JP3687790B2 - 水力発電設備 - Google Patents
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Description
特許文献1は、海岸の浅瀬に設置され、海水を槽内に導く導水口が側板に形成され、底板に排水口が形成された集水槽と、海岸付近の地上に建築された発電所の水力タービンと、上流側の大径な開口部が集水槽の排水口に連通され、下流側の小径な開口部が水力タービンの動翼列の近傍に配された送水管とを備えた発電装置である。送水管は、側面視して略U字形状に湾曲し、下流に向かって徐々に先細り化した絞り管である。
このとき、送水管は絞り管であるので、海水は送水管の下流側に向かうほど徐々にその流速が高まる。そのため、導水口と排水口との高低差(落差)により発生した高圧水が、水力タービンの動翼列に吹き付けられることで、発電が行われる。使用後の海水は発電室の外に放水され、海面との高低差により海に戻される。
しかしながら、実際には空の導水管に海水を導き始める発電開始当初は別とし、海水は導水管内の海面の高さまでしか上昇せず、地上の発電所で連続して水力タービンを回転させて発電することは困難であった。
導水管および揚水管の各取水口の管径、排水口の管径、管の長さ(全長)、埋設状態での傾斜角度は限定されない。
揚水ポンプの構造は限定されない。例えば、渦巻きポンプ、軸流ポンプ、往復ポンプなどを採用することができる。
揚水管における揚水ポンプの取り付け位置は限定されない。ただし、揚水管の上流部から中央部の範囲が好ましい。
水力タービン12としては、回転軸を中心にして回転自在な動翼列を有するペルトン水車が採用されている。
導水管13と揚水管14とは、一定距離だけ離間した状態で平行配置されている。したがって、発電室11の下部には、水力タービン12の排水口13bと、揚水管14の流入口14aとを垂直に連通する連通管19が設けられている。
揚水管14は、連通管19と連通した流入口14aの管径cが5.2m、取水口13aより数メートル上方に配置される流出口14bの管径dが3mである。また、土中埋設状態での揚水管14の傾斜角度は、導水管13と同じく25°である。揚水管14は、導水管13より数10m分だけ長い。
揚水ポンプ15としては、電動モータ15aによりスクリュー15bを回転させる軸流ポンプが採用されている。
図1に示すように、発電開始時、変電所17からの指令により開閉扉18を開くと、取水口13aから導水管13に海水が流れ込む。これにより、海水は導水管13を通過して地下の発電室11に落とし込まれる。その際、海水は、取水口13aと排水口13bとの高低差から生じた位置エネルギーだけでなく、導水管13を通過中、その絞り管構造によってもその流速が高められる。高速で落とし込まれた海水により、発電室11内の水力タービン12がほぼ最大回転数で回転させられる。その結果、高出力の発電を行うことができる。発電後の海水は、発電室11から連通管19内を垂直に落下し、その後、方向転換して揚水管14に流れ込む。このとき、揚水ポンプ15による揚水力と、揚水管14の絞り管構造による流速の増大化の作用により、海水は揚水管14内を上昇して海に戻される。
また、実施例1では、導水管13として、取水口13aの直径が5.2m、排水口13bの直径が3m、長さ300m、傾斜角度θが25°のものを採用している。これにより、導水管13の排出口13bから180〜190km/hの速度で、80〜100t/secの海水が排出される。その結果、70万kwの発電を期待することができる。よって、設備コストを抑えて水力タービン12の回転速度を最大限とし、発電所16の出力を高めることができる。
また、フィルタを導水管13に設ければ、異物による水力タービン12の損傷を低減させることができる。
図2に示すように、実施例の水力発電設備10Aは、継続的な発電を行うことができるようにした例である。
具体的には、揚水管14の近傍に、揚水された海水を溜める貯水場20を設け、また揚水管14の下流部の形状を、海面からいったん上方に突出した後、流出口14bが海面下数mとなるように貯水場20に収納された略下向きU字形状としている。
貯水場20は、コンクリートブロックにより海岸付近に形成されている。その大きさは、略1日の発電に使用される海水を貯留可能な大きさである。ただし、これには限定されない。貯水場20の周壁は、満潮時に海水が貯水空間に流れ込まない高さを有している。また、底部には、引き潮時の海面ラインLの真上で、引き潮時に海面から露出する排水管21が連通されている。排水管21には開閉弁22が設けられている。
汲み上げられた海水は、いったん貯水場20に貯水される。貯水場20の海水は、引き潮時に開閉弁22を開くことで、排水管21を通して海に排水される。
その他の構成、作用および効果は、参考例と同様であるので説明を省略する。
11 発電室、
12 水力タービン、
13 導水管、
13a 取水口、
13b 排水口、
14 揚水管、
14a 流入口、
14b 流出口、
15 揚水ポンプ(揚水手段)、
20 貯水場。
Claims (2)
- 地下の発電室に収納された水力タービンと、
海面下に取水口が配置され、排水口が水力タービンの近傍に配置され、先細り化した導水管と、
流入口が発電室に連通され、流出口が海に配置され、先細り化した揚水管と、
揚水管に設けられ、発電後の海水を海に戻す揚水ポンプとを備えた水力発電設備にあって、
揚水管により揚水された海水を溜める貯水場を設け、
貯水場の周壁は、満潮時に海水が貯水空間に流れ込まない高さを有し、
その底部には、引き潮時に海面から露出する排水管が連通され、排水管には開閉弁が設けられ、
揚水管の下流部は、貯水場の海面から上方に突出した後、流出口がこの海面下に達するまで下方に湾曲し、
発電後の海水を地下の発電室から貯水場まで上昇させ、
汲み上げられた海水は、いったん貯水場に貯水され、
貯水場の海水は、引き潮時に開閉弁を開くことで、排水管を通して海に排水される水力発電設備。 - 上記導水管は、上記取水口の管径が5.2m、排水口の管径が3m、長さが300m、埋設状態での傾斜角度が25〜30°である請求項1に記載の水力発電設備。
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