JP2003269315A

JP2003269315A - 用水路用水力発電装置

Info

Publication number: JP2003269315A
Application number: JP2002070455A
Authority: JP
Inventors: Yukio Otsuki; 幸夫大月; Katsukiyo Otsuki; 勝清大月; Takumi Moriyama; 巧森山; Tatsuo Miyamoto; 達夫宮本
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc; Nippon Koei Co Ltd
Current assignee: Nippon Koei Co Ltd; Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
Priority date: 2002-03-14
Filing date: 2002-03-14
Publication date: 2003-09-25

Abstract

(57)【要約】【目的】農業用水等の用水路を利用する水力発電装置
であって、小型で建設コストが安く、仮に故障したり運
転を停止しても水流を妨げることがなく、外観的にも異
和感を与えることがない用水路用水力発電装置を得る。【構成】用水路に設けられている（設ける）越流堰を
利用するべく、用水路の越流堰近傍に、該用水路の幅方
向の両側に位置させて用水路固定枠を固定し、越流堰よ
り下流側に位置させて、この用水路固定枠に固定される
水車ユニットを設ける。水車ユニットは、用水路固定枠
に固定される枠体と；この枠体に回転軸を用水路の幅方
向に向けて回転自在に支持された水車と；この水車の回
転軸に連動して回転し発電機に接続される被動軸と；を
備えており、かつ、水車のランナが、越流堰より上流側
の上水位より下方に位置する大きさに設定されている用
水路用水力発電装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、農業用水等の用水路に設置して
好適な用水路用水力発電装置に関する。

【０００２】

【従来技術及びその問題点】近年、小出力のクリーンエ
ネルギー源として、小型の水力発電装置が注目されてお
り、その一つとして、落差２ｍ程度、流量数トン〜数十
トン／秒程度の流量の用水路を利用する水力発電装置が
提案されている。しかし従来品は、装置が大型で建設コ
ストが高いだけでなく、設置後に周辺に与える影響が十
分考慮されていない。例えば、流木等の異物（障害物）
が発電装置に詰まって流れを阻害する問題、故障や運転
停止時の流路の確保の問題、外観的に用水路が遮断され
ているかの如き異和感を与える問題等である。

【０００３】

【発明の目的】本発明は、農業用水等の用水路を利用す
る水力発電装置であって、小型で建設コストが安く、仮
に故障したり運転を停止しても水流を妨げることがな
く、外観的にも異和感を与えることがない用水路用水力
発電装置を得ることを目的とする。

【０００４】

【発明の概要】本発明は、用水路に設けられている（設
ける）越流堰を利用する、工事コストを最小限にする、
装置の殆どを用水路内に収める、という着眼に基づいて
なされたものである。

【０００５】本発明による用水路用水力発電装置は、ま
ず用水路の越流堰を利用するべく、用水路の越流堰近傍
に、該用水路の幅方向の両側に位置させて固定される用
水路固定枠；及び越流堰より下流側に位置させて、上記
用水路固定枠に固定される水車ユニット；を構成要素と
している。そして、水車ユニットは、少なくとも、用水
路固定枠に固定される枠体と；この枠体に回転軸を用水
路の幅方向に向けて回転自在に支持された水車と；この
水車の回転軸に連動して回転し発電機に接続される被動
軸と；を備えており、かつ、水車のランナを、越流堰よ
り上流側の上水位より下方に位置する大きさに設定した
ことを特徴としている。この水力発電装置によれば、用
水路に事前に設置するのは実質的に用水路固定枠だけと
し、水車ユニットは工場生産とすることができるので、
建設コストを大幅に低減できる。また、水車のランナを
越流堰より上流側の上水位と下流側の放水位との間に収
まる大きさに設定したことで、水車自体が外観的にウエ
イトを占めることがない、つまり水車自体が用水路内に
収まる小型の水力発電装置が得られる。

【０００６】水車ユニットの枠体は、例えば、用水路の
幅方向の両側に位置し水車の両端の回転軸を支持する左
右枠体と、この左右枠体の間に設けられ、水車の上流側
に該水車の軸線方向に長い給水開口を形成する給水路形
成枠体とから構成するのが望ましい。そして、この給水
路形成枠体は、上水位より上方を開放し、左右枠体のみ
を上水位より上方に延長することで、水車の上方に流路
を確保することができ、増水時その他に対処できる。

【０００７】給水路形成枠体には、給水開口の下縁を規
定する固定下枠と、この固定下枠に対して可動で給水開
口の上下方向の幅を変化させる可動上枠とを設けること
が好ましい。この固定下枠は、水車の下面に、該水車の
周面に沿う滑らかな流路を形成する流路形成板によって
形成することができる。

【０００８】可動上枠は、左右枠体に上下方向に向けて
ねじ結合された送りねじの下端部に支持し、該送りねじ
に回動操作部を設けることで、簡単な上下動の操作機構
が得られる。

【０００９】用水路の幅方向の左右の用水路固定枠の間
には、越流堰の高さ位置よりやや下方に位置させて、異
物が給水開口に進入するのを防ぐスクリーンを設けるの
がよい。また、水車の上面は、覆い板を設けることによ
り水流を妨げない流路が確保でき、水車の故障や運転停
止時のために別途流路を設置する必要がない。

【００１０】用水路固定枠は、越流堰の下流側に該越流
堰に沿わせて設置するのが実際的である。また用水路固
定枠と水車ユニットには、軸線を上下方向に向けた穴軸
の係合構造を含む、用水路固定枠に対して水車ユニット
を上下方向に着脱する着脱部を備えることで、水流に対
する高い抵抗力を容易に得ることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本実施形態の水力発電装置は、コ
ンクリート等の固定構造体によって形成される用水路１
の越流堰２（図１、図２）を利用して設置されている。
越流堰２は、該越流堰２の上流側の上水位３と下流側の
放水位４との間に、高さ水頭（位置水頭）Ｈ（図２）を
与える。用水路１は既設でも新設でもよい。

【００１２】用水路１の越流堰２の下流側には、該越流
堰２に沿わせて、かつ該用水路１の幅方向の両側に位置
させて、用水路固定枠１０が固定されている。この用水
路固定枠１０は、簡易な工事で設置可能であり、新設の
用水路１では用水路工事の際に同時に用水路固定枠１０
を設けることができる。この左右の用水路固定枠１０は
それぞれ、用水路１の左右に沿う単純な矩形の枠体とし
て形成されている。用水路１の上部は開放されている
（図４）。

【００１３】工場生産される水車ユニット２０は、用水
路１の幅方向の両側に互いに間隔をおいて位置する左右
枠体２１と、この左右枠体２１の間に設けられた給水路
形成枠体２３とを有している。左右枠体２１にはそれぞ
れ、ランナ２２の軸受２２ｄが備えられ、この軸受２２
ｄに、ランナ２２の両端部の軸２２ａが回転自在に支持
されている。ランナ２２には、軸２２ａと同軸にスプロ
ケットホイル２２ｂが固定されており、このスプロケッ
トホイル２２ｂに無端チェーン２４が巻回されている。
一方、左右枠体２１は、上水位３より十分（最大増水時
にも全てが冠水することがないように）上方に延長され
ており、その一方の上面には、被動軸２５が回転自在に
支持されている。そして、この被動軸２５に同軸一体に
固定されたスプロケットホイル２５ａに、上記無端チェ
ーン２４が巻回されている。従って、ランナ２２の回転
は被動軸２５に取り出される。

【００１４】水車ユニット２０のランナ（回転体）２２
は、複数のべーン２２ｃを有する周知のものであり、本
発明はその具体的構造を問わないが、その直径は、上水
位３より下方に位置する大きさに設定されている。

【００１５】給水路形成枠体２３は、ランナ２２の上流
側に、ランナ２２の軸線方向に長い給水開口２３ａを形
成する。給水開口２３ａは、ランナ２２の軸２２ａの高
さ位置よりやや下方に位置している。この給水開口２３
ａの下縁は、固定下枠（流路形成板）２３ｂによって規
制され、上縁は、可動上枠２３ｃによって規制されてい
る。すなわち、給水開口２３ａの上下方向の幅は、可動
上枠２３ｃを上下動させることで調整可能である。流路
形成板２３ｂは、ランナ２２の下方に、該水車に沿う滑
らかな水路を形成する（図５）。

【００１６】可動上枠２３ｃの左右方向の両端部にはそ
れぞれ、図３に明らかなように、上下方向に向けた送り
ねじ２６の下端部が相対回動可能に結合されており、こ
の左右の送りねじ２６はそれぞれ、左右枠体２１の上端
部に螺合されている。送りねじ２６の左右枠体２１から
の突出端には、操作ハンドル（回動操作部）２６ａが固
定されており、この操作ハンドル２６ａを介して送りね
じ２６を回転操作することで、可動上枠２３ｃが上下動
し、給水開口２３ａの大きさ（上下方向幅）が変化す
る。可動上枠２３ｃを上下動させるときには、左右の送
りねじ２６を同時に同方向に回転操作する。可動上枠２
３ｃを最大に下降させて給水開口２３ａを閉じると、水
車ユニット２０は停止状態となる。

【００１７】給水路形成枠体２３の固定下枠（流路形成
板）２３ｂは、ランナ２２の下面に、該ランナ２２の周
面に沿う滑らかな流路を形成している。また、水車ユニ
ット２０には、ランナ２２の上部を覆う覆い板２７が設
けられている。覆い板２７は上水位３より下方に位置し
ており、また、左右の用水路固定枠１０の間には、用水
路１の越流堰２の高さ位置よりやや下方に位置させてス
クリーン（すのこ）１１が設けられている。このスクリ
ーン１１は、越流堰２を超えた水流に含まれる大きな異
物を取り除き（あるいは異物を越流させ）、水流のみを
給水開口２３ａに進入させる。

【００１８】以上のように、本実施形態の水力発電装置
は、用水路固定枠１０のスクリーン１１の上方、及び水
車ユニット２０の給水路形成枠体２３の上方は開放され
ており、ランナ２２の直径は、上水位３より下方に収ま
る大きさであるので、外観的な異和感を与えることなく
設置できる。また、増水時には、用水路固定枠１０のス
クリーン１１の上方、及び水車ユニット２０の給水路形
成枠体２３の上方の開放空間を水あるいは異物が流れる
ので、本実施形態の水力発電装置が設置後に周辺に与え
る悪影響は殆どない。

【００１９】用水路固定枠１０と水車ユニット２０に
は、その接続対向端面に、用水路固定枠１０に対して水
車ユニット２０を上下方向に着脱する着脱部として、軸
線を上下方向に向けた複数の着脱穴１２と着脱ピン２８
が設けられている（図１、図２）。用水路１に予め固定
された用水路固定枠１０に対し、工場生産された水車ユ
ニット２０を固定する際には、水車ユニット２０をクレ
ーンで吊り下げ、着脱ピン２８を上方から着脱穴１２に
嵌める。このように、用水路固定枠１０と水車ユニット
２０の結合部を上下方向に着脱する穴軸構造とすること
で、設置後に水車ユニット２０に加わる水流に対する十
分な抵抗力を与えることができる。勿論、着脱ピン２８
と着脱穴１２の結合構造に加え、流れ方向のボルト結合
を併用することは自由にできる。

【００２０】また、用水路固定枠１０に固定される水車
ユニット２０の側部には、図１、図４に示すように、別
途に発電機３０を設置する。発電機３０は、水車ユニッ
ト２０上に設置することも可能であるが、増水時の冠水
の問題、水車ユニット２０の給水路形成枠体２３の上方
を開放するという観点から、この実施形態では、用水路
１の側部に設置されている。すなわち、設置台３１上に
は、増速機３２、クラッチ３３を介して発電機３０が設
置されている。用水路固定枠１０に対する水車ユニット
２０の固定工事が終了した後、水車ユニット２０上の被
動軸２５と、増速機３２とがカップリング３４によって
接続される。

【００２１】以上のように、本実施形態の水力発電装置
は、用水路固定枠１０のスクリーン１１の上方、及び水
車ユニット２０の給水路形成枠体２３の上方は開放され
ており、ランナ２２は、上水位３より下方に位置する大
きさであるので、外観的な異和感を与えることなく設置
できる。

【００２２】上記構成の本水力発電装置は、用水路固定
枠１０に水車ユニット２０を固定した完成状態において
運転すると、用水路１の越流堰２を超えた水が用水路固
定枠１０のスクリーン１１を通って落下し、給水路形成
枠体２３の給水開口２３ａからランナ２２の下面を流れ
る。この水流が、べーン２２ｃを有するランナ２２を回
転させ、その回転が無端チェーン２４を介して被動軸２
５に取り出される。被動軸２５の回転は、カップリング
３４、増速機３２、クラッチ３３を介して発電機３０に
伝達され、発電機３０で発電された電力は、送電線を介
して送電される。発電中に何らかの異常が発生したとき
は、クラッチ３３を切断する。

【００２３】水車ユニット２０に何らかの故障が発生し
たときは、現場で修理する他、用水路固定枠１０から分
離した水車ユニット２０をクレーンで吊り上げて工場に
運び、工場内で修理することも可能である。

【００２４】以上の実施形態では、用水路１の上部を開
放するため、左右の固定枠１０を接続する部材は設けて
いない。しかし、固定枠の設置態様に応じ、左右の固定
枠１０を接続して一体にすることを妨げない。

【００２５】

【発明の効果】本発明の水力発電装置は、用水路固定枠
を簡易な設置工事で設置し、水車ユニットは工場生産と
することができるので、建設コストを大幅に低減でき
る。特に既設水路構造を変更することなく、水路内に設
置可能な構造であり、主要構造物を越流堰以下に設置す
ることで、水車の使用水量以上が流れた場合及び水車停
止時でも水車上部を越流するため、既設水路に影響を与
えることがない。また、水車のランナの直径を越流堰よ
り上流側の上水位より下方に位置する大きさに設定した
ことで、水車自体が外観的にウエイトを占めることがな
い、つまりランナ自体が用水路の流水内に収まる小型の
水力発電装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による用水路用発電装置の一実施形態を
示す要部の斜視図である。

【図２】同側面図である。

【図３】同要部の拡大側面図である。

【図４】同正面図である。

【図５】水車、給水開口（水路形成板）及び覆い板の位
置関係を示す斜視図である。

【符号の説明】

１用水路２越流堰３上水位４放水位１０用水路固定枠１１スクリーン１２着脱穴２０水車ユニット２１左右枠体２２ランナ２２ａ軸２２ｂスプロケットホイル２２ｃべーン２２ｄ軸受２３給水路形成枠体２３ａ給水開口２３ｂ固定下枠（流路形成板）２３ｃ可動上枠２４無端チェーン２５被動軸２５ａスプロケットホイル２６送りねじ２６ａ操作ハンドル（回動操作部）２７覆い板２８着脱ピン３０発電機３１設置台３２増速機３３クラッチ３４カップリングＨ高さ水頭

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大月勝清東京都千代田区内幸町１丁目１番３号東京電力株式会社内 (72)発明者森山巧東京都千代田区内幸町１丁目１番３号東京電力株式会社内 (72)発明者宮本達夫東京都千代田区麹町５丁目４番地日本工営株式会社内Ｆターム(参考） 3H074 AA08 AA12 BB10 BB12 BB15 CC12 CC31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】用水路の越流堰近傍に、該用水路の幅方
向の両側に位置させて固定される用水路固定枠；及び上
記越流堰より下流側に位置させて、上記用水路固定枠に
固定される水車ユニット；を有し、上記水車ユニットは、少なくとも、上記用水路固定枠に
固定される枠体と；この枠体に回転軸を用水路の幅方向
に向けて回転自在に支持された水車と；この水車の回転
軸に連動して回転し発電機に接続される被動軸と；を備
え、上記水車のランナは、越流堰より上流側の上水位より下
方に位置する径に設定されていることを特徴とする用水
路用水力発電装置。
【請求項２】請求項１記載の水力発電装置において、
水車ユニットの枠体は、用水路の幅方向の両側に位置し
上記水車の両端の回転軸を支持する左右枠体と、この左
右枠体の間に設けられ、上記水車の上流側に該水車の軸
線方向に長い給水開口を形成する給水路形成枠体とを有
している用水路用水力発電装置。
【請求項３】請求項２記載の水力発電装置において、
上記給水路形成枠体は、上記上水位より上方が開放され
ており、上記左右枠体は上水位より上方に延びている用
水路用水力発電装置。
【請求項４】請求項２または３記載の水力発電装置に
おいて、給水路形成枠体は、上記給水開口の下縁を規定
する固定下枠と、この固定下枠に対して可動で給水開口
の上下方向の幅を変化させる可動上枠とを有している用
水路用水力発電装置。
【請求項５】請求項４記載の水力発電装置において、
固定下枠は、水車の下面に、該水車の周面に沿う滑らか
な流路を形成する流路形成板によって形成されている用
水路用水力発電装置。
【請求項６】請求項４または５記載の水力発電装置に
おいて、可動上枠は、左右枠体に上下方向に向けてねじ
結合された送りねじの下端部に支持されており、該送り
ねじには回動操作部が設けられている用水路用水力発電
装置。
【請求項７】請求項２ないし６のいずれか１項記載の
水力発電装置において、用水路の幅方向の左右の用水路
固定枠の間には、越流堰の高さ位置よりやや下方に位置
させて、異物が給水開口に進入するのを防ぐスクリーン
が設けられている用水路用水力発電装置。
【請求項８】請求項１ないし７のいずれか１項記載の
水力発電装置において、用水路固定枠は、越流堰の下流
側に該越流堰に沿わせて設置されている用水路用水力発
電装置。
【請求項９】請求項１ないし８のいずれか１項記載の
水力発電装置において、用水路固定枠と水車ユニットに
は、軸線を上下方向に向けた穴軸の係合構造を含む、用
水路固定枠に対して水車ユニットを上下方向に着脱する
着脱部が備えられている用水路用水力発電装置。