(57)【要約】【課題】落下部を落下する水を効率よく水車に当てて発電効率を高める。【解決手段】導水路１４から落下する水により羽根板３２が押されて回転する水車２７を、落下部１６対し移動可能とする。【選択図】図２
2017166332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を取り込む導水路と、
複数の羽根部を備え前記導水路から落下する前記水により前記羽根部が押されて回転する水車と、
前記水車の回転により発電する発電機と、
前記導水路を流れる前記水の落下部に対し前記水車を移動可能に支持する支持部材と、
を有する水力発電装置。
【請求項２】
前記支持部材が、
前記水車の軸部を保持する保持部と、
前記保持部を支持する支持台と、
前記保持部に設けられ前記支持台上を回転するローラと、
を有する請求項１に記載の水力発電装置。
【請求項３】
前記支持台上に敷設され、前記ローラが回転可能に載置されるレールを有する請求項２に記載の水力発電装置。
【請求項４】
前記保持部に螺合され、回転により前記保持部を移動させる調整ネジを有する請求項２又は請求項３に記載の水力発電装置。
【請求項５】
前記導水路の前記落下部の上流側に、前記導水路の流路幅を狭くする幅狭部を有する請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の水力発電装置。
【請求項６】
水を取り込む導水路と、
複数の羽根部を備え前記導水路から落下する前記水により前記羽根部が押されて回転する水車と、
前記水車の回転により発電する発電機と、
前記導水路を流れる前記水の落下部に対し前記水車を移動可能に支持する支持部材と、
を有する水力発電装置の設置方法の設置方法であって、
前記水車を前記落下部の下流側に設置した後に、
前記羽根部に作用する前記水による回転力が最大となるように前記支持部材により前記水車を移動させる、水力発電装置の設置方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水力発電装置及び水力発電装置の設置方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、第１流水路を鉛直方向に対して傾斜させ、この第１流水路を流れる水により水車を回す水力発電装置が開示されている。
【０００３】
特許文献２には、水路の水位に応じて水車の高さの調整（上下調整）を行う水車発電システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１５０８９号公報
【特許文献２】特開２００２−１８８５５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
落下部を落下する水によって水車を回転させ、この回転により発電機で発電する水力発電装置では、水を効率よく水車に当てて、発電効率を高めることが望まれる。
【０００６】
ところで、落下部を落下する水の量は、水路ごとに異なる。したがって、落下部に対する水車の位置が固定されていると、落下する水の量に対応して水車の位置を調整し、水車を効率的に回転させることは困難である。
【０００７】
本発明は上記事実を考慮し、落下部を落下する水を効率よく水車に当てて発電効率を高めることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第一の態様では、水を取り込む導水路と、複数の羽根部を備え前記導水路から落下する前記水により前記羽根部が押されて回転する水車と、前記水車の回転により発電する発電機と、前記導水路を流れる前記水の落下部に対し前記水車を移動可能に支持する支持部材と、を有する。
【０００９】
この水力発電装置では、導水路から落下する水により、水車の羽根部が押され、水車が回転する。水車の回転により発電機で発電する。
【００１０】
水車は、支持部材によって支持されており、水の落下部に対し水車を移動可能である。落下部を落下する水が効率よく水車の羽根部に当たるように支持部材により水車を移動させることで、発電効率を高めることができる。水車を落下部の下流側に設置した後に、落下部を落下する水に量に対応して落下する水が効率よく水車の羽根部に当たるよう水車の位置を調整可能であり、発電効率を高める作業、すなわち水車の位置を調整する作業を効率的に行うことができる。
【００１１】
第二の態様では、第一の態様において、前記支持部材が、前記水車の軸部を保持する保持部と、前記保持部を支持する支持台と、前記保持部に設けられ前記支持台上を回転するローラと、を有する。
【００１２】
水車の軸部を保持部により安定的に保持できる。支持台に保持部は支持されており、ローラの回転により、スムーズに保持部を支持台上で移動させることで、水車を移動させることができる。
【００１３】
第三の態様では、第二の態様において、前記支持台上に敷設され、前記ローラが回転可能に載置されるレールを有する。
【００１４】
ローラがレールに載置されて回転するので、保持部及び水車を安定して移動させることができる。
【００１５】
第四の態様では、第二又は第三の態様において、前記保持部に螺合され、回転により前記保持部を移動させる調整ネジを有する。
【００１６】
調整ネジを回転させることで、容易に保持部及び水車を移動させることができる。
【００１７】
第五の態様では、第一〜第四のいずれか１つの態様において、前記導水路の前記落下部の上流側に、前記導水路の流路幅を狭くする幅狭部を有する。
【００１８】
幅狭部によって水路の幅が狭くなるので、水路を流れる水の断面の高さは高くなる。高い位置から水を落下させることで水の流れを高速にし、水車をより高速で回転させることができる。
【００１９】
第六の態様では、水を取り込む導水路と、複数の羽根部を備え前記導水路から落下する前記水により前記羽根部が押されて回転する水車と、前記水車の回転により発電する発電機と、前記導水路を流れる前記水の落下部に対し前記水車を移動可能に支持する支持部材と、を有する水力発電装置の設置方法の設置方法であって、前記水車を前記落下部の下流側に設置した後に、前記羽根部に作用する前記水による回転力が最大となるように前記支持部材により前記水車を移動させる、
【００２０】
この水力発電方法に用いる水力発電装置では、導水路から落下する水により、水車の羽根部が押され、水車が回転する。水車の回転により発電機で発電する。
【００２１】
水車は、支持部材によって支持されており、水の落下部に対し水車を移動可能である。落下部を落下する水が効率よく水車の羽根部に当たるように支持部材により水車を移動させることで、発電効率を高めることができる。
【００２２】
そして、水車を落下部の下流側に設置した後に、羽根部に作用する水による回転力が最大となるように、支持部材により水車を移動させる。これにより、落下部を落下する水に量に対応して、落下する水が効率よく水車の羽根部に当たるよう水車の位置を調整するので、発電効率を高める作業、すなわち水車の位置を調整する作業を効率的に行うことができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は上記構成としたので、落下部を落下する水を効率よく水車に当てて発電効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は第一実施形態の水力発電装置を示す斜視図である。
【図２】図２は第一実施形態の水力発電装置を示す断面図である。
【図３】図３は第一実施形態の水力発電装置の水路を部分的に示す断面図である。
【図４】図４は比較例の水力発電装置の水路を部分的に示す断面図である。
【図５】図５は第一実施形態の水力発電装置を示す断面図である。
【図６】図６は第一実施形態の水力発電装置を示す断面図である。
【図７】図７は第二実施形態の水力発電装置を示す斜視図である。
【図８】図８は第二実施形態の水力発電装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１及び図２には、第一実施形態の水力発電装置１２が示されている。この水力発電装置１２は、導水路１４を有する。導水路１４は、たとえば、河川や用水路等から水を取り込む（水が導入される）水路である。
【００２６】
導水路１４の下流側には落下部１６が形成されている。落下部１６は、導水路１４よりも急角度で傾斜している。図２に示す例では、落下部１６の一部は略鉛直方向に延在している。導水路１４を矢印Ｆ１方向に流れた水は、落下部１６において、矢印Ｆ２で示すように略円弧状の軌跡で落下する。なお、落下部１６よりも上流の位置に水門１５を設け、この水門１５により、落下部１６に至る水量を調整できるようにしてもよい。
【００２７】
落下部１６の下流側には、排水路１８が形成されている。排水路１８は、落下部１６よりも緩やかな傾斜角で傾斜している。落下部１６を落下した水は、排水路１８から、河川や用水路等に戻される。
【００２８】
落下部１６の下流側で、且つ排水路１８の上側には、支持台２０が設置されている。支持台２０は、略水平な板状の台２０Ｄを有しており、台２０Ｄの中央に長方形の貫通孔２２が形成されている。
【００２９】
図面において、支持台２０の縦方向、横方向及び高さ方向をそれぞれ、矢印Ｌ、矢印Ｓ及び矢印Ｈで示す。支持台２０を上から見ると、支持台２０の縦方向（矢印Ｌ方向）は、導水路１４の水流方向（矢印Ｆ１方向）及びその反対方向と一致している。
【００３０】
支持台２０には、水車フレーム２４が支持されている。水車フレーム２４には発電機５０が備えられている。
【００３１】
図２に示すように、水車フレーム２４からは、保持部２６が下方に延出されている。保持部２６は、支持台２０の貫通孔２２内から、支持台２０の下方に至っている。
【００３２】
保持部２６には、水車２７が保持されている。水車２７は、回転軸２８と、後述する羽根車３０とを有する。回転軸２８は、保持部２６に回転可能に保持されている。回転軸２８は、水平方向で、かつ上方から見て導水路１４の水流方向（矢印Ｆ１方向）と直交する方向に延在されている。
【００３３】
回転軸２８には、円板状の羽根車３０が取り付けられている。羽根車３０の外周側には、複数の羽根板３２が、周方向に一定の間隔をあけて取り付けられている。落下部１６を落下する水が羽根板３２に当たって羽根板３２を押すことで、水車２７（羽根車３０及び回転軸２８）が回転する。
【００３４】
図１に示すように、支持台２０上には、２本のレール３４が敷設されている。レール３４は、貫通孔２２の両側の位置で、支持台２０の縦方向に沿って配置されている。
【００３５】
図２に示すように、保持部２６には、複数のローラ３６が回転可能に取り付けられている。ローラ３６のそれぞれは、支持台２０の縦方向（矢印Ｌ方向）に一定間隔をあけて配設されており、レール３４の上を転がるようになっている。すなわち、ローラ３６がレール３４（支持台２０）上を回転することで、保持部２６を支持台２０の縦方向（導水路１４の水流方向）に移動させることができる。
【００３６】
支持台２０において、貫通孔２２よりも下流側の位置には、支柱３８が立設されている。支柱３８には、調整ネジ４０が回転可能に挿通されており、調整ネジ４０の先端側の雄ネジ部４２が、保持部２６に螺合されている。調整ネジ４０において、雄ネジ部４２の反対側（下流側）にはハンドル４４が取り付けられている。ハンドル４４を用いて調整ネジ４０を回転させることで、保持部２６を矢印Ｍ１方向に移動させることができる。このＭ１方向は、支持台２０の縦方向（矢印Ｌ方向）と一致している。
【００３７】
図１及び図３に示すように、導水路１４には、落下部１６に近い位置に、幅狭部４６が形成されている。幅狭部４６は、導水路１４の側壁４８の間隔を、下流側に向かって漸減させて、所定の水路幅Ｗ１となるよう形成されている。
【００３８】
次に、水力発電装置１２の設置方法、及び、本実施形態の水力発電装置１２の作用を説明する。
【００３９】
水力発電装置１２を設置するには、落下部１６の下流側（排水路１８の上側）に、支持台２０、保持部２６および水車２７を設置する。この状態で、落下部１６を落下する水が羽根板３２に当たることで、水車２７が回転し、発電機５０で発電できる。
【００４０】
ところで、落下部１６を落下する水量、特に水の高さは、水力発電装置１２を設置した場所の導水路ごとに異なる。そして、落下部１６を落下する水の流れは、その上部ＵＰ（外側）の方が、下部ＬＰ（内側）よりも流速が速い。そのため、落下する水の上部ＵＰのみが羽根板３２に当たるような水車２７の位置では、水車２７の回転速度は速い。ただし、羽根板３２の外端にのみ水が接触する場合等、羽根部３２に接触する水量が少ない場合には、回転力は小さくなる。これに対し、落下する水の下部ＬＰが羽根板３２に当たるような水車２７の位置では、羽根板３２の全体に水が当たるが、水の流速が小さいので、水車２７の回転速度が小さい。したがって、水流の上部ＵＰが羽根板３２の全体に当たるような水車２７の位置とすることが、水車２７の回転力を大きくすると共に回転速度を速くする点で好ましい。
【００４１】
上記したように、落下部１６を落下する水量、特に水の高さは、導水路ごとに異なる。水車の位置が、支持台に対し固定された構造の水力発電装置では、導水路ごとに、落下部の水の高さを調整することが困難（実質的に不可能）である。
【００４２】
これに対し、第一実施形態の水力発電装置１２では、水車２７を落下部１６の下流側に設置した後に、矢印Ｍ１方向に移動させることが可能である。そして、落下部１６を落下する水が羽根板３２に効率的に当たるように、すなわち作用する回転力が大きくなるように水車２７の位置を調整できる。たとえば、落下部１６を落下する水量が少ない場合は、図５に示すように、水車２７を上流側へ移動させる。これとは逆に、落下部１６を落下する水量が多い場合は、図６に示すように、水車２７を下流側へ移動させる。これにより、水車２７を高速で、且つ大きな回転力で回転させることができ、高い発電効率を得られる。
【００４３】
特に、水車２７を落下部１６の下流側に設置した後に、水車２７の位置を移動させることができるので、発電効率を高める作業、すなわち、落下部１６を落下する水の量に対応して水車２７の位置を調整する作業を効率的に行うことができる。水力発電装置１２は、落下部１６を落下する水の量が異なる各種の設置場所に対応して高い発電効率を得られるので、水力発電装置１２としての汎用性が高い。
【００４４】
第一実施形態では、調整ネジ４０が保持部２６に螺合されている。この調整ネジ４０（実際にはハンドル４４）を回転させる簡単な操作で、水車２７の位置を移動させることができる。
【００４５】
また、調整ネジ４０を保持部２６に螺合しているので、保持部２６に対し移動方向（矢印Ｍ１方向）の力が作用しても、調整ネジ４０がストッパとして作用し、保持部２６及び回転軸２８の位置を固定できる。
【００４６】
支持台２０は、ローラ３６を有する。したがって、ローラ３６が無い構造と比較して、支持台２０、すなわち水車２７をスムーズに移動させることができる。
【００４７】
支持台２０上には、レール３４が敷設されている。このレール３４上にローラ３６が載置されて回転するので、保持部２６の移動方向が定まり、保持部２６及び水車２７を安定して移動させることができる。
【００４８】
水車２７の回転軸２８は保持部２６で保持されているので、回転軸２８のガタや変形を抑制して、安定的に保持できる。
【００４９】
図３に示すように、導水路１４において、落下部１６の上流側には、幅狭部４６が形成されている。ここで、図４には、比較例として、幅狭部が形成されていない導水路８４が示されている。
【００５０】
比較例の導水路８４では、幅狭部４６が無く、側壁４８の間隔が一定である。このため、流れる水の高さの高い部分が存在せず、一定の高さである。図４に示した例では、水流の断面において、幅Ｗ１が４ｍ、高さＨ１が１ｍである、すなわち、水流の高さＨ１としては１ｍしか確保できない。
【００５１】
これに対し、第一実施形態の導水路１４では、図３に示すように、幅狭部４６において比較例と同じ断面積を得るには、たとえば、幅Ｗ１が１ｍであれば、高さＨ１としては４ｍを確保できる。
【００５２】
図２に示したように、落下部１６を落下する水流は、上（上部ＵＰ側）に位置するほど流速が速い。したがって、第一実施形態では、流速の速い部分を生成し、この流速の速い部分（上部ＵＰ）を羽根板３２に当てることで、水車２７の回転速度を速くすることが可能である。
【００５３】
次に、第二実施形態について説明する。第二実施形態において、第一実施形態と同様の要素、部材等については同一符号を付して、詳細な説明を照尺する。
【００５４】
図７及び図８に示すように、第二実施形態の水力発電装置９２では、第一実施形態のハンドル４４（図１、図２等参照）に代えて、モータ９４が設けられている。すなわち、モータ９４の回転駆動力で調整ネジ４０を回転させ、これにより水車２７（保持部２６）の位置を移動させることができる。
【００５５】
なお、上記では、水車２７が導水路１４における水流方向（矢印Ｆ１方向）及びその反対方向に移動する例であり、羽根板３２に対し水が効率的に当たる位置の調整が容易である。
【００５６】
換言すれば、水車２７の移動方向が、導水路１４における水流方向の成分を持っていれば、このように水車２７の移動によって、羽根板３２に対し水が効率的に当たるようにできる。たとえば、水車２７の移動方向が、導水路１４における水流方向と、上下方向とを合成した方向（斜め方向）であってもよい。これに対し、単に上下方向にのみ移動する構成では、羽根板３２に対し水が効率的に当たる位置の調整が難しい。
【符号の説明】
【００５７】
１２  水力発電装置
１４  導水路
１６  落下部
２０  支持台
２６  保持部
２７  水車
２８  回転軸
３０  羽根車
３２  羽根板
３４  レール
３６  ローラ
４０  調整ネジ
４６  幅狭部
５０  発電機
９２  水力発電装置
９４  モータ
【図１】
2017166332.tif 000003
【図２】
2017166332.tif 000004
【図３】
2017166332.tif 000005
【図４】
2017166332.tif 000006
【図５】
2017166332.tif 000007
【図６】
2017166332.tif 000008
【図７】
2017166332.tif 000009
【図８】
2017166332.tif 000010