JP2015055222A - Hydraulic power generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、渦を形成している水の回転エネルギーを電気エネルギーに変換する水力発電装置に関する。 The present invention relates to a hydroelectric power generation apparatus that converts rotational energy of water forming vortices into electric energy.
特許文献1(WO2004/061295A2)に、渦を形成している水の回転エネルギーを利用して発電を行う水力発電装置が開示されている。この文献に記載されている水力発電装置の概略的な断面図を図9に示す。この水力発電装置100は、水を蓄えるための貯水タンク110と、発電機130に接続されたタービン120とを必須要素として含んでいる。貯水タンク110の側壁110aには、貯水タンク110内に導入される水を供給するための取水路140が接続されており、貯水タンク110の底壁110bには、略中央の位置に、貯水タンク110内の水を排出するための円形の排出口112が設けられている。貯水タンク110の底壁110bは、排出口112を通過した水を流出させるための放水路150の水面より距離Yだけ上方に設置されている。タービン120と連結された発電機130のシャフト130aは、円形の排水口112の中心軸X上に配置されている。
Patent Literature 1 (WO2004 / 061295A2) discloses a hydroelectric power generation device that generates power using the rotational energy of water forming vortices. FIG. 9 shows a schematic cross-sectional view of the hydroelectric generator described in this document. The
取水路140から貯水タンク110に流入した水は、渦Aを形成しながら排水口112へと流れ込み、排水口112を通過した後に距離Yだけ自由落下して放水路150へと放出される。このとき、渦Aの中心領域に、上方に向かうにつれて拡径する空気柱Bが形成される。渦Aの中心或いは空気柱Bの中心もまた、円形の排水口112の中心軸X上に存在する。渦Aの周速度は、渦Aの中心に近づくほど、また貯水タンク内の水面(渦の上端)からの落差が大きいほど大きくなる。渦Aの周速度の大きい場所に、発電用の羽根部を有するタービン120を設置すると、タービン120が渦Aから回転エネルギーを奪って回転し、さらに奪った回転エネルギーがタービン120と連結された発電機130によって電気エネルギーへと変換される。すなわち、この水力発電装置100では、貯水タンク110に導入された水の位置エネルギーが、運動エネルギー(回転エネルギー)へ、さらには電気エネルギーへと変換される。
The water flowing into the
特許文献1には、貯水タンクに要求される条件として、以下の4条件が示されている。
1.貯水タンクは所望の渦の大きさよりも大きくなければならない。
2.渦の安定な形成のために底壁は可能な限り平坦で水平でなければならない。
3.底壁の略中央に可能な限り円形の排水口を設けなければならない。
4.排水口から排出される水は自由落下することができなければならない。
この文献にはまた、排水口の直径によって排出される水の量が決定されること、及び、排水口の直径が変更可能であることが示されている。
1. The reservoir tank must be larger than the desired vortex size.
2. The bottom wall should be as flat and horizontal as possible for stable formation of vortices.
3. A circular drain should be provided as much as possible in the approximate center of the bottom wall.
4). The water discharged from the drain must be able to fall freely.
This document also shows that the amount of water discharged is determined by the diameter of the drain and that the diameter of the drain can be changed.
特許文献2(WO2008/141349A2)には、特許文献1に開示された水力発電装置の発電効率を向上させる方法が示されている。この文献に記載されている水力発電装置の概略的な平面図を図10に示す。図9に示した水力発電装置の構成部材と同じ構成部材には同じ記号が付されている。この水力発電装置100では、有底円筒状の貯水タンク110が用いられており、発電機130に連結されたタービン120が、貯水タンク側壁110aの上縁に架け渡された支持部材160,161とこれらに取り付けられた取り付けプレート162によって吊り下げられている。取水路140の一方の側壁140aは、貯水タンク側壁110aの接線方向と一致する方向に伸びている。取水路140の他方の側壁140bと貯水タンク側壁110aとの接合部には、取水路140を流れる水の方向を変更するための楔形要素171が設けられている。楔形要素171のタービン120と対向する面171aは、貯水タンク側壁110aの内面から連続して設けられ、凹面状に形成されている。取水路140にはまた、大型のごみが貯水タンク110に進入するのを排除するための目の粗い柵170が設置されている。
Patent Document 2 (WO2008 / 141349A2) describes a method for improving the power generation efficiency of the hydroelectric generator disclosed in
取水路140を流れる水のうち、一方の側壁140aに接近して流れる水は、貯水タンク側壁110aの接線方向から貯水タンク110内に流入し、側壁110aの内面に沿って周方向に流れて渦を形成する。渦は、側壁110aの接線方向に向かう水の流速が大きいほど形成されやすくなる。ところが、取水路140の他方の側壁140bに接近して流れる水は、楔形要素171が存在しない場合には、貯水タンク側壁110aの内面に沿った水の流れと略直交する方向から貯水タンク110内に流入することになる。その結果、貯水タンク110の周方向への水の流れが妨害され、渦の対称性が崩れ、水力発電装置100の発電効率が低下する。これに対し、楔形要素171が存在すると、貯水タンク側壁110aの内面に沿って流れた水がさらに楔形要素171の凹面171aに沿って流れるため、貯水タンク110の周方向への水の流れがより安定化する。また、取水路140の側壁140bに接近して流れる水は、楔形要素171によって誘導されて、貯水タンク側壁110aの内面に沿った水の流れと略一致する方向から貯水タンク110内に流入するようになるため、貯水タンク110の周方向への水の流れを妨害しない。さらに、楔形要素171によって取水路140の断面積が減少するため、貯水タンク110に流入する水の流速が増し、貯水タンク110内で渦がさらに形成されやすくなる。その結果、渦の対称性が安定に保たれるようになり、水力発電装置100の発電効率が上昇する。
Of the water flowing through the
特許文献1及び特許文献2に開示されている水力発電装置は、比較的ゆっくりと流れる水資源を利用した小規模発電に適している。しかし、豊水期に当たる等の原因により水量が十分に確保される場合には問題がないが、渇水期に当たる等の原因により水量が減少した場合には、以下の3つの原因により発電能力が減少してしまうという問題があった。なお、「貯水タンク内の水面」とは、タンク内の水の渦の上端を意味する。
1.貯水タンク内の水面の位置が下降し、タンク内の水の落差が減少するため、渦の回転エネルギーが減少する。
2.貯水タンク内の水面の位置が下降し、タービンの羽根部のうちの渦内に侵入している部分の割合が減少するため、タービンの回転効率が低下する。
3.貯水タンク側壁の接線方向に向かう水の流速が減少するため、渦が発生しにくくなる。
The hydroelectric generators disclosed in
1. Since the position of the water surface in the water storage tank is lowered and the head of water in the tank is reduced, the rotational energy of the vortex is reduced.
2. Since the position of the water surface in the water storage tank is lowered and the proportion of the portion of the blades of the turbine that has entered the vortex is reduced, the rotational efficiency of the turbine is lowered.
3. Since the flow velocity of water toward the tangential direction of the side wall of the water storage tank decreases, vortices are less likely to occur.
日本の気候においては、冬の渇水期においてどの程度の発電量が確保できるのかによって発電サービスの限界が決定されるため、或いは水量によらずに安定した電力供給が期待されるため、上述の本質的な問題点に対する解決策が望まれる。 In Japan's climate, the limit of power generation services is determined by how much power generation can be secured in the winter drought period, or stable power supply is expected regardless of the amount of water. Solutions to general problems are desired.
そこで、本発明の目的は、渦を形成している水の回転エネルギーを電気エネルギーに変換する水力発電装置において、渇水期に当たる等の原因により水量が減少した場合でも装置の発電能力の低下を抑制することができる水力発電装置を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to suppress a decrease in the power generation capacity of a hydroelectric power generation apparatus that converts the rotational energy of water forming vortices into electrical energy even when the amount of water is reduced due to a drought period, etc. It is to provide a hydroelectric generator that can be used.
発明者は、鋭意検討した結果、水量が減少した場合でも貯水タンク内の水面の位置をできるだけ高い位置に保つことにより、さらには貯水タンクに導入される水の渦発生能力を向上させることにより、上記課題が解決されることを発見し、発明を完成させた。 As a result of intensive studies, the inventor maintained the position of the water surface in the water tank as high as possible even when the amount of water decreased, and further improved the vortex generation capacity of water introduced into the water tank, The inventors have found that the above problems can be solved, and have completed the invention.
したがって、本発明の水力発電装置は、平面視において略円形状の底壁と、該底壁の縁部から上方に向かって伸びている円筒状の側壁と、を有しており、上記側壁には該側壁の接線方向に水を導入するための取水口が設けられており、上記底壁の略中央の位置には水を下方に排出するための円形の排水口が設けられている貯水タンクと、上記排水口の中心軸上に回転自在に設けられており且つ上端が発電機に接続されているタービンシャフトと、該タービンシャフトに接続されており且つタービンシャフトの周方向に等間隔で設けられている複数の羽根部と、を有するタービンと、を備えており、上記貯水タンク内に上記取水口から導入された水が渦を形成しながら上記排水口に向かって流れ、上記タービンの羽根部が上記渦と接触することにより上記タービンが回転させられて発電が行われる水力発電装置であって、上記排水口の口径が上記側壁の内径の1/3〜1/12の範囲、好ましくは1/5〜1/12の範囲、顕著な渇水期間の場合に特に好ましいのは1/6〜1/12の範囲であることを特徴とする。貯水タンク側壁の内径が側壁の高さによって変化する場合には、「側壁の内径」は平均値を意味する。 Therefore, the hydroelectric generator of the present invention has a substantially circular bottom wall in a plan view, and a cylindrical side wall extending upward from the edge of the bottom wall. Is provided with a water intake port for introducing water in a tangential direction of the side wall, and a water storage tank provided with a circular drain port for discharging water downward at a substantially central position of the bottom wall. And a turbine shaft that is rotatably provided on the central axis of the drain outlet and has an upper end connected to the generator, and is connected to the turbine shaft and provided at equal intervals in the circumferential direction of the turbine shaft. A turbine having a plurality of blade portions, wherein water introduced from the water intake port flows into the water storage tank toward the drain port while forming a vortex, and the blades of the turbine The part is in contact with the vortex More preferably, the turbine is rotated to generate electricity, and the drainage port has a diameter of 1/3 to 1/12, preferably 1/5 to 1/12 of the inner diameter of the side wall. Particularly preferred in the case of a range, a significant drought period, is characterized by a range of 1/6 to 1/12. When the inner diameter of the side wall of the water storage tank varies depending on the height of the side wall, the “inner diameter of the side wall” means an average value.
本発明の水力発電装置では、特許文献1からの知見と異なり、貯水タンクの底壁は平面視において略円形であれば平坦で水平である必要は無く、また、排水口から排出される水は自由落下することができるのが好ましいものの、自由落下が必須ではなく、貯水タンク内に水の渦が形成され、渦の中心領域に上方に向かうにつれて拡径する空気柱を有する渦流が形成されれば十分である。また、タービンの羽根部は、タービンシャフトに直接固定されていても良く、タービンシャフトに固定された接続部材を介してタービンシャフトに接続されていても良い。タービンの羽根部は、渦の周速度の大きい場所、すなわち渦流が重力で加速された位置に配置されるのが好ましく、貯水タンクの底壁近傍に配置されているのが好ましい。
In the hydroelectric generator of the present invention, unlike the knowledge from
貯水タンクの底壁に設けられた排水口の口径を、貯水タンクの側壁の内径の1/3〜1/12の範囲に設定することにより、貯水タンク内の水面の位置を適正に保つことができる。貯水タンクから排出される水の量は排水口の面積に依存するが、排水口の口径が貯水タンクの側壁の内径の1/3より大きいと、排水口から排出される水の量が多くなり、渇水期には貯水タンク内の水面が下降して、装置の発電能力の低下が深刻になる。また、排水口の口径が貯水タンクの側壁の内径の1/12より小さいと、排水口から排出される水の量が過度に少なくなり、したがって貯水タンク内の渦を平衡に保つためには取水口から導入される水の量を減少させなければならず、その結果装置の発電能力が低下する。上述したように、特許文献1には排水口の直径によって排出される水の量が決定されること及び排水口の直径が変更可能であることが示されているものの、どの程度の排水口の直径が適正であるのかが示されておらず、また排水口の直径を変更する方法についても記載されていない。
By setting the diameter of the drain outlet provided on the bottom wall of the water storage tank to the range of 1/3 to 1/12 of the inner diameter of the side wall of the water storage tank, the position of the water surface in the water storage tank can be properly maintained. it can. The amount of water discharged from the water storage tank depends on the area of the drain, but if the diameter of the drain is larger than 1/3 of the inner diameter of the side wall of the water storage tank, the amount of water discharged from the drain will increase. During the drought period, the water level in the water storage tank falls, and the power generation capacity of the device is seriously reduced. In addition, if the diameter of the drain outlet is smaller than 1/12 of the inner diameter of the side wall of the water storage tank, the amount of water discharged from the drain outlet becomes excessively small. Therefore, in order to keep the vortex in the water storage tank in equilibrium, water intake is required. The amount of water introduced from the mouth must be reduced, resulting in a reduction in the power generation capacity of the device. As described above,
本発明の水力発電装置において、貯水タンク内に取水口から導入される水の量が減少したときに該貯水タンク内の水面を上昇させる水面上昇手段が設けられているのが好ましい。この水面上昇手段は、排水口の口径を上述の範囲に制限しない場合でも渇水期に装置の発電能力の低下を抑制する効果を有するが、排水口の口径を上述の範囲に制限すると、協働作用により装置の発電能力の低下を好適に抑制する。上記水面上昇手段は、水力発電装置の操業開始前に予め装置に組み込まれていても良く、取水口から導入される水の量が減少したときにのみ装置に追加されても良いが、水の量が減少したときにのみ装置に追加されるのが簡便で好ましい。このような好ましい水面上昇手段の好適な例としては、水の量が減少したときに上記排水口に差し込まれる水を通過させるための貫通孔を有する栓或いは上記底壁上に上記側壁の内面に沿って配置される略直角三角形の断面を有するドーナツリング状の底敷部材を挙げることができる。 In the hydroelectric generator of the present invention, it is preferable that a water level raising means is provided for raising the water level in the water storage tank when the amount of water introduced from the water intake into the water storage tank decreases. This water level rising means has the effect of suppressing the decrease in power generation capacity of the device during the drought period even when the diameter of the drain outlet is not limited to the above range, but if the diameter of the drain outlet is limited to the above range, it cooperates. The action suitably suppresses the reduction in the power generation capacity of the device. The water level raising means may be incorporated in the apparatus in advance before the start of operation of the hydroelectric power generation apparatus, and may be added to the apparatus only when the amount of water introduced from the intake port is reduced. It is convenient and preferred to add to the device only when the amount is reduced. As a preferable example of such a preferable water level raising means, a plug having a through hole for allowing water to be inserted into the drain port when the amount of water is reduced or on the inner surface of the side wall on the bottom wall. Mention may be made of a donut ring-shaped floor covering member having a substantially right-angled triangular cross section.
本発明の水力発電装置において、貯水タンクの底壁が取水口の下端より下方に存在していると、取水口から導入される水の量が大幅に減少した場合には、水が貯水タンクの側壁の接線方向に向かって流れにくくなり、取水口から下方に落下するようになる。取水口から下方に落下した水は、渦の発生能力をほとんど有しないため、装置の発電能力が著しく低下する。しかしながら、上記貯水タンク内に上記取水口から導入される水の量が減少したときに上記取水口から下方に落下する水を上記側壁の接線方向に誘導する導水手段が設けられていると、取水口から導入される水の量が大幅に減少した場合でも、貯水タンク内で水の渦を適正に形成させることができる。この導水手段は、排水口の口径を上述の範囲に制限しない場合でも渇水期に装置の発電能力の低下を抑制する効果を有するが、排水口の口径を上述の範囲に制限すると、協働作用により装置の発電能力の低下を好適に抑制する。上記導水手段は、水力発電装置の操業開始前に予め装置に組み込まれていても良く、取水口から導入される水の量が減少したときにのみ装置に追加されても良い。導水手段の好適な例としては、上記取水口から導入される水を略水平方向に上記側壁の内面に沿って且つ上記取水口から離れるにつれて下方に案内するガイド部材を挙げることができる。 In the hydroelectric generator of the present invention, when the bottom wall of the water storage tank exists below the lower end of the water intake port, when the amount of water introduced from the water intake port is significantly reduced, the water is stored in the water storage tank. It becomes difficult to flow toward the tangential direction of the side wall and falls downward from the water intake. Since the water dropped downward from the water intake has little ability to generate vortices, the power generation capacity of the apparatus is significantly reduced. However, if water introduction means for guiding water falling downward from the water intake port in the tangential direction of the side wall when the amount of water introduced from the water intake port is reduced in the water storage tank is provided, Even when the amount of water introduced from the mouth is greatly reduced, water vortices can be properly formed in the water storage tank. This water guiding means has an effect of suppressing a decrease in the power generation capacity of the device in the drought period even when the diameter of the drain outlet is not limited to the above range, but if the diameter of the drain outlet is limited to the above range, the cooperative action Thus, a decrease in the power generation capability of the apparatus is suitably suppressed. The water guiding means may be incorporated in the apparatus in advance before the operation of the hydroelectric power generation apparatus is started, or may be added to the apparatus only when the amount of water introduced from the water intake port is reduced. As a preferable example of the water guiding means, there can be mentioned a guide member that guides water introduced from the water intake port in a substantially horizontal direction along the inner surface of the side wall and downward as it moves away from the water intake port.
本発明の水力発電装置における貯水タンクの大きさには特に限定がないが、満水時の発電量は貯水タンク中の水の容積に比例する。上記側壁の内径が5〜10mの範囲であり、上記渦の上端と上記排水口との落差が0.7〜3mの範囲であると、約0.05〜20m3/秒の大幅な取水口からの水量の変化がある場合でも、約5〜40kWの発電を達成することができる。 Although the size of the water storage tank in the hydroelectric generator of the present invention is not particularly limited, the amount of power generation when the water is full is proportional to the volume of water in the water storage tank. When the inner diameter of the side wall is in the range of 5 to 10 m and the drop between the upper end of the vortex and the drainage port is in the range of 0.7 to 3 m, a large intake port of about 0.05 to 20 m 3 / sec. Even when there is a change in the amount of water from about 5 to 40 kW, power generation of about 5 to 40 kW can be achieved.
本発明の水力発電装置では、年間を通じて貯水タンク内の水面の位置を適正に保つことができ、渇水期に当たる等の原因により水量が減少した場合でも装置の発電能力の低下を抑制することができる。 In the hydroelectric power generation device of the present invention, the position of the water surface in the water storage tank can be kept appropriate throughout the year, and even when the amount of water is reduced due to a drought season, etc., it is possible to suppress a decrease in the power generation capacity of the device. .
第1実施形態
本発明の第1実施形態の水力発電装置について、図1〜3を用いて説明する。
1st Embodiment The hydroelectric generator of 1st Embodiment of this invention is demonstrated using FIGS.
図1は、本実施の形態の水力発電装置1の概略図である。理解の容易のため、図2には、水を流さない状態の、水力発電装置1における水を蓄えるための貯水タンク10と、貯水タンク10に水を導入するための取水路40と、貯水タンク10から排出された水を流出させるための放水路50とを概略的に示し、図3には、水を流した状態の、貯水タンク10、取水路40及び放水路50を概略的に示す。いずれの図においても、(A)は平面図を示しており、(B)は(A)のI−I線に沿った断面図を示している。
FIG. 1 is a schematic diagram of a
水力発電装置1は、水を蓄えるための貯水タンク10と、発電機30に接続されたタービン20とを必須要素として含んでいる。図2に示すように、貯水タンク10は、略円形の平坦で水平な底壁10bと、底壁10bの縁部から上方に向かって略垂直に伸びている円筒状の側壁10aとを有している。側壁10aの内径は5〜10mの範囲に設定されており、側壁10aの高さは0.7〜3mの範囲に設定されている。側壁10aには側壁10aの接線方向に水を導入するための取水口11が設けられており、底壁10bの略中央の位置には水を下方に排出するための円形の排水口12が設けられている。排出口12の口径は、側壁10aの内径の1/3〜1/12の範囲に設定されている。
The
取水口11に接続されている取水路40は、側壁10aの接線方向に水を導入可能なように配置されており、放水路50は、排水口12から排出された水を受容可能なように底壁10bの下方に配置されている。また、取水路40には、大型のごみが貯水タンク10に進入するのを排除するための目の粗い柵70が設置されている。
The
取水路40から水を流すと、図3に示すように、貯水タンク10内に取水口11から側壁10aの接線方向に水が導入される。導入された水は、貯水タンク10の側壁10aの内面に沿って周方向に流れ、渦Aを形成しながら排水口12に向かって流下し、排水口12から放水路50へと放出される。渦Aの中心領域には、上方に向かうにつれて拡径する空気柱Bが形成される。渦Aの中心或いは空気柱Bの中心は、円形の排水口12の中心軸C上に存在する。取水路40から導入される水量が多いほど、空気柱Bの径が小さくなる。
When water is caused to flow from the
図1に示すように、貯水タンク10内には、発電機30に接続されたタービン20が配置されている。タービン20の回転軸に当たるタービンシャフト20aは、貯水タンク10の側壁10aの上縁に架け渡された支持部材60によって回転自在に支持されており、上端が発電機30に接続されている。タービンシャフト20aは、排水口12の中心軸C上に位置している。タービンシャフト20aには、貯水タンク10の底壁10bと略平行に配置された円板状の接続部材20bが固定されており、接続部材20bには4枚の矩形状の羽根部20cがタービンシャフト20aの周方向に等間隔で固定されている。各羽根部20cは、渦Aの周速度の大きい場所に、すなわち渦Aの空気柱Bに接近した位置に挿入されるように配置され、貯水タンク10の底壁10bの近傍まで伸びている。貯水タンク10の側壁10aの内面とタービン20の羽根部20cとの間は十分に離れており、取水口11から導入された水が渦Aの形成前に直接タービン20の羽根部20cに衝突することがない。
As shown in FIG. 1, a
取水路40から貯水タンク10内に導入され、渦Aを形成している水は、タービン20の羽根部20cに対してタービン20の周の接線方向から接触する。このとき、タービン20が渦Aから回転エネルギーを奪って回転し、さらに奪った回転エネルギーがタービンシャフト20aと連結された発電機30によって電気エネルギーへと変換される。タービン20の羽根部20cと接触した水は、羽根部20cに沿って下降し、排水口12から放水路50へと放出される。枯葉等の小型のごみは、水と共に放水路50に放出されるため、貯水タンク10内に進入しても問題が無い。本実施の形態では、排出口12の口径が貯水タンク10の側壁10aの内径の1/3〜1/12の範囲に設定されているため、渇水期に取水路40から導入される水量が減少しても、貯水タンク10内の水面(渦Aの上端)の位置が大幅に下降することが防止されている。
The water introduced into the
第2実施形態
本発明の第2実施形態の水力発電装置について、図4の断面図を用いて説明する。第1実施形態の水力発電装置における構成部材と同じ構成部材には同じ記号を付して説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
Second Embodiment A hydroelectric generator according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the cross-sectional view of FIG. Constituent members that are the same as the constituent members in the hydroelectric generator of the first embodiment are given the same reference numerals, description thereof is omitted, and only different points will be described.
本実施形態の水力発電装置1は、水量減少時にのみ排水口12に差し込まれる栓(水面上昇手段)80を有している。図4における円のなかに、栓80が拡大されて示されている。
The
栓80は、水を通過させるための貫通孔80bを有し、側面80aにはテーパーが形成されている。また、栓80には水量増加時に栓80を回収するための鎖81が接続されている。水量減少時に貯水タンク側壁10aの上端から栓80を貯水タンク10内に落とすと、排水口12を通過する水の流れによる吸引力によって栓80が排水口12内に収容される。貯水タンク10から排出される水の量は排水口12の面積に依存するが、排水口12の面積より小さな面積の孔80bを有する栓80により、口径の小さな排水口を有する貯水タンクを用いた場合と同じ効果が得られる。貯水タンク10から排出される水の量が減少すれば、貯水タンク10内の水面を上昇させることができ、したがって水面と排水口12との落差を増大させることができ、また、タービン20の羽根部20cのうちの渦内に侵入している部分の割合を増加させることができる。そのため、本実施の形態の水力発電装置1により、渇水期における装置1の発電効率の低下を効果的に抑制することができる。
The
第3実施形態
本発明の第3実施形態の水力発電装置について、図5の概略図を用いて説明する。第1実施形態の水力発電装置における構成部材と同じ構成部材には同じ記号を付して説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。図5の(A)は平面図を示しており、(B)は(A)のI−I線に沿った断面図を示している。
Third Embodiment A hydroelectric generator according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the schematic diagram of FIG. Constituent members that are the same as the constituent members in the hydroelectric generator of the first embodiment are given the same reference numerals, description thereof is omitted, and only different points will be described. 5A shows a plan view, and FIG. 5B shows a cross-sectional view taken along line II of FIG. 5A.
本実施形態の水力発電装置1は、水量減少時にのみ貯水タンク10の底壁10b上に側壁10aの内面に沿って配置される底敷部材(水面上昇手段)85を有している。
The
底敷部材85は、比重が1より大きく柔軟性がある材料により形成されている。万一タービン20の羽根部20cに触れても羽根部20cを損傷させることのないゴムのような材料で形成されているのが好ましい。底敷部材85は円環を外縁から内縁に向けて切断した形状を有しており、切断面の形状は外縁から略垂直に伸びる辺を有する略直角三角形である。円環の外径は、貯水タンク10の側壁10aの内径よりわずかに短く設定されている。また、底敷部材85には、水量増加時に底敷部材85を回収する際に係止具を引っ掛けるためのフック86が取り付けられている。
The
水量減少時に貯水タンク10の側壁10aの上端から底敷部材85を貯水タンク10内のタービン20と衝突しない位置に落とすと、底壁10b上に到達した底敷部材85は、渦の遠心力により側壁10a側に押し付けられて、タービン20の羽根部20cと接触することなくドーナツリング状に押し広げられる。アルキメデスの原理によって底敷部材85の体積の分だけ水が排除されるため、水面を上昇させることが可能となる。したがって水面と排水口12との落差を増大させることができ、また、タービン20の羽根部20cのうちの渦内に侵入している部分の割合を増加させることができる。そのため、本実施の形態の水力発電装置1により、渇水期における装置1の発電効率の低下を効果的に抑制することができる。
When the
第4実施形態
本発明の第4実施形態の水力発電装置について、図6の概略図を用いて説明する。第1実施形態の水力発電装置における構成部材と同じ構成部材には同じ記号を付して説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。図6の(A)は水を流さない状態の貯水タンク10、取水路40及び放水路50の平面図であり、(B)は(A)のI−I線に沿った断面図であり、(C)は水を流した状態の水力発電装置1の断面図である。
Fourth Embodiment A hydroelectric generator according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the schematic diagram of FIG. Constituent members that are the same as the constituent members in the hydroelectric generator of the first embodiment are given the same reference numerals, description thereof is omitted, and only different points will be described. (A) of FIG. 6 is a plan view of the
本実施の形態の水力発電装置1では、(A)(B)に示すように、貯水タンク10の底壁10bが取水口11の下端より下方に存在している。そして、貯水タンク10の側壁10aの内面側に、取水口11の下から側壁10aの内面に沿って略水平方向に伸びるガイド部材(導水手段)90が設けられている。ガイド部材90は、取水口11から離れるにつれて下方に傾斜している。
In the
ガイド部材90が存在しない場合には、貯水タンク10に取水路40から導入される水の量が大幅に減少した場合には、水が貯水タンク10の側壁10aの接線方向に向かって流れにくくなり、取水口11から下方に落下するようになる。取水口11から下方に落下した水は、渦の発生能力をほとんど有しないため、装置1の発電能力が著しく低下し、場合によっては発電が停止してしまう。しかしながら、ガイド部材90が存在すると、(A)(B)において矢印で示したように、取水口11から下方に落下した水がガイド部材90に案内されて、側壁10aの内面に沿って且つ取水口11から離れるにつれて下方に案内されることになる。すなわち、取水口11から導入された水は、再び側壁10aの接線方向に流れるようになり、渦の発生能力を回復する。その結果、(C)に示すように、取水路40から導入される水の量が大幅に減少した場合でも、貯水タンク10内に水の渦が形成されるようになり、渇水期における装置1の発電効率の低下或いは発電の停止を効果的に抑制することができる。
In the case where the
以上、本発明の4つの実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内での変更が可能である。 As mentioned above, although four embodiment of this invention was described, this invention is not limited to embodiment mentioned above, The change in the range which does not deviate from the meaning of this invention is possible.
例えば、上記実施の形態では、貯水タンク10の側壁10aの接線方向から水を貯水タンク10内に導入できるように、取水路40の幅(取水路側壁間の距離)を比較的狭くしているが、幅の広い河川に本発明の水力発電装置1を設置する場合には、図7,8に示すように、河川35の一部を分流して取水路40を形成することができる。これらの図において、第1実施形態における構成部材と同じ構成部材には同じ記号が付されている。記号36は水門を表している。水門36の開閉によって取水路40に流通させる水の量を調節することができるため、渇水期に水門36によって取水路40内の水量を増やすことにより、渇水期における発電効率の低下を効果的に抑制することができる。排水口からの排水は、河川35に合流させればよい。また、図8に示すように、河川35の一部を分流して取水路40を形成する際に、取水路40の一方の側壁40bを、貯水タンク10に接近するに連れて他方の側壁40aに近づくように傾斜させるのが好ましい。取水路40を流れる水のうち、側壁40bに接近して流れる水が、貯水タンク側壁10aの内面に沿った水の流れと略一致する方向から貯水タンク10内に流入するようになるため、貯水タンク10の周方向への水の流れが妨害されず、さらに、取水路40の断面積が減少するため、貯水タンク10に流入する水の流速が増し、貯水タンク10内で渦がさらに形成されやすくなる。その結果、渦の対称性が安定に保たれるようになり、水力発電装置1の発電効率が上昇する。特許文献2に示されている楔形要素によっても同様の効果が得られる。
For example, in the said embodiment, the width | variety (distance between intake channel side walls) of the
また、タービン20の形状は各実施形態において示した形状に限定されず、例えばタービンシャフト20aに羽根部20cが固定されているタービン20を用いることもできる。さらに、貯水タンク10の排水口12の口径を電気信号により変化させる絞り機構を予め装置1に組み込むことにより、栓80に代えることができる、また、ガイド部材90を予め貯水タンク10内に設けず、貯水タンク10の上縁に係止可能な吊り下げ部材の先端にガイド部材90を取り付けた構造体を準備し、水量が減少したときのみこの構造体を貯水タンク10内に設置するようにしても良い。
Moreover, the shape of the
本発明により、渇水期に当たる等の原因により水量が減少した場合でも発電能力の低下が抑制された水力発電装置が提供される。 According to the present invention, there is provided a hydroelectric power generation device in which a decrease in power generation capacity is suppressed even when the amount of water is reduced due to a drought season or the like.
1 水力発電装置
10 貯水タンク
10a 側壁
10b 底壁
11 取水口
12 排水口
20 タービン
20a タービンシャフト
20c 羽根部
30 発電機
80 栓(水面上昇手段)
85 底敷部材(水面上昇手段)
90 ガイド部材(導水手段)
A 渦
C 排水口の中心軸
DESCRIPTION OF
85 Bottom material (water level rising means)
90 Guide member (water guide means)
A Vortex C Drain outlet central axis
Claims (7)
前記排水口の中心軸上に回転自在に設けられており且つ上端が発電機に接続されているタービンシャフトと、該タービンシャフトに接続されており且つタービンシャフトの周方向に等間隔で設けられている複数の羽根部と、を有するタービンと、
を備えており、
前記貯水タンク内に前記取水口から導入された水が渦を形成しながら前記排水口に向かって流れ、前記タービンの羽根部が前記渦と接触することにより前記タービンが回転させられて発電が行われる水力発電装置であって、
前記排水口の口径が前記側壁の内径の1/3〜1/12の範囲であることを特徴とする水力発電装置。 It has a substantially circular bottom wall in plan view and a cylindrical side wall extending upward from the edge of the bottom wall, and water is introduced into the side wall in a tangential direction of the side wall. A water intake tank provided with a circular drainage port for discharging water downward at a substantially central position of the bottom wall;
A turbine shaft that is rotatably provided on the central axis of the drain outlet and has an upper end connected to the generator, and is connected to the turbine shaft and provided at equal intervals in the circumferential direction of the turbine shaft. A plurality of vanes, and a turbine having
With
Water introduced from the intake port into the water storage tank flows toward the drain port while forming a vortex, and the blades of the turbine come into contact with the vortex, thereby rotating the turbine and generating power. A hydroelectric generator,
The hydroelectric power generator characterized in that the diameter of the drain outlet is in the range of 1/3 to 1/12 of the inner diameter of the side wall.
前記貯水タンク内に、前記取水口から導入される水の量が減少したときに前記取水口から下方に落下する水を前記側壁の接線方向に誘導する導水手段が設けられている、請求項1〜4のいずれか1項に記載の水力発電装置。 The bottom wall of the water storage tank exists below the lower end of the water intake;
The water storage means is provided in the water storage tank for guiding water falling downward from the water intake port in a tangential direction of the side wall when the amount of water introduced from the water intake port is reduced. The hydroelectric generator of any one of -4.
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- 2013-09-12 JP JP2013189808A patent/JP2015055222A/en active Pending
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