(57)【要約】本発明は鉛直方向に形成された回転軸（１１０）と、回転軸（１１０）を中心に放射状構造に設置された複数の回転羽根（１２０）と、を含むことを特徴とする水力発電用水車（１００）を開示することによって、ダムを前提にしないながらも、河川の水力を効率的に電気エネルギーに変換することができるようにする。【選択図】図１
2013538314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直方向に形成された回転軸（１１０）と、
前記回転軸（１１０）を中心に放射状構造に設置された複数の回転羽根（１２０）と、を含むことを特徴とする水力発電用水車（１００）。
【請求項２】
前記複数の回転羽根（１２０）は、縦断面が所定方向に向かって湾曲するように形成されることを特徴とする請求項１に記載の水力発電用水車（１００）。
【請求項３】
前記複数の回転羽根（１２０）には、所定方向に向ける面に補助羽根（１２３）が突出形成されることを特徴とする請求項１に記載の水力発電用水車（１００）。
【請求項４】
前記回転羽根（１２０）は、横断面の面積が外側端部に向かって漸進に減少するように形成されることを特徴とする請求項１に記載の水力発電用水車（１００）。
【請求項５】
前記回転羽根（１２０）の内部には、水の浸透が防止された中空部（１２１）が形成されることを特徴とする請求項１に記載の水力発電用水車（１００）。
【請求項６】
前記回転軸（１１０）の側方にはヒンジ部（１１１）が外側に突出形成され、前記回転羽根（１２０）は前記ヒンジ部（１１１）に対して回転方向にヒンジ駆動可能に設置されることを特徴とする請求項１に記載の水力発電用水車（１００）。
【請求項７】
前記回転羽根（１２０）の内側端部には、前記回転軸（１１０）の外壁に接触するとともに、相互傾きが異なるように形成された複数の接触面（１１２ａ、１２２ｂ）が形成されることを特徴とする請求項６に記載の水力発電用水車（１００）。
【請求項８】
水の流れの中の一部を阻んで発電用流路（ａ）を形成するように設置された流路遮断部材（２００）と、
請求項１〜７の中の何れか一項に記載の水車（１００）と、を含み、
前記回転軸（１１０）の一側に形成される前記回転羽根（１２０）は前記流路遮断部材（２００）の下流側に位置し、前記回転軸（１１０）の他側に形成される前記回転羽根（１２０）は前記発電用流路（ａ）に露出されるように位置することを特徴とする水力発電構造物。
【請求項９】
前記流路遮断部材（２００）とともに前記発電用流路（ａ）を形成するように、前記回転軸（１１０）の他側には流量増大部材（３００）が設置されることを特徴とする請求項８に記載の水力発電構造物。
【請求項１０】
前記流路遮断部材（２００）及び流量増大部材（３００）は、相互間隔が前記水車（１００）の設置位置に向かって漸進に狭くなるように設置されることを特徴とする請求項９に記載の水力発電構造物。
【請求項１１】
前記流路遮断部材（２００）及び流量増大部材（３００）は、内側に向かって突出した湾曲された構造であることを特徴とする請求項１０に記載の水力発電構造物。
【請求項１２】
前記水車（１００）の他側には外側杭（４００ａ）が設置され、前記流量増大部材（３００）は前記外側杭（４００ａ）に設置されることを特徴とする請求項１０に記載の水力発電構造物。
【請求項１３】
前記外側杭（４００ａ）は、上流側及び下流側端部が尖っている流線形構造に形成されることを特徴とする請求項１２に記載の水力発電構造物。
【請求項１４】
前記流路遮断部材（２００）は上流側端部が尖っている流線形構造に形成され、
前記流量増大部材（３００）は一対が前記流路遮断部材（２００）の左右に設置され、
前記流路遮断部材（２００）と一対の流量増大部材（３００）との間に形成された一対の前記発電用流路（ａ）にはそれぞれ前記水車（１００）が設置されることを特徴とする請求項１２に記載の水力発電構造物。
【請求項１５】
前記流路遮断部材（２００）の下流側端部は下流側を向けて凹まれるように湾曲された構造であることを特徴とする請求項１４に記載の水力発電構造物。
【請求項１６】
前記外側杭（４００ａ）は複数設置され、
前記複数の外側杭（４００ａ）の上部には地上で延長されたデッキ（４１０）が設置されることを特徴とする請求項１４に記載の水力発電構造物。
【請求項１７】
前記デッキ（４１０）の上部には、前記回転軸（１１０）に連結された発電装置（４２０）が設置されることを特徴とする請求項１６に記載の水力発電構造物。
【請求項１８】
前記水車（１００）の下部領域には堰（ｂ）が形成されることを特徴とする請求項１６に記載の水力発電構造物。
【請求項１９】
前記堰（ｂ）は上流側傾斜が険しく、下流側傾斜が緩く形成されることを特徴とする請求項１８に記載の水力発電構造物。
【請求項２０】
前記一対の流量増大部材（３００）の間には複数の前記流路遮断部材（２００）が設置され、
前記複数の流路遮断部材（２００）の間には内側杭（４００ｂ）が設置され、
前記発電用流路（ａ）は前記流路遮断部材（２００）と内側杭（４００ｂ）との間の領域及び前記流量増大部材（３００）と流路遮断部材（２００）との間の領域に形成され、
前記複数の発電用流路（ａ）にはそれぞれ前記水車（１００）が設置されることを特徴とする請求項１４に記載の水力発電構造物。
【請求項２１】
前記内側杭（４００ｂ）は、上流側及び下流側端部が尖っている流線形構造に形成されることを特徴とする請求項２０に記載の水力発電構造物。
【請求項２２】
前記流路遮断部材（２００）は、
流線形断面構造に形成された杭部（２００ａ）と、
前記水車（１００）の回転軸（１１０）の一側に形成された前記回転羽根（１２０）が収納されるように、前記杭部（２００ａ）の一側または両側に形成された水車収納溝（２０１）と、を含むことを特徴とする請求項８に記載の水力発電構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は土木技術分野に関し、詳しくは、水力発電のための構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
海の潮力、河川の水力などは環境汚染の殆どない清浄エネルギー源であることから、これを効率的に活用するための研究が持続的に試みられて来た。
【０００３】
特に、河川の場合、所定方向に向かって持続的に水が流れることによって、水車（発電用プロペラ）を所定方向に回転させながら発電作業をすることができるので、海の潮力発電に比べて発電設備の製作及び運用が簡便であるという長所がある。
【０００４】
従来、河川の水力発電は、河川にダムを構築し、そのダムの落差によって発生する水の位置エネルギーを水車の運動エネルギーに変化する方式を使って来た。
【０００５】
しかし、このような従来の方式は、ダムを施工する手間と費用が掛かり、またダムの貯留部による水没地域が発生する等の問題が指摘されて来た。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記のような問題点を解決するために導出されたもので、ダムを前提にしないながらも、河川の水力を効率的に電気エネルギーに変換することができるようにする水車及びこれを利用した水力発電構造物を提示することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は鉛直方向に形成された回転軸１１０と、回転軸１１０を中心に放射状構造に設置された複数の回転羽根１２０と、を含むことを特徴とする水力発電用水車１００を提示する。
【０００８】
複数の回転羽根１２０は、縦断面が所定方向に向かって湾曲するように形成されることが好ましい。
【０００９】
複数の回転羽根１２０には、所定方向に向ける面に補助羽根１２３が突出形成されることが好ましい。
【００１０】
回転羽根１２０は、横断面の面積が外側端部に向かって漸進に減少するように形成されることが好ましい。
【００１１】
回転羽根１２０の内部には、水の浸透が防止された中空部１２１が形成されることが好ましい。
【００１２】
回転軸１１０の側方にはヒンジ部１１１が外側に突出形成され、回転羽根１２０はヒンジ部１１１に対して回転方向にヒンジ駆動可能に設置されることが好ましい。
【００１３】
回転羽根１２０の内側端部には、回転軸１１０の外壁に接触するとともに、相互傾きが異なるように形成された複数の接触面１２２ａ、１２２ｂが形成されることが好ましい。
【００１４】
本発明は水の流れの中の一部を阻んで発電用流路ａを形成するように設置された流路遮断部材２００と、水車１００と、を含み、回転軸１１０の一側に形成される回転羽根１２０は流路遮断部材２００の下流側に位置し、回転軸１１０の他側に形成される回転羽根１２０は発電用流路ａに露出されるように位置することを特徴とする水力発電構造物を一緒に提示する。
【００１５】
流路遮断部材２００とともに発電用流路ａを形成するように、回転軸１１０の他側には流量増大部材３００が設置されることが好ましい。
【００１６】
流路遮断部材２００及び流量増大部材３００は、相互間隔が水車１００の設置位置に向かって漸進に狭くなるように設置されることが好ましい。
【００１７】
流路遮断部材２００及び流量増大部材３００は内側に向かって突出した湾曲された構造であることが好ましい。
【００１８】
水車１００の他側には外側杭４００ａが設置され、流量増大部材３００は外側杭４００ａに設置されることが好ましい。
【００１９】
外側杭４００ａは、上流側及び下流側端部が尖っている流線形構造に形成されることが好ましい。
【００２０】
流路遮断部材２００は上流側端部が尖っている流線形構造に形成され、流量増大部材３００は一対が流路遮断部材２００の左右に設置され、流路遮断部材２００と一対の流量増大部材３００との間に形成された一対の発電用流路ａにはそれぞれ水車１００が設置されることが好ましい。
【００２１】
流路遮断部材２００の下流側端部は下流側を向けて凹まれるように湾曲された構造であることが好ましい。
【００２２】
外側杭４００ａは複数設置され、複数の外側杭４００ａの上部には地上から延長されたデッキ４１０が設置されることが好ましい。
【００２３】
デッキ４１０の上部には、回転軸１１０に連結された発電装置４２０が設置されることが好ましい。
【００２４】
水車１００の下部領域には堰ｂが形成されることが好ましい。
【００２５】
堰ｂは上流側傾斜が険しく、下流側傾斜が緩く形成されることが好ましい。
【００２６】
一対の流量増大部材３００の間には複数の流路遮断部材２００が設置され、複数の流路遮断部材２００の間には内側杭４００ｂが設置され、発電用流路ａは流路遮断部材２００と内側杭４００ｂとの間の領域及び流量増大部材３００と流路遮断部材２００との間の領域に形成され、複数の発電用流路ａにはそれぞれ水車１００が設置されることが好ましい。
【００２７】
内側杭４００ｂは、上流側及び下流側端部が尖っている流線形構造に形成されることが好ましい。
【００２８】
流路遮断部材２００は、流線形断面構造に形成された杭部２００ａと、水車１００の回転軸１１０の一側に形成された回転羽根１２０が収納されるように、杭部２００ａの一側または両側に形成された水車収納溝２０１と、を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明はダムを前提にしないながらも、河川の水力を効率的に電気エネルギーに変換することができるようにする水車及びこれを利用した水力発電構造物を提示する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
図１〜図１１は本発明の実施例を示したものである。
【図１】水力発電構造物の第１実施例の平面図である。
【図２】回転羽根の斜視図である。
【図３】回転羽根の縦断面図である。
【図４】水車の主要部断面図である。
【図５】水車の使用状態図である。
【図６】水力発電構造物の第２実施例の平面図である。
【図７】水力発電構造物の第３実施例の平面図である。
【図８】水力発電構造物の第３実施例の正面図である。
【図９】水力発電構造物の第３実施例の側面図である。
【図１０】水力発電構造物の第４実施例の平面図である。
【図１１】水力発電構造物の第５実施例の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、添付図面を参照して本発明の実施例について詳しく説明する。
【００３２】
図１の以下に示すように、本発明による水力発電用水車１００は、大体鉛直方向に形成された回転軸１１０と、回転軸１１０を中心に放射状構造に設置された複数の回転羽根１２０と、を含んで構成される。
【００３３】
即ち、一般的な水車の回転軸が水平方向（水の流れ方向）に向かって形成されるに比べて、本発明による水車の場合には回転軸１１０が鉛直方向（水の流れ方向に対して垂直方向）に形成されることに特徴がある。
【００３４】
このような構成を有する場合、水平方向回転軸の構成を有する一般の水車に比べて、回転羽根１２０と水との接触面積を増大させることができ、これによって水力による発電効率を向上させることができるという効果を得ることができる。
【００３５】
しかし、このような構成は、回転羽根１２０の中の一部は水の流れによって正方向に駆動されるが、他の一部は水の流れに対して逆方向に駆動されるので、回転を妨害する虞があるという問題がある。
【００３６】
これを解決するためには、図１に示すように、流路遮断部材２００によって水の流れの中の一部を阻んで発電用流路ａを形成することによって逆方向回転による妨害を最小化することができる。
【００３７】
即ち、回転軸１１０の一側に形成された回転羽根１２０は流路遮断部材２００の下流側に位置させ、回転軸１１０の他側に形成された回転羽根１２０は発電用流路ａに露出されるように位置するように上記水車１００を設置する場合、鉛直方向回転軸１１０の構造を有しながらも水の流れによって水車１００が回転することができるようになる。
【００３８】
また、複数の回転羽根１２０の縦断面が所定方向に向かって湾曲するように形成された構造（発電用流路ａに露出される回転羽根１２０の縦断面が下流側に向かって突出された構造）を有する場合、発電用流路ａに露出される回転羽根１２０は水の抵抗を多く受け、反対側の回転羽根１２０は流線形になって水の抵抗を少なく受けるようになるので、円滑に回転することができるという効果がある（図１、２）。
【００３９】
さらに、複数の回転羽根１２０の所定方向（同じ回転方向）を向ける面に補助羽根１２３が突出形成される場合、回転羽根１２０に接触して、その面に沿って流れていた水が補助羽根１２３にも接触されるようになって、さらにたくさんの水力エネルギーが回転羽根１２０に伝達されることができるという効果がある（図５）。
【００４０】
回転羽根１２０の横断面の面積が外側端部に向かって漸進に減少するように形成されることが渦流の発生などを減らすことができるという側面で好ましい。
【００４１】
回転羽根１２０の内部に水の浸透が防止された中空部１２１が形成される場合、その中空部１２１に含有された空気の浮力によって、回転羽根１２０が軽くなり、それによって水力による水車１００の回転をさらに促進することができるという長所がある。
【００４２】
回転軸１１０の側方にはヒンジ部１１１が外側に突出形成され、回転羽根１２０はヒンジ部１１１に対して回転方向にヒンジ駆動可能に設置される場合、発電用流路ａに露出される場合は、回転羽根１２０が広げられて回転し、発電用流路ａに露出されない場合は、畳まれて駆動される。上述した逆方向駆動の時、抵抗をさらに減らすことができるという効果がある（図４、５）。
【００４３】
回転羽根１２０の内側端部に、回転軸１１０の外壁に接触されるとともに、相互傾きが異なるように形成された複数の接触面１２２ａ、１２２ｂが形成された構造を有する場合、上述した回転羽根１２０が広げられた状態で駆動される時及び畳まれて駆動される時、それぞれの接触面１２２ａ、１２２ｂが回転軸１１０の外壁に接触することにで、上述したヒンジ駆動をさらに安定的に行うことができるという効果がある（図４、５）。
【００４４】
以下、上述した水力発電用水車１００を利用した水力発電構造物の実施例について説明する。
【００４５】
流路遮断部材２００とともに発電用流路ａを形成するように、回転軸１１０の他側に流量増大部材３００が設置される場合、水の流れを発電用流路ａに集中させて発電効率をさらに向上させることができる（図６）。
【００４６】
流路遮断部材２００及び流量増大部材３００は、相互間隔が水車１００の設置位置に向かって漸進に狭くなるように設置される場合、上述した効果をさらに大きく得ることができる（図６）。
【００４７】
このような流路遮断部材２００及び流量増大部材３００が内側に向かって突出した湾曲された構造を有する場合、発電用流路ａでさらに安定的な流量及び流速を増進することができる。
【００４８】
流量増大部材３００は、流路遮断部材２００に比べてより大きい規模を有することが好ましい。このためには水車１００の他側にまず外側杭４００ａを設置し、これを基礎として板状構造などの流量増大部材３００を設置することが施工の便宜性の面で好ましい。
【００４９】
流量増大部材３００の施工の基準になる外側杭４００ａは、一般的な円形断面の構造を有することもできるが、外側杭４００ａの上流側及び下流側端部が尖っている流線形構造に形成される場合、施工が簡便で、発電用流路で水の流れに対する妨害を最小化することができるという長所がある。
【００５０】
図７に示すように、流路遮断部材２００の上流側端部が尖っている流線形構造に形成され、流量増大部材３００は一対が流路遮断部材２００の左右に設置され、流路遮断部材２００と一対の流量増大部材３００との間に形成される一対の発電用流路ａにはそれぞれ水車１００が設置された構造を有する場合、効率的に一対の発電用流路ａを形成し、これらそれぞれに水車１００に設置することができるので、投資された手間及び費用に比べて発電効率をさらに向上させることができるという効果を得ることができる。
【００５１】
ここで、流路遮断部材２００の下流側端部は下流側に向かって凹まれるように湾曲された構造を有することが回転羽根１２０の逆方向駆動による水の抵抗を最小化することができるという面で好ましい。
【００５２】
複数の流量増大部材３００を設置するために、複数の外側杭４００ａを設置し、その複数の外側杭４００ａの上部に地上から延長されたデッキ４１０を設置する場合、水力発電構造物の施工及び維持管理が容易であるという長所がある（図８、９）。
【００５３】
このようなデッキ４１０の上部には回転軸１１０に連結された発電装置４２０を設置することが発電装置４２０の設置及び維持管理を容易にすることができるという面で有利である（図８、９）。
【００５４】
水車１００の下部領域には堰（ｗｅｉｒ）ｂが形成されることで、これを以上の水の流れの負荷が水車１０に集中されるようにすることが好ましい（図８、９）。
【００５５】
具体的に、堰ｂは上流側傾斜が険しく、下流側傾斜が緩く形成されることが最も効率的である。
【００５６】
さらに、図１０に示すように、一対の流量増大部材３００の間には複数の流路遮断部材２００が設置され、複数の流路遮断部材２００の間には内側杭４００ｂが設置され、発電用流路ａは流路遮断部材２００と内側杭４００ｂとの間の領域及び流量増大部材３００と流路遮断部材２００との間の領域に形成され、複数の発電用流路ａにはそれぞれ水車１００が設置された構造を有する場合、投資された手間及び費用に比べて発電効率を向上させることができるという効果をさらに大きく得ることができる。
【００５７】
ここで、内側杭４００ｂも上述した外側杭４００ａと同様に上流側及び下流側端部が尖っている流線形構造に形成される場合、施工が簡便で、発電用流路で水の流れに対する妨害を最小化することができるという長所がある。
【００５８】
水力発電構造物の規模が小さい場合、流路遮断部材２００は流線形断面構造に形成された杭部２００ａと、水車１００の回転軸１１０の一側に形成された上記回転羽根１２０が収納されるように、杭部２００ａの一側または両側に形成された水車収納溝２０１と、を含む構造を有することができる（図１１）。
【００５９】
このような流路遮断部材２００は、前述した杭４００ａ、４００ｂと事実上同じ方式によって施工されることができ、流路遮断部材２００を施工した後その水車収納溝２０１に水車１００を設置すれば良いので、簡単な施工によって経済的に小規模水力発電構造物を形成することができるという長所がある。
【００６０】
以上は本発明によって具現されることができる好ましい実施例の一部について説明したのに過ぎず、周知のように、本発明の範囲は上記の実施例に限定して解釈してはならないものであり、上記で説明された本発明の技術的思想は全部本発明の範囲に含まれるものと理解すべきである。
【符号の説明】
【００６１】
ａ：発電用流路
ｂ：堰
１００：水車
１１０：回転軸
１１１：ヒンジ部
１２０：回転羽根
１２１：中空部
１２２ａ、１２２ｂ：接触面
２００：流路遮断部材
３００：流量増大部材
４００ａ：外側杭
４００ｂ：内側杭
４１０：デッキ
４２０：発電装置
【図１】
2013538314.tif 000003
【図２】
2013538314.tif 000004
【図３】
2013538314.tif 000005
【図４】
2013538314.tif 000006
【図５】
2013538314.tif 000007
【図６】
2013538314.tif 000008
【図７】
2013538314.tif 000009
【図８】
2013538314.tif 000010
【図９】
2013538314.tif 000011
【図１０】
2013538314.tif 000012
【図１１】
2013538314.tif 000013
【国際調査報告】
2013538314.tif 000014
2013538314.tif 000015
2013538314.tif 000016
2013538314.tif 000017