(57)【要約】【課題】低水深や小水量の河川や農業用水を活用することができる発電用水車およびそれを用いた発電方法を提供する。【課題を解決するための手段】水平軸を中心とする円周上に２枚以上の水平直線翼が配置された発電用水車であって、前記水平直線翼の断面形状をレ型とし、該レ型の頂部から水流面に着水することにより着水時の抵抗を低減するとともに、前記レ型の凹部に水流を受ける際に生じる反力によって、前記２枚以上の水平直線翼が前記水平軸を中心として回転することを特徴とする発電用水車およびそれを用いた発電方法。【選択図】図３
2008190396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平軸を中心とする円周上に２枚以上の水平直線翼が配置された発電用水車であって、前記水平直線翼の断面形状をレ型とし、該レ型の頂部から水流面に着水することにより着水時の抵抗を低減するとともに、前記レ型の凹部に水流を受ける際に生じる反力によって、前記２枚以上の水平直線翼が前記水平軸を中心として回転することを特徴とする発電用水車。
【請求項２】
前記２枚以上の水平直線翼のそれぞれに直径５〜１０ｍｍの空気穴を有することを特徴とする請求項１に記載の発電用水車。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の発電用水車の水平軸より下側の一部分を水流中に浸漬させ、前記水平直線翼に反力を働かせて前記該発電用水車を回転させることにより発電することを特徴とする発電方法。
【請求項４】
落下する水を前記水平直線翼の凹部に衝突させることにより、前記水平直線翼に反力と重力を働かせて前記該発電用水車を回転させることにより発電することを特徴とする請求項３に記載の発電方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電用水車およびそれを用いた発電方法に関する。
【０００２】
具体的には、２枚以上の水平直線翼を有する発電用水車およびそれを用いた発電方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
小水力発電の分野において、従来は河川の水を貯め落差を作り直線翼水平軸型水車として製粉や揚水システムとして、千年以上の昔から広く一般に使用されている、これらの多くは、水車の製法技術に起因することで、木製の平板を水車翼にした、非常に効率の悪いものであった。
【０００４】
近年CO2の削減や、とりわけ自然エネルギーの活用が求められる中、旧来の方法に取り組むところも出てきた。しかしながら、簡単に作れる反面非常に効率の悪いものであり、改善が必要であった。
【０００５】
日本国内の河川の利用は無論のこと、特に管理された農業用水は40万ｋｍ現有し活用が期待される、しかしながら一般的な用水路は水深が浅く、流速も低いことから活用が難しい状況にある。
【０００６】
低水位、小水量では一般的には、溜池を造り落差をつけて発電するのが通常の考えで有り、それに伴う土木工事など多額の費用が必要であり、採算性が悪く現実性に乏しい。
【０００７】
そこで例えば、下記特許文献１には、水車の回転抵抗を調整することにより上流側水位を調整可能にして底部に土砂や流芥が溜まることなく良好な流れを保持する水車式ゲート装置が提案されている。
【０００８】
しかし、この特許文献１に用いられている水車翼は従来の平板型であるため、回転推力が小さく、実用的でなかった。
【特許文献１】特開２００３−２１３６５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
CO2削減はもちろん自然エネルギーの活用が要望される中、日本国内には農業用水路が４０万ｋｍ有りその他の用水路を加えると莫大な長さの水の流れが有る、但し農業用水路は季節により７ヶ月は水位が下がり水深は５００ｍｍ以下になる。この状況下で用水路の有効活用が必要とされている。一般的には効果的な発電は望めないため、水深の浅い状況でも効果的な発電できる方法が必要とされている。
【００１０】
水力発電においてダムや特別な水路を造ることなく、水深が２００ｍｍから３００ｍｍの浅い水深の流れで発電を可能にすることが望まれている。
【００１１】
本発明は、前述のような従来技術の問題点を解決し、低水深や小水量の河川や農業用水を活用することができる発電用水車およびそれを用いた発電方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、前述の課題を解決すべく鋭意検討の結果、水平直線翼の断面形状をレ型とすることにより、低水深や小水量の河川や農業用水を活用することができる発電用水車およびそれを用いた発電方法を提供するものであり、その要旨とするところは特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
（１）水平軸を中心とする円周上に２枚以上の水平直線翼が配置された発電用水車であって、前記水平直線翼の断面形状をレ型とし、該レ型の頂部から水流面に着水することにより着水時の抵抗を低減するとともに、前記レ型の凹部に水流を受ける際に生じる反力によって、前記２枚以上の水平直線翼が前記水平軸を中心として回転することを特徴とする発電用水車。
（２）前記２枚以上の水平直線翼のそれぞれに直径５〜１０ｍｍの空気穴を有することを特徴とする（１）に記載の発電用水車。
（３）（１）または（２）に記載の発電用水車の水平軸より下側の一部分を水流中に浸漬させ、前記水平直線翼に反力を働かせて前記該発電用水車を回転させることにより発電することを特徴とする発電方法。
（４）落下する水を前記水平直線翼の凹部に衝突させることにより、前記水平直線翼に反力と重力を働かせて前記該発電用水車を回転させることにより発電することを特徴とする（３）に記載の発電方法。
＜作用＞
【００１３】
（１）の発明によれば、水平直線翼の断面形状をレ型とし、該レ型の頂部から水流面に着水することにより着水時の抵抗を低減するとともに、前記レ型の凹部に水流を受ける際に生じる反力によって、水平直線翼が水平軸を中心として回転することにより、低水深や小水量の河川や農業用水を活用することができる発電用水車を提供することができる。
（２）の発明によれば、２枚以上の水平直線翼のそれぞれに直径５〜１０ｍｍの空気穴を有するため、水平直線翼が水面から出るときに、凹部に空気が流入し、凹部に溜まった水を簡単に除去することができるので、水平直線翼が水面から出る際に生じる水の抵抗を低減することができる。
（３）の発明によれば、発電用水車の水平軸より下側の一部分を水流中に浸漬させ、前記水平直線翼に反力を働かせて前記該発電用水車を回転させ、水流による抵抗を低減することにより効率的に発電することができる。
（４）の発明によれば、水流に加えて、落下する水を水平直線翼の凹部に衝突させることにより、水平直線翼に反力と重力を働かせて前記該発電用水車を回転させることによりさらに効率的に発電することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、水平直線翼の断面形状をレ型とすることにより、低水深や小水量の河川や農業用水を活用することができる発電用水車およびそれを用いた発電方法を提供することができ、具体的には以下のような産業上有用な著しい効果を奏する。
１）低水深や小水量の河川や農業用水を活用することができる発電用水車を提供することができる。
２）水平直線翼が水面から出る際に生じる水の抵抗を低減することができる。
３）水流による抵抗を低減することにより、効率的に発電することができる。
４）水流に加えて、落下する水を用いることにより、さらに効率的に発電することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明を実施するための最良の形態について図１〜図７を用いて詳細に説明する。
【００１６】
図１および図２は、従来の発電用水車を例示する側面である。
【００１７】
図１は、平板水車翼を用いた従来型水車：Ａタイプであって、水車の下部を水流に浸漬させることによって、平板水車翼を水流が押す際に生じる反力によって水車を矢印の方向に回転させることができる。
【００１８】
しかし、平板水車翼は、図１に示すように、水車の回転方向前方の水の抵抗を受けるため水車の回転が十分でなく発電効率が低いという問題点があった。
【００１９】
そこで、図２に示す従来型水車：Ｂタイプは、水車翼の先端部を傾斜させた傾斜板水車翼を用い、図２に示すようにトヨから落下する水を傾斜板水車翼に衝突させることにより、水流による回転推進力を大きくする一方で、水車の回転方向前方の水の抵抗を少なくする改良がなされている。
【００２０】
しかし、傾斜板水車翼を用いても、水車翼の先端が水流面に着水する際に水面を叩くため回転推力が抑制されるうえ、傾斜板水車翼が水中から出る際にも水面を掻き乱すため同様に回転推力が抑制されるという問題点があった。
図３は、本発明の発電用水車の実施形態を例示する側面図であり、図４は、本発明に用いるレ型水平直線翼の好ましい実施形態を例示する図である。
【００２１】
図３および図４において、１は水平軸、２はフレーム、３はレ型水平直線翼、４は空気穴、５は凹部、６は頂部、θは頂角を示す。
【００２２】
本発明の発電用水車は、図３に示すように、水平軸1を中心とする円周上に２枚以上の水平直線翼3が配置された発電用水車であって、前記水平直線翼３の断面形状をレ型とし、該レ型の頂部6から水流面に着水することにより着水時の抵抗を低減するとともに、前記レ型の凹部５に水流を受ける際に生じる反力によって、前記２枚以上の水平直線翼３が前記水平軸1を中心として回転することを特徴とする。
【００２３】
図３および図４に示すように、水平直線翼３の断面形状をレ型とし、該レ型の頂部６から水流面に着水することによって、水平直線翼の着水時に水面を叩くことなく自然に水中に浸入させることができ、レ型水平直線翼３が水中から出る際にも水面を掻き乱さない回転推力が抑制されることがないうえ、水車の回転方向前方の水の抵抗を低減させることができる。
【００２４】
また、水平直線翼３のレ型の凹部５に水流を受けることができるうえ、図３に示すように、下部を流れる水流とは別にトヨなどから落下する水をレ型の凹部５に衝突させることにより、落下する水の反力および重力によってさらに回転推力を増加させることができる。
【００２５】
本発明によれば、水流を基本として、少ない落差が活用でき、水流により発生する反力を利用するとともに、レ型の水を貯めることのできる凹部５を独立したポケットとすることにより落下する水を溜めることができるので、その反力および重力により、水車を回転させることができ、その回転力を使って図示されていない発電機を回すことにより、水深が２００ｍｍから３００ｍｍの浅い水深の流れで効率的に発電することができる。
【００２６】
なお、図４に示す水平直線翼３のレ型の凹部５に水を効果的に溜めるためには、凹部側の頂角θは、３０〜６０度の範囲とすることが好ましい。
また、本発明においては、２枚以上の水平直線翼３の設置位置および設置枚数は問わないが、水平軸１からフレーム２を介して水車動輪の先端に５〜１０枚配置することで、水平軸１の中心に近い部分の回転抵抗を削減することができる。
【００２７】
また、図４に示すように、２枚以上の水平直線翼３のそれぞれに直径５〜１０ｍｍの空気穴を数箇所設けることにより、水平直線翼３が水面から出るときに、凹部５に空気が流入し、凹部５に溜まった水を簡単に除去することができるので、水平直線翼３が水面から出る際に生じる水の抵抗を低減することができる。
【００２８】
本発明の発電用水車は、水平軸１を中心とする円周上に２枚以上の水平直線翼３が配置されているので、水車全体を水流中に浸漬させる必要がなく、回転推力を得ることができる水平軸１より下部の一部分のみ水流中に浸漬させることにより、水の抵抗を受ける回転角にある翼は水面より上に露出させておくことができるので、水の抵抗による発電効率の低下を防止することができる。
【００２９】
また、本発明の発電用水車は、水平軸１を中心とする円周上に２枚以上の水平直線翼３が配置されているので、水平軸１の両端を支えることができるため回転軸に過度なモーメントが働かないうえ、水平軸１が水面から露出しているので腐食環境を与えにくい。
【００３０】
本発明における発電用水車の浸漬深さは問わないが、発電用水車の半径ｒの２/３を水面下に浸漬することにより、回転推力を有する回転角にある翼を水流中に浸漬し、水の抵抗を受ける回転角にある翼は水面より上に露出させておくことができる。
【００３１】
本発明における発電用水車は、発電用水車の水平軸１より下側の一部分を水流中に浸漬させ、前記水平直線翼３に反力を働かせて前記該水流発電用水車を回転させることにより発電することにとり、水深が２００〜３００ｍｍ程度あれば設置可能であり水車の軸両端に軸受けを配置でき、かつ水中に浸漬しないことから、製作も容易であり、耐久性も確保できる。
【実施例】
【００３２】
本発明の発電用水車を下記条件にて水流発電に適用したところ水深が２００ｍｍの水路にて効率よく発電することができ、本発明の効果が確認された。
＜実施条件＞
・  水車の半径ｒ：１２００ｍｍ
・  水車の浸漬深さ：３００ｍｍ
・  直線翼枚数：８枚
・  翼弦長Ｌ：長辺２５０ｍｍ×短辺１５０ｍｍ
・  翼最大幅Ｗ：８５ｍｍ
・  凹部の頂角：３５度
・  空気穴の直径×設置箇所数：１０ｍｍ×それぞれの翼に３箇所
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】従来の発電用水車を例示する側面である。
【図２】従来の発電用水車を例示する側面である。
【図３】本発明の発電用水車の実施形態を例示する側面図である。
【図４】本発明に用いるレ型水平直線翼の好ましい実施形態を例示する図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  水平軸              
２  フレーム            
３  レ型水平直線翼
４  空気穴
５  凹部
６  頂部
θ  頂角
【図１】
2008190396.tif 000003
【図２】
2008190396.tif 000004
【図３】
2008190396.tif 000005
【図４】
2008190396.tif 000006