が、前段ブレード１２のブレード延在角Ｒ１よりも後段ブレード２２のブレード延在角Ｒ２が大きく形成されている（Ｒ２＞Ｒ１）。さらに、本実施例においては、後段羽根車２１は、後段ブレード２２の基端部を支持するハブ４０の外周面（つまり上記後段ブレード支持部４２）に、水流方向に対して前方（上流側）から後方（下流側）に向けて拡径するテーパ形状４５が形成されている。
すなわち、本実施形態に係る水車１０において、表１に実験結果を示すように、組合せによる協働効果が最も得られた第一実施例の水車１０Ａにおける構造的な特徴は、上述した構成に加え、以下の二つの構成要件を満たす点にある（表１の第一実施例を併せて参照）。なお、表１にも記載するように、ブレードの枚数は、前段、後段ともに４枚である。
【００２４】
第一構成要件：前段羽根車１１と後段羽根車２１相互は、前段羽根車１１を構成する一の前段ブレード１２のブレード延在角Ｒよりも、後段羽根車２１を構成する一の後段ブレード２２のブレード延在角Ｒが大きく形成されている。
第二構成要件：ハブ４０は、後段羽根車２１が設けられている部分のハブ４０の外周面に、前方（上流側）から後方（下流側）に向けて拡径するテーパ形状４５を有する。
【００２５】
【表１】
2020020316.tif 000003
【００２６】
一方、図４および表２に示すように、第二実施例の水車１０Ｂは、上述した第一実施例の水車１０Ａに対して、第二構成要件（テーパポジション）のみが相違する。つまり、同図および同表に示すように、第二実施例の水車１０Ｂは、上述した第一実施例の水車１０Ａと同じ上記第一構成要件を満たすとともに、下記の水車１０Ｂの第二構成要件を満たすものである。
【００２７】
【表２】
2020020316.tif 000004
【００２８】
水車１０Ｂの第二構成要件：ハブ４０は、前段羽根車１１と後段羽根車２１との間の部分のハブ４０外周面（つまり上記中間部４３の外径）に、前方（上流側）から後方（下流側）に向けて拡径するテーパ形状４５を有する（表２の第二実施例を併せて参照）。
つまり、第二実施例の水車１０Ｂは、前段ブレード支持部４１の外径が、尖頭部４４の基端部分の外径と同一径とされ、中間部４３の外径が、前段ブレード支持部４１の後端の外径と同一径とされるとともに、後方に向かうにつれて拡径している。
これにより、ハブ４０の中間部４３の外周面に、軸方向上流側から下流側に向けて拡径するテーパ形状４５が構成されている。そして、後段ブレード支持部４２の外径は、中間部４３の拡径された後端部分の外径と同一径の円筒状に形成されている。
【００２９】
次に、上記発電装置５０の動作およびその作用効果を説明する。
図１に示した水路Ｗ内に設置された発電装置５０に対し、導水路５５の上流側からハウジング５１に送り込まれる圧力流体（水）は、ハウジング５１に内蔵された水車１０を通して導水路５５の下流側に送り出される。このとき、導水路５５は、図６に示すように、導入口５４で流体の流れを絞って流速を高めた水流圧Ｐ０の噴流とされ、水車１０の前段羽根車１１と後段羽根車２１との複数のブレード１２、２２面に順に吹き付けられる。
【００３０】
これにより、水車１０は、前後のブレード１２、２２に当たる噴流の勢いによりハブ４０および外郭３０と一体に所定方向に回転する。水車１０の回転により、発電部６０はステータ６２に対してロータ６１が相対的に回転し、電磁誘導による起電力が生じて発電することができる。水車１０を回転させた後の流体は、吐出口５６から水流圧Ｐ３の状態で下流に向けて送出される。
そして、本実施形態の発電装置５０によれば、１組のブレードを有する二段の羽根車１１、２１を軸方向に離隔して配置し、前段羽根車１１を構成する一の前段ブレード１２のブレード延在角Ｒよりも後段羽根車２１を構成する一の後段ブレード２２のブレード延在角Ｒを大きく形成するとともに（第一構成要件）、後段羽根車２１の後段ブレード支持部４２にテーパ形状４５を設け（第二構成要件）、これにより大きな動力が得られる。
【００３１】
ここで、実験により、内径φ４５ｍｍの小型の水車モデルにおいて検討を進めた結果、１組のブレードを有する羽根車を設けた場合、動力０．７Ｗ前後が限界であることが知見された。
また、表１の各比較例に示すように、上記「第一構成要件」のみを採用する１組のブレードを有する羽根車を単に２段階に配置したり（第一比較例）、あるいは、上記「第二構成要件」のみを採用して、同じ構成をもつ１組のブレードを有する羽根車を用いて２段階に配置しただけでは（第二比較例）、同表に示すように、動力０．６４Ｗ、０．５４Ｗという結果からも明らかなように、羽根車単体のときの動力よりも著しく低下してしまうことが知見された。
【００３２】
そこで、本発明者は、このような知見に基づき、鋭意検討の結果、上述した第一および第二構成要件を満たすタンデム構造の水車１０が、１組のブレードを単体で用いるよりも大きな動力を得ることができるという知見を得て本発明を完成するに至った。
ここで、ブレード延在角Ｒが大きいほど水圧を受けやすく、その分、動力をとりやすい構造となる。この観点から、前段ブレード１２よりも後段ブレード２２のブレード延在角Ｒを大きくとる方が有効と考えられる。
【００３３】
つまり、第一構成要件として、第一実施例の水車１０Ａの特徴は、前段ブレード１２として、動力を取り過ぎないように、動力０．５７Ｗのブレードをあえて配置し、前段ブレード１２で取りきれない動力を、動力０．７２Ｗの後段ブレード２２の水車でとれるタンデム構造を組み合わせている点である。
これにより、同表に示すように、上記第一実施例の水車１０Ａによれば、前後段ブレードの組合せによるタンデム構造にすることで、水車内径を変えずに２０％増の動力０．８７Ｗを実現できる。よって、１組のブレードを有する羽根車を単体で用いるよりも大きな動力を得ることができる。
【００３４】
ここで、表１および図７(ｃ)に示す第一比較例のように、後段ブレード１２２の基端部を支持するハブ１４０の外周面にテーパ形状を設けることなく、単に第一要件のようなブレード延在角Ｒを備えるタンデム構造を採用するだけでは、同表の第一比較例に示す結果（動力０．６４Ｗ）となり、タンデム構造にしても動力の向上は得られないことがわかる。これは、前段ブレード１１２の羽根車１１１によって流速が低下し、後段ブレード１２２の羽根車１２１が十分な水圧を受けられなくなるためである。
【００３５】
また、表１および図７(ｄ)に示す第二比較例のように、前段ブレード１１２と後段ブレード１２２のブレード延在角を同じ形状（この例ではいずれも１４４°）とした場合には、同表の第二比較例として示すように、比較例の後段ブレード１１２の基端部を支持するハブ１４０の外周面にテーパ形状を設けた場合であっても、タンデム構造にしても動力の向上は得られないことがわかる。
なお、同様に、前段ブレード１１２と後段ブレード１２２のブレード延在角を同じ形状（この例ではいずれも１４４°）とした場合に、表２および図７(ｅ)に示す第三比較例のように、前段羽根車１１１と後段羽根車１２１との間の部分のハブ１４０の外周面にテーパ形状を設けた場合であっても、タンデム構造にしても動力の向上は得られなかった。
【００３６】
そこで、本実施形態では、ホースの口を閉じた際に流速が上昇する原理を応用して、第二構成要件として、第一実施例においては、図３、図７（ａ）および表１の第一実施例として示すように、後段ブレード２２の基端部を支持するハブ４０の外周面、または、図４、図７（ｂ）および表２の第二実施例として示すように、前段羽根車１１と後段羽根車２１との間の部分のハブ４０の外周面にテーパ形状４５を設けて、流体が流速を増しながら後段ブレード２２に当たるように構成したタンデム構造を採用する。
【００３７】
第二構成要件により、図６において、当初の水流圧Ｐ０の噴流は、一段目の前段羽根車１１で動力が取り出されて水流圧Ｐ０からＰ１（Ｐ０＞Ｐ１）となり、次いで、二段目の後段羽根車２１で更に動力が取り出される。
このとき、本実施形態では、後段ブレード２２の基端部を支持するハブ４０の外周面に（第一実施例の場合）、または前段羽根車１１と後段羽根車２１との間の部分のハブ４０の外周面に（第二実施例の場合）、軸方向上流側から下流側に向けて拡径するテーパ形状４５を形成することにより、水流の圧力が上昇して水流圧Ｐ１からＰ２（Ｐ１＜Ｐ２）となる。
【００３８】
これにより、前段ブレード１２を通過した後の流体からも後段ブレード２２にて十分な動力を取出すことができるのである。なお、二段目の後段羽根車２１で動力が取り出された水流は、その水流圧がＰ２からＰ３（Ｐ２＞Ｐ３）となり吐出口５６から下流に向けて送出される。
一方、第二構成要件として、第二実施例においては、図４および表２に第二実施例として示すように、後段ブレード２２に流体が流れ込む前の中間部４３にテーパ形状４５を設けている。このような構成であると、後段ブレード２２に流体が当たった瞬間に水勢が失われるため、各比較例よりも優れてはいるものの、第一実施例に比べると、後段ブレード２２の部位で動力を取出しにくくなっている。この点が第一実施例との効果の違いと考えられる。
【００３９】
なお、本発明に係るタンデム型の水車およびこれを備える発電装置は、上記実施形態ないし実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００４０】
１０、１０Ａ、１０Ｂ    発電用水車
１１    前段羽根車
１２    前段ブレード
２１    後段羽根車
２２    後段ブレード
３０    外郭
３１    フランジ部
４０    ハブ
４１    前段ブレード支持部
４２    後段ブレード支持部
４３    中間部
４４    尖頭部
４５    テーパ形状
５０    発電装置
５１    ハウジング
５２    シール
５３    軸受
５４    導入口
５５    導水路
５６    吐出口
６０    発電部
６１    ロータ
６２    ステータ
６３    ケーブル
７０    インバータ
８０    二次電池
１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ  発電用水車の比較例
１１１    前段羽根車
１１２    前段ブレード
１２１    後段羽根車
１２２    後段ブレード
１３０    外郭
１３１    フランジ部
１４０    ハブ
１４１    前段ブレード支持部
１４２    後段ブレード支持部
１４３    中間部
１４４    尖頭部
Ｗ    水路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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