JP5919590B2 - 流体力発電装置 - Google Patents

Description

本発明は、羽根車を用いた水力や風力などの流体力発電装置に関し、特に、巻き掛け伝動手段を介して原動側である羽根車の軸から従動側の発電機の軸へ駆動力を伝達する機構に関する。

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では、装置を貫通する水路内で水流を受けて回転する羽根車を適切に支持するために、羽根車軸は、羽根車を挟むように配置された複数の軸受で両持ち支持される。この羽根車軸の軸受は、水流と接触する場合を考慮して耐水性等を配慮する必要があり、特に、羽根車が立軸形の場合、羽根車の両側にある軸受のうち、下側の軸受は常に水中にあることから、水中の異物等の影響も受けにくい構造が必要となる。水中に軸受を設ける場合、軸の円滑な回転を実現するために、構造が簡単でトラブルを生じにくく、異物にも強いすべり軸受を採用することが多い。ただし、すべり軸受では、長期の使用により軸や軸受材が摩耗し、軸受の摺動面間に過大なクリアランスが生じることがある。

水中側の軸受におけるこうしたクリアランスは、水流の力を受ける羽根車軸をがたつかせ、他の軸受の支持構造によっては、羽根車軸の傾きを招き、羽根車軸の水上部分にもぶれを発生させることとなる。水力発電装置の水上部分には、羽根車軸から発電機側に駆動力を伝達する機構が設けられているが、駆動力の伝達にベルトやチェーン等の巻き掛け伝動手段を用いている場合、羽根車軸のぶれは伝動手段の張り具合に影響を及す。最悪の場合、羽根車軸のぶれで伝動手段が緩んで、羽根車軸から発電機側へ適切に駆動力を伝達できなくなり、発電が適切に行えなくなるなどの問題が生じる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、羽根車軸の軸受が摩耗しても、羽根車軸の変位が伝動手段を緊張させる方向に生じて、伝動手段による駆動力の適切な伝達が維持され、そのまま発電を問題なく実行できる流体力発電装置を提供することを目的とする。

本発明に係る流体力発電装置は、ケーシングを貫通して設けられた流路部を通る流体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流体力発電装置において、羽根車の回転中心位置で羽根車と一体に取付けられ、ケーシングにおける前記流路部を挟む両側の所定箇所でそれぞれ回転可能に支持される羽根車軸と、ケーシングの流路部外側となる部分に延長配設された前記羽根車軸の一方の端部に、直接取付けて、又は、減速機構もしくは増速機構を介在させて配設され、少なくとも前記羽根車軸と連動して回転する状態とされる、駆動プーリ又はスプロケットと、前記発電機の入力軸に、直接取付けて、又は、減速機構もしくは増速機構を介在させて配設され、少なくとも前記入力軸と連動して回転する状態とされる、従動プーリ又はスプロケットと、前記駆動プーリ又はスプロケットと前記従動プーリ又はスプロケットに巻き掛けられて配設され、前記駆動プーリ又はスプロケットから、前記従動プーリ又はスプロケットに駆動力を伝達する無端の伝動手段と、前記羽根車軸の一方の端部寄りで、且つ前記流路部の外側となるケーシングの所定位置に設けられ、前記駆動プーリ又はスプロケットと前記羽根車との間の羽根車軸所定位置を支持する第一の軸受と、当該第一の軸受とは流路部を挟んで反対側となるケーシングの流路部に面する所定部位に設けられ、前記羽根車軸の他方の端部を支持する第二の軸受とを備え、前記第二の軸受が、ケーシングに固定されるハウジング部と、当該ハウジング部と羽根車軸他端部との間に介在して、羽根車軸の他端部の回動可能状態を維持するブシュとを有し、前記第一の軸受が、前記第二の軸受における羽根車軸支持位置のラジアル方向へのずれに伴う羽根車軸の傾きを許容する構造とされ、前記羽根車軸、第一の軸受、及び第二の軸受が、前記従動プーリ又はスプロケットに対し、流体の流れ方向における上流側に位置するものである。

このように本発明によれば、羽根車軸をその中間位置で支持する第一の軸受が、羽根車軸が傾くのを許容すると共に、羽根車軸やその軸受を発電機側の従動プーリ又はスプロケットよりも流体流れ方向の上流側となる位置に配置して、羽根車が水流により押されるのに伴ってこの押された側に羽根車軸が傾いた場合、羽根車軸の一端部に配置した駆動プーリ又はスプロケットが、従動プーリ又はスプロケットから遠ざかる向きへ動くようにしている。これにより、流路部に面して流体と接触する状況で軸受として機能するブシュの構造上の特性から、摩耗が生じやすい羽根車軸他端部側の第二の軸受で、摩耗に伴う羽根車軸他端部の支持位置のずれが生じる状況となっても、羽根車軸は、羽根車が流体流により押される向きに、第二の軸受での摩耗の分、軸他端部をずらして傾いた状態で回転でき、且つ、羽根車軸の一端部における駆動プーリ又はスプロケットは、従動プーリ又はスプロケットから遠ざかる向きにずれて、伝動手段の張りを維持できることとなり、軸受での摩耗が進行しても伝動手段が緩んで駆動力を伝えにくい状態に陥ることがなく、伝動手段を介して発電機が適切に駆動され、問題なく発電を行える。

また、本発明に係る流体力発電装置は必要に応じて、前記羽根車軸の一方の端部に、羽根車の回転を減速又は増速した状態で前記駆動プーリ又はスプロケットに伝える減速機構又は増速機構が、羽根車軸及び前記ケーシングに対し相対回転可能として配設され、 前記駆動プーリ又はスプロケットは、前記減速機構又は増速機構上に、前記羽根車軸と一致しない他の軸を中心として回転可能に支持され、羽根車軸と、減速機構又は増速機構と、駆動プーリ又はスプロケットとの各位置関係が、減速機構又は増速機構が羽根車軸に対し相対回転せず羽根車軸と一体に回転して共回りすると、当該回転共回りの開始時に、減速機構又は増速機構上の駆動プーリ又はスプロケットを発電機側の従動プーリ又はスプロケットから遠ざけて伝動手段を緊張させる状態となるように、羽根車軸に対する減速機構又は増速機構の配設の向きを設定するものである。

このように本発明によれば、駆動プーリ又はスプロケットを含む減速機構又は増速機構の、羽根車の軸と共回りする際の挙動が、駆動プーリ又はスプロケットが発電機側の従動プーリ又はスプロケットから離れていく状態となる配置で、減速機構又は増速機構の羽根車軸に対する位置を設定しつつ、駆動プーリ又はスプロケットと従動プーリ又はスプロケットとを伝動手段で連動させることにより、羽根車軸の回転につれて減速機構又は増速機構も同じ向きに回転しようとするのに伴い、駆動プーリ又はスプロケットが従動プーリ又はスプロケットから離れようとして、これらの間に巻き掛けられた伝動手段を緊張させることとなり、伝動手段には常に適度な緊張力が加わる状態となり、伝動手段の緩みを生じさせず、伝動手段で確実に発電機側に駆動力を伝えて、発電機を継続的に効率よく作動させられる。

また、こうした減速機構又は増速機構の羽根車軸に対する配置構成により、羽根車が起動すると伝動手段が適切な緊張状態へ移行するため、別途伝動手段の張り具合を調整する機構を必要とせず、駆動力の伝達機構を簡略化できる。

本発明の第１の実施形態に係る流体力発電装置の斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る流体力発電装置の正面図である。 本発明の第１の実施形態に係る流体力発電装置の背面図である。 本発明の第１の実施形態に係る流体力発電装置の底面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る流体力発電装置の内部構造概略説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る流体力発電装置における羽根車軸軸受部の概略構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る流体力発電装置における羽根車軸の初期状態説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る流体力発電装置における羽根車軸の軸受摩耗状態説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る流体力発電装置の横断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る流体力発電装置の内部構造概略説明図である。

（本発明の第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る流体力発電装置の駆動力伝達機構を前記図１ないし図９に基づいて説明する。本実施形態においては、流体力として水流の力を用いる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流体力発電装置１は、ケーシング５０を貫通して設けられた流路部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り、河川や用水路等の小規模水路への設置に対応する小型の装置である。

より詳細には、流体力発電装置１は、その駆動力伝達機構として、クロスフロー型の羽根車１０の回転中心位置で羽根車１０と一体に取付けられ、発電装置のケーシング５０に回転可能に支持される羽根車軸１１と、この羽根車軸１１の一端部に直接取付けて配設され、羽根車軸１１と連動して回転する駆動プーリ１２と、発電機４０の入力軸４１に直接取付けて配設され、入力軸４１と連動して回転する従動プーリ４２と、駆動プーリ１２と従動プーリ４２に巻き掛けられて配設され、駆動プーリ１２から従動プーリ４２に駆動力を伝達する伝動手段としてのベルト１３と、羽根車軸１１の一端部寄りとなるケーシング５０所定位置に設けられ、駆動プーリ１２と羽根車１０との間の羽根車軸１１所定位置を支持する第一軸受１４と、ケーシング５０の所定部位で羽根車軸１１の他端部を支持する第二軸受１５とを備える構成である。

この流体力発電装置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、羽根車軸１１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横に羽根車１０を二つ並べた構造を有し、また、ケーシング５０の上部内側に、各羽根車１０でそれぞれ駆動される発電機４０を横に二つ並べて設けた構成である。

そして、流体力発電装置１は、流れの生じてい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内の流路部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内の流路部５１に前方から流入して、二つの羽根車１０をそれぞれ回転させた後、ケーシング後方から出ていくこととなる。ケーシング５０の前側には、流路部５１の入口側で流路を狭めて水の流速を増大させつつ、水を流路部５１中央に案内する絞り部５２が設けられる。この絞り部５２が、クロスフロー型の各羽根車１０に対し、一種のガイドベーンの役割を果している。

前記羽根車軸１１は、羽根車１０の回転中心位置で羽根車１０と一体に取付けられ、ケーシング５０における流路部５１を挟む両側の所定箇所でそれぞれ回転可能に支持される構成である。この羽根車軸１１の一端部側所定長さ分が、発電機４０への駆動力伝達のために、ケーシング５０の流路部５１外側となる上側部分に延長配設される。

前記駆動プーリ１２は、羽根車軸１１の一端部に直接取付けて配設され、羽根車軸１１と一体に回転する構成である。
前記従動プーリ４２は、発電機４０の入力軸４１に直接取付けて配設され、入力軸４１と一体に回転する構成である。この従動プーリ４２は、発電機４０と共に、羽根車軸１１に対し、流体としての水の流れ方向における下流側に位置している。

前記ベルト１３は、いわゆるＶベルトであり、駆動プーリ１２と従動プーリ４２に巻き掛けられて配設され、駆動プーリ１２の回転に伴わせて従動プーリ４２を回転させ、駆動プーリ１２から従動プーリ４２に駆動力を伝達するものである。

前記第一軸受１４は、玉軸受等の公知の軸受であり、羽根車軸１１の一端部寄りで、且つ前記流路部５１の外側となるケーシング５０の上部所定位置に設けられ、駆動プーリ１２と羽根車１０との間の羽根車軸１１所定位置を支持するものである（図６、図７参照）。

この第一軸受１４は、羽根車軸１１の回転可能な状態を保持しながら、第二軸受１５における羽根車軸支持位置のラジアル方向へのずれに伴う羽根車軸１１の傾きを許容する構造とされる。

前記第二軸受１５は、第一軸受１４とは流路部５１を挟んで反対側となるケーシング５０の流路部５１に面する下部に設けられ、羽根車軸１１の他端部を支持するものである。この第二軸受１５は、ケーシング５０側に固定される軸受ハウジング１５ａと、この軸受ハウジング１５ａと羽根車軸１１他端部との間に介在して、流体としての水と接触する状況下で羽根車軸１１の他端部の回動可能状態を維持するブシュ１５ｂとを備える構成である（図７参照）。

次に、前記構成に基づく流体力発電装置における軸受摩耗に際してのベルト張力調整状態について説明する。前提として、装置の使用開始状態で各部の摩耗はまだなく、初期の寸法精度が確保され、ベルトも緩み無く適切な張り状態とされているものとする。

発電装置としての使用を継続すると、水中にある第二軸受１５でブシュ１５ｂ内周部の摩耗や、このブシュ１５ｂと接する羽根車軸１１他端部外周の摩耗が進行する。こうした摩耗に伴い、ブシュ１５ｂの内径と羽根車軸１１他端部の外径との差が大きくなることで、第二軸受１５において、羽根車軸支持位置、すなわち、羽根車軸１１とブシュ１５ｂとの実際の摺接位置、のラジアル方向へのずれが生じ得る状態となる。実際の使用では、羽根車１０に加わる水流の力で、羽根車軸支持位置は流れの下流側にずれる状態となる（図９参照）。

この場合、第一軸受１４が、羽根車軸１１の傾きを許容する構造を有していることから、羽根車軸１１は、羽根車１０と共に回転する状態を維持されたまま、第二軸受１５における羽根車軸支持位置が水の流れの下流側にずれる分、本来の向きから傾くこととなる。

羽根車軸１１の傾きにより、ケーシング上部に位置する羽根車軸１１の一端部は、第一軸受１４の位置を基準として、他端部とは逆の、流路部５１における水の流れの上流側にずれた状態となる。このずれにより、羽根車軸１１の一端部に取付けられた駆動プーリ１２も初期状態からずれており、この駆動プーリ１２と、羽根車軸１１に対し水の流れ方向における下流側に位置している従動プーリ４２との距離は初期状態に比べ広がっている（図８、図９参照）。

このように駆動プーリ１２と従動プーリ４２との距離が広がることで、駆動プーリ１２と従動プーリ４２に巻き掛けられているベルト１３は、緊張状態となって、駆動プーリ１２から従動プーリ４２への駆動力の伝達が問題なく行われる状態を維持できることとなる。

こうして、流路部５１を通過する水流が存在する間、水流から羽根車１０が受ける力に基づいて羽根車軸１１は傾斜し、一端部の駆動プーリ１２を従動プーリ４２から遠ざけようとする結果、ベルト１３の緊張状態が維持され、ベルト１３による駆動プーリ１２から従動プーリ４２への駆動力の適切な伝達が確保される。

このように、本実施形態に係る流体力発電装置においては、羽根車軸１１をその中間位置で支持する第一軸受１４が、羽根車軸１１が傾くのを許容すると共に、従動プーリ４２を羽根車軸１１より水の流れ方向の下流側に位置させて、羽根車１０が水流により押されるのに伴って押された側に羽根車軸他端部がずれ、羽根車軸１１が傾いた場合に、羽根車軸１１の一端部に配置した駆動プーリ１２が、従動プーリ４２から遠ざかる向きに動くようにしている。

これにより、常時水中にあって水と接触する状況で軸受として機能するブシュの構造上の特性から、摩耗が生じやすい第二軸受１５で、長期にわたる継続使用により、摺接する軸や軸受で摩耗が生じて寸法精度を維持できず、羽根車軸他端部の支持位置のずれと、これに伴う羽根車軸１１の傾きと駆動プーリ位置の変位など、ベルト１３による駆動力伝達への悪影響が生じ得る状態に至っても、第一軸受１４で傾きを許容された羽根車軸１１は、第二軸受１５での摩耗の分、羽根車１０が水流により押される向きに軸他端部をずらして傾いた状態で回転し、羽根車軸１１の一端部における駆動プーリ１２は、従動プーリ４２から遠ざかる向きにずれて、ベルト１３の張りを維持しながら回転できることとなり、軸受の摩耗が生じてもベルト１３が緩んで駆動力を伝えにくい状態に陥ることがなく、発電機４０が適切に駆動され、発電を問題なく継続して行える。

（本発明の第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る流体力発電装置を前記図１０及び図１１に基づいて説明する。本実施形態においても、流体力として水流の力を用いる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流体力発電装置は、駆動力伝達機構として、前記第１の実施形態と同様、羽根車軸２１と、駆動プーリ２３と、従動プーリ４２と、ベルト２４と、第一軸受２５と、第二軸受２６とを備える一方、異なる点として、羽根車軸２１の一端部に、羽根車２０の回転を増速した状態で駆動プーリ２３に伝える増速機構２２を配設し、この増速機構２２上に駆動プーリ２３を回転可能に支持する構成を有するものである。
なお、増速機構２２と、この増速機構に駆動プーリ２３が支持される点以外の構成については、前記第１の実施形態と同じであり、詳細な説明を省略する。

前記増速機構２２は、羽根車軸２１の一端部に、羽根車２０の回転を増速した状態で駆動プーリ２３に伝える機構であり、羽根車軸２１に対し相対回転可能として配設される。この増速機構２２上に、駆動プーリ２３が羽根車軸２１と一致しない他の軸（出力軸）を中心として回転可能に支持されることとなる。
この増速機構２２は、入力軸である羽根車軸２１の回転を内蔵の歯車列を介して増速した上で、出力軸に伝達し、出力軸上の駆動プーリ２３を回転させる公知の機構であり、詳細な説明を省略する。

そして、増速機構２２は、羽根車軸２１が回転すると、増速機構２２に対し外部から所定の拘束力を加えない場合、機構内部の摩擦等による抵抗があることから、羽根車軸２１に対し相対回転せず、羽根車軸２１と共回りする状態となる。

この増速機構２２と、羽根車軸２１、及び、駆動プーリ２３との位置関係は、仮にベルト２４の巻き掛けによる拘束を受けずに、増速機構２２が羽根車軸２１と一体に回転することを想定した場合に、増速機構２２の回転開始に伴って、増速機構２２上の駆動プーリ２３を発電機４０側の従動プーリ４２から遠ざける状態となるように、羽根車軸２１に対する増速機構２２の配設の向きを設定することとなる。

より具体的には、例えば、羽根車２０及び羽根車軸２１の回転方向が装置上方から見て時計回りの場合、羽根車軸２１が発電機４０より手前となる側から見て、羽根車軸２１と発電機４０の入力軸４１とを結んだ線より右側の領域に、増速機構２２上の駆動プーリ２３中心が位置するように、ベルト２４を巻掛けた状態での増速機構２２の羽根車軸２１に対する向きを設定する（図１０参照）。

次に、前記構成に基づく流体力発電装置における駆動力伝達に際してのベルト張力調整状態について説明する。前提として、装置の使用開始時点では増速機構２２上の駆動プーリ２３と発電機４０側の従動プーリ４２との間にベルト２４が所定の張り状態で巻き掛けられて、緩みによる各プーリからのベルト２４の脱落が生じないようにされているものとする。

ケーシング５０の流路部５１に水を導入して羽根車２０を回転開始させると、ケーシング側に固定されていない増速機構２２が、羽根車軸２１の回転に合わせて共に回転しようとし、増速機構２２上の駆動プーリ２３も一体に回転して、発電機側の従動プーリ４２から遠ざかろうとする。

こうして、羽根車軸２１の回転につれて増速機構２２及び駆動プーリ２３も同じ向きに回転しようとするのに伴い、駆動プーリ２３が従動プーリ４２から遠ざかろうとして、これらの間に巻き掛けられたベルト２４を緊張させることとなる。駆動プーリ２３はベルト２４による拘束で羽根車軸２１周りの回転を止められ、これにより増速機構２２も回転を制限されて、増速機構２２に対し羽根車軸２１が回転し、増速機構２２は羽根車軸２１の回転を増速しつつ駆動プーリ２３に伝える状態に移行する。

駆動プーリ２３の回転がベルト２４を介して従動プーリ４２に伝わり、発電機４０が駆動されて発電を行う中、ベルト２４の存在で拘束されてはいるものの、増速機構２２が羽根車軸２１と共に回転しようとして所定のトルクを生じている状態は羽根車軸２１の回転当初から変らないため、ベルト２４には常に適度な緊張力が加わる状態となっており、羽根車軸２１が回転する間、ベルト２４に緩みが生じることはなく、ベルト２４を介して確実に発電機４０を駆動でき、発電機４０で効率よく発電を行わせることができる。

また、羽根車２０が起動するとベルト２４が適切な緊張状態へ移行するのを、増速機構２２の羽根車軸２１に対する配置のみで実現していることで、ベルト２４の張り具合を調整する機構を別途必要とせず、羽根車軸２１から発電機４０への駆動力の伝達機構を簡略に構成できる。

さらに、長期の使用で、水中にある第二軸受での各部の摩耗が進行した場合でも、前記第１の実施形態と同様、羽根車軸２１の傾きにより、ケーシング上部に位置する羽根車軸の一端部は、流路部５１における水の流れの上流側にずれた状態となり（図９参照）、駆動プーリ２３と従動プーリ４２との距離を広げるようにして、ベルト２４を緊張した状態に維持でき、ベルト２４による駆動プーリ２３から従動プーリ４２への駆動力の伝達は確保されることとなる。

このように、本実施形態に係る流体力発電装置の駆動力伝達機構においては、駆動プーリ２３を含む増速機構２２の、羽根車軸２１と共回りする際の動きが、駆動プーリ２３が発電機側の従動プーリ４２から遠ざかる状態となる配置で、増速機構２２の羽根車軸２１に対する位置を設定しつつ、駆動プーリ２３と従動プーリ４２とをベルト２４で連動させることから、羽根車軸２１の回転につれて増速機構２２も同じ向きに回転しようとするのに伴い、駆動プーリ２３が従動プーリ４２から離れようとして、これらの間に巻き掛けられたベルト２４を緊張させることとなり、ベルト２４には常に適度な緊張力が加わる状態となって、ベルト２４の緩みを生じさせず、仮にベルトが経年変化で伸びたとしてもその伸び分も吸収して緊張を維持でき、ベルト２４で確実に発電機側に駆動力を伝えて、発電機４０を継続的に効率よく作動させられる。

なお、前記各実施形態に係る流体力発電装置においては、伝動手段をベルトとし、羽根車軸又は増速機構からベルトに駆動力を伝える機械要素を駆動プーリ、ベルトから発電機の入力軸に駆動力を伝える機械要素を従動プーリとする構成としているが、これに限らず、伝動手段をチェーンとし、羽根車軸又は増速機構からチェーンに駆動力を伝えるのに駆動スプロケット、チェーンから発電機の入力軸に駆動力を伝えるのに従動スプロケットをそれぞれ用いる構成とすることもできる。こうしたチェーン等を用いる場合も、前記各実施形態同様、羽根車軸の一端部における駆動スプロケットが、従動スプロケットから遠ざかる向きにずれて、チェーンの張りを維持できることとなり、チェーンが緩んで駆動力を伝えにくい状態に陥ることがなく、発電機４０が適切に駆動され、発電を継続できる。

また、前記各実施形態に係る流体力発電装置においては、発電機４０の入力軸４１に直接従動プーリ４２が取付けられ、羽根車側から伝えられた駆動力を従動プーリ４２から減速又は増速することなく発電機４０に伝える構成としているが、これに限らず、従動プーリと発電機４０の入力軸４１との間に、減速機構又は増速機構を介在させ、従動プーリの回転を減速又は増速した状態で発電機４０に伝える構成とすることもできる。この場合、減速機構又は増速機構上に回転可能に支持される従動プーリの位置が変化して、ベルト等の伝動手段の張り具合が緩み側に変化するのを防ぐため、減速機構又は増速機構は、ケーシングに固定された状態で設けるのが好ましい。

また、前記各実施形態に係る流体力発電装置においては、発電機４０をケーシング５０上部に配置し、その下側の流路部５１に羽根車１０を位置させ、羽根車軸１１を垂直向きとした立軸形の構成としているが、これに限らず、羽根車軸が横向きとなり、流路部外側で羽根車の側方となる位置に駆動プーリ等の駆動力伝達機構が配置される、横軸形の構成とすることもでき、河川や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。

加えて、流路部５１を通る流体の流れの力でクロスフロー型の羽根車１０を回転させるものへの適用以外に、閉じた領域としての流路部ではなく開放された空間部分を通って羽根車に達する流体の流れの力で羽根車を回転させる、ペルトン水車や開放型上掛水車、開放型下掛水車などを含む、ケーシングに軸支された羽根車の羽根又はランナに加わる流体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他の流体力発電装置にも適用することができ、羽根車軸の傾きを許容して、羽根車軸上の駆動プーリ又はスプロケットが発電機側の従動プーリ又はスプロケットから遠ざかる向きへ動くようにしたり、回転する羽根車軸に対して減速機構又は増速機構上の駆動プーリ又はスプロケットが発電機側の従動プーリ又はスプロケットから遠ざかる状態となるように、減速機構又は増速機構の配設の向きを設定したりすることで、前記実施形態同様、ベルト等の緩みを生じさせず、確実に発電機側に駆動力を伝えて、発電機を継続的に効率よく作動させられることとなる。

さらに、前記各実施形態に係る流体力発電装置においては、流体力として水流の力を用いる構成としているが、これに限らず、水以外の他の液体や、気体、一種の流体としての性質を示す多量の粒状体などの流れの力、あるいは、気体と液体と固体のいずれか二種又は三種の混相流の流れの力、を用いる構成とすることもでき、前記各実施形態同様、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効率よく発電を行うことができる。

１ 流体力発電装置
１０、２０ 羽根車
１１、２１ 羽根車軸
１１ａ 開口部
１２、２３ 駆動プーリ
１３、２４ ベルト
１４、２５ 第１軸受
１５、２６ 第２軸受
１５ａ 軸受ハウジング
１５ｂ ブシュ
２２ 増速機構
４０ 発電機
４１ 入力軸
４２ 従動プーリ
５０ ケーシング
５１ 流路部
５２ 絞り部

Claims (2)

1. ケーシングを貫通して設けられた流路部を通る流体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流体力発電装置において、
   羽根車の回転中心位置で羽根車と一体に取付けられ、ケーシングにおける前記流路部を挟む両側の所定箇所でそれぞれ回転可能に支持される羽根車軸と、
   ケーシングの流路部外側となる部分に延長配設された前記羽根車軸の一方の端部に、直接取付けて、又は、減速機構もしくは増速機構を介在させて配設され、少なくとも前記羽根車軸と連動して回転する状態とされる、駆動プーリ又はスプロケットと、
   前記発電機の入力軸に、直接取付けて、又は、減速機構もしくは増速機構を介在させて配設され、少なくとも前記入力軸と連動して回転する状態とされる、従動プーリ又はスプロケットと、
   前記駆動プーリ又はスプロケットと前記従動プーリ又はスプロケットに巻き掛けられて配設され、前記駆動プーリ又はスプロケットから、前記従動プーリ又はスプロケットに駆動力を伝達する無端の伝動手段と、
   前記羽根車軸の一方の端部寄りで、且つ前記流路部の外側となるケーシングの所定位置に設けられ、前記駆動プーリ又はスプロケットと前記羽根車との間の羽根車軸所定位置を支持する第一の軸受と、
   当該第一の軸受とは流路部を挟んで反対側となるケーシングの流路部に面する所定部位に設けられ、前記羽根車軸の他方の端部を支持する第二の軸受とを備え、
   前記第二の軸受が、ケーシングに固定されるハウジング部と、当該ハウジング部と羽根車軸他端部との間に介在して、羽根車軸の他端部の回動可能状態を維持するブシュとを有し、
   前記第一の軸受が、前記第二の軸受における羽根車軸支持位置のラジアル方向へのずれに伴う羽根車軸の傾きを許容する構造とされ、
   前記羽根車軸、第一の軸受、及び第二の軸受が、前記従動プーリ又はスプロケットに対し、流体の流れ方向における上流側に位置することを
   特徴とする流体力発電装置。
2. 前記請求項１に記載の流体力発電装置において、
   前記羽根車軸の一方の端部に、羽根車の回転を減速又は増速した状態で前記駆動プーリ又はスプロケットに伝える減速機構又は増速機構が、羽根車軸及び前記ケーシングに対し相対回転可能として配設され、
   前記駆動プーリ又はスプロケットは、前記減速機構又は増速機構上に、前記羽根車軸と一致しない他の軸を中心として回転可能に支持され、
   羽根車軸と、減速機構又は増速機構と、駆動プーリ又はスプロケットとの各位置関係が、減速機構又は増速機構が羽根車軸に対し相対回転せず羽根車軸と一体に回転して共回りすると、当該回転共回りの開始時に、減速機構又は増速機構上の駆動プーリ又はスプロケットを発電機側の従動プーリ又はスプロケットから遠ざけて伝動手段を緊張させる状態となるように、羽根車軸に対する減速機構又は増速機構の配設の向きを設定することを
   特徴とする流体力発電装置。

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