WO2020184273A1 - 水力発電装置用集水装置および水力発電装置 - Google Patents

Abstract

この水力発電装置用集水装置は、水路に浸かり水力を回転力に変換する水車翼（２）と、この水車翼（２）の回転により発電する発電機（６）とを備えた水力発電装置に用いられる。水力発電装置用集水装置は、水車翼（２）の上流側に設置されて水車翼（２）に水路の水を集水する。この集水装置（５）は、通水孔（１２ａ）を有し水路の流水を通水孔（１２ａ）に集める集水板（１２）を備え、この集水板（１２）の通水孔（１２ａ）の面積が、水車翼（２）の外周縁部（２ｂａ）を通る円（Ｃｒ）の面積より小さい。また、通水孔（１２ａ）の形状を集水板（１２）の正面視で円形としている。

Description

水力発電装置用集水装置および水力発電装置 関連出願

　この出願は、２０１９年３月１３日出願の特願２０１９－０４５３５３および２０１９年３月２０日出願の特願２０１９－０５３４０９の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。

　この発明は、水路に設置される水力発電装置用集水装置および水力発電装置に関し、水車翼を通過する流速を増加させ、発電効率を高める技術に関する。

　水路を流れる水流を受けて回転するプロペラよりも上流側に枠部材を備え、この枠部材の上流側開口部の上方に壁部を有することで水流を集中させ、弱い水流であっても十分な発電を行える水流発電装置が提案されている（特許文献１）。この水流発電装置は、水車より上流側に位置する枠部材の上流側開口部から下流側開口部まで開口面積を狭めることで、水流を一層集中させることができる。

特開２０１４－１５２６４５号公報

　特許文献１は、プロペラの羽根の回転面積を枠部材の下流側開口部の面積以下とすることで、水流を効率的に受けて発電効率を高めることを目的としている。しかしながら、プロペラより上流側にある枠部材の下流側開口部から流れる水流の一部は、プロペラの羽根が抵抗となるので、抵抗の小さいプロペラの羽根の回転半径より外側で、且つ下流側開口部より内側を通る。この範囲はプロペラの効率に寄与しない範囲であり、水流のエネルギーの一部を無駄にしている。

　この発明の目的は、水流のエネルギーを無駄なく利用して発電効率を高めることができる水力発電装置用集水装置および水力発電装置を提供することである。

　この発明の水力発電装置用集水装置は、水路に浸かり水力を回転力に変換する水車翼と、この水車翼の回転により発電する発電機とを備えた水力発電装置に用いられる。集水装置は、前記水車翼の上流側に設置されて前記水車翼に前記水路の水を集水する。
　集水装置は、通水孔を有し前記水路の流水を前記通水孔に集める集水板を備えている。この集水板の前記通水孔の面積が、前記水車翼の外周縁部を通る円の面積より小さい。

　この構成によると、集水板の通水孔を通過した水が水車翼に集水することによって、水車翼が回転し、この水車翼の回転より発電機が発電する。通水孔から出る水流の流速は、集水板よりも上流を流れる水流の流速より速く、水車翼を効率的に回転することができる。特に、集水板の通水孔の面積が、水車翼の外周縁部を通る円の面積、すなわち、回転面積より小さいので、通水孔から出る水流の全てを水力発電装置の翼に当てることができる。これにより、水流のエネルギーは無駄なく利用され、従来技術よりも発電効率を高めることができる。

　この発明において、前記通水孔の形状は、前記集水板の正面視で円形であってもよい。通水孔の形状を概ね円形とすることで、水車翼を構成する複数枚のブレードのそれぞれが回転中に受ける水流のムラが小さくなり、ブレードにかかる繰り返し応力を小さくできる。これにより、水車翼の寿命低下を抑えることができる。また、水流のムラが小さくなることで、発電電力が安定する。

　この発明において、前記通水孔の中心と前記水車翼の回転中心が一致していてもよい。この場合、各ブレードが回転中に受ける水流のムラを確実に小さくすることができ、ブレードにかかる繰り返し応力を確実に小さくできる。

　この発明において、前記通水孔の半径が、前記水車翼の回転半径の０．７５倍～０．９８倍であってもよい。ここで、「０．７５倍～０．９８倍」とは、０．７５倍以上０．９８倍未満と同義である。この場合、通水孔を通過する水流の量が十分に確保され、通水孔から出る水流の全てを水車翼に当てることができる。これにより、さらに効率良く水流のエネルギーを利用できる。通水孔の半径が水車翼の回転半径の０．７５倍未満の場合、水車翼にかかる疲労強度が大きくなり、出力電力が安定せず機械体への負担が大きい。

　この発明の水力発電装置は、前記水車翼と、前記発電機と、この発明の水力発電装置用集水装置とを備えている。これにより、この発明の水力発電装置用集水装置につき前述した各効果が得られる。

　この発明の水力発電装置において、前記水車翼および前記発電機は支持部材を介して前記水路に固定され、前記集水装置は、前記集水板を前記水路に設置する集水板ガイドを有し、前記集水板ガイドは前記水路の側面に設置され、前記集水板ガイドが前記支持部材の一部に固定されて、前記水車翼に対して前記水路の上流側に配置されていてもよい。

　この構成によると、集水装置の固定に水車翼および発電機の支持部材を利用することで、集水装置の設置を容易に行うことができる。また、集水板ガイドを水路の幅に合わせて固定することができるので、集水板による集水効果を最大限に利用できる。特に、流量が少ない場合、無駄なく集水することで、発電機の発電量を効率よく増加できる。

　この場合、前記支持部材は水路を跨ぐ部材を有しており、前記水路をまたぐ部材に、前記集水板ガイドが固定されていてもよい。この構成によれば、水路をまたぐ部材に集水板ガイドを固定することで、両側の水路側壁に設置される集水板ガイドを、水路の水の流れる方向で見て同一の位置に容易に設置できる。このため、設置作業が簡単になる。

　また、前記支持部材は水路の側壁に沿う部品を有して、前記水路の側壁に沿う部品に前記集水板ガイドが固定されていてもよい。この構成によれば、水路の側壁に集水板ガイドを片側ずつ固定でき、水流のある水路への設置時に水の流れ方向にかかる集水板ガイドの負荷を軽減できる。

　この発明の水力発電装置において、さらに、水の流れ方向に前記集水板ガイドを移動可能とする可動機構を備え、前記支持部材、前記集水板ガイド、前記支持部材に前記集水板ガイドを支持する支持部品の少なくとも一つに、前記可動機構が設けられていてもよい。この構成によれば、支持部材と集水板ガイドとの間で、水の流れ方向に自由度を持たせることで、発電機と集水板ガイド間の水の流れ方向の距離を変えることができる。これにより、水量や流速に合わせて発電機に対する最適な位置に集水板ガイドおよび集水板を設置でき、発電量を効率よく増加させることができる。

　請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、この発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、この発明に含まれる。

　本発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明からより明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、本発明の範囲を定めるために利用されるべきでない。本発明の範囲は添付のクレーム（請求の範囲）によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の部品番号は、同一部分を示す。
この発明の第１の実施形態に係る水力発電装置の斜視図である。 同水力発電装置を水路の上流側から見た正面図である。 同水力発電装置の側面図である。 同水力発電装置を水路の下流側から見た背面図である。 この発明の第２の実施形態に係る水力発電装置用集水装置の正面図である。 同水力発電装置用集水装置の側面図である。 同水力発電装置用集水装置の斜視図である。 同集水装置と水車翼との位置関係を示す側面図である。 同集水装置と水車翼との位置関係を示す斜視図である。 通水孔の直径が水車翼の直径の０．９５倍の例を示す正面図である。 通水孔の直径が水車翼の直径の０．７５倍の例を示す正面図である。 通水孔と翼先端との距離に対する発電電力の比較を示す図である。 通水孔と翼先端との距離に対する発電電力の分散を示す図である。 この発明の第３の実施形態に係る水力発電装置を示す正面図である。 同水力発電装置を示す側面図である。 同水力発電装置を示す平面図である。 図１３の集水板ガイドの取り付け部を拡大して示す平面図である。 同水力発電装置の図１３とは位置を変えた状態を示す平面図である。 図１５の集水板ガイドの取り付け部を拡大して示す平面図である。 同水力発電装置を水路に設置する状況を示す正面図である。 同水力発電装置を水路に設置する状況を示す正面図である。 同水力発電装置を水路に設置する状況を示す正面図である。 同水力発電装置を水路に設置する状況を示す正面図である。 この発明の第４の実施形態に係る水力発電装置を示す側面図である。 図１８の集水板ガイドの取り付け部を拡大して示す側面図である。 同水力発電装置の図１８とは位置を変えた状態を示す側面図である。

　［第１の実施形態］
　この発明の第１の実施形態に係る水力発電装置用集水装置および水力発電装置を図１ないし図４と共に説明する。
　＜水力発電装置全体の概略構成＞
　図１～図４に示すように、この水力発電装置は、例えば、河川、用水路等の流水のある水路１に設置され、水車翼２の回転を受けて発電を行う。水路１は、例えば、それぞれコンクリート等から成る底面部１ａおよび両側の側壁面部１ｂで構成される。各図の例では、底面部１ａに対して側壁面部１ｂが垂直になっているが、側壁面部１ｂは斜めになっていてもよい。また、底面部１ａと側壁面部１ｂの角部が図のような直角状でなく、底面部１ａと側壁面部１ｂとが曲面で繋がっていてもよい。水力発電装置は、水力発電モジュール３と、この水力発電モジュール３を支持する支持部材４と、後述する集水装置５とを備えている。

　＜水力発電モジュール３について＞
　図３および図４に示すように、水力発電モジュール３は、水車翼２、およびこの水車翼２の回転により発電する発電機６を有する。つまり、水車翼２および発電機６が支持部材４を介して水路１に固定されている。

　＜水車翼２＞
　水車翼２は、水路１（図１）の流水中に浸かる状態で設置され、水力を回転力に変換する。水車翼２は、回転軸心（回転中心）Ｏ１が流水の流れる方向と平行なプロペラ型である。水車翼２は、回転軸心に設けられるハブ２ａと、このハブ２ａ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２ｂとを有する。各ブレード２ｂの先端部は、上流側に向けて傾斜している。

　回転軸（図示せず）がハブ２ａに同軸に回転自在に支持されている。この回転軸の回転は、例えば、噛み合う一対の傘歯車等から成るギヤ部により増速され、且つ、回転軸心がハブ２ａの軸心方向（流れ方向）から上下方向に変換される。これら回転軸およびギヤ部は、ギヤボックスＧｂ内に収容されている。

　＜発電機６＞
　発電機６は、例えば、永久磁石同期型、誘導型等の三相交流発電機、または単相交流の発電機である。発電機６の入力軸６ａが支持筒７内を上下方向に延びている。支持筒７内において、入力軸６ａの下端と動力伝達軸８の上端とが、回転連結具（図示しない）を介して同軸に連結されている。動力伝達軸８の軸心と前記回転軸の軸心とは直交するように配置されている。動力伝達軸８は、支持筒７内の軸受（図示せず）により、支持筒７に回転自在に支持されている。したがって、前記回転軸の回転が動力伝達軸８および入力軸６ａに伝達されることで、発電機６が発電する。

　＜支持部材４＞
　図１に示すように、支持部材４は、一対の固定具９，９と、水平支持材１０と、発電機台１１とを有する。固定具９は、水路１の側壁面部１ｂにおける上端付近から上端部に渡り固定されている。固定具９は２つの側壁面部１ｂに一つずつ設けられており、一対の固定具９，９が水路幅方向に互いに対向している。各固定具９は、例えば、断面Ｌ形のアングル等から形成される。水平支持材１０は、一対の固定具９，９に支持される棒状部材である。つまり、水平支持材１０は、一対の固定具９，９により水路１の両側壁面１ｂの上端間に掛け渡される。水平支持材１０の長手方向（水路１の幅方向）の中間付近に発電機台１１が固定され、この発電機台１１に発電機６が支持されている。

　＜集水装置５について＞
　図１～図４に示すように、集水装置５は、水車翼２の上流側に設置され前記水車翼２に水路１の水を集水する。集水装置５は、集水板１２と、集水板ガイド１３，１３とを有する。集水板ガイド１３，１３は、水路１の両側部に設置され、集水板１２を上下に移動可能に案内する。集水板１２は、例えば、鋼製、樹脂製、木製またはコンクリート製等の矩形状の板部材である。集水板１２は通水孔１２ａを有しており、水路１を遮断して水路１の流水を通水孔１２ａに集める。つまり、集水板１２により流水の流路断面が通水孔１２ａの面積により狭められる。このため、水車翼２を通過する水の流速が増加し、発電効率の向上を図ることができる。

　集水板１２の通水孔１２ａの中心Ｌ１と水車翼２の回転中心Ｌ２とが一致するように、集水板１２が水路１に設置されている。換言すれば、集水板１２が水路１に設置された状態において、水路１の流水中に没する状態で設置された水車翼２に対し、水路１内において同一の深さ位置で且つ同一の幅方向位置に、集水板１２の通水孔１２ａが位置する。また、集水板１２の最大高さＨは、水路１の深さＨ１よりも低く設定されている。

　集水板１２の通水孔１２ａは、この集水板１２の正面視で円形である。つまり、通水孔１２ａ丸孔から成る貫通孔である。また、通水孔１２ａの面積が、水車翼２における複数のブレード２ｂの外周縁部２ｂａを通る円Ｃｒの面積（回転面積）より小さく設定されている。具体的には、通水孔１２ａの半径は、水車翼２の回転半径の０．７５倍以上０．９８倍未満に設定されている。通水孔１２ａの半径が水車翼２の回転半径の０．７５倍未満の場合、水車翼２にかかる疲労強度が大きくなり、出力電力が安定せず機械体への負担が大きい。

　図３に示すように、通水孔１２ａと翼先端との軸方向（流水の流れる方向と平行な方向）の距離ｘは、後述する発電電力（図９）およびその分散（図１０）を加味して、試験またはシミュレーション等により設定される。ここで、「翼先端」とは、ブレード２ｂの外周縁部２ｂａを意味する。

　図１および図２に示すように、各集水板ガイド１３は、長手方向に垂直な断面、すなわち水平断面が凹形状の案内溝１３ａを有するレール部材である。この集水板ガイド１３として、例えば、溝形鋼、凹断面形状の樹脂材またはコンクリート材等が適用される。その他、溝形に曲げ加工した鋼板、鋼材または樹脂材を凹断面形状に機械加工した部材であってもよい。集水板ガイド１３，１３は、水路１の両側の側壁面部１ｂに上下方向に沿って設置されている。両集水板ガイド１３，１３の案内溝１３ａ，１３ａは、水路幅方向に対向している。両集水板ガイド１３，１３の案内溝１３ａ，１３ａに、集水板１２の両側縁部が案内される。このように、集水板１２は、集水板ガイド１３，１３により上下に移動可能に案内される。

　＜作用効果＞
　以上説明した集水装置５および水力発電装置によれば、集水板１２の通水孔１２ａを通過した水を水車翼２に集水する。これにより、水車翼２が回転し、この水車翼２の回転より発電機６が発電する。通水孔１２ａから出る水流の流速は、集水板１２よりも上流を流れる水流の流速より速く、水車翼２を効率的に回転することができる。

　特に、集水板１２の通水孔１２ａの面積が、水車翼２の外周縁部２ｂａを通る円Ｃｒの面積、いわゆる回転面積より小さい。このため、通水孔１２ａから出る水流の全てを水力発電装置の翼に当てることができる。その結果、水流のエネルギーを無駄なく利用することができ、従来技術よりも発電効率を高めることができる。また、通水孔１２ａの半径が水車翼２の回転半径の０．７５倍～０．９８倍に設定されている。これにより、通水孔１２ａを通過する水流の量が十分に確保され、通水孔１２ａから出る水流の全てを水車翼２に当てることができる。その結果、水流のエネルギーをより効率良く利用できる。

　通水孔１２ａの形状が概ね円形であるから、水車翼２を構成する複数枚のブレード２ｂのそれぞれが回転中に受ける水流のムラが小さくなり、ブレード２ｂにかかる繰り返し応力を小さくできる。これにより、水車翼２の寿命低下を抑えることができる。また、水流のムラが小さくなることで、発電電力が安定する。さらに、通水孔１２ａの中心Ｌ１と水車翼２の回転中心Ｌ２とが一致しているので、各ブレード２ｂが回転中に受ける水流のムラを確実に小さくすることができる。したがって、ブレード２ｂにかかる繰り返し応力を確実に小さくできる。

　集水板ガイド１３を水路１の両側部に設置したうえで、集水板１２を集水板ガイド１３，１３に沿って挿入するだけで集水装置５を容易に設置することができる。集水板１２の最大高さＨが水路１の深さＨ１よりも低く設定されているので、水車翼２の上流側の水路１の水位が上昇しても、水が集水板１２を超えて流れる。したがって、水路１から水が溢れることを未然に防止することができる。

　＜第２の実施形態について＞
　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。同一の構成から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。

　図５Ａ～５Ｃは第２の実施形態に係る水力発電装置用集水装置５Ａの図である。図５Ａはこの集水装置５Ａの正面図、図５Ｂは同集水装置５Ａの側面図、図５Ｃは同集水装置５Ａの斜視図である。図６Ａ，図６Ｂは前記集水装置５Ａと水車翼２との位置関係を示す図である。

　この集水装置５Ａでは、集水板１２の外周縁部から上流側に延びる矩形枠状の枠部材１８が取り付けられている。枠部材１８における両側壁部１８ａ，１８ａは、上流側に向かって幅広となる方向に傾斜している。また、枠部材１８における下側壁部１８ｂは、上流側に向って下方向に傾斜している。

　さらに、集水板１２の下流側の面のうち、通水孔１２ａの周縁部から下流側に円筒状に延びる筒状部材（排出管部）１４が取り付けられている。この筒状部材１４は、水車翼２に干渉しない位置に配置される。このような枠部材１８により通水孔１２ａの上流側に流水を効率良く集めることができる。また、筒状部材１４により通水孔１２ａから出る水流の全てを水力発電装置の翼に効率良く当てることが可能となる。その他、前述の実施形態と同様の作用効果を奏する。

　図７は、集水装置５Ａにおいて、通水孔１２ａの直径が水車翼２の直径の０．９５倍の例を示す正面図である。図８は、集水装置５Ａにおいて、通水孔１２ａの直径が水車翼２の直径の０．７５倍の例を示す正面図である。図９は、通水孔と翼先端との距離に対する発電電力の比較を示す図である。通水孔の直径が翼直径未満（グラフ中「１」未満の線）の場合と、通水孔の直径が翼直径以上（グラフ中「１」以上の線）の場合との、発電電力を比較している。通水孔径比（＝通水孔直径／翼直径）が「０．７５」の場合と「０．７４」の場合とで発電電力に差はない。

　図１０は、通水孔と翼先端との距離に対する発電電力の分散を示す図である。通水孔径比（＝通水孔直径／翼直径）が「１」に近い場合、発電電力の分散が小さい。すなわち、安定した発電電力が得られ、翼にかかる疲労荷重も小さく機械体への負荷も小さい。通水孔径比が「０．７５」と「０．７４」とは、発電電力の分散が大きく、通水孔径比「０．７４」は発電電力が最大となる通水孔と翼先端との距離で分散が大きい。すなわち発電電力が安定せず、翼にかかる疲労荷重が大きくなり機械体への負担が大きい。

　集水板１２の通水孔１２ａは、丸孔だけに限定されるものではなく、例えば、楕円形であってもよい。また、通水孔１２ａの中心Ｌ１と水車翼２の回転中心Ｌ２とは、一致していなくてもよい。さらに、集水板ガイド１３を省略し、集水板１２を水路１に固定的に設置してもよい。枠部材１８がある集水装置５Ａにおいて、例えば、水路全体を遮断せずに流路途中に集水装置５Ａを設置してもよい。枠部材１８がある集水装置５Ａにおいて、筒状部材１４を省略することも可能である。

　〔第３の実施形態〕
　この発明の第３の実施形態を図１１ないし図１８と共に説明する。水力発電装置全体の概略構成、水力発電モジュール３、および集水装置５の集水板１２の構成は、前述の第１の実施形態と同じであるから詳細な説明を省略する。なお、図１１では、集水板１２が、２点鎖線により示されている。

　＜支持部材について＞
　この実施形態の支持部材４も、第１の実施形態と同様に、図１１に示す一対の固定具９，９と、水平支持材１０と、発電機台１１とを有する。固定具９，９は、水路１の両側壁１ｂ，１ｂの上端付近から上端部に渡って設置されている。固定具９は、例えば、断面Ｌ形のアングルであり、その長手方向が水路１に沿って延びている。つまり、固定具９が、支持部材４における水路１の側壁１ｂに沿う部品を構成する。ただし、固定具９はこれに限定されない。一対の固定具９，９は、水路幅方向に対向するように両側壁１ｂ，１ｂに固定されている。固定具９の水路１の側壁１ｂへの固定は、例えば、ボルト止めである。

　水平支持材１０は、水路１の幅方向に延びる棒状部材であり、その両端が一対の固定具９，９に支持されている。つまり、水平支持材１０は、一対の固定具９，９により水路１の両側壁面１ｂの上端間に掛け渡される。このように、水平支持材１０が、支持部材４における水路１をまたぐ部材を構成する。この実施形態の水平支持材１０は、横断面形状が四角形の角パイプである。ただし、水平支持材１０は角パイプに限定されない。この実施形態では、水平支持材１８は、図３の取付金具１９を介して固定具１６にボルト連結されている。ただし、水平支持材１８の支持方法はこれに限定されない。

　水平支持材１０の長手方向（水路１の幅方向）の中間付近に発電機台１１が固定され、この発電機台１０に発電機６が支持されている。この実施形態では、発電機台１１は水平支持材１０に溶接により接合され、発電機６は発電機台１１にボルト（図示せず）により着脱自在に取り付けられている。ただし、発電機６および発電機台１１の取り付け方法はこれに限定されない。

　＜集水板ガイドについて＞
　この実施形態の集水板ガイド１３は、支持部材４の一部に固定されている。この実施形態では、集水板ガイド１３は、支持部材４である水平支持材１０に固定されている。詳細には、集水板ガイド１３は、ガイド支持部品２８を介して水平支持材１０に固定されている。この実施形態では、ガイド支持部品２８が水平支持材１０に着脱自在にボルト連結され、集水板ガイド１３がガイド支持部品２８に着脱自在にボルト連結されている。

　＜可動機構について＞
　集水板ガイド１３は、支持部材４に対して水の流れ方向に移動可能に固定されている。つまり、水力発電装置は、水の流れ方向に集水板ガイド１３を移動可能とする可動機構３０を備えている。以下に、この実施形態の可動機構３０の詳細を述べる。

　ガイド支持部品２８は、水平支持材１０の上面に取り付けられている。詳細には、ガイド支持部品２８は、平板からなり、上下方向を向いた長円形の長孔３２が形成されている。長孔３２は、その長手方向が水の流れ方向に一致している。一方、水平支持材１０の上面に、上方を向いたねじ孔３４が形成されている。

　つぎに、集水板ガイド１３の水平支持材１０への支持構造を説明する。水平支持材１０の上面にガイド支持部品２８を載置した状態で、ボルト３６を上方から長孔３２に挿通し、ねじ孔３４に締め付ける。さらに、集水板ガイド１３をガイド支持部品２８にボルト（図示せず）により連結する。以上により、集水板ガイド１３がガイド支持部品２８を介して水平支持材１０に支持される。なお、集水板ガイド１３とガイド支持部品２８の連結を、ガイド支持部品２８の水平支持材１０への連結よりも先に行ってもよい。

　長孔３２は、水の流れ方向Ａ１に長手方向を有する長円形であるので、集水板ガイド１３は支持部材４に対して水の流れ方向に移動可能、つまり、位置が変更可能に固定される。図１３，１４は、集水板ガイド１３が支持部材４に対して水の流れ方向Ａ１の下流側に固定された状態を示す。一方、図１５，１６は、集水板ガイド１３が支持部材４に対して水の流れ方向Ａ１の上流側に固定された状態を示す。このように、水平支持材１０のねじ孔３４、ガイド支持部品２８の長孔３２およびボルト３６により、可動機構３０が構成されている。

　＜水力発電装置の水路への設置手順について＞
　図１７Ａ～１７Ｄを用いて、この実施形態の水力発電装置の水路１への設置手順を説明する。図１７Ａおよび図１７Ｂに示すように、クレーン等を用いて、水力発電装置を上方から水路１へ設置する。水力発電装置が水路１へ設置された状態で（図１７Ｃ）、ボルト、ナット（図示せず）のような締結手段により、固定具９，９を水路１の側壁１ｂに固定する。

　つづいて、図１７Ｄに示す集水板１２を水力発電装置に設置する。具体的には、上方から集水板ガイド１３，１３の案内溝１３ａ，１３ａ（図１３）に集水板１２の両側縁部を差し込む。これにより、集水板１２が、集水板ガイド１３，１３により下方に案内される。以上により、水力発電装置が水路１に設置される。

　＜作用効果＞
　第３の実施形態の水力発電装置によれば、上述の第１および第２の実施形態と同様の作用効果を奏する。

　さらに、第３の実施形態によれば、集水装置５の固定に、水車翼２および発電機６の支持部材４を利用することで、集水装置５の設置を容易に行うことができる。さらに、集水板ガイド１３を水路１の幅に合わせて固定することができるので、集水板１２による集水効果を最大限に利用できる。特に、流量が少ない場合、無駄なく集水することで、発電機６の発電量を効率よく増加できる。

　集水板ガイド１３が、水路１をまたぐ部材である水平支持材１０に固定されている。これにより、水路１の側壁１ｂに設置される集水板ガイド１３を、水路１における水の流れ方向から見て、同一の位置に容易に設置できる。このため、設置作業が容易になる。

　さらに、可動機構３０により、集水板ガイド１３が支持部材４の一つである水平支持材１０に対して水の流れ方向Ａ１に移動可能に支持されている。これにより、支持部材４と集水板ガイド１３との間で、水の流れ方向Ａ１に自由度を持たせることが可能となり、発電機６と集水板ガイド１３間の水の流れ方向Ａ１の距離を変えることができる。これにより、水量や流速に合わせて発電機６に対する最適な位置に集水板ガイド１３および集水板１２を設置でき、発電量を効率よく増加させることができる。

　〔第４の実施形態〕
　この発明の第４の実施形態を図１８ないし図２０と共に説明する。第４の実施形態において、第３の実施形態と同じ構成には同一の符号を付して説明を省略する。第３の実施形態では、支持部材４における水路１をまたぐ部材である水平支持材１０に集水板ガイド１３が固定されているのに対し、第４の実施形態では、支持部材４における水路１の側壁１ｂに沿う部品である固定具９に集水板ガイド１３が固定されている。

　図１８に示すように、集水板ガイド１３は、ガイド支持部品４０を介して固定具９に固定されている。この実施形態では、ガイド支持部品４０が固定具９に着脱自在にボルト
連結され、集水板ガイド１３がガイド支持部品４０に着脱自在にボルト連結されている。

　＜可動機構について＞
　図１９に示すように、ガイド支持部品４０は、固定具９の内側面（水路１を向く面）に取り付けられている。詳細には、ガイド支持部品４０は、平板からなり、水平方向（水路１の幅方向）を向いた長円形の長孔４２が形成されている。長孔４２は、その長手方向が水の流れ方向Ａ１に一致している。一方、固定具９に、水平方向（水路１の幅方向）を向いたねじ孔４４が形成されている。

　つぎに、集水板ガイド１３の固定具９への支持構造を説明する。固定具９の内側面にガイド支持部品４０を当接させた状態で、ボルト４６を水平方向（水路１の幅方向の内側）から長孔４２に挿通し、ねじ孔４４に締め付ける。さらに、集水板ガイド１３をガイド支持部品４０に連結する。集水板ガイド１３のガイド支持部品４０への連結は、ボルト連結であっても、溶接による接合であってもよい。以上により、集水板ガイド１３がガイド支持部品４０を介して固定具９に支持される。なお、集水板ガイド１３とガイド支持部品４０の連結を、ガイド支持部品４０の固定具９への連結よりも先に行ってもよい。

　長孔４２は、水の流れ方向Ａ１に長手方向を有する長円形であるので、集水板ガイド１３は支持部材４に対して水の流れ方向に移動可能に固定される。図１８は、集水板ガイド１３が支持部材４に対して水の流れ方向Ａ１の下流側に固定された状態を示している。一方、図２０は、集水板ガイド１３が支持部材４に対して水の流れ方向Ａ１の上流側に固定された状態を示している。このように、固定具９のねじ孔４４、ガイド支持部品４０の長孔４２およびボルト４６により、可動機構５０（図１９）が構成されている。

　第４の実施形態によっても、第３の実施形態と同様に、水流を集中させる集水装置５を水路１に容易に設置することができる。さらに、第４の実施形態によれば、水路１の側壁１ｂに沿う部品である固定具９に集水板ガイド１３が固定されているので、水路１の側壁１ｂに集水板ガイド１３を片側ずつ固定できる。これにより、水流のある水路１への設置時に、水の流れ方向の大きな負荷が集水板ガイド１３にかかるのを軽減できる。

　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、この発明は、以上の実施形態に限定されるものでなく、この発明の要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。例えば、上述の第３および第４実施形態では、支持部材４およびガイド支持部品２８（４０）に可動機構３０（５０）が設けられていたが、可動機構３０（５０）は、支持部材４、集水板ガイド１３およびガイド支持部品２８（４０）の少なくとも一つに設けられていればよい。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。

　図１１～図２０の実施形態に係る発明には、通水孔を要件としない以下の態様１～５が含まれる。

［態様１］
　態様１の水力発電装置は、水力を回転力に変換する翼車と、この翼車の回転により発電する発電機と、前記翼車の上流側に設置されて前記翼車に水路の水を集水する集水装置とを備えた水力発電装置であって、前記翼車および前記発電機は固定部品を介して前記水路に固定され、前記集水装置は、前記水路の水を増速して前記翼車に案内する集水板と、前記集水板を前記水路に設置する集水板ガイドとを有し、前記集水板ガイドは前記水路の側面に設置され、前記集水板ガイドが前記固定部品の一部に固定されて前記翼車に対して前記水路の上流側に配置されている。

　態様１の構成によると、集水装置の固定に翼車および発電機の固定部品を利用することで、集水装置の設置を容易に行うことができる。また、集水板ガイドを水路の幅に合わせて固定することができるので、集水板による集水効果を最大限に利用できる。特に、流量が少ない場合、無駄なく集水することで、発電機の発電量を効率よく増加できる。

［態様２］
　態様１において、前記固定部品は水路を跨ぐ部材を有しており、前記水路をまたぐ部材に、前記集水板ガイドが固定されていてもよい。この構成によれば、水路をまたぐ部材に集水板ガイドを固定することで、両側の水路側壁に設置される集水板ガイドを、水路の水の流れる方向で見て同一の位置に容易に設置できる。このため、設置作業が簡単になる。

［態様３］
　態様１において、前記固定部品は水路の側壁に沿う部品を有しており、前記水路の側壁に沿う部品に、前記集水板ガイドが固定されていてもよい。この構成によれば、水路の側壁に集水板ガイドを片側ずつ固定でき、水流のある水路への設置時に水の流れ方向にかかる集水板ガイドの負荷を軽減できる。

［態様４］
　態様１から３のいずれか一つにおいて、さらに、水の流れ方向に前記集水板ガイドを移動可能とする可動機構を備え、前記固定部品、前記集水板ガイド、前記固定部品に前記集水板ガイドを支持する支持部品の少なくとも一つに、前記可動機構が設けられていてもよい。この構成によれば、固定部品と集水板ガイドとの間で、水の流れ方向に自由度を持たせることで、発電機と集水板ガイド間の水の流れ方向の距離を変えることができる。これにより、水量や流速に合わせて発電機に対する最適な位置に集水板ガイドおよび集水板を設置でき、発電量を効率よく増加させることができる。

［態様５］
　態様１から４のいずれか一つにおいて、前記集水板は、前記翼車に水の流れ方向に対向する通水孔を有してもよい。この構成によれば、流水の流路断面が通水孔の面積に狭められるので、翼車を通過する水の流速が増加する。これにより、発電効率の向上を図ることができる。

１…水路
２…水車翼
２ｂａ…外周縁部
４…支持部材
５…集水装置
６…発電機
９　固定具（水路の側壁に沿う部品）
１０　水平支持材（水路をまたぐ部材）
１２…集水板
１２ａ…通水孔
１３　集水板ガイド
２８，４０　ガイド支持部品（支持部品）
３０、５０　可動機構

Claims (9)

1. 　水路に浸かり水力を回転力に変換する水車翼と、この水車翼の回転により発電する発電機とを備えた水力発電装置に用いられ、前記水車翼の上流側に設置されて前記水車翼に前記水路の水を集水する水力発電装置用集水装置であって、
   　通水孔を有し前記水路の流水を前記通水孔に集める集水板を備え、この集水板の前記通水孔の面積が、前記水車翼の外周縁部を通る円の面積より小さい水力発電装置用集水装置。
2. 　請求項１に記載の水力発電装置用集水装置において、前記通水孔の形状が、前記集水板の正面視で円形である水力発電装置用集水装置。
3. 　請求項２に記載の水力発電装置用集水装置において、前記通水孔の中心と前記水車翼の回転中心とが一致している水力発電装置用集水装置。
4. 　請求項２または請求項３に記載の水力発電装置用集水装置において、前記通水孔の半径が、前記水車翼の回転半径の０．７５倍～０．９８倍である水力発電装置用集水装置。
5. 　前記水車翼と、前記発電機と、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の水力発電装置用集水装置とを備えた水力発電装置。
6. 　請求項５に記載の水力発電装置において、
   　前記水車翼および前記発電機は、支持部材を介して前記水路に固定され、
   　前記集水装置は、前記集水板を前記水路に設置する集水板ガイドを有し、
   　前記集水板ガイドは、前記水路の側面に設置され、
   　前記集水板ガイドが前記支持部材の一部に固定されて、前記水車翼に対して前記水路の上流側に配置されている水力発電装置。
7. 　請求項６に記載の水力発電装置において、前記支持部材は水路を跨ぐ部材を有しており、
   　前記水路をまたぐ部材に、前記集水板ガイドが固定されている水力発電装置。
8. 　請求項６に記載の水力発電装置において、前記支持部材は、水路の側壁に沿う部品を有しており、
   　前記水路の側壁に沿う部品に、前記集水板ガイドが固定されている水力発電装置。
9. 　請求項６から８のいずれか一項に記載の水力発電装置において、さらに、水の流れ方向に前記集水板ガイドを移動可能とする可動機構を備え、
   　前記支持部材、前記集水板ガイド、前記支持部材に前記集水板ガイドを支持する支持部品の少なくとも一つに、前記可動機構が設けられている水力発電装置。

Images