(57)【要約】【課題】繊維性異物の通過性を高めてメンテンナンスのコストを低減させることができる小型水力発電装置を提供する。【解決手段】小型水力発電装置において、ランナ２２を構成する環状体２２ｂの内周面に固設された複数の羽根２２ａは、上流側端縁２２ａｕおよび下流側端縁２２ａｄとそれら上流側端縁２２ａｕおよび下流側端縁２２ａｄの内周端を結ぶ内周側端縁２２ａｉとから扇形形状となるようにそれぞれ形成されており、羽根２２の上流側端縁２２ａｕと内周側端縁２２ａｉとの間の角（かど）２２ａｋは、円弧形状或いは鈍角形状に形成されている。このことから、繊維性異物がランナ２２の環状体２２ｂの内周面に固設された複数の羽根２２ａにからみ付くことが抑制されるので、発電効率の低下が殆どなく、繊維性異物の通過性が大幅に改善されてメンテナンスのコストが低減される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の中心軸線まわりに回転可能に支持されて導水が通過させられる筒状回転体と、前記筒状回転体と作動的に連結された発電機と、前記筒状回転体の内周面に一体的に配置された複数の羽根を有するランナとを備える小型水力発電装置であって、
前記複数の羽根は、上流側端縁および下流側端縁と前記上流側端縁および下流側端縁の内周端を結ぶ内周側端縁とから扇形形状となるようにそれぞれ形成されており、
前記ランナの複数の羽根の上流側端縁と内周側端縁との間の角は、円弧形状或いは鈍角形状に形成されている
ことを特徴とする小型水力発電装置。
【請求項２】
前記筒状回転体の上流側には、前記筒状回転体に前記導水を導く上流側導水管が前記筒状回転体に隣接して固設されており、
前記上流側導水管内には、前記導水を前記所定の中心軸線まわりに旋回させる複数の羽根を有するガイドベーンが固定されており、
前記ガイドベーンの複数の羽根は、上流側端縁および下流側端縁と前記上流側端縁および下流側端縁の内周端を結ぶ内周側端縁とから扇形形状となるようにそれぞれ形成されており、
前記ガイドベーンの複数の羽根の上流側端縁と内周側端縁との間の角は、円弧形状或いは鈍角形状に形成されている
ことを特徴とする請求項１の小型水力発電装置。
【請求項３】
前記筒状回転体の下流側には、前記筒状回転体から流出した導水を導く下流側導水管が前記筒状回転体に隣接して固設されており、
前記筒状回転体は、前記上流側導水管および前記下流側導水管との間で相対回転可能にシールされている
ことを特徴とする請求項２の小型水力発電装置。
【請求項４】
前記発電機は、前記所定の中心軸線に平行な回転軸線まわりに回転する回転軸と前記回転軸に固定された小径プーリとを有するものであり、
前記筒状回転体の外周には、前記所定の中心軸線まわりに回転する大径プーリが固定されており、
前記小径プーリおよび前記大径プーリには、伝動ベルトが巻掛けられている
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１の小型水力発電装置。
【請求項５】
前記ランナの複数の羽根の上流側端縁と内周側端縁との間の円弧形状角の曲率半径をＲとし、前記ランナの内径をＤ１としたとき、前記ランナの内径をＤ１に対する前記円弧形状角の曲率半径Ｒの比Ｒ／Ｄ１は、０．１５〜０．７５の範囲である
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１の小型水力発電装置。
【請求項６】
前記ランナの複数の羽根の上流側端縁と内周側端縁との間の鈍角形状の角度は、１１０°から１３０°である
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１の小型水力発電装置。
【請求項７】
前記ランナの内径をＤ１とし、前記ランナの複数の羽根の内接円の径をＤ２としたとき、前記ランナの内径Ｄ１に対する前記ランナの複数の羽根の内接円の径Ｄ２の比Ｄ２／Ｄ１は、０よりも大きく０．６よりも小さい値である
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１の小型水力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電機を回転駆動するためのランナの上流側にガイドベーンを有する形式の小型水力発電装置に関し、特にランナおよびガイドベーンの耐異物性能を向上させる技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
小型水力発電装置によれば、化石燃料や原子力を用いず、再生可能エネルギを用いて分散型の独立電源を構成できるので、地球温暖化防止や放射能汚染防止を実現できる。また、地理的特徴を生かした地域エネルギ源すなわち自立した地産エネルギ源として利用できるので、災害時のエネルギ源として機能できる利点がある。
【０００３】
これに対して、所定の間隔を隔てて同心に位置固定に配置された一対の上流側導水管および下流側導水管と、それら一対の上流側導水管および下流側導水管の間にそれらの中心軸線まわりに回転可能に支持された筒状回転体と、その筒状回転体と作動的に連結された発電機と、前記筒状回転体の内周面に配置された複数の羽根から構成されたランナと、前記上流側導水管内に固設されて前記上流側導水管を通過する水流に前記中心軸線まわりの旋回運動を与えるガイドベーンとを備える小型水力発電装置が、提案されている。たとえば、特許文献１に記載の小型水力発電装置がそれである。
【０００４】
また、上記特許文献１に提案された小型水力発電装置の筒状回転体内に固定されるランナは、前記筒状回転体内に固定される環状体と、前記環状体の内周面に固設された複数の羽根とから構成され、環状体の内径Ｄ１と前記複数の羽根の内接円Ｄ２との比すなわち中空率（＝Ｄ２／Ｄ１）を所定値以下として、導水に混入する異物の通過性を高めて、メンテナンスのコストを抑制することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５６９６２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、実際には、生体の毛髪や衣服から出る繊維性異物が導水に比較的多く混入していて、その繊維性異物が前記ランナを構成する羽根に一端絡みつくとその羽根から離れ難く、羽根に絡みついた繊維性異物が蓄積されることから、上記提案の小型水力発電装置の運用に際しての発電効率を低下させたり、メンテナンスのコストを増大させたりするので、実用化に際しての大きなネックとなっているという問題が生じていた。
【０００７】
本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、繊維性異物の通過性を高めてメンテナンスのコストを低減させることができる小型水力発電装置を提供することにある。
【０００８】
本発明者は、以上の事情を背景とし、前記ランナを構成する環状体の内周面に固設された複数の羽根の形状について種々検討を重ねるうち、前記羽根の上流側端縁と内周側端縁との間の角の形状が、繊維性異物の通過性に関する影響が大きいことを知見し、その角の形状を円弧形状或いは鈍角形状とすると、発電効率の低下が殆どなく、前記繊維性異物の通過性が大幅に改善されるという事実を見いだした。本発明は、このような知見に基づいて為されたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、第１発明の要旨とするところは、（ａ）所定の中心軸線まわりに回転可能に支持されて導水が通過させられる筒状回転体と、前記筒状回転体と作動的に連結された発電機と、前記筒状回転体の内周面に一体的に配置された複数の羽根を有するランナとを備える小型水力発電装置であって、（ｂ）前記複数の羽根は、上流側端縁および下流側端縁と前記上流側端縁および下流側端縁の内周端を結ぶ内周側端縁とから扇形形状となるようにそれぞれ形成されており、（ｃ）前記ランナの複数の羽根の上流側端縁と内周側端縁との間の角（かど）は、円弧形状或いは鈍角形状に形成されていることにある。
【００１０】
第２発明の要旨とするところは、第１発明において、（ｄ）前記筒状回転体の上流側には、前記筒状回転体に前記導水を導く上流側導水管が前記筒状回転体に隣接して固設されており、（ｅ）前記上流側導水管内には、前記導水を前記所定の中心軸線まわりに旋回させる複数の羽根を有するガイドベーンが固定されており、（ｆ）前記ガイドベーンの複数の羽根は、上流側端縁および下流側端縁と前記上流側端縁および下流側端縁の内周端を結ぶ内周側端縁とから扇形形状となるようにそれぞれ形成されており、（ｇ）前記ガイドベーンの複数の羽根の上流側端縁と内周側端縁との間の角（かど）は、円弧形状或いは鈍角形状に形成されていることにある。
【００１１】
第３発明の要旨とするところは、第２発明において、（ｈ）前記筒状回転体の下流側には、前記筒状回転体から流出した導水を導く下流側導水管が前記筒状回転体に隣接して固設されており、（ｉ）前記筒状回転体は、前記上流側導水管および下流側導水管との間で相対回転可能にシールされていることにある。
【００１２】
第４発明の要旨とするところは。第１発明から第３発明のいずれか１の発明において、（ｊ）前記発電機は、前記所定の中心軸線に平行な回転軸線まわりに回転する回転軸と前記回転軸に固定された小径プーリとを有するものであり、（ｋ）前記筒状回転体の外周には、前記所定の中心軸線まわりに回転する大径プーリが固定されており、（ｌ）前記小径プーリおよび前記大径プーリには、伝動ベルトが巻掛けられていることにある。
【００１３】
第５発明の要旨とするところは、第１発明から第４発明のいずれか１の発明において、（ｍ）前記ランナの複数の羽根の上流側端縁と内周側端縁との間の円弧形状角の曲率半径をＲとし、前記ランナの内径をＤ１としたとき、前記ランナの内径をＤ１に対する前記円弧形状角の曲率半径Ｒの比Ｒ／Ｄ１は、０．１５〜０．７５の範囲であることにある。
【００１４】
第６発明の要旨とするところは、第１発明から第４発明のいずれか１の発明において、（ｎ）前記ランナの複数の羽根の上流側端縁と内周側端縁との間の鈍角形状の角度は、１１０°から１３０°であることにある。
【００１５】
第７発明の要旨とするところは、第１発明から第６発明のいずれか１の発明において、前記ランナの内径をＤ１とし、前記ランナの複数の羽根の内接円の径をＤ２としたとき、前記ランナの内径Ｄ１に対する前記ランナの複数の羽根の内接円の径Ｄ２の比Ｄ２／Ｄ１は、０よりも大きく０．６よりも小さい値であることにある。
【発明の効果】
【００１６】
第１発明の小型水力発電装置によれば、前記ランナを構成する環状体の内周面に固設された複数の羽根は、上流側端縁および下流側端縁と前記上流側端縁および下流側端縁の内周端を結ぶ内周側端縁とから扇形形状となるようにそれぞれ形成されており、前記羽根の上流側端縁と内周側端縁との間の角（かど）は、円弧形状或いは鈍角形状に形成されていることから、繊維性異物が前記ランナの環状体の内周面に固設された複数の羽根にからみ付くことが抑制されるので、発電効率の低下が殆どなく、前記繊維性異物の通過性が大幅に改善されてメンテナンスのコストが低減される。
【００１７】
第２発明の小型水力発電装置によれば、前記筒状回転体の上流側には、前記筒状回転体に隣接して固設されており、前記上流側導水管内には、前記導水を前記所定の中心軸線まわりに旋回させる複数の羽根を有するガイドベーンが固定されており、前記ガイドベーンの複数の羽根は、上流側端縁および下流側端縁と前記上流側端縁および下流側端縁の内周端を結ぶ内周側端縁とから扇形形状となるようにそれぞれ形成されており、前記羽根の上流側端縁と内周側端縁との間の角（かど）は、円弧形状或いは鈍角形状に形成されていることから、繊維性異物が前記ガイドベーンの環状体の内周面に固設された複数の羽根にからみ付くことが抑制されるので、導水に与えられる旋回運動の低下が殆どなく、前記繊維性異物の通過性が大幅に改善される。
【００１８】
第３発明の小型水力発電装置によれば、前記筒状回転体の下流側には、前記筒状回転体から流出した導水を導く下流側導水管が前記筒状回転体に隣接して固設されており、前記筒状回転体は、前記上流側導水管および下流側導水管との間で相対回転可能にシールされていることから、導水の漏れが抑制されるので、一層発電効率が高められる。
【００１９】
第４発明の小型水力発電装置によれば、前記発電機は、前記所定の中心軸線に平行な回転軸線まわりに回転する回転軸と前記回転軸に固定された小径プーリとを有するものであり、前記筒状回転体の外周には、前記所定の中心軸線まわりに回転する大径プーリが固定されており、前記小径プーリおよび前記大径プーリには、伝動ベルトが巻掛けられていることにあるので、簡易な構造で発電することができる。
【００２０】
第５発明の小型水力発電装置によれば、前記ランナの複数の羽根の上流側端縁と内周側端縁との間の円弧形状角の曲率半径をＲとし、前記ランナの内径をＤ１としたとき、前記ランナの内径をＤ１に対する前記円弧形状角の曲率半径Ｒの比Ｒ／Ｄ１は、０．１５〜０．７５の範囲であることにある。これにより、繊維性異物が前記ランナの環状体の内周面に固設された複数の羽根にからみ付くことが抑制されるので、発電効率の低下が殆どなく、前記繊維性異物の通過性が大幅に改善されてメンテナンスのコストが低減される。
【００２１】
第６発明の小型水力発電装置によれば、前記ランナの複数の羽根の上流側端縁と内周側端縁との間の鈍角形状の角度は、１１０°から１３０°であることにある。これにより、繊維性異物が前記ランナの環状体の内周面に固設された複数の羽根にからみ付くことが抑制されるので、発電効率の低下が殆どなく、前記繊維性異物の通過性が大幅に改善されてメンテナンスのコストが低減される。
【００２２】
第７発明の小型水力発電装置によれば、前記ランナの内径Ｄ１に対する前記ランナの複数の羽根の内接円の径Ｄ２の比Ｄ２／Ｄ１は、０よりも大きく０．６よりも小さい値である。これにより、前記繊維性異物だけでなく他の異物の通過性が大幅に改善される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施例の小型水力発電装置の構成を説明する断面図である。
【図２】図１のランナの構成を説明する正面図である。
【図３】図１のランナの構成を説明する斜視図である。
【図４】図１のランナを説明する二次元展開図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ視断面図であって、図４のランナの羽根の上流側端縁内周側端縁との間の角（かど）が円弧状に形成されている場合の羽根の形状を示す図である。
【図６】図４のＶ−Ｖ視断面図であって、図４のランナの羽根の上流側端縁内周側端縁との間の角（かど）が鈍角形状に形成されている場合の羽根を示す図である。
【図７】図１のガイドベーンの構成を説明する斜視図である。
【図８】図７のガイドベーンの羽根の上流側端縁内周側端縁との間の角（かど）が鈍角形状に形成されている場合の羽根を示す図であって、図６に相当する図である。
【図９】図７のガイドベーンの羽根の上流側端縁内周側端縁との間の角（かど）が円弧状に形成されている場合の羽根を示す図であって、図５に相当する図である。
【図１０】ランナの羽根に対する丸み（Ｒ形状）の付与に関する効果を確認する実験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の一実施例の小型水力発電装置を、図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例】
【００２５】
図１は、本発明の一実施例の小型水力発電装置１０の構成を説明する断面図である。図１において、小型水力発電装置１０は、水平或いは種々の傾斜角度に設定され得る所定の中心軸線Ｃ１上に所定の間隔ｄを隔てて同心に且つ基台１２上に位置固定に配置された同径の一対の上流側導水管１４および下流側導水管１６と、それら一対の上流側導水管１４および下流側導水管１６の間にそれらの中心軸線Ｃ１まわりに回転可能に基台１２上に支持された筒状回転体１８と、筒状回転体１８と作動的に連結された発電機２０と、筒状回転体１８の下流側端部の内周面に配置された複数（本実施例では４枚）の羽根２２ａを有するランナ２２と、上流側導水管１４内に固設されて上流側導水管１４を通過する水流に中心軸線Ｃ１を中心とした左まわりの旋回運動を与える複数の羽根２４ａを有するガイドベーン２４とを、備えている。図１の白抜きの太い矢印は導水の方向を示している。
【００２６】
筒状回転体１８は、一対の上流側導水管１４および下流側導水管１６よりも大径であって、基台１２上に配置された円環状枠体３０により、一対のベアリング３２を介して回転可能に支持されている。一対のベアリング３２の両側には、円環状枠体３０の内周面と筒状回転体１８の外周面との間を相対回転可能に封止するシール３４がそれぞれ配設されおり、一対のベアリング３２が水から保護されている。また、筒状回転体１８の両端開口部の内周面と一対の上流側導水管１４および下流側導水管１６の外周面との間を相対的に回転可能に封止するシール３６が配設されており、筒状回転体１８の両端開口部と一対の上流側導水管１４および下流側導水管１６の端部との間の水漏れが抑制されている。
【００２７】
図２は、筒状回転体１８の下流側端部の内周面に配置された複数の羽根２２ａを有するランナ２２の正面図であり、図３は斜視図である。ランナ２２は、筒状回転体１８の下流側端部の内周面に嵌め着けられ且つ押しボルト３８により固定され、たとえば８０ｍｍ程度の内径Ｄ１を有する短円筒状の環状体２２ｂと、環状体２２ｂの内周面から内側へ突設された複数の羽根２２ａとを備えている。ランナ２２は、上流側導水管１４から供給された左まわりに旋回する水流を受けて、中心軸線Ｃ１を中心とした左まわりに回転駆動される。羽根２２ａは、図４の二次元展開図および後述のリードに平行な面に示す図５の平面図に示すように、たとえば７０度程度のリード角α１のリードが与えられた板状翼であって、上流側端縁２２ａｕおよび下流側端縁２２ａｄとそれらの内周端すなわち内周側の先端を結ぶ内周側端縁２２ａｉとにより囲まれた扇形形状を有している。上流側端縁２２ａｕおよび下流側端縁２２ａｄは、中心軸線Ｃ１に直交する面内に位置している。上記環状体２２ｂの幅寸法Ｂはたとえば２３ｍｍ程度であり、羽根２２ａの厚みｔは、たとえば５ｍｍである。
【００２８】
そして、羽根２２ａの上流側端縁２２ａｕと内周側端縁２２ａｉとの間の角（かど）２２ａｋは、繊維性異物の絡みつきに対する耐性を高めるために円弧形状すなわちＲ形状や鈍角形状とされている。これにより、繊維性異物の絡みつきが抑制されている。
【００２９】
図３および図５は、羽根２２ａの上流側端縁２２ａｕと内周側端縁２２ａｉとの間の角２２ａｋが円弧形状すなわちＲ形状とされた場合を示している。これにより、繊維性異物の引っ掛かりが解消されてその絡みつきが抑制されている。この場合、角２２ａｋの円弧形状の曲率半径Ｒは、好適には、ランナ２２の短円筒状の環状体２２ｂの内径をＤ１に対する角（かど）２２ａｋの円弧形状の曲率半径Ｒの比Ｒ／Ｄ１が、０．１５〜０．７５の範囲内となるように設定されている。
【００３０】
図６は、羽根２２ａの上流側端縁２２ａｕと内周側端縁２２ａｉとの間の角（かど）２２ａｋの角度θｃが鈍角形状とされた場合を示している。この鈍角形状は、たとえば、上流側端縁２２ａｕの中心軸線Ｃ１に直交する面に対して１０°から３０°のテーパ角度θｋを成す切欠き線で切り欠くことにより形成される。これにより、繊維性異物の引っ掛かりが解消されてその絡みつきが抑制されている。この場合、角２２ａｋの鈍角形状の角度θｃは、好適には、１１０°から１３０°の範囲に設定される。
【００３１】
そして、図２に示すように、ランナ２２には、繊維性異物のみならず他の種類の異物の通過性を高めるために、必要に応じて羽根２４の内接円ＩＣが形成されている。環状体２２ｂの内径Ｄ１に対する羽根２４の内接円ＩＣの径Ｄ２の比Ｄ２／Ｄ１（＝中空率）は、好適には、０．１以上且つ０．５以下に設定され、さらに好適には０．３以下に設定される。上記Ｄ１はたとえば１０００ｍｍであり、上記Ｄ２はたとえば０〜８０ｍｍである。
【００３２】
図７は、上流側導水管１４内に固設されて上流側導水管１４を通過する水流に中心軸線Ｃ１まわりの旋回運動を与えて発電効率を高める複数の羽根２４ａを有するガイドベーン２４を説明する斜視図である。ガイドベーン２４は、上流側導水管１４下流側端部の内周面に嵌め着けられた状態でたとえば接着或いは圧入により固定され、たとえば８０ｍｍ程度の内径Ｄ１を有する短円筒状の環状体２４ｂと、環状体２４ｂの内周面から内側へ突設された複数（本実施例では８枚）の羽根２４ａとを備えている。羽根２４ａは、図５の平面図に示す羽根２２と同様に、たとえば７０度程度のリード角α１のリードが与えられた板状翼であって、図８に示すように上流側端縁２４ａｕおよび下流側端縁２４ａｄとそれらの内周端すなわち内周側の先端を結ぶ内周側端縁２４ｉとにより囲まれた扇形形状を有している。
【００３３】
そして、羽根２４ａの上流側端縁２４ａｕと内周側端縁２４ｉとの間の角（かど）２４ａｋは、羽根２２ａと同様に、繊維性異物の絡みつきに対する耐性を高めるために円弧形状すなわちＲ形状や鈍角形状とされている。これにより、繊維性異物の絡みつきが抑制されている。
【００３４】
図８は、羽根２４ａの上流側端縁２４ａｕと内周側端縁２４ｉとの間の角（かど）２４ａｋの角度θｃが鈍角形状とされた場合を示している。この鈍角形状は、たとえば、上流側端縁２４ａｕの中心軸線Ｃ１に直交する面に対して１０°から３０°のテーパ角度θｋを成す切欠き線で切り欠くことにより形成される。これにより、繊維性異物の引っ掛かりが解消されてその絡みつきが抑制されている。この場合、角２４ａｋを鈍角形状の角度θｃは、好適には、１１０°から１３０°の範囲に設定される。
【００３５】
図９は、羽根２４ａの上流側端縁２４ａｕと内周側端縁２４ｉとの間の角（かど）２２ａｋがＲ形状とされた場合を示している。この場合、角２４ａｋの円弧形状の曲率半径Ｒは、好適には、ガイドベーン２４の短円筒状の環状体２４ｂの内径をＤ１に対する角２４ａｋの円弧形状の曲率半径Ｒの比Ｒ／Ｄ１が、０．１５〜０．７５の範囲内となるように設定されている。
【００３６】
そして、図２の羽根２２ａと同様に、ガイドベーン２４にも、繊維性異物のみならず他の種類の異物の通過性を高めるために、必要に応じて、羽根２４の内接円ＩＣが形成されている。環状体２４ｂの内径Ｄ１に対する羽根２４の内接円ＩＣの径Ｄ２の比Ｄ２／Ｄ１（＝中空率）は、好適には、０．１以上且つ０．５以下に設定され、さらに好適には０．３以下に設定される。上記Ｄ１はたとえば１０００ｍｍであり、上記Ｄ２はたとえば０〜８０ｍｍである。
【００３７】
図１に戻って、筒状回転体１８と作動的に連結された発電機２０は、図示しないフレームを介して基台１２に固定されている。発電機２０は、所定の中心軸線Ｃ１に平行な回転軸線Ｃ２まわりに回転する回転軸４０とその回転軸４０に固定された小径プーリ４２とを備えている。また、筒状回転体１８の外周には、中心軸線Ｃ１まわりに筒状回転体１８と共に回転する大径プーリ４４がボルトにより固定されており、小径プーリ４２および大径プーリ４４には、伝動ベルト４８が巻掛けられている。これにより、発電機２０は、筒状回転体１８と作動的に連結され、筒状回転体１８によって回転駆動されるようになっている。
【００３８】
（実験例）
本発明者は、従来（上流側端縁と内周側端縁との間の角が鋭角（＝９０°））である４枚羽根のランナ１、および図３に示されるような上流側端縁と内周側端縁との間の角（かど）が円弧状に形成された４枚羽根のランナ２という２種類のランナと、従来の８枚羽根のガイドベーン１、図７に示されるような３０°のテーパ角を羽根の上流側に有する８枚羽根のガイドベーン２、および、３０°のテーパ角を羽根の上流側に有する４枚羽根のガイドベーン３という３種類のガイドベーンとを用意し、表１に示すようにそれらを組み合わせて図１に示す発電装置に装着し、以下に示す実験条件下で繊維性異物に対する実験を行った。上記ランナ１およびランナ２は、中空率が０であっても０．２５であっても発電効率にそれほどの差がないので、中空率が０．２５のもの用いている。
（表１）
ケース１        ケース２        ケース３        ケース４        
ランナ１        ランナ１        ランナ１        ランナ２        
ガイドベーン１  ガイドベーン２  ガイドベーン３  ガイドベーン３  
（実験条件）
流量：０．０１ｍ３／ｓｅｃ
異物：ポリエステル繊維から作成した２０ｍｍ径の繊維球（質量０．２ｇ）を３分間に１個の割合で順次投入
（実験結果）
図１０は、ガイドベーン３を用いた点で共通するが、ランナ１を用いたケース３とランナ２を用いたケース４の発電効率ηを示す。ケース４のηはケース３の場合よりも低下割合が小さい。ケース４で用いた丸みを有するランナ２は、高い繊維性異物の透過性を有するものと考えられる。なお、図１０の縦軸は、最大効率ηｍａｘに対する比η／ηｍａｘで示されている。実験終了後のランナ１およびランナ２を観察すると、ランナ１では、繊維性異物が羽根の先端に絡みついていて、その量は０．０６ｇであった。しかし、ランナ２では，繊維性異物の付着はみられなかった。ランナ２での羽根に対する丸み付けは、繊維性異物の通過に対してきわめて有効であった。上記ランナ２には、角２２ａｋの円弧形状の曲率半径Ｒが、ランナ２２の短円筒状の環状体２２ｂの内径をＤ１に対する角（かど）２２ａｋの円弧形状の曲率半径Ｒの比Ｒ／Ｄ１が、０．１５〜０．７５の範囲内となるように設定されているものや、角２２ａｋの鈍角形状の角度θｃが、１１０°から１３０°の範囲に設定されているものなどの複数種類のものが含まれ、また、上記ガイドベーン３には、角２４ａｋの鈍角形状の角度θｃが、１１０°から１３０°の範囲に設定されているものや、角２４ａｋの円弧形状の曲率半径Ｒが、ランナ２４の短円筒状の環状体２４ｂの内径をＤ１に対する角２４ａｋの円弧形状の曲率半径Ｒの比Ｒ／Ｄ１が、０．１５〜０．７５の範囲内となるように設定されている複数種類のものが含まれており、少なくともそれらの数値範囲のものは、発電効率をそれほど低下させることなく繊維性異物の通過に対してきわめて有効であることが、本発明者により確認されている。
【００３９】
上述のように、本実施例の小型水力発電装置１０によれば、ランナ２２を構成する環状体２２ｂの内周面に固設された複数の羽根２２ａは、上流側端縁２２ａｕおよび下流側端縁２２ａｄとそれら上流側端縁２２ａｕおよび下流側端縁２２ａｄの内周端を結ぶ内周側端縁２２ａｉとから扇形形状となるようにそれぞれ形成されており、羽根２２の上流側端縁２２ａｕと内周側端縁２２ａｉとの間の角２２ａｋは、円弧形状或いは鈍角形状に形成されていることから、繊維性異物がランナ２２の環状体２２ｂの内周面に固設された複数の羽根２２ａにからみ付くことが抑制されるので、発電効率の低下が殆どなく、繊維性異物の通過性が大幅に改善されてメンテナンスのコストが低減される。
【００４０】
また、本実施例の小型水力発電装置１０によれば、筒状回転体１８の上流側には、筒状回転体１８に導水を導く上流側導水管１４が筒状回転体１８に隣接して固設されており、上流側導水管１４内には、導水を中心軸線Ｃ１まわりに旋回させる複数の羽根２４ａを有するガイドベーン２４が固定されており、ガイドベーン２４の複数の羽根２４ａは、上流側端縁２４ａｕおよび下流側端縁２４ａｄとそれら上流側端縁２４ａｕおよび下流側端縁２４ａｄの内周端を結ぶ内周側端縁２４ａｉとから扇形形状となるようにそれぞれ形成されており、羽根２４の上流側端縁２４ａｕと内周側端縁２４ａｉとの間の角２４ａｋは、円弧形状或いは鈍角形状に形成されていることから、繊維性異物がガイドベーン２４の環状体２４ｂの内周面に固設された複数の羽根２４ａにからみ付くことが抑制されるので、導水に与えられる旋回運動の低下が殆どなく、繊維性異物の通過性が大幅に改善されるにある。
【００４１】
また、本実施例の小型水力発電装置１０によれば、筒状回転体１８の下流側には、筒状回転体１８から流出した導水を導く下流側導水管１６が筒状回転体１８に隣接して固設されており、筒状回転体１８は、上流側導水管１４および下流側導水管１６との間で相対回転可能にシール３６によりシールされていることから、導水の漏れが抑制されるので、一層発電効率が高められる。
【００４２】
また、本実施例の小型水力発電装置１０によれば、発電機２０は、中心軸線Ｃ１に平行な回転軸線Ｃ２まわりに回転する回転軸４０とその回転軸４０に固定された小径プーリ４２とを有するものであり、筒状回転体１８の外周には、筒状回転体１８と共に中心軸線Ｃ１まわりに回転する大径プーリ４４が固定されており、小径プーリ４０および大径プーリ４４には、伝動ベルト４８が巻掛けられている。これにより、小型水力発電装置１０が一層小型となる。
【００４３】
また、本実施例の小型水力発電装置１０によれば、ランナ２２の複数の羽根２２ａの上流側端縁２２ａｕと内周側端縁２２ａｉとの間の円弧形状角の曲率半径をＲとし、ランナ２２の内径をＤ１としたとき、ランナ２２の内径をＤ１に対する円弧形状角（かど）２２ａｋの曲率半径Ｒの比Ｒ／Ｄ１は、０．１５〜０．７５の範囲である。これにより、繊維性異物がランナ２２の環状体２２ｂの内周面に固設された複数の羽根２２ａにからみ付くことが抑制されるので、発電効率の低下が殆どなく、繊維性異物の通過性が大幅に改善されてメンテナンスのコストが低減される。
【００４４】
また、本実施例の小型水力発電装置１０によれば、ランナ２２の複数の羽根２２ａの上流側端縁２２ａｕと内周側端縁２２ａｉとの間の鈍角形状の角度は、１１０°から１３０°であることにある。これにより、繊維性異物がランナ２２の環状体２２ｂの内周面に固設された複数の羽根にからみ付くことが抑制されるので、発電効率の低下が殆どなく、前記繊維性異物の通過性が大幅に改善されてメンテナンスのコストが低減される。
【００４５】
また、本実施例の小型水力発電装置１０によれば、ランナ２２の内径Ｄ１に対するランナ２２の複数の羽根２２ａの内接円の径Ｄ２の比Ｄ２／Ｄ１は、０よりも大きく０．６よりも小さい値であるので、繊維性異物だけでなく他の異物の通過性が大幅に改善される。
【００４６】
以上、本発明の実施例を説明したが、種々の変更が可能であって本発明はその他の態様においても適用される。
【００４７】
たとえば、前述の実施例では、ランナ２２は４枚の羽根２２ａから構成されており、ガイドベーン２４は８枚の羽根２４ａから構成されていたが、それらの羽根の枚数はそれに限定されない。
【００４８】
また、前述の実施例の羽根２２ａおよび２４ａは、全体の厚みが同じである板状翼であったが、厚みが連続的に変化した翼断面を有するものであってもよい。
【００４９】
また、前述の実施例の小型水力発電装置１０において、下流側導水管１６は必ずしも設けられていなくてもよい。
【００５０】
また、発電機２０は、筒状回転体１８により伝動ベルト４８を介して回転駆動されていたが、歯車などの他の動力伝達装置を介して回転駆動されていてもよい。
【００５１】
なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であり、本発明はその主旨を逸脱しない範囲において種々の変更が加えられ得るものである。
【符号の説明】
【００５２】
１０：小型水力発電装置
１４：上流側導水管
１６：下流側導水管
１８：筒状回転体
２０：発電機
２２、ランナ
２２ａ：羽根
２２ｂ：環状体
２２ａｕ：上流側端縁
２２ａｄ：下流側端縁
２２ａｉ：内周側端縁
２２ａｋ：角（かど）
２４：ガイドベーン
２４ａ：羽根
２４ｂ：環状体
２４ａｕ：上流側端縁
２４ａｄ：下流側端縁
２４ａｉ：内周側端縁
２４ａｋ：角（かど）
３０：円環状枠体
３２：ベアリング
３４：シール（ベアリング）
３６：シール（導水管）
３８：押しボルト
４０：回転軸
４２：小径プーリ
４４：大径プーリ
４８：伝動ベルト
Ｃ１：中心軸線
Ｃ２：回転軸線
θｃ：鈍角形状の角度
Ｄ２／Ｄ１：中空率
【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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