JP2001153021A - 低落差用水力発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】コンパクトな構成で簡易に設置でき、メンテナ
ンスが容易な低落差用水力発電装置を提供する。 【解決手段】水路３６に設置される堰板１２に取水口１
２Ａを形成するとともに、その堰板１２の下流側にガイ
ドチューブ１６を配設し、ケーシング１４を介して取水
口１２Ａに連通する。水車１８はガイドチューブ１６内
に配設する。水路３６に堰板１２を設置することにより
水流が止められて落差が生じ、堰板１２に形成された取
水口１２Ａからガイドチューブ１６を通って堰板１２の
下流側に水が流れる。このガイドチューブ１６内を水が
流れることによって水車１８が回転し、発電機２０が駆
動される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は低落差用水力発電装
置に係り、特に水路（河川を含む）に堰板を設けて設置
される低落差用水力発電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】水路等に堰を設けることによって生じる
落差を利用して水車を回転させて発電する水力発電装置
が特開平１１−３０１７９号公報に開示されている。こ
の水力発電装置は、上部に水取入口が設けられ、下部に
水流出口が設けられたＬ字型のドラフトチューブを堰板
の上流側に配設し、そのドラフトチューブの水流出口を
堰板に形成された取水口に接続することによって、堰板
の上流側から下流側に連通する水通路を形成し、その水
通路を流れる水流でドラフトチューブ内に設置した水車
を回転させて発電機を駆動するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の水力発電装置は、水車や発電機等の機器が堰板の上
流側に設置されるため、これらの機器が水没してしま
い、メンテナンス性が悪いという欠点がある。また、水
車や発電機等の機器が水没することにより、これらの機
器に結露が生じやすく、故障しやすいという欠点もあ
る。さらに、大型のドラフトチューブが必要であるとと
もに、水頭が高くなると発電機室を大きく設計しなけれ
ばならず、装置が大型化するという欠点もある。また、
装置を正常に運転するためには、上流から流入するゴミ
対策が不可欠であるが、従来の水力発電装置の場合、取
水口の形状から水路全体にわたる大がかりな防ゴミ網が
必要となるという欠点もある。

【０００４】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、コンパクトな構成で簡易に設置でき、メンテ
ナンスが容易な低落差用水力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】本発明は、前記目的を達
成するために、水路に設置される堰板と、前記堰板に形
成された取水口と、前記堰板の下流側に設置されるとと
もに、一端が前記取水口に連結され、前記堰板の上流側
の水を前記取水口を介して前記堰板の下流側に導く流路
と、前記流路に設置される水車と、前記水車の主軸に連
結される発電機と、からなることを特徴とする。

【０００６】本発明によれば、水路等に堰板を設置する
ことにより、その堰板によって水流が止められて落差が
生じ、堰板に形成された取水口から流路を通って水が流
れる。そして、この流路に水が流れることによって、流
路に設置された水車が回転し、発電機が駆動される。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に従って本発明に
係る低落差用水力発電装置の好ましい実施の形態につい
て詳説する。

【０００８】図１は、本発明に係る低落差用水力発電装
置の第１の実施の形態の構成を示す側面断面図である。
同図に示すように、本実施の形態の低落差用水力発電装
置１０は、堰板１２、ケーシング１４、ガイドチューブ
１６、水車１８及び発電機２０を主要部材として構成さ
れている。

【０００９】堰板１２は、たとえば水路３６の壁面に溝
３８を形成し、その溝３８に嵌め込むことにより設置さ
れる。この堰板１２の上流側１２Ｂには、上部近傍に取
水口１２Ａが形成されている。そして、この取水口１２
Ａには、取水口１２Ａにゴミが入り込むのを防止するた
めのゴミよけ網１００が取り付けられている。

【００１０】ケーシング１４は、堰板１２の下流側１２
Ｃの壁面に取り付けられており、堰板１２に形成された
取水口１２Ａに連通されている。このケーシング１４の
下面部と上面部とには、それぞれ開口部１４Ａ、１４Ｂ
が形成されており、上面部に形成された開口部１４Ａに
は上蓋２６が着脱自在に取り付けられている。

【００１１】ガイドチューブ１６は、ケーシング１４の
下面部に形成された開口部１４Ｂに連結して連通されて
おり、Ｌ字状に形成されている。

【００１２】水車１８は、公知の立軸プロペラ水車又は
立軸カプラン水車等の反動型水車が用いられ、そのラン
ナ２８がガイドチューブ１６内に設置される。このラン
ナ２８は、主軸３０の先端部に取り付けられており、主
軸３０はケーシング１４の上蓋２６に取り付けられた軸
受ユニット３１によって垂直に軸支されている。また、
ケーシング１４の上蓋２６には、主軸３０を中心とした
同心円上に複数のガイドベーン３４、３４、…が取り付
けられており、ケーシング１４内に導入された水は、こ
のガイドベーン３４にガイドされてランナ２８に導か
れ、ランナ２８を回転させる。

【００１３】発電機２０は、ケーシング１４の上蓋上に
ギアボックス３２を介して設置されている。このギアボ
ックス３２の入力軸（不図示）には水車１８の主軸３０
が連結されており、出力軸（不図示）には発電機２０の
回転軸が連結されている。水車１８のランナ２８が回転
して主軸３０が回転すると、その主軸３０の回転がギア
ボックス３２に内蔵されたギア列によって増速され、発
電機２０の回転軸に伝達される。なお、発電機２０は接
水しないようにするために、収納ケース４２に収納され
ている。

【００１４】前記のごとく構成された本実施の形態の低
落差用水力発電装置１０の作用は次の通りである。

【００１５】まず、低落差用水力発電装置１０を設置す
る水路３６の壁面に堰板１２を嵌め込む溝３８を形成す
る。この際、堰板１２の下流側の水位が、ガイドチュー
ブ１６の出口部より上側に維持されるようにするため、
溝３８の形成とともに堰板１２の下流側に盛石４０を設
けてもよい。

【００１６】次に、形成した溝３８に堰板１２を嵌め込
み、水路３６の底面に着底させる。堰板１２が着底され
ると、水路３６を流れる水が堰板１２によって塞き止め
られるので、自動的にダムが形成されて堰板１２の上流
側の水位が上昇する。そして、堰板１２の上流側の水が
取水口１２Ａを通ってケーシング１４内に流入する。ケ
ーシング１４内に流入した水は、ガイドベーン３４に導
かれてランナ２８に導入され、ガイドチューブ１６を通
って堰板１２の下流側に流れ出る。この際、ランナ２８
を通過する水が、ランナ２８に作用してランナ２８を回
転させる。そして、そのランナ２８の回転が主軸３０を
介してギアボックス３２に伝達され、ギアボックス３２
で増速されて、発電機２０の回転軸を回転させる。これ
により、発電機２０が駆動されて電力が発生する。

【００１７】また、取水口１２Ａが限定されているた
め、小さなゴミよけ網１００を設けることにより、ゴミ
対策が容易になる。

【００１８】なお、低落差用水力発電装置１０を水路３
６から撤去する場合は、水路３６の壁面に形成した溝３
８から堰板１２ごと抜き取ればよい。

【００１９】このように本実施の形態の低落差用水力発
電装置１０によれば、堰板１２の下流側に水車１８、発
電機２０等が設置される構成であるため、これらの機器
が水没することがない。このためメンテナンスが極めて
容易である。また、発電機２０等に結露が生じるのを効
果的に抑制できる。さらに、従来のように大型のドラフ
トチューブが不要となるので、装置全体が軽量、コンパ
クトになる。また、設置工事を簡単、安価に済ませるこ
とができるとともに、狭隘地でも容易に設置することが
できる。

【００２０】図２は、本発明に係る低落差用水力発電装
置の第２の実施の形態の構成を示す側面断面図である。
同図に示すように、本実施の形態の低落差用水力発電装
置５０は、堰板５２、ガイドチューブ５４及び水車５６
を主要部材として構成されている。

【００２１】堰板５２は、上述した第１の実施の形態の
低落差用水力発電装置１０の堰板１２と同様に例えば水
路３６の壁面に溝３８を形成し、その溝３８に嵌め込む
ことにより設置される。この堰板５２には円形状に形成
された取水口５２Ａが形成されており、取水口５２Ａに
は、ゴミよけ網１００と遮水板６０とが取り付けられて
いる。遮水板６０は堰板５２の上流側の壁面に取り付け
られたガイドレール６２に沿って上下動自在に設けられ
ており、図示しないロック手段によって任意の位置に固
定される。取水口５２Ａは、この遮水板６０を上下動さ
せることにより開口面積が可変し、これにより取水口５
２Ａから流入する水の流量が調整される。また、この遮
水板６０を閉じることにより、メンテナンスが極めて容
易である。

【００２２】ガイドチューブ５４は、堰板５２の下流側
の壁面に取り付けられており、堰板５２に形成された取
水口５２Ａに連通されている。このガイドチューブ５４
は、所定の傾斜角度をもって配設されており、取水口５
２Ａから流入した堰板５２の上流側の水を下流側に導
く。また、この傾斜により、流入、流出水の抵抗を小さ
くし、コンパクトなガイドチューブを提供できる。

【００２３】水車５６は、発電機６４が内蔵された横軸
円筒一体水車であって、ガイドチューブ５４内に設置さ
れる。この水車５６のランナ６６は、図示しない主軸に
取り付けられており、主軸はその両端部を一対のケーシ
ング６８、６８に内蔵された軸受（不図示）に軸支され
ている。この一対のケーシング６８、６８はランナ６６
を挟んで配設されており、それぞれその外周面に例えば
３枚の固定フィン７０、７０、７０を備えている。各固
定フィン７０、７０、７０は、それぞれその先端部がガ
イドチューブ５４の内周面に固定されており、これによ
りケーシング６８、６８がガイドチューブ５４に固定さ
れる。ここで、この固定フィン７０、７０、７０は、図
３に示すように、螺旋状に湾曲して形成されており、こ
れにより、固定フィン７０、７０、７０を通過する水が
旋回流が与えられ、旋回しながらランナ６６に導かれ
る。

【００２４】発電機６４は、一方のケーシング６８に内
蔵されている。ランナ６６が取り付けられた主軸は、こ
の発電機６４の回転軸に図示しない増速機構（例えば、
ギア列）を介して連結されている。ランナ６６が回転し
て主軸が回転すると、その主軸の回転が増速機構によっ
て増速されて発電機６４の回転軸に伝達され、発電機６
４が駆動されて電力が発生する。発生した電力は、固定
フィン７０の内部を通して配線されたコード７２を介し
て外部に取り出される。

【００２５】前記のごとく構成された本実施の形態の低
落差用水力発電装置５０の作用は次の通りである。

【００２６】まず、低落差用水力発電装置５０を設置す
る水路３６の壁面に堰板５２を嵌め込む溝３８を形成す
る。この際、堰板１２の下流側の水位が、ガイドチュー
ブ５４の出口部より上側に維持されるようにするため、
溝３８の形成とともに堰板５２の下流側に盛石４０を設
けてもよい。

【００２７】次に、形成した溝３８に堰板５２を嵌め込
み、水路３６の底面に着底させる。この際、堰板５２に
形成された取水口５２Ａは、遮水板６０によって遮水し
ておく。堰板５２が着底されると、水路３６を流れる水
が堰板５２によって塞き止められるので、自動的にダム
が形成されて堰板５２の上流側の水位が上昇する。

【００２８】塞き止められた水の水位が、堰板５２に形
成された取水口５２Ａの上まで上昇したところで遮水板
６０を持ち上げ、取水口５２Ａを開放する。取水口５２
Ａが開放されると、堰板５２の上流側の水が取水口５２
Ａを通ってガイドチューブ５４内に流入する。ガイドチ
ューブ５４内に流入した水は、固定フィン７０、７０、
７０を通過することによって旋回流が与えられ、ランナ
６６を通過して出口部から堰板５２の下流側に流れ出
る。この際、ランナ６６を通過する水がランナ６６に作
用してランナ６６を回転させ、そのランナ６６の回転が
主軸から増速機構を介して発電機６４の回転軸に伝達さ
れて、発電機６４の回転軸を回転させる。これにより、
発電機６４が駆動されて電力が発生する。

【００２９】なお、取水口５２Ａから取り入れる水の流
量は、遮水板６０を上下動させ、取水口５２Ａの開口面
積を変えることによって調整する。

【００３０】また、低落差用水力発電装置５０を水路３
６から撤去する場合は、水路３６の壁面に形成した溝３
８から堰板５２ごと抜き取ればよい。

【００３１】このように本実施の形態の低落差用水力発
電装置５０によれば、上述した第１の実施の形態の低落
差用水力発電装置１０と同様に堰板５２の下流側に水車
１８、発電機２０等が設置される構成であるため、これ
らを遮断することによりメンテナンスが極めて容易とな
る。また、発電機６４が水車５６に一体化された構成で
あるため、装置全体が軽量、コンパクトになる。また、
ランナ６６の形状を変えるだけで外径寸法を変えずに水
路条件の変化に対応できる。また、ゴミの防御も容易に
行うことができる。また、設置工事を簡単、安価に済ま
せることができるとともに、狭隘地でも容易に設置する
ことができる。

【００３２】図４は、本発明に係る低落差用水力発電装
置の第３の実施の形態の構成を示す側面断面図である。
本実施の形態の低落差用水力発電装置８０は、水頭が低
い場所に設置するタイプの発電装置であって、同図に示
すように、堰板８２、ガイドチューブ８４及び水車８６
を主要部材として構成されている。

【００３３】堰板８２は、上述した第１、第２の実施の
形態の低落差用水力発電装置の堰板と同様に水路３６の
壁面に溝３８を形成し、その溝３８に嵌め込むことによ
り設置される。この堰板８２の下端部中央には、半円形
状の開口部８２Ａが形成されており、この開口部８２Ａ
にガイドチューブ８４の上半分が嵌め込まれて固定され
ている。また、この開口部８２Ａを覆うようにゴミよけ
網１００が取り付けられている。

【００３４】ガイドチューブ８４は、水平に配設される
とともに、下半分が水路３６の底面に形成された埋設溝
８８に埋設される。このガイドチューブ８４は、その入
口部８４Ａが上方に向けて緩やかに傾斜して形成されて
おり、その傾斜した入口部８４Ａが堰板８２の上流側に
突出して堰板８２に取り付けられている。堰板８２の上
流側の水は、このガイドチューブ８４の入口部８４Ａか
らガイドチューブ８４内に導入され、堰板８２の下流側
に導かれる。

【００３５】水車８６は、発電機６４が内蔵された横軸
円筒一体水車であって、ガイドチューブ８４の略中央位
置に設置される。この水車８６の構造は上述した第２の
実施の形態の水車５６と同じなので、ここでは同一部材
に同一符号を付して説明を省略する。

【００３６】前記のごとく構成された本実施の形態の低
落差用水力発電装置８０の作用は次の通りである。

【００３７】まず、低落差用水力発電装置８０を設置す
る水路３６の壁面に堰板８２を嵌め込む溝３８を形成す
る。これと同時に、水路３６の底面にガイドチューブ８
４の下半分を埋設する埋設溝８８を形成する。

【００３８】次に、形成した溝３８に堰板８２を嵌め込
み、堰板８２を水路３６の底面に着底させ、ガイドチュ
ーブ８４の下半分を埋設溝８８に嵌め込む。堰板５２が
着底し、埋設溝８８にガイドチューブ８４が嵌め込まれ
ると、水路３６を流れる水が堰板８２によって塞き止め
られるので、自動的にダムが形成されて堰板８２の上流
側の水位が上昇する。これと同時に、堰板８２の上流側
の水がガイドチューブ８４の入口部８４Ａからガイドチ
ューブ８４内に流入し、ランナ６６を通過して出口部か
ら堰板５２の下流側に流れ出る。この際、ランナ６６を
通過する水がランナ６６に作用してランナ６６を回転さ
せ、そのランナ６６の回転が主軸から増速機構を介して
発電機６４の回転軸に伝達されて、発電機６４の回転軸
が回転される。これにより、発電機６４が駆動されて電
力が発生する。

【００３９】なお、低落差用水力発電装置８０を水路３
６から撤去する場合は、水路３６の壁面に形成した溝３
８から堰板８２ごと抜き取ればよい。

【００４０】このように本実施の形態の低落差用水力発
電装置８０によれば、水頭が低い場所でも容易に設置す
ることができる。

【００４１】なお、本実施の形態では、ガイドチューブ
８４の下半分を水路３６に埋設して設置しているが、平
坦な底面にそのまま設置するようにしてもよい。この場
合、堰板８２の下端部中央に円形状の開口部を形成し、
この開口部にガイドチューブ８４を嵌め込んで、ガイド
チューブ８４を堰板８２に取り付ける。

【００４２】また、第１、第３の実施の形態では、取水
量を調整する遮水板を省いた構成であるが、第２の実施
の形態と同様に遮水板を設けて、取水量の調整をできる
ように構成してもよい。

【００４３】さらに、堰板に開閉弁を設け、増水時には
増水量を放水できるように構成してもよい。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
堰板の下流側に水車、発電機等が設置されて水没しない
構成であるため、ゴミ対策を含め、メンテナンスが極め
て容易であるとともに、発電機等に結露が生じるのを効
果的に抑制できる。さらに、従来のように大型のドラフ
トチューブが不要となるので、装置全体が軽量、コンパ
クトになる。また、設置工事を簡単、安価に済ませるこ
とができるとともに、狭隘地でも容易に設置することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】低落差用水力発電装置の第１の実施の形態の構
成を示す側面断面図

【図２】低落差用水力発電装置の第２の実施の形態の構
成を示す側面断面図

【図３】固定フィンの構成を示す正面図

【図４】低落差用水力発電装置の第３の実施の形態の構
成を示す側面断面図

【符号の説明】

１０…低落差用水力発電装置、１２…堰板、１４…ケー
シング、１６…ガイドチューブ、１８…水車、２０…発
電機、２８…ランナ、３６…水路、３８…溝、５０…低
落差用水力発電装置、５２…堰板、５４…ガイドチュー
ブ、５６…水車、６４…発電機、６６…ランナ、６８…
ケーシング、７０…固定フィン、８０…低落差用水力発
電装置、８２…堰板、８４…ガイドチューブ、８６…水
車、８８…埋設溝、１００…ゴミよけ網

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水路に設置される堰板と、 前記堰板に形成された取水口と、 前記堰板の下流側に設置されるとともに、一端が前記取
   水口に連結され、前記堰板の上流側の水を前記取水口を
   介して前記堰板の下流側に導く流路と、 前記流路に設置される水車と、 前記水車の主軸に連結される発電機と、からなることを
   特徴とする低落差用水力発電装置。
2. 【請求項２】 前記発電機が前記水車に内蔵されている
   ことを特徴とする請求項１記載の低落差用水力発電装
   置。