水力発電装置
【課題】バイパス流路を開閉する弁機構が滑らかに開閉動作を行うことのできる水力発電装置を提供すること。
【解決手段】水力発電装置１において、バイパス用の開口部３８を隔壁２１９に形成し、この開口部３８に対しては、隔壁２１９から突出する筒部２１７を軸部９０２が貫通する弁体９０を備えた弁機構９を構成する。この弁機構９においては、筒部２１７と軸部９０２とにより構成された支持機構９９では、弁体９０の移動に伴って筒部２１７と軸部９０２との相対位置が変化しても、筒部２１７と軸部９０２との嵌め合い寸法が長いままであるので、弁体９０がいずれの位置にあっても弁体９０を安定した状態で支持できる。
【解決手段】水力発電装置１において、バイパス用の開口部３８を隔壁２１９に形成し、この開口部３８に対しては、隔壁２１９から突出する筒部２１７を軸部９０２が貫通する弁体９０を備えた弁機構９を構成する。この弁機構９においては、筒部２１７と軸部９０２とにより構成された支持機構９９では、弁体９０の移動に伴って筒部２１７と軸部９０２との相対位置が変化しても、筒部２１７と軸部９０２との嵌め合い寸法が長いままであるので、弁体９０がいずれの位置にあっても弁体９０を安定した状態で支持できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水道水などを利用して発電を行う水力発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
蛇口の下方位置に手を差し出したとき、それをセンサが感知すると、蛇口から水を自動的に流すように構成した自動水栓装置が普及しつつある。また、水道水の流路の途中位置に小型の水力発電装置を設けるとともに、この水力発電装置によって得た電力を蓄え、この電力を自動水栓装置のセンサ回路などに供給する装置も案出されている。
【０００３】
このような水力発電装置において、水車室に供給される水量が増大すると、水車の回転速度が高くなりすぎてがたつくなどの問題点がある。そこで、発電用水車が配置された水車室を備えた発電用の第１の流路と、水車室に対して並列に構成されたバイパス用の第２の流路とを構成し、弁機構によって、流体圧が上昇したときに第２の流路を閉状態から開状態に切り換えることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このような弁機構は、例えば、図９に示すように、バイパス用の第２の流路を構成する開口部３８″を備えた隔壁２１９″と、開口部３８″を開閉するための弁体９０″と、この弁体９０″に形成された穴９８″に先端側に嵌ることにより弁体９０″を隔壁２１９″に接近する方向および離間方向に変位可能に支持する軸部９７″と、流体圧に抗して開口部３８″を閉鎖する方向に弁体を付勢するコイルバネ９５″とによって構成できる。
【特許文献１】特開２００３−１２９９３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図９に示すような弁機構では、弁体９０″が開口部３８″を塞いでいる状態で軸部９７″が弁体９０″の穴９８″に浅く嵌っているだけであるため、弁体９０″に傾きが発生しやすく、このような傾きが発生すると、開口部３８″を滑らかに開閉できなくなるという問題点がある。
【０００６】
以上の問題に鑑みて、本発明の課題は、バイパス流路を開閉する弁機構が滑らかに開閉動作を行うことのできる水力発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明では、発電用水車が配置された水車室を備えた発電用の第１の流路と、前記水車室に対して並列に構成されたバイパス用の第２の流路と、流体圧が上昇したときに前記第２の流路を閉状態から開状態に切り換える弁機構とを有する水力発電装置において、前記弁機構は、前記第２の流路を構成する開口部を備えた隔壁と、前記開口部を開閉するための弁体と、該弁体を前記隔壁に接近する方向および離間方向に変位可能に支持する支持機構と、流体圧に抗して前記開口部を閉鎖する方向に前記弁体を付勢する付勢部材とを備え、前記支持機構は、前記弁体および前記隔壁のうちの一方側に形成された軸部と、当該軸部との相対的な位置が変化したときでも当該軸部との間の支持寸法が一定の受け部とを備えていることを特徴とする。本発明において、前記受け部は、例えば、前記軸部が貫通する筒部である。
【０００８】
本発明では、弁体に対する支持機構は、軸部と、この軸部が貫通する筒部などの受け部とによって構成されているため、支持寸法が長い。このため、弁体を安定した姿勢で支持することができる。また、支持機構では、弁体の移動にともなって軸部と受け部の相対位置が変化しても、支持寸法が変わらず、長いままであるので、弁体がいずれの位置にあっても弁体を安定した状態で支持でき、かつ、弁体は滑らかに移動する。それ故、設定した流体圧に応じて、バイパス用の流路を滑らかに開閉することができる。
【０００９】
本発明において、前記開口部は、前記隔壁に対する前記受け部あるいは前記軸部の形成位置の周りに形成されている。
【００１０】
本発明において、前記軸部は前記弁体に形成され、前記受け部は、前記隔壁の両面のうち、前記第２の流路における上流側に位置する面から突出している構成を採用することができる。また、前記受け部は前記弁体に形成され、前記軸部は、前記隔壁の両面のうち、前記第２の流路における下流側に位置する面から突出している構成を採用してもよい。
【００１１】
本発明において、前記弁体の前記隔壁との当接面、および前記隔壁の前記弁体との当接面のうちの一方の当接面は、フッ素系ゴムあるいはフッ素系樹脂からなるシール部材で構成され、当該シール部材の表面には微細な凹凸が付与されていることが望ましい。このように構成すると、シール部材として化学的に安定なフッ素系ゴムあるいはフッ素系樹脂を用いた場合でも、弁体が隔壁に密着したまま離れなくなるという事態を回避できる。
【００１２】
本発明では、前記弁体の前記隔壁との当接面、および前記隔壁の前記弁体との当接面のうちの他方の当接面は、平滑面で構成されていることが好ましい。弁体と隔壁とが密着したまま離れなくなるという事態を回避できれば、他方側の当接面については平滑面で形成できるので、流体の漏れを確実に防止することができる。
【００１３】
本発明において、前記付勢部材はコイルバネであり、前記軸部の先端部には、前記コイルの一方端を支持する止め具の位置決め部が形成されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、弁体に対する支持機構は、軸部と、この軸部が貫通する筒部などの受け部とによって構成されているため、支持寸法が長い。このため、弁体を安定した姿勢で支持することができる。また、支持機構では、弁体の移動にともなって軸部と受け部の相対位置が変化しても、支持寸法が変わらず、長いままであるので、弁体がいずれの位置にあっても弁体を安定した状態で支持でき、かつ、弁体は滑らかに移動する。それ故、設定した流体圧に応じて、バイパス用の流路を滑らかに開閉することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した水力発電装置について説明する。
【００１６】
（全体構成）
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明を適用した水力発電装置の平面図、およびＡ−Ａ′断面図である。なお、図１において、Ａ−Ａ′線は、射出口の形成位置を通らないが、図１（ｂ）の左部分には、射出口についても図示してある。
【００１７】
図１（ａ）、（ｂ）に示す水力発電装置１は、水道水の流路の途中位置などに配置される小型の水力発電装置であり、この水力発電装置１によって得た電力を蓄え、この電力を自動水栓装置のセンサ回路などに供給する用途などに用いられる。本形態の水力発電装置１は、後述する流路を構成する樹脂製の本体ケース２１、この本体ケース２１の上面を覆うカバー２３、このカバー２３を覆うステンレス製のカップ状の仕切り板２５と、この仕切り板２５のフランジ部との間にステータ部６を挟む環状ケース２７と、環状ケース２７の上方に被さる樹脂製の上ケース２９とを有しており、上ケース２９および仕切り板２５はネジにより本体ケース２１に固定されている。また、本体ケース２１の底面にはＥＰＤＭ製のシール２８１が重ねられ、仕切り板２５と本体ケース２１との間には、ゴム製のＯリング２８２が配置されている。
【００１８】
本体ケース２１には、相対向する側面で開口する流体入口３１および流体出口３２を備えており、流体入口３１から流体出口３２に向かう第１の流路１１０の途中位置には、本体ケース２１とカバー２３とにより、後述する注水部が構成され、本体ケース２１と仕切り板２５との間に水車室３５が構成されている。水車室３５では、下端部および上端部が各々、本体ケース２１および仕切り板２５の軸固定穴に圧入固定された支軸４が直立しており、支軸４には、円筒状の発電用水車５が回転可能に支持されている。支軸４には、樹脂製のスリーブ４５が嵌められており、発電用水車５は、支軸４のうち、スリーブ４５から露出している上半部で支持されている。なお、発電用水車５は、支軸４に装着されたワッシャなどにより上下方向への変位が防止されている。
【００１９】
発電用水車５において仕切り板２５の円筒部２５１内に位置する上半部には、外周面に円筒状の永久磁石５５が固着されている。また、仕切り板２５の円筒部２５１の周りには環状のステータ組６１、６２が配置されており、永久磁石５５およびステータ部６によって発電部が構成されている。
【００２０】
ステータ部６は、軸線方向に重ねて配置された２つの相のステータ組６１、６２で構成されている。２つのステータ組６１、６２のいずれにおいても、外ステータコア、コイルボビンに巻回されたコイル、および内ステータコアが重ねられた構造を有しており、コイルボビンの内周に沿って、外ステータコアの極歯と内ステータコアの極歯が交互に並んでいる。また、コイルの巻き始め部分および巻き終わり部分は、端子台６６の端子６７およびワイヤー６８を介してコネクタ６９に接続されている。なお、上ケース２９には、端子台６６を覆うフード部２９１が形成されており、ステータ部６に水が浸入するのを防止する構造になっている。
【００２１】
また、本形態の水力発電装置１には、流体入口３１から流入した水が水車室３５を通らずに流体出口３２に向かうバイパス用の第２の流路１２０が形成されており、この第２の流路１２０には、図６を参照して後述する弁機構９が構成されている。
【００２２】
（注水部の構成）
図２は、図１に示す水力発電装置に用いた本体ケースの構成を示す平面図である。図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、図１に示す水力発電装置に用いたカバーの構成を示す平面図、正面図および底面図である。図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、図１に示す水力発電装置に用いることの可能な別のカバーの構成を示す平面図、正面図および底面図である。
【００２３】
図１および図２に示すように、本形態の水力発電装置１において、本体ケース２１では、流体入口３１に対向するように隔壁２１９が起立しており、その上方には、水車室３５の周りに環状流路３３が形成されている。ここで、環状流路３３は、底面、内周面、外周面、および上面が各々、本体ケース２１の環状の仕切り壁２１１、本体ケース２１の環状の内側垂直壁２１２、本体ケース２１の環状の外側垂直壁２１３、および図３に示すカバー２３により規定されている。また、内側垂直壁２１２には、周方向の４箇所に射出口３４を構成するための切り欠きが形成されている。さらに、環状流路３３内の一部には、傾斜面３３０（図２中の斜線部）が形成されている。
【００２４】
これに対して、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、カバー２３はリング状を成し、カバー２３のリング部２３０の下面のうち、図２に示す本体ケース２１の４つの射出口３４に対応する部分には、４つの射出口３４に嵌って射出口３４の各々の開口面積を調整するリブ２３１（突起）が形成されている。また、リブ２３１にテーパ２３１ａを設けることで、その突出寸法が調節されている。従って、本体ケース２１の上面にカバー２３を被せると、環状流路３３から発電用水車５の羽根５７に向けて水を高速噴射する４つの射出口３４が構成される。
【００２５】
なお、図４に示すような、リング部２３０にリブを形成しない構成のカバー２３′を用いてもよい。このように、リブの形状が異なるカバーを用途に応じて付け替えることにより、射出口３４から射出される水の量を調整することができる。
【００２６】
（発電用水車５の構成）
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図１に示す水力発電装置に用いた発電用水車を第１のラジアル軸受側からみたときの斜視図、この発電用水車を第２のラジアル軸受側からみたときの平面図、およびＢ−Ｂ′断面図である。
【００２７】
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、本形態の水力発電装置１において、発電用水車５は、外周面から複数枚の羽根５７が等角度間隔で張り出す円筒体５０と、この円筒体５０の貫通穴５０１の一方側端部（本体ケース２１が位置する下方側）に位置する円筒状の第１のラジアル軸受５１と、貫通穴５０１の他方側端部（仕切り板２５の円筒部２５１が位置する上方側）に位置する円筒状の第２のラジアル軸受５２とを備えており、第１のラジアル軸受５１の軸穴５１０、および第２のラジアル軸受５２の軸穴５２０に対して、図１（ｂ）に示す支軸４が嵌ることにより、発電用水車５は支軸４の周りで回転可能に支持されている。円筒体５０は、羽根５７が形成された下端部は大径である一方、上半部は小径であり、この小径部分に円筒状の永久磁石５５が固定されている。
【００２８】
本形態において、発電用水車５は、複数枚の羽根５７が各々、軸線方向において第２のラジアル軸受５２側に位置する第１の羽根５７１と、第１のラジアル軸受５１側に位置する第２の羽根５７２とに２分割されており、第２の羽根５７２の外周端は、円筒体５０の軸線方向と平行な円筒板部５８により連結されている。ここで、円筒板部５８の外端面は、第１の羽根５７１の外周端と同一の半径距離の位置にある。
【００２９】
このように構成した発電用水車５に対しては、図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、４つの射出口３４が発電用水車５の周りに等角度間隔に形成されている。また、４つの射出口３４は、第１の羽根５７１および円筒板部５８の双方に跨る方向に向かって開口しており、図５（ｃ）に矢印Ｌ１、Ｌ２で示すように、４つの射出口３４は各々、第１の羽根５７１と円筒板部５８とに跨って水を射出するように構成されている。すなわち、射出口３４から射出された水の一部は、矢印Ｌ１で示すように、第１の羽根５７１に直接、ぶつかる一方、射出口３４から射出された水の残りは、円筒板部５８の外周面にぶつかるようになっている。ここで、注水部に形成した射出口３４の数と羽根５７の枚数とは、素の関係にあり、一方が他方の整数倍となる条件を避けてある。例えば、本形態では、射出口３４は４つであるのに対して、羽根５７の枚数は７枚である。
【００３０】
（発電動作）
このように構成した水力発電装置１において、流体入口３１から流れ込んだ水は、隔壁にぶつかって上方の環状流路３３に流れ込んだ後、４つの射出口３４から発電用水車５の羽根５７に向けて射出される。その結果、発電用水車５が回転し、それに伴い、永久磁石５５も回転することにより、ステータ部６のコイルに誘起電圧が発生する。発電用水車５を回し終えた水は、下方に落下し、そこから流体出口３２を経て排出される。また、ステータ部６で発生した誘起電圧は、コネクタ６９を介して外部の回路に導かれ、この回路で直流に変換された後、整流され電池に充電される。
【００３１】
（バイパス用の第２の流路および弁機構９の構成）
図６（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、図１（ｂ）に示す弁機構９の構成を示す拡大図、および図６（ａ）において隔壁２１９を流体入口側から見たときの説明図である。
【００３２】
図１および図６（ａ）に示すように、本形態における水力発電装置１には、流体入口３１から流入した水が水車室３５を通らずに流体出口３２に向かうバイパス用の第２の流路１２０が形成されている。すなわち、流体入口３１に対向する隔壁２１９には流体出口３２に向けて窪んだ凹部２１９ａが形成されており、この凹部２１９ａの底部には、図６（ｂ）に示すように、周方向に並んだ開口部３８が流体入口３１と流体出口３２とを連通可能に形成されている。
【００３３】
また、開口部３８に対しては弁機構９が構成されており、弁機構９は、流体圧が低いときには開口部３８（第２の流路）を閉鎖しておき、流体圧が上昇したときに開口部３８（第２の流路）を閉状態から開状態に切り換える。このような弁機構９を構成するにあたって、本形態では、隔壁２１９には、第２の流路１２０における上流側の面に、凹部２１９ａの底部から流体入口３１側に向けて突出する円筒状の筒部２１７（受け部）が形成されており、この筒部２１７の周りに４つの開口部３８が配置されている。また、弁機構９は弁体９０を備えており、この弁体９０は、隔壁２１９の裏面側（第２の流路１２０における下流側／流体出口３２の側）に重なる弁部９０１と、弁部９０１の中央から流体入口３１の側に突出した丸棒状の軸部９０２とを備えており、軸部９０２は筒部２１７を貫通している。このようにして、弁機構９では、軸部９０２と筒部２１７とによって、弁体９０に対する支持機構９９が構成されている。
【００３４】
ここで、弁部９０１において隔壁２１９の裏面側に当接する部分には、フッ素系ゴムあるいはフッ素系樹脂製のシール部材９６が貼られている。また、シール部材９６の表面には微細な凹凸が付与されており、このような凹凸は、シール部材９６に対するブラスト処理、あるいはシール部材９６を成形する際の金型に対するブラスト処理により形成することができる。また、隔壁２１９において、シール部材９６と当接する面は、平滑面で構成されている。
【００３５】
また、弁体９０において、軸部９０２の先端部には、その基端側より小径の突起９０３が形成され、この突起９０３より形成された段部９０５には、プッシュナット９１によりワッシャ９２が固定されている。また、軸部９０２の周りにはコイルバネ９５が装着されており、コイルバネ９５は、ワッシャ９２と隔壁２１９の筒部２１７の周りの部分とによって両端部が各々支持され、圧縮された状態にある。
【００３６】
このように構成した弁機構９では、弁体９０がコイルバネ９５によって流体入口３１に向けて付勢されているので、弁部９０１がシール部材９６を介して隔壁２１９に当接している。このため、流体入口３１から流入した水の圧力が低い場合には、開口部３８は閉鎖されている。但し、流体入口３１から流入した水の圧力が高くなってワッシャ９２および弁部９０１がコイルバネ９５の付勢力よりも大きな水圧を受けると、弁体９０は、コイルバネ９５の付勢力に抗して流体入口３２の側に変位し、弁部９０１が隔壁２１９の裏面側から離間するので、バイパス用の開口部３８は開放される。それ故、流体入口３１から流入した水の圧力が低い場合には、流入した水の全てが環状流路３３を介して水車室３５に導かれ、発電に寄与する一方、流体入口３１から流入した水の圧力が高い場合には、流入した水の一部がバイパス用の開口部３８を通ってそのまま流体出口３２に向かう。それ故、発電用水車５の回転速度が高くなりすぎてがたつくなどの問題を回避できる。
【００３７】
（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の水力発電装置１においてバイパス用の第２の流路１２０に構成した弁機構９では、弁体９０に対する支持機構９９が、隔壁２１９から流体入口３１に向けて延びた筒部２１７と、弁体９０から流体入口３１に向けて突出して筒部２１７を貫通する軸部９０２とを備えているため、嵌め合い寸法（支持寸法）が長い。このため、弁体９０を安定した姿勢で支持することができる。また、軸部９０２は筒部２１７を貫通しているため、弁体９０の移動に伴って筒部２１７と軸部９０２との相対位置が変化しても、筒部２１７と軸部９０２との嵌め合い寸法が長いままであるので、弁体９０がいずれの位置にあっても弁体を安定した状態で支持でき、かつ、弁体９０は滑らかに移動する。それ故、設定した流体圧に応じて、バイパス用の第２の流路１２０を滑らかに開閉することができる。
【００３８】
また、隔壁２１９には、流体出口３２に向けて窪んだ凹部２１９ａが形成されており、この凹部２１９ａの底部に開口部３８が形成されている。この凹部２１９ａにより、流体入口３１から流入する水を、開口部３８を塞ぐ弁部９０１に対して垂直に作用させることができる。それ故、弁体９０やコイルバネ９５のブレを抑えることができる。
【００３９】
さらに、隔壁２１９の弁部９０１との当接面を平滑面で構成する一方、弁部９０１において隔壁２１９と当接する箇所には、フッ素ゴム製あるいはフッ素樹脂製のシール部材９６を介在させている。このため、流体入口３１から供給される水の流体圧が所定圧未満の時は、シール部材９６で弁部９０１と開口部３８を確実に塞いだ状態にできる。しかも、シール部材９６の表面には微細な凹凸を付与してシール部材９６の表面粗さを最適化してあるため、流体入口３１から供給される水の流体圧が所定圧以上になったとき、シール部材９６は、隔壁２１９に吸着せず、スムーズに離間する。それ故、バイパス用の第２の流路１２０を滑らかに開閉することができる。
【００４０】
さらにまた、軸部９０２の先端部にワッシャ９２の位置を規定する段部９０５が形成されているため、コイルバネ９５を所定の長さ寸法の状態で軸部９０２に装着することができる。それ故、弁体９０が開き始める荷重（始動荷重）を適切に設定することができるため、これにより弁体９０は適切に作動する。
【００４１】
（流量と発電用水車の回転数との関係の評価結果）
図７を用いてさらに本形態の効果を説明する。図７は、図１に示す水力発電装置が有する発電用水車に注がれる流量と、その時の発電用水車の回転数との関係を示すグラフである。
【００４２】
図７では、水力発電装置において、バイパスが無い（第２の流路を形成しない）もの、本形態を適用した弁機構９におけるコイルバネ９５の始動荷重をそれぞれ、１７５ｇｒ、２１５ｇｒ、２２０ｇｒ、２２５ｇｒ、２８０ｇｒに設定したものを順に線Ｉ〜ＶＩによって、それぞれの水力発電装置が有する発電用水車に注がれる流量と、その時の発電用水車の回転数との関係をグラフに示している。図７に示すように、水力発電装置において、発電用水車に注がれる流量が１０Ｌ／ｍｉｎから２５Ｌ／ｍｉｎへと変化すると、バイパスの無いものでは（線Ｉで示す結果）、発電用水車の回転数が流量に比例して増加するのに対して、本形態を適用した弁機構９を有するものでは（線Ｉ〜ＶＩで示す結果）、発電用水車に注がれる流量が１０Ｌ／ｍｉｎから２５Ｌ／ｍｉｎへと変化しても、発電用水車の回転数は３０００〜４０００ｒｐｍ近傍で安定している。それ故、本発明を適用した弁機構９によれば、閉状態から開状態の切り換え動作を滑らかに行うことができ、水車室３５に供給される水の量を常に一定に保つことができることが分かる。よって、本発明によれば、発電用水車５の回転ノイズなどの発生を防止することができる。
【００４３】
（弁機構９の変形例）
図８は、本発明に係る弁機構の変形例を示す説明図である。上記実施の形態で構成した弁機構９の支持機構９９では、隔壁２１９の方に筒部２１７を形成し、弁体９０の方に軸部９０２を形成したが、図８に示すように、隔壁２１９′において第２の流路１２０における下流側の面に軸部９０２′を形成し、弁体９０′の方に筒部２１７′（受け部）を形成してもよい。この場合も、軸部９０２′に形成した段部９０５′とプッシュナット９１′によりワッシャ９２′を位置決めし、ワッシャ９２′と弁部９０１′との間にコイルバネ９５′を配置すればよい。
【００４４】
また、図６および図８に示す例では、弁体９０にシール部材９６を取り付けたが、隔壁２１９において弁体９０と当接する部分にフッ素ゴム製あるいはフッ素樹脂製のシール部材９６を取り付けてもよい。この場合も、シール部材９６の表面にはブラスト処理を施してシール部材９６の表面粗さを最適化することが好ましい。
【００４５】
さらに、上記形態では、弁機構９の支持機構９９を構成するにあたって、軸部９０２、９０２′が貫通する筒部２１７、２１７′を受け部としたが、軸部９０２、９０２′との相対的な位置が変化したときでも軸部９０２、９０２′との間の支持寸法が一定の受け部であれば、軸部の周りを部分的に支持する構成、例えば、軸部の周りを複数箇所で支持する構成や、溝と突条部とが係合した構成などを採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】（ａ）、（ｂ）は、本発明を適用した水力発電装置の平面図、およびＡ−Ａ′断面図である。
【図２】図１に示す水力発電装置に用いた本体ケースの構成を示す平面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図１に示す水力発電装置に用いたカバーの構成を示す平面図、正面図、および底面図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図１に示す水力発電装置に用いることの可能なカバーの構成を示す平面図、正面図および底面図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図１に示す水力発電装置に用いた発電用水車を第１のラジアル軸受側からみたときの斜視図、この発電用水車を第２のラジアル軸受側からみたときの平面図、およびＢ−Ｂ′断面図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は、図１（ｂ）に示す弁機構の構成を示す拡大図、および隔壁を流体入口側から見たときの説明図である。
【図７】図１に示す水力発電装置が有する発電用水車に注がれる流量と、その時の発電用水車の回転数との関係を示すグラフである。
【図８】図１に示す水力発電装置に使用可能な別の弁機構の構成を示す構成図である。
【図９】従来の水力発電装置に用いられる弁体の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１ 水力発電装置
５ 発電用水車
９ 弁機構
２１ 本体ケース
２３ カバー
３１ 流体入口
３２ 流体出口
３５ 水車室
３８ 開口部
９０ 弁体
９５ コイルバネ
９６ シール部材
９９ 支持機構
９０１ 弁部
９０２ 軸部
１１０ 第１の流路
１２０ 第２の流路
２１７ 筒部（受け部）
２１９ 隔壁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水道水などを利用して発電を行う水力発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
蛇口の下方位置に手を差し出したとき、それをセンサが感知すると、蛇口から水を自動的に流すように構成した自動水栓装置が普及しつつある。また、水道水の流路の途中位置に小型の水力発電装置を設けるとともに、この水力発電装置によって得た電力を蓄え、この電力を自動水栓装置のセンサ回路などに供給する装置も案出されている。
【０００３】
このような水力発電装置において、水車室に供給される水量が増大すると、水車の回転速度が高くなりすぎてがたつくなどの問題点がある。そこで、発電用水車が配置された水車室を備えた発電用の第１の流路と、水車室に対して並列に構成されたバイパス用の第２の流路とを構成し、弁機構によって、流体圧が上昇したときに第２の流路を閉状態から開状態に切り換えることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このような弁機構は、例えば、図９に示すように、バイパス用の第２の流路を構成する開口部３８″を備えた隔壁２１９″と、開口部３８″を開閉するための弁体９０″と、この弁体９０″に形成された穴９８″に先端側に嵌ることにより弁体９０″を隔壁２１９″に接近する方向および離間方向に変位可能に支持する軸部９７″と、流体圧に抗して開口部３８″を閉鎖する方向に弁体を付勢するコイルバネ９５″とによって構成できる。
【特許文献１】特開２００３−１２９９３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図９に示すような弁機構では、弁体９０″が開口部３８″を塞いでいる状態で軸部９７″が弁体９０″の穴９８″に浅く嵌っているだけであるため、弁体９０″に傾きが発生しやすく、このような傾きが発生すると、開口部３８″を滑らかに開閉できなくなるという問題点がある。
【０００６】
以上の問題に鑑みて、本発明の課題は、バイパス流路を開閉する弁機構が滑らかに開閉動作を行うことのできる水力発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明では、発電用水車が配置された水車室を備えた発電用の第１の流路と、前記水車室に対して並列に構成されたバイパス用の第２の流路と、流体圧が上昇したときに前記第２の流路を閉状態から開状態に切り換える弁機構とを有する水力発電装置において、前記弁機構は、前記第２の流路を構成する開口部を備えた隔壁と、前記開口部を開閉するための弁体と、該弁体を前記隔壁に接近する方向および離間方向に変位可能に支持する支持機構と、流体圧に抗して前記開口部を閉鎖する方向に前記弁体を付勢する付勢部材とを備え、前記支持機構は、前記弁体および前記隔壁のうちの一方側に形成された軸部と、当該軸部との相対的な位置が変化したときでも当該軸部との間の支持寸法が一定の受け部とを備えていることを特徴とする。本発明において、前記受け部は、例えば、前記軸部が貫通する筒部である。
【０００８】
本発明では、弁体に対する支持機構は、軸部と、この軸部が貫通する筒部などの受け部とによって構成されているため、支持寸法が長い。このため、弁体を安定した姿勢で支持することができる。また、支持機構では、弁体の移動にともなって軸部と受け部の相対位置が変化しても、支持寸法が変わらず、長いままであるので、弁体がいずれの位置にあっても弁体を安定した状態で支持でき、かつ、弁体は滑らかに移動する。それ故、設定した流体圧に応じて、バイパス用の流路を滑らかに開閉することができる。
【０００９】
本発明において、前記開口部は、前記隔壁に対する前記受け部あるいは前記軸部の形成位置の周りに形成されている。
【００１０】
本発明において、前記軸部は前記弁体に形成され、前記受け部は、前記隔壁の両面のうち、前記第２の流路における上流側に位置する面から突出している構成を採用することができる。また、前記受け部は前記弁体に形成され、前記軸部は、前記隔壁の両面のうち、前記第２の流路における下流側に位置する面から突出している構成を採用してもよい。
【００１１】
本発明において、前記弁体の前記隔壁との当接面、および前記隔壁の前記弁体との当接面のうちの一方の当接面は、フッ素系ゴムあるいはフッ素系樹脂からなるシール部材で構成され、当該シール部材の表面には微細な凹凸が付与されていることが望ましい。このように構成すると、シール部材として化学的に安定なフッ素系ゴムあるいはフッ素系樹脂を用いた場合でも、弁体が隔壁に密着したまま離れなくなるという事態を回避できる。
【００１２】
本発明では、前記弁体の前記隔壁との当接面、および前記隔壁の前記弁体との当接面のうちの他方の当接面は、平滑面で構成されていることが好ましい。弁体と隔壁とが密着したまま離れなくなるという事態を回避できれば、他方側の当接面については平滑面で形成できるので、流体の漏れを確実に防止することができる。
【００１３】
本発明において、前記付勢部材はコイルバネであり、前記軸部の先端部には、前記コイルの一方端を支持する止め具の位置決め部が形成されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、弁体に対する支持機構は、軸部と、この軸部が貫通する筒部などの受け部とによって構成されているため、支持寸法が長い。このため、弁体を安定した姿勢で支持することができる。また、支持機構では、弁体の移動にともなって軸部と受け部の相対位置が変化しても、支持寸法が変わらず、長いままであるので、弁体がいずれの位置にあっても弁体を安定した状態で支持でき、かつ、弁体は滑らかに移動する。それ故、設定した流体圧に応じて、バイパス用の流路を滑らかに開閉することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した水力発電装置について説明する。
【００１６】
（全体構成）
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明を適用した水力発電装置の平面図、およびＡ−Ａ′断面図である。なお、図１において、Ａ−Ａ′線は、射出口の形成位置を通らないが、図１（ｂ）の左部分には、射出口についても図示してある。
【００１７】
図１（ａ）、（ｂ）に示す水力発電装置１は、水道水の流路の途中位置などに配置される小型の水力発電装置であり、この水力発電装置１によって得た電力を蓄え、この電力を自動水栓装置のセンサ回路などに供給する用途などに用いられる。本形態の水力発電装置１は、後述する流路を構成する樹脂製の本体ケース２１、この本体ケース２１の上面を覆うカバー２３、このカバー２３を覆うステンレス製のカップ状の仕切り板２５と、この仕切り板２５のフランジ部との間にステータ部６を挟む環状ケース２７と、環状ケース２７の上方に被さる樹脂製の上ケース２９とを有しており、上ケース２９および仕切り板２５はネジにより本体ケース２１に固定されている。また、本体ケース２１の底面にはＥＰＤＭ製のシール２８１が重ねられ、仕切り板２５と本体ケース２１との間には、ゴム製のＯリング２８２が配置されている。
【００１８】
本体ケース２１には、相対向する側面で開口する流体入口３１および流体出口３２を備えており、流体入口３１から流体出口３２に向かう第１の流路１１０の途中位置には、本体ケース２１とカバー２３とにより、後述する注水部が構成され、本体ケース２１と仕切り板２５との間に水車室３５が構成されている。水車室３５では、下端部および上端部が各々、本体ケース２１および仕切り板２５の軸固定穴に圧入固定された支軸４が直立しており、支軸４には、円筒状の発電用水車５が回転可能に支持されている。支軸４には、樹脂製のスリーブ４５が嵌められており、発電用水車５は、支軸４のうち、スリーブ４５から露出している上半部で支持されている。なお、発電用水車５は、支軸４に装着されたワッシャなどにより上下方向への変位が防止されている。
【００１９】
発電用水車５において仕切り板２５の円筒部２５１内に位置する上半部には、外周面に円筒状の永久磁石５５が固着されている。また、仕切り板２５の円筒部２５１の周りには環状のステータ組６１、６２が配置されており、永久磁石５５およびステータ部６によって発電部が構成されている。
【００２０】
ステータ部６は、軸線方向に重ねて配置された２つの相のステータ組６１、６２で構成されている。２つのステータ組６１、６２のいずれにおいても、外ステータコア、コイルボビンに巻回されたコイル、および内ステータコアが重ねられた構造を有しており、コイルボビンの内周に沿って、外ステータコアの極歯と内ステータコアの極歯が交互に並んでいる。また、コイルの巻き始め部分および巻き終わり部分は、端子台６６の端子６７およびワイヤー６８を介してコネクタ６９に接続されている。なお、上ケース２９には、端子台６６を覆うフード部２９１が形成されており、ステータ部６に水が浸入するのを防止する構造になっている。
【００２１】
また、本形態の水力発電装置１には、流体入口３１から流入した水が水車室３５を通らずに流体出口３２に向かうバイパス用の第２の流路１２０が形成されており、この第２の流路１２０には、図６を参照して後述する弁機構９が構成されている。
【００２２】
（注水部の構成）
図２は、図１に示す水力発電装置に用いた本体ケースの構成を示す平面図である。図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、図１に示す水力発電装置に用いたカバーの構成を示す平面図、正面図および底面図である。図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、図１に示す水力発電装置に用いることの可能な別のカバーの構成を示す平面図、正面図および底面図である。
【００２３】
図１および図２に示すように、本形態の水力発電装置１において、本体ケース２１では、流体入口３１に対向するように隔壁２１９が起立しており、その上方には、水車室３５の周りに環状流路３３が形成されている。ここで、環状流路３３は、底面、内周面、外周面、および上面が各々、本体ケース２１の環状の仕切り壁２１１、本体ケース２１の環状の内側垂直壁２１２、本体ケース２１の環状の外側垂直壁２１３、および図３に示すカバー２３により規定されている。また、内側垂直壁２１２には、周方向の４箇所に射出口３４を構成するための切り欠きが形成されている。さらに、環状流路３３内の一部には、傾斜面３３０（図２中の斜線部）が形成されている。
【００２４】
これに対して、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、カバー２３はリング状を成し、カバー２３のリング部２３０の下面のうち、図２に示す本体ケース２１の４つの射出口３４に対応する部分には、４つの射出口３４に嵌って射出口３４の各々の開口面積を調整するリブ２３１（突起）が形成されている。また、リブ２３１にテーパ２３１ａを設けることで、その突出寸法が調節されている。従って、本体ケース２１の上面にカバー２３を被せると、環状流路３３から発電用水車５の羽根５７に向けて水を高速噴射する４つの射出口３４が構成される。
【００２５】
なお、図４に示すような、リング部２３０にリブを形成しない構成のカバー２３′を用いてもよい。このように、リブの形状が異なるカバーを用途に応じて付け替えることにより、射出口３４から射出される水の量を調整することができる。
【００２６】
（発電用水車５の構成）
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図１に示す水力発電装置に用いた発電用水車を第１のラジアル軸受側からみたときの斜視図、この発電用水車を第２のラジアル軸受側からみたときの平面図、およびＢ−Ｂ′断面図である。
【００２７】
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、本形態の水力発電装置１において、発電用水車５は、外周面から複数枚の羽根５７が等角度間隔で張り出す円筒体５０と、この円筒体５０の貫通穴５０１の一方側端部（本体ケース２１が位置する下方側）に位置する円筒状の第１のラジアル軸受５１と、貫通穴５０１の他方側端部（仕切り板２５の円筒部２５１が位置する上方側）に位置する円筒状の第２のラジアル軸受５２とを備えており、第１のラジアル軸受５１の軸穴５１０、および第２のラジアル軸受５２の軸穴５２０に対して、図１（ｂ）に示す支軸４が嵌ることにより、発電用水車５は支軸４の周りで回転可能に支持されている。円筒体５０は、羽根５７が形成された下端部は大径である一方、上半部は小径であり、この小径部分に円筒状の永久磁石５５が固定されている。
【００２８】
本形態において、発電用水車５は、複数枚の羽根５７が各々、軸線方向において第２のラジアル軸受５２側に位置する第１の羽根５７１と、第１のラジアル軸受５１側に位置する第２の羽根５７２とに２分割されており、第２の羽根５７２の外周端は、円筒体５０の軸線方向と平行な円筒板部５８により連結されている。ここで、円筒板部５８の外端面は、第１の羽根５７１の外周端と同一の半径距離の位置にある。
【００２９】
このように構成した発電用水車５に対しては、図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、４つの射出口３４が発電用水車５の周りに等角度間隔に形成されている。また、４つの射出口３４は、第１の羽根５７１および円筒板部５８の双方に跨る方向に向かって開口しており、図５（ｃ）に矢印Ｌ１、Ｌ２で示すように、４つの射出口３４は各々、第１の羽根５７１と円筒板部５８とに跨って水を射出するように構成されている。すなわち、射出口３４から射出された水の一部は、矢印Ｌ１で示すように、第１の羽根５７１に直接、ぶつかる一方、射出口３４から射出された水の残りは、円筒板部５８の外周面にぶつかるようになっている。ここで、注水部に形成した射出口３４の数と羽根５７の枚数とは、素の関係にあり、一方が他方の整数倍となる条件を避けてある。例えば、本形態では、射出口３４は４つであるのに対して、羽根５７の枚数は７枚である。
【００３０】
（発電動作）
このように構成した水力発電装置１において、流体入口３１から流れ込んだ水は、隔壁にぶつかって上方の環状流路３３に流れ込んだ後、４つの射出口３４から発電用水車５の羽根５７に向けて射出される。その結果、発電用水車５が回転し、それに伴い、永久磁石５５も回転することにより、ステータ部６のコイルに誘起電圧が発生する。発電用水車５を回し終えた水は、下方に落下し、そこから流体出口３２を経て排出される。また、ステータ部６で発生した誘起電圧は、コネクタ６９を介して外部の回路に導かれ、この回路で直流に変換された後、整流され電池に充電される。
【００３１】
（バイパス用の第２の流路および弁機構９の構成）
図６（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、図１（ｂ）に示す弁機構９の構成を示す拡大図、および図６（ａ）において隔壁２１９を流体入口側から見たときの説明図である。
【００３２】
図１および図６（ａ）に示すように、本形態における水力発電装置１には、流体入口３１から流入した水が水車室３５を通らずに流体出口３２に向かうバイパス用の第２の流路１２０が形成されている。すなわち、流体入口３１に対向する隔壁２１９には流体出口３２に向けて窪んだ凹部２１９ａが形成されており、この凹部２１９ａの底部には、図６（ｂ）に示すように、周方向に並んだ開口部３８が流体入口３１と流体出口３２とを連通可能に形成されている。
【００３３】
また、開口部３８に対しては弁機構９が構成されており、弁機構９は、流体圧が低いときには開口部３８（第２の流路）を閉鎖しておき、流体圧が上昇したときに開口部３８（第２の流路）を閉状態から開状態に切り換える。このような弁機構９を構成するにあたって、本形態では、隔壁２１９には、第２の流路１２０における上流側の面に、凹部２１９ａの底部から流体入口３１側に向けて突出する円筒状の筒部２１７（受け部）が形成されており、この筒部２１７の周りに４つの開口部３８が配置されている。また、弁機構９は弁体９０を備えており、この弁体９０は、隔壁２１９の裏面側（第２の流路１２０における下流側／流体出口３２の側）に重なる弁部９０１と、弁部９０１の中央から流体入口３１の側に突出した丸棒状の軸部９０２とを備えており、軸部９０２は筒部２１７を貫通している。このようにして、弁機構９では、軸部９０２と筒部２１７とによって、弁体９０に対する支持機構９９が構成されている。
【００３４】
ここで、弁部９０１において隔壁２１９の裏面側に当接する部分には、フッ素系ゴムあるいはフッ素系樹脂製のシール部材９６が貼られている。また、シール部材９６の表面には微細な凹凸が付与されており、このような凹凸は、シール部材９６に対するブラスト処理、あるいはシール部材９６を成形する際の金型に対するブラスト処理により形成することができる。また、隔壁２１９において、シール部材９６と当接する面は、平滑面で構成されている。
【００３５】
また、弁体９０において、軸部９０２の先端部には、その基端側より小径の突起９０３が形成され、この突起９０３より形成された段部９０５には、プッシュナット９１によりワッシャ９２が固定されている。また、軸部９０２の周りにはコイルバネ９５が装着されており、コイルバネ９５は、ワッシャ９２と隔壁２１９の筒部２１７の周りの部分とによって両端部が各々支持され、圧縮された状態にある。
【００３６】
このように構成した弁機構９では、弁体９０がコイルバネ９５によって流体入口３１に向けて付勢されているので、弁部９０１がシール部材９６を介して隔壁２１９に当接している。このため、流体入口３１から流入した水の圧力が低い場合には、開口部３８は閉鎖されている。但し、流体入口３１から流入した水の圧力が高くなってワッシャ９２および弁部９０１がコイルバネ９５の付勢力よりも大きな水圧を受けると、弁体９０は、コイルバネ９５の付勢力に抗して流体入口３２の側に変位し、弁部９０１が隔壁２１９の裏面側から離間するので、バイパス用の開口部３８は開放される。それ故、流体入口３１から流入した水の圧力が低い場合には、流入した水の全てが環状流路３３を介して水車室３５に導かれ、発電に寄与する一方、流体入口３１から流入した水の圧力が高い場合には、流入した水の一部がバイパス用の開口部３８を通ってそのまま流体出口３２に向かう。それ故、発電用水車５の回転速度が高くなりすぎてがたつくなどの問題を回避できる。
【００３７】
（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の水力発電装置１においてバイパス用の第２の流路１２０に構成した弁機構９では、弁体９０に対する支持機構９９が、隔壁２１９から流体入口３１に向けて延びた筒部２１７と、弁体９０から流体入口３１に向けて突出して筒部２１７を貫通する軸部９０２とを備えているため、嵌め合い寸法（支持寸法）が長い。このため、弁体９０を安定した姿勢で支持することができる。また、軸部９０２は筒部２１７を貫通しているため、弁体９０の移動に伴って筒部２１７と軸部９０２との相対位置が変化しても、筒部２１７と軸部９０２との嵌め合い寸法が長いままであるので、弁体９０がいずれの位置にあっても弁体を安定した状態で支持でき、かつ、弁体９０は滑らかに移動する。それ故、設定した流体圧に応じて、バイパス用の第２の流路１２０を滑らかに開閉することができる。
【００３８】
また、隔壁２１９には、流体出口３２に向けて窪んだ凹部２１９ａが形成されており、この凹部２１９ａの底部に開口部３８が形成されている。この凹部２１９ａにより、流体入口３１から流入する水を、開口部３８を塞ぐ弁部９０１に対して垂直に作用させることができる。それ故、弁体９０やコイルバネ９５のブレを抑えることができる。
【００３９】
さらに、隔壁２１９の弁部９０１との当接面を平滑面で構成する一方、弁部９０１において隔壁２１９と当接する箇所には、フッ素ゴム製あるいはフッ素樹脂製のシール部材９６を介在させている。このため、流体入口３１から供給される水の流体圧が所定圧未満の時は、シール部材９６で弁部９０１と開口部３８を確実に塞いだ状態にできる。しかも、シール部材９６の表面には微細な凹凸を付与してシール部材９６の表面粗さを最適化してあるため、流体入口３１から供給される水の流体圧が所定圧以上になったとき、シール部材９６は、隔壁２１９に吸着せず、スムーズに離間する。それ故、バイパス用の第２の流路１２０を滑らかに開閉することができる。
【００４０】
さらにまた、軸部９０２の先端部にワッシャ９２の位置を規定する段部９０５が形成されているため、コイルバネ９５を所定の長さ寸法の状態で軸部９０２に装着することができる。それ故、弁体９０が開き始める荷重（始動荷重）を適切に設定することができるため、これにより弁体９０は適切に作動する。
【００４１】
（流量と発電用水車の回転数との関係の評価結果）
図７を用いてさらに本形態の効果を説明する。図７は、図１に示す水力発電装置が有する発電用水車に注がれる流量と、その時の発電用水車の回転数との関係を示すグラフである。
【００４２】
図７では、水力発電装置において、バイパスが無い（第２の流路を形成しない）もの、本形態を適用した弁機構９におけるコイルバネ９５の始動荷重をそれぞれ、１７５ｇｒ、２１５ｇｒ、２２０ｇｒ、２２５ｇｒ、２８０ｇｒに設定したものを順に線Ｉ〜ＶＩによって、それぞれの水力発電装置が有する発電用水車に注がれる流量と、その時の発電用水車の回転数との関係をグラフに示している。図７に示すように、水力発電装置において、発電用水車に注がれる流量が１０Ｌ／ｍｉｎから２５Ｌ／ｍｉｎへと変化すると、バイパスの無いものでは（線Ｉで示す結果）、発電用水車の回転数が流量に比例して増加するのに対して、本形態を適用した弁機構９を有するものでは（線Ｉ〜ＶＩで示す結果）、発電用水車に注がれる流量が１０Ｌ／ｍｉｎから２５Ｌ／ｍｉｎへと変化しても、発電用水車の回転数は３０００〜４０００ｒｐｍ近傍で安定している。それ故、本発明を適用した弁機構９によれば、閉状態から開状態の切り換え動作を滑らかに行うことができ、水車室３５に供給される水の量を常に一定に保つことができることが分かる。よって、本発明によれば、発電用水車５の回転ノイズなどの発生を防止することができる。
【００４３】
（弁機構９の変形例）
図８は、本発明に係る弁機構の変形例を示す説明図である。上記実施の形態で構成した弁機構９の支持機構９９では、隔壁２１９の方に筒部２１７を形成し、弁体９０の方に軸部９０２を形成したが、図８に示すように、隔壁２１９′において第２の流路１２０における下流側の面に軸部９０２′を形成し、弁体９０′の方に筒部２１７′（受け部）を形成してもよい。この場合も、軸部９０２′に形成した段部９０５′とプッシュナット９１′によりワッシャ９２′を位置決めし、ワッシャ９２′と弁部９０１′との間にコイルバネ９５′を配置すればよい。
【００４４】
また、図６および図８に示す例では、弁体９０にシール部材９６を取り付けたが、隔壁２１９において弁体９０と当接する部分にフッ素ゴム製あるいはフッ素樹脂製のシール部材９６を取り付けてもよい。この場合も、シール部材９６の表面にはブラスト処理を施してシール部材９６の表面粗さを最適化することが好ましい。
【００４５】
さらに、上記形態では、弁機構９の支持機構９９を構成するにあたって、軸部９０２、９０２′が貫通する筒部２１７、２１７′を受け部としたが、軸部９０２、９０２′との相対的な位置が変化したときでも軸部９０２、９０２′との間の支持寸法が一定の受け部であれば、軸部の周りを部分的に支持する構成、例えば、軸部の周りを複数箇所で支持する構成や、溝と突条部とが係合した構成などを採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】（ａ）、（ｂ）は、本発明を適用した水力発電装置の平面図、およびＡ−Ａ′断面図である。
【図２】図１に示す水力発電装置に用いた本体ケースの構成を示す平面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図１に示す水力発電装置に用いたカバーの構成を示す平面図、正面図、および底面図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図１に示す水力発電装置に用いることの可能なカバーの構成を示す平面図、正面図および底面図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図１に示す水力発電装置に用いた発電用水車を第１のラジアル軸受側からみたときの斜視図、この発電用水車を第２のラジアル軸受側からみたときの平面図、およびＢ−Ｂ′断面図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は、図１（ｂ）に示す弁機構の構成を示す拡大図、および隔壁を流体入口側から見たときの説明図である。
【図７】図１に示す水力発電装置が有する発電用水車に注がれる流量と、その時の発電用水車の回転数との関係を示すグラフである。
【図８】図１に示す水力発電装置に使用可能な別の弁機構の構成を示す構成図である。
【図９】従来の水力発電装置に用いられる弁体の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１ 水力発電装置
５ 発電用水車
９ 弁機構
２１ 本体ケース
２３ カバー
３１ 流体入口
３２ 流体出口
３５ 水車室
３８ 開口部
９０ 弁体
９５ コイルバネ
９６ シール部材
９９ 支持機構
９０１ 弁部
９０２ 軸部
１１０ 第１の流路
１２０ 第２の流路
２１７ 筒部（受け部）
２１９ 隔壁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電用水車が配置された水車室を備えた発電用の第１の流路と、前記水車室に対して並列に構成されたバイパス用の第２の流路と、流体圧が上昇したときに前記第２の流路を閉状態から開状態に切り換える弁機構とを有する水力発電装置において、
前記弁機構は、前記第２の流路を構成する開口部を備えた隔壁と、前記開口部を開閉するための弁体と、該弁体を前記隔壁に接近する方向および離間方向に変位可能に支持する支持機構と、流体圧に抗して前記開口部を閉鎖する方向に前記弁体を付勢する付勢部材とを備え、
前記支持機構は、前記弁体および前記隔壁のうちの一方側に形成された軸部と、当該軸部との相対的な位置が変化したときでも当該軸部との間の支持寸法が一定の受け部とを備えていることを特徴とする水力発電装置。
【請求項２】
請求項１において、前記受け部は、前記軸部が貫通する筒部であることを特徴とする水力発電装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記開口部は、前記隔壁に対する前記受け部あるいは前記軸部の形成位置の周りに形成されていることを特徴とする水力発電装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記軸部は前記弁体に形成され、
前記受け部は、前記隔壁の両面のうち、前記第２の流路における上流側に位置する面から突出していることを特徴とする水力発電装置。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記受け部は前記弁体に形成され、
前記軸部は、前記隔壁の両面のうち、前記第２の流路における下流側に位置する面から突出していることを特徴とする水力発電装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかにおいて、前記弁体の前記隔壁との当接面、および前記隔壁の前記弁体との当接面のうちの一方の当接面は、フッ素系ゴムあるいはフッ素系樹脂からなるシール部材で構成され、
当該シール部材の表面には微細な凹凸が付与されていることを特徴とする水力発電装置。
【請求項７】
請求項６において、前記弁体の前記隔壁との当接面、および前記隔壁の前記弁体との当接面のうちの他方の当接面は、平滑面で構成されていることを特徴とする水力発電装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかにおいて、前記付勢部材はコイルバネであり、
前記軸部の先端部には、前記コイルの一方端を支持する止め具の位置決め部が形成されていることを特徴とする水力発電装置。
【請求項１】
発電用水車が配置された水車室を備えた発電用の第１の流路と、前記水車室に対して並列に構成されたバイパス用の第２の流路と、流体圧が上昇したときに前記第２の流路を閉状態から開状態に切り換える弁機構とを有する水力発電装置において、
前記弁機構は、前記第２の流路を構成する開口部を備えた隔壁と、前記開口部を開閉するための弁体と、該弁体を前記隔壁に接近する方向および離間方向に変位可能に支持する支持機構と、流体圧に抗して前記開口部を閉鎖する方向に前記弁体を付勢する付勢部材とを備え、
前記支持機構は、前記弁体および前記隔壁のうちの一方側に形成された軸部と、当該軸部との相対的な位置が変化したときでも当該軸部との間の支持寸法が一定の受け部とを備えていることを特徴とする水力発電装置。
【請求項２】
請求項１において、前記受け部は、前記軸部が貫通する筒部であることを特徴とする水力発電装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記開口部は、前記隔壁に対する前記受け部あるいは前記軸部の形成位置の周りに形成されていることを特徴とする水力発電装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記軸部は前記弁体に形成され、
前記受け部は、前記隔壁の両面のうち、前記第２の流路における上流側に位置する面から突出していることを特徴とする水力発電装置。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記受け部は前記弁体に形成され、
前記軸部は、前記隔壁の両面のうち、前記第２の流路における下流側に位置する面から突出していることを特徴とする水力発電装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかにおいて、前記弁体の前記隔壁との当接面、および前記隔壁の前記弁体との当接面のうちの一方の当接面は、フッ素系ゴムあるいはフッ素系樹脂からなるシール部材で構成され、
当該シール部材の表面には微細な凹凸が付与されていることを特徴とする水力発電装置。
【請求項７】
請求項６において、前記弁体の前記隔壁との当接面、および前記隔壁の前記弁体との当接面のうちの他方の当接面は、平滑面で構成されていることを特徴とする水力発電装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかにおいて、前記付勢部材はコイルバネであり、
前記軸部の先端部には、前記コイルの一方端を支持する止め具の位置決め部が形成されていることを特徴とする水力発電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−３２１８０９（Ｐ２００７−３２１８０９Ａ）
【公開日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１５００９２（Ｐ２００６−１５００９２）
【出願日】平成１８年５月３０日（２００６．５．３０）
【出願人】（０００００２２３３）日本電産サンキョー株式会社 (1,337)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月３０日（２００６．５．３０）
【出願人】（０００００２２３３）日本電産サンキョー株式会社 (1,337)
【Ｆターム（参考）】
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