(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周に上流部固定案内羽根が取着されている上流部水車ケーシングと、内周に中間部固定案内羽根が取着されている中間部水車ケーシングと、内周に下流部固定案内羽根が取着されている下流部水車ケーシングとからなる水車ケーシング本体を備え、
前記中間部水車ケーシング及び下流部水車ケーシングは円周方向に２分割された円筒をフランジにより連結された構成を有し、
前記水車ケーシング本体内には、第１回転羽根車を備えた第１軸流水車及び第２回転羽根車を備えた第２軸流水車が同一軸線上に配設されており、前記第１軸流水車の一端は前記上流部水車ケーシング内の前記上流部固定案内羽根によって支持されており、前記第２軸流水車の一端は前記下流部水車ケーシング内の前記下流部固定案内羽根によって支持されており、前記第１軸流水車の第１回転羽根車と前記第２軸流水車の第２回転羽根車間の流水路は、前記中間部水車ケーシングにより構成されており、
前記第１軸流水車の第１回転羽根車及び前記第２軸流水車の第２回転羽根車は、一体として取り外し可能なように、それぞれ前記第１軸流水車の第１回転軸及び前記第２軸流水車の第２回転軸に取着されており、
上流側にある前記第１軸流水車の第１回転軸は、下流側にある前記第２軸流水車の第２回転軸より径大の中空部を形成しており、この第１回転軸の前記中空部に前記第２軸流水車の第２回転軸が同軸に貫挿されており、
前記上流部水車ケーシング内には、前記第１軸流水車の回転方向と前記第２軸流水車の回転方向とが逆になるようにする回転変換機構が備えられており、この回転変換機構によって出力される回転力が第３回転軸に伝達されて発電を行う発電機を備えたことを特徴とする軸流水車発電装置。
【請求項２】
前記回転変換機構は、前記第１軸流水車の第１回転軸に第１太陽歯車が設けられ、この第１太陽歯車の外周に第１歯車が噛合され、前記第２軸流水車の第２回転軸に第２太陽歯車が設けられ、この第２太陽歯車の外周には中間歯車が噛合され、この中間歯車は前記第１歯車と一体的に回転する第２歯車が噛合され、前記中間歯車と一体的に回転する第３歯車が第４歯車に噛合され、前記第３回転軸を回転せしめることを特徴とする請求項１記載の軸流水車発電装置。
【請求項３】
前記水車ケーシング本体の前記上流部水車ケーシングの上流側には発電機ケーシングが連結されており、この発電機ケーシング内には、前記第３回転軸を発電機主軸とする発電機が前記第１及び第２軸流水車と同一軸線上に設けられていることを特徴とする請求項２記載の軸流水車発電装置。
【請求項４】
前記第３回転軸の回転力を前記水車ケーシング本体外へ延在せしめ、この第３回転軸を発電機主軸とし、前記水車ケーシング本体外に配置された発電機が、前記第１及び第２軸流水車と同一軸線上に設けられていることを特徴とする請求項２記載の軸流水車発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定案内羽根と回転羽根車を流水方向と同一軸線上に配設した軸流水車を有する軸流水車発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、水力発電装置においては、その装置の設置場所毎に落差、流量の仕様が異なるため、水車は設置場所毎に異なる条件に対応して一品一様に製作することが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、設置場所毎に異なる仕様の水車を設計・製作するのは製造上能率が悪く、プラント建設費が高くつき採算性が悪い等の問題がある。そこで、採算性を改善するためには大量生産し製造能率を向上させることが考えられるが、異なる仕様の水車を大量生産することは非常に困難である。
【０００４】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、多様な落差、流量の仕様に対しても大量生産によって製造能率が向上した水車を適用することができるようにした軸流水車発電装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る軸流水車発電装置は、内周に上流部固定案内羽根が取着されている上流部水車ケーシングと、内周に中間部固定案内羽根が取着されている中間部水車ケーシングと、内周に下流部固定案内羽根が取着されている下流部水車ケーシングとからなる水車ケーシング本体を備え、前記中間部水車ケーシング及び下流部水車ケーシングは円周方向に２分割された円筒をフランジにより連結された構成を有し、前記水車ケーシング本体内には、第１回転羽根車を備えた第１軸流水車及び第２回転羽根車を備えた第２軸流水車が同一軸線上に配設されており、前記第１軸流水車の一端は前記上流部水車ケーシング内の前記上流部固定案内羽根によって支持されており、前記第２軸流水車の一端は前記下流部水車ケーシング内の前記下流部固定案内羽根によって支持されており、前記第１軸流水車の第１回転羽根車と前記第２軸流水車の第２回転羽根車間の流水路は、前記中間部水車ケーシングにより構成されており、前記第１軸流水車の第１回転羽根車及び前記第２軸流水車の第２回転羽根車は、一体として取り外し可能なように、それぞれ前記第１軸流水車の第１回転軸及び前記第２軸流水車の第２回転軸に取着されており、上流側にある前記第１軸流水車の第１回転軸は、下流側にある前記第２軸流水車の第２回転軸より径大の中空部を形成しており、この第１回転軸の前記中空部に前記第２軸流水車の第２回転軸が同軸に貫挿されており、前記上流部水車ケーシング内には、前記第１軸流水車の回転方向と前記第２軸流水車の回転方向とが逆になるようにする回転変換機構が備えられており、この回転変換機構によって出力される回転力が第３回転軸に伝達されて発電を行う発電機を備えたことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１は本発明の第１の実施の形態による軸流水車発電装置の構成を示す断面図である。
同図において、符号１０１は水車ケーシングであって、この水車ケーシング１０１は、上流部水車ケーシング１０１ａ、中間部水車ケーシング１０１ｂ、下流部水車ケーシング１０１ｃの３つの円筒を直列に配設した構成となっている（その部分の詳細を図３に示す）。そして、本実施の形態では、このうちの中間部水車ケーシング１０１ｂ及び下流部水車ケーシング１０１ｃは、円周方向に２分割された円筒をフランジにより接続したものとなっている。
【００１８】
この水車ケーシング１０１内には第１のユニット軸流水車１０２及び第２のユニット軸流水車１０３が順に同一軸線上に配設されている。上記第１のユニット軸流水車１０２及び第２のユニット軸流水車１０３は、第１のユニット軸流水車１０２の回転羽根車１０４の上流側に設けられ下流部水車ケーシング１０１ｃの内周面の内側に固定された上流側固定案内羽根１０５、及び第２のユニット軸流水車１０３の回転羽根車１０６の下流側に設けられ下流部水車ケーシング１０１ｃの内周面に固定された下流側固定案内羽根１０７によって支持されている。また、上記第１のユニット軸流水車１０２の回転羽根車１０４と第２のユニット軸流水車１０３の回転羽根車１０６との間の流水路は中間部水車ケーシング１０１ｂにより構成されており、この中間部水車ケーシング１０１ｂ内には中間固定案内羽根１０８が固定されている。
【００１９】
第１のユニット軸流水車１０２の回転羽根車１０４及び、第２のユニット軸流水車１０３の回転羽根車１０６は、一体として取り外しができるようにそれぞれ第１のユニット軸流水車１０２の回転軸１０２ａ及び、第２のユニット軸流水車１０３の回転軸１０３ａに取り付けられている。さらに、これらの羽根はそれぞれ１枚ずつの交換もできるようにもなっている。
【００２０】
ところで、第２のユニット軸流水車１０３は、上流側に位置する第１のユニット軸流水車１０２の出口における水の流れの旋回成分を吸収し、水車効率を向上させるために、後述するように第１のユニット軸流水車１０２の回転方向と逆になるようにしてある。このため、第１のユニット軸流水車１０２の回転軸１０２ａは、第２のユニット軸流水車１０３の回転軸１０３ａよりその径が大きく中空となっており、この中空部に第２のユニット軸流水車１０３の回転軸１０３ａが同軸に貫挿されている。
【００２１】
図２は、上記第１及び第２のユニット軸流水車１０２，１０３と発電機１１１との連結部の拡大図である。なお、図２において図１と同一の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００２２】
第１のユニット軸流水車１０２の回転軸１０２ａには第１の太陽歯車１１４が設けられており、その第１の太陽歯車１１４にはその外周に配設された歯車１１５が噛合されている。一方、第２のユニット軸流水車１０３の回転軸１０３ａに設けられている第２の太陽歯車１１６にはその外周に配設された中間歯車１１７が噛合されており、その中間歯車１１７には前記歯車１１５と一体的に回転する歯車１１８が噛合されている。そして、上記中間歯車１１７と一体的に回転する歯車１１９が、発電機主軸１１１ａに設けられている歯車１２０に噛合されている。
【００２３】
したがって、水車ケーシング１０１内を流れる流水によって第１及び第２のユニット軸流水車１０２，１０３の各回転羽根車１０４，１０６が回転されると、回転羽根車１０６の回転力、及び第１の太陽歯車１１４と歯車１１５等によって反転された回転羽根車１０４の回転力がともに中間歯車１１７に加えられ、その回転力が歯車１１９及び１２０を介して発電機主軸１１１ａに伝えられ発電が行われる。
【００２４】
このように、一定の落差、流量に対応させて設計した固定案内羽根と回転羽根車とからなるユニット軸流水車を直列に複数組み合わせ各々の軸出力を一台の発電機に伝え発電を行うものであるため、異なる落差、流量仕様であっても、同一設計で大量生産された製造能率の高いユニット水車を複数台設置して使用落差を各々分担して発電させることができ、採算性を向上させることができる。しかも、前述のように流水方向に相前後する水車の回転方向を逆にすることによって、上流側の水車の出口の流れに旋回成分が残るような落差、流量の仕様である場合、下流側の水車によって上記流れの旋回成分を吸収し、水車の効率を向上させることができる。また、最下流に位置するユニット軸流水車の出口側流路に固定式の案内羽根を設けることによって、水車出口の流れの旋回成分による振動を軽減させ、静かな運転を可能とすることができる。さらに、反転ギア１１２を構成する歯車のギア比を適切に設定することにより、第１及び第２のユニット軸流水車１０２，１０３の回転速度の関係を水力的に最適に保ち、さらにこれら第１及び第２のユニット軸流水車の軸出力を発電機１１１に最適な回転速度として伝えることができる。なお、歯車機構の代りに巻掛け伝動装置を使用してもよい。
【００２５】
なお、以降に示す各実施の形態では、上記第１の実施の形態と共通する要素には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００２６】
＜第２の実施の形態＞
図３は、図１および図２に示した軸流水車発電装置の老朽化した回転羽根車１０４または回転羽根車１０６を交換する場合の、軸流水車発電装置の分解状態を示している。
【００２７】
図１および図２に示した軸流発電装置では、発電機１１１が流路の上流側に設置されており、水車と発電機１１１の連結部も回転羽根車１０４および回転羽根車１０６の上流側に設置されている。このため、回転羽根車１０４もしくは回転羽根車１０６を上流側に引き抜いて取り外すことは作業上合理的ではなく、本実施の形態では、回転羽根車１０４および回転羽根車１０６を下流側に引き抜いて取り外すことを一つの特徴としている。
【００２８】
まず、下流側にある第２のユニット軸流水車１０３の回転羽根車１０６を取り外す方法について以下に述べる。
【００２９】
第２のユニット軸流水車１０３の回転羽根車１０６を取り外す際には、前もって、下流部水車ケーシング１０１ｃ及びこの内側に固定された下流部固定案内羽根１０７を取り外す。ここで、下流部水車ケーシング１０１ｃ及びこれに固定された下流部固定案内羽根１０７は、下流部水車ケーシング１０１ｃに設けられたフランジで取り付けられているため、ここから円周方向に２つに分割して取り外すことができる。
【００３０】
このようにして下流部水車ケーシング１０１ｃ及びこれに固定された下流部固定案内羽根１０７を取り外し、流路外に取り出すことで、第２のユニット軸流水車１０３の下流側には空間ができるため、この空間に第２のユニット軸流水車１０３の回転羽根車１０６を引き抜いて取り外すことができる。
【００３１】
次に、この状態からさらに第１のユニット軸流水車１０２の回転羽根車１０４を取り外す場合は以下のようにする。
【００３２】
第２のユニット軸流水車１０３の回転羽根車１０６を取り外した後、中間部水車ケーシング１０１ｂ及びこの内側に固定された中間部固定案内羽根１０８を取り外す。ここで、中間部水車ケーシング１０１ｂ及びこれに固定された中間部固定案内羽根１０８は、中間部水車ケーシング１０１ｂに設けられたフランジで取り付けられているため、ここから円周方向に２つに分割して取り外すことができる。
【００３３】
こうして、さらに中間部水車ケーシング１０１ｂ及びこれに固定された中間部固定案内羽根１０８を取り外し、流路外に取り出すことで、第１のユニット軸流水車１０２の下流側に空間ができるため、この空間に第１のユニット軸流水車１０２の回転羽根車１０４を引き抜いて取り外すことができる。ここで、第１のユニット軸流水車１０２の回転軸１０２ａのうち、回転羽根車１０６の取り付け部では、第２のユニット軸流水車１０３の回転軸１０３ａのうち回転羽根車１０４の取り付け部よりもその径が大きく構成されているため、問題無く取り外すことができる。
【００３４】
この実施の形態によれば、軸流水車発電装置のメンテナンスなどの際に、複雑な構造部であるユニット軸流水車と発電機との連結部や発電機本体を分解することなくユニット軸流水車の回転羽根車を取り外すことができる。また、この際に軸流水車発電装置の前後の水管を取り外す必要も無いため、工期が短く済むという利点もある。
【００３５】
＜第３の実施の形態＞
図４は本発明の第３の実施の形態による軸流水車発電装置の構成を示す図である。
第１のユニット軸流水車１２２と第２のユニット軸流水車水車１２３が同一方向の回転を行うようにしてある。しかして、この場合両ユニット軸流水車１２２，１２３の軸出力を増速ギア１２４により発電機１１１に最適な回転速度として伝え、発電機１１１を駆動することができる。この実施の形態は、図１に示すものと異なり、上流側のユニット軸流水車の出口部の流れに旋回成分が残らない場合に適する。
【００３６】
＜第４の実施の形態＞
図５は本発明の第４の実施の形態による軸流水車発電装置の構成を示す図であり、図１の水車より更に高落差になった場合に適用する軸流水車発電装置を示す。
同図に示す軸流水車発電装置は、図１に示す２つの軸流水車を中間軸１２５を介して流路の軸方向に直列に連結し、一つの発電機１１１を駆動し発電するようにしたものである。
【００３７】
＜第５の実施の形態＞
上記第１の実施の形態においては、軸流水車の上流側に発電機ケーシング１０９を設け、その中に発電機１１１を設けたものを示したが、図６のように、水車ケーシング１０１の上流側にエルボ１２１を取付け、流路外に設置した発電機１１１の発電機主軸１１１ａをエルボ１２１内に挿入し、軸流水車に連結するようにしてもよい。
【００３８】
しかして、この場合には、図１に示すものに比し、発電機の大きさが制限されることがなく、また流水の抵抗を低減せしめることもできる。
【００３９】
＜第６の実施の形態＞
図７は本発明の第６の実施の形態による軸流水車発電装置の構成を示す図である。
【００４０】
同図において、符号３０１は水車ケーシングであって、この水車ケーシング３０１は上流部水車ケーシング３０１ａ、第１のユニット軸流水車ケーシング３０１ｂ、中間部水車ケーシング３０１ｃ、第２のユニット軸流水車ケーシング３０１ｄ、下流部水車ケーシング３０１ｅの５つのケーシングを直線状に配置したものとなっている。これらのうち、上流部水車ケーシング３０１ａの内側には、上流部内筒３１１が上流部水車ケーシング３０１ａの内周面に固定された上流部固定案内羽根３０５によって支えられており、中間部水車ケーシング３０１ｃの内側には、中間部内筒３１２が中間部水車ケーシング３０１ｃ内周面に固定された中間部固定案内羽根３０８によって支持されている。そして、上流部水車ケーシング３０１ａ及び中間部水車ケーシング３０１ｃはそれぞれ外周面に設けられたフランジにより接続されており、このフランジを外すことによって円周方向に２分割して取り外せる構成となっている。
【００４１】
この水車ケーシング３０１内には第１のユニット軸流水車３０２及び第２のユニット軸流水車３０３が順に同一軸線上に配設されている。この第１のユニット軸流水車３０２は第１のユニット軸流水車ケーシング３０１ｂの内周面に固定された第１ユニット軸流水車出口固定案内羽根３１０によって支持されており、この部位に第１のユニット軸流水車３０２の軸受部が構成され、回転軸３０２ａが設けられている。そしてこの第１のユニット軸流水車３０２の回転軸３０２ａの上流側に、第１のユニット軸流水車３０２の回転羽根車３０４が取り付けられている。さらに第２のユニット軸流水車３０３は第２のユニット軸流水車ケーシング３０１ｄの内周面に固定された下流部固定案内羽根３１６によって支持されており、この部位に軸受部が構成され、回転軸３０３ａが設けられている。そしてこの第２のユニット軸流水車の回転軸３０３ａの上流側には、第２のユニット軸流水車３０３の回転羽根車３０６が取り付けられている。また、上記第１のユニット軸流水車３０２と第２の軸流水車３０３との間の流水路は中間部水車ケーシング３０１ｃにより構成されている。
【００４２】
上述したように、第１のユニット軸流水車３０２の回転軸３０２ａと第２のユニット軸流水車３０３の回転軸３０３ａは接続されており、それぞれのユニット軸流水車の軸出力は一つにまとめられる。そして、この駆動力を第２のユニット軸流水車３０３の回転軸３０３ａの下流端に設置された水車プーリ３１７からベルト３２２を介して回転軸３０２ａ、回転軸３０３ａに平行な発電機軸３１９の先端に接続された発電機プーリ３２０へ伝え、発電機３２３を駆動する。ここで、本実施の形態では、ベルト３２２を用いて駆動力を伝えているが、ベルト３２２の代わりにチェーンなどを用いてもよい。そして、このとき水車軸３１５と発電機軸３１９との相対的な位置関係は下流部水車ケーシング３０１ｅにより維持されるとともに、この下流部水車ケーシング３０１ｅの発電機３２３側には、ベルト通し３２１が設けられており、このベルト通し３２１に上述のベルト３２２が通されている。
【００４３】
このようにして、本実施の形態による軸流水車発電装置を設置する際に、第１のユニット軸流水車３０２、第２のユニット軸流水車３０３および発電機３２３を構造的に一体のものとして取り扱うことを可能としている。
【００４４】
図８は図７のベルト３２２近傍における発電機軸に垂直な断面を下流側より見た図である。ベルト３２２は、ベルト通し３２１を通って流路内にある水車出口内筒３３６内に設置された水車プーリ３１７の出力を流路外にある発電機プーリ３２０へ伝え、発電機を駆動する。
【００４５】
この実施の形態によれば、軸流発電装置は発電機の回転軸を水車軸の軸線上ではなく水車軸と平行に配置することで、軸流水車を設置する管路を曲げずに直線管路の状態で発電機を設置することができ、少ない設置面積での軸流水車発電装置の設置を可能とし、また直線流路となるので水力損失を低減することができる。
【００４６】
また、この実施の形態によれば、回転羽根車の回転軸の先端に設置したプーリと発電機軸先端に設置したプーリと軸流水車の内筒と外筒との間の流路に設置した管の中を通したベルトまたはチェーンで結ぶことで、軸流水車の内筒と外筒との間の流路をあまり狭めずに、軸流水車の回転羽根車の軸出力を発電機に伝えることが可能となる。
【００４７】
＜第７の実施の形態＞
図９は、本発明の第７の実施の形態による軸流水車発電装置の構成を示す図である。なお、本実施の形態において、図７および図８と同一な構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４８】
本実施の形態においては、第１のユニット軸流水車３０２と第２のユニット軸流水車３０３は一つにまとめられて、歯車機構によりその駆動力を発電機３２３へ伝達するように構成したことを特徴とするものである。
【００４９】
すなわち、第１のユニット軸流水車３０２の回転軸３０２ａと第２のユニット軸流水車３０３の回転軸３０３ａとを接続し、それぞれのユニット軸流水車の軸出力を一つにまとめ、その駆動力を第２のユニット軸流水車３０３の回転軸３０３ａの下流端に設置された水車歯車３２７から第１のユニット軸流水車３０２の回転軸３０２ａ及び第２のユニット軸流水車３０３の回転軸３０３ａに垂直な方向の回転軸を有する水車歯車３２８、動力伝達軸３２９、発電機歯車３３０を介して発電機軸３１９の先端に接続された発電機歯車３３１へ伝え、発電機３２３を駆動する。ここで、本実施の形態においては、発電機軸３１９を第１のユニット軸流水車３０２の回転軸３０２ａおよび第２のユニット軸流水車３０３の回転軸３０３ａと平行になるような構成としているが、歯車機構を用いてユニット軸流水車の出力を伝達すればよいため、必ずしも平行である必要はなく、特に、発電機歯車３３１を省略し、発電機軸３１９が第１のユニット軸流水車３０２の回転軸３０２ａおよび第２のユニット軸流水車３０３の回転軸３０３ａと垂直になるように構成してもよい。
【００５０】
図１０は図９の動力伝達軸３２９近傍における発電機軸３１９に垂直な断面を下流側より見た図を示す。なお、図１０において図７〜図９と同一な構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。このときの第２のユニット軸流水車３０３の回転軸３０３ａと発電機軸３１９との相対的な位置関係は下流部水車ケーシング３０１ｅにより維持され、本発明による軸流水車発電装置を設置する際に、第１のユニット軸流水車３０２、第２の軸流水車３０３および発電機３２３を構造的に一体のものとして取り扱うことを可能としている。
【００５１】
この実施の形態によれば、前述の第６の実施の形態と同様、発電機の回転軸を水車軸の軸線上に配置せずに済むため、軸流水車を設置する管路を曲げずに直線管路の状態のまま発電機を設置することができ、少ない設置面積での軸流水車発電装置の設置を可能とし、また、直流線路となることで水力損失を低減することができる。
【００５２】
また、この実施の形態によれば、軸流水車の軸出力を発電機軸へ、軸流水車の回転軸と直交する歯車機構によって伝達することで、軸流水車下流の流路をあまり狭めずに済むという利点もある。
【００５３】
また、上述した第６および第７の実施の形態では、軸流水車を構成する部材の一部と発電機を構成する部材の一部とを構造上強度的に一体とすることで、軸流水車と発電機とから成る軸流水車発電装置を管路に設置する際に軸流水車発電装置を一体として取り扱うことを可能とし、水車軸と発電機軸との位置関係を正確に安定して保ち、運転時の軸振動等の発生を抑制する。また、水車軸と発電機軸との距離を短く保ち、発電機と軸流水車とを別々の構造物として設置する場合と比較して軸流水車と発電機とからなる発電装置の設置面積を小さくすることが可能となる。
【００５４】
ここでは、第６の実施の形態及び第７の実施の形態として、水車の軸出力をプーリを介して流路外に設置された発電機に伝達するものと、水車の軸出力を歯車機構を用いて発電機に伝達するものについて述べたが、直線状の流路から水車の軸出力を流路外に取り出せばよいため、この他にも、フレキシブルジョイント等を用いることも可能である。
【００５５】
＜第８の実施の形態＞
図１１は、図７に示す軸流水車発電装置の老朽化した回転羽根車３０４または回転羽根車３０６を交換する場合の軸流水車発電装置の分解状態を示している。なお、図１１においても、図７から図１０と同一な構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５６】
図７及び図９に示した軸流水車発電装置では、軸流水車の軸出力の発電機への伝達は下流部水車ケーシング３０１ｅに設けられた動力伝達機構により行う。このため、回転羽根車３０４もしくは回転羽根車３０６をこの下流部水車ケーシング３０１ｅの設置されている下流側に引き抜いて取り外すことは作業上合理的でなく、本実施の形態では、回転羽根車３０４及び回転羽根車３０６を上流側に引き抜いて取り外すことをその一つの特徴としている。
【００５７】
まず、上流側にある第１のユニット軸流水車３０２の回転羽根車３０４を取り外す方法について以下に述べる。
【００５８】
第１のユニット軸流水車３０２の回転羽根車３０４を取り外す際には、前もって、上流部水車ケーシング３０１ａ、この上流水車ケーシング３０１ａの内側に固定された上流部固定案内羽根３０５、及びこの上流部固定案内羽根３０５により支持されている上流部内筒３１１を取り外す。ここで、上流部水車ケーシング３０１ａ、上流部固定案内羽根３０５、及び上流部内筒３１１は上流部水車ケーシング３０１ａの外周面に設けられたフランジで取り付けられているため、このフランジを外すことによって円周方向に２分割されて取り外すことができる。
【００５９】
このようにして、上流部水車ケーシング３０１ａ、上流部固定案内羽根３０５、及び上流部内筒３１１を取り外して流路外に取り出すことによって、第１のユニット軸流水車３０２の上流側には空間ができるため、この空間に第１のユニット軸流水車３０２の回転羽根車３０４を引き抜いて取り出すことができる。
【００６０】
次に、この状態からさらに第２のユニット軸流水車３０３の回転羽根車３０６を取り外す場合は以下のようにする。
【００６１】
第１のユニット軸流水車３０２の回転羽根車３０４を取り外した後、第１のユニット軸流水車ケーシング３０１ｂを取り外す。この第１のユニット軸流水車ケーシング３０１ｂの内周面に固定された第１のユニット軸流水車出口固定案内羽根３１０の内側には、第１のユニット軸流水車３０２の軸受部が構成されているが、ここでは第１のユニット軸流水車ケーシング３０１ｂをそのまま取り外すため、軸受部の分解の必要はない。
【００６２】
そして、さらに中間部水車ケーシング３０１ｃ、この中間部水車ケーシング３０１ｃの内周面に固定された中間部固定案内羽根３０８、及びこの中間部固定案内羽根３０８によって支持されている中間内筒３１２を取り外す。ここで、中間部水車ケーシング３０１ｃ、中間部固定案内羽根３０８、及び中間内筒３１２は中間部水車ケーシング３０１ｃの外周面に設けられたフランジで取り付けられているため、このフランジを外すことによって円周方向に２分割されて取り外すことができる。
【００６３】
このように、中間部水車ケーシング３０１ｃ、この中間部水車ケーシング３０１ｃの内周面に固定された中間部固定案内羽根３０８、及び中間内筒３１２を取り外し、流路外に取り出すことで、第２のユニット軸流水車３０３の上流側に空間ができるため、この空間に第２のユニット軸流水車３０３の回転羽根車３０６を引き抜いて取り外すことができる。
【００６４】
この実施の形態によれば、軸流水車の水車軸を支持する軸受を回転羽根車の上流側または下流側のみに設置し、前記軸流水車の回転羽根車の直前または直後の水車ケーシングのうち、水車軸を支持する軸受を有さない方の内筒を固定案内羽を介して外筒に固定して外筒と一体構造とし、この水車ケーシングの外周面にフランジを設けて円周方向に２分割して取り外すことが可能となるように構成したことによって、回転羽根車の直前または直後に回転羽根車を流路内から取り出す空間を確保し、水車軸を引き抜くために軸受を分解することなしに回転羽根車を水車軸から取り外し、前記軸流水車前後の管路を取り外すことなしに回転羽根車を流路外に取り外すことが可能となる。
【００６５】
＜第９の実施の形態＞
図１２は本発明の第９の実施の形態による軸流水車発電装置の構成を示す図であり、大流量に対応できるようにした軸流水車発電装置を示す。
この実施の形態では、一定の落差、流量に対応させて設計した図１に示すような軸流水車を同一流路内の流水方向に水平な軸に対し並列に複数組み合わせ、各々の軸出力を交差軸ギア１２６を介して中間軸１２７に伝え、さらにこれに連結されている発電機主軸１１１ａによって発電機１１１を駆動するようにしてある。
【００６６】
ところで、図１２は上述のように図１に示すような軸流水車を複数個並列に設けたものであるが、図５に示すような軸流水車を複数個並列に設けることができ、より高落差、大流量の発電設備に使用することができる。
【００６７】
なお、上記各実施の形態においては、各回転羽根車は一定落差、一定流量に対応するように設計されており、各羽根の取付角度は一定であるが、その各羽根の取り付け角度を変化させることで、各ユニット軸流水車の水力的性能を微調整し、軸流水車発電装置の落差、流量仕様を設置場所の落差、流量の仕様に合わせることもできる。
【００６８】
＜第１０の実施の形態＞
図１３は本発明の第１０の実施の形態による軸流水車発電装置の構成を示す縦断正面図、図１４は図１３に示す装置を流路の下流側から見た図である。
管路２０１の途中には水車ケーシング２０２が設けられ、その水車ケーシング２０２内には第１のユニット軸流水車２０３Ａ、第２のユニット軸流水車２０３Ｂ、及び第３のユニット軸流水車２０３Ｃが流水方向に対して互いに平行に配設されている。
【００６９】
各ユニット軸流水車２０３Ａ，２０３Ｂ，２０３Ｃはそれぞれ同一形状、同一寸法に形成されており、それぞれ入口導管２０４及び出口導管２０５を有し、その入口導管２０４および出口導管２０５の間に回転羽根車２０６が配設されている。そして、入口導管２０４には回転羽根車２０６に流入する水を案内する複数枚の固定案内羽根２０７が設けられている。しかして、管路２０１内を流れる水は各固定案内羽根２０７によって案内されて回転羽根車２０６に流入し、その回転羽根車２０６を回転駆動する。
【００７０】
ところで、各ユニット軸流水車２０３Ａ，２０３Ｂ，２０３Ｃの回転羽根車２０６の外輪２０６ａの外周には、その外輪２０６ａと同心状に駆動プーリ２０８及び従動プーリ２０９が形成されている。また、各ユニット軸流水車２０３Ａ，２０３Ｂ，２０３Ｃの間には、第１の伝動輪２１０ａ，２１１ａ及び第２の伝動輪２１０ｂ，２１１ｂを有する中間ホイール２１０，２１１が配設されている。
【００７１】
しかして、第１のユニット軸流水車２０３Ａの回転羽根車２０６の外輪２０６ａに設けられた駆動プーリ２０８と、第１及び第２のユニット軸流水車２０３Ａ，２０３Ｂ間の中間ホイール２１０の第１の伝動輪２１０ａとの間にはベルト２１２ａが巻回され、上記中間ホイール２１０の第２の伝動輪２１０ｂと第２のユニット軸流水車２０３Ｂの従動プーリ２０９との間にはベルト２１２ｂが巻装されている。同様にして第２のユニット軸流水車２０３Ｂの駆動プーリ２０８と第２の中間ホイール２１１の第１の伝動輪２１１ａとの間にベルト２１２ｃが巻装され、上記第２の中間ホイール２１１の第２の伝動輪２１１ｂと第３のユニット軸流水車２０３Ｃの従動プーリ２０９との間にはベルト２１２ｄが巻装されている。
【００７２】
そして、第３のユニット軸流水車２０３Ｃの駆動プーリ２０８に巻装されたベルト２１２ｅが、発電機軸２１３に設けられたプーリ２１４に巻装されている。
【００７３】
しかして、第１のユニット軸流水車２０３Ａで生じた軸出力はベルト２１２ａ，２１２ｂを介して隣接する第２のユニット軸流水車２０３Ｂの従動プーリ２０９に伝えられ、第２のユニット軸流水車２０３Ｂの軸出力に合わされる。さらに、第１のユニット軸流水車２０３Ａの軸出力と合わさった第２のユニット軸流水車２０３Ｂの軸出力は、ベルト２１２ｃ及びベルト２１２ｄを介して第３のユニット軸流水車２０３Ｃの軸出力に合わされる。そして、第１及び第２のユニット軸流水車２０３Ａ，２０３Ｂの軸出力が合わさった第３のユニット軸流水車２０３Ｃの軸出力がベルト２１２ｅ及びプーリ２１４を介して発電機軸２１３に伝えられ発電機（図示せず）を駆動する。
【００７４】
このようにして、互いに隣接するユニット軸流水車の軸出力が順次一つにまとめられ、複数のユニット軸流水車の軸出力が一つに合計され、これによって発電機が回転駆動され発電が行われる。
【００７５】
ところで、上記実施の形態においては３台のユニット軸流水車を並列に設けたものを示したが、図１５に示すように、さらに多数台のユニット軸流水車を並設してもよい。
【００７６】
すなわち、図１５は７台のユニット軸流水車２０３Ａ，２０３Ｂ…２０３Ｇを並設したものであって、ユニット軸流水車２０３Ａを中心として残りのユニット軸流水車２０３Ｂ〜２０３Ｇがその外周側に配列されている。そして、第１のユニット軸流水車２０３Ａと第２のユニット軸流水車２０３Ｂが図１４に示すものと同様にベルト２１２ａ，２１２ｂを介して連動連結され、第２のユニット軸流水車２０３Ｂと第３の軸流水車２０３Ｃがベルト２１２ｃ，２１２ｄによって連動連結されている。以後同様にして順次隣接するユニット軸流水車が連動連結され、第７のユニット軸流水車の軸出力がプーリ２１４を介して発電機軸２１３に伝動される。
【００７７】
ところで、上記第１０の実施の形態においては、複数のユニット軸流水車の軸出力を一つにまとめ、一台の発電機に伝えるようにしたものを示したが、複数のグループにまとめ複数台の発電機に伝えるようにしてもよい。
【００７８】
なお、以降に示す各実施の形態では、上記第１０の実施の形態と共通する要素には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００７９】
＜第１１の実施の形態＞
図１６及び図１７は本発明の第１１の実施の形態による軸流水車発電装置の構成を示す図であり、図１３及び図１４に対応している。
【００８０】
図１６及び図１７において、第１〜第３のユニット軸流水車２０３Ａ，２０３Ｂ，２０３Ｃにおける回転羽根車２０６の外輪２０６ａの外周には伝動プーリ２１５が同心状に形成されており、互いに隣接するユニット軸流水車２０３Ａと２０３Ｂ或は２０３Ｂと２０３Ｃ間及び第３のユニット軸流水車２０３Ｃとプーリ２１４との間には、図１７に示すように、それぞれ伝動輪２１６ａを有する中間ホイール２１６が２個ずつ配設されている。
【００８１】
そして、上記第１〜第３のユニット軸流水車２０３Ａ〜２０３Ｃにおける回転羽根車２０６の外輪２０６ａに形成された伝動プーリ２１５及び発電機軸２１３に設けられたプーリ２１４には１本のベルト２１７が巻装されており、そのベルト２１７の中間部が一対をなす中間ホイール２１６の伝動輪２１６ａによって互いに接近する方向に付勢されている。
【００８２】
しかして、各ユニット軸流水車２０３Ａ〜２０３Ｃによって発生した軸出力は１本のベルト２１７に伝えられ、そのベルト２１７による軸出力がプーリ２１４を介して発電機軸２１３に伝えられる。したがって、この場合も各ユニット軸流水車の軸出力が合計して一つの発電機軸に出力される。
【００８３】
図１８は、図１７の変形例であって、ユニット軸流水車を７台並設したものであり、図１６及び図１７に示したものと同様に７台のユニット軸流水車の伝動プーリ２１５及び発電機軸２１３に設けたプーリ２１４に一本のベルト２１７が巻装されている。したがって、７台のユニット軸流水車２０３Ａ〜２０３Ｇの軸出力がベルト１７によって合計され、発電機軸１３に伝えられ、図１６等に示すものと同様の効果を奏する。
【００８４】
なお、上記各実施の形態においては、伝動装置としてプーリとベルトを使用したものを示したが、チェーンホイール及びチェーンを使用してもよい。
【００８５】
＜第１２の実施の形態＞
図１９及び図２０は本発明の第１２の実施の形態による軸流水車発電装置の構成を示す図であり、図１３及び図１４に対応する図である。
各ユニット軸流水車２０３Ａ、２０３Ｂ、２０３Ｃにおける回転羽根車２０６の外輪２０６ａの外周には歯車２１８がそれぞれ形成されており、第１のユニット軸流水車２０３Ａにおける歯車２１８が第１の中間歯車２１９ａを介して第２のユニット軸流水車２０３Ｂにおける歯車２１８に噛合され、さらに第２のユニット軸流水車２０３Ｂにおける歯車２１８が第２の中間歯車２１９ｂを介して第３のユニット軸流水車２０３Ｃにおける歯車２１８と噛合されている。すなわち、互いに隣接するユニット軸流水車２０３Ａと２０３Ｂ、或は２０３Ｂと２０３Ｃにおける歯車２１８が中間歯車２１９ａ或は２１９ｂを介して互いに連動連結されている。そして、第３のユニット軸流水車２０３Ｃにおける歯車２１８が発電機軸２１３に設けられた従動歯車２２０に噛合されている。
【００８６】
しかして、この場合も、各ユニット軸流水車２０３Ａ〜２０３Ｃの軸出力が合計され、従動歯車２２０を介して発電機軸２１３に伝えられ、前記各実施例と同様な作用効果を奏する。
【００８７】
また、図２１は７台のユニット軸流水車２０３Ａ〜２０３Ｇを並設したものを示し、この場合にも互いに隣接するユニット軸流水車における歯車２１８が順次中間歯車２１９ａ，２１９ｂ，…を介して噛合され、各軸出力が合計され、発電機軸２１３に伝えられる。
【００８８】
＜第１３の実施の形態＞
図２２は本発明の第１３の実施の形態による軸流水車発電装置の構成を示す図である。
互いに流水方向に対して平行に配設された第１〜第３のユニット軸流水車２０３Ａ，２０３Ｂ、２０３Ｃの各水車軸２２１には、それぞれ第１の傘歯車２２２ａ，第２の傘歯車２２２ｂが設けられている。また、第１のユニット軸流水車２０３Ａと第２のユニット軸流水車２０３Ｂ間及び第２のユニット軸流水車２０３Ｂと第３のユニット軸流水車２０３Ｃ間には、各水車軸２２１と直交する方向に延びる伝達軸２２３ａ，２２３ｂが配設されており、その伝達軸２２３ａの一端に設けられた傘歯車２２４ａが第１のユニット軸流水車２０３Ａの水車軸２２１に設けられた第１の傘歯車２２２ａに噛合されている。そして、上記伝達軸２２３ａの他端に設けられた傘歯車２２４ｂが第２のユニット軸流水車２０３Ｂの水車軸２２１に設けられた第１の傘歯車２２２ａに噛合されている。
【００８９】
また、第２のユニット軸流水車２０３Ｂの水車軸２２１に設けられた第２の傘歯車２２２ｂには伝達軸２２３ｂの一端に設けられた傘歯車２２５ａが噛合され、その伝達軸２２３ｂの他端に設けられた傘歯車２２５ｂが第３のユニット軸流水車２０３Ｃの水車軸２２１に設けられた第２の傘歯車２２２ｂに噛合されている。そして、上記第３のユニット軸流水車２０３Ｃの水車軸２２１に設けられた第１の傘歯車２２２ａが、発電機軸２１３に設けられた傘歯車２２６に噛合されている。
【００９０】
しかして、第１のユニット軸流水車２０３Ａで発生した軸出力は、傘歯車２２２ａ，２２４ａ，伝達軸２２３ａ及び傘歯車２２４ｂ，２２２ａを介して第２のユニット軸流水車の軸出力に合わされ、さらに第１のユニット軸流水車２０３Ａの軸出力と合わさった第２のユニット軸流水車２０３Ｂの軸出力は、第２のユニット軸流水車２０３Ｂの傘歯車２２２ｂ，伝達軸２２３ｂの傘歯車２２５ａ，伝達軸２２３ｂ，その伝達軸２２３ｂに設けられた傘歯車２２５ｂ，及びその傘歯車２２５ｂと噛合する傘歯車２２２ｂを介して第３のユニット軸流水車２０３Ｃの軸出力に合わされる。そして、第１〜第３のユニット軸流水車２０３Ａ〜２０３Ｃの軸出力が合わさった軸出力が第３のユニット軸流水車２０３Ｃの傘歯車２２２ａ及びこれと噛合する傘歯車２２６を介して発電機軸２１３に伝えられる。
【００９１】
このようにして、互いに隣接するユニット軸流水車２０３Ａ〜２０３Ｃの軸出力が順次一つにまとめられ、これによって発電機が駆動される。
【００９２】
また、図２３は７台のユニット軸流水車２０３Ａ〜２０３Ｇによって発電装置を構成し、各ユニット軸流水車の軸出力を図２２に示すものと同様な傘歯車伝動機構によって順次加えて一つにまとめるようにしたものである。しかして、この場合も前記各実施の形態と同様な作用効果を奏する。
【００９３】
なお、上記第１０の実施の形態〜第１３の実施の形態においては、３台または７台のユニット軸流水車によって発電装置を構成したものを示したが、その他複数台のユニット軸流水車によって構成してもよいことは勿論である。また、各ユニット軸流水車に設ける駆動プーリ２０８，従動プーリ２０９等は１個でなくそれぞれ複数個ずつ設けてもよい。さらに、各実施の形態においては、流水方向に対してのユニット軸流水車と発電機の位置を入れ替えた構成にしてもよい。
【００９４】
なお、本発明は上述した各実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲で種々変形して実施することが可能である。
【００９５】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明によれば、同一設計の単位流量，単位落差のユニット軸流水車を複数組み合わせることにより、多様な落差、流量の仕様に対処することができ、大量生産によって製造能率を向上させることができ、従来採算上の理由で水車を設置できなかったような個所へも水車の設置が可能となる。また、比較的簡単な機構によって互いに平行に配設されたユニット軸流水車の軸出力を一つにまとめることができる。更に、軸流水車発電装置の流路を曲管を介さずに直線的に配置することが可能となり、流路を簡素化し軸流水車発電装置の設置面積が小さくなり、曲管による水力的損失も小さくなる。また、軸流水車発電装置の上流側管路および下流側管路を分解せずに回転羽根車を交換できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による軸流水車発電装置の構成を示す断面図。
【図２】図１におけるユニット軸流水車と発電機との連結部の拡大図。
【図３】本発明の第２の実施の形態におけるパーツ交換を行なえる状態を示す断面図。
【図４】本発明の第３の実施の形態による軸流水車発電装置の構成を示す断面図。
【図５】本発明の第４の実施の形態による軸流水車発電装置の構成を示す断面図。
【図６】本発明の第５の実施の形態による軸流水車発電装置の構成を示す断面図。
【図７】本発明の第６の実施の形態による軸流水車発電装置の構成を示す断面図。
【図８】図７のベルト近傍における発電機軸に垂直な断面を下流側より見た図。
【図９】本発明の第７の実施の形態による軸流水車発電装置の構成を示す断面図。
【図１０】図９の動力伝達軸近傍における発電機軸に垂直な断面を下流側より見た図。
【図１１】本発明の第８の実施の形態による軸流水車発電装置の分解状態を表す図。
【図１２】本発明の第９の実施の形態による軸流水車発電装置の構成を示す断面図。
【図１３】本発明の第１０の実施の形態による軸流水車発電装置の構成を示す縦断正面図。
【図１４】図１３に示す装置を流路の下流から見た概略構成図。
【図１５】図１４に示す装置の変形例を示す図。
【図１６】本発明の第１１の実施の形態による軸流水車発電装置の構成を示す縦断正面図。
【図１７】図１６に示す装置を流路の下流から見た概略構成図。
【図１８】図１７に示す装置の変形例を示す図。
【図１９】本発明の第１２の実施の形態による軸流水車発電装置の構成を示す縦断正面図。
【図２０】図１９に示す装置を流路の下流から見た概略構成図。
【図２１】図２０に示す装置の変形例を示す図。
【図２２】本発明の第１３の実施の形態による軸流水車発電装置の構成を示す縦断正面図。
【図２３】図２２に示す装置の変形例を示す図。
【符号の説明】
１０１  水車ケーシング
１０１ａ  上流部水車ケーシング
１０１ｂ  中間部水車ケーシング
１０１ｃ  下流部水車ケーシング
１０２，１２２  第１のユニット軸流水車
１０３，１２３  第２のユニット軸流水車
１０２ａ，１０３ａ  回転軸
１０４，１０６  回転羽根車
１０５  上流側固定案内羽根
１０７  下流側固定案内羽根
１０８  中間固定案内羽根
１０９  発電機ケーシング
１１１  発電機
１１２  反転ギア
１１３，１２４  増速ギア
１２１  エルボ
１２５  中間軸
１２６  交差軸ギア
２０２  水車ケーシング
２０３Ａ，２０３Ｂ，…２０３Ｇ  ユニット軸流水車
２０６  回転羽根車
２０７  固定案内羽根
２０８  駆動プーリ
２０９  従動プーリ
２１０，２１１  中間ホイール
２１０ａ，２１０ｂ，２１１ａ，２１１ｂ  伝動輪
２１２ａ，２１２ｂ  ベルト
２１３  発電機軸
２１４  プーリ
２１６  中間ホイール
２１６ａ  伝動輪
２１７  ベルト
２１８  歯車
２１９ａ，２１９ｂ  中間歯車
２２０  従動歯車
２２１  水車軸
２２２ａ  第１の傘歯車
２２２ｂ  第２の傘歯車
２２３ａ，２２３ｂ  伝達軸
２２４ａ，２２４ｂ，２２５ａ，２２５ｂ，２２６  傘歯車
３０１  水車ケーシング
３０１ａ  上流部水車ケーシング
３０１ｂ  第１のユニット軸流水車ケーシング
３０１ｃ  中間部水車ケーシング
３０１ｄ  第２のユニット軸流水車ケーシング
３０１ｅ  下流部水車ケーシング
３０２  第１のユニット軸流水車
３０２ａ，３０３ａ  回転軸
３０３  第２のユニット軸流水車
３０４，３０６  回転羽根車
３０５  上流部固定案内羽根
３０８  中間部固定案内羽根
３１０  第１ユニット軸流水車出口固定案内羽根
３１１  上流部内筒
３１２  中間部内筒
３１５  水車軸
３１６  下流部固定案内羽根
３１７  水車プーリ
３１９  発電機軸
３２０  発電機プーリ
３２１  ベルト通し
３２２  ベルト
３２３  発電機
３２７，３２８  水車歯車
３２９  動力伝達軸
３３０，３３１  発電機歯車
３３６  水車出口内筒
【図１】
0004458641.tif 000002
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0004458641.tif 000017
【図１７】
0004458641.tif 000018
【図１８】
0004458641.tif 000019
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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