(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機構と、発電機構を支持体に係止させる係止機構とを備え、発電機構は、上下に延在し上部周壁に水流入口が形成され下端が水流出口を形成する筒状ケーシングと、筒状ケーシング内に配設された羽根車とを有する水車部と、発電機部とを有し、係止機構は支持体である水路に設けた堰板に水車部の筒状ケーシングを係止させる、水車発電装置であって、水車部は筒状ケーシング内に軸心を一致させて配設され軸心の延在方向に対する翼の捩れ方向が互いに逆方向の一組の羽根車を有し、発電機部は内外二重回転電機子形発電機を有し、前記一組の羽根車の一方は前記発電機の内外の回転電機子の一方に、前記一組の羽根車の他方は前記発電機部の内外の回転電機子の他方に、それぞれ連結されており、係止機構は、発電機構を支持体に固定することなく係止させることを特徴とする水車発電装置。
【請求項２】
係止機構は堰板の頂部に外嵌合する溝形断面部材を有することを特徴とする請求項１に記載の水車発電装置。
【請求項３】
係止機構は堰板の頂部に形成した切欠に挿通される脚部と堰板の水路上流側端面に当接する頭部とを備える爪部材を有することを特徴とする請求項１に記載の水車発電装置。
【請求項４】
係止機構は堰板の頂部に配設した突起が挿通される穴が形成された腕部材を有することを特徴とする請求項１に記載の水車発電装置。
【請求項５】
係止機構は発電機構とは別体であり、発電機構に着脱可能に固定されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の水車発電装置。
【請求項６】
係止機構は骨組構造物であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の水車発電装置。
【請求項７】
水車部の筒状ケーシングに対する、係止機構の堰板との係合部の上下方向相対位置を可変調節する調節機構を備えることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の水車発電装置。
【請求項８】
係止機構は、水路の底壁に下端が当接する長さ調整可能な支持脚を備えることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の水車発電装置。
【請求項９】
水車部は、水流入口から筒状ケーシングの径方向外方へ延びる末広がりの集水筒を備えることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の水車発電装置。
【請求項１０】
筒状ケーシングの下端部は末広がりの排水筒を形成していることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の水車発電装置。
【請求項１１】
筒状ケーシングの羽根車に対峙する部位が透明素材で形成されていることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の水車発電装置。
【請求項１２】
発電機部は、筒状ケーシングの上方に位置決めされていることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の水車発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水車発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発電機構と、発電機構を支持体に係止させる係止機構とを備え、発電機構は、上下に延在し上部周壁に水流入口が形成され下端が水流出口を形成する筒状ケーシングと、筒状ケーシング内に配設された羽根車とを有する水車部と、発電機部とを有し、係止機構は支持体である水路に設けた堰板に水車部の筒状ケーシングを係止させることを特徴とする水車発電装置が、特許文献１、２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１５３０２１号公報
【特許文献２】特開２００１−１７４６７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の水車発電装置においては、発電機部の固定電機子と羽根車により回転駆動される発電機部の回転電機子との間に、相反回転トルクを働かせるために、固定電機子の回転を防止する必用があり、ひいては筒状ケーシングの回転を防止する必用があり、係止機構は筒状ケーシングを堰板に強固に固定できるものであることを要する。この結果、係止機構の寸法増大や、保守点検時の堰板からの離脱困難性等の不具合を生ずる。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、発電機構と、発電機構を支持体に係止させる係止機構とを備え、発電機構は、上下に延在し上部周壁に水流入口が形成され下端が水流出口を形成する筒状ケーシングと、筒状ケーシング内に配設された羽根車とを有する水車部と、発電機部とを有し、係止機構は支持体である水路に設けた堰板に水車部の筒状ケーシングを係止させることを特徴とする水車発電装置であって、係止機構の寸法増大や、保守点検時の堰板からの離脱困難性等の不具合を生じない水車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】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明においては、発電機構と、発電機構を支持体に係止させる係止機構とを備え、発電機構は、上下に延在し上部周壁に水流入口が形成され下端が水流出口を形成する筒状ケーシングと、筒状ケーシング内に配設された羽根車とを有する水車部と、発電機部とを有し、係止機構は支持体である水路に設けた堰板に水車部の筒状ケーシングを係止させる、水車発電装置であって、水車部は筒状ケーシング内に軸心を一致させて配設され軸心の延在方向に対する翼の捩れ方向が互いに逆方向の一組の羽根車を有し、発電機部は内外二重回転電機子形発電機を有し、前記一組の羽根車の一方は前記発電機の内外の回転電機子の一方に、前記一組の羽根車の他方は前記発電機部の内外の回転電機子の他方に、それぞれ連結されており、係止機構は、発電機構を支持体に固定することなく係止させることを特徴とする水車発電装置を提供する。
本発明に係る水車発電装置においては、堰板よりも上流側の水路の水位と堰板よりも下流側の水路の水位との間の落差を利用して発電する。水路の堰板よりも上流域の水流が堰板を乗り越え、当該水流の一部あるいは全部が水車発電装置の水流入口を通って筒状ケーシングに流入し、筒状ケーシング内を下降して羽根車を互いに逆方向に回転駆動し、水流出口を通って筒状ケーシングから流出し、水路の堰板よりも下流域を流下する。
軸心を一致させて配設され軸心の延在方向に対する翼の捩れ方向が互いに逆方向の一組の羽根車が互いに逆方向に回転し、当該回転が発電機部の内外二重回転電機子に伝達され、二重回転電機子が互いに逆方向に回転して発電する。発電中、二重回転電機子に働く相反回転トルクは一致し、ひいては、内側回転電機子と当該電機子に連結された羽根車が形成する内側回転系と、外側回転電機子と当該電機子に連結された羽根車が形成する外側回転系とに働く相反回転トルクは一致し、相殺する。
本発明に係る水車発電装置においては、発電中、内側回転電機子と当該電機子に連結された羽根車が形成する内側回転系と、外側回転電機子と当該電機子に連結された羽根車が形成する外側回転系とに働く相反回転トルクは一致し、相殺するので、筒状ケーシングには反作用としての回転トルクは発生しない。従って、係止機構は、筒状ケーシングを堰板に強固に固定する必用がなく、単に係止させれば良い。従って、本発明に係る水車発電装置においては、係止機構の寸法増大や、保守点検時の堰板からの離脱困難性等の不具合を生じない。【０００６】
本発明の好ましい態様においては、係止機構は堰板の頂部に外嵌合する溝形断面部材を有する。
本発明の好ましい態様においては、係止機構は堰板の頂部に形成した切欠に挿通される脚部と堰板の水路上流側端面に当接する頭部とを備える爪部材を有する。
本発明の好ましい態様においては、係止機構は堰板の頂部に配設した突起が挿通される穴が形成された腕部材を有する。
発電機構を支持体に固定することなく係止させる機構として、堰板の頂部に外嵌合する溝形断面部材を有するもの、堰板の頂部に形成した切欠に挿通される脚部と堰板の水路上流側端面に当接する頭部とを備える爪部材を有するもの、堰板の頂部に配設した突起が挿通される穴が形成された腕部材を有するもの、等が簡素な構造で好ましい。
本発明の好ましい態様においては、係止機構は発電機構とは別体であり、発電機構に着脱可能に固定される。
水車発電装置を設置する水路や堰板の状況に応じて、係止機構を最適化する必用がある。従って、係止機構は、発電機構とは別体とし、発電機構に着脱可能に固定するのが望ましい。
本発明の好ましい態様においては、係止機構は骨組構造物である。
係止機構を骨組構造物とすることにより、係止機構の水流に対する抵抗を極力低減させ、係止機構から堰板に印加される荷重を低減することができる。
本発明の好ましい態様においては、水車発電装置は、水車部の筒状ケーシングに対する、係止機構の堰板との係合部の上下方向相対位置を可変調節する調節機構を備える。
堰板よりも上流側の水面に対する発電機構の水流入口の高さ位置を最適化するために、水車部の筒状ケーシングに対する、係止機構の堰板との係合部の上下方向相対位置を可変調節する調節機構を設けることが望ましい。
本発明の好ましい態様においては、係止機構は水路の底壁に下端が当接する長さ調整可能な支持脚を備える。
水車発電装置の設置状況を安定化させるために、係止機構は水路の底壁に下端が当接する長さ調整可能な支持脚を備えることが望ましい
本発明の好ましい態様においては、水車部は水流入口から筒状ケーシングの径方向外方へ延びる末広がりの集水筒を備える。
集水筒を設けることにより、筒状ケーシングに流入する水の流量を増加させることができる。
本発明の好ましい態様においては、筒状ケーシングの下端部は末広がりの排水筒を形成している。
筒状ケーシングの下端部が末広がりの排水筒を形成することにより、水流出口の廃棄損失を軽減することができ、またサイホン効果の促進により筒状ケーシングに流入する水の流量を増加さることができる。
本発明の好ましい態様においては、筒状ケーシングの羽根車に対峙する部位が透明素材で形成されている。
筒状ケーシングの羽根車に対峙する部位を透明素材で形成することにより、羽根車の点検が容易になる。
本発明の好ましい態様においては、発電機部は筒状ケーシングの上方に位置決めされている。
発電機部を筒状ケーシングの上方に位置決めすることにより、発電機部の水流との接触を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施例に係る水車発電装置の一部を断面で示した側面図である。
【図２】本発明の実施例に係る水車発電装置の発電機構の外観斜視図である。
【図３】本発明の実施例に係る水車発電装置の発電機構の縦断面図である。
【図４】本発明の実施例に係る水車発電装置の係止機構の別態様の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の実施例に係る水車発電装置を説明する。
図１に示すように、水車発電装置Ａは、発電機構Ｂと、発電機構Ｂを支持体に係止させる係止機構Ｃとを備えている。
発電機構Ｂは、図１〜３に示すように、上下に延在し上部周壁に水流入口１１ａが形成され下端が水流出口１１ｂを形成する筒状ケーシング１１と、筒状ケーシング１１内に配設された羽根車群１２とを有する水車部１と、発電機部２とを有している。
筒状ケーシング１１には、水流入口１１ａから径方向外方へ延びる偏平な末広がり(流れ方向には狭まり)の集水筒１１ｃが固定されており、また筒状ケーシング１１の下端部は末広がりの排水筒１１ｄを形成している。
筒状ケーシング１１の羽根車群１２に対峙する部位１１ｅは透明素材によって形成されている。
羽根車群１２は、軸心を一致させて配設され軸心の延在方向に対する翼の捩れ方向が互いに逆方向の一組の羽根車１２ａ、１２ｂにより構成されている。上方の羽根車１２ａは上下に延在する筒状の外軸１２ｃの下端部に固定されており、下方の羽根車１２ｂは外軸１２ｃに挿通されて上下に延在する内軸１２ｄの下端に固定されている。外軸１２ｃは、筒状ケーシング１１内に配設されて上下に延在し腕部材１２ｅを介して筒状ケーシング１１に固定された支持筒１２ｆによって中心軸線回りに回転可能に且つ上下動不能に支持されており、内軸１２ｄは外軸１２ｃによって中心軸線回りに回転可能に且つ上下動不能に支持されている。
支持筒１２ｆは、筒状ケーシング１１の上端を塞ぐ頂板１１ｆを貫通して、上方へ延びている。外軸１２ｃは支持筒１２ｆの頂部を通って上方へ延びており、上端にプーリー１２ｇが固定されている。内軸１２ｄはプーリー１２ｇを貫通して上方へ延びており、上端にプーリー１２ｈが固定されている。
発電機部２は、上下に延在する筒状の外軸２１ａと、外軸２１ａに挿通されて上下に延在する内軸２１ｂと、外軸２１ａに固定された外側回転電機子２２ａと、内軸２１ｂに固定され外側回転電機子２２ａに対峙する内側回転電機子２２ｂと、外軸２１ａの下端に固定されたプーリー２３ａと、外軸２１ａの下端よりも下方へ延びた内軸２１ｂの下端に固定されたプーリー２３ｂと、上記部材を収容する筒状ケーシング２４とを有する内外二重回転電機子形同期発電機により構成されている。
発電機部２は水車部１の筒状ケーシング１１よりも上方に位置決めされている。
発電機部２のプーリー２３ａは無端ベルト３１ａを介して水車部のプーリー１２ｈに作動係合しており、発電機部２のプーリー２３ｂは無端ベルト３１ｂを介してに水車部のプーリー１２ｇに作動係合している。
【０００９】
係止機構Ｃは、図１に示すように、発電機構Ｂとは別体で形成され、ボルトとナットとを用いて筒状ケーシング１１の下部に着脱可能に固定された枠体４１と、上下に整列して枠体４１に形成された複数の取付穴と上下に整列して自身に形成された複数の取付穴と取付穴に挿通するボルトとボルトに螺着するナットとを用いて上下方向相対位置可変に枠体４１に固定された溝形断面部材４２と、上下に延在し枠体４１下端から下方へ突出する部分の長さ調整可能に枠体４１に取り付けられた支持脚４３とを有する骨組構造物４により構成されている。
係止機構Ｃは、水路１００に設けた堰板２００の頂部に溝形断面部材４２を上方から外嵌合させて、発電機構Ｂを堰板２００に係止させる。発電機構Ｂは水路１００を流れる水流に関して堰板２００よりも下流側に在り、支持脚４３の下端が堰板２００よりも下流側の水路１００底壁に当接する。
発電機構Ｂが堰板２００に係止した状態で、集水筒１１ｃの先端開口部１１ｃ’は水路１００を流れる水流に関して上流側へ差し向けられている。
【００１０】
水車発電装置Ａの作動を説明する。
図１に示すように、堰板２００の設置によって、堰板よりも上流側の水路の水位ｈ１と堰板よりも下流側の水路の水位ｈ２との間に落差が生ずる。
図１に白抜矢印で示すように、水路１００の堰板２００よりも上流域の水流が堰板２００を乗り越え、当該水流の一部あるいは全部が水車発電装置Ａの集水筒１１ｃに流入し、更に水流入口１１ａを通って筒状ケーシング１１に流入し、筒状ケーシング１１内を下降して羽根車１２ａ、１２ｂを互いに逆方向に回転駆動し、水流出口１１ｂを通って筒状ケーシング１１から流出し、水路１００の堰板２００よりも下流域を流下する。
軸心を一致させて配設され軸心の延在方向に対する翼の捩れ方向が互いに逆方向の一組の羽根車１２ａ、１２ｂが互いに逆方向に回転し、当該回転が外軸１２ｃ、内軸１２ｄを介してプーリー１２ｇ、１２ｈに伝達され、更に無端ベルト３１ｂ、３１ａと、プーリー２３ｂ、２３ａとを介して内軸２１ｂ、外軸２１ａに増速して伝達され、内側回転電機子２２ｂと外側回転電機子２２ａとが互いに逆方向に回転して、発電する。
【００１１】
水車発電装置Ａにおいては、発電中、二重回転電機子２２ａ、２２ｂに働く相反回転トルクは一致し、ひいては、内側回転電機子２２ｂと当該電機子に連結された内軸２１ｂ、外軸１２ｃ、羽根車１２ａが形成する内側回転系と、外側回転電機子２２ａと当該電機子に連結された外軸２１ａ、内軸１２ｄ、羽根車１２ｂが形成する外側回転系に働く相反回転トルクは一致し、相殺する。
水車発電装置Ａにおいては、発電中、内側回転電機子２２ｂと当該電機子に連結された内軸２１ｂ、外軸１２ｃ、羽根車１２ａが形成する内側回転系と、外側回転電機子２２ａと当該電機子に連結された外軸２１ａ、内軸１２ｄ、羽根車１２ｂが形成する外側回転系に働く相反回転トルクが一致し、相殺するので、筒状ケーシング１１には反作用としての回転トルクは発生しない。従って、係止機構Ｃは、筒状ケーシング１１を堰板２００に強固に固定する必用がなく、単に係止させれば良い。堰板２００の頂部に外嵌合する溝形断面部材４２は、筒状ケーシング１１を堰板２００に固定することなく係止させるのに好適である。筒状ケーシング１１を堰板２００に固定することなく単に係止させた水車発電装置Ａにおいては、係止機構Ｃの寸法増大や、保守点検時の堰板２００からの離脱困難性等の不具合を生じない。
水車発電装置Ａを設置する水路１００や堰板２００の状況、例えば水路を流れる水流の流速、堰板の厚み、等に応じて、係止機構Ｃを最適化する必用がある。従って、係止機構Ｃは、発電機構Ｂとは別体とし、発電機構Ｂに着脱可能に固定するのが望ましい。
係止機構Ｃを骨組構造物４とすることにより、係止機構Ｃの水流に対する抵抗を極力低減させ、係止機構Ｃから堰板２００に印加される荷重を低減することができる。
堰板２００よりも上流側の水面に対する発電機構Ｂの水流入口１１ａの高さ位置を最適化するために、水車部の筒状ケーシング１１に対する、係止機構Ｃの堰板２００との係合部、より具体的には堰板２００の頂部に外嵌合する溝形断面部材４２、の上下方向相対位置を可変調節する調節機構を設けることが望ましい。
水車発電装置Ａの設置状況を安定化させるために、係止機構Ｃは水路１００の底壁に下端が当接する長さ調整可能な支持脚４３を備えることが望ましい
末広がりの集水筒１１ｃを設けることにより、筒状ケーシング１１への流入水流量が増加する。
末広がりの排水筒１１ｄを設けて水流出口１１ｂでの流速を低減させることにより、水車部１の廃棄損失が低減すると共に、上流の羽根車近傍部で流速が増加し圧力が低下し、サイホン効果が促進されて筒状ケーシング１１への流入水流量が増加する。
筒状ケーシング１１の羽根車１２ａ、１２ｂに対峙する部位１１ｅを透明素材で形成することにより、羽根車１２ａ、１２ｂの点検が容易になる。
発電機部２を筒状ケーシング１１の上方に位置決めすることにより、発電機部２の水流や水中漂流物との接触を抑制することができる。
【００１２】
上記実施例においては、堰板２００の頂部に外嵌合する溝形断面部材４２を有する係止機構を採用したが、図４（ａ）に示すように堰板２００の頂部に形成した切欠２００ａに挿通される脚部５ａと堰板の水路上流側端面に当接する頭部５ｂとを備える爪部材５を有する係止機構や、図４（ｂ）に示すように堰板２００の頂部に配設した突起２００ｂが挿通される穴６ａが形成された腕部材６を有する係止機構を用いても、筒状ケーシング１１を堰板２００に固定することなく係止させることができる。
上述の係止機構とは構成の異なる係止機構を用いて、筒状ケーシング１１を堰板２００に固定することなく係止させても良い。
上記実施例においては、枠体４１を介して溝形断面部材４２や支持脚４３を水車部１に取り付けたが、溝形断面部材４２や支持脚４３を水車部１に直接取り付けても良い。
同期発電機に代えて誘導発電機を使用しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００１３】
本発明は、農業用水路、工業用水路、生活用水路、小河川等の小水路に設置する小出力の水車発電装置に広く利用可能である。
【符号の説明】
【００１４】
Ａ  水車発電装置
Ｂ  発電機構
Ｃ  係止機構
１  水車部
２  発電機部
４  骨組構造物
５  爪部材
６  腕部材
１２ａ、１２ｂ  羽根車
２２ａ  外側回転子
２２ｂ  内側回転子
４２  溝形断面部材
１００  水路
２００  堰板
【要約】
【課題】  水車部と発電機部とを有する発電機構と、発電機構を支持体に係止させる係止機構とを備える水車発電装置であって、係止機構の寸法増大や、保守点検時の堰板からの離脱困難性等の不具合を生じない水車発電装置を提供する。
【解決手段】  発電機構と、発電機構を支持体に係止させる係止機構とを備え、発電機構は、上下に延在し上部周壁に水流入口が形成され下端が水流出口を形成する筒状ケーシングと、筒状ケーシング内に配設された羽根車とを有する水車部と、発電機部とを有し、係止機構は支持体である水路に設けた堰板に水車部の筒状ケーシングを係止させる、水車発電装置であって、水車部は筒状ケーシング内に軸心を一致させて配設され軸心の延在方向に対する翼の捩れ方向が互いに逆方向の一組の羽根車を有し、発電機部は内外二重回転電機子形発電機を有し、前記一組の羽根車の一方は前記発電機の内外の回転電機子の一方に、前記一組の羽根車の他方は前記発電機部の内外の回転電機子の他方に、それぞれ連結されており、係止機構は、発電機構を支持体に固定することなく係止させる。
【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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