(57)【要約】【課題】水路を流れる異物に起因した発電能力の低下を抑制するための処理を低コストで容易に行なう。【解決手段】水力発電装置１００が、水車１０および発電機２０を含む水力発電モジュールＭと、駆動部と、制御装置とを備える。駆動部は、次に示すような第１の状態および第２の状態になるように水力発電モジュールＭを動かすことができるように構成される。第１の状態は、水車翼１１の少なくとも一部が水路の水中に存在して水路を流れる水の力を受けて水車翼Ｍが回転し、発電機２０により発電が行なわれる状態である。第２の状態は、水車翼１１の少なくとも一部が水路の水面Ｕｗよりも上に存在し、かつ、水車１０に対する水路の水面Ｕｗの位置が第１の状態よりも低い状態である。制御装置は、水力発電モジュールＭが第１の状態であるときに所定の引上げ条件が成立すると、上記の駆動部を制御して水力発電モジュールＭを第２の状態にする。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水路を流れる水の力を利用して回転する水車翼を備える水車と、前記水車翼の回転力を利用して発電する発電機とを含む水力発電モジュールと、
第１の状態および第２の状態になるように前記水力発電モジュールを動かす駆動部と、
前記駆動部を制御する制御装置とを備え、
前記第１の状態は、前記水車翼の少なくとも一部が前記水路の水中に存在して前記水路を流れる水の力を受けて前記水車翼が回転し、前記発電機により発電が行なわれる状態であり、
前記第２の状態は、前記水車翼の少なくとも一部が前記水路の水面よりも上に存在し、かつ、前記水車に対する前記水路の水面の位置が前記第１の状態よりも低い状態であり、
前記制御装置は、前記水力発電モジュールが前記第１の状態であるときに所定の引上げ条件が成立すると、前記水力発電モジュールを前記第２の状態にする、水力発電装置。
【請求項２】
前記水力発電モジュールが前記第１の状態であるときに、前記水車翼に付着した異物の量が許容範囲を超えると、前記引上げ条件が成立する、請求項１に記載の水力発電装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記水力発電モジュールが前記第１の状態であるときに前記水車翼の回転速度を監視し、単位時間あたりの前記水車翼の回転速度の変化量がしきい値を超えた場合に、前記水車翼に付着した異物の量が前記許容範囲を超えたと判断する、請求項２に記載の水力発電装置。
【請求項４】
前記水車翼の回転に制動力を与える制動装置をさらに備え、
前記制御装置は、前記制動装置を制御するように構成され、
前記制御装置は、前記水力発電モジュールが前記第１の状態であるときに前記所定の引上げ条件が成立すると、前記水力発電モジュールを前記第２の状態にするとともに、前記制動装置によって前記制動力が与えられた状態で前記水車翼を回転させる制動回転と、前記制動装置によって前記制動力が与えられていない状態で前記水車翼を回転させる非制動回転とを交互に繰り返す、請求項１〜３のいずれか１項に記載の水力発電装置。
【請求項５】
前記水力発電モジュールが前記第２の状態であるときには、前記発電機の発電負荷を前記第１の状態よりも小さくする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の水力発電装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記水力発電モジュールが前記第２の状態であるときに所定の引下げ条件が成立すると、前記水力発電モジュールを前記第１の状態にする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の水力発電装置。
【請求項７】
前記水車は、回転軸の周囲に複数の前記水車翼が取り付けられて構成されるプロペラ水車であり、
前記第２の状態は、前記水車翼の一部が前記水路の水中に存在して前記水路を流れる水の力を受けて前記水車翼が回転する状態であり、
前記第２の状態における前記水路の水面は、前記プロペラ水車の前記回転軸に位置する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の水力発電装置。
【請求項８】
前記駆動部は、
回転梁と、
前記回転梁を回転させるアクチュエータと、
前記水力発電モジュールともども前記回転梁と一緒に回転するように前記水力発電モジュールを支持した状態で前記回転梁に固定される支持台とを含み、
前記制御装置は、前記アクチュエータを制御する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の水力発電装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の水力発電装置を用いて、流水が持つ運動エネルギーを電力に変換する海流発電または潮力発電または波力発電を行なう、発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水力発電装置および発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水力発電装置は、流水が持つ運動エネルギーを発電に利用する装置である。水力発電装置は、主な構成として、水路を流れる水の力を受けて回転する水車と、水車と連結されて回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と、発電機の出力（発電量）を制御する制御装置とを含む。
【０００３】
こうした水力発電装置を農業用水路等で使用する場合、上流より漂着する水草、枝、紐状のゴミ等の異物が、水車に絡まり発電量を低下させる要因となり得る。このため、水力発電装置では、異物対策が重要になる。たとえば、特開２０１３−１８９８３７号公報（特許文献１）は、異物を除去するための除塵設備を水車の設置場所よりも上流の水路に設置する例を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１８９８３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
小型で水路に手軽に設置可能な小水力発電装置において、上記特許文献１に記載されるような大掛かりな除塵設備を使用することはコストアップにつながる。このため、小水力発電装置では、簡易的な除塵機を設置することが考えられる。
【０００６】
しかしながら、水車の上流に簡易的な除塵機（たとえば、くし型のフィルタ）を設置した場合、多少の異物（水草やゴミ等）は水車に流れ込むと考えられる。水車に流れ着いた異物は、そのまま素通りするものもあれば、水車の羽根（水車翼）に引っかかるものもある。水車翼に引っかかった異物は、水流による水圧等によって水車翼に押し付けられた状態となり、水車翼から外れにくくなる。異物は上流より次々と水車に漂着するため、時間の経過に伴って水車翼に付着する異物の量は増える。そして、水車翼に付着した異物が増えると、水車翼の回転速度が低下することによって水力発電装置の発電能力（ひいては、発電量）が低下し得る。したがって、簡易的な除塵機は完全な異物対策とはならず、こうした除塵機を水車の上流に設置した場合でも、水車に付着した異物の定期的な除去作業が必要になると考えられる。上記のように水車翼に押し付けられた異物は水車翼から外れにくいため、上記の水力発電装置の保守は容易ではないと考えられる。
【０００７】
本発明は、上述の課題を解決するためのものであって、その目的は、水路を流れる異物に起因した発電能力の低下を抑制するための処理を低コストで容易に行なうことができる水力発電装置および発電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る水力発電装置は、水力発電モジュールと、駆動部と、制御装置とを備える。水力発電モジュールは、水路を流れる水の力を利用して回転する水車翼を備える水車と、水車翼の回転力を利用して発電する発電機とを含む。駆動部は、次に示すような第１の状態および第２の状態になるように水力発電モジュールを動かすことができるように構成される。
【０００９】
第１の状態は、水車翼の少なくとも一部が水路の水中に存在して水路を流れる水の力を受けて水車翼が回転し、発電機により発電が行なわれる状態である。第２の状態は、水車翼の少なくとも一部が水路の水面よりも上に存在し、かつ、水車に対する水路の水面の位置が第１の状態よりも低い状態である。
【００１０】
制御装置は、上記の駆動部を制御するように構成される。そして、制御装置は、水力発電モジュールが第１の状態であるときに所定の引上げ条件が成立すると、水力発電モジュールを第２の状態にするように構成される。
【００１１】
なお、水路は、用水路（人工的に造られた水路）であってもよいし、川であってもよいし、海であってもよい。
【００１２】
本発明に係る発電システムは、上記の水力発電装置を用いて、流水が持つ運動エネルギーを電力に変換する海流発電または潮力発電または波力発電を行なうように構成される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、水路を流れる異物に起因した発電能力の低下を抑制するための処理を低コストで容易に行なうことができる水力発電装置および発電システムを提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に係る水力発電装置を示す斜視図である。
【図２】図１に示した水力発電装置の水車近傍の構造を示す側面図である。
【図３】図１に示した水力発電装置において、水面に対して水車を引き上げるように回転梁を回転させた状態を示す図である。
【図４】水車に対する水路の水面の位置を説明するための図である。
【図５】図１に示した水力発電装置の使用時の状態を示す図である。
【図６】図１に示した水力発電装置において水車角度を０°にした状態を示す図である。
【図７】図１に示した水力発電装置において水車角度を鋭角にした状態を示す図である。
【図８】図１に示した水力発電装置において水車角度を９０°にした状態を示す図である。
【図９】図１に示した水力発電装置において発電制御を行なうための構成を示す制御ブロック図である。
【図１０】図７に示した状態の水力発電装置の斜視図である。
【図１１】図１に示した水力発電装置による引上げ制御を示すフローチャートである。
【図１２】図１に示した水力発電装置による引下げ制御を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の実施の形態に係る水力発電装置による引下げ制御の第１の変形例を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の実施の形態に係る水力発電装置による引下げ制御の第２の変形例を示すフローチャートである。
【図１５】第２の状態において水車翼を振動させる変形例を説明するための図である。
【図１６】本発明の実施の形態の変形例に係る水中浮遊式海流発電システムを説明するための図である。
【図１７】垂直軸型の水車を採用した水力発電モジュールの変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
【００１６】
以下で用いられる各図において、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸のうち、Ｘ軸は水路の幅方向を、Ｙ軸は水流方向を、Ｚ軸は鉛直方向を示している。以下、Ｚ１側を「下」、Ｚ２側を「上」と称する場合がある。
【００１７】
図１は、本実施の形態に係る水力発電装置１００を示す斜視図である。図２は、本実施の形態に係る水力発電装置１００の水車１０近傍の構造を示す側面図である。
【００１８】
図１および図２を参照して、水力発電装置１００は、軸流式の小水力発電装置であり、１０００ｋＷ以下の水力発電を行なうように構成される。水力発電装置１００は、水力発電モジュールＭと、水力発電モジュールＭを動かす駆動部とを備える。駆動部によって水力発電モジュールＭの姿勢を変えることができる。水力発電モジュールＭは、水車１０と、発電機２０と、支柱２１と、ギアボックス２２と、ブレーキ装置３０とを含む。また、駆動部は、回転梁１１０と、回転梁１１０を駆動するモータ１２０と、架台２３と、台座２４，１４３と、支持部材２５，１４１，１４２とを含む。なお、本実施の形態に係るモータ１２０は、本発明に係る「アクチュエータ」の一例に相当する。また、本実施の形態に係る架台２３、台座２４、および支持部材２５は、本発明に係る「支持台」の一例に相当する。
【００１９】
水車１０は、複数の水車翼１１（たとえば、５つの水車翼１１）を含み、水路（たとえば、後述する図５に示す水路２００）に設置される。複数の水車翼１１の各々は、水平軸型のプロペラ式回転翼であり、水路を流れる水の力で回転する。発電機２０は、水車翼１１の回転力を利用して発電するように構成される。発電機２０は、たとえば３相同期発電機である。ただしこれに限定されず、種々の公知の発電機から任意の発電機を選んで採用できる。
【００２０】
水車翼１１が回転することにより水車１０の回転軸が回転する。水車１０の回転軸は、Ｙ軸（水流方向）に平行に配置され、ボス部１２および回転シャフト１３を含む。ボス部１２は、水車翼１１が取り付けられる部分（プロペラボス）と、プロペラボスの表面に取り付けられて水流を整えるキャップ（スピナ）とを含む。ボス部１２および回転シャフト１３は一体的に回転する。ボス部１２は、回転シャフト１３の一方端（先端）に設けられる。また、回転シャフト１３の他方端（基端）はギアボックス２２に接続されている。
【００２１】
発電機２０の回転シャフト（回転軸）は、Ｚ軸（鉛直方向）に平行に配置され、支柱２１（筒状のカバー）の中を通ってギアボックス２２に接続されている。支柱２１の一方端は台座２４の下面に固定され、支柱２１の他方端はギアボックス２２に接続されている。水車１０の回転シャフト１３と発電機２０の回転シャフトとは、互いにギアボックス２２を介して接続されている。水車翼１１が回転すると、水車１０の回転シャフト１３が回転する。回転シャフト１３の回転は、Ｙ軸周りの回転（以下、「Ｙ軸回転」とも称する）となる。回転シャフト１３の回転力は、ギアボックス２２によって向きが変えられるとともに発電機２０の回転シャフトに伝達される。これにより、発電機２０の回転シャフトが回転する。発電機２０の回転シャフトの回転は、Ｚ軸周りの回転（以下、「Ｚ軸回転」とも称する）となる。上記のように、水車翼１１がＹ軸回転することによって発電機２０の回転軸がＺ軸回転する。
【００２２】
ブレーキ装置３０は、台座２４の上面に固定されている。ブレーキ装置３０は、発電機２０の回転シャフト（回転軸）に対して設けられ、発電機２０の回転（ひいては、水車翼１１の回転）に制動力を与えるように構成される。ブレーキ装置３０は、たとえば電磁ブレーキである。ブレーキ装置３０は、摩擦等によって発電機２０の回転方向とは逆向きの力を発電機２０の回転軸に与える。ただしこれに限られず、ブレーキ装置３０の種類は任意である。ブレーキ装置３０は、機械ブレーキ、流体ブレーキ、および短絡ブレーキのいずれであってもよい。なお、本実施の形態に係るブレーキ装置３０は、本発明に係る「制動装置」の一例に相当する。
【００２３】
回転梁１１０は、Ｘ軸（水路の幅方向）に平行に配置され、モータ１２０によって駆動されてＸ軸周りの回転（以下、「Ｘ軸回転」とも称する）を行なう。回転梁１１０の一方端（以下、「従動端」とも称する）にはベアリング１１１が、回転梁１１０の他方端（以下、「駆動端」とも称する）にはベアリング１１２が取り付けられている。また、モータ１２０の回転軸にはカップリング１３０が設けられており、回転梁１１０の駆動端は、ベアリング１１２およびカップリング１３０を介してモータ１２０の回転軸と接続されている。モータ１２０としては、電子制御可能な電動モータを採用できる。
【００２４】
架台２３は、架台部材２３１および２３２を含む。架台部材２３１および２３２は、Ｙ軸（水流方向）に平行に配置され、互いに所定の間隔を空けて対向する一対のＬ型アングルである。架台部材２３１および２３２の各々は、回転梁１１０に固定（たとえば、溶接）されている。
【００２５】
台座２４は、架台２３（架台部材２３１，２３２）の上面に固定されている。また、台座２４の上面には、水力発電モジュールＭを支持する支持部材２５が固定されている。また、支持部材２５は回転梁１１０にも固定されている。
【００２６】
水力発電モジュールＭは、架台２３、台座２４、および支持部材２５を介して回転梁１１０に固定されている。架台２３は、回転梁１１０に固定されるとともに水力発電モジュールＭを支持し、水力発電モジュールＭともども回転梁１１０と一緒に回転する。
【００２７】
モータ１２０は、台座１４３の上面に固定されている。また、台座１４３には、ベアリング１１２を支持する支持部材１４２も固定されている。ベアリング１１２は支持部材１４２を介して台座１４３に固定されている。回転梁１１０の駆動端はベアリング１１２によってＸ軸回転可能に支持されている。
【００２８】
水力発電装置１００の駆動部は、回転梁１１０が水路を跨ぐような態様で水路の縁部に固定される。そのために、水力発電装置１００は固定具１５１，１５２および固定梁１５３をさらに備える。固定梁１５３の一方端は固定具１５１に接続され、固定梁１５３の他方端は固定具１５２に接続される。
【００２９】
固定具１５１には、ベアリング１１１を支持する支持部材１４１が固定されている。ベアリング１１１は、回転梁１１０の従動端をＸ軸回転可能に支持した状態で、支持部材１４１を介して固定具１５１に固定されている。固定具１５１によって支持部材１４１（ひいては、回転梁１１０の従動端）を水路の第１縁部（たとえば、後述する図５に示す縁部２０１）に固定することができる。また、台座１４３の下面には、固定具１５２が取り付けられている。固定具１５２によって台座１４３（ひいては、回転梁１１０の駆動端）を水路の第１縁部に対向する第２縁部（たとえば、後述する図５に示す縁部２０２）に固定することができる。
【００３０】
図３は、水面に対して水車１０を引き上げるように回転梁１１０を回転させた状態を示す図である。図３に示すように回転梁１１０を回転させることで、架台部材２３１，２３２（ひいては、水車１０の回転軸）をＺ軸（鉛直方向）に平行にすることができる。
【００３１】
詳細は後述するが、水力発電装置１００では、回転梁１１０の回転角度に応じて水車１０に対する水路の水面の位置（以下、単に「相対水面位置」とも称する）が変化する。図４は、水車１０に対する水路の水面の位置を説明するための図である。
【００３２】
図４を参照して、水車１０は、回転軸（より特定的には、ボス部１２）の周囲に複数の水車翼１１が取り付けられて構成されるプロペラ水車である。図４において、円軌道Ｒｃは、水車１０が１回転したときに水車翼１１の先端が描く軌道を示している。
【００３３】
範囲Ｐ１は、円軌道Ｒｃの下端よりも低い範囲である。相対水面位置が範囲Ｐ１にあることは、水車１０全体が水面よりも上に存在することを意味する。なお、水車１０が、水から離れて存在し、水に接触していない場合にも、相対水面位置が範囲Ｐ１にあるとみなす（後述する図８参照）。範囲Ｐ５は、円軌道Ｒｃの上端よりも高い範囲である。相対水面位置が範囲Ｐ５にあることは、水車１０全体が水中に存在することを意味する。
【００３４】
範囲Ｐ３は、水車１０の回転軸のボス部１２の下端から上端までの範囲である。相対水面位置が範囲Ｐ３にあることは、水面が水車１０の回転軸に位置することを意味する。また、範囲Ｐ２は、範囲Ｐ１の上端よりも高く、かつ、範囲Ｐ３の下端よりも低い範囲であり、範囲Ｐ４は、範囲Ｐ３の上端よりも高く、かつ、範囲Ｐ５の下端よりも低い範囲である。
【００３５】
図５は、水力発電装置１００の使用時の状態（より特定的には、後述する図６に示す状態）を示す図である。図１とともに図５を参照して、水力発電装置１００は、たとえば水路２００において発電を行なう。水路２００は、たとえば農業用水路であり、水路２００を水Ｗが水流方向Ｄｗに流れる。水底Ｂｗは、水路２００の底面に相当する。
【００３６】
水力発電装置１００は、回転梁１１０が水路２００を跨ぐように設置される。固定具１５１が水路２００の縁部２０１に固定され、固定具１５２が水路２００の縁部２０２に固定される。これにより、回転梁１１０は、水路２００を跨いだ状態で回転自在に支持される。回転梁１１０の回転軸と水路２００の水流方向Ｄｗとは、互いに直交する。
【００３７】
回転梁１１０を回転させることによって、水面Ｕｗに対して水車１０を引き上げたり引き下げたりすることができる。水車１０の水車翼１１（図１）が水Ｗの水面Ｕｗよりも下に存在する場合には、水路２００を流れる水Ｗの力を受けて水車翼１１が回転する。本実施の形態では、水車１０の回転軸と水流方向Ｄｗとの角度（以下、「水車角度」とも称する）が０°以上９０°以下となる範囲で回転梁１１０を回転させることができる。ただしこれに限られず、回転梁１１０（ひいては、水力発電モジュールＭ）の可動範囲は任意に設定できる。
【００３８】
図６は、水力発電装置１００において水車角度を０°にした状態を示す図である。図６を参照して、回転梁１１０を回転させて水車角度を０°にすると、水車１０の回転軸Ｒａが水流方向Ｄｗに平行になる。この状態では、水面Ｕｗが水車１０よりも上（すなわち、図４に示す範囲Ｐ５）に位置し、水車１０全体が水中に存在する。
【００３９】
図７は、水力発電装置１００において水車角度を鋭角（０°超９０°未満）にした状態を示す図である。図７を参照して、回転梁１１０を回転させることによって相対水面位置を調整することができる。水車角度θを大きくするほど相対水面位置が低くなる。図７に示す例では、水面Ｕｗが水車１０の回転軸（すなわち、図４に示す範囲Ｐ３）に位置する。
【００４０】
図８は、水力発電装置１００において水車角度を９０°にした状態を示す図である。図８を参照して、回転梁１１０を回転させて水車角度を９０°にすると、水車１０の回転軸Ｒａと水流方向Ｄｗとが直交する。この状態では、水車１０が、水Ｗから離れて存在し、水Ｗに接触していない。すなわち、水面Ｕｗは図４に示す範囲Ｐ１に位置し、水車１０全体が水面Ｕｗよりも上に存在する。
【００４１】
図９は、水力発電装置１００において発電制御を行なうための構成を示す制御ブロック図である。図９を参照して、水力発電装置１００は、整流回路４１、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２、ＤＣ／ＡＣインバータ４３、制御装置５０、入力装置５１、および回転速度検出器５２をさらに備える。なお、整流回路４１、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２、およびＤＣ／ＡＣインバータ４３の各々は、回路の状態（温度、電流、電圧等）を検出する各種センサ（図示せず）を含んでいてもよい。そして、各センサの検出信号が制御装置５０へ出力されてもよい。
【００４２】
回転速度検出器５２は、水車翼１１の回転速度を検出するように構成される。より具体的には、回転速度検出器５２は、水車翼１１の回転速度に対応する電気信号（以下、「回転速度信号」とも称する）を制御装置５０へ出力する。回転速度の検出方法としては、種々の方法が公知であり、任意の方法を採用できる。たとえば、回転速度検出器５２は、水車１０または発電機２０の回転軸に取り付けられたエンコーダ（図示せず）を用いて回転速度信号を生成してもよい。また、回転速度検出器５２は、発電機２０において発電される電力の周波数および／または電圧値に基づいて回転速度信号を生成してもよい。
【００４３】
制御装置５０は、演算装置としてのＣＰＵ（Central  Processing  Unit）と、記憶装置と、各種信号を入出力するための入出力ポートと（いずれも図示せず）を含んで構成される。記憶装置は、作業用メモリとしてのＲＡＭ（Random  Access  Memory）と、保存用ストレージ（ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、書き換え可能な不揮発性メモリ等）とを含む。制御装置５０は、入力ポートに接続された各種機器（たとえば、回転速度検出器５２および各種センサ等）から信号を受信し、受信した信号に基づいて出力ポートに接続された各種機器（ブレーキ装置３０、モータ１２０、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２、およびＤＣ／ＡＣインバータ４３等）を制御する。記憶装置に記憶されているプログラムをＣＰＵが実行することで、各種制御が実行される。ただし、各種制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。
【００４４】
入力装置５１は、ユーザからの指示を受け付ける装置である。入力装置５１は、ユーザによって操作され、ユーザの操作に対応する信号を制御装置５０へ出力する。入力装置５１は、各種スイッチ（スライドスイッチ等）であってもよいし、タッチパネルディスプレイであってもよい。制御装置５０と入力装置５１との通信方式は有線でも無線でもよい。
【００４５】
水力発電装置１００による発電動作時においては、水車１０の回転に伴い発電機２０が発電を行なう。発電機２０によって発電された交流電力（３相交流）は、整流回路４１へ出力され、整流回路４１によって直流電力に変換される。
【００４６】
ＤＣ／ＤＣコンバータ４２は、制御装置５０からの制御信号に従い、整流回路４１からの入力電力（直流電力）に所定の電力変換（変圧等）を行ない、電力変換後の直流電力をＤＣ／ＡＣインバータ４３へ出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ４２から出力される電力の大きさも、制御装置５０によって制御される。制御装置５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２を制御して、ＤＣ／ＡＣインバータ４３に供給される電力を制限することができる。なお、制御装置５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２の出力を止めて、ＤＣ／ＡＣインバータ４３に電力が供給されないようにすることもできる。ＤＣ／ＤＣコンバータ４２から出力される電力が小さくなるほど発電機２０の発電負荷が小さくなり、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２の出力を止めると発電機２０による発電が行なわれなくなる。
【００４７】
ＤＣ／ＡＣインバータ４３は、制御装置５０からの制御信号に従い、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２からの入力電力（直流電力）を所定の大きさおよび周波数の交流電力に変換して出力するように構成される。ＤＣ／ＡＣインバータ４３から出力される交流電力は、水力発電装置１００の出力に相当し、たとえば電力系統に供給される。ただしこれに限られず、水力発電装置１００の出力は、小売り電気事業者に供給されてもよいし、蓄電に用いられてもよい。
【００４８】
ところで、水力発電装置１００を農業用水路等で使用する場合、上流より漂着する水草、枝、紐状のゴミ等の異物が、水車１０に絡まり発電量を低下させる要因となり得る。水車翼１１に引っかかった異物は、水流による水圧等によって水車翼１１に押し付けられた状態となる。こうした異物は水車翼１１から外れにくい。
【００４９】
そこで、本実施の形態に係る水力発電装置１００では、通常の発電時には、水力発電モジュールＭを第１の状態にする一方で、水車翼１１に異物が付着したときには、水力発電モジュールＭを引き上げて第１の状態よりも相対水面位置が低い第２の状態にする。第２の状態では、水車翼１１の少なくとも一部が水面よりも上に存在する。水車翼１１が水面よりも上に存在するときには、水車翼１１は水流から水圧を受けなくなるため、水車翼１１から異物が外れやすくなる。このことを利用して、水力発電装置１００では、水力発電モジュールＭを第２の状態にして水車翼１１に付着した異物の除去を行なう。また、水力発電装置１００では、第２の状態において異物の除去が行なわれた後、水力発電モジュールＭを引き下げて第１の状態に戻す。以下、第１の状態および第２の状態について詳述する。
【００５０】
通常の発電時には、制御装置５０が、水力発電モジュールＭを第１の状態（以下、「通常発電状態」とも称する）にする。通常発電状態は、水車翼１１の少なくとも一部が水路２００の水中に存在して水路を流れる水の力を受けて水車翼１１が回転し、発電機２０により発電が行なわれる状態である。より具体的には、通常の発電時には、制御装置５０がモータ１２０を制御して、水車１０の回転軸Ｒａが水流方向Ｄｗに平行になる（すなわち、水車角度を０°にする）ように回転梁１１０の回転角度を調整する。これにより、水力発電モジュールＭが通常発電状態になる。本実施の形態における通常発電状態は、図５および図６に示した状態である。すなわち、通常発電状態では、水路２００の水面Ｕｗが水車１０よりも上（図４に示す範囲Ｐ５）に位置し、水車１０全体が水路２００の水中に存在する。通常発電状態においては、水力発電装置１００から所望の電力が出力されるようにＤＣ／ＤＣコンバータ４２およびＤＣ／ＡＣインバータ４３等が制御装置５０によって制御される。また、通常発電状態においては水路２００の流速に応じて水車１０が回転するように、ブレーキ装置３０による制動を行なわない。ただしこれに限られず、発電効率を高めるためにブレーキ装置３０によって発電機２０の回転速度を調整してもよい。
【００５１】
水力発電モジュールＭが通常発電状態であるときに所定の引上げ条件（たとえば、水車翼１１に付着した異物の量が許容範囲を超えたときに成立する条件）が成立すると、制御装置５０がモータ１２０を制御して、水力発電モジュールＭを第２の状態（以下、「引上げ状態」とも称する）にする。引上げ状態は、水車翼１１の少なくとも一部が水路２００の水面Ｕｗよりも上に存在し、かつ、水車１０に対する水路２００の水面Ｕｗの位置が通常発電状態よりも低い状態である。本実施の形態における引上げ状態は、図７に示した状態である。また、図１０は、図７に示した状態の水力発電装置１００の斜視図である。図７および図１０に示すように、引上げ状態では、水面Ｕｗが水車１０の回転軸（図４に示す範囲Ｐ３）に位置する。
【００５２】
水車１０に対する水路２００の水面Ｕｗの位置が高くなるほど水中に存在する水車翼１１の割合（たとえば、体積割合）が多くなる。そして、水中に存在する水車翼１１が多くなるほど、水車１０が水流から受ける力が大きくなり、水車１０を回転させる力も大きくなる。水車１０を回転させる力が大きくなることで、発電量が多くなる。上述の通常発電状態においては水車翼１１の全部が水路２００の水中に存在して水路２００を流れる水の力を受けて水車翼１１が回転する。このため、通常発電状態における発電量を多くすることができる。
【００５３】
一方、水車１０に対する水路２００の水面Ｕｗの位置が低くなるほど水路２００の水面Ｕｗよりも上に存在する水車翼１１の割合（たとえば、体積割合）が多くなる。水面Ｕｗよりも上に存在する水車翼１１は、水流から水圧を受けなくなる。このため、水車翼１１が水面Ｕｗよりも上に存在するときには、水車翼１１から異物が外れやすくなる。本実施の形態に係る水力発電装置１００では、水力発電モジュールＭが通常発電状態であるときに所定の引上げ条件が成立すると、水力発電モジュールＭを引上げ状態にする。より具体的には、水車１０に対する水路２００の水面Ｕｗの位置を水車１０の回転軸の位置（図４に示す範囲Ｐ３）にする。こうした引上げ状態では、水車１０が備える５つの水車翼１１の各々が、水車１０の回転に伴い、翼全体が水中に存在する状態と、翼全体が水面Ｕｗよりも上に存在する状態とを交互に繰り返す。水車翼１１が水中に存在するときには、水車翼１１は水流から水車１０を回転させる力の供給を受ける。また、水車翼１１が水面Ｕｗよりも上に存在するときには、回転の勢い（遠心力等）および重力等によって異物が水車翼１１から取り除かれる。発明者の実験によると、水車翼１１に絡まった異物は、水車１０の回転によりほどけて、水車翼１１が水面Ｕｗよりも上に存在するときに水車翼１１の根元側から水中に落ちやすくなる。この際、図７に示すように引上げ状態において水車１０を傾斜させることで、異物が水車翼１１から除去されやすくなる。引上げ状態における水車角度θは２０°以上６０°以下であることが好ましい。
【００５４】
以下、図１１および図１２を用いて、水力発電装置１００による引上げ制御および引下げ制御について説明する。
【００５５】
図１１は、水力発電装置１００による引上げ制御を示すフローチャートである。このフローチャートに示される処理は、水力発電モジュールＭが第１の状態（図５および図６参照）であるときに所定時間経過毎にメインルーチンから呼び出されて繰り返し実行される。図１１において、ステップＳ１１〜Ｓ１３（以下、単に「Ｓ１１」〜「Ｓ１３」と称する）は、制御装置５０によって実行される。
【００５６】
図９とともに図１１を参照して、Ｓ１１では、制御装置５０が、第１の状態における所定の制御を実行する。第１の状態における制御は任意に設定できるが、本実施の形態では、発電機２０による発電によって水力発電装置１００から所望の電力が出力されるように制御装置５０がＤＣ／ＤＣコンバータ４２およびＤＣ／ＡＣインバータ４３等を制御する。
【００５７】
Ｓ１２では、制御装置５０が所定の引上げ条件が成立するか否かを判断する。引上げ条件は任意に設定できるが、本実施の形態では、水力発電モジュールＭが第１の状態であるときに、水車翼１１に付着した異物の量が許容範囲を超えると、引上げ条件が成立するようにする。どの程度の異物を許容するかは任意である。
【００５８】
制御装置５０は、たとえば水力発電モジュールＭが第１の状態であるときに、回転速度検出器５２によって水車翼１１の回転速度を監視し、単位時間あたりの水車翼１１の回転速度の変化量（以下、単に「速度変動量」とも称する）がしきい値を超えた場合に、水車翼１１に付着した異物の量が許容範囲を超えたと判断する。水車翼１１に付着した異物が増えると、水車翼１１の回転速度が低下するため、上記の速度変動量に基づいて水車翼１１に付着した異物の量が許容範囲を超えたか否かを判断できる。
【００５９】
水車翼１１の回転速度の検出間隔および速度変動量の単位時間は任意に設定できるが、本実施の形態では、水車翼１１の回転速度を１秒ごとに検出し、速度変動量の単位時間を５秒間とする。すなわち、５秒間あたりの水車翼１１の回転速度の変化量がしきい値を超えた場合に、水車翼１１に付着した異物の量が許容範囲を超えたと判断する。ただしこれに限られず、単位時間が異なる複数種の速度変動量（たとえば、単位時間が１秒間、５秒間、１分間である速度変動量）を算出して、全ての速度変動量がしきい値を超えた場合にのみ、水車翼１１に付着した異物の量が許容範囲を超えたと判断するようにしてもよい。
【００６０】
上記の判断に用いるしきい値は、水路２００（図５）の流速変動を考慮して設定されることが望ましい。たとえば、本実施の形態において水力発電装置１００が設置される水路２００は農業用水路である。こうした水路２００の流速は、自然変動によって脈動する。水路２００の流速が変化すると、水車翼１１の回転速度も変化する。水車翼１１に付着した異物の量が許容範囲を超えていないにもかかわらず水路２００の流速変動で速度変動量がしきい値を超えないように、適切なしきい値を設定することが望ましい。水路の流速変動範囲は、水路ごとに概ね決まっており、予め実験等によって求めることができる。農業用水路の一例では、流速変動範囲が平均流速に対して約±４％であった。予め実験等によって求めた水路２００の流速変動範囲から流速変動によって生じ得る水車翼１１の回転速度の変動範囲を把握することができる。たとえば、水車翼１１の回転速度が平均回転速度に対して所定割合（たとえば、５％）以上変化した場合に、水車翼１１に付着した異物の量が許容範囲を超えたと判断するようにしてもよい。また、水路２００の流速を検出して、検出された流速に応じて上記しきい値を可変にしてもよい。
【００６１】
なお、水車翼１１に付着した異物の量が許容範囲を超えたか否かの判断方法は、上記速度変動量による方法に限られない。たとえば、水車１０または発電機２０の回転トルクと、発電機２０から出力される電力の電流値との少なくとも一方に基づいて、水車翼１１に付着した異物の量が許容範囲を超えたか否かを判断してもよい。回転トルクは、たとえばトルクメータ（図示せず）によって検出することができる。また、水車翼１１に付着した異物を検出する光学センサ（図示せず）を用いて、水車翼１１に付着した異物の量が許容範囲を超えたか否かを判断してもよい。
【００６２】
引上げ条件が成立しない場合（Ｓ１２にてＮＯ）には、処理がＳ１１へと戻る。Ｓ１２において引上げ条件が成立しないと判断される間はＳ１１の発電制御が継続的に行なわれる。他方、引上げ条件が成立する場合（Ｓ１２にてＹＥＳ）には、Ｓ１３において、制御装置５０がモータ１２０を制御して回転梁１１０を回転させることにより、水力発電モジュールＭを第２の状態（図７および図１０参照）にする。第２の状態における水車角度θは、水路２００の水面Ｕｗが水車１０の回転軸に位置するように調整され、一例では４５°である。これにより、水力発電モジュールＭが第１の状態ではなくなり、図１１の引上げ制御が終了する。
【００６３】
図１２は、水力発電装置１００による引下げ制御を示すフローチャートである。このフローチャートに示される処理は、水力発電モジュールＭが第２の状態であるときに所定時間経過毎にメインルーチンから呼び出されて繰り返し実行される。図１２において、ステップＳ２１〜Ｓ２３（以下、単に「Ｓ２１」〜「Ｓ２３」と称する）は、制御装置５０によって実行される。
【００６４】
図９とともに図１２を参照して、Ｓ２１では、制御装置５０が、第２の状態における所定の制御を実行する。第２の状態における制御は任意に設定できるが、本実施の形態では、制御装置５０が、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２を制御して、水力発電装置１００から取り出される電力を第１の状態よりも小さくする。これにより、発電機２０の発電負荷が第１の状態よりも小さくなる。
【００６５】
前述のように、第２の状態（図７および図１０参照）においては、水面Ｕｗよりも上に存在する水車翼１１（すなわち、水流から水圧を受けない水車翼１１）から異物が離れやすくなる。また、発電機２０の発電負荷が小さくなると、水車１０が回転しやすくなるため、水車１０の回転により異物が水車翼１１から離れやすくなる。このため、第２の状態における発電機２０の発電負荷を第１の状態よりも小さくすることで、より確実に（または、短時間で）異物を除去することが可能になる。
【００６６】
本実施の形態では、第２の状態において、第１の状態よりも小さい発電負荷で発電機２０による発電を行なう。しかしこれに限られず、第２の状態においては、制御装置５０が、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２の出力（ひいては、水力発電装置１００の出力）を止めて、発電機２０を発電負荷が無い状態にしてもよい。発電機２０を発電負荷が無い状態にすることで、発電機２０による発電が停止する。これにより、水車１０の回転の勢いが増し、水車１０の回転により異物が水車翼１１から離れやすくなり、より確実に（または、短時間で）異物を除去することが可能になる。
【００６７】
Ｓ２２では、制御装置５０が、所定の引下げ条件が成立するか否かを判断する。引下げ条件は任意に設定できるが、本実施の形態では、水力発電モジュールＭが第２の状態になってから所定時間（以下、「保持時間」とも称する）が経過すると、引下げ条件が成立するようにする。保持時間は、水車翼１１から異物を除去するために十分長く、かつ、発電量を過度に低下させない程度に短く設定される。保持時間は、水路２００（図１０）に流れる異物の量を考慮して設定されることが望ましい。たとえば、単位時間あたりに水車１０に漂着する異物の量を予め実験等によって求めて、適切な保持時間を設定するようにしてもよい。保持時間は、たとえば５秒間以上３０秒間以下であることが好ましい。本実施の形態では、保持時間を１０秒間とする。
【００６８】
引下げ条件が成立しない場合（Ｓ２２にてＮＯ）には、処理がＳ２１へと戻る。Ｓ２２において引下げ条件が成立しないと判断される間は、水力発電モジュールＭが第２の状態に維持された状態で、Ｓ２１の発電制限が継続的に行なわれる。他方、引下げ条件が成立する場合（Ｓ２２にてＹＥＳ）には、Ｓ２３において、制御装置５０がモータ１２０を制御して回転梁１１０を回転させることにより、水力発電モジュールＭを第１の状態（図５および図６参照）にする。これにより、水力発電モジュールＭが第２の状態ではなくなり、図１２の引下げ制御が終了する。そして、図１１の引上げ制御が開始される。
【００６９】
以上説明したように、本実施の形態に係る水力発電装置１００では、水力発電モジュールＭが第１の状態であるときに所定の引上げ条件が成立する（図１１のＳ１２にてＹＥＳ）と、水力発電モジュールＭを第２の状態にして（図１１のＳ１３）、引上げ状態において水車翼１１への付着物（異物）の除去（図１２のＳ２１およびＳ２２）を行なった後、再び水力発電モジュールＭを第１の状態に戻す（図１２のＳ２３）。第２の状態（引上げ状態）において異物の除去が適切に行なわれることで、異物に起因した水力発電装置１００の発電能力の低下が抑制される。また、引上げ条件が成立するたびに異物の除去が行なわれるため、水力発電装置１００は長期にわたって高い発電能力を維持することができる。このように、水力発電装置１００では、水路２００を流れる異物に起因した発電能力の低下を抑制するための処理を容易に行なうことができる。また、上記方法では大掛かりな除塵設備を必要としないため、異物の除去を低コストで行なうことができる。
【００７０】
上記実施の形態において、制御装置５０は、所定の発電停止条件が成立した場合に、前述の引上げ制御および引下げ制御（ひいては、発電機２０による発電）を停止し、モータ１２０を制御して回転梁１１０を回転させることにより水路２００から水車１０を引き上げて、水力発電モジュールＭを図８に示す状態にするように構成されてもよい。そして、制御装置５０は、所定の発電再開条件が成立した場合に、前述の引上げ制御および引下げ制御（ひいては、発電機２０による発電）を再開するように構成されてもよい。たとえば、所定の天候のとき（たとえば、降水量、積雪量、および風速の少なくとも１つが許容範囲を超えたとき）に発電停止条件が成立するようにしてもよい。また、発電停止条件が成立しなくなってから所定時間が経過したときに発電再開条件が成立するようにしてもよい。
【００７１】
上記実施の形態において、引上げ条件（図１１のＳ１２）は任意に変更することができる。たとえば、水力発電モジュールＭが第１の状態になってから所定時間（以下、「発電時間」とも称する）が経過すると、引上げ条件が成立するようにしてもよい。こうすることで、第２の状態（引上げ状態）での異物の除去が定期的に行なわれるようになる。発電時間は、たとえば３０分間以上３時間以下であることが好ましく、一例では１時間とする。
【００７２】
上記実施の形態において、引下げ条件（図１２のＳ２２）は任意に変更することができる。たとえば、水車翼１１に付着した異物の量が許容範囲内になると、引下げ条件が成立するようにしてもよい。水車翼１１に付着した異物の量が許容範囲内になったか否かは、水車翼１１の回転速度等に基づいて判断することができる。
【００７３】
上記実施の形態において、第２の状態における所定の制御（図１２のＳ２１）は、状況に応じて可変であってもよい。たとえば、水力発電装置１００で発電された電力の供給先によっては、水力発電装置１００における発電を制限する（すなわち、発電負荷を小さくする）ことが好ましくないことがある。そこで、状況ごとに発電制限を行なうか否かをユーザが選択できるように、ユーザが入力装置５１を通じて制御装置５０に発電制限の許否を設定できるようにしてもよい。そして、制御装置５０が、以下に説明する図１３の引下げ制御を行なうようにしてもよい。
【００７４】
図１３は、水力発電装置１００による引下げ制御の第１の変形例を示すフローチャートである。図１３の引下げ制御は、図１２のＳ２１に代えてステップＳ１０１〜Ｓ１０３（以下、単に「Ｓ１０１」〜「Ｓ１０３」と称する）を採用すること以外は、図１２の引下げ制御と同じである。よって、以下ではＳ１０１〜Ｓ１０３についてのみ説明する。
【００７５】
図９とともに図１３を参照して、Ｓ１０１では、発電制限が許可されているか否かを制御装置５０が判断する。たとえば、制御装置５０の記憶装置に発電制限許可フラグを用意し、フラグの値（０：禁止、１：許可）に基づいて発電制限が許可されているか否かが判断されるようにしてもよい。
【００７６】
発電制限が許可されている場合（Ｓ１０１にてＹＥＳ）には、Ｓ１０２において、制御装置５０が発電制限を実行する。制御装置５０は、たとえば前述した図１２のＳ２１と同様にして、発電機２０の発電負荷を第１の状態よりも小さくする。制御装置５０は、発電負荷が小さい状態で発電を行なってもよいし、発電を停止してもよい。
【００７７】
発電制限が許可されていない場合（Ｓ１０１にてＮＯ）には、Ｓ１０３において、制御装置５０が第１の状態と同じ条件（前述した図１１のＳ１１参照）で発電を行なう。
【００７８】
上記のように、図１３の引下げ制御では、発電制限が許可されているか否かを判断し、発電制限が許可されている場合にのみ発電制限を行なう。これにより、状況ごとに必要な発電量の確保と異物の除去との両立が図られる。
【００７９】
上記実施の形態では、第２の状態における発電制限（図１２のＳ２１）で異物の除去を促進している。しかしこれに限られず、他の方法で第２の状態における異物の除去を促進するようにしてもよい。図１４は、水力発電装置１００による引下げ制御の第２の変形例を示すフローチャートである。
【００８０】
図９とともに図１４を参照して、この引下げ制御では、第２の状態における所定の制御として、図１２のＳ２１の代わりに、ステップＳ１１１〜Ｓ１１５（以下、単に「Ｓ１１１」〜「Ｓ１１５」と称する）の処理を実行する。水力発電モジュールＭが第１の状態であるときに所定の引上げ条件が成立して、図１１のＳ１３の処理により水力発電モジュールＭが第１の状態から第２の状態（図７および図１０参照）になると、Ｓ１１１の処理が実行される。なお、以下で用いられるカウンタは、たとえば制御装置５０の記憶装置に記憶されており、カウンタの初期値は０である。
【００８１】
Ｓ１１１では、制御装置５０が、ブレーキ装置３０を制御して発電機２０の回転（ひいては、水車翼１１の回転）に制動力を与える。これにより、水車翼１１の回転に制動力が付与された状態（以下、「ブレーキオン状態」とも称する）になる。ブレーキオン状態では、ブレーキ装置３０によって制動力が与えられた状態で水車翼１１が回転する。その後、制御装置５０は、ブレーキオン状態のまま所定の時間（以下、「制動時間」とも称する）待つ（Ｓ１１２）。制動時間は、たとえば１秒間以上３０秒間以下であることが好ましく、一例では３秒間とする。
【００８２】
ブレーキオン状態になってから制動時間が経過すると、Ｓ１１３において、制御装置５０が、ブレーキ装置３０による制動動作を停止し、発電機２０の回転軸（ひいては、水車翼１１の回転軸）が解放された状態（以下、「ブレーキオフ状態」とも称する）にする。ブレーキオフ状態では、ブレーキ装置３０によって制動力が与えられていない状態で水車翼１１が回転する。その後、制御装置５０は、ブレーキオフ状態のまま所定の時間（以下、「解放時間」とも称する）待つ（Ｓ１１４）。解放時間は、たとえば１秒間以上３０秒間以下であることが好ましく、一例では３秒間とする。
【００８３】
ブレーキオフ状態になってから解放時間が経過すると、制御装置５０が、Ｓ１１５においてカウンタをインクリメントし、ステップＳ１２０において、カウンタ値が所定のしきい値Ｔｈ（以下、「制動回数」とも称する）に達したか否かを判断する。この判断は、引下げ条件が成立するか否かの判断に相当する。制動回数は任意に設定できるが、一例では制動回数を３回とする。
【００８４】
カウンタ値がしきい値Ｔｈに達していない場合（Ｓ１２０にてＮＯ）には、引下げ条件が成立しないと判断され、処理がＳ１１１へと戻る。Ｓ１２０においてカウンタ値がしきい値Ｔｈに達していないと判断される間はＳ１１１〜Ｓ１１５の処理が繰り返し行なわれる。他方、カウンタ値がしきい値Ｔｈに達した場合（Ｓ１２０にてＹＥＳ）には、引下げ条件が成立すると判断され、Ｓ２３において、制御装置５０がモータ１２０を制御して回転梁１１０を回転させることにより、水力発電モジュールＭを第１の状態にする。これにより、水力発電モジュールＭが第２の状態ではなくなり、図１４の引下げ制御が終了する。
【００８５】
上記のように、図１４の引下げ制御では、水力発電モジュールＭが第２の状態であるときに、制御装置５０がブレーキ装置３０を制御して、ブレーキ装置３０によって制動力が与えられた状態で水車翼１１を回転させる制動回転と、ブレーキ装置３０によって制動力が与えられていない状態で水車翼１１を回転させる非制動回転とを、引下げ条件が成立するまで交互に繰り返す。第２の状態において、水車翼１１の回転に対する制動力の付与（ブレーキオン）を断続的に行なって制動力の増減を繰り返すことによって、水車翼１１の回転が減速と加速とを繰り返すようになる。これにより、水車翼１１から異物が離れやすくなり、より確実に（または、短時間で）異物を除去することが可能になる。なお、上記制動時間および解放時間は、水車翼１１の回転の加減速に要する時間を考慮して設定されることが望ましい。
【００８６】
図１４のＳ１１１〜Ｓ１１５の処理は、発電制限を行なった状態（すなわち、発電機２０の発電負荷が第１の状態よりも小さい状態）で行なわれてもよい。Ｓ１１１〜Ｓ１１５において発電制限を行なう場合、制御装置５０は、発電負荷が小さい状態で発電を行なってもよいし、発電を停止してもよい。
【００８７】
第１の状態（通常発電状態）、第２の状態（引上げ状態）は、それぞれ図６、図７に示す状態に限られない。たとえば、第１の状態を図６または図７に示す状態にして、第２の状態を図８に示す状態にしてもよい。図８に示す状態では、水面Ｕｗが図４に示す範囲Ｐ１に位置するため、図６および図７の各々に示す状態よりも相対水面位置が低くなる。
【００８８】
図８に示す状態では、水車翼１１の全部が水路の水面Ｕｗよりも上に存在し、各水車翼１１は水路を流れる水の力を受けない。しかし、第２の状態として図８に示す状態を採用した場合、引上げ前の状態（図６または図７に示す状態）では、水路を流れる水の力を受けて水車翼１１が回転しているため、引上げ後の状態（図８に示す状態）においても、慣性によって水車翼１１が回転する。こうした第２の状態（図８に示す状態）においても、水車翼１１が水流から水圧を受けなくなるため、水車翼１１から異物が外れやすくなる。
【００８９】
第２の状態において水車翼１１を振動させることによって異物の除去を促進するようにしてもよい。図１５は、こうした変形例を説明するための図である。
【００９０】
図１５を参照して、この例では、第２の状態として図８に示す状態を採用している。そして、図１２のＳ２１において、制御装置５０がモータ１２０を制御することにより回転梁１１０の正転と逆転とを所定の回転量で交互に繰り返して水車翼１１を振動させている。水車翼１１を適度に振動させることで、異物の除去を促進することができる。なお、第２の状態として図７に示す状態を採用した場合にも、第２の状態において水車翼１１を適度に振動させることで、異物の除去を促進することができる。
【００９１】
回転梁１１０を回転させるアクチュエータは、モータ１２０に限られず任意であり、たとえばエアシリンダ等を用いたアクチュエータであってもよい。また、第１の状態および第２の状態になるように水力発電モジュールＭを動かす駆動部は、水力発電モジュールＭを回転させる駆動部（回転梁１１０およびモータ１２０等）に限られず、鉛直方向に水力発電モジュールＭを昇降させる駆動部（たとえば、吊上げ式のクレーン装置）であってもよい。水力発電モジュールＭ（水車１０等）を昇降させることで、相対水面位置（水車１０に対する水路の水面の位置）を変えることができる。
【００９２】
前述の制御が適用される水力発電装置は、１０００ｋＷ以下の水力発電を行なう小水力発電装置に限られず、より発電出力の大きい水力発電装置であってもよい。また、流水が持つ運動エネルギーを電力に変換する海流発電または潮力発電または波力発電を行なう発電システムに前述の制御を適用してもよい。図１６は、上記実施の形態の変形例に係る水中浮遊式海流発電システムを説明するための図である。
【００９３】
図１６を参照して、この発電システムは、水底Ｂｗ（海底）に設置されたアンカー３１０と、アンカー３１０に取り付けられた係留索３２０と、水中発電装置３００とを含む。
【００９４】
水中発電装置３００は、水車１０Ａと、発電ユニット３０１とを含む。水車１０Ａは、水車翼１１Ａ、ボス部１２Ａ、および回転シャフト１３Ａを含む。発電ユニット３０１は、発電機２０Ａと、浮力調整装置３０２，３０３と、制御装置５０Ａとを含む。発電ユニット３０１は、係留索３２０を介してアンカー３１０に接続されることで、海底に固定（係留）されている。発電機２０Ａの回転軸は、水車１０Ａの回転シャフト１３Ａと接続されている。水流方向Ｄｗに流れる水（海水）の力を受けて水車翼１１Ａが回転することで、発電機２０Ａによる発電が行なわれる。発電機２０Ａにおいて発電された電力は、図示しない電力線（海底ケーブル等）を通じて電力系統または小売り電気事業者に供給されてもよいし、発電ユニット３０１内の蓄電装置（図示せず）に蓄えられてもよい。また、発電ユニット３０１に図示しない電力変換装置（整流回路、ＤＣ／ＤＣコンバータ、およびＤＣ／ＡＣインバータ等）を設けて、発電機２０Ａの出力に所定の電力変換を行なうようにしてもよい。
【００９５】
制御装置５０Ａは、浮力調整装置３０２，３０３等を制御するように構成される。浮力調整装置３０２，３０３は、第１の状態および第２の状態になるように水力発電モジュール（水車１０Ａおよび発電機２０Ａ）を動かす駆動部として機能する。浮力調整装置３０２，３０３は、制御装置５０Ａからの制御信号に従い、バラスト水の注入／排出を行なって水中発電装置３００の浮力を調整するように構成される。
【００９６】
制御装置５０Ａは、浮力調整装置３０２，３０３を制御して、浮力調整装置３０２，３０３にバラスト水を注入することで、水中発電装置３００の浮力を小さくして水中発電装置３００を沈めることができる。たとえば、図１６に示す水中発電装置３００全体が水中（海中）に存在する状態を、第１の状態（通常発電状態）とすることができる。
【００９７】
そして、水中発電装置３００（ひいては、水力発電モジュール）が第１の状態であるときに所定の引上げ条件が成立した場合には、制御装置５０Ａが、浮力調整装置３０２，３０３を制御して、浮力調整装置３０２，３０３からバラスト水を排出することで、水中発電装置３００の浮力を大きくして水中発電装置３００を浮上させることができる。こうした制御により、水中発電装置３００（ひいては、水力発電モジュール）を第１の状態から第２の状態（引上げ状態）にすることができる。たとえば、図１６中に一点鎖線で示す状態を、第２の状態とすることができる。図１６中に一点鎖線で示す状態では、水車１０Ａに対する水面Ｕｗが水車１０Ａの回転軸に位置する。
【００９８】
上記のように、水中浮遊式海流発電システムでも、水力発電モジュールを第１の状態および第２の状態にすることは可能であり、前述した引上げ制御および引下げ制御を行なうことで、水路（海）を流れる異物に起因した発電能力の低下を抑制するための処理を低コストで容易に行なうことができる。なお、上記の水中浮遊式海流発電システムにおいて、アンカーに代えてシンカーを用いてもよい。また、浮力調整装置の数および配置等は任意に変更できる。
【００９９】
水車の種類は、水平軸型のプロペラ水車に限られず任意に変更できる。図１７は、垂直軸型の水車を採用した水力発電モジュールの変形例を示す図である。図１７を参照して、この水力発電モジュールは、垂直軸型の水車１０Ｂを備える。そして、水車１０Ｂは、水車翼１１Ｂと、水車翼１１Ｂに連結された回転シャフト１３Ｂ（水車１０Ｂの回転軸）とを備える。水車翼１１Ｂは、直線翼式であり、翼の上下の先端を回転軸に向けて曲げた形状を有する。こうした水車翼１１Ｂは、Ｙ軸方向の水流により回転する。水車翼１１Ｂが回転することによって、ギアボックス２２Ｂを介して回転シャフト１３Ｂに連結された発電機２０Ｂの回転シャフト（支柱２１Ｂ内に配置）が回転し、発電機２０Ｂによる発電が行なわれる。
【０１００】
上記のような水力発電モジュールを前述した駆動部（回転梁１１０、モータ１２０、および架台２３等）に取り付けることによって、回転梁１１０の回転動作により水力発電モジュールを第１の状態および第２の状態にすることができる。こうした水力発電装置においても、前述した引上げ制御および引下げ制御を行なうことで、水路を流れる異物に起因した発電能力の低下を抑制するための処理を低コストで容易に行なうことが可能になる。
【０１０１】
上記の各種変形例は組み合わせて実施してもよい。また、上記実施の形態および変形例で示した構成は、適宜変更可能である。たとえば、制御装置５０に必要な設定が完了している場合には、入力装置５１を割愛してもよい。たとえば、引上げ制御および引下げ制御においてブレーキ装置３０を使用しない場合には、ブレーキ装置３０を割愛してもよい。
【０１０２】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１０３】
１０，１０Ａ，１０Ｂ  水車、１１，１１Ａ，１１Ｂ  水車翼、１２，１２Ａ  ボス部、１３，１３Ａ，１３Ｂ  回転シャフト、２０，２０Ａ，２０Ｂ  発電機、２１，２１Ｂ  支柱、２２，２２Ｂ  ギアボックス、２３  架台、２４，１４３  台座、２５，１４１，１４２  支持部材、３０  ブレーキ装置、４１  整流回路、４２  ＤＣ／ＤＣコンバータ、４３  ＤＣ／ＡＣインバータ、５０，５０Ａ  制御装置、５１  入力装置、５２  回転速度検出器、１００  水力発電装置、１１０  回転梁、１１１，１１２  ベアリング、１２０  モータ、１３０  カップリング、１５１，１５２  固定具、１５３  固定梁、２００  水路、２０１，２０２  縁部、２３１，２３２  架台部材、３００  水中発電装置、３０１  発電ユニット、３０２，３０３  浮力調整装置、３１０  アンカー、３２０  係留索。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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