(57)【要約】【課題】流速の小さい水流であっても、水車ロータを効率よく回転させて、発電効率を向上させうるようにした水力発電装置を提供する。【解決手段】ロータ支持ケース５の長手方向の外周面に、放射方向に突出し、かつ水車ロータ６の回転軸線に対し所定角度傾斜させた複数の水流偏向板７を固着し、水流を、複数の水流偏向板７により水車ロータ６を増速させる方向に偏向させうるようにする。【選択図】  図２
2019044732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水流中に配置されるように支持体により支持された、水流方向に長いロータ支持ケースと、
前記ロータ支持ケースに回転自在に支持された長手方向を向くロータ軸と、
前記ロータ軸に連係され、該ロータ軸の回転により発電する発電機と、
前記ロータ軸の下流側の一端部に円周方向に等間隔おきに取付けられ、水流を受けて一定方向に回転する複数のブレードを有する水車ロータと、
前記ロータ支持ケースの長手方向の外周面に放射方向に突出するようにして、かつ前記水車ロータの回転軸線に対し所定角度傾斜させて固着され、水流を、前記水車ロータを増速させる方向に偏向させうる複数の水流偏向板とを備えることを特徴とする水力発電装置。
【請求項２】
前記水流偏向板の先端部に、水流が遠心方向に流動するのを抑制する折曲部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の水力発電装置。
【請求項３】
前記水流偏向板を、水流が前記水車ロータに向かって湾曲して流れるように、曲面状に湾曲させたことを特徴とする請求項１または２に記載の水力発電装置。
【請求項４】
前記ブレードの上流側の受水面を、基端部に向かって漸次傾斜角度が大となるように、回転方向後外側に向かって傾斜する傾斜面とするとともに、ブレードの弦長を基端部から先端部に向かって漸次大とし、かつブレードを、最大弦長部を基点とする先端部に上流方向に傾斜する傾斜部が形成された揚力型のものとし、前記水流偏向板の放射方向の突出寸法を、当該水流偏向板の先端部が前記最大弦長部付近まで延出する長さとしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の水力発電装置。
【請求項５】
前記ブレードの上流側の受水面を、基端部に向かって漸次傾斜角度が大となるように、回転方向後外側に向かって傾斜する傾斜面とするとともに、ブレードの弦長を基端部から先端部に向かって漸次大とし、かつブレードを、最大弦長部を基点とする先端部に上流方向に傾斜する傾斜部が形成された揚力型のものとし、前記水流偏向板の放射方向の突出寸法を、当該水流偏向板の先端部が前記ブレードの中間部まで延出する長さとしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の水力発電装置。
【請求項６】
前記水流偏向板の枚数を、３〜１６枚とし、各水流偏向板の前記水車ロータの回転軸線に対する傾斜角度を、水流偏向板の枚数が多いほど小さく、枚数が少なくなるほど、４５度を超えない範囲内で大きくするようにしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の水力発電装置。
【請求項７】
前記ロータ支持ケース、前記水車ロータ、及び前記水流偏向板を、水流中に配置される円筒形の導水ダクトにより囲繞したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の水力発電装置。
【請求項８】
前記ロータ支持ケースを、上流側が大径で、下流側に向かって漸次小径をなす魚形状としたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の水力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば用水路や河川等に設置される小型の水力発電装置に係り、特に、高低差が小さく、速度の小さい水流であっても、効率よく発電しうるようにした水力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水の落差を利用することなく、用水路等の自然の水流を利用し、水の落差を利用することのない小型の水力発電装置は、例えば特許文献１及び２に記載されている。
他方、特許文献３には、水の落差を利用した水力発電装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２５３５７７号公報
【特許文献２】特許第５７８７７８７号公報
【特許文献３】特開２００８−１５１１５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような用水路等に設置される水力発電装置においては、用水路は一般に高低差が小さくて、水流の速度は必ずしも大きくないため、ロータ(羽根車)の回転数及びトルクを大として、発電効率を高めることが課題となっている。
上記特許文献１に記載の水力発電装置は、流入口よりも排出口を大としたダクトを備え、ダクトの内部における流入口の直後にロータを配置し、流入口より流入する流速の大きい水流によってロータの回転数を高め、効率よく発電しうるようにしている。
【０００５】
また、特許文献２に記載の水力発電装置においては、上流側よりも下流側の内径を小としたダクトを設け、その小径部によりロータ(羽根車)を囲み、小径部を通過する流速の速い水流により、ロータを効率よく回転させて、発電効率を高めるようにしている。
しかし、上記いずれの特許文献に記載の水力発電装置においても、ダクトによる水流の増速効果には限界があるため、流速の小さい用水路等においては、ダクトによる発電効率の向上は、あまり期待できない。
【０００６】
特許文献３に記載されている落差を利用した水力発電装置は、水の位置エネルギが大きいので、発電効率が高いという利点があるが、高低差の小さな既設の用水路や河川等に水力発電装置を設置することは難しく、設置場所が限られる。そのため、水路の底部に落差形成用のコンクリートを敷設したり、水路を掘削して、大きな落差を形成したりしなければならならず、大がかりな土木工事が必要となるので、水力発電装置の設置コストが大となる。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、高低差が小さく、流速の小さい水流であっても、水車ロータを効率よく回転させて、発電効率を向上させうるとともに、設置が容易で設置コストを削減しうるようにした水力発電装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の水力発電装置によると、上記課題は次のようにして解決される。
（１）水流中に配置されるように支持体により支持された、水流方向に長いロータ支持ケースと、前記ロータ支持ケースに回転自在に支持された長手方向を向くロータ軸と、前記ロータ軸に連係され、該ロータ軸の回転により発電する発電機と、前記ロータ軸の下流側の一端部に円周方向に等間隔おきに取付けられ、水流を受けて一定方向に回転する複数のブレードを有する水車ロータと、前記ロータ支持ケースの長手方向の外周面に放射方向に突出するようにして、かつ前記水車ロータの回転軸線に対し所定角度傾斜させて固着され、水流を、前記水車ロータを増速させる方向に偏向させうる複数の水流偏向板とを備えるものとする。
【０００９】
このような構成とすると、複数の水流偏向板により、水流が水車ロータに向かって旋回するように偏向させられ、その偏向水流によって、各ブレードが増速方向に押されるため、各ブレードには、水流によるエネルギの他に、旋回エネルギが加わり、水車ロータの回転数及びトルクは高められる。
従って、本発明に係る水力発電装置を、例えば高低差が小さく、水流の流速の小さい用水路等に設置した場合でも、発電効率を高めることができる。
また、従来のように、土木工事等により水路を掘削して、大きな落差を構築する必要はなく、水力発電装置を、既設の用水路や河川等に、容易に、かつ低コストで設置することができる。
【００１０】
(２)  前記(1)項において、前記水流偏向板の先端部に、水流が遠心方向に流動するのを抑制する折曲部を形成する。
【００１１】
このような構成とすると、複数の水流偏向板によって偏向された水流が遠心方向に流動するのが抑制され、水車ロータの増速方向に向かって偏向される水量及び水勢が増大するので、水車ロータの回転数及びトルクを効率よく高めることができ、発電効率はより向上する。
【００１２】
(３)  前記(１)または(２)項において、前記水流偏向板を、水流が水車ロータに向かって湾曲して流れるように、曲面状に湾曲させる。
【００１３】
このような構成とすると、複数の水流偏向板により偏向される水流は、旋回流となり易いので、水車ロータの回転数及びトルクはさらに高められ、発電効率はさらに向上する。
【００１４】
(４)  前記(１)〜(３)項のいずれかにおいて、前記ブレードの上流側の受水面を、基端部に向かって漸次傾斜角度が大となるように、回転方向後外側に向かって傾斜する傾斜面とするとともに、ブレードの弦長を基端部から先端部に向かって漸次大とし、かつブレードを、最大弦長部を基点とする先端部に上流方向に傾斜する傾斜部が形成された揚力型のものとし、前記水流偏向板の放射方向の突出寸法を、当該水流偏向板の先端部が前記最大弦長部付近まで延出する長さとする。
【００１５】
このような構成とすると、複数の水流偏向板を通過した後の偏向水流は、複数の揚力型ブレードにおける基端部から最大弦長部付近に至る傾斜面に広範囲に当たり、偏向水流によるコアンダ効果により揚力型ブレードは回転方向に強く押され、揚力が大となることにより、水車ロータの回転数及びトルクが高められる。
【００１６】
また、ブレードの先端部には、上流方向に向かって傾斜する傾斜部が設けられ、ブレードの先端から遠心方向へ逃げようとする水流を傾斜部が捕捉して、回転方向と逆方向の斜め遠心方向に流出させ、その反作用によりブレードの先端部を回転方向に押すので、水車ロータの回転効率が高まる。従って、水流偏向板と傾斜部との相乗効果により、水車ロータの回転数及びトルクが増大し、発電効率が向上する。
【００１７】
(５)  前記(１)〜(３)項のいずれかにおいて、前記ブレードの上流側の受水面を、基端部に向かって漸次傾斜角度が大となるように、回転方向後外側に向かって傾斜する傾斜面とするとともに、ブレードの弦長を基端部から先端部に向かって漸次大とし、かつブレードを、最大弦長部を基点とする先端部に上流方向に傾斜する傾斜部が形成された揚力型のものとし、前記水流偏向板の放射方向の突出寸法を、当該水流偏向板の先端部が前記ブレードの中間部まで延出する長さとする。
【００１８】
このような構成とすると、傾斜角度の大きなブレードの基部側が、コアンダ効果により回転方向に強く押されるので、水流偏向板の放射方向の突出寸法を、ブレードの中間部まで延出する長さとしても、水車ロータの回転数及びトルクが高くなり、発電効率が向上する。
【００１９】
また、水流偏向板の放射方向の突出寸法を小とした分だけ、水流抵抗が小さくなるとともに、各ブレードの弦長を漸次大とした遠心方向の半部は開放され、その上流側の受水面に水流が抵抗なく当たるので、水車ロータの回転数及びトルクを低下させるおそれはない。
【００２０】
(６)  前記(１)〜(５)項のいずれかにおいて、前記水流偏向板の枚数を、３〜１６枚とし、各水流偏向板の前記水車ロータの回転軸線に対する傾斜角度を、水流偏向板の枚数が多いほど小さく、枚数が少なくなるほど、４５度を超えない範囲内で大きくするようにする。
【００２１】
このような構成とすると、水流偏向板の枚数は、流速を低下させない範囲であり、かつ水流偏向板の枚数が多い場合でも、水流抵抗が増大して、水車ロータに向かう偏向水流の速さを低下させるのが抑制され、また、水流偏向板の枚数が少ない場合は、傾斜角度を大きくして水流偏向効果を発揮させることができる。
【００２２】
(７)  前記(１)〜(６)項のいずれかにおいて、前記ロータ支持ケース、前記水車ロータ、及び前記水流偏向板を、水流中に配置される円筒形の導水ダクトにより囲繞する。
【００２３】
このような構成とすると、上流側より導水ダクト内に流入した水流が下流方向に整然と流れ、導水ダクト内の全水流が水流偏向板によって効果的に水車ロータを増速する方向に偏向されるので、水車ロータの回転数及びトルクが高められ、発電効率は向上する。
【００２４】
(８)  前記(１)〜(７)項のいずれかにおいて、前記ロータ支持ケースを、上流側が大径で、下流側に向かって漸次小径をなす魚形状とする。
【００２５】
このような構成とすると、上流側よりロータ支持ケースに向かって流れる水流は、コアンダ効果によりロータ支持ケースの魚形状に沿って後方に速く流れ、水車ロータのブレードの基部付近を増速方向に効率よく押すようになる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の水力発電装置によると、高低差が小さく、流速の小さい水流であっても、水車ロータを効率よく回転させて、発電効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る水力発電装置の実施例１の側面図である。
【図２】図１を上流側から見た正面図である。
【図３】ブレード単体の拡大正面図である。
【図４】図３のIV−IV線における拡大横断平面図である。
【図５】図３のV−V線における拡大横断平面図である。
【図６】図３のVI−VI線における拡大横断平面図である。
【図７】本発明に係る水力発電装置の実施例２の側面図である。
【図８】図７を上流側より見た正面図である。
【図９】本発明に係る水力発電装置の実施例３の正面図である。
【図１０】本発明に係る水力発電装置の実施例４の一部を拡大して示す斜視図である。
【図１１】本発明に係る水力発電装置の実施例５の一部切欠側面図である。
【図１２】本発明に係る水力発電装置の実施例６の一部切欠側面図である。
【図１３】図１２のXIII−XIII線における拡大縦断正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２９】
図１及び図２は、本発明に係る水力発電装置の実施例１を示すもので、水力発電装置１は、例えば農業用の用水路２の水流によって発電される比較的小型のものであり、支持枠体３に支持された形態で用水路２の水流中に設置される。なお、以下の説明においては、用水路２の上流側(図１の左側)を前、下流側(図１の右側)を後とする。
【００３０】
支持枠体３は、前後左右に離間する４本の支柱３Ａの下端に、前後及び左右方向を向く４本の下部横杆３Ｂの両端部を結合するとともに、各支柱３Ａの上端に方形の上面板３Ｃを固定することにより、前後左右の４面と下面が開放された方形枠状のものである。図１に矢印で示すように、用水路２内を上流側から下流側に向かって流れる水は、方形枠状をなす支持枠体３内を抵抗なく通過しうるようになっている。
【００３１】
支持枠体３の上下寸法は、用水路２の高さよりも若干大としてある。また、本実施例では、用水路２の横幅が比較的小さい場合を例として、支持枠体３の左右幅を用水路２の横幅とほぼ同等とし、用水路２内において支持枠体３が横振れしないようにしているが、支持枠体３は、後述する固定具４により用水路２に固定されるので、横幅が広い用水路２であっても、支持枠体３を用水路２内に不動状態で設置することができる。
【００３２】
用水路２内に落とし込まれた支持枠体３は、上面板３Ｃの左右両側部の複数箇所が、用水路２における左右の壁面の上面に、固定具４、４により固定されている。
【００３３】
水力発電装置１は、水流方向に長い前後方向を向く中空状のロータ支持ケース５と、ロータ支持ケース５の後端に設けられ、正面視反時計方向に回転する水車ロータ６と、水車ロータ６に近接する前方において、ロータ支持ケース５の長手方向(前後方向)の外周面に固定された複数(本実施例では８枚)の水流偏向板７と、ロータ支持ケース５の前方寄りの上面に下端が固着され、上端部が上面板３Ｃに嵌合させて固着された上下方向を向く中空状のケース吊支杆８と、上面板３Ｃの上面中央にケース吊支杆８と対向するように設置され、水車ロータ６に連係されて発電する発電機９とを備えている。水流偏向板７は、ロータ支持ケース５を合成樹脂やアルミ等により型成形する場合、それらと一体成形が可能である。
【００３４】
ケース吊支杆８は、その中間部の左右両側面に下端部が固定され、上端部が上面板３Ｃの下面に固定された左右１対の板状傾斜ブラケット１０、１０により、支持枠体３内の中央部に不動状態に保持されている。なお、図示は省略するが、ケース吊支杆８は、前部の左右方向の厚さが厚く、後方に向かって漸次薄くなる、平面視魚形断面をなしており、ケース吊支杆８を通過する水流が、コアンダ効果により増速されるようにしてある。
【００３５】
ロータ支持ケース５は、前部が大径で、後方に向かうに従って漸次小径となる、まぐろ等の魚形と似た形状をなし、前方よりロータ支持ケース５に向かって流れる水流は、コアンダ効果により、ロータ支持ケース５の魚形状に沿って後方に速く流れ、水車ロータ６における後述するブレード１３の基部付近に向かう水流が、コアンダ効果により増速されるようになっている。
【００３６】
ロータ支持ケース５の内部には、後端部をロータ支持ケース５の後端より若干突出させた前後方向を向く水平のロータ軸１１が、図示しない軸受により、回転自在に支持して収容されている。
【００３７】
水車ロータ６は、ロータ軸１１の後端部に固着されたハブ１２と、求心方向の基部が、ハブ１２に等間隔おきに固定された複数(本実施例では４枚)の揚力型ブレード(以下、ブレードと略称する)１３とを備えている。ハブ１２及びブレード１３は、例えば繊維強化合成樹脂(ＦＲＰ)や、アルミニウム、ジュラルミン等の軽金属により形成されている。なお、ハブ１２を省略し、ブレード１３をロータ軸１１の後端部に直接固定することもある。
【００３８】
ロータ軸１１の前端部は、例えば上述した特許文献１に記載されている水力発電装置と同様に、伝動手段(回転軸線を直交させて噛合する２個の傘歯車)、及び伝動手段によりケース吊支杆８内で回転させられる上下方向の伝動軸(いずれも図示略)を介して、発電機９に連係され、ロータ軸１１が水車ロータ６と共に正面視時計方向に回転することにより、発電機９が駆動されて発電するようになっている。
【００３９】
図３〜図６にも示すように、各ブレード１３は、先端部ほど受水面積が大となるように、弦長を、基部側から先端部方向に向かって漸次大とし、かつ先端部に、上流方向である前方に向かって傾斜する前向傾斜部１３Ａを形成して、水流の捕捉効果を大とすることにより、水車ロータ６の回転効率が高められるようになっている。
【００４０】
ブレード１３の最大弦長部１３Ｂは、先端部付近に形成され、最大弦長部１３Ｂを基点とする先端部に、前向傾斜部１３Ａが形成されている。前向傾斜部１３Ａは、先端に向かって先細りとされ、かつ傾斜角度は、例えば３５度〜４５度とされている。
【００４１】
図４〜図６に示すように、ブレード１３の横断面形状は、矢印で示す回転方向前側の厚さが厚く、後端に向かって漸次薄くしてあり、かつコアンダ効果を発揮させるために、後面を円弧状に膨出させ、さらに、ブレード１３全体をロータ軸１１に対して所定角度ねじり、ピッチ角を形成することにより、受水面である上流側の前面を、回転方向後外側に向かって傾斜する傾斜面１３Ｃとしてある。傾斜面１３Ｃの傾斜角度(迎角)は、ブレード１３の先端部側が小さく、基端部に向かうにしたがって漸次大となるようにしてある。
【００４２】
これにより、各ブレード１３が前方より水流を受けると、各ブレード１３には揚力が生じ、回転方向へ作用する推力によって、水車ロータ６は、正面視反時計方向に回転する。また、各ブレード１３の先端部には、前向傾斜部１３Ａが形成されているため、水車ロータ６の回転時に、回転方向後側に傾斜する傾斜面１３Ｃに沿って基端部から遠心方向に流出しようとする水流の一部を、前向傾斜部１３Ａにより捕捉し、斜め遠心方向に流出させるので、その反作用によりブレード１３の回転方向の推力が増大し、水車ロータ６の回転数及びトルクが高められる。
【００４３】
前述した８枚の水流偏向板７は、ケース吊支杆８と水車ロータ６間において、ロータ支持ケース５の長手方向の外周面に、放射方向に突出するように等間隔おきに、かつ水車ロータ６の回転軸線に対し、所定角度水車ロータ６の回転方向と反対方向に傾斜させて基端部が固着されている。各水流偏向板７の軸方向の幅寸法は、ロータ支持ケース５の軸方向の長さのほぼ１／２とされ、また、放射方向への突出寸法は、先端部がブレード１３の最大弦長部１３Ｂ付近まで延出する長さ、または前向傾斜部１３Ａの基部付近まで延出する長さとしてある。
【００４４】
さらに、本実施例では、水車ロータ６の回転軸線に対する各水流偏向板７の傾斜角度をほぼ１０度としてあるが、この傾斜角度は、水流偏向板７の枚数によって、例えば５度〜４５度の範囲内に設定される。すなわち、水流偏向板７によって水流抵抗が増大し、ロータに向かう偏向水流の速さが低下することがないように、水流偏向板７の枚数が多いほど傾斜角度を小さくし、枚数が少なくなるにしたがって傾斜角度を漸次大とするのが好ましい。傾斜角度を大きくすると、水流偏向効果は増すが、反対に水流抵抗が増大して、水車ロータ６に向かう流速が小さくなるので、４５度を超えないようにするのがよい。なお、水流偏向板７の枚数は、流速を低下させずに水流偏向効果を発揮させるために、３枚以上、１６枚以下、好ましくは６〜１２枚の範囲とするのがよい。
【００４５】
実施例１の水力発電装置ように、水車ロータ６の上流側に位置するロータ支持ケース５の外周面に、放射方向に突出する複数の水流偏向板７を、水車ロータ６の回転軸線に対し、その回転方向と反対方向に傾斜させて固着すると、図１の矢印で示すように、水流が８枚の水流偏向板７により水車ロータ６を増速させる方向、すなわち水車ロータ６の回転方向と反対方向に旋回するように偏向させられる。
【００４６】
各水流偏向板７を通過した後の偏向水流は、複数のブレード１３における基端部から最大弦長部１３Ｂ付近に至る傾斜面１３Ｃに広範囲に当たり、コアンダ効果による揚力により、各ブレード１３を回転方向に強く押すことにより、各ブレード１３には、水流の速さのエネルギの他に旋回エネルギが加わり、水車ロータ６の回転数及びトルクが高められる。
【００４７】
また、ブレード１３の先端部には、上流方向に向かって傾斜する前向傾斜部１３Ａを設けてある。そのため、ブレード１３の先端から遠心方向へ逃げようとする水流は、前向傾斜部１３Ａに捕捉されて、回転方向と逆方向の斜め遠心方向に流出し、その反作用により、ブレード１３の先端部は回転方向に押され、水車ロータ６の回転効率が高められる。従って、例え、用水路２の水流の流速が小さい場合でも、水流偏向板７と前向傾斜部１３Ａとの相乗効果により、水車ロータ６の回転数及びトルクが増大し、発電効率が向上する。
【実施例２】
【００４８】
図７及び図８は、本発明に係る水力発電装置の実施例２の側面図である。なお、上述した実施例１と同様の要素には、同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００４９】
実施例２の水力発電装置は、実施例１と同様の水流偏向板７の先端部に、水車ロータ６の回転方向と反対方向に折曲された折曲部７Ａを形成したものである。この実施例２の水流偏向板７の放射方向の突出寸法は、折曲部７Ａがブレード１３の最大弦長部１３Ｂ付近まで延出する長さとされている。
【００５０】
実施例２に係る水力発電装置においては、水流偏向板７の先端部に、水車ロータ６の回転方向と反対方向に折曲された折曲部７Ａを形成してあるため、各水流偏向板７によって偏向された水流が遠心方向に流動するのが抑制され、水車ロータ６の回転方向と反対方向に向かって偏向される水量及び水勢が増大する。その結果、複数のブレード１３における基端部から最大弦長部１３Ｂ付近に至る傾斜面１３Ｃが、コアンダ効果による揚力により、回転方向に強く押され、実施例１の水力発電装置に比して、水車ロータ６の回転数及びトルクは大となり、発電効率はより向上する。
【実施例３】
【００５１】
図９は、本発明に係る水力発電装置の実施例３の正面図である。なお、上述した実施例１、２と同様の部材には、同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００５２】
実施例３の水力発電装置は、実施例２と同様の折曲部７Ａを有する複数の水流偏向板７の放射方向の突出寸法を、折曲部７Ａがブレード１３の中間部、すなわちブレード１３の放射方向の長さのほぼ半分の位置まで延出する長さとし、かつ、水車ロータ６の回転軸線に対する傾斜角度を、実施例１、２の水流偏向板７のそれよりも大(例えば１５度)としたものである。
【００５３】
このように、水流偏向板７の放射方向の突出寸法を、ブレード１３の中間部まで延出する長さとし、かつ傾斜角度を大とすると、水流偏向板７によって水車ロータ６の回転方向と反対方向へ大きく偏向された水流により、ブレード１３の基部側が、コアンダ効果による揚力により、回転方向に押されるので、前記実施例と同様に、水車ロータ６の回転数及びトルクが高くなり、発電効率は向上する。
【００５４】
また、水流偏向板７の放射方向の突出寸法を小とした分だけ、水流抵抗が小さくなるとともに、各ブレード１３の弦長を漸次大とした遠心方向の半部は開放され、その上流側の受水面に水流が抵抗なく当たるので、水車ロータ６の回転数及びトルクを低下させるおそれはない。なお、折曲部７Ａを省略して、水流偏向板７の放射方向の突出寸法のみを小とすることもある。
【実施例４】
【００５５】
図１０は、本発明の実施例４に係る水力発電装置の一部を拡大して示すもので、前記実施例１の各水流偏向板７を、水流が水車ロータ６の回転方向と反対方向に湾曲して流れるように、曲面状に湾曲させてある。
このようにすると、各水流偏向板７により水車ロータ６の回転方向と反対方向に偏向された水流が、旋回流になり易くなるので、複数のブレード１３の傾斜面１３Ｃが、回転方向に効果的に押され、水車ロータ６の回転数及びトルクが高められる。なお、実施例４の水流偏向板７においても、先端部に実施例２のような折曲部７Ａを形成してもよく、このようにすると、旋回流の生成効果が高められる。
【実施例５】
【００５６】
図１１は、本発明に係る水力発電装置の実施例５の側面図である。なお、前述した実施例１と同様の部材には、同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００５７】
実施例５の水力発電装置は、ロータ支持ケース５、水車ロータ６及び複数の水流偏向板７を、用水路２の水流中に配置される、上流側と下流側の端部が拡径する円筒形の導水ダクト１４により囲繞したものである。導水ダクト１４の外周面の複数箇所は、支持枠体３の上流側と下流側の支柱３Ａに固定されている。
ケース吊支杆８は、導水ダクト１４の上面の開口１４Ａを、水密性を保持して貫通し、上向きに突出している。
【００５８】
実施例５の水力発電装置においては、上流側より導水ダクト１４内に流入した水流が下流方向に整然と流れ、導水ダクト１４内の全水流が、水流偏向板７によって効果的に水車ロータ６の回転方向と反対方向に偏向させられるので、水車ロータ６の回転数及びトルクが高められ、発電効率は向上する。
【００５９】
また、水流が両端を拡径させた導水ダクト１４に流入すると、導水ダクト１４内を通過する水流の流速が、ベンチュリ効果により、導水ダクト１４外の水流の流速よりも大となり、水流偏向板７によって水車ロータ６の回転方向と反対方向に偏向される水流の流速、及び複数の水流偏向板７を通過した後の偏向水流の流速も大となる。その結果、複数のブレード１３が、コアンダ効果による揚力により回転方向に強く押されて、水車ロータ６の回転数及びトルクは高められ、前記各実施例の水力発電装置に比して、発電効率が向上する。
なお、導水ダクト１４の上流側と下流側の端部に拡径部を形成しないで、これを直円筒形のものとすることもある。
【実施例６】
【００６０】
図１２及び図１３は、本発明に係る水力発電装置の実施例６である。なお、前述した実施例と同様の部材には、同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。この実施例６の水力発電装置１は、河川の川床１５における若干高低差が形成されている箇所、または川床１５を若干掘削して高低差を形成した箇所に設置されている。
【００６１】
すなわち、河川における高低差が形成されている箇所の川床１５に、例えば上流側が下向傾斜部１６Ａとされ、下流側が水平部１６Ｂとされた導水ダクト１６を、水流中に水没するように、かつ川床１５より離間するようにして、長手方向の両側面に固着された複数のアンカー部材１７、１７により不動状態に固定し、この導水ダクト１６の水平部１６Ｂに、水力発電装置１を、前記実施例と同様のロータ支持ケース５、水車ロータ６及び先端部に折曲部７Ａを有する複数の水流偏向板７がダクト内に位置するようにして設置されている。なお、導水ダクト１６を川床１５より離間させて設置するのは、泥水や砂利等が導水ダクト１６内に流入するのを防止するためである。
【００６２】
導水ダクト１６の上流側の開口部には、導水ダクト１６内に水流中の異物が流入するのを防止するフィルタ１８が、ねじ等により着脱可能に取り付けられている。
【００６３】
ロータ支持ケース５は、その両側面に内端部が固着された１対のケース支持アーム１９、１９の外端部を、導水ダクト１６の水平部１６Ｂの内面に固定することにより、水平部１６Ｂ内の中心部に配置されている。なお、導水ダクト１６は、ロータ支持ケース５を支持する、本発明の支持体を兼ねている。
【００６４】
ロータ支持ケース５の前上部には、長寸のケース吊支杆２０の下端部が固着され、導水ダクト１６の水平部１６Ｂの上面を貫通して上方に延出するケース吊支杆２０の上端部は、導水ダクト１６の上面に下端が固着された、正面視下向きコ字状をなす発電機支持台２１の上面板２１Ａにより支持されている。
【００６５】
発電機支持台２１の上面板２１Ａには発電機９が固定され、この発電機９は、前記実施例と同様に、ケース吊支杆２０内に収容された伝動手段に連係され、ケース吊支杆２０内で回転させられる上下方向の伝動軸の上端部に連結されている。図１３に示すように、ロータ軸１１が水車ロータ６と共に正面視時計方向に回転すると、発電機９が駆動されて発電するようになっている。なお、発電機支持台２１の高さは、発電機９が水没しないように、水面から十分に離間する上下寸法に設定されている。
【００６６】
実施例６の水力発電装置においても、河川における高低差の小さな川床１５に導水ダクト１６を設置し、この導水ダクト１６の水平部１６Ｂ内に、外周面に複数の水流偏向板７を有するロータ支持ケース５及び水車ロータ６を収容してある。そのため、導水ダクト１６内を整然と流れる水流は、複数の水流偏向板７によって、水車ロータ６の回転方向と反対方向に偏向され、前記実施例と同様に、複数のブレード１３がコアンダ効果により回転方向に強く押される。従って、流れの緩やかな河川であっても、水車ロータ６の回転数及びトルクが高められ、発電効率は向上する。
【００６７】
なお、実施例６の水力発電装置においては、導水ダクト１６を省略し、実施例１のような支持枠体３等を川床１５に設置して、支持枠体３等により、ケース吊支杆２０や発電機９を支持するようにすることもできる。
また、全体が下向きに傾斜し、水平部１６Ｂのない導水ダクト１６の場合には、下向傾斜部１６Ａ内に、水流偏向板７を有するロータ支持ケース５及び水車ロータ６を、下向傾斜部１６Ａに沿うように斜めに収容することもできる。
【００６８】
本発明は、前記各実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、例えば次のような種々の変形や変更を施すことが可能である。
前記実施例１〜６では、水力発電装置を、用水路２内に設置される支持枠体３により支持しているが、支持枠体３を使用しないで、単に用水路２を跨ぐように設置された支持体により水力発電装置を吊支するようにしてもよい。
【００６９】
また、前記各実施例では、水車ロータ６のブレード１３の数を４枚としたが、これに限定されないことは勿論のこと、先端部に前向傾斜部１３Ａが形成されていないブレードや、抗力型ブレードを備えるプロペラ型の水車ロータを用いた水力発電装置にも、本発明を適用することができる。抗力型ブレードを備える水車ロータを用いた際には、水流偏向板７を、水車ロータの回転方向と同方向に傾斜させればよく、このようにしても、水流偏向板７により偏向された旋回水流によって抗力型ブレードが回転方向に押されるため、水車ロータを増速させて、その回転数及びトルクを高めることができる。
【００７０】
さらに、前記各実施形態では、水車ロータ６に連係された発電機９を、ロータ支持ケース５の外部に設置しているが、ロータ支持ケース５内に発電機を収容し、発電した電力を、電気配線を介して外部に取り出すようにしてもよい。
【００７１】
本発明に係る水力発電装置は、用水路や河川の外、工業用水の給・排水路、潮流のある浅瀬の海等にも設置することが可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１  水力発電装置
２  用水路
３  支持枠体(支持体)
３Ａ  支柱
３Ｂ  下部横杆
３Ｃ  上面板
４  固定具
５  ロータ支持ケース
６  水車ロータ
７  水流偏向板
７Ａ  折曲部
８  ケース吊支杆
９  発電機
１０  傾斜ブラケット
１１  ロータ軸
１２  ハブ
１３  揚力型ブレード
１３Ａ  前向傾斜部
１３Ｂ  最大弦長部
１３Ｃ  傾斜面
１４  導水ダクト
１４Ａ  開口
１５  川床
１６  導水ダクト
１６Ａ  下向傾斜部
１６Ｂ  水平部
１７  アンカー部材
１８  フィルタ
１９  ケース支持アーム
２０  ケース吊支杆
２１  発電機支持台
２１Ａ  上面板
【図１】
2019044732.tif 000003
【図２】
2019044732.tif 000004
【図３】
2019044732.tif 000005
【図４】
2019044732.tif 000006
【図５】
2019044732.tif 000007
【図６】
2019044732.tif 000008
【図７】
2019044732.tif 000009
【図８】
2019044732.tif 000010
【図９】
2019044732.tif 000011
【図１０】
2019044732.tif 000012
【図１１】
2019044732.tif 000013
【図１２】
2019044732.tif 000014
【図１３】
2019044732.tif 000015