JP2000240552A - 水車発電機、その運用方法及び水車発電機プラント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】環境にほとんど影響を与えずに、低コストで、
低落差の水力エネルギーを有効に活用する水車発電機及
びその運用方法を提供することを目的とする。 【解決手段】水車発電機において、外側を強固なフレー
ムで構成し、その内部に水の出入口を有する導水筒と、
この導水筒内に水流のエネルギーを電気エネルギーに変
換する水車と発電機を固定，一体化し、上流にダム及び
導水管を配備することなく、河川又は流水中に直接水没
させて使用するようにした。 【効果】本発明によれば、ダムや導水管を設ける必要が
ないので、経済的に安く、河川の持つ低落差の水力エネ
ルギーを有効に活用できる。また、河川の流れを堰止め
ることがないので、水上交通，住民及び生態系への影響
はほとんどない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は環境にほとんど影響
を与えずに、低価格で低落差の水力エネルギーを有効に
活用する水車発電機及びその運用方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】低落差を利用して発電するシステムとし
ては、図４に示した従来例のように河川又は導水路にダ
ムを構築して、ある程度の落差と水量を蓄えて、単機容
量が比較的大型の低落差用水車発電機を作用させる発電
する方式が考えられ実用に供されている。図４におい
て、水は取水口１から入り、スクリーン２，取水ゲート
３，導水管４を通過して水車発電機５に到達する。ここ
で水流のエネルギーは電気エネルギーに変換される。水
車発電機を通過した水は放水路１４，放水口１５を経て
下流に流れる構成となっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の水力発電システムは、ダム又は導水管を必要として
おり、水車発電機以外の周辺構築物に多大の費用を投資
することになり、高発電コストの原因となっている。そ
こで、経済的に発電所建設の余裕のない地域では、地球
環境負荷が小さいクリーンなエネルギー産出システムで
ある水力発電に利用しうる河川が存在するにも係わら
ず、河川水が無益に流れ去っている。

【０００４】また、大型のダムを建設する場合には河川
の流れを堰止めることになり、水上交通，住民及び生態
系への影響も考慮してその建設を進める必要がある。

【０００５】さらに、使用される地域によっては河川水
に多量の土砂が混入していて、水車ランナベーンやガイ
ドベーン等の流水面が激しい損傷を被る場合がある。ま
た、土砂の堆積によって発電所の主要部が埋もれ、排砂
作業に多大の期間と費用の投入を余儀なくされる場合が
ある。土砂による流水面損傷については取水ゲートを閉
じて水を遮断すれば避けられるが、土砂の堆積は、水力
発電所は恒久的な固定法で地盤に固定されており、水力
発電所の移動が簡単には行われないので、避けられない
ものである。

【０００６】従来の水力発電機のためのダムは、流域全
体の治水に関してはそれなりの効果を有するが、小回り
が利かず、局所的な河川の整流や川岸の侵食に対しては
有効ではない。

【０００７】本発明はかかる事情を鑑みてなされたもの
で、環境にほとんど影響を与えずに、低コストで、低落
差の水力エネルギーを有効に活用する水車発電機及びそ
の運用方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では外側にフレームを有し、該フレームの内
部に設けられた導水筒と、該導水筒内に水流のエネルギ
ーを電気エネルギーに変換する水車及び発電機とを備え
た水車発電機を運用するにあたり、前記フレームを可搬
させることにより、前記水車発電機を流水中、または流
水外へ移動させることを特徴とするものである。

【０００９】また、本発明は流水の状態に応じて、水車
発電機を流水外へ移動させることを特徴とするものであ
る。

【００１０】また、本発明は上記目的を達成するため
に、可搬型のフレームを有し、該フレームの内部に設け
られた導水筒と、該導水筒内に水流のエネルギーを電気
エネルギーに変換する水車及び発電機とを備えた水車発
電機において、フレームに移動のための吊り上げ又は牽
引する機構を備えたことを特徴とするものである。

【００１１】また、本発明は導水筒と前記フレームの間
をコンクリートで充填したことを特徴とするものであ
る。

【００１２】また、本発明は導水筒が強化プラスチック
製であることを特徴とするものである。

【００１３】また本発明はフレームの上部又は側面に、
外部又は内部から開閉可能なハッチを有することを特徴
とするものである。

【００１４】また、本発明は上記目的を達成するため
に、フレームの内部に設けられた導水筒と、該導水筒内
に水流のエネルギーを電気エネルギーに変換する水車お
よび発電機とを備えた水車発電機と、該水車発電機のフ
レームを水平方向に複数個結合させて、水車発電機を組
み合わせたことを特徴とするものである。

【００１５】また、本発明は上記目的を達成するため
に、フレームの内部に設けられた導水筒と、該導水筒内
に水流のエネルギーを電気エネルギーに変換する水車お
よび発電機とを備えた水車発電機と、該水車発電機のフ
レームを垂直方向に複数個結合させて、水車発電機を組
み合わせたことを特徴とするものである。

【００１６】また、本発明は上記目的を達成するため
に、フレームの内部に設けられた導水筒と、該導水筒内
に納められたランナベーンと、前記導水筒内に納められ
た水流のエネルギーを電気エネルギーに変換する水車お
よび発電機と、水車のランナベーンを操作するランナベ
ーン操作ロッドとを備え、他の水車発電機と組み合わさ
る時には、ランナベーン操作ロッドが他の発電機のラン
ナベーン操作ロッドと結合することを特徴とするもので
ある。

【００１７】また、本発明は上記目的を達成するため
に、フレームの内部に設けられた導水筒と、該導水筒内
に納められたガイドベーンと、導水筒内に納められた水
流のエネルギーを電気エネルギーに変換する水車および
発電機と、水車のガイドベーンを操作するガイドベーン
操作ロッドとを備え、他の水車発電機と組み合わさる時
には、ガイドベーン操作ロッドが他の発電機のガイドベ
ーン操作ロッドと結合することを特徴とするものであ
る。

【００１８】また、本発明は上記目的を達成するため
に、フレームの内部に設けられた導水筒と、導水筒内に
納められた水流のエネルギーを電気エネルギーに変換す
る水車および発電機と、該発電機からの電力を送電する
ための電線と、該電線を納める電線管と、他の水車発電
機と組み合わさる時には、電線管が他の発電機の電線管
と結合することを特徴とするものである。

【００１９】また、本発明は上記目的を達成するため
に、可搬型のフレームを有し、該フレームの内部に設け
られた導水筒と、該導水筒内に水流のエネルギーを電気
エネルギーに変換する水車及び発電機とを備えた水車発
電機を運用するにあたり、水車発電機を、侵食している
川岸の上流に設置することにより、侵食を防止すること
を特徴とするものである。

【００２０】また、本発明は上記目的を達成するため
に、可搬型のフレームを有し、該フレームの内部に設け
られた導水筒と、該導水筒内に水流のエネルギーを電気
エネルギーに変換する水車及び発電機とを備えた水車発
電機において、フレームの流水取り入れ口の大きさを縦
５メートル，横５メートルにし、かつ、長さ１０メート
ル以内にしたことを特徴とするものである。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
例を説明する。

【００２２】図１は本発明の実施例の水車発電機の断面
図であり、図２は本発明の実施例の図１の水車発電機の
Ａ方向矢視図、図３は本発明の実施例の図１の水車発電
機のＢ方向矢視図である。尚、図４の従来技術と同一の
構成物には同一の記号を付しているので説明を省略す
る。

【００２３】図１において、水はａ方向からケーシング
である導水筒１１に入り、支柱９，ステーベーン８，ガ
イドベーン７を通過し、水車ランナ６を回転させ、ｂ方
向から流出する。

【００２４】この実施例では、ステーベーン８を６０゜
の角度毎に配置し、かつガイドベーン７を任意のベーン
数設けた構成になっている。

【００２５】導水筒１１の内部には、回転する水車ラン
ナ６の回転軸に直結された発電機の回転子１２と固定子
１３によって発電が行われる。このように、本発明の実
施例では、上流にダムヤ導水管を必要とはしない。そし
て、図１に示したように全体として水車発電機５を構成
しており、その外側は水車発電機５全体を可搬できるよ
うに強固なフレーム３０からなっており、フレームには
吊り具３２が取り付けられる構造になっている。

【００２６】これは水車発電機を水中への設置，陸揚
げ、及び場所の移動のためには、クレーン等に上って吊
り上げたりする必要があるためである。このために、吊
り上げに必要な構造、又は牽引可能な構造になってい
る。

【００２７】特にフレームに吊り具３２を設ける場合、
吊り具３２をクレーン等で吊り上げる際に発電機全体と
して重心バランスを取れる箇所に吊り具３２を設けるこ
とで移動が容易になる。

【００２８】そして、本実施例では流れの条件に応じ
て、水車を効率よく運転するために、ランナ６のベーン
取り付け角度やガイドベーン７の角度を調節できるよう
にしてある。ランナベーンの角度設定操作はランナベー
ン操作ロッド収納部２６にある操作ロッド２２で、ガイ
ドベーンの角度設定はガイドベーン操作ロッド収納部２
７にある操作ロッド２５で行う。ここで説明した構造は
主に大，中水力用の大，中型の場合である。小水力用の
小型の場合には、経済性及びメンテナンスの観点より、
ランナベーンやガイドベーンの角度が可変式よりも固定
式にして構造を簡素化した方が有利な場合があり、方式
及び構造は場合に応じて、適宜選択することが可能であ
る。

【００２９】発電機からの電力線２４は電線管２８でカ
バーされており、また、水車発電機内部の温度が上昇す
る場合を考慮して通気管２３を設けてある。さらに、点
検作業等のために、水車発電機の上部又は側面に、外部
及び内部から開閉可能な作業用のハッチを設けることに
よって、メンテナンスのために水車発電機内部と外部を
往来できるようにする。水車発電機が小型の場合には、
このハッチは小さくなるため人間の往来は無理であり、
主に点検用の観察口や作業口となる。また水車発電機が
完全に水中に没していても、このハッチに空中に突き出
る管を接続すると、ハッチを開けた状態でも水車発電機
内部に水が浸入することはない。そこで、このハッチ
を、電力線の取り出し用としたり、水車発電機内部の発
電機や軸受け部で発生する高温気体の換気用通気孔とす
ることができる。また、これらハッチを内部からも開閉
可能とする理由は万が一、内部に作業員が閉じこめられ
た場合を想定している。

【００３０】本実施例の場合、導水筒１１とフレーム３
０の間にはコンクリート３３が充填されており、導水筒
１１は強化プラスチック製である。

【００３１】なお、本実施例は、ユーザ毎に大中小と水
車発電機の仕様が変化しても、形状を相似に構成すれば
対応可能である。すなわち、同一コンセプトでの設計製
作となり、コスト低減を図ることができる。また、大量
生産にも好適である。

【００３２】但し、余り大きなサイズにすると水車発電
機を据え付ける現地まで装置一式を搬入することが困難
になるため、実際的な大きさとしては一般のトラック、
または、タグボートで運搬できる大きさに製作する必要
があるため、大きさとしては流水が取り入れられる導水
筒１１の取り入れ部分のフレームの大きさとして、縦５
メートル，横５メートルにし、かつ、流れ方向のフレー
ムの長さとして１０メートル以内にすることを特徴とし
たものである。

【００３３】図５は本発明の実施例の水車発電機の現地
設置状態を説明する模式図であり、両側に川岸４２があ
る河川４１の中に水車発電機５が設置されている。水車
発電機５は杭４３と吊り具３２との間に張られたワイヤ
ーで固定されている。発電電力は電力線２４によってユ
ーザに送電される。水車発電機５の据え付けは、川岸か
らクレーンで吊ったり、クレーン設備を装備した工事用
の船舶によって行われる。

【００３４】図６は本発明の実施例の牽引構造を持つ水
車発電機の模式図であり、土砂の多い洪水期での陸上待
機状態を示している。台車４４に水車発電機５が積載さ
れている。また、牽引構造部４５にワイヤー４６を結
び、ウインチ４７で水車発電機５を昇降させることがで
きるように構成してある。そして、洪水期や修理の際に
はこのように水車発電機を陸揚げでき、通常の発電時に
は水車発電機を河川水中に設置できる。

【００３５】例えば、本発明の実施例によれば河川４１
での洪水が収まった時には、ウインチにより水車発電機
５を降下させて台車４４に発電機を乗せた状態で河川４
１の中に発電機５を入れることが可能になる。

【００３６】また、河川４１から水車発電機５を円滑に
昇降させるために台車４４に合わせた専用のレール等を
河川に設けても良い。

【００３７】図８は本発明の水車発電機の他の実施例で
あり、発電量増加を狙ったものである。台座５２に固定
されている水車発電機５の上流側に前置導水筒５１を付
加して、取水量を増加させている。

【００３８】この実施例によれば、水車発電機５を可搬
型としているため、例えば、一度台座５２に設置させた
後で、河川の水量を検証して、前置導水筒５１を付加し
ても大丈夫な時にのみ、クレーン等の手段で水車発電機
５を河川から出して、前置導水筒を付加することが可能
になる。

【００３９】図８に本発明の水車発電機を複数台並置し
たときの実施例を示す。連結用溝８２が水車発電機のフ
レーム３０に設けられていて、連結杭４３によって各水
車発電機は連結されかつ、杭４３を打ち込むことにより
地盤に固定されている。

【００４０】そして、図１１は水車発電機が連結してい
る状態を図示したものである。

【００４１】上段の水車発電機と下段の水車発電機の各
ハッチ２１を上段と下段の間で連結しており、図１に示
した操作ロッド２２，２５について、下段の発電機のロ
ッド２２，２５を上段のロッド２２，２５に連結するこ
とが可能になるため、上段の発電機のロッドのみを操作
することで下段の発電機の制御も行うことが可能になる
ので水車発電機の管理を行うことが容易になる。

【００４２】このように個々の水車発電機を個々に管理
するよりも、まとめて管理及び操作をした方が便利であ
り、各水車発電機の作業用のハッチ，ランナベーン操作
ロッド収納部，ガイドベーン操作ロッド収納部，冷却機
構，電線管等を元々連通可能な構造にしておき、コネク
タを併用して各部分を連結し、不要なハッチの蓋等を除
去することにより連通は達成できる。

【００４３】図９に本発明の実施例の水車発電機を図８
に示した方法により複数台並置したときの実使用状態を
示す。河川全体を塞いでいなく、船舶や魚類の往来には
何等支障をきたしていない。電力線２４は図の右手側か
ら左手側に延び、さらに陸へと続き、ユーザへの送電線
に接続される。

【００４４】このように、本発明の実施例によれば、多
数の発電機を河川に配置することによりより多くの電力
を得られるようになる。

【００４５】図１０に本発明の実施例の水流域勢用とし
て用いた水車発電機の実使用状態を示す。以下に状況を
簡単に説明する。本発明の水車発電機設置以前は、その
方向を記号ａで示す勢力を持った水流がまともに図の手
前側の川岸４８に衝突していて、そこの土壌の侵食は激
しい。本発明の水車発電機５を侵食の激しい川岸４８の
上流に設置することにより、水流の勢力を吸収すると、
その方向を記号ｂで示した水車発電機通過後の水流はか
なり減勢されるようになる。その結果、川岸の侵食の進
行を止めることができるようになる。この場合には、本
発明は本来の発電作用と同時に侵食防止の２つの効果を
得ることが可能になる。

【００４６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、ダムや導水管を設ける必要がないので、経済
的に安く、河川の持つ低落差の水力エネルギーを有効に
活用できる。また、河川の流れを堰止めることがないの
で、水上交通，住民及び生態系への影響はほとんどな
い。

【００４７】さらに、移設が可能であるので、土砂によ
る水車発電機の埋没を回避できる。また、水流のエネル
ギーを水車発電機が吸収することにより、局所的な河川
の整流や、侵食防止にも役立つとの効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の水車発電機の断面図。

【図２】本発明の実施例の図１の水車発電機のＡ方向矢
視図。

【図３】本発明の実施例の図１の水車発電機のＢ方向矢
視図。

【図４】従来技術による低落差水力発電所の模式図。

【図５】本発明の実施例の水車発電機の現地設置状態を
説明する模式図。

【図６】本発明の実施例の牽引構造を持つ水車発電機の
模式図。

【図７】本発明の実施例の水車発電機の変形例を説明す
る模式図。

【図８】本発明の実施例の水車発電機を複数台並置した
ときの概観図。

【図９】本発明の実施例の水車発電機を複数台並置した
ときの実使用状態を示す模式図。

【図１０】本発明の実施例の水流減勢用としても用いた
水車発電機の実使用状態を示す模式図。

【図１１】本発明の実施例の水車発電機を複数台並置し
たときの接続図。

【符号の説明】

ａ，ｂ…水流方向、５…水車発電機、６…水車ランナ、
１１…導水筒、１２…発電機回転子、１３…発電機固定
子、２１…ハッチ、２３…通気管、２６…ランナベーン
操作ロッド収納部、２７…ガイドベーン操作ロッド収納
部、２８…電線管、３０…フレーム、３２…吊り具、４
５…牽引構造部、８２…連結用溝。

フロントページの続き (72)発明者 震明 克真 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 Ｆターム(参考） 3H072 AA09 AA13 AA21 AA22 AA26 AA30 BB01 BB02 BB07 BB08 BB24 BB29 BB40 CC01 CC06 CC23 CC54 CC71 CC91 CC95 CC99 3H074 AA08 AA12 BB09 BB15 BB16 BB19 BB30 CC16 CC31 CC36 CC50

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外側にフレームを有し、該フレームの内部
   に設けられた導水筒と、該導水筒内に水流のエネルギー
   を電気エネルギーに変換する水車及び発電機とを備えた
   水車発電機を運用するにあたり、 前記フレームを可搬させることにより、前記水車発電機
   を流水中、または流水外へ移動させることを特徴とする
   水車発電機の運用方法。
2. 【請求項２】請求項１に記載の水車発電機の運用方法に
   おいて、 前記水車発電機を、前記流水の状態に応じて流水外へ移
   動させることを特徴とする水車発電機の運用方法。
3. 【請求項３】可搬型のフレームを有し、該フレームの内
   部に設けられた導水筒と、該導水筒内に水流のエネルギ
   ーを電気エネルギーに変換する水車及び発電機とを備え
   た水車発電機において、 前記フレームに、水車発電機の移動のため吊り上げ又は
   牽引する機構を備えたことを特徴とする水車発電機。
4. 【請求項４】請求項３に記載の水車発電機において、 前記導水筒と前記フレームの間をコンクリートで充填し
   たことを特徴とする水車発電機。
5. 【請求項５】請求項３に記載の水車発電機において、 前記導水筒が強化プラスチック製であることを特徴とす
   る水車発電機。
6. 【請求項６】請求項３に記載の水車発電機において、 前記フレームの上部又は側面に、外部又は内部から開閉
   可能なハッチを有することを特徴とする水車発電機。
7. 【請求項７】フレームの内部に設けられた導水筒と、 該導水筒内に水流のエネルギーを電気エネルギーに変換
   する水車および発電機とを備えた水車発電機と、 該水車発電機のフレームを水平方向に複数個結合させ
   て、前記水車発電機を組み合わせたことを特徴とする水
   車発電機プラント。
8. 【請求項８】フレームの内部に設けられた導水筒と、 該導水筒内に水流のエネルギーを電気エネルギーに変換
   する水車および発電機とを備えた水車発電機と、 該水車発電機のフレームを垂直方向に複数個結合させ
   て、前記水車発電機を組み合わせたことを特徴とする水
   車発電機プラント。
9. 【請求項９】フレームの内部に設けられた導水筒と、 該導水筒内に納められたランナベーンと、 前記導水筒内に納められた水流のエネルギーを電気エネ
   ルギーに変換する水車および発電機と、 前記水車のランナベーンを操作するランナベーン操作ロ
   ッドとを備え、 他の水車発電機と組み合わさる時には、前記ランナベー
   ン操作ロッドが他の発電機のランナベーン操作ロッドと
   結合することを特徴とする水車発電機。
10. 【請求項１０】フレームの内部に設けられた導水筒と、 該導水筒内に納められたガイドベーンと、 前記導水筒内に納められた水流のエネルギーを電気エネ
    ルギーに変換する水車および発電機と、 前記水車のガイドベーンを操作するガイドベーン操作ロ
    ッドとを備え、 他の水車発電機と組み合わさる時には、前記ガイドベー
    ン操作ロッドが他の発電機のガイドベーン操作ロッドと
    結合することを特徴とする水車発電機。
11. 【請求項１１】フレームの内部に設けられた導水筒と、 該導水筒内に納められた水流のエネルギーを電気エネル
    ギーに変換する水車および発電機と、 該発電機からの電力を送電するための電線と、 該電線を納める電線管と、 他の水車発電機と組み合わさる時には、前記電線管が他
    の発電機の電線管と結合することを特徴とする水車発電
    機。
12. 【請求項１２】可搬型のフレームを有し、該フレームの
    内部に設けられた導水筒と、該導水筒内に水流のエネル
    ギーを電気エネルギーに変換する水車及び発電機とを備
    えた水車発電機を運用するにあたり、 前記水車発電機を、侵食している川岸の上流に設置する
    ことにより、侵食を防止することを特徴とする水車発電
    機の運用方法。
13. 【請求項１３】可搬型のフレームを有し、該フレームの
    内部に設けられた導水筒と、該導水筒内に水流のエネル
    ギーを電気エネルギーに変換する水車及び発電機とを備
    えた水車発電機において、 前記フレームの流水取り入れ口の大きさを縦５メート
    ル，横５メートルにし、かつ、長さ１０メートルにした
    ことを特徴とする水車発電機。