(57)【要約】【課題】容易に携行することができ、設置スペースをとらずに簡単に据え付けることができ、また、２系統の流水を混成（ハイブリッド）的に使うことにより、少ない水量で効率的に発電することができ、さらにまた、装置を安価に製造することができるオーバーハング方式のクロスフロー水車発電装置を提供する。【解決手段】増速機付の発電機の回転軸にクロスフロー水車のロータを一体的に取り付けて成るオーバーハング方式のクロスフロー水車発電ユニットと、第１流水の取水口、第２流水の吸水口、第１及び第２流水の混成水の吐出口を有するウォータインジェクタの各口に水管を接続して成る配管ユニットとでオーバーハング方式のクロスフロー水車発電装置を構成する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台上に水平状態に配設した増速機付の発電機の回転軸に対し、周囲に複数枚の羽根が円弧状に固定され、ケーシングの中央部にロータが回転可能に配設されて成るクロスフロー水車の前記ロータを一体的に取り付けてオーバーハング方式とし、かつ前記ケーシングの上方に水を内部に導入する入口管を設けて成るクロスフロー水車発電ユニットと、第１流水を取り入れる取水口と、第２流水を吸入する吸水口と、前記第１及び第２流水を混成して吐出する吐出口を有するウォータインジェクタと、前記吐出口に接続され前記入口管に前記吐出水を給送する給水管と、前記吸水口に接続され下方より前記第２流水を吸入する吸水管と、前記取水口に接続され前記第１流水を取り入れる取水管とから成る配管ユニットとで構成したことを特徴とするオーバーハング方式のクロスフロー水車発電装置。
【請求項２】
前記発電機は永久磁石式同期発電機であることを特徴とする、請求項１に記載のオーバーハング方式のクロスフロー水車発電装置。
【請求項３】
前記増速機付の発電機は、増速機能を有するギア付モータによって構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のオーバーハング方式のクロスフロー水車発電装置。
【請求項４】
前記クロスフロー水車には、水量を調節するガイドベーンが装着されていることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１つに記載のオーバーハング方式のクロスフロー水車発電装置。
【請求項５】
前記クロスフロー水車発電ユニットを構成する少なくともケーシング部材は強化アルミニウム材から成ることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のオーバーハング方式のクロスフロー水車発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クロスフロー水車発電装置に関し、さらに詳細には、２系統の水を混成（ハイブリッド）的に用い、少ない水量で効率的に発電ができるようにしたオーバーハング方式のクロスフロー水車発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
クロスフロー水車は、例えば特許文献１に記載されているように、周囲に複数枚の羽根が円弧状に固定されたロータ（水車ランナ）がケーシングの中央部に回転可能に配設されて成り、ケーシングの上側部に設けられた水供給路から水を羽根に供給してロータを回転させ、このロータに固定された回転主軸を介して回転力を外部に伝達するようになっており、この回転力を利用して発電するようにしたものがクロスフロー水車発電装置である。
【０００３】
このクロスフロー水車発電装置は、ペルトン水車やフランシス水車等を用いた発電装置に較べ、構造がシンプルで手軽に据え付けができ、また中低落差発電用に適しかつ安価に製作できることから、従前より種々の方式の発電装置が提案されている。
【０００４】
例えば特許文献２には、ダムからケーシングを介して導かれる水流を水車ランナの羽根が受け、水圧により回転出力軸を回転させ、クロスフロー水車と発電機との間に懸架されたベルトを介して回転力を発電機の主軸に伝達するようにしたクロスフロー水車発電装置が提案されている。
【０００５】
しかし、このようなベルト駆動方式のクロスフロー水車発電装置では、広い据付スペースと大掛かりな据付工事が必要となり、工事費に加え製造コスト面でも問題があった。
【０００６】
これに対し、例えば特許文献３には、発電機の主軸を延長してその延長部分に水車ケーシングと水車ランナとを直接取り付けて成る、いわゆるオーバーハング方式のクロスフロー水車発電装置が提案されている。このクロスフロー水車発電装置によれば、上述の装置に較べ装置全体をコンパクトすることができるので、据付スペースが少なくて済み、また部材点数の節減により製造コストを低減できる利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３１６６２２号公報
【特許文献２】実開平３−４２０７１号公報
【特許文献３】実開昭６１−８０３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述したように、クロスフロー水車発電装置では水力によりロータを回転させるため、クロスフロー水車には水圧の高い水を供給する必要があり、このような高い水圧を得るため、従来では、ダム等の水供給源や水供給路の整備を十分に行うと共に、高所から多量の水を流下させてクロスフロー水車に導入すること等が行われていた。
【０００９】
また、このようにしてクロスフロー水車発電装置を据え付ける場合には、地形や場所、あるいは設備等の環境条件に制約があるため、この装置がたとえコンパクトで携行が容易なオーバーハング方式のクロスフロー水車発電装置であるとしても、これを任意の場所に簡単に据え付け、かつ手軽に発電して所望の照明を得ることはできなかった。
【００１０】
とくに近年、屋外でのレジャーが盛んとなるに伴い、例えば山野あるいは河川敷等でテントを張ってキャンプをする場合等において、軽量かつコンパクトで手軽に携行ができ、現地で少量の水を使用して簡単に発電することができる水車発電装置の出現が望まれていた。
【００１１】
本発明は上述したような要望を満たすべくなされたものであり、本発明の主たる課題すなわち目的は、容易に携行することができ、据付設置スペースをとらずに簡単に据え付けることができ、また、現地において２系統の流水を混成的に使うことにより、少ない水量で効率的に発電することができ、さらにまた、装置を安価に製造することができるオーバーハング方式のクロスフロー水車発電装置を提供することある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の上記目的は、基台上に水平状態に配設した増速機付の発電機の回転軸に対し、周囲に複数枚の羽根が円弧状に固定され、ケーシングの中央部にロータが回転可能に配設されて成るクロスフロー水車の前記ロータを一体的に取り付けてオーバーハング方式とし、かつ前記ケーシングの上方に水を内部に導入する入口管を設けて成るクロスフロー水車発電ユニットと、第１流水を取り入れる取水口と、第２流水を吸入する吸水口と、前記第１及び第２流水を混成して吐出する吐出口を有するウォータインジェクタと、前記吐出口に接続され前記入口管に前記吐出水を給送する給水管と、前記吸水口に接続され下方より前記第２流水を吸入する吸水管と、前記取水口に接続され前記第１流水を取り入れる取水管とから成る配管ユニットとで構成したことを特徴とするオーバーハング方式のクロスフロー水車発電装置を提供することによって達成される。
【００１３】
また、本発明の上記目的は、前記発電機は永久磁石式同期発電機であることを特徴とするオーバーハング方式のクロスフロー水車発電装置を提供することによって、効果的に達成される。
【００１４】
また、本発明の上記目的は、前記増速機付の発電機は、増速機能を有するギア付モータによって構成されていることを特徴とするオーバーハング方式のクロスフロー水車発電装置を提供することによって、効果的に達成される。
【００１５】
また、本発明の上記目的は、前記クロスフロー水車には、水量を調節するガイドベーンが装着されていることを特徴とするオーバーハング方式のクロスフロー水車発電装置を提供することによって、効果的に達成される。
【００１６】
さらにまた、本発明の上記目的は、前記クロスフロー水車発電ユニットを構成する少なくともケーシング部材は強化アルミニウム材から成ることを特徴とするオーバーハング方式のクロスフロー水車発電装置を提供することによって、効果的に達成される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るオーバーハング方式のクロスフロー水車発電装置によれば、軽量でコンパクトなクロスフロー水車発電ユニットと配管ユニットを単に組み合わせるだけで装置全体を構成することができるので、容易に携行することができ、据付スペースをとらずに簡単に据え付けることができ、また、ウォータインジェクタを用いて２系統の流水を混成的に使うことにより、少ない水量で効率的に発電することができ、さらにまた、構造がシンプルであることから装置を安価に製造することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明を構成するクロスフロー水車発電ユニットの一実施形態の正面図である。
【図２】図１の右側面（一部断面）図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】本発明を構成する配管ニットの一実施形態の正面断面図である。
【図５】本発明に係るクロスフロー水車発電装置の一実施形態の正面図である。
【図６】図５の右側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の内容を実施形態に基づき詳細に説明する。なお、本発明は必ずしも以下の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲を逸脱しない範囲において、その構成を種々に変更し得ることはいうまでもない。
【００２０】
本発明に係るオーバーハング方式のクロスフロー水車発電装置は、クロスフロー水車発電ユニット１００と配管ユニット２００によって構成されている。
【００２１】
図１は、そのクロスフロー水車発電ユニット１００の一実施形態の正面図、図２はその右側面（一部断面）図、図３は図２におけるＡ−Ａ断面図である。
【００２２】
クロスフロー水車発電ユニット１００は、主として、矩形台状の基台１０１の上面に水平状態に配設した増速機１０２付の発電機１０３の回転軸１０４に対し、周囲に複数枚の羽根１０５が円弧状に固定され、ケーシング１０６の中央部にロータ１０７が回転可能に配設されて成るクロスフロー水車１０８の前記ロータ１０７を押えボルト１０９を介して一体的に取り付けてオーバーハング方式とし、かつ前記ケーシング１０６の上方に水を内部に導入する入口管１１０を設けて成っている。
【００２３】
増速機１０２はロータ１０７の回転速度を助長するもので、この回転力を受けて発電機１０３が発電するように両者は同軸的に組み付けられ、基台１０１の上面にブラケット１１１及びボルト１１２を介して固定されている。
【００２４】
一方、ケーシング１０６には、その前面両側にステー１１３が延設されており、このステー１１３がボルト１１４を介して基台１０１に締結され、これによりクロスフロー水車１０８が基台１０１の上面に立設されている。
【００２５】
クロスフロー水車１０８には、流入水量を調節するガイドベーン１１５が装着されている。このガイドベーン１１５の関連部材として、図１及び図２に示すように、ガイドベーンアーム１１６、軸受ブッシュ１１７、ガイドベーンパッキン１１８、ガイドベーンキー１１９、ガイドベーンアーム１１６を操作する手動ハンドル１２０、開度を規制する開側ストッパ１２１、閉度を規制する閉側ストッパ１２２、開閉度を表示する目盛盤１２３、目盛盤１２３の目盛りを指す指針１２４が備えられている。なお、これら部材の構成や機能等は格別なものではなく、当分野で周知であるので、この詳細は省略する。
【００２６】
図２及び図３に示すように、ケーシング１０６の上方にはエアブリーザ１２５が設けられており、通路１２６からケーシング１０６内にエアが送り込まれ、内部の真空状態が緩和されて水の流れの良化が図られている。
【００２７】
入口管１１０は、正面視で台形状、側面視で漏斗状に形成され、この管路の途中に、内部に導入される水の圧力を計測する水圧計１２７が設けられている。また、入口管１１０は、その上端部に後述する配管ユニット２００に接続されるフランジ１２８が設けられており、下端部に設けられたフランジ１２９及びボルト１３０を介してケーシング１０６の上面に連結されている。
【００２８】
本クロスフロー水車発電ユニット１００では、発電機１０３として出力が０．２〜１０ＫＷ程度の永久磁石式動機発電機が使用されている。この発電機は、送電線の通っていない地域であっても単独に発電ができ、また、小型で安価に入手できる利点がある。
【００２９】
また、本クロスフロー水車発電ユニット１００においては、構成部材のうち少なくともケーシング１０６部材は、強度があり、かつ軽量な強化アルミニウム材で作られている。これにより、本クロスフロー水車発電ユニット１００全体の重量が７０〜１００ｋｇ程度に軽量化されている。
【００３０】
なお、水車にクロスフロー水車１０８を用いる理由は、前述したように、ペルトン水車やフランシス水車等他の水車に較べ、構造がシンプルで手軽に据付けができ、また中低落差発電用に適しかつ安価に製作できることにある。
【００３１】
以上とおり構成された本クロスフロー水車発電ユニット１００は、後述するように、例えば農用の水路あるいは自然に流れる小川近傍において、コンクリートブロック１３１等を介して基台１０１をアンカーボルト１３２によって固定することにより据え付けられる。
【００３２】
一方、配管ユニット２００は、図４に断面図で示すように、第１流水Ｗ１を取り入れる取水口２０１と、第２流水Ｗ２を吸入する吸水口２０２と、第１流水Ｗ１及び第２流水Ｗ２を混成して吐出する吐出口２０３を有するウォータインジェクタ２０４と、吐出口２０３に接続され前記入口管１１０に吐出水を給送する給水管２０５と、吸水口２０２に接続され下方より第２流水Ｗ２を吸入する吸水管２０６と、取水口２０１に接続され第１流水Ｗ１を取り入れる取水管２０７とで構成されている。ウォータインジェクタ２０４の各口と各液管とは、夫々ボルト２０８によって締結されている。
【００３３】
ここに、取水口２０１、吸水口２０２、吐出口２０３を有するウォータインジェクタ２０４とは、図４に示すように、内部に、ノズル管２０４ａ及びそのノズル２０４ｂ、のど部２０４ｃ、末広部２０４ｄを有して成る、いわゆるエゼクタと実質的に同一な機能を有するものである。すなわち、このウォータインジェクタ２０４は霧吹き効果を奏するもので、内部の水が吐出口２０３から高速で噴出することにより、吸水口２０２から第２流水Ｗ２が内部に吸い込まれ、第１流水Ｗ１と混成してデフューザ効果により圧力が回復されるようになっている。
【００３４】
なお、給水管２０５、吸水管２０６、取水管２０７の長さ及び管径は、主として本クロスフロー水車発電装置の据付け場所の環境条件により決定される。これらの各液管は強化アルミニウム管等の金属パイプ材のほか、長さ調整が容易なゴムないしプラスチック等から成るホース材で形成することも可能である。
【００３５】
以上のとおり構成された本配管ユニット２００は、前述したクロスフロー水車発電ユニット１００と組み合わされ、これにより本発明に係るオーバーハング方式のクロスフロー水車発電装置が完成する。
【００３６】
図５は、本発明に係るオーバーハング方式のクロスフロー水車発電装置の実施形態の正面図、図６はその右側面図である。この実施形態は、本クロスフロー水車発電装置が水槽Ｓ内の第１流水Ｗ１と、小川Ｒ等において緩やかに流れる第２流水Ｗ２が得られる場所に据え付けられている場合を示したものである。
【００３７】
図示するように、クロスフロー水車発電ユニット１００は、小川Ｒの上方に架橋して据え付けられており、一方、配管ユニット２００は、ウォータインジェクタ２０４に第１流水Ｗ１が取水管２０７を介して取り入れられ、第２流水Ｗ２が吸水管２０６を介して吸い込まれるように配管されている。なお、ウォータインジェクタ２０４から垂設された吸水管２０６の吸水口２０９にはストレイナ２１０が取り付けられており、吸水管２０６の内部にゴミが吸い込まれないようになっている。
【００３８】
以上のとおり構成された本クロスフロー水車発電装置によれば、水槽Ｓから矢印Ｆ１で示すように流れ、取水管２０７に供給される第１流水の水量が発電に不十分な場合には、第２流水Ｗ２が吸水管２０６を介して吸水され、両者が混成されて吐出されるので、第１流水の流量は少量であっても発電が可能である。本発明者の実験によれば、この流量は１ｌ／ｓ程度であっても発電を十分に行うことができることが明らかにされている。なお、この場合、水槽Ｓからウォータインジェクタ２０４の流水中心までの高さ、すなわち供給水量の落差Ｈが大きくなればなる程、第１流水Ｗ１が有する位置エネルギが増大するので、さらに少ない水量で発電することができる。この供給水量の落差Ｈは３０〜５０ｍあることが望ましいが、これ以下であってもよく、要するに、第１流水Ｗ１がウォータインジェクタ２０４の設置高さ位置より上方を流れるものであれば、目的が達成される。
【００３９】
一方、小川Ｒから矢印Ｆ２で示すように流れる第２流水Ｗ２については、流量等に格別な制約はなく、例えば流れが極めて緩やかなもの、あるいは全く流れのない静水であっても目的が達成される。このような第１流水Ｗ１及び第２流水Ｗ２は、身辺の多くの場所で手軽に得ることができる。
【００４０】
ウォータインジェクタ２０４から吐出された第１流水Ｗ１と第２流水Ｗ２の混成水は給水管２０５から入口管１１０に送られ、ガイドベーン１１５により流入水量が適度に調節されたケーシング１０６内を通過する間に、クロスフロー水車１０８の羽根１０５を介してロータ１０７が回転され、これにより発電機１０３が発電する。なお、発電に供された混成水はケーシング１０６の下方より小川Ｒに排出される。
【００４１】
このように、本クロスフロー水車発電装置は、第１流水Ｗ１と第２流水Ｗ２とを混成的、すなわちハイブリッド的に利用して発電するので、一種のハイブリッド発電装置ということができる。
【００４２】
以上、本発明の内容を一実施形態に基づき説明したが、本発明は必ずしもかかる実施形態に限定されるものではなく、その構成を種々に変更することができる。
【００４３】
例えば、前記実施形態では増速機１０２と共に発電機１０３に永久磁石式動機発電機を使用したが、これを例えば増速機と三相誘導モータとを組み合せて成るギア付モータにより構成することも可能である。
【００４４】
なお、本発明を構成するオーバーハング方式のクロスフロー水車発電ユニット１００は、配管ユニット２００と共に使用されることが好ましいが、このクロスフロー水車発電ユニット１００は、例えば発電用の水をパイプあるいはホース等を介して直接入口管１１０に導入し、クロスフロー水車１０８を駆動することにより、ユニット単体で発電に供することも可能である。このクロスフロー水車発電ユニット１００は、前述したように、構造がシンプルで据付スペースをとらず、また携行が便利で安価に製造できる利点があるので、多方面に用いることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１００                    クロスフロー水車発電ユニット
１０１                    基台
１０２                    増速機
１０３                    発電機
１０４                    回転軸
１０５                    羽根
１０６                    ケーシング
１０７                    ロータ
１０８                    クロスフロー水車
１１０                    入口管
１１５                    ガイドベーン
１２０                    手動ハンドル
２００                    配管ユニット
２０１                    取水口
２０２                    吸水口
２０３                    吐出口
２０４                    ウォータインジェクタ
２０５                    給水管
２０６                    吸水管
２０７                    取水管
２１０                    ストレイナ
Ｗ１                      第１流水
Ｗ２                      第２流水
【図１】
2011017298.tif 000003
【図２】
2011017298.tif 000004
【図３】
2011017298.tif 000005
【図４】
2011017298.tif 000006
【図５】
2011017298.tif 000007
【図６】
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