(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チューブラ水車が、流路を形成するケーシングと、該ケーシングに回転可能に支持され、複数の水車羽根を持つ水車ランナーとを備えたチューブラ水車において、
水車ランナーに設けられ、密封された内部空間の形成されたランナーボス内に設けられた水車羽根角度調整機構と、
該水車羽根角度調整機構に一方が連結子を介して連結され、他方が前記水車ランナーの外側まで露出し、前記ケーシングの内部に垂直方向に設置される水車羽根角度調整軸と、からなり、
前記水車ランナーの外側から前記ケーシングの内部に挿入可能な工具を備え、
前記水車ランナーの外側から前記ケーシングの内部に垂直方向に挿入された当該工具で当該水車羽根角度調整軸を回動可能とし、前記水車ランナーの外側から当該工具の人為的操作によって当該水車羽根角度調整軸が回転し、該回転により複数の水車羽根の開放ピッチ角度を調整すること
を特徴とするチューブラ水車。
【請求項２】
チューブラ水車が、流路を形成するケーシングと、該ケーシングに回転可能に支持され、複数の水車羽根を持つ水車ランナーとを備えたチューブラ水車において、
水車ランナーに設けられ、密封された内部空間の形成されたランナーボス内に設けられた水車羽根角度調整機構と、
該水車羽根角度調整機構に一方が連結子を介して連結され、他方が前記水車ランナーの外側まで露出する水車羽根角度調整軸と、からなり、
該水車羽根角度調整軸が前記水車ランナーの外側から工具あるいは装置により人為的操作によって回転可能とされ、該回転により複数の水車羽根の開放ピッチ角度が調整され、
水車羽根角度調整機構が、水車回転中心に配置された傘歯歯車（A）と、前記水車羽根の根本に連結して配置された傘歯歯車（B）と、水車羽根角度調整軸に設けられ傘歯歯車（A）によって連動される連結子とからなり、各傘歯歯車（B）は、隣り合う傘歯歯車同士が噛み合わないように傘歯歯車の一部歯部を切り欠いた形態とされたこと
を特徴とするチューブラ水車。
【請求項３】
チューブラ水車が、流路を形成するケーシングと、該ケーシングに回転可能に支持され、複数の水車羽根を持つ水車ランナーとを備え、該チューブラ水車を備えた発電システムにおいて、
チューブラ水車が、水車ランナー内の密封された内部空間に設けられた水車羽根角度調整機構と、該水車羽根角度調整機構に一方が連結可能とされ、他方が前記水車ランナーの外側まで露出する水車羽根角度調整軸と、を備えて構成され、
水車羽根角度調整機構が、水車回転中心に配置された傘歯歯車（A）と、前記水車羽根の根本に連結して配置された傘歯歯車（B）と、水車羽根角度調整軸に設けられ、傘歯歯車（A）によって連動される連結子とからなり、各傘歯歯車（B）は、隣り合う傘歯歯車同士が噛み合わないように傘歯歯車の一部歯部を切り欠いた形態とされ、
水車羽根角度調整軸が、水車羽根のピッチ角度を調整する水車羽根ピッチ角度調整部を備え、
該チューブラ水車が設置される河川の年間を通して計測された水量が取得されて、季節ごとに計測された水量に対して予め設定され、補正可能な水車羽根のピッチ角度が水車羽根ピッチ角度調整装置の記憶手段に格納され、
季節情報が取得され、
前記水車羽根が、操作者のピッチ角度調整部操作によって、取得された季節ごとに予め設定されたピッチ角度に前記水車ランナーの外側から工具あるいは装置により調整されること
を特徴とするチューブラ水車による発電システム。
【請求項４】
チューブラ水車が、流路を形成するケーシングと、該ケーシングに回転可能に支持され、複数の水車羽根を持つ水車ランナーとを備え、該チューブラ水車を備えた発電システムの発電方法において、
チューブラ水車が、水車ランナー内の密封された内部空間に設けられた水車羽根角度調整機構と、該水車羽根角度調整機構に一方が連結可能とされ、他方が前記水車ランナーの外側まで露出し、前記ケーシングの内部に垂直方向に設置される水車羽根角度調整軸と、を備えて構成され、
水車羽根角度調整軸が、水車羽根のピッチ角度を調整する水車羽根ピッチ角度調整部を備え、
前記水車ランナーの外側から前記ケーシングの内部に挿入可能な工具を備え、
前記水車ランナーの外側から前記ケーシングの内部に垂直方向に挿入された当該工具で当該水車羽根角度調整軸を回動可能とし、前記水車ランナーの外側から当該工具の人為的操作によって当該水車羽根角度調整軸が回転し、該回転により複数の水車羽根の開放ピッチ角度が調整され、
該チューブラ水車が設置される河川の年間を通して計測された水量が取得されて、季節ごとに計測された水量に対して予め設定され、補正可能な水車羽根のピッチ角度が水車羽根ピッチ角度調整装置の記憶手段に格納され、
季節情報が取得され、
前記水車羽根を、操作者のピッチ角度調整部操作によって、取得された季節ごとに予め設定されたピッチ角度に前記水車ランナーの外側から工具あるいは装置により調整すること
を特徴とするチューブラ水車を備えた発電システムの発電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発電能力１００Ｋｗ以下の発電能力を有する小容量チューブラ水車に於いて、水車ランナーの水車羽根角度を調整可能とする調整機構と調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に示されるように、マイクロ水車と呼ばれるような小容量チューブラ水車は、一般に図８に示すように小形であり、流路１０を形成する外側ケーシング３内に、内側ケーシング４によって支持された水車ランナーを収容し、外側ケーシング３の外側に発電機８を設置し、水車ランナー１の回転軸５と発電機８の駆動軸とをベルト７等を使用した回転伝動機構を介して連結して構成されている。水車ランナー１は、流路１０から供給される水流によって回転され、この回転力が回転伝動機構により発電機８へ伝動され、発電機８が駆動されることによって発電がなされることが述べられている。
【０００３】
このような従来の小容量チューブラ水車による発電装置は、ケーシングが小形であるため、内側ケーシング内に発電機を収容することができず、これを外側ケーシングの外側に設置している。
【０００４】
また、流路から供給される水流の流量が変化する場合、この流量の変化に応じて、水車ランナーの水車羽根を回転軸と直角な軸を中心にして回動してそのピッチ角を調整するようにすれば、流量変化に対する水車の効率の低下が抑制され、広い流量範囲において高い効率での運転が可能となることはよく知られている。
【０００５】
このため、これまでの小容量チューブラ水車においては、多くの場合水車羽根のピッチ角を固定した水車羽根固定式の水車が使用されてきた。運転に必要な流量が確保できない状態になったときは、運転を停止せざるを得ず、運転可能な流量範囲が狭く制限される不都合があった。
【０００６】
特許文献２には、図９に示すように、小容量チューブラ水車において、水車羽根１‐１のピッチ角度を任意に調整出来るよう水車ランナー１を支持する内側ケーシング４内に軸方向に移動可能な操作軸９‐２を設け、この操作軸９‐２の一端を、リンク機構９‐１を介して水車羽根１‐１の回転軸に回転操作可能に結合すると共にこの操作軸９‐２の他端を、内側ケーシング４内に設けた回転運動を直線運動に変換する運動変換機構９‐３に結合し、さらに前記外側ケーシング３の外側に水車羽根駆動用モーター９‐４を設置してベルト９‐５でモーター９‐４の回転力を運動変換機構に伝達する機構が述べられている。
【０００７】
特許文献３には、小容量チューブラ水車において、水車羽根のピッチ角度を調整するため、水車羽根を交換し、水車羽根を容易にランナーボスへ固定出来るよう水車羽根とランナーボスを貫通するテーパーピンを打ち込む構造が述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−２９５３９５号公報
【特許文献２】特開２００４−３１６４８４号公報
【特許文献３】特開２００７−３２３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
近年、再生エネルギー買い取り制度が運用され、今まで見過ごされていた流量の少ない水源も、マイクロ水車を設置して、１００Ｋｗ以下の発電を行い、売電を計画する企業が増えてきた。しかし水源調査を行うと、豊富な水量の水源は開発が進み、今後活用可能な水源は季節により、水量、落差が大きく変化する水源が多い。今まで図８の様な、低落差で、流量の比較的少ない水源に容易に設置可能な小容量チューブラ水車が多く設置されてきた。チューブラ水車は水車ランナー１に固定のプロペラ形状の水車羽根１‐１を設けた水車で、水量が変化しない場合に有効である。有効落差と流路１０を流れる水量が変化すると、水車羽根１‐１のピッチ角度が変わらないため大きく発電効率が低下する。
【００１０】
この落差や、流量変化に対応し、常に高い発電効率を維持するために有効な手段が特許文献２で述べた水車ランナー１に組み込まれた水車羽根１‐１のピッチ角度を可変にする機構である。１０００Ｋｗ以上の中、大型水車では水車ランナー１の径も大きいのでランナーボス１‐２内部に油圧シリンダーやリンク機構を組み込むことが容易である。図９の様に、１００Ｋｗ以下の発電を行う小容量チューブラ水車では水車羽根１‐１を支えるランナーボス１‐２の径が細く、限られた空間の中に操作軸９‐２の直線移動をリンク機構９‐１で水車羽根１‐１の角度を変える旋回運動に変換する機構を設ける必要がある。
【００１１】
チューブラ水車では水車羽根１‐１が通常４枚から５枚あり、同時に動かす必要があるので、リンク機構９‐１も複雑になる。更に、水車ランナー１を回転させながら操作軸９‐２を軸方向に移動させるため、操作軸９−２は高速で回転する主軸４の内側に入る二重構造にしなければならない。水車を運転しながら、水車羽根１‐１のピッチ角度を変えるため構造が複雑になり、部品数も増え、価格的にも固定水車羽根１‐１と比較し高額になる課題を抱えている。
【００１２】
本発明は、上述した課題を解決するため、小容量チューブラ水車を、季節により水量の変化が大きい小河川を利用して発電電力を回収するに際して、常に高い発電効率を維持し、水車羽根のピッチ角度調整を簡便に行うことを可能とする機構を採用可能となし、この小容量チューブラ水車を設置することのできる発電システム、方法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】
【００１３】
本発明は、チューブラ水車が、流路を形成するケーシングと、該ケーシングに回転可能に支持され、複数の水車羽根を持つ水車ランナーとを備えたチューブラ水車において、
水車ランナーに設けられ、密封された内部空間の形成されたランナーボス内に設けられた水車羽根角度調整機構と、
該水車角度調整機構に一方が連結子を介して連結され、他方が前記水車ランナーの外側まで露出する水車羽根角度調整軸と、からなり、
該水車羽根角度調整軸が前記ケーシングの外側から工具あるいは装置により人為的操作によって回転可能とされ、該回転により複数の水車羽根の開放ピッチ角度が調整されること
を特徴とするチューブラ水車を提供する。
【００１４】
本発明は、チューブラ水車が、流路を形成するケーシングと、該ケーシングに回転可能に支持され、複数の水車羽根を持つ水車ランナーとを備え、該チューブラ水車を備えた発電システムにおいて、
チューブラ水車が、水車ランナー内の密封された内部空間に設けられた水車羽根角度調整機構と、該水車羽根角度調整機構に一方が連結可能とされ、他方が前記水車ランナーの外側まで露出する水車羽根角度調整軸と、を備えて構成され、
水車羽根角度調整軸が、水車羽根のピッチ角度を調整するピッチ角度調整部を備え、
該チューブラ水車が設置される河川の年間を通して計測された水量が取得されて、季節ごとに計測された水量に対して予め設定され、補正可能な水車羽根のピッチ角度が前記水車羽根ピッチ角度調整装置の記憶手段に格納され、
季節情報が取得され、
前記水車羽根が、操作者のピッチ角度調整部操作によって、取得された季節ごとに予め設定されたピッチ角度に前記水車ランナーの外側から工具あるいは装置により調整されること
を特徴とするチューブラ水車による発電システムを提供する。
【００１５】
本発明は、上述されたチューブラ水車あるいはチューブラ水車を備えた発電システムにおいて、
水車羽根角度調整機構が、水車回転中心に配置された傘歯歯車（Ａ）と、前記水車羽根の根本に連結して配置された傘歯歯車（Ｂ）と、水車羽根角度調整軸に設けられ、傘歯歯車（Ａ）によって連動される連結子とからなり、各傘歯歯車（Ｂ）は、隣り合う傘歯歯車同士が噛み合わないように傘歯歯車の一部歯部を切り欠いた形態とされたことを特徴とするチューブラ水車あるいはチューブラ水車を備えた発電システムを提供する。
【００１６】
本発明は、チューブラ水車が、流路を形成するケーシングと、該ケーシングに回転可能に支持され、複数の水車羽根を持つ水車ランナーとを備え、該チューブラ水車を備えた発電システムの発電方法において、
チューブラ水車が、水車ランナー内の密封された内部空間に設けられた水車羽根角度調整機構と、該水車羽根角度調整機構に一方が連結可能とされ、他方が前記水車ランナーの外側まで露出する水車羽根角度調整軸と、を備えて構成され、
水車羽根角度調整軸が、水車羽根のピッチ角度を調整するピッチ角度調整部を備え、
該チューブラ水車が設置される河川の年間を通して計測された水量が取得されて、季節ごとに計測された水量に対して予め設定され、補正可能な水車羽根のピッチ角度が前記水車羽根ピッチ角度調整装置の記憶手段に格納され、
季節情報が取得され、
前記水車羽根を、操作者のピッチ角度調整部操作によって、取得された季節ごとに予め設定されたピッチ角度に前記水車ランナーの外側から工具あるいは装置により調整すること
を特徴とするチューブラ水車を備えた発電システムの発電方法を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、水車羽根角度調整軸が前記水車ランナーの外側から工具あるいは装置により人為的操作によって回転可能とされ、該回転により複数の水車羽根の開放ピッチ角度が調整され、水車羽根が、操作者のピッチ角度調整部操作によって、取得された季節ごとに予め設定されたピッチ角度に前記水車ランナーの外側から工具あるいは装置により調整される。これによって、小容量チューブラ水車を、季節により水量の変化が大きい小河川を利用した発電電力を回収するに際して、常に高い発電効率を維持し、水車羽根のピッチ角度調整を簡便に行うことを可能とする機構を採用可能となし、この小容量チューブラ水車を設置することのできる発電システム、方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に実施例の概略を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態ある小容量チューブラ水車を示す縦断面図である。
【図３】本発明の一実施形態あるランナーボス内部構造を示す断面図である。
【図４】図３に於けるランナーボス内部構造を示すＡ−Ａ断面図である。
【図５】本発明の一実施形態ある傘歯歯車（Ｂ）の噛み合わせを説明する図である。
【図６】本発明の一実施形態ある水車羽根のピッチ角度変化を説明する図である。
【図７】本発明の一実施形態ある傘歯歯車を遠隔操作で回転させる機構の縦断面図である。
【図８】小容量チューブラ水車の従来実施例を示す縦断面図である。
【図９】可動水車羽根を持つ小容量チューブラ水車の従来例を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、本発明に実施例の概略を示す図である。
【００２０】
図１は、上述した課題を解決する小容量チューブラ水車（以下、チューブラ水車という）１００を備えた発電システム２００の概略を示す。この発電システム２００の適用対象は、季節により水量、落差、特に水量が大きく変化する小河川５０であり、この河川５０にチューブ水車１００が設置されると共に水量計測器５１が設置される。水量計測器５１としては既存の水量計測器を採用可能であり、小河川５０への設置場所は、任意である。
【００２１】
発電システム２００は、チューブ水車１００、水量計測器５１及び解決手段９０を組み込んだＩＴ機器、すなわち典型的なパソコンから構成される。
【００２２】
水量計測器５１が季節ごとの水量、落差の計測５２を行う。計測したデータは、季節ごとのデータとしてパソコンの記憶手段（図示せず）に予め蓄積５３される。
【００２３】
チューブラ水車１００は、後述するようにして水車羽根のピッチ角度が調整される。この発電システム２００では、水車羽根のピッチ角度調整要１０１とされる。
【００２４】
また、このような小河川に設置される水車によって発電される場合、水車設置のために低価格にする要求１０２がなされる。本実施例の場合、後述するように水車羽根ピッチ角度調整のために設けられる操作軸を主軸の内側に入れる二重構造は、高価になるため採用することができない。すなわち、操作軸を主軸の内側に入れる二重構造は不可１０２とされる。
【００２５】
これらの課題を解決する手段９０が、手段９１〜９４によって示される。季節ごとーピッチ角度関係設定９１が予めなされる。この関係の設定は、予め季節ごとのデータとして予め蓄積５３して置いて、チューブ水車１００の設計データを基に算出することで容易になされ、補正可能とされる。
【００２６】
季節データが取得される。カレンダーによって、あるいはその年の雨量状態から操作担当の判断に基づいたデータから季節情報取得９２がなされる。カレンダーによって予め定めた季節情報を操作担当の判断に基づいて調整するようにしてもよい。この季節情報取得９２は、上述したような小河川を利用しての発電にとってはその経済性から重要な意味を持つ。
【００２７】
水車羽根が、操作者の操作によってケーシングの外側から工具あるいは装置により、季節ごととの関係で予め設定されたピッチ角度に調整９３される。
【００２８】
ピッチ角度に調整９３され、チューブラ水車１００の運転９４がなされる。
【００２９】
このようにして、チューブラ水車１００が、流路１０を形成するケーシングと、該ケーシングに回転可能に支持され、複数の水車羽根１‐１を持つ水車ランナー１とを備え、該チューブラ水車を備えた発電システムが以下のようして構成される。
【００３０】
チューブラ水車が、水車ランナー１内の密封された内部空間に設けられた水車羽根角度調整機構と、該水車羽根角度調整機構に一方が連結可能とされ、他方が水車ランナー１の外側まで露出する水車羽根角度調整軸２と、を備えて構成される。
【００３１】
水車羽根角度調整軸２が、水車羽根１‐１のピッチ角度を調整するピッチ角度調整部を備える。
【００３２】
該チューブラ水車が設置される河川の年間を通して計測された水量が取得される。
季節ごとに計測された水量に対して予め設定され、補正可能な水車羽根のピッチ角度が前記水車羽根ピッチ角度調整装置の記憶手段に格納される。
【００３３】
季節情報が取得される。
【００３４】
前記水車羽根が、操作者のピッチ角度調整部操作によって、取得された季節ごとに予め設定されたピッチ角度に前記水車ランナー１の外側から工具あるいは装置により調整される。
【００３５】
調整されたピッチ角度でチューブラ水車１００の運転９４がなされる。
【００３６】
小容量のチューブラ水車１００に適した水車羽根１‐１のピッチ角度を可変にする機構の実施形態を図２、図３、図４を用いて説明する。
【００３７】
図２は、本発明の一実施形態ある小容量チューブラ水車を示す縦断面図である。
【００３８】
図３は、本発明の一実施形態あるランナーボス内部構造を示す断面図である。
【００３９】
図４は、図３に於けるランナーボス内部構造を示すＡ−Ａ断面図である。
【００４０】
チューブラ水車が、流路を形成するケーシングと、該ケーシングに回転可能に支持され、複数の水車羽根を持つ水車ランナーとを備えたチューブラ水車が、
水車ランナーに設けられ、密封された内部空間の形成されたランナーボス内に設けられた水車羽根角度調整機構と、
該水車角度調整機構に一方が連結子を介して連結され、他方が前記水車ランナーの外側まで露出する水車羽根角度調整軸と、からなり、
該水車羽根角度調整軸が前記水車ランナーの外側から工具あるいは装置により人為的操作によって回転可能とされ、該回転により複数の水車羽根の開放ピッチ角度が調整されることで構成される。以下、説明する。
【００４１】
図２に、小容量チューブラ水車１００の概略断面図が示される。この水車ランナー１を構成するランナーボス１‐２に取り付けられた水車羽根１‐１を回転可能とする本実施例の機構を、図３のランナーボス１‐２の断面図で説明する。
【００４２】
チューブラ水車１００が、流路１０を形成するケーシングと、該ケーシングに回転可能に支持され、複数の水車羽根１‐１を持つ水車ランナー１とを備える。ケーシングは、外側ケーシング３と内側ケーシングとからなる。内側ケーシング４は、円筒状をなし、主軸５を収納する。
【００４３】
水車ランナー１は、主軸５の先端にランナーボス１‐２ａが取り付けられ、ランナーボス１‐２は、１‐２ａと１‐２ｂに二分割する構造になっている。４枚または５枚の水車羽根１‐１が二分割されたランナーボス１‐２により挟み込まれ、回転自在に組み付けられる。ランナーボス１‐２内に組み込まれる水車羽根１‐１の根元の軸を傘歯歯車（Ｂ）１‐３の内径部分に挿入し一体化する。傘歯歯車（Ｂ）１‐３と噛み合う傘歯歯車（Ａ）１‐５は傘歯歯車（Ａ）１‐５の回転中心と水車ランナー１の回転中心が一致する位置に配置され、全ての水車羽根１‐１に取り付けられた傘歯歯車（Ｂ）１‐３と噛み合う。
【００４４】
図４に示すように、水車羽根１‐１軸に組み込まれた傘歯歯車（Ｂ）１‐３は、隣り合うに傘歯歯車（Ｂ）１‐３とは噛み合わないように、丸い歯車の左右の歯車部分が切断除去された形状として形成され、小判型形状の傘歯歯車となる。傘歯歯車（Ｂ）１‐３の隣り合う歯車の歯面のみ切り欠いて、噛み合いが生じないようにしてもよい。図６（ｂ）の様に、隣り合う傘歯歯車（Ｂ）１‐３と噛み合ったとすると、傘歯歯車（Ｂ）１‐３は隣りの傘歯歯車（Ｂ）１‐３と逆方向に回転する。水車ランナー１を平面に展開すると図６（ａ）のように、表される。水車羽根１‐１のピッチ角（１）は平行に回転せず、基準の水車羽根１‐１はピッチ角（１）からピッチ角（２）に移動し、隣り合う水車羽根１‐１は逆方向に回転するのでピッチ角（１）からピッチ角（３）になる。旋回後の水車羽根１‐１のピッチ角（２）とピッチ角（３）は平行でないので、正常な水車ランナー１の回転が出来なくなる。
【００４５】
全ての水車羽根１‐１に取り付けられた傘歯歯車（Ｂ）１‐３は傘歯歯車（Ａ）１‐５のみと噛み合い、水車羽根１‐１は平行に回転する。
【００４６】
図５に示された様に、落差や流量の変化で必要となる水車羽根１‐１の調整角度Ｓは最大角度で２５度程度である。その為、水車羽根１‐１に取り付けられた傘歯歯車（Ｂ）１‐３と傘歯歯車（Ａ）１‐５の必要となる噛み合い角範囲も小さいので、左右の歯を切断除去しても噛み合いの問題は生じない。歯を切断除去せず隣り合うに傘歯歯車（Ｂ）１‐３とは噛み合わないように傘歯歯車（Ａ）１‐５の径をより大きくすることが可能である。しかし、傘歯歯車（Ａ）１‐５の径を大きくすると、ランナーボス１‐２の外径も大きくなる。小容量のチューブラ水車に適した水車ランナー１の径を流体計算から求めると、ランナーボス１‐２の外径にも制限が生まれる。歯車を用いた水車羽根１‐１の角度調整機構の場合、噛み合いに不要な部分を除去し、回転角度を伝達する歯の部分を残す手段は、ランナーボス１‐２内の回転機構をコンパクトに構成する上で重要である。
【００４７】
このように、内部の水車回転中心に傘歯歯車（Ａ）を配置し、前記ランナーボスに挿入された水車羽根の根元にも全て傘歯歯車（Ｂ）を取り付け、前記水車羽根の根元に取り付けられた傘歯歯車（Ｂ）は隣り合う傘歯歯車（Ｂ）と噛み合わない様、傘歯歯車（Ｂ）の一部歯面を切り欠いた形状とし、
前記傘歯歯車（Ｂ）は傘歯歯車（Ａ）のみと噛み合い、傘歯歯車（Ａ）の回転により傘歯歯車（Ｂ）が回転し、傘歯歯車（Ｂ）の回転により前記水車羽根が全て同一方向へ同一角度回転する構造とし、
前記水車羽根のピッチ角度を任意に調整可能としたチューブラ水車が構成される
図９に示された様に、主軸５内に組み込まれた操作軸９−２の直線移動を水車羽根１‐１の回転運動に変化させるにはランナーボス１‐２内でレバーとリンクを用い、レバーとインクをピンで接続する機構になるのが一般的である。ランナーボス１‐２の内径を大きくできないので、レバーの回転半径を大きくできず、短いレバーで水車羽根１‐１に回転力を伝えるので、連結するピンに大きな負担が生ずる。そのため、強度的信頼性が低くなる。本発明では傘歯歯車で回転角度を伝えるので、滑らかに力を伝達することができ、狭隘な空間に組み込まれた機構でも強度的信頼性が高い。
【００４８】
傘歯歯車（Ａ）１‐５は、連結子であるウォーム減速機１‐４に取り付けられ、ウォーム減速機１‐４の回転により、傘歯歯車（Ａ）１‐５が回転する。水車ランナー１が回転中、水車羽根１‐１にかかる水圧で水車羽根１‐１の軸中心に回転しようとする偶力が生じ、偶力は傘歯歯車（Ｂ）１‐３を介してウォーム減速機１‐４に伝わる。減速比の比較的大きいウォーム減速機１‐４用いているので、ウォーム減速機１‐４のセルフロック機能により、水圧により生じた傘歯歯車（Ｂ）１‐３からの回転トルクは拘束される。その為、水車羽根１‐１のピッチ角度を任意に回転させても、傘歯歯車（Ａ）１‐５と傘歯歯車（Ｂ）１‐３の噛み合い位置をブレーキ等の機構を用いず、保持することが可能となる。ウォーム減速機１‐４は減速機能と回り止め機能の二つを同時に達成する。
【００４９】
図５に示されたように、傘歯歯車（Ａ）１‐５が必要となる回転角度は、２５度程度である。１回当たりの調整角度を５度程度とすると、細かな角度の調整になる。ウォーム減速機１‐４の減速比を１/３６にすると、５度傘歯歯車（Ａ）１‐５を回転させる場合、ウォーム軸の回転角度は１８０度になる。２．５度では４５度になる。ウォーム減速機１‐４の減速比を１/３６にすることで、工具１２の回転角度を目視確認するだけで、変更後の水車羽根１‐１のピッチ角度を推定できる。
【００５０】
ウォーム軸の先端に水車羽根角度調整軸２が取り付けられる。水車羽根角度調整軸２からの回転は、ウォーム減速機１‐４で減速され、回転角度が傘歯歯車（Ａ）１‐５を介して、噛み合った傘歯歯車（Ｂ）１‐３に伝えられる。全ての水車羽根１‐１は、傘歯歯車（Ｂ）１‐３を介して１個の傘歯歯車（Ａ）１‐５と噛み合っているので、同じ角度で回転する。
【００５１】
水車羽根角度調整軸２はより回し易くする為、水車ランナー１の外側、すなわちランナーボス１‐２の外側から回せるよう配置する。図１に示すように、ランナーボス１‐２は、外側ケーシング３の内側に組み込まれている。外側ケーシング３は、図１に示される河川５１の流路１０につながり、河川５１の水源から放流口まで繋がっている。ランナーボス１‐２に取り付けられた水車羽根角度調整軸２を回転させるには外側ケーシング３を取り外す必要がある。外側ケーシング３を取り外すには重量があり人力では取り外し作業が困難なため、作業を行う機具を準備しなければならない。
【００５２】
ランナーボス１‐２に取り付けられた水車羽根角度調整軸２を回転させるために、大掛かりな作業が発生してしまう。
【００５３】
この課題を解決するため、一実施例として、外側ケーシング３の一部を取り外し可能とする。水車羽根角度調整軸２を図示するように垂直方向に設置する。取り外した部分から水車羽根角度調整軸２を回転させる工具１２を外側ケーシング３内部に垂直方向から挿入出来るようにする。図２のように、外側ケーシング３の一部に外側ケーシング３内部の点検も可能な点検ハッチ１１を設け、運転を止めこの点検ハッチ１１を開放する。発電機８とベルト７をつなぐプーリーに軸を持たせ、軸にクラッチ１４を設ける。運転中はクラッチ１４を開放しておいて、水車羽根１‐１を調整する時にクラッチ１４接続して、減速機付きモーター１５の回転力を、ベルト７を経由し、主軸５に伝わるようにする。減速機付きモーター１５の回転でゆっくり水車羽根１‐１を主軸５回りに回転させ、水車羽根角度調整軸２の方向を点検ハッチ１１から確認し、水車羽根角度調整軸２が外部から操作可能な所定の位置に来たら、減速機付きモーター１５を停止する。
【００５４】
工具１２を点検ハッチ１１から水車羽根角度調整軸２に向けて挿入し、固着する。水車羽根１‐１のピッチ角度を、ランナーボス１‐２に設けた目盛りなどを目視確認しながら、水車羽根角度調整軸２を回転させる。これにより短時間で、容易に作業者が外側ケーシング３の外から挿入した工具１２で、水車ランナー１の外側から水車羽根角度調整軸２を回転させ、水車羽根のピッチ角度を調整する。この点検ハッチ１１には流路１０からの水圧が生ずるので、水漏れなどの発生がないようしっかり取り付ける。水車羽根ピッチ角度を水車ランナー１の外側から容易に操作することができる。
【００５５】
別の実施例として、この点検ハッチ１１をアクリルなどの透明な素材で製作し、点検ハッチ１１を取り外さず、上記と同様に、減速機付きモーター１５で回転させ、透明な点検ハッチ１１外から水車羽根１‐１の位置を確認するようにしてもよい。工具１２だけを挿入可能なよう図示されないプラグを外側ケーシング３の一部に設け、透明な点検ハッチ１１から水車羽根１‐１のピッチ角度を確認しながら、水車羽根角度調整軸２をプラグから挿入した工具１２で回転させることも可能である。
【００５６】
図７は、本発明の一実施形態ある傘歯歯車を遠隔操作で回転させる機構の縦断面図である。
【００５７】
図７に示したように、水車羽根１‐１の先端にマグネット１６などを埋め込み、非接触位置センサー１７を外側ケーシング３に取り付け、水車羽根１‐１の回転位置やピッチ角度を遠隔でも確認することが出来る。この方式は外側ケーシング３を取り外さず水車羽根角度調整軸２を回転させることが可能になることで、チューブラ水車を短時間の発電停止で、流量や落差に対応した最適効率で運転可能な水車羽根１‐１のピッチ角度調整が容易になる。
【００５８】
以上のように作業者が工具１２を用いて水車羽根角度調整軸２を回転させ、小容量チューブラ水車に適した水車羽根１‐１のピッチ角度に調整する機構及び方法について述べてきた。
【００５９】
冬季など雪などで水車設置場所へ作業員が近づくのが難しい場合、遠隔で水車羽根１‐１のピッチ角度を調整することが望まれる。
【００６０】
図７を用いて、工具１２を作業員が操作するのではなく、自動回転工具装置１３を用いて遠隔で、ピッチ角度を調整する機構について述べる。
【００６１】
自動回転工具装置１３を外側ケーシング３に取り付け、電動又は、空力により水車羽根角度調整軸２を回転させ、目的の水車羽根１‐１のピッチ角度に調整する機構を述べる。自動工具回転装置１３は、ガイドの付いた工具部１３‐１、工具部１３を水車羽根角度調整軸２まで押し込むロッド１３‐２、水車羽根角度調整軸２を目的の回転角度に回転させる減速機付きモーター１３‐３、工具部１３‐１を水車運転中退避させるシリンダー１３‐４と自動工具回転装置１３を外側ケーシング３に取り付けるフレーム１３‐５から構成されている。
【００６２】
水車ランナーの回転が停止すると、クラッチ１４、減速機付きモーター１５により、水車羽根１−１を作業位置まで回転移動する。シリンダー１３‐４で工具部１３を水車羽根角度調整軸２に挿入し、減速機付きモーター１３‐３で水車羽根角度調整軸２を目的の角度まで回転させる。以下の動きは作業者が工具１２で水車羽根角度調整軸２を回転させた場合と同じである。この方式は、水車の運転を止めて水車羽根角度調整軸２を回転させる必要はあるが、図７で説明した位置センサー１７と自動工具回転装置１３を外側ケーシング３に取り付けることで、水車羽根ピッチ角度を外側ケーシングの外側から容易に操作する遠隔操作機構を導入することが出来る。
【符号の説明】
【００６３】
１…水車ランナー、１‐１…水車羽根、１‐２…ランナーボス、１‐３…傘歯歯車（Ｂ）、１‐４…ウォーム減速機、１‐５…傘歯歯車（Ａ）、２…水車羽根角度調整軸、３…外側ケーシング、４…内側ケーシング、５…主軸、７…ベルト、８…発電機、９…水車羽根調整機構、９‐１…リンク機構、９‐２…操作軸、１０…流路、１１…点検ハッチ、１２…工具、１３…自動工具回転装置、１４…クラッチ、１５…減速機付きモ−ター、１６…マグネット、１７…非接触位置センサー、５１…水量計測器、５２…季節ごとの水量、落差の計測、５３…季節ごとのデータとして予め蓄積、９０…解決手段(ＩＴ機器、パソコン)、９１…季節ごとーピッチ角度関係設定、９２…季節情報取得、９３…ピッチ角度に調整、９４．…チューブラ水車の運転、２００…チューブラ水車を備えた発電システム。
【図１】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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