(57)【要約】      （修正有）【課題】水深を深くし水車の受圧面積を大きくするだけではなく、水の流速を十分に維持したり、あるいは速めることができ、水車を十分に回転することができる水路水力発電装置を提供する。【解決手段】水車５を設置する位置で、水路３の幅方向の一部で底１５の深さを深めることにより水を集める水深部１７を形成する。この水深部１７は、上流から徐々に底１５の深さを増加し徐々に幅を狭め、下流へ徐々に深さを減少し徐々に幅を広げて形成される。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
水路の水の流れを利用して、水平な回転軸を中心として円周上に複数の羽根が設けられた水車を用い、発電を行なう発電装置において、前記水車を設置する位置で、水路の幅方向の一部で底の深さを深めることにより水を集める水深部を形成し、この水深部は、上流から徐々に底の深さを増加し徐々に幅を狭め、下流へ徐々に深さを減少し徐々に幅を広げて形成されることで、前記水車の受圧面積を大きくすることを特徴とする水路水力発電装置。
【請求項２】
前記水路の幅方向の一部は、岸に近い部分であることを特徴とする請求項１に記載の水路水力発電装置。 
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この考案は、水路の流れを利用して水車を用い発電を行なう発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水路、例えば河川や農業用水、都市の排水路などの流れを利用して、水車を用い、発電を行なう場合には、十分な水量が確保でき、よって十分な水深を得ることが必要である。  図２（Ａ）に示すように、川１０１を流れる水の水深が浅いと、水の流れによって水車１０３の羽根１０５が押される動圧を受ける受圧面積107が小さくなり、水車１０３が十分に回転しない。このため図２（Ｂ）に示すように、川１０１を流れる水の水深を深くし、水車１０３の受圧面積１０７を大きくすることが、考えられる。
【０００３】
しかし、単に、水の水深を深くし、水車１０３の受圧面積１０７を大きくするだけでは、水の流速が小さくなってしまい、水車１０３を十分に回転することができない。
そこで、下記特許文献１では、図３に示すように、水路の中に集水ガイド１０９を設けて流れを集め、流れの幅を狭め、深い水深を得ることで水の流速を維持、あるいは速めようとする技術が開示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１２７４２７
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１では、集水ガイド109によって狭い幅に集められた水は、逃げ場がなく、重力に逆らい上に移動する（図３（Ｂ）参照）ことで、水深が深くなる。このとき水のエネルギーは、上に移動することに消費されるので、水の流速を十分には維持したり、あるいは速めたりできず、やはり水車を十分に回転することができない。
【０００６】
この考案は、以上の問題点を解決するために、流れる水の水深を深くし、水車の受圧面積を大きくするだけではなく、水の流速を十分に維持し、あるいは速めることができ、水車を十分に回転することができる水路水力発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の課題を解決するために、第一考案は、水路の水の流れを利用して、水平な回転軸を中心として円周上に複数の羽根が設けられた水車を用い、発電を行なう発電装置において、前記水車を設置する位置で、水路の幅方向の一部で底の深さを深めることにより水を集める水深部を形成し、この水深部は、上流から徐々に底の深さを増加し徐々に幅を狭め、下流へ徐々に深さを減少し徐々に幅を広げて形成されることで、前記水車の受圧面積を大きくすることを特徴とする水路水力発電装置である。
【０００８】
第二考案は、さらに、前記水路の幅方向の一部は、岸に近い部分であることを特徴とする水路水力発電装置である。
【考案の効果】
【０００９】
第一、又は第二考案によれば、水路の底の深さを深めることで水深部を形成するので、水深部によって狭い幅に集められた水のエネルギーは、水が下に移動することにより位置エネルギーが運動エネルギーに変換され、水の流速を十分には維持したり、あるいは速めたりでき、水車を十分に回転することができる。
【００１０】
第二考案によれば、さらに、水車を岸に近い部分に設置できるので、水車の設置や管理のための作業が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この考案の一実施形態に係る水路水力発電装置を示すもので、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は水路の長手方向の断面を示す縦断面図、（Ｃ）は水路の横断方向の断面を示す横断面図である。
【図２】この考案の目的を説明するための説明図であり、（Ａ）は水深が浅い部分に設置された水車を示す図、（Ｂ）は水深が深い部分に設置された水車を示す図である。
【図３】（Ａ）は特許文献１の内容を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）の水路の横断面図である。
【図４】この考案の効果を説明するための概念図である。
【考案を実施するための形態】
【００１２】
この考案の実施形態を、図１に示す。
この実施形態に係る水路水力発電装置１は、水路３の水の流れを利用して、水車５を用い、発電を行なう発電装置である。水車５は、水平な回転軸７を中心として円周上に複数の羽根９が設けられる。回転軸７は、変速機１１を経て発電機１３に連結される。
水車５を設置する位置で、水路３の幅方向の一部で、底１５の深さを深めることで水を集める水深部１７を形成する。この実施形態では、幅方向の一部は、岸に近い部分であり、図中、下流から見て右手の岸に接する部分である。
この水深部１７は、上流から徐々に底１５の深さを増加し徐々に幅を狭め、やがて最も深く狭くなり、その後、下流へ徐々に深さを減少し徐々に幅を広げて形成される。
【００１３】
「考案の効果」
以上の実施形態によれば、水深部１７によって、水車５の受圧面積１９を大きくすることができる。
また、水路３の底１５の深さを深めることで水深部１７を形成するので、水深部１７によって狭い幅に集められた水のエネルギーは、水が下に移動することにより位置エネルギーが運動エネルギーに変換され、水の流速を十分には維持したり、あるいは速めたりできる。これらのことから、水車５を十分に回転することができる、という効果を有する。
【００１４】
この効果を、図１及び図４において説明する。
一般的に、水流の連続の式、あるいは流量一定の式として、
ＡＶ  ＝  一定                                          ・・・１）
Ａ：流線に囲まれた流路の断面積
Ｖ：流速
が成立する。さらに、ベルヌーイの式として、
（１／２ｇ）Ｖ＾２  ＋  Ｚ  ＋  Ｐ／（ρｇ）  ＝  一定      ・・・２）
ｇ：重力加速度
Ｚ：高さ
Ｐ：圧力
ρ：流体密度
Ｖ＾２：Ｖの２乗
が成立する。
【００１５】
そして、図４に示すように、流れの２箇所（文字に１と２を添えて表記する）では、上記式１）は
Ａ１Ｖ１  ＝  Ａ２Ｖ２                                  ・・・３）
となり、上記式２）は
（１／２ｇ）Ｖ１＾２＋Ｚ１＋Ｐ１／（ρｇ）＝
（１／２ｇ）Ｖ２＾２＋Ｚ２＋Ｐ２／（ρｇ）    ・・・４）
となる。
【００１６】
流れの２箇所の選定として、特許文献１の場合は、１番目の箇所（文字に１を添えて表記する）に、図３（Ａ）における集水ガイド１０９の直ぐ上流の箇所を選び、２番目の箇所（文字に２を添えて表記する）に、集水ガイド１０９により流れが最も狭まった箇所を選ぶ。
【００１７】
この実施形態に係る水路水力発電装置１の場合は、１番目の箇所（文字に１を添えて表記する）に、図１（Ａ）における水深部１７が始まる直ぐ上流の箇所を選び、２番目の箇所（文字に２を添えて表記する）に、水深部１７により流れが最も狭まった箇所を選ぶ。
そうして、式３）式４）における評価においては、特許文献１の場合とこの実施形態とは、同じ条件でなければならないので、Ａ１、Ｖ１、Ｚ１、Ｐ１は同じと仮定しなければならない。
そうすると、式３）における評価で、特許文献１の場合とこの実施形態とでは、左辺は同じ値になるから、右辺である積Ａ２Ｖ２の値は同じと考えられる。
【００１８】
次に、式４）における評価で、特許文献１の場合とこの実施形態とでは、左辺は同じ値になる。そして、特許文献１の場合、水頭Ｚ１よりもＺ２は高くなる（図３（Ｂ）参照）。また、この実施形態の場合、水頭Ｚ１よりもＺ２は、同じか、低くなる。このため、特許文献１の場合にくらべ実施形態の場合は、右辺の水頭Ｚ２が非常に低くなり、その分、右辺の他の２項（動圧水頭と圧力水頭）の値が大きくなり、特に、水車５を回転させるための動圧水頭である第１項（１／２ｇ）Ｖ２＾２の値も十分に大きくなることが期待できる。このことは、水の位置エネルギーが運動エネルギーに変換され、水の流速を十分には維持したり、あるいは速めたりすることが期待できることを示すものである。よって、水車５を十分に回転することができる、という効果を有する。
【００１９】
なお、以上の評価では、流れの２箇所は、各箇所における流れの断面において中央の代表的な点とした。また、水路３の流れであるから、定常流れとみなした。さらに、特許文献１の場合とこの実施形態とで流れの乱れなどによるエネルギー損失は、流れを狭める形態などから、ほぼ同じと見なした。
【００２０】
さらに、この実施形態では、水車５を岸に接する部分に設置できるので、水路３の中央に設置する場合に比べ、水車５の設置や管理のための作業が容易になる。
「他の実施形態」
以上の実施形態では、岸に接する部分に水深部１７を形成し水車５を設置するものであったが、他の実施形態では、水路３の中央部分に水深部１７を形成し水車５を設置してもよい。
【符号の説明】
【００２１】
１…水路水力発電装置、３…水路、５…水車、７…回転軸、９…羽根、１１…変速機、１３…発電機、１５…底、１７…水深部、１９・・受圧面積、１０１…川、１０３…水車、１０５…羽根、１０７…受圧面積、１０９…集水ガイド。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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