(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレームと、
フレームに上下方向に向け配置され、上側に流水を導入する導水口を有し、下側に流水を排出する排水口を有する、中空の通水胴体と、
回転軸と、該回転軸に固定されているプロペラ又はスクリューと、を有し、通水胴体の内部に回転軸を上下方向に向け配置して回転自在に軸支されている水車体と、
通水胴体の内部においてプロペラ又はスクリューより上方に配置される流水誘導部材と、
水車体の回転軸の回転力を発電機に伝える回転力伝達部と、を含み、
流水誘導部材は、
通水胴体の投影断面の一部分を閉鎖しプロペラ又はスクリューへ向けて下り傾斜した第１の誘導面と、
通水胴体の投影断面の該第１の誘導面以外の部分の一部を閉鎖し第１の誘導面と共に流水を分流する第２の誘導面と、を有し、
第１の誘導面の落水側先端と前記第２の誘導面の落水側先端とが通水胴体内の異なる上下流位置に設定され、
さらに、通水胴体の投影断面の第１及び第２の誘導面以外の部分であり、回転軸周りの同位相位置にそれぞれの落水口が設けられたことを特徴とする水力発電装置。
【請求項２】
前記水車体の前記回転軸の周りを覆う保護部材を有する請求項１記載の水力発電装置。
【請求項３】
前記保護部材が筒体で、かつその横断面形状が四角形又は菱形であり、該四角形又は菱形の一つの角部を、前記通水胴体に導入される流水の最も上流側の位置に配置した請求項２記載の水力発電装置。
【請求項４】
前記通水胴体の上側に流水を流す導水斜板を有し、該導水斜板に流水が前記通水胴体の前記導水口へ集まるように案内する集水部材を有する請求項１ないし３のいずれかに記載の水力発電装置。
【請求項５】
前記回転力伝達部を介し伝えられる前記回転軸の回転力を電力に変換する発電機を有する請求項１ないし４のいずれかに記載の水力発電装置。
【請求項６】
前記導水口から前記通水胴体に入る前の流水から水以外の異物を濾し取る濾過部材を有する請求項１ないし５のいずれか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、水力発電装置に関するものである。更に詳しくは、水が流動する際のエネルギーを効率良く水車体の回転エネルギーに変換することにより、より高効率で発電することができる水力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽光や風力、あるいは波力、水力、地熱、バイオマス等、いわゆる再生可能エネルギーに対する社会的な関心が頓に高まっている。
その中で、比較的身近なものとして、河川の水の流れを利用して小規模又は中規模な発電をする水力発電装置がある。このような水力発電装置としては、従来より様々なものが提案されており、一例をあげれば、特許文献１の水力発電装置がある。
【０００３】
特許文献１の水力発電装置は、軸方向が垂直に設けられ内側を水が下に向かって通過する円筒形の取水胴と、取水胴の内側に設けられ水を一定の方向に流すガイド部材と、ガイド部材の下方に設けられガイド部材から流される水を受けて回転する回転スクリューを備えている。ガイド部材は、取水胴の中心軸上に位置し下方に向かって直径が大きくなる水絞りドラムと、水絞りドラムと取水胴の間の空間を取水胴の円周に沿って区切る固定スクリューを備え、固定スクリューの取付角度は、取水胴の軸方向に対して傾斜し、回転スクリューの水を受ける面に対して交差している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２２１８８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の水力発電装置には、次のような課題があった。
すなわち、落水は複数箇所（特許文献１の実施例では四箇所）で回転スクリューに当たるようになっている。複数箇所のそれぞれでは、通常は同じ水量にはならないので、回転スクリューの回転が安定しにくい。つまり、水量が多い箇所での回転力に対して、その他の水量が少ない箇所での落水がかえって抵抗となり、回転力が削がれてしまうことで、不安定になるおそれがあった。
【０００６】
本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであり、従来のように水流のエネルギー自体が水車体の回転力を削ぐことなく、水流のエネルギーを無駄が出ないように集中させることで、より安定させて効率よく水車体の回転力に変換できるようにした、高効率の水力発電装置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】
【０００７】
本発明は、フレーム１と、フレーム１に上下方向に向け配置され、上側に流水を導入する導水口２１を有し、下側に流水を排出する排水口２０を有する、中空の通水胴体（２、２ａ）と、回転軸（３０、３０ａ）と、該回転軸に固定されているプロペラ３１又はスクリュー３４と、を有し、通水胴体２の内部に回転軸３０を上下方向に向け配置して回転自在に軸支されている水車体（３、３ａ）と、通水胴体（２、２ａ）の内部においてプロペラ３１又はスクリュー３４より上方に配置される流水誘導部材（５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｇ）と、水車体（３、３ａ）の回転軸（３０、３０ａ）の回転力を発電機７に伝える回転力伝達部（３２、３３、７１）と、を含み、流水誘導部材（５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｇ）は、通水胴体（２、２ａ）の投影断面の一部分を閉鎖しプロペラ３１又はスクリュー３４へ向けて下り傾斜した第１の誘導面５０と、通水胴体（２、２ａ）の投影断面の該第１の誘導面５０以外の部分の一部を閉鎖し第１の誘導面５０と共に流水を分流する第２の誘導面（５１、５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、５１ｅ、５１ｆ、５１ｇ）と、を有し、第１の誘導面５０の落水側先端と前記第２の誘導面（５１、５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、５１ｅ、５１ｆ、５１ｇ）の落水側先端とが通水胴体内の異なる上下流位置に設定され、さらに、通水胴体（２、２ａ）の投影断面の第１及び第２の誘導面以外の部分であり、回転軸（３０、３０ａ）周りの同位相位置にそれぞれの落水口５２が設けられた水力発電装置（Ｇ１、Ｇ２）である。
【０００８】
本発明は、前記水車体（３、３ａ）の前記回転軸（３０、３０ａ）の周りを覆う保護部材（４、４ａ）を有する構造とすることもできる。
【０００９】
この場合、水車体の回転軸に、流水に混じっている石等の異物が当たることによる変形や破損が生じることを、保護部材で防止できる。また、回転軸が水流の抵抗を受けることで、高回転が得られなくなることを防止できる。更には、回転軸にゴミが絡み付くことがなく、水車体の回転が停止するようなリスクも回避できる。
【００１０】
本発明は、前記保護部材４が筒体で、かつその横断面形状が四角形又は菱形であり、該四角形又は菱形の一つの角部を、前記通水胴体に導入される流水の最も上流側の位置に配置した構成とすることもできる。
【００１１】
この場合、例えば流水誘導部材が第１の誘導面と第２の誘導面を有する構造であれば、保護部材の角部が尖鋭であるため、第１の誘導面と第２の誘導面への流水の分流を円滑に行うことができる。
【００１２】
本発明は、前記通水胴体（２、２ａ）の上側に流水を流す導水斜板２２を有し、該導水斜板２２に流水が前記通水胴体（２、２ａ）の前記導水口２１へ集まるよう案内する集水部材（２４、２４ａ）を有する構成とすることもできる。
【００１３】
この場合、集水部材で流水の漏れを抑え、流水の無駄が出ないようにして、通水胴体の導水口への流水の導入を円滑に、かつ効率よく行うことができる。
【００１４】
本発明は、前記回転力伝達部を介し伝えられる前記回転軸（３０、３０ａ）の回転力を電力に変換する発電機７を有する構造とすることもできる。
【００１５】
この場合、発電機を備えることで、装置単独での発電が可能となり、装置の設置や運搬等の作業も短時間で容易にできるようになる。
【００１６】
本発明は、前記導水口２１から前記通水胴体（２、２ａ）に入る前の流水から水以外の異物を濾し取る濾過部材６を有する構造とすることもできる。
【００１７】
この場合、濾過部材で流水から水以外の異物が濾し取られることで、例えば木の葉や木の枝、石、砂、あるいは水生の生き物等、流水に含まれる様々な固形物が通水胴体に入ることを防止できる。これにより、これらが通水胴体の内部で詰まったり堆積することはなく、水車体を安定的に回転させることができる。
【００１８】
本明細書及び特許請求の範囲にいう「分流」の用語は、例えば水流を二以上に分けて流す意味で使用している。
【００１９】
本明細書及び特許請求の範囲にいう「プロペラ、スクリュー」については、それぞれ各種プロペラ、各種スクリューを採用することができ、特に限定するものではない。また、プロペラの羽根の数やスクリューのピッチ、あるいはピッチ数等は、特に限定するものではなく、適宜設定される。
【００２０】
（作用）
本発明に係る水力発電装置の作用を説明する。
水力発電装置を河川や水路の必要な落差のある所に設置する。なお、水力発電装置は、水面の高さが、水力発電装置の濾過部材より高くなるようにして設置される。
【００２１】
水路等を流れる流水は、導水口から通水胴体内部に導入され、流水誘導部材の下り傾斜した誘導面を通り落下して、プロペラ又はスクリューに当たり、水車体を回転させる。水車体を回転させた流水は、通水胴体の排水口から排出される。
【００２２】
また、流水誘導部材が第１の誘導面と第２の誘導面を有するので、流水は第１の誘導面と第２の誘導面に分流され、第１の誘導面と第２の誘導面で誘導される流水は、合流してプロペラ又はスクリューに当たる。
【００２３】
このように、水力発電装置は、従来と相違して水流のエネルギー自体が水車体の回転力を削ぐことなく、水流のエネルギーを無駄が出ないように集中させることで、より安定させて効率よく水車体の回転力に変換できる。また、水車体の回転力は、回転力伝達部を介し、発電機に伝えることで電力に変換できる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の水力発電装置によれば、従来のように水流のエネルギー自体が水車体の回転力を削ぐことなく、水流のエネルギーを無駄が出ないように集中させることで、より安定させて効率よく水車体の回転力に変換できるようにした、高効率の水力発電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る水力発電装置の第１実施の形態を示す斜視図である。
【図２】図１において要部構造を示すと共に濾過部材を省略した斜視説明図である。
【図３】図１に示す水力発電装置の正面図である。
【図４】図１に示す水力発電装置の設置状態を示す側面視説明図である。
【図５】図１に示す水力発電装置の平面図である。
【図６】図４における水力発電装置のＡ−Ａ断面図である。
【図７】図１に示す水力発電装置における流水誘導部材からの流水の流れる方向を示す説明図である。
【図８】本発明に係る水力発電装置の第２実施の形態を示す斜視図である。
【図９】図８において要部構造を示すと共に濾過部材を省略した斜視説明図である。
【図１０】図８に示す水力発電装置の正面図である。
【図１１】図８に示す水力発電装置の設置状態を示す側面視説明図である。
【図１２】図８に示す水力発電装置の平面図である。
【図１３】図１１における水力発電装置のＢ−Ｂ断面図である。
【図１４】図８に示す水力発電装置における流水誘導部材からの流水の流れる方向を示す説明図である。
【図１５】保護部材の他の例を示す平面視説明図である。
【図１６】流水誘導部材の第２の例を示し、（ａ）は水車体がプロペラ型であり、（ｂ）は水車体がスクリュー型である水力発電装置の要部斜視説明図である。
【図１７】水車体がプロペラ型である水力発電装置において、流水誘導部材の第２の例を示し、（ａ）は平面視説明図、（ｂ）は通水胴体を断面した側面視説明図である。
【図１８】流水誘導部材の第３の例を示し、（ａ）は水車体がプロペラ型であり、（ｂ）は水車体がスクリュー型である水力発電装置の要部斜視説明図である。
【図１９】水車体がプロペラ型である水力発電装置において、流水誘導部材の第３の例を示し、（ａ）は平面視説明図、（ｂ）は通水胴体を断面した側面視説明図である。
【図２０】流水誘導部材の第４の例を示し、（ａ）は水車体がプロペラ型であり、（ｂ）は水車体がスクリュー型である水力発電装置の要部斜視説明図である。
【図２１】水車体がプロペラ型である水力発電装置において、流水誘導部材の第４の例を示し、（ａ）は平面視説明図、（ｂ）は通水胴体を断面した側面視説明図である。
【図２２】流水誘導部材の第５の例を示し、（ａ）は水車体がプロペラ型であり、（ｂ）は水車体がスクリュー型である水力発電装置の要部斜視説明図である。
【図２３】水車体がプロペラ型である水力発電装置において、流水誘導部材の第５の例を示し、（ａ）は平面視説明図、（ｂ）は通水胴体を断面した側面視説明図である。
【図２４】流水誘導部材の第６の例を示し、（ａ）は水車体がプロペラ型であり、（ｂ）は水車体がスクリュー型である水力発電装置の要部斜視説明図である。
【図２５】水車体がプロペラ型である水力発電装置において、流水誘導部材の第６の例を示し、（ａ）は平面視説明図、（ｂ）は通水胴体を断面した側面視説明図である。
【図２６】流水誘導部材の第７の例を示し、（ａ）は水車体がプロペラ型であり、（ｂ）は水車体がスクリュー型である水力発電装置の要部斜視説明図である。
【図２７】水車体がプロペラ型である水力発電装置において、流水誘導部材の第７の例を示し、（ａ）は平面視説明図、（ｂ）は通水胴体を断面した側面視説明図である。
【図２８】流水誘導部材の第８の例を示し、（ａ）は水車体がプロペラ型であり、（ｂ）は水車体がスクリュー型である水力発電装置の要部斜視説明図である。
【図２９】水車体がプロペラ型である水力発電装置において、流水誘導部材の第８の例を示し、（ａ）は平面視説明図、（ｂ）は通水胴体を断面した側面視説明図である。
【図３０】水力発電装置の水路に対する設置方法の第１の例を示す平面視説明図である。
【図３１】水力発電装置の水路に対する設置方法の第２の例を示す平面視説明図である。
【図３２】水力発電装置の水路に対する設置方法の第３の例を示す平面視説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明を図面に示した実施の形態に基づき詳細に説明する。
図１ないし図７を参照する。なお、以下の説明において、各部の位置や方向を表現するために、前後、左右の各用語を用いることがあるが、図１において左斜め下方向を前、右斜め上方向を後、左横方向を左、右横方向を右とし、図２ないし図７については図１の方向を基準とする。なお、後記する図８ないし図１４も同様に、図８において左斜め下方向を前、右斜め上方向を後、左横方向を左、右横方向を右とし、図９ないし図１４については図８の方向を基準とする。
【００２７】
水力発電装置Ｇ１は、フレーム１と、フレーム１に上下方向に向け配置され上側に流水を導入する導水口２１を有し下側に流水を排出する排水口２０を有する中空の通水胴体２と、回転軸３０とプロペラ３１を有し通水胴体２の内部に回転軸３０を上下方向に向け配置して回転自在に軸支されている水車体３と、水車体３の回転軸３０に流水が接触しないように覆う保護部材４と、通水胴体２の内部においてプロペラ３１より上方に配置され第１の誘導面５０と第２の誘導面５１で誘導される流水を合流させてプロペラ３１に当てる流水誘導部材５と、導入される流水から水以外の異物（例えば木の葉や木の枝、あるいは水生の生き物等の固形物）を濾し取る濾過部材６と、発電機７とを備えている。
【００２８】
なお、水力発電装置Ｇ１は、主にステンレススチールや鉄等の金属製であるが、例えばフレーム１等に木質材料やプラスチックを使用する等、他の材料を複合して使用することもできる。また、発電機７は、必ずしも水力発電装置Ｇ１と一体に設ける必要はなく、装置外又は装置から離れた場所に設けて、プーリー、ベルト、あるいはギヤ、チェーン等の回転力伝達部を介して水車体３の回転力を発電機７に伝えて発電する構造とすることもできる。
【００２９】
（フレーム１）
フレーム１は、ほぼ正方形状の底板１０を有している。底板１０の四隅上面には、それぞれ鉛直方向に柱部材１１が形成されている。各柱部材１１の上端は、ほぼ正方形状の上部フレーム１２で連結されている。左右両側の前後の各柱部材１１の間には、それぞれ上下二段に横部材１３、１３及び横部材１４、１４が固定されている。上側の横部材１３、１３の中間部間には、後記する回転軸３０を通す隙間（符号省略）を有する振れ止め部材１３０が固定されている。
【００３０】
また、下側の横部材１４、１４の中間部間には、後記する回転軸３０を通す隙間（符号省略）を有する振れ止め部材１４０が固定されている。振れ止め部材１４０の中間部上面側には、後記する回転軸３０を軸支する軸受１４１が固定されている。軸受１４１としては、ラジアルベアリングを採用してもよいし、スラストベアリング又はそれらを複合したベアリングを採用してもよい。
【００３１】
上部フレーム１２の前後の各部材（符号省略）の左右方向の中間部間には、後記する回転軸３０を通す隙間（符号省略）を有する振れ止め部材１２０が固定されている。振れ止め部材１２０の中間部上面側には、後記する回転軸３０を軸支する軸受１２１が固定されている。軸受１２１としては、軸受１４１と同様にラジアルベアリングを採用してもよいし、スラストベアリング又はそれらを複合したベアリングを採用してもよい。
【００３２】
フレーム１は、後部側の上部に、後部フレーム１５を有している。後部フレーム１５は、後部側の各柱部材１１から後方へ水平に張り出した張出部１５０と、張出部１５０の先端から鉛直方向へ立ち上がった立上部１５１を有し、立上部１５１の前面には、発電機７（本実施の形態では電動モーターと同じ構造のもの）が回転軸（符号省略）を上下方向に向けて固定されている。発電機７の回転軸の下端部には、従動プーリー７０が固定されている。
【００３３】
（通水胴体２）
フレーム１の内部下側には、通水胴体２が底板１０のほぼ中央に固定して配置されている。通水胴体２は、ほぼ円筒体であり、下端部の前側半分（周方向において１８０°の範囲）は開口されて排水口２０が形成されている。排水口２０の形状は、底板１０の上面を含めば正面視で長方形状になるように形成されている（図３参照）。
【００３４】
通水胴体２の上端縁部は、鉛直方向に対し鋭角側で約５０°の角度で前方へ下り傾斜するように形成され、開口部は導水口２１となっている（図２、図４参照）。通水胴体２の上端の導水口２１縁部には、導水斜板２２が固定されている。導水斜板２２は、各柱部材１１の内側に収まるように、外形が前後に長い長方形状である（図２参照）。導水斜板２２のほぼ中央には、楕円形状の通水口２３（図２、図４参照）が形成されている。
【００３５】
なお、通水口２３の口縁部は、通水胴体２の上端縁部からやや内側に入るように形成してあり（図５、図６参照）、このように作業しろを設けることで、溶接等による固定をより強固に、かつ確実に行うことができるようにしている。
【００３６】
導水斜板２２は、上面側に集水部材２４、２４ａを有している。集水部材２４、２４ａは、前後に長い長方形状、かつ直板形状であり、その後端部は、後部側の各柱部材１１の前面に位置し、前端部は通水口２３の孔縁の前後方向の中間に位置している（図２参照）。
また、通水胴体２内部の上端縁部からやや下方位置には、流水を下方へ誘導する流水誘導部材５が配置されている（図２、図４参照）。流水誘導部材５については、説明の便宜上、後で詳しく説明する。
【００３７】
（水車体３）
通水胴体２内部から通水胴体２より上方にかけては、水車体３が回転自在に配されている。なお、底板１０の上面、かつ通水胴体２内部には、排水口２０に一部かかるように、材を枠組みして形成された架台２５が固定されている。なお、架台２５は、枠構造内に多数の空間を有し、排水口２０からの排水に支障がないようにしている。また、架台２５の上部中央には、軸受２６が固定されている。軸受２６としては、水車体３の荷重がかかるためスラストベアリングを採用するのが好ましいが、ラジアルベアリングと複合したベアリングを採用してもよい。
【００３８】
水車体３は、丸棒形状の回転軸３０と、回転軸３０の下部にあるプロペラ３１を有している。プロペラ３１は八枚の羽根３１０を有し、各羽根３１０の向きは、流水が上から当たったときに平面視で左回転するように設定されている。
回転軸３０の下端部は架台２５の軸受２６で軸支され、上端寄りは振れ止め部材１２０の軸受１２１で軸支され、更に上端部よりやや下側が振れ止め部材１４０の軸受１４１で軸支されて、上下方向（鉛直方向）に向け配置されている。
【００３９】
回転軸３０の上端部は、軸受１２１を貫通し、軸受１２１のやや上方へ突出している。回転軸３０の上端部には、駆動プーリー３２が固定されている。駆動プーリー３２の直径は、発電機７の従動プーリー７０より径大に形成されており、駆動プーリー３２と従動プーリー７０の間には、ベルト３３が掛けられている。駆動プーリー３２とベルト３３は、回転力伝達部を構成する。
【００４０】
（保護部材４）
回転軸３０は、下側の一部を残しほぼ全体が保護部材４で覆われている。保護部材４は、回転軸３０に流水又は流水に混じっている様々な異物が接触することを防止するものである。保護部材４の上部側（振れ止め部材１４０の下面から後記する流水誘導部材５までの間）は筒体であり、その横断面形状が前後方向に長く、かつ後側が前側より長い菱形である（図５参照）。
【００４１】
保護部材４は、菱形の後部側の角部が、通水胴体２に導入される流水の最も上流側の位置、すなわち本実施の形態では通水胴体２の後部側の中間部の内面まで伸ばされている（図２、図４、図５参照）。
また、保護部材４の下部側（流水誘導部材５より下側）は、保護部材４の前側の二面が下方に延長された構造である。なお、後側の二面は、この部分に対応する回転軸３０に、流水が流水誘導部材５で邪魔されて接触しないので設けられていない。
【００４２】
保護部材４の下端は、通水胴体２の上下方向ほぼ中間部の内面の三箇所（前部と左右両側）に固定されている三角形の支持部材２７、２７ａ、２７ｂに固定され、支持されている（図３、図４参照）。保護部材４の上端は、振れ止め部材１４０の下面に固定されている。これにより、保護部材４は、回転軸３０との間に空隙（符号省略）を設けて回転軸３０の回転に支障が出ないようにして、回転軸３０と平行に立設されている。
【００４３】
保護部材４の四つの角部の内部側には、それぞれ縦方向に沿う補強部材４０が固定されている。各補強部材４０は、保護部材４において、それぞれが固定された部分の全高さにわたり設けられている。
【００４４】
（流水誘導部材５）
流水誘導部材５は、通水胴体２内部の上端縁部からやや下方位置、かつプロペラ３１より上方位置に固定されて配置されている（図２、図４参照）。
流水誘導部材５は、プロペラ３１へ向けて下り傾斜した第１の誘導面５０と、第１の誘導面５０と共に流水を分流する第２の誘導面５１を有している。
【００４５】
第１の誘導面５０と第２の誘導面５１は、保護部材４で区画されており（図６参照）、第１の誘導面５０の後部側と第２の誘導面５１は、導水斜板２２と平行に前方へ下り傾斜し、第１の誘導面５０の前部側は後部側より急な角度で下り傾斜している。そして、第１の誘導面５０の先端は、前部の支持部材２７の上面に固定されている。
【００４６】
第２の誘導面５１の先端は、右側の支持部材２７ａの上方に位置し、通水胴体２の内面に固定された三角形状の支持部材２８の上面に固定されている。また、通水胴体２の内面の支持部材２８と対向する位置（支持部材２７ｂの上方位置）には、三角形状の支持部材２８ａが固定されている。支持部材２８ａは、第１の誘導面５０の前部側と後部側の境界部が固定され、これを支えている（図６参照）。第１の誘導面５０の先端と第２の誘導面５１の先端とが通水胴体２内の異なる上下流位置に設定されている（図２、図７参照）。
【００４７】
第１の誘導面５０と第２の誘導面５１の内縁部は、保護部材４の外表面に沿った形状であり、外縁部は、通水胴体２の内面に沿った形状である。第１の誘導面５０は通水胴体２の投影断面の一部分を閉鎖し、第２の誘導面５１は通水胴体２の投影断面の該第１の誘導面５０以外の部分の一部を閉鎖している（図６参照）。また、流水誘導部材５は、平面視形状では、前部右側に流水が落ちる落水口５２が形成されている（図６参照）。落水口５２は、通水胴体２の投影断面の第１及び第２の誘導面以外の部分であり、回転軸周りの同位相位置に設けられている。落水口５２の大きさは、通水胴体２の横断面積の約１／４であるが、これに限定しない。なお、保護部材４の前部の角部は、通水胴体２の半径の約１／２の位置にある（図６参照）。
【００４８】
（濾過部材６）
濾過部材６は、導水口２１から通水胴体２に入る前の流水から水以外の異物を濾し取るものであり、導水斜板２２の上方に集水部材２４、２４ａの上縁に沿うように、かつ導水斜板２２と平行に、各柱部材１１に対し固定されている。濾過部材６は、外形が導水斜板２２の外形と同じ長方形状の外枠６０を有している。濾過部材６は、外枠６０の内側に、左右方向へ一定間隔で平行に固定された前後方向の多数の縦部材６１と、各縦部材６１の下面側に前後方向へ一定間隔で平行に固定された複数の横部材６２を有している。
【００４９】
なお、各縦部材６１と各横部材６２のうち、保護部材４が通る中央部は保護部材４の外表面に沿う形状に刳り抜かれている（図１、図３参照）。濾過部材６の上面には、導水斜板２２の集水部材２４、２４ａと平面視で重なる位置に、集水部材２４、２４ａと同じ形状の集水部材６３、６３ａが固定されている。なお、濾過部材６は、例えば網体のような他の公知の各種濾過部材で代替することもできる。
【００５０】
（作用）
図１ないし図７を参照し、水力発電装置Ｇ１の作用を説明する。
水力発電装置Ｇ１を図４に示すように、水路９の必要な落差のある所に設置する。水路９は、水平な水路底９０、水路底９０の終端から垂下された段差壁９１及び水路底９０の両側に立設されている側壁９２で構成されている。なお、水力発電装置Ｇ１は、水面（Ｗ．Ｌ）の高さが、水力発電装置Ｇ１の濾過部材６の後端より高くなるようにして設置される。
【００５１】
水路９を流れる流水は、集水部材６３、６３ａで集められ、濾過部材６で水以外の異物が濾し取られて、導水斜板２２へ流れ落ちる。そして、流水は、集水部材２４、２４ａで案内されて通水口２３及び導水口２１を通り、通水胴体２内部に導入される。導入された流水は、流水誘導部材５の第１の誘導面５０と第２の誘導面５１に落ちる。また、流水の一部は保護部材４によって第１の誘導面５０側と第２の誘導面５１側に分流される。
【００５２】
これにより、流水は、第１の誘導面５０と第２の誘導面５１に沿ってそれぞれ誘導されて下方へ流れる。すなわち、第１の誘導面５０を流れた流水は、矢印ａ１のように落下し、第２の誘導面５１を流れた流水は、矢印ａ２のように落下して、双方の落水は合流し、プロペラ３１の一部に集中して当たる。これにより、水車体３は平面視で左回転方向に回転する（図７参照）。水車体３を回転させた流水は、通水胴体２の架台２５を通り抜け、排水口２０から排出される。
【００５３】
このように、水力発電装置Ｇ１は、従来と相違して水流のエネルギー自体が水車体３の回転力を削ぐことなく、水流のエネルギーを無駄が出ないようにプロペラ３１の一部に集中させることで、より安定させて効率よく水車体３の回転力に変換できる。また、水車体３の回転力は、駆動プーリー３２とベルト３３を介し、発電機７に伝えることで電力に変換できる。
【００５４】
図８ないし図１４を参照する。
なお、水力発電装置Ｇ２を示した図８ないし図１４において、水力発電装置Ｇ１と同一または同等箇所には同一の符号を付して示し、構造について重複する説明は省略する。
【００５５】
水力発電装置Ｇ２は、水車体３ａが回転軸３０ａの下部に、プロペラでなくスクリュー３４（本実施の形態では１．５ピッチ分）を有している。スクリュー３４が長尺であることにより、これに伴って回転軸３０ａ、すなわち水車体３ａの長さと、フレーム１ａの高さと、通水胴体２ａの高さ、つまり水力発電装置Ｇ２の全高が、水力発電装置Ｇ１より高く形成されている。
【００５６】
また、フレーム１ａには、フレーム１のような後部フレーム１５は形成されておらず、代わりに発電機７を固定する上部フレーム１６と支持フレーム１６０が形成されている。発電機７の回転軸は、水車体３ａの回転軸３０ａの間に変速用のギヤ装置７１を介在させて接続されている。
なお、水力発電装置Ｇ２の作用は、流水がプロペラでなくスクリュー３４に当たって水車体３ａが回転することを除き、水力発電装置Ｇ１とほぼ同様であるので、説明を省略する。
【００５７】
図１５を参照する。
本例では、保護部材の他の例を示している。保護部材４ａは、保護部材４と比較して、後部側が短く、前後方向の長さも短くなっている。この構造によれば、流水誘導部材５とは相違して、流水誘導部材（符号省略）の後部側がつながり、流水誘導部材の強度が充分に確保できる利点がある。
【００５８】
図１６及び図１７を参照する。
図１６、図１７には、流水誘導部材の第２の例を示す。
流水誘導部材５ａは、第１の誘導面５０が流水誘導部材５の第１の誘導面５０と同様であり、第２の誘導面５１ａは、流水誘導部材５の第２の誘導面５１より下り傾斜をやや緩くした構造となっている。
【００５９】
図１８及び図１９を参照する。
図１８、図１９には、流水誘導部材の第３の例を示す。
流水誘導部材５ｂは、第１の誘導面５０が流水誘導部材５の第１の誘導面５０と同様であり、第２の誘導面５１ｂは、流水誘導部材５の第２の誘導面５１と相違して水平にした構造となっている。
【００６０】
図２０及び図２１を参照する。
図２０、図２１には、流水誘導部材の第４の例を示す。
流水誘導部材５ｃは、保護部材４より前後長さが短い保護部材４ａに対応するため、後部側がつながっている。また、第２の誘導面５１ｃは、流水誘導部材５の第２の誘導面５１より下り傾斜をやや緩くした構造となっている。
【００６１】
図２２及び図２３を参照する。
図２２、図２３には、流水誘導部材の第５の例を示す。
流水誘導部材５ｄは、保護部材４より前後長さが短い保護部材４ａに対応するため、後部側がつながっている。また、第２の誘導面５１ｃは、流水誘導部材５の第２の誘導面５１より下り傾斜をやや緩くし、更に前部が下方へ湾曲した構造となっている。
【００６２】
図２４及び図２５を参照する。
図２４、図２５には、流水誘導部材の第６の例を示す。
流水誘導部材５ｅは、第１の誘導面５０が流水誘導部材５の第１の誘導面５０と同様であり、第２の誘導面５１ｅは、流水誘導部材５の第２の誘導面５１より下り傾斜をやや緩くし、更に前部が下方へ湾曲した構造となっている。
【００６３】
図２６及び図２７を参照する。
図２６、図２７には、流水誘導部材の第７の例を示す。
流水誘導部材５ｆは、保護部材４より前後長さが短い保護部材４ａに対応するため、後部側がつながっている。第２の誘導面５１ｆは、後部側に流水にとって上り勾配となる斜板５４を有し、その前方側は前方へ下り傾斜している。更に、第１の誘導面５０と第２の誘導面５１ｆの後部側の境界には、第１の誘導面５０側が低い段差部５３ｆが形成されている。
【００６４】
これにより、特に流水が比較的少量であるときに、流水を第２の誘導面５１ｆの斜板５４で止めて、その抵抗及び段差部５３ｆの落差を利用して、下り傾斜した第１の誘導面５０から流水を集中的にプロペラ又はスクリューに当てることができる。これにより、少量の水流であっても、水車体のほぼ最大限の回転力が得られる。
【００６５】
図２８及び図２９を参照する。
図２８、図２９には、流水誘導部材の第８の例を示す。
流水誘導部材５ｇは、保護部材４より前後長さが短い保護部材４ａに対応するため、後部側がつながっている。第２の誘導面５１ｇは、前方へ緩やかに下り傾斜している。更に、第１の誘導面５０と第２の誘導面５１ｇの後部側の境界には、第１の誘導面５０側が低い段差部５３ｇが形成されている。
【００６６】
図３０を参照し、水力発電装置の水路に対する設置方法の第１の例を説明する。
本例では、水路９の幅（各側壁９２内面間及び各側壁９４内面間）が水力発電装置Ｇ１の左右幅とほぼ同じであり、水路９に一台の水力発電装置Ｇ１が設置されている。なお、水力発電装置Ｇ１は、この例では、発電機７が水路９の上流側に位置するようにして設置されている。
【００６７】
図３１を参照し、水力発電装置の水路に対する設置方法の第２の例を説明する。
本例では、水路９ａの幅（各側壁９２内面間及び各側壁９４内面間）が水力発電装置Ｇ１の左右幅の二倍とほぼ同じであり、この水路９ａに一台の水力発電装置Ｇ１が設置されている。なお、水力発電装置Ｇ１は、この例では、発電機７を一方の側壁９４の位置から張り出すように設置され、発電機７に流水がかかりにくいようにしている。
【００６８】
図３２を参照し、水力発電装置の水路に対する設置方法の第３の例を説明する。
本例では、水路９ａに、それぞれ発電機７が水路９ａの上流側に位置するようにして、二台並べて設置されている。
【００６９】
本明細書で使用している用語と表現は、あくまでも説明上のものであって、なんら限定的なものではなく、本明細書に記述された特徴およびその一部と等価の用語や表現を除外する意図はない。また、本発明の技術思想の範囲内で、種々の変形が可能であるということは言うまでもない。
【符号の説明】
【００７０】
Ｇ１  水力発電装置
１    フレーム
１０  底板
１１  柱部材
１２  上部フレーム
１２０  振れ止め部材
１２１  軸受
１３  横部材
１３０  振れ止め部材
１４  横部材
１４０  振れ止め部材
１４１  軸受
１５  後部フレーム
１５０  張出部
１５１  立上部
２  通水胴体
２０  排水口
２１  導水口
２２  導水斜板
２３  通水口
２４、２４ａ  集水部材
２５  架台
２６  軸受
２７、２７ａ、２７ｂ  支持部材
２８、２８ａ  支持部材
３  水車体
３０  回転軸
３１  プロペラ
３１０  羽根
３２  駆動プーリー
３３  ベルト
４  保護部材
４０  補強部材
５  流水誘導部材
５０  第１の誘導面
５１  第２の誘導面
５２  落水口
６  濾過部材
６０  外枠
６１  縦部材
６２  横部材
６３、６３ａ  集水部材
７  発電機
７０  従動プーリー
Ｇ２  水力発電装置
ｌａ  フレーム
１６  上部フレーム
１６０  支持フレーム
２ａ  通水胴体
３ａ  水車体
３０ａ  回転軸
３４  スクリュー
７１  ギヤ装置
４ａ  保護部材
５ａ  流水誘導部材
５１ａ  誘導面
５ｂ  流水誘導部材
５１ｂ  誘導面
５ｃ  流水誘導部材
５１ｃ  誘導面
５ｄ  流水誘導部材
５１ｄ  誘導面
５ｅ  流水誘導部材
５１ｅ  誘導面
５ｆ  流水誘導部材
５１ｆ  誘導面
５ｇ  流水誘導部材
５１ｇ  誘導面
【要約】
【課題】水流のエネルギー自体が水車体の回転力を削ぐことなく、水流のエネルギーを無駄が出ないように集中させることで、より安定させて効率よく水車体の回転力に変換できるようにした、高効率の水力発電装置を提供する。
【解決手段】水力発電装置Ｇ１は、フレーム１と、フレームに配置され上側に導水口２１を有し下側に排水口２０を有する通水胴体２と、回転軸３０と回転軸に固定されているプロペラ３１を有し通水胴体２の内部に回転自在に軸支されている水車体３と、通水胴体２の内部においてプロペラ３１より上方に配置されプロペラへ向けて下り傾斜した第１の誘導面５０と第１の誘導面と共に流水を分流する第２の誘導面５１を有し第１の誘導面５０と第２の誘導面５１で誘導される流水を合流させてプロペラ３１に当てる流水誘導部材５と、水車体３の回転軸３０の回転力を電気に変換する発電機７を備えている。
【選択図】図１【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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