JP2013189972A - Hydraulic power generation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水力発電装置に関し、特に、らせん翼が設けられた水力発電装置に関する。 The present invention relates to a hydroelectric generator, and more particularly to a hydroelectric generator provided with a spiral blade.
一般的には、大規模なダムを建設して数MW〜数千MWの大電力を発生させる水力発電が知られている。このような大規模な水力発電以外にも、比較的小落差あるいは小水量の水流を利用して100kW以下の発電を行なう小水力発電がある。小水力発電用の水車には、大型の水力発電と同様のペルトン水車、フランシス水車またはカプラン水車を小型化した水車が用いられる。その他、中規模以下の水力発電に適したクロスフロー水車またはバルブ水車などが用いられる。これらの水車を用いた水力発電では、閉鎖された水路を設けて水流を水車に導く必要がある。 In general, hydroelectric power generation is known in which a large-scale dam is constructed to generate a large power of several MW to several thousand MW. In addition to such a large-scale hydropower generation, there is a small hydropower generation that generates power of 100 kW or less using a relatively small drop or a small amount of water flow. As a water turbine for small hydroelectric power generation, a water turbine that is the same as a large hydroelectric power generation, a Pelton turbine, a Francis turbine, or a Kaplan turbine is used. In addition, a cross-flow turbine or a valve turbine suitable for medium-scale or smaller hydropower generation is used. In hydroelectric power generation using these water wheels, it is necessary to provide a closed water channel and guide the water flow to the water wheel.
一方、発電規模はさらに小さくなるが、農業用水路のような開水路に設置するタイプの水車として上掛け水車、下掛け水車、らせん水車などがある。特に下掛け水車とらせん水車を用いれば、1m前後、あるいは1m以下の低落差で発電が可能となる。 On the other hand, although the scale of power generation is further reduced, there are a top turbine, a bottom turbine, and a spiral turbine as a type of turbine installed in an open channel such as an agricultural channel. In particular, if an underwater turbine and a spiral turbine are used, power generation is possible with a low head of about 1 m or 1 m or less.
特開2009−221882号公報(特許文献1)、特開2007−154862号公報(特許文献2)、特開昭63−57874号公報(特許文献3)、大正14年実用新案出願公告第9356号公報(特許文献4)は、らせん水車に関する技術を開示する。 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2009-221882 (Patent Document 1), Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2007-154862 (Patent Document 2), Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 63-57874 (Patent Document 3), Japanese Utility Model Application Publication No. 9356 The gazette (patent document 4) discloses a technique related to a spiral water turbine.
例えば、特開2009−221882号公報の図1に示されるように、らせん水車を用いた水力発電装置は、発電機と、らせん水車からの駆動力を発電機に伝達するためのシャフトおよび増速機とを備える。したがって、水力発電装置を設置する際には、らせん水車を設置する場所に加えて、発電機、シャフトおよび増速機を設置する場所を確保する必要がある。特に通常の発電機や増速機は水没を想定した設計とはなっていないため水面より上方に設置する必要があり、水車本体とこれらの機器を連結するシャフトは十分に長くなければならない。しかしながら、らせん水車を用いた水力発電装置は、農業用水路のような狭い空間に設置することが想定されているため、水力発電装置を小さく構成することが望ましい。 For example, as shown in FIG. 1 of JP-A-2009-221882, a hydraulic power generation apparatus using a spiral water turbine includes a generator, a shaft for transmitting driving force from the spiral water turbine to the generator, and a speed increasing speed. Equipped with a machine. Therefore, when installing the hydroelectric generator, it is necessary to secure a place for installing the generator, the shaft, and the speed increaser in addition to the place for installing the spiral water turbine. In particular, ordinary generators and gearboxes are not designed to be submerged, so it is necessary to install them above the water surface, and the shaft connecting the turbine body and these devices must be long enough. However, since it is assumed that the hydroelectric generator using a spiral water turbine is installed in a narrow space such as an agricultural waterway, it is desirable to configure the hydroelectric generator to be small.
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、水力発電装置を小型化することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to reduce the size of a hydroelectric generator.
ある実施例において、水力発電装置は、外周にらせん翼が設けられ、らせん翼に向かう水流によって回転する中空軸と、中空軸の内部に設けられた発電機と、中空軸の内部において、中空軸の上流側端部と発電機との間に設けられ、中空軸からの駆動力を発電機に伝達する伝達部材とを備える。 In one embodiment, the hydroelectric generator includes a hollow shaft provided with a spiral blade on the outer periphery, rotated by a water flow toward the spiral blade, a generator provided inside the hollow shaft, and a hollow shaft inside the hollow shaft. And a transmission member that is provided between the upstream end portion and the generator and transmits the driving force from the hollow shaft to the generator.
この構成によると、発電機と伝達部材とが中空軸内に収められている。そのため、水力発電装置の大きさを、中空軸の大きさと同等にできる。その結果、水力発電装置を小型化できる。 According to this configuration, the generator and the transmission member are housed in the hollow shaft. Therefore, the size of the hydroelectric generator can be made equal to the size of the hollow shaft. As a result, the hydroelectric generator can be reduced in size.
別の実施例において、水力発電装置は、回転不能に固定され、中空軸を軸方向に貫通する固定軸をさらに備える。発電機は、伝達部材に連結されたロータと、固定軸に固定されたステータとを含む。 In another embodiment, the hydroelectric generator further includes a fixed shaft that is fixed to be non-rotatable and penetrates the hollow shaft in the axial direction. The generator includes a rotor connected to the transmission member, and a stator fixed to the fixed shaft.
この構成によると、中空軸を支持する軸と、発電機を支持する軸とに共通の固定軸が用いられる。これにより、水力発電装置の構成を簡素化できる。 According to this configuration, a common fixed shaft is used for the shaft that supports the hollow shaft and the shaft that supports the generator. Thereby, the structure of a hydroelectric generator can be simplified.
さらに別の実施例において、伝達部材は、変速機である。
この構成によると、変速機により、中空軸の回転速度を所望の速度に変えて、発電機に伝達できる。
In yet another embodiment, the transmission member is a transmission.
According to this configuration, the rotational speed of the hollow shaft can be changed to a desired speed and transmitted to the generator by the transmission.
さらに別の実施例において、変速機の変速比は、1よりも小さい。
この構成によると、中空軸の回転速度を増速して発電機に伝達できる。
In yet another embodiment, the transmission gear ratio is less than one.
According to this configuration, the rotation speed of the hollow shaft can be increased and transmitted to the generator.
さらに別の実施例において、変速機は、遊星歯車を含む。
この構成によると、遊星歯車を用いることにより、変速機の軸心と、中空軸の軸心とを同じにできる。そのため、水力発電装置を小型化できる。
In yet another embodiment, the transmission includes a planetary gear.
According to this configuration, the transmission shaft and the hollow shaft can be made the same by using the planetary gear. Therefore, the hydroelectric generator can be reduced in size.
さらに別の実施例において、変速機は、複数の遊星歯車を含む。
この構成によると、複数の遊星歯車を用いることにより、中空軸の回転速度を大きく増速あるいは減速して、発電装置に伝達できる。
In yet another embodiment, the transmission includes a plurality of planetary gears.
According to this configuration, by using a plurality of planetary gears, the rotational speed of the hollow shaft can be greatly increased or decreased and transmitted to the power generator.
さらに別の実施例において、変速機は、トラクションドライブを含む。
この構成によると、滑らかな回転を特徴とするトラクションドライブを用いることにより、回転振動を低減できる。
In yet another embodiment, the transmission includes a traction drive.
According to this configuration, rotational vibration can be reduced by using a traction drive characterized by smooth rotation.
さらに別の実施例において、変速機は、複数のトラクションドライブを含む。
この構成によると、複数のトラクションドライブを用いることにより、中空軸の回転速度を大きく増速あるいは減速して、発電装置に伝達できる。
In yet another embodiment, the transmission includes a plurality of traction drives.
According to this configuration, by using a plurality of traction drives, the rotational speed of the hollow shaft can be greatly increased or decreased and transmitted to the power generator.
さらに別の実施例において、水力発電装置は、中空軸の上流側端部の外径よりも広い範囲で中空軸の上流側端部を封止する第1の封止部材と、中空軸の下流側端部の外径よりも狭い範囲で中空軸の下流側端部を封止する第2の封止部材とをさらに備える。 In yet another embodiment, the hydroelectric generator includes a first sealing member that seals the upstream end of the hollow shaft in a range wider than the outer diameter of the upstream end of the hollow shaft, and a downstream of the hollow shaft. And a second sealing member that seals the downstream end of the hollow shaft within a range narrower than the outer diameter of the side end.
この構成によると、上流側端部では第1の封止部材により中空軸を覆い、下流側端部では中空軸により第2の封止部材を覆うことで、中空軸内部へ水が浸入し難くできる。 According to this configuration, the hollow shaft is covered with the first sealing member at the upstream end portion, and the second sealing member is covered with the hollow shaft at the downstream end portion, so that water hardly enters the hollow shaft. it can.
さらに別の実施例において、水力発電装置は、回転不能に固定され、中空軸を軸方向に貫通する固定軸と、中空軸の上流側端部において、固定軸と中空軸との間に設けられたオイルシールと、中空軸の下流側端部において、固定軸と中空軸との間に設けられた接触シール付軸受とをさらに備える。 In yet another embodiment, the hydroelectric generator is fixed between the fixed shaft and the hollow shaft at the upstream end of the hollow shaft, and the fixed shaft that is fixed so as not to rotate and penetrates the hollow shaft in the axial direction. And a bearing with a contact seal provided between the fixed shaft and the hollow shaft at the downstream end of the hollow shaft.
この構成によると、発電機および伝達部材に近い上流側端部では、発電機および伝達部材付近への水の浸入をオイルシールによって防ぐことができる。発電機および伝達部材から遠い下流側端部では、接触シール付軸受によってある程度の水の浸入を防ぎつつも、防水性を落とすことによって摩擦抵抗を小さくすることができる。 According to this configuration, the oil seal can prevent water from entering the vicinity of the generator and the transmission member at the upstream end near the generator and the transmission member. At the downstream end far from the generator and the transmission member, the friction resistance can be reduced by reducing the waterproofness while preventing a certain amount of water from entering by the bearing with the contact seal.
さらに別の実施例において、水力発電装置は、中空軸よりも上流に設けられ、中空軸の軸心よりも下方の部位のみに取水口が設けられる枠部材をさらに備える。 In yet another embodiment, the hydroelectric generator further includes a frame member that is provided upstream of the hollow shaft and that has a water intake port only at a site below the axial center of the hollow shaft.
この構成によると、下側のらせん翼に向かう水量を、上側のらせん翼に向かう水量よりも多くできる。そのため、上側のらせん翼に向かう水による回転抵抗を低減できる。そのため、水力発電装置の発電効率を向上できる。 According to this configuration, the amount of water toward the lower spiral wing can be made larger than the amount of water toward the upper spiral wing. Therefore, it is possible to reduce the rotational resistance due to water toward the upper spiral blade. Therefore, the power generation efficiency of the hydroelectric power generation device can be improved.
さらに別の実施例において、水力発電装置は、らせん翼よりも径方向において外側に設けられた円筒状の壁部をさらに備える。 In yet another embodiment, the hydroelectric generator further includes a cylindrical wall portion provided on the outer side in the radial direction than the spiral blade.
この構成によると、径方向において外側からの水の浸入を円筒状の壁部によって防ぐことができる。よって、らせん翼と中空軸とから構成される水車の回転抵抗の増加を抑制できる。よって、水力発電装置の発電効率を向上できる。 According to this configuration, intrusion of water from the outside in the radial direction can be prevented by the cylindrical wall portion. Therefore, it is possible to suppress an increase in the rotational resistance of the water turbine composed of the spiral blade and the hollow shaft. Therefore, the power generation efficiency of the hydroelectric generator can be improved.
さらに別の実施例において、壁部は、らせん翼と一体的に形成される。
この構成によると、らせん翼と壁部との間に隙間を生じさせないようにできる。そのため、水の流出を防ぐことができる。よって、らせん翼と中空軸とから構成される水車を回転させるのに用いられる水の量の低下を抑制できる。よって、水力発電装置の発電効率を向上できる。
In yet another embodiment, the wall is formed integrally with the helical wing.
According to this configuration, it is possible to prevent a gap from being generated between the spiral blade and the wall portion. Therefore, the outflow of water can be prevented. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the amount of water used to rotate the water wheel composed of the spiral blade and the hollow shaft. Therefore, the power generation efficiency of the hydroelectric generator can be improved.
さらに別の実施例において、水力発電装置は、取水口の面積以上の面積を有する排水口が設けられた下流側枠部材をさらに備える。 In yet another embodiment, the hydroelectric generator further includes a downstream frame member provided with a drain outlet having an area equal to or larger than the area of the water intake.
この構成によると、排水口の面積は取水口の面積以上であるため、らせん翼に向かって流れた水がらせん翼周りに滞留せずに下流に向かって流れることができる。そのため、らせん翼と中空軸とから構成される水車の回転抵抗の増加を抑制できる。よって、水力発電装置の発電効率を向上できる。 According to this configuration, since the area of the drain port is equal to or larger than the area of the water intake port, the water flowing toward the spiral blade can flow downstream without staying around the spiral blade. For this reason, it is possible to suppress an increase in rotational resistance of the water turbine constituted by the spiral blade and the hollow shaft. Therefore, the power generation efficiency of the hydroelectric generator can be improved.
さらに別の実施例において、取水口の下端は解放される。
この構成によると、取水口にごみなどが堆積することを防ぐことができる。
In yet another embodiment, the lower end of the water intake is released.
According to this configuration, it is possible to prevent dust and the like from accumulating at the water intake.
さらに別の実施例において、水力発電装置は、中空軸の軸方向における端面を封止する蓋部材と、端面と蓋部材との間に設けられたOリングとをさらに備える。 In yet another embodiment, the hydroelectric generator further includes a lid member that seals an end face in the axial direction of the hollow shaft, and an O-ring provided between the end face and the lid member.
この構成によると、水の浸入を防止するためのOリングが中空部材の軸方向における端面に設けられる。そのため、Oリングを中空軸の外周面あるいは内周面に沿って移動させずに、Oリングを配置することができる。よって、作業性を良くすることができる。 According to this configuration, the O-ring for preventing water intrusion is provided on the end surface in the axial direction of the hollow member. Therefore, the O-ring can be arranged without moving the O-ring along the outer peripheral surface or the inner peripheral surface of the hollow shaft. Therefore, workability can be improved.
さらに別の実施例において、中空軸と蓋部材とは、端面に設けられたネジ穴に挿入されるボルトによって連結される。ネジ穴は、中空部材の軸方向における端部を貫通せず、Oリングよりも径方向において外側に設けられる。 In yet another embodiment, the hollow shaft and the lid member are connected by a bolt inserted into a screw hole provided in the end face. The screw hole does not penetrate the end of the hollow member in the axial direction, and is provided on the outer side in the radial direction than the O-ring.
この構成によると、ネジ穴は中空軸の端面を貫通していないため、ネジ穴からの水の浸入を防止することができる。 According to this configuration, since the screw hole does not penetrate the end surface of the hollow shaft, water can be prevented from entering from the screw hole.
さらに別の実施例において、中空軸と蓋部材とは、端面に設けられたネジ穴に挿入されるボルトによって連結される。ネジ穴は、中空部材の軸方向における端部を貫通し、Oリングよりも径方向において内側に設けられる。蓋部材とボルトとの間には、シールワッシャが挟み込まれる。 In yet another embodiment, the hollow shaft and the lid member are connected by a bolt inserted into a screw hole provided in the end face. The screw hole passes through the end of the hollow member in the axial direction and is provided on the inner side in the radial direction than the O-ring. A seal washer is sandwiched between the lid member and the bolt.
この構成によると、中空部材の軸方向における端部が薄いなどの理由から、端部をネジ穴が貫通せざるを得なくても、ネジ穴からの水の浸入を、Oリングとシールワッシャとにより防ぐことができる。 According to this configuration, even if the end of the hollow member in the axial direction is thin and the screw hole has to penetrate the end, water can enter from the screw hole with the O-ring and the seal washer. Can be prevented.
さらに別の実施例において、水力発電装置は、中空軸の軸方向における端面において、中空軸を回転可能に支持する蓋部材をさらに備える。 In yet another embodiment, the hydroelectric generator further includes a lid member that rotatably supports the hollow shaft at an end surface in the axial direction of the hollow shaft.
この構成によると、中空軸を外側から支持するので、中空軸の端面に開口を設けないようにできる。そのため、防水性が向上する。 According to this configuration, since the hollow shaft is supported from the outside, it is possible to avoid providing an opening on the end surface of the hollow shaft. Therefore, waterproofness improves.
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same parts are denoted by the same reference numerals. Their names and functions are also the same. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.
図1を参照して、水力発電装置10は、らせん水車12と、らせん水車を囲うフレーム14とを備える。らせん水車12は、フレーム14内で回転する。らせん水車12の回転によって得られた電力は、導線16を介して例えばインバータ18に伝えられる。インバータ18は、電流を整流し、照明等の電気機器に電力を供給する。
With reference to FIG. 1, the
らせん水車12は、20〜30度程度の適度な傾斜を有する開放水路に設置される。らせん水車12は、軸心程度まで水没するように設置される。水面が中空軸32の上端より高い位置にある場合、水面が軸を乗り越えるために抵抗となる一方、水面が軸心よりも著しく低いと、らせん水車12が受ける有効な水量が減少するため十分な発電量が得られないためである。傾斜がほとんどない水路にらせん水車12を設置する場合は、軸をフレームの底面に対して20〜30度程度傾斜させてもよい。
The
図2を参照して、らせん水車12についてさらに説明する。らせん水車12は、固定軸20と、らせん翼30と、中空軸32と、発電機40と、変速機50とを備える。
With reference to FIG. 2, the
固定軸20は、回転不能にフレーム14に固定され、中空軸32を軸方向に貫通する。らせん翼30は、中空軸32の外周面に設けられる。中空軸32は、円筒状の外径を有する。中空軸32は、らせん翼30に向かう水流によって回転するように、固定軸20により回転可能に支持される。固定軸20と中空軸32との間には、中空軸32の上流側端部および下流側端部のそれぞれにおいて、軸受34,36が設けられる。軸受34,36は、一例として、片側接触シール付軸受である。シールが外側になるように、軸受34,36が設けられる。なお、軸受の種類は片側接触シール付軸受に限定されない。シールを軸受の両側に設けてもよい。その他の種類の軸受を設けてもよい。
The fixed
中空軸32の上流側端部の開口は、蓋部材37により封止される。同様に、中空軸32の下流側端部の開口は、蓋部材38により封止される。
The opening at the upstream end of the
発電機40は、中空軸32の内部に設けられる。発電機40は、固定軸20に回転可能に支持され、かつ変速機50の出力側に連結されたロータ42と、固定軸20に固定されたステータ44とを含む。発電機40は、アウターロータ型の発電機である。発電機40は、ロータ42が回転することにより発電する。発電機40により発生された電力は、導線16を介してインバータ18に供給される。
The
変速機50は、中空軸32の内部において、中空軸32の上流側端部と発電機40との間に設けられ、中空軸32からの駆動力を発電機40のロータ42に伝達する。変速機50の入力側は、中空軸32に連結される。本実施の形態において、変速機50の変速比は1よりも小さい。すなわち、変速機50は、中空軸32の回転速度を増速して発電機40に伝達する。変速比は1以上であってもよい。また、変速比は変更可能であってもよい。変速比を変更可能にすれば、たとえば水量の変化に起因してらせん水車12の回転速度が変化しても、最も効率のよい速度で発電機40を駆動することができる。
The
本実施の形態に係る水力発電装置10においては、発電機40と変速機50とが中空軸32の内部に収められているため、水力発電装置10の大きさを、中空軸32の大きさと同等にできる。特に、水力発電装置10の長さを、中空軸32の長さと同等にできる。その結果、水力発電装置10を小型化できる。
In the
また、中空軸32を支持する軸と、発電機40を支持する軸とに共通の固定軸20が用いられるため、水力発電装置10の構成を簡素化できる。
Moreover, since the common fixed
図3を参照して、変速機50についてさらに説明する。変速機50は、第1遊星歯車51と、第2遊星歯車52とを含む。第1遊星歯車51のサンギヤ51Sならびに第2遊星歯車52のサンギヤ52Sは、固定軸20に回転不能に固定される。第1遊星歯車51のキャリア51Cは、中空軸32に連結される。第1遊星歯車51のリングギヤ51Rは、第2遊星歯車52のキャリア52Cに連結される。第2遊星歯車52のリングギヤ52Rは、発電機40のロータ42に連結される。
The
複数の遊星歯車を設けることにより、中空軸32の回転速度を大きく増速または減速させることができる。なお、第2遊星歯車52を設けずに、第1遊星歯車51のみを設け、第1遊星歯車51のリングギヤ51Rを発電機40のロータ42に連結するようにしてもよい。また、3つ以上の遊星歯車を図3に示す構成と同様の態様で連結するようにしてもよい。
By providing a plurality of planetary gears, the rotational speed of the
遊星歯車を用いて変速機50を構成することにより、変速機50の軸心と中空軸32の軸心とを同じにできる。そのため、らせん水車12の外径を大きくしなくても、中空軸32の内部に変速機50を収めることができる。したがって、水力発電装置10を小型化できる。
By configuring the
なお、遊星歯車の代わりに、トラクションドライブを用いて変速機50を構成してもよい。この場合、複数のトラクションドライブを繋いで変速機50を構成してもよい。滑らかな回転を特徴とするトラクションドライブを用いることにより、回転振動を低減できる。
Note that the
[変形例1]
図4を参照して、変形例1について説明する。変形例1は、前述の実施例と比較して、中空軸32の上流側端部の開口を封止する蓋部材60と、中空軸32の下流側端部の開口を封止する蓋部材62とが異なる。
[Modification 1]
A first modification will be described with reference to FIG. In the first modification, the
本変形例1において、蓋部材60は、中空軸32の上流側端部の外径よりも広い範囲で中空軸32の上流側端部を封止する。図4に示すように、蓋部材60の内径は中空軸32の外径と同じまたは略同じであり、蓋部材60は中空軸32の上流側端部を覆うように、その内周面において、中空軸32の外周面と対向する。
In the first modification, the
一方、蓋部材62は、中空軸32の下流側端部の外径よりも狭い範囲で中空軸32の下流側端部を封止する。図4に示すように、蓋部材62の外径は中空軸32の内径と同じまたは略同じであり、蓋部材62の外周面は、中空軸32の内周面と対向する。すなわち、中空軸32が蓋部材62を覆うように、蓋部材62が中空軸32の内側にはめ込まれる。
On the other hand, the
このようにすれば、水流の下流側に向かって、中空軸32と蓋部材60との隙間、および中空軸32と蓋部材62との隙間が形成される。言い換えると、水流の上流側に向かう隙間が形成されない。したがって、中空軸32内部へ水を浸入し難くできる。
In this way, a gap between the
[変形例2]
図5を参照して、変形例2について説明する。変形例2は、前述の実施例と比較して、中空軸32の上流側端部において、固定軸20と中空軸32との間にオイルシール70が設けられた点で相違する。
[Modification 2]
Modification 2 will be described with reference to FIG. Modification 2 is different from the above-described embodiment in that an
変形例2においても蓋部材60,62が用いられているが、蓋部材60,62の代わりに、図2に示す蓋部材37,38を用いてもよい。
Although the
図5に示すように、オイルシール70は、中空軸32の上流側端部のみにおいて設けられる。中空軸32の下流側端部には、オイルシール70は設けられず、片側接触シール付軸受36のみが設けられる。
As shown in FIG. 5, the
この構成によれば、発電機40および変速機50に近い上流側端部では、摩擦抵抗が増大するものの、防水性に優れたオイルシールによって発電機40および変速機50付近への水の浸入を防ぐことができる。一方、発電機40および変速機50から遠い下流側端部では、接触シール付軸受36によってある程度の水の浸入を防ぎつつも、防水性を低下させることによって摩擦抵抗を小さくすることができる。
According to this configuration, although the frictional resistance is increased at the upstream end near the
[変形例3]
図6を参照して、フレーム14の上流側の側面14Aは、中空軸32(らせん水車12)の軸心よりも下方の部位のみを開口させてもよい。開口の一例を図7に示す。この開口が取水口となり、らせん水車12に向かって水が流入する。取水口から流入した水は、重力によってらせん翼30を押してらせん水車12を回転させつつ下流方向に移動する。この水は概ねらせん水車12の軸心より下面に存在し続ける。
[Modification 3]
Referring to FIG. 6,
もし、らせん水車12の上半分に水が存在すると、上側の水は下側の水と逆の方向にらせん翼30を押そうとする成分が存在するため、抵抗となり水力発電装置10の効率を減少させる。したがって、らせん水車12の上半分に水が流入することは好ましくない。よって、水路の水量は、らせん水車12の上半分に水が流入しないように、らせん水車12の大きさに対してある程度小さいことが好ましい。そのため、水量が安定した専用の水路が必要であった。
If water is present in the upper half of the
しかしながら、フレーム14の上流側の側面14Aにおいて、下半分のみを開口させることで、水量を勘案した専用の水路を設けなくても、らせん水車12に適量の水を誘導することができる。例えば、土嚢や砂利などで作った簡易的な水路であっても、らせん水車12に適量の水を誘導することができる。そのため、発電効率を低下させることなく水力発電装置10を運用できる。特に、発電機40をらせん水車12の内部に設けた構造であれば、災害時に既存の水路に設置して非常用発電機として利用することができる。
However, by opening only the lower half on the
らせん水車12の最下端に達した水はフレーム14の下流側に設けられた、排水口としての開口から流出する。上流側の開口面積より下流側の開口面積が狭いと、水が蓄積され得る。蓄積された水は、抵抗となって、水力発電装置10の効率を低下させる恐れがあるので、下流側の側面14Bの開口面積は上流側の側面14Aの開口面積より広い。変形例3においては、図8に示すように、下流側の側面14Bは、下半分に加えて、上半分も開口されている。なお、図示しないが、開口の下側に水の流れを妨げるような構造物が存在するとごみが引っかかるので、上流側の側面14A、下流側の側面14Bともに下側が完全に開口していることが望ましい。
The water that has reached the lowermost end of the
上述したように、水力発電装置10は、既存の水路に設置してもよいが、土嚢や砂利などを利用して水が水車内に入りやすくなるように水を導いてもよい。既設の水路に水力発電装置10を設置する場合、水面をらせん水車12に適した高さに設定することが困難である。しかしながら、変形例3の構成では所定量以上の水は流入しないので、らせん水車12の上半分に流入した水による抵抗は発生しない。
As described above, the
なお、水量がらせん水車12に適さない既設の水路の場合、らせん水車12の半径方向から水車内に水が流入する可能性があるものの、水車外径部の円筒状の樋をらせん翼30の外周に沿って設置すれば側方からの水の流入を防止することができる。
In the case of an existing water channel that is not suitable for the
図9に示すように、らせん翼30の外径側の円筒状の樋15を、らせん翼30と一体に構成してもよい。もし、らせん翼30と樋が別体であると、らせん翼30が回転するにはらせん翼30と樋との間にすきまがなければならない。しかしながら、水の一部はこのすきまを通過し、らせん水車12の回転に寄与しない。そのため、水力発電装置10の効率が低下する。
As shown in FIG. 9, the
また、水力発電装置10を、非常時に既設水路で使用する場合、専用の水路ではないため、ごみや砂利の除去が不十分となり、ごみや砂利が水力発電装置10内に流入し得る。らせん水車12は他の水車形式よりもごみを許容するものの、らせん翼30と樋のすきまとほぼ同じ大きさの異物が侵入し、すきまに異物が挟まると、らせん水車12の回転が阻害され得る。
Further, when the
しかしながら、図9に示す構成では、らせん水車12と樋15を一体構造としたため、らせん翼30と樋15の間にすきまを設ける必要がない。そのため、らせん水車12に向かって流入した水の位置エネルギーを無駄なく利用することができる。また、異物はらせん翼30の形状に沿って下流へ流れるため、らせん水車12の回転を阻害しない。
However, in the configuration shown in FIG. 9, since the
フレーム14の上流側の側面14Aに開けられた取水口の縁には、樋15に向けて突出する突出部14Cが設けられている。突出部14Cによって、取水口から流入した水が外部に漏れることが防がれる。樋15の上流側端部は可能な限り大きく開口していることが望ましい。そのため、樋15の上流側端部には、内径側に向かった返しのような構造を設けないことが望ましい。
A protruding
上記のように既設水路への設置を可能にした構成は、水力発電装置10を例えば災害用備蓄倉庫に収納しておき、災害で電力供給が不足した際に臨時に水力発電装置10を設置するような事態に好適である。非常時用の水力発電装置10は人力で運搬できることが望ましいが、小型であるため大出力は得られない。ここで得られる電力は最小限の照明や携帯電話など情報端末の充電に適し、あるいは12Vの鉛蓄電池に充電して使用することが想定される。したがって、水力発電装置10は12Vの直流電力の出力やUSBを用いた電力出力端子を備えることが望ましい。
As described above, the configuration capable of being installed in the existing waterway is to store the
[変形例4]
図10を参照して、中空軸32の軸方向における上流側の端面をハウジング(蓋)90Aによって封止し、端面とハウジング90Aとの間にOリング92を設けてもよい。図10に示す例では、中空軸32の端面に設けられたネジ穴94に挿入されるボルト96によって、中空軸32とハウジング90Aとが固定される。図10に示す例では、ネジ穴94は、中空部材の軸方向における端部を貫通せず、Oリング92よりも径方向において外側に設けられる。
[Modification 4]
Referring to FIG. 10, the end surface on the upstream side in the axial direction of
らせん水車12は主に板金を用いて形成されるため、直径の公差は±1mm以上である。そのため、らせん水車12の内径面あるいは外径面をOリングを用いて密封することは難しい。さらに、らせん水車12の内径面あるいは外径面でOリングを使用すると、らせん水車12の組立の際にOリングを軸方向に移動させる距離が長くなり得る。そのため、組立性が悪くなる。
Since the
しかしながら、図10に示す例のように、中空軸32の軸方向における端面でOリング92によりハウジング90Aの外径部からの水の浸入を防ぐ構造を採用することで、らせん水車12の組み立て時にはOリング92を溝にはめ込むだけで済む。したがって、らせん水車12の組立性を向上できる。
However, as in the example shown in FIG. 10, by adopting a structure that prevents the intrusion of water from the outer diameter portion of the housing 90 </ b> A by the O-
図10に示す例では、ハウジング90Aと固定軸20との間に設けられた軸受の外径部、ならびに固定軸20の外径部などからの水の浸入は、オイルシール98により防がれる。オイルシール98はシールリップ側からダストリップ側への漏えいを防ぐ構造であるため、図10に示す例では、シールリップがダストリップよりも外側になるようにオイルシール98が配置される。図10に示す例のように、オイルシール98を2重に使用し、オイルシール間にグリースを封入することで、封止効果が高まる。さらにグリースによりリップ部の潤滑性も向上する。そのため、らせん水車12のトルク低減にも効果がある.
らせん水車12の端部の板厚が薄い場合、ネジ穴94が貫通することもあり得る。この場合、図11に示すように、ボルト96の座面にシールワッシャ100を挟みこみ、ネジ穴94から中空軸32の内部への水の浸入を防止するようにしてもよい。図11に示す例では、ネジ穴94は、Oリング92よりも径方向において内側に設けられる。仮に、ネジ穴94がOリング92よりも外径側にあると、ハウジング90Bと中空軸32との合わせ面の外径側から水が浸入し得るものの、ネジ穴94をOリング92よりも内径側に設けることで、水の浸入をOリング92で防止することができる。
In the example shown in FIG. 10, the
When the plate thickness of the end portion of the
図12に示すように、中空軸32の軸方向における上流側の端部において、中空軸32を回転可能に支持するようにハウジング90Cを構成してもよい。この場合、中空軸32の内部に固定軸20が設けられる。ハウジング90Cがフレーム14に固定される。
As shown in FIG. 12, the housing 90 </ b> C may be configured so as to rotatably support the
図12に示す例では、中空軸32の端部に短い軸102が形成される。軸102をハウジング90Cが支持することで、らせん水車12がハウジング90Cによって支持される。この構成では、らせん水車12の上流部分において開口部を無くすことができる。そのため、中空軸32内の水の浸入を好適に防止することができる。図12に示す例では、中空軸32とハウジング90Cとの間に設けられるオイルシール98の数は1つであってもよい。
In the example shown in FIG. 12, a
一方、中空軸32の軸方向における下流側の端部は上流側の端部に比べて水が浸入し難いため、下流側の端部は上流側の端部に比べて簡素な構成であってもよい。図13に示すように、下流側の軸方向における端部はフランジを有する構造として大きく開口させてもよい。図13に示す例では、フランジにおいて中空軸32とハウジング90Dとを固定するとともに、Oリング92によって防水性が与えられる。軸受部に設けられるオイルシールの数は1つであってもよい。
On the other hand, the downstream end in the axial direction of the
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
10 水力発電装置、12 らせん水車、14 フレーム、14A 上流側側面、14B 下流側側面、14C 突出部、15 樋、16 導線、18 インバータ、20 固定軸、30 らせん翼、32 中空軸、34,36 軸受、37,38,60,62 蓋部材、40 発電機、42 ロータ、44 ステータ、50 変速機、51,52 遊星歯車、51C,52C キャリア、51S,52S サンギヤ、51R,52R リングギヤ、70,98 オイルシール、90A,90B,90C,90D ハウジング、92 Oリング、94 ネジ穴、96 ボルト、100 シールワッシャ、102 軸。 10 Hydroelectric generator, 12 Spiral turbine, 14 frame, 14A upstream side, 14B downstream side, 14C Projection, 15 mm, 16 conductor, 18 inverter, 20 fixed shaft, 30 spiral blade, 32 hollow shaft, 34, 36 Bearing, 37, 38, 60, 62 Lid member, 40 Generator, 42 Rotor, 44 Stator, 50 Transmission, 51, 52 Planetary gear, 51C, 52C Carrier, 51S, 52S Sun gear, 51R, 52R Ring gear, 70, 98 Oil seal, 90A, 90B, 90C, 90D housing, 92 O-ring, 94 screw hole, 96 bolt, 100 seal washer, 102 shaft.
Claims (19)
前記中空軸の内部に設けられた発電機と、
前記中空軸の内部において、前記中空軸の上流側端部と前記発電機との間に設けられ、前記中空軸からの駆動力を前記発電機に伝達する伝達部材とを備える、水力発電装置。 A spiral shaft provided on the outer periphery, and rotated by a water flow toward the spiral blade;
A generator provided inside the hollow shaft;
A hydroelectric power generator comprising: a transmission member provided between an upstream end of the hollow shaft and the generator inside the hollow shaft, and transmitting a driving force from the hollow shaft to the generator.
前記発電機は、
前記伝達部材に連結されたロータと、
前記固定軸に固定されたステータとを含む、請求項1に記載の水力発電装置。 A fixed shaft that is fixed so as not to rotate and penetrates the hollow shaft in the axial direction;
The generator is
A rotor coupled to the transmission member;
The hydroelectric generator according to claim 1, comprising a stator fixed to the fixed shaft.
前記中空軸の下流側端部の外径よりも狭い範囲で前記中空軸の下流側端部を封止する第2の封止部材とをさらに備える、請求項1に記載の水力発電装置。 A first sealing member for sealing the upstream end of the hollow shaft in a range wider than the outer diameter of the upstream end of the hollow shaft;
The hydroelectric generator according to claim 1, further comprising a second sealing member that seals the downstream end of the hollow shaft in a range narrower than the outer diameter of the downstream end of the hollow shaft.
前記中空軸の上流側端部において、前記固定軸と前記中空軸との間に設けられたオイルシールと、
前記中空軸の下流側端部において、前記固定軸と前記中空軸との間に設けられた接触シール付軸受とをさらに備える、請求項1または9に記載の水力発電装置。 A fixed shaft fixed in a non-rotatable manner and passing through the hollow shaft in the axial direction;
An oil seal provided between the fixed shaft and the hollow shaft at the upstream end of the hollow shaft;
The hydroelectric generator according to claim 1 or 9, further comprising a contact seal bearing provided between the fixed shaft and the hollow shaft at a downstream end portion of the hollow shaft.
前記端面と蓋部材との間に設けられたOリングとをさらに備える、請求項1に記載の水力発電装置。 A lid member for sealing an end face in the axial direction of the hollow shaft;
The hydroelectric generator according to claim 1, further comprising an O-ring provided between the end surface and the lid member.
前記ネジ穴は、前記中空軸の軸方向における端部を貫通せず、前記Oリングよりも径方向において外側に設けられる、請求項16に記載の水力発電装置。 The hollow shaft and the lid member are connected by a bolt inserted into a screw hole provided in the end face,
The hydroelectric generator according to claim 16, wherein the screw hole does not penetrate an end portion in the axial direction of the hollow shaft and is provided on an outer side in a radial direction than the O-ring.
前記ネジ穴は、前記中空軸の軸方向における端部を貫通し、前記Oリングよりも径方向において内側に設けられ、
前記蓋部材と前記ボルトとの間にシールワッシャが挟み込まれる、請求項16に記載の水力発電装置。 The hollow shaft and the lid member are connected by a bolt inserted into a screw hole provided in the end face,
The screw hole passes through an end portion in the axial direction of the hollow shaft, and is provided on the inner side in the radial direction than the O-ring,
The hydroelectric generator according to claim 16, wherein a seal washer is sandwiched between the lid member and the bolt.
Priority Applications (2)
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JP2019073992A (en) * | 2017-10-13 | 2019-05-16 | 敏夫 山下 | Hydraulic power unit |
-
2013
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