JP5919596B2

JP5919596B2 - 水力発電装置

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Publication number: JP5919596B2
Application number: JP2013048089A
Authority: JP
Inventors: 渡邊　美信; 美信渡邊; 相森　冨男; 冨男相森; 瀬崎　忠; 忠瀬崎; 典慎北川
Original assignee: 株式会社中山鉄工所
Priority date: 2013-03-11
Filing date: 2013-03-11
Publication date: 2016-05-18
Anticipated expiration: 2033-03-11
Also published as: JP2014173527A

Description

本発明は、水力発電装置に関し、特に、羽根車が配置される流路部を通過する水の流量を調整する装置に関する。

水力発電は、これまで、ダムによる貯水等で得られる大量の水の落差を利用して発電を行う大規模のものが主流であった。しかしながら、従来、水力発電の適用対象外とされてきた、流れる水量の少ない小規模の河川や水路においても、近年、再生可能エネルギーへの注目の高まりを受け、こうした小規模の河川や水路に対応した、小型の水車を用いた水力発電装置が設置、活用されるようになっている。

こうした小型の水力発電装置としては、水車、すなわち羽根車の中心に位置する羽根車軸を垂直に支持し、流れる水の中に羽根車を位置させる一方、発電機や、羽根車軸から発電機まで駆動力を伝達する機構は、保守性等を考慮して水上に配設する、立軸形の構造を採用したものが増えている。このような水力発電装置の例として、特開２００７−１７７７９７号公報に開示されるものがある。

特開２００７−１７７７９７号公報

従来の水力発電装置は前記特許文献に例示される構成を有しており、このような小型の水力発電装置の使用に際しては、これを設置される水路が降水量の季節変化などに起因する水量の自然変動を生じるものである場合、発電出力に対するこうした水量の自然変動の影響を緩和するため、水路における水力発電装置の周囲を堰き止め、水路の水が原則として水力発電装置の内部流路（流路部）を一旦通過するようにして、水力発電装置の前後に水位差を生じさせ、羽根車に達する水量を安定化すると共に、水力発電装置で水の落差分のエネルギーも用いるようにするのが一般的である。

ただし、前記特許文献に示される従来の水力発電装置のように、内部流路形状が一定の場合、水力発電装置を設置した水路における水の流量が大幅に減少すると、水路での水の流量に対して水力発電装置の内部流路の大きさが相対的に過大となり、水が水力発電装置を通って過剰に流れて、水路における装置前後に十分な水位差を生じさせられず、装置前面側（流入口側）の水位が下がることで、水の落差で羽根車を回転させる力が弱まることとなる。この時、水路における水の流速も低下している場合には、水の羽根車を回転させるエネルギーが十分得られなくなるため、羽根車から発電機側へ適切に駆動力を伝達できず、有効に発電できない状況に陥りやすいという課題を有していた。

本発明は前記課題を解消するためになされたもので、羽根車を回転させる水の通る流路形状を調整可能として、装置を設けた水路での水の流量が増減変化する状況でも、羽根車に到達させる水の流量を適切なものとし、効率よく羽根車を回転させて発電を行える水力発電装置を提供することを目的とする。

本発明に係る水力発電装置は、水路内に装置周囲を堰き止めつつ設置され、ケーシングを貫通して設けられた流路部を通る水の流れの力で羽根車を回転させ、羽根車から発電機に駆動力を伝えて発電を行う水力発電装置において、当該水力発電装置の周囲で水路を堰き止めて水の流れを制限し、水路における水力発電装置の前面位置と後面位置に所定の水位差を生じさせ、前記ケーシングが、内側の流路部を取り囲む略箱状体として形成され、前記羽根車が、ケーシング内側の流路部に回転中心軸を水の流れ方向と略直角となる向きとして配設され、前記発電機が、ケーシングにおける流路部の外側となる部位に羽根車で駆動可能として配設され、前記ケーシングにおける流路部の水流入口上側部分に支持されて流路部における羽根車より上流側に配置され、羽根車に向かって斜め下向きとなる傾斜配置で、且つ流入口上側部分を中心として上下に傾動可能とされる上側案内板を少なくとも備え、当該上側案内板が、羽根車寄り端部の上下方向位置を、羽根車の存在する上下範囲内で調整されつつ、上方への水の流れ込みを規制するものである。

このように本発明によれば、ケーシングの流路部流入口側に傾動可能な上側案内板を配設し、例えば水路の装置前面位置での水位変化に基づいて、上側案内板を傾動させ、上側案内板における羽根車寄り端部の上下方向位置を変化させ、羽根車における水の到達範囲を調整することにより、水路を流れる水量が十分多く装置前面位置における水位が高い場合には、上側案内板の羽根車寄り端部を上寄りとして、羽根車の広い範囲に水を到達させて羽根車を効率よく回転させられる一方、水路を流れる水量が少なく、水をそのまま羽根車に導くと装置前面位置での水位が低下する場合には、上側案内板を下に傾動させて上側案内板の羽根車寄り端部を下寄りとし、流路部を絞り込んで流路部を通過する水の流量を抑え、装置前面位置での水位を可能な限り下げないようにすると共に、上側案内板の羽根車寄り端部で規定される、水の羽根車に流れ込む上限位置を下げることで、水路の装置前面位置から羽根車までの水の落差を十分に確保し、この落差分の水のエネルギーを羽根車の回転に適用可能として、流路部の絞り込みで羽根車に向かう水の流速が高まることと合わせ、羽根車に流れ込む水の流量減少に際しても羽根車を適切に回転させられ、発電を有効に行える。

また、本発明に係る水力発電装置は必要に応じて、前記羽根車が、回転軸方向に平行な羽根体を軸周りに多数配設されるクロスフロー型とされると共に、少なくとも羽根体に囲まれる中央の空間部分を回転軸方向に仕切る一又は複数の仕切板を配設されてなり、前記上側案内板が、羽根車寄り端部の上下方向位置を羽根車の仕切板位置と一致させるよう調整されるものである。

このように本発明によれば、クロスフロー型の羽根車における回転軸方向の所定位置に仕切板が設けられて、羽根車の中間部分が仕切板で複数の領域に分けられると共に、上側案内板を傾動調整して上側案内板の羽根車寄り端部を仕切板の位置に合わせるようにし、流路部で上側案内板と仕切板が連続配置される状況を生じさせることにより、流路部に流入した水を上側案内板で案内し、羽根車における仕切板より下の領域に水を確実に導くと共に、羽根車では仕切板が水の上方への進行を抑えることとなり、羽根車における水の分散移動を防いで、流量の少ない状況で水の保有するエネルギーを羽根車の回転に最大限利用でき、より効率よく羽根車を回転させて発電を行える。

また、本発明に係る水力発電装置は必要に応じて、前記ケーシングの流路部における羽根車より上流側の左右に斜め向きで配置され、水の流路を狭めて水を流路部中央に案内する横案内板を備え、前記上側案内板が、左右の側端部に、上側案内板の傾動を経ても左右の各横案内板への接触状態を維持する弾性材製のシール体を一体に配設されてなるものである。

このように本発明によれば、羽根車より上流側の流路部の左右にそれぞれ横案内板を配設すると共に、上側案内板の左右側端部にシール体を設けて、上側案内板を上下に傾動させても、側端部のシール体が傾動を許容しつつ横案内板と接触し続け、上側案内板と横案内板との間に隙間を生じさせないことにより、上側案内板のみの傾動では上側案内板端部と横案内板との横方向における相対位置関係が変化して両者の間に隙間が生じ得る状態となるのに対して、弾性体と横案内板との接触で隙間を生じさせずに上側案内板を傾動させることができ、上側案内板を傾動させて羽根車への水の到達状態を変化させた場合においても、水を上側案内板位置で上方に逃がすことなく確実に羽根車側に導いて羽根車の回転に寄与させることができ、損失分を減らして羽根車を効率よく回転させられる。

また、本発明に係る水力発電装置は必要に応じて、前記ケーシングにおける流路部の流入口下側部分に支持されて流路部における羽根車より上流側に配置され、羽根車に向かって斜め上向きとなる傾斜配置で、且つ流入口下側部分を中心として上下に傾動可能とされる下側案内板を備え、前記下側案内板が、羽根車寄り端部の上下方向位置を、前記上側案内板の傾動に連動して調整されつつ、下方への水の流れ込みを規制するものである。

このように本発明によれば、流路部の流入口側に下側案内板を傾動可能に配設し、上側案内板を傾動させる際に下側案内板も傾動させて、羽根車への流体の到達可能な範囲を上下両方向から調整可能とすることにより、上側案内板の傾斜を大きくして上側案内板の羽根車寄り端部を下げる場合に、下側案内板の羽根車寄り端部も上げて、羽根車に向かう水の流路を絞る変化の度合いを大きくすることができ、流路部で水の流速を効率よく高めて、羽根車を所望の回転速度で回転させて適切に発電を実行できる。

本発明の第１の実施形態に係る水力発電装置の斜視図である。本発明の第１の実施形態に係る水力発電装置の正面図である。本発明の第１の実施形態に係る水力発電装置の背面図である。図２のＡ−Ａ断面図である。本発明の第１の実施形態に係る水力発電装置における上側案内板の正面視及び断面視での最上位置配置状態説明図である。本発明の第１の実施形態に係る水力発電装置における上側案内板の正面視及び断面視での下方傾動状態説明図である。本発明の第１の実施形態に係る水力発電装置における水路高水位での水通過状態説明図である。本発明の第１の実施形態に係る水力発電装置における水路低水位での水通過状態説明図である。本発明の第１の実施形態に係る水力発電装置における上側案内板の他の構造例説明図である。本発明の第１の実施形態に係る水力発電装置における他の傾動機構による上側案内板の最上位置配置状態説明図である。本発明の第１の実施形態に係る水力発電装置における他の傾動機構による上側案内板の下方傾動状態説明図である。本発明の第１の実施形態に係る水力発電装置における他の羽根車使用時の水通過状態説明図である。本発明の第２の実施形態に係る水力発電装置における上側案内板の最上位置配置状態説明図である。本発明の第２の実施形態に係る水力発電装置における上側案内板の下方傾動状態説明図である。

（本発明の第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る水力発電装置を前記図１ないし図１２に基づいて説明する。本実施形態においては、河川や用水路等の小規模水路内に、装置周囲を堰き止めつつ設置される小型の水力発電装置の例について説明する。
前記各図において本実施形態に係る水力発電装置１は、内側の流路部５１を取り囲む略箱状体として形成されるケーシング５０と、ケーシング５０内側の流路部５１に回転可能として配設されるクロスフロー型の羽根車１０と、ケーシング５０における流路部５１の外側となる部位に羽根車１０で駆動可能として配設される発電機４０と、ケーシング５０における流路部５１上部所定範囲に傾動可能として配設される上側案内板２０と、ケーシング５０における流路部５１左右部所定範囲にそれぞれ配設される横案内板５５と、ケーシング５０における流路部５１下部所定範囲に配設される下側案内板３０とを備える構成であり、ケーシング５０の流路部５１を通る水の流れの力で羽根車１０を回転させ、羽根車１０から発電機４０に駆動力を伝えて発電を行うものである。

この水力発電装置１は、発電機４０を上部、羽根車１０を下部にそれぞれ配置して、羽根車１０の回転中心軸が垂直向きとなっている立軸形であり、水の流れ方向に対し直交する横方向に羽根車１０を二つ並べた構造を有する。また、ケーシング５０の上部に、各羽根車１０でそれぞれ駆動される発電機４０が横に二つ並べて設けられる。

そして、この水力発電装置１は、用水路等の小さな水路９０内における流れのある水中にケーシング５０が一部没した状態で設置され、ケーシング５０を前後に貫通する流路部５１に水流を導くことで、二つ並んだ羽根車１０が水流を受けてそれぞれ回転し、各羽根車１０から伝達される駆動力で各発電機４０を作動させ、発電を行う仕組みである。水は、ケーシング５０の流路部５１における前面側の開口（流入口５１ａ）から流入して、二つの羽根車１０をそれぞれ回転させた後、ケーシング５０の後面側の開口（流出口５１ｂ）から出ていくこととなる。

ケーシング５０の流路部５１における流入口近傍には、開口端からケーシング内側へ向かって徐々に流路を狭めて水の流速を増大させつつ、水を流路部５１中央に案内する縮小流路を生じさせる、可動の上側案内板２０と、固定の下側案内板３０及び横案内板５５がそれぞれ設けられる。これら各案内板が、横に並んだ二つの羽根車１０に対し、水の流れ方向のより上流側に位置する配置となっている。

前記羽根車１０は、細長い羽根体１１をその長手方向が回転中心軸方向と平行になるようにして軸周りに多数配設されるクロスフロー型とされると共に、回転軸方向における一又は複数の所定位置に、各羽根体１１に囲まれる中央の空間部分及び各羽根体１１間の隙間部分を回転軸方向に仕切る仕切板１５を配設される構成である。

この羽根車１０は、羽根車１０の回転中心位置で羽根車１０と一体化している羽根車軸１２が、軸受を介してケーシング５０に回転可能に支持されることで、ケーシング５０内側の流路部５１に回転中心軸を水の流れ方向と略直角となる向きとして回転可能に配置される構成である。

羽根車１０の回転は、流路部５１の外側のケーシング５０内で、羽根車１０と一体の羽根車軸１２から、直接、あるいはベルト等の伝動手段を介して、発電機４０に伝達される。なお、羽根車１０から発電機４０への駆動力の伝達に際しては、羽根車軸１２の回転を増速した状態で発電機４０側に伝える増速機構を介在させる構成とすることもできる。

前記上側案内板２０は、流路部５１の流入口から羽根車１０近傍まで達する大きさの略台形の板状体で形成され、ケーシング５０における流入口５１ａの上側部分に一端部を蝶着されて流路部５１における羽根車１０より上流側に配置される構成である。こうして上側案内板２０は、流入口上側部分を中心として上下に傾動可能とされ、羽根車１０寄りとなる他端部の上下方向位置を、ケーシング５０の流入口５１ａ側における水路９０内の水位等に基づいて、流路部上下方向における羽根車の存在する範囲内で適宜調整される。そして、上側案内板２０は、羽根車１０に向かって斜め下向きとなる傾斜配置を維持しつつ、この案内板位置から上方への水の流れ込みを規制することとなる。

この上側案内板２０の配設範囲と重なる、ケーシング５０の流路部５１における羽根車１０より上流側の左右には、横案内板５５が斜め向きでそれぞれ配置されているが、上側案内板２０はこれら左右の横案内板５５からの制止を受けることなく傾動可能な形状及び配置関係とされる構成である。ただし、上側案内板２０をスムーズに傾動可能とすると、上側案内板２０の傾きによっては、その左右の側端部と横案内板５５との間に隙間が生じるようになり、そのままでは水の一部がこうした隙間から上方へ流れ込むこととなる。このため、上側案内板２０の左右の側端部には、上側案内板２０と一体に傾動しつつ左右の横案内板５５への十分な接触状態を維持する弾性材製のシール体２１がそれぞれ配設されており、確実に水の上方への流れ込みを抑制できる仕組みとなっている（図６参照）。

この他、上側案内板２０の端部と羽根車１０との間に生じる隙間についても、図９に示すように、上側案内板２０の上に重ねた補助板２３を羽根車側にスライドさせて、この補助板２３で隙間を可能な限り塞ぐようにすることもできる。また、上側案内板２０側端部と左右の横案内板５５との間に生じる隙間についても、前記シール体２１を用いるのに代えて、こうした補助板の横案内板側へのスライドを利用して、上側案内板２０の傾動を許容しつつこれらの隙間を塞ぐようにしてもよい。
なお、ケーシング５０における上側案内板２０と対向する流路部５１下側部分には、下側案内板３０が配設され、この下側案内板３０位置より下側、特に羽根車下側への水の流れ込みを制限する仕組みである。

水力発電装置を設ける水路９０は、水の流量が季節変化で少なくなる場合でも発電が行えるように、水力発電装置１の周囲を堰き止め板９１で堰き止めて水の流れを制限し、水路における水力発電装置の前面位置と後面位置に所定の水位差が生じるようにしている。ただし、水路９０における水の流量が少ない場合、水力発電装置１の流路部５１を通過させる単位時間あたりの水量を制限しないと、水の流れ過ぎで装置前面位置の水位が過度に下がり、羽根車１０に至る水の落差を十分に与えられなくなって、水路内の水自体が適度な流速をもって流れるものでないと、羽根車１０を回転させるのに必要な水のエネルギーが得られないおそれがある。

こうした発電装置上流側の水路９０内における水の状況に対応して、上側案内板２０の傾斜角度を変えて、上側案内板２０における羽根車１０寄り端部の上下方向位置を調整して、水の羽根車１０への進入高さを変えられるようにしている。詳細には、水路９０における流量が少ない場合、上側案内板２０を下方に傾動させ、上側案内板２０のある範囲で流路部５１を狭くするのと共に、上側案内板２０における羽根車１０寄り端部の位置を下げて、流路部５１の最小部断面積を小さくすることで、流路部５１を通過する単位時間あたりの水量を制限して、水路の発電装置前面位置での水位を過度に下げないようにすることができる。

この場合、上側案内板２０における羽根車１０寄り端部を下げて水の羽根車１０への進入高さを下げたことで、通過水量を抑えて確保した水位の分に加えて、上側案内板２０が下がった分の落差が新たに生じることとなる。また、上側案内板２０を下方に傾動させて流路部５１を狭くする、すなわち、縮小流路である流路部５１をさらに絞ることで、羽根車１０に向かう水の流れを増速させている。これらにより、羽根車１０の回転に必要な水のエネルギーを十分に確保でき、羽根車１０に流れ込む水の量が減少しても、効率よく羽根車１０を回転させて発電を行える。

上側案内板２０の傾動は、例えば、流路部外側となるケーシング５０上部に設けた駆動部５３と、上側案内板２０上面と前記駆動部５３とを連結するリンク部２２とを用い、外部から駆動部５３を作動させてこの駆動部５３に対するリンク部２２の位置関係を変化させることで、リンク部２２に連なる上側案内板２０を動かすといった、公知の遠隔操作可能な機構により実行することができる。

この場合、水量の季節変化に応じて作業者が外部から駆動部５３を作動させる操作を行って、上側案内板２０の調整を行う仕組みとする他、水位検出用のセンサを別途設置して装置前面位置での水位を検出し、この検出される水位がほぼ一定となるように上側案内板２０を駆動部５３で傾動させる、詳細には、水位が上がった際には上側案内板２０を上方に傾動させ、また、水位が下がった際には上側案内板２０を下方に傾動させる、といった調整制御を、水位が変化しなくなるまで自動的に行う仕組みを採用することもできる。

こうして水位がほぼ一定となるように上側案内板２０を自動制御で細かく調整すると、季節変化より短い時間間隔で生じる水の流量の変化に対しても適切に対応して羽根車１０の回転を安定化させることができ、発電出力の変動を抑えられる。

なお、水路９０を流れる水の流量に季節変化は生じるものの、短期の変動はほとんど無く、上側案内板２０の調整を頻繁に行わずに済み、水の流量の季節変化への対応として年に数回程度の調整で十分である場合には、上側案内板２０の傾動調整に係る機構を作業者の直接の操作により調整可能なもの、例えば、図１０及び図１１に示すように、上側案内板２０に連結されたねじ軸２４をこれに螺合させたナット２５の締めや緩めにより上下動させて、上側案内板２０を傾動させる機構としてもよく、手動操作を前提とした簡略な機構の採用で、装置のコストダウンが図れることとなる。

次に、前記構成に基づく水力発電装置における上側案内板の調整について説明する。前提として、水路９０における水力発電装置１の前面側周囲は堰き止め板９１で堰き止められて、水路９０の装置前面位置での水位が装置後面位置での水位より高い状態が生じるようにされており、また、水路９０における装置前面位置の水位は、水力発電装置の流入口５１ａより上側に位置すると共に、装置後面位置の水位は、流出口５１ｂ上縁より下側に位置するものとする。

水力発電装置の通常の使用状態では、水路９０を流れる水が流入口５１ａ側からケーシング５０の流路部５１に流入し、上側案内板２０の下側を通過して羽根車１０に達して、水の下流側へ向かう自然な流れと、上側案内板２０の羽根車１０寄り端部位置と水路９０の装置前面位置での水位との関係に基づく水の落差による流れの各作用で羽根車１０が回転し、羽根車軸１２等を介して駆動力が発電機４０に伝えられて発電機４０が作動し、発電が行われる。

こうして発電が行われる中、水路９０における水位が十分高く装置前面側の水量が十分で、水が羽根車１０に当たってこれを回転させながら流れる点以外で何の制限も受けることなく流路部５１を通過しても、水路９０の装置前面位置での水位変化がほとんど生じない場合は、上側案内板２０の傾斜を緩くして、上側案内板２０における羽根車１０寄り端部の上下方向位置を上限位置、すなわち羽根車１０の上端と略同じ高さに位置させる（図７参照）。これにより、流路部５１に流入した水は羽根車１０前面の上下方向の全域に到達でき、羽根車１０に効率よく力を与えてこれをスムーズに回転させることができる。

一方、水路９０を流れる水の流量が少なく、水路９０の発電装置前面位置での水位が発電装置の流入口の高さに近い場合（図８参照）には、発電にあたり流路部５１を水が制限無く通過すると、水路９０における装置前面側の水量が過度に減少するのに伴って装置前面位置の水位が下がり、この水位低下で羽根車１０位置までの水の落差も小さくなって、そのままでは発電効率の低下を招くおそれがある。これを防ぐため、上側案内板２０を下方に傾動させてその傾斜角度を大きくし、上側案内板２０における羽根車１０寄り端部の上下方向位置を、羽根車１０の上下方向における中間の所定位置とする。

これにより、流路部５１の上側案内板２０に面する部位は、傾動前よりさらに、羽根車１０に近付くほど流路断面積が小さくなり、通過できる水量も減ることとなる。そして、流路部５１に流入した水は、羽根車１０のうち上側案内板２０の羽根車１０寄り端部より下側の領域に到達して羽根車１０を回転させる。こうして、流路部５１に流入して羽根車１０に至る水量を減らす、すなわち、発電に伴う水の下流側への移動を抑えることで、装置前面位置の水位が過剰に低下するのを阻止することができる。

加えて、上側案内板２０の羽根車寄り端部で規定される、水の羽根車１０に流れ込む範囲の上端が、上側案内板２０を傾動させる前の上端位置よりも下側となり、水路９０の装置前面位置での水位と羽根車１０への流れ込み位置との高低差をできるだけ大きくして、水の羽根車１０への流れ込みに際し適切な落差を与えられることとなる。さらに、上側案内板２０の傾動は、流路部５１をより一層絞って、羽根車１０に流れ込む水の流速を速める効果ももたらしており、落差の分と共に、羽根車１０に流れ込む水に十分なエネルギーが備わるようにして、水の流入量が少なくても水のエネルギーで確実に羽根車１０を回転させて、無理なく発電を行える。

特に、上側案内板２０の傾動で、上側案内板２０における羽根車１０寄り端部の上下方向位置を、羽根車１０の上下方向中間にある仕切板１５の位置に一致させるように調整した場合（図８参照）、流路部５１で上側案内板２０と仕切板１５が連続配置される状況を生じさせることで、流路部５１に流入した水を上側案内板２０で案内し、上側案内板２０側から羽根車１０における仕切板１５より下の領域にスムーズに導ける。合わせて、羽根車１０では、水がクロスフロー型である羽根車１０の外側から羽根体１１間を通過して内側の中空部分に流入する際と、中空部分から再度羽根体１１間を通過して羽根車１０の外側に流出する際のそれぞれで、水が仕切板１５による規制で上方へ逃げることなく各羽根体１１に力を与えて、羽根車１０を回転させることとなる。これにより、流量の少ない状況でも水の保有するエネルギーを羽根車１０の回転に最大限利用でき、水で羽根車１０をより効率よく回転させることができる。

なお、上側案内板２０が水路９０での水の流量減少に対応して下方に傾動調整された後に、新たに水路９０における流量が回復した場合には、上側案内板２０を上方に傾動調整し、水路９０の装置前面位置での水位が上昇しなくなった時点で調整を停止する。そして、上側案内板２０を最も上側の位置まで傾動させている状況でも、水路９０の装置前面位置で水位の上昇が見られる場合には、水力発電装置と併設されている堰き止め板９１における溢流部（図示を省略）からの溢流により水位が保持されることとなる。

このように、本実施形態に係る水力発電装置においては、ケーシング５０の流路部５１流入口側に傾動可能な上側案内板２０を配設し、この上側案内板２０の傾動で、上側案内板２０における羽根車１０寄り端部の上下方向位置を変化させ、羽根車１０における水の到達範囲を調整することとなる。これにより、水路を流れる水量が十分多く装置上流側における水位が高い場合には、上側案内板２０の羽根車寄り端部を上寄りとして、羽根車１０の広い範囲に水を到達させて羽根車１０を効率よく回転させられる。一方、水路を流れる水量が少なく、水をそのまま羽根車１０に導くと装置上流側における水位が低下する場合には、上側案内板２０を下に傾動させて上側案内板２０の羽根車寄り端部を下寄りとし、流路部５１を絞り込んで流路部５１を通過する水の流量を抑え、装置上流側の水位を可能な限り下げないようにすると共に、上側案内板２０の羽根車寄り端部で規定される、水の羽根車１０に流れ込む上限位置を下げることで、装置上流側から羽根車１０までの水の落差を十分に確保し、この落差分の水のエネルギーを羽根車１０の回転に適用可能として、流路部５１の絞り込みで羽根車１０に向かう水の流速が高まることと合わせ、羽根車１０に流れ込む水の流量減少に際しても羽根車１０を適切に回転させられ、発電を有効に行える。

なお、前記実施形態に係る水力発電装置において、羽根車の上下方向中間位置に仕切板１５を一つ設ける構成としているが、これに限らず、図１２に示すように、羽根車に仕切板１５を二つ以上設ける構成とすることもできる。また、ケーシング５０における流路部５１の、羽根車１０でちょうど仕切板１５の存在する高さ位置に、流路部内空間の少なくとも羽根車周囲部分を上下に仕切る流路部用仕切板を設けるようにしてもよく、上側案内板の端部を羽根車の仕切板位置に合わせた場合に、水の上方への不要な動きをより確実に抑えて、流れのエネルギーを羽根車の回転に有効に振り向けられる。

（本発明の第２の実施形態）
前記第１の実施形態においては、ケーシング１０の上側案内板２０と対向する下側で流路部５１に面して配設される下側案内板３０を固定状態とする構成としているが、この他、第２の実施形態として、図１３及び図１４に示すように、上側案内板２０の場合と同様に、下側案内板３０を上下に傾動可能な構成とすることもできる。

具体的には、下側案内板３０は、ケーシング５０の流路部５１における流入口下側部分に軸支されて流路部５１における羽根車１０より上流側に配置され、上下に傾動可能とされてなり、その羽根車寄り端部の上下方向位置を調整されつつ、案内板位置より下側への水の流れ込みを規制するものとなる。

この場合、下側案内板３０を、上側案内板２０と連動して傾動する構成、例えば、同軸上に向きの異なる二つのねじ部を備えるねじ軸２６の駆動部５６による回動で上側案内板２０と下側案内板３０とを互いに逆方向に傾動させる構成（図１３、図１４参照）、とすれば、簡略な機構でまとめて上側案内板２０と下側案内板を同時に調整することができ、調整作業性に優れることとなる。ここで、ねじ軸２６のうち上側案内板２０を傾動させるねじ部のピッチと、下側案内板３０を傾動させる逆向きのねじ部のピッチを異ならせる、具体的には上側を下側より大きくするようにすれば、流通させる水量に対する上側案内板２０と下側案内板３０の位置関係を、水の落差付与分を考慮して上側案内板２０の変化量を大きくした最適なものとすることができる。こうしたねじによるものの他、各案内板の傾動機構は公知の機構を適宜採用することができる。

この他、上下の各案内板の調整を頻繁に行わず、水路における水の流量の季節変化への対応として年に数回程度の調整を行うものであれば、アクチュエータ等の駆動機構を用いず、手動操作による傾動での調整としてもよい。その場合、上側案内板の傾動と下側案内板の傾動を連動させる機構を省略することもでき、各案内板の傾動に係る機構を簡略化して低コスト化できる。

なお、前記各実施形態に係る流体力発電装置においては、ケーシング５０内側の流路部５１に羽根車１０を配置し、羽根車１０の上方となるケーシング５０上に発電機４０を露出状態で配設する構成としているが、これに限らず、発電機を流路部の外側に位置するケーシングの内部スペースに内蔵する構成とすることもでき、河川や用水路をはじめとする発電装置の設置箇所の状況や発電機の形状等に応じて、装置のレイアウトを適宜選択できる。

また、前記各実施形態に係る流体力発電装置において、流路部５１に通して羽根車１０を回転させる水としては、河川や用水路等を流れる河川水などの自然の水を用いる構成としているが、これに限らず、人為的な処理操作を加えられた水や、水以外の他の物質が混合状態にあるものを用いる構成とすることもでき、前記各実施形態同様、水の流れの力を羽根車で受けて羽根車を回転させ、得られた駆動力を発電機に伝えて発電を行うことができる。

１水力発電装置
１０羽根車
１１羽根体
１２羽根車軸
１５仕切板
２０上側案内板
２１シール体
２２リンク部
２３補助板
２４、２６ねじ軸
２５ナット
３０下側案内板
４０発電機
５０ケーシング
５１流路部
５１ａ流入口
５１ｂ流出口
５３、５６駆動部
５５横案内板
９０水路
９１堰き止め板

Claims

水路内に装置周囲を堰き止めつつ設置され、ケーシングを貫通して設けられた流路部を通る水の流れの力で羽根車を回転させ、羽根車から発電機に駆動力を伝えて発電を行う水力発電装置において、
当該水力発電装置の周囲で水路を堰き止めて水の流れを制限し、水路における水力発電装置の前面位置と後面位置に所定の水位差を生じさせ、
前記ケーシングが、内側の流路部を取り囲む略箱状体として形成され、
前記羽根車が、ケーシング内側の流路部に回転中心軸を水の流れ方向と略直角となる向きとして配設され、
前記発電機が、ケーシングにおける流路部の外側となる部位に羽根車で駆動可能として配設され、
前記ケーシングにおける流路部の水流入口上側部分に支持されて流路部における羽根車より上流側に配置され、羽根車に向かって斜め下向きとなる傾斜配置で、且つ流入口上側部分を中心として上下に傾動可能とされる上側案内板を少なくとも備え、
当該上側案内板が、羽根車寄り端部の上下方向位置を、羽根車の存在する上下範囲内で調整されつつ、上方への水の流れ込みを規制することを
特徴とする水力発電装置。
前記請求項１に記載の水力発電装置において、
前記羽根車が、回転軸方向に平行な羽根体を軸周りに多数配設されるクロスフロー型とされると共に、少なくとも羽根体に囲まれる中央の空間部分を回転軸方向に仕切る一又は複数の仕切板を配設されてなり、
前記上側案内板が、羽根車寄り端部の上下方向位置を羽根車の仕切板位置と一致させるよう調整されることを
特徴とする水力発電装置。
前記請求項１又は２に記載の水力発電装置において、
前記ケーシングの流路部における羽根車より上流側の左右に斜め向きで配置され、水の流路を狭めて水を流路部中央に案内する横案内板を備え、
前記上側案内板が、左右の側端部に、上側案内板の傾動を経ても左右の各横案内板への接触状態を維持する弾性材製のシール体を一体に配設されてなることを
特徴とする水力発電装置。
前記請求項１ないし３のいずれかに記載の水力発電装置において、
前記ケーシングにおける流路部の流入口下側部分に支持されて流路部における羽根車より上流側に配置され、羽根車に向かって斜め上向きとなる傾斜配置で、且つ流入口下側部分を中心として上下に傾動可能とされる下側案内板を備え、
前記下側案内板が、羽根車寄り端部の上下方向位置を、前記上側案内板の傾動に連動して調整されつつ、下方への水の流れ込みを規制することを
特徴とする水力発電装置。