(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電用取水口および発電用排水口の一方を構成する第１開口と、前記発電用取水口および前記発電用排水口の他方を構成する第２開口と、揚水開口とが設けられた筐体と、
前記筐体内部に配置された回転電機と、
該回転電機の前記発電用取水口側または前記発電用排水口側に連結された羽根車と、
前記第１開口と前記第２開口とを連通させる第１状態と、前記第１開口または前記第２開口と前記揚水開口とを連通させる第２状態とを切替える切替え手段とを備え、
前記回転電機は、前記第１状態において、前記回転電機に連結された前記羽根車が水流により回転させられることにより発電し、かつ、前記第２状態において、前記第１状態において発電した電力の利用を含めて、前記回転電機に給電されることで該羽根車を回転駆動させることにより揚水される水が、前記第１開口または前記第２開口から吸水され、前記揚水開口から吐出されるように構成されており、
前記回転電機は、前記筐体内の流路中に配置されている、揚水機能を有する水力発電装置。
【請求項２】
前記切替え手段は、前記第１開口側、前記第２開口側および前記揚水開口側のうち少なくとも２つに設けられた複数の弁開閉用開口部を含み、前記複数の弁開閉用開口部の開閉を切替えることにより、前記第１状態と前記第２状態とを切替えるように構成されている、請求項１に記載の揚水機能を有する水力発電装置。
【請求項３】
前記第１開口側または前記第２開口側の前記弁開閉用開口部と、前記揚水開口側の前記弁開閉用開口部とは、近接して配置されている、請求項２に記載の揚水機能を有する水力発電装置。
【請求項４】
前記第１状態において発電された電力は、蓄電部に蓄電され、該蓄電された電力を用いて、前記第２状態において揚水される水が、前記第１開口または前記第２開口から吸水され、前記揚水開口から吐出されるように構成されている、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の揚水機能を有する水力発電装置。
【請求項５】
前記切替え手段は、前記複数の弁開閉用開口部の開閉を１つ以上の弁体で切替えるように構成されている、請求項２または３に記載の揚水機能を有する水力発電装置。
【請求項６】
前記第１状態と前記第２状態とを切替える切替え手段において、前記揚水開口側の前記弁開閉用開口部が、前記回転電機よりも前記第１開口側または前記第２開口側のいずれか一方に配置されている、請求項２、３あるいは５に記載の揚水機能を有する水力発電装置。
【請求項７】
前記切替え手段は、１つの前記弁体で共用させるように構成されており、
発電時には、前記筐体内部の水流および前記弁体の浮力のうち少なくとも一方により移動されて、前記揚水開口側の前記弁開閉用開口部を閉じて前記第１状態に切替え、揚水時には、前記第２開口より吸水し揚水方向に前記弁体が移動されて、前記第１開口側の前記弁開閉用開口部を閉じて、前記揚水開口から水を吐出するように構成されている、請求項５に記載の揚水機能を有する水力発電装置。
【請求項８】
前記揚水開口側の前記弁開閉用開口部は、前記回転電機よりも前記第１開口側に配置されており、
前記弁体は、板状に形成されている、請求項７に記載の揚水機能を有する水力発電装置。
【請求項９】
前記第１開口を前記筐体外部の水流の上流側に向けた状態で、前記第１状態において発電し、前記第２状態において前記揚水開口から水を吐出することが可能であるとともに、前記第１開口を前記筐体外部の水流の下流側に向けた状態で、前記第１状態において発電し、前記第２状態において前記揚水開口から水を吐出することが可能に構成されている、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の揚水機能を有する水力発電装置。
【請求項１０】
前記弁開閉用開口部は、前記第１開口側、前記第２開口側および前記揚水開口側のそれぞれに設けられており、
前記切替え手段は、前記弁開閉用開口部の開閉を切替える三方弁をさらに含み、前記第１開口および前記第２開口を連通させる前記第１状態と、前記第１開口および前記揚水開口を連通させる前記第２状態と、前記第２開口および前記揚水開口を連通させる前記第２状態との三方向に切替えるように構成されており、
前記回転電機は、三方向に切替えられるように構成されている前記筐体の前記第１開口側および前記第２開口側の双方に設けられている、請求項２に記載の揚水機能を有する水力発電装置。
【請求項１１】
発電用取水口および発電用排水口の一方を構成する第１開口と、前記発電用取水口および前記発電用排水口の他方を構成する第２開口と、揚水開口とが設けられた筐体と、
前記筐体内部に配置された回転電機と、
該回転電機の前記発電用取水口側または前記発電用排水口側に連結された羽根車と、
前記第１開口と前記第２開口とを連通させる第１状態と、前記第１開口または前記第２開口と前記揚水開口とを連通させる第２状態とを切替える切替え手段と、
前記回転電機により発電した電力を蓄電する蓄電部とを備え、
前記回転電機は、前記第１状態において、前記回転電機に連結された前記羽根車が水流により回転させられることにより発電し、かつ、前記第２状態において、前記第１状態において発電して前記蓄電部に蓄電された電力の利用を含めて、前記回転電機に給電されることで該羽根車を回転駆動させることにより揚水される水が、前記第１開口または前記第２開口から吸水され、前記揚水開口から吐出されるように構成されており、
前記回転電機は、前記筐体内の流路中に配置されている、揚水機能を有する水力発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、揚水機能を有する水力発電装置および揚水機能を有する水力発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水力発電装置および揚水装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
下記特許文献１には、水流を受けて発電する水力発電装置と、水力発電装置により発電した電力を用いて揚水を行う揚水装置とが開示されている。この特許文献１では、水力発電装置と揚水装置とは別個に設けられている。また、水力発電装置は、落下する水により発電を行うように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２５５７４７号公報
【発明の概要】
【発明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、水力発電装置と揚水装置とが別個に設けられているため、部品点数が増加するという不都合がある。また、水力発電装置は、落下する水により発電を行う構成のため、高低差を設けた流路中に水力発電装置を設置する必要があり、高低差を設けた流路を含めると水力発電のための装置が大型化するという不都合がある。このため、水力発電および揚水を行う装置において、部品点数の増加を抑制しながら、装置の小型化を図ることが困難であるという問題点がある。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、水力発電および揚水を行う装置において、部品点数の増加を抑制すると共に、取付も省スペース化されてコンパクト且つ軽量に構成することが可能な揚水機能を有する水力発電装置および揚水機能を有する水力発電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の第１の局面による揚水機能を有する水力発電装置は、発電用取水口および発電用排水口の一方を構成する第１開口と、発電用取水口および発電用排水口の他方を構成する第２開口と、揚水開口とが設けられた筐体と、筐体内部に配置された回転電機と、回転電機の発電用取水口側または発電用排水口側に連結された羽根車と、第１開口と第２開口とを連通させる第１状態と、第１開口または第２開口と揚水開口とを連通させる第２状態とを切替える切替え手段とを備え、回転電機は、第１状態において、回転電機に連結された羽根車が水流により回転させられることにより発電し、かつ、第２状態において、第１状態において発電した電力の利用を含めて、回転電機に給電されることで羽根車を回転駆動させることにより揚水される水が、第１開口または第２開口から吸水され、揚水開口から吐出されるように構成されており、回転電機は、筐体内の流路中に配置されている。
【０００８】
この発明の第１の局面による揚水機能を有する水力発電装置では、前述のように、第１状態において、回転電機に連結された羽根車が水流により回転させられることにより発電し、かつ、第２状態において、第１状態において発電した電力の利用を含めて、回転電機に給電されることで羽根車を回転駆動させることにより揚水される水が、第１開口または第２開口から吸水され、揚水開口から吐出されるように構成する。これにより、１つの装置を第１状態と第２状態とに切替えることにより、水力発電および揚水を行うことができるので、水力発電装置および揚水装置を別個に設ける場合に比べて部品点数の増加を抑制すると共に、取付も省スペース化されてコンパクト且つ軽量に構成ができる。また、第１開口と第２開口とを連通させる第１状態において、水流により羽根車が回転させられることにより発電されるので、高低差を設けた流路を設けなくても、流れを有する河川や小川或いは灌漑用の農水路などに揚水機能を有する水力発電装置を設置することにより、発電を行うことができる。これにより、高低差を設けた流路を設ける場合に比べて、装置の小型軽量化を図ることができる。これらの結果、水力発電および揚水を行う装置において、部品点数の増加を抑制しながら、装置の小型軽量化を図ることができる。また、たとえば、小川や農水路中に揚水機能を有する水力発電装置を設置すれば、小川や農水路の水流のエネルギーを有効利用することができるので、商用電源から電力の供給を受けなくても揚水を行うことができる。これにより、大掛かりな送電設備等を設ける必要がないことから、インフラ等の設備がない山間部での活用に秀でている。また、装置の小型軽量化を図ることができるので、狭いスペースにも容易に設置することができる。また、装置の小型軽量化を図ることにより可搬することが可能となるので、任意の設置場所へ仮設することができる。また、たとえば、揚水機能を有する水力発電装置を農水路に設置することにより田畑に水を容易に供給することができる。また、圧力を加えて送水（揚水）することができるので、農水路より高所の田畑に水を供給することができる。また、揚水した水を栽培やガーデニング等の散水用スプリンクラー用の水として活用することもできる。また、地下水路に連通する井戸等に揚水機能を有する水力発電装置を設置した場合は地下水路から生活用水を容易に得ることができる。
【０００９】
前記第１の局面による揚水機能を有する水力発電装置において、好ましくは、切替え手段は、第１開口側、第２開口側および揚水開口側のうち少なくとも２つに設けられた複数の弁開閉用開口部を含み、複数の弁開閉用開口部の開閉を切替えることにより、第１状態と第２状態とを切替えるように構成されている。このように構成すれば、複数の弁開閉用開口部の開閉を切替えることにより、第１開口と第２開口とを連通させる第１状態と、第１開口または第２開口と揚水開口とを連通させる第２状態とを容易に切替えることができる。
【００１０】
この場合、好ましくは、第１開口側または第２開口側の弁開閉用開口部と、揚水開口側の弁開閉用開口部とは、近接して配置されている。このように構成すれば、近接して配置されている複数の弁開閉用開口部を共通の弁体を用いて開閉させることができる。これにより、揚水機能を有する水力発電装置を簡素化することができるとともに、信頼性が高くコンパクトな構成にすることができる。
【００１１】
前記第１の局面による揚水機能を有する水力発電装置において、好ましくは、第１状態において発電された電力は、蓄電部に蓄電され、蓄電された電力を用いて、第２状態において揚水される水が、第１開口または第２開口から吸水され、揚水開口から吐出されるように構成されている。このように構成すれば、自ら発電した電力を蓄電部に蓄電して容易に揚水のための電力に利用することができる。また、蓄電部に貯えた電力を揚水時に活用する以外にも、たとえば、家庭用電源として家庭内のテレビやエアコンや室内照明等の家電製品に供給して使用することもできる。また、送電設備が完備されていない場所において、容易に生活電源を確保することができる。また、自然災害時等の商用電源の供給が断たれた緊急対応時の場合においても、安定して電力を供給・活用することができる。
【００１２】
前記切替え手段が複数の弁開閉用開口部を含む構成において、好ましくは、切替え手段は、複数の弁開閉用開口部の開閉を１つ以上の弁体で切替えるように構成されている。このように構成すれば、１つ以上の弁体を用いて複数の弁開閉用開口部の開閉を容易に行うことができる。
【００１３】
前記切替え手段が複数の弁開閉用開口部を含む構成において、好ましくは、第１状態と第２状態とを切替える切替え手段において、揚水開口側の弁開閉用開口部が、回転電機よりも第１開口側または第２開口側のいずれか一方に配置されている。このように構成されることで、揚水開口側の弁開閉用開口部を回転電機よりも第１開口側に配置すれば、第１開口側および揚水開口側の弁開閉用開口部を近接して設けることができるので、第１開口側および揚水開口側の弁開閉用開口を開閉して容易に第１状態と第２状態とを切替えることができると共に、流下方向に応じて弁体自らが自動的に切替え開閉作動する様に構成することも可能となる。この場合、第２開口側に弁開閉用開口部を設ける必要がないので、構造を簡素化することができる。一方、揚水開口側の弁開閉用開口部を回転電機よりも第２開口側に配置すれば、第２開口側および揚水開口側の弁開閉用開口部を近接して設けることができるので、第２開口側および揚水開口側の弁開閉用開口を開閉して容易に第１状態と第２状態とを切替えることができる。この場合、第１開口側に弁開閉用開口部を設ける必要がないので、構造を簡素化することができる。また、第１状態の発電時の流入側である第１開口側に弁開閉用開口部を設ける必要がないことから、回転電機への水流が阻害されることを抑制することができるので、効率よく発電することができる。
【００１４】
前記複数の弁開閉用開口部の開閉を１つ以上の弁体で切替える構成において、好ましくは、切替え手段は、１つの弁体を共用させるように構成されており、発電時には、筐体内部の水流および弁体の浮力のうち少なくとも一方により移動されて、揚水開口側の弁開閉用開口部を閉じて第１状態に切替え、揚水時には、第２開口より吸水し揚水方向に弁体が移動されて、第１開口側の弁開閉用開口部を閉じて、揚水開口から水を吐出するように構成されている。このように構成すれば、共用の１つの弁体を移動させるための駆動源を別途設けることなく、無動力で流下方向に応じて弁体自らが自動的に第１状態と第２状態とを切替えることができるので、構造を簡素化することができる。
【００１５】
この場合、好ましくは、揚水開口側の弁開閉用開口部は、回転電機よりも第１開口側に配置されており、弁体は、板状に形成されている。このように構成すれば、第１開口側を上流に向けて揚水機能を有する水力発電装置を設置すれば、板状に形成された１つの弁体をスイング状に共用回動させることができるため、駆動源を別途設けることなく、無動力で流下方向に応じて弁体自らが自動的に第１状態の発電と第２状態の揚水とに切替えることができる。これにより、構造を簡素化することができる。
【００１６】
前記第１の局面による揚水機能を有する水力発電装置において、好ましくは、第１開口を筐体外部の水流の上流側に向けた状態で、第１状態において発電し、第２状態において揚水開口から水を吐出することが可能であるとともに、第１開口を筐体外部の水流の下流側に向けた状態で、第１状態において発電し、第２状態において揚水開口から水を吐出することが可能に構成されている。このように構成すれば、発電時の取水口を上流側の第１開口および第２開口の一方にして、揚水時の吸水口を下流側の第１開口および第２開口の他方にして設置する状態と、その状態とは逆方向の発電時の排水口および揚水時の吸水口を上流側の第１開口および第２開口の一方にして設置する状態とに設置状態を切替えることができる。これにより、用途に応じて揚水時の吸水口の向きを変えることができる。たとえば、揚水時の吸水口を上流側に向けた場合、自然流下される水流の速度エネルギーを阻害することなく活用されることから、該速度エネルギーに加えて自吸作用の相乗効果により吸込み効率が向上されることで、該吸水口から吸水する水量を多くすることができるので、揚水量を多くすることができる。
【００１７】
前記切替え手段が複数の弁開閉用開口部を含む構成において、好ましくは、弁開閉用開口部は、第１開口側、第２開口側および揚水開口側のそれぞれに設けられており、切替え手段は、弁開閉用開口部の開閉を切替える三方弁をさらに含み、第１開口および第２開口を連通させる第１状態と、第１開口および揚水開口を連通させる第２状態と、第２開口および揚水開口を連通させる第２状態との三方向に切替えるように構成されており、回転電機は、三方向に切替えられるように構成されている筐体の第１開口側および第２開口側の双方に設けられている。このように構成すれば、第１開口および第２開口を連通する第１状態において、第１開口側および第２開口側の双方に設けられている回転電機により発電することができるので、発電量を容易に増加させることができる。また、第１開口または第２開口と揚水開口とを連通させる第２状態において、複数の回転電機を交互に駆動して揚水することができるので、各回転電機の稼動時間が平準化し得ることから寿命を長くすることができる。また、故障や点検等で一方の回転電機を駆動することができない場合でも、他方の回転電機を駆動させることができるので、揚水時に信頼性の高い運転を維持することができる。
【００１８】
この発明の第２の局面による揚水機能を有する水力発電システムは、発電用取水口および発電用排水口の一方を構成する第１開口と、発電用取水口および発電用排水口の他方を構成する第２開口と、揚水開口とが設けられた筐体と、筐体内部に配置された回転電機と、回転電機の発電用取水口側または発電用排水口側に連結された羽根車と、第１開口と第２開口とを連通させる第１状態と、第１開口または第２開口と揚水開口とを連通させる第２状態とを切替える切替え手段と、回転電機により発電した電力を蓄電する蓄電部とを備え、回転電機は、第１状態において、回転電機に連結された羽根車が水流により回転させられることにより発電し、かつ、第２状態において、第１状態において発電して蓄電部に蓄電された電力の利用を含めて、回転電機に給電されることで羽根車を回転駆動させることにより揚水される水が、第１開口または第２開口から吸水され、揚水開口から吐出されるように構成されており、回転電機は、筐体内の流路中に配置されている。
【００１９】
この発明の第２の局面による揚水機能を有する水力発電システムでは、前記のように、第１状態において、回転電機に連結された羽根車が水流により回転させられることにより発電し、かつ、第２状態において、第１状態において発電した電力の利用を含めて、回転電機に給電されることで羽根車を回転駆動させることにより揚水される水が、第１開口または第２開口から吸水され、揚水開口から吐出されるように構成する。これにより、１つの装置を第１状態と第２状態とに切替えることにより、水力発電および揚水を行うことができるので、水力発電装置および揚水装置を別個に設ける場合に比べて部品点数の増加を抑制すると共に、取付も省スペース化されてコンパクト且つ軽量に構成ができる。また、第１開口と第２開口とを連通させる第１状態において、水流により羽根車が回転させられることにより発電されるので、高低差を設けた流路を設けなくても、流れを有する河川や小川或いは灌漑用の農水路などに揚水機能を有する水力発電装置を設置することにより、発電を行うことができる。これにより、高低差を設けた流路を設ける場合に比べて、装置の小型軽量化を図ることができる。これらの結果、水力発電および揚水を行う装置において、部品点数の増加を抑制しながら、装置の小型軽量化を図ることが可能な水力発電システムを供給することができる。また、発電した電力を蓄電する蓄電部を設けることによって、自ら発電した電力を蓄電部に蓄電して容易に揚水のための電力に利用することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、前述のように、水力発電および揚水を行う装置において、部品点数の増加を抑制しながら、装置の小型軽量化を図ることができることから、特に送電等のインフラ設備がない山間部や災害時において、地球にやさしいクリーンな自然再生可能エネルギーを容易に有効活用し得るという利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態による揚水機能を有する水力発電システムの全体構成を示した概略図である。
【図２】本発明の第１実施形態による揚水機能を有する水力発電装置の発電時の状態を示した断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態による揚水機能を有する水力発電装置の揚水時の状態を示した断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態による揚水機能を有する水力発電装置の弁開閉用開口部の開閉状態を説明するための表である。
【図５】本発明の第１実施形態による揚水機能を有する水力発電装置を反転させて設置した状態を示した断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態の第１変形例による揚水機能を有する水力発電装置を示した断面図である。
【図７】本発明の第１実施形態の第１変形例による揚水機能を有する水力発電装置の弁開閉用開口部の開閉状態を説明するための表である。
【図８】本発明の第２実施形態による揚水機能を有する水力発電装置を示した断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態の第２変形例による揚水機能を有する水力発電装置を示した断面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態による揚水機能を有する水力発電装置の発電時の状態を示した断面図である。
【図１１】本発明の第３実施形態による揚水機能を有する水力発電装置の揚水時の状態を示した断面図である。
【図１２】本発明の第３実施形態による揚水機能を有する水力発電装置の弁開閉用開口部の開閉状態を説明するための表である。
【図１３】本発明の第３実施形態による揚水機能を有する水力発電装置を反転させて設置した状態を示した断面図である。
【図１４】本発明の第３実施形態の第３変形例による揚水機能を有する水力発電装置を示した断面図である。
【図１５】本発明の第３実施形態の第３変形例による揚水機能を有する水力発電装置の弁開閉用開口部の開閉状態を説明するための表である。
【図１６】本発明の第３実施形態の第４変形例による揚水機能を有する水力発電装置を示した断面図である。
【図１７】本発明の第４実施形態による揚水機能を有する水力発電装置を示した断面図である。
【図１８】本発明の第４実施形態の第５変形例による揚水機能を有する水力発電装置を示した断面図である。
【図１９】本発明の第５実施形態による揚水機能を有する水力発電装置を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
（第１実施形態）
図１〜図５を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。第１実施形態による揚水機能を有する水力発電システム１００は、流れを有する河川や小川或いは灌漑用の農水路などに揚水機能を有する水力発電装置１を配置して、発電および揚水を行うように構成されている。図１に示すように、揚水機能を有する水力発電システム１００は、揚水機能を有する水力発電装置１と、蓄電部２と、制御部３と、操作部４と、貯水槽５と、配管６とを備えている。
【００２４】
揚水機能を有する水力発電装置１は、水流により発電を行うとともに、発電した電力の利用を含めて、回転電機１６に給電されることで羽根車１６１を回転駆動させることにより揚水するように構成されている。具体的には、揚水機能を有する水力発電装置１は、発電した電力を蓄電部２に蓄電するように構成されている。また、揚水機能を有する水力発電装置１は、ユーザによる操作部４への操作に基づいて、制御部３により、発電と揚水との動作が切替えられるように構成されている。また、揚水機能を有する水力発電装置１は、揚水時に、配管６を通って貯水槽５に水を送るように構成されている。
【００２５】
また、揚水機能を有する水力発電装置１は、図２に示すように、Ｔ字形状の筐体１１を備えている。筐体１１には、第１開口１２と、第２開口１３と、揚水開口１４とが設けられている。また、揚水機能を有する水力発電装置１は、筐体１１の内部に設けられた切替え手段１５および回転電機１６をさらに備えている。切替え手段１５は、第１開口１２側に配置された弁開閉用開口部１５１と、揚水開口１４側に配置された弁開閉用開口部１５２と、弁体１５３とを含んでいる。第１開口１２側の弁開閉用開口部１５１には、弁座１５１ａが形成されている。揚水開口１４側の弁開閉用開口部１５２には、弁座１５２ａが形成されている。回転電機１６には、羽根車１６１が接続されている。
【００２６】
また、揚水機能を有する水力発電装置１は、流れを有する水中（たとえば、河川や小川或いは灌漑用の農水路など）に沈められて配置されている。つまり、揚水機能を有する水力発電装置１は、水底へ固定するためのアンカーブロックや、装置を水中に浮遊させるためのフロートなどを必要とせずに水中にそのまま仮設的に設置することが可能に構成されている。
【００２７】
筐体１１は、中空の管状に形成されている。つまり、筐体１１内部には、水が流れるように構成されている。筐体１１の第１開口１２の外周縁には、他の接続部材と接続できるように外側に突出する円環状のフランジ１２１が設けられている。また、筐体１１の第２開口１３の外周縁にも上述の如く、外側に突出する円環状のフランジ１３１が設けられている。また、筐体１１の揚水開口１４の外周縁にも上述の如く、外側に突出する円環状のフランジ１４１が設けられている。フランジ１２１、１３１および１４１は、汎用性の高い管用継手を用いることが望ましい。第１実施形態では、図１に示すように、フランジ１４１を用いて、筐体１１の揚水開口１４に配管６が接続されている。
【００２８】
筐体１１の第１開口１２は、図２および図５に示すように、発電時に取水口または排水口の一方を構成する。また、第２開口１３は、発電時に取水口または排水口の他方を構成する。つまり、発電時には、第１開口１２または第２開口１３の一方の取水口から筐体１１内に水が流入し、第１開口１２または第２開口１３の他方の排水口から水が流出するように構成されている。また、筐体１１の第１開口１２から第２開口１３までの部分は、略直線状に形成されている。これにより、発電時の水流の速度水頭損失を抑制することが可能である。
【００２９】
また、図３に示すように、揚水時の羽根車１６１の回転駆動により第２開口１３から筐体１１内に吸水されて、他方の第１開口１２側に配置された弁開閉用開口部１５１が弁座１５３で封止され、それに伴って揚水開口１４側の弁開閉用開口部１５２が開かれることで、上記吸水される水が揚水開口１４へ吐出して揚水されるように構成されている。
【００３０】
ここで、第１実施形態では、切替え手段１５は、第１開口１２と第２開口１３とを連通させる第１状態（図２参照）と、第２開口１３と揚水開口１４とを連通させる第２状態（図３参照）とを切替えるように構成されている。つまり、切替え手段１５は、発電時に第１開口１２と第２開口１３とを連通させる第１状態に切替え、揚水時に第２開口１３と揚水開口１４とを連通させる第２状態に切替えるように構成されている。
【００３１】
具体的には、切替え手段１５は、弁体１５３が回動軸１５３ａを中心に回動されることにより、第１開口１２側の弁開閉用開口部１５１および揚水開口１４側の弁開閉用開口部１５２の開閉を水流の作用により自動的に切替えるように構成されている。具体的には、第１開口１２側の弁開閉用開口部１５１と、揚水開口１４側の弁開閉用開口部１５２とは、近接して配置されている。また、切替え手段１５は、１つの弁体１５３を共用するように構成されている。また、弁体１５３は、板状に形成されている。つまり、図３に示すように、弁体１５３が第１開口１２側の弁開閉用開口部１５１の弁座１５１ａに当接すると、第１開口１２側の弁開閉用開口部１５１が閉じられ、揚水開口１４側の弁開閉用開口部１５２が開かれる（第２状態）。また、図２に示すように、弁体１５３が揚水開口１４側の弁開閉用開口部１５２の弁座１５２ａに当接すると、第１開口１２側の弁開閉用開口部１５１が開かれ、揚水開口１４側の弁開閉用開口部１５２が閉じられる（第１状態）。
【００３２】
回転電機１６は、筐体１１の内部に配置されている。具体的には、回転電機１６は、第１開口１２および第２開口１３を連通する管内の第２開口１３側に配置されている。また、回転電機１６は、揚水開口１４側の弁開閉用開口部１５２よりも第２開口１３側に配置されている。つまり、揚水開口１４側の弁開閉用開口部１５２は、回転電機１６よりも第１開口１２側に配置されている。また、回転電機１６の第２開口１３側には、羽根車１６１が接続されている。つまり、羽根車１６１は、回転電機１６に対して、揚水時に吸水側の第２開口１３側に配置されている。
【００３３】
また、回転電機１６は、回転子と、回転子の外周側に配置され、巻線を有する固定子とを含む。また、回転電機１６は、回転子が外部からの力により回転させられることにより、発電するように構成されている。つまり、回転電機１６は、発電時に、回転子の回転軸に接続された羽根車１６１が水流により回転させられることにより、回転子が回転されて発電するように構成されている。また、回転電機１６は、固定子の巻線に所定の電力が供給されることにより、回転子を回転させるように構成されている。つまり、回転電機１６は、揚水時に、電力が供給されて回転子を回転させることにより、羽根車１６１を回転させて、水を送る（揚水する）ように構成されている。
【００３４】
また、回転電機１６は、蓄電部２に電気的に接続されている。つまり、回転電機１６により発電された電力は、蓄電部２に蓄電されるように構成されている。また、揚水時に、蓄電部２に蓄電された電力により、回転電機１６が駆動されるように構成されている。また、蓄電部２に蓄電された電力は、他の電化製品を動作させるために利用してもよい。また、回転電機１６は、制御部３に接続されている。
【００３５】
ここで、第１実施形態では、揚水機能を有する水力発電装置１（回転電機１６）は、図２に示す第１状態において、回転電機１６に連結された羽根車１６１が水流により回転させられることにより発電し、かつ、図３に示す第２状態において、第１状態において発電された電力は、蓄電部２に蓄電され、該蓄電された電力を用いて、回転電機１６に給電されることで羽根車１６１を転駆動させることにより揚水される水が、第２開口１３から吸水され、揚水開口１４へ吐出して揚水されるように構成されている。
【００３６】
また、揚水機能を有する水力発電装置１は、図４に示すように、発電時と、揚水時とで、第１開口１２側の弁開閉用開口部１５１および揚水開口１４側の弁開閉用開口部１５２の開閉状態が切替えられる。具体的には、発電時では、図２に示すように、自然流下作用により弁座１５３が自動的に回動されて第１開口１２側の弁開閉用開口部１５１が開かれ、それに伴って揚水開口１４側の弁開閉用開口部１５２が弁体１５３により閉じられる。また、揚水時では、図３に示すように、羽根車１６１の回転駆動により第２開口１３から筐体１１内に吸水されて、該吸水の揚水作用により自動的に第１開口１２側の弁開閉用開口部１５１が弁体１５３により閉じられ、それに伴って揚水開口１４側の弁開閉用開口部１５２が開かれて揚水される。
【００３７】
また、第１実施形態では、揚水機能を有する水力発電装置１は、図２および図３に示すように第１開口１２を筐体１１外部の水流の上流側に向けた状態で、第１状態において発電し、第２状態において揚水開口１４から水を吐出することが可能にするとともに、図５に示すように第１開口１２を筐体１１外部の水流の下流側に向けた状態（反転させた状態）で、第１状態において発電し、第２状態において揚水開口１４から水を吐出することが可能に構成されている。つまり、揚水機能を有する水力発電装置１は、発電時の取水口を第１開口１２として配置することが可能であるとともに、発電時の取水口を反転させて第２開口１３として配置することが可能に構成されている。
【００３８】
第２開口１３を上流側に配置した場合（反転させた場合）、図５に示すように、発電時には、第２開口１３から水が流入し、第１開口１２から水が流出する。また、揚水時には、上流側の第２開口１３から水が吸入され、揚水開口１４から水が吐出される。つまり、反転させて第２開口１３を上流側に配置した場合、揚水時の吸水口が上流側に向けられることで、自然流下される水流の速度エネルギーを阻害することなく活用されることから、該速度エネルギーに加えて自吸作用の相乗効果により吸込み効率が向上される。これにより、該吸水口から吸水する水量を多くすることができるので、揚水量を多くすることができる。また、発電時において、羽根車１６１は、水の流れに対して、回転電機１６よりも上流側に配置されていることから、速度水頭損失が抑制された自然流下の水流が羽根車１６１を効率よく旋回することで、発電効率を向上することができる。
【００３９】
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００４０】
第１実施形態では、上記のように、第１状態において、回転電機１６に連結された羽根車１６１が水流により回転させられることにより発電し、かつ、第２状態において、第１状態において発電した電力が回転電機１６に給電されることで羽根車１６１を回転駆動させることにより揚水される水が、第２開口１３から吸水され、揚水開口１４から吐出されるように構成する。これにより、１つの装置を第１状態と第２状態とに切替えることにより、水力発電および揚水を行うことができるので、水力発電装置および揚水装置を別個に設ける場合に比べて部品点数の増加を抑制すると共に、取付も省スペース化されてコンパクト且つ軽量に構成ができる。また、第１開口１２と第２開口１３とを連通させる第１状態において、水流により羽根車１６１が回転させられることにより発電されるので、高低差を設けた流路を設けなくても、流れを有する河川や小川或いは灌漑用の農水路などに揚水機能を有する水力発電装置１を設置することにより、発電を行うことができる。これにより、高低差を設けた流路を設ける場合に比べて、装置の小型軽量化を図ることができる。これらの結果、水力発電および揚水を行う装置において、部品点数の増加を抑制しながら、装置の小型軽量化を図ることができる。
【００４１】
また、第１実施形態では、上記のように、切替え手段１５を、複数の弁開閉用開口部１５１および１５２の開閉を切替えることにより、第１状態と第２状態とを切替えるように構成する。これにより、複数の弁開閉用開口部１５１および１５２の開閉を切替えることにより、第１開口１２と第２開口１３とを連通させる第１状態と、第２開口１３と揚水開口１４とを連通させる第２状態とを容易に切替えることができる。
【００４２】
また、第１実施形態では、上記のように、第１開口１２側の弁開閉用開口部１５１と、揚水開口１４側の弁開閉用開口部１５２とを、近接して配置する。これにより、近接して配置されている複数の弁開閉用開口部１５１および１５２を共通の弁体１５３を用いて開閉させることができる。これにより、揚水機能を有する水力発電装置１を簡素化することができるとともに、信頼性が高くコンパクトな構成にすることができる。
【００４３】
また、第１実施形態では、上記のように、第１状態において発電された電力を、蓄電部２に蓄電し、蓄電部２に蓄電した電力を用いて、第２状態において揚水される水が、第２開口１３から吸水され、揚水開口１４から吐出されるように構成する。これにより、発電した電力を蓄電部２に蓄電して容易に揚水や、家庭用電源としてテレビやエアコンや室内照明等の家電製品のための電力に利用することができる。
【００４４】
また、第１実施形態では、上記のように、切替え手段１５を、複数の弁開閉用開口部１５１および１５２の開閉を共通の弁体１５３で切替えるように構成する。これにより、共通の弁体１５３を用いて複数の弁開閉用開口部１５１および１５２の開閉を容易に行うことができる。
【００４５】
また、第１実施形態では、上記のように、揚水開口１４側の弁開閉用開口部１５２を、回転電機１６よりも第１開口１２側に配置する。これにより、第１開口１２側および揚水開口１４側の弁開閉用開口部１５１および１５２を近接して設けることができるので、第１開口１２側および揚水開口１４側の弁開閉用開口１５１および１５２を開閉して容易に第１状態と第２状態とを切替えることができる。また、第２開口１３側に弁開閉用開口部を設ける必要がないので、構造を簡素化することができる。また、発電時の水流が複数の弁開閉用開口部により阻害されることを抑制することができるので、効率よく発電することができる。
【００４６】
また、第１実施形態では、上記のように、発電時に、筐体１１内部の水流により弁体１５３が移動されて、揚水開口１４側の弁開閉用開口部１５２を閉じて第１状態に切替え、揚水時には、第２開口１３より吸水し揚水方向に弁体１５３が移動されて、第１開口１２側の弁開閉用開口部１５１を閉じて、揚水開口１４から水を吐出するように構成する。これにより、共用の１つの弁体１５３を駆動源を別途設けることなく、水流作用により自動的に所定位置に移動させることで、第１状態と第２状態とを切替えることができるので、構造を簡素化することができる。
【００４７】
また、第１実施形態では、上記のように、揚水開口１４側の弁開閉用開口部１５２を、回転電機１６よりも第１開口１２側に配置し、弁体１５３を、板状に形成する。これにより、第１開口１２側を上流に向けて揚水機能を有する水力発電装置１を設置すれば、発電時に、板状の弁体１５３を水流により移動させて、揚水開口１４側の弁開閉用開口部１５２を容易に閉じることができる。
【００４８】
また、第１実施形態では、上記のように、揚水機能を有する水力発電装置１を、第１開口１２を筐体１１外部の水流の上流側に向けた状態で、第１状態において発電し、第２状態において揚水開口１４から水を吐出することが可能にするとともに、第１開口１２を筐体１１外部の水流の下流側に向けた状態で、第１状態において発電し、第２状態において揚水開口１４から水を吐出することが可能に構成する。これにより、発電時の取水口を上流側の第１開口１２にして、揚水時の吸水口を下流側の第２開口１３にして設置する状態と、発電時の取水口および揚水時の吸水口を上流側の第２開口１３にして設置する状態とに設置状態を切替えることができる。これにより、用途に応じて揚水時の取水口の向きを変えることができる。たとえば、揚水時の吸水口を上流側に向けた場合、自然流下される水流の速度エネルギーを阻害することなく活用されることから、該速度エネルギーに加えて自吸作用の相乗効果により吸込み効率が向上されることで、吸水する水量を多くすることができるので、揚水量を多くすることができる。
【００４９】
（第１実施形態の第１変形例）
次に、図６および図７を参照して、本発明の第１実施形態の第１変形例について説明する。この第１変形例では、羽根車１６１が回転電機１６に対して、揚水開口１４側の弁開閉用開口部１５２側に配置されている構成の例について説明する。
【００５０】
図６に示すように、第１変形例の揚水機能を有する水力発電装置１ａは、第１開口１２、第２開口１３および揚水開口１４が設けられた筐体１１と、切替え手段１５と、回転電機１６とを備えている。切替え手段１５は、第２開口１３側に配置された弁開閉用開口部１５４と、揚水開口１４側に配置された弁開閉用開口部１５２と、弁体１５３とを含んでいる。第２開口１３側の弁開閉用開口部１５４には、弁座１５４ａが形成されている。揚水開口１４側の弁開閉用開口部１５２には、弁座１５２ａが形成されている。つまり、第１変形例では、第１実施形態と異なり、第１開口１２側には弁開閉用開口部が設けられずに、第２開口１３側に弁開閉用開口部１５４が設けられている。
【００５１】
回転電機１６は、第１開口１２および第２開口１３を連通する管内の第１開口１２側に配置されている。また、回転電機１６は、揚水開口１４側の弁開閉用開口部１５２よりも第１開口１２側に配置されている。つまり、揚水開口１４側の弁開閉用開口部１５２は、回転電機１６よりも第２開口１３側に配置されている。また、回転電機１６の第２開口１３側には、羽根車１６１が接続されている。つまり、羽根車１６１は、回転電機１６に対して、水流の下流側（発電時の排水側および揚水時の吐出側）に配置されている。
【００５２】
ここで、第１変形例では、揚水機能を有する水力発電装置１ａ（回転電機１６）は、第１状態（弁開閉用開口部１５２が閉、弁開閉用開口部１５４が開の状態）において、回転電機１６に連結された羽根車１６１が水流により回転させられることにより発電し、かつ、第２状態（弁開閉用開口部１５２が開、弁開閉用開口部１５４が閉の状態）において、第１状態において発電した電力を用いて羽根車１６１を回転駆動させることにより、第１開口１２から吸水して、揚水開口１４から水を吐出する（揚水する）ように構成されている。つまり、前述の如く揚水時の吸水口が上流側に向けれているので、自然流下される水流の速度エネルギーを阻害することなく活用されることから、該速度エネルギーに加えて自吸作用の相乗効果により吸込み効率が向上されることで、該吸水口から吸水する水量を多くすることができるので、揚水量を多くすることができる。
【００５３】
また、第１変形例では、揚水機能を有する水力発電装置１ａは、図７に示すように、発電時と、揚水時とで、第２開口１３側の弁開閉用開口部１５４および揚水開口１４側の１５２の開閉状態が切替えられる。具体的には、発電時では、第２開口１３側の弁開閉用開口部１５４が開かれ、揚水開口１４側の弁開閉用開口部１５２が閉じられる。また、揚水時では、第２開口１３側の弁開閉用開口部１５４が閉じられ、揚水開口１４側の弁開閉用開口部１５２が開かれる。
【００５４】
なお、第１変形例のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。
【００５５】
（第２実施形態）
次に、図８を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。この第２実施形態では、切替え手段１５の弁体１５３が板状に形成されている前記第１実施形態とは異なり、切替え手段２１０の弁体２１３が球状に形成されている例について説明する。
【００５６】
図８に示すように、第２実施形態の揚水機能を有する水力発電装置２０１は、第１開口１２、第２開口１３および揚水開口１４が設けられた筐体１１と、切替え手段２１０と、回転電機１６とを備えている。切替え手段２１０は、第１開口１２側に配置された弁開閉用開口部２１１と、揚水開口１４側に配置された弁開閉用開口部２１２と、弁体２１３とを含んでいる。第１開口１２側の弁開閉用開口部２１１には、弁座２１１ａが形成されている。揚水開口１４側の弁開閉用開口部２１２には、弁座２１２ａが形成されている。
【００５７】
ここで、第２実施形態では、切替え手段２１０の弁体２１３は、球状に形成されている。つまり、切替え手段２１０は、ボールチャッキ弁により構成されている。球状の弁体２１３は、第１開口１２側の弁座２１１ａまたは揚水開口１４側の弁座２１２ａに係合して、係合した側の弁開閉用開口部２１１または２１２を閉じるように構成されている。また、弁体２１３は、発電時には、ガイドに誘導されて浮上或いは自然流下の水流により上昇して、揚水開口１４側の弁開閉用開口部２１２を閉じるように構成されている。また、その逆に揚水時には、羽根車１６１の回転駆動による水流によって、弁体２１３がガイドに誘導されて、第１開口１２側に移動されて、第１開口１２側の弁開閉用開口部２１１を閉じるように構成されている。つまり、前述の如く駆動源を別途設けることなく、無動力で水流の作用により弁体自らが自動的に第１状態の発電と第２状態の揚水に切替えることができるので、構造を簡素化することができる。
【００５８】
また、第２実施形態では、前記第１実施形態と同様に、揚水機能を有する水力発電装置２０１（回転電機１６）は、第１状態（弁開閉用開口部２１１が開、弁開閉用開口部２１２が閉の状態）において、回転電機１６に連結された羽根車１６１が水流により回転させられることにより発電し、かつ、第２状態（弁開閉用開口部２１１が閉、弁開閉用開口部２１２が開の状態）において、第１状態において発電した電力を用いて羽根車１６１を回転駆動させることにより、第２開口１３から吸水して、揚水開口１４から水を吐出するように構成されている。
【００５９】
なお、第２実施形態のその他の構成は、前記第１実施形態と同様である。
【００６０】
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００６１】
第２実施形態では、前第１実施形態と同様に、第１状態において、回転電機１６に連結された羽根車１６１が水流により回転させられることにより発電し、かつ、第２状態において、第１状態において発電した電力が回転電機１６に給電されることで羽根車１６１を回転駆動させることにより揚水される水が、第２開口１３から吸水され、揚水開口１４から吐出されるように構成する。これにより、水力発電および揚水を行う装置において、部品点数の増加を抑制すると共に、取付も省スペース化されてコンパクト且つ軽量に構成ができるので、装置の小型軽量化を図ることができる。さらに加えて、前述の如く駆動源を別途設けることなく、無動力で水流の作用により弁体自らが自動的に第１状態の発電と第２状態の揚水に切替えることができるので、構造を簡素化することができる。
【００６２】
なお、第２実施形態のその他の効果は、前第１実施形態と同様である。
【００６３】
（第２実施形態の第２変形例）
次に、図９を参照して、本発明の第２実施形態の第２変形例について説明する。この第２変形例では、羽根車１６１が回転電機１６に対して、揚水開口１４側の弁開閉用開口部２１２側に配置されている構成の例について説明する。
【００６４】
図９に示すように、第２変形例の揚水機能を有する水力発電装置２０１ａは、第１開口１２、第２開口１３および揚水開口１４が設けられた筐体１１と、切替え手段２１０と、回転電機１６とを備えている。切替え手段２１０は、第２開口１３側に配置された弁開閉用開口部２１４と、揚水開口１４側に配置された弁開閉用開口部２１２と、弁体２１３とを含んでいる。第２開口１３側の弁開閉用開口部２１４には、弁座２１４ａが形成されている。揚水開口１４側の弁開閉用開口部２１２には、弁座２１２ａが形成されている。つまり、第２変形例では、第２実施形態と異なり、第１開口１２側には弁開閉用開口部が設けられずに、第２開口１３側に弁開閉用開口部２１４が設けられている。
【００６５】
回転電機１６は、第１開口１２および第２開口１３を連通する管内の第１開口１２側に配置されている。また、回転電機１６は、揚水開口１４側の弁開閉用開口部２１２よりも第１開口１２側に配置されている。また、回転電機１６の第２開口１３側には、羽根車１６１が接続されている。つまり、羽根車１６１は、回転電機１６に対して、水流の下流側（発電時の排水側および揚水時の吐出側）に配置されている。
【００６６】
ここで、第２変形例では、揚水機能を有する水力発電装置２０１ａ（回転電機１６）は、第１状態（弁開閉用開口部２１２が閉、弁開閉用開口部２１４が開の状態）において、回転電機１６に連結された羽根車１６１が水流により回転させられることにより発電し、かつ、第２状態（弁開閉用開口部２１２が開、弁開閉用開口部２１４が閉の状態）において、第１状態において発電した電力を用いて羽根車１６１を回転駆動させることにより、第１開口１２から吸水して、揚水開口１４から水を吐出するように構成されている。つまり、前述の如く揚水時の吸水口が上流側に向けられているので、自然流下される水流の速度エネルギーを阻害することなく活用されることから、該速度エネルギーに加えて自吸作用の相乗効果により吸込み効率が向上されることで、該吸水口から吸水する水量を多くすることができるので、揚水量を多くすることができる。
【００６７】
なお、第２変形例のその他の構成は、上記第２実施形態と同様である。
【００６８】
（第３実施形態）
次に、図１０〜図１４を参照して、本発明の第３実施形態について説明する。この第３実施形態では、切替え手段１５の弁体１５３が板状に形成されている前記第１実施形態と、切替え手段２１０の弁体２１３が球状に形成されている前記第２実施形態とは異なり、切替え手段３１０の弁体３１４が三方ボール弁により構成されている例について説明する。
【００６９】
図１０および図１１に示すように、第３実施形態の揚水機能を有する水力発電装置３０１は、第１開口１２、第２開口１３および揚水開口１４が設けられた筐体１１と、切替え手段３１０と、回転電機１６とを備えている。切替え手段３１０は、第１開口１２側に配置された弁開閉用開口部３１１と、第２開口１３側に配置された弁開閉用開口部３１２と、揚水開口１４側に配置された弁開閉用開口部３１３と、弁体３１４とを含んでいる。
【００７０】
ここで、第３実施形態では、切替え手段３１０の弁体３１４は、三方ボール弁により構成されている。具体的には、弁体３１４は、３方向に開口３１４ａ、３１４ｂおよび３１４ｃを有している。開口３１４ａ、３１４ｂおよび３１４ｃは、弁体３１４内において互いに連通している。開口３１４ａおよび３１４ｃは、対向するように配置されている。開口３１４ｂは、開口３１４ａおよび３１４ｃからそれぞれ９０度回転した位置に配置されている。弁体３１４は、回動することにより、第１開口１２側の弁開閉用開口部３１１と第２開口１３側の弁開閉用開口部３１２とを連通する第１状態（図１０参照）と、第２開口１３側の弁開閉用開口部３１２と揚水開口１４側の弁開閉用開口部３１３とを連通する第２状態（図１１参照）とを切替えるように構成されている。また、弁体３１４は、ユーザの操作に基づいて、回動されるように構成されている。
【００７１】
また、第３実施形態では、前記第１実施形態と同様に、揚水機能を有する水力発電装置３０１（回転電機１６）は、第１状態において、回転電機１６に連結された羽根車１６１が水流により回転させられることにより発電し、かつ、第２状態において、第１状態において発電した電力を用いて羽根車１６１を回転駆動させることにより、特に図１３に示すように第１開口１２から吸水して、揚水開口１４から水を吐出するようにしている場合には、前述の如く揚水時の吸水口が上流側に向けられているので、自然流下される水流の速度エネルギーを阻害することなく活用されることから、該速度エネルギーに加えて自吸作用の相乗効果により吸込み効率が向上されることで、該吸水口から吸水する水量を多くすることができる。これにより、揚水量を多くすることができる。また、発電時において、羽根車１６１は、水の流れに対して、回転電機１６よりも上流側に配置されていることから、速度水頭損失が抑制された自然流下の水流が羽根車１６１を効率よく旋回することで、発電効率を向上することができる。
【００７２】
また、揚水機能を有する水力発電装置３０１は、図１２に示すように、発電時と、揚水時とで、第１開口１２側の弁開閉用開口部３１１、第２開口１３側の弁開閉用開口部３１２および揚水開口１４側の弁開閉用開口部３１３の開閉状態が切替えられる。具体的には、発電時では、図１０に示すように、第１開口１２側の弁開閉用開口部３１１に弁体３１４の開口３１４ａが向けられて開かれ、第２開口１３側の弁開閉用開口部３１２に弁体３１４の開口３１４ｃが向けられて開かれる。一方、揚水開口１４側の弁開閉用開口部３１３には、弁体３１４の開口３１４ａ〜３１４ｃのいずれも向けられずに閉じられる。これにより、第１開口１２と第２開口１３とが連通する。また、揚水時では、図１１に示すように、第２開口１３側の弁開閉用開口部３１２に弁体３１４の開口３１４ｂが向けられて開かれ、揚水開口１４側の弁開閉用開口部３１３に弁体３１４の開口３１４ｃが向けられて開かれる。一方、第１開口１２側の弁開閉用開口部３１１には、弁体３１４の開口３１４ａ〜３１４ｃのいずれも向けられずに閉じられる。これにより、第２開口１３と揚水開口１４とが連通する。
【００７３】
また、第３実施形態では、前記第１実施形態と同様に、揚水機能を有する水力発電装置３０１は、図１０および図１１に示すように第１開口１２を筐体１１外部の水流の上流側に向けた状態で、第１状態において発電し、第２状態において揚水開口１４から水を吐出するように設置することが可能であり、またその逆方向に設置する図１３に示すように第１開口１２を筐体１１外部の水流の下流側に向けた状態で、第１状態において発電し、第２状態において揚水開口１４から水を吐出することが可能に構成されている。つまり、揚水機能を有する水力発電装置３０１は、発電時の取水口を第１開口１２として配置することが可能であるとともに、発電時の取水口を反転させて第２開口１３として配置することが可能に構成されている。
【００７４】
なお、第３実施形態のその他の構成は、前記第１実施形態と同様である。
【００７５】
第３実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００７６】
第３実施形態では、前記第１実施形態と同様に、第１状態において、回転電機１６に連結された羽根車１６１が水流により回転させられることにより発電し、かつ、第２状態において、第１状態において発電した電力が回転電機１６に給電されることで羽根車１６１を回転駆動させることにより揚水される水が、第２開口１３から吸水され、揚水開口１４から吐出されるように構成する。これにより、水力発電および揚水を行う装置において、部品点数の増加を抑制すると共に、取付も省スペース化されてコンパクト且つ軽量に構成ができるので、装置の小型軽量化を図ることができることに加えて、図１３に示すように構成した場合は、揚水時には揚水量を多くすることができ、また、発電時には発電効率を向上することができる。
【００７７】
なお、第３実施形態のその他の効果は、前記第１実施形態と同様である。
【００７８】
（第３実施形態の第３変形例）
次に、図１４および図１５を参照して、本発明の第３実施形態の第３変形例について説明する。この第３変形例では、羽根車１６１が回転電機１６に対して、揚水開口１４側の弁開閉用開口部３１３側に配置されている構成の例について説明する。
【００７９】
ここで、第３変形例では、図１４に示すように、回転電機１６は、揚水開口１４側の弁開閉用開口部３１３よりも第１開口１２側に配置されている。また、回転電機１６の第２開口１３側には、羽根車１６１が接続されている。つまり、羽根車１６１は、回転電機１６に対して、水流の下流側（発電時の排水側および揚水時の吐出側）に配置されている。
【００８０】
また、第３変形例では、揚水機能を有する水力発電装置３０１ａ（回転電機１６）は、第１状態（弁開閉用開口部３１１および３１２が開、弁開閉用開口部３１３が閉の状態）において、回転電機１６に連結された羽根車１６１が水流により回転させられることにより発電し、かつ、第２状態（弁開閉用開口部３１１および３１３が開、弁開閉用開口部３１２が閉の状態）において、第１状態において発電した電力を用いて羽根車１６１を回転駆動させることにより、第１開口１２から吸水して、揚水開口１４から水を吐出するように構成されていることから、前述の如く揚水時の吸水口が上流側に向けられているので、自然流下される水流の速度エネルギーを阻害することなく活用されることから、該速度エネルギーに加えて自吸作用の相乗効果により吸込み効率が向上されることで、該吸水口から吸水する水量を多くすることができる。これにより、揚水量を多くすることができる。
【００８１】
また、第３変形例では、揚水機能を有する水力発電装置３０１ａは、図１５に示すように、発電時と、揚水時とで、第１開口１２側の弁開閉用開口部３１１、第２開口１３側の弁開閉用開口部３１２および揚水開口１４側の弁開閉用開口部３１３の開閉状態が切替えられる。具体的には、発電時では、第１開口１２側の弁開閉用開口部３１１に弁体３１４の開口３１４ａが向けられて開かれ、第２開口１３側の弁開閉用開口部３１２に弁体３１４の開口３１４ｃが向けられて開かれる。一方、揚水開口１４側の弁開閉用開口部３１３には、弁体３１４の開口３１４ａ〜３１４ｃのいずれも向けられずに閉じられる。これにより、第１開口１２と第２開口１３とが連通する。また、揚水時では、第１開口１２側の弁開閉用開口部３１１に弁体３１４の開口３１４ｂが向けられて開かれ、揚水開口１４側の弁開閉用開口部３１３に弁体３１４の開口３１４ａが向けられて開かれる。一方、第２開口１３側の弁開閉用開口部３１２には、弁体３１４の開口３１４ａ〜３１４ｃのいずれも向けられずに閉じられる。これにより、第１開口１２と揚水開口１４とが連通する。
【００８２】
なお、第３変形例のその他の構成は、前記第３実施形態と同様である。
【００８３】
（第３実施形態の第４変形例）
次に、図１６を参照して、本発明の第３実施形態の第４変形例について説明する。この第４変形例では、回転電機１６が第１開口１２側および第２開口１３側の両方に設けられている構成の例について説明する。
【００８４】
ここで、第４変形例では、図１６に示すように、回転電機１６は、筐体１１の第１開口１２側および第２開口１３側の双方に設けられている。具体的には、一方の回転電機１６は、揚水開口１４側の弁開閉用開口部３１３よりも第１開口１２側に配置されている。他方の回転電機１６は、揚水開口１４側の弁開閉用開口部３１３よりも第２開口１３側に配置されている。また、第１開口１２側の回転電機１６の第１開口１２側には、羽根車１６１が接続されている。また、第２開口１３側の回転電機１６の第２開口１３側には、羽根車１６１が接続されている。
【００８５】
また、第４変形例では、切替え手段３１０は、第１開口１２および第２開口１３を連通させる第１状態と、第１開口１２および揚水開口１４を連通させる第２状態と、第２開口１３および揚水開口１４を連通させる第２状態との三方向に切替えるように構成されている。
【００８６】
また、第４変形例では、揚水機能を有する水力発電装置３０１ｂ（回転電機１６）は、第１状態（弁開閉用開口部３１１および３１２が開、弁開閉用開口部３１３が閉の状態）において、各回転電機１６に連結された各羽根車１６１が水流により回転させられることにより同時に発電するように構成されている。また、揚水機能を有する水力発電装置３０１ｂの揚水時は、例えば前記他方の第２開口１３側に配置された回転電機１６を停止させた状態で、第１開口１２と揚水開口１４とを連通させる第２状態（弁開閉用開口部３１１および３１３が開、弁開閉用開口部３１２が閉の状態）において、第１状態において発電した電力を用いて、前記一方の第１開口１２側に配置された回転電機１６に給電して羽根車１６１を回転駆動させることにより、第１開口１２から吸水して、揚水開口１４から水を吐出するように構成されている。また、それとは逆の前記一方の第１開口１２側に配置された回転電機１６を停止させた状態で、第２開口１３と揚水開口１４とを連通させる第２状態（弁開閉用開口部３１２および３１３が開、弁開閉用開口部３１１が閉の状態）において、第１状態において発電した電力を用いて、前記他方の第２開口１３側に配置された回転電機１６に給電して羽根車１６１を回転駆動させることにより、第２開口１３から吸水して、揚水開口１４から水を吐出するように構成されている。つまり、第４変形例の揚水機能を有する水力発電装置３０１ｂは、揚水時に各回転電機１６・・１６を交互に駆動し、各揚水状態に応じて、第１開口１２側から吸水する場合と、第２開口１３側から吸水する場合とを切替えることが可能である。
【００８７】
第４変形例では、第１開口１２および第２開口１３を連通する第１状態において、第１開口１２側および第２開口１３側の双方に設けられている回転電機１６により発電することができるので、発電量を容易に倍増させることができる。また、第１開口１２または第２開口１３と揚水開口１４とを連通させる第２状態において、複数の回転電機１６を交互に駆動して揚水することができるので、各回転電機１６・・１６の稼動時間が平準化し得ることから寿命を長くすることができる。また、故障や点検等で一方の回転電機１６を駆動することができない場合でも、他方の回転電機１６を駆動させることができるので、揚水時に信頼性の高い運転を維持することができる。
【００８８】
なお、第４変形例のその他の構成および効果は、上記第３実施形態と同様である。
【００８９】
（第４実施形態）
次に、図１７を参照して、本発明の第４実施形態について説明する。この第４実施形態では、切替え手段１５の弁体１５３が板状に形成されている前記第１実施形態と、切替え手段２１０の弁体２１３が球状に形成されている前記第２実施形態と、切替え手段３１０が三方ボール弁により構成されている前記第３実施形態とは異なり、切替え手段４１０がストップバルブにより構成されている例について説明する。
【００９０】
図１７に示すように、第４実施形態の揚水機能を有する水力発電装置４０１は、第１開口１２、第２開口１３および揚水開口１４が設けられた筐体１１と、切替え手段４１０と、回転電機１６とを備えている。切替え手段４１０は、第１開口１２側に配置された弁開閉用開口部４１１と、揚水開口１４側に配置された弁開閉用開口部４１２と、弁体４１３とを含んでいる。第１開口１２側の弁開閉用開口部４１１には、弁座４１１ａが形成されている。揚水開口１４側の弁開閉用開口部４１２には、弁座４１２ａが形成されている。
【００９１】
ここで、第４実施形態では、切替え手段４１０の弁体４１３は、板状に形成されている。また、板状の弁体４１３は、第１開口１２側の弁座４１１ａまたは揚水開口１４側の弁座４１２ａに当接して、当接した側の弁開閉用開口部４１１または４１２を閉じるように構成されている。また、弁体４１３は、ユーザの操作に基づいて、弁開閉用開口部４１１および４１２の間を移動するように構成されている。
【００９２】
また、第４実施形態では、前記第１実施形態と同様に、揚水機能を有する水力発電装置４０１（回転電機１６）は、第１状態（弁開閉用開口部４１１が開、弁開閉用開口部４１２が閉の状態）において、回転電機１６に連結された羽根車１６１が水流により回転させられることにより発電し、かつ、第２状態（弁開閉用開口部４１１が閉、弁開閉用開口部４１２が開の状態）において、第１状態において発電した電力を用いて羽根車１６１を回転駆動させることにより、第２開口１３から吸水して、揚水開口１４から水を吐出するように構成されている。
【００９３】
なお、第４実施形態のその他の構成は、前記第１実施形態と同様である。
【００９４】
第４実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００９５】
第４実施形態では、前記第１実施形態と同様に、第１状態において、回転電機１６に連結された羽根車１６１が水流により回転させられることにより発電し、かつ、第２状態において、第１状態において発電した電力が回転電機１６に給電されることで羽根車１６１を回転駆動させることにより揚水される水が、第２開口１３から吸水され、揚水開口１４から吐出されるように構成する。これにより、水力発電および揚水を行う装置において、部品点数の増加を抑制すると共に、取付も省スペース化されてコンパクト且つ軽量に構成ができるので、装置の小型軽量化を図ることができる。
【００９６】
なお、第４実施形態のその他の効果は、前記第１実施形態と同様である。
【００９７】
（第４実施形態の第５変形例）
次に、図１８を参照して、本発明の第４実施形態の第５変形例について説明する。この第５変形例では、羽根車１６１が回転電機１６に対して、揚水開口１４側の弁開閉用開口部４１２側に配置されている構成の例について説明する。
【００９８】
図１８に示すように、第５変形例の揚水機能を有する水力発電装置４０１ａは、第１開口１２、第２開口１３および揚水開口１４が設けられた筐体１１と、切替え手段４１０と、回転電機１６とを備えている。切替え手段４１０は、第２開口１３側に配置された弁開閉用開口部４１４と、揚水開口１４側に配置された弁開閉用開口部４１２と、弁体４１３とを含んでいる。第２開口１３側の弁開閉用開口部４１４には、弁座４１４ａが形成されている。揚水開口１４側の弁開閉用開口部４１２には、弁座４１２ａが形成されている。つまり、第５変形例では、第４実施形態と異なり、第１開口１２側には弁開閉用開口部が設けられずに、第２開口１３側に弁開閉用開口部４１４が設けられている。
【００９９】
回転電機１６は、第１開口１２および第２開口１３を連通する管内の第１開口１２側に配置されている。また、回転電機１６は、揚水開口１４側の弁開閉用開口部４１２よりも第１開口１２側に配置されている。また、回転電機１６の第２開口１３側には、羽根車１６１が接続されている。つまり、羽根車１６１は、回転電機１６に対して、水流の下流側（発電時の排水側および揚水時の吐出側）に配置されている。
【０１００】
ここで、第５変形例では、揚水機能を有する水力発電装置４０１ａ（回転電機１６）は、第１状態（弁開閉用開口部４１２が閉、弁開閉用開口部４１４が開の状態）において、回転電機１６に連結された羽根車１６１が水流により回転させられることにより発電し、かつ、第２状態（弁開閉用開口部４１２が開、弁開閉用開口部４１４が閉の状態）において、第１状態において発電した電力を用いて羽根車１６１を回転駆動させることにより、第１開口１２から吸水して、揚水開口１４から水を吐出するように構成されていることから、前述の如く揚水時の吸水口が上流側に向けられているので、自然流下される水流の速度エネルギーを阻害することなく活用されることから、該速度エネルギーに加えて自吸作用の相乗効果により吸込み効率が向上されることで、該吸水口から吸水する水量を多くすることができるので、揚水量を多くすることができる。
【０１０１】
なお、第５変形例のその他の構成は、上記第４実施形態と同様である。
【０１０２】
（第５実施形態）
次に、図１９を参照して、本発明の第５実施形態について説明する。この第５実施形態では、共通の弁が設けられていた前記第１〜第４実施形態とは異なり、３つの弁がそれぞれ個別に設けられている構成の例について説明する。
【０１０３】
図１９に示すように、第５実施形態の揚水機能を有する水力発電装置５０１は、第１開口１２、第２開口１３および揚水開口１４が設けられた筐体１１と、切替え手段５１０と、回転電機１６とを備えている。切替え手段５１０は、第１開口１２側に配置された弁開閉用開口部５１１と、第２開口１３側に配置された弁開閉用開口部５１２と、揚水開口１４側に配置された弁開閉用開口部５１３とを含んでいる。第１開口１２側の弁開閉用開口部５１１には、弁５１１ａが設けられている。第２開口１３側の弁開閉用開口部５１２には、弁５１２ａが設けられている。揚水開口１４側の弁開閉用開口部５１３には、弁５１３ａが設けられている。つまり、第５実施形態では、弁開閉用開口部５１１、５１２、５１３のそれぞれ個別に、弁５１１ａ、５１２ａおよび５１３ａが設けられている。
【０１０４】
弁５１１ａ、５１２ａおよび５１３ａは、それぞれ、バルブ弁などにより構成されている。弁５１１ａ、５１２ａおよび５１３ａをそれぞれ開閉することにより、弁開閉用開口部５１１、５１２、５１３の開閉が切替えられるように構成されている。また、弁５１１ａ、５１２ａおよび５１３ａは、それぞれ、ユーザの操作に基づいて、個別に開閉および開度調整が可能なように構成されている。
【０１０５】
また、第５実施形態では、前記第１実施形態と同様に、揚水機能を有する水力発電装置５０１（回転電機１６）は、第１状態（弁開閉用開口部５１１および５１２が開、弁開閉用開口部５１３が閉の状態）において、回転電機１６に連結された羽根車１６１が水流により回転させられることにより発電し、かつ、第２状態（弁開閉用開口部５１１が閉、弁開閉用開口部５１２および５１３が開の状態）において、第１状態において発電した電力を用いて羽根車１６１を回転駆動させることにより、第２開口１３から吸水して、揚水開口１４から水を吐出するように構成されている。
【０１０６】
なお、第５実施形態のその他の構成は、前記第１実施形態と同様である。
【０１０７】
第５実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【０１０８】
第５実施形態では、前述の如く各開口１２、１３および１４にそれぞれ個別に弁５１１ａ、５１２ａおよび５１３ａが設けられていることから、該各弁５１１ａ、５１２ａおよび５１３ａの開閉状態および流通開度はユーザの操作に基づいて、任意に設定することができることから、例えば、発電時の取水量や揚水時の揚水量を自由に調整することができるため、必要に応じて無駄のない適正な発電量や揚水量を容易に制御することができる。
【０１０９】
なお、第５実施形態のその他の効果は、前記第１実施形態と同様である。
【０１１０】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、前記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。
【０１１１】
たとえば、前記第１〜第５実施形態では、揚水機能を有する水力発電装置と蓄電部とが別個に設けられている構成の例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、揚水機能を有する水力発電装置と一体に蓄電部を設けてもよく、特に蓄電部を一体構成することで、装置全体を更にコンパクトに形成することで、可搬性に秀でると共に狭い小川や灌漑用の農水路等の広範囲の用途に対応することができる。
【０１１２】
また、前記第１〜第５実施形態では、揚水機能を有する水力発電装置により発電し、蓄電部に蓄電した電力により、揚水機能を有する水力発電装置を駆動して揚水を行う構成の例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、揚水機能を有する水力発電装置により発電した電力に加えて、外部電源として例えば商用電源や風力や太陽光或いはバイオマス発電などの他の発電の電力を利用して、揚水機能を有する水力発電装置を駆動して揚水を行う構成でもよい。
【０１１３】
また、前記第１〜第５実施形態では、揚水機能を有する水力発電装置と制御部とが別個に設けられている構成の例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、揚水機能を有する水力発電装置と一体に制御部を設けてもよい。
【０１１４】
また、前記第１〜第５実施形態では、ユーザの操作に基づいて、発電と揚水とを切替える構成の例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、制御部の制御により自動で発電と揚水とを切替えてもよい。たとえば、蓄電部の蓄電量が所定の量以上になるまでは発電を行う制御を行ってもよい。また、貯水槽の水量が一定量よりも小さくなった場合に、揚水を行い貯水槽に水を供給する制御を行ってもよい。
【０１１５】
また、前記第１〜第５実施形態では、揚水した水を貯水槽に貯める構成の例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、揚水した水を貯水槽以外の他の場所に移してもよい。たとえば、揚水した水を直接田畑に移してもよい。
【符号の説明】
【０１１６】
１、１ａ、２０１、２０１ａ、３０１、３０１ａ、３０１ｂ、４０１、４０１ａ、５０１  揚水機能を有する水力発電装置
２  蓄電部
１１  筐体
１２  第１開口
１３  第２開口
１４  揚水開口
１５、２１０、３１０、４１０、５１０  切替え手段
１６  回転電機
１００  揚水機能を有する水力発電システム
１５１、２１１、３１１、４１１、５１１  第１開口側の弁開閉用開口部
１５２、２１２、３１３、４１２、５１３  揚水開口側の弁開閉用開口部
１５３、２１３、３１４、４１３  弁体
１５４、２１４、３１２、４１４、５１２  第２開口側の弁開閉用開口部
【図１】
0006322081.tif 000002
【図２】
0006322081.tif 000003
【図３】
0006322081.tif 000004
【図４】
0006322081.tif 000005
【図５】
0006322081.tif 000006
【図６】
0006322081.tif 000007
【図７】
0006322081.tif 000008
【図８】
0006322081.tif 000009
【図９】
0006322081.tif 000010
【図１０】
0006322081.tif 000011
【図１１】
0006322081.tif 000012
【図１２】
0006322081.tif 000013
【図１３】
0006322081.tif 000014
【図１４】
0006322081.tif 000015
【図１５】
0006322081.tif 000016
【図１６】
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【図１７】
0006322081.tif 000018
【図１８】
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【図１９】
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