JP2008163784A - Hydraulic power generating system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、側溝を流れる水により発電するのに適した水力発電システムに関するものである。 The present invention relates to a hydroelectric power generation system suitable for generating electric power using water flowing in a side groove.
特許文献1には、水流による発電装置が開示されている。この発電装置は、水流のある水面に浮かべるフロートと、フロートの前後方向に対して直交するようにフロートの上に回転自在に設けた回転軸と、回転軸の端部に設けた水車と、回転軸の回転を伝達する変速機構と、フロートの上に設けて変速機構に接続された発電機と、回転軸を介して水車を上下方向に移動させることができる昇降手段とからなる。
道路の側溝を流れる水により発電するような水力発電システムが検討されている。側溝に流れる水の量は、時期だけでなく時間によっても比較的大きく変動する。このため、側溝を流れる水により発電するような水力発電システムを側溝に常設する場合には、安定した発電量を確保するため、あるいは、水車が側溝の底に干渉しないようにするために、水位の上下動に迅速に対応できるものが必要とされる。 Hydroelectric power generation systems that generate electricity using water flowing in the side ditches of roads are being studied. The amount of water flowing in the gutter varies relatively greatly depending not only on the time but also on the time. For this reason, when a hydroelectric power generation system that generates electricity using the water flowing in the gutter is permanently installed in the gutter, the water level is set to ensure a stable power generation amount or to prevent the turbine from interfering with the bottom of the gutter. The thing which can respond quickly to the up-and-down movement of is required.
特許文献1に記載の発電装置は、水位が上がったり下がったりした場合に、昇降手段を操作して水車の水中への沈み状態を調節するようになっている。しかしながら、水位の変化を随時確認して、昇降手段を操作し、水車の位置を適宜変えることは、側溝に設置するような簡易な発電システムでは採用することが難しく、またその操作も面倒である。
In the power generation device described in
また、特許文献1に記載の発電装置を、側溝を流れる水により発電するような水力発電システムに適用した場合、オペレータが側溝の水位の変化に迅速に対応し、昇降手段により水車を上方に移動させなければ、水車が側溝の底に当接してしまうおそれがある。このような対応をオペレータに求めること、さらに、オペレータを用意することも、側溝に常設することを目的としているような簡易な発電システムでは難しい。
In addition, when the power generation device described in
本発明の一態様は、側溝に投入可能な水力発電システムであって、側溝を流れる水により回転する水車と、水車の回転軸と接続され、水車の回転により発電する発電機と、発電機および/または水車を支持する支持部材と、支持部材の下部の左右に取り付けられた一対のフロートとを有する。この水力発電システムは、一対のフロートの間に水車が配置され、水車の下端は、一対のフロートの下端より上方に位置し、さらに、側溝を流れる水量が比較的多い場合には、一対のフロートの浮力により当該水力発電システムが水に浮き、側溝を流れる水量が比較的少ない場合には、一対のフロートの下端が当該水力発電システムの重量により側溝の底に接し、一対のフロートが当該水力発電システムを支持する。 One aspect of the present invention is a hydroelectric power generation system that can be introduced into a side groove, a water turbine that is rotated by water flowing through the side groove, a generator that is connected to a rotation shaft of the water turbine, and that generates power by rotation of the water turbine, And / or a support member that supports the water wheel and a pair of floats attached to the left and right of the lower portion of the support member. In this hydroelectric power generation system, a turbine is disposed between a pair of floats, the lower ends of the turbines are located above the lower ends of the pair of floats, and when the amount of water flowing through the side grooves is relatively large, When the hydroelectric power generation system floats on the water due to the buoyancy of the water and the amount of water flowing through the side grooves is relatively small, the lower ends of the pair of floats contact the bottom of the side grooves due to the weight of the hydroelectric power generation system, and the pair of floats Support the system.
この水力発電システムによれば、側溝を流れる水量が比較的多い場合には、一対のフロートの浮力により当該水力発電システムが水に浮く。したがって、一対のフロートの間に配置された水車の回転エネルギーにより、発電機において発電することができる。 According to this hydroelectric power generation system, when the amount of water flowing through the side grooves is relatively large, the hydroelectric power generation system floats on water due to the buoyancy of the pair of floats. Therefore, electric power can be generated in the generator by the rotational energy of the water wheel disposed between the pair of floats.
一方、側溝を流れる水量が比較的少ない場合には、一対のフロートの下端が当該水力発電システムの重量により沈んで側溝の底に接する。このとき、水車の下端は、一対のフロートの下端より上方に位置しているため、水車の下端が側溝の底に接することなく、一対のフロートにより当該水力発電システムが支持される。したがって、この水力発電システムでは、オペレータなどが側溝の水位の変化に対応する操作および制御を行うことは不用であり、水位の変化に関わらず一対のフロートの間に配置された水車の回転エネルギーにより発電機は安定した電力を発生する。 On the other hand, when the amount of water flowing through the side groove is relatively small, the lower ends of the pair of floats sink due to the weight of the hydroelectric power generation system and come into contact with the bottom of the side groove. At this time, since the lower end of the water turbine is located above the lower ends of the pair of floats, the hydraulic power generation system is supported by the pair of floats without the lower end of the water turbine contacting the bottom of the side groove. Therefore, in this hydroelectric power generation system, it is unnecessary for an operator or the like to perform an operation and control corresponding to a change in the water level of the gutter, and the rotational energy of the turbine disposed between the pair of floats regardless of the change in the water level. The generator generates stable power.
しかも、側溝を流れる水量が比較的少ない場合には、一対のフロートの下端が当該水力発電システムの重量により側溝の底に接するため、フロートが沈んだ分だけ側溝の幅が擬似的に狭くなる。このため、一対のフロートの間に位置する水車の近傍の水深(水位)が上がり、水車の近傍の水嵩が増える。したがって、側溝を流れる水量が比較的少ない場合であっても、より多くの水を水車に接触させることができる。すなわち、側溝を流れる水量が比較的少ない場合であっても、発電効率が高く、良好な発電量を得ることが可能である。 In addition, when the amount of water flowing through the side groove is relatively small, the lower ends of the pair of floats are in contact with the bottom of the side groove due to the weight of the hydroelectric power generation system, so that the width of the side groove becomes pseudo narrow as much as the float sinks. For this reason, the water depth (water level) in the vicinity of the water wheel located between the pair of floats increases, and the water volume in the vicinity of the water wheel increases. Therefore, even when the amount of water flowing through the side groove is relatively small, more water can be brought into contact with the water wheel. That is, even when the amount of water flowing through the side groove is relatively small, the power generation efficiency is high and a good power generation amount can be obtained.
このように、この水力発電システムによれば、側溝の水位により人手を用いて水車の位置を操作する必要が無く、側溝に常設して発電でき、安定した電力を得ることができる。 Thus, according to this hydroelectric power generation system, it is not necessary to manually operate the position of the water turbine according to the water level in the side groove, and it is possible to generate power by being permanently installed in the side groove and to obtain stable power.
この水力発電システムによれば、一対のフロートは、支持部材に対して、それぞれ水平方向に旋回可能となるように、旋回軸を介して支持部材に取り付けられており、一対のフロートの先端の間隔が可変されることが好ましい。側溝の幅が比較的広い場合は、一対のフロートの先端の間隔を広げ、側溝を流れる水、特に水位が低いときの水を水車の方向に誘導し、より多くの水を水車に接触させることができる。したがって、発電量を増やすことが可能である。また、一対のフロートの先端の間隔を狭めることにより、幅の狭い側溝にも水力発電システムを設置できる。 According to this hydroelectric power generation system, the pair of floats are attached to the support member via the pivot shaft so as to be pivotable in the horizontal direction with respect to the support member, respectively, and the distance between the tip ends of the pair of floats Is preferably variable. When the width of the side groove is relatively wide, widen the distance between the tip of the pair of floats, guide the water flowing in the side groove, especially water when the water level is low, in the direction of the turbine, and bring more water into contact with the turbine Can do. Therefore, it is possible to increase the power generation amount. Further, by reducing the distance between the tips of the pair of floats, the hydroelectric power generation system can be installed in a narrow side groove.
また、側溝を流れる水を水車の方向に誘導し、より多くの水を水車に接触させ、発電量を増やすためには、一対のフロートは、それらの内側の面の間隔が水車の重心近傍に向かって狭くなるように形成されており、水車の重心近傍を中心に旋回することがより好ましい。水車の重心近傍のフロートの間隔をほとんど変えずにフロートの先端の幅を広げることができ、また、フロートの後側が水車と干渉することも防止できる。したがって、側溝を流れる水を水車の方向に効率良く誘導することができる。 In addition, in order to guide the water flowing in the side groove in the direction of the water turbine, bring more water into contact with the water turbine and increase the amount of power generation, the pair of floats have their inner surfaces spaced close to the center of gravity of the water turbine. It is more preferable to turn around the center of gravity of the water wheel. The width of the tip of the float can be increased without changing the distance between the floats in the vicinity of the center of gravity of the turbine, and the rear side of the float can be prevented from interfering with the turbine. Therefore, the water flowing through the side groove can be efficiently guided in the direction of the water wheel.
さらに、この水力発電システムによれば、支持部材は、水力発電システムを側溝の所定の位置に固定するための牽引部材に接続可能であることが好ましい。このようにすることにより、当該水力発電システムを、側溝の所定の位置に固定しておくことができる。 Furthermore, according to this hydroelectric power generation system, it is preferable that the support member can be connected to a traction member for fixing the hydroelectric power generation system at a predetermined position of the side groove. By doing in this way, the said hydroelectric power generation system can be fixed to the predetermined position of a side groove.
図1は、本発明の一実施形態にかかる水力発電システムの概略構成を縦断面図により示している。図2および図3は、図1の水力発電システムを上面図により示している。図2は、側溝の幅が比較的狭い場合の水力発電システムの使用状態を示している。図3は、側溝の幅が比較的広い場合の水力発電システムの使用状態を示している。 FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of a hydroelectric power generation system according to an embodiment of the present invention. 2 and 3 show the hydroelectric power generation system of FIG. 1 from a top view. FIG. 2 shows a usage state of the hydroelectric power generation system when the width of the side groove is relatively narrow. FIG. 3 shows a usage state of the hydroelectric power generation system when the width of the side groove is relatively wide.
側溝2に投入可能な本例の水力発電システム1は、側溝2を流れる水Lにより回転する水車10と、水車10の回転軸11と接続され、水車10の回転により発電する発電機20と、発電機20を支持する支持部材30と、支持部材30の左右の下部31aおよび31bにそれぞれ取り付けられた一対のフロート40aおよび40bとを有している。
The hydroelectric
水車10は、複数のアーム12を有しており、アーム12の先端には、水Lの力を受けるフィン13が取り付けられている。水車10の回転軸11には、回転軸11の回転を増速して発電機20に伝達するための変速機21を介して、発電機20が接続されている。変速機21としては、例えば、遊星ギアを用いることができる。なお、水車10の構成は一例であり、水の流れを回転に変換できるものであれば良く、これらの図に示した構成に限られない。たとえば、フィン13は板状の代わりに容器状であっても良い。また、アーム12が外輪で繋がっているような構成であっても良い。さらに、水車10の回転軸11と発電機20との間には、段階的に複数の変速機を設けてもよい。また、変速機21は、遊星ギアに限定されるものではなく、発電機20内に変速機が組み込まれたものを用いてもよい。さらに、変速機21は、省略することも可能である。
The
支持部材30は、発電機20を支持するための部材または複数の部材を含む構造体であり、外形略矩形状の枠状に形成されている。本例では、支持部材30の左上部34aに発電機20が搭載されている。また、水力発電システム1の左右方向における重量的なバランスを取るために、支持部材30を後方からみたときの左上部34aに発電機20が搭載され、反対側の支持部材30の右上部34bにバランスウェイト80が搭載されている。
The
また、この支持部材30の先端部32には、一対の牽引部材50aおよび50bのそれぞれの一端51aおよび51bを接続するための接続部33が設けられている。牽引部材50aおよび50bとしては、例えば、ロープ、ワイヤー、あるいはチェーンを用いることができる。
Further, a connecting
図2に示すように、一対の牽引部材50aおよび50bの他端52aおよび52bは、それぞれ、側溝2の両脇の路面などに設けられた取付具60aおよび60bに接続することができる。これにより、水力発電システム1は、側溝2の所定の位置に実質的に設定され、水流では前後にほとんど動かず、水位により上下に動くようになる。なお、図3に示すように、一対の牽引部材50aおよび50bの他端52aおよび52bは、それぞれ、側溝2を構成する両方の壁面の内側(側面)に設けられた取付具70aおよび70bに接続させてもよい。このようにしても、これにより、水力発電システム1を、側溝2の所定の位置に実質的に設定することができる。
As shown in FIG. 2, the
支持部材30の左下部31aおよび右下部31bには、それぞれ、一対のフロート40aおよび40bが取り付けられている。これらのフロート40aおよび40bは、基本的には、側溝2の水Lの流れにより受ける力では変形しない材料および構成となっている。例えば、フロート40aおよび40bは硬質のプラスチック、その他の樹脂などにより形成された中空の部材である。フロート40aおよび40bは発泡スチロールのような多数の空隙を含む材料を含むものであっても良く、軽量鉄骨の骨組みと適当な強度を備えた不透水性のシートとの組み合わせであっても良い。
A pair of
すなわち、これらフロート40aおよび40bは、水力発電システム1に浮力を与える、浮き(いわゆるフロート)としての機能だけでなく、枠状の支持部材30とともに水車10および発電機20を支持する部材としての機能も兼ねている構成であれば良い。フロート40aおよび40bは、前後、下側および/または側面に、補強、ウェイト、整流板などを兼ねた部材が取り付けられていても良い。
That is, these
一対のフロート40aおよび40bは、側溝2を流れる水量が比較的多い場合には、これらの浮力により水力発電システム1を水Lに浮かせ、側溝2を流れる水量が比較的少ない場合には、これらのフロート40aおよび40bの下端49aおよび49bが水力発電システム1の重量により側溝2の底3に接して水力発電システム1を支持するように、その大きさ(体積、浮力)および重量が決定されている。なお、フロート40aおよび40bは、互いに鏡像関係にある他は、同様の形状に形成されており、フロート40aの下端49aと、フロート40bの下端49bとは、バランスウェイト80が設けられているため、実質的に同じ高さ(レベル)にある。
The pair of
さらに、この発電システムでは、一対のフロート40aおよび40bの間に、水車10が配置されるようになっている。すなわち、枠状の支持部材30の中央の空間Sには、後側(側溝2の下流側)に寄せて、水車10が配置されている。発電機20は、枠状の支持部材30に支持されているため、水車10は、回転軸11、変速機21、および発電機20を介して、支持部材30に回転可能に支持されていることになる。水車10の下端19は、一対のフロート40aおよび40bの下端49aおよび49bより上方に位置している。
Furthermore, in this power generation system, the
なお、本例の支持部材30は、発電機20を支持するとともに、回転軸11、変速機21、および発電機20を介して水車10を支持するように構成されているが、支持部材30は、発電機20および/または水車10を支持するものであればよい。また、支持部材30は、枠状のものに限定されない。支持部材30としては、例えば、平面略U字状のものを用いてもよい。また、このシステム1は、支持部材30により、発電機20を介して水車10を支持しているが、水車10を介して発電機20を支持しても良く、水車10および発電機20をそれぞれ支持部材30により支持しても良い。
The
また、一対のフロート40aおよび40bは、支持部材30に対して、それぞれ水平方向に旋回可能となるように、旋回軸(ピボット)41aおよび41bを介して支持部材30に取り付けられている。したがって、一対のフロート40aおよび40bは、必要に応じて、これらの先端42aおよび42bの間隔を変えることができる。
The pair of
さらに、一対のフロート40aおよび40bは、これらの内側の面45aおよび45bの間隔が水車10の重心G近傍に向かって狭くなるように形成されている。本例では、一対のフロート40aおよび40bは、それらの内側の面45aおよび45bが略「へ」の字状(略「L」字状)に重心Gに近い部分が内側に張り出した構成となっている。したがって、一対のフロート40aおよび40bにより、側溝2を流れる水Lを前方から水車10側に集めるように誘導することができ、後方へスムーズに排出できる。したがって、水車10の部分で流速および水嵩を増し、効率好く水車10を回転することができる。また、一対のフロート40aおよび40bは、水車10の重心G近傍を中心に水平方向へ旋回(ピボット)する。本例では、水車10の回転軸11と、各フロート40aおよび40bの旋回軸41aおよび41bとが、同一の鉛直面上に位置するように、フロート40aおよび40bの旋回軸41aおよび41bの位置が決められている。
Further, the pair of
したがって、図2に示すように、側溝2の幅が比較的狭い場合には、フロート40aおよび40bの外側の面が側溝2と略並行になるように配置できる。一対のフロート40aおよび40bは、それらの内側の面45aおよび45bが略「へ」の字状(略「L」字状)となっているため、一対のフロート40aおよび40bにより、側溝2を流れる水Lを水車10側に誘導することができる。
Therefore, as shown in FIG. 2, when the width of the
一方、図3に示すように、側溝2の幅が比較的広い場合には、一対のフロート40aおよび40bの先端42aおよび42bの間隔が広くなるように、一対のフロート40aおよび40bを、実線の位置から二点鎖線の位置に移動させるとよい。このようにすることにより、側溝2の幅が比較的広い場合であっても、側溝2を流れる水Lを水車10側に効率良く誘導することができる。しかも、それらの内側の面45aおよび45bが略「へ」の字状(略「L」字状)となっているため、フロート40aおよび40bを旋回させても、フロート40aおよび40bの後端44aおよび44bが水車10に干渉し難い。
On the other hand, as shown in FIG. 3, when the width of the
図4は、図1の水力発電システム1であって、側溝2の水量が比較的多い状態での水力発電システム1の使用状態を横断面図により示している。図5は、水力発電システム1であって、側溝2の水量が比較的少ない状態での水力発電システム1の使用状態を横断面図により示している。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the hydroelectric
図4に示すように、側溝2を流れる水量が比較的多い場合には、一対のフロート40aおよび40bの浮力により、水力発電システム1が水Lに浮く。したがって、一対のフロート40aおよび40bの間に配置された水車10の回転により、発電機20において発電することができる。
As shown in FIG. 4, when the amount of water flowing through the
一方、図5に示すように、側溝2を流れる水量が比較的少ない場合には、水力発電システム1の重量により、一対のフロート40aおよび40bが沈み、その下端49aおよび49bが側溝2の底3に接する。このとき、水車10の下端19は、一対のフロート40aおよび40bの下端49aおよび49bより上方に位置し、フロート40aおよび40bは、水力発電システム1の重量を支持できる程度の強度を備えているため、水車10の下端19が側溝2の底3に接することなく、当該水力発電システム1が支持される。したがって、このような場合であっても、一対のフロート40aおよび40bの間に配置された水車10の回転により、発電機20において発電することができる。
On the other hand, as shown in FIG. 5, when the amount of water flowing through the
しかも、側溝2を流れる水量が比較的少ない場合には、一対のフロート40aおよび40bの下端49aおよび49bが水力発電システム1の重量により側溝2の底3に接するため、フロート40aおよび40bが沈んだ分だけ側溝2の幅が擬似的に狭くなる。このため、一対のフロート40aおよび40bの間に位置する水車10の近傍の水深が上がる(水嵩が増える)。また、一対のフロート40aおよび40bの間の流速が上がる。したがって、側溝2を流れる水量が比較的少ない場合であっても、より多くの水Lを水車10のフィン13に接触させることができる。すなわち、側溝2を流れる水量が比較的少ない場合であっても、水車10を回し、良好な発電量が得られる。
Moreover, when the amount of water flowing through the
発電機20において発生した電力は、例えば、側溝2の脇の道路を照らす照明(街路灯)4に用いることができる。このようにすることにより、側溝2に水Lが流れている間は、半永久的に、照明4を点灯させることができる。なお、発電機20において発生した電力の用途は、照明4の点灯に限定されるものではない。
The electric power generated in the
以上のように、この水力発電システム1によれば、側溝2を流れる水量が比較的多い場合には、一対のフロート40aおよび40bの浮力により当該水力発電システム1が水Lに浮き、側溝2を流れる水量が比較的少ない場合には、一対のフロート40aおよび40bの下端49aおよび49bが当該水力発電システム1の重量により側溝2の底3に接し、一対のフロート40aおよび40bが当該水力発電システム1を支持する。したがって、側溝2を水位の変化により水車10の位置を手作業で操作する必要はなく、水力発電システム1を側溝に常設しておくことができる。また、この水力発電システム1によれば、発電機20において常に、比較的安定した発電量を得ることができる。
As described above, according to this hydroelectric
また、一対のフロート40aおよび40bは、支持部材30に対して、それぞれ水平方向に旋回可能となるように、旋回軸41aおよび41bを介して支持部材30に取り付けられており、一対のフロート40aおよび40bの先端42aおよび42bの間隔が可変される。このため、側溝2の幅が比較的広いような場合であっても、側溝2を流れる水Lを水車10の方向に誘導し、より多くの水Lを水車10に接触させ、発電量を増やすことができる。
Further, the pair of
1 水力発電システム、 2 側溝
3 側溝の底、 10 水車
11 水車の回転軸、 19 水車の下端
20 発電機、 30 支持部材
40a、40b フロート、 41a、41b フロートの旋回軸
42a、42b フロートの先端、 45a、45b フロートの内側の面
49a、49b フロートの下端
G 水車の重心
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記側溝を流れる水により回転する水車と、
前記水車の回転軸と接続され、前記水車の回転により発電する発電機と、
前記発電機および/または前記水車を支持する支持部材と、
前記支持部材の下部の左右に取り付けられた一対のフロートとを有し、
前記一対のフロートの間に前記水車が配置され、前記水車の下端は、前記一対のフロートの下端より上方に位置し、さらに、
前記側溝を流れる水量が比較的多い場合には、当該一対のフロートの浮力により当該水力発電システムが水に浮き、前記側溝を流れる水量が比較的少ない場合には、当該一対のフロートの下端が当該水力発電システムの重量により前記側溝の底に接し、前記一対のフロートが当該水力発電システムを支持する、水力発電システム。 A hydroelectric power generation system that can be inserted into a gutter,
A water wheel that is rotated by water flowing through the side groove;
A generator connected to the rotating shaft of the water wheel, and generating electricity by rotation of the water wheel;
A support member that supports the generator and / or the water wheel;
A pair of floats attached to the left and right of the lower part of the support member;
The water wheel is disposed between the pair of floats, and a lower end of the water wheel is located above a lower end of the pair of floats;
When the amount of water flowing through the side grooves is relatively large, the hydroelectric power generation system floats on water due to the buoyancy of the pair of floats, and when the amount of water flowing through the side grooves is relatively small, the lower ends of the pair of floats are A hydroelectric power generation system in contact with the bottom of the side groove by the weight of the hydroelectric power generation system, and the pair of floats supporting the hydroelectric power generation system.
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