JP2015212526A - Hydraulic power generation device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、河川等の水面の所定位置に係留した状態で発電を行う水力発電装置に関する。 The present invention relates to a hydroelectric generator that generates power in a state moored at a predetermined position on a water surface such as a river.
再生可能エネルギーとして、近年注目が高まっているものの一つに水力発電がある。水力発電は、日中しか発電できない太陽光発電や、天候によって発電量にばらつきが生じやすい風力発電と比較して、安定的に発電を行うことができるとともに、発電コストを相対的に安価に抑えることができるメリットがある。 One of the renewable energy sources that has been gaining attention in recent years is hydroelectric power generation. Hydroelectric power generation enables stable power generation and keeps power generation costs relatively low compared to solar power generation, which can generate electricity only during the day, and wind power generation, where the amount of power generation tends to vary depending on the weather. There is a merit that can be.
この水力発電装置として、例えば特許文献1に示すように、発電機に接続された水車を流水中に設けた態様のものがある。この水車の回転軸は所定位置に固定されているため、水面の高さが変動すると水車の浸水深さが変化し、発電量にばらつきが生じやすい。
As this hydroelectric power generation device, for example, as shown in
そこで、例えば特許文献2に示す構成においては、水車を回転自在に固定する浮体板を水面に浮かせた状態とし、水車が常に同じ深さだけ浸水した状態に保っている(本文献の図1(b)参照)。この水車は、軸周りに羽根が形成されており、この羽根に水流とともに流れてくる流木等の異物が接触して破損が生じると、発電効率の低下が生じる恐れがある。このため、この水車の上流側に除塵スクリーンを設け、この除塵スクリーンで異物を除去し、水のみを水車に送り込むようにしている。
Therefore, for example, in the configuration shown in
特許文献2に係る構成においては、流水とともに流れてくる流木等の異物を、除塵スクリーンで除去する構成となっているが、異物によって除塵スクリーンに目詰まりが生じると、水流が阻害されて発電効率が低下する問題がある。また、目詰まりが生じていない状況においても、除塵スクリーン自体によって水流が多少妨げられるため、発電効率の多少の低下は避けられない。
In the configuration according to
そこで、この発明は、水力発電装置において、安定した高い発電効率を確保することを課題とする。 Accordingly, an object of the present invention is to ensure stable and high power generation efficiency in a hydroelectric power generation apparatus.
上記の課題を解決するため、この発明は、中空円筒状をなし、その円筒面に回転方向に向いた折れ部を有する、くの字形の凹溝が形成された、水流を受けて軸周りに回転する回転体と、水流の上流側に向き、上流側ほど水流に直交する方向の幅が減少する先端部と、前記回転体を回転自在に収納する下面側に形成された収納凹部と、前記収納凹部の下流側に形成され、この収納凹部近傍を流動した水を下流側に排出する排出孔と、を有し、水面に浮いた状態を保ちつつ水流中の所定箇所に係留される本体部と、を備えた水力発電装置を構成した。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention has a hollow cylindrical shape, and a circular groove having a bent portion facing the rotation direction is formed on the cylindrical surface. A rotating body that rotates, a tip portion that faces the upstream side of the water stream and decreases in width in the direction perpendicular to the water stream toward the upstream side, a storage recess formed on the lower surface side that rotatably stores the rotating body, A main body portion that is formed on the downstream side of the storage recess and has a discharge hole that discharges the water flowing in the vicinity of the storage recess to the downstream side, and is moored at a predetermined position in the water flow while maintaining a floating state on the water surface And a hydroelectric power generation device including the above.
このように、回転体を中空円筒状とし、その円筒面に形成した凹溝に水流を受けてこの回転体を軸周りに回転させるようにすることにより、仮にこの円筒面に異物が接触しても、この円筒面から突出した羽根がないため破損は生じにくい。このため、この異物を除去するための部材を回転体の上流側に設ける必要がなく、この回転体に到達する水流が妨げられない。しかも、凹溝の形状をくの字形としたことにより、水が回転体の軸方向両側に分離してスムーズに流動し、回転体を回転させる水流を蛇行させることなく下流側に送ることができる。さらに、この下流側に送られた水は、排出孔からそのまま排出され、途中で行き場を失うことにはならない。このため、回転体及び本体部近傍における水流の乱れが生じて本体部が不用意に左右に揺動するのを防ぐことができる。このため、安定した発電効率を確保することができる。 In this way, the rotating body is formed into a hollow cylindrical shape, and a water flow is received in the concave groove formed on the cylindrical surface so that the rotating body rotates around the axis, so that a foreign object comes into contact with the cylindrical surface. However, since there are no blades protruding from the cylindrical surface, breakage is unlikely to occur. For this reason, it is not necessary to provide the member for removing this foreign material in the upstream of a rotary body, and the water flow which reaches this rotary body is not prevented. In addition, by forming the concave groove in the shape of a dogleg, water can be separated and flow smoothly on both sides in the axial direction of the rotating body, and the water flow for rotating the rotating body can be sent downstream without meandering. . Furthermore, the water sent to the downstream side is discharged as it is from the discharge hole and does not lose its place on the way. For this reason, it is possible to prevent the water flow from being disturbed in the vicinity of the rotating body and the main body, and the main body from inadvertently swinging left and right. For this reason, stable power generation efficiency can be ensured.
前記構成においては、前記回転体の下方に、この回転体を異物から保護するガード部材を設けた構成とするのが好ましい。 In the said structure, it is preferable to set it as the structure which provided the guard member which protects this rotary body from a foreign material under the said rotary body.
上述したように、円筒状の回転体は、基本的に異物の衝突に対する耐破損性に優れているが、さらに、ガード部材を設けて回転体を保護することにより、その耐久性をさらに向上することができる。 As described above, the cylindrical rotating body is basically excellent in breakage resistance against the collision of a foreign object, but the durability is further improved by providing a guard member to protect the rotating body. be able to.
この発明に係る構成においては、水流を受けて回転する回転体を中空円筒状とし、この回転体を、本体部の下面側に形成した収納凹部に収納し、この収納凹部近傍を流動する水を、本体部に形成した排出孔から排出する構成を採用した。このように水力発電装置を構成することにより、流水とともに異物が流動してきたとしても、この回転体が破損することなく回転状態を保つことができる。このため、安定した高い発電状態を確保することができる。しかも、短時間で設置できるとともに、必要な場所に簡単に移動ができるため、非常に利便性が高い。また、回転体を円筒状としたことにより、この回転体に異物が絡み付きにくいため、清掃等のメンテナンスを非常に簡便に行うことができる。 In the configuration according to the present invention, the rotating body that rotates by receiving a water flow has a hollow cylindrical shape, and the rotating body is stored in a storage recess formed on the lower surface side of the main body, and the water flowing in the vicinity of the storage recess is allowed to flow. The structure which discharges from the discharge hole formed in the main body is adopted. By configuring the hydroelectric generator in this way, even if foreign matter flows along with running water, the rotating body can be maintained in a rotating state without being damaged. For this reason, the stable high electric power generation state is securable. Moreover, since it can be installed in a short time and can be easily moved to a required place, it is very convenient. In addition, since the rotating body has a cylindrical shape, foreign substances are not easily entangled with the rotating body, so that maintenance such as cleaning can be performed very simply.
本願発明に係る水力発電装置の実施形態を図1から図5に示す。この水力発電装置は、水流fを受けて回転軸周りに回転する中空円筒状の回転体1と、船形に形成された本体部2とを主な構成要素としている。回転体1は中空なので、単独ではその全体が水面上にほぼ浮いた状態となり、水流fを効果的に受けることができないが、この回転体1を本体部2に取り付けることにより、この本体部2の重みで、回転体1を所定深さまで水中に沈み込ませることができる。このように、回転体1を所定深さまで沈み込ませることにより、この回転体1で水流fを効果的に受けることができ、高い発電効率を得ることができる。
Embodiments of the hydroelectric generator according to the present invention are shown in FIGS. This hydroelectric power generation apparatus includes a hollow cylindrical rotating
回転体1の円筒面には、回転方向に向いた折れ部を有する、くの字形の凹溝3が形成されている。この凹溝3の断面は、図3等に示すように、水流fの上流側3aよりも下流側3bの方で円筒面に対する傾斜角が大きくなっている。断面形状をこのようにすることにより、水流fをスムーズに凹溝3内に導くとともに、この凹溝3(下流側3b)で水流fを効率的に受けて、回転体1を回転させることができる。
On the cylindrical surface of the
本体部2には、水流fの上流側に向き、上流側ほど水流に直交する方向の幅が減少する先端部4が形成されている。この先端部4は、船でいうと船首に相当し、このように先端部4を形成することにより、本体部2が上流側を向いた状態を安定的に保つことができる。本体部2の下面側には、回転体1を回転自在に収納する収納凹部5が形成されている。回転体1の回転軸6を保持する軸受7は十字形に形成され、この十字形のいずれの位置でも回転軸6を保持できるようになっている。この軸受7内での回転軸6の保持位置を変えることにより、本体部2下面からの回転体1の下向きの突出量、及び前後方向位置を調節することができる。例えば、図3に示すように、回転軸6を前後方向及び上下方向に移動させる移動機構8をこの回転軸6に設けることにより、この回転軸6の軸受7内における保持位置を安定させることができる。
The
収納凹部5の下流側には、この収納凹部5近傍を流動した水を下流側に排出する排出孔9が形成されている。この排出孔9を形成することにより、収納凹部5近傍を流動した水が行き場を失って水流fの乱れが生じて本体部2が不用意に左右に揺動するのを防ぐことができる。このため、安定した発電効率が確保される。この収納凹部5は、上流側で回転体1の円筒面に接近する一方で、下流側で円筒面から離れて、排出孔9に連続的に至る形状となっている。このように収納凹部5を形成することにより、回転体1の回転に利用された水をスムーズに排出孔9に導くことができる。
A
収納凹部5の下部には、回転体1を跨ぐように、前方から後方に亘って複数本のガード部材10が設けられている。このガード部材10は、鋼材や強化樹脂等のように所定の強度を備えた素材からなる棒状の部材である。このガード部材10を設けることにより、流水とともに流れてくる流木等の異物が回転体1に直接接触するのを防止し、この回転体1の耐久性の向上を図ることができる。
A plurality of
本体部2の素材として、例えば、中空構造とした繊維強化プラスチック(FRP)やポリフェニレンサルファイド(PPS)等が用いられる。このように中空構造とすると、この本体部2内に発電機や制御装置等の電気機器(図示せず)を水に濡れないように収納することができる。また、本体部2の周囲に、ゴム等の素材からなる保護部材11を設けておくことにより、異物が本体部2に接触した際に、この本体部2が破損するのを防止することができる。
As the material of the
さらに、この本体部2の表面に、雪を融かすための電熱線等の加熱部材(図示せず)を設けたり、積もった雪を水流fの振動によって滑落させるための滑面処理を施したりするのが好ましい。このようにすれば、この水力発電装置を積雪地帯で使用した際に、積雪によって水力発電装置の全体が水没したり、傾いたりして、発電効率が低下するのを防止することができる。図1に示すように、本体部2の上面を上向きに膨らみをもたせて構成することにより、積雪の滑落効果を一層高めることができる。
Furthermore, a heating member (not shown) such as a heating wire for melting the snow is provided on the surface of the
この本体部2には、着脱自在に錘12を設けることができるようになっている。この錘12の重さ、取り付け位置を適宜変えることによって、この水力発電装置を設置する場所の水量及び流速に対応して、本体部2の姿勢を最適な状態に保つことができる。
The
また、この本体部2の隅(例えば、前後の左右側)には、係留ロープ13を取り付けることができるように、係留治具14が設けられている。この係留治具14に係留ロープ13の一端を結び付けるとともに、水力発電装置を設置する周囲の地面や樹木等にこの係留ロープ13の他端を結び付けることにより、水力発電装置が水流fに流されることなく、所定の位置に係留された状態とすることができる。また、本体部2の先端部4に、この本体部2の上面側から下面側に至る貫通孔15を形成し、河川等の底に起立して固定した係留棒16をこの貫通孔15に挿し込む構成とすることもできる。この係留棒16の長さは、河川等の想定最大水位よりも若干長めとしておく。このようにすれば、河川等の水位変動に伴って本体部2が自在に上下動して、この水位に関わらず回転体1を安定的に回転させることができる。
In addition, mooring jigs 14 are provided at the corners of the main body 2 (for example, front and rear left and right sides) so that the
回転体1の回転軸6には、図4に示すように、この回転軸6の回転を増速する増速装置17と発電機18、及び電力変換や機器制御を行うための制御装置19が設けられている。これらによって、水力発電を効率的に行うことができる。なお、本図に示す増速装置17等の配置は適宜変更することもできる。
As shown in FIG. 4, the
この水力発電装置の大きさは、河川等の大きさに対応して適宜変更することができる。例えば、道路脇の幅が1〜2m程度の用水路に設置する場合は、水力発電装置の全幅を数10cm程度に、川幅が数10mの河川に設置する場合は、その全幅を数m程度とするのが効率的で好ましい。 The size of the hydroelectric generator can be changed as appropriate according to the size of the river or the like. For example, when installing in an irrigation channel with a roadside width of about 1 to 2 m, the total width of the hydroelectric generator is about several tens of centimeters, and when installing in a river with a river width of several tens of meters, the total width is about several meters. Is efficient and preferred.
上記の実施形態はあくまでも一例であって、水力発電装置において安定した高い発電効率を確保する、という本願発明の課題を解決し得る限りにおいて、回転体1や本体部2の形状や配置等を適宜変更することができる。
The above embodiment is merely an example, and as long as the problem of the present invention of ensuring stable high power generation efficiency in the hydroelectric power generation apparatus can be solved, the shape, arrangement, and the like of the
1 回転体
2 本体部
3 凹溝
4 先端部
5 収納凹部
6 回転軸
7 軸受
8 移動機構
9 排出孔
10 ガード部材
11 保護部材
12 錘
13 係留ロープ
14 係留治具
15 貫通孔
16 係留棒
17 増速装置
18 発電機
19 制御装置
f 水流
DESCRIPTION OF
上記の課題を解決するため、この発明は、中空円筒状をなし、その円筒面に、左右方向中心線に対して左右対称であって、中央部が回転方向の後方側に向いた折れ部を有する、平面視くの字形の凹溝が形成された、水流を受けて軸周りに回転する回転体と、水流の上流側に向き、上流側ほど水流に直交する方向の幅が減少する先端部と、前記回転体を回転自在に収納する下面側に形成された収納凹部と、前記収納凹部の下流側に形成され、この収納凹部近傍を流動した水を下流側に排出する排出孔と、を有し、水面に浮いた状態を保ちつつ水流中の所定箇所に係留される本体部と、を備えた水力発電装置を構成した。 In order to solve the above-described problems, the present invention has a hollow cylindrical shape, and a cylindrical portion is provided with a bent portion that is bilaterally symmetric with respect to the center line in the left-right direction and whose central portion faces the rear side in the rotational direction. a recessed groove in plan view dogleg is formed, a rotating body which rotates around an axis by receiving a water flow, the direction on the upstream side of the water flow, tip width is decreased perpendicular to the more upstream side water flow And a storage recess formed on the lower surface side that rotatably stores the rotating body, and a discharge hole that is formed on the downstream side of the storage recess and discharges the water flowing in the vicinity of the storage recess to the downstream side. And a main body unit moored at a predetermined location in the water flow while maintaining a state of floating on the water surface.
Claims (2)
水流(f)の上流側に向き、上流側ほど水流(f)に直交する方向の幅が減少する先端部(4)と、前記回転体(1)を回転自在に収納する下面側に形成された収納凹部(5)と、前記収納凹部(5)の下流側に形成され、この収納凹部(5)近傍を流動した水を下流側に排出する排出孔(9)と、を有し、水面に浮いた状態を保ちつつ水流(f)中の所定箇所に係留される本体部(2)と、
を備えた水力発電装置。 Rotating body (1) which receives a water flow (f) and has a hollow cylindrical shape, and has a concave groove (3) having a bent portion facing the rotation direction on the cylindrical surface, and which rotates around an axis in response to water flow (f). )When,
It is formed on the upstream side of the water flow (f), the tip (4) whose width in the direction perpendicular to the water flow (f) decreases toward the upstream side, and the lower surface side that rotatably stores the rotating body (1). A storage recess (5) and a discharge hole (9) formed on the downstream side of the storage recess (5) for discharging the water flowing in the vicinity of the storage recess (5) to the downstream side. A main body (2) moored at a predetermined location in the water flow (f) while maintaining a floating state in the water flow,
Hydroelectric power generation device equipped with.
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