JP2009228608A - Hydraulic power generation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ダムや堰等を伴う必要がないとともに水力発電における漂流物問題や土砂等の堆積問題を解決出来る小型水力発電装置に関する。 The present invention relates to a small hydroelectric generator that does not need to be accompanied by a dam, a weir, or the like and can solve drifting matter problems and sedimentation problems such as earth and sand in hydroelectric power generation.
近年、埋蔵化石エネルギー資源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て来ている。しかし、従来の小型の水力発電装置はの多くは、例えば、特許文献1、特許文献2等の提案の様に従来のダムを利用する発電方式の考えを踏襲して其れを小型化したものや、他の提案でも、例えば、特許文献3、特許文献4、特許文献5等の提案の様に堰や導水設備等を伴う必要があるため極めて限定された条件下でしか設置利用が困難であるという課題点がある。また、河川等の流水を利用して発電しようとすれば、漂流物の問題や土砂の堆積問題等は回避出来ない問題であり、水力発電装置の直接の問題でないとしても、関連問題として総合的に解決しなければならない課題であると考えられる。
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 buried fossil energy resources and the problem of deterioration of the global environment caused by discharged carbon dioxide. 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. However, many of the conventional small hydroelectric generators have been reduced in size by following the idea of a power generation method using a conventional dam as proposed in
つまり、従来の多くの小型水力発電装置は、堰堤や導水設備等を伴わなければ設置困難であり、極めて限定された条件の下でしか設置利用出来ず広範な場所での設置利用が困難であるという問題点や、設置後の対応策が充分に考慮されていないという問題点、例えば、ゴミや流木等の漂流物による流れの阻害や装置の故障等の問題、土砂の堆積の問題、大雨等の異常増水時の問題等に対する対応策が充分に考慮されていないという問題点がある。これを解決するため、本発明者が特許文献6として既に提案している。この提案は解決策としてそれなりに意義あるものであるが、小型の水力発電装置の重要性が一層増して来る中、発電効率を更に高めることが求められ来ると考えられる。
本発明が解決しようとする問題点は、河川等の堰及び段差部近傍以外の一般傾斜流水部において流水エネルギーを利用して発電する場合において、水力発電における課題点である発電に影響する漂流物問題および土砂等の堆積問題を解決出来ると共に、装置が大掛かりにならず、流水エネルギーをより効果的に発電に活用出来る様にする手段を付加して良好な発電効率が期待出来る小型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 drifting material that affects power generation, which is a problem in hydropower generation, when generating electricity using flowing water energy in a general inclined flowing water section other than the vicinity of a weir and a stepped portion such as a river A compact hydroelectric generator that can solve problems and sedimentation problems such as earth and sand, can be expected to have good power generation efficiency by adding means that makes it possible to use flowing water energy more effectively for power generation, without making the equipment large It is to provide.
前述の課題を解決するため、本発明者が、小型水力発電における課題点である発電に影響する漂流物問題および土砂等の堆積問題を解決出来て、河川および用水路等に広範囲に活用出来る水力発電装置として本発明者が既特許出願している特許文献6の水力発電装置を基に、更に、流水エネルギーをより効果的に発電に活用出来る様にする手段を付加することにより良好な発電効率が期待出来る小型水力発電装置として、以下を特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor can solve the drifting problem affecting sedimentation and sedimentation problems such as earth and sand, which are problems in small hydropower generation, and can be widely used in rivers and irrigation canals. Based on the hydroelectric power generation apparatus of Patent Document 6 that the present inventor has already applied for as an apparatus, it is possible to improve the power generation efficiency by adding a means that allows the flowing water energy to be used more effectively for power generation. The following features are expected as a small hydroelectric generator.
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承された形態の水車が組み込まれると共に外周部が角筒状の形態をなす水車部位を具有し、且つ、水上側に配設される部位で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水流に対して傾斜角が約30〜60度の範囲の傾斜角度をなし且つ約20〜50mmの範囲の間隔で平行に配列された筋状スクリーン部位と、該筋状スクリーン部位の下流で且つ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、水底地盤等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であって、更に、水車後方の外側からの流水の回り込みによる水車回転力への悪影響を低減させる手段として、前記水車部位の両側部外部側に下流方向に向かい開角が約30〜70度の範囲の角度をなして突出させた板状部材を伴う下流側流水誘導部位が付設されていることを最も主要な特徴とする。 The hydraulic power generation apparatus of the present invention includes a water turbine having a rotating shaft that is orthogonal to the water flow and parallel to the water surface and that is rotatably supported at both ends of the rotating shaft. A plate-like long member for preventing the inflow of drifting substances that have a water turbine portion whose outer peripheral portion is in the form of a rectangular tube and that prevents rotation of the water wheel at a portion disposed on the water side. A streak screen portion having a slant angle in the range of about 30 to 60 degrees and arranged in parallel at intervals of a range of about 20 to 50 mm; and a downstream of the streak screen portion and the water turbine In the area facing the water wheel of the water turbine at the part located above the water, the water flow of the half of the area where the hydraulic power of the flowing water does not work effectively on the rotational force of the water wheel is cut off, and the water flow of the water wheel is blocked. A plate to allow water to be introduced to the area that contributes to the rotational force Hydroelectric power generation characterized in that it has means that can be fixed to the bottom of the ground, including a water conveyance site where the water conveyance member is inclined and a generator that can generate power by transmitting the rotational force of the turbine. Further, as a means for reducing the adverse effect on the turbine rotation force due to the flowing water flowing from the outside behind the turbine, the opening angle is approximately 30 to 70 degrees toward the downstream side on both sides outside the turbine section. The most important feature is that a downstream water flow guiding portion with a plate-like member protruding at an angle in the range is attached.
そして、付加して、集水効果を向上させる手段として、前記筋状スクリーン部位の両側部外部側に上流方向に向かい開角が約50度以下の範囲の角度をなして突出させた板状部材を伴う上流側流水誘導部位が付設されていることを特徴とする。 In addition, as a means for improving the water collecting effect, a plate-like member that protrudes toward the upstream direction toward the upstream side on both sides of the streak screen portion with an opening angle of about 50 degrees or less. It is characterized by the fact that an upstream flowing water guiding part with an attached is attached.
更に付加して、前記筋状スクリーン部位の板状部材が中央部から両側辺部に向けて傾斜角度をなして配列された形態の筋状スクリーン部位の場合において、漂流物の中央部での絡み付きを回避する手段として、前記筋状スクリーン部位の中央部前方で垂直軸方向に傾斜角が約30〜60度の範囲の傾斜角度をなした棒状または板状長尺部材を伴う漂流物誘導部位が付設されていることを特徴とする。 In addition, in the case of the streak screen part in the form in which the plate-like members of the streak screen part are arranged at an inclination angle from the central part toward both sides, the entanglement at the central part of the drifting material As a means for avoiding this problem, there is a flotage guiding portion with a rod-like or plate-like long member having an inclination angle in the range of about 30 to 60 degrees in the vertical axis direction in front of the central portion of the streak screen portion. It is attached.
本発明によれば、河川および用水路等で堰及び段差部近傍以外の一般傾斜流水部において流水エネルギーを利用して発電する場合において、水力発電装置における課題点である発電に影響する漂流物問題および土砂等の堆積問題を解決出来るとともに、装置が大掛かりにならず、流水エネルギーをより効果的に発電に活用出来て良好な発電効率が期待出来る小型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 power generation using flowing energy in a general inclined flowing water part other than the vicinity of a weir and a step part in rivers and irrigation canals, a drifting object problem that affects power generation, which is a problem in a hydroelectric power generation apparatus, and It is possible to provide a small hydroelectric generator that can solve sedimentation problems such as earth and sand, can be used effectively for power generation, and can be expected to have good power generation efficiency.
以下、本発明の実施の形態例を図を参照して説明する。
図1と図2は本発明装置で上流側流水誘導部位が付加して付設されている場合の例の説明図である。図3は筋状スクリーン部位の板状部材が中央部から両側辺部に向けて傾斜角度をなして配列された形態の場合で中央部前方に漂流物誘導部位が付設されている場合の例の説明図である。図4は本発明装置に用いる水車の形状例の説明図である。尚、外部回転力伝達部のカバー等は配設されるが省略する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 and FIG. 2 are explanatory views of an example in the case where an upstream flowing water guiding portion is additionally provided in the apparatus of the present invention. FIG. 3 shows an example of the case where the plate-like members of the streak-like screen part are arranged at an inclination angle from the central part toward both side parts, and the drifting substance guiding part is attached in front of the central part. It is explanatory drawing. FIG. 4 is an explanatory view of a shape example of a water wheel used in the apparatus of the present invention. A cover for the external rotational force transmission unit is provided but omitted.
[実施例1]
先ず、本発明の実施の形態例として、本発明装置の上流側流水誘導部位が付加して付設されている場合の例を図1、図2を用いて説明する。本発明装置1は、装置本体部の主要部として、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31aを有し該回転軸の両端部を回転自在に支承された形態の水車31が組み込まれると共に外周部が角筒状の形態をなす水車部位30を具有し、且つ、水上側に配設される部位で水車31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11を傾斜角θ1が約30〜60度の範囲の傾斜角度をなし且つ間隔dが約20〜50mmの範囲の間隔で平行に配列された筋状スクリーン部位10と、前記部位10の下流で水車31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水車31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31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、水車の回転力を伝達して発電出来る発電機51を備え、発電機51は骨格部材41と板状部材42により流水抵抗が少ない様な形態で囲繞されている。そして、水車後方の外側からの流水の回り込みによる水車回転力への悪影響を低減させる手段として、水車部位30の両側部外部側に下流方向に向かい開角θ2が約30〜70度の範囲の角度をなして突出させた板状部材101を伴う下流側流水誘導部位100が付設されている。更に、集水効果を向上させる手段として、筋状スクリーン部位10の両側部外部側に上流方向に向かい開角θ3が約50度以下の範囲の角度をなして突出させた板状部材111を伴う上流側流水誘導部位110が付設されている。そして、水底地盤等70に装置基礎60を設けて固設出来る手段を具有している。
[Example 1]
First, as an embodiment of the present invention, an example in which an upstream flowing water guiding portion of the apparatus of the present invention is additionally provided will be described with reference to FIGS. 1 and 2. The
[実施例2]
次に、本発明の実施の他の形態例として、筋状スクリーン部位の板状部材が中央部から両側辺部に向けて傾斜角度をなして配列された形態の場合で中央部前方に漂流物誘導部位が付設されている場合の例を図3を用いて説明する。本発明装置1は、筋状スクリーン部位の板状部材が中央部から両側辺部に向けて傾斜角度をなして配列された形態の筋状スクリーン部位の場合において、漂流物の中央部での絡み付きを回避する手段として、筋状スクリーン部位10の中央部前方で垂直軸方向に傾斜角θ4が約30〜60度の範囲の傾斜角度をなした棒状または板状長尺部材121を伴う漂流物誘導部位120が付設されている。尚、本発明装置1は、前述以外は、実施例1で上流側流水誘導部位110を除外したものと同じなので、他の説明は省略する。また、実施例2においても実施例1同様に上流側流水誘導部位110付設させても良い。
[Example 2]
Next, as another example of the embodiment of the present invention, in the case where the plate-like members of the streak screen portion are arranged at an inclination angle from the central part toward both side parts, the drifting object is located in front of the central part. An example in the case where a guidance site is attached will be described with reference to FIG. In the case of the streaky screen portion in which the plate-like members of the streaky screen portion are arranged at an inclination angle from the central portion toward both side portions, 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に関しては、材質としては、例えば、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及び耐錆性を有するエンジニアリングプラスチック又は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、防錆処理が施された鉄鋼でも良く、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。
Hereafter, what should be specially described for the main parts and members.
Regarding the
導水部位20に関しては、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。そして、材質としては、筋状スクリーン部位10で記述したものの中から適宜用いられる。
With respect to the
水車部位30に関しては、図4に示す様に、主要部が、回転軸31a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31bと羽根部材31bを両端で支持する円盤状部材31cからなり、図1、図2に示す様に、骨格部材41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、外周部は板状部材42により角筒状形態をなしている。そして、羽根部材31b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4(J)に示す様に、羽根部材31bの内側に接する様に円筒状部材31cを配設した形態のものも適宜用いられて良い。そして、材質としては、筋状スクリーン部位10で記述したものの中から適宜用いられる。
As shown in FIG. 4, with respect to the
骨格部材41、板状部材22に関しては、材質としては、筋状スクリーン部位10で記述したものの中から適宜用いられる。そして、骨格部材41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。
As for the
発電機51に関しては、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、図2に示す様に、例えば、歯車52と無端チェーンまたは歯車ベルト等53を組み合わせた機構が考えられ好ましいが、水車の回転力を発電機に伝達出来る機構なら限定されない。また、歯車52と発電機51の間には増速器及び軸受け、クラッチ、カップリング等が適宜配設される。
The
下流側流水誘導部位100に関しては、図1に示す様に、形態保持のために上部と下部に水流抵抗とならない様な形態保持補強部材102が付設される。尚、形態保持補強部材102の形態は本発明の目的を達成出来る限り限定されない。また、材質としては、筋状スクリーン部位10で記述したものの中から適宜用いられる。
As shown in FIG. 1, with respect to the downstream flowing
上流側流水誘導部位110に関しては、図1、図2に示す様に、筋状スクリーン部位10の両側前端部に沿って付設される。そして、形態保持のために補強部材で適宜補強される。なお、上流側流水誘導部位110の外部側への突出寸法は下流側流水誘導部位100の外部側への突出寸法より小さく設定される。また、材質としては、筋状スクリーン部位10で記述したものの中から適宜用いられる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the upstream flowing
漂流物誘導部位120に関しては、図3に示す様に、上部を筋状スクリーン部位10の保持補強部材12に固設し、下部は基礎部60等にプレート等を介してボルト等で固設される。また、形態保持のために中間部において補強部材で適宜補強される。そして、材質としては、筋状スクリーン部位10で記述したものの中から適宜用いられる。
As shown in FIG. 3, the drifting
装置の固設方法としては、河川に設置する場合には、装置基礎60にボルト等で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。そして、装置基礎60は状況に応じて基礎杭を打設して水底地盤70に固定される場合もある。
As a method for fixing the apparatus, a method of fixing the apparatus to the
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 ;水車部位
31 ;水車
31a;回転軸
31b;羽根部材
31c;円盤状部材
31d;円筒状部材
41 ;骨格部材
42 ;板状部材
51 ;発電機
52 ;歯車
53 ;無端チェーンまたは歯車ベルト等
60 ;装置基礎
70 ;水底地盤等
100 ;下流側流水誘導部位
101 ;流水誘導部材
102 ;形態保持補強部材
110 ;上流側流水誘導部位
111 ;流水誘導部材
120 ;漂流物誘導部位
121 ;棒状または板状長尺部材
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