(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空円筒状をなし、その円筒面に、左右方向中心線に対して左右対称であって、中央部が回転方向の後方側に向いた折れ部を有する、平面視くの字形の凹溝（３）が形成された、水流（ｆ）を受けて軸周りに回転する回転体（１）と、
水流（ｆ）の上流側に向き、上流側ほど水流（ｆ）に直交する方向の幅が減少する先端部（４）と、前記回転体（１）を回転自在に収納する下面側に形成された収納凹部（５）と、前記収納凹部（５）の下流側に形成され、この収納凹部（５）近傍を流動した水を下流側に排出する排出孔（９）と、を有し、水面に浮いた状態を保ちつつ水流（ｆ）中の所定箇所に係留される本体部（２）と、
を備え、前記回転体（１）を前記本体部（２）に取り付けることにより、この本体部（２）の重みで、前記回転体（１）を所定深さまで水中に沈みこませるようにした水力発電装置。
【請求項２】
前記回転体（１）の下方に、この回転体（１）を異物から保護するガード部材（１０）を設けた請求項１に記載の水力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、河川等の水面の所定位置に係留した状態で発電を行う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、近年注目が高まっているものの一つに水力発電がある。水力発電は、日中しか発電できない太陽光発電や、天候によって発電量にばらつきが生じやすい風力発電と比較して、安定的に発電を行うことができるとともに、発電コストを相対的に安価に抑えることができるメリットがある。
【０００３】
この水力発電装置として、例えば特許文献１に示すように、発電機に接続された水車を流水中に設けた態様のものがある。この水車の回転軸は所定位置に固定されているため、水面の高さが変動すると水車の浸水深さが変化し、発電量にばらつきが生じやすい。
【０００４】
そこで、例えば特許文献２に示す構成においては、水車を回転自在に固定する浮体板を水面に浮かせた状態とし、水車が常に同じ深さだけ浸水した状態に保っている（本文献の図１（ｂ）参照）。この水車は、軸周りに羽根が形成されており、この羽根に水流とともに流れてくる流木等の異物が接触して破損が生じると、発電効率の低下が生じる恐れがある。このため、この水車の上流側に除塵スクリーンを設け、この除塵スクリーンで異物を除去し、水のみを水車に送り込むようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−４１３５０号公報
【特許文献２】特開２０１３−２４５６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２に係る構成においては、流水とともに流れてくる流木等の異物を、除塵スクリーンで除去する構成となっているが、異物によって除塵スクリーンに目詰まりが生じると、水流が阻害されて発電効率が低下する問題がある。また、目詰まりが生じていない状況においても、除塵スクリーン自体によって水流が多少妨げられるため、発電効率の多少の低下は避けられない。
【０００７】
そこで、この発明は、水力発電装置において、安定した高い発電効率を確保することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、この発明は、中空円筒状をなし、その円筒面に、左右方向中心線に対して左右対称であって、中央部が回転方向の後方側に向いた折れ部を有する、平面視くの字形の凹溝が形成された、水流を受けて軸周りに回転する回転体と、水流の上流側に向き、上流側ほど水流に直交する方向の幅が減少する先端部と、前記回転体を回転自在に収納する下面側に形成された収納凹部と、前記収納凹部の下流側に形成され、この収納凹部近傍を流動した水を下流側に排出する排出孔と、を有し、水面に浮いた状態を保ちつつ水流中の所定箇所に係留される本体部と、を備えた水力発電装置を構成した。
【０００９】
このように、回転体を中空円筒状とし、その円筒面に形成した凹溝に水流を受けてこの回転体を軸周りに回転させるようにすることにより、仮にこの円筒面に異物が接触しても、この円筒面から突出した羽根がないため破損は生じにくい。このため、この異物を除去するための部材を回転体の上流側に設ける必要がなく、この回転体に到達する水流が妨げられない。しかも、凹溝の形状をくの字形としたことにより、水が回転体の軸方向両側に分離してスムーズに流動し、回転体を回転させる水流を蛇行させることなく下流側に送ることができる。さらに、この下流側に送られた水は、排出孔からそのまま排出され、途中で行き場を失うことにはならない。このため、回転体及び本体部近傍における水流の乱れが生じて本体部が不用意に左右に揺動するのを防ぐことができる。このため、安定した発電効率を確保することができる。
【００１０】
前記構成においては、前記回転体の下方に、この回転体を異物から保護するガード部材を設けた構成とするのが好ましい。
【００１１】
上述したように、円筒状の回転体は、基本的に異物の衝突に対する耐破損性に優れているが、さらに、ガード部材を設けて回転体を保護することにより、その耐久性をさらに向上することができる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明に係る構成においては、水流を受けて回転する回転体を中空円筒状とし、この回転体を、本体部の下面側に形成した収納凹部に収納し、この収納凹部近傍を流動する水を、本体部に形成した排出孔から排出する構成を採用した。このように水力発電装置を構成することにより、流水とともに異物が流動してきたとしても、この回転体が破損することなく回転状態を保つことができる。このため、安定した高い発電状態を確保することができる。しかも、短時間で設置できるとともに、必要な場所に簡単に移動ができるため、非常に利便性が高い。また、回転体を円筒状としたことにより、この回転体に異物が絡み付きにくいため、清掃等のメンテナンスを非常に簡便に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本願発明に係る水力発電装置の部分縦断面図
【図２】図１に示す水力発電装置の一部を切り欠いた底面図
【図３】図１の要部縦断面図
【図４】図３中のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図
【図５】図４中のＶ−Ｖ線に沿う断面図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本願発明に係る水力発電装置の実施形態を図１から図５に示す。この水力発電装置は、水流ｆを受けて回転軸周りに回転する中空円筒状の回転体１と、船形に形成された本体部２とを主な構成要素としている。回転体１は中空なので、単独ではその全体が水面上にほぼ浮いた状態となり、水流ｆを効果的に受けることができないが、この回転体１を本体部２に取り付けることにより、この本体部２の重みで、回転体１を所定深さまで水中に沈み込ませることができる。このように、回転体１を所定深さまで沈み込ませることにより、この回転体１で水流ｆを効果的に受けることができ、高い発電効率を得ることができる。
【００１５】
回転体１の円筒面には、回転方向に向いた折れ部を有する、くの字形の凹溝３が形成されている。この凹溝３の断面は、図３等に示すように、水流ｆの上流側３ａよりも下流側３ｂの方で円筒面に対する傾斜角が大きくなっている。断面形状をこのようにすることにより、水流ｆをスムーズに凹溝３内に導くとともに、この凹溝３（下流側３ｂ）で水流ｆを効率的に受けて、回転体１を回転させることができる。
【００１６】
本体部２には、水流ｆの上流側に向き、上流側ほど水流に直交する方向の幅が減少する先端部４が形成されている。この先端部４は、船でいうと船首に相当し、このように先端部４を形成することにより、本体部２が上流側を向いた状態を安定的に保つことができる。本体部２の下面側には、回転体１を回転自在に収納する収納凹部５が形成されている。回転体１の回転軸６を保持する軸受７は十字形に形成され、この十字形のいずれの位置でも回転軸６を保持できるようになっている。この軸受７内での回転軸６の保持位置を変えることにより、本体部２下面からの回転体１の下向きの突出量、及び前後方向位置を調節することができる。例えば、図３に示すように、回転軸６を前後方向及び上下方向に移動させる移動機構８をこの回転軸６に設けることにより、この回転軸６の軸受７内における保持位置を安定させることができる。
【００１７】
収納凹部５の下流側には、この収納凹部５近傍を流動した水を下流側に排出する排出孔９が形成されている。この排出孔９を形成することにより、収納凹部５近傍を流動した水が行き場を失って水流ｆの乱れが生じて本体部２が不用意に左右に揺動するのを防ぐことができる。このため、安定した発電効率が確保される。この収納凹部５は、上流側で回転体１の円筒面に接近する一方で、下流側で円筒面から離れて、排出孔９に連続的に至る形状となっている。このように収納凹部５を形成することにより、回転体１の回転に利用された水をスムーズに排出孔９に導くことができる。
【００１８】
収納凹部５の下部には、回転体１を跨ぐように、前方から後方に亘って複数本のガード部材１０が設けられている。このガード部材１０は、鋼材や強化樹脂等のように所定の強度を備えた素材からなる棒状の部材である。このガード部材１０を設けることにより、流水とともに流れてくる流木等の異物が回転体１に直接接触するのを防止し、この回転体１の耐久性の向上を図ることができる。
【００１９】
本体部２の素材として、例えば、中空構造とした繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）やポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等が用いられる。このように中空構造とすると、この本体部２内に発電機や制御装置等の電気機器（図示せず）を水に濡れないように収納することができる。また、本体部２の周囲に、ゴム等の素材からなる保護部材１１を設けておくことにより、異物が本体部２に接触した際に、この本体部２が破損するのを防止することができる。
【００２０】
さらに、この本体部２の表面に、雪を融かすための電熱線等の加熱部材（図示せず）を設けたり、積もった雪を水流ｆの振動によって滑落させるための滑面処理を施したりするのが好ましい。このようにすれば、この水力発電装置を積雪地帯で使用した際に、積雪によって水力発電装置の全体が水没したり、傾いたりして、発電効率が低下するのを防止することができる。図１に示すように、本体部２の上面を上向きに膨らみをもたせて構成することにより、積雪の滑落効果を一層高めることができる。
【００２１】
この本体部２には、着脱自在に錘１２を設けることができるようになっている。この錘１２の重さ、取り付け位置を適宜変えることによって、この水力発電装置を設置する場所の水量及び流速に対応して、本体部２の姿勢を最適な状態に保つことができる。
【００２２】
また、この本体部２の隅（例えば、前後の左右側）には、係留ロープ１３を取り付けることができるように、係留治具１４が設けられている。この係留治具１４に係留ロープ１３の一端を結び付けるとともに、水力発電装置を設置する周囲の地面や樹木等にこの係留ロープ１３の他端を結び付けることにより、水力発電装置が水流ｆに流されることなく、所定の位置に係留された状態とすることができる。また、本体部２の先端部４に、この本体部２の上面側から下面側に至る貫通孔１５を形成し、河川等の底に起立して固定した係留棒１６をこの貫通孔１５に挿し込む構成とすることもできる。この係留棒１６の長さは、河川等の想定最大水位よりも若干長めとしておく。このようにすれば、河川等の水位変動に伴って本体部２が自在に上下動して、この水位に関わらず回転体１を安定的に回転させることができる。
【００２３】
回転体１の回転軸６には、図４に示すように、この回転軸６の回転を増速する増速装置１７と発電機１８、及び電力変換や機器制御を行うための制御装置１９が設けられている。これらによって、水力発電を効率的に行うことができる。なお、本図に示す増速装置１７等の配置は適宜変更することもできる。
【００２４】
この水力発電装置の大きさは、河川等の大きさに対応して適宜変更することができる。例えば、道路脇の幅が１〜２ｍ程度の用水路に設置する場合は、水力発電装置の全幅を数１０ｃｍ程度に、川幅が数１０ｍの河川に設置する場合は、その全幅を数ｍ程度とするのが効率的で好ましい。
【００２５】
上記の実施形態はあくまでも一例であって、水力発電装置において安定した高い発電効率を確保する、という本願発明の課題を解決し得る限りにおいて、回転体１や本体部２の形状や配置等を適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００２６】
１  回転体
２  本体部
３  凹溝
４  先端部
５  収納凹部
６  回転軸
７  軸受
８  移動機構
９  排出孔
１０  ガード部材
１１  保護部材
１２  錘
１３  係留ロープ
１４  係留治具
１５  貫通孔
１６  係留棒
１７  増速装置
１８  発電機
１９  制御装置
ｆ  水流
【図１】
0005860094.tif 000002
【図２】
0005860094.tif 000003
【図３】
0005860094.tif 000004
【図４】
0005860094.tif 000005
【図５】
0005860094.tif 000006