JP2013189888A - 小水力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 効率のよい発電を可能とする小水力発電装置を提供する。
【解決手段】 小水力発電装置1は、主配管2と、主配管2と平行に配置されたバイパス配管3と、主配管内に配された回転羽根6と、回転羽根6に一体化された回転軸7と、回転軸7に取り付けられた発電機8とを備えている。主配管2の回転羽根6よりも上側の部分の内周には、螺旋リブ2aが設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、小水力発電装置に関し、より詳細には、配管の途中に発電機を設置して小水力での発電を行う小水力発電装置に関する。

従来より、上下水道や農業用水、工場排水などの水力を利用した小水力発電が行われており、小さい水力であっても効率よく発電するための技術開発が進んでいる。

例えば、特許文献１には、軸受における摩擦損失を少なくする発電機が開示されている。この中で、回転するプロペラブレードと、プロペラブレードに適した角度に水流を案内するガイドベーンを設けた構成が記載されている。

特開２００８−１４２４６公報

しかしながら、重力式自然排水の途中に特許文献１に示されているような発電機を設けると、これが排水の妨げになり、発電機の上流側が満水状態になりやすいという課題がある。そのため、必要以上に大きな空間を有する大型の発電機が必要となる場合がある。大型の発電機は回転させるために高トルクが必要となり、少量の排水においてはエネルギー変換効率を損なう。

また、発電機付近など、配管の一部が満水状態となると、空気の逃げ場がなくなるために流入可能な水量が極端に落ち、発電量も小さくなるといった悪循環に陥る可能性がある。

本発明の目的は、上記問題を解消して、効率のよい発電を可能とする小水力発電装置を提供することにある。

この発明による小水力発電装置は、配管途中に配された回転羽根を水流で回転させることで発電する小水力発電装置において、羽根の上流側の配管の内面の少なくとも一部に、水流を旋回流とするための螺旋リブが設けられており、回転羽根は、旋回流と同じ方向となるように形成されていることを特徴とするものである。

上流側の配管の螺旋リブによって、流入した排水が管壁に沿って旋回流となりながら流下する。旋回流により、流下先に設けられた回転羽根に適した角度で水を当てることができ、さらに、上流側の管中央に常に空気芯が形成される効果も得られる。

また、回転羽根の上流に位置する配管に分岐を設け、回転羽根を通過後の配管と合流するようにバイパス配管を設けることにより、回転羽根の抵抗で羽根付近が満水状態になった場合においても、バイパス配管によって空気の移動経路を確保することができる。

上流側の配管において螺旋リブを設ける範囲は特に限定されないが、旋回流を維持するためになるべく広域に渡って設ける方が好ましい。また、螺旋リブは連続的であっても、断続的であっても構わない。

また、上流側のみならず、バイパス配管内や下流側においても螺旋リブを設けておく方が空気の移動経路を確保のために望ましい。

配管の材質は特に限定されないが、螺旋リブを管内面の広域にわたって形成するためには、金属に対して加工性やコストの観点で有利な合成樹脂製である方が望ましい。さらに、合成樹脂製であれば錆により表面の平滑性が失われる心配がなく、旋回流が維持されやすい。

回転羽根の形状はプロペラ状や、スクリュー状など特に限定されないが、旋回流を効率よく受け止めるためにスクリュー状であることが望ましい。

発電機は、特に限定されるものではなく、公知のものを適宜使用することができる。

本発明によれば、旋回流により、流下先に設けられた回転羽根に適した角度で水を当てることができるので、発電効率を上げることができる。さらに、上流側の管中央に常に空気芯が形成されるので、満水状態となることによる発電量の低下が抑えられ、これによっても、発電効率を上げることができる。

図１は、この発明による小水力発電装置を模式的に示す図である。

この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。

図１は、この発明の小水力発電装置を示している。

小水力発電装置(1)は、鉛直に配置された主配管(2)と、主配管(2)と平行に配置されかつ上端が主配管(2)の上端よりも下方にあるバイパス配管(3)と、主配管(2)の中間部からバイパス配管(3)の上端に通じる分岐配管(4)と、主配管(2)の下部からバイパス配管(3)の下部に通じる合流配管(5)と、主配管(4)内の分岐配管設置部と合流配管設置部との間に配された回転羽根(6)と、回転羽根(6)の回転を電力に変換する発電機(7)とを備えている。

この小水力発電装置(1)は、高層建物における雨水排水管や高架道路の排水管などに取り付けることによって、小規模な水力発電を可能とするもので、主配管(2)の上端開口から水が導入されて、この水流が回転羽根(6)を回転させることで、発電するようになっている。

主配管(2)の上部（回転羽根(6)よりも上側の部分）の内周には、管軸に対し所定の傾斜角を持つ螺旋リブ (2a)が設けられている。また、バイパス配管(3)、分岐配管(4)および合流配管(5)にも、それぞれ螺旋リブ(3a) (4a) (5a)が設けられている。主配管(2)の上部およびバイパス配管(3)は、それぞれ、適宜な数の螺旋リブ付き管(11)が継手(12)で接続されることで形成されている。継手(12)の内周にも螺旋リブ(12a)が設けられている。

回転羽根(6)は、スクリュー状（図示は、２枚の羽根を螺旋状に巻き付けたもの）とされている。主配管(2)の上部に螺旋リブ(2a)が設けられていることにより、主配管(2)内の水流は、旋回流となって回転羽根(6)に衝突する。回転羽根(6)は、螺旋リブ(12a)によって形成される旋回流と同じ方向となる（旋回流が時計回りであれば回転羽根(6)も時計回りに回転する）ように形成されている。

発電機(7)の回転軸(7a)は、増速機(8)を介して回転羽根(6)に一体に設けられた回転軸(6a)に接続されている。発電機(7)としては、三相永久磁石式同期発電機、三相誘導発電機などを適宜使用することができる。

螺旋リブ(2a) (3a) (4a) (5a)付きの配管(2)(3)(4)(5)としては、鋼管の内面に塩化ビニルでライニングを施したライニング鋼管が使用されている。ライニング鋼管は、内面に突起をもった塩化ビニル製のパイプを押出成形し、軸方向に回転させながら引き取り、硬化させることによって螺旋リブを形成し、さらに、塩化ビニル製のパイプの外面に接着剤を塗布し、鋼管の中に挿入することで作成することができる。鋼管などの金属管だけを使用して、その内周を削ることで、螺旋リブを形成するようにしてもよい。

この小水力発電装置(1)によると、主配管(2)の上端開口から導入された水は、主配管(2)内を下方に流れ、この水流は、螺旋リブ(2a)によって旋回流とされて、回転羽根(6)に適した角度で回転羽根(6)に当たり、これを回転させる。そして、この回転羽根(6)の回転が電力に変換される。旋回流の中心には、空気芯が形成され、水流は、主配管(2)内をスムーズに流下して、回転羽根(6)には旋回流が継続して当てられる。水の増加に伴って、回転羽根(6)付近で主配管(2)が満水状態となることがあるが、この場合には、バイパス配管(3)を通って水が排出されるので、空気の移動経路も確保され、回転羽根(6)を回転させるための水量の低下（すなわち発電量の低下）が防止される。こうして、小水力を利用してかつ効率のよい発電装置を得ることができる。

なお、図１において、全ての配管(2)(3)(4)(5)を螺旋リブ(2a) (3a) (4a) (5a)付きとしているが、螺旋リブ付きとするのは、回転羽根(6)よりも上流側にある主配管(2)の一部だけであってもよい。また、継手(12)の螺旋リブ(12a)は省略してもよい。回転羽根(6)は、複数枚の羽根を螺旋状に巻き付けたものに代えて、複数枚の羽根を放射状に配置したものとしてもよい。

Claims (6)

1. 配管途中に配された回転羽根を水流で回転させることで発電する小水力発電装置において、羽根の上流側の配管の内面の少なくとも一部に、水流を旋回流とするための螺旋リブが設けられており、回転羽根は、旋回流と同じ方向となるように形成されていることを特徴とする小水力発電装置。
2. 配管の回転羽根の上流に位置する部分から分岐して回転羽根の下流に位置する部分に合流するバイパス配管が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の小水力発電装置。
3. 回転羽根の分岐部よりも更に上流にある配管の少なくとも一部に、螺旋リブが設けられていることを特徴とする請求項２に記載の小水力発電装置。
4. 回転羽根の上流に設けられた分岐部を構成する継手の内部に、螺旋リブが設けられていることを特徴とする請求項２または３に記載の小水力発電装置。
5. バイパス配管に、螺旋リブが設けられていることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の小水力発電装置。
6. 螺旋リブが合成樹脂製とされていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の小水力発電装置。

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