特許 7523334 水力発電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-18

(45)【発行日】2024-07-26

(54)【発明の名称】水力発電装置

(51)【国際特許分類】

   F03B 3/04 20060101AFI20240719BHJP

   F03B 7/00 20060101ALI20240719BHJP

   F03B 11/00 20060101ALI20240719BHJP

   F03B 13/10 20060101ALI20240719BHJP

【ＦＩ】

F03B3/04

F03B7/00

F03B11/00 Z

F03B13/10

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020201033

(22)【出願日】2020-12-03

(65)【公開番号】P2022088900

(43)【公開日】2022-06-15

【審査請求日】2023-11-27

(73)【特許権者】

【識別番号】000102692

【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】向井 浩氣

【審査官】藤原 弘

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－０４８７５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５９－２２１４７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】登録実用新案第３１８２６７３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１５－０１４２１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５０１４２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１０／１２２５６６（ＷＯ，Ａ２）

【文献】特開２０１８－０７６７９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０３Ｂ １／００－１１／０８

Ｆ０３Ｂ １３／００－１３／２６

Ｆ０３Ｂ １７／００－１７／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１方向において互いに間隔を空けて対向している第１側壁及び第２側壁を有し、水が前記第１方向に交差する第２方向に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、かつ前記第１方向における両端がそれぞれ前記第１側壁上及び前記第２側壁上に配置される第１梁及び第２梁と、
前記第１方向及び前記第２方向に交差する第３方向に延在し、かつ前記第１梁に取り付けられている第１ガイドレールと、
前記第３方向に延在し、かつ前記第２梁に取り付けられている第２ガイドレールと、
発電機と、
前記発電機を支持している内籠とを備え、
前記第１梁及び前記第２梁は、前記第２方向において、間隔を空けて配置されており、
前記第１梁は、前記第２梁よりも上流側に配置されており、
前記内籠は、前記第１ガイドレール及び前記第２ガイドレールに沿って前記第３方向に移動可能であり、
前記内籠は、底枠と、前記底枠に取り付けられており、かつ前記発電機を支持している支持板と、前記底枠から前記発電機よりも上方まで前記第３方向に沿って延在している第１ガイド部材及び第２ガイド部材とを有し、
前記第１ガイド部材及び前記第２ガイド部材は、それぞれ、前記第２方向において前記第１ガイドレール及び前記第２ガイドレールに対向しており、
前記内籠は、前記第３方向に対して傾斜した際、前記第１ガイド部材及び前記第２ガイド部材がそれぞれ前記第１ガイドレールの前記第１ガイド部材に対向している面及び前記第２ガイドレールの前記第２ガイド部材に対向している面に接触する、水力発電装置。

【請求項2】

前記第１ガイド部材の前記第１ガイドレールと対向している面及び前記第１ガイドレールの前記第１ガイド部材と対向している面のいずれか一方には、第１車輪が取り付けられている、請求項１に記載の水力発電装置。

【請求項3】

前記第２ガイド部材の前記第２ガイドレールと対向している面及び前記第２ガイドレールの前記第２ガイド部材と対向している面のいずれか一方には、第２車輪が取り付けられている、請求項１又は請求項２に記載の水力発電装置。

【請求項4】

前記第１梁及び前記第２梁に取り付けられる固定部材と、
前記固定部材に取り付けられ、かつ前記内籠を前記第３方向に沿って移動させるクレーンとをさらに備える、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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水力発電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１（特開２０１５－１４２１９号公報）には、軸流水車発電設備が記載されている。特許文献１に記載の軸流水車発電設備は、第１方向において間隔を空けて互いに対向している水路に設置される。水は、この水路を、第１方向に交差する第２方向に沿って流れる。特許文献１に記載の軸流水車発電設備は、軸流水車発電装置と、支持部材と、支柱と、支柱ガイドと、プーリと、ワイヤと、重錘とを有している。

【0003】

支持部材は、第１方向に延在している。支持部材の第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。支持部材には、貫通穴が形成されている。貫通穴には、支柱ガイドが配置されている。支柱ガイドには、支柱が通されている。支柱は、第１方向及び第２方向に交差する第３方向に延在している。支柱の一方端には、軸流水車発電装置が取り付けられている。支柱の他方端には、ワイヤの一方端が取り付けられている。ワイヤは、プーリに巻き掛けられている。ワイヤの他方端に重錘が取り付けられることにより、支柱は、第３方向に沿って引き上げられる。その結果、軸流水車発電装置は、水路を流れる水から引き上げられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１５－１４２１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載の軸流水車発電設備では、水路を流れる水から、軸流水車発電装置に力が加わる。この力に起因するモーメントは、支柱ガイドにより支持される。しかしながら、特許文献１に記載の軸流水車発電設備では、軸流水車発電装置に加わる力が大きくなると、支柱ガイドのみでは上記のモーメントを支持することが困難になる。

【0006】

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、水路を流れる水からの力が大きくなっても当該力に起因したモーメントを支持することが可能な水力発電装置を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の水力発電装置は、第１方向において互いに間隔を空けて対向している第１側壁及び第２側壁を有し、水が第１方向に交差する第２方向に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、かつ第１方向における両端がそれぞれ第１側壁上及び第２側壁上に配置される第１梁及び第２梁と、第１方向及び第２方向に交差する第３方向に延在し、かつ第１梁に取り付けられている第１ガイドレールと、第３方向に延在し、かつ第２梁に取り付けられている第２ガイドレールと、発電機と、発電機を支持している内籠とを備える。第１梁及び第２梁は、第２方向において、間隔を空けて配置されている。第１梁は、第２梁よりも上流側に配置されている。内籠は、第１ガイドレール及び第２ガイドレールに沿って第３方向に移動可能である。内籠は、第３方向に対して傾斜した際、第１ガイドレールの内籠に対向している面に接触する。

【0008】

上記の水力発電装置では、内籠は、第１ガイド部材及び第２ガイド部材を有していてもよい。第１ガイド部材及び第２ガイド部材は、それぞれ、第１ガイドレール及び第２ガイドレールにそれぞれ対向していてもよい。

【0009】

上記の水力発電装置では、第１ガイド部材の第１ガイドレールと対向している面及び第１ガイドレールの第１ガイド部材と対向している面のいずれか一方には、第１車輪が取り付けられていてもよい。

【0010】

上記の水力発電装置では、第２ガイド部材の第２ガイドレールと対向している面及び第２ガイドレールの第２ガイド部材と対向している面のいずれか一方には、第２車輪が取り付けられていてもよい。

【0011】

上記の水力発電装置は、第１梁及び第２梁に取り付けられる固定部材と、固定部材に取り付けられ、かつ内籠を第３方向に沿って移動させるクレーンとをさらに備えていてもよい。

【発明の効果】

【0012】

本発明の水力発電装置によると、水路を流れる水からの力が大きくなっても当該力に起因したモーメントを支持することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】水力発電装置１００の正面図である。

【図2】水力発電装置１００の第１斜視図である。

【図3】水力発電装置１００の第２斜視図である。

【図4】水力発電装置１００の側面図である。

【図5】水力発電装置１００の効果を説明するための説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、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。

【0015】

（実施形態に係る水力発電装置の構成）
以下に、実施形態に係る水力発電装置（「水力発電装置１００」とする）の構成を説明する。

【0016】

図１は、水力発電装置１００の正面図である。図２は、水力発電装置１００の第１斜視図である。図３は、水力発電装置１００の第２斜視図である。図３には、図２よりも内籠３０が引き上げられた状態の水力発電装置１００の斜視図が示されている。図１、図２及び図３に示されるように、水力発電装置１００は、第１梁１０ａと、第２梁１０ｂと、第１ガイドレール２０ａと、第２ガイドレール２０ｂと、内籠３０と、発電機４０と、翼５０と、ギアボックス６０と、支柱７０と、固定部材８０と、クレーン９０（図１～図３中において図示せず、図４参照）を有している。

【0017】

水力発電装置１００は、水路２００に設置される。水路２００は、第１側壁２１０と、第２側壁２２０とを有している、第１側壁２１０及び第２側壁２２０は、第１方向ＤＲ１において互いに間隔を空けて対向している。水は、第２方向ＤＲ２に沿って水路２００内を流れる。第２方向ＤＲ２は、第１方向ＤＲ１に交差する（好ましくは直交する）方向である。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。

【0018】

第１梁１０ａは、第１方向ＤＲ１に延在している。第１梁１０ａの第１方向ＤＲ１における両端は、それぞれ、第１側壁２１０上及び第２側壁２２０上に配置されている。すなわち、第１梁１０ａは、水路２００を横切るように配置されている。

【0019】

第２梁１０ｂは、第１方向ＤＲ１に延在している。第２梁１０ｂの第１方向ＤＲ１における両端は、それぞれ、第１側壁２１０上及び第２側壁２２０上に配置されている。すなわち、第２梁１０ｂは、水路２００を横切るように配置されている。第２梁１０ｂは、第２方向において、第１梁１０ａと離間して配置されている。第２梁１０ｂは、第１梁１０ａよりも下流側にある（第１梁１０ａは、第２梁１０ｂよりも上流側にある）。

【0020】

第１梁１０ａと第１側壁２１０及び第２側壁２２０との間には、板部材１１が介在されている。第２梁１０ｂと第１側壁２１０及び第２側壁２２０との間には、板部材１１が介在されている。但し、第１梁１０ａの両端は板部材１１を介在させずに第１側壁２１０及び第２側壁２２０に接触していてもよく、第２梁１０ｂの両端は板部材１１を介在させずに第１側壁２１０及び第２側壁２２０に接触していてもよい。

【0021】

第１ガイドレール２０ａの数は、例えば、複数である。但し、第１ガイドレール２０ａの数は、１つであってもよい。以下においては、第１ガイドレール２０ａの数が２つである場合を例として説明し、これら２つの第１ガイドレール２０ａを第１ガイドレール２０ａａ及び第１ガイドレール２０ａｂということがある。

【0022】

第２ガイドレール２０ｂの数は、例えば、複数である。但し、第２ガイドレール２０ｂの数は、１つであってもよい。以下においては、第２ガイドレール２０ｂの数が２つである場合を例として説明し、これら２つの第２ガイドレール２０ｂを第２ガイドレール２０ｂａ及び第２ガイドレール２０ｂｂということがある。

【0023】

第１ガイドレール２０ａａ及び第１ガイドレール２０ａｂは、第３方向ＤＲ３に延在している。第３方向ＤＲ３は、第１方向ＤＲ１及び第２方向ＤＲ２に交差する（好ましくは直交する）方向である。第３方向ＤＲ３は、例えば鉛直方向に対応している。第１ガイドレール２０ａａ及び第１ガイドレール２０ａｂは、第１梁１０ａに取り付けられている。第１ガイドレール２０ａａ及び第１ガイドレール２０ａｂは、第１方向ＤＲ１において、間隔を空けて配置されている。第１ガイドレール２０ａａ及び第１ガイドレール２０ａｂは、第３方向ＤＲ３に直交する断面視において、例えば、Ｌ字形である。

【0024】

第２ガイドレール２０ｂａ及び第２ガイドレール２０ｂｂは、第３方向ＤＲ３に延在している。第２ガイドレール２０ｂａ及び第２ガイドレール２０ｂｂは、第２梁１０ｂに取り付けられている。第２ガイドレール２０ｂａ及び第２ガイドレール２０ｂｂは、第１方向ＤＲ１において、間隔を空けて配置されている。第２ガイドレール２０ｂａ及び第２ガイドレール２０ｂｂは、第３方向ＤＲ３に直交する断面視において、例えば、Ｌ字形である。

【0025】

第２ガイドレール２０ｂａ及び第２ガイドレール２０ｂｂは、それぞれ、第２方向ＤＲ２において、第１ガイドレール２０ａａ及び第１ガイドレール２０ａｂと間隔を空けて対向している。このことを別の観点から言えば、平面視において（第３方向ＤＲ３に沿って見た際に）、第１ガイドレール２０ａａ、第１ガイドレール２０ａｂ、第２ガイドレール２０ｂａ及び第２ガイドレール２０ｂｂは、仮想的な矩形の四隅に位置している。

【0026】

内籠３０は、底板３１と、底枠３２と、第１ガイド部材３３と、第２ガイド部材３４とを有している。底板３１上には、発電機４０が配置されている。つまり、発電機４０は、底板３１により支持されている。底板３１は、底枠３２に取り付けられることにより、底枠３２により支持されている。

【0027】

第１ガイド部材３３及び第２ガイド部材３４は、底枠３２に取り付けられている。第１ガイド部材３３及び第２ガイド部材３４の数は、例えば、複数である。但し、第１ガイド部材３３の数は１つであってもよく、第２ガイド部材３４の数は１つであってもよい。以下においては、第１ガイド部材３３の数及び第２ガイド部材３４の数がそれぞれ２つである場合を例として説明する。これら２つの第１ガイド部材３３をそれぞれ第１ガイド部材３３ａ及び第１ガイド部材３３ｂということがあり、これら２つの第２ガイド部材３４をそれぞれ第２ガイド部材３４ａ及び第２ガイド部材３４ｂということがある。

【0028】

第１ガイド部材３３ａ、第１ガイド部材３３ｂ、第２ガイド部材３４ａ及び第２ガイド部材３４ｂは、第３方向ＤＲ３に延在している。第１ガイド部材３３ａ、第１ガイド部材３３ｂ、第２ガイド部材３４ａ及び第２ガイド部材３４ｂは、第３方向ＤＲ３に直交する断面視において、例えば、Ｌ字形である。第１ガイド部材３３ａ及び第１ガイド部材３３ｂは、それぞれ、第１ガイドレール２０ａａ及び第１ガイドレール２０ａｂに対向している。第２ガイド部材３４ａ及び第２ガイド部材３４ｂは、それぞれ、第２ガイドレール２０ｂａ及び第２ガイドレール２０ｂｂに対向している。

【0029】

平面視において、内籠３０（底板３１、底枠３２、第１ガイド部材３３ａ及び第１ガイド部材３３ｂ並びに第２ガイド部材３４ａ及び第２ガイド部材３４ｂ）は、第１ガイドレール２０ａａ、第１ガイドレール２０ａｂ、第２ガイドレール２０ｂａ及び第２ガイドレール２０ｂｂの内側に配置されている。これにより、内籠３０は、第１ガイドレール２０ａａ、第１ガイドレール２０ａｂ、第２ガイドレール２０ｂａ及び第２ガイドレール２０ｂｂに沿って、第３方向ＤＲ３に移動可能である。

【0030】

内籠３０は、第３方向ＤＲ３に対して傾斜した際、第１ガイドレール２０ａの内籠３０と対向している面に接触する。より具体的には、内籠３０が第３方向ＤＲ３に対して傾斜した際、第１ガイド部材３３ａ及び第１ガイド部材３３ｂは、それぞれ、第１ガイドレール２０ａａの第１ガイド部材３３ａに対向している面及び第１ガイドレール２０ａｂの第１ガイド部材３３ｂに対向している面に接触する。

【0031】

内籠３０は、さらに、第１車輪３５と、第２車輪３６とを有していてもよい。以下においては、第１ガイド部材３３ａに取り付けられる第１車輪３５を第１車輪３５ａとすることがあり、第１ガイド部材３３ｂに取り付けられる第１車輪３５を第１車輪３５ｂとすることがある。また、以下においては、第２ガイド部材３４ａに取り付けられる第２車輪３６を第２車輪３６ａとすることがあり、第２ガイド部材３４ｂに取り付けられる第２車輪３６を第２車輪３６ｂとすることがある。

【0032】

第１車輪３５ａ及び第１車輪３５ｂは、それぞれ、第１ガイド部材３３ａの第１ガイドレール２０ａａに対向している面及び第１ガイド部材３３ｂの第１ガイドレール２０ａｂに対向している面に取り付けられている。第２車輪３６ａ及び第２車輪３６ｂは、それぞれ、第２ガイド部材３４ａの第２ガイドレール２０ｂａに対向している面及び第２ガイド部材３４ｂの第２ガイドレール２０ｂｂに対向している面に取り付けられている。第１車輪３５ａ及び第１車輪３５ｂの数並びに第２車輪３６ａ及び第２車輪３６ｂの数は、１つであってもよく、複数であってもよい。

【0033】

なお、第１車輪３５ａ及び第１車輪３５ｂは、それぞれ、第１ガイドレール２０ａａの第１ガイド部材３３ａに対向している面及び第１ガイドレール２０ａｂの第１ガイド部材３３ｂに対向している面に取り付けられていてもよい。また、第２車輪３６ａ及び第２車輪３６ｂは、それぞれ、第２ガイドレール２０ｂａの第２ガイド部材３４ａに対向している面及び第２ガイドレール２０ｂｂの第２ガイド部材３４ｂに対向している面に取り付けられていてもよい。

【0034】

翼５０は、水路２００を流れる水により回転する。翼５０が回転することにより、ギアボックス６０に接続されており、かつ第２方向ＤＲ２に延在している回転軸６１（図示せず）を回転させる。翼５０は、上流側を向いている。支柱７０は、第３方向ＤＲ３に延在している筒状である。支柱７０の内部は、中空になっている。支柱７０の一方端は、ギアボックス６０に取り付けられている。支柱７０の他方端は、発電機４０に取り付けられている。すなわち、支柱７０は、発電機４０から、第３方向ＤＲ３に沿って下方に延在している。

【0035】

支柱７０の内部には、第３方向ＤＲ３に延在している回転軸７１（図示せず）が収納されている。回転軸７１の一方端はギアボックス６０に接続されている。ギアボックス６０は、回転軸６１の回転を、回転方向を変えて回転軸７１に伝達する。回転軸７１の他方端は、発電機４０に接続されている。発電機４０は、回転軸７１の回転により、発電動作を行う。そのため、発電機４０は、翼５０の回転に伴い、発電動作を行うことになる。

【0036】

固定部材８０は、第１支柱８１と、第２支柱８２と、梁８３とを有している。第１支柱８１は、第１梁１０ａに取り付けられている。第２支柱８２は、第２梁１０ｂに取り付けられている。第１支柱８１及び第２支柱８２は、第３方向ＤＲ３に沿って上方に延在している。梁８３は、第２方向ＤＲ２に延在している。梁８３の第２方向ＤＲ２における両端は、それぞれ、第１支柱８１の上端及び第２支柱８２の上端に取り付けられている。

【0037】

図４は、水力発電装置１００の側面図である。図４に示されるように、固定部材８０には、クレーン９０が取り付けられている。より具体的には、クレーン９０は、梁８３に取り付けられている。クレーン９０は、ワイヤ９１を介して、内籠３０を第３方向ＤＲ３に沿って移動させる。ワイヤ９１は、内籠３０、発電機４０、翼５０、ギアボックス６０、回転軸６１、支柱７０及び回転軸７１からなる構造体の第３方向ＤＲ３における重心位置Ｐに取り付けられていることが好ましい。

【0038】

（実施形態に係る水力発電装置の効果）
以下に、水力発電装置１００の効果を説明する。

【0039】

図５は、水力発電装置１００の効果を説明するための説明図である。図５に示されるように、翼５０は、水路２００を流れる水から、力を受ける。この力に起因して、発電機４０が取り付けられている内籠３０にモーメントが加わり（図５中の実線矢印参照）、第３方向ＤＲ３に対して内籠３０を傾斜させる。

【0040】

この傾斜に伴って、内籠３０（第１ガイド部材３３）は、第１ガイドレール２０ａの内籠３０（第１ガイド部材３３）に対向している面に接触し、第１ガイドレール２０ａにより支持される。水力発電装置１００では、内籠３０（第１ガイド部材３３）に接触している第１ガイドレール２０ａの部分と重心位置Ｐとの間の距離が大きい。その結果、上記のモーメントに対して内籠３０を支持するために第１ガイドレール２０ａから加わる力は、小さくなる。そのため、水力発電装置１００によると、水路２００を流れる水からの力が大きくなっても、当該力に起因したモーメントを支持することが可能である。

【0041】

水路２００を流れる水の流量が増大した際には、クレーン９０で内籠３０を第３方向ＤＲ３に沿って上方に吊り上げることにより、翼５０を水路２００の外に退避させる。この際にも、翼５０には水路２００を流れる水からの力が加わるが、当該力に起因するモーメントは第１ガイドレール２０ａにより支持されるため、翼５０が下流側に流されることなく、翼５０の退避が可能になる。

【0042】

水力発電装置１００では、クレーン９０により内籠３０の第３方向ＤＲ３における位置が調整可能であるため、水路２００が深い又は浅い場合であっても、支柱７０及び回転軸７１の長さを変更する必要が無くなる。そのため、水力発電装置１００によると、設計変更コストを低減することができる。

【0043】

水力発電装置１００は、第１車輪３５を有しているため、内籠３０が第３方向ＤＲ３に対して傾斜して第１ガイドレール２０ａに接触しても、内籠３０を第３方向ＤＲ３に沿って滑らかに移動させることができる。また、水力発電装置１００は、第２車輪３６を有しているため、第３方向ＤＲ３に対して傾斜した内籠３０が第１ガイドレール２０ａと第２ガイドレール２０ｂとの間に挟まり、第３方向ＤＲ３に沿って移動できなくなることが抑制されている。

【0044】

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、上記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、上記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。

【産業上の利用可能性】

【0045】

上記の実施形態は、水力発電装置に特に有利に適用される。

【符号の説明】

【0046】

１０ａ 第１梁、１０ｂ 第２梁、１１ 板部材、２０ａ，２０ａａ，２０ａｂ 第１ガイドレール、２０ｂ，２０ｂａ，２０ｂｂ 第２ガイドレール、３０ 内籠、３１ 底板、３２ 底枠、３３，３３ａ，３３ｂ 第１ガイド部材、３４，３４ａ，３４ｂ 第２ガイド部材、３５，３５ａ，３５ｂ 第１車輪、３６，３６ａ，３６ｂ 第２車輪、４０ 発電機、５０ 翼、６０ ギアボックス、６１，７１ 回転軸、７０ 支柱、８０ 固定部材、８１ 第１支柱、８２ 第２支柱、８３ 梁、９０ クレーン、９１ ワイヤ、１００ 水力発電装置、２００ 水路、２１０ 第１側壁、２２０ 第２側壁、ＤＲ１ 第１方向、ＤＲ２ 第２方向、ＤＲ３ 第３方向、Ｐ 重心位置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】