JP2023021882A - Small hydroelectric power generation water turbine device - Google Patents

Small hydroelectric power generation water turbine device Download PDF

Info

Publication number
JP2023021882A
JP2023021882A JP2021144309A JP2021144309A JP2023021882A JP 2023021882 A JP2023021882 A JP 2023021882A JP 2021144309 A JP2021144309 A JP 2021144309A JP 2021144309 A JP2021144309 A JP 2021144309A JP 2023021882 A JP2023021882 A JP 2023021882A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pressure pipe
water
water turbine
power generation
hydroelectric power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2021144309A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
幸雄 大原
Yukio Ohara
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to JP2021144309A priority Critical patent/JP2023021882A/en
Publication of JP2023021882A publication Critical patent/JP2023021882A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

Landscapes

  • Hydraulic Turbines (AREA)

Abstract

To provide a small hydroelectric power generation water turbine device capable of increasing a flow speed in a pressure pipe to increase the rotation speed of a water turbine, with a simple configuration.SOLUTION: A small hydroelectric power generation water turbine device comprises a first cylindrical pressure pipe 1 in which a cylindrical water turbine formed with a plurality of blades is rotatably arranged, where an inflow port 1a formed at one end side of the first pressure pipe 1 is formed so that an opening surface is inclined downward. One end side of a second pressure pipe 8 having an inner diameter larger than that of the first pressure pipe 1 is connected to the other end of the first pressure pipe 1.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、高低差の小さな用水路等に設置して発電機を駆動するための小型水力発電用水車装置に関する。 BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a water turbine device for small hydroelectric power generation installed in an irrigation channel or the like with a small height difference to drive a generator.

従来は、用水路などの流れている水の中に入れた水車や、パイプを設置して落差を利用してパイプの下流部で発電していた。水量の不安定や少落差では発電するための水力が不十分なことから、十分な発電ができない。これは、用水路などの落差が小さいために、水車を駆動するための水圧や水量が小さいことに起因している。このような、落差が小さい場合にも発電効率を高めるために、サイフォンの原理を応用した水力発電装置がある。 In the past, water turbines were placed in flowing water such as irrigation canals, or pipes were installed to generate electricity downstream of the pipes using the difference in head. Sufficient power generation is not possible due to insufficient water power for power generation due to unstable water volume and small head. This is because the head of the irrigation channel and the like is small, so the water pressure and the amount of water for driving the water turbine are small. In order to increase power generation efficiency even when the head is small, there is a hydraulic power generator that applies the principle of a siphon.

サイフォン式水力発電装置としては、例えば、実開昭59-184382号公報に示すように、水源の水を発電装置の水車にサイフォン管をもって導水するとともに、サイフォン管の最高部上面に、空気瑠を連設することにより、水流に混入してサイフォン管に流入した空気を集めるようにし、その水位を検知して、自動的に真空ポンプにより排気することが示されている。このように、従来一般のサイフォン式水力発電装置は、サイフォン管の最高部に溜まる空気を真空ポンプ等によって排気し、サイフォン管内部に空気を排除することにより、サイフォン現象を機能させていた。 As a siphon-type hydroelectric power generator, for example, as shown in Japanese Utility Model Laid-Open No. 59-184382, water from a water source is guided to a water wheel of the power generator through a siphon pipe, and an air pipe is placed on the upper surface of the highest part of the siphon pipe. It is shown that the air mixed with the water flow and flowed into the siphon pipe is collected by connecting the pipes, the water level is detected, and the air is automatically exhausted by the vacuum pump. In this way, conventional general siphon type hydroelectric generators function the siphon phenomenon by evacuating the air accumulated at the highest part of the siphon pipe with a vacuum pump or the like and removing the air inside the siphon pipe.

特許文献1に示されているサイフォン式水力発電装置は、サイフォン現象を機能させるために、サイフォン管の最高部の空気を排気し、サイフォン管内部を水で充満させるために、真空ポンプ等の排気装置を設置する必要があり、装置が複雑になり、しかも高額になる問題があった。また、サイフォン管に導水された水流により回転する水車は、一般的には、プロペラ型や螺旋方が多用されているが、構成が複雑なうえに、所定の内径の小さなサイフォン管には不向きであり、所定の効率が得られない問題がある。さらに、用水路などに設置した場合、浮遊ごみや小石がサイフォン管内に流入することが多々あり、これらによって水車を停止或いは制動させて、発電できなくなることもあった。 The siphon type hydroelectric power generator shown in Patent Document 1 exhausts the air at the top of the siphon pipe in order to make the siphon phenomenon work, and exhausts the vacuum pump or the like in order to fill the inside of the siphon pipe with water. There was a problem that it was necessary to install a device, which made the device complicated and expensive. In general, propeller-type and spiral-type water turbines, which are rotated by the flow of water introduced into a siphon tube, are not suitable for a siphon tube with a small inner diameter, in addition to being complicated in structure. However, there is a problem that the desired efficiency cannot be obtained. Furthermore, when installed in an irrigation channel or the like, floating debris and pebbles often flow into the siphon pipe, which may stop or brake the water wheel, making it impossible to generate electricity.

そこで、出願人は、特開2019-183825号公報(特許文献1)に示すように、サイフォンを作用させることができ、高効率で水車を回転駆動することができる小型水力発電用水車を提案した。この小型水力発電用水車は、円筒状に形成された圧力管と、この圧力管の内部に回転自在に配設され、内方に向けて突出した複数の羽根を形成するとともに、一端側にシャフトが取り付けられた円筒型水車を備え、前記圧力管の流入口から流水を流入させて前記円筒型水車を回転駆動するようにしている。そして、前記圧力管の一端側に形成された流入口は、開口面が下側に向かうように傾斜させて形成し、前記円筒型水車を配設した前記圧力管の他端側を流入口よりも下げて配置するように構成している。 Therefore, the applicant has proposed a water turbine for small hydroelectric power generation, which can act as a siphon and can be driven to rotate with high efficiency, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2019-183825 (Patent Document 1). . This water turbine for small hydroelectric power generation includes a pressure tube formed in a cylindrical shape, a plurality of blades rotatably arranged inside the pressure tube, protruding inward, and a shaft at one end side. is attached to the cylindrical water wheel, and the cylindrical water wheel is rotationally driven by flowing water from the inlet of the pressure pipe. The inlet formed at one end of the pressure pipe is inclined so that the opening surface faces downward, and the other end of the pressure pipe in which the cylindrical water turbine is arranged is positioned from the inlet. It is configured so that it is also lowered.

この小型水力発電用水車によれば、円筒状に形成された圧力管の一端側に形成された流入口を、開口面が下側に向かうように傾斜させて形成しているので、圧力管内は空気が排除されることからサイフォン現象が生じる。この結果、圧力管内が真空状態になるので、用水路の流速よりも早くなり、圧力管の内部に回転自在に配設された円筒型水車をより高速で回転駆動することができるといった効果を奏する。 According to this water turbine for small hydroelectric power generation, the inflow port formed at one end of the pressure pipe formed in a cylindrical shape is formed so that the opening face is inclined downward, so that the inside of the pressure pipe is Siphoning occurs due to the exclusion of air. As a result, the inside of the pressure pipe becomes a vacuum state, so that the flow speed becomes faster than that of the irrigation channel, and the cylindrical water turbine rotatably arranged inside the pressure pipe can be driven to rotate at a higher speed.

特開2019-183825号公報JP 2019-183825 A

特許文献1に開示した小型水力発電用水車は、上述したように、サイフォン現象を生じさせて、圧力管内の流速を早くすることができることから、圧力管内の水車を高速回転させるので、発電装置としての効率を高めることができる。ところが、発電装置の効率をさらに高めるためには、水車をさらに高速回転する必要がある。このため、圧力管内の流量を増加させると共に、流速を増加することが求められるが、特許文献1に開示した小型水力発電用水車においては、圧力管内の容積が一定のため、流速を増加させることができない問題があった。 As described above, the water turbine for small hydroelectric power generation disclosed in Patent Document 1 can cause the siphon phenomenon to increase the flow velocity in the pressure pipe, so that the water turbine in the pressure pipe rotates at high speed. efficiency can be increased. However, in order to further increase the efficiency of the power generator, it is necessary to rotate the water turbine at a higher speed. For this reason, it is required to increase the flow rate in the pressure pipe as well as the flow velocity. I had a problem that I couldn't do it.

そこで、本発明の課題は、簡易な構成により、圧力管内の流速を増加させて、水車を高速回転させることができる小型水力発電用水車装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a water turbine apparatus for small hydroelectric power generation that can increase the flow velocity in the pressure pipe and rotate the water turbine at a high speed with a simple configuration.

上記課題を解決するため、本発明による小型水力発電用水車装置は、複数の羽根を形成した円筒型水車を内部に回転自在に配設した円筒状の第1の圧力管を備え、前記第1の圧力管の一端側に形成された流入口を、開口面が下側に向かうように傾斜させて形成した水車装置であって、前記第1の圧力管の内径よりも大きい内径の第2の圧力管に一端側を前記第1の圧力管の他端に連結させたことを要旨としている。 In order to solve the above problems, a water turbine device for small hydroelectric power generation according to the present invention comprises a cylindrical first pressure pipe in which a cylindrical water turbine having a plurality of blades is rotatably disposed, A water turbine device in which the inlet formed at one end of the pressure pipe is inclined so that the opening surface faces downward, and the second pressure pipe has an inner diameter larger than the inner diameter of the first pressure pipe The gist is that one end of the pressure pipe is connected to the other end of the first pressure pipe.

また、前記第2の圧力管の内径よりも大きい内径の第3の圧力管の一端側を前記第2の圧力管の他端に連結させることが可能である。 Further, it is possible to connect one end side of a third pressure pipe having an inner diameter larger than that of the second pressure pipe to the other end of the second pressure pipe.

さらに、前記第1の圧力管の一端側は流水に水没され、前記第2の圧力管又は第3の圧力管の他端側を前記流水から離脱させるようにしている。 Furthermore, one end side of the first pressure pipe is submerged in running water, and the other end side of the second pressure pipe or the third pressure pipe is separated from the running water.

本発明の小型水力発電用水車装置によれば、円筒状に形成された圧力管の一端側に形成された流入口を、開口面が下側に向かうように傾斜させて形成することにより、圧力管内は空気を排除してサイフォン現象を発生させ、この結果、圧力管内を真空状態にすることにより流速を早くして、圧力管に配設された円筒型水車をより高速で回転駆動することができる作用をそのまま継承することができる。さらに、上記した第1の圧力管の他端に、この内径よりも大きい内径とした第2の圧力管の一端側を連結させることにより、真空状態となっている第2の圧力管の容積が増大するので、この第2の圧力管内を充満させようと第1の圧力管から水量を引き込むことから、第1の圧力管の流速を増加させることができる。この結果、第1の圧力管内に配設された水車の回転速度が増加し、高速回転させた水車によって、連結した発電機を高速回転させるので、さらに効率良く発電することが可能となる。 According to the water turbine device for small hydroelectric power generation of the present invention, the inlet formed at one end of the pressure pipe formed in a cylindrical shape is inclined so that the opening surface faces downward, thereby reducing the pressure. Air is removed from the inside of the pipe to generate a siphon phenomenon, and as a result, the flow velocity increases by creating a vacuum inside the pressure pipe, and the cylindrical water wheel installed in the pressure pipe can be driven to rotate at a higher speed. You can inherit the action that you can do as it is. Furthermore, by connecting one end side of a second pressure pipe having an inner diameter larger than the inner diameter of the second pressure pipe to the other end of the first pressure pipe, the volume of the second pressure pipe in a vacuum state can be reduced to As it increases, the flow rate in the first pressure tube can be increased by drawing water volume from the first pressure tube in an attempt to fill this second pressure tube. As a result, the rotation speed of the water wheel arranged in the first pressure pipe increases, and the water wheel rotated at high speed rotates the connected generator at high speed, so that it is possible to generate power more efficiently.

また、第2の圧力管の内径よりも大きい内径の第3の圧力管の一端側を、第2の圧力管の他端に連結させることにより、第3の圧力管による容積を増大させることができる。この結果、真空状態となっている第3の圧力管の増加した容積分の水量を第1の圧力管から引き込もうとして、第1の圧力管の流速をさらに加速させることから、第1の圧力管内に配設された水車をさらに高速回転させることができ、発電効率をさらに高めることが可能となる。 Further, by connecting one end side of the third pressure pipe having an inner diameter larger than that of the second pressure pipe to the other end of the second pressure pipe, the capacity of the third pressure pipe can be increased. can. As a result, the amount of water corresponding to the increased volume of the third pressure pipe, which is in a vacuum state, is drawn from the first pressure pipe, further accelerating the flow velocity of the first pressure pipe, so that the first pressure The water turbine arranged in the pipe can be rotated at a higher speed, and the power generation efficiency can be further improved.

さらに、第1の圧力管の一端側を流水に水没され、第2の圧力管又は第3の圧力管の他端側を流水から離脱させることにより、真空状態となって内部に充満されている第2の圧力管又は第3の圧力管の内部の水流が、他端側から一機に開放されるので、第1の圧力管から第2の圧力管又は第3の圧力管内の水流が停滞することなく高速で流通させることが可能となる。 Furthermore, one end side of the first pressure pipe is submerged in running water, and the other end side of the second pressure pipe or the third pressure pipe is separated from the running water, thereby creating a vacuum state and filling the inside. Since the water flow inside the second pressure pipe or the third pressure pipe is released all at once from the other end side, the water flow from the first pressure pipe to the second pressure pipe or the third pressure pipe stagnates. It is possible to circulate at high speed without

本発明の小型水力発電用水車装置の実施例を示す側面図である。1 is a side view showing an embodiment of a water turbine device for small hydroelectric power generation according to the present invention; FIG. 図1に示す小型水力発電用水車装置の要部を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a main part of the water turbine device for small hydroelectric power generation shown in FIG. 1; 圧力管によるサイフォン現象を示す説明図である。It is an explanatory view showing a siphon phenomenon caused by a pressure tube. 円筒型水車を示す正面図である。It is a front view which shows a cylindrical water turbine. 本発明の小型水力発電用水車装置の他の実施例を示す側面図である。FIG. 4 is a side view showing another embodiment of the water turbine device for small hydroelectric power generation of the present invention;

本発明による小型水力発電用水車装置は、複数の羽根を形成した円筒型水車を内部に回転自在に配設した円筒状の第1の圧力管を備え、前記第1の圧力管の一端側に形成された流入口を、開口面が下側に向かうように傾斜させて形成した水車装置であって、前記第1の圧力管の内径よりも大きい内径の第2の圧力管に一端側を前記第1の圧力管の他端に連結させている。 A water turbine device for small hydroelectric power generation according to the present invention comprises a first cylindrical pressure pipe in which a cylindrical water turbine having a plurality of blades is rotatably disposed, and one end of the first pressure pipe has A water turbine device in which the formed inlet is inclined so that the opening surface faces downward, and one end side is connected to the second pressure pipe having an inner diameter larger than the inner diameter of the first pressure pipe. It is connected to the other end of the first pressure pipe.

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例について説明する。図1、図2は、本発明による小形水力発電用水車装置の実施例を示している。第1の圧力管1は、塩化ビニール製の長さが概ね1m~4mのパイプ等のプラスチックによって円筒状に形成され、図示右方の一端側には、流入口1aが形成されている。この流入口1aは、図示のように、開口面の切り口が下側に向かうように傾斜させて形成され、楕円形の流入口1aの開口面積Mは、第1の圧力管1の内径よりも大きくなっている。また、傾斜角は、第1の圧力管1の上面に対して、概ね30度から60度としているが、後述する円筒型水車2に取り付けられるシャフト3が導出されるような角度に設定することが望ましい。一方、第1の圧力管1の他端側は、直角に形成されている。なお、第1の圧力管1の流入口1aと他端側との高低差を大きくする場合には、第1の圧力管1の他端側に追加の第1の圧力管1を連結することが好ましい。 Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 and 2 show an embodiment of a water turbine for small hydroelectric power generation according to the present invention. The first pressure pipe 1 is formed in a cylindrical shape from plastic such as a vinyl chloride pipe having a length of approximately 1 m to 4 m, and an inlet 1a is formed at one end on the right side of the drawing. As shown in the figure, the inflow port 1a is formed so that the cut end of the opening surface is inclined downward. It's getting bigger. In addition, the inclination angle is approximately 30 to 60 degrees with respect to the upper surface of the first pressure pipe 1, but the angle should be set so that the shaft 3 attached to the cylindrical water turbine 2 described later can be led out. is desirable. On the other hand, the other end side of the first pressure tube 1 is formed at a right angle. If the height difference between the inlet 1a of the first pressure pipe 1 and the other end is increased, an additional first pressure pipe 1 may be connected to the other end of the first pressure pipe 1. is preferred.

この第1の圧力管1の内部には、円筒型水車2が回転自在に配設されている。円筒型水車2は、塩化ビニール製の長さが概ね1m~6mのパイプ等のプラスチックによって円筒状に形成されている。さらに、円筒型水車2の外形は、第1の圧力管1の内径よりも小さく、第1の圧力管1内で自由に回転できるように設定されている。 A cylindrical water wheel 2 is rotatably arranged inside the first pressure pipe 1 . The cylindrical water turbine 2 is formed in a cylindrical shape from plastic such as a vinyl chloride pipe having a length of approximately 1 m to 6 m. Furthermore, the outer shape of the cylindrical water turbine 2 is smaller than the inner diameter of the first pressure pipe 1 and is set so that it can rotate freely within the first pressure pipe 1 .

円筒型水車2の内面には、図4に示すように、複数の羽根2aが内方に向けて突出するように形成されている。これらの羽根2aは、円筒型水車2の周面に対して紬方向と円周方向に各々1本の切り込みを入れ、その対角線の直線を円筒型水車2の内方向けて折曲することにより三角形状に形成され、三角形状の先端側が内方に向けて突出される。この羽根2aは、必要に応じて任意の数に設定され、また、形成する円周方向の位置は、回転バランスを考慮して2~4個の羽根2aを等間隔に配置することが望ましい。なお、複数の羽根2aは、軸方向に螺旋条にずらしながら配置することにより一層効率が高まる。 As shown in FIG. 4, the inner surface of the cylindrical water wheel 2 is formed with a plurality of blades 2a protruding inward. These blades 2a are formed by making one notch in the circumferential direction and one in the circumferential direction on the peripheral surface of the cylindrical water turbine 2, and bending the diagonal straight lines toward the inside of the cylindrical water turbine 2. It is formed in a triangular shape, and the tip side of the triangular shape protrudes inward. The number of blades 2a is set to an arbitrary number as necessary, and it is desirable that two to four blades 2a are arranged at equal intervals in consideration of rotational balance. The efficiency is further enhanced by arranging the plurality of blades 2a while displacing them in the axial direction in a helical fashion.

この円筒型水車2の第1の圧力管1の流入口1a側には、図1に示す発電機4に連結されるシャフト3が取り付けられている。そして、円筒型水車2の回転によってシャフト3を介して発電機4を回転駆動することにより発電が行われる。なお、上述したように、第1の圧力管1を長尺にした場合には、円筒型水車2も第1の圧力管1の長さに合わせて複数連結することが望ましい。 A shaft 3 connected to a generator 4 shown in FIG. The rotation of the cylindrical water turbine 2 rotates the generator 4 via the shaft 3 to generate power. In addition, as described above, when the first pressure pipe 1 is elongated, it is desirable to connect a plurality of cylindrical water turbines 2 according to the length of the first pressure pipe 1 .

一方、第1の圧力管1の流入口1aには取水桝5が設置され、この取水桝5を介して流入口1aに水が流入される。取水桝5は、例えば、用水路のような川6の上流側を頂部とした略五角形の箱形に形成され、上流側の頂部には、離間させて壁5a、5bが二重に形成されている。そして、上流側の壁5aの上端は、川6の流水面6aよりも高くし、下流側の壁5bは流水面6aよりも低く形成され、上流側と下流側の壁5a、5bとの間の底部は開口され、さらに、両側も壁を設けることがなく開放されている。この取水桝5は、プラスチック、金属板、木製のいずれかでも良い。 On the other hand, a water intake pit 5 is installed at the inlet 1a of the first pressure pipe 1, and water flows into the inlet 1a through the water intake pit 5. As shown in FIG. The water intake pit 5 is, for example, formed in a substantially pentagonal box shape with a top portion on the upstream side of a river 6 such as an irrigation channel, and on the top portion on the upstream side, walls 5a and 5b are formed to be separated from each other. there is The upper end of the wall 5a on the upstream side is higher than the water surface 6a of the river 6, and the wall 5b on the downstream side is formed lower than the water surface 6a. The bottom is open and the sides are also open without walls. The water intake basin 5 may be made of plastic, metal plate, or wood.

また、小型水力発電用水車の流入口1aは、図1に示すように、用水路に浸漬させた取水桝5に連結されている。また、第1の圧力管1の他端側は、川6の流水面6aよりも上方の位置になっている。このため、第1の圧力管1の流入口1aよりも図示左方の下流側に、堰7を設置し、第1の圧力管1の他端側との間に落差を形成することが望ましい。なお、地形として、落差を有する川6に設置する場合は、堰7は不要である。
このように、第1の圧力管1の一端側を流水に水没させ、後述する第2の圧力管8又は第3の圧力管9の他端側を流水から離脱させることにより、真空状態となって内部に充満されている第1の圧力管1乃至第3の圧力管9の内部の水流が、他端側から一機に開放されるので、第1の圧力管1乃至第3の圧力管9内の水流が停滞することなく高速で流通させることが可能となる。
In addition, as shown in FIG. 1, the inlet 1a of the water turbine for small hydroelectric power generation is connected to a water intake pit 5 immersed in the irrigation channel. The other end side of the first pressure pipe 1 is located above the flowing water surface 6a of the river 6. As shown in FIG. For this reason, it is desirable to install a weir 7 downstream of the inflow port 1a of the first pressure pipe 1 to the left in the drawing to form a drop between the first pressure pipe 1 and the other end side of the first pressure pipe 1. . Note that the weir 7 is not necessary when the system is installed in a river 6 having a head as topography.
In this manner, one end of the first pressure pipe 1 is submerged in running water, and the other end of a second pressure pipe 8 or a third pressure pipe 9, which will be described later, is removed from the running water, thereby creating a vacuum state. Since the water flow inside the first pressure pipe 1 to the third pressure pipe 9 filled inside is released at once from the other end side, the first pressure pipe 1 to the third pressure pipe It is possible to allow the water flow in 9 to circulate at high speed without stagnation.

用水路のような川6から流れる水は、まず取水桝5に流入して、第1の圧力管1の流入口1aに流入する。このとき、図3に示すように、第1の圧力管1の流入口1aは川6に浸漬しているので、水面6aには大気圧により押圧される一方、水には反力としての浮力が生ずる。第1の圧力管1の流入口1aは、図示のように、開口面の切り口が下側に向かうように傾斜させた開口面積Mを有していることから、流入口1aの垂直方向の開口7には、浮力が生じた水が、矢示のように、流入口1aの内面上部に上昇する。この現象は、従来一般に知られたサイフォン式水力発電装置におけるサイフォン管の最高部の空気瑠を排気することと同じであり、流入口1aを傾斜させているので、サイフォン現象により、開口面積Mの開口の上部には空気が排除された真空状態になる。このとき、流入口1aの開口以外の場所では、点線で示す矢示のように、第1の圧力管1の周面により水の上昇は阻止される。この結果、第1の圧力管1の流入口1aには、真空状態となっていることから、川6の水が勢いを増して流入する。 Water flowing from a river 6 such as an irrigation channel first flows into the intake basin 5 and into the inlet 1 a of the first pressure pipe 1 . At this time, as shown in FIG. 3, since the inlet 1a of the first pressure pipe 1 is immersed in the river 6, it is pressed against the water surface 6a by the atmospheric pressure, while the buoyant force acts as a reaction force on the water. occurs. Since the inlet 1a of the first pressure pipe 1 has an opening area M in which the cut end of the opening surface is inclined downward as shown in the figure, the vertical opening of the inlet 1a At 7, the buoyant water rises to the upper inner surface of the inlet 1a as indicated by the arrow. This phenomenon is the same as exhausting air from the highest part of the siphon pipe in a conventionally known siphon type hydroelectric generator. A vacuum state is created above the opening from which air is removed. At this time, the water is prevented from rising by the peripheral surface of the first pressure pipe 1, as indicated by the dotted arrows, at locations other than the opening of the inlet 1a. As a result, since the inlet 1a of the first pressure pipe 1 is in a vacuum state, water from the river 6 flows into the inlet 1a with increased momentum.

第1の圧力管1に勢いを増して流入した水は、円筒型水車2に流入する。水は、円筒型水車2の内部に流入することにより、内方に向けて突出するように形成された複数の羽根2aを押圧することによって回転する。複数の羽根2aは、軸方向に対して傾斜した三角形状に形成されているので、この羽根2aによって回転駆動力が得られる。一方、水は第1の圧力管1の内面と円筒型水車2の内面にも流入する。このとき、円筒型水車2の回転によって周囲に浮力が生じ、一種の動圧軸受と同等の機能が生じることから、接触負荷が大幅に軽減される。このように、円筒型水車2の回転によって、シャフト3を介して発電機4が回転駆動される。 Water flowing into the first pressure pipe 1 with increasing force flows into the cylindrical water turbine 2 . When the water flows into the cylindrical water turbine 2, it rotates by pressing a plurality of blades 2a formed to protrude inward. Since the plurality of blades 2a are formed in a triangular shape inclined with respect to the axial direction, the blades 2a provide rotational driving force. On the other hand, water also flows into the inner surface of the first pressure pipe 1 and the inner surface of the cylindrical water turbine 2 . At this time, the rotation of the cylindrical water turbine 2 generates buoyancy around it, and a function equivalent to a kind of hydrodynamic bearing is generated, so the contact load is greatly reduced. Thus, the rotation of the cylindrical water turbine 2 drives the generator 4 to rotate through the shaft 3 .

一方、第1の圧力管1の他端には、図1及び図2に示すように、第2の圧力管8が連結されている。この第2の圧力管8の内径D2は、第1の圧力管1の内径D1よりも1.2~2倍程度大きくなっている。第1の圧力管1と第2の圧力管8の連結部分は、水や空気が漏れないように密封状態としている。また、第2の圧力管8の長さは、第1の圧力管1と同じか、もしくは長く形成することが好ましい。 On the other hand, a second pressure pipe 8 is connected to the other end of the first pressure pipe 1, as shown in FIGS. The inner diameter D2 of the second pressure pipe 8 is about 1.2 to 2 times larger than the inner diameter D1 of the first pressure pipe 1. As shown in FIG. The connecting portion between the first pressure pipe 1 and the second pressure pipe 8 is sealed so as not to leak water or air. Also, the length of the second pressure pipe 8 is preferably the same as or longer than that of the first pressure pipe 1 .

第2の圧力管8は、密封状態で連結されていることから、前述した第1の圧力管1と同様に、内部が真空状態に保たれている。そして、内径D2が大きいことから、第2の圧力管8の内部容積が大幅に増大している。このため、第2の圧力管8は、第1の圧力管1の内部を流入してきた水を充満させようと作用し、大量に引き込まれる。この結果、第1の圧力管1の内部を流入する水の水量が増加するとともに流速が増加する。このように加速された水により、円筒型水車2の回転速度が加速される。発電機4は、回転速度に比例して発電量及び発電効率が高まることから、第2の圧力管8を連結することにより、高効率の水力発電装置とすることができる。 Since the second pressure pipe 8 is connected in a sealed state, the inside is kept in a vacuum state, like the first pressure pipe 1 described above. Since the inner diameter D2 is large, the internal volume of the second pressure pipe 8 is greatly increased. Therefore, the second pressure pipe 8 acts to fill the inside of the first pressure pipe 1 with the water that has flowed in, and a large amount of water is drawn. As a result, the amount of water flowing into the inside of the first pressure pipe 1 increases and the flow velocity also increases. The water thus accelerated accelerates the rotational speed of the cylindrical water turbine 2 . Since the power generation amount and power generation efficiency of the power generator 4 increase in proportion to the rotation speed, by connecting the second pressure pipe 8, a highly efficient hydraulic power generation apparatus can be obtained.

図5は、小型水力発電用水車装置の他の実施例を示している。この実施例においては、前述した第2の圧力管8の他端に、さらに第3の圧力管9を連結している。この第3の圧力管9の内径D3は、第2の圧力管8の内径D2よりもさらに1.2~2倍程度大きくなっている。第2の圧力管8と第3の圧力管9の連結部分は、水や空気が漏れないように密封状態としている。従って、第3の圧力管9の内部は、第1の圧力管1及び第2の圧力管8と同様に真空状態に保たれている。このように、第3の圧力管9を連結することによって、第2の圧力管8の内部容積に加え、第3の圧力管9の内部容積が増加することから、第3の圧力管9に水を充満させようと作用し、さらに大量の水が引き込まれる。この結果、第1の圧力管1の内部を流入する水の水量がさらに増加するとともに流速が増加する。このように加速された水により、円筒型水車2の回転速度がさらに加速される。 FIG. 5 shows another embodiment of a water turbine device for small hydroelectric power generation. In this embodiment, a third pressure pipe 9 is further connected to the other end of the second pressure pipe 8 mentioned above. The inner diameter D3 of the third pressure pipe 9 is larger than the inner diameter D2 of the second pressure pipe 8 by about 1.2 to 2 times. The connecting portion of the second pressure pipe 8 and the third pressure pipe 9 is in a sealed state so as not to leak water or air. Therefore, the inside of the third pressure tube 9 is kept in a vacuum state, like the first pressure tube 1 and the second pressure tube 8 . By connecting the third pressure pipe 9 in this way, in addition to the internal volume of the second pressure pipe 8, the internal volume of the third pressure pipe 9 increases. Acting to fill with water, more water is drawn in. As a result, the amount of water flowing into the inside of the first pressure pipe 1 is further increased and the flow velocity is increased. The water thus accelerated further accelerates the rotational speed of the cylindrical water turbine 2 .

第3の圧力管9には、さらに第4の圧力管10を連続して連結しても良い。この第4の圧力管10に内径D4は、第3の圧力管9の内径D3よりもさらに1.2~2倍程度大きくなっている。第3の圧力管9と第4の圧力管10の連結部分は、水や空気が漏れないように密封状態としている。従って、第4の圧力管10の内部も、第1の圧力管1乃至第3の圧力管9と同様に真空状態に保たれている。 A fourth pressure pipe 10 may be continuously connected to the third pressure pipe 9 . The inner diameter D4 of the fourth pressure pipe 10 is larger than the inner diameter D3 of the third pressure pipe 9 by about 1.2 to 2 times. The connecting portion of the third pressure pipe 9 and the fourth pressure pipe 10 is in a sealed state so as not to leak water or air. Therefore, the inside of the fourth pressure pipe 10 is also kept in a vacuum state like the first pressure pipe 1 to the third pressure pipe 9 .

しかし、第1の圧力管1に第2の圧力管8乃至第3の圧力管9を連続して連結すると、この小型水力発電用水車装置を川6に設置して直後には、第3の圧力管9の内部が真空状態になり難く、上部に空気が滞留することがある。このため、第4の圧力管10の最上部に滞留した空気を抜くための空気抜き11を設けることが望ましい。空気抜き11は、小型水力発電用水車装置を川6に設置するときに開放して空気を放出し、内部に水が充満して空気抜き11から水が漏出した後に封止することにより、内部の空気を排除することができる。 However, if the second pressure pipe 8 to the third pressure pipe 9 are continuously connected to the first pressure pipe 1, immediately after installing this water turbine device for small hydroelectric power generation in the river 6, the third pressure pipe It is difficult for the inside of the pressure tube 9 to become a vacuum state, and air may remain in the upper portion. For this reason, it is desirable to provide an air vent 11 for venting accumulated air at the top of the fourth pressure pipe 10 . The air vent 11 is opened to release air when the water turbine device for small hydroelectric power generation is installed in the river 6, filled with water, and sealed after the water leaks out from the air vent 11 to remove the air inside. can be eliminated.

以上、本発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能であることは言うまでもない。例えば、上述した実施例において、圧力管の流入口の傾斜角度は、図示の角度よりも鋭角または鈍角にしても良く、また、開口面は直線ではなく、湾曲させても良い。さらに、第3の圧力管の他端にさらに他の圧力管を連結しても良い。 Although the present invention has been specifically described above based on the embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to the above embodiments and can be variously modified without departing from the scope of the invention. For example, in the embodiments described above, the angle of inclination of the inlet of the pressure tube may be more acute or obtuse than shown, and the opening surface may be curved rather than straight. Furthermore, another pressure pipe may be connected to the other end of the third pressure pipe.

1 第1の圧力管
1a 流入口
2 円筒型水車
2a 羽根
3 シャフト
4 発電機
5 取水桝
5a 壁
5b 壁
6 川
6a 流水面
7 第2の圧力管
8 第3の圧力管
1 First pressure pipe 1a Inlet 2 Cylindrical water turbine 2a Blades 3 Shaft 4 Generator 5 Water intake basin 5a Wall 5b Wall 6 River 6a Flowing water surface 7 Second pressure pipe 8 Third pressure pipe

Claims (3)

複数の羽根を形成した円筒型水車を内部に回転自在に配設した円筒状の第1の圧力管を備え、前記第1の圧力管の一端側に形成された流入口を、開口面が下側に向かうように傾斜させて形成した水車装置であって、
前記第1の圧力管の内径よりも大きい内径の第2の圧力管に一端側を前記第1の圧力管の他端に連結させたことを特徴とする小型水力発電用水車装置。
A cylindrical first pressure pipe in which a cylindrical water wheel having a plurality of blades is rotatably disposed; A water turbine device formed by inclining toward the side,
A small water turbine for hydroelectric power generation, wherein one end of a second pressure pipe having an inner diameter larger than that of said first pressure pipe is connected to the other end of said first pressure pipe.
前記第2の圧力管の内径よりも大きい内径の第3の圧力管の一端側を前記第2の圧力管の他端に連結させた請求項1に記載の小型水力発電用水車装置。 2. The water turbine apparatus for small hydroelectric power generation according to claim 1, wherein one end of a third pressure pipe having an inner diameter larger than that of said second pressure pipe is connected to the other end of said second pressure pipe. 前記第1の圧力管の一端側は流水に水没され、前記第2の圧力管又は第3の圧力管の他端側を前記流水から離脱させた請求項1又は2に記載の小型水力発電用水車装置。 3. Water for small hydroelectric power generation according to claim 1 or 2, wherein one end side of said first pressure pipe is submerged in running water, and the other end side of said second pressure pipe or third pressure pipe is separated from said running water. car equipment.
JP2021144309A 2021-08-02 2021-08-02 Small hydroelectric power generation water turbine device Pending JP2023021882A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021144309A JP2023021882A (en) 2021-08-02 2021-08-02 Small hydroelectric power generation water turbine device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021144309A JP2023021882A (en) 2021-08-02 2021-08-02 Small hydroelectric power generation water turbine device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023021882A true JP2023021882A (en) 2023-02-14

Family

ID=85201334

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021144309A Pending JP2023021882A (en) 2021-08-02 2021-08-02 Small hydroelectric power generation water turbine device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2023021882A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110537024B (en) Energy recovery cycle turbine integrated with capillary gas compressor
CA2683450C (en) Hydroelectric power device
RU2684855C2 (en) Device for generating electric power and system, including such device
JP2007278297A (en) Kinetic hydropower generation from slow-moving water flow
AU750680B2 (en) Apparatus for extracting power from a fluid flow
JP4621286B2 (en) Vacuum generator
JP2009281142A (en) Hydroelectric power generation facility
US1504776A (en) Hydraulic machine
JP2023021882A (en) Small hydroelectric power generation water turbine device
JP7131752B2 (en) Water turbine device for small hydroelectric power generation
JP7048004B2 (en) Water turbine device for small hydroelectric power generation
JP3687790B2 (en) Hydroelectric power generation equipment
JP4766392B2 (en) Self-siphon turbine generator
CN210599256U (en) High-efficiency non-drop running water power generation device
KR101663248B1 (en) Submerged small hydro-power plant
JPH05126026A (en) Small head hydraulic power generation method utilizing downstream flow velocity
JP4863228B2 (en) Hydroelectric generator
JP4287172B2 (en) Hydroelectric generator
WO2019176782A1 (en) Hydraulic power generation device
KR102070482B1 (en) High position turbine tidal electric power generation system
JP2007205116A (en) Drainage method and drainage apparatus
JPH05141340A (en) Hydraulic power generation in small flow velocity and large quantity flowing water
KR100569610B1 (en) Water gravity turbine of spiral construction
JP6785490B1 (en) The structure of a water-sealed ventilation pipe in hydroelectric power generation, and a routine maintenance method for a siphon-type water pipe that forcibly discharges air bubbles and air masses in the siphon-type water pipe.
JP2009203911A (en) Pump or water turbine

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20231128

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240118

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240409