JP5659428B2 - 水力発電装置 - Google Patents
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Description
特許文献2:特開2008−163784号
発電用水流の水面と交差する(例えば直交する)回転軸周りに複数の水車翼が一体回転可能に配置された水車と、
水面よりも全体が上方に位置する形で水車の回転軸の上端側に取り付けられ、該水車の回転エネルギーを電力変換する発電機と、
水車と発電機とを、全ての水車翼が発電用水流に対し、回転軸の軸線方向における少なくとも下端側が同時に水没するように支持する水車支持手段と、を備えたことを前提とする。
図1は、本発明の水力発電装置の一実施形態を示すものである。該水力発電装置1は、発電用水流WFの水面WLと交差(直交が望ましいが、厳密に直交していることは必須ではなく、例えば水面法線に対して10゜程度まで傾いていてもよい)する回転軸50,52周りに複数の水車翼22が一体回転可能に配置された水車20(A),20(B)と、水面WLよりも全体が上方に位置する形で水車20の回転軸50,52の上端側に取り付けられ、該水車20の回転エネルギーを電力変換する発電機40と、水車20と発電機40とを、全ての水車翼22が発電用水流WFに対し、回転軸50,52の軸線方向における少なくとも下端側が同時に水没するように支持する水車支持手段41,42とを有する。
図1に示すように、第一水車20(A)と第二水車20(B)とは、保護フレーム10とともに用水路201中の発電用水流WF中に配置される。このとき、第一水車20(A)と第二水車20(B)とは、その全体が用水路201の平均的な水位WLよりも下に位置するように水深方向の設置位置が調整される。すでに説明したごとく、上記の水車翼22で構成した各水車20(A),20(B)は、その全体が水没するとともに、水流中にて水車翼22が回転軸線Mに関していずれの側に存在していても、前方翼面26側を回転前方側として水車20を回転させるトルクを生ずるので、水流WFを水車20回転力つまり発電力に変換する効率が大幅に高められ、低流速時の水車20の始動性も大幅に向上する。
10 保護フレーム
20(A) 第一水車
20(B) 第二水車
22 水車翼
26 前方翼面
28 後方翼面
50 第二回転軸
52 第一回転軸
40 発電機
42 支持梁
101 界磁用マグネット
102 発電用コイル
140 ガイドフレーム(アセンブリガイド体)
241 第一ロータ
242 第二ロータ
261 高速水流通過面
262 低速水流通過面
263 湾曲ノーズ部
300 水車発電アセンブリ
301 水車発電アセンブリ浮上支持構造部
WF 発電用水流
Claims (4)
- 発電用水流の水面と交差する回転軸周りに複数の水車翼が一体回転可能に配置された水車と、
水面よりも全体が上方に位置する形で前記水車の回転軸の上端側に取り付けられ、該水車の回転エネルギーを電力変換する発電機と、
前記水車と前記発電機とを、全ての前記水車翼が前記発電用水流に対し、前記回転軸の軸線方向における少なくとも下端側が同時に水没するように支持する水車支持手段と、
を備え、
前記水車は、前記回転軸の軸線と直交する断面において各前記水車翼が、後方翼面が前記基準回転方向前方側に引っ込む凹湾曲面とされ、前方翼面が前記基準回転方向前方側に突出するとともに前記後方翼面よりも湾曲深さが大きい凸湾曲面とされ、さらに、前記前方翼面は、湾曲ノーズ部において曲率が極大となり、該湾曲ノーズ部から翼内縁側及び翼外縁側に向けてそれぞれ曲率が減少し、該湾曲ノーズ部から前記翼外縁に至る第一面の面長が同じく翼内縁に至る第二面の面長よりも大きい流線形状をなし、前記前方翼面にて前記基準回転方向前方側から相対水流を受けた場合に、前記第一面と前記第二面とは、前記湾曲ノーズ部から前記翼外縁に向けて当該第一面に沿って生ずる相対水流の速度が、同じく前記翼内縁に向けて前記第二面に沿って生ずる相対水流の速度よりも大きくなるよう、それぞれ高速水流通過面及び低速水流通過面として機能するように形成され、各前記水車翼にて生ずる、前記高速水流通過面と前記低速水流通過面との前記相対水流の流速差に基づく揚力トルクを、前記後方翼面側にて前記水車翼を前記基準回転方向に回転させる向きに生じさせるようにしたものであり、
前記水車翼は、前記回転軸の軸線と直交する断面において前記翼外縁が前記回転軸の軸線と前記翼内縁とを繋ぐ直線よりも前記基準回転方向後方側に位置するように形成されたことを特徴とする水力発電装置。 - 発電用水流の水面と交差する回転軸周りに複数の水車翼が一体回転可能に配置された水車と、
水面よりも全体が上方に位置する形で前記水車の回転軸の上端側に取り付けられ、該水車の回転エネルギーを電力変換する発電機と、
前記水車と前記発電機とを、全ての前記水車翼が前記発電用水流に対し、前記回転軸の軸線方向における少なくとも下端側が同時に水没するように支持する水車支持手段と、
を備え、
前記水車は、基準軸線上の第一位置に回転軸線を一致させる形で配置され、前記水流を受けて第一方向に回転する第一水車と、前記基準軸線上にて前記第一位置よりも下方に設定された第二位置に配置されるとともに、前記水流を受けて前記第一水車とは逆方向に回転する第二水車とを有し、
前記発電機は、界磁用マグネットが設けられ前記第一水車及び前記第二水車の一方と一体回転する第一ロータと、該第一ロータと逆方向に前記第一水車及び前記第二水車の他方と一体回転するとともに前記界磁用マグネットにより励磁される発電用コイルが設けられた第二ロータとを有し、
前記第一水車の回転軸をなす第一回転軸が筒状に形成され、該第一回転軸の上端が前記第一ロータ及び前記第二ロータの一方に一体回転可能に結合される一方、前記第二水車の回転軸をなす第二回転軸の上端が前記第一ロータ及び前記第二ロータの他方に一体回転可能に結合されるとともに、該第二回転軸の下端側が筒状の前記第一回転軸の内部を同軸的に貫通し、前記第二水車に一体回転可能に結合されてなり、
前記発電機は、前記発電用コイルと前記界磁用マグネットとが前記回転軸線方向にエアギャップを形成する形で対向するよう、前記第二ロータにおいて、空芯扁平に構成された複数の前記発電用コイルが前記回転軸線周りに各々前記軸線方向が前記回転軸線方向と一致する形で配列し、前記第一ロータにおいて、前記回転軸線周りに複数の前記界磁用マグネットが各々前記回転軸線方向に着磁された形で配列したアキシャルギャップ型発電機として構成されてなり、
前記第一水車の前記第一回転軸が前記第一ロータに、前記第二水車の前記第二回転軸が前記第二ロータにそれぞれ接続されるとともに、
前記第一ロータは、前記第二ロータの前記発電用コイルとの対向面に前記界磁用マグネットが取り付けられる円板状のロータ本体を有し、前記第一回転軸が該ロータ本体に一体回転可能に結合されるとともに、前記第二ロータの前記発電用コイルに対し、アキシャル方向にて前記ロータ本体と反対側から対向する形で円板状の補助ロータ本体が設けられ、該補助ロータ本体の前記発電用コイルとの対向面において、前記ロータ本体側の界磁用マグネットに対応する位置に、該界磁用マグネットとは逆極性の補助界磁用マグネットが取り付けられ、前記ロータ本体と前記補助ロータ本体とが外周縁にて前記第二ロータを周方向に取り囲む周壁部により一体回転可能に連結されてなり、それらロータ本体、周壁部及び補助ロータ本体が軟磁性金属材料からなる界磁ヨークを構成してなることを特徴とする水力発電装置。 - 発電用水流の水面と交差する回転軸周りに複数の水車翼が一体回転可能に配置された水車と、
水面よりも全体が上方に位置する形で前記水車の回転軸の上端側に取り付けられ、該水車の回転エネルギーを電力変換する発電機と、
前記水車と前記発電機とを、全ての前記水車翼が前記発電用水流に対し、前記回転軸の軸線方向における少なくとも下端側が同時に水没するように支持する水車支持手段と、
を備え、
前記水車支持手段は、前記発電機と前記水車とを一体化した水車発電アセンブリに対し、全ての前記水車翼が前記発電用水流に対し、前記回転軸の軸線方向における少なくとも下端側が水底に接しない状態で同時に水没し、他方、前記発電機は全体が水面よりも上方に位置するように浮力を付与する浮力付与部を有し、前記水車発電アセンブリを前記水面に対し浮上形態で支持するものであり、
前記水面上に浮上形態で配置される前記水車発電アセンブリを、前記水流方向への移動は規制し水位に応じた上下移動は許容するように該水車発電アセンブリを支持する水車発電アセンブリ浮上支持構造部が、前記水流に対して相対移動不能な支持ベースに固定される形で設けられており、
前記水流は流れ幅方向両側に岸壁を有する水路中に形成されるものであり、
前記水車発電アセンブリ浮上支持構造部は、前記水路の各岸壁を前記支持ベースとする形で両端が支持される支持梁と、該支持梁に対し長手方向途中位置に垂下形態で一体化され、前記水車発電アセンブリを、前記水流方向への移動を規制しつつ水位に応じた上下動をガイドするアセンブリガイド体とを有することを特徴とする水力発電装置。 - 発電用水流の水面と交差する回転軸周りに複数の水車翼が一体回転可能に配置された水車と、
水面よりも全体が上方に位置する形で前記水車の回転軸の上端側に取り付けられ、該水車の回転エネルギーを電力変換する発電機と、
前記水車と前記発電機とを、全ての前記水車翼が前記発電用水流に対し、前記回転軸の軸線方向における少なくとも下端側が同時に水没するように支持する水車支持手段と、
を備え、
前記水車支持手段は、前記水車を回転可能に支持するフレームと、そのフレームの高さ方向の中間位置において該フレームを、前記水車が水没して発電を行う発電位置と、その発電位置から上方に回動して該水車が水面から露出する跳上げ位置とに回動可能に支持する軸とを備え、さらにそのフレームを前記発電位置に所定の保持力で保持する保持手段を有し、その保持手段の保持力を超える回転モーメントが前記フレームに作用すると、前記フレームが前記発電位置から跳上げ位置に回動することを特徴とする水力発電装置。
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