JP2019060242A - 水力発電装置用の流路規制装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水路内の水位の影響をほとんど受けずに流速を高める効果が得られる水力発電装置用流路規制装置を提供する。【解決手段】水力発電装置１０用の流路規制装置３０であって、水力発電装置１０および流路規制装置３０は流路２に設置され、水力発電装置１０が、水力を回転力に変換する翼車１３、およびこの翼車１３の回転により発電する発電機１９を備え、流路規制装置３０が、翼車１３に対して流路２の所定距離だけ上流側に配置される少なくとも２つの集水板３３，３３であって、流路２の幅方向Ｗに互いに間隔を空けて対向して配置される少なくとも２つの集水板３３，３３と、少なくとも２つの集水板３３，３３の間隔を設定する間隔設定機構３４であって、間隔を流路２の上流側から下流側にかけて狭くなるように設定自在である間隔設定機構３４とを備える。【選択図】図１

Description

この発明は、水路などに設置される水力発電装置用の流路規制装置に関する。

一般に、水路などに設置される水力発電装置は、水流の運動エネルギを電気エネルギに変換するものであり、その出力は流速の３乗に比例する。また、そのような水力発電装置の中でも軸流式、つまり装置の回転軸と水の流れる方向が平行である水力発電装置の場合、出力は翼車の回転によって作られる円の面積に比例する。

エネルギ変換効率を高めるために、翼車付近の流速を高める水力発電装置が提案されている。例えば、図１８に示すように、特許文献１に開示の水力発電装置１１０は、支柱１１１によって支持されるギヤボックス１１２に取り付けられた翼車１１３が流路２内で回転するものであるが、翼車１１３の全周を覆うケーシング１２０が設けられている。このケーシング１２０は、ギヤボックス１１２に沿って延び、その内側の横断面積は流路２の上流側から下流側に向けて大きくなるように構成されている。ここで、ケーシング１２０内の圧力は外部よりも低いため、上流側が狭く下流側が広いケーシング１２０により、流路２の上流側の水がケーシング１２０内に引き込まれて翼車１１３が位置するケーシング１２０の入口における流速が増大する。これは、風力発電装置における公知の風増速装置と同様の原理を基本とする。なお、このような風増速装置は、ケーシング下流側に渦を発生させ、ケーシング内の圧力を外部よりも低くすることで、流入する流速を増大させる構造である。

しかしながら、周囲に空気が存在する風増速装置とは異なり、水力発電装置１１０は水路２内でしか使用できず、水路２内に十分な水量がなければ増速効果が得られない。そのため、水路２内の水位が変動してケーシング１２０の上端よりも水位が低くなると、安定した出力が得られない。図１８の水力発電装置１１０におけるケーシング１２０は、上流側から下流側に向かって横断面積が徐々に拡大する形状（円錐台形状）を有しており、下流側端部１２０ａの外径が大きくなる。その一方、ケーシング１２０は水没している必要があるため、ケーシング１２０の上流側端部１２０ｂ付近においてその内部に配置される翼車１１３の大きさは必然的に小さくなる。その結果、水路２に対して得られる出力が小さくなってしまう。

特許文献２に開示の水力発電装置は、そのケーシングの幅寸法のみを上流側から下流側に向けて大きくし、高さ寸法は上流側から下流側まで略一定である。したがって、ある程度水位が低い水路内に設置されても、翼車を小さくせずにケーシング全体を水没させることができる。

特開２０１４−１４５３４７号公報 特開２０１３−１３０１１０号公報

しかしながら、ケーシング全体が水没していなければ流速を増速させる効果が得られず、そのため水位が変動する場合に安定した出力を得られない。

この発明の目的は、水路内の水位の影響をほとんど受けずに流速を高める効果が得られる水力発電装置用流路規制装置を提供することである。

本発明の水力発電装置用流路規制装置は、前記水力発電装置および前記流路規制装置が流路に設置され、前記水力発電装置が、水力を回転力に変換する翼車、およびこの翼車の回転により発電する発電機を備え、当該流路規制装置が、前記翼車に対して前記流路の所定距離だけ上流側に配置され、かつ、前記流路の幅方向に互いに間隔を空けて対向して配置される少なくとも２つの集水板と、前記少なくとも２つの集水板の前記間隔を設定する間隔設定機構であって、前記間隔を前記流路の上流側から下流側にかけて狭くなるように設定自在である間隔設定機構とを備える。

この構成によれば、間隔設定機構が、少なくとも２つの集水板が翼車に対して流路の所定距離だけ上流側に配置され、少なくとも２つの集水板の間隔を流路の上流側から下流側にかけて狭くなるように設定自在であるため、翼車に向けて流路の水を集めて加速させることができる。これら集水板により加速された流水が翼車に衝突するため、流路規制装置を設けない場合に比べて水力発電装置の発電効率が向上する。このように、集水板は翼車を覆うものではなく翼車よりも流路の上流側に配置されるため、翼車を覆うケーシングとは異なり、翼車が水没している限り流速を高める効果が得られる。

前記所定距離は、少なくとも２つの集水板が翼車から離れすぎず翼車付近の流速を高めることができる程度の距離である。この所定距離は、流路の大きさやその水量などに応じて決定される。所定距離は、例えば、少なくとも２つの集水板の中で翼車に一番近い箇所と翼車のブレードとの流路方向の距離である。

前記少なくとも２つの集水板の前記間隔は、最も狭い下流側の側端においても、翼車の幅方向最大寸法（外径）よりも大きい。これにより、集水板で集めた流路の水を翼車全体に向けることができる。

前記少なくとも２つの集水板が、前記流路の幅方向の左右両側に１つずつ配置された２つの集水板であってもよい。２つの集水板は流路の中心に対して左右対称であってもよい。

前記２つの集水板の前記流路の上流側の側端が、互いに対向して前記流路を構成する壁面にそれぞれ当接するように前記２つの集水板が配置されてもよい。この構成によれば、流路は集水板の外側つまり壁面と集水板との間をほとんど通らずに集水板の間を通るため、より多くの水を翼車に向けて集めることができ、発電電力を大きくできる。この構成は、流路を流れる水量が少ない場合に特に効果的である。

前記少なくとも２つの集水板が、それぞれ、略鉛直方向に延び、前記間隔設定機構が、前記少なくとも２つの集水板にそれぞれ対応した少なくとも２つの集水板調整機構を有し、各集水板調整機構によって、対応する集水板の前記流路に対する向きが任意の向きに調整されてその向きに前記集水板が固定されてもよい。この構成によれば、各集水板調整機構によって、集水板の流路に対する向きを自在に変更できる。例えば、流路の水量が少ない場合には、流れに対してより大きい抵抗となるように集水板は流路に対して垂直な向きに近づけられる一方、流路の水量が多い場合には、溢水などの事態を抑制するために集水板は流路方向に近づけられてもよい。このように、水力発電装置が設置される水路の状況に応じて集水板の向きが設定自在であるため、安全で効率良い発電が可能となる。

前記少なくとも２つの集水板が、それぞれ、略鉛直方向に延び、前記間隔設定機構が、
前記少なくとも２つの集水板にそれぞれ対応した少なくとも２つの集水板調整機構を有し、各集水板調整機構が、前記流路の状況に応じて、対応する集水板の前記流路に対する向きを自動的に調整する集水板自動調整機構を含んでもよい。この構成によれば、各集水板調整機構の集水板自動調整機構が、流路の状況に応じて、対応する集水板の流路に対する向きを自動的に調整するため、上述の流路の水量に応じた集水板の向きが、自動的に設定される。そのため、水路周辺に作業者がいなくても効率良い発電が可能となる。

前記少なくとも２つの集水板が、それぞれ、前記流路の水力を受けて動くことで、その集水板の前記流路に対する向きが変化するものであり、前記集水板自動調整機構が、それぞれ、前記水力を受ける方向とは反対の方向に力を加えて前記集水板を方向付ける反力付加手段を有してもよい。この構成によれば、集水板が、水力を受けて動くことで、その集水板の流路に対する向きが変化するが、反力付加手段が反力を加えて集水板を方向付けるため、集水板の向きは適切な方向に自動的に調整される。このようにして、上述の流路の水量に応じた集水板の向きが、自動的に設定される。そのため、水路周辺に作業者がいなくても安全で効率良い発電が可能となる。反力付加手段は、ばねであってもよい。

さらに、前記少なくとも２つの集水板をそれぞれ鉛直方向に案内する案内手段を備えてもよい。この構成によれば、案内手段によって、集水板の高さ位置を容易に調整できる。また、集水板を容易に流路規制装置に装備できる。なお、集水板には、案内手段による案内を促進するために、作業者が握る把手のような補助手段が設けられてもよい。さらに、前記間隔設定機構が、案内手段を動かす機構を有し、この機構によって案内手段に連動する集水板の間隔が設定されてもよい。

前記少なくとも２つの集水板の上側端がそれぞれ、前記流路の上端よりも下側に位置するように設置されてもよい。この構成によれば、集水板の上側端よりも上方を流れる水は集水板の影響を受けないが、このように流れる水を確保することで、水量が増加したときの溢水の事態を抑制できる。

前記少なくとも２つの集水板が、それぞれ、均一な厚みを有してもよい。この構成によれば、平板によって容易に集水板を作製でき、コストを低減できる。

前記２つの集水板それぞれの断面形状が、上流側の厚みが大きく下流側の厚みが小さい、略流線形状であってもよい。この構成によれば、水の流れに対する集水板の抵抗を抑制しながら増速効果を高めることができる。

本発明の水力発電システムは、前記水力発電装置用流路規制装置と、前記水力発電装置とを備える。前記翼車が、前記翼車の回転軸が前記流路の方向と平行なプロペラ型であってもよい。

この発明の水力発電装置用流路規制装置によれば、翼車が水没している限り流速を高める効果が得られ、流路規制装置を設けない場合に比べて水力発電装置の発電効率を向上できる。

本発明の第１の実施形態にかかる水力発電システムの斜視図である。 図２の水力発電システムにおける水力発電装置の正面図である。 図２の水力発電システムにおける水力発電装置の側面図である。 図１の水力発電システムをＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。 図４に対応する断面図であって、この水力発電システムを説明するための図である。 図５の水力発電システムの正面図である。 図４に対応する断面図であって、この水力発電システムを説明するための別の図である。 図７の水力発電システムの流路規制装置の部分拡大図であって、（ａ）は流路の水量が少ない場合、（ｂ）は流路の水量が多い場合の図である。 図４に対応する断面図であって、本発明の第２の実施形態にかかる水力発電システムの断面図である。 図９の水力発電システムの流路規制装置の部分拡大図であって、（ａ）は流路の水量が少ない場合、（ｂ）は流路の水量が多い場合の図である。 図４に対応する断面図であって、本発明の第３の実施形態にかかる水力発電システムの断面図である。 図１１の水力発電システムの部分正面図であって、（ａ）は流路の水量が少ない場合、（ｂ）は流路の水量が多い場合の図である。 本発明の第４の実施形態にかかる水力発電システムの正面図である。 図１３の水力発電システムの斜視図である。 図１３および図１４の水力発電システムの流路規制装置の一部平面図である。 本発明の第５の実施形態にかかる水力発電システムの部分斜視図である。 流速分布の例であって、（ａ）は本発明の一実施形態にかかる水力発電システムにおける流速分布の例、（ｂ）は従来の水力発電システムにおける流速分布の例である。 従来の水力発電装置の縦断面図である。

この発明の各実施形態に係る水力発電システムについて図面を参照しながら説明する。なお、各図において、簡単化のために、説明に必要ではない要素の図示を適宜省略している。

＜水力発電システム全体の概略構成＞
図１〜図８（ａ）および（ｂ）に第１実施形態に係る水力発電システムを示す。水力発電システム１は、図１に示すように、水力発電装置１０および水力発電装置用の流路規制装置３０を備える。本実施形態において、水力発電装置１０と流路規制装置３０とは別体である。したがって、水力発電システム１は、例えば、用水路のような一定の流水量がある水路２に設置されるが、水力発電装置１０と流路規制装置３０は個別に設置可能である。ただし、水力発電装置１０と流路規制装置３０は連結されて一体に設置されてもよい。なお、簡単化のために、図１には水力発電装置１０の一部のみが図示されている。

＜水力発電装置＞
水力発電装置１０は、その全体を図２および図３に示すように、翼車１３と、水上に設置される発電装置本体１４と、この発電装置本体１４を支持する発電機台１５とを備える。発電装置本体１４は、発電機台１５の上に設置された発電機１９を備える。発電機台１５は、翼車用梁材１６と、翼車１３を発電機台１５に支持する支柱１１とを有する。翼車用梁材１６の両側端部は、水路２の側壁２１の上面２１ａに設置される。なお、水路２は、例えば農業用水路である。

図３に示すように、支柱１１を介してギヤボックス１２が発電機台１５に連結されている。支柱１１の内部には、ギヤボックス１２と発電装置本体１４とを連結して翼車１３の回転力を発電機１９に伝達する連結軸１７が挿入されている。図２に示すように、翼車１３は、水路２の流水中に全没する状態で配置され、流水からの水力を回転力に変換する。
この翼車１３は、回転軸心Ｌ１が流路方向Ｆと平行なプロペラ型である。翼車１３は、回転軸心Ｌ１に設けられるハブ１３ａと、このハブ１３ａの外周面から半径方向外方に放射状に延びる複数（例えば５枚）のブレード１３ｂとを有する。各ブレード１３ｂは、図３に示すように、その先端部がウイングレット状に上流側に向けて若干傾斜するように形成されている。これにより、翼端渦を減少あるいは発生方向を翼先端側に移動させることで水抵抗を減らし、結果として発電トルクを向上させる効果がある。なお、翼車１３には、例えば、アルミニウム等の軽量金属や、繊維等によって強化された強化樹脂（ＦＲＰ）等の実質的に剛体とみなされる材料が用いられるが、ウレタン樹脂等のある程度の変形を許容する材料が用いられていてもよい。

＜流路規制装置＞
図１を参照して、流路規制装置３０は、流路規制装置用梁部材３１と、翼車１３よりも流路２の上流側において、流路２の幅方向に互いに間隔を空けて対向して配置される２つの集水板３３，３３と、２つの集水板３３，３３の間隔を設定する間隔設定機構３４を有する。流路規制装置用梁部材３１は、水力発電装置１０の翼車用梁材１６（図２）と平行に、その両側端部３１ａが水路２の側壁２１の上面２１ａに設置される。このようにして、流路規制装置３０が水力発電装置１０よりも流路２の上流側に設置される。なお、本明細書中において「流路」の語は「水路」と同義に用いられる。ただし、「流路方向」の語は、水路の流れの方向を意味する。

間隔設定機構３４は、集水板３３，３３の間隔を流路２の上流側から下流側にかけて狭くなるように設定自在である。間隔設定機構３４は、また、２つの集水板３３，３３にそれぞれ対応した少なくとも２つの集水板調整機構３５，３５を有する。後述するように、各集水板調整機構３５によって、対応する集水板３３の流路２に対する向きが任意の向きに調整されてその向きに集水板３３が固定される。

図４は、図１のＩＶ−ＩＶ線から見た図である。２つの集水板３３，３３は、流路規制装置３０が設置されると、翼車１３に対して流路２の所定距離だけ上流側において、流路２の幅方向Ｗに互いに間隔を空けて対向して配置される。これら集水板３３，３３は、同一の材料および同一の形状から構成されてもよい。各集水板３３は、例えば、厚みが均一で鉛直方向に延びた長方形状の鋼製の板から構成される。このような板は、鋼材を切断して得られるため、容易に作製でき、コストを低減できる。代わりに、各集水板３３は、その断面形状が、上流側の厚みが大きく下流側の厚みが小さい、略流線形状であってもよい。このような断面形状により、水の流れに対する集水板３３の抵抗を抑制することができる。

図１に戻って、２つの集水板調整機構３５，３５は、細長い流路規制装置用梁部材３１の延在方向の両端側に対称に設けられている。各集水板調整機構３５は流路規制装置用梁部材３１上に載置される棒状の第１の幅方向移動棒体３５ａを流路２の幅方向Ｗに間隔を空けて２つ備える。これら第１の幅方向移動棒体３５ａは、それぞれ、流路規制装置用梁部材３１に直交して流路規制装置用梁部材３１と同様に水平方向、つまり流路方向Ｆに延びる。これら第１の幅方向移動棒体３５ａは、流路規制装置用梁部材３１に支持されて、流路２の幅方向Ｗに移動可能である。

各集水板調整機構３５は、また、流路規制装置用梁部材３１に直交して鉛直方向に延びる棒状の第２の幅方向移動棒体３５ｂを４つ備える。これら４つの第２の幅方向移動棒体３５ｂのうち２つはそれぞれ、同一の第１の幅方向移動棒体３５ａに、流路規制装置用梁部材３１を挟んで流路２の方向に間隔を空けて取り付けられている。各第２の幅方向移動棒体３５ｂの上端部が、第１の幅方向移動棒体３５ａに、例えばクランプ３７によって固定されている。このため、第１の幅方向移動棒体３５ａの任意の位置において第２の幅方
向移動棒体３５ｂを締付固定できる。これら４つの第２の幅方向移動棒体３５ｂのうち、流路規制装置用梁部材３１の同一側つまり流路２の上流側または下流側に位置する２つの第２の幅方向移動棒体３５ｂが、対応する集水板３３を支持する。具体的には、図４に示すように、これら２つの第２の幅方向移動棒体３５ｂが、それぞれ、１つの集水板３３の一方の主面の各側端部に図示しない連結具により取付角度可変に取り付けられている。このようにして、２つの集水板支持棒体３５ｂが１つの集水板３３を支持している。

図１に戻って、各集水板調整機構３５は、さらに、２つの第１の幅方向移動棒体３５ａの鉛直下方に、これら第１の幅方向移動棒体３５ａと平行な２つの第３の幅方向移動棒体３５ｃを備える。これら２つの第３の幅方向移動棒体３５ｃそれぞれに、第２の幅方向移動棒体３５ｂの下端部が２つずつ、例えばクランプ３７によって固定されている。このため、第３の幅方向移動棒体３５ｃの任意の位置において第２の幅方向移動棒体３５ｂを締付固定できる。なお、第２の幅方向移動棒体３５ｂが鉛直方向に延びるように、第２の幅方向移動棒体３５ｂの上端における第１の幅方向移動棒体３５ａに対する固定位置と下端における第３の幅方向移動棒体３５ｃに対する固定位置とは鉛直線上に設定されるのが望ましい。これら第１〜第３の幅方向移動棒体３５ａは、例えば鋼管から構成される。

図５は図４に対応し、図６は水力発電システム１の正面図であるが、簡単化のために説明に必要な構成要素のみを示している。これら図５および図６に示すように、２つの集水板３３，３３の流路２の上流側の側端３３ａ，３３ａは、互いに対向して流路２を構成する側壁面（内壁面）２１ｂ，２１ｂにそれぞれ当接するように配置されてもよい。これは、図１の流路規制装置用梁部材３１を設置した後に、集水板調整機構３５，３５を流路規制装置用梁部材３１に対して移動調整するだけで実現できる。すなわち、作業者が流路規制装置用梁部材３１に対して側壁面２１ｂ側の第２の幅方向移動棒体３５ｂが側壁面２１ｂに当接するように（、つまり集水板３３の流路２の上流側の側端３３ａが側壁面２１ｂに当接するように）移動させるだけでよい。なお、稼動中は水力によって幅方向Ｗの外側に力を受けて、集水板３３，３３が側壁面２１ｂ，２１ｂに接触するので、集水板調整機構３５の位置がずれることはない。

２つの集水板３３，３３の流路２の上流側の側端３３ａが側壁面２１ｂ，２１ｂにそれぞれ当接すると、流路２は集水板３３，３３の外側をほとんど通らずに集水板３３，３３の間を通る。このため、より多くの水を翼車１３に向けて集めることができ、発電電力を大きくできる。この構成は、流路２を流れる水量が少ない場合に特に効果的である。

＜水力発電システムの動作＞
次に、図１の本水力発電システム１の動作について説明する。
上述したように、水力発電システム１は、水力発電装置１０と流路規制装置３０とが個別または一体に設置される。ただし、個別に設置されるか一体に設置されるかに係わらず、流路規制装置３０の集水板３３，３３は、水力発電装置１０の翼車１３に対して流路２の所定距離だけ上流側であって、翼車１３から離れすぎず翼車１３付近の流速を高めることができる程度の位置に配置される。

流路規制装置３０は、まず流路規制装置用梁部材３１が水路２の側壁２１，２１の上面２１ａ，２１ａに設置されてから、２つの集水板調整機構３５，３５が流路規制装置用梁部材３１に設けられる。２つの集水板調整機構３５，３５は、それぞれ、予め、集水板３３，３３が流路２に対して所定の向きとなるように調整されていてもよい。例えば、図７に示すように、翼車１３を含む水力発電装置１０に対して、集水板３３，３３を含む集水板調整機構３５，３５が配置されて、流路規制装置３０が設置される。

ここで、図８（ａ）に拡大して示すように、集水板３３は、流路方向Ｆに垂直に近い向
きに設定されている。すなわち、集水板３３と流路方向Ｆとのなす角度θが大きくなるように設定されている。この設定によって、流路２の水量が少ない場合に、集水板３３がダムのように流路２を堰き止めようと働くことで、翼車１３（図１３）に向かう水の流速を高めることができ、発電電力を大きくできる。なお、集水板３３の外側端を延長して側壁面２１ｂに接触させてもよい。その一方、図８（ｂ）に示すように、集水板３３は、流路方向Ｆに近い向きに設定可能である。すなわち、集水板３３と流路方向Ｆとのなす角度θが小さくなるように設定可能である。この設定によって、流路２の水量が多い場合に、集水板３３の集水の機能を低くして流路２に大きな影響を及ぼさないことで、溢水の事態を抑制できる。集水板３３のこれら向きの設定は、上述したように、図１のクランプ３７を開放して第２の幅方向移動棒体３５ｂの第１の幅方向移動棒体３５ａおよび第３の幅方向移動棒体３５ｃに対する位置を調整すると共に、第１の幅方向移動棒体３５ａおよび第３の幅方向移動棒体３５ｃの流路規制装置用梁部材３１に対する位置を調整することで実現できる。位置を調整した後にクランプ３７で第２の幅方向移動棒体３５ｂを第１の幅方向移動棒体３５ａおよび第３の幅方向移動棒体３５ｃに再度締付固定すれば、設定した集水板３３の向きが固定される。

図１の水力発電装置１は、集水板３３，３３の設定に係わらず、流路２において水力により翼車１３が回転する。翼車１３の回転により、発電機１９（図２，３）が発電する。ここで、集水板３３，３３が図８（ａ）に示すように流路方向Ｆとのなす角度θが大きくなるように設定されている場合、翼車１３付近の流速が大きくなるため、集水板３３，３３がない場合と比較して発電機１９の発電電力が大きくなる。その一方、集水板３３，３３が図８（ｂ）に示すように流路方向Ｆとのなす角度θが小さくなるように設定されている場合、集水板３３，３３がない場合に対して発電電力はほとんど変わらない。このため、集水板３３，３３の向きが水量に応じて適切に設定されれば、水量に左右されずに、水量が多い場合にほぼ等しい発電電力が常に発電機１９（図２）から出力される。

＜その他の実施形態＞
以下の説明においては、各実施の形態で先行して説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している形態と同様とする。同一の構成は同一の作用効果を奏する。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。

第２の実施形態に係る発電システム１について説明する。図９に示すように、本実施形態においては、２つの集水板調整機構３５，３５はそれぞれ、第１の幅方向移動棒体３５ａ（図１）を１つ、第２の幅方向移動棒体３５ｂを２つ、第３の幅方向移動棒体３５ｃを１つしか有さないものとする。各集水板３３は、そのため、外側の側端部が第１の実施形態と同様に第２の幅方向移動棒体３５ｂに図示しない連結具により取付角度可変に支持されているが、内側の側端部は第１の実施形態とは異なり押圧用ばね（反力付加手段）３８の一端３８ａを取付けている。この押圧用ばね３８の他端３８ｂは、ばね固定部材３９に取り付けられている。ばね固定部材３９は、図示しないが、流路規制装置用梁部材３１に連結されている。このように集水板３３の下流側の側端部３３ｂは押圧用ばね３８に接続されているだけであるため、流路２の水力を受けると集水板３３のこの部分が下流側に押圧され、押圧用ばね３８の押圧反力とつり合う位置に集水板が設定される。したがって、適切なばね定数のばねを用いれば、この押圧用ばね３８によって、集水板３３の向きは適切な方向に自動的に調整される。

図１０（ａ）に示すように、ばね３８は、流路２の水量が少ない場合、集水板３３が受ける水力が小さいため自由状態に近く、集水板３３と流路方向Ｆとのなす角度θが大きく
なる。その一方、図１０（ｂ）に示すように、流路２の水量が多い場合に、集水板３３が大きい力を受けてばね３８を圧縮し、集水板３３と流路方向Ｆとのなす角度θが小さくなる。

第３の実施形態に係る発電システム１について説明する。図１１に示すように、本実施形態においては、集水板調整機構３５の第２の幅方向移動棒体のうち、２つの第２の幅方向移動棒体３５ｂ，３５ｂ（図１）が、集水板３３を直接支持せず、代わりに集水板３３を鉛直方向に案内する案内手段３５ｂＡ，３５ｂＡとして機能する。案内手段３５ｂＡ，３５ｂＡは、それぞれ、長手方向に延びる溝４０を有する。これら溝４０に、集水板３３の両側端部がそれぞれ嵌挿されている。水力発電システム１（図１）の稼動中に集水板３３は上下方向の力をほとんど受けないため動くことはない。作業者が集水板３３を手作業で動かすことで、集水板３３は上下方向に移動される。図１２（ａ）に示すように、流路２の水量が少ない場合は集水板３３を下方に位置決めし、図１２（ｂ）に示すように、流路２の水量が多い場合は集水板３３を上方に位置決めする。なお、集水板３３には、案内手段３５ｂＡ，３５ｂＡによる案内を促進するために、作業者が握る把手のような補助手段（図示せず）が設けられてもよい。

この実施形態に係る発電システム１の流路規制装置３０は、第１の実施形態に関して説明したように集水板３３の向きを水量に応じて変更するとともに集水板３３の上下方向の位置も同時に変更できるため、より効率良い発電が可能となる。

第４の実施形態に係る水力発電システムについて説明する。図１３および図１４に示すように、集水板調整機構３５Ａは、集水板の水平方向の角度を調整するものである。集水板調整機構３５Ａは、図１５に示すように、操作手段４１と、第１のプーリ４２と、第２のプーリ４３と、これら第１および第２のプーリ４３に巻回されたベルト４４と、第１および第２のプーリを回転可能に支持するプーリ固定部材４５と、集水板支持部材４６（図１３）とを有する。操作手段４１は、例えば作業者が操作するハンドルからなり、第１のプーリ４２の回転角度を設定する。プーリ固定部材４５は、上面に第１のプーリ４２が取り付けられた部分の下面が、流路２の側壁２１の上面２１ａなどに固定されている。プーリ固定部材４５のその他の部分は流路２（図１３）の上方に張り出している。プーリ固定部材４５のこの張り出した部分の上面に第２のプーリ４３が取り付けられている。

図１３に戻って、各集水板支持部材４６は、その上端が対応する第２のプーリ４３の下側部分に取り付けられている。各集水板支持部材４６は、第２のプーリ４３の回転に連動する。

本実施形態にかかる水力発電システム１の流路規制装置３０は、さらに、図１４に示すように流路設置用部材５０を備える。流路設置用部材５０は、流路２の底面において流路２を横切る方向に設置される板状の第１の連結片５１を有する。第１の連結片５１は、その両端部分であって２つの第２のプーリ４３の回転軸上において、２つの集水板支持部材４６をそれぞれ回転可能に支持する。

流路設置用部材５０は、また、２つの第２の連結片５３および２つの第３の連結片５５を有する。第２の連結片５３，５３は、流路方向Ｆの逆方向つまり翼車１３とは反対側に向かって第１の連結片５１の両端から延びる。各第３の連結片５５は、対応する第２の連結片５３の第１の連結片５１に連結された端とは反対側の端から対応する集水板調整機構３５Ａのプーリ固定部材４５の下面に延びて取り付けられている。第１の連結片５１、２つの第の連結片５３，５３、２つの第３の連結片５５，５５、および２つの集水板調整機構３５Ａ，３５Ａは、一体に構成されて設置されてもよい。代わりに、流路規制装置３０の設置時に互いに連結されてもよい。また、第３の連結片５５，５５は省略可能である。
ただし、第３の連結片５５，５５があれば、これらがそれぞれ対応する第２の連結片５３と対応するプーリ固定部材４５とを接続するため、流路設置用部材５０が補強される。なお、第２の連結片５３，５３は、流路２の底面に固定されるか、流路２の上流側から鎖などによって引っ張り固定されてもよい。第２の連結片５３，５３が固定されると、第１の連結片５１が安定するため、この第１の連結片５１が支持する集水板支持部材４６，４６の位置がずれることを防止できる。

集水板支持部材４６，４６は、それぞれ、集水板３３を、第２のプーリ４３の径方向に沿い、かつ鉛直方向に延在するように保持する。本実施形態においては、集水板３３はその一側端においてのみ集水板支持部材４６に固定されて片持ち支持される。集水板支持部材４６は、第３の実施形態で説明したように、集水板３３を鉛直方向に案内する案内手段であってもよい。すなわち、集水板支持部材４６は、長手方向に延びる溝（図示せず）を有し、この溝に、集水板３３の一側端部が嵌挿されてもよい。

本実施形態に係る水力発電システム１の流路規制装置３０の集水板調整機構３５Ａでは、操作手段４１を介した操作で設定された角度に応じて第１のプーリ４２が回転し、その回転はベルト４４を介して第２のプーリ４３に伝達される。第２のプーリ４３が回転すると、集水板３３の流路２に対する向きが変化する。これにより、操作手段４１で設定した角度に応じて、集水板３３の向きが設定される。操作手段４１が操作されない間、集水板３３の向きは固定されている。集水板調整機構３５Ａは、第１のプーリ４２、第２のプーリ４３、およびベルト４４からなる伝達手段に代えて、例えば、ウォームおよびギヤなどからなる動力伝達手段を備えてもよい。

第５の実施形態に係る水力発電システムについて説明する。図１６に示すように、本実施形態に係る水力発電システム１の流路規制装置３０は、第４の実施形態に関して説明した各構成要素に加えて、自動調整用装置６０を備える。自動調整用装置６０は、それぞれ第２のプーリ４３に設けられた２つのモータ６１，６１と、流路２の水位を検出する水位センサ６３と、プロセッサなどによって以下に説明する制御処理を実行する制御装置６５とを有する。制御装置６５は、２つのモータ６１，６１および水位センサ６３との間で、有線または無線により通信可能である。

水位センサ６３は、流路２の水位を検出すると、その水位に関する情報を制御装置６５に送信する。制御装置６５は、この水位に関する情報を受信すると、集水板３３，３３がこの水位に応じた向きとなるように、モータ６１，６１へ指令信号を送信する。各モータ６１は、受信した指令信号に応じて対応する第２のプーリ４３を回転駆動する。このようにして集水板３３，３３の向きが調整される。具体的には、制御装置６５からの指令信号に応答して、各モータ６１は、流路２の水位が低い場合には、集水板３３が流路方向Ｆの垂直方向に近い向きになるように集水板３３を自動調整し、流路２の水位が高い場合には、集水板３３は流路方向Ｆに近い向きになるように集水板３３を自動調整する。なお、制御装置６５は、水位に所定範囲以上の変化が生じた場合にのみモータ６１，６１へ指令信号を送信してもよい。

流路２の水位と、水位に適切な集水板の向き（水平方向角度）との関係は、予め定められて、制御装置６５が記憶している。この関係は、例えば水位の離散値それぞれに対する集水板の向きを、テーブルとして制御装置６５が記憶する。制御装置６５は、水位センサ６３から水位に関する情報を受信すると、このテーブルを参照して適切な集水板の向きを抽出し、モータ６１，６１へ指令信号を送信する。

水位センサ６３は、図示のようにレーザセンサのような非接触式の水位センサであってもよいが、水位を検出できるものであればいかなるセンサであってもよい。なお、水位セ
ンサ６３に高い精度は要求されない。

本実施形態において、操作手段４１、第１のプーリ４２およびベルト４４を図示しているが、集水板調整機構３５Ａはこれらを備えなくてもよい。この場合、集水板３３，３３の調整は必ず自動で行われる。その一方、図示の例では、集水板３３，３３は自動と手動の両方で調整可能である。

＜流速分布例＞
各実施形態で説明したように水力発電システム１が流路規制装置３０を設けた場合と、水力発電システム１が流路規制装置３０を設けない場合とにおける流速分布の例を、図１７（ａ）および（ｂ）にそれぞれ示す。

図１７（ａ）から明らかなように、翼車１３の先端付近の流速が速くなっている。これは、集水板３３，３３により、水が流路２の中央に集められているからである。これに対して、図１７（ｂ）に示すように、集水板３３，３３がない場合、翼車１３の先端付近の流速は、図１７（ａ）に比較して遅いことが分かる。

以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

１…水力発電システム
２…流路
１０…水力発電装置
１３…翼車
１９…発電機
３０…流路規制装置
３３…集水板
３４…間隔設定機構
３５…集水板調整機構

Claims (12)

1. 水力発電装置用の流路規制装置であって、前記水力発電装置および前記流路規制装置が流路に設置され、前記水力発電装置が、水力を回転力に変換する翼車、およびこの翼車の回転により発電する発電機を備え、当該流路規制装置が、
   前記翼車に対して前記流路の所定距離だけ上流側に配置され、かつ、前記流路の幅方向に互いに間隔を空けて対向して配置される少なくとも２つの集水板と、
   前記少なくとも２つの集水板の前記間隔を設定する間隔設定機構であって、前記間隔を前記流路の上流側から下流側にかけて狭くなるように設定自在である間隔設定機構とを備えた水力発電装置用流路規制装置。
2. 請求項１に記載の水力発電装置用流路規制装置において、
   前記少なくとも２つの集水板が、前記流路の幅方向の左右両側に１つずつ配置された２つの集水板である水力発電装置用流路規制装置。
3. 請求項２に記載の水力発電装置用流路規制装置において、
   前記２つの集水板の前記流路の上流側の側端が、互いに対向して前記流路を構成する壁面にそれぞれ当接するように前記２つの集水板が配置される水力発電装置用流路規制装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の水力発電装置用流路規制装置において、
   前記少なくとも２つの集水板が、それぞれ、略鉛直方向に延び、
   前記間隔設定機構が、前記少なくとも２つの集水板にそれぞれ対応した少なくとも２つの集水板調整機構を有し、各集水板調整機構によって、対応する集水板の前記流路に対する向きが任意の向きに調整されてその向きに前記集水板が固定される水力発電装置用流路規制装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の水力発電装置用流路規制装置において、
   前記少なくとも２つの集水板が、それぞれ、略鉛直方向に延び、
   前記間隔設定機構が、前記少なくとも２つの集水板にそれぞれ対応した少なくとも２つの集水板調整機構を有し、各集水板調整機構が、前記流路の状況に応じて、対応する集水板の前記流路に対する向きを自動的に調整する集水板自動調整機構を含む水力発電装置用流路規制装置。
6. 請求項５に記載の水力発電装置用流路規制装置において、
   前記少なくとも２つの集水板が、それぞれ、前記流路の水力を受けて動くことで、その集水板の前記流路に対する向きが変化するものであり、前記集水板自動調整機構が、それぞれ、前記水力を受ける方向とは反対の方向に力を加えて前記集水板を方向付ける反力付加手段を有する水力発電装置用流路規制装置。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の水力発電装置用流路規制装置において、さらに、
   前記少なくとも２つの集水板をそれぞれ鉛直方向に案内する案内手段を備えた水力発電装置用流路規制装置。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の水力発電装置用流路規制装置において、
   前記少なくとも２つの集水板の上側端がそれぞれ、前記流路の上端よりも下側に位置するように設置される水力発電装置用流路規制装置。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の水力発電装置用流路規制装置において、
   前記少なくとも２つの集水板が、それぞれ、均一な厚みを有する水力発電装置用流路規制装置。
10. 請求項１から８のいずれか一項に記載の水力発電装置用流路規制装置において、
    前記２つの集水板それぞれの断面形状が、上流側の厚みが大きく下流側の厚みが小さい、略流線形状である水力発電装置用流路規制装置。
11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の水力発電装置用流路規制装置と、
    前記水力発電装置とを備えた水力発電システム。
12. 請求項１１において、前記翼車が、前記翼車の回転軸が前記流路の方向と平行なプロペラ型である水力発電システム。