特許 7421030 水力発電システム及び水力発電方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-16

(45)【発行日】2024-01-24

(54)【発明の名称】水力発電システム及び水力発電方法

(51)【国際特許分類】

   F03B 7/00 20060101AFI20240117BHJP

   F03B 11/00 20060101ALI20240117BHJP

【ＦＩ】

F03B7/00

F03B11/00 A

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2023010822

(22)【出願日】2023-01-27

【審査請求日】2023-02-01

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】522029350

【氏名又は名称】株式会社ノワール

(74)【代理人】

【識別番号】100137338

【弁理士】

【氏名又は名称】辻田 朋子

(72)【発明者】

【氏名】黒澤 隆明

【審査官】西山 智宏

(56)【参考文献】

【文献】特開２０００－２７３８５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－１５７０３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】登録実用新案第３０２４４９９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０２１－１２７７６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／０１８１７７１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平０１－１００３８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０３Ｂ ７／００

Ｆ０３Ｂ １１／００

Ｆ０３Ｂ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

貯水部と、前記貯水部の水を下方に流すための管状体と、前記管状体の内部に配置された水車部と、前記管状体の先端部に配置される発電装置と、を備え、
前記水車部は、前記水の流れによって回動する略筒形状の水車部本体と、前記水車部本体の回動軸を形成する軸部と、を有し、
前記水車部本体は、前記管状体の長さ方向に沿って、略同軸上に複数配置され、
前記軸部は、前記管状体の長さ方向の略全長に亘って延び、前記発電装置に接続され、
前記発電装置は、前記各水車部本体の回動に伴う前記軸部の回転動力を電力に変換し、
前記管状体は、内部に前記水車部本体が配置され、前記長さ方向に所定の間隙を空けて設けられた複数の単位管状体と、前記間隙を覆うことで、前記各単位管状体同士を連結する連結管と、を有し、
前記各水車部本体の外周面及び内周面には、それぞれ、周方向に所定の間隔を空けて複数の水受け部が設けられ、
前記各水受け部は、前記各単位管状体の基端側から先端側に螺旋状に延びて設けられ、
前記各単位管状体及び前記各連結管は、それぞれが略同軸上に配置され、
最上方の前記単位管状体から最下方の前記単位管状体に亘って、複数の前記水車部本体が配置され、
前記水車部本体及び前記単位管状体の軸方向の長さは、前記連結管の軸方向の長さよりも長く構成され、
最上方の前記単位管状体の基端は、最上方の前記連結管よりも上方に位置している、水力発電システム。

【請求項2】

前記連結管は、前記長さ方向に沿った摺動により、前記間隙と前記管状体の外部空間とを連通する、請求項１に記載の水力発電システム。

【請求項3】

前記各水車部本体の回動軸は、前記管状体の中心軸よりも下方に配置されている、請求項１に記載の水力発電システム。

【請求項4】

前記管状体の先端部には、前記水の流れを制御する制水弁が設けられている、請求項１に記載の水力発電システム。

【請求項5】

請求項１に記載の水力発電システムを用いた水力発電方法であって、
前記各単位管状体において、最下方の前記単位管状体から最上方の前記単位管状体の内部まで前記水を貯留する貯留工程と、貯留された前記水を下方に流す放水工程と、を有する、水力発電方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水力発電システム及び水力発電方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来から、水資源が豊富で高低差が大きい我が国において、再生可能エネルギーとして水力発電を利用することが広く行われてきた。

【0003】

ここで、一般的な水力発電設備において、流路の途中または最下部にフランシス水車やペルトン水車を設けて発電する、いわば「点」による発電が行われてきた。
一方、このような発電方式の場合、水が持つすべての位置エネルギーを利用することができないため、効率化の余地が多くあった。

【0004】

そこで、本発明の発明者は、特許文献１に記載の、水の流れ方向を軸に回動する略筒形状の水車を用いた、水力発電装置を提案した。
このような水力発電装置によれば、水が持っている位置エネルギーを、始点から終点まで回転エネルギーに変換して「線」で発電することができるため、より効率的かつ安定的な発電が可能となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許７１１４１３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ここで、一般的に、水力発電装置は、大型化する程、その発電効率が向上する。
このため、本発明の発明者は、特許文献１に記載の、水の流れを「線」で発電する水力発電装置について、その規模を拡張した発電システムを構築する必要がある、との考えに至った。

【0007】

本発明は上記のような実状に鑑みてなされたものであり、略筒形状の水車を用いた発電システム及び発電方法であって、その発電効率をより向上させた水力発電システム及び水力発電方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明は、貯水部と、前記貯水部の水を下方に流すための管状体と、前記管状体の内部に配置された水車部と、前記管状体の先端部に配置される発電装置と、を備え、
前記水車部は、前記水の流れによって回動する略筒形状の水車部本体と、前記水車部本体の回動軸を形成する軸部と、を有し、
前記水車部本体は、前記管状体の長さ方向に沿って、略同軸上に複数配置され、
前記軸部は、前記管状体の長さ方向の略全長に亘って延び、前記発電装置に接続され、
前記発電装置は、前記各水車部本体の回動に伴う前記軸部の回転動力を電力に変換する。

【0009】

本発明によれば、一の管状体に複数の水車部本体が設けられていることで、貯水部から管状体に流れる水を、効率的に軸部の回転動力に変換することができ、発電システムの大型化及び、これに伴う発電効率の向上に資する。

【0010】

本発明の好ましい形態では、前記管状体は、内部に前記水車部本体が配置され、前記長さ方向に所定の間隙を空けて設けられた複数の単位管状体と、前記間隙を覆うことで、前記各単位管状体同士を連結する連結管と、を有し、
前記各単位管状体は、それぞれが略同軸上に配置され、
前記連結管は、前記長さ方向に沿った摺動により、前記間隙と前記管状体の外部空間とを連通する。

【0011】

このような構成とすることで、例えば、管状体の内径を、人が入り込める程度の大きさとした場合、管状体の内部や水車部のメンテナンス時において、人が間隙を介して入り込むことができ、メンテナンス作業を容易に行うことができる。

【0012】

本発明の好ましい形態では、前記各水車部本体の回動軸は、前記管状体の中心軸よりも下方に配置されている。

【0013】

このような構成とすることで、管状体の内部を流れる水量が少ない場合であっても、各水車部本体の回動を軸部のトルクに変換する変換効率の減少を抑制することができる。

【0014】

本発明の好ましい形態では、前記管状体の先端部には、前記水の流れを制御する制水弁が設けられている。

【0015】

このような構成とすることで、制水弁の作用により、管状体の内部に所定量の水を貯留した上で、管状体からこの水を放水する、という流れでの発電（各水車部本体による軸部の回動）ができ、水の位置エネルギーを、終点（管状体の先端部）から所定の高さまで蓄えた、より効率の良い発電を行うことができる。
また、管状体の内部を流れる水量が少ない場合であっても、上記の通り、所定量の水を貯留して放水することにより、各水車部本体の回動動作、及びこれに伴う軸部へのトルクの伝達を確実に行わせることができる。

【0016】

本発明の好ましい形態では、前記貯水部から延びる既設の管状体と、前記既設の管状体を流れる前記水の位置エネルギーを用いて発電を行う水力発電設備と、を備え、
前記管状体は、前記既設の管状体と連通している。

【0017】

本発明によれば、既設の水力発電設備に本水力発電システムを適用することができ、本水力発電システムの汎用性が向上する。

【0018】

また、本発明は上述した水力発電システムを用いた水力発電方法であって、
前記管状体の内部に所定量の前記水を貯留する貯留工程と、貯留された前記水を下方に流す放水工程と、を有する。

【0019】

本発明によれば、管状体の内部に所定量の水を貯留した上で、管状体からこの水を放水する、という流れでの発電（各水車部本体による軸部の回動）ができ、水の位置エネルギーを、終点（管状体の先端部）から所定の高さまで蓄えた、効率の良い発電を行うことができる。

【0020】

本発明の好ましい形態では、前記各単位管状体において、最下方の前記単位管状体から最上方の前記単位管状体の内部まで前記水を貯留する貯留工程と、貯留された前記水を下方に流す放水工程と、を有する。

【0021】

このような構成とすることで、水の位置エネルギーを、終点（管状体の先端部）から始点（管状体の基端部）に極力近い位置まで蓄えることができ、より効率の良い発電を行うことができる。

【0022】

また、本発明は、貯水部に連通され、水を下方に流すための管状体の内部に所定量の前記水を貯留する貯留工程と、貯留された前記水を下方に流す放水工程と、下方に流れる前記水を用いて発電を行う発電工程と、を有する水力発電方法である。

【0023】

本発明によれば、本水力発電システムの適用にあたり新設した管状体、或いは既設の水力発電設備における既設の管状体、何れかの管状体の内部に所定量の水を貯留した上で、管状体からこの水を放水する、という流れでの発電ができ、水の位置エネルギーを、終点（管状体の先端部）から所定の高さまで蓄えた、効率の良い発電を行うことができる。

【発明の効果】

【0024】

本発明によれば、略筒形状の水車を用いた発電システム及び発電方法であって、その発電効率をより向上させた水力発電システム及び水力発電方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の実施形態に係る水力発電システム全体の俯瞰図である。

【図2】本発明の実施形態に係る水力発電システムの拡大図である。

【図3】本発明の実施形態に係る水車部を示す斜視図である。

【図4】本発明の実施形態に係る単位管状体及び水車部を示す斜視図である。

【図5】本発明の実施形態に係る単位管状体及び水車部を示すＰＰ´線断面図である。

【図6】本発明の実施形態に係る連結管を示す斜視図である。

【図7】本発明の実施形態に係る連結管の動作態様を示すＱＱ´線断面図である。

【図8】本発明の実施形態に係る水力発電システムの拡大図である。

【図9】本発明の実施形態に係る水力発電システムを用いた水力発電方法の説明図である。

【図10】本発明の実施形態に係る水力発電システムを用いた水力発電方法の説明図である。

【図11】本発明の実施形態に係る水力発電システムを用いた水力発電方法の説明図である。

【図12】本発明の実施形態に係る水力発電システムの変更例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

＜水力発電システム＞
以下、図１～図７を用いて、本実施形態に係る水力発電システムについて説明する。
なお、以下に示す実施形態は本発明の一例であり、本発明を以下の実施形態に限定するものではない。
また、これらの図において、符号Ｘは、本実施形態に係る水力発電システムを示し、以下では、既設の水力発電設備等を利用した水力発電システムについて説明する。

【0027】

図１及び図２に示すように、水力発電システムＸは、貯水部１と、貯水部１の水Ｗを下方に流すための管状体２と、管状体２の内部に配置された水車部３と、管状体２の先端部に配置される発電装置４と、管状体２を支持する支持部５と、を備えている。
なお、図２は、図１におけるＡ方向から見た、水力発電システムＸの拡大正面図であり、（ａ）にて管状体２の基端部側を示し、（ｂ）にて管状体２の先端部側を示している。

【0028】

貯水部１は、本実施形態においては、ダムＤの水Ｗをポンプ（図示せず）等により汲み上げて貯水する、水力発電において一般的に用いられる既設の貯水槽である。

【0029】

管状体２は、特に図２に示すように、内部に後述する水車部本体３１が配置され、長さ方向に所定の間隙を空けて設けられた複数の単位管状体２１と、これらの間隙を覆うことで、各単位管状体２１同士を連結する連結管２２と、を有している。

【0030】

単位管状体２１は、略円筒状体であり、それぞれが略同軸上に配置されている。
また、一の単位管状体２１には、一の水車部本体３１が配置されている。
さらに、最下方の単位管状体２１の先端部には、水Ｗの流れを制御する制水弁ｖ１が設けられ、最上方の単位管状体２１の基端部には、同様に水Ｗの流れを制御する副制水弁ｖ２が設けられている。
なお、制水弁ｖ１及び副制水弁ｖ２は、遠隔にて開閉制御可能な電動弁であることが好ましいが、手動にて開閉を行うものであっても良い。

【0031】

連結管２２は、略円筒状体であり、長さ方向に沿った摺動により、各単位管状体２１の間隙と管状体２の外部空間とを連通可能に構成されている。
なお、連結管２２の具体的な構成（摺動態様）については、図７を用いて後述する。

【0032】

ここで、管状体２は、水力発電において一般的に用いられる水圧鉄管Ｍ（既設の管状体）と上方から枝分かれするように、その基端部において、水圧鉄管Ｍと連通している。
また、管状体２は、全体として、上方から下方に向かって、略一直線上に傾斜して、発電装置４まで延びている。
なお、単位管状体２１や連結管２２の肉厚は、例えば３ｍｍ～２０ｍｍとすることが好ましく、ステンレス等の金属素材により形成されることが好ましいが、塩化ビニール等のプラスチック素材を用いても良い。

【0033】

なお、水圧鉄管Ｍには、貯水部１によりダムＤから汲み上げられた水Ｗが流れる。
また、水圧鉄管Ｍは、その長さ方向に所定の間隔を空けて設けられた支持ブロックｂにより支持されている。

【0034】

水車部３は、水Ｗの流れによって回動する略筒形状の水車部本体３１と、水車部本体３１の回動軸を形成する軸部３２と、を有している。
なお、図２（及び図１０）において、水車部本体３１を仮想的に点線の四角で示し、軸部３２を仮想的に一点鎖線で示している。

【0035】

水車部本体３１は、管状体２の長さ方向に沿って、略同軸上に複数配置されている。
また、軸部３２は、管状体２の長さ方向の略全長に亘って延び、発電装置４に接続されている。
なお、水車部本体３１のより具体的な構成は、図３～図５を用いて後述する。

【0036】

発電装置４は、水圧鉄管Ｍを流れる水Ｗの位置エネルギーを用いて発電を行う既設の水力発電設備Ｚとは別に設けられたものであり、各水車部本体３１の回動に伴う軸部３２の回転動力を電力に変換する。
なお、発電装置４のより具体的な構成については、水力発電方法の説明の中で、図１１を用いて後述する。

【0037】

支持部５は、ダムＤが建設されている山肌に設けられたメタルロードであり、山肌から上方に延びる複数の脚部５１と、各脚部５１の上部に連結され、上方から下方に向かって、略一直線上に傾斜する基台部５２と、基台部５２に連結され、各単位管状体２１の外周面を囲って当接することで、管状体２全体を基台部５２上に位置決めする複数の固定リング５３と、を有している。

【0038】

以下、図３～図５を用いて、水車部本体３１の構成について説明する。
なお、図３（ａ）は、水車部３の分解斜視図、図３（ｂ）は、後述する主部３１ａの内部を示す斜視図である。

【0039】

水車部本体３１は、略円筒状の主部３１ａと、主部３１ａの両端に配置される一対の軸受け部３１ｂと、を含む。

【0040】

主部３１ａの外周面及び内周面には、それぞれ、周方向に所定の間隔を空けて複数の水受け部ｓが設けられ、主部３１ａの内部には、軸部挿通部ｋが設けられている。

【0041】

各水受け部ｓは、外周面及び内周面から、それぞれ外方及び内方に突設された、断面略三角形状の突起であり、主部３１ａの全長に亘って設けられた、螺旋状の羽部材である。
これにより、各水受け部ｓは、水Ｗの回転軸方向の流れを、主部３１ａを回動させる力に変換する。

【0042】

また、各水受け部ｓは、例えば、約４５度の迎え角（回動軸とのなす角）でもって、外周面及び内周面それぞれに巻かれるようにして設けられている。
なお、迎え角は、主部３１ａの全長において螺旋が一周するような角度に設定されていても良い。これにより、水Ｗの流れを効率的に主部３１ａの回動に生かすことができる。

【0043】

軸部挿通部ｋは、主部３１ａの略全長に亘って延び、主部３１ａと略同軸上に配置された略円筒状の軸部挿通部本体ｋ１と、軸部挿通部本体ｋ１を主部３１ａの内部にて位置決めするための複数の支持板ｋ２と、により構成さている。

【0044】

軸部挿通部本体ｋ１には、後述する軸部構成体３２ａが挿通される。
また、軸部挿通部本体ｋ１は、例えば、その内径と軸部構成体３２ａの外径とを略同一に構成されることで、軸部構成体３２ａが嵌め込まれる態様となり、主部３１ａと軸部構成体３２ａとが一体的に回転可能に構成されている。
さらに、軸部挿通部本体ｋ１は、その全長が主部３１ａの全長よりも長く構成されることで、主部３１ａの両端から突出し、各軸受け部３１ｂに当接することで（図７参照）、主部３１ａの軸方向のブレを防止している。

【0045】

各支持板ｋ２は、軸部挿通部本体ｋ１の外周面及び主部３１ａの内周面に連接されている。

【0046】

各軸受け部３１ｂは、軸部挿通部本体ｋ１と略同軸上に配置される軸受け部本体ｊ１と、軸受け部本体ｊ１から放射状に延びる複数の支持板ｊ２と、各支持板の先端部が連接される輪状体ｊ３と、により構成されている。
なお、軸受け部本体ｊ１は、図７に示すように、転がり軸受とすることができる。

【0047】

上記の通り構成された水車部本体３１及び軸部構成体３２ａは、図４に示すように組上げられ、管状体２の内部に配置される。
なお、各輪状体ｊ３の外径は、単位管状体２１の内径と略同一に構成されており、各輪状体ｊ３の外周面が単位管状体２１の内周面に当接した状態で、水車部本体３１及び軸部３２が組上げられる。

【0048】

また、図５に示すように、本実施形態において、管状体２（単位管状体２１）、及び主部３１ａ（軸部挿通部本体ｋ１）は、略同軸上に配置されている。
即ち、管状体２の中心軸と水車部本体３１の回動軸とが一致している。
なお、図５において、軸受け部３１ｂの図示は省略しているが、各軸受け部３１ｂ（各軸受け部本体ｊ１）も、略同軸上に配置されている。

【0049】

以下、図６及び図７を用いて、連結管２２（及び軸部３２）の構成について説明する。
なお、図６において、管状体２の内部構成を点線にて示している。

【0050】

図６に示すように、連結管２２は、管状体２の長さ方向に沿って摺動する連結管本体２２ａと、単位管状体２１と連結管２２との水密状態を確保する水密部２２ｂと、を含む。

【0051】

軸部３２は、軸部挿通部本体ｋ１及び軸受け部本体ｊ１に挿通された、略円柱状の軸部構成体３２ａが、図６下部（及び図７）に示すように、その各端部で、略円筒状の連結部材ｃ１に挿通され、各軸部構成体３２ａ及び連結部材ｃ１を貫通するボルト等の締結部材ｃ２より連結されることで、構成されている。
即ち、一の単位管状体２１に対して一の軸部構成体３２ａが設けられている。
また、各軸部構成体３２ａは、その端部が、各単位管状体２１の間隙に突出する長さに構成されている。

【0052】

連結管本体２２ａは、略円筒状体であり、各単位管状体２１と略同軸上に配置されている。

【0053】

水密部２２ｂは、一方の単位管状体２１の先端部に設けられた第一水密部ｐ１と、他方の単位管状体２１の基端部に設けられた第二水密部ｐ２（図７参照）と、により構成されている。

【0054】

第一水密部ｐ１は、連結管本体２２ａの先端部側の摺動を抑制する、リング状のストッパー部ｐ１１と、ストッパー部ｐ１１の内周面に設けられたリング状のパッキンｐ１２（図７参照）と、により構成されている。
ストッパー部ｐ１１には、連結管本体２２ａの先端部が嵌合する溝が設けられており、パッキンｐ１２は、この溝により形成された対向する内周面に沿って、一対設けられている。

【0055】

第二水密部ｐ２は、リング状のパッキンであり、基端部側から先端部側に向かうに伴って、中心に向かって傾斜するように構成されている。
また、連結管本体２２ａにおける先端部側の内周面は、この傾斜に適合するように、基端部側から先端部側に向かうに伴って、中心に向かって傾斜するように構成されている。

【0056】

上記の通り構成された連結管２２（連結管本体２２ａ）は、図７（ａ）から図７（ｂ）に示すように摺動動作する。

【0057】

即ち、図７（ａ）においては、第一水密部ｐ１及び第二水密部ｐ２により水密性が確保されつつ、その摩擦力（及びストッパー部ｐ１１）により、摺動動作が抑制されている。
そして、連結管本体２２ａに先端部方向に沿って、水密部２２ｂの摩擦力を凌駕する力を加えることで、図７（ｂ）に示すように、先端部側に摺動し、間隙と管状体２の外部空間とが連通する。
なお、上記した第二水密部ｐ２及び連結管本体２２ａの傾斜により、図７（ａ）に示す閉状態においては、第二水密部ｐ２が連結管本体２２ａの開口端に対してくさびの作用により水密性が担保され、図７（ｂ）に示す開状態とする際には、接触面積が少ないことにより、一定の摺動性が担保されている。

【0058】

＜水力発電方法＞
以下、図８～図１１を用いて、本実施形態に係る水力発電方法について説明する。
なお、図８及び図９は、図１におけるＢ方向から見た、水力発電システムＸの拡大側面図であり、管状体２の開口端（水圧鉄管Ｍとの連通箇所）を点線丸にて示している。

【0059】

ここで、本実施形態における水力発電方法を実施するにあたり、図８下部に示すように、水圧鉄管Ｍの流出口ｄの内径を、水圧鉄管Ｍ全体の内径に比して小さくしておくことが好ましい。
なお、図８下部は、水力発電設備Ｚの内部の水車（フランシス水車等）に向かう、水圧鉄管Ｍの先端部であって、その開口端のみを断面にて示した部分拡大図である。
これにより、水圧鉄管Ｍの内部における水Ｗの単位時間当たりの流入量を、流出量よりも大きくし、貯水部１から流出した水Ｗが、水圧鉄管Ｍの内部に貯留されていく構成とすることができる
また、本実施形態における水力発電方法を実施するにあたり、制水弁ｖ１を閉状態としておく。

【0060】

まず、本実施形態に係る水力発電方法では、水圧鉄管Ｍ及び管状体２の内部に所定量の水Ｗを貯留する、貯留工程を実施する。

【0061】

詳述すれば、図９（ａ）から図９（ｂ）に示すように、貯水部１から水圧鉄管Ｍに水Ｗを流入させ、上記の通り、水圧鉄管Ｍの内部に水Ｗを貯留させていく。
そして、図９（ｂ）に示す位置（管状体２の開口端）まで水Ｗが貯留されると、管状体２に水Ｗが流入する。
なお、このとき、水Ｗは、流出口ｄから流出しているため、既設の水力発電設備Ｚによる水力発電（発電工程）が実施される。

【0062】

管状体２に流入した水Ｗは、図１０に示すように、閉状態とされた制水弁ｖ１により管状体２からの流出が抑制され、管状体２の内部に貯留されていく。
そして、本実施形態に係る水力発電方法では、最下方の単位管状体２１から最上方の単位管状体２１の内部まで水Ｗを貯留する。

【0063】

次に、本実施形態に係る水力発電方法では、管状体２に貯留された水Ｗを下方に流す、放水工程を実施する。

【0064】

詳述すれば、制水弁ｖ１を開状態とし、図１１に示すように、発電装置４の内部まで延びる管状体２にまで水Ｗを流す。
そして、この水Ｗの流れでもって、各水車部本体３１を一挙に回動させ、このトルクを軸部３２に伝達させる。
なお、図１１においては、軸部３２を一点鎖線で仮想的に示している。

【0065】

ここで、図１１に概略的に示すように、管状体２は、発電装置４の内部において湾曲しており、その先端部は、図１に示す河川Ｒへと向かっている。
これにより、管状体２を流れる水Ｗは、河川Ｒへと放水される。

【0066】

また、図１１に概略的に示すように、軸部３２は、管状体２の湾曲部分において、管状体２を貫通し、増速機４１及び発電装置本体４２に接続されている。
増速機４１及び発電装置本体４２は、例えば風力発電機等において広く用いられているような、中心軸の回動を利用した、一般的な増速機及び発電装置である。
なお、貫通箇所ｈについては、水密性及び軸部３２の滑らかな回動動作を担保するために、転がり軸受け等の軸受けを設けておく。

【0067】

以上の貯留工程及び放水工程でもって、発電装置４（発電装置本体４２）による発電工程が実施され、発電装置４を介して、種々の電子機器への配電や蓄電等が行われる。
また、上記の通り、これと並行して、水力発電設備Ｚによる発電工程も実施される。

【0068】

＜効果＞
本実施形態によれば、一の管状体２に複数の水車部本体３１が設けられていることで、貯水部１から管状体２に流れる水Ｗを、効率的に軸部３２の回転動力に変換することができ、水力発電システムＸの大型化及び、これに伴う発電効率の向上に資する

【0069】

また、単位管状体２１の内径を、人が入り込める程度の大きさとした場合、連結管２２により、単位管状体２１の内部や水車部３のメンテナンス時において、人が間隙を介して入り込むことができ、メンテナンス作業を容易に行うことができる。

【0070】

また、水圧鉄管Ｍと管状体２とを連通させることで、既設の水力発電設備Ｚに水力発電システムＸを適用することができ、水力発電システムＸの汎用性が向上する。

【0071】

また、貯留工程において、最下方の単位管状体２１から最上方の単位管状体２１の内部まで水Ｗを貯留することで、水Ｗの位置エネルギーを、終点（管状体２の先端部）から始点（管状体２の基端部）に極力近い位置まで蓄えることができ、より効率の良い発電を行うことができる。

【0072】

また、管状体２の内部を流れる水量が少ない場合であっても、貯留工程でもって、所定量の水Ｗを貯留して放水することにより、各水車部本体３１の各水受け部ｓに確実に水Ｗの流れを受けさせ、軸部３２へのトルクの伝達を確実に行わせることができる。

【0073】

＜変更例＞
なお、上述の実施形態において示した各構成部材の諸形状や寸法等は一例であって、設計要求等に基づき種々変更可能である。

【0074】

例えば、図１２（ａ）に示すように、各水車部本体３１の回動軸は、管状体２の中心軸よりも下方に配置されていても良い。
これにより、管状体２の内部を流れる水量が少ない場合であっても、各水車部本体３１の回動を軸部３２のトルクに変換する変換効率の減少を、抑制することができる。

【0075】

また、図１２（ｂ）に示すように、連結管２２による連通手段は、摺動動作によるものに限られず、その外周にハッチＨを設けても良い。

【0076】

この他、水力発電システムＸ、及びこれを用いた水力発電方法について、以下のような変更例が考えられる。

【0077】

例えば、本実施形態においては、管状体２を水圧鉄管Ｍから分岐させる例を示したが、貯水部１、或いはダムＤから直接管状体２を延ばす構成としても良い。
ダムＤから直接管状体２を延ばす構成とした場合、ダムＤ自体が、貯水部１として機能する。

【0078】

また、本実施形態においては、水力発電システムＸの構築にあたり、既設の水力発電設備Ｚや水圧鉄管Ｍを利用する例を示したが、貯水部１を含めて、水力発電システムＸを、既設の水力発電設備Ｚから離間した場所に新設しても良い。

【0079】

また、本実施形態においては、最上方の単位管状体２１まで水Ｗを貯留する例を示したが、ダムＤの貯水量等に応じて、より下方の単位管状体２１まで貯留して、放水しても良く、貯留する水量については、特に限定されない。

【0080】

また、本実施形態においては、制水弁ｖ１を完全閉じて、管状体２に水Ｗを貯留する例を示したが、制水弁ｖ１の開口度合いを調整し、単位時間当たりの流入量を流出量よりも大きくすることで、少しずつ放水しながら貯留工程を実施しても良い。

【0081】

また、本実施形態においては、管状体２への水Ｗの貯留にあたって制水弁ｖ１を用いる例を示したが、図８下部に示す水圧鉄管Ｍの例のように、制水弁ｖ１を用いず、流出口の内径を、管状体２全体の内径よりも小さくすることで、単位時間当たりの流入量を流出量より大きくする構成を採用しても良い。

【0082】

また、本実施形態においては、水圧鉄管Ｍを介して管状体２に水Ｗを貯留することで、貯留工程を実施する例を示したが、副制水弁ｖ２を閉状態としておき、水圧鉄管Ｍのみで貯留工程を実施し、水力発電設備Ｚへの放水にて放水工程、及び発電工程を実施しても良い。
即ち、水力発電システムＸを用いず、既設の水力発電設備Ｚや水圧鉄管Ｍのみで、水力発電方法（貯留工程、放水工程及び発電工程）を実施しても良い。

【0083】

また、本実施形態においては、水力発電システムＸの構成として、一の管状体２を用いる例を示したが、複数の管状体２を用いても良く、この場合、各管状体２が、所定の間隔を空けて水圧鉄管Ｍから分岐される構成としても良い。
なお、この場合、各管状体２に対応して、増速機４１や発電装置本体４２も増設されることとなる。

【0084】

ここで、上記構成とする場合、ダムＤの貯水量等に応じて、水Ｗを貯留工程や放水工程を実施する管状体２を選択することができる。
即ち、例えばダムＤの貯水量が少ない場合、最下方の管状体２の副制水弁ｖ２を開状態とし、この管状体２のみでもって貯留工程や放水工程を実施し、対応する発電装置本体４２による発電工程を実施することができる。
また、例えばダムＤの貯水量が多い場合、最上方の管状体２以外の副制水弁ｖ２を閉状態とし、図９（ｂ）に示すように、最上方の管状体２のみでもって貯留工程や放水工程を実施し、対応する発電装置本体４２による発電工程を実施することができる。
さらに、図９（ｂ）に示す状態から、各管状体２の副制水弁ｖ２を開状態とすることで、各管状体２を用いて、貯留工程や放水工程を実施し、それぞれに対応する発電装置本体４２による発電工程を、一挙に実施することができる。

【符号の説明】

【0085】

Ｘ 水力発電システム
１ 貯水部
２ 管状体
２１ 単位管状体
２２ 連結管
３ 水車部
３１ 水車部本体
３２ 軸部
４ 発電装置
４１ 増速機
４２ 発電装置本体
５ 支持部
５１ 脚部
５２ 基台部
５３ 固定リング
Ｄ ダム
Ｍ 水圧鉄管（既設の管状体）
Ｚ 水力発電設備
Ｗ 水

【要約】

【課題】略筒形状の水車を用いた発電システム及び発電方法であって、その発電効率をより向上させた水力発電システム及び水力発電方法を提供する。
【解決手段】貯水部１と、貯水部１の水Ｗを下方に流すための管状体２と、管状体２の内部に配置された水車部３と、管状体２の先端部に配置される発電装置４と、を備え、水車部３は、水Ｗの流れによって回動する略筒形状の水車部本体３１と、水車部本体３１の回動軸を形成する軸部３２と、を有し、水車部本体３１は、管状体２の長さ方向に沿って、略同軸上に複数配置され、軸部３２は、管状体２の長さ方向の略全長に亘って延び、発電装置４に接続され、発電装置４は、各水車部本体３１の回動に伴う軸部３２の回転動力を電力に変換する。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】