JP2003129930A

JP2003129930A - 水力発電装置

Info

Publication number: JP2003129930A
Application number: JP2001327049A
Authority: JP
Inventors: Yukinobu Yumita; 行宣弓田
Original assignee: Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 2001-10-25
Filing date: 2001-10-25
Publication date: 2003-05-08
Anticipated expiration: 2021-10-25
Also published as: JP4394852B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本体ケース内を通過する流体の流量が大きい
ときでもノイズの発生や軸受の異常磨耗を防止すること
のできる発電装置を提供すること。【解決手段】水力発電装置１００において、流体入口
１２から流れ込んだ水は、流体入口１２から流体出口１
３までの間に水車室５０を備える第１の流路１１０を通
って発電に寄与する。また、注水用壁２０１の下方位置
には、排出空間２５に連通する第２の流路１２０が形成
されているとともに、第２の流路１２０に対する弁機構
２００が構成され、この弁機構２００は、流量が大にな
って流体圧が所定圧以上になったときに第２の流路１２
０を閉状態から開状態に切り換える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蛇口から射出され
る水道水などの流れを利用して水力発電を行う水力発電
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】蛇口の下方位置に手を差し出したとき、
それをセンサが感知すると、蛇口から水を自動的に流す
ように構成した自動水栓装置が普及しつつある。また、
近年、水道水の流路の途中位置に小型の水力発電装置を
設けるとともに、この水力発電装置によって得た電力を
蓄え、この電力を自動水栓装置のセンサ回路に供給する
装置も案出されており、その一例が実開平２−６５７７
５号公報に開示されている。

【０００３】このような装置に用いる水力発電装置は、
一般に、流体入口から流体出口までの間に水車室を備え
る流路が形成されたケース本体と、水車室に配置された
発電用水車と、この発電用水車に連動して回転する発電
用ロータと、この発電用ロータに対向する発電用ステー
タとを有している。また、流路には、この流路を絞って
流体を高速で発電用水車の羽根に射出する射出口が形成
されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
水力発電装置では、射出口によって流路を絞ることによ
り流速を高めているため、流量が小さくても発電できる
が、その分、流路の抵抗が大きくなり、十分な流量を確
保するには、流体入口側での水圧を高くしなければなら
ないという問題点がある。また、従来の水力発電装置で
は、射出口によって流路を絞っているため、流量が大き
いときの流速がかなり速くなるので、流路内での水流が
乱れてノイズが発生するという問題点がある。さらに、
流量が大きいときには流速がかなり速く、流体が発電用
水車にかなり強く衝突する結果、大きなノイズが発生す
る。さらにまた、発電用水車が高速回転すると、発電用
水車の回転バランスのわずかなずれや振れが大きなノイ
ズをひき起こすという問題点もある。また、流量が大き
いときには、発電用水車が高速回転するため、軸受が異
常磨耗するという問題点もある。

【０００５】以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、
本体ケース内を通過する流体の流量が大きいときでもノ
イズの発生や軸受の異常磨耗を防止することのできる発
電装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明では、流体入口から流体出口までの間に水車
室を備える発電用の第１の流路と、前記水車室に配置さ
れた発電用水車と、該発電用水車に連動して回転する発
電用ロータとを有し、前記第１の流路には、当該第１の
流路を絞って流体を前記発電用水車の羽根に高速で射出
させる射出口が形成された水力発電装置において、さら
に、前記流体入口から前記流体出口までの間には、前記
水車室に対して並列なバイパス用の第２の流路が形成さ
れていることを特徴とする。

【０００７】本発明に係る水力発電装置では、流体入口
から流体出口までの間で水車室に並列するバイパス用の
第２の流路が構成されているため、流体入口から流れ込
んだ流体は、その一部が発電用の第１の流路を通って射
出口から発電用水車の羽根に射出された後、流体出口に
向かう一方、残りの流体は、水車室を通らず、第２の流
路を通ってそのまま流体出口に向かう。このため、射出
口によって流路を絞ることにより流速を高めて発電用水
車の羽根に流体を射出しても、全体としてみた場合、流
路の抵抗が小さい。従って、十分な流量を確保する場合
でも、流体入口側での水圧が低くてよい。また、射出口
によって流路を絞っているが、流体入口から流れ込んだ
流体の一部は、水車室を通らず、第２の流路を通ってそ
のまま流体出口に向かうため、流量が大きいときでも、
発電に用いる第１の流路の側では、流速が過剰に速くな
ることがない。それ故、流路内での水流が乱れてノイズ
が発生するという問題を回避することができる。さら
に、流体が発電用水車に強く衝突するのを防ぐことがで
きるので、この点でもノイズの発生を抑えることができ
る。さらにまた、発電用水車が異常な高速回転を行うの
を防ぐことができるので、発電用水車の回転バランスの
ずれや振れが大きなノイズを引き起こすという問題も回
避できる。しかも、発電水車が異常な高速回転すること
を防止できるため、軸受が異常磨耗するという問題も回
避できる。

【０００８】本発明において、前記射出口は、前記発電
用水車の半径方向外側から当該発電用水車の羽根に向け
て流体を射出するとともに、前記水車室の下方位置に
は、当該水車室から流体が排出されてくる排出空間が形
成されている場合があり、この場合、該排出空間には、
前記第２の流路から流体が流れ込むように構成されてい
ることが好ましい。このように構成すると、第１の流路
を流れる流体と第２の流路を流れる流体とにおいて、排
出室から流体出口までを共通の流路とすることができる
ので、本体ケースを大型化しなくても、本体ケース内に
２つの流路を設けることができる。しかも、排出空間を
利用して弁機構を配置できるので、本体ケースを大型化
しなくてよい。

【０００９】本発明において、前記第２の流路は、前記
流体入口と前記水車室の間、および前記流体出口と前記
水車室の間の双方に連通する構成であってもよい。

【００１０】本発明において、前記第２の流路に対して
は、流体圧が所定圧以上になったときに当該第２の流路
を閉状態から開状態に切り換える弁機構が構成されてい
ることが好ましい。

【００１１】このような弁機構は、例えば、前記第２の
流路を閉状態および開状態に変位可能な弁体と、前記流
体圧に抗して前記弁体を前記第２の流路を閉状態にする
方向に付勢する圧縮コイルばね、トーションばね、捻り
ばね、板ばねなどといったばね部材とを備えたものを用
いることができる。このように構成すると、流量が小の
ときは全ての流体が第１の流路を流れて発電に寄与する
一方、流量が大のときには、流体の一部が第１の流路を
流れて発電に寄与し、その他の流体は第２の流路を通
る。このため、流量が小のときでも発電効率が高い。ま
た、流量が大のときでも、第１の流路には一部の流体の
みが流れるので、ノイズの発生や軸受の異常磨耗を防止
することができる。

【００１２】本発明において、前記弁体は、例えば、回
転中心軸部と、該回転中心軸部から延びて前記第２の流
路を閉塞可能な板状のシール部とを備える場合があり、
この場合、前記ばね部材としては、前記板状のシール部
を前記回転中心軸部周りに回転させて前記第２の流路を
閉状態と開状態とに切り換える捻りばねを用いる。

【００１３】また、本発明において、前記回転中心軸
は、前記発電用水車の側方位置を通って上方に延びる軸
部を備えるとともに、該軸部の上端部がカバーに当接す
ることにより、前記弁体の上下方向の位置が規定されて
いることが好ましい。

【００１４】本発明において、前記流体は、蛇口から射
出される水である。このような水力発電装置は、例え
ば、自動水栓装置のセンサなどに対して電力を供給する
ために用いられる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図面を参照して、本発明の実施の
形態を説明する。

【００１６】［実施の形態１］図１は、本発明の実施の
形態１に係る小型の水力発電装置の縦断面図である。図
２は、図１の矢印II方向からみた側面図である。図３
は、図１に示す水力発電装置に用いた本体ケースの平面
図である。図４（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、図１に示す
水力発電装置において、本体ケースとともに射出口を構
成するカバーの底面図、および断面図である。図５
（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、図１に示す水力発
電装置に用いた回転体の一部を切り欠いて示す側面図、
平面図、および底面図である。図６は、図１に示す小型
水力発電装置に用いた弁機構の説明図である。

【００１７】（全体構成）図１および図２に示すよう
に、本形態の水力発電装置１００は、流体入口１２およ
び流体出口１３を備えた本体ケース１と、本体ケース１
に形成された水車室５０の中心位置で直立する支軸７
と、この支軸７に対して回転可能に支持された回転体４
と、この回転体４に被さるように本体ケース１に取り付
けられたステンレス製のカップ状ケース５と、このカッ
プ状ケース５の円筒部５５の外周側に配置されたステー
タ部６と、このステータ部６に被さるように本体ケース
１に取り付けられた樹脂ケース９とから構成されてい
る。後述するように、回転体４には、その中央に支軸７
が嵌る軸孔４１（軸受）が形成されているとともに、そ
の下端側に発電用水車３が構成され、上半部の外周面に
はロータマグネット２が固着されている。

【００１８】本形態では、本体ケース１に支軸７の下端
部を圧入固定した後、カバー１５を取り付け、しかる後
に支軸７に対して回転体４を取り付け、次に、シール用
のＯリング８を嵌め込んだカップ状ケース５を本体ケー
ス１に圧入し、次に、カップ状ケース５の円筒部５５の
周りにステータ部６を取り付け、次に、このステータ部
６に被さるように本体ケース１に樹脂ケース９を取り付
けた構造になっている。また、後述するように、本体ケ
ース１の水車室２０を覆う円環状のカバー１５によっ
て、図３を参照して後述するように、発電用水車３に対
して半径方向の外側から水を吹き付ける注水部３０が構
成されている。

【００１９】この水力発電装置１００において、まず、
本体ケース１は、本体部１１と、この本体部１１から両
側に各々突出している筒状の流体入口１２および流体出
口１３とを備えている。本体部１１の内部には、流体入
口１２の側で立ち上がって水車室５０を区画する注水用
壁２０１が形成され、この注水用壁２０１と、本体部１
１の内壁とによって水車室５０が構成されている。

【００２０】水車室５０において、その底部には、支軸
７の下端を保持する軸受け孔１１２が形成されている。
この軸受け孔１１２は、水車室５０の底部に形成された
円筒状の突起５１の上面に形成され、支軸７に回転体４
を取り付けた状態において、発電用水車３の下方位置に
は、回転体４において発電用水車３の下方に突き出た突
起４２の高さ寸法と、突起５１の高さ寸法とを合わせた
高さ寸法の排出空間２５が形成されている。

【００２１】注水部３０は、流体入口１２から流れ込ん
できた水の流路を絞り、水の勢いを強くして発電用水車
３の羽根に吹き付けてぶつけるためのものである。この
ような注水部３０を構成するにあたって、本形態では、
図３および図４を参照して説明する構造が採用されてい
る。

【００２２】まず、図３において、本体ケース１におい
て、水車室５０の周りには、２つの環状面１８、１９が
段差を介して形成されている。これらの環状面１８、１
９のうち、内側の環状面１８には溝状の凹部２６が形成
され、その内側には周方向に延びた５つの注水用壁２０
１、２０２、２０３、２０４、２０５が形成されてい
る。ここで、凹部２６は、注水用壁２０１の外周側に位
置する部分が流体入口１２と連通している。

【００２３】このように構成した環状面１８に対して
は、図４に示す円環状のカバー１５が被せられる。この
カバー１５の外径寸法は、２つの環状面１８、１９を構
成する段差の内径よりわずかに小さいため、カバー１５
は環状面１８の上に載置される。ここで、注水用壁２０
１、２０２、２０３、２０４、２０５の上面には、細い
溝２０６が形成されている一方、カバー１５には、各溝
２０６に嵌る突起１５６が形成されている。このため、
本体ケース１にカバー１５を被せた状態で突起１５６が
溝２０６に嵌ることにより、カバー１５と、注水壁２０
１，２０２，２０３，２０４，２０５との隙間からの水
漏れを防止している。

【００２４】また、カバー１５を環状面１８の上に載置
した状態において、カバー１５は凹部２６の上面を覆
い、この凹部２６によって本体ケース１の流体入口１２
から流れ込んだ水を水車室５０の周りに導く導水路２７
を構成するとともに、注水用壁２０１、２０２、２０
３、２０４、２０５の狭い途切れ部分によって、水車室
５０の内周面で開口する複数の射出口２２１、２２２、
２２３、２２４を構成することになる。ここで、射出口
２２１、２２２、２２３、２２４は、水車室５０に配置
された発電用水車３の周りで開口し、本体ケース１の流
体入口１２から流れ込んだ水を発電用水車３の半径方向
外側から、図５に示す羽根３１に向けて水を射出するこ
とになる。なお、カバー１５には、下方に１枚の板状部
１５１が延びており、この板状部１５１は、図１に示す
ように、発電用水車３の周りのうち、水車室５０と流体
出口１３との連通部分１３１において発電用水車３の側
方を覆った状態となる。

【００２５】再び図１において、本体ケース１にカバー
１５を取り付けた状態においてカバー１５の上面には凹
部１４が形成されるので、そこにカップ状ケース５の下
面側が嵌めこまれる。カップ状ケース５は、中央の円筒
部５５の下端縁から外周側にフランジ部が広がり、か
つ、フランジ部は、外周側が上方に屈曲した後、外側に
折れ曲がっていることにより、下面側には環状部分５６
が形成され、この環状部分５６が凹部１４にはめ込まれ
ている。この際、環状部分５６の外周部分と凹部１６と
の間にＯリング８が配置され、ここでの液密が確保され
ている。このカップ状ケース５において、円筒部５５の
上面には、支軸７の上端部を支持する軸受部分５２が形
成されている。

【００２６】このようにして本体ケース１に被せられた
カップ状ケース５の円筒部５５に対しては、環状に構成
されたステータ部６が装着される。ステータ部６は、軸
方向に重ねて配置された２つの相６０１、６０２で構成
されている。各相６０１、６０２は、それぞれ外ヨーク
６１と、この外ヨーク６１に一体的に形成された外極歯
６１１と、内ヨーク６２と、この内ヨーク６２に一体的
に形成された内極歯６２１と、コイルボビンに巻回され
たコイル６３とを備えている。コイル６３の巻き始め部
分および巻き終わり部分は、それぞれ端子部６４に接続
されている。

【００２７】このような構成のステータ部６をカップ状
ケース５の円筒部５５の外側部分に嵌めこんだ状態で、
ステータ部６の各極歯６１１、６２１と、回転体４に装
着されているロータマグネット２との間には磁束が流れ
ている。従って、発電用水車３とともに、回転体４全体
が回転すると、この磁束の流れの変化が生じ、この流れ
の変化を防止する方向にコイル６３に誘起電圧が発生す
る。この誘起電圧は、端子部６４から取り出される。こ
のような形で取り出された誘起電圧は、回路により直流
に変換され、所定の回路（図示省略）を通して整流され
電池に充電される。

【００２８】また、ステータ部６を覆うように樹脂ケー
ス９が被せられ、この樹脂ケース９は、カップ状ケース
５とともに本体ケース１に対してねじ１０によって固定
される。この樹脂ケース９には、図１および図２に示す
ように、端子部６４を覆うフード部９１が形成されてい
る。このフード部９１には、端子部６４に一方端が接続
されたリード線６５の他端側を外部へ引き出すための引
き出し部９２が形成されている。この引き出し部９２に
は、外部とステータ部６とを封止するシール剤（図示せ
ず）が充填され、外部から引き出し部９２を通ってステ
ータ部６へ水が浸入するのを防止する構造になってい
る。

【００２９】図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すよう
に、発電用水車３は、回転体４の下端部に形成された胴
部３３と、この胴部から放射状に形成された羽根３１と
から構成されている。胴部３３は、軸孔４１を構成する
円筒状の小筒部３３１と、この小筒部３３１より径の大
きい大筒部３３２と、両筒部３３１、３３２を連結した
骨部３３３とから形成されている。なお、両筒部３３
１、３３２の間は軸方向に貫通し、このような貫通部分
３３４によって水車室５０において水を循環させ、回転
体４（発電用水車３）の回転を滑らかにする。

【００３０】羽根３１は、各射出口２２１、２２２、２
２３、２２４から射出される水の圧力を受けやすいよう
に途中部分が湾曲している。このため、発電用水車３
は、流体入口１２から流れ込んだ水が各射出口２２１、
２２２、２２３、２２４で絞られて圧力を高められた状
態で羽根３１に勢い良くぶつかり、その水力で支軸７を
回転中心として回転するようになっている。なお、羽根
３１にぶつけられた水は、水車室５０において発電用水
車３の下方位置に形成されている排出空間２５を通って
流体出口１３に向かい、この流体出口１３から排出され
る。

【００３１】回転体４において、その上半部分にはロー
タマグネット２が嵌めこまれ、このロータマグネット２
の外周面には多極着磁がなされている。

【００３２】（発電用の第１の流路）このように構成し
た水力発電装置１００において、以下に説明するよう
に、流体入口１２から流れ込んだ水は、流体入口１２か
ら流体出口１３までの間に水車室５０を備える第１の流
路１１０（図１に矢印Ａで示す）を通って発電に寄与す
る。

【００３３】まず、水力発電装置１００において、流体
入口１２から流れ込んだ水は、注水用壁２０１にぶつか
って上方に流れ、本体ケース１の環状面１８とカバー１
５と間において、凹部２６からなる導水路２７を通って
各射出口２２１、２２２、２２３、２２４から水車室５
０の発電用水車３の羽根３１に射出される。その結果、
発電用水車３が回転する。そして、発電用水車３を回し
終えた水は、下方に形成されている排出空間２５に落下
し、そこから流体出口１３に向かう。

【００３４】（バイパス用の第２の流路）水力発電装置
１００において、本形態では、流体入口１２から流体出
口１３までの間で発電用の第１の流路１１０に対して並
列に第２の流路１２０が形成されている。すなわち、ケ
ース本体１には、第１の流路１１０（水車室５０の射出
口２２１、２２２、２２３、２２４）を通らずに水車室
５０の下側に直接、流れ込むバイパス用の第２の流路１
２０が形成されている。

【００３５】このような第２の流路１２０を構成するに
あたって、本形態では、図１に示すように、流体入口１
２の側において、注水用壁２０１の下方位置には、排出
空間２５に連通する第２の流路１２０が形成されてい
る。また、排出空間２５を利用して、第２の流路１２０
に対する弁機構２００が構成され、この弁機構２００
は、流量が大になって流体圧が所定圧以上になったとき
に第２の流路１２０を閉状態から開状態に切り換える。

【００３６】このような弁機構２００を構成するにあた
って、本形態では、図６に示すように、まず、突起５１
を利用して、排出空間２５の底部に軸状ガイド部２１１
を備えるガイド２１０を固定する。また、軸状ガイド部
２１１の先端部分には、軸状ガイド部２１１の軸線方向
に摺動可能な弁体２２０を取り付けるとともに、ガイド
２１０の環状座部２１２と、弁体２２０の環状座部２２
１との間に圧縮コイルばね２３０を配置する。ここで、
弁体２２０は、その先端側において第２の流路１２０内
に位置するガイド部２２２、このガイド部２２２と環状
座部２２１との間に形成された細径部分からなるシール
材装着部２２３、およびこのシール材装着部２２３に装
着されたシール材２２５から構成されている。

【００３７】このように構成した弁機構２００では、第
２の流路１２０を閉状態および開状態に変位可能な弁体
２２０と、流体圧に抗して弁体２２０を第２の流路１２
０が閉状態となる方向に付勢する圧縮コイルばね２３０
とを用いているため、流量が大になって流体圧が所定値
以上になったとき、第２の流路１２０は、閉状態から開
状態に切り換るとともに、流体圧が所定値未満になった
とき、第２の流路１２０は、自動的に開状態から閉状態
に切り換る。

【００３８】（本形態の効果）以上説明したように、本
形態の水力発電装置１００では、流体入口１２から流体
出口１３までの間で第１の流路１１０に並列する第２の
流路１２０が構成されているため、流体入口１２から本
体ケース１内に流れ込んだ水の流量が大のとき、第２の
流路１２０が弁機構２００によって開状態になるため、
その一部が第１の流路１１０を通って射出口２２１、２
２２、２２３、２２４から発電用水車３の羽根３１に向
けて射出された後、排出空間２５を経て流体出口１３に
向かう一方、残りの流体は、射出口２２１、２２２、２
２３、２２４を通らず、第２の流路１２０を通ってその
まま排出空間２５を経て流体出口１３に向かう。このた
め、射出口２２１、２２２、２２３、２２４によって流
路を絞ることにより流速を高めて発電用水車３の羽根３
１に水を射出しても、本体ケース１内全体としてみた場
合、流路の抵抗が小さい。従って、十分な流量を確保す
る場合でも、流体入口１２側での水圧が低くてよい。

【００３９】また、射出口２２１、２２２、２２３、２
２４によって流路を絞っているが、流量が大のとき、流
体入口１２から本体ケース１内に流れ込んだ流体の一部
は、水車室５０を通らず、第２の流路１２０を通ってそ
のまま排出空間２５を経て流体出口１３に向かうため、
発電に用いる第１の流路１１０の側では、流速が過剰に
速くなることがない。それ故、流路内での水流が乱れて
ノイズが発生するという問題を回避することができ、か
つ、水が発電用水車３に強く衝突するのを防ぐことがで
きるので、この点でもノイズの発生を抑えることができ
る。

【００４０】さらに、発電用水車３が異常な高速回転を
行うのを防ぐことができるので、発電用水車３の回転バ
ランスのずれや振れが大きなノイズを引き起こすという
問題も回避できる。

【００４１】さらにまた、発電水車３が異常な高速回転
することを防止できるため、軸受を構成する軸孔４１な
どが異常磨耗するという問題も回避できる。

【００４２】しかも、流量が小のときは、弁機構２００
は、第２の流路１２０を閉状態にするため、流量が小の
ときは全ての水が第１の流路１１０を流れて発電に寄与
するので、流量が小のときでも発電効率が高い。

【００４３】また、本形態では、水車室３の下方位置に
は、発電用水車３を回し終えた水が排出されてくる排出
空間２５が形成され、この排出空間２５に第２の流路１
２０が連通している。このため、第１の流路１１０を流
れる流体と第２の流路１２０を流れる流体とにおいて、
排出空間２５から流体出口１３までを共通の流路とする
ことができる。しかも、排出空間２５を利用して第２の
流路１２０に対する弁機構２００を配置できる。それ
故、本体ケース１を大型化しなくても、本体ケース１内
に２つの流路と弁機構２００とを設けることができる。

【００４４】［実施の形態２］図７は、本発明の実施の
形態２に係る小型水力発電装置の縦断面図である。な
お、本形態の小型発電装置の基本的な構成は、バイパス
用の第２の流路および弁機構の構成を除いて実施の形態
１と同様であるため、共通する機能を有する部分には同
一の符号を付すことにしてそれらの説明を省略する。

【００４５】図７において、本形態の水力発電装置１０
０でも、流体入口１２から流れ込んだ水は、流体入口１
２から流体出口１３までの間に水車室５０を備える第１
の流路１１０（矢印Ａで示す）を通って発電に寄与す
る。すなわち、流体入口１２から流れ込んだ水は、注水
用壁２０１にぶつかって上方に流れ、本体ケース１の環
状面１８とカバー１５と間において、凹部２６からなる
導水路２７を通って各射出口２２１、２２２、２２３、
２２４から水車室５０の発電用水車３の羽根３１に射出
される。その結果、発電用水車３が回転する。そして、
発電用水車３を回し終えた水は、下方に形成されている
排出空間２５に落下し、そこから流体出口１３に向か
う。

【００４６】また、本形態の水力発電装置１００でも、
流体入口１２から流体出口１３までの間で水車室５０に
並列して形成されたバイパス用の第２の流路が形成され
ている。すなわち、本形態では、本体ケース１の下方位
置に第２の流路１２０Ａを構成する筒状の付属ケース６
０が設けられており、この付属ケース６０の一方の端部
は、本体ケース１に対して流体入口１２と注水用壁２０
１との間に相当する部分に開けられた縦穴１０１に連通
し、付属ケース６０の他方の端部は、本体ケース１に対
して流体出口１３と排出空間２５との間に相当する部分
に開けられた縦穴１０２に連通している。

【００４７】また、本形態の水力発電装置１００では、
付属ケース６０の一方の端部における立ち上がり部分６
１を利用して、第２の流路１２０Ａに対する弁機構２０
０Ａが構成され、この弁機構２００Ａは、流量が大にな
って流体圧が所定圧以上になったときに第２の流路１２
０Ａを閉状態から開状態に切り換える。

【００４８】このような弁機構２００Ａを構成するにあ
たって、本形態では、立ち上がり部分６１の底部分に圧
縮コイルばね２４０を配置する。また、圧縮コイルばね
２４の上端部分には、付属ケース６０と本体ケース１と
の連結部分に構成されている段差部分にシール材２５１
が当接する弁体２５０が連結されている。ここで、弁体
２５０に用いたガイド２５２は、本体ケース１に形成さ
れた縦穴１０１内に位置するガイド部分２５３と、圧縮
コイルばね２４０との連結部分２５４、およびシール材
２５１の装着部分２５５とを備えている。

【００４９】このように構成した弁機構２００Ａでは、
第２の流路１２０Ａを閉状態および開状態に変位可能な
弁体２５０と、流体圧に抗して弁体２５０を第２の流路
１２０Ａが閉状態となる方向に付勢する圧縮コイルばね
２４０とを用いているため、流量が大になって流体圧が
所定値以上になったとき、第２の流路１２０Ａは、閉状
態から開状態に切り換るとともに、流体圧が所定値未満
になったとき、第２の流路１２０Ａは、自動的に開状態
から閉状態に切り換る。

【００５０】従って、本形態の水力発電装置１００で
は、流体入口１２から本体ケース１内に流れ込んだ水の
流量が大のとき、第２の流路１２０Ａが弁機構２００Ａ
によって開状態になるため、その一部が第１の流路１１
０を通って射出口２２１、２２２、２２３、２２４から
発電用水車３の羽根３１に向けて射出された後、排出空
間２５を経て流体出口１３に向かう一方、残りの流体
は、水車室５０を通らず、第２の流路１２０Ａを通って
そのまま流体出口１３に向かう。このため、射出口２２
１、２２２、２２３、２２４によって流路を絞ることに
より流速を高めて発電用水車３の羽根３１に水を射出し
ても、本体ケース１内全体としてみた場合、流路の抵抗
が小さいなど、実施の形態１と同様な効果を奏する。

【００５１】［実施の形態３］図８は、本発明の実施の
形態３に係る小型水力発電装置の本体ケースに構成した
第２の流路、およびこの流路に対する弁機構の構成を説
明するための縦断面図である。図９は、図８に示す小型
水力発電装置に構成した第２の流路、およびこの流路に
対する弁機構の構成を説明するための本体ケースの平面
図である。図１０（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、図８およ
び図９に示す弁機構を拡大して示す平面図、および図１
０（Ａ）のＸ側からみた側面図である。なお、本形態の
小型発電装置の基本的な構成は、バイパス用の第２の流
路および弁機構の構成を除いて実施の形態１と同様であ
るため、共通する機能を有する部分には同一の符号を付
すことにしてそれらの説明を省略する。

【００５２】図８において、本形態の水力発電装置１０
０でも、流体入口１２から流れ込んだ水は、流体入口１
２から流体出口１３までの間に水車室５０を備える第１
の流路１１０（矢印Ａで示す）を通って発電に寄与す
る。すなわち、流体入口１２から流れ込んだ水は、注水
用壁２０１にぶつかって上方に流れ、本体ケース１の環
状面１８とカバー１５と間において、凹部２６からなる
導水路２７を通って各射出口２２１、２２２、２２３、
２２４から水車室５０の発電用水車３の羽根３１に射出
される。その結果、発電用水車３が回転する。そして、
発電用水車３を回し終えた水は、下方に形成されている
排出空間２５に落下し、そこから流体出口１３に向か
う。

【００５３】また、本形態の水力発電装置１００でも、
流体入口１２から流体出口１３までの間で水車室５０に
並列して形成されたバイパス用の第２の流路が形成され
ている。このような第２の流路を構成するにあたって、
本形態では、流体入口１２の側において、注水用壁２０
１の下方位置には、排出空間２５に連通する第２の流路
１２０が形成されている。

【００５４】また、本形態では、排出空間２５を利用し
て、第２の流路１２０に対する弁機構２００Ｂが構成さ
れ、この弁機構２００Ｂは、流量が大になって流体圧が
所定圧以上になったときに第２の流路１２０を閉状態か
ら開状態に切り換える。

【００５５】このような弁機構２００Ｂを構成するにあ
たって、本形態では、図９、および図１０（Ａ）、
（Ｂ）に示すように、まず、排出空間２５の底部に円柱
状の突起１０５を形成する。また、巻回部分２６１から
延びて軸受用の突起５１に引っ掛かるフック部２６２、
および巻回部分２６１から延びて弁体２７０に当接する
立ち上がり部２６３を備える捻りばね２６０を準備す
る。また、弁体２７０は、突起１０５が嵌る円筒部２７
１（回転中心軸部）と、この円筒部２７１から延びて第
２の流路１２０の排出空間２５側の開口を塞ぐ板状のシ
ール部２７２とを備えている。

【００５６】このような部材を用いて弁機構２００Ｂを
構成するには、まず、捻りばね２６０の巻回部分２６１
を突起１０５に嵌めた後、フック部２６２を突起５１に
引っ掛ける。次に、弁体２７０の円筒部２７１を突起１
０５に嵌め、そこから延びるシール部２７２で第２の流
路１２０の排出空間２５側の開口を塞ぎ、かつ、その背
面側に捻りばね２６０の立ち上がり部２６３を当接させ
る。その結果、シール部２７２は、捻りばね２６０によ
って第２の流路１２０の排出空間２５側の開口を塞ぐ方
向に付勢される。

【００５７】このように構成した弁機構２００Ｂでも、
流量が大になって第２の流路１２０での水圧が所定値以
上になったとき、シール部２７２が捻りばね２６０の付
勢力に抗して円筒部２７１を中心に回転して、第２の流
路１２０は、閉状態から開状態に切り換るとともに、流
体圧が所定値未満になったとき、シール部２７２が捻り
ばね２６０の付勢力によって円筒部２７１を中心に回転
し、第２の流路１２０は、自動的に開状態から閉状態に
切り換る。

【００５８】従って、本形態の水力発電装置１００で
も、流体入口１２から本体ケース１内に流れ込んだ水の
流量が大のとき、第２の流路１２０が弁機構２００Ｂに
よって開状態になるため、その一部が第１の流路１１０
を通って射出口２２１、２２２、２２３、２２４から発
電用水車３の羽根３１に向けて射出された後、排出空間
２５を経て流体出口１３に向かう一方、残りの流体は、
水車室５０を通らず、第２の流路１２０を通ってそのま
ま排出空間２５を経て流体出口１３に向かう。従って、
射出口２２１、２２２、２２３、２２４によって流路を
絞ることにより流速を高めて発電用水車３の羽根３１に
水を射出しても、本体ケース１内全体としてみた場合、
流路の抵抗が小さいので、十分な流量を確保する場合で
も、流体入口１２側での水圧が低くてよいなど、実施の
形態１と同様な効果を奏する。

【００５９】［実施の形態４］図１１は、本発明の実施
の形態４に係る小型水力発電装置に構成した第２の流
路、およびこの流路に対する弁機構の構成を説明するた
めの本体ケースの平面図である。図１２（Ａ）、（Ｂ）
はそれぞれ、図１１に示す弁機構を拡大して示す平面
図、および図１２（Ａ）のＸ側からみた側面図である。
なお、本形態の小型発電装置の基本的な構成は、バイパ
ス用の第２の流路および弁機構の構成を除いて実施の形
態１、３と同様であるため、共通する機能を有する部分
には同一の符号を付すことにしてそれらの説明を省略す
る。

【００６０】図１１に示すように、本形態の水力発電装
置１００では、本体ケース１において、水車室５０を囲
む環状面１８には溝状の凹部２６が形成され、その内側
には周方向に延びた４つの注水用壁２０７、２０８、２
０９、２１０が形成されている。ここで、凹部２６は、
注水用壁２０７、２０８の間が深くなって流体入口１２
と連通している。また、注水用壁２０７、２０８、２０
９，２１０の上面には、狭い溝２０６が形成されてい
る。

【００６１】このように構成した本体ケース１を用いた
場合も、注水部３０を構成するには、図４に示すような
円環状のカバー１５が被せられ、その結果、カバー１５
は、凹部２６の上面を覆い、この凹部２６によって本体
ケース１の流体入口１２から流れ込んだ水を水車室５０
の周りに導く導水路２７を構成するとともに、注水用壁
２０７、２０８の途切れ部分によって、水車室５０の内
周面で開口する複数の射出口２２６、２２７、２２８を
構成することになる。但し、カバー１５に形成される突
起１５６については、注水用壁２０７、２０８、２０
９，２１０に形成されている溝２０６に対応させて、そ
の形状や位置が変更されている。

【００６２】また、本形態では、図１１と図９と比較す
ればわかるように、水車室５０の平面形状は円形である
が、水車室５０の側面には、後述する弁体２７０から延
びる軸部２７５を通す切り欠き５０１が軸線方向に延び
ている。

【００６３】このように構成した水力発電装置１００で
も、流体入口１２から流れ込んだ水は、流体入口１２か
ら流体出口１３までの間に水車室５０を備える第１の流
路１１０を通って発電に寄与する。すなわち、流体入口
１２から流れ込んだ水は、本体ケース１の環状面１８と
カバー１５と間において、凹部２６からなる導水路２７
を通って各射出口２２６、２２７、２２８から水車室５
０の発電用水車３の羽根３１に射出される。その結果、
発電用水車３が回転する。そして、発電用水車３を回し
終えた水は、下方に形成されている排出空間２５に落下
し、そこから流体出口１３に向かう。

【００６４】また、本形態の水力発電装置１００でも、
流体入口１２から流体出口１３までの間で第１の流路１
１０に並列して形成されたバイパス用の第２の流路１２
０が形成されている。このような第２の流路１２０を構
成するにあたって、本形態では、実施の形態３と同様、
流体入口１２の側において、注水用壁２０１の下方位置
には、排出空間２５に連通する第２の流路１２０が形成
されている。

【００６５】また、本形態でも、実施の形態３と同様、
排出空間２５を利用して、第２の流路１２０に対する弁
機構２００Ｃが構成され、この弁機構２００Ｃは、流量
が大になって流体圧が所定圧以上になったときに第２の
流路１２０を閉状態から開状態に切り換える。

【００６６】このような弁機構２００Ｃを構成するにあ
たって、本形態では、図１１、および図１２（Ａ）、
（Ｂ）に示すように、まず、排出空間２５の底部に円柱
状の突起１０５を形成する。但し、本形態では、図１１
と図９とを比較すればわかるように、突起１０５は、水
車室５０の外周部分に一部がかかるように形成されてい
る。また、本形態でも、巻回部分２６１から延びて軸受
用の突起５１に引っ掛かるフック部２６２、および巻回
部分２６１から延びて弁体２７０に当接する立ち上がり
部２６３を備える捻りばね２６０を準備する。また、弁
体２７０は、突起１０５が嵌る円筒部２７１と、この円
筒部２７１から延びて第２の流路１２０の排出空間２５
側の開口を塞ぐ板状のシール部２７２とを備えている。
ここで、捻りばね２６０は、立ち上がり部２６３の上端
部分２６９が折れ曲がっており、この上端部分２６９
は、板状のシール部２７２の上端面に引っ掛かるように
なっている。

【００６７】このような部材を用いて弁機構２００Ｃを
構成するには、まず、捻りばね２６０の巻回部分２６１
を突起１０５に嵌めた後、フック部２６２を突起５１に
引っ掛ける。次に、弁体２７０の円筒部２７１を突起１
０５に嵌め、そこから延びるシール部２７２で第２の流
路１２０の排出空間２５側の開口を塞ぎ、かつ、その背
面側に捻りばね２６０の立ち上がり部２６３を当接させ
る。その結果、シール部２７２は、捻りばね２６０によ
って第２の流路１２０の排出空間２５側の開口を塞ぐ方
向に付勢される。この際、捻りばね２６０については、
立ち上がり部２６３の上端部分２６９をシール部２７２
の上端面に引っ掛けることにより、捻りばね２６０がシ
ール部２７２から外れることを防止する。

【００６８】ここで、弁体２７０では、円筒部２７１か
ら上方に細い軸部２７５が延びており、この軸部２７５
は、発電用水車３の側方位置を通って発電用水車３の上
から突き出て、カバー１５に当接している。このため、
弁体２７０の上下方向の位置が規制されるので、弁体２
７０の円筒部２７１が突起１０５から抜け出るのが防止
され、発電用水車３との接触が防止される。なお、図１
２（Ｂ）に示すように、カバー１５に軸部２７５の上端
部が緩く嵌る支持孔１５９を形成しておき、弁体２７０
がカバー１５および突起１０５によって両持ち状態に支
持されるようにしてもよい。それでも、軸部２７５は、
図１１に示す切り欠き５０１の内側を通っているので、
発電用水車の３の回転を妨げない。

【００６９】このように構成した弁機構２００Ｃでも、
流量が大になって第２の流路１２０での水圧が所定値以
上になったとき、第２の流路１２０は、閉状態から開状
態に切り換るとともに、流体圧が所定値未満になったと
き、第２の流路１２０は、自動的に開状態から閉状態に
切り換る。従って、流体入口１２から本体ケース１内に
流れ込んだ水の一部が第１の流路１１０を通って射出口
２２６、２２７、２２８から発電用水車３の羽根３１に
向けて射出された後、排出空間２５を経て流体出口１３
に向かう一方、残りの流体は、水車室５０を通らず、第
２の流路１２０を通ってそのまま排出空間２５を経て流
体出口１３に向かう。従って、射出口２２６、２２７、
２２８によって流路を絞ることにより流速を高めて発電
用水車３の羽根３１に水を射出しても、本体ケース１内
全体としてみた場合、流路の抵抗が小さいので、十分な
流量を確保する場合でも、流体入口１２側での水圧が低
くてよいなど、実施の形態１と同様な効果を奏する。

【００７０】［その他の実施の形態］上記のいずれの実
施形態でも、バイパス用の第２の流路１２０に対して弁
機構を設けたが、消費電力の小さな装置に搭載される場
合には、高い発電能力が求められない。このような場合
には、弁機構を設けずに、バイパス用の第２の流路１２
０のみを設けてもよい。このような構成によれば、流量
の大小にかかわらず、流体入口から流れ込んだ流体は、
その一部が第１の流路を通って射出口から発電用水車の
羽根に射出された後、流体出口に向かう一方、残りの流
体は、水車室を通らず、第２の流路を通ってそのまま流
体出口に向かう。このため、射出口によって流路を絞る
ことにより流速を高めて発電用水車の羽根に流体を射出
しても、全体としてみた場合、流路の抵抗が小さいなど
の効果を奏する。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る水力
発電装置では、流体入口から流体出口までの間で水車室
に並列するバイパス用の第２の流路が構成されているた
め、流体入口から流れ込んだ流体は、その一部が発電用
の第１の流路を通って射出口から発電用水車の羽根に射
出された後、流体出口に向かう一方、残りの流体は、水
車室を通らず、第２の流路を通ってそのまま流体出口に
向かう。このため、射出口によって流路を絞ることによ
り流速を高めて発電用水車の羽根に流体を射出しても、
全体としてみた場合、流路の抵抗が小さい。従って、十
分な流量を確保する場合でも、流体入口側での水圧が低
くてよい。また、射出口によって流路を絞っているが、
流体入口から流れ込んだ流体の一部は、水車室を通ら
ず、第２の流路を通ってそのまま流体出口に向かうた
め、流量が大きいときでも、発電に用いる第１の流路の
側では、流速が過剰に速くことがない。それ故、流路内
での水流が乱れてノイズが発生するという問題を回避す
ることができる。さらに、流体が発電用水車に強く衝突
するのを防ぐことができるので、この点でもノイズの発
生を抑えることができる。さらにまた、発電用水車が異
常な高速回転を行うのを防ぐことができるので、発電用
水車の回転バランスのずれや振れが大きなノイズを引き
起こすという問題も回避できる。しかも、発電水車が異
常な高速回転することを防止できるため、軸受が異常磨
耗するという問題も回避できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係る小型水力発電装置
の縦断面図である。

【図２】図１の矢印II方向からみた側面図である。

【図３】図１に示す小型水力発電装置に用いた本体ケー
スの平面図である。

【図４】（Ａ）、（Ｂ）は、図１に示す小型水力発電装
置において、本体ケースと一緒に射出口を構成するカバ
ーの底面図、および断面図である。

【図５】図１に示す小型水力発電装置に用いた回転体の
一部を切り欠いて示す側面図、平面図、および底面図で
ある。

【図６】図１に示す小型水力発電装置に用いた弁機構の
説明図である。

【図７】本発明の実施の形態２に係る小型水力発電装置
の縦断面図である

【図８】本発明の実施の形態３に係る小型水力発電装置
の本体ケースに構成した第２の流路、およびこの流路に
対する弁機構の構成を説明するための縦断面図である。

【図９】図８に示す小型水力発電装置に構成した第２の
流路、およびこの流路に対する弁機構の構成を説明する
ための本体ケースの平面図である。

【図１０】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、図８および図９
に示す弁機構を拡大して示す平面図、および図１０
（Ａ）のＸ側からみた側面図である。

【図１１】本発明の実施の形態４に係る小型水力発電装
置に構成した第２の流路、およびこの流路に対する弁機
構の構成を説明するための本体ケースの平面図である。

【図１２】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、図１１に示す弁
機構を拡大して示す平面図、および図１２（Ａ）のＸ側
からみた側面図である。

【符号の説明】

１本体ケース２マグネット３発電用水車４回転体５カップ状ケース６ステータ部７支軸１１本体部１２流体入口１３流体出口１５カバー１８、１９環状面２５排出空間２６溝状の凹部２７導水路３０注水部３１羽根３３発電用水車の胴部４１軸孔５０水車室５１突起５２軸受部分６０付属ケース６１付属ケースの立ち上がり部分６３コイル１００水力発電装置１０１、１０２本体ケースの縦穴１１０発電用の第１の流路１２０バイパス用の第２の流路２００、２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ弁機構２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０７、２
０８，２０９，２１０注水用壁２２０、２５０、２７０弁体２２１、２２２、２２３、２２４、２２６、２２７、２
２８射出口２３０、２４０圧縮コイルばね（ばね部材）２６０捻りばね（ばね部材）２７１円筒部（回転中心軸部）２７２板状のシール部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3H059 AA03 AA11 CC06 CD04 CD07 EE01 FF02 3H072 AA03 AA27 BB09 BB19 CC01 CC42 CC71 CC82 3H074 AA12 BB21 BB30 CC11 CC31 CC43 5H590 AA01 AB03 CA11 CC02 CD01 CE01 EA07 EB14 FA01 FB01 GA10 HA17 HB20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体入口から流体出口までの間に水車室
を備える発電用の第１の流路と、前記水車室に配置され
た発電用水車と、該発電用水車に連動して回転するロー
タマグネットとを有し、前記第１の流路には、当該第１
の流路を絞って流体を前記発電用水車の羽根に高速で射
出させる射出口が形成された水力発電装置において、さらに、前記流体入口から前記流体出口までの間には前
記水車室に対して並列なバイパス用の第２の流路が形成
されていることを特徴とする水力発電装置。
【請求項２】請求項１において、前記射出口は、前記
発電用水車の半径方向外側から当該発電用水車の羽根に
向けて流体を射出するとともに、前記水車室の下方位置
には、当該水車室から流体が排出されてくる排出空間が
形成され、該排出空間には、前記第２の流路が連通していることを
特徴とする水力発電装置。
【請求項３】請求項１において、前記第２の流路は、
前記流体入口と前記水車室の間、および前記流体出口と
前記水車室との間に連通していることを特徴とする水力
発電装置。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれかにおいて、
前記第２の流路に対して、流体圧が所定圧以上になった
ときに当該第２の流路を閉状態から開状態に切り換える
弁機構が構成されていることを特徴とする水力発電装
置。
【請求項５】請求項４において、前記弁機構は、前記
第２の流路を閉状態および開状態に変位可能な弁体と、
前記流体圧に抗して前記弁体を前記第２の流路を閉状態
にする方向に付勢するばね部材とを備えていることを特
徴とする水力発電装置。
【請求項６】請求項５において、前記弁体は、回転中
心軸部と、該回転中心軸部から延びて前記第２の流路を
閉塞可能な板状のシール部とを備え、前記ばね部材は、前記板状のシール部を前記回転中心軸
部周りに回転させて前記第２の流路を閉状態と開状態と
に切り換える捻りばねであることを特徴とする水力発電
装置。
【請求項７】請求項６において、前記回転中心軸は、
前記発電用水車の側方位置を通って上方に延びる軸部を
備えるとともに、該軸部の上端部がカバーに当接するこ
とにより、前記弁体の上下方向の位置が規定されている
ことを特徴とする水力発電装置。
【請求項８】請求項１ないし７のいずれかにおいて、
前記流体は、蛇口から射出される水であることを特徴と
する水力発電装置。