JP5518275B1 - 水車発電装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 発電機構と、発電機構を支持体に係止させる係止機構とを備え、発電機構は、上下に延在し上部周壁に水流入口が形成され下端が水流出口を形成する筒状ケーシングと、筒状ケーシング内に配設された羽根車とを有する水車部と、発電機部とを有し、係止機構は支持体である水路に設けた堰板に水車部の筒状ケーシングを係止させる、水車発電装置であって、水車部は筒状ケーシング内に軸心を一致させて配設され軸心の延在方向に対する翼の捩れ方向が互いに逆方向の一組の羽根車を有し、発電機部は内外二重回転電機子形発電機を有し、前記一組の羽根車の一方は前記発電機の内外の回転電機子の一方に、前記一組の羽根車の他方は前記発電機部の内外の回転電機子の他方に、それぞれ連結されており、係止機構は、発電機構を支持体に固定することなく係止させる。
【選択図】 図1
Description
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、発電機構と、発電機構を支持体に係止させる係止機構とを備え、発電機構は、上下に延在し上部周壁に水流入口が形成され下端が水流出口を形成する筒状ケーシングと、筒状ケーシング内に配設された羽根車とを有する水車部と、発電機部とを有し、係止機構は支持体である水路に設けた堰板に水車部の筒状ケーシングを係止させることを特徴とする水車発電装置であって、係止機構の寸法増大や、保守点検時の堰板からの離脱困難性等の不具合を生じない水車発電装置を提供することを目的とする。
本発明に係る水車発電装置においては、堰板よりも上流側の水路の水位と堰板よりも下流側の水路の水位との間の落差を利用して発電する。水路の堰板よりも上流域の水流が堰板を乗り越え、当該水流の一部あるいは全部が水車発電装置の水流入口を通って筒状ケーシングに流入し、筒状ケーシング内を下降して羽根車を互いに逆方向に回転駆動し、水流出口を通って筒状ケーシングから流出し、水路の堰板よりも下流域を流下する。
軸心を一致させて配設され軸心の延在方向に対する翼の捩れ方向が互いに逆方向の一組の羽根車が互いに逆方向に回転し、当該回転が発電機部の内外二重回転電機子に伝達され、二重回転電機子が互いに逆方向に回転して発電する。発電中、二重回転電機子に働く相反回転トルクは一致し、ひいては、内側回転電機子と当該電機子に連結された羽根車が形成する内側回転系と、外側回転電機子と当該電機子に連結された羽根車が形成する外側回転系とに働く相反回転トルクは一致し、相殺する。
本発明に係る水車発電装置においては、発電中、内側回転電機子と当該電機子に連結された羽根車が形成する内側回転系と、外側回転電機子と当該電機子に連結された羽根車が形成する外側回転系とに働く相反回転トルクは一致し、相殺するので、筒状ケーシングには反作用としての回転トルクは発生しない。従って、係止機構は、筒状ケーシングを堰板に強固に固定する必用がなく、単に係止させれば良い。従って、本発明に係る水車発電装置においては、係止機構の寸法増大や、保守点検時の堰板からの離脱困難性等の不具合を生じない。
本発明の好ましい態様においては、係止機構は堰板の頂部に形成した切欠に挿通される脚部と堰板の水路上流側端面に当接する頭部とを備える爪部材を有する。
本発明の好ましい態様においては、係止機構は堰板の頂部に配設した突起が挿通される穴が形成された腕部材を有する。
発電機構を支持体に固定することなく係止させる機構として、堰板の頂部に外嵌合する溝形断面部材を有するもの、堰板の頂部に形成した切欠に挿通される脚部と堰板の水路上流側端面に当接する頭部とを備える爪部材を有するもの、堰板の頂部に配設した突起が挿通される穴が形成された腕部材を有するもの、等が簡素な構造で好ましい。
本発明の好ましい態様においては、係止機構は発電機構とは別体であり、発電機構に着脱可能に固定される。
水車発電装置を設置する水路や堰板の状況に応じて、係止機構を最適化する必用がある。従って、係止機構は、発電機構とは別体とし、発電機構に着脱可能に固定するのが望ましい。
本発明の好ましい態様においては、係止機構は骨組構造物である。
係止機構を骨組構造物とすることにより、係止機構の水流に対する抵抗を極力低減させ、係止機構から堰板に印加される荷重を低減することができる。
本発明の好ましい態様においては、水車発電装置は、水車部の筒状ケーシングに対する、係止機構の堰板との係合部の上下方向相対位置を可変調節する調節機構を備える。
堰板よりも上流側の水面に対する発電機構の水流入口の高さ位置を最適化するために、水車部の筒状ケーシングに対する、係止機構の堰板との係合部の上下方向相対位置を可変調節する調節機構を設けることが望ましい。
本発明の好ましい態様においては、係止機構は水路の底壁に下端が当接する長さ調整可能な支持脚を備える。
水車発電装置の設置状況を安定化させるために、係止機構は水路の底壁に下端が当接する長さ調整可能な支持脚を備えることが望ましい
本発明の好ましい態様においては、水車部は水流入口から筒状ケーシングの径方向外方へ延びる末広がりの集水筒を備える。
集水筒を設けることにより、筒状ケーシングに流入する水の流量を増加させることができる。
本発明の好ましい態様においては、筒状ケーシングの下端部は末広がりの排水筒を形成している。
筒状ケーシングの下端部が末広がりの排水筒を形成することにより、水流出口の廃棄損失を軽減することができ、またサイホン効果の促進により筒状ケーシングに流入する水の流量を増加さることができる。
本発明の好ましい態様においては、筒状ケーシングの羽根車に対峙する部位が透明素材で形成されている。
筒状ケーシングの羽根車に対峙する部位を透明素材で形成することにより、羽根車の点検が容易になる。
本発明の好ましい態様においては、発電機部は筒状ケーシングの上方に位置決めされている。
発電機部を筒状ケーシングの上方に位置決めすることにより、発電機部の水流との接触を抑制することができる。
図1に示すように、水車発電装置Aは、発電機構Bと、発電機構Bを支持体に係止させる係止機構Cとを備えている。
発電機構Bは、図1〜3に示すように、上下に延在し上部周壁に水流入口11aが形成され下端が水流出口11bを形成する筒状ケーシング11と、筒状ケーシング11内に配設された羽根車群12とを有する水車部1と、発電機部2とを有している。
筒状ケーシング11には、水流入口11aから径方向外方へ延びる偏平な末広がり(流れ方向には狭まり)の集水筒11cが固定されており、また筒状ケーシング11の下端部は末広がりの排水筒11dを形成している。
筒状ケーシング11の羽根車群12に対峙する部位11eは透明素材によって形成されている。
羽根車群12は、軸心を一致させて配設され軸心の延在方向に対する翼の捩れ方向が互いに逆方向の一組の羽根車12a、12bにより構成されている。上方の羽根車12aは上下に延在する筒状の外軸12cの下端部に固定されており、下方の羽根車12bは外軸12cに挿通されて上下に延在する内軸12dの下端に固定されている。外軸12cは、筒状ケーシング11内に配設されて上下に延在し腕部材12eを介して筒状ケーシング11に固定された支持筒12fによって中心軸線回りに回転可能に且つ上下動不能に支持されており、内軸12dは外軸12cによって中心軸線回りに回転可能に且つ上下動不能に支持されている。
支持筒12fは、筒状ケーシング11の上端を塞ぐ頂板11fを貫通して、上方へ延びている。外軸12cは支持筒12fの頂部を通って上方へ延びており、上端にプーリー12gが固定されている。内軸12dはプーリー12gを貫通して上方へ延びており、上端にプーリー12hが固定されている。
発電機部2は、上下に延在する筒状の外軸21aと、外軸21aに挿通されて上下に延在する内軸21bと、外軸21aに固定された外側回転電機子22aと、内軸21bに固定され外側回転電機子22aに対峙する内側回転電機子22bと、外軸21aの下端に固定されたプーリー23aと、外軸21aの下端よりも下方へ延びた内軸21bの下端に固定されたプーリー23bと、上記部材を収容する筒状ケーシング24とを有する内外二重回転電機子形同期発電機により構成されている。
発電機部2は水車部1の筒状ケーシング11よりも上方に位置決めされている。
発電機部2のプーリー23aは無端ベルト31aを介して水車部のプーリー12hに作動係合しており、発電機部2のプーリー23bは無端ベルト31bを介してに水車部のプーリー12gに作動係合している。
係止機構Cは、水路100に設けた堰板200の頂部に溝形断面部材42を上方から外嵌合させて、発電機構Bを堰板200に係止させる。発電機構Bは水路100を流れる水流に関して堰板200よりも下流側に在り、支持脚43の下端が堰板200よりも下流側の水路100底壁に当接する。
発電機構Bが堰板200に係止した状態で、集水筒11cの先端開口部11c’は水路100を流れる水流に関して上流側へ差し向けられている。
図1に示すように、堰板200の設置によって、堰板よりも上流側の水路の水位h1と堰板よりも下流側の水路の水位h2との間に落差が生ずる。
図1に白抜矢印で示すように、水路100の堰板200よりも上流域の水流が堰板200を乗り越え、当該水流の一部あるいは全部が水車発電装置Aの集水筒11cに流入し、更に水流入口11aを通って筒状ケーシング11に流入し、筒状ケーシング11内を下降して羽根車12a、12bを互いに逆方向に回転駆動し、水流出口11bを通って筒状ケーシング11から流出し、水路100の堰板200よりも下流域を流下する。
軸心を一致させて配設され軸心の延在方向に対する翼の捩れ方向が互いに逆方向の一組の羽根車12a、12bが互いに逆方向に回転し、当該回転が外軸12c、内軸12dを介してプーリー12g、12hに伝達され、更に無端ベルト31b、31aと、プーリー23b、23aとを介して内軸21b、外軸21aに増速して伝達され、内側回転電機子22bと外側回転電機子22aとが互いに逆方向に回転して、発電する。
水車発電装置Aにおいては、発電中、内側回転電機子22bと当該電機子に連結された内軸21b、外軸12c、羽根車12aが形成する内側回転系と、外側回転電機子22aと当該電機子に連結された外軸21a、内軸12d、羽根車12bが形成する外側回転系に働く相反回転トルクが一致し、相殺するので、筒状ケーシング11には反作用としての回転トルクは発生しない。従って、係止機構Cは、筒状ケーシング11を堰板200に強固に固定する必用がなく、単に係止させれば良い。堰板200の頂部に外嵌合する溝形断面部材42は、筒状ケーシング11を堰板200に固定することなく係止させるのに好適である。筒状ケーシング11を堰板200に固定することなく単に係止させた水車発電装置Aにおいては、係止機構Cの寸法増大や、保守点検時の堰板200からの離脱困難性等の不具合を生じない。
水車発電装置Aを設置する水路100や堰板200の状況、例えば水路を流れる水流の流速、堰板の厚み、等に応じて、係止機構Cを最適化する必用がある。従って、係止機構Cは、発電機構Bとは別体とし、発電機構Bに着脱可能に固定するのが望ましい。
係止機構Cを骨組構造物4とすることにより、係止機構Cの水流に対する抵抗を極力低減させ、係止機構Cから堰板200に印加される荷重を低減することができる。
堰板200よりも上流側の水面に対する発電機構Bの水流入口11aの高さ位置を最適化するために、水車部の筒状ケーシング11に対する、係止機構Cの堰板200との係合部、より具体的には堰板200の頂部に外嵌合する溝形断面部材42、の上下方向相対位置を可変調節する調節機構を設けることが望ましい。
水車発電装置Aの設置状況を安定化させるために、係止機構Cは水路100の底壁に下端が当接する長さ調整可能な支持脚43を備えることが望ましい
末広がりの集水筒11cを設けることにより、筒状ケーシング11への流入水流量が増加する。
末広がりの排水筒11dを設けて水流出口11bでの流速を低減させることにより、水車部1の廃棄損失が低減すると共に、上流の羽根車近傍部で流速が増加し圧力が低下し、サイホン効果が促進されて筒状ケーシング11への流入水流量が増加する。
筒状ケーシング11の羽根車12a、12bに対峙する部位11eを透明素材で形成することにより、羽根車12a、12bの点検が容易になる。
発電機部2を筒状ケーシング11の上方に位置決めすることにより、発電機部2の水流や水中漂流物との接触を抑制することができる。
上述の係止機構とは構成の異なる係止機構を用いて、筒状ケーシング11を堰板200に固定することなく係止させても良い。
上記実施例においては、枠体41を介して溝形断面部材42や支持脚43を水車部1に取り付けたが、溝形断面部材42や支持脚43を水車部1に直接取り付けても良い。
同期発電機に代えて誘導発電機を使用しても良い。
B 発電機構
C 係止機構
1 水車部
2 発電機部
4 骨組構造物
5 爪部材
6 腕部材
12a、12b 羽根車
22a 外側回転子
22b 内側回転子
42 溝形断面部材
100 水路
200 堰板
Claims (12)
- 発電機構と、発電機構を支持体に係止させる係止機構とを備え、発電機構は、上下に延在し上部周壁に水流入口が形成され下端が水流出口を形成する筒状ケーシングと、筒状ケーシング内に配設された羽根車とを有する水車部と、発電機部とを有し、係止機構は支持体である水路に設けた堰板に水車部の筒状ケーシングを係止させる、水車発電装置であって、水車部は筒状ケーシング内に軸心を一致させて配設され軸心の延在方向に対する翼の捩れ方向が互いに逆方向の一組の羽根車を有し、発電機部は内外二重回転電機子形発電機を有し、前記一組の羽根車の一方は前記発電機の内外の回転電機子の一方に、前記一組の羽根車の他方は前記発電機部の内外の回転電機子の他方に、それぞれ連結されており、係止機構は、発電機構を支持体に固定することなく係止させることを特徴とする水車発電装置。
- 係止機構は堰板の頂部に外嵌合する溝形断面部材を有することを特徴とする請求項1に記載の水車発電装置。
- 係止機構は堰板の頂部に形成した切欠に挿通される脚部と堰板の水路上流側端面に当接する頭部とを備える爪部材を有することを特徴とする請求項1に記載の水車発電装置。
- 係止機構は堰板の頂部に配設した突起が挿通される穴が形成された腕部材を有することを特徴とする請求項1に記載の水車発電装置。
- 係止機構は発電機構とは別体であり、発電機構に着脱可能に固定されることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の水車発電装置。
- 係止機構は骨組構造物であることを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の水車発電装置。
- 水車部の筒状ケーシングに対する、係止機構の堰板との係合部の上下方向相対位置を可変調節する調節機構を備えることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の水車発電装置。
- 係止機構は、水路の底壁に下端が当接する長さ調整可能な支持脚を備えることを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載の水車発電装置。
- 水車部は、水流入口から筒状ケーシングの径方向外方へ延びる末広がりの集水筒を備えることを特徴とする請求項1乃至8の何れか1項に記載の水車発電装置。
- 筒状ケーシングの下端部は末広がりの排水筒を形成していることを特徴とする請求項1乃至9の何れか1項に記載の水車発電装置。
- 筒状ケーシングの羽根車に対峙する部位が透明素材で形成されていることを特徴とする請求項1乃至10の何れか1項に記載の水車発電装置。
- 発電機部は、筒状ケーシングの上方に位置決めされていることを特徴とする請求項1乃至11の何れか1項に記載の水車発電装置。
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