JP2019060293A - Head-drop type hydraulic power generation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水の落差が小さくても、効率よく発電しうるようにした落差式水力発電装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a head type hydroelectric generator capable of efficiently generating power even if the head of water is small.
落差式の水力発電装置は、水の落差が大きい程、位置エネルギを利用して発電効率を高めることができるが、大きな落差のある発電に適した場所は少ないため、その設置可能な場所は限られる。この問題に対処するためには、人工的に落差を形成することが考えられるが、このようにすると、大掛かりな土木工事等が必要となるので、水力発電装置の設置コストが増大する。 The head type hydroelectric power unit can use the potential energy to improve the power generation efficiency as the head of the water increases, but there is no suitable place for power generation with a large head, so the place where it can be installed is limited. Be In order to cope with this problem, it is conceivable to artificially form a head, but this requires a large-scale civil engineering work and the like, which increases the installation cost of the hydroelectric generator.
このような課題に鑑み、例えば特許文献1には、用水路に、落差を形成するための越流堰を構築し、越流堰からの越流水を、取水ボックス及びそれに連結した上下方向の流水落下パイプに流入させ、流水落下パイプ内の下部に設けた水車を回転させて、発電機を駆動するようにした落差式水力発電装置が記載されている。
In view of such problems, for example, in
また、特許文献2には、上下方向を向く導水管(配管)の内周面に、導水管内に導入された水を旋回流として流下させるための螺旋リブを設け、旋回流を利用して、導水管内の中間部に収容した回転羽根を効率よく回転させ、発電効率を向上させるようにした落差式水力発電装置が記載されている。
Further, in
特許文献1に記載されている水力発電装置においては、水路を掘削して掘り下げたり、用水路に、落差形成用のコンクリートを打設して、越流堰を構築しなければならないので、水力発電装置の設置コストが増大する。
In the hydroelectric power generation device described in
特許文献2に記載されている水力発電装置は、水の落差エネルギに旋回エネルギが加わるので、落差をそれほど大としなくても、発電効率を高めることが可能である。
しかし、導水管の内周面に螺旋リブを形成するのは面倒であるため、導水管の製造コストが高くなり、水力発電装置全体のコストも増大する。
In the hydroelectric power generation device described in
However, since it is troublesome to form a helical rib on the inner circumferential surface of the water conduit, the manufacturing cost of the water conduit increases, and the cost of the entire hydroelectric power generation apparatus also increases.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、水の落差が小さくても、水車ロータを効率よく回転させて、発電効率を向上させ、かつ土木工事等を不要として、水路に容易に落差を形成し、設置コストを低減させ、効率よく発電しうるようにした落差式水力発電装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above problems, and even if the head of water is small, the water turbine rotor can be efficiently rotated to improve the power generation efficiency, and the head can be easily dropped to the water channel without civil engineering work and the like. It is an object of the present invention to provide a head type hydroelectric power generator capable of efficiently generating power by reducing the installation cost.
本発明の落差式水力発電装置によると、上記課題は次のようにして解決される。
(1)貯水槽または水路に設けられ、前記貯水槽の貯留水または水路の流水を落差を利用して下方に流出させる導水管と、この導水管に設けられた発電ユニットとを備える落差式水力発電装置において、前記発電ユニットは、前記導水管内に配設された、水流方向に長いロータ支持ケースと、前記ロータ支持ケースに回転自在に支持された長手方向を向くロータ軸と、前記ロータ軸に連係された発電機と、前記ロータ軸の下流側の端部に取付けられ、水流を受けて一定方向に回転する複数のブレードを有する水車ロータと、前記ロータ支持ケースの長手方向の外周面に放射方向に突出するようにして、かつ前記水車ロータの回転軸線に対し所定角度傾斜させて固着され、前記導水管内の水流を前記水車ロータを増速させる方向に偏向させうる複数の水流偏向板とを備えるものとする。
According to the head type hydroelectric power generator of the present invention, the above-mentioned subject is solved as follows.
(1) A drop-type hydropower system including a water conduit provided in a water storage tank or water channel for flowing the stored water in the water storage tank or water channel downward using a head, and a power generation unit provided in the water conduit In the power generation apparatus, the power generation unit includes a rotor support case long in the water flow direction, a rotor shaft rotatably supported by the rotor support case, and a rotor shaft that is rotatably supported by the rotor support case, and the rotor shaft. A linked rotor, a water turbine rotor having a plurality of blades attached to the downstream end of the rotor shaft and rotating in a fixed direction by receiving water flow, and radiating to the outer circumferential surface of the rotor support case in the longitudinal direction It is fixed so as to protrude in a direction and inclined at a predetermined angle with respect to the rotation axis of the water turbine rotor, and the water flow in the water conduit can be deflected in the direction to accelerate the water turbine rotor It shall comprise a number of flow deflectors.
このような構成によると、導水管内を流れる水流は、発電ユニットのロータ支持ケースに傾斜させて固着された複数の水流偏向板により、水車ロータに向かって旋回するように偏向させられるため、その偏向水流によって各ブレードが増速方向に押される。これにより、各ブレードには、水の位置(落差)エネルギの外に旋回エネルギが加わり、水車ロータの回転数及びトルクは高められる。
従って、貯水槽の設置スペースや水路の深さ等により、水を流出させる導水管の高さが制限され、水の落差エネルギが小さい場合であっても、発電効率を向上させることができる。
また、従来のように、水流を旋回流とするための螺旋リブを導水管の内周面に設ける必要がないので、導水管の製造コストが低減され、安価な落差式水力発電装置を提供することができる。
According to such a configuration, the flow of water flowing in the water guiding pipe is deflected so as to turn toward the water turbine rotor by the plurality of water flow deflecting plates inclined and fixed to the rotor support case of the power generation unit. The water current pushes each blade in the acceleration direction. Thus, turning energy is added to each blade in addition to the water position (falling) energy, and the rotation speed and torque of the water turbine rotor are increased.
Therefore, the height of the water conduit for draining the water is limited by the installation space of the water storage tank, the depth of the water channel, and the like, and the power generation efficiency can be improved even when the drop energy of the water is small.
In addition, since it is not necessary to provide a helical rib for making the water flow into a swirling flow as in the prior art on the inner peripheral surface of the water conduit, the manufacturing cost of the water conduit is reduced, and an inexpensive drop type hydroelectric generator is provided. be able to.
(2) 前記(1)項において、前記水路は用水路であり、この用水路に、上流側の水流の水位を上昇させて下流側の水流との間に落差を形成する堰板を設置し、この堰板の上部に、前記導水管の上端部を、前記堰板の上部に形成された、前記水位を上昇させた上流側の水を下流側に流出させる導水孔と連通するように連結する。 (2) In the above (1), the water channel is a water channel, and in this water channel, a weir plate is installed which raises the water level of the upstream water stream and forms a head with the downstream water stream; The upper end portion of the water conduit is connected to the upper portion of the weir plate so as to communicate with the water conduction hole formed on the upper portion of the weir plate for discharging the upstream water whose water level has risen to the downstream side.
このような構成によると、水の落差を形成することが困難な用水路であっても、堰板により水流を堰き止めて上流側の水位を上昇させ、用水路に落差を形成して発電しうるので、用水路を自然に流れる水流を利用して発電する水力発電に比して、発電効率は高い。
また、堰板により上流側の水位を上昇させて、用水路に落差を形成しうるので、用水路の流量が少なくて、水位が低くても、導水管内の水車ロータを効率よく回転させて、発電効率を高めることができる。
さらに、堰板により水流を堰き止めるだけで、用水路に落差を形成しうるので、コンクリート堰等を構築するための大がかりな土木工事は不要となり、落差式水力発電装置の設置コストを低減させることができる。
According to such a configuration, even if it is a canal where it is difficult to form a head of water, it is possible to block the water flow by the weir plate and raise the water level on the upstream side to generate a head in the canal to generate power. The power generation efficiency is higher than hydroelectric power generation using water flowing naturally through irrigation canal.
Moreover, since the water level on the upstream side can be raised by the weir plate and a head can be formed in the canal, the water flow in the canal is small, and the water turbine rotor in the water conduit can be efficiently rotated even if the water level is low. Can be enhanced.
Furthermore, since a drop can be formed in the canal just by blocking the water flow by the gravel plate, a large-scale civil engineering work for constructing a concrete dam etc. becomes unnecessary, and the installation cost of the drop type hydroelectric power unit can be reduced. it can.
(3) 前記(1)または(2)項において、前記水流偏向板の先端部に、水流が遠心方向に流動するのを抑制する折曲部を形成する。 (3) In the above (1) or (2), a bent portion that suppresses the flow of the water flow in the centrifugal direction is formed at the tip of the water flow deflection plate.
このような構成によると、複数の水流偏向板によって偏向された水流が遠心方向に流動するのが抑制され、水車ロータを増速させる方向に偏向される水量及び水勢が増大するので、水車ロータの回転数及びトルクを効率よく高めることができ、発電効率はより向上する。 According to such a configuration, the flow of water deflected by the plurality of water flow deflection plates is suppressed from flowing in the centrifugal direction, and the amount of water and the amount of water deflected in the direction of accelerating the water turbine rotor are increased. The rotation speed and torque can be increased efficiently, and the power generation efficiency is further improved.
(4) 前記(1)〜(3)項のいずれかにおいて、前記水流偏向板を、水流が水車ロータを増速させる方向に湾曲して流れるように、曲面状に湾曲させる。 (4) In any one of the items (1) to (3), the water flow deflection plate is curved in a curved shape so that the water flow is curved in the direction of accelerating the water turbine rotor.
このような構成によると、複数の水流偏向板により偏向される水流は、旋回流となり易いので、水車ロータの回転数及びトルクはさらに高められ、発電効率はさらに向上する。 According to such a configuration, since the water flow deflected by the plurality of water flow deflection plates is likely to be a swirling flow, the rotational speed and torque of the water turbine rotor are further increased, and the power generation efficiency is further improved.
(5) 前記(1)〜(4)項のいずれかにおいて、前記ブレードの上流側の受水面を、基端部に向かって漸次傾斜角度が大となるように、回転方向の後方外側に向かって傾斜する傾斜面とするとともに、ブレードの弦長を基端部から先端部に向かって漸次大とし、かつブレードを、最大弦長部を基点とする先端部に上流方向に傾斜する傾斜部が形成された揚力型ブレードとし、前記水流偏向板の放射方向の突出寸法を、当該水流偏向板の先端部が前記最大弦長部付近まで延出する長さとする。 (5) In any one of the items (1) to (4), the water receiving surface on the upstream side of the blade is directed to the rear outside in the rotational direction so that the inclination angle gradually increases toward the base end. And the chord length of the blade is gradually increased from the base end to the tip end, and the blade is inclined in the upstream direction from the maximum chord length to the tip end. The lift type blade is formed, and the protrusion dimension in the radial direction of the water flow deflection plate is a length such that the tip of the water flow deflection plate extends to the vicinity of the maximum chord length.
このような構成によると、複数の水流偏向板を通過した後の偏向水流は、複数の揚力型ブレードにおける基端部から最大弦長部付近に至る傾斜面に広範囲に当たり、傾斜面に沿って流れる偏向水流の水勢及びコアンダ効果により、揚力型ブレードは回転方向に強く押され、回転方向と直交する揚力が大となることにより、水車ロータの回転数及びトルクが高められる。 According to such a configuration, the deflected water flow after passing through the plurality of water flow deflectors strikes the inclined surface from the base end to the vicinity of the maximum chord length in the plurality of lift type blades in a wide range, and flows along the inclined surface. Due to the water flow of the deflected water flow and the Coanda effect, the lift type blade is strongly pushed in the rotational direction, and the lift force orthogonal to the rotational direction is increased, whereby the rotational speed and torque of the water turbine rotor are increased.
また、揚力型ブレードの先端部には、上流方向に向かって傾斜する傾斜部が設けられ、ブレードの先端から遠心方向へ逃げようとする水流を、傾斜部が捕捉して、回転方向と逆方向の斜め遠心方向に流出させ、その反作用によりブレードの先端部を回転方向に押すので、水車ロータの回転効率が高まる。従って、水流偏向板と傾斜部との相乗効果により、水車ロータの回転数及びトルクが増大し、発電効率が向上する。 In addition, the tip of the lifting blade is provided with an inclined portion that inclines in the upstream direction, and the inclined portion catches the water flow that is going to escape from the tip of the blade in the centrifugal direction. Because the reaction is made to flow out in the diagonal centrifugal direction and the tip of the blade is pushed in the rotational direction by the reaction, the rotational efficiency of the water turbine rotor is enhanced. Therefore, the number of revolutions and the torque of the water turbine rotor are increased by the synergistic effect of the water flow deflection plate and the inclined portion, and the power generation efficiency is improved.
(6) 前記(1)〜(5)項のいずれかにおいて、前記水流偏向板の枚数を、3〜16枚とし、各水流偏向板の前記水車ロータの回転軸線に対する傾斜角度を、水流偏向板の枚数が多いほど小さく、枚数が少なくなるほど、45度を超えない範囲内で大とする。 (6) In any one of the items (1) to (5), the number of the water flow deflectors is 3 to 16, and an inclination angle of each water flow deflector to the rotation axis of the water turbine rotor is a water flow deflector The smaller the number, the smaller the number, and the smaller the number, the larger the range not exceeding 45 degrees.
このような構成によると、水流偏向板の枚数は、流速を低下させない範囲であり、かつ水流偏向板の枚数が多い場合でも、水流抵抗が増大して、水車ロータに向かう偏向水流の速さを低下させるのが抑制され、また、水流偏向板の枚数が少ない場合には、傾斜角度を大きくして、水流偏向効果を発揮させることができる。 According to such a configuration, the number of water flow deflection plates is in a range that does not reduce the flow velocity, and even when the number of water flow deflection plates is large, the flow resistance increases and the speed of the deflection water flow toward the water turbine rotor The lowering is suppressed, and when the number of the water flow deflection plates is small, the tilt angle can be increased to exhibit the water flow deflection effect.
本発明の落差式水力発電装置によると、水の落差が小さくても、水車ロータを効率よく回転させて、発電効率を向上させることができる。 According to the head type hydroelectric power generation apparatus of the present invention, even if the head of water is small, the water turbine rotor can be efficiently rotated to improve the power generation efficiency.
以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on the drawings.
図1〜図7は、本発明に係る落差式水力発電装置の実施例1を示すもので、落差式水力発電装置1は、図1に示すように、下部が漏斗状をなし、下面に排水孔2Aを有する貯水槽2と、排水孔2Aと連通するようにして、上流端が貯水槽2の下面に連結された逆向きL字状の導水管3と、導水管3の上部寄りに取付けられた発電ユニット4とを備えている。
1 to 7 show a first embodiment of a head type hydroelectric power generator according to the present invention. As shown in FIG. 1, the head type
導水管3は、垂直管部3Aと、その下端に上向きエルボ状の上端がフランジを介して着脱可能に連結され、下面が地面Gに接地された水平管部3Bとからなり、発電ユニット4は、垂直管部3Aに取り付けられている。貯水槽2の下端から水平管部3Bまでの水の落差は、落差式水力発電装置の設置スペース等を考慮して、例えば1〜3mとしてある。水平管部3Bの下端より流出する水は、図示しない水路を介して、用水路や河川等に送られる。
The
貯水槽2の上端の開口面には、比較的大きなごみ等が入り込むのを防止する金網を有する上蓋5が被せられている。また、垂直管部3Aの上端部には、貯水槽2内に入り込んだ細かなごみ等を捕捉するためのフィルタ6が、着脱可能に取り付けられている。
An
貯水槽2には、例えば用水路、排水路、河川、湖沼、貯水池、ダム等から引き込まれた水が、給水管7を介して貯水されるようになっている。貯水槽2への給水量は、例えば給水管7の取水口に設けた流量調整用の仕切弁等(図示略)によって調節され、水力発電装置の稼働中においては、貯留水はほぼ満水状態に保たれるようになっている。
In the
貯水槽2及び導水管3は、下端が地面Gにより支持され、上端が貯水槽2の漏斗状部の外周面に固定された複数(例えば3本以上)の垂直支持杆8により、安定的に保持されている。
The
発電ユニット4は、垂直管部3Aの下流側寄りの中心部に配置された、水流方向(上下方向)に長い中空状のロータ支持ケース9と、ロータ支持ケース9の下端において平面視反時計方向に回転する水車ロータ10と、水車ロータ10の直上において、ロータ支持ケース9の長手方向(上下方向)の外周面に固定された複数(本実施例では8枚)の水流偏向板11と、ロータ支持ケース9の上方寄りの右側面に左側端が固着され、垂直管部3Aを貫通する右側部が、垂直管部3Aの右側面に固着された取付ブラケット12により支持された水平かつ中空状の伝動軸収容アーム13と、取付ブラケット12に取付けられ、水車ロータ10に連係されて発電する発電機14とを備えている。
The
図2に示すように、ロータ支持ケース9の上方寄りの外周面は、上記伝動軸収容アーム13と、垂直管部3Aの内面に固定された3本の水平のケース支持アーム15とにより、垂直管部3Aに安定よく支持されている。
なお、図示は省略するが、伝動軸収容アーム13及びケース支持アーム15は、上部の厚さが厚く、下方に向かって漸次薄くなる、側面視魚形断面を有しており、それらを通過する水流が、増速するようにしてある。
As shown in FIG. 2, the upper outer peripheral surface of the
Although not shown, the transmission
ロータ支持ケース9は、上部が大径で、下方に向かうに従って漸次小径となる、まぐろ状の形状を有し、上方よりロータ支持ケース9に向かって流れる水流は、ロータ支持ケース9の魚形状に沿って下方に速く流れ、水車ロータ10における後述するブレード18の基部付近を通過する水流の速度が高まるようになっている。
The
ロータ支持ケース9の内部には、下端部をロータ支持ケース10の下端より突出させた上下方向(水流方向)を向くロータ軸16が、図示しない軸受により、回転自在に支持して収容されている。
Inside the
水車ロータ10は、ロータ軸16の下端部に固着されたハブ17と、求心方向の基部が、ハブ17に等間隔おきに固定された複数(本実施例では4枚)の揚力型ブレード(以下、ブレードと略称する)18とを備えている。ハブ17及びブレード18は、例えば合成樹脂(繊維強化合成樹脂も含む)、アルミニウム(その合金も含む)等の軽金属、ステンレス鋼やチタン等の金属材料により形成されている。
The
ロータ軸16の上端部は、伝動手段(回転軸線を直交させて噛合する2個の傘歯車)、及び伝動手段により伝動軸収容アーム13内で回転させられる水平の伝動軸(いずれも図示略)を介して、発電機14に連係され、ロータ軸16が水車ロータ10と共に平面視反時計方向に回転することにより、発電機14が駆動されて発電するようになっている。
The upper end portion of the
図4〜図7にも示すように、各ブレード18は、先端部ほど受水面積が大となるように、弦長を、基部側から先端部方向に向かって漸次大とし、かつ先端部に、上流方向である上方に向かって傾斜する上向傾斜部18Aを形成して、水流の捕捉効果を大とすることにより、水車ロータ10の回転効率が高められるようになっている。
As also shown in FIGS. 4 to 7, each
ブレード18の最大弦長部18Bは、先端部付近に位置し、かつ最大弦長部18Bを基点とする先端部に、上向傾斜部18Aが形成されている。上向傾斜部18Aは、先端に向かって先細とされ、かつ傾斜角度は、例えば35度〜45度とされている。
The
図5〜図7に示すように、ブレード18の断面形状は、矢印で示す回転方向前側の厚さが厚く、後端に向かって漸次薄くしてあり、かつコアンダ効果を発揮させるために、下流側の面を円弧状に膨出させ、さらに、ブレード18全体をロータ軸16に対して所定角度ねじって、ピッチ角を形成することにより、受水面である上面を、回転方向の後方外側に向かって傾斜する傾斜面18Cとしてある。傾斜面18Cの傾斜角度(迎角)は、ブレード18の先端部側が小さく、基端部に向かうにしたがって漸次大としてある。
As shown in FIG. 5 to FIG. 7, the cross-sectional shape of the
これにより、各ブレード18が上方より偏向水流を受けると、各ブレード18には、矢印A方向の揚力が生じ、回転方向へ作用する反力(推力)によって、水車ロータ10は、平面視反時計方向に回転する。また、各ブレード18の先端部には、上向傾斜部18Aが形成されているため、水車ロータ10の回転時に、回転方向後側に傾斜する傾斜面18Cに沿って基端部から遠心方向に流出しようとする水流の一部を、上向傾斜部18Aにより捕捉し、斜め遠心方向に流出させるので、その反作用によりブレード18の回転方向の推力が増大し、水車ロータ10の回転数及びトルクが高められる。
Thus, when each
図3に拡大して示すように、前述した8枚の水流偏向板11は、伝動軸収容アーム13及びケース支持アーム15と水車ロータ10との間において、ロータ支持ケース9の上下方向の外周面に、放射方向に突出するように等間隔おきに、かつ水車ロータ10の回転軸線に対し、水車ロータ10を増速させる方向、すなわち水車ロータ10の回転方向と反対方向に所定角度傾斜させて基端部が固着されている。各水流偏向板11の軸方向(上下方向)の寸法は、例えばロータ支持ケース9の上下方向の長さのほぼ1/2とされ、また、放射方向への突出寸法は、例えば先端部がブレード18の最大弦長部18B付近まで延出する長さとしてある。なお、各水流偏向板11の放射方向への突出寸法は、ブレード18の先端まで延出する長さ、もしくは、先端を超える長さとすることもある。
As shown in FIG. 3 in an enlarged manner, the eight water
水流偏向板11の先端部には、水車ロータ10の回転方向と逆方向に折曲された折曲部11Aが形成されている。なお、水流偏向板11は、ロータ支持ケース9を合成樹脂等により成形する場合、それと一体成形することができる。
A
本実施例では、水車ロータ10の回転軸線に対する各水流偏向板11の傾斜角度を、ほぼ10°としてあるが、この傾斜角度は、水流偏向板11の枚数によって、例えば5°〜45°の範囲内に設定される。すなわち、水流偏向板11によって水流抵抗が増大し、水車ロータ10に向かう偏向水流の速度が低下することがないように、水流偏向板11の枚数が多いほど傾斜角度を小さくし、枚数が少なくなるにしたがって、傾斜角度を漸次大とするのが好ましい。傾斜角度を大きくすると、水流偏向効果は増すが、反対に水流抵抗が増大して、水車ロータ10に向かう流速が小さくなるので、45°を超えないようにするのがよい。なお、水流偏向板11の枚数は、流速を低下させずに水流偏向効果を発揮させるために、水流の落差の大小に応じて、例えば3枚〜16枚、好ましくは6枚〜12枚とするのがよい。
In the present embodiment, the inclination angle of each water
実施例1の落差式水力発電装置のように、水車ロータ10よりも上流側に位置するロータ支持ケース9の外周面に、放射方向に突出する複数の水流偏向板11を、水車ロータ10の回転軸線に対し、その回転方向と反対方向に傾斜させて固着してあると、図1及び図3の矢印で示すように、貯水槽2より流出した水流が、8枚の水流偏向板11により水車ロータ10を増速させる方向、すなわち水車ロータ6の回転方向と反対方向に旋回するように偏向させられる。
As in the case of the drop-type hydroelectric power generation apparatus according to the first embodiment, the plurality of water
各水流偏向板11を通過した後の偏向水流は、複数のブレード18における基端部から最大弦長部18B付近に広範囲に当たり、各ブレード13に沿って流れる偏向水流の水勢及びコアンダ効果により、各ブレード13に作用する回転方向の揚力が大となる。これにより、各ブレード13は回転方向(平面視反時計方向)に強く押され、各ブレード18には、水の落差エネルギの外に旋回エネルギが加わり、それらの相乗効果により、水車ロータ10の回転数及びトルクが高められる。
The deflected water flow after passing through each water
また、ブレード18の先端部には、上流方向に向かって傾斜する上向傾斜部18Aを設けてある。そのため、ブレード18の先端から遠心方向へ逃げようとする水流は、上向傾斜部18Aに捕捉されて、回転方向と逆方向の斜め遠心方向に流出し、その反作用により、ブレード18の先端部は回転方向に押され、水車ロータ10の回転効率が高められる。従って、貯水槽2の設置スペース等により、導水管3の高さが制限され、水の落差(位置)エネルギが小さい場合であっても、水流偏向板11と上向傾斜部18Aとの相乗効果により、水車ロータ10の回転数及びトルクを増大させて、発電効率を向上させることができる。
Further, at the tip of the
さらに、水流偏向板11の先端部には、水車ロータ10の回転方向と反対方向を向く折曲部11Aが形成されているため、各水流偏向板11によって偏向された水流が遠心方向に流動するのが抑制され、水車ロータ10の回転方向と反対方向に向かって偏向される水量及び水勢が増大する。その結果、複数のブレード18における基端部から最大弦長部18B付近に至る傾斜面18Cが、コアンダ効果による揚力により回転方向に強く押され、水車ロータ10の回転数及びトルクは大となり、発電効率はより向上する。
Furthermore, since the
図8は、水流偏向板11の変形例を示すもので、この例では、水流が水車ロータ10の回転方向と反対方向に湾曲して流れるように、各水流偏向板11を曲面状に湾曲させてある。このようにすると、各水流偏向板11により水車ロータ10の回転方向と反対方向に偏向された水流が、旋回流になり易くなるため、複数のブレード18が回転方向に効果的に押され、水車ロータ10の回転数及びトルクが高められる。
なお、各水流偏向板11の先端部に形成してある折曲部11Aを省略し、単に板状をなす水流偏向板11とすることもある。
FIG. 8 shows a modification of the water
In addition, the bending
図9は、本発明に係る落差式水力発電装置の実施例2の縦断側面図である。なお、上述した実施例1と同様の部材には、同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。 FIG. 9 is a longitudinal side view of Example 2 of the head type hydroelectric power generation apparatus according to the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member similar to Example 1 mentioned above, and the detailed description is abbreviate | omitted.
実施例2の落差式水力発電装置は、実施例1と同様の発電ユニット4を、導水管3における水平管部3Bの下流側寄りに、ロータ支持ケース9を水平として配置したものである。
発電機14は、ロータ支持ケース9の上面に取付けた上向きの伝動軸収容アーム13の上面に、取付ブラケット12を介して固定されている。
In the head type hydroelectric power generation apparatus of the second embodiment, the same
The
実施例2の落差式水力発電装置においても、水平管部3B内に流入した水流は、複数の水流偏向板11により水車ロータ10の回転方向と反対方向に旋回するように偏向され、この偏向水流によって、複数のブレード18の傾斜面18Cが、コアンダ効果による揚力により、回転方向に押されるので、水車ロータ10の回転数及びトルクが高められる。従って、貯水槽2から水平管部3Bまでの水の落差を大きくできない場合であっても、発電効率を向上させることができる。
Also in the drop-type hydroelectric power generation apparatus of the second embodiment, the water flow that has flowed into the
図10は、本発明に係る落差式水力発電装置の実施例3の縦断側面図である。なお、上述した実施例1及び2と同様の部材には、同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。 FIG. 10 is a longitudinal side view of Example 3 of the head type hydroelectric power generation apparatus according to the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member similar to Example 1 and 2 mentioned above, and the detailed description is abbreviate | omitted.
実施例3に係る落差式水力発電装置は、地面Gに設置された貯水槽2の外周面の下端部に、フィルタ6が装着された排水孔2Aを設け、貯水槽2の下部に、上下方向に傾斜する落差の小さな導水管3の上流端を、排水孔2Aと連通するように連結するとともに、導水管3の下流側の端部に、前記実施例2と同様の発電ユニット4を取付けたものである。
In the falling type hydroelectric power generation apparatus according to the third embodiment, a
この実施例3の落差式水力発電装置においても、導水管3内を流れる水流は、複数の水流偏向板11により水車ロータ10の回転方向と反対方向に旋回するように偏向させられるため、複数のブレード18の傾斜面18Cが、コアンダ効果による揚力により、回転方向に押される。従って、落差が小さく、水の流速の遅い導水管3であっても、水車ロータ10の回転数及びトルクが高められ、発電効率は向上する。
Also in the head type hydroelectric power generation apparatus of the third embodiment, the water flow flowing in the
図11は、本発明に係る落差式水力発電装置の実施例4の縦断側面図で、落差式水力発電装置1を、例えば農業用の用水路19に設置した例である。なお、上述した各実施例と同様の部材には、同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。
FIG. 11 is a vertical cross-sectional side view of the fourth embodiment of the head-type hydroelectric power generation device according to the present invention, showing an example in which the head type hydro-electric
この実施例では、用水路19に、水流を堰き止め、上流側の水位を上昇させて、下流側の水流との間に落差を形成するための堰板20を設置し、堰板20における下流側の側面(図の左側面)に、落差式水力発電装置1を取付けたものである。なお、堰板20と落差式水力発電装置1とを予め一体的に結合し、それらをユニット化した状態で、用水路19にクレーン等により吊り上げて設置しうるようにしてある。そのために、堰板20の上端に固着された後述する堰板保持板23の中央部には、クレーン等のフックを掛止して吊り上げ可能なアイボルト等の複数の吊上げ金具21が取り付けられている。
In this embodiment, the
堰板20の上下寸法は、その下端が用水路19の底面まで到達するように、用水路19の深さとほぼ同寸に形成され、同じく幅寸法は、用水路19とほぼ同じ幅に形成されている。
The upper and lower dimensions of the
堰板20の上端には、用水路19を横切るように、その上面に横架され、複数の固定具22、22により固定された堰板保持板23が、幅方向に並ぶ三角形の複数の補強板23Aをもって固着されており、堰板20は、この堰板保持板23と補強板23Aにより、用水路19内に不動状態に保持されている。
A plurality of triangular reinforcing plates are arranged at the upper end of the
堰板20の上部寄りには、水位を上昇させた上流側の流水を、後述する導水管28を介して下流側に流出させるための導水孔24が設けられている。堰板20における上流側の壁面の上部には、導水孔24に異物が流入するのを防止するメッシュ状のフィルタ25が、複数の保持具26、26により着脱可能に取り付けられている。
In the upper part of the
堰板20の下端部には、その上流側の水位を調整するための通水孔27が設けられ、堰板20により堰き止められた上流側の水の一部を、通水孔27を介して下流側に排水することにより、上流側の水位が上がりすぎて用水路19より溢れるのを防止するようになっている。通水孔27の大きさや個数は、用水路19の深さや流量等によって適宜に決められる。なお、このような通水孔27を設ける代わりに、堰板20の下端を用水路19の底面から離間させ、それらの間に形成される隙間を通水孔としてもよい。用水路19の水量が少ないときには、このような通水孔27を省略して、上流側の水流の全部を堰板20により堰き止めるようにしてもよい。
A
堰板20の下流側の壁面の上部には、用水路19の水位を上昇させた上流側の流水を下流側に流出させるための導水管28が、導水孔24と連通するようにして取り付けられている。
導水管28は、右端上部が用水路19の上流方向に開口し、その開口端が導水孔24と連通するようにフランジをもって堰板20にボルト止めされた上側エルボ管部28Aと、この上側エルボ管部28Aの下向き開口と連続する垂直管部28Bと、この垂直管部28Bの下端にフランジを介して連結され、左端下部が用水路19の下流方向に開口する下側エルボ管部28Cとからなっている。
In the upper part of the wall surface on the downstream side of the
The upper
垂直管部28Bの中間部には、発電ユニット4が、上記実施例1と同様に、ロータ支持ケース9を上下方向を向くように配置し、その下端の水車ロータ10を、平面視反時計方向に回転するようにするとともに、複数の水流偏向板11を水車ロータ10の回転方向と反対方向に傾斜させて取り付けられている。なお、発電機14は、水没しないように、下流側の水面から離間するようにしてある。
In the middle portion of the
実施例4の落差式水力発電装置1においても、堰板20により堰き止められた上流側の水が導水管28に流入すると、水流は、発電ユニット4における複数の水流偏向板11により、水車ロータ10の回転方向と反対方向に旋回するように偏向させられる。
Also in the head type hydroelectric
この偏向水流により、ブレード18が、コアンダ効果による揚力により回転方向に押され、各ブレード18には、水の落差エネルギの外に旋回エネルギが加わるため、導水管28の上下寸法を大として水の落差をそれほど大としなくても、水車ロータ10の回転数及びトルクが高められ、発電効率は向上する。
Due to this deflected water flow, the
また、用水路19のように、水の落差を形成することが困難な場合であっても、堰板20により水流を堰き止めて上流側の水位を上昇させ、用水路19に落差を形成して発電しうるので、用水路19の自然に流れる水流を利用して発電する水力発電に比して、利用される水流のエネルギは大きく、発電効率は高い。
Further, even when it is difficult to form a head of water, as in the case of the
さらに、堰板20により用水路19を一部堰き止めて水位を上昇させ、落差を形成しうるので、用水路19の水量が少なく、水位が低い場合であっても、導水管28内の水車ロータ10は効率よく回転し、発電効率を高めることができる。
また、堰板20により用水路19を堰き止めるだけで用水路19に落差を形成しうるので、従来のようなコンクリート堰等を構築するための大がかりな土木工事は不要となり、落差式水力発電装置の設置コストを低減させることができる。
In addition, since the
In addition, since a drop can be formed in the
なお、実施例4においては、下側エルボ管部28Cの下部を下流側に延長して、その延長部分に、発電ユニット4を、図9と同様の形態で設置することも可能である。この場合には、発電機14を防水カバー等により覆うか、伝動軸収容アーム13を上方に延長して、発電機14を水面より離間させればよい。
In the fourth embodiment, it is also possible to extend the lower part of the lower
図12は、本発明に係る落差式水力発電装置の実施例5の縦断側面図で、落差式水力発電装置1を用水路19に設置した別の実施例である。なお、実施例4と同様の部材には、同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。
FIG. 12 is a vertical cross-sectional side view of the fifth embodiment of the head type hydroelectric power generation apparatus according to the present invention, showing another embodiment in which the head type hydroelectric
この実施例では、上記実施例4と同様の堰板20の上部に、用水路19の下流方向に向かって下向きに傾斜する傾斜導水管29を取付け、この傾斜導水管29の中間部に、上記実施例と同様の発電ユニット4を、発電機14が水没しないように設置したものである。
In this embodiment, an
実施例5の落差式水力発電装置1においても、堰板20により堰き止められた水が傾斜導水管28に流入すると、水流は、発電ユニット4における複数の水流偏向板11により、水車ロータ10の回転方向と反対方向に旋回するように偏向させられるので、水の落差を大きくすることが困難な用水路19に落差式水力発電装置1を設置した場合でも、水車ロータ10の回転数及びトルクが高められ、発電効率を向上させることができる。
Also in the head type hydroelectric
なお、実施例4及び実施例5に係わる落差式水力発電装置1においては、堰板20によって用水路19の水流を完全に堰き止めるものではなく、水位を上昇させた上流側の水は、導水管28、29及び通水孔27を介して下流側に流れるので、下流側の水利権等に影響を及ぼすおそれはない。
In the head type
実施例4及び実施例5において、用水路19の水路幅が比較的大きい場合には、幅寸法を大とした堰板20に、複数の落差式水力発電装置1を幅方向に並べて設置しうるので、より発電効率を高めることができる。
実施例4及び実施例5に係わる落差式水力発電装置1は、農業用の用水路19の他に、上下水道や工業用水路、川幅の比較的小さな河川などにも設置することができる。
In the fourth embodiment and the fifth embodiment, when the water channel width of the
The head type hydroelectric
本発明は、上記各実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、例えば次のような種々の変形や変更を施すことが可能である。
上記各実施例では、水車ロータ10のブレード18の数を4枚としたが、これに限定されないことは勿論のこと、先端部に上向傾斜部18Aが形成されていない揚力型ブレードを備える水車ロータを用いた落差式水力発電装置にも、本発明を適用することができる。
The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and changes can be made, for example, as follows, without departing from the scope of the present invention.
Although the number of the
また、図13に示すように、複数の抗力型ブレード30を備えるプロペラ型反動水車ロータ、すなわち抗力型水車ロータ31を用いた水力発電装置にも、本発明を適用することができる。このような抗力型水車ロータ31を用いた際には、水流偏向板11を、水車ロータ31の回転軸線に対し、水車ロータ31を増速させる方向、すなわち水車ロータ31の回転方向と同方向に傾斜させればよい。
このようにしても、水流偏向板11により偏向された旋回水流によって抗力型ブレード30は回転方向に押されるため、水車ロータ31を増速させて、その回転数及びトルクを高めることができる。
Further, as shown in FIG. 13, the present invention can be applied to a propeller type reaction water turbine rotor provided with a plurality of
Even in this case, since the
上記各実施例では、発電機14を、ロータ支持ケース9及び導水管3、28の外部に設置しているが、ロータ支持ケース9の内部空間に発電機を収容し、発電した電力を、ケース支持アーム15に挿通した電気配線を介して、外部に取り出すようにしてもよい。
In each of the above embodiments, the
1 落差式水力発電装置
2 貯水槽
2A 排水孔
3 導水管
3A 垂直管部
3B 水平管部
4 発電ユニット
5 上蓋
6 フィルタ
7 給水管
8 垂直支持杆
9 ロータ支持ケース
10 水車ロータ
11 水流偏向板
11A 折曲部
12 取付ブラケット
13 伝動軸収容アーム
14 発電機
15 ケース支持アーム
16 ロータ軸
17 ハブ
18 揚力型ブレード
18A 上向傾斜部
18B 最大弦長部
18C 傾斜面
19 用水路
20 堰板
21 吊上げ金具
22 固定具
23 堰板保持板
23A 補強板
24 導水孔
25 フィルタ
26 保持具
27 通水孔
28 導水管
28A 上側エルボ管部
28B 垂直管部
28C 下側エルボ管部
29 傾斜導水管
30 抗力型ブレード
31 抗力型水車ロータ
G 地面
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記発電ユニットは、前記導水管内に配設された、水流方向に長いロータ支持ケースと、
前記ロータ支持ケースに回転自在に支持された長手方向を向くロータ軸と、
前記ロータ軸に連係された発電機と、
前記ロータ軸の下流側の端部に取付けられ、水流を受けて一定方向に回転する複数のブレードを有する水車ロータと、
前記ロータ支持ケースの長手方向の外周面に放射方向に突出するようにして、かつ前記水車ロータの回転軸線に対し所定角度傾斜させて固着され、前記導水管内の水流を前記水車ロータを増速させる方向に偏向させうる複数の水流偏向板とを備えることを特徴とする落差式水力発電装置。 A drainage type hydroelectric power generating apparatus comprising: a water conduit provided in a water storage tank or water channel for flowing down stored water in the water storage tank or water channel downward using a head, and a power generation unit provided in the water transmission pipe ,
The power generation unit includes a rotor support case long in the water flow direction disposed in the water conduit.
A longitudinally oriented rotor shaft rotatably supported on the rotor support case;
A generator linked to the rotor shaft,
A water turbine rotor having a plurality of blades attached to the downstream end of the rotor shaft and rotating in a fixed direction in response to a water flow;
It projects radially outward on the outer peripheral surface in the longitudinal direction of the rotor support case, and is fixed at a predetermined angle with respect to the rotation axis of the water turbine rotor, thereby accelerating the water flow in the water conduit to the water turbine rotor. A drop-type hydroelectric power generation apparatus comprising: a plurality of water flow deflection plates which can be deflected in a direction.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017186014A JP2019060293A (en) | 2017-09-27 | 2017-09-27 | Head-drop type hydraulic power generation device |
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017186014A JP2019060293A (en) | 2017-09-27 | 2017-09-27 | Head-drop type hydraulic power generation device |
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Family Applications (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN113757024A (en) * | 2021-09-03 | 2021-12-07 | 汤世强 | Small and micro water flow constant-pressure hydroelectric power station |
-
2017
- 2017-09-27 JP JP2017186014A patent/JP2019060293A/en active Pending
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CN113757024A (en) * | 2021-09-03 | 2021-12-07 | 汤世强 | Small and micro water flow constant-pressure hydroelectric power station |
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