JP4720511B2 - Small-scale hydroelectric generator - Google Patents
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Description
本発明は、水力を利用して発電を行う小規模水力発電装置に関する。 The present invention relates to a small-scale hydroelectric power generation apparatus that generates power using hydropower.
水力発電装置として、例えば水力で水車を回転させて発電を行うものがある。水車を用いる場合には、異物の水車への進入を防ぐ必要があり、このために水車の上流側に異物除去用のスクリーンを配置することになる。このようなスクリーンは、異物で徐々に閉塞されることになるため、所定のタイミングで異物を排除する必要がある。このような異物の排除のために、水車への導水管に入口弁を設け、この入口弁よりも下流側にスクリーンを設けて、入口弁の上流側とスクリーンの下流側とを開閉弁を備えた第1のバイパス管で接続し、さらに入口弁の下流側でスクリーンの上流側部分と水車よりも下流の部分とを開閉弁を備えた第2のバイパス管で接続したものがある(例えば特許文献1)。この装置は、通常は入口弁を開き、バイパス管の両開閉弁を閉状態として水車に水を流し、異物を除去する逆洗時には、ガイドベーンおよび入口弁を閉じてバイパス管の両開閉弁を開状態として第1のバイパス管からスクリーンに逆向きに水を流してスクリーンから異物を剥離させ第2のバイパス管から水車よりも下流側に異物を排出させるようになっている。また、その他に、水車を逆転させてスクリーンの異物を除去するものもある(特許文献2)。
上記のいずれの装置においても、スクリーンの異物除去のために複雑な構造が必要でコストが増大してしまうという問題があった。 In any of the above-described apparatuses, there has been a problem that a complicated structure is required for removing foreign matter from the screen and the cost is increased.
したがって、本発明は、簡素な構造でコスト増を抑制できる小規模水力発電装置の提供を目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a small-scale hydroelectric generator that can suppress an increase in cost with a simple structure.
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明は、水路中に設置される取水口と、該取水口で取水した水から異物を除去する異物除去タンクと、該異物除去タンクを通過後の水が流路を介して導入されて該水の水力で発電する発電装置とを有する小規模水力発電装置であって、前記取水口は、径方向に貫通する取水穴が多数形成された円筒部の一端側を閉塞部で閉塞してなるとともに前記閉塞部が水路の流水方向上流側に指向して設置されることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 includes a water intake port installed in a water channel, a foreign material removal tank for removing foreign material from water taken in the water intake port, and after passing through the foreign material removal tank. A small-scale hydroelectric power generation apparatus having a power generation apparatus in which water is introduced through a flow path to generate electric power using the water hydraulic power, wherein the water intake has a cylindrical shape in which a large number of water intake holes penetrating in the radial direction are formed It is characterized in that one end side of the portion is closed with a closing portion, and the closing portion is installed facing upstream in the flowing direction of the water channel.
請求項2に係る発明は、請求項1に係る発明において、前記発電装置は水力で回転する水車を有しており、前記取水穴の直径は、前記水車を通過可能な最大サイズの球体の直径以下に設定されていることを特徴とする。 The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1, wherein the power generation device has a hydraulic turbine that rotates by hydropower, and the diameter of the intake hole is a diameter of a sphere of a maximum size that can pass through the hydraulic turbine. It is set as follows.
請求項3に係る発明は、請求項1または2に係る発明において、前記取水穴の間隔は、該取水穴の直径を除去対象物の長さから減算した値に設定されていることを特徴とする。 The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1 or 2, wherein the interval between the intake holes is set to a value obtained by subtracting the diameter of the intake holes from the length of the object to be removed. To do.
請求項4に係る発明は、水路中に設置される取水口と、該取水口で取水した水から異物を除去する異物除去タンクと、該異物除去タンクを通過後の水が流路を介して導入されて該水の水力で発電する発電装置とを有する小規模水力発電装置であって、前記異物除去タンクは、前記取水口で取水した水を流入させる流入口と、該流入口から流入した水を前記発電装置に送る開閉可能な導水口と、異物除去タンク内を前記流入口側の流入室と前記導水口側の流出室とに区画して前記流入室から前記流出室への異物の移動を規制するスクリーンと、前記流入室の下部に設けられた開閉可能な排出口とを有することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a water intake port installed in the water channel, a foreign material removal tank for removing foreign material from the water taken in the water intake port, and water after passing through the foreign material removal tank through the flow path. A small-scale hydroelectric power generation device having a power generation device that has been introduced and generates electricity with the hydropower of the water, wherein the foreign matter removal tank has an inflow port through which water taken in at the intake port flows in, and an inflow port from the inflow port A water inlet that can be opened and closed to send water to the power generation device, and a foreign matter removal tank that is divided into an inlet chamber on the inlet side and an outlet chamber on the inlet side to remove foreign substances from the inlet chamber to the outlet chamber. It has a screen for restricting movement, and an openable and closable discharge port provided in the lower part of the inflow chamber.
請求項5に係る発明は、請求項4に係る発明において、前記スクリーンは、鉛直方向に対して上側ほど前記流入室側に位置するように傾斜していることを特徴とする。 The invention according to claim 5 is characterized in that, in the invention according to claim 4, the screen is inclined so as to be located closer to the inflow chamber with respect to the vertical direction.
請求項1に係る発明によれば、径方向に貫通する取水穴が多数形成された円筒部の一端側を閉塞部で閉塞してなる取水口は、閉塞部を流水方向上流側に指向して水路に設置される。このように設置された取水口は、最も異物が流入しやすい流水方向上流側に指向する部分が閉塞部とされているため、この点で異物の流入が抑制される。また、取水口は、円筒部の取水穴で取水しその際に円筒部の取水穴以外の部分で異物の進入を阻止することになるが、この部分が水路の流水の方向に沿うため、進入が阻止された異物が水路の流水によって剥離されやすく、よって異物の円筒部への付着も抑制される。したがって、異物そのものの付着を水路の流水を利用して抑制するため、簡素な構造となり、コスト増を抑制できる。 According to the first aspect of the present invention, the intake port formed by closing one end side of the cylindrical portion formed with a large number of intake holes penetrating in the radial direction with the closing portion is directed toward the upstream side in the flowing water direction. Installed in waterways. Since the intake port installed in this way has a closed portion directed to the upstream side in the flowing direction in which foreign matter is most likely to flow in, the inflow of foreign matter is suppressed in this respect. In addition, the water intake port takes water through the water intake hole of the cylindrical portion, and at that time, the foreign matter is prevented from entering at a portion other than the water intake hole of the cylindrical portion. The foreign matter that has been prevented is easily peeled off by running water in the water channel, and thus the foreign matter is also prevented from adhering to the cylindrical portion. Therefore, since the adhesion of the foreign matter itself is suppressed by using the flowing water of the water channel, the structure becomes simple and the cost increase can be suppressed.
請求項2に係る発明によれば、取水穴の直径が、発電装置の水車を通過可能な最大サイズの球体の直径以下に設定されているため、異物が例え取水穴を通過したとしても水車を通過可能であり、水車への詰まりが防止される。 According to the second aspect of the present invention, since the diameter of the water intake hole is set to be equal to or less than the diameter of the sphere of the maximum size that can pass through the water turbine of the power generation device, the water turbine is removed even if foreign matter passes through the water intake hole. Passage is possible and clogging of the water turbine is prevented.
請求項3に係る発明によれば、取水穴の間隔が、その直径を除去対象物の長さから減算した値に設定されているため、一つの除去対象物が複数の取水穴に跨って吸着されることがほぼなくなる。したがって、除去対象物の取水口への吸着力を低く抑えることができ、水路の流水によってさらに剥離されやすくなる。 According to the invention of claim 3, since the interval between the water intake holes is set to a value obtained by subtracting the diameter from the length of the object to be removed, one object to be removed is adsorbed across a plurality of water intake holes. It is almost gone. Accordingly, the adsorption force of the removal target to the water intake can be kept low, and the separation object is more easily peeled off by running water in the water channel.
請求項4に係る発明によれば、取水口で取水した水を異物除去タンク内に流入口から給水した後、導水口から発電装置に流すと、異物除去タンク内に入り込んだ異物は流入室側から流出室側に移動してスクリーンで流出室への進入が阻止される。そして、導水口を閉じて排出口を開くと、流入室の下部の排出口から排水されることになり、流出室側から流入室側に水の流れが生じてスクリーンに付着していた異物が剥離され、排出口から排出される。このように、異物除去タンク内にスクリーンを設けるとともに、流入口と開閉可能な導水口と開閉可能な排出口とを設けることでスクリーンを逆洗できることになるため、簡素な構造となり、コスト増を抑制できる。 According to the fourth aspect of the present invention, when water taken from the intake port is supplied from the inlet to the foreign substance removal tank and then flows from the water inlet to the power generation device, the foreign substance that has entered the foreign substance removal tank becomes the inflow chamber side. It moves to the outflow chamber side from the entrance and the entrance to the outflow chamber is blocked by the screen. When the water inlet is closed and the outlet is opened, water is drained from the lower outlet of the inflow chamber, and water flows from the outflow chamber side to the inflow chamber side. It is peeled off and discharged from the outlet. As described above, the screen can be backwashed by providing the screen in the foreign matter removal tank, and providing the inflow port, the opening and closing water inlet and the opening and closing outlet, so that the structure is simplified and the cost is increased. Can be suppressed.
請求項5に係る発明によれば、スクリーンが、鉛直方向に対して上側ほど流入室側に位置するように傾斜しているため、逆洗時に重力で異物が剥離しやすくなり、一層良好に逆洗できることになる。 According to the fifth aspect of the invention, since the screen is inclined so as to be located closer to the inflow chamber with respect to the vertical direction, foreign matter is easily peeled off by gravity during backwashing, and the screen is better reversed. It can be washed.
本発明に係る小規模水力発電装置の第1実施形態を図1〜図3を参照して以下に説明する。 A first embodiment of a small-scale hydroelectric generator according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
図1は小規模水力発電装置11を示す全体構成図であり、この小規模水力発電装置11は、小川等の高低差を有する水路12に設置される。小規模水力発電装置11は、水路12中に設置される取水口13と、取水口13に一端側が接続された取水口導水管14と、この取水口導水管14の他端側に接続されて取水口13で取水した水から主として砂を沈降させて除去する沈砂タンク(異物除去タンク)15と、沈砂タンク15に一端側が接続された発電装置導水管(流路)16と、この発電装置導水管16の他端側に接続されこの発電装置導水管16を介して導入された水の水力で発電する発電装置17と、発電装置17を通過後の水を水路12に戻す排水管18とを備えている。取水口13よりも沈砂タンク15が低位に設置され、沈砂タンク15よりも発電装置17が低位に設置されている。
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a small-scale
発電装置17は、図2に示すように、上記取水口導水管14につなげられるケース21と、取水口導水管14を介してケース21内に導入された水の水力で回転する水車本体22とを有するクロスフロー水車(水車)23および水車本体22の回転で駆動される発電機25を有する水力発電装置ユニット26と、発電機25で発電した電力を蓄えるバッテリ27およびインバータを含むコントローラ28を有するコントロールユニット29とを備えている。
As shown in FIG. 2, the
この小規模水力発電装置11は、最大出力が1kw以下の小規模のものであり、商用電源のない場所での常用電源として用いることができるもので、例えば、農場用の電源、山小屋および周辺設備の照明および浄化槽用電源、無線中継基地用電源、工事現場用移動電源、獣害防止柵用電源として用いられるものである。
This small-scale
そして、第1実施形態では上記した取水口13が、図3に示すように、円筒部31と、円筒部31の軸線方向の一端部を閉塞させる閉塞部32と、円筒部31の他端側に取り付けられる取付部33とを有している。円筒部31は、径方向に貫通する円形の取水穴35が均等ピッチで多数形成された、いわゆるパンチングメタルを円筒状に湾曲させて形成されるものである。閉塞部32は、この円筒部31の軸線方向の一端部に嵌合される無孔円板状をなしている。取付部33は、円筒部31の軸線方向の一端部に嵌合される円環状の嵌合板37と、この嵌合板37の内周部から円筒部31とは反対側に突出する取付口部38とを有している。
In the first embodiment, the
取水穴35の直径は、より詳しくは、クロスフロー水車23を通過可能な最大サイズの球体の直径と同等(直径より小さくても可)に設定されており、この場合は、取水穴35の径が10mmに設定されている。また、取水穴35の配設ピッチ、つまり隣り合う取水穴35同士の間隔は、取水穴35の直径を除去対象物の長さから減算した値に設定されている。ここでは、除去対象物として統計上最も多かった長さが50mmの木の葉を想定しており、その結果、直径10mmの取水穴35の配設ピッチは、穴径:ピッチが1:4となる40mmとなっている。
More specifically, the diameter of the
このような取水口13は、取付口部38において取水口導水管14に取り付けられることになり、この状態で閉塞部32を水路12の流水方向上流側に指向させて設置されることになる。なお、取水口13は、必要により水路12に図示略の設置具を介して固定される。取水口13は長くすればするほどメンテナンス周期を長くすることができる。また、取水口13の材料を耐食性のあるものとしたり、あるいは取水口13を塗装などの耐食処理を施すのが良い。
Such a
このような第1実施形態によれば、径方向に貫通する取水穴35が多数形成された円筒部31の一端側を閉塞部32で閉塞してなる取水口13は、上記のように、閉塞部32を流水方向上流側に指向して水路12に設置される。このように設置された取水口13は、最も異物が流入しやすい流水方向上流側に指向する部分が閉塞部32とされているため、この点で異物の流入が抑制される。また、取水口13は、円筒部31の取水穴35で取水しその際に円筒部31の取水穴35以外の部分で異物の進入を阻止することになるが、この部分が水路12の流水の方向に沿うため、進入が阻止された異物が水路12の流水によって剥離されやすく、よって異物の円筒部31への付着も抑制される。したがって、異物そのものの付着を水路12の流水を利用して抑制するため、簡素な構造となり、コスト増を抑制できる。
According to the first embodiment as described above, the
また、取水穴35の直径が、発電装置17のクロスフロー水車23を通過可能な最大サイズの球体の直径以下に設定されているため、異物が例え取水穴35を通過したとしてもクロスフロー水車23を通過可能であり、クロスフロー水車23への詰まりが防止される。
Further, since the diameter of the
さらに、取水穴35の間隔が、その直径を除去対象物の長さから減算した値に設定されているため、一つの除去対象物が複数の取水穴35に跨って吸着されることがほぼなくなる。したがって、除去対象物の取水口13への吸着力を低く抑えることができ、水路12の流水によってさらに剥離されやすくなる。
Furthermore, since the interval between the water intake holes 35 is set to a value obtained by subtracting the diameter from the length of the removal target object, one removal target object is hardly absorbed across the plurality of water intake holes 35. . Therefore, the adsorption force of the removal target to the
本発明に係る小規模水力発電装置の第2実施形態を図4〜図6を参照して第1実施形態との相違部分を中心に以下に説明する。なお、第1実施形態と同様の部分には同一の符号を付しその説明は略す。 A second embodiment of a small-scale hydroelectric generator according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 4 to 6 focusing on differences from the first embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part similar to 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted.
第2実施形態では、図4に示すように、第1実施形態の取水口13は取り付けられておらず、単に水を取水口導水管14に取水するための異物除去機能のない取水口43が設けられている。そして、第2実施形態では、上記した沈砂タンク15に換えてこれとは異なる沈砂タンク45が設けられている。つまり、第2実施形態の沈砂タンク45は、図5に示すように、取水口導水管14に接続されることで取水口43で取水した水を沈砂タンク45の内部に流入させる流入口46と、発電装置導水管16に接続されることで沈砂タンク45の内部の水を発電装置17に送る導水口47と、沈砂タンク45の内部の水を水路12に戻す排出口48と、沈砂タンク45の内部の水位が高くなると水を外に排出させるオーバーフロー口49とを有している。
In 2nd Embodiment, as shown in FIG. 4, the
沈砂タンク45は、直方体形状をなしており、一の側板51の上部のこの側板51と直交する側板52側に側板51に直交するように上記した流入口46が設けられている。また、側板51と対向する側板53の下部の側板52側に側板53に直交するように上記した排出口48が設けられている。さらに側板52の上部にこの側板52と直交するように上記したオーバーフロー口49が設けられている。加えて、側板52と対向する側板54の下部にこの側板54と直交するように導水口47が設けられている。
The
そして、沈砂タンク45内の流入口46と導水口47との間位置には、側板51と側板53とを側板52,54と平行に結ぶ無孔板状の仕切板56と、この仕切板56の上縁部から上方に延出して側板51と側板53とを結ぶ金網等のメッシュからなるスクリーン57とが設けられている。このスクリーン57は、鉛直に対し上部を側板52側に近接させるように傾斜している。これら仕切板56およびスクリーン57によって、沈砂タンク45内は、流入口46側の流入室60と導水口47側の流出室61とに区画されており、その結果、スクリーン57は、鉛直方向に対して上側ほど流入室60側に位置するように傾斜している。仕切板56は流入室60で沈降した主として土砂等からなる重量の重い異物の流出室61への移動を規制することになり、スクリーン57は、流入室60で浮遊する主として木の葉等からなる重量の比較的軽い異物の流出室61への移動を規制することになる。なお、上記した排出口48は流入室60の下部に設けられ、オーバーフロー口49は流入室60の上部に設けられている。
A non-perforated plate-
流入口46には流入口46を通過する水の流量を調整可能な流量調整弁63が設けられており、導水口47には導水口47を開閉可能な開閉弁64が設けられている。また、排出口48には排出口48を開閉可能な開閉弁65が設けられており、オーバーフロー口49は常開となっている。
The
このような沈砂タンク45において、発電中は、図6(a)に示すように、導水口47の開閉弁64を開き且つ排出口48の開閉弁65を閉じた状態とされ、その結果、沈砂タンク45内に流入口46から給水された水を導水口47から発電装置17に流すことになる。その際に、沈砂タンク45内に水とともに入り込んだ異物Aは流入室60側から流出室61側に移動しようとすることになるが、仕切板56およびスクリーン57で流出室61への進入が阻止されるため、異物が除去された状態の水が沈砂タンク45から発電装置17に流れることになる。
In such a
一方、適宜のタイミングでコントローラ28に逆洗の操作を入力すると、コントローラ28が、排出口48の開閉弁65を閉じたまま、導水口47の開閉弁64を閉じる。すると、沈砂タンク45内の水の水位が上がることになる。そして、適宜のタイミングで開閉弁65を開くとともに流量調整弁63で流入口46の流量を調整すると、排出口48から沈砂タンク45内の水が排出されるとともに、徐々に、沈砂タンク45内の水の水位が下がることになり、流出室61側から流入室60側に水の流れが生じてスクリーン57に付着していた異物が剥離され、排出口48から外に排出される(つまり逆洗される)。このとき、図6(b)に示すように、場合によってはスクリーン57に付着していた異物Aによるスクリーン57の閉塞で流出室61の水位が流入室60の水位より高くなるが、この場合には流出室61の水がより大きな力をスクリーン57の異物Aに加えることになって、これを剥離させる。しかも、スクリーン57が、鉛直方向に対して上側ほど流入室60側に位置するように傾斜しているため、逆洗時に重力で異物が剥離しやすくなり、一層良好に逆洗できることになる。
On the other hand, when an operation of backwashing is input to the
このように、第2実施形態では、沈砂タンク45内にスクリーン57を設けるとともに、流量調整可能な流入口46と開閉可能な導水口47と開閉可能な排出口48とを設けることでスクリーン57を逆洗できることになるため、簡素な構造となり、コスト増を抑制できる。
As described above, in the second embodiment, the
また、流入口46による水の流入方向が沈砂タンク45の内面に沿っているため、流入した水が沈砂タンク45の内面に沿って渦巻き状になり、サイクロン効果で土砂等の異物を良好に沈降させることができる。
Further, since the inflow direction of water through the
なお、第1実施形態の取水口13および第2実施形態の沈砂タンク45の両方を設けることも勿論可能である。
Of course, it is possible to provide both the
11 小規模水力発電装置
12 水路
13 取水口
15 沈砂タンク(異物除去タンク)
16 発電装置導水管(流路)
17 発電装置
23 クロスフロー水車(水車)
31 円筒部
32 閉塞部
35 取水穴
46 流入口
47 導水口
48 排出口
57 スクリーン
60 流入室
61 流出室
11 Small-scale
16 Power generation device conduit (flow path)
17
31
Claims (5)
該取水口で取水した水から異物を除去する異物除去タンクと、
該異物除去タンクを通過後の水が流路を介して導入されて該水の水力で発電する発電装置とを有する小規模水力発電装置であって、
前記取水口は、径方向に貫通する取水穴が多数形成された円筒部の一端側を閉塞部で閉塞してなるとともに前記閉塞部が水路の流水方向上流側に指向して設置されることを特徴とする小規模水力発電装置。 A water intake installed in the waterway;
A foreign matter removal tank for removing foreign matter from the water taken at the water intake;
A small-scale hydroelectric power generation apparatus having a power generation apparatus in which water after passing through the foreign matter removal tank is introduced through a flow path to generate electric power with the hydroelectric power of the water,
The intake port is configured such that one end side of a cylindrical portion in which a large number of intake holes penetrating in the radial direction is formed is closed with a closed portion, and the closed portion is installed toward the upstream side in the flowing direction of the water channel. A small-scale hydroelectric generator.
該取水口で取水した水から異物を除去する異物除去タンクと、
該異物除去タンクを通過後の水が流路を介して導入されて該水の水力で発電する発電装置とを有する小規模水力発電装置であって、
前記異物除去タンクは、
前記取水口で取水した水を流入させる流入口と、
該流入口から流入した水を前記発電装置に送る開閉可能な導水口と、
異物除去タンク内を前記流入口側の流入室と前記導水口側の流出室とに区画して前記流入室から前記流出室への異物の移動を規制するスクリーンと、
前記流入室の下部に設けられた開閉可能な排出口とを有することを特徴とする小規模水力発電装置。 A water intake installed in the waterway;
A foreign matter removal tank for removing foreign matter from the water taken at the water intake;
A small-scale hydroelectric power generation apparatus having a power generation apparatus in which water after passing through the foreign matter removal tank is introduced through a flow path to generate electric power with the hydroelectric power of the water,
The foreign matter removal tank is
An inflow port through which water taken from the water intake port flows,
An openable and closable water inlet that sends water flowing in from the inlet to the power generator;
A screen for regulating the movement of foreign matter from the inflow chamber to the outflow chamber by dividing the inside of the foreign matter removal tank into an inflow chamber on the inlet side and an outflow chamber on the water inlet side;
A small-scale hydroelectric generator having an openable / closable outlet provided at a lower portion of the inflow chamber.
The small-scale hydroelectric generator according to claim 4, wherein the screen is inclined so as to be positioned closer to the inflow chamber with respect to the vertical direction.
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