JP3139609U - Water turbine module and power generation underwater water turbine device - Google Patents
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Abstract
【課題】海底や河川底の地形や用途に応じて、必要な数だけ複数段連結して使用することができる水車モジュールを提供するとともに、電力需要や設置場所の条件に適合する電力設備を短期間に低コストで実現することができる発電用水中水車装置を提供する。
【解決手段】水流を受けて向きが変わる可動羽根を有する可動羽根水車を備えた水車モジュール4を海中や河川の水中に所望の台数だけ上下に連結して設置し、これらの水車モジュール4の可動羽根水車の回転を、出力軸6、出力歯車7、ピニオン9を介して台枠3上の発電機8に伝達することにより発電を行う。
【選択図】 図1[PROBLEMS] To provide a turbine module that can be used by connecting as many stages as necessary according to the topography and usage of the seabed or riverbed, and to provide short-term power facilities that meet the power demand and installation site conditions. Provided is an underwater water turbine device for power generation that can be realized at low cost.
A desired number of turbine modules 4 having movable blade turbines having movable blades that change their direction in response to a water flow are installed in the sea or river water in a vertically connected manner. Electric power is generated by transmitting the rotation of the impeller to the generator 8 on the underframe 3 via the output shaft 6, the output gear 7, and the pinion 9.
[Selection] Figure 1
Description
本考案は、海流や河川流を利用して回転動力を得るための水車モジュール関し、また、前記水車モジュールを用いて構成される発電用水中水車装置に関する。 The present invention relates to a water turbine module for obtaining rotational power using a sea current or a river flow, and also relates to a power generating underwater water turbine apparatus configured using the water turbine module.
近年、石油や石炭等の燃料資源を用いた火力発電においては、燃料資源に限りがあることと、CO2等の温室効果ガスの排出による地球温暖化への影響が問題となっている。一方、原子力発電ではCO2等の発生の問題は生じないが、高レベル放射性廃棄物の処理の問題があるとともに、安全性に対する国民の理解を得ることが困難な問題がある。
In recent years, in thermal power generation using fuel resources such as oil and coal, there are limited fuel resources and the impact on global warming due to the emission of greenhouse gases such as CO2. On the other hand, in the case of nuclear power generation, there is no problem of generation of
そこで、近年では、エネルギ資源として枯渇する心配がなく、また、CO2等の温室効果ガスが発生する問題もない太陽光や風力のような自然エネルギを利用した、太陽光発電や風力発電が着目されており、徐々に実用化されつつある。
Therefore, in recent years, solar power generation and wind power generation using natural energy such as solar power and wind power that are not concerned about exhaustion as energy resources and that do not have the problem of generating greenhouse gases such as
しかしながら、太陽光発電はその時々の日照状態によって発電量が大きく変動し、また夜間は発電できないため、定常的に安定した電力供給を行う目的には不向きであるとともに、大電力を得るためには広大な受光面積を必要とする問題がある。 However, the amount of power generated by photovoltaic power generation varies greatly depending on the sunshine conditions at that time, and it cannot be generated at night. Therefore, it is not suitable for the purpose of providing a stable and stable power supply. There is a problem that requires a large light receiving area.
また、風力発電は太陽光発電のように夜間に発電できなくなることはないものの、年間を通じて定常的に一定の強さの風が吹いている場所でしか利用できず、また、気象状態が変化しやすい場所では、天候によって出力電圧が大きく変動するため、非常に限られた地域でしか利用できない問題がある。 In addition, wind power generation does not prevent power generation at night like solar power generation, but it can only be used in places where constant winds are blowing throughout the year, and weather conditions change. In easy-to-use places, the output voltage varies greatly depending on the weather, so there is a problem that it can be used only in a very limited area.
一方、例えば、特許文献1においては、転動体竪軸に固着して水中に配置した竪型曲面板翼を海流等で回転させて、浮体構造台船に搭載した発電機で発電を行うようにした「自動全方位型の自然流水発電水車」が提案されている。
前記特許文献1に記載されている発明は、海流や河川流の流れ方向に関係なく発電が可能であり、また、太陽光発電や風力発電と比較して、時間帯や天候による影響を受けにくい利点がある。
The invention described in
ところが、特許文献1に記載されているものは、竪型曲面板翼の高さを増せば発電能力を高めることができるが、海底や川底が浅いところでは使用できなくなる問題があり、また、1つの浮体構造台船に搭載された発電機の発電能力を超える電力需要に対応するためには、浮体構造台船を複数用意する必要がある。
However, although what is described in
そこで、本考案は、前述したような従来技術における問題点を解決し、海底や河川底の地形や用途に応じて、必要な数だけ複数段連結して使用することができる水車モジュールを提供するとともに、電力需要や設置場所の条件に適合する電力設備を短期間に低コストで実現することができる発電用水中水車装置を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a turbine module that solves the problems in the prior art as described above and can be used by connecting a plurality of stages as many as required according to the topography and usage of the seabed or riverbed. At the same time, it is an object of the present invention to provide an underwater water turbine apparatus for power generation that can realize electric power equipment that meets electric power demand and installation site conditions in a short period of time at low cost.
前記目的を達成するため、本考案の水車モジュールは、水車軸と、前記水車軸に軸方向に離間して固定された一対の羽根保持板と、これらの羽根保持板間に、水車軸中心に対して回転対称となる位置で、それぞれ水車軸に平行な軸線回りに基端側が回動自在に枢支された複数枚の可動羽根と、それぞれの可動羽根の自由端側が水車軸の略中心に向いた位置から水車軸の回転方向前方への回動を規制するストッパ部材とを備えた可動羽根水車と、
前記可動羽根水車の水車軸を垂直軸線回りに回転自在に支持するとともに、それぞれの可動羽根に対して周囲全方位から水流を通過可能で且つ、垂直方向に複数連結可能に構成された水車枠とを備え、前記水車軸の上下端部は、水車枠の上面及び下面にそれぞれ突出して軸継手を装着可能に構成されていることを特徴としている。
In order to achieve the above object, a water turbine module of the present invention includes a water wheel shaft, a pair of blade holding plates fixed to the water wheel shaft in an axially spaced manner, and a center of the water wheel shaft between these blade holding plates. A plurality of movable blades whose base end side is pivotally supported around an axis parallel to the water turbine shaft at a rotationally symmetric position, and the free end sides of the respective movable blades are substantially at the center of the water wheel shaft. A movable impeller water turbine provided with a stopper member for restricting rotation of the water wheel shaft from the facing direction to the front in the rotation direction;
A turbine wheel frame configured to rotatably support a water wheel shaft of the movable blade water wheel about a vertical axis, and to allow water flow to pass from all directions to each movable blade and to be connected in a vertical direction. The upper and lower end portions of the water turbine shaft protrude from the upper surface and the lower surface of the water turbine frame, respectively, so that a shaft coupling can be attached.
また、本考案の発電用水中水車装置は、台枠に垂直軸線回りに回転自在に軸受支持された出力軸と、前記台枠に設けられ、前記出力軸に固定した出力歯車の周囲に配置され、それぞれ前記出力歯車と噛合するピニオンを有する複数の発電機と、前記台枠下方に1段ないし複数段連結されて水面下に配置される前述した水車モジュールとを備え、前記出力軸と水車モジュールの水車軸間、ならびに、上下に連結された水車モジュールの水車軸間が可撓軸継手で相互に連結されていることを特徴としている。 The power generation submersible water turbine apparatus of the present invention is disposed around an output shaft that is supported by a base frame so as to be rotatable about a vertical axis, and an output gear that is provided on the base frame and fixed to the output shaft. A plurality of generators each having a pinion that meshes with the output gear, and the above-described water turbine module connected to one or more stages below the underframe and disposed below the water surface, the output shaft and the water turbine module The water wheel shafts and the water wheel shafts of the water wheel modules connected vertically are connected to each other by a flexible shaft joint.
請求項1に記載された考案に係る水車モジュールによれば、海中もしくは河川の水中に設置することにより、可動羽根水車が水流の向きに拘わらず、効率的に海流や河川流の自然エネルギを回転エネルギに変換して利用することができる。また、海底や河川底の地形や用途に応じて、必要な数だけ複数段連結して使用することができる。
According to the water turbine module according to the invention described in
また、請求項2に記載された考案に係る発電用水中水車装置によれば、台枠を海上や河川の上に設置して安定した電力供給を行うことができる。また、台枠の下方に連結する水車モジュールの数を増減するだけで、設置場所の海底や河川底の地形や電力需要に柔軟に対応することができるため、様々な設置場所の条件に最適な発電設備を低コストで且つ短期間に実現することができる。
In addition, according to the power generation underwater turbine apparatus according to the invention described in
図1は、本考案の発電用水中水車装置の1実施形態を示す、海上に構築した発電設備の概略部分側面図、図2はその概略部分平面図である。図1に示すように、本考案の発電用水中水車装置1は、フロート2によって海面に浮かべられている台枠3下方の海中に、後述する複数台の水車モジュール4を連結ピース5を介して複数連結して構成されている。
FIG. 1 is a schematic partial side view of a power generation facility constructed on the sea showing one embodiment of a power generation underwater turbine apparatus of the present invention, and FIG. 2 is a schematic partial plan view thereof. As shown in FIG. 1, an underwater
図2に示すように、フロート2と台枠3は縦横に複数列設けられており、海上で定常的に海流が得られる場所に設置されている。それぞれのフロート2は舟形に形成されていて、その長手方向の前後両端部にはそれぞれ杭孔Hが形成されている。これらの杭孔Hには、図示していないが、海底に打設されている杭の頭部が差し込まれていて、海上の定位置からフロート2が漂流してしまうことを防止している。
As shown in FIG. 2, the
また、図1に示すように、本考案の発電用水中水車装置1は、最上部の水車モジュール4に連結されて回転駆動される垂直な出力軸6を台枠3の内部に備えており、前記出力軸6の上端部には大径の出力歯車7が固定されている。
As shown in FIG. 1, the power generation
図3に示すように、本実施形態のものにおいては、複数の発電機8が出力歯車7の円周方向に等間隔で4カ所、定位置に配置されていて、それぞれの発電機8の入力軸に固定されているピニオン9がこの出力歯車7と噛み合っている。
As shown in FIG. 3, in the present embodiment, a plurality of
従って、海中に設置された各水車モジュール4を通過する海流によって出力軸6が回転駆動され、これとともに出力歯車7が回転されると、その回転が出力歯車7と各ピニオン9との歯数比に応じて増速されて発電機8の入力軸に伝達され、それぞれの発電機8で一斉に発電が行われる。
Therefore, when the
なお、出力歯車7とピニオン9を噛み合わせて駆動される発電機8の数は、本実施形態のものにおいては4台としてるが、発電機8の抵抗トルク等によって最適な数を選択することができる。
The number of
次に、発電用水中水車装置1に使用されている水車モジュール4の構造を詳細に説明する。図4及び図5に示すように、水車モジュール4は、平面視正方形状の上板10ならびに下板11、及び、これらの上板10と下板11間を連結している4本の連結柱12からなる水車枠13と、前記水車枠13内に支持されて回転する可動羽根水車14から構成されている。
Next, the structure of the
可動羽根水車14は、水車枠13の上板10と下板11にそれぞれ海水中で使用可能な軸受15、16で回転自在に支持された水車軸17を有している。水車軸17の上下の端部は、上板10と下板11を貫通していて、これらの端部にはそれぞれ連結フランジ18、19が固定されている。
The
また、可動羽根水車14は、水車枠13の内側に、水車軸17の軸方向に離間して固定された上下一対の羽根保持板20、21を有している。これらの羽根保持板20、21は、同径の円板状に形成されていて、それぞれの外周縁近傍の上下に対向する円周方向に等間隔な6カ所が、連結バー22で連結されて一体化されている。
The movable
上下の羽根保持板20、21の各連結バー22に近接した位置には、それぞれ、軸受孔23が形成されていて、ここに、矩形状の可動羽根24の基端側の上端面と下端面から突出する枢軸25が回動自在に差し込まれている。
図5に示すように、本実施形態においては、可動羽根24は6枚設けられていて、それぞれの可動羽根24の枢軸25は可動羽根24を上下に貫通し、図示していない係止手段によって可動羽根24から上方あるいは下方に脱落しないように係止されている。
As shown in FIG. 5, in the present embodiment, six
これらの可動羽根24の上端面及び下端面と、対向する羽根保持板20、21の間は、それぞれ、枢軸25に装着されたスペーサ26によって隙間Sが保たれていて、上下の羽根保持板20、21の間で、それぞれの可動羽根24が円滑に回動できるようになっている。
A gap S is maintained between the upper end surface and the lower end surface of the
また、可動羽根水車14の水車軸17には、それぞれの可動羽根24の自由端側に当接してこれらの可動羽根24の自由端側が水車軸17の略中心に向いた位置から、可動羽根水車14の回転方向前方へ枢軸25回りに回動変位することを規制するための、6つの規制面27Aを有する筒状のストッパ部材27が水車軸17に外嵌されて固定されている。
Further, the
次に、前述したように構成されている水車モジュール4の動作を図面に基づいて詳細に説明する。図5において、海流は同図上方から下方に向かって流れており、水車モジュール4の水車枠13内に連結柱12の間から流入する。
Next, the operation of the
そうすると、可動羽根水車14は、水車軸17の右側に位置する3枚の可動羽根24が海流によって、それぞれの自由端側がストッパ部材27の規制面27Aに当接し、その結果、これら3枚の可動羽根24に作用する海流の動圧で、可動羽根水車14は水車軸17を中心として同図時計回りに回転する。
Then, in the movable
一方、水車軸17の左側に位置する3枚の可動羽根24は、海流を受けてそれぞれ枢軸25周りに自由端側が海流の下流側に向くように回動するので、これらの可動羽根24には、可動羽根水車14の回転を妨げる水車軸17を中心とした反時計回りのモーメントはほとんど作用しない。
On the other hand, the three
また、図6は、図5の位置から可動羽根水車14が水車軸17を中心に時計回りに30°回転したときの各可動羽根24の向きを示しており、この回転位置においては、海流が有効に作用している可動羽根24は、水車軸17の右側に位置する2枚であって、他の可動羽根24は、海流を受け流すように下流側に向いている。
FIG. 6 shows the direction of each
前述したように、海流によって可動羽根水車が回転駆動されるそれぞれの水車モジュール4は、図1に示すように、台枠3の下方に連結ピース5で水車枠13どうしが縦に連結されている。
As described above, in each
また、それぞれの水車枠13の上下に出ている連結フランジ18、19間には、ゴム等の弾性変形容易な素材からなる中継部材28が介在されていて、これらの対向する連結フランジ18、19、ならびに中継部材28によって可撓軸継手29が構成され、各水車モジュール4の水車軸17(図1には図示せず)どうし、及び、最上部の水車モジュール4の水車軸17(図1には図示せず)と台枠3側の出力軸6間が連結されている。
Further, a
また、本実施形態の発電用水中水車装置1においては、可撓軸継手29どうしで連結されている、上下に隣接する水車モジュール4の水車軸17(図1には図示せず)どうしは、羽根24の回転位置の変化によって出力軸6に生じるトルク変動が少なくなるように、可動羽根24の相互の回転角度の位相を異ならせてある。
Moreover, in the power generation
また、可撓軸継手29によって、互いに連結される上下の水車軸間ならびに水車軸と出力軸6間の取付誤差が吸収されるため、連結されている全ての水車モジュール4の水車軸ならびに出力軸6に生じる回転抵抗は低減される。
Further, since the mounting error between the upper and lower water wheel shafts connected to each other and between the water wheel shaft and the
なお、本実施形態においては、可撓軸継手29に連結フランジ18、19間に弾性変形可能な中継部材28を介在させたものを用いているが、可撓軸継手の構造はこれに限定するものではない。
In the present embodiment, a flexible shaft joint 29 having an elastically
発電用水中水車装置1を構成する水車モジュール4は、必要な発電量に応じた所望の数を海中に連結して設置することが可能である。さらに、発電用水中水車装置1は、図2に示すように、フロート2で海上に支持した複数の台枠3下方に複数配列して用いることにより、小型の発電機8によって大容量の電力供給が可能となる。
A desired number of
なお、図1及び図2に示す実施形態においては、台枠3はフロート2で海上に浮かせているが、フロート2で支持せずに、海底や河川底に支柱を立設して支柱で台枠3を支持するようにしてもよい。
In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the
また、前述した実施形態においては、水車モジュール4の可動羽根水車14は、可動羽根24の枚数を6枚としているが、とくに6枚に限定するものではない。また、ストッパ部材27は、水車軸17と一体の部品として製作してもよい。
In the embodiment described above, the
さらに、ストッパ部材27は、可動羽根24の自由端側を当接させてその回動範囲を規制できる機能を有していれば良いので、例えば、本実施形態におけるストッパ部材27の規制面27Aの位置で可動羽根24の自由端側と当接するように、水車軸17の周囲にこれと平行するように羽根保持板20、21間に可動羽根24に対応する数の丸棒を渡して、これらをストッパ部材としてもよい。
Furthermore, the
本考案の水車モジュール及び発電用水中水車装置は、海中の設置して、海流のもつ自然エネルギーにより無公害で電力供給を行う発電設備を構築する際に、極めて効果的に利用することができる。 The water turbine module and power generation submerged water turbine apparatus of the present invention can be used extremely effectively when installed in the sea and constructing a power generation facility that supplies electricity without pollution by the natural energy of the ocean current.
また、海中のみならず、水量が豊かで比較的流速の変動が少ない大きな河川の水中に設置して利用することも可能であり、必要に応じて水車モジュールの数を増減することによって、電力需要や海底あるいは河川底の地形に応じて、様々な規模での利用が可能である。 In addition to the sea, it can be installed and used in the water of a large river with abundant water volume and relatively small fluctuations in the flow rate. It can be used at various scales depending on the topography of the seabed or riverbed.
1 発電用水中水車装置
2 フロート
3 台枠
4 水車モジュール
5 連結ピース
6 出力軸
7 出力歯車
8 発電機
9 ピニオン
10 上板
11 下板
12 連結柱
13 水車枠
14 可動羽根水車
15、16 軸受
17 水車軸
18、19 連結フランジ
20、21 羽根保持板
22 連結バー
23 軸受孔
24 可動羽根
25 枢軸
26 スペーサ
27 ストッパ部材
27A 規制面
28 中継部材
29 可撓軸継手
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記可動羽根水車の水車軸を垂直軸線回りに回転自在に支持するとともに、それぞれの可動羽根に対して周囲全方位から水流を通過可能で且つ、垂直方向に複数連結可能に構成された水車枠とを備え、
前記水車軸の上下端部は、水車枠の上面及び下面にそれぞれ突出して軸継手を装着可能に構成されていることを特徴とする水車モジュール。 A water wheel shaft, a pair of blade holding plates fixed axially apart from the water wheel shaft, and a position between these blade holding plates that are rotationally symmetric with respect to the center of the water wheel shaft and parallel to the water wheel shaft, respectively. A plurality of movable blades whose base end side is pivotally supported around a simple axis, and the rotation end of the water turbine shaft is rotated forward from the position where the free end side of each movable blade is directed substantially to the center of the water wheel shaft. A movable impeller water wheel provided with a stopper member for regulating
A turbine wheel frame configured to rotatably support a water wheel shaft of the movable blade water wheel about a vertical axis, and to allow water flow to pass from all directions to each movable blade and to be connected in a vertical direction. With
The water turbine module is characterized in that the upper and lower end portions of the water turbine shaft protrude from the upper surface and the lower surface of the water turbine frame, respectively, so that a shaft coupling can be attached.
前記水車モジュールは、水車軸と、前記水車軸に軸方向に離間して固定された一対の羽根保持板と、これらの羽根保持板間に、水車軸中心に対して回転対称となる位置で、それぞれ水車軸に平行な軸線回りに基端側が回動自在に枢支された複数枚の可動羽根と、それぞれの可動羽根の自由端側が水車軸の略中心に向いた位置から水車軸の回転方向前方への回動を規制するストッパ部材とを備えた可動羽根水車と、前記可動羽根水車の水車軸を垂直軸線回りに回転自在に支持するとともに、それぞれの可動羽根に対して周囲全方位から水流を通過可能で且つ、垂直方向に複数連結可能に構成された水車枠からなり、前記水車軸の上下端部は、水車枠の上面及び下面にそれぞれ突出して、前記出力軸と水車モジュールの水車軸間、ならびに、上下に連結された水車モジュールの水車軸間が可撓軸継手で相互に連結されていることを特徴とする発電用水中水車装置。 A plurality of output shafts that are supported by the base frame so as to be rotatable about a vertical axis, and a pinion that is provided around the output gear and that is disposed around the output gear fixed to the output shaft and meshes with the output gear. And a turbine module that is connected to one or more stages below the underframe and disposed below the water surface,
The water turbine module includes a water wheel shaft, a pair of blade holding plates fixed axially apart from the water wheel shaft, and a position between the blade holding plates that is rotationally symmetric with respect to the water wheel shaft center. A plurality of movable blades whose base end side is pivotally supported around an axis parallel to the water wheel shaft, respectively, and the rotation direction of the water wheel shaft from the position where the free end side of each movable blade faces the approximate center of the water wheel shaft A movable impeller water turbine provided with a stopper member that restricts forward rotation, and the water turbine shaft of the movable impeller water turbine are supported so as to be rotatable about a vertical axis. And the upper and lower end portions of the water wheel shaft protrude from the upper surface and the lower surface of the water wheel frame, respectively, and the output shaft and the water wheel shaft of the water wheel module. Between and up and down Linked generator for underwater hydraulic turbine apparatus characterized by between water axles are connected to one another by flexible joint hydraulic turbine module.
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