JP5385891B2

JP5385891B2 - 水潤滑式水力発電装置

Info

Publication number: JP5385891B2
Application number: JP2010287981A
Authority: JP
Inventors: 初義神代; 弘晃清瀬; 好暁大浜; 孝尚鈴木; 英樹長谷川
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2010-12-24
Filing date: 2010-12-24
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2030-12-24
Also published as: JP2012136952A

Description

本発明は、水が通流する水管の中途に設けられ、水管内部を通流する水のエネルギで発電する水潤滑式の水力発電装置に関する。

近年、新しい発電方法の１つとして、ダムの河川維持放流水、小河川水、農業用水、工場排水などを利用した小水力発電が注目されている。この小水力発電としては、例えば、１０００ｋＷ以下の小規模発電が可能な高低差のある河川維持放流や河川などでの発電方法として期待されている。

例えば、図９に示すように、上記ダムの河川維持放流水を利用して小水力発電を行う場合、ダム１００の所定位置に河川維持放流口１０１が設けられ、その河川維持放流口１０１から水管１０２が下流方向のジェットフローゲート１０３まで設けられているので、その水管１０２の中途に小規模水力発電装置１１０を設けて発電される。この小規模水力発電装置１１０で発電に利用された水は、上記ジェットフローゲート１０３から河川へと放流される。

また、このように水管１０２の中途に水力発電装置１１０が設けられる場合、水力発電装置１１０の故障時等に河川維持放流を行うためのバイパスライン１０４が設けられている。バイパスライン１０４は、通常は上流側の弁１０５で閉じられているが、水力発電装置１１０が故障した場合等には、上記弁１０５が開放されるとともに、水力発電装置１１０の上流側及び下流側を弁１０６，１０７で閉じて、メンテナンスができるようにしている。なお、図では、バイパスライン１０４を水力発電木１１０の上方に記載しているが、通常、側方に設けられる。

このような小水力発電に用いられる水力発電装置１１０としては、低落差および小流量であっても効率良く発電できる構造とされ、例えば、１ｍ〜２０ｍ程度の低落差、０．０６ｍ^３／ｓ〜３ｍ^３／ｓ程度の流量に適用して２ｋＷ〜３００ｋＷ程度の電力を得ることができるものが採用される。

この水力発電装置に関する先行技術として、例えば、本出願人が先に出願した水力発電装置がある（例えば、特許文献１参照）。この水力発電装置では、円環状の固定子を水管外側に設け、外周に永久磁石を備え内周に複数のプロペラブレードを有する翼車を備えた円環状の回転子を、上記固定子の内側で回転するように設けている。そして、水の通流によってプロペラブレードを介して回転子を回転させることで、固定子側で発電させている。この水力発電装置では、上記円環状の回転子が、側面と円周面に相対しスラスト方向およびラジアル方向の荷重を支える水潤滑軸受によって支持されている。

また、他の先行技術として、水管内における水の通流によって回転するように構成され、筒状のランナによって周囲が囲繞されたプロペラブレードと、ランナの外周囲に設けられて一体回転する永久磁石と、この永久磁石に沿って設けられたステータとを備えた水力発電装置もある（例えば、特許文献２参照）。この水力発電装置では、上記ランナは、水の通流上流側端部と下流側端部とをそれぞれ水潤滑軸受により回転可能にラジアル支持され、少なくとも一方の水潤滑軸受は、下流側面に水が供給されてランナのスラスト軸受としても機能するように構成されている。

特開２００６−１８９０１４号公報特開２００８−１４２４６号公報

ところで、上記特許文献１，２に記載されている水力発電装置は、図１０に示すように、水管内を通流する水Ｗを軸受給水口１１９から取出し、給水配管１１４を介してプロペラブレード１１１の軸受部１１２及び１１３に循環させて回転支持する構造となっている（この明細書及び特許請求の範囲の書類中では、水潤滑軸受に循環させる「水」を「循環水」ともいう）。この水潤滑式軸受１１２及び１１３は、油を使用しない軸受として水力発電装置１１０には有効であるが、給水配管１１４及び貫通穴１２３を設けて軸受部１１３及び１１２への連続給水ができるような構造にし、プロペラブレード１１１と一体的に回転するランナ１１５と、スラスト軸受部１１７及びラジアル軸受部１１６との間の軸受隙間に常に水膜を形成し、その水膜によってランナ１１５のスラスト力及びラジアル力を支持する必要がある。

この軸受構造では、プロペラブレード１１１よりも上流方向の上流側水管部分１１８に設けられた軸受給水口１１９から循環水Ｗを取出し、給水配管１１４を介してステータ１２０の冷却用として用いた後、下流側の負荷側軸受部１１３（図示する右側）へ供給して、さらに上流側の軸受部１１２にも貫通穴１２３及びキャン１２２の内側を通って循環水としている。

また、このような水潤滑式の軸受部に取出す水Ｗは、水管内を流れる水Ｗを取出しているため、水中の異物（この明細書及び特許請求の範囲の書類中における「異物」は、水管内の水とともに流れる木材、枯葉、紙、その他のゴミを全て含む）が軸受部に循環させられるおそれがある。そのため、主流からの取出し部である軸受給水口１１９には、給水配管１１４への大きな異物の取出しを防止するためのスリット（ルーバー）１２１が設けられ、大きな異物が軸受給水口１１９から取出されないようにしている。

一方、上記ダムにおける河川維持放流水や、小河川水、農業用水等には、例えば、台風等によって想定していたよりも多量の異物が水中に混入する場合がある。また、河川維持放流水の場合など、ダムの取水口１２５（図９）に設けられた異物除去網などを清掃した時などには多量の異物が水管内の水Ｗに入る場合がある。このような場合、上記した軸受給水口１１９のスリット１２１によって大部分の異物が取出されないように分離できるが、スリット１２１の隙間を通過する異物Ｔが水潤滑軸受１１３に供給する水Ｗの中に取込まれるおそれがある。

この異物Ｔは、多少の量であれば軸受部で破砕することができるが、許容範囲以上の異物Ｔが軸受給水口１１９から取出されると、ステータ１２０とランナ１１５との間や軸受部１１２，１１３の隙間に詰りを発生させるおそれがある。そして、軸受部１１２，１１３の隙間に異物Ｔが詰まると潤滑できなくなり、そのままの状態で回転を続けると回転翼が回転できなくなるおそれも生じる。

さらに、上記異物がステータ１２０とランナ１１５との間に入ると、ステータ１２０の内面をカバーしているキャン１２２を損傷するおそれがある。キャン１２２は、ステータ１２０の内面全面をカバーしているため、損傷して交換する場合は多くの時間と労力を要するとともに、水力発電装置１１０の稼働率を低下させてしまう。

なお、このような異物の問題を解決する対策として、大型フィルタを設置して異物を除去した浄水を軸受部に供給する方法も考えられるが、設備が大掛かりになり、大幅なコストの上昇とフィルタのメンテナンスに費用と時間を要することになり、小水力発電のメリットが失われてしまう。

また、上記特許文献１，２には、異物の大きさと軸受部の隙間との関係による異物の詰まりについて何ら記載されておらず、上記したように許容範囲以上の異物が水管内を流れた場合には上記したような問題を生じるおそれがある。

そこで、本発明は、水潤滑軸受の潤滑水を水車本体の上流部から取出す構成において、潤滑水中に軸受部で問題となる異物が混入しないようにした水潤滑式水力発電装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、水が通流する水管の中途に設置し、該水管と内部が連通する水車本体を備えた水潤滑式水力発電装置であって、前記水車本体は、該水車本体内を通流する水によって回転するプロペラブレードと、該プロペラブレードの外周囲に設けられたランナと、前記ランナの外周囲に設けられて該ランナと一体回転する永久磁石と、を有する回転翼と、前記回転翼の永久磁石外方に設けられたステータとを備え、前記回転翼は、前記ランナの上流部と下流部とをラジアル支持及びスラスト支持する水潤滑軸受により回転可能に支持され、前記水潤滑軸受は、前記水車本体の上流部に設けた軸受給水口から取出される水を給水配管を介して該水潤滑軸受に下流側から供給し、前記回転翼との間に水膜を形成して軸受として機能するように構成され、前記軸受給水口は、前記水潤滑軸受と回転翼との隙間よりも細かい目開きを有するフィルタ材を具備したフィルタ部を備え、前記フィルタ部は、前記水車本体の内表面と同一面となるように内表面が形成された前記フィルタ材を前記軸受給水口に取付けるフィルタ取付部材と、該フィルタ取付部材を、側方から取外し又は取付けできるように、下端を前記水車本体に固定するフィルタ固定部材と上端を前記給水配管に固定する固定具とを具備したフィルタ接続構造と、を有している。この明細書及び特許請求の範囲の書類中における「フィルタ材」は、所定の大きさの開口を有するメッシュ状のフィルタ材や、所定の大きさの開口を有する板状のフィルタ材等を含む。これにより、軸受給水口から水潤滑軸受に取込まれる水中の異物がフィルタ材で除去されるので、水潤滑軸受と回転翼との間に供給される水は、この水潤滑軸受と回転翼との隙間よりも大きい異物が確実に除去された水となり、水潤滑軸受部分において異物の詰まり等を生じることを確実に防止することができる。従って、ステータとランナとの隙間に異物が詰まるのを防止し、ランナやキャン及びステータ等に問題が生じるのを未然に防ぐことができる。さらに、フィルタ材の内表面が水車本体の内表面と同一面であるため、フィルタ材の内表面に異物が付着したとしても、その異物が水車本体内を通る水によって洗い流されるようにできる。しかも、フィルタ材に異物が詰まったとしても、フィルタ固定部材を外してフィルタ取付部材を水車本体から取外すことにより、フィルタ材を外して容易に掃除又は交換することができる。

また、前記給水配管に流量監視機器を設け、該流量監視機器で監視している流量が所定の流量を下回ると回転翼を停止させるように構成されていてもよい。このようにすれば、フィルタ材に異物が詰まった場合や、軸受隙間に異物が堆積して水潤滑軸受部に所定の潤滑水流量が得られない場合でも、回転翼を迅速に停止させることができる。従って、水潤滑軸受への流量不足時に即時停止させて、潤滑水不足による回転翼への影響を最小限に食い止めることができる。上記流量監視機器としては、例えば、電磁流量計が利用でき、この電磁流量計で給水配管中の流量を常時監視することで、詰まりによる流量低下を生じたことを迅速に検知して自動的に回転翼を停止させることができる。

また、前記軸受給水口は、前記水車本体の水平方向両側方よりも上方位置に配置されていてもよい。このようにすれば、水車本体内を流れる土砂等の重い異物が軸受給水口から取出されないようにすることができる。

また、前記軸受給水口は、前記水車本体の上流部に複数個配設され、前記給水配管は、前記複数個の軸受給水口から取出される水を前記水潤滑軸受と前記回転翼との間に供給するように構成されていてもよい。このようにすれば、１つの軸受給水口に異物が詰まって取出す循環水量が減ったとしても、他の軸受給水口から取出した循環水を水潤滑軸受に供給して、長期間の安定運用ができる。

本発明によれば、回転翼を支持する水潤滑式軸受部分に大きな異物が入り込まないようにでき、異物の多い使用条件であっても安定した運用ができる水潤滑式水力発電装置を提供することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る水力発電装置を上流側から示す斜視図である。図１に示す水力発電装置を下流側から示す斜視図である。図１に示す水力発電装置の上部を一部断面した斜視図である。図１に示す水力発電装置における構成を示す図面であり、(a) は上半部を示す縦断面図であり、(b) は(a) に示すIV部の拡大断面図である。図４(a) に示す水力発電装置の軸受流量監視と自動停止させる制御の一例を示すグラフである。図１に示す水力発電装置の軸受給水口を示す縦断面図である。 (a) は図６に示すＡ−Ａ断面図であり、(b) は図６に示すＢ−Ｂ断面図である。図６に示す軸受給水口のフィルタ材交換時の分解図である。河川維持放流水を利用した小規模水力発電の概要を示す側面図である。従来の水力発電装置における構成の上半部を示す縦断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の実施形態では、ダムの河川維持放流水によって発電する水力発電装置１を例に説明する。また、水力発電装置１の軸中心方向を「内方向」、半径方向外方向を「外方向」という。さらに、回転翼の軸受部における半径方向を「ラジアル方向」、それと直交する方向を「スラスト方向」という。図中の矢印Ｗは、水Ｗの流れ方向を示す。

図１，２に示すように、この実施形態の水力発電装置１は、水管１０２（図９）の中途に設置される水車本体２を有し、この水車本体２は内径が水管１０２と同径に形成されている。また、水車本体２は、上流側水管部分３と発電機本体部分４と下流側水管部分５とから構成されている。水力発電装置１は、上流側水管部分３と下流側水管部分５の端部に設けられたフランジ６，７を水管１０２に設けられたフランジ（図示略）と結合することで、水管１０２の中途に設けられる。

図３に示すように、上記水車本体２の上流側内周面には、周方向に等間隔で配設された複数のガイドベーン１０が固定されている。これらのガイドベーン１０の中心位置には、筒状のボス１１が設けられている。また、ボス１１は、ガイドベーン１０の下流方向に延び、その外周囲には、所定の隙間を保って軸流型に湾曲する複数枚のプロペラブレード１５を有する回転翼１７が配設されている。プロペラブレード１５は、ボス１１の周囲に等間隔で配置されており、ボス１１とは非接触で回転するようになっている。

上記ガイドベーン１０は、プロペラブレード１５の傾きに対して逆方向に傾いて湾曲する軸流型をなしており、水流がプロペラブレード１５に適切な角度で効率良く当たるように形成されている。

上記プロペラブレード１５は、発電機本体部分４の内方に位置し、円筒状の上記ランナ１６の内周面に固定されている。これにより、プロペラブレード１５が回転すると、ランナ１６が一体的に回転するようになっている。ランナ１６には、水車本体２の内径と同径のランナショルダ１８が上流方向及び下流方向に突設されている。ランナ１６の外周面側には、永久磁石１９が配設されている。

回転翼１７は、このランナ１６とランナショルダ１８の上流側と下流側とに配設された上流側水潤滑軸受３０及び下流側水潤滑軸受３１によって支持されている。これらの水潤滑軸受３０，３１は、ランナショルダ１８の外周面をラジアル支持するとともに、ランナ１６の前後方向支持面をスラスト支持するように構成されている（詳細は後述する）。

また、ランナ１６に設けられた永久磁石１９の外方周囲には、所定の隙間を開けてステータ２０（「ステータコア（積層鉄芯）」及び「ステータコイル」を含む）が設けられている。ステータ２０の内周面はキャン２１によって覆われており、外周側は発電機カバー２２で覆われている。

そして、この図３及び図４(a) に示すように、上記水車本体２の内部を流れる水Ｗから上記水潤滑軸受３０，３１に循環水Wを取出す軸受給水口４０が、上記水車本体２の上流側水管部分３に設けられている。この軸受給水口４０は、水車本体２の水平方向両側方よりも上方位置（この例では、上流側水管部分３の頂部）に配置されている。このように軸受給水口４０を上方位置に配置することにより、水車本体２内を流れる土砂等の重い異物Ｔが軸受給水口４０から取込まれないようにしている。

この軸受給水口４０に接続された給水配管４１は、上流側水管部分３から取出した循環水Ｗを、上記ステータ２０の周囲に設けられた発電機カバー２２の周囲に供給して、発電機カバー２２を通じてステータ２０が発電時に発生する熱を効率的に除去している。その後、この循環水Ｗが給水配管４１によって、下流側水潤滑軸受３１に下流方向から供給されている。

下流側水潤滑軸受３１の下流側端面には、凹部３２が全周に形成されており、この凹部３２に上記給水配管４１から循環水Ｗが供給されている。そして、この凹部３２に供給された水Ｗが、貫通穴３３から下流側水潤滑軸受３１とランナ１６との隙間Ｓに供給されて水膜が形成されるようになっている。このように、下流側水潤滑軸受３１の凹部３２に供給された循環水Ｗを下流側水潤滑軸受３１の上流側端面（スラスト軸受面）に供給して水膜を形成している。

上記凹部３２に供給された循環水Ｗは、下流側水潤滑軸受３１から上流方向に離間した軸受給水口４０から取出されるので静圧が作用しており、この静圧が作用している循環水Ｗによって形成される水膜は、下流側水潤滑軸受３１のスラスト対抗力の発生に十分な水圧を保ち、ランナ１６に作用する大きな下流方向のスラスト力を下流側水潤滑軸受３１で支持している。

また、この水潤滑軸受３０，３１とランナショルダ１８との間にも循環水Ｗが供給されて水膜が形成され、ランナショルダ１８の外周面（ラジアル軸受面）に形成された水膜でラジアル方向の力が支持されている。

さらに、下流側水潤滑軸受３１に供給された循環水Ｗは、ランナ１６の外周面とステータ２０のキャン２１の内周面との隙間Ｓから上流側水潤滑軸受３０にも供給される。そして、上流側水潤滑軸受３０でも、ランナ１６及びランナショルダ１８との間に水膜を形成し、ラジアル方向の力及びスラスト方向の力を支持している。

これら上流側水潤滑軸受３０及び下流側水潤滑軸受３１の潤滑に利用された水は、水車本体２の内方に排出されて下流方向へと流される。

なお、上記水潤滑軸受３０，３１は、例えば、ステンレス製で形成され、その軸受面がセラミック製で形成される。これにより、水潤滑軸受３０，３１に供給される水に異物が混入したとしても、軸受面で粉砕して水と一緒に排出してしまうことができる。しかし、上記したように、多量の異物が流入した場合には破砕されずに詰まりを生じるおそれがある。その上、回転翼１７のランナ１６と固定側であるステータ２０のキャン２１との隙間Ｓよりも大きな異物Ｔが混入した場合、樹脂等で形成されるキャン２１を傷付けてしまうおそれもある。

そこで、上記軸受給水口４０に、上記回転翼１７のランナ１６と固定側のキャン２１との隙間Ｓよりも大きい異物Ｔを除去するフィルタ部５０が設けられている。このフィルタ部５０に設けられるフィルタ材５１は、ランナ１６とキャン２１との隙間Ｓよりも小さい目開きのメッシュ等が利用される。このように、軸受給水口４０に目開き（「メッシュサイズ」ともいう）の細かいフィルタ材５１を取付けることにより、給水配管４１へ大きい異物Ｔが取出されるのを防止している。つまり、フィルタ材５１により、上記水潤滑軸受３０，３１と回転翼１７との隙間Ｓに詰まるような大きさの異物Ｔを、上記軸受給水口４０で予め除去している。

図４(b) に示すように、この実施形態のフィルタ材５１は、板材に所定の目開きの開口穴５２を設けたものが採用されている。また、フィルタ材５１は、内表面が水車本体２の内表面と同一面となるように形成されている。このようにすれば、フィルタ材５１の内表面に異物Ｔが付着したとしても、その異物Ｔが水車本体２内を通る水Ｗによって洗い流され易いようにできる。

また、この実施形態では軸受給水口４０を１つ設けているが、複数個の軸受給水口４０を設けることで、１つの軸受給水口４０に異物Ｔが詰まって取出し水量が減ったとしても、他の軸受給水口４０から十分な循環水Ｗを取出すようにできる。

さらに、上記給水配管４１には、途中に流量監視機構である電磁流量計４２が設けられている。この電磁流量計４２により、給水配管４１内を流れる流量（水量）を監視している。電磁流量計４２を設けることにより、上記フィルタ材５１に異物Ｔが詰まって軸受給水口４０から水Ｗが取出せなくなったことを給水配管４１内の流量低下で自動的に検知し、その給水配管４１内の流量低下で異物Ｔの詰り等が発生したと判断して水力発電装置１を停止させるような制御を自動的に行うことができる。

図５は、上記電磁流量計４２による流量監視と水力発電装置１の自動停止とを行う制御の一例を示すグラフである。横軸には経過時間を示し、縦軸には軸受に供給される水量Ｖを示している。この例では、流量変化を時間軸で監視し、給水配管４１内の水量Ｖが所定の閾値（図示する一点鎖線）を下回ったら、フィルタ材５１に異物Ｔの詰り等が発生したと判断して水力発電装置１を停止させる信号が発せられるようにしている。この閾値としては、水潤滑軸受３０，３１に応じて問題の生じない水量Ｖに設定すればよい。

このように、水力発電装置１の運転中に水潤滑軸受３０，３１への水量低下を流量監視機構で検知して、優先的に水力発電装置１を停止する運転プログラムとすることにより、回転翼１７の軸受部分に水量低下による問題が生じる前に水力発電装置１を即時停止させて、問題が生じるのを未然に防ぐ運用ができるようにしている。

さらに、図６及び図７(a),(b) に示すように、上記フィルタ部５０は、フィルタ材５１を簡単に取外すことができるフランジ接続構造となっている。この例では、フィルタ材５１を固定するフィルタ取付部材５４と、このフィルタ取付部材５４を水車本体２に固定するフィルタ固定部材５３とを有している。具体的には、水車本体２の上部にフランジ材５６を固定し、このフランジ材５６にピン６１で回動可能に支持されたフィルタ固定部材５３を設けている。このフィルタ固定部材５３の上部には、所定長さのフィルタ取付部材５４を取付け、その上部に給水配管４１を接続するような構造としている。フィルタ取付部材５４の上端と給水配管４１とは、図７(a) に示すように、固定具６０で固定されるようになっている。また、フィルタ取付部材５４の下端は、図７(b) に示すように、フィルタ固定部材５３のボルト５７で固定されるようになっている。

図６に示すように、より具体的な構造としては、フィルタ取付部材５４の下端にはフランジ部５５が設けられており、このフランジ部５５と上記水車本体２の上面に設けられたフランジ材５６との間にフィルタ材５１の上部とパッキン６２とを挟んで設ける。そして、フィルタ取付部材５４のフランジ部５５を、フィルタ固定部材５３のボルト５７でフランジ材５６に固定することにより、フランジ部５５とフランジ材５６との間でフィルタ材５１を保持している。この状態で、フィルタ材５１の内表面が、水車本体２の内表面と同一面に保持されている。また、フィルタ取付部材５４の上端にはフランジ５８が設けられ、上記給水配管４１に設けられたフランジ４３とがパッキン５９を挟んで固定具６０で固定されている。この固定具６０は、締付けることでフランジ５８，４３を密接させるようになっている。

このようにしてフィルタ取付部材５４を介してフィルタ材５１を取付けるフィルタ接続構造によれば、フィルタ固定部材５３と固定具６０とを外せば、フィルタ取付部材５４を側方から取外し又は取付けすることができる。

図８に示すように、フィルタ材５１が詰まった時の確認時には、フィルタ固定部材５３のボルト５７を緩めてフィルタ固定部材５３をフィルタ取付部材５４から外すとともに、固定具６０を外せば、フィルタ取付部材５４を横方向に取外すことができる。これにより、フィルタ材５１の上方に空間を形成することができ、フィルタ材５１を上方に取外すことが容易にできる。従って、フィルタ材５１に異物Ｔが詰まった場合でも、水力発電装置１を水管１０２に固定した状態でフィルタ材５１を容易に取外して、清掃又は交換を行うことができる。

このような水力発電装置１によれば、水車本体２内に流れる水Wがガイドベーン１０によって方向が調整されると共に増速され、この水Wでプロペラブレード１５が効率良く回転させられる。そして、このプロペラブレード１５と一体的にランナ１６が回転させられ、ランナ１６に固定された永久磁石１９が、ステータ２０（ステータコア）に対して回転させられ、これによってステータ２０で発電することができる。

一方、上記軸受給水口４０から取出される循環水Ｗは、フィルタ部５０によって大きな異物Ｔが除去されるので、水潤滑軸受３０，３１に供給される循環水Ｗ中にはランナ１６とキャン２１との隙間Ｓ等、水潤滑軸受３０，３１と回転翼１７との隙間Ｓに詰まるような大きさの異物Ｔはなく、水潤滑軸受３０，３１とランナ１６及びランナショルダ１８との間に供給した循環水Ｗで形成した水膜で安定した水潤滑軸受３０，３１の機能を保ち、水力発電装置１を安定して運用することができる。

以上のように、上記水力発電装置１によれば、軸受給水口４０に設けられたフィルタ部５０によって水潤滑軸受３０，３１とランナ１６及びキャン２１との隙間（潤滑部隙間）Ｓよりも大きな異物Ｔが流入するのを防ぐので、異物の多い使用条件であっても、フィルタ部５０を通過した異物Ｔは軸受部を通過し、水力発電装置１の安定した継続運転ができる。また、軸受給水口４０から取出された水中に小さな異物Ｔが混入した場合でも、キャン２１やランナ１６等を傷付けることなく排出することができる。

しかも、水中の異物Ｔでフィルタ材５１に詰まりを生じたとしても、水潤滑軸受３０，３１の潤滑水量が所定量以下になると水力発電装置１を自動的に停止させることができ、回転翼１７に問題を生じる前に水力発電装置１を停止させることで安定した運用が可能となる。

また、軸受給水口４０を水車本体２の上部に設けることにより、土砂等の重たい異物Ｔが水潤滑軸受３０，３１に入ることがないようにして、水力発電装置１の安定した運転を可能としている。

さらに、大掛かりな自動ストレーナ等を設置することなく異物Ｔを除去でき、さらに別途きれいな潤滑水Ｗを供給するように構成する必要もないため、設備費用を抑えた水潤滑式水力発電装置１を構成することができる。

なお、上記実施形態では、フィルタ部５０をフランジ接続構造として簡単に取外せるようにしているが、他の構造で取付けるようにしてもよく、上記実施形態に限定されるものではない。

また、上述した実施形態は一例を示しており、本発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。

本発明に係る水潤滑式水力発電装置は、小水力発電を行いたいダムの河川維持放流部や、小河川、農業用水路、工場排水路などにおいて利用できる。

１水力発電装置
２水車本体
３上流側水管部分
４発電機本体部分
５下流側水管部分
１５プロペラブレード
１６ランナ
１７回転翼
１８ランナショルダ
１９永久磁石
２０ステータ
２１キャン
３０水潤滑軸受（上流側）
３１水潤滑軸受（下流側）
３２凹部
３３貫通穴
４０軸受給水口
４１給水配管
４２電磁流量計
４３フランジ
５０フィルタ部
５１フィルタ材
５２開口穴
５３フィルタ固定部材
５４フィルタ取付部材
５５フランジ部
５６フランジ材
５８フランジ
６０固定具
１０２水管
Ｓ隙間
Ｔ異物（ゴミ）
Ｗ循環水（水）
Ｖ水量

Claims

水が通流する水管の中途に設置し、該水管と内部が連通する水車本体を備えた水潤滑式水力発電装置であって、
前記水車本体は、該水車本体内を通流する水によって回転するプロペラブレードと、該プロペラブレードの外周囲に設けられたランナと、前記ランナの外周囲に設けられて該ランナと一体回転する永久磁石と、を有する回転翼と、
前記回転翼の永久磁石外方に設けられたステータとを備え、
前記回転翼は、前記ランナの上流部と下流部とをラジアル支持及びスラスト支持する水潤滑軸受により回転可能に支持され、
前記水潤滑軸受は、前記水車本体の上流部に設けた軸受給水口から取出される水を給水配管を介して該水潤滑軸受に下流側から供給し、前記回転翼との間に水膜を形成して軸受として機能するように構成され、
前記軸受給水口は、前記水潤滑軸受と回転翼との隙間よりも細かい目開きを有するフィルタ材を具備したフィルタ部を備え、
前記フィルタ部は、前記水車本体の内表面と同一面となるように内表面が形成された前記フィルタ材を前記軸受給水口に取付けるフィルタ取付部材と、該フィルタ取付部材を、側方から取外し又は取付けできるように、下端を前記水車本体に固定するフィルタ固定部材と上端を前記給水配管に固定する固定具とを具備したフィルタ接続構造と、を有していることを特徴とする水潤滑式水力発電装置。
前記給水配管に流量監視機器を設け、該流量監視機器で監視している流量が所定の流量を下回ると回転翼を停止させるように構成されている請求項１に記載の水潤滑式水力発電装置。
前記軸受給水口は、前記水車本体の水平方向両側方よりも上方位置に配置されている請求項１又は２に記載の水潤滑式水力発電装置。
前記軸受給水口は、前記水車本体の上流部に複数個配設され、
前記給水配管は、前記複数個の軸受給水口から取出される水を前記水潤滑軸受と前記回転翼との間に供給するように構成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の水潤滑式水力発電装置。