JP3172190U

JP3172190U - 水力発電施設および水力発電装置

Info

Publication number: JP3172190U
Application number: JP2011005589U
Authority: JP
Inventors: 力雄荒井
Original assignee: 力雄荒井
Priority date: 2011-09-26
Filing date: 2011-09-26
Publication date: 2011-12-08
Anticipated expiration: 2021-09-26

Abstract

【課題】川を流れる水の量が少ないときでも効率良く発電する。【解決手段】集水路８００は、土手７０１に接する護岸壁２０１と水の流れに沿って設置された仕切壁３００とに挟まれている。堰４００は、護岸壁２０１の対岸から仕切壁３００との接合部分までの水の流れを堰き止め、堰き止められた水を集水路８００に導く。集水路８００には、水力発電装置１００が設置されている。水力発電装置１００の流入口１０１から流れ込んだ水は排出口１０２から流れ出す。水力発電装置１００は、軸流型タービン発電装置である。水力発電装置１００は、発電機が収納された回転筒をその内部に有する。流入口１０１から排出口１０２に向けて回転筒の回転軸方向に流れる水が回転筒外周の回転羽根に作用して回転筒を回転させる。回転筒が回転するとき、発電機が発電する。【選択図】図１

Description

本考案は、河川等に設置される水力発電施設および水力発電装置に関する。

河川等に設置される水力発電装置は、例えば、特許文献１に開示されている。
特許文献１に開示されている水力発電装置は、川底に設置したフレームに、鉛直回転板を中心軸回りに回転できるよう固定して、この鉛直回転板の周縁に複数の自転羽根を設けて、鉛直回転板の回転と自転羽根との回転とを減速機を介して連結する。そして、川の流れのエネルギーを取り出すべき箇所では自転羽根の向きが流れの向きに垂直な向きとなり、川の流れに逆らって自転羽根が戻るべき箇所では自転羽根の向きが流れの向きに平行な向きとなるように（このとき鉛直回転板が２回転する間に自転羽根が１回転する）減速機の減速比を調整して、鉛直回転板を効率よく回転させ、その回転のエネルギーを用いて発電する。

登録実用新案第３１６５１０６号公報

しかし、特許文献１に記載の水力発電装置は、渇水等により川を流れる水の量が減少すると発電効率が低下する。
本考案の目的は、川を流れる水の量が少ないときでも効率良く発電することができる水力発電施設および水力発電装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本考案の水力発電施設は、
水力発電装置を有する水力発電施設であって、
前記水力発電装置は、
内部が中空であり、正面と背面にそれぞれ流入口と排出口が開いており、胴体部の横断面が円形であってジャッキの機能を有する固定脚を左端と右端に備えた第１の横軸と第２の横軸がそれぞれ当該胴体部下側の湾曲部分の正面側の所定の位置と背面側の所定の位置とに取り付けられたケーシングと、
円錐状または砲弾状であり、互いの底面が向かい合うように配置され、前記ケーシングの内部に固定された正面側コーン及び背面側コーンと、
円柱状であり、前記正面側コーンの底面と前記背面側コーンの底面とに挟まれて円柱の中心軸を中心として回転できるように前記ケーシングの内部に配置されており、外周に案内羽根を有し、内部に発電機を収納しており、前記案内羽根に水の流れが作用することにより回転するとき前記発電機が発電する回転筒と、
を備え、
前記水力発電施設は、
土手に接する護岸壁と水の流れに沿って設置された仕切壁とに挟まれ、前記流入口に流れ込んだ水が前記排出口から流れ出すように前記水力発電装置が設置された集水路と、
前記護岸壁の対岸から前記仕切壁との接合部分までの水の流れを堰き止め、堰き止められた水を前記集水路に導く堰と、
を備える、
ことを特徴とする。

好ましくは、本考案の水力発電施設は、
前記堰の最高の高さが、前記堰との接合部分から前記水力発電装置の排出口までの前記仕切壁の最低の高さより低いことを特徴とする。

また、本考案の水力発電装置は、
内部が中空であり、正面と背面にそれぞれ流入口と排出口が開いており、胴体部の横断面が円形であってジャッキの機能を有する固定脚を左端と右端に備えた第１の横軸と第２の横軸がそれぞれ当該胴体部下側の湾曲部分の正面側の所定の位置と背面側の所定の位置とに取り付けられたケーシングと、
円錐状または砲弾状であり、互いの底面が向かい合うように前記ケーシングの内部に固定された正面側コーン及び背面側コーンと、
円柱状であり、前記正面側コーンの底面と前記背面側コーンの底面とに挟まれて円柱の中心軸を中心として回転できるように前記ケーシングの内部に配置されており、外周に案内羽根を有し、内部に発電機を収納しており、前記案内羽根に水の流れが作用することにより回転するとき前記発電機が発電する回転筒と、
を備えることを特徴とする。

本考案によれば、川を流れる水の量が少ないときでも効率良く発電することができる。

本考案の実施形態に係る第１の水力発電施設の一例を示す上面図である。本考案の実施形態に係る第１の水力発電施設の一例を示す右側面図である。水位の一例を示す水力発電施設の右側面図である。水位の一例を示す図１のＡ−Ａ線断面図である。大きいゴミ用のゴミ除去網と細かなゴミ用のゴミ除去網の一例を示す図１のＢ−Ｂ線断面図である。大きいゴミ用のゴミ除去網がゴミを捕らえ、ゴミ排出口から排出する様子の一例を示す図１のＣ−Ｃ線断面図である。水力発電装置の構造の一例を示す図１のＤ−Ｄ線断面図である。上流側から見た水力発電装置の一例の正面図である。図７のＥ−Ｅ線断面図である。図７のＦ−Ｆ線断面図（ただし、回転筒の内部は省略）である。図７のＧ−Ｇ線断面図（ただし、回転筒の内部は省略）である。上流側の案内羽根と、上流側の回転羽根と、固定羽根と、下流側の回転羽根と、下流側の案内羽根とを通って水が流れる経路を示す図である。図７のＨ−Ｈ線断面図（ただし、案内羽根は省略）である。本考案の実施形態に係る第２の水力発電施設の一例を示す上面図である。

以下、図面を参照しつつ、本考案の実施形態に係る水力発電施設およびその水力発電施設で用いられる水力発電装置について詳細に説明する。
なお、明細書と図面全体に渡って同一の構成要素には同一の符号を付す。

図１と図２は、それぞれ本考案の実施形態に係る第１の水力発電施設１０の一例を示す上面図と右側面図である。
水力発電施設１０は、河川や用水路等に設置される。水は矢印の方向に流れる。
本考案の実施形態に係る水力発電施設は、水力発電装置１００と、護岸壁２０１と、護岸壁２０２と、仕切壁３００と、堰４００と、ゴミ除去網５０１と、ゴミ除去網５０２とで構成される。
水力発電装置１００は、軸流型タービン発電装置である。水力発電装置１００は、集水路８００に設置される。集水路８００は、土手７０１に接する護岸壁２０１と水の流れに沿って設置された仕切壁３００とに挟まれた部分である。水力発電装置１００の流入口１０１から流れ込んだ水は排出口１０２から流れ出す。
堰４００は、護岸壁２０１の対岸の護岸壁２０２から前記仕切壁との接合部分までの水の流れを堰き止め、水の流れを堰き止め、堰き止められた水を集水路８００に導く。

図２に示すように、堰４００は、川底６００からの高さｈ１で護岸壁２０２と接合し、下流方向に傾いて仕切壁３００に向かって伸びる。堰４００は、護岸壁２０２から離れるにつれて徐々に高くなって川底６００からの高さｈ２で仕切壁３００に接合する。堰４００は、仕切壁３００と接合する部分の近くに凹の形状のゴミ排出口４０１を有する。
以下では「川底６００からの」という記載は省略するが、高さや水位は全て川底６００を基準とする。

ゴミ排出口４０１には、ゴミ除去網５０１とゴミ除去網５０２とが設置されている。
仕切壁３００は、堰４００との接合部分から離れるにつれて徐々に高くなって水力発電装置１００の流入口１０１に至ると高さｈ３に達し、水力発電装置１００の排出口１０２まで高さｈ３のままである。従って、堰４００の最高の高さは、堰４００との接合部分から水力発電装置１００の排出口１０２までの仕切壁３００の最低の高さより低い。
仕切壁３００は、水力発電装置１００の排出口１０２から離れるにつれて徐々に低くなって高さｈ１で終わる。ただし、徐々に低くなる部分は必ずしも必要ではなく、仕切壁３００は、水力発電装置１００の排出口１０２の付近の高さｈ３の部分で終わってもよい。

護岸壁２０１は、土手７０１が崩れることを防ぐ。護岸壁２０１は、堰４００と仕切壁３００の接合部分の対岸において高さｈ４であり、そこから離れるにつれて徐々に高くなって水力発電装置１００の流入口１０１に至ると高さｈ５に達し、水力発電装置１００の排出口１０２まで高さｈ５のままである。護岸壁２０１は、水力発電装置１００の排出口１０２から離れるにつれて徐々に低くなって再び高さｈ４となる。護岸壁２０１の最低の高さｈ４は、仕切壁３００の最大の高さｈ３よりも高い。
護岸壁２０２は、土手７０２が崩れることを防ぐ。護岸壁２０２の高さは一定であり、例えば護岸壁２０１の最低の高さｈ４と同一である。

図３と図４は、川を流れる水の量が少ないときの水位の一例を示す。
川を流れる水の量が少ないとき、川の水は堰４００で集められ、集水路８００に流れ込む。
堰４００が護岸壁２０２に接合する部分と、水力発電装置１００の流入口１０１の付近との落差はＨである。堰４００の少し上流では水が堰４００を越えない程度の水位Ｗ１であるとき、堰４００に沿って水位ライン６０１の高さは徐々に上昇し、堰４００と仕切壁３００の接合部分の付近の水位はＷ２となる。堰４００と仕切壁３００の接合部分の付近から水力発電装置１００の流入口１０１まで水位ライン６０１の高さは更に上昇（ただし、海水面を基準にすると、当然ながら徐々に減少している。）し、水力発電装置１００の流入口１０１における水位はＷ３となる。水位Ｗ３により水力発電装置１００に水を供給できるため、川を流れる水の量が少ないときでも水力発電装置１００を用いて効率よく発電することができる。

また、上述したように、堰４００の最高の高さは、堰４００との接合部分から水力発電装置１００の排出口１０２までの仕切壁３００の最低の高さより低い。このため、豪雨等で川の水嵩が高くなると、堰４００を越えて水が流れる。このように、大量の水が流れる場合には集水路８００以外にも水が流れるため、川の水が全て集水路８００を流れる場合に比べて水力発電装置１００が破損するおそれは少ない。

図５は、大きいゴミ用のゴミ除去網５０１と細かなゴミ用のゴミ除去網５０２の一例を示す。
水力発電装置１００は、ゴミを吸い込むと、破損するおそれがある。そこで、図６に示すように、まず上流側に設置されているゴミ除去網５０１により大きいゴミを捕らえて集水路８００の外へゴミ排出口４０１から排出する。ゴミ除去網５０１が除去できなかった細かなゴミは、下流側に設置されているゴミ除去網５０２により捕らえて集水路８００の外へゴミ排出口４０１から排出する。

図７は、水力発電装置１００の構造の一例を示す図１のＤ−Ｄ線断面図である。図８は、上流側から見た水力発電装置１００の一例の正面図である。
水力発電装置１００は、ケーシング１１０と、背面側コーン１２０と、回転筒１３０と、正面側コーン１２５とで構成される。
ケーシング１１０の内部は中空であり、上流側である正面に流入口１０１が開いており、下流側である背面に排出口１０２が開いている。流入口１０１と排出口１０２は方形状であり、ケーシング１１０の胴体部の横断面は円状である。なお、入口１０１と排出口１０２は円状等他の形状であってもよい。

背面側コーン１２０と回転筒１３０と正面側コーン１２５は、ケーシング１１０の内部に収納される。水の流れに対する抵抗を減少させるために、背面側コーン１２０と正面側コーン１２５は円錐状または砲弾状である。背面側コーン１２０と正面側コーン１２５とは、それらの底面が互いに向かい合うように配置され、ケーシング１１０に固定される。
背面側コーン１２０の底面と正面側コーン１２５の底面とに挟まれて円柱状の回転筒１３０が配置される。回転筒１３０は円柱の中心軸を中心として回転することができる。
回転筒１３０は外周に回転羽根１６２と回転羽根１６４とを有する。回転筒１３０の内部には発電機１５０と発電機１５４とが収納されている。
流入口１０１から排出口１０２に向けて回転筒１３０の中心軸方向に流れる水が回転羽根１６２と回転羽根１６４に作用して回転筒１３０を回転させる。回転筒１３０が回転するとき、発電機１５０と発電機１５４が発電する。

ケーシング１１０の胴体部下側の湾曲部分には、正面側の所定の位置と背面側の所定の位置にそれぞれ横軸１７４と横軸１７１とが取り付けられている。正面側の横軸１７４は左端と右端にそれぞれ固定脚１７５と固定脚１７６を有し、背面側の横軸１７１は左端と右端にそれぞれ図示されていない固定脚と固定脚１７３を有する。これらの固定脚は全てジャッキの機能を有する。水力発電装置１００は、これらの固定脚によって川底に固定され、ジャッキの機能により川底からの高さと川底に対する傾きを変化させることができる。

図７と図８に示すように、正面側コーン１２５は、４本のステイ１１５とステイ１１６とステイ１１７とステイ１１８とによってケーシング１１０の胴体部に固定される。背面側コーン１２０も、同様に４本のステイ１１１とステイ１１２とステイ１１３と図示されていないステイとによってケーシング１１０の胴体部に固定される。水の流れに対する抵抗を減少させるために、これらのステイの横断面は楕円状をしている。
なお、正面側コーン１２５と背面側コーン１２０の内側は水で満たされている。

回転筒１３０の中心軸には、固定軸１４０が配置されている。すなわち、回転筒１３０は固定軸１４０の周りを回転する。固定軸１４０の真ん中付近に、発電機１５０のケース１５１と発電機１５４のケース１５５が固定されている。

固定軸１４０の上流側の端は軸押さえ１４２で覆われている。図９に示すように、軸押さえ１４２はステイ１２６とステイ１２７とステイ１２８とステイ１２９により正面側コーン１２５に支持されている。固定軸１４０と軸押さえ１４２とは軸回転止め１４４により貫かれている。
同様に、固定軸１４０の下流側の端は軸押さえ１４１で覆われている。軸押さえ１４１はステイ１２１とステイ１２３と図示しない２本のステイにより背面側コーン１２０に支持されている。固定軸１４０と軸押さえ１４１とは軸回転止め１４３により貫かれている。
その結果、固定軸１４０の回転は阻止され、不動状態となっている。

図７に示すように、上流側から下流側に向けて案内羽根１６５と、回転羽根１６４と、固定羽根１６３と、回転羽根１６２と、案内羽根１６１とが設けられている。
図１０に示すように、複数（例えば１８枚）の固定羽根１６３がケーシング１１０の胴体部内側に固定されている。複数（例えば１８枚）の上流側の案内羽根１６５と複数（例えば１８枚）の下流側の案内羽根１６１も、同様に、ケーシング１１０の胴体部内側に固定されている。
また、図１１に示すように、複数（例えば１８枚）の上流側の回転羽根１６４が回転筒１３０の外周部に固定されている。複数（例えば１８枚）の下流側の回転羽根１６２も、同様に、回転筒１３０の外周部に固定されている。回転羽根１６４と回転羽根１６２は回転筒１３０とともに回転する。
流入口１０１から入った水は、図１２に示すように、固定された案内羽根１６５の間を通って流れ、回転羽根１６４を回転させる。そして、水は固定羽根１６３の間を通って流れ、同様に回転羽根１６２を回転させる。最後に、水は固定された案内羽根１６１の間を通って流れ、排出口１０２から排出される。
回転羽根１６４と回転羽根１６２とが回転すると、回転筒１３０が回転する。

図７に示すように、回転筒１３０の内周部には、側板１３１と側板１３２とが固定されている。側板１３１と側板１３２は、回転筒１３０の内部に水が浸入することを防ぐ。下流側の側板１３１は軸受１３３とベアリング１３５によって回転自在に固定軸１４０に取り付けられている。
上流側の側板１３２は、同様に、軸受１３４とベアリング１３６によって回転自在に固定軸１４０に取り付けられている。

図７に示すように、発電機１５０の回転子１５２にはギヤ１３７が固定されている。また、上流側の軸受１３４の発電機１５０側の端はギヤ１３８を構成する。ギヤ１３７とギヤ１３８は、図１３に示すように噛み合っている。このため、回転筒１３０が固定軸１４０の周りを回転すると、軸受１３４が回転し、軸受１３４と一体的に形成されているギヤ１３８も回転する。ギヤ１３８が回転すると、ギヤ１３７が回転する。その結果、回転子１５２が回転し、発電機１５０が発電する。
発電機１５４も、発電機１５０と同様の構造を有しており、回転筒１３０が回転すると、発電する。

発電機１５０の固定子１５３と発電機１５４の固定子から排出口１０２側へ、固定軸１４０の内部の空洞を通ってコード１４５が延びる。発電機１５０と発電機１５４によって発電された電気はコード１４５を通って水力発電装置１００の外部に供給される。
なお、水力発電装置１００の水と接する部分で防水の必要な部分は、パッキン、液体シール、メカニカルシール、防水栓等によって防水されている。

図１４は、本考案の実施形態に係る第２の水力発電施設１１の一例を示す。
第２の水力発電施設１１は、水力発電装置１００と、護岸壁２０３と、仕切壁３００と、堰４００と、ゴミ除去網５０１と、ゴミ除去網５０２とで構成される。
第２の水力発電施設は、護岸壁２０３が水力発電装置１００の付近にのみ設けられており、それ以外の場所で土手７０３が直接川に接している点と、土手７０４には護岸壁が設けられておらず、土手７０４が直接川に接している点が第１の水力発電施設と異なる。
第２の水力発電施設の水力発電装置１００も、第１の水力発電施設の水力発電装置１００と同様に、土手７０３と仕切壁３００の間の集水路８０１を水が流れることにより発電する。

なお、上述した実施形態では水力発電装置１００が川に設置される場合について説明したが、水力発電装置１００は川に限らず水の流れがある場所であれば設置することができる。
また、上述した実施形態では水力発電装置１００が２個の発電機を有する例について説明したが、水力発電装置１００は発電機を１個のみ有していてもよいし、３個以上有していてもよい。

以上説明したように、本考案によれば、川を流れる水の量が少ないときでも効率良く発電することができ、川の水嵩が高く大量の水が流れる場合でも水力発電装置が破損するおそれを少なくすることができる。

１０…第１の水力発電施設
１１…第２の水力発電施設
１００…水力発電装置
１０１…流入口
１０２…排出口
１１０…ケーシング
１１１、１１２、１１３…ケーシング１１０と背面側コーン１２０の間のステイ
１１５、１１６、１１７，１１８…ケーシング１１０と正面側コーン１２５の間のステイ
１２０…背面側コーン
１２１、１２３…背面側コーン１２０と軸押さえ１４１の間のステイ
１２５…正面側コーン
１２６、１２７、１２８、１２９…正面側コーン１２５と軸押さえ１４２の間のステイ
１３０…回転筒
１３１、１３２…側板
１３３、１３４…軸受
１３５、１３６…ベアリング
１３７、１３９…回転子に固定されているギヤ
１３８…軸受１３４の発電機１５０側の端のギヤ
１４０…固定軸
１４１、１４２…軸押さえ
１４３、１４４…軸回転止め
１４５…コード
１５０、１５４…発電機
１５１、１５５…発電機のケース
１５２…回転子
１５３…固定子
１６１、１６５…案内羽根
１６２、１６４…回転羽根
１６３…固定羽根
１７１、１７４…横軸
１７３、１７５、１７６…固定脚
２０１、２０２、２０３…護岸壁
３００…仕切壁
４００…堰
４０１…ゴミ排出口
５０１、５０２…ゴミ除去網
６００…川底
６０１…水位ライン
７０１、７０２、７０３、７０４…土手
８００、８０１…集水路

Claims

水力発電装置を有する水力発電施設であって、
前記水力発電装置は、
内部が中空であり、正面と背面にそれぞれ流入口と排出口が開いており、胴体部の横断面が円形であってジャッキの機能を有する固定脚を左端と右端に備えた第１の横軸と第２の横軸がそれぞれ当該胴体部下側の湾曲部分の正面側の所定の位置と背面側の所定の位置とに取り付けられたケーシングと、
円錐状または砲弾状であり、互いの底面が向かい合うように配置され、前記ケーシングの内部に固定された正面側コーン及び背面側コーンと、
円柱状であり、前記正面側コーンの底面と前記背面側コーンの底面とに挟まれて円柱の中心軸を中心として回転できるように前記ケーシングの内部に配置されており、外周に案内羽根を有し、内部に発電機を収納しており、前記案内羽根に水の流れが作用することにより回転するとき前記発電機が発電する回転筒と、
を備え、
前記水力発電施設は、
土手に接する護岸壁と水の流れに沿って設置された仕切壁とに挟まれ、前記流入口に流れ込んだ水が前記排出口から流れ出すように前記水力発電装置が設置された集水路と、
前記護岸壁の対岸から前記仕切壁との接合部分までの水の流れを堰き止め、堰き止められた水を前記集水路に導く堰と、
を備える、
ことを特徴とする水力発電施設。
前記堰の最高の高さが、前記堰との接合部分から前記水力発電装置の排出口までの前記仕切壁の最低の高さより低いことを特徴とする請求項１に記載の水力発電施設。
内部が中空であり、正面と背面にそれぞれ流入口と排出口が開いており、胴体部の横断面が円形であってジャッキの機能を有する固定脚を左端と右端に備えた第１の横軸と第２の横軸がそれぞれ当該胴体部下側の湾曲部分の正面側の所定の位置と背面側の所定の位置とに取り付けられたケーシングと、
円錐状または砲弾状であり、互いの底面が向かい合うように前記ケーシングの内部に固定された正面側コーン及び背面側コーンと、
円柱状であり、前記正面側コーンの底面と前記背面側コーンの底面とに挟まれて円柱の中心軸を中心として回転できるように前記ケーシングの内部に配置されており、外周に案内羽根を有し、内部に発電機を収納しており、前記案内羽根に水の流れが作用することにより回転するとき前記発電機が発電する回転筒と、
を備えることを特徴とする水力発電装置。