(57)【要約】      （修正有）【課題】水路等で設置が容易で、かつ効率のよい、安定した電力を得ることが出来る、水車の導水装置を提供する。【解決手段】水車筐体３を水中に吊設する水車吊体２の本体の下に、正面視で１対の側壁部14と底板部15とでトンネル部16を形成し、トンネル部16の縦断側面形を、上面が前後に長く水平で、底板部15は、水車筐体３に近い後端から前端部へかけて次第に降下する曲面とし、トンネル部16を正面視において底板部15が幅広く、後上部へ次第に狭くし、底板部15で水路の底層流を水車筐体３方向へ誘導可能とした水車の導水装置１。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水車筐体を水中に吊設する水車吊体の、本体の下に正面視で、１対の側壁部と底板部とでトンネル部を形成し、トンネル部の縦断側面形を、上面が前後に長く水平で、底板部は、水車筐体に近い後端から前端部へかけて次第に降下する傾斜面とし、トンネル部を正面視において、底板部が幅広く、後上部へ次第に狭くし、底板部で水路の底層流を水車筐体方向へ誘導可能としたことを特徴とする水車の導水装置。
【請求項２】
前記水車吊体における底部下面の後部は、水平を維持して、ロータより後方が、少なくともロータの直径以上の長さとされていることを特徴とする請求項１に記載の水車の導水装置。
【請求項３】
前記底板部は、ヒンジを介して前端部が上下に揺動可能としてあることを特徴とする請求項１または２に記載の水車の導水装置。  
【請求項４】
前記トンネル部の内壁面は、水車筐体の前端位置から後端部へかけて、水車筐体を囲む筒状としてあることを特徴とする請求項１〜３に記載の水車の導水装置。
【請求項５】
前記左右１対の側壁部は、その下端部に重錘を埋設してあることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の水車の導水装置。 
【請求項６】
前記水車筐体の両側部に、それぞれ側添体を着脱可能に装着することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の水車の導水装置。
【請求項７】
前記側添体の外側下部を、内側よりも下に突出させた下向突部としてあることを特徴とする請求項６に記載の水車の導水装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小水路における設置が容易であり、かつ発電効率の高い水車における導水装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フロートによって水車を吊設する水力発電機は、特許文献１に開示されており公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１３２３３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の水力発電機は、ロータの前部にダクトを装着し、ダクトの内外周面に沿って流れる流体を、ブレードの傾斜部に当てて、回転効率を高めるものである。
この水力発電機の水車筐体を流水中にそのまま沈設すると、水車筐体の前部から上面に沿って流れる流体が、水車筐体の上部で上方向へ盛りあがり、その部分の流速が低下するため、ロータの回転効率が上がりにくい。
また、小水路において、流水は上層流は早いが、底層流の方が速度が遅いので、底層流を使用出来れば水力発電機のトルクを強く安定させることができる。
また水深は深いが、水路幅が狭い水路では、底流を上に引き揚げて使用できればよいが、その手段はなかった。
本発明は、水路への設置において、小水路の底層流を上層流に混ぜて速度を高めて、効率の良い発電を可能とさせる、水車の導水装置を提供することを目的としている。 
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の具体的な内容は、次のとおりである。
【０００６】
（１）  水車筐体を水中に吊設する水車吊体の、本体の下に正面視で、１対の側壁部と底板部とでトンネル部を形成し、トンネル部の縦断側面形を、上面が前後に長く水平で、底板部は、水車筐体に近い後端から前端部へかけて次第に降下する傾斜面とし、トンネル部を正面視において、底板部が幅広く、後上部へ次第に狭くし、底板部で水路の底層流を水車筐体方向へ誘導可能とした水車の導水装置。
【０００７】
（２）  前記水車吊体における底部下面の後部は、水平を維持して、ロータより後方が、少なくともロータの直径以上の長さとされている前記（1）に記載の水車の導水装置。
【０００８】
（３）  前記底板部は、ヒンジを介して前端部が上下に揺動可能としてある前記（1）に記載の水車の導水装置。
【０００９】
（４）  前記トンネル部の内壁面は、水車筐体の前端位置から後端部へかけて、水車筐体を囲む筒状としてある前記（1）〜（3）に記載の水車の導水装置。
【００１０】
（５）  前記左右１対の側壁部は、その下端部に重錘を埋設してある前記（1）〜（4）のいずれかに記載の水車の導水装置。 
【００１１】
（６）  前記水車筐体の両側部に、それぞれ側添体を着脱可能に装着する前記（1）〜（5）のいずれかに記載の水車の導水装置。
【００１２】
（７）  前記側添体の外側下部を、内側よりも下に突出させた下向突部としてある前記（6）に記載の水車の導水装置。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、次のような効果が奏せられる。
【００１４】
前記（1）に記載の発明は、水車吊体の本体の下部に、トンネル部が形成され、その底板部の後部から前端へかけて次第に降下傾斜しているので、水路内に設置した時に、底板部の前部によって、密度の高い底流を上層へ誘導し、流速の早い上層流によって、速度を上げさせることができるので、ロータの回転速度を効率良く高めることができる。
前記底板部は、後部から前端へかけて次第に降下傾斜しておれば、側面視でどのような形状でも適用できるが、側面視で上反りである方が、より好ましい。直線状や下反りに比べ、水路の底層流の流速をよりあげることができる。
また、水路幅が狭い所でも、底板部の先端を下げて、底流を水車筐体へ誘導することによって、水圧を高めて確保することができる。 
【００１５】
前記（2）に記載の発明では、水車吊体における底部下面の後部は、水平を維持して、ロータより後方が、少なくともロータの直径以上の長さとされているので、仮に、波浪によって浮沈して水車吊体の後部から底部下面に空気が入り込んで、水圧が変化したとしても、前方からロータへ流れる水流の速度に変化が生じにくく、ロータの回転速度を一時的にも変化させる虞が低い。     
【００１６】
前記（3）に記載の発明は、トンネル部の底板部は、ヒンジを介して前端部が上下に揺動可能としてあるので、狭い水路では、底板部の先端部を下方へ下げて誘導する水量を増加させることができる。
【００１７】
前記（4）に記載のトンネル部の内壁面が、水車筐体の前端部位から、トンネル部の後端部へかけて水車筐体を囲むように筒状に形成されているので、開口の大きなトンネル部の前部から入る流水は、次第に狭い後部へと流れて圧縮され、正面視で方形あるいは円形の筒状の隘路内におけるロータを、効率よく回転させることができる。
前記筒状のトンネル部は、正面視で円型の筒状がより好ましい。円型の方が、ブレードとトンネルの周壁との隙間が小さく、水流を無駄なく活用することができ、ロータの回転効率が高まる。
【００１８】
前記（5）に記載の、水車吊体の本体の左右側壁の下部に、重錘を埋設してあるので、水流が浪立っても、水上における水車吊体の横揺れ等が緩和され、水車筐体の水平安定性を保持させることができる。 
【００１９】
前記（6）に記載の水車吊体の両側部に、側添体を着脱可能に装着するので、運搬時に横幅が邪魔になりにくく、また水路に設置する時に、水路幅に合わせて側添体を連結して横揺れ等を安定させ、あるいは浮力を大きくして水車の揺れ安定性を高くすることができる。   
【００２０】
前記（7）に記載の水車吊体の側添体は、外側下部を、内側よりも下に突出させた下向突部としてあるので、横方向へ滑りにくい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の水車の導水装置の実施例１の縦断側面図である。
【図２】図１における水車の導水装置を、左方から見た正面図である。
【図３】本発明の水車の導水装置の実施例２を示す正面図である。
【図４】本発明の水車の導水装置の実施例３を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１に示すように、本発明の水車の導水装置１においては、水車吊体２の底部下面２Ａから、前後方向を向く、長尺の筒状の水車筐体３が、吊支体４を介して水平に吊設されている。水車吊体２は、金属製あるいはFRP製の中空体、あるいは船型、若しくは発泡樹脂成形体等、任意に形成されている。 
【００２４】
水車吊体２の底部下面２Ａは、側面視で、前後に長い水平面とし、水車吊体２の前端面は、上面２Ｂから下部後方向へ向く湾曲面としてあり、上面２Ｂの前後端に、繋留索６を繋ぐ複数の繋留フック５、５が固定されている。水車吊体２内部には、蓄電池７や、図示しないコントローラ等が配置されている。
【００２５】
水車吊体２の後部の底部下面２Ａは、水平を維持して、ロータ11部分の後方向へ、少なくともロータ11の直径以上に可及的に長く伸びていることが好ましい。
これは、例えば水車吊体２が波浪で揺れた時に、後方から底部下面２Ａに空気が入り込むと、水圧に変化が生じるため、前部からロータ方向へ流れる水流の速度に変化が生じ、ロータ11の回転速度が急に低下する等の変化が生じる虞があるためである。
【００２６】
吊支体４は、前後方向に長く、左右方向へ扁平な筒状態で、前縁が左右方向に厚く、後端へかけて次第に薄く形成されている。
吊支体４の内部には、水車筐体３内に配設されている発電機８から、水車吊体２内の蓄電池７へ送電するコード９が配設されている。吊支体４は、着脱可能として水車筐体３と水車吊体２とに、それぞれ上下端部が連結されている。
【００２７】
吊支体４の高さは、水車筐体３の最大高さ以内としてある。これによって、水車吊体２の底部下面２Ａと、水車筐体３の高寸の中央部分との間隔は、水車筐体３の高さ以内となり、この間を通る水流は、高さの低い狭間を通過することになって、流速が高められる。
【００２８】
前記水車筐体３は、前後に長く、中央部が太く、前後端部へかけて次第に細く形成されている。水車筐体３の内部に、水平に支持されたロータ軸10の前端部は、発電機８に連結され、水車筐体３の後方向に突出されたロータ軸10の後端部には、ロータ11が装着されている。水流によりロータ11が回転すると、発電機８が回転して発電する。ロータ11は、水車筐体３の前端部に装着してもよく、また、前後に装着してもよい。
【００２９】
ロータ11は、ハブ12の周面に、複数の揚力型ブレード13（以下単にブレードという）を、放射方向へ向けて固定してある。ブレード13の先端部は、上流方向へ向かって傾斜する傾斜部13Ａとされている。
【００３０】
水車筐体３の周面に沿って流下する流水は、ブレード13の前面に当り、ブレード13を回転させながら、遠心力で先端へ移動し、傾斜部13Ａに当って、Ｂ矢示方向へ抜けながら、反作用でブレード13を回転させる。
【００３１】
図２に正面視を示すように、水車吊体２は、底部下面２Ａに水車筐体３を囲むように、左右１対の側壁部14、14と底板部15とからなる、トンネル部16を形成したものである。トンネル部は正面視方形、円型、６角形その他任意の筒状とするが、円形の方が水流の無駄を少なく、活用することができる。底板部15は図１に示すように、側面視で上反りとしてある。これにより、直線状や下反りよりも、通過速度が早くなる効果がある。
【００３２】
水路Ｒにおいて底層流は、密度が高いが流速は小さい。これに対して上層流は、底層流よりも流速は大である。
従って、図１に示すように、底板部15の先端縁15Ａを、下方向へ湾曲傾斜させてあるため、これに当たる底層流は加圧され、コアンダ効果で上層方向へ速度を速めて誘導され、上層流と混合されて、水車筐体３に当ることになる。
【００３３】
トンネル部16の底板部15は、ヒンジ15Ｂ部分から前部を、図示しない先端に付設した巻上げ鎖の上下動によって、上下に揺動可能とすることによって、底流をトンネル内に誘導することができる。水路幅が狭い時等、底板部15の前端を下げることによって、底流を上方へ誘導してロータ11に対する水圧を高めることができる。
【００３４】
図２に示すように、トンネル部16において、水車筐体３が設置される部分における内壁面16Ａは、口径の小さい筒状とされている。
その後端部は、ラッパ状に口径を大きく開口されており、トンネル部16内の水流を排出させやすくしてある。
【００３５】
トンネル部16の前部から流入した水流は、水車筐体３の前面部で圧縮されて水圧が高まり、更に、トンネル部16内の、口径の小さい筒状部分16Ａを、後方へ高速で通過する過程で、ロータ11は効率よく回転させられる。
この水路Ｒにおいては、上流から下流へ向かう下り勾配があるため、気流とは異なり、水の重力移動により、水流は隘路も容易に高速で通過する。  
【００３６】
上記のように構成された水車の導水装置１は、図２に示すように、水路Ｒの両岸に架け渡した吊桁17から、フック17Ａに掛けた繋留索６で吊り降ろして、水車吊体２の底下面２Ａが水平に水没するように設置される。
これによって、水車の導水装置１を設置する作業性が向上する。なお、トンネル部16の側壁部14の下端部に、重錘14Ａを埋設すると、横揺れが緩和される。
【００３７】
図１において、水車筐体３の中央部分は、直径が大きく、前後端部よりも高寸となっている。そのため、前方から流下する流水は、コアンダ効果によって水車筐体３の周面形状に沿って流れ、Ａ矢示状に、前端部分から中央部分へ上ることとなり、水車筐体３の中央部分で水の嵩が高まって、盛上がることとなる。
【００３８】
この流水の盛上がりは、上流から下る水流が、水車筐体３の中央部分で、周面に沿って遠心方向へ拡散するもので、下流へ流れる流速が必然的に低下する。
そのため、水車吊体２の底部下面２Ａを、水車筐体３の軸心線Ｓと平行とし、水車筐体３の上部に設けたことによって、その部分で、水の盛上りが抑止され、隘路の作用をし、加圧されて、下流方向への流速を高めることができる。
【００３９】
また、図１に示すように、水車筐体３の大きく膨らんだ中央部分に、吊支体４が設けられているため、水車筐体３の上面においては、前部から水車筐体３の表面に沿って、中央部分に上がる水流と、吊支体４の前面に激突する水流が、盛上がることになる。
【００４０】
本発明の水車の導水装置１においては、水車吊体２の底部下面２Ａによって、水車筐体３の上面を通過する水流の、盛上がりが抑止されるため、その部分での水嵩が増加し、水圧が高まり、吊支体４の側面に沿って、高速となって後部へ通過する。
【００４１】
水車筐体３の後部は、中央部分よりも小径となっているため、水車吊体２の底部下面２Ａとの間の間隔が、水車筐体３の中央部分よりも後部は大となり、吊支体４の、前面部分における流水の水圧と比較して、後部は低水圧になる。
【００４２】
従って、吊支体４の側面に沿って通過する水流は、水車筐体３の低水圧の後方向へ高速で通過し、吊支体４の前部の水流を、水圧の差によって後方向へ強く吸引して、流速度を高め、ロータ11の回転効率を高めることができる。  
【実施例２】
【００４３】
図３は、水車の導水装置の実施例２を示す正面図である。前例と同じ部材には、同じ符号を付して、説明を省略する。
この実施例２の水車の導水装置１は、水車吊体２の本体の左右側面に、それぞれ側添体19を、連結具18で着脱可能に連結したものである。
【００４４】
水車吊体２に、水車筐体３を固定した状態で運搬し、水路Ｒ等に設置するには、水車吊体２の体積が小さな方が、作業性に優れている。
図３における側添体19は、水車吊体２の本体の両側面に、設置現場において任意の連結具18をもって、着脱可能に連結されるものである。
【００４５】
この側添体19の大きさは、現場の状況に合わせて選択される。側添体19の前後の長さは、水車吊体２より長くても、或いは短くても構わない。これによって、水路Ｒにおける水車筐体３の横揺れが緩和される。
【実施例３】
【００４６】
図４は、水車の導水装置の実施例３を示す正面図である。前例と同じ部材には同じ符号を付して説明を省略する。この実施例３における側添体19は、外側下部を内側よりも下方へ突出させて下向き突部20が形成されている。下向き突部20の下部に重錘を埋設することができ、波浪による横揺れが緩和され、横滑りしにくくなる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の水車の導水装置１においては、水車筐体３を囲むトンネル部16の、底板部15の前端縁15Ａが下方へ湾曲傾斜して、水路における密度の高い底層流を上層へ誘導し、上層流と混合して高速流として流下させることができるので、小水路において、ロータ11を効率良く回転させる水力発電機とすることができる。
【符号の説明】
【００４８】
１．水車の導水装置
２．水車吊体 
２Ａ.底部下面  
２Ｂ.上面   
３．水車筐体 
４．吊支体
５．繋留フック
６．繋留索
７．蓄電池
８．発電機
９．コード
10．ロータ軸
11．ロータ
12．ハブ
13、揚力型ブレード
13Ａ．傾斜部
14．側壁部
14Ａ．重錘
15．底板部
15Ａ．先端縁
16．トンネル部
16Ａ．内側壁
17．吊桁
17Ａ．フック
18．連結具
19．側添体
20．下向突部
Ｒ．水路
Ｓ．軸心線
ｗ．水面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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