JP2013096318A - Water stream cone body with built-in flow straightening device - Google Patents
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Abstract
Description
本考案は、河川、海等の水中に設置され、流水エネルギー(河流、潮流、海流)を利用した発電装置や揚水ポンプ装置などに用いる筒状の水流コーン体に整流装置を内蔵したものに関する。 The present invention relates to a cylindrical water flow cone body that is installed in water such as a river or the sea and uses a flowing energy (river current, tidal current, sea current) and a rectifier built in a cylindrical water flow cone body.
従来技術として、水流コーン体を複数備えた水中発電装置が開示されている。水流コーン体は、装置外部の河川等の水を先端側から吸引して後端側から放出するものであり、円錐状に形成された筒状をなす。また、水流コーン体の内面は、先端側に窄んだ漏斗状に形成され、先端側がテーパ状になっている(例えば、特許文献1)。 As an existing technique, an underwater power generation apparatus including a plurality of water flow cone bodies is disclosed. The water flow cone body sucks water from the front end side of a river or the like outside the apparatus and discharges it from the rear end side, and has a cylindrical shape formed in a conical shape. Moreover, the inner surface of the water flow cone body is formed in a funnel shape constricted on the tip side, and the tip side is tapered (for example, Patent Document 1).
この水中発電装置は、水流コーン体の先端付近で水流を高速にして、河川等の流水による水力エネルギーを効率よく活用できる。 This underwater power generation device can efficiently use the hydroelectric energy generated by running water in a river or the like by increasing the speed of the water flow near the tip of the water flow cone body.
しかしながら、特許文献1に記載の水流コーン体は、円錐筒状をなすため、水流コーン体内面のテーパ角度が広く設計されるので、水流コーン体内部を通過する吸引水は、水流コーン体の内面に衝突して渦流を発生させながら下流側へ流れる。この渦流が、水力エネルギー損失を生じさせ、水中発電装置の水力エネルギーの利用効率の低下を招くという問題があった。
However, since the water flow cone body described in
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、整流装置により、水流コーン体内部で吸引水の渦流が発生するのを防止し、水流コーン体の後端部からの吸引水の放出量を増大させることにより、水流コーン体を備えた装置の水力エネルギーの利用効率の低減防止と向上が可能である整流装置を内蔵した水流コーン体を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and the rectifier prevents the vortex of suction water from being generated inside the water flow cone body, and discharges the suction water from the rear end of the water flow cone body. It is an object of the present invention to provide a water flow cone body incorporating a rectifier capable of preventing reduction and improvement of the utilization efficiency of hydraulic energy of a device having a water flow cone body by increasing the amount.
上記課題を解決するための本発明の整流装置を内蔵した水流コーン体は、筒状をなし、先端側から後端側に向けて送水するための水流コーン体と、該水流コーン体の内部に配置された整流装置とを備え、前記水流コーン体は、先端部の口径が後端部の口径よりも小さく、かつ外面および内面が先端側から後端側に向けてテーパ状に拡径するコーン体拡径部と、該コーン体拡径部から後端部まで外面および内面が凹状になることなく漸次縮径するコーン体窄み部とを有し、前記整流装置は、前記水流コーン体の軸方向に沿って伸びるテーパーバーと、該テーパーバーに軸方向に伸びるように形成されたガイドベーンとを含み、前記テーパーバーは、外面が先端側から後端側に向けてテーパ状に拡径するテーパーバー拡径部と、該テーパーバー拡径部から後端部まで外面が凹状に漸次縮径するテーパーバー窄み部とを有することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the water flow cone body incorporating the rectifier of the present invention has a cylindrical shape, a water flow cone body for feeding water from the front end side toward the rear end side, and the water flow cone body inside the water flow cone body. The water flow cone body includes a rectifier arranged, and the cone of which the diameter of the front end portion is smaller than the diameter of the rear end portion and whose outer surface and inner surface increase in a taper shape from the front end side toward the rear end side. A body diameter-enlarged portion, and a cone body constricted portion that gradually decreases in diameter from the cone body diameter-enlarged portion to the rear end portion without being concave, and the rectifier includes the water flow cone body A taper bar extending along the axial direction, and a guide vane formed on the taper bar so as to extend in the axial direction. The taper bar has an outer surface that increases in diameter in a tapered shape from the front end side toward the rear end side. Taper bar diameter expanding portion and the taper bar widening portion The outer surface of section to the rear end portion and having a tapered bar Subomi portion gradually reduced in diameter in a concave shape.
また、本発明の整流装置を内蔵した水流コーン体は、前記コーン体窄み部と前記テーパーバー窄み部は曲線状とするのが好ましい。 Further, in the water flow cone body incorporating the rectifier of the present invention, the cone body constricted portion and the tapered bar constricted portion are preferably curved.
本発明の水流コーン体によれば、整流装置におけるテーパーバーとガイドベーンにより、水流コーン体内部を軸方向に沿って分割することができるため、水流コーン体の内面に水流コーン体内部を通過する吸引水が衝突しにくくなり、吸引水の渦流発生を抑制できる。これにより、水流コーン体内部での吸引水の流れが高速化し、水流コーン体内部で水力エネルギーの損失を抑制できる。その結果、水流コーン体を備えた装置(例えば、水中発電装置や揚水ポンプ装置)の水力エネルギーの利用効率を向上させることができる。 According to the water flow cone body of the present invention, the inside of the water flow cone body can be divided along the axial direction by the taper bar and the guide vane in the rectifier, so that the water flow cone body passes through the inside of the water flow cone body. Suction water is less likely to collide and vortex generation of suction water can be suppressed. Thereby, the flow of the suction water inside the water flow cone body is accelerated, and the loss of hydraulic energy can be suppressed inside the water flow cone body. As a result, it is possible to improve the utilization efficiency of hydraulic energy of a device (for example, an underwater power generation device or a pumping pump device) provided with a water flow cone body.
また、本発明の水流コーン体は、先端部の口径を後端部の口径よりも小さくしているため、口径の狭い先端側から口径の広い後端側に向けて送水でき、周知であるベルヌーイの定理によって、先端付近で高速の水流を得ることができる。そのため、水流コーン体を備えた装置の水力エネルギーの利用効率の向上に貢献する。 Further, since the diameter of the front end portion of the water flow cone body of the present invention is smaller than the diameter of the rear end portion, water can be fed from the front end side having a smaller diameter toward the rear end side having a larger diameter, and the well-known Bernoulli By this theorem, a high-speed water flow can be obtained near the tip. Therefore, it contributes to the improvement of the utilization efficiency of the hydraulic energy of the apparatus provided with the water flow cone body.
また、本発明の水流コーン体は、外面および内面が先端側から後端側に向けてテーパ状に拡径するコーン体拡径部と、コーン体拡径部から後端部まで外面および内面が凹状になることなく漸次縮径するコーン体窄み部とを有し、整流装置のテーパーバーは、外面が先端側から後端側に向けてテーパ状に拡径するテーパーバー拡径部と、該テーパーバー拡径部から後端部まで外面が凹状に漸次縮径するテーパーバー窄み部とを有するため、水流コーン体の後端側の内部では流れる吸引水が高圧になり、水流コーン体の後端側の外部では、流水が低圧になる。そのため、水流コーン体の後端部では、内部と外部で大きな圧力差が生じ、この圧力差で、水流コーン体の内部の吸引水が水流コーン体の外部の水流に吸引されやすくなる。この結果、水流コーン体後端部からの水の放出量を増大させて、水流コーン体を備えた装置の水力エネルギーの利用効率の向上に貢献する。 Further, the water flow cone body of the present invention has an outer surface and an inner surface, the outer surface and the inner surface extending from the front end side to the rear end side in a tapered shape, and the outer surface and the inner surface from the cone body expanded portion to the rear end portion. A cone-squeezing portion that gradually decreases in diameter without becoming concave, and the taper bar of the rectifying device has a taper bar widening portion whose outer surface expands in a tapered shape from the front end side toward the rear end side; Since the taper bar constriction part whose outer surface gradually decreases in a concave shape from the tapered bar enlarged diameter part to the rear end part, the suction water flowing inside the rear end side of the water cone body becomes high pressure, and the water cone body Outside the rear end side, the flowing water is at a low pressure. Therefore, a large pressure difference is generated between the inside and outside of the rear end portion of the water flow cone body, and the suction water inside the water flow cone body is easily sucked into the water flow outside the water flow cone body by this pressure difference. As a result, the amount of water discharged from the rear end portion of the water flow cone body is increased, which contributes to the improvement of the utilization efficiency of the hydraulic energy of the device provided with the water flow cone body.
また、本発明の整流装置を内蔵した水流コーン体は、コーン体窄み部とテーパーバー窄み部を曲線状にすると、流体の流れがスムーズになり、水流コーン体の後端部で圧力差を生じさせやすくなり、水流コーン体の内部の水が水流コーン体の外部の水に吸引されやすくなる。この結果、水流コーン体後端部からの水の放出量を増大しやすくなり、水流コーン体を備えた装置の水力エネルギーの利用効率の向上に貢献する。 Further, the water flow cone body incorporating the rectifying device of the present invention has a curved flow at the cone body constricted portion and the tapered bar constricted portion, so that the flow of fluid becomes smooth, and the pressure difference at the rear end portion of the water flow cone body. The water inside the water flow cone body is easily sucked into the water outside the water flow cone body. As a result, the amount of water released from the rear end portion of the water flow cone body can be easily increased, which contributes to the improvement of the utilization efficiency of the hydraulic energy of the device provided with the water flow cone body.
以下、図1〜図6を参照して、本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1に本発明の第1の実施形態として、整流装置2を内蔵した水流コーン体1を備える水中発電装置Gを示す。この水中発電装置Gは、図2に示すように、整流装置2を内蔵した4つの水流コーン体1が合流パイプ6により横並び(川幅方向)に接続されており、この合流用パイプ6に連結されたケーシング7と、ケーシング7に連結された吸引水用ストレーナー8と、吸引水用ストレーナー8の内部に配置され水中発電機11と、この水中発電機11に取り付けられて、ケーシング7の内部へ突出させたプロペラ水車9と、水中用発電機11から電力が送電される送電コード12とで主要部が構成されている。水中発電装置Gは、設置用支柱13(図1を参照)を介して浅瀬の川底R(図1を参照)に設置されている。
FIG. 1 shows an underwater power generation apparatus G including a water
図1〜図3中の矢印3は、各水流コーン体1の外部を含む水中発電装置Gの外部を流れる流水を示し、矢印4は、吸引水用ストレーナー8から吸い込まれ、プロペラ水車9を介して各水流コーン体1の内部を通過する吸引水を示し、図中の符号5(図1を参照)は、流水面を示している。
1 to 3 indicate flowing water flowing outside the underwater power generation apparatus G including the outside of each water
図3に水流コーン体1の拡大図を示す。この水流コーン体1は、円錐状に形成された筒状をなし、水流コーン体1は、先端側(図中左側)で窄んだ漏斗状で、先端部1cの口径が後端部1dよりも小さい。また、水流コーン体1は、外面1aおよび内面1bが先端側から後端側に向けてテーパ状に拡径するコーン体拡径部10aと、コーン体拡径部10aから後端部1dまで外面1aおよび内面1bが凹状でない滑らかな円弧状(曲線状)に漸次縮径するコーン体窄み部10bとを有する。この水流コーン体1の内部に水流コーン体1の軸方向に伸びる整流装置2が配置されている。水流コーン体1の材質は、内部を流れる水圧に耐え得る剛性を備えたものであれば、特に限定されるものではなく、例えば、鉄などの金属で成形することができる。なお、図3に示す水流コーン体1のA−A線断面図を図4に示した。
FIG. 3 shows an enlarged view of the water
整流装置2は、図3に示すように、先端側と後端側が窄んで、先端部2cと後端部2dの径方向寸法が略同一となったバー状をなし、軸方向に沿って伸びるテーパーバー2aと、テーパーバー2aに軸方向に伸びるように形成され、かつテーパーバー2aに周方向で90°間隔に配置された4つのガイドベーン2bとを有する。テーパーバー2aは、外面20cが先端側からコーン体窄み部10bの軸方向開始端10cよりわずかに先端側に位置する部位(以下、テーパーバー窄み部20bの軸方向開始端20dとする)に向けて後端側へテーパ状に拡径するテーパーバー拡径部20aと、テーパーバー拡径部20aから後端部2dまで外面20cが滑らかな凹弓状(曲線状)に漸次縮径するテーパーバー窄み部20bとを有する。テーパーバー拡径部20aのテーパ角度は、テーパーバー拡径部20aの外面20cと水流コーン体1の内面1bとの間の吸引水4用通路の幅が先端側から後端側に向けて大きくなるように設計されており、テーパーバー拡径部20aの軸方向領域にガイドベーン2bが設けられている。
As shown in FIG. 3, the rectifying
整流装置2の水流コーン体1内部への固定は、水流コーン体1の先端部1cから整流装置2を、後端部2dを先頭にして押し込んでいくことにより行う。そのため、ガイドベーン5は、軸方向で水流コーン体1の内面1bに密着するように吸引水4用通路の幅に応じて成形されており、先端側から後端側に向けて径方向寸法が大きくなっている。整流装置2は、水流コーン体1の内部を流れる吸引水4の水圧に耐え得る剛性を備えたものであれば特に限定されるものではなく、例えば、鉄やプラスチックなどで成形することが可能である。
The
本実施形態の場合、水流コーン体1の内部に整流装置2を配置しているため、整流装置2のテーパーバー2aと4つのガイドベーン2bとで水流コーン体内部の空間を周方向に、かつ、軸方向に沿って分割することができ、これにより、水流コーン体1のテーパ角度を低減することができる。その結果、水中発電装置Gが作動して吸引水用ストレーナー8から吸い込まれた吸引水4は、水流コーン体1の内面1bに衝突しにくくなり、渦流発生が抑制される。これにより、水流コーン体1内部での吸引水4の流れが高速化し、水流コーン体1内部で水力エネルギーの損失を抑制できる。その結果、水中発電装置Gの水力エネルギーの利用効率を向上させることができる。
In the case of this embodiment, since the
各水流コーン体1の外面1aに沿って流れる流水3は、コーン体窄み部10bの軸方向開始端10cに達して屈曲する際に、周知のコアンダ効果によって低圧水流になり(図中矢印L1で示す)、そのまま、コーン体窄み部10bの外面1aに沿って後端側へ惰性で流れる。そのため、また、水中発電装置Gが作動して吸引水用ストレーナー8から水が吸い込まれると、水流コーン体1の内面1bと整流装置2の外面20cとの間を流れる吸引水4がテーパーバー2aの後端部2d側に吸引され、各水流コーン体1の外部に放水される。
The flowing
一方、吸引水4において、水流コーン体1の内面1bに沿って流れる吸引水4は、コーン体窄み部10bの軸方向開始端10cに達して屈曲する際、周知である流線曲率の定理によって、高圧水流となる(図中矢印H1で示す)。また、吸引水4において、整流装置2のテーパーバー2aの外面20c側を流れる吸引水4は、テーパーバー窄み部20bの軸方向開始端20dに達して屈曲する際、周知である流線曲率の定理によって、高圧水流となる(図中矢印H2で示す)。この矢印H2で示す高圧水流は、矢印H1で示した高圧水流(水流コーン体1の内面1bに沿って流れる吸引水4)と合流する。
On the other hand, in the
この結果、水流コーン体1の後端側では、水流コーン体1の外側を流れる流水3と内側を流れる吸引水4との間で圧力差が生じ、高圧の吸引水4が低圧の流水3に吸引されやすくなり、水流コーン体1の後端部1dから放出されやすくなる。そのため、水流コーン体1に本実施形態にかかる整流装置2を配置しない場合と比べて、水流コーン体1の後端部1dから放出される水の量が増大し、水中発電装置Gの水力エネルギーの利用効率の向上に大きく貢献する。
As a result, on the rear end side of the water
また、水流コーン体1のコーン体窄み部10bは外面1aおよび内面1bを円弧状にしており、整流装置2のテーパーバー2aのテーパーバー窄み部20bは凹弓状に成形されているため、流水3および吸引水4の流れがスムーズになり、水流コーン体1の後端部1dで流水3と吸引水4との間の圧力差を生じさせやすくなり、水流コーン体1内部の吸引水4が水流コーン体1外部の流水3に吸引されやすくなる。この結果、水流コーン体1の後端部1dからの水の放出量が増大しやすくなり、水流コーン体1を備えた装置の水力エネルギーの利用効率の向上に貢献する。
Further, the cone body constricted
また、吸引水4は、口径の狭い先端部1cから口径の広い後端部1dに向けて放水されるため、周知であるベルヌーイの定理によって、先端部1c付近で高速の水流を得ることができる。そのため、水中発電装置Gの水力エネルギーの利用効率の向上に貢献する。
Further, since the
以上のように、本実施形態の水流コーン体1は、先端側が窄んだ円錐筒状の形状による吸引水4の先端側での高速化、整流装置2のテーパーバー2aおよびガイドベーン2bによる吸引水4の渦流の発生防止、および、水流コーン体1のコーン体窄み部10bと整流装置2のテーパーバー窄み部20bで水流コーン体1の後端側で吸引水4の圧力を高圧にして流水3の圧力を低圧にすることによる、水流コーン体1の後端部1dからの吸引水4の放出量の増大により、水中発電装置Gの水力エネルギーの利用効率を大きく向上させることができる。
As described above, the water
さらに、本実施形態では、それぞれの水流コーン体1から得られた高速の水流を合流用パイプ6によって合流させることで、倍加された水力でプロペラ水車9および水中用発電機11をそれぞれ駆動および発電させることができる。さらに、本実施形態では、河川等の流水による水力エネルギーを軽便に活用でき、自然環境への問題に対応できる。
Furthermore, in this embodiment, the high-speed water flow obtained from each water
なお、本実施形態では、水流コーン体1では、コーン体拡径部10aの軸方向長さをコーン体窄み部10bの長さの約3倍の長さとし、整流装置2では、テーパーバー拡径部20aの長さをテーパーバー窄み部20bの長さの約2.5倍としている。しかし、水流コーン体1の後端部1dからの吸引水4の放出量の増大という目的が達成できるのであれば、水流コーン体1のコーン体拡径部10aやコーン体窄み部10bの長さ、整流装置2のテーパーバー拡径部20aやテーパーバー窄み部20bの長さは特に限定されるものではない。
In the present embodiment, in the water
また、本実施形態では、水流コーン体1を4つ使用しているが、配置スペースや用途に応じて、1つや2つ、あるいは5つ以上など、適宜に変更が可能である。
Moreover, in this embodiment, although the four water
図5に本発明の第2の実施形態として、整流装置2を内蔵した水流コーン体1を備える水中発電装置G1を示す。本実施形態において、図1〜図4に示す第1の実施形態と同じ部位および機能を有する部品については同じ符号を付して詳細な説明を省略し、第1の実施形態とは異なる構成や効果についてのみ説明する。
As a second embodiment of the present invention, FIG. 5 shows an underwater power generation apparatus G1 including a water
本実施形態では、水流コーン体1を、図1の第1の実施形態に示す川床固定型の水中発電装置Gに代えてフロート用の水中発電装置G1に適用する点で、第1の実施形態と相違しており、水流コーン体1は、図3に示す第1の実施形態の水流コーン体1と同じである。
In the present embodiment, the water
水中発電装置G1は、図1に示す第1の実施形態と異なり、使用している水流コーン体1は1つであり、この水流コーン体1に連結されたケーシング17と、ケーシング17に連結された吸引水用ストレーナー18と、吸引水用ストレーナー18の内部に配置され水中発電機15と、この水中発電機15に取り付けられて、ケーシング17の内部へ突出させたプロペラ水車19と、水中発電機15から電力が送電される送電コード25とで主要部が構成されている。この水中発電装置G1は、フロート23に支持板24を介して取り付けられており、係留用ロープ21およびアンカーブロック22を用いて、水深の深い川底Rに潜水状態で係留されている。
Unlike the first embodiment shown in FIG. 1, the underwater power generation apparatus G <b> 1 has one water
なお、本実施形態では、水流コーン体1を1つとしているが、複数用いることも可能である。また、本発明は、ここで挙げた水中発電装置G、G1の形態に限らず、他の形態の水中発電装置であってもよく、水中発電装置に限らず、揚水ポンプ装置などにも適用可能である。
In addition, in this embodiment, although the water
1 水流コーン体
1a 外面
1b 内面
1c 先端部
1d 後端部
2 整流装置
2a テーパーバー
2b ガイドベーン
2c 先端部
2d 後端部
3 流水
4 吸引水
5 流水面
6 合流用パイプ
7、17 ケーシング
8、18 吸引水用ストレーナー
9、19 プロペラ水車
10a コーン体拡径部
10b コーン体窄み部
10c コーン体窄み部の軸方向開始端
11、15 水中発電機
12、25 送電コード
13 設置用支柱
20a テーパーバー拡径部
20b テーパーバー窄み部
20c 外面
20d テーパーバー窄み部の軸方向開始端
21 係留用ロープ
22 アンカーブロック
23 フロート
24 支持板
G、G1 水中発電装置
R 川床
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記水流コーン体は、先端部の口径が後端部の口径よりも小さく、かつ
外面および内面が先端側から後端側に向けてテーパ状に拡径するコーン体拡径部と、
該コーン体拡径部から後端部まで外面および内面が凹状になることなく漸次縮径するコーン体窄み部とを有し、
前記整流装置は、
前記水流コーン体の軸方向に沿って伸びるテーパーバーと、該テーパーバーに軸方向に伸びるように形成されたガイドベーンとを含み、
前記テーパーバーは、
外面が先端側から後端側に向けてテーパ状に拡径するテーパーバー拡径部と、
該テーパーバー拡径部から後端部まで外面が凹状に漸次縮径するテーパーバー窄み部とを有する
ことを特徴とする整流装置を内蔵した水流コーン体。 It has a cylindrical shape, and includes a water flow cone body for supplying water from the front end side to the rear end side, and a rectifier arranged inside the water flow cone body,
The water cone body has a cone body diameter-enlarged portion in which the diameter of the front end portion is smaller than the diameter of the rear end portion, and the outer surface and the inner surface increase in a taper shape from the front end side toward the rear end side;
A cone-constricted portion that gradually decreases in diameter from the cone-diameter enlarged portion to the rear end portion without being concave on the outer surface and the inner surface;
The rectifier is
A tapered bar extending along the axial direction of the water cone body, and a guide vane formed on the tapered bar so as to extend in the axial direction,
The taper bar is
A taper bar diameter-expanding portion whose outer surface expands in a tapered shape from the tip side toward the rear end side;
A water flow cone body with a built-in rectifier, comprising: a tapered bar constricted portion whose outer surface gradually decreases in a concave shape from the tapered bar enlarged diameter portion to the rear end portion.
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