JP2009114937A - Hydraulic power generation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、用水路や排水溝等の側辺部に連続的な立ち上がり壁を有する人工水路の流水を利用し発電する小型の水力発電装置に関する。 The present invention relates to a small-sized hydroelectric power generation apparatus that generates electric power by using flowing water of an artificial waterway having a continuous rising wall on a side portion such as an irrigation waterway or a drainage groove.
近年、埋蔵資源エネルギーの枯渇問題や排出される二酸化炭素等による地球環境の悪化の問題等から、環境に優しい自然エネルギーである水力、風力、太陽光エネルギー等の利用技術が注目されている。水力利用に関しては以前からダム方式での水力発電により利用されて来ているが、ダム方式では莫大な建設費を要すると共にダムの土砂等による堆積物問題やダム建設に伴う自然環境破壊の問題等があり、今後の新設は容易ではない。そのため、小型の水力発電装置が注目され、用水路や排水溝等の側辺部に連続的な立ち上がり壁を有する人工水路の流水エネルギーを利用した小型水力発電装置の提案が既になされて来ているが、注目が最近からであることと、用水路等は両側辺部に連続的な立ち上がり壁を有すると共にゴミや植物等の漂流物もあるため、効率的に流水エネルギーを利用することは現実的には容易ではなく、提案の数は余り多くない。既提案の例としては、例えば、特許文献1に見られる様に昔ながらの下掛け水車の課題点の改善に着眼したものもあるが、例えば、特許文献2、特許文献3、特許文献4、特許文献5、特許文献6に見られる様に落差部を利用した方法が主流である。しかし、特許文献1の例では受水部がカップ状で余り効率が良いとは言えず装置も複雑で発電能力の割には大掛かりになると共に水車の回転を阻害する漂流物等の処理対応が容易でないという課題点がある。一方、落差部を利用した方法では、落差部が無ければ設置が困難であり、落差部は余り多くなく設置場所が限定されると共に提案されている方法の多くが落差部を装置に合う様に改造工事が必要になると共に装置が発電能力の割には大掛かりになりがちであるという課題点がある。
In recent years, utilization technologies such as hydropower, wind power, and solar energy, which are environmentally friendly natural energy, have attracted attention due to the problem of depletion of reserve resource energy and the problem of deterioration of the global environment due to discharged carbon dioxide and the like. Regarding hydropower use, it has been used for a long time by hydroelectric power generation using the dam method. However, the dam method requires huge construction costs and is also a problem of sediment caused by dams and sediments, and a problem of the destruction of the natural environment accompanying dam construction. Therefore, new establishment in the future is not easy. For this reason, small hydroelectric generators have attracted attention, and proposals have already been made for small hydroelectric generators that use the flow energy of artificial waterways that have continuous rising walls on the sides of irrigation channels and drainage channels. In recent years, attention has been focused on the fact that irrigation channels and the like have continuous rising walls on both sides, and there are also debris such as garbage and plants. It is not easy and the number of proposals is not too large. As an example of the previous proposal, for example, as seen in
この様なことから、用水路等の側辺部に連続的な立ち上がり壁を有する人工水路の流水エネルギーを利用する場合において、平坦部にも容易に設置出来て、装置が大掛かりにならず、水車の回転を阻害するゴミや植物等の漂流物への対応も容易に出来て流水エネルギー利用効率が良好な水力発電装置が望まれている。
本発明が解決しようとする問題点は、用水路等の側辺部に連続的な立ち上がり壁を有する人工水路の流水エネルギーを利用する場合において、両側辺部に連続的な立ち上がり壁を有すると共にゴミや植物等の漂流物もあるという難題を踏まえて、平坦部にも容易に設置出来て、装置が大掛かりにならず、水車の回転を阻害する植物等の漂流物への対応も容易に出来て流水エネルギー利用効率が良好な水力発電装置を提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is that, when using the flowing water energy of an artificial waterway having a continuous rising wall on the side part of the irrigation channel, etc. In light of the problem that there are also drifting materials such as plants, it can be easily installed on flat parts, the equipment does not become large, and it is easy to cope with drifting materials such as plants that impede the rotation of the water turbine. An object of the present invention is to provide a hydroelectric power generation device with good energy utilization efficiency.
前述の課題を解決するため、本発明者が用水路のみならず河川等にも広範囲に活用出来る水力発電装置として既特許出願(特願2007−163294号)している水力発電装置を基に、用水路等において水力発電装置と用水路等の側辺部の立ち上がり壁との隙間部の流水を簡便に且つ効果的に遮断する手段を組み込むことにより、用水路等の人工水路の平坦部においてより効力を発揮出来る水力発電装置とし、以下を特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor is based on the hydroelectric power generation apparatus already filed as a hydroelectric power generation apparatus (Japanese Patent Application No. 2007-163294) that can be used in a wide range of rivers and the like. Incorporating means for easily and effectively blocking the flowing water between the hydroelectric generator and the rising wall at the side of the side of the irrigation channel, etc., the effect can be exerted more in the flat part of the artificial channel such as the irrigation channel. The hydroelectric generator is characterized by the following.
本発明の水力発電装置は、水流に対し直交方向で且つ水面に対し平行方向の軸方向をなす回転軸を有し該回転軸の両端部を回転自在に支持された形態の水車を具有し、且つ、最も水上側に配設される部位で本装置の水車の回転に障害となる漂流物の流入を防止するための板状長尺部材を約20〜50mmの範囲の間隔で平行に配列し且つ水流に対し約30〜60度の範囲の傾斜角度をなして配設された筋状スクリーン部位と、該部位の下流で水車の水上側に配設される部位で水車の流水に面する領域で流水の水力が当該水車の回転力に有効に働かない約半分の領域の流水の直接の流入を遮断すると共に其の流水を水車の回転力に寄与する側の領域に導水出来る様にするための板状導水部材が傾斜して配設された導水部位と、水車の回転力を伝達して発電出来る発電機とを備え、用水路等の底部又は立ち上がり壁部に固設出来る手段を具有していることを特徴とする水力発電装置を用いて、更に、該水力発電装置の上流側の両側の用水路等の立ち上がり壁部と水力発電装置本体との隙間を遮水する為に高さが水車の回転軸から上部回転高さの範囲を目処とした隙間部の遮水部材が付設されていることを最も主要な特徴とする。 The hydroelectric power generation device of the present invention has a water turbine in a form having a rotary shaft that is orthogonal to the water flow and parallel to the water surface and that is rotatably supported at both ends of the rotary shaft, In addition, plate-like long members for preventing the inflow of drifting objects that hinder the rotation of the water wheel of the present apparatus at the portion disposed on the uppermost water side are arranged in parallel at intervals of about 20 to 50 mm. And a streak screen portion disposed at an inclination angle in the range of about 30 to 60 degrees with respect to the water flow, and a region facing the water flow of the water turbine at a portion disposed on the water side of the water turbine downstream of the portion. In order to block the direct inflow of about half of the area where the hydropower of the running water does not effectively act on the rotational force of the turbine, and to allow the flowing water to be introduced to the area that contributes to the rotational force of the turbine. The plate-shaped water guide member is inclined and the rotational force of the turbine is transmitted. Using a hydroelectric generator characterized by having a means capable of being fixed to the bottom or rising wall of a water channel or the like, and further upstream of the hydroelectric generator In order to insulate the gap between the rising wall of the irrigation channel on both sides and the main body of the hydroelectric generator, a water-impervious member with a gap between the rotating shaft of the turbine and the upper rotational height is attached. It is the most important feature.
そして、付加して、前記筋状スクリーン部位と導水部位とがユニット化され着脱可能な形態をなしていることを特徴とする In addition, the streak screen portion and the water guiding portion are unitized to form a detachable form.
更に付加して、前記遮水部材が水力発電装置本体側を回転軸として回動可能な形態をなしていることを特徴とする。 In addition, the water-impervious member is configured to be rotatable about the hydraulic power generation device main body as a rotation axis.
また、形態を変えて、前記遮水部材の断面形状が三角形状若しくは少なくとも三角形の二辺の形状をなし且つ水上側の辺が底辺から約40〜70度の開角をなしている形態であることを特徴とする。 Further, the cross-sectional shape of the water-impervious member is a triangular shape or at least two triangular shapes, and the water-side side has an opening angle of about 40 to 70 degrees from the bottom side. It is characterized by that.
本発明によれば、用水路等の側辺部に連続的な立ち上がり壁を有する人工水路の流水エネルギーを利用する場合において、両側辺部に連続的な立ち上がり壁を有すると共に植物等の漂流物もあるという難題を解決し、平坦部にも容易に設置出来て、装置が大掛かりにならず、しかも、水車の回転を阻害する植物等の漂流物への対応も容易に出来て流水エネルギー利用のロスが低減出来て発電効率が良好であり、更には、用水路等の幅が多少変化しても容易に設置対応出来るとともに装置の着脱が容易な水力発電装置を提供することが出来る様になる。 According to the present invention, in the case of using the flowing water energy of an artificial water channel having a continuous rising wall on a side side of an irrigation channel or the like, there are also floating objects such as plants having a continuous rising wall on both sides. It can be easily installed even on flat parts, and the equipment does not become large, and it can easily cope with drifting objects such as plants that impede the rotation of the water turbine, and the loss of utilization of running water energy It is possible to provide a hydroelectric power generator that can be reduced, has good power generation efficiency, and can be easily installed even if the width of a water channel or the like changes somewhat, and can be easily attached and detached.
以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。
図1と図2は本発明装置の遮水部材が回動可能な形態をなしている場合の例の説明図である。図3と図4は遮水部材の断面形状が三角形状をなしている場合の例の説明図である。図5は遮水部材部を拡大した説明図である。図6は本発明装置に用いる水車の形状例の説明図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 and FIG. 2 are explanatory views of an example in which the water shielding member of the device of the present invention is configured to be rotatable. 3 and 4 are explanatory diagrams of examples in which the cross-sectional shape of the water-impervious member is triangular. FIG. 5 is an explanatory diagram enlarging the water shielding member. FIG. 6 is an explanatory view of a shape example of a water wheel used in the apparatus of the present invention.
先ず、本発明装置1の実施例として遮水部材以外の共通する装置本体部について説明する。
本発明装置1は、装置本体部の主要部として、図2、図4、図6に示す様に、水流に対し直交方向で且つ水面に対し平行方向の軸方向をなす回転軸31を有し該回転軸の両端部を回転自在に支持された形態の水車30を具有し、且つ、最も水上側に配設される部位で該装置に障害となる漂流物の流入を防止するための板状長尺部材11を、図1(B)、図3(F)に示す様に、垂直方向又は水平方向に間隔dが約20〜50mmの範囲の間隔で平行に配列し、且つ、図1(A)、図4(H)に示す様に、水流に対し傾斜角θが約30〜60度の範囲の傾斜角度をなして配設された筋状スクリーン部位10と、図2(D)、図4(H)に示す様に、該部位の下流で水車の水上側に配設される部位で水車の流水に面する領域で流水の水力が当該水車の回転力に有効に働かない約半分の領域の流水の直接の流入を遮断すると共に其の流水を水車の回転力に寄与する側の領域に導水出来る様にするための板状導水部材21が傾斜して配設された導水部位20と、用水路の立ち上がり壁部天端より高い位置に配設された発電機40とを備え、装置の骨格をなす骨格部材51と板状部材52からなり、図1(B)、図3(F)に示す様に、本装置を用水路等の底部71又は立ち上がり壁部72に固設出来る手段を具有していることを特徴とする水力発電装置を用いる。尚、前記筋状スクリーン部位と導水部位とがユニット化され着脱可能な形態をなすことに関しては、本発明の目的を達成出来る形態なら限定されないので、説明は省略する。
First, a common apparatus main body other than the water shielding member will be described as an embodiment of the
As shown in FIGS. 2, 4, and 6, the
[第1実施形態]
第1実施形態として、本発明装置1は、装置本体部が前述の特徴を有し、更に、図1、図2に示す様に、装置本体部の上流側の両側の用水路の立ち上がり壁部と装置本体部との隙間を遮水する為の遮水部材として、高さが水車の回転軸から上部回転高さの範囲を目処とし、装置本体側を回転軸として遮水板111が回動可能な形態をなしていることを特徴とする遮水部材A110が配設されている。
[First Embodiment]
As the first embodiment, the
[第2実施形態]
第2実施形態として、本発明装置1は、同じく装置本体部は前述の特徴を有し、更に、図3、図4に示す様に、装置本体部の上流側の両側の用水路の立ち上がり壁部と装置本体部との隙間を遮水する為の遮水部材として、高さが水車の回転軸から上部回転高さの範囲を目処とし、断面形状が三角形状若しくは少なくとも三角形の二辺の形状をなし且つ水上側の辺が底辺から約40〜70度の開角をなしている遮水機能部材121を有する形態であることを特徴とする遮水部材B120が配設されている。
[Second Embodiment]
As a second embodiment, the
以下、主要な部位・部材等について特記すべきことを記載する。
筋状スクリーン部位10は、スクリーンの筋状形態が水車軸に対し平行方向の場合には、図1、図2に示す様に、板状長尺部材11をほぼ均等間隔で平行に配列し且つ中央部から両側に約30〜60度の範囲の角度をなした形態で中央部を保持補強部材12に両端部を骨格部材51に固設した形態をなしている。そして、スクリーンの筋状形態が水車軸に対して直交方向の場合には、図3、図4に示す様に、板状長尺部材11をほぼ均等間隔で平行に配列して上下端部を保持補強部材12により形態保持され上端部を骨格部材51に傾斜して固設し、底部および側部を薄板状部材52で囲った形態をなしている。また、筋状スクリーン部位10、骨格部材51、薄板状部材52の材質としては、ステンレス又は非鉄金属材、合金材もしくは高強度で耐久性を有するエンジニアリングプラスチック及びFRPやCFRP等のプラスチック複合材等が考えられ好ましいが、その他、本発明の目的を達成出来る材質であれば限定されない。尚、骨格部材51の断面形状は□型が好ましいがL型やH型でも用いることが出来る。また、筋状スクリーン部位10の傾斜形態は、第1実施形態および第2実施形態で分別限定はされずどちらのケースでも選択出来る。
Hereafter, what should be specially described for the main parts and members.
When the screen streak is in a direction parallel to the water wheel shaft, the
導水部位20は、図2(D)、図4(H)に示す様に、外周部は薄板状部材52により角筒状形態をなし、内部に板状導水部材21が傾斜して配設された形態をなしている。そして、板状導水部材21は傾斜角度を約30〜60度の範囲を目処として配設される。また、水車31の下部前方に導水補助部材22を配設して水車の回転力を向上させる様にすることも好ましい。また、材質としては、前記薄板状部材52の材質に準じたものが用いられる。尚、上部は板状長尺部材をほぼ等間隔で平行に配設してスクリーン状にしても良い。
As shown in FIGS. 2 (D) and 4 (H), the
水車30は、図2(D)、図4(H)、図6に示す様に、主要部が、回転軸31と長尺薄板状長尺部材で断面形状が水力を効果的に回転力に変換出来うる彎曲又は屈曲形状をした羽根部材32と羽根部材32を両端で支持する円盤状部材33からなり、図2(C)、図4(G)に示す様に、骨格部材51に軸受部材を介して回転可能な状態で留め付けられている。そして、外周部は薄板状部材52により角筒状形態をなしている。そして、羽根部材32の枚数は8〜20枚程度の範囲とし、軸からの間隙寸法は回転半径の約1/3〜1/2の寸法を目処とした形態が好ましい。また、図6(D)に示す様に、羽根部材32の内側に接する様に円筒状部材34を配設した形態でも良い。そして、材質としては、ステンレス又は非鉄金属材、合金材等が考えられ好ましいが、その他、本発明の目的を達成出来る材質であれば限定されない。
As shown in FIGS. 2 (D), 4 (H), and 6, the
発電機40は、本発明の目的を達成出来るものなら限定されない。そして、水車30の回転力を伝達する回転力伝達機構としては、図1に示す様に、例えば、歯車61と無端チェーンまたは歯車ベルト等62を組み合わせた機構が考えられ好ましいが、水車の回転力を円滑に発電機に伝達出来る機構なら限定されない。また、歯車61と発電機40の間には、増速機63、被動軸64、軸受65、クラッチ、カップリング等が適宜配設される。
The
遮水部材A110は、図1に示す様に、主要部が、遮水板111及び回動可能とするヒンジ機構部材112からなっている。尚、本例は一例であり遮水板が回動可能な形態である限り限定されない。そして、図1(B)、図5(A)に示す様に、遮水板111に開口部113を設け背面にスライド板114とスライドさせるためのガイド部材115とを付設して流量調整および漂流物処理の容易化を図ることも好ましい。また、バネ材等を用いて遮水板111と立ち上がり壁部72との圧着を確実にする様にすることも好ましい。そして、材質としては、前記薄板状部材52の材質に準じたものが用いられる。
As shown in FIG. 1, the water shielding member A110 includes a
遮水部材B120は、図3、図4、図5(B)に示す様に、主要部が、遮水機能部材121と形状保持するための補強部材124からなっている。尚、本例は一例であり遮水部材の断面形状が三角形状若しくは少なくとも三角形の二辺の形状をなし且つ水上側の辺が底辺から約40〜70度の開角をなしている形態である限り限定されない。そして、スライド出来るスライド板122とスライドさせるためのガイド部材123とを付設して流量調整を容易化を図ることも好ましい。また、材質としては、前記遮水部材A110の材質に準じたものが用いられる。そして、両側部には遮水機能を向上させるために弾性部材を付設することも好ましい。また、固定方法としては、例えば、前記弾性部材の反発力を利用する方法や、装置本体部側にボルト等で留め付けられる様にする方法が考えられるが、本発明の目的を達成出来る方法であれば限定されない。
As shown in FIGS. 3, 4, and 5 (B), the water-impervious member B <b> 120 includes a water-impervious
装置の固設方法としては、出来るだけ用水路等の底部71及び立ち上がり壁部72等を損傷させない固定方法が好ましく、例えば、図1(B)、図3(F)に示す様に、用水路等の立ち上がり壁部72と上部にある骨格部材51との間に調整部材83を充填し骨格部材51に固定用突起部材81を付設してボルト等82で押し付け固定する方法が考えられるが、その他、本発明の目的を達成出来る方法であれば限定されない。
The fixing method of the apparatus is preferably a fixing method that does not damage the bottom 71 and the rising
1 ;本発明の水力発電装置
10 ;筋状スクリーン部位
11 ;板状長尺部材
12 ;保持補強部材
20 ;導水部位
21 ;板状導水部材
22 ;導水補助部材
30 ;水車
31 ;回転軸
32 ;羽根部材
33 ;円盤状部材
34 ;円筒状部材
40 ;発電機
51 ;骨格部材
52 ;板状部材
61 ;歯車
62 ;無端チェーンまたは歯車ベルト等
63 ;増速機
64 ;被動軸
65 ;軸受
71 ;用水路等の底部
72 ;用水路等の立ち上がり壁部
81 ;固定用突起部材
82 ;ボルト等
83 ;調整部材
110 ;遮水部材A
111 ;遮水板
112 ;ヒンジ機構部材
113 ;開口部
114 ;スライド板
115 ;ガイド部材
120 ;遮水部材B
121 ;遮水機能部材
122 ;スライド板
123 ;ガイド部材
124 ;補強部材
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111;
121; Water-impervious
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