JP2005194746A

JP2005194746A - 発電用水車装置

Info

Publication number: JP2005194746A
Application number: JP2004000969A
Authority: JP
Inventors: Kamekichi Ueno; 亀吉上野
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-01-06
Filing date: 2004-01-06
Publication date: 2005-07-21

Abstract

【課題】農業用水、工業用水などの用水路Ｐに好適に設置する。
【解決手段】用水路Ｐの河床Ｐ1 に構築する落差生成部１０に発電用の水車軸２１、２１…を配設する。落差生成部１０は、上流側の急斜面１１、下流側の緩斜面１２を組み合わせて形成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、農業用水、工業用水などの用水路に好適に設置することができる小容量の発電用水車装置に関する。

用水路のような小形の開水路に設置する小容量の水車装置が知られている（たとえば特許文献１）。

このものは、用水路の河床に段差を設け、段差の上流側から下流側にかけて潜り堰板を配設するとともに、潜り堰板の下流側の斜面上に水車軸を配設している。なお、潜り堰板の左右両側には、余水を吐くための越流部を開口する整流板が設置されている。
実開昭６０−１１８３８１号（実願昭５９−５４６８号）のマイクロフィルム

かかる従来技術によるときは、河床には、段差を設けるに加えて、潜り堰板と整流板とを設置しなければならないから、工事が大規模となり、工事期間が長くなるばかりでなく、工事コストが過大になりがちであるという問題があった。用水路の河床に段差を設けるには、段差の上流側の長い距離に亘って勾配を緩和修正する付帯工事が必要となる上、潜り堰板や整流板は、大形大重量の鉄板製の構造物であり、搬入、設置が容易でないからである。

そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の問題に鑑み、河床にコンクリート工事による落差生成部を構築することによって、工事内容を簡単にして工事コストを最少に抑えることができる発電用水車装置を提供することにある。

かかる目的を達成するためのこの発明の構成は、用水路の河床に構築する落差生成部と、水流を横切って落差生成部に配設する発電用の水車軸とを備えてなり、落差生成部は、河床の勾配より急な上流側の急斜面と、河床の勾配より緩やかな下流側の緩斜面とを組み合わせて形成することをその要旨とする。

なお、落差生成部は、河床の全幅に亘って形成することができ、急斜面の有効落差を高くする堰を付設することができる。

また、水車軸は、急斜面の直近下流側に配設してもよく、急斜面の直近下流側を含む複数位置に複数本を並設してもよく、各水車軸は、昇降機構を介して上方に退避可能としてもよい。

かかる発明の構成によるときは、用水路の河床に構築する落差生成部は、上流側の急斜面と下流側の緩斜面との組合せである。そこで、落差生成部は、その上流側の河床に勾配を緩和修正する付帯工事を施さなくても、急斜面を介して必要な流速の水流を容易に生成することができ、水車軸は、急斜面を流下する水流を利用して発電能力を発揮することができる。なお、落差生成部は、短い区間のコンクリート工事だけで済むから、工事内容も簡単であり、工事期間の短縮、工事コストの削減に寄与することができる。

河床の全幅に亘る落差生成部は、用水路を流れる水量の全部を有効に利用可能である。また、落差生成部は、堰を設けることにより、急斜面の有効落差を高くして発電容量を大きくすることができる。ただし、後者の場合の用水路は、少なくとも堰の上流側の両岸が湛水可能に護岸されているものとする。

水車軸は、最も流速が大きくなる急斜面の直近下流側に少なくとも１本を配設し、その下流側に１本ないし２本以上を並設することにより、各水車軸に連結する発電機により発電することができる。なお、各水車軸は、機械効率を低下させないように、直結または１段の減速ギヤを介して発電機に連結し、各発電機は、回転数変動を問わない誘導発電機を採用して商用電力系統に並列接続し、売電システムを構築することが好ましい。また、発電機は、保守が容易なブラシレスの直流発電機とし、インバータなどの電力変換装置を介して商用電力系統に接続してもよい。

各水車軸は、昇降機構を介して上方に退避させることにより、増水時における機械的な損傷を回避することができる。なお、昇降機構は、増水を検知する水位センサの作動時に自動的に起動して水車軸を流水の水面上に引き上げることが好ましく、このとき、水車軸に連結する発電機は、自動切離し形のカップリングを介して水車軸から自動的に切り離すことが好ましい。ただし、減水後の復旧は、安全のため、人手によることが好ましく、そのために、水位監視用のビデオカメラを含む適切な遠隔監視制御装置を併設することが望ましい。

以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。

発電用水車装置は、用水路Ｐの河床Ｐ1 に構築する落差生成部１０内に複数の発電用の水車軸２１、２１…を配設してなる（図１、図２）。

用水路Ｐは、河床Ｐ1 の両岸に護岸Ｐ2 、Ｐ2 を設けて構築されている。なお、護岸Ｐ2 、Ｐ2 は、河床Ｐ1 とともに、適切な防水工事がなされている。用水路Ｐ内の水流は、図１の矢印方向に自然流下するものとする。

落差生成部１０は、上流側の急斜面１１、下流側の緩斜面１２と、急斜面１１、緩斜面１２とを連続させる左右の傾斜面１３、１３とを組み合わせ、下流側に開く凹所として河床Ｐ1 に形成されている（図１、図３）。河床Ｐ1 は、水平面Ｈに対して勾配θp ＞０に形成され、水流に直交する急斜面１１の勾配θ1 ＞θp であり、急斜面１１に続く緩斜面１２の勾配θ2 ＜θp である。ただし、急斜面１１の上端、下端は、それぞれ上流側の河床Ｐ1 、下流側の緩斜面１２に対して滑らかに連続し、急斜面１１上の水流は、裏面側に空洞を生じることなく流下するものとする。急斜面１１は、緩斜面１２との間に有効落差ｈを生成することができる（図２）。

落差生成部１０の幅Ｗ1 は、河床Ｐ1 の幅Ｗp に対し、Ｗ1 ≦Ｗp である。すなわち、落差生成部１０は、河床Ｐ1 の幅Ｗp の一部または全部に亘って形成することができる。ただし、幅Ｗ1 ＜Ｗp の落差生成部１０は、図２に拘らず、用水路Ｐの一方の護岸Ｐ2 に片寄せて河床Ｐ1 に構築してもよい。

水車軸２１、２１…は、急斜面１１の直近下流側の１本と、それに平行な１本または２本以上が水流を横切るようにして落差生成部１０内に並設されている（図１、図３）。各水車軸２１には、多数の水車用のブレード２２、２２…が付設されており、各水車軸２１は、落差生成部１０内を流下する水流によって回転駆動することができる。ただし、水車軸２１、２１…は、急斜面１１の直近下流側の１本のみを配設してもよい。

各水車軸２１には、カップリング２３を介して発電機Ｇが接続されている（図４）。なお、各発電機Ｇの出力は、一括して、図示しない商用電力系統に並列接続されている。そこで、水車軸２１、２１…は、用水路Ｐの水流を利用して発電することができ、このとき、落差生成部１０は、急斜面１１による有効落差ｈにより、発電効率を向上させることができる。

以上の説明において、各水車軸２１に付設するブレード２２、２２…は、上流側から下流側にかけて、河床Ｐ1 の幅Ｗp 方向の同位置に設けてもよく（図１）、交互に異なる位置に設け、千鳥状に配列してもよい（図４）。なお、図４のカップリング２３は、これを省略して水車軸２１、発電機Ｇを直結してもよく、また、水車軸２１、発電機Ｇの間には、カップリング２３に代えて、またはカップリング２３に加えて、適当な増速用または減速用のギヤボックスを設けてもよい。

他の実施の形態

落差生成部１０には、急斜面１１の有効落差ｈを高くする堰１４を上流端に付設することができる（図５）。堰１４は、河床Ｐ1 に対し、落差生成部１０とともにコンクリート工事されている。堰１４の下流側は、急斜面１１に対して滑らかに連続しており、各水車軸２１は、堰１４を越えて急斜面１１上を流下する水流によって回転駆動することができる。なお、図５の緩斜面１２は、勾配θ2 ≒０として図示されている。すなわち、緩斜面１２の勾配θ2 ＜θp は、ほぼ水平であってもよく、落差生成部１０内に流水が残留するように、多少マイナス勾配であってもよい。

また、各水車軸２１のブレード２２、２２…は、各水車軸２１に対して同径であってもよく（図３）、異径であってもよい（図５）。後者の場合、緩斜面１２上の各水車軸２１の高さ位置や、隣接する他の水車軸２１との間隔は、水車軸２１ごとに最適に設定するものとする。

各水車軸２１には、昇降機構３０を付設することができる（図６）。

昇降機構３０は、モータ３１ａによって駆動する駆動軸３１と、駆動軸３１の両端部のスプロケット３２、３２に巻き掛けるチェーン３３、３３とを備えている。各チェーン３３の一端には、水車軸２１が相対回転自在に貫通する吊具３３ａが付設され、他端には、カウンタウェイト３３ｂが吊下されている。また、水車軸２１は、自動切離し可能なカップリング２３を形成するギヤ２３ａ、２３ｂを介して発電機Ｇに連結されている。

図示しない水位センサを介して用水路Ｐの増水が検知されると、モータ３１ａは、駆動軸３１を回転駆動して水車軸２１を流水の水面の上方に退避させ、水車軸２１やブレード２２、２２…の損傷を防止する。なお、このとき、ギヤ２３ａは、ギヤ２３ｂから自動的に切り離される。用水路Ｐの水位が正常に復したら、モータ３１ａを手動起動し、水車軸２１を元の作動位置に復帰させればよく、このとき、ギヤ２３ａは、ギヤ２３ｂに自動的に連結される。ただし、各水車軸２１の両端部を支持する図示しない軸受は、以上の退避動作が可能なように、たとえば上下に分割可能なメタル軸受を使用するものとする。

全体模式平面図図１のＡ−Ａ線矢視相当断面図図１のＢ−Ｂ線矢視相当拡大断面図全体構成模式図他の実施の形態を示す図３相当図他の実施の形態を示す模式構成図

符号の説明

Ｐ…用水路
Ｐ1 …河床
Ｗp …幅
θp …勾配
ｈ…有効落差
１０…落差生成部
１１…急斜面
１２…緩斜面
１４…堰
２１…水車軸
３０…昇降機構

特許出願人上野亀吉
代理人弁理士松田忠秋

Claims

用水路の河床に構築する落差生成部と、水流を横切って前記落差生成部に配設する発電用の水車軸とを備えてなり、前記落差生成部は、河床の勾配より急な上流側の急斜面と、河床の勾配より緩やかな下流側の緩斜面とを組み合わせて形成することを特徴とする発電用水車装置。
前記落差生成部は、河床の全幅に亘って形成することを特徴とする請求項１記載の発電用水車装置。
前記落差生成部は、前記急斜面の有効落差を高くする堰を付設することを特徴とする請求項１または請求項２記載の発電用水車装置。
前記水車軸は、前記急斜面の直近下流側に配設することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか記載の発電用水車装置。
前記水車軸は、前記急斜面の直近下流側を含む複数位置に複数本を並設することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか記載の発電用水車装置。
前記各水車軸は、昇降機構を介して上方に退避可能であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか記載の発電用水車装置。