(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水流により回転するブレードと、
前記ブレードの回転に伴って回転する軸体と、
前記軸体の回転駆動力により電力を発生する発電機と、
を有する水力発電装置であって、
前記ブレードに対して加わる水流からのモーメントを相殺又は低減するための反力を発生可能な反力発生機構を備え、
前記反力発生機構は、
水力発電装置を構成する部材のうちの非回転部材又はブリッジ部に固定設置されるアーム部と、
前記アーム部に取り付けられる翼断面形状からなるウイング部と、
を有することを特徴とする水力発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の水力発電装置において、
前記ウイング部は、前記ブレードの上流側および下流側において、設置された水力発電装置の上面視で前記ブレードと重畳する位置に設置されることを特徴とする水力発電装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の水力発電装置において、
前記ウイング部は、前記ブレードの上流側および下流側において、設置された水力発電装置の側面視で前記ブレードと重畳しない位置に設置されることを特徴とする水力発電装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の水力発電装置において、
前記反力発生機構によって発生する反力の及ぶ方向が、水路深さ方向に対して中央を向くように構成され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。
【背景技術】
【０００２】
従来から、水車が備えるブレードを水流によって回転運動させ、この回転運動を発電機に伝達することで電力を発生させる水力発電装置が知られている。この種の水力発電装置には、ペルトン水車やフランシス水車、プロペラ水車等の種々の形式が存在しており、水車を設置する場所の地形等に合わせた水車が採用されている。例えば、低落差である河川や海などには、垂直軸型水車（貫流水車）を用いた発電装置が利用されており、下記特許文献１には、垂直軸型水車（貫流水車）を利用した水力発電装置の具体例が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−３４９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上掲した特許文献１に代表されるような従来技術に係る水力発電装置は、装置の全重量を支えるとともに、水流によってブレードに作用する大きなモーメントを支えるために、ブリッジ等の大掛かりな架橋構造が必要であった。このため、従来技術に係る水力発電装置では、ブリッジ等を建設するための設置コストが高額となってしまうという課題が存在していた。
【０００５】
また、従来の水力発電装置において発電効率を高める手段としては、ブレードに当たる水流の流速を高めて発電量を向上させるために、例えば、ブレード周辺の水路幅を狭くする土木工事を行ったり、河川改修工事を行うことで水流を整えたりする方法が行われていた。しかしながら、この様な土木工事の実施は、非常に大きな費用や工数が必要となるものであり、さらには水路形状に変更を加えるための法律的な手続きを必要とする等、設置コストのさらなる高額化を伴うものであった。
【０００６】
特に、小型水力発電の普及には、設置時のコスト低減をはじめ、発電出力の向上などといった発電コストの低減が求められるものである。しかしながら、上述した従来技術における設置コストの高額化と発電効率向上のための追加コストの存在は、小型水力発電の普及を阻害する要因となっていた。すなわち、水力発電装置に関する技術分野では、設置コストの低減とともに、発電コストの低減をも可能とする新たな技術の実現が求められていた。
【０００７】
本発明は、上述した従来技術に存在する種々の課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、設置コストの低減と発電コストの低減を同時に可能とする新たな水力発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る水力発電装置は、水流により回転するブレードと、前記ブレードの回転に伴って回転する軸体と、前記軸体の回転駆動力により電力を発生する発電機と、を有する水力発電装置であって、前記ブレードに対して加わる水流からのモーメントを相殺又は低減するための反力を発生可能な反力発生機構を備え、前記反力発生機構は、水力発電装置を構成する部材のうちの非回転部材又はブリッジ部に固定設置されるアーム部と、前記アーム部に取り付けられる翼断面形状からなるウイング部と、を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、設置コストと発電コストの低減を同時に実現した新たな水力発電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る水力発電装置の全体構成を示す外観斜視図である。
【図２】本実施形態に係る水力発電装置が備える反力発生機構の具体的構成を示す斜視図である。
【図３】本実施形態に係るウイング部の翼断面形状を示す図であり、ウイング部の特性を説明するためのものである。
【図４】本実施形態に係る水力発電装置の設置状態の側面視を示した模式図である。
【図５】本実施形態に係る反力発生機構の特性を説明するための図であり、図中の分図（ａ）は水力発電装置の全体構成を示し、分図（ｂ）はブレードを示し、分図（ｃ）はウイング部の翼断面形状を示している。
【図６】ウイング部の翼断面形状において様々な仰角αにおける揚力係数（Ｃｌ）に対する抗力係数（Ｃｄ）の比（Ｃｌ／Ｃｄ）を示すグラフ図である。
【図７】本発明に係る反力発生機構の取り得る多様な設置位置の例を示す図である。
【図８】本発明に係る反力発生機構が備えるウイング部の設置位置について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１２】
図１は、本実施形態に係る水力発電装置の全体構成を示す外観斜視図であり、図２は、本実施形態に係る水力発電装置が備える反力発生機構の具体的構成を示す斜視図である。
【００１３】
本実施形態に係る水力発電装置１００は、ブレード１０を水流によって回転運動させ、当該回転運動を発電機５０に伝達することで電力を発生させる装置である。具体的な構成としては、図１にて示すように、本実施形態に係る水力発電装置１００は、水流により回転するブレード１０と、ブレード１０が設置される軸体２０と、軸体２０を回転可能に支持する軸受を備える軸受サポート部３０と、軸体２０の回転駆動力により電力を発生する発電機５０と、を有して構成される。そして、本実施形態に係る水力発電装置１００は、例えば用水路に設置される。
【００１４】
また、回転部材であるブレード１０や軸体２０を支持し、水力発電装置１００の固定設置を行うための枠体６０が軸体２０や軸受サポート部３０を取り囲むように設置されており、この枠体６０には、用水路等に架け渡されるブリッジ部６１が接続されている。非回転部材としての枠体６０とブリッジ部６１とが、例えば用水路の両岸に設けられた基礎部６２に対して固定設置されることで、本実施形態に係る水力発電装置１００の設置が行われている。
【００１５】
さらに、非回転部材としての枠体６０には、ブレード１０に対して加わる水流からのモーメントを相殺又は低減するための反力を発生可能な反力発生機構７０が設置されている。この反力発生機構７０は、図１および図２にて示すように、水力発電装置１００を構成する部材のうちの非回転部材である枠体６０に固定設置されるアーム部７１と、アーム部７１に取り付けられる翼断面形状からなるウイング部７２と、によって構成されており、本実施形態では、用水路の下流側に延在するように設置されている。すなわち、本実施形態に係る反力発生機構７０は、ブレード１０に対して後方側（図１における紙面右上方向）に設置されている。
【００１６】
本実施形態に係るブレード１０は、円盤形状をした一対の板部１１と、一対の板部１１に接続する３枚の羽根部１３と、を備え、一対の板部１１と３枚の羽根部１３とが一体構造となるように構成されている。そして、３枚の羽根部１３は、翼断面形状を有する構成となっている。したがって、ブレード１０は、図１に示すように、水中に配置され、水流により羽根部１３が揚力を発生することで、ブレード１０の中心（板部１１の中心）を中心軸として回転するようになっている。
【００１７】
軸体２０は、その下端がブレード１０と接続されることで、ブレード１０の回転に伴って回転する部材である。軸体２０の回転中心軸と、ブレード１０の中心軸とは、同軸となるように設置され、例えばボルトおよびナットによってブレード１０と締結される。そして、軸体２０は、軸受サポート部３０に備えられる軸受により回転可能に支持される。
【００１８】
軸体２０の回転は、軸受サポート部３０によって支持され、発電機５０に伝達され、発電機５０が電力を発生させることとなる。なお、本実施形態に係る発電機５０は、発電機５０の備える不図示の入力軸が、ブレード１０および軸体２０と同軸となるように設置されている。ただし、発電機５０とブレード１０および軸体２０とが遊星歯車や減速器を使用して接続される形態の場合には、発電機５０の備える不図示の入力軸は、ブレード１０および軸体２０と同軸で配置されていなくとも良い。そして、発電された電力は、不図示の送電手段によって、電力消費地や蓄電手段等へと送電される。
【００１９】
以上、本実施形態に係る水力発電装置１００の全体構成を説明したが、本実施形態に係る水力発電装置１００は、反力発生機構７０に特徴的な構成を有している。そこで、次に、図３および図４を参照図面に加えることで、本実施形態に係る反力発生機構７０の具体的な特徴を説明することとする。ここで、図３は、本実施形態に係るウイング部７２の翼断面形状を示す図であり、ウイング部７２の特性を説明するためのものである。また、図４は、本実施形態に係る水力発電装置１００の設置状態の側面視を示した模式図である。なお、図３では、図４で示される水力発電装置１００の設置状態に対応するようにウイング部７２が示されており、紙面上側がウイング部７２の上方側、つまり水面側であり、紙面下側がウイング部７２の下方側、つまり水底側である。また、図３および図４では、いずれも紙面左側が上流側を示しており、紙面右側が下流側となっている。つまり、図３および図４では、いずれも紙面左側から紙面右側に向けて水流の流れがある場合が示されている。
【００２０】
本実施形態のウイング部７２の翼断面形状は、下方（すなわち、水面側から水底側の方向）に向けて揚力ＦＬが作用するように設置されている。すなわち、翼断面形状の前縁ＬＥと後縁ＴＥとを結ぶ２つの線分である翼弦のうち、下方側に位置する翼弦Ｃ１の方の翼弦長が上方側に位置する翼弦Ｃ２の翼弦長より長くなっている。したがって、本実施形態に係るウイング部７２の翼断面形状の場合、上流側からの水流に対してウイング部７２は下方側（すなわち、水面側から水底側の方向）に向けて揚力ＦＬを発生するように作用する。
【００２１】
また、本実施形態のウイング部７２の翼断面形状は、下方側に位置する翼弦Ｃ１の翼弦長が長く、上方側に位置する翼弦Ｃ２の翼弦長が短くなっているので、ウイング部７２の翼断面形状の作用によって、ウイング部７２の翼断面形状の下方側は負圧（圧力：小）となるとともに、ウイング部７２の翼断面形状の上方側は正圧（圧力：大）となる。かかる作用によって、ウイング部７２の翼断面形状の前縁ＬＥに向けて流れてくる上流側からの水流は、前縁ＬＥにおいて下方と上方に分かれた後、下方側に位置する翼弦Ｃ１の近傍を流れる水流の方が流速が速くなるとともに、上方側に位置する翼弦Ｃ２の近傍を流れる水流の方は流速が遅くなる。したがって、本実施形態のウイング部７２の周囲では、翼断面形状の下方側およびその前後の領域の水流の速度が上昇するという作用が発揮される。
【００２２】
そして、上述したウイング部７２の翼断面形状が発揮する種々の作用によって、本実施形態に係る反力発生機構７０は、従来技術には存在しない有利な効果を発揮することとなる。すなわち、図４に示すように、本実施形態に係る水力発電装置１００では、水流からの力をブレード１０が受けることで、水力発電装置１００には下流側の方向に向けてモーメントＭｂが及ぼされることとなる。かかるモーメントＭｂを打ち消す力を作用させるために、本実施形態に係る反力発生機構７０は、ブレード１０の下流側に設けられるとともに、ブレード１０の上方端側の近傍に設けられている。また、本実施形態に係る反力発生機構７０は、反力発生機構７０によって発生する揚力ＦＬ、つまり前記モーメントＭｂを打ち消すための反力として作用する揚力ＦＬの及ぶ方向が、水路深さ方向に対して中央を向くように構成されている。なお、本明細書において「揚力ＦＬの及ぶ方向が水路深さ方向に対して中央を向く」とは、水面側から水路の中央側（つまり、ブレード１０の設置位置近傍側）に向けて揚力ＦＬが及ぼされる場合と、水底側から水路の中央側（つまり、ブレード１０の設置位置近傍側）に向けて揚力ＦＬが及ぼされる場合とを想定しており、本実施形態の場合、反力発生機構７０によって発生する揚力ＦＬは、水面側から水路の中央側（つまり、ブレード１０の設置位置近傍側）に向けて及ぼされる場合の例が示されている。
【００２３】
したがって、反力発生機構７０によって発生する揚力ＦＬは、水路の上流側に向けて及ぼされるモーメントＭｗとして作用し、一方、ブレード１０に対して加わる水流からの力は、水路の下流側に向けて及ぼされるモーメントＭｂとして作用するので、反力発生機構７０によって発生するモーメントＭｗは、水流によって発生するモーメントＭｂを互いに打ち消し合うように作用する。その結果、水力発電装置１００に作用するモーメントＭｂは、ウイング部７２の作用によって発生するモーメントＭｗによって相殺又は低減されることとなる。つまり、本実施形態に係る反力発生機構７０の作用によって、水力発電装置１００自体に加わる水流からのモーメントが解消又は低減されることになるので、非回転部材としての枠体６０およびブリッジ部６１や、例えば用水路の両岸に設けられた基礎部６２の構造や強度を従来技術に比べて簡略化・簡易化できるので、本実施形態によれば、設置コストの低減効果を得ることが可能となる。なお、反力発生機構７０によって解消又は低減されるのは、ブレード１０に対して加わる水流からの力によって水力発電装置１００に作用するモーメントＭｂのみであって、ブレード１０を回転させるための水の力は好適に維持されるので、反力発生機構７０は発電効率に影響しない。
【００２４】
また、本実施形態のウイング部７２の翼断面形状は、上述したように、翼断面形状の下方側およびその前後の領域の水流の速度を上昇させるという作用を発揮し得るので、図４に示すように、反力発生機構７０をブレード１０の下流側、且つ、上方端側の近傍に設けることで、ブレード１０に到達する水流の速度が上昇する。かかる流速上昇作用によって、ブレード１０を回転させるための推力が向上し、発電効率を向上させることが可能となる。従来技術では、発電効率を向上させるためには高コストな土木工事等が実施されていたが、本実施形態に係るウイング部７２によれば、水力発電装置１００自体に加わる水流からのモーメントを解消又は低減するための反力発生機構７０と兼用できるので、新たな設置コストを発生させることなく発電効率を向上させることができる、結果として発電コストをも低減することが可能となる。したがって、本実施形態に係る反力発生機構７０によれば、設置コストの低減と発電効率の向上を同時に実現した新たな水力発電装置１００を提供することが可能となっている。
【００２５】
次に、本実施形態に係る反力発生機構７０の好適な設置条件の選定方法について、図５および図６を参照図面に加えて説明する。ここで、図５は、本実施形態に係る反力発生機構７０の特性を説明するための図であり、図中の分図（ａ）は水力発電装置１００の全体構成を示し、分図（ｂ）はブレード１０を示し、分図（ｃ）はウイング部７２の翼断面形状を示している。また、図６は、ウイング部７２の翼断面形状において様々な仰角αにおける揚力係数（Ｃｌ）に対する抗力係数（Ｃｄ）の比（Ｃｌ／Ｃｄ）を示すグラフ図である。なお、本実施形態に係るウイング部７２の翼断面形状については、ＮＡＳＡ（アメリカ航空宇宙局：National Aeronautics and Space Administration）の前身であるＮＡＣＡ（アメリカ航空諮問委員会：National Advisory Committee for Aeronautics）が定義した「ＮＡＣＡ４４１８」なる翼型を想定している。
【００２６】
まず、図５中の分図（ｂ）で示すブレード１０について、このブレード１０に対して作用する外力Ｆは、以下のように表すことができる。
Ｆ＝１／２・ρ・Ｖ２・Ｓ・Ｃｔ
Ｆ  ：水車のブレードに作用する外力［Ｎ］
ρ  ：流体の密度［ｋｇ／ｍ３］
Ｖ  ：流体速度［ｍ／ｓ］
Ｓ  ：ブレードの受水面サイズ［ｍ２］＝φＤ×Ｌ
Ｃｔ：スラスト係数
【００２７】
また、図５中の分図（ｃ）で示すウイング部７２の翼断面形状について、このウイング部７２の翼断面形状に対して作用する外力（揚力ＦＬおよび抗力ＦＤ）は、以下のように表すことができる。
ＦＬ＝１／２・ρ・Ｖ２・Ｓ１・ＣＬ
ＦＬ：ウイング部に発生する揚力［Ｎ］
ρ  ：流体の密度［ｋｇ／ｍ３］
Ｖ  ：流体速度［ｍ／ｓ］
Ｓ１：ウイング部の受水面サイズ［ｍ２］＝Ｃ×Ｌ１
ＣＬ：揚力係数（翼特性による。ex.ＮＡＣＡ４４１８）
ＦＤ＝１／２・ρ・Ｖ２・Ｓ１・Ｃｄ
ＦＤ：ウイング部に発生する抗力［Ｎ］
ρ  ：流体の密度［ｋｇ／ｍ３］
Ｖ  ：流体速度［ｍ／ｓ］
Ｓ１：ウイング部の受水面サイズ［ｍ２］＝Ｃ×Ｌ１
Ｃｄ：抗力係数（翼特性による。ex.ＮＡＣＡ４４１８）
【００２８】
そして、本実施形態に係るウイング部７２のウイング寸法を、Ｃ×Ｌ１＝１，０００ｍｍ×３，３００ｍｍとする。さらに、図５中の分図（ａ）における点Ｏ１は、ブレード１０中心点である点Ｂから軸上方向に延びる線分と、ウイング部７２を構成する翼型の重心位置である点Ｗから枠体６０とアーム部７１との接続部方向に延びる線分との交点を示しており、この点Ｏ１における合成モーメントＭｏを、ブレード１０（点Ｂ）に作用するモーメントＭｂとウイング部７２（点Ｗ）に作用するモーメントＭｗとの和として定義する。すると、図５中の分図（ａ）における点Ｏ１における合成モーメントＭｏは、
ブレード１０（点Ｂ）に作用するモーメントＭｂが  Ｆ＝１５．５ｋＮｍ
ウイング部７２（点Ｗ）に作用するモーメントＭｗが  Ｆ＝−１５．４ｋＮｍ
となる。つまり、
合成モーメントＭｏ＝モーメントＭｂ＋モーメントＭｗ≒０
となるので、水力発電装置１００に作用するモーメントＭｂは、ウイング部７２の作用によって発生するモーメントＭｗによってほぼ相殺されることとなる。したがって、本実施形態では、ウイング部７２のウイング寸法を、Ｃ×Ｌ１＝１，０００ｍｍ×３，３００ｍｍとすることで点Ｏ１における合成モーメントＭｏがほぼゼロとなって解消されるので、設置する架台を頑丈に作らなくても良くなるため、このコストが低減される。その結果、水力発電装置１００の設置コストが削減できる。つまり、本実施形態によれば、水力発電装置１００の設置コストの低減効果を好適に得ることが可能となっている。
【００２９】
また、図６は、ウイング部７２の翼断面形状において様々な仰角αにおける揚力係数（Ｃｌ）に対する抗力係数（Ｃｄ）の比（Ｃｌ／Ｃｄ）を示すグラフ図である。ここで、仰角αとは、前縁ＬＥと後縁ＴＥを結んだ線（翼弦）と水流とのなす角をいうが、この揚力係数（Ｃｌ）に対する抗力係数（Ｃｄ）の比（Ｃｌ／Ｃｄ）が最も大きくなる仰角αのときに、揚力ＦＬが最大となり、抗力ＦＤが最小となることを示している。そして、本実施形態で採用した翼型「ＮＡＣＡ４４１８」の場合、比（Ｃｌ／Ｃｄ）が最も大きくなる仰角αは、６［deg］のときであった。したがって、本実施形態の場合、仰角αを６［deg］に設定することで、ウイング部７２の好適な配置が実現されることとなる。
【００３０】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。
【００３１】
例えば、上述した本実施形態に係る反力発生機構７０は、ブレード１０の下流側に設けられるとともに、ブレード１０の上方端側の近傍に設けられていた（図４参照）。しかしながら、本発明に係る反力発生機構の設置位置は、上述した実施形態の構成には限られない。例えば、図７に示すように、様々な位置に設置することが可能である。ここで、図７は、本発明に係る反力発生機構の取り得る多様な設置位置の構成例を示す図である。
【００３２】
図７の符号ＩＩで示す構成例の場合、反力発生機構７０は、ブレード１０の上流側に設けられるとともに、ブレード１０の下方端側の近傍に設けられている。このとき、翼断面形状の前縁ＬＥと後縁ＴＥとを結ぶ２つの線分である翼弦のうち、上方側に位置する翼弦の方の翼弦長が長くなっており、下方側に位置する翼弦の翼弦長は、上方側の翼弦に比べて短くなっている。したがって、構成例ＩＩに係るウイング部７２の翼断面形状の場合、上流側からの水流に対してウイング部７２は上方側に向けて揚力ＦＬを発生するように作用することとなる。また、構成例ＩＩのウイング部７２の翼断面形状の作用によって、ウイング部７２の翼断面形状の上方側は負圧（圧力：小）となるとともに、ウイング部７２の翼断面形状の下方側は正圧（圧力：大）となる。かかる作用によって、ウイング部７２の翼断面形状の前縁ＬＥに向けて流れてくる上流側からの水流は、前縁ＬＥにおいて下方と上方に分かれた後、上方側に位置する翼弦の近傍を流れる水流の方が流速が速くなるとともに、下方側に位置する翼弦の近傍を流れる水流の方が流速が遅くなる。したがって、構成例ＩＩのウイング部７２の周囲では、翼断面形状の上方側およびその前後の領域の水流の速度が上昇するという作用が発揮される。かかる流速上昇作用によって、ブレード１０の回転力が向上し、発電効率を向上させることが可能となる。したがって、構成例ＩＩに係る反力発生機構７０によれば、発電コストの低減を実現した新たな水力発電装置１００を提供することが可能となっている。また、構成例ＩＩに係る反力発生機構７０は、反力発生機構７０によって発生する反力としての揚力ＦＬの及ぶ方向が、水路深さ方向に対して中央を向く、すなわち、水底側から水路の中央側（つまり、ブレード１０の設置位置近傍側）に向けて揚力ＦＬが上向きとなるように構成されている。したがって、反力発生機構７０によって発生する揚力ＦＬは、上流側に向けて及ぼされるモーメントＭｗとして作用する。一方、ブレード１０に対して加わる水流からの力は、下流側に向けて及ぼされるモーメントＭｂとして作用することになるので、反力発生機構７０によって発生するモーメントＭｗと水流によって発生するモーメントＭｂは互いに打ち消し合うように作用する。その結果、水力発電装置１００に作用するモーメントＭｂは、ウイング部７２の作用によって発生するモーメントＭｗによって相殺又は低減される。つまり、構成例ＩＩに係る反力発生機構７０の作用によって、水力発電装置１００自体に加わる水流からのモーメントが解消又は低減されることになるので、非回転部材としての枠体６０およびブリッジ部６１や、例えば用水路の両岸に設けられた基礎部６２の構造や強度を従来技術に比べて簡略化・簡易化できるので、構成例ＩＩによっても、上述した実施形態と同様に、設置コストの低減効果や発電効率の向上効果を得ることが可能となる。
【００３３】
なお、図７中の符号ＩＩＩおよび符号ＩＶで示す２つの構成例の場合は、ウイング部７２の翼断面形状の作用によって、流速上昇作用を得ることができる。ただし、この２つの構成例ＩＩＩおよびＩＶについては、水力発電装置１００に作用するモーメントＭｂと、ウイング部７２の作用によって発生するモーメントＭｗとが同一方向を向く構成となっているため、モーメントの相殺又は低減効果が得られない構成例となっている。
【００３４】
このように、本発明に係る反力発生機構の設置位置は、水力発電装置１００の設置環境に応じて、適宜変更することが可能である。ただし、ブレード１０の上流側正面位置に本発明の反力発生機構を配置することは、ブレード１０に対して水の力を及ぼすことを阻害することになるため好ましくなく、一方、ブレード１０の下流側背面位置に本発明の反力発生機構を配置することは、ブレード１０後方に生じる死水域の領域となるため、反力発生機構としての機能を発揮できず好ましくない。なお、ブレード１０の下流側背面位置では、水流の力がブレード１０の回転に用いられるため、当該領域の水流の流速がほぼゼロとなって死水域を形成するため、反力発生機構としての機能を発揮できなくなるのである。
【００３５】
つまり、本発明に係る反力発生機構が備えるウイング部の設置位置については、図８で示すように、ブレード１０の上流側および下流側において、設置された水力発電装置１００の上面視でブレード１０と重畳する位置（図８中の分図（ａ）の符号Ｘで示す破線内の領域）であるとともに、設置された水力発電装置１００の側面視でブレード１０と重畳しない位置（図８中の分図（ｂ）の符号Ｙで示す破線外の領域）に設置されることが必要となる。なお、図８は、本発明に係る反力発生機構７０が備えるウイング部７２の設置位置について説明するための図である。
【００３６】
さらに例えば、本発明に係る反力発生機構は、少なくともブレードの上流側又は下流側のいずれか一方に設けられていればよく、上下流方向で複数の反力発生機構を設けても良い。
【００３７】
さらに例えば、本発明に係る反力発生機構は、少なくともブレードの上方端側又は下方端側のいずれか一方の近傍に設けられていればよく、水路深さ方向に対して複数の反力発生機構を設けても良い。
【００３８】
さらに例えば、本発明に係る反力発生機構によって発生する反力の及ぶ方向については、水路深さ方向に対して中央を向くように構成されることが好ましい。ただし、本発明に係る水力発電装置においては、反力の方向が異なる複数の反力発生機構を設けるように構成しても良い。
【００３９】
さらに例えば、上述した実施形態では、反力発生機構７０を構成するアーム部７１の形状について特段の限定を行わなかったが、例えば、水流から受ける抵抗を抑えるために、横断面で左右が同形状をした対称翼型を本発明のアーム部に適用することも好適である。
【００４０】
さらに例えば、上述した実施形態では、反力発生機構７０を構成するアーム部７１は、非回転部材としての枠体６０に対して固定設置される場合を例示したが、本発明に係るアーム部は、非回転部材としてのブリッジ部６１に対して固定設置するようにしても良い。アーム部７１をブリッジ部６１に対して固定設置した場合であっても、上述した実施形態と同様に、アーム部７１は反力発生機構としての機能を発揮することができる。
【００４１】
その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００４２】
１００  水力発電装置、１０  ブレード、１１  板部、１３  羽根部、２０  軸体、３０  軸受サポート部、５０  発電機、６０  枠体、６１  ブリッジ部、６２  基礎部、７０  反力発生機構、７１  アーム部、７２  ウイング部、ＬＥ  前縁、ＴＥ  後縁、Ｃ１，Ｃ２  翼弦、ＦＬ  揚力、ＦＤ  抗力、α  仰角、Ｍｂ，Ｍｗ  モーメント。
【図１】
0006496155.tif 000002
【図２】
0006496155.tif 000003
【図３】
0006496155.tif 000004
【図４】
0006496155.tif 000005
【図５】
0006496155.tif 000006
【図６】
0006496155.tif 000007
【図７】
0006496155.tif 000008
【図８】
0006496155.tif 000009