JP2014058885A

JP2014058885A - 自動定出力水車発電装置

Info

Publication number: JP2014058885A
Application number: JP2012203763A
Authority: JP
Inventors: Tatsu Kagaya; 達加賀谷
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-09-17
Filing date: 2012-09-17
Publication date: 2014-04-03

Abstract

【課題】用水路の流水エネルギーを流水量の変化に関係なく一定の出力を得る水車を備える自動定出力水車発電装置及びその方法。
【解決手段】一つ目の解決手段として、図３に示す通り０５左５５：右固定ブロックに軸結合されている４４：水車牽引バー、４６：フロート牽引バーに更に軸結合されている１４：水車軸と０６左６６：右フロート前後連結バーに軸結合されている。水位が上がり流速が速くなり流速エネルギーが大きくなると水車が過回転しないよう水車水深を浅くするためフロートの浮上力で０３左３３：右水車軸自動水深調整バーを介し水車軸を上昇させる機構を備える。
二つ目の解決手段として、水路幅がおおよそ１．８ｍを超える場合は筏型が適合する。この形式の水車発電装置は水位を感知するすべがないので、図５に示す４７：スイングパドルセットで受ける流水圧力で水車軸を制御する機構を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、水路の水位及び流速が変化しても自動で定格出力を発電する自動定出力水車発電装置及び方法に関する。

密閉型水車は落差が十分な発電用に、開放水車は落差が小さい水路に設置され、灌漑用や脱穀・製粉・製糸・紡績の動力として長い間利用されてきた。

しかし、蒸気機関が開発されパーソナルな内燃機関や電動機の普及により開放水車は次第に使用されなくなり、極一部のエミテーション用に現存するのみになった。

開放水車はオーダーメードが主で出力対価格比が高く、修理・維持管理費も高額になるという問題があった。また時代が要求する高出力に対応する方式でなかったので次第に使用されなくなった。

従来は、水車専用の水路を築造しこの水路の取り入れ口で水量を調整し水車出力を調整していたのでスペースと専用水路の費用が必要であったという問題があった。

このような問題に対して、水路の水位又は流速が増減する場合に応じて水車軸を上下させ発電効率を高く維持させる技術が開示されているが、本発明とは異なる機構・方式である。

特開２００３−２６９３１０特開２００１−２６３２１７

農村工学研究所研究成果情報平成１０年度矩形断面水路における流し掛け水車の水理特性

本発明は、このような課題に対して、自動で定格運転可能な水車発電装置を安価に製作し、且つ無動力で制御する機構を有する自動定出力水車発電装置及び方法を提供することを目的とする。

水車を設置できる水路は河川や用水路であるが何れも管理者の許可が必要である。
河川に水車を設置することは許認可事項以前に、洪水災害に対応することが非常に困難であり現実的でない。
したがって、水量を管理できる用水路に設置することが望ましい。

解決しようとする問題点は、水量を管理されている農業用用水路に水車を設置する場合でも水量が年間を通じ同じでなく、管理されている水量に適応する水車が必要である。

ちなみに、農業用用水路の水利権の一例をあげると次のようになる。
代かき期：年１０日間：流水量１００％
普通期：年９７日間：流水量６９％
非灌漑期A：年101日間：流水量３９％
非灌漑期B：年８５日間：流水量２３％
非灌漑期C：年７２日間：流水量３９％
このように、最大４倍以上の水量の差が水路を流水する。

このような場合、一般的には最大流量に合わせた水車を設計すべきであるが設置費用対効果を考えると経済的ではない。最大流量日数が年間僅か１０日間であるからである。

解決しようとする問題点は、このような流量変化が４から５倍もある水路に耐久性を損なわず年間を通じフル出力を得るための水車をどのようにコントロールすべきかである。

この課題を解決するための手段としては２つの方法がある。
一つ目は、水路の幅が比較的狭く水車装置を堰堤に固定できる場合である。
二つ目は、水路幅が広く水車装置を堰堤に固定できず水面に浮上させた水車発電装置をロープ等で繋留する、所謂筏型水車装置の場合である。

数１のマニング公式に示された式１，２、３から計算された数値が表１で、流量は見やすいように10倍の数値で表し、これをグラフにしたのが図７である。

図７から読み取れるようにこのデータは幅０．３ｍ深さ０．３ｍ勾配千分の一のコンクリート水路であり水深２５％から８０％が実用範囲であるからこの範囲で一定のエネルギーを水車に取り込めるようにした自動定出力水車発電装置が本発明である。

一つ目の解決手段として、図３に示す通り０５・５５：左右固定ブロックに軸結合されている。４４：水車牽引バー、４６：フロート牽引バーに更に軸結合されている。１４：水車軸と０６、６６：左右フロート前後連結バーに軸結合されている。水位が上がり流速が速くなり流速エネルギーが大きくなると水車が過回転しないよう水車水深を浅くするためフロートの浮上力で０３、３３：左右水車軸自動水深調整バーを介し水車軸を上昇させる。

二つ目の解決手段として、水路幅がおおよそ１．８ｍを超える場合は筏型が適合する。この形式の水車発電装置は水位を感知するすべがないので図５に示す４７：スイングパドルセットで受ける水流圧力でa０２左：a２２：右水車連結バー水車回転軸を上下させ水車水深を制御する。

用水路ではその目的によって水量を調整することが必然で安定的に水車出力を得るためには何らかの方法で水車に流入する水量を制御することが必要である。上記の例から最長日数流量に合わせた水車を設置すると年間を通じ最も効率の良い運転が可能であり設備費用対効果を最大限にすることが可能である。

従来の水車は水路ごとに合わせた水車を製作しなければならないという問題があったが、本発明は既設の用水路を改造することなく、そのまま設置でき且つその用水路特性に合わせた性能を発揮出来るよう水車自動水深調整バー・パドルのサイズ・スイングサイズを調整することによってあらゆる水路に適合可能である。

なお、以上の実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものでない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。

図１は請求項１に示す水車発電装置で中水位運転中の側面図である。（実施例１）図２は請求項１に示す水車発電装置平面図である。（実施例１）図３は請求項１に示す水車発電装置で中水位運転中の立面図ある。（実施例１）図４は請求項１に示す水車発電装置で高水位運転中の側面図である。（実施例１）図５は請求項２に示す水車発電装置で中水位運転中の側面図である。（実施例２）図６は請求項２に示す水車発電装置で高水位運転中の側面図である。（実施例２）図７はマニング公式から導かれた用水路の水位・流速・流水量及び流水エネんルギーのグラフである。

図１は、本発明の請求項１に示す一実施形態である自動定出力水車発電装置の構成を示す図である。図に示す通り１４：ハブダイナモ内蔵水車軸は０１：左１１：右水車連結バーで軸結合され図３に示される４４：水車牽引バーを介し０５：５５固定ブロックに軸結合される。同様に０２：左２２：右フロート連結バーで４５：フロート牽引バーを介し固定ブロックに軸結合される。

図５は、本発明の請求項２に示す一実施形態である自動定出力水車発電装置の構成を示す図である。図に示す通り４７：左４８：右スイングパドルセットを介し水車軸に軸結合される。

図４に示す通り、水路の水位が上昇した場合ｂ０２：ｂ２２：フロート連結バーフロート前後連結バー回転軸が水位に追従し上昇する。連携して０３左：３３：水車右軸自動水深調整バーが０１：左１１：右水車連結バーを押し上げ水車の水深を浅くすることによって自動的に水車に掛るエネルギーを一定にする機構を有する。

[実施例２]
図６に示す通り、水路の水位が上昇し流速が増した場合パドルに掛る流水圧力が増し水車軸を上昇させる。この機構を有することで、水車の水深を浅くし自動的に水車に掛るエネルギーを一定にする機構を有する。

近年LEDの発光効率が上がり更に低価格し、全ての発色が可能になりつつある。従って、数ワットの出力で防犯灯・危険表示灯・カーブ案内灯・交差点表示灯・除雪車用障害物案内灯等に利用できる状況になった。

本発明の方法を使用することによってあらゆる条件の用水路に適応可能であり、水車入力エネルギーが一定になるように設定することによって最も設備効率の良い設計が可能になり経済効率も上がる。

数ワット程度の出力水車であれば水路幅３００ミリに設置可能であり、道路脇に設置されている農業用水路であれば前記の用途に利用できる箇所は膨大な数になる。

本発明の水車コントロール方式は数ワットの極小水力発電機から水路の水量に応じスケールアップが可能であることからその用途はさらに広がる。さらに、本発明の機構は整備清掃に専門的な知識や技量が必要ないのでメンテナンスコストが非常に安い利点がある。

０１：左水車連結バー
１１：右水車連結バー
０２：左フロート連結バー
２２：右フロート連結バー
０３：水車左軸自動水深調整バー
３３：水車右軸自動水深調整バー
０４：下掛水車
１４：ハブダイナモ内蔵水車軸
４４：水車牽引バー
４５：フロート牽引バー
４６：左右水車軸ストッパー
４７：左右スイングパドルセット
４８：発電機出力電線
０５：左固定ブロック
５５：右固定ブロック
０６：左側フロート前後連結バー
６６：右側フロート前後連結バー
０７：上流フロート左右連結バー
７７：下流フロート左右連結バー
０８：上流フロート左側
８８：上流フロート右側
０９：下流フロート左側
９９：下流フロート右側
a０１：左水車連結バー水車牽引バー側回転軸
a11：右水車連結バー水車牽引バー側回転軸
a０２：左水車連結バー水車側回転軸
a２２：右水車連結バー水車側回転軸
ｂ０１：フロート連結バー左フロート牽引バー側回転軸
ｂ１１：フロート連結バー右フロート牽引バー側回転軸
ｂ０２：フロート連結バーフロート前後連結バー左回転軸
ｂ２２：フロート連結バーフロート前後連結バー右回転軸
ｃ０１：水車自動水深調整左軸
ｃ１１：水車自動水深調整右軸
ｈ１：水車水深調整幅
ｈ２：水車自動水深調整幅
ｈ３：水車水深高
ｈ４：用水路水深高
A:用水路低板
B:用水路水面
C:用水路堰堤
D:流水方向
F:牽引ロープ

Claims

水路の堰堤と繋ぐ上下２本の牽引バーの下がフロートを牽引し、上が水車を牽引する。水面が上昇しフロートも上昇することによってｈ１：水車水深調整幅が固定されているのでｈ２：水車自動水深調整幅が開き、水車水深を浅くする。このことによって水路から得られる水車エネルギーを一定に保つ機構を有する自動定出力水車発電装置。
水路に繋留される、フロートで浮上する水車発電機の水車水深を水流に抵抗するパドルの回転力を利用してコントロールする。このように自動的に水車の出力エネルギーを一定に保つ機構を有する自動定出力水車発電装置。