(57)【要約】【課題】本発明は、従来にない作用効果を発揮する水力発電装置を提供することを目的とするものである。【解決手段】河川や用水路などの流水部１に配設される水車部２が流水を受けて回転することで発電するように構成された水力発電装置であって、前記流水部１には流水方向に所定長を有する仕切り部３が設けられ、一方の側の流水部１には第一堰部５が設けられ、この第一堰部５よりも下流側には前記水車部２が設けられ、また、他方の側の流水部１には第二堰部６が設けられ、この第二堰部６の上縁６ａは、前記第一堰部５の上縁５ａより高い位置から低い位置まで調節自在に構成されたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
河川や用水路などの流水部に配設される水車部が流水を受けて回転することで発電するように構成された水力発電装置であって、前記流水部には流水方向に所定長を有する仕切り部が設けられ、一方の側の流水部には第一堰部が設けられ、この第一堰部よりも下流側には前記水車部が設けられ、また、他方の側の流水部には第二堰部が設けられ、この第二堰部の上縁は、前記第一堰部の上縁より高い位置から低い位置まで調節自在に構成されていることを特徴とする水力発電装置。
【請求項２】
請求項１記載の水力発電装置において、前記第一堰部の下流側面には、下流側へ傾斜する傾斜部が設けられ、この傾斜部を流下する流水により前記水車部が回転するように構成されていることを特徴とする水力発電装置。
【請求項３】
請求項２記載の水力発電装置において、前記水車部は複数の流水受け羽根が放射状に設けられており、この流水受け羽根は先端部が上流側へ湾曲していることを特徴とする水力発電装置。
【請求項４】
請求項３記載の水力発電装置において、前記流水受け羽根の先端は前記第一堰部の下流側面に設けた下流側へ傾斜する傾斜部に近接するように配設されていることを特徴とする水力発電装置。
【請求項５】
請求項１〜４いずれか１項に記載の水力発電装置において、前記第二堰部は板状体であり、前記他方の側の流水部の底部に対して起伏回動自在に設けられていることを特徴とする水力発電装置。
【請求項６】
請求項１〜５いずれか１項に記載の水力発電装置において、前記水車部は前記流水部に設けられる架台枠に連設されていることを特徴とする水力発電装置。
【請求項７】
請求項１〜６いずれか１項に記載の水力発電装置において、前記水車部は昇降自在に設けられていることを特徴とする水力発電装置。
【請求項８】
請求項１〜７いずれか１項に記載の水力発電装置において、前記第一堰部には不要物を除去するスクリーン部が設けられていることを特徴とする水力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水力発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自然エネルギーを利用した発電装置として、例えば特開２０１３−３２７３１号に開示されるような水力発電装置（以下、従来例）が提案されている。
【０００３】
この従来例は、河川や用水路などの流水部に配設されて水位や水量を制御する流水部巾の扉体に開口部を設け、この開口部の下流側に水平回転する水車部を設けた構造であり、扉体で流水部を堰き止めると開口部から水が流入し、この扉体の開口部から流入する流水を受けることで水車部が回転し、発電が行われる。
【０００４】
従って、従来例は、扉体で流水部を堰き止めることで水位を上げることができ、この堰き止めた水の落差を利用して発電するため、流水部を流れる流水量が少なくても発電が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−３２７３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前述した流水部を堰き止めて水位を上げ、この堰き止めた水の落差を利用して発電する水力発電に関して更なる研究・開発を進めた結果、従来にない作用効果を発揮する画期的な水力発電装置を開発した。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。
【０００８】
河川や用水路などの流水部１に配設される水車部２が流水を受けて回転することで発電するように構成された水力発電装置であって、前記流水部１には流水方向に所定長を有する仕切り部３が設けられ、一方の側の流水部１には第一堰部５が設けられ、この第一堰部５よりも下流側には前記水車部２が設けられ、また、他方の側の流水部１には第二堰部６が設けられ、この第二堰部６の上縁６ａは、前記第一堰部５の上縁５ａより高い位置から低い位置まで調節自在に構成されていることを特徴とする水力発電装置に係るものである。
【０００９】
また、請求項１記載の水力発電装置において、前記第一堰部５の下流側面には、下流側へ傾斜する傾斜部13ｄが設けられ、この傾斜部13ｄを流下する流水により前記水車部２が回転するように構成されていることを特徴とする水力発電装置に係るものである。
【００１０】
また、請求項２記載の水力発電装置において、前記水車部２は複数の流水受け羽根２ｂが放射状に設けられており、この流水受け羽根２ｂは先端部が上流側へ湾曲していることを特徴とする水力発電装置に係るものである。
【００１１】
また、請求項３記載の水力発電装置において、前記流水受け羽根２ｂの先端は前記第一堰部５の下流側面に設けた下流側へ傾斜する傾斜部13ｄに近接するように配設されていることを特徴とする水力発電装置に係るものである。
【００１２】
また、請求項１〜４いずれか１項に記載の水力発電装置において、前記第二堰部６は板状体であり、前記他方の側の流水部１の底部１ａに対して起伏回動自在に設けられていることを特徴とする水力発電装置に係るものである。
【００１３】
また、請求項１〜５いずれか１項に記載の水力発電装置において、前記水車部２は前記流水部１に設けられる架台枠８に連設されていることを特徴とする水力発電装置に係るものである。
【００１４】
また、請求項１〜６いずれか１項に記載の水力発電装置において、前記水車部２は昇降自在に設けられていることを特徴とする水力発電装置に係るものである。
【００１５】
また、請求項１〜７いずれか１項に記載の水力発電装置において、前記第一堰部５には不要物を除去するスクリーン部７が設けられていることを特徴とする水力発電装置に係るものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は上述のように構成したから、例えば水量が少なくても流水部を堰き止めて水位を上げて発電することができ、しかも、この流水の水位調節が良好に行える為、水車部を良好に回転させることができ、安定した発電が行えることになるなど、従来にない作用効果を発揮する画期的な水力発電装置となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施例に係る水力発電装置を設置した状態を示す斜視図である。
【図２】本実施例に係る要部の動作説明図である。
【図３】本実施例に係る要部の動作説明図である。
【図４】本実施の使用状態説明図である。
【図５】本実施の使用状態説明図である。
【図６】本実施の使用状態説明図である。
【図７】本実施の使用状態説明図である。
【図８】本実施の使用状態説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。
【００１９】
一方の側の流水部１を流れる流水は、第一堰部５を越えて流下し、この流水を受けて水車部２は回転し、この水車部２が回転することで発電が行われる。
【００２０】
具体的には、第二堰部６の上縁を第一堰部５の上縁よりも低くした状態においては、流水は、他方の側の流水部１を流下する。
【００２１】
第二堰部６の上縁を第一堰部５の上縁よりも高くすると、流水は第一堰部５の上縁を越えて流下し、この流水を受けて水車部２が回転し、この水車部２が回転することで発電が行われる。
【００２２】
従って、本発明は、第二堰部６の上縁の調節により、第一堰部５の上縁を越える流水量を調節でき、水車部５が良好に回転する最適な流下量を簡易に確保でき、安定した発電が行えることになる。
【実施例】
【００２３】
本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。
【００２４】
本実施例は、河川や用水路などの流水部１に配設される水車部２が流水Ｗを受けて回転することで発電するように構成された水力発電装置Ｘ（最大出力５ｋｗ〜２０ｋｗを目標としたマイクロ水力発電装置）である。尚、本実施例では、流水部１として、コンクリート製の底部１ａと左右側壁部１ｂとから成る断面Ｕ字状の農業用水路を採用している。
【００２５】
具体的には、本実施例は、流水部１の上部開口部に架設状態に配設される架台枠８と、流水部１に配設され該流水部１に仕切る仕切り部３と、流水部１に配設され該流水部１を堰き止める堰部４と、流水部１に配設され流水Ｗを受けて回転する水車部２と、水車部２が回転することで発電する発電部10とを有している。
【００２６】
架台枠８は、図１に図示したように適宜な金属製の部材（鋼材）で形成されたフレーム構造体であり、流水部１の上部開口部に架設状態に配設されるように構成され、流水部１の左右側方部位にアンカー（図示省略）を介して固定される。
【００２７】
また、この架台枠８の上部後方位置には、後述する水車部２を昇降作動させる昇降作動装置11及び第二堰部６を起伏作動させる起伏作動装置12を設置する設置部９が立設状態に設けられている。
【００２８】
仕切り部３は、図１，２に図示したように適宜な金属製の部材（ステンレス）で形成した板状体であり、流水部１の底部１ａにアンカー（図示省略）を介して立設状態に配設され、流水方向に所定長を有し、且つ、流水部１を左右方向（巾方向）に仕切るように構成されている。
【００２９】
また、仕切り部３の左右側面のうち片側面の下部先端部には、後述する第二堰部６が起伏自在に枢着される取付部３ａが突設されており、流水部１の底部１ａにアンカー（図示省略）を介して固定される。
【００３０】
尚、仕切り部３の厚さは、流水部１の巾に対応するよう第一堰部５の巾及び第二堰部６の巾を考慮して適宜設定される。
【００３１】
堰部４は、仕切り部３で仕切られる左右の流水部１のうち、一方の側の流水部１に設けられる第一堰部５と、他方の側の流水部１に設けられる第二堰部６で構成されている。
【００３２】
第一堰部５は、図１，２に図示したように適宜な金属製の部材（ステンレス）で形成され、正面壁部13ａ、底部13ｂ及び左右側壁部13ｃで構成された基体13の正面部位（正面壁部13及び左右側壁部13ｃの先端部）で構成されており、この基体13には後述する水車部２が回転自在に配設される。
【００３３】
この基体13の正面部位（正面壁部13ａ及び左右側壁部13ｃの先端部）は、流水部１に配設された際に流水Ｗを堰き止める機能を発揮し、更に、正面壁部13ａは左右側壁部13ｃよりも低い高さに設定され、その上縁５ａは凸湾曲形状に形成されて堰き止めた流水Ｗが円滑に越える部位として構成されている。
【００３４】
また、この基体13の正面壁部13ａから底部13ｂにかけて傾斜部13ｄが一体に設けられており、この傾斜部13ｄは第一堰部５の上縁５ａを越えた流水Ｗが流下する部位である。
【００３５】
また、傾斜部13ｄの上面は、水車部２の流水受け羽根２ｂの先端が通過する軌跡に合致する側断面視凹湾曲状に形成されており、この傾斜部13ｄの上面の近傍を水車部２の流水受け羽根２ｂの先端が通過するように構成されている。
【００３６】
また、第一堰部５（基体13の正面壁部13ａの上方にして左右側壁部13ｃの先端部間）には、上下方向に長さを有する長窓７ａが並設された適宜な金属製（ステンレス製）のスクリーン板体が架設されており、よって、第一堰部５の上部にして上縁５ａの上流側にはスクリーン部７が設けられている。
【００３７】
従って、流水部１を流れる流水Ｗが第一堰部５の上縁５ａを越える際、この流水Ｗにより流れる流木やゴミはこのスクリーン部７に引っかかって侵入が阻止され除去される。
【００３８】
また、基体13の左右側壁部13ｃ夫々の上端部所定位置には軸受部14が設けられ、この軸受部14は水車部２の回転軸２ａを軸受するように構成されている。
【００３９】
また、基体13の左右側壁部13ｃ夫々の後端部は架台枠８に枢着されており、基体13は後述する昇降作動装置11の作動により上下方向に擺動自在に設けられている。
【００４０】
昇降作動装置11は、図１，２に図示したように設置部９の上部に設けられる一対の駆動部11ａ（モーター）と、ワイヤー11ｂ及び滑車11ｃから成る滑車部とで構成されており、この滑車部のワイヤー11ｂの基端部は駆動部11ａに連結され、先端部は基体13の左右側壁部13ｃ夫々にヒンジを介して枢着連結されており、駆動部11ａを作動させてワイヤー11ｂを巻き取った際、基体13は上方向に擺動して流水部１外へ退出した状態となり、反対に、駆動部11ａを逆転作動させてワイヤー11ｂを送り出した際、基体13は下方向に擺動して流水部１内に配設される。この流水部１内に基体13が配設された際、仕切り部３で仕切られる流水部１のうちの一方の流水部１には、この基体13の正面部位により第一堰部５が形成される。尚、第一堰部５は基体13とは別途設けて仕切り部３に一体に設けても良いし、後述する第二堰部６と同様に流水部１の底部１ａに対して起伏自在に設けても良い。
【００４１】
この流水部１に対する基体13の上下方向への擺動に伴い、この基体13に設けられる水車部２は昇降して、流水部１内に配設された状態と流水部１外へ退出した状態とが切り替え自在となる。この基体13の上昇は、例えば流水部１の増水時に水車部１を退避させるためであったり、水車部１をメンテナンスするために行う。
【００４２】
また、基体13の左右側壁部13ｃのうちの一方には発電部10が設けられており、この発電部10のジェネレーターは水車部２の回転軸２ａとチェーン15を介して連設されている。
【００４３】
従って、発電部10は、水車部２の回転軸２ａが回転することに伴いジェネレーターが回転して発電する。
【００４４】
また、基体13の左右側壁部13ｃ夫々の上端部所定位置には、鉤状の係止部16が設けられており、基体13を流水部１内に配設した際、一方の係止部16は仕切り部３の上端部に載置係止され、他方の係止部16は架台枠８に載置係止される。
【００４５】
第二堰部６は、図１，２，３に図示したように適宜な金属製の部材（鉄製（ＳＳ４００））で形成した板状体であり、仕切り部３の片側（第一堰部５が設けられる側と反対側にして仕切り部３で仕切られる流水部１のうちの他方の流水部１）に設けられており、この第二堰部６の高さは第一堰部５の上縁５ａよりも高い高さに設定されている。
【００４６】
この第二堰部６は、仕切り部３に設けられた取付部３ａにヒンジを介して起伏自在に設けられており、よって、第二堰部６は、起伏作動させることでその上縁６ａが第一堰部５の上縁５ａよりも高い位置から低い位置まで高さ調節自在に構成されている。
【００４７】
また、この第二堰部６の起伏作動は起伏作動装置12を介して行われる。
【００４８】
起伏作動装置12は、図１，２，３に図示したように設置部９の上部に設けられる駆動部12ａ（モーター）と、ワイヤー12ｂ及び滑車12ｃから成る滑車部とで構成されており、この滑車部のワイヤー12ｂの基端部は駆動部12ａに連結され、先端部は第二堰部６の上端部に枢着連結されており、駆動部12ａを作動させてワイヤー12ｂを巻き取った際、第二堰部５は上方向に擺動して起き状態となり、反対に、駆動部12ａを逆転作動させてワイヤー12ｂを送り出した際、第二堰部６は下方向に擺動して流水部１の底部１ａに伏し状態となる。
【００４９】
この第二堰部６を起き状態とするのは、流水部１の流水Ｗの水位を上昇させて第一堰部５の上縁５ａを越えさせて流下させるためであり、第二堰部６を伏し状態とするのは、流水部１の流水Ｗの水位を降下させてスクリーン部７に引っかかった流木やゴミを除去する作業を行う為であったり、増水時に流水Ｗの流れの抵抗とならないようにする為である。
【００５０】
尚、本実施例では、仕切り部３と第一堰部５との間、仕切り部３と第二堰部６との間、流水部１の底部１ａ及び側壁部１ｂと第一堰部５との間、流水部１の底部１ａ及び側壁部１ｂと第二堰部６との間などの堰部４を構成する各部位間にシーリング材（図示省略）を設けて止水効果を高めている。堰部４は完全に止水する構造としても良いが、流水部１の上流側の水位を上昇させることができれば完全に止水しなくても良い。
【００５１】
水車部２は、図１，２に図示したように回転軸２ａとこの回転軸２ａの周囲にして放射状に板状の流水受け羽根２ｂを並設して構成されている。
【００５２】
この流水受け羽根２ｂの先端部は流水部１の上流側へ向けて凹湾曲状に形成されており、傾斜部13ｄを流下する流水を良好に受けることができる。
【００５３】
また、流水受け羽根２ｂの先端は第一堰部５の下流側面に設けた下流側へ傾斜する傾斜部13ｄに近接するように配設されている。
【００５４】
また、水車部２の回転軸２ａは、基体13に設けた軸受部14に軸受けされており、よって、水車部２は基体13内で回転自在となる。
【００５５】
以上の構成から成る本実施例に係る水力発電装置Ｘの使用状態について説明する。尚、本実施例では、流水部１に対して水力発電装置Ｘを一つ設置した場合であるが、流水部１の長さ方向に複数設置しても良い。
【００５６】
流水部１を流れる流水Ｗは、堰部４によって堰き止められて水位が上昇し、この堰部４を越えて流下する流水Ｗを受けて水車部２は回転し、この水車部２が回転することで発電部10は発電する。
【００５７】
具体的には、図４，５に図示したように第二堰部６の上縁６ａを第一堰部５の上縁５ａよりも低くした伏し状態において、流水部１を流れる流水Ｗの水位が第一堰部５の上縁５ａよりも低い場合には、この流水部１を流れる流水は、仕切り部３の片側にして第二堰部６を設けた側（仕切り部３で仕切られる流水部１のうちの他方の流水部１）を流れる。この際、例えば回転停止状態の水車部２をメンテナンスしたりスクリーン部７に引っかかった流木やゴミを除去することができる。
【００５８】
また、この状態において、図６，７，８に図示したように第二堰部６を起き作動させて該第二堰部６の上縁６ａを第一堰部５の上縁５ａよりも高くすると、流水部１を流れる流水Ｗの水位は第一堰部５の上縁５ａよりも高くなり、よって、この流水部１を流れる流水Ｗは第一堰部５の上縁５ａを越えて流下することになり、この第一堰部５の上縁５ａを越えて傾斜部13ｄを流下する流水Ｗを受けて水車部２が回転し、この水車部２が回転することで発電部10は発電する。
【００５９】
よって、本実施例によれば、第二堰部６を起伏作動させて高さ調節することにより、流水部１を流れる流水Ｗが第一堰部５の上縁５ａを越えない水位或いは越える水位に調節でき、また、この流水部１を流れる流水Ｗの水位が第一堰部５の上縁５ａを越える状態において、水車部５が良好に回転するに少なすぎず多すぎず最適な流下量となるように水位調節でき、よって、この流水部１を流れる流水Ｗの水位調節が良好に行える為、水車部２を良好に回転させることができて安定した発電が行えることになる。
【００６０】
また、本実施例は、第一堰部５の上縁５ａを越える状態を維持したまま第二堰部６の高さ調節を行うことで上流側を考慮した水位調節も簡易且つ確実に行えることになる。
【００６１】
また、本実施例に係る水力発電装置Ｘは、ユニット化されている為、既存の流水部１への設置及び撤去が簡易且つ確実に行えることになる。
【００６２】
また、本実施例は、第二堰部６は板状体であり、流水部１の底部１ａに対して起伏回動自在に設けられ、流水部１の流水Ｗの水位を第一堰部５の上縁５ａよりも高い水位（上縁５ａを越える水位）としたり、第一堰部５の上縁５ａよりも低い水位にしたり水位調節が確実に行えることになる。
【００６３】
また、本実施例は、水車部２は昇降自在に設けられているから、例えば大雨や台風時の増水時において水車部２を流水部１の上方へ退避させることが可能である為、例えば替りに水を流すためのバイパス水路及びその切替ゲートなどの設置が不要となる。
【００６４】
尚、本発明は、本実施例に限られるものではなく、各構成要件の具体的構成は適宜設計し得るものである。
【符号の説明】
【００６５】
Ｗ  流水
Ｘ  水力発電装置
１  流水部
１ａ  底部
２  水車部
２ｂ  流水受け羽根
３  仕切り部
５  第一堰部
５ａ  上縁
６  第二堰部
６ａ  上縁
７  スクリーン部
８  架台枠
13ｄ  傾斜部
【図１】
2015224559.tif 000003
【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】
2015224559.tif 000009
【図８】
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