(57)【要約】【課題】本発明は、特開２０１５−１６９２０４で採用した簡易水車を改良し、より広範囲な小河川の設置条件に適応する実用的な小水力発電用の水車を提供する。【解決手段】本発明の小水力発電用水車は、水車ランナーとダクトスプーンとから成る簡易水車をエンクローズ型の水車とし、水車ランナーと水車ブラケットとの間にラビリンス構造を設け、且つ水車ブラケットの軸貫通部には軸封水装置を設け、また水車ランナー室には流水変向板と流水抑制板とを設け、ランナー室内の高圧水流を効果的にランナーブレードに作用させる構造を特徴とする水車で、水車に流入する高圧水のほぼ全量を利用可能とした水車である。  また前記水車ランナーの湾曲ブレードには排水孔を設け、且つブレードの取り付にはランナードラムに取付けられるブレードの内周端より反回転方向にθ角遅らせた位置にブレードの外周端を取付けたランナーブレードを特徴とする。【選択図】図４
2018100656.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水車ランナーと当該水車ランナーを軸方向の両側から抑え込むエンクロージャ型の水車ブラケットとの間にランナー室の圧力を封じるラビリンス構造を有し、且つ水車ブラケットの軸貫通部に軸封水装置を設けた事を特徴とする横軸型の小水力発電用水車
【請求項２】
請求項１に記載の水車で、水車ランナー室に流水変向板及び流水抑制板を有し、高圧流水を効率よくランナーブレードに作用させる構造を有する横軸型の小水力発電用水車
【請求項３】
水車軸を有するランナードラムと流水を受けるブレード数枚とから成る水車で、ブレードのランナードラム付け根部分とブレード間に汲み上げられる水車排水をスムースに落下させる為の排水孔を設けたブレードとランナードラムから成る横軸型の小水力発電用水車
【請求項４】
請求項３に記載の水車ランナーのブレード間に水車の排水が汲み上げ難い構造とする為に、水車ランナーを軸方向（側面）から見て、ランナードラムに取付けられるブレードの内周端より反回転方向にθの遅れ角度を有してブレードの外周端を取付けたランナーブレードを有する横軸型の小水力発電用水車
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、河川流水のエネルギー密度を上げる誘導ダクトに接続して使用する水車として、より広範囲な設置条件の小水力発電に適応する水車を提供する。
【背景技術】
【０００２】  特開２０１５−１６９２０４の小水力発電装置で採用した簡易水車は、上半分を開放したダクトスプーンの中に水車ランナーを落とし込んで使用する構造であったが、この構造では河川の段差（落差）が低く、或いは河川水の流速が遅い場合には有効であっても段差が高くなり或いは流速が早くなった場合，即ち誘導ダクトの吐出圧が高くなった場合には水車ランナーとそれを包含するダクトスプーンとのわずかな隙間から高圧水の漏れが多くなり、誘導ダクトの吐出水を有効に利用できない問題があった。
また、誘導ダクトの吐出圧が高くなり水車ランナーの回転数が上昇するとランナーブレードに排水が汲み揚げられてブレード間に排水が溜まってしまい、結果的に水車効率の低下を招く問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１６９２０４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】特開２０１５−１６９２０４小水力発電装置で採用した簡易水車の使用範囲をさらに拡大し、多種多様な河川条件に適応する水車の開発を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】水車ランナーと当該水車ランナーを軸方向の両側から抑え込むエンクロージャ型の水車ブラケットとの間にランナー室の圧力を封じるラビリンス構造を有し、且つ水車ブラケットの軸貫通部に軸封水装置を設けた事を特徴とする横軸型の小水力発電用水車【０００６】請求項１に記載の水車で、水車ランナー室に流水変向板及び流水抑制板を有し、高圧流水を効率よくランナーブレードに作用させる構造を有する横軸型の小水力発電用水車【０００７】水車軸を有するランナードラムと流水を受けるブレード数枚とから成る水車で、ブレードのランナードラム付け根部分とブレード間に汲み上げられる水車排水をスムースに落下させる為の排水孔を設けたブレードとランナードラムから成る横軸型の小水力発電用水車【０００８】請求項３に記載の水車ランナーのブレード間に水車の排水が汲み上げ難い構造とする為に、水車ランナーを軸方向（側面）から見て、ランナードラムに取付けられるブレードの内周端より反回転方向にθの遅れ角度を有してブレードの外周端を取付けたランナーブレードを有する横軸型の小水力発電用水車
【発明の効果】
【０００９】河川水のエネルギー密度を高めた誘導ダクトから吐出される高圧水が流入する水車をエンクローズドし、水車ランナーと水車ブラケットとの間にラビリンス構造及び水車ブラケットの軸貫通部に軸封水装置を設け、且つその高圧流水を効果的にランナーブレードに作用させる装置として流水変向板及び流水抑制板を設けた構造で、水車の効率増加が見込める。
また、ランナーブレードの付け根（ブレード内周端）に排水孔を設けた事でブレード間に汲み揚げられる排水を容易に振り落すことができ、ランナーのより高速運転が可能となる。
また、ブレードの外周端をブレードの内周端からランナーの反回転方向にθの遅れ角度を以って取付けることにより、水車排水がブレードに汲み揚げられ難い形状となる為ランナーの高速運転及び効率増加が見込める。  尚、この遅れ角度は、ある範囲で水車ランナーの回転速度に比例した値とする。
これらの特徴を持った小水力発電用水車は、高段差（落差）の河川から高流速の河川に至るまで広範囲な設置条件を持つ河川に適用される。
【図面の簡単な説明】
【０００１０】
【図１】水車ランナー概形図  （図１−ａ）ランナー正面図  （図１−ｂ）ランナー側面図  （図１−ｃ）ラビリンス構造図
【図２】小水力発電用水車の概形図  （図２−ａ）水車正面図  （図２−ｂ）水車側面図
【図３】誘導ダクト概形図  （図３−ａ）誘導ダクト取水口図  （図３−ｂ）誘導ダクト吐出口図  （図３−ｃ）誘導ダクト平面図  （図３−ｄ）誘導ダクト側面図
【図４】小水力発電用水車の設置側面概要図
【図５】小水力発電用水車の設置平面概要図
【図６】小水力発電用水車の用法図  （図６−ａ）低落差の場合  （図６−ｂ）高落差の場合
【発明を実施するための形態】
【００１１】本発明の小水力発電用水車は、特開２０１５−１６９２０４で採用した簡易水車の実施例として用いられるもので、小河川の段差を利用して段差上流部と段差下流部とに河川流水のエネルギー密度を高める誘導ダクトを掛け、段差下流の狭搾出口に本発明の小水力発電用水車を接続して用いる。  当該小水力発電用水車と誘導ダクトとは接続されて一体化し、河川の両岸に渡された上下移動可能な井桁状の渡し架台に取付けられた懸垂架台に設置され、河川の水位に応じて水車出力が最大となる任意の位置に上下移動できることを特徴とする。  無論本川脇に発電用水車専用の水路を作り、水車を固定して専用水路の水位を調整する方法もあるが、この方法では土木費がかさみ、「安価な発電装置の提供」の趣旨を逸脱する為、ここでは例外の案件とした。
以下、実施例を図面に基づいて説明する。
【実施例】
【００１２】  図１は、本発明の小水力発電用水車を構成する水車ランナー図である。
（図１−ａ）は、水車ランナーの正面図である。  ブレード４の内周端（ランナードラムへの取付端）に汲み上げた排水を容易に落下させる為の排水孔６を設け、ブレードによる汲み揚げ水をいち早く落下させ、ランナーの高速回転を可能にした構造である。
（図１−ｂ）で水車ランナーの回転が速くなると水車排水の一部を汲み揚げて、ランナードラム５とブレード４間とに囲まれた空間に排水を溜めてしまい、水車効率を低下させる。  その為、本考案はランナーブレードの取付け位置を内周端９より反回転方向にθ角度遅らせた位置にブレードの外周端８を取付けることにより、ブレードの内周端９が軸水平線に来ても汲み上げ水が溜まり難い構造とした。  尚このブレード外周端の取付け角度７は、水車ランナーの回転速度に応じて大きくする。
（図１−ｃ）は、ラビリンス構造を判り易く拡大した図である。
ランナーリング２の凸部とブラケットリング１０の凹部とは接触することなく組み合わされて１対のラビリンス構造を形成する。
また水車ブラケット１９のランナー主軸１の貫通部には軸封水装置１３を設けることによって水車ランナー室の高圧水は封じられ、ほぼその全量をランナーブレードに作用する構造である。【００１３】図２は、小水力発電用水車の正面図と側面の断面図である。
（図２−ａ）は水車の接続フランジ１４側から見た正面図で、ラビリンスの取付け位置１５及び軸封水装置１３の取付け位置を示す。
ランナーリングの凸部とブラケットリングの凹部とを組み合わせて一対と成すラビリンス構造と軸封水装置は、水車ランナー室２０に流入した高圧水のほぼ全量をランナーブレードに作用させる効果がある。  尚このラビリンス構造は、水車ランナー室２０の水圧によって２対，３対と凹凸のラビリンス構造を増すことになる。
また固定されたブラケットの軸貫通部にはグランドパッキンやメカニカルシール等の軸封水装置１３を設け、ランナー主軸のブラケット貫通部からの高圧水の漏れを防ぐ構造とした。  これらラビリンス構造と軸封水装置によって、水車のランナー室２０に流入する高圧水のほぼ全量を有効に利用することができる。
（図２−ｂ）の流水変向板１６は、接続フランジ１４から流入する高圧水をできるだけ多くのランナーブレードに作用させるための装置で、例えば図６の小水力発電用水車の用法図の（図６−ｂ）に示す高段差の河川に用いる場合、この流水変向板はランナー外周部に沿って長くし、より多くのランナーブレードに高圧流水を作用させる効果がある。
また流水抑制板１７は、ランナーブレードの外周端間の寸法より長い幅とし、水車ランナー室２０に流入した高圧水が反回転方向に作用するのを抑制する効果がある。【００１４】図３は、河川流水のエネルギー密度を高める誘導ダクトの図である。
広口の取水口２５と狭搾の吐出口とを耐圧板２６のダクトで結び、設置河川の状況によってその長さと取水口，吐出口のサイズが変わる。  取水口には小動物や子供等の浸入を防ぐ防護柵２２を設け、ダクト内部には河川流水を効率よく吐出口へ導く為の整流板２７を設けた。  本考案では、整流板を１枚としているが、誘導ダクトのサイズによって２枚，３枚とすることができる。【００１５】図４は、小水力発電装置を設置した側面概要図である。
河川流水のエネルギー密度を高める誘導ダクトとその狭搾された吐出口の接続フランジ２４に小水力発電用水車の接続フランジ１４とをボルト止めして一体と成し、それらをダクト吊りボルト３７，懸垂架台３４及び渡し架台３３等で、固定し、洪水時にあっても冠水しない高さに発電機を取付け、水車の主軸と発電機の主軸との間に増速装置を設けた構造である。  本考案では、水車の回転数と発電機が要求する回転数とにかなりの乖離がある為にその中間に増速装置を設けたが、その乖離が許容範囲に在る場合は、増速装置を省くことがある。【００１６】図５は、小水力発電装置を設置した平面概要図である。
先ず河川流水は、ゴミ除けスクリーンＧにより河川水の自然ゴミや生活ゴミ等を捕獲し、誘導ダクト取水口内への浸入を防ぐ。  ゴミ除けスクリーンＧを通過した河川水は誘導ダクト２８へ流入し、水圧と流速とを増して当該水車の入口である接続フランジ１４に導かれる。【００１７】当該水車の接続フランジ１４に流入した高圧水流は、水車のラビリンス構造と軸封水装置によってランナー室に封じられ、且つその流速方向を流水変向板１６及び流水抑制板１７等で、ほぼその全量を効果的にランナーブレードに作用させる構造である。  高圧水のエネルギーを水車ランナーに伝達し終えた河川水は当該水車の排水口から段差下流の河川に戻される。【００１８】  台風，大雨等一時的な増水に対して、段差上流水位が誘導ダクトの取水口天端以下であればその増水エネルギーの大半は水車の回転力として消滅し、残りはゴミ吐き出し口３８より段差下流へ放流される。  一時的増水がさらに増して誘導ダクトの取水口天端を超えた場合、河川の増水は誘導ダクトの平面形状が絞られた構造になっている為、その大半は水車までの途中で段差下流の水面に落下してしまう。（図４及び図５）【００１９】  河川水の豊水期及び渇水期等河川水位の長期的変化に対しては、誘導ダクトと当該水車，増速機，発電機等主要機器を支持している井桁状の渡し架台を油圧ジャッキやスクリュウジャッキ，連接棒，操作ハンドル装置等で上下移動させ、任意の高さに設置することができる。
【産業上の利用性】
【００２０】小河川に設置して使用する小水力発電装置は、その設置条件が余りに多種多様である為、幾つも運転条件を設定し、極めて狭い条件下での運転を余儀なくされる。
本発明の小水力発電用水車は、そうした設置条件を少しでも和らげ、より多くの小河川に適用する地産地消型の発電装置として小河川の持っている潜在エネルギーの活用をめざすものである。
町中にあっては防犯灯の電源として、農村地帯にあっては、電照栽培用の電源や電気柵の電源として、また電動工具用バッテリーやＥＶ車の充電用として利用することが想定される。
【符号の説明】
【００２１】    （図１）
１  ランナー主軸
２  ランナーリング
３  ランナー側板
４  ランナーブレード
５  ランナードラム
６  ブレード排水孔
７  ブレード外周端の取付け角度
８  ブレード外周端
９  ブレード内周端
１０  ブラケットリング
１１  ブラケット固定ボルト
１２  水車カバー
１３  軸封水装置
（図２）
１４  接続フランジ
１５  ラビリンス
１６  流水変向板
１７  流水抑制板
１８  水車排水口
１９  水車ブラケット
２０  水車ランナー室
（図３）
２１  ワイヤーフック
２２  防護柵
２３  引掛けアングル
２４  吐出口フランジ
２５  取水口
２６  耐圧板
２７  整流板
（図４）
２８  誘導ダクト
２９  吊りワイヤー
３０  小水力発電用水車
３１  増速機
３２  発電機
３３  渡し架台
３４  懸垂架台
３５  リードボルト
３６  ダクト吊り架台
３７  ダクト吊りボルト
３８  ゴミ吐き出し口
（図４）（図５）
Ａ  段差上流川底
Ｂ  河川段差
Ｃ  段差下流川底
Ｄ  護岸
Ｅ  河川護岸天端
Ｆ  上流水面
Ｇ  ゴミ除けスクリーン
Ｈ  落差
Ｋ  下流水面
Ｓ  流水方向
Ｒ  回転方向
θ  遅れ角
【図１】
2018100656.tif 000003
【図２】
2018100656.tif 000004
【図３】
2018100656.tif 000005
【図４】
2018100656.tif 000006
【図５】
2018100656.tif 000007
【図６】
2018100656.tif 000008