JP2022139582A - 水力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】集水機構の設置のために水路の底壁が傷付いてしまうことを抑制可能な水力発電装置を提供する。【解決手段】水力発電装置は、第１方向において間隔を空けて互いに対向している第１側壁及び第２側壁を有し、かつ第１方向に交差している第２方向の一方側から第２方向の他方側に水が流れる水路に設置される。水力発電装置は、第１方向に延在している梁と、梁に取り付けられ、かつ翼を有する水力発電モジュールと、翼よりも第２方向における一方側に配置されている集水機構とを備える。梁の第１方向における両端は、それぞれ、第１側壁上及び第２側壁上に配置されている。集水機構は、保持具と、複数の棒状体と、集水板とを有する。保持具は、梁に取り付けられている。保持具は、複数の棒状体の各々の延在方向が第１方向及び第２方向に交差している第３方向に沿うように複数の棒状体を着脱可能に保持している。【選択図】図１

Description

本発明は、水力発電装置に関する。

特許第４８１７４７１号公報（特許文献１）には、水力発電装置が記載されている。特許文献１に記載の水力発電装置は、水路に設置されている。水路は、第１側壁と、第２側壁と、底壁とを有している。第１側壁及び第２側壁は、第１方向において間隔を空けて互いに対向している。底壁は、第１側壁の下端及び第２側壁の下端に連なっている。水は、水路内を第１方向に交差している第２方向の一方側から第２方向の他方側に流れる。

特許文献１に記載の水力発電装置は、集水板と、垂直軸と、垂直軸水車を含む水力発電モジュールとを有している。集水板は、垂直軸水車よりも第１方向における一方側（上流側）に配置されている。垂直軸は、第１方向及び第２方向に交差している第３方向に沿って延在している。垂直軸には、集水板が取り付けられている。集水板により水路内を流れる水が垂直軸水車に向かって集水されることにより、特許文献１に記載の水力発電装置では、発電効率が改善されている。

特許第４８１７４７１号公報

特許文献１に記載の水力発電装置では、水路内を流れている水から集水板が受ける力及びモーメントに耐えるために、垂直軸の下端を底壁に固定する工事が必要である。すなわち、特許文献１に記載の水力発電装置では、設置のために底壁が傷付いてしまう。

本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、本発明は、集水機構の設置のために水路の底壁が傷付いてしまうことを抑制可能な水力発電装置を提供するものである。

本発明の水力発電装置は、第１方向において間隔を空けて互いに対向している第１側壁及び第２側壁を有し、かつ第１方向に交差している第２方向の一方側から第２方向の他方側に水が流れる水路に設置される。水力発電装置は、第１方向に延在している梁と、梁に取り付けられ、かつ翼を有する水力発電モジュールと、翼よりも第２方向における一方側に配置されている集水機構とを備える。梁の第１方向における両端は、それぞれ、第１側壁上及び第２側壁上に配置されている。集水機構は、保持具と、複数の棒状体と、集水板とを有する。保持具は、梁に取り付けられている。保持具は、複数の棒状体の各々の延在方向が第１方向及び第２方向に交差している第３方向に沿うように複数の棒状体を着脱可能に保持している。複数の棒状体は、保持具に保持されている状態で第１方向に沿って１列をなすように並んでいる。集水板は、複数の棒状体に取り付けられている。

上記の水力発電装置では、複数の棒状体の数が、保持具に保持されている状態での複数の棒状体の配列方向における集水板の幅に応じて増減されてもよい。

上記の水力発電装置では、複数の棒状体の各々の重量が、１キログラム以上５キログラム以下であってもよい。

上記の水力発電装置では、保持具が、前記保持具に取り付けられている状態での複数の棒状体の配列方向を第１方向に対して傾斜させることが可能なように梁に取り付けられていてもよい。

本発明の水力発電装置によると、集水機構の設置のために水路の底壁が傷付いてしまうことを抑制できる。

水力発電装置１００の斜視図である。 水力発電装置１００の正面図である。 保持具４１の斜視図である。 棒状体４２の斜視図である。 集水板４３の斜視図である。 水力発電装置１００Ａの斜視図である。 水力発電装置１００Ｂの斜視図である。

本発明の実施形態の詳細を、図面を参照しながら説明する。以下の図面では、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さないものとする。

（第１実施形態）
第１実施形態に係る水力発電装置（以下においては「水力発電装置１００」とする）を説明する。

＜水力発電装置１００の構成＞
以下に、水力発電装置１００の構成を説明する。

図１は、水力発電装置１００の斜視図である。図２は、水力発電装置１００の正面図である。図１及び図２に示されるように、水力発電装置１００は、水路２００に設置されている。水路２００は、側壁２０１と、側壁２０２と、底壁２０３とを有している。

側壁２０１及び側壁２０２は、間隔を空けて互いに対向している。側壁２０１及び側壁２０２が対向している方向を、第１方向ＤＲ１とする。底壁２０３は、側壁２０１の下端及び側壁２０２の下端に連なっている。側壁２０１、側壁２０２及び底壁２０３に画されている空間には、水が流れる。すなわち、水路２００内の水は、第１方向ＤＲ１に交差している方向の一方側から当該方向の他方側に流れる。第１方向ＤＲ１に交差している方向を、第２方向ＤＲ２とする。第２方向ＤＲ２は、好ましくは、第１方向ＤＲ１に直交している。第１方向ＤＲ１及び第２方向ＤＲ２は、例えば、水平方向に対応している。

水力発電装置１００は、梁１０と、水力発電モジュール２０と、集水機構４０とを有している。図１及び図２中には、２つの水力発電モジュール２０が示されているが、水力発電モジュール２０の数は、１つであってもよい。図１及び図２中には、２つの集水機構４０が示されているが、集水機構４０の数は、１つであってもよい。水力発電モジュール２０の数及び集水機構４０の数は、水路２００の幅（すなわち、側壁２０１と側壁２０２との間の距離）に応じて適宜選択される。

梁１０は、第１方向ＤＲ１に沿って延在している。梁１０は、端１０ａと、端１０ｂとを有している。端１０ａ及び端１０ｂは、梁１０の延在方向における両端である。端１０ｂは、端１０ａの反対側の端である。端１０ａ及び端１０ｂは、それぞれ、側壁２０１の上端の上及び側壁２０２の上端の上に配置されている。すなわち、梁１０は、水路２００を横切るように配置されている。

水力発電モジュール２０は、回転梁２１と、軸受装置２２と、架台２３と、翼２４と、回転軸２５（図示せず）と、支柱２６と、ギアボックス２７と、発電機２８（図示せず）と、回転軸２９と、カバー３０と、減速機３１とを有している。

回転梁２１は、第１方向ＤＲ１に沿って延在している。回転梁２１は、軸受装置２２により回転梁２１の中心軸回りに回転可能に支持されている。架台２３は、回転梁２１に取り付けられている。

翼２４は、水路２００内に配置されている。回転軸２５は、第２方向ＤＲ２に沿って延在している。回転軸２５の一方端は、翼２４に接続されている。回転軸２５の他方端は、ギアボックス２７に接続されている。翼２４は、水路２００内を流れる水と接触することにより、回転軸２５を回転軸２５の中心軸回りに回転させる。

支柱２６は、第３方向ＤＲ３に沿って延在している。第３方向ＤＲ３は、第１方向ＤＲ１及び第２方向ＤＲ２に交差している方向である。第３方向ＤＲ３は、好ましくは、第１方向ＤＲ１及び第２方向ＤＲ２に直交している。第３方向ＤＲ３は、例えば、鉛直方向に対応している。支柱２６の上端は、架台２３に接続されている。支柱２６の下端は、ギアボックス２７に接続されている。支柱２６は、中空になっている。

発電機２８は、架台２３上に配置されている。回転軸２９は、第３方向ＤＲ３に沿って延在している。回転軸２９は、支柱２６内に配置されている。回転軸２９の一方端は発電機２８に接続されている。回転軸２９の他方端は、ギアボックス２７に接続されている。回転軸２９は、回転軸２９の中心軸回りに回転する。回転軸２９の他方端は、ギアボックス２７に接続されている。ギアボックス２７は、回転軸２５の回転を回転軸２９に伝達することにより、回転軸２９を回転させる。これにより、発電機２８は、水路２００内を流れる水により発電を行う。

カバー３０は、発電機２８を覆うように、架台２３に取り付けられている。減速機３１は、梁１０上に配置されている。減速機３１の出力軸の回転は、回転梁２１に伝達され、回転梁２１を回転させる。減速機３１の入力軸の回転は、減速された上で、減速機３１の出力軸に伝達される。そのため、減速機３１の入力軸を回転させることにより、水力発電モジュール２０が回転される。その結果、翼２４が、水路２００内を流れる水から引き上げられる。

集水機構４０は、保持具４１と、複数の棒状体４２と、集水板４３とを有している。保持具４１は、梁１０に取り付けられている。図３は、保持具４１の斜視図である。図３に示されるように、保持具４１は、例えば、板状部４１ａと、取り付け部４１ｂと、取り付け部４１ｃと、複数の保持部４１ｄとを有している。

板状部４１ａは、主面４１ａａと、主面４１ａｂとを有している。主面４１ａａは、第２方向ＤＲ２における一方側を向いている面である。主面４１ａｂは、主面４１ａａの反対面である。すなわち、主面４１ａｂは、第２方向ＤＲ２の他方側を向いている。板状部４１ａの上端は、板状部４１ａの下端よりも第２方向ＤＲ２における他方側にある。

取り付け部４１ｂ及び取り付け部４１ｃは、第２方向ＤＲ２に沿って延在している。取り付け部４１ｂの一方端は、第１方向ＤＲ１における板状部４１ａの一方端に取り付けられている。取り付け部４１ｃの一方端は、第１方向ＤＲ１における板状部４１ａの他方端に取り付けられている。取り付け部４１ｂの他方端及び取り付け部４１ｃの他方端は、梁１０に取り付けられている。これにより、保持具４１は、梁１０に取り付けられている。

保持部４１ｄは、主面４１ａａに取り付けられている。保持部４１ｄには、挿入穴４１ｄａが形成されている。挿入穴４１ｄａは、板状部４１ａの上端から板状部４１ａの下端に向かう方向に延在している。複数の保持部４１ｄは、第２方向ＤＲ２に沿って並んでいる。

図４は、棒状体４２の斜視図である。図４に示されるように、棒状体４２は、棒状の部材である。棒状体４２は、挿入穴４１ｄａに挿入されることにより、保持具４１により着脱可能に保持されている。上記のとおり、複数の保持部４１ｄは、第２方向ＤＲ２に沿って並んでいる。そのため、複数の棒状体４２は、保持具４１に取り付けられた状態で、第２方向ＤＲ２に沿って１列に並んでいる。

棒状体４２は、保持具４１に保持されている状態で、第３方向ＤＲ３に沿って延在している。但し、挿入穴４１ｄａは板状部４１ａの上端から板状部４１ａの下端に向かう方向に延在しており、板状部４１ａの上端は板状部４１ａの下端よりも第２方向ＤＲ２における他方側にあるため、棒状体４２の延在方向は、棒状体４２の上端が棒状体４２の下端よりも第２方向ＤＲ２における他方側にあるように第３方向ＤＲ３に対して傾斜している。

棒状体４２は、例えば、内部が中空の部材である。棒状体４２の肉厚は、２ｍｍ以上４ｍｍ以下であることが好ましい。棒状体４２の外径は、４０ｍｍ以上６０ｍｍ以下であることが好ましい。棒状体４２の重量は、１キログラム以上５キログラム以下であることが好ましい。棒状体４２の下端は、保持具４１に保持されている状態で、底壁２０３に接触している。但し、棒状体４２の下端は、底壁２０３に固定されていない。

棒状体４２の下端には、保護部材４４が取り付けられていてもよい。保護部材４４は、棒状体４２よりも軟質な材料により形成されている。保護部材４４は、例えば、樹脂材料により形成されている。

図５は、集水板４３の斜視図である。図５に示されるように、集水板４３は、板状の部材である。集水板４３は、複数の棒状体４２に取り付けられている。これにより、集水板４３は、水路２００内を流れる水中に配置されている。集水板４３の主面の法線方向は、集水板４３が複数の棒状体４２に取り付けられた状態で第３方向ＤＲ３と交差している。

２つの集水機構４０の各々の集水板４３の間には、翼２４がある。水路２００内を流れる水の一部が集水板４３に堰き止められる結果、水路２００内を流れる水は、翼２４に向かって集水され、増速される。そのため、水力発電装置１００が集水機構４０を有することにより、水力発電装置１００による発電効率が改善される。

＜集水機構４０の取り付け方法＞
以下に、集水機構４０の取り付け方法を説明する。

集水機構４０を取り付ける際には、第１に、複数の棒状体４２が挿入穴４１ｄａに挿入される。これにより、複数の棒状体４２が保持具４１に保持される。第２に、保持具４１に保持されている複数の棒状体４２に対して、集水板４３が取り付けられる。

集水機構４０を取り外す際には、上記と逆の動作が行われる。すなわち、集水機構４０を取り外す際には、第１に、集水板４３が保持具４１に保持されている複数の棒状体４２から取り外される。第２に、複数の棒状体４２が挿入穴４１ｄａから抜き取られる。これにより、複数の棒状体４２が保持具４１から取り外される。

＜水力発電装置１００の効果＞
以下に、水力発電装置１００の効果を説明する。

水力発電装置１００では、水路２００を流れる水が集水板４３により翼２４に集水されるため、発電効率を高めることができる。

水力発電装置１００では、棒状体４２が保持具４１に着脱可能に保持されている。すなわち、水力発電装置１００では、棒状体４２の下端が底壁２０３に固定されていない。そのため、水力発電装置１００によると、集水機構４０の水路２００への設置に際して、棒状体４２を底壁２０３に取り付けるための工事が不要となる。

また、水力発電装置１００によると、棒状体４２の下端を底壁２０３に固定されないため、集水機構４０の水路２００への設置に際して、底壁２０３が傷付くことが抑制されている。棒状体４２の下端に保護部材４４が設けられている場合、集水機構４０の水路２００への設置に際して、底壁２０３が傷付くことがさらに抑制される。

例えば水路２００内を流れる水が増水した際には、溢水を防止するために、集水機構４０を水路２００内から撤去する必要がある。水力発電装置１００では、集水板４３の棒状体４２からの取り外し及び棒状体４２の挿入穴４１ｄａからの抜き取りにより集水機構４０の水路２００内からの撤去が可能である。そのため、水力発電装置１００によると、集水機構４０の水路２００内からの撤去が容易に行える。特に、棒状体４２の重量が１キログラム以上５キログラム以下である場合、棒状体４２の抜き取り作業を人力で容易に行うことができる。

水力発電装置１００では、棒状体４２が、棒状体４２の上端が棒状体４２の下端よりも第２方向ＤＲ２における他方側にあるように第３方向ＤＲ３に対して傾斜している。そのため、水路２００内を流れる水から集水板４３に加わる力には、底壁２０３に向かう方向の成分が含まれている。そのため、水力発電装置１００では、集水板４３が水路２００内を流れる水から浮き上がることが抑制されている。水力発電装置１００では、集水板４３が一枚板で構成されているため、集水板４３に凹凸や継ぎ目がなく、ごみが集水板４３に付着しにくい。

（第２実施形態）
第２実施形態に係る水力発電装置（以下においては「水力発電装置１００Ａ」とする）を説明する。ここでは、水力発電装置１００と異なる点を主に説明し、重複する説明を繰り返さないものとする。

＜水力発電装置１００Ａの構成＞
以下に、水力発電装置１００Ａの構成を説明する。

図６は、水力発電装置１００Ａの斜視図である。図６に示されるように、水力発電装置１００Ａは、梁１０と、水力発電モジュール２０と、集水機構４０を有している。この点に関して、水力発電装置１００Ａの構成は、水力発電装置１００の構成と共通している。

水力発電装置１００Ａでは、保持具４１に取り付けられている状態での複数の棒状体４２の配列方向における集水板４３の幅が、水力発電装置１００と比較して、小さくなっている。また、水力発電装置１００Ａでは、複数の棒状体４２の数が、水力発電装置１００と比較して、少なくなっている。すなわち、水力発電装置１００Ａの構成は、複数の棒状体４２の数が保持具４１に取り付けられている状態での複数の棒状体４２の配列方向における集水板４３の幅に応じて増減される点に関して、水力発電装置１００の構成と異なっている。

なお、集水機構４０を一旦撤去した上で、本数を減らして再度棒状体４２を挿入穴４１ｄａに挿入し、棒状体４２に交換した集水板４３を取り付けることにより、集水板４３の交換を行うことができる。

＜水力発電装置１００Ａの効果＞
以下に、水力発電装置１００Ａの効果を説明する。

水力発電装置１００Ａでは、集水板４３の第１方向ＤＲ１における幅を容易に調整することができるため、水路２００内を流れている水の量に応じた発電効率の最適化を容易に行うことが可能である。

（第３実施形態）
第３実施形態に係る水力発電装置（以下においては「水力発電装置１００Ｂ」とする）を説明する。ここでは、水力発電装置１００と異なる点を主に説明し、重複する説明を繰り返さないものとする。

＜水力発電装置１００Ｂの構成＞
以下に、水力発電装置１００Ｂの構成を説明する。

図７は、水力発電装置１００Ｂの斜視図である。図７に示されるように、水力発電装置１００Ｂは、梁１０と、水力発電モジュール２０と、集水機構４０を有している。この点に関して、水力発電装置１００Ｂの構成は、水力発電装置１００の構成と共通している。

水力発電装置１００Ｂでは、保持具４１が、保持具４１に取り付けられている状態での複数の棒状体４２の配列方向を第１方向ＤＲ１に対して傾斜させることが可能なように梁１０に取り付けられている。すなわち、水力発電装置１００Ｂの構成は、集水板４３と水路２００内を流れる水とがなす方向が変更可能になっている点に関して、水力発電装置１００の構成と異なっている。

なお、集水機構４０を一旦撤去した上で、保持具４１の梁１０に対する取り付け角度を変更し、再度棒状体４２の挿入穴４１ｄａへの挿入及び棒状体４２への集水板４３の取り付けを行うことにより、保持具４１に保持されている複数の棒状体４２の配列方向を変更（集水板４３と水路２００を流れる水とがなす角度を変更）することができる。

水力発電装置１００Ｂでは、集水板４３と水路２００を流れる水とがなす角度を容易に調整することができるため、水路２００内を流れている水の量に応じた発電効率の最適化を容易に行うことが可能である。

以上のように本発明の実施形態について説明を行ったが、上述の実施形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は、上述の実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むことが意図される。

上記の実施形態は、水路に設置され、かつ水路内の水を集水する集水機構を有する水力発電装置に特に有利に適用される。

１００ 水力発電装置、１０ 梁、１０ａ，１０ｂ 端、２０ 水力発電モジュール、２１ 回転梁、２２ 軸受装置、２３ 架台、２４ 翼、２５ 回転軸、２６ 支柱、２７ ギアボックス、２８ 発電機、２９ 回転軸、３０ カバー、３１ 減速機、４０ 集水機構、４１ 保持具、４１ａ 板状部、４１ａａ，４１ａｂ 主面、４１ｂ，４１ｃ 取り付け部、４１ｄ 保持部、４１ｄａ 挿入穴、４２ 棒状体、４３ 集水板、４４ 保護部材、１００Ａ，１００Ｂ 水力発電装置、２００ 水路、２０１ 側壁、２０２ 側壁、２０３ 底壁、ＤＲ１ 第１方向、ＤＲ２ 第２方向、ＤＲ３ 第３方向。

Claims (4)

1. 第１方向において間隔を空けて互いに対向している第１側壁及び第２側壁を有し、かつ前記第１方向に交差している第２方向の一方側から前記第２方向の他方側に水が流れる水路に設置される水力発電装置であって、
   前記第１方向に延在している梁と、
   前記梁に取り付けられ、かつ翼を有する水力発電モジュールと、
   前記翼よりも前記第２方向における一方側に配置されている集水機構とを備え、
   前記梁の前記第１方向における両端は、それぞれ、前記第１側壁上及び前記第２側壁上に配置されており、
   前記集水機構は、保持具と、複数の棒状体と、集水板とを有し、
   前記保持具は、前記梁に取り付けられており、
   前記保持具は、前記複数の棒状体の各々の延在方向が前記第１方向及び前記第２方向に交差している第３方向に沿うように前記複数の棒状体を着脱可能に保持しており、
   前記複数の棒状体は、前記保持具に保持されている状態で前記第１方向に沿って１列に並んでおり、
   前記集水板は、前記複数の棒状体に取り付けられている、水力発電装置。
2. 前記複数の棒状体の数は、前記保持具に保持されている状態での前記複数の棒状体の配列方向における前記集水板の幅に応じて増減される、請求項１に記載の水力発電装置。
3. 前記複数の棒状体の各々の重量は、１キログラム以上５キログラム以下である、請求項１又は請求項２に記載の水力発電装置。
4. 前記保持具は、前記保持具に取り付けられている状態での前記複数の棒状体の配列方向を前記第１方向に対して傾斜させることが可能なように前記梁に取り付けられている、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の水力発電装置。

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