JP6016007B2 - Micro hydro power generation system - Google Patents

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Description

本発明は、小規模の水力発電システムに係り、特に、上方に設けた貯水槽から落下し配管を通過する水流を利用して発電を行う揚水式のマイクロ水力発電システムに関する。  The present invention relates to a small-scale hydroelectric power generation system, and more particularly to a pumped-type micro hydroelectric power generation system that generates power using a water flow that falls from a water tank provided above and passes through a pipe.

一般に、水力発電システムは、高所から水を落下させて、落下水の速度衝撃と、水の重力圧力とにより水車を回転させ、水車の軸回転力を発電機に伝達して発電を行う構成を有している。水車を回転した後の落下水は、位置エネルギを失っているため、放水される。  Generally, a hydroelectric power generation system is configured to drop water from a high place, rotate the water turbine by the velocity impact of the falling water and the gravity pressure of the water, and transmit the shaft rotational force of the water turbine to the generator to generate power. have. The falling water after rotating the water wheel is discharged because it has lost its potential energy.

近年、建築物に設けられた水道管、工場の給水管や排水管等の流水路を流れる流水の水力を利用する小規模の発電システムが提案され、注目されている(例えば、特許文献1)。  In recent years, a small-scale power generation system that uses the hydropower of flowing water flowing through a water channel such as a water pipe provided in a building, a water supply pipe or a drain pipe of a factory has been proposed and attracted attention (for example, Patent Document 1). .

特許文献1に記載の発電システムは、建築物の外部に設けられている上水道管に接続されるポンプと、建築物の屋上に設置された屋上貯水槽と、ポンプと屋上貯水槽とを接続する水路と、屋上貯水槽から建築物の任意の位置に上水を導く水路と、水路の途中に設けた複数の発電機とを備えている。ポンプにより汲み上げた水が建築物内で使用される際に、屋上貯水槽からの落水により発電が行われる。  The power generation system described in Patent Document 1 connects a pump connected to a water pipe provided outside the building, a rooftop water tank installed on the rooftop of the building, and a pump and the rooftop water tank. It has a waterway, a waterway that leads the water from the rooftop water tank to an arbitrary position of the building, and a plurality of generators provided in the middle of the waterway. When the water pumped up by the pump is used in the building, electricity is generated by the falling water from the rooftop water tank.

また、この発電システムでは、発電機が発電した電気を蓄える蓄電装置を設けている。得られた電気エネルギを建築物で消費される電気エネルギの一部に充当することで、省電力化が図れ、建築物の維持コストを低減することが可能となる。  Further, in this power generation system, a power storage device that stores electricity generated by the generator is provided. By applying the obtained electric energy to a part of the electric energy consumed in the building, it is possible to save power and reduce the maintenance cost of the building.

特開2005−273466号公報JP 2005-273466 A

しかしながら、特許文献1に記載の発電システムにおいては、ポンプの駆動に商用電源を利用しているため、地震等の災害時に停電した場合は継続的に発電することができなかった。また、ポンプが建築物の地下に配置されているため、水を屋上貯水槽に汲み上げるために大量のエネルギが必要であった。さらに、建築物内で水を使用する際は、屋上貯水槽からの落水により発電が可能となるが、水を使用していないときには発電することができなかった。さらにまた、建築物内で使用された後の水は、排水として排出されるのみであり、全く再利用できないものであった。  However, in the power generation system described in Patent Document 1, since a commercial power source is used to drive the pump, power cannot be continuously generated when a power failure occurs during a disaster such as an earthquake. Also, because the pump is located in the basement of the building, a large amount of energy was required to pump water into the rooftop water tank. Furthermore, when water is used in the building, power generation is possible due to falling water from the rooftop water tank, but power generation was not possible when water was not used. Furthermore, the water after being used in the building is only discharged as waste water and cannot be reused at all.

従って、本発明は従来技術の上述した問題点を解消するものであり、本発明の目的は、停電時に、ある程度継続的に発電して電力を供給することができ、かつ水を循環利用できるマイクロ水力発電システムを提供することにある。  Therefore, the present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a micro power supply that can continuously generate power and supply power to a certain extent at the time of a power failure, and can circulate and use water. It is to provide a hydroelectric power generation system.

本発明によれば、マイクロ水力発電システムは、水を貯留する貯水槽と、貯水槽の下方に配置され、一端が貯水槽に連通し他端に向かって下降している導水管と、一端が導水管の他端に連通しており、他端に向かって上昇している復水管と、導水管の途中に設けられ、導水管を流れる水流を利用して発電する複数の発電ユニットと、復水管の他端に接続されており、復水管内の水を貯水槽内に排出するポンプと、複数の発電ユニットに接続されており、複数の発電ユニットからの電力によって充電されると共にポンプに電力を供給する電源装置とを備えている。特に本発明によれば、ポンプが復水管内の水を排出することによって生じる吸引力により、復水管及び導水管内に一様な吸引流を発生させ、導水管を流れる上述の水流を形成するように構成されている。  According to the present invention, a micro hydroelectric power generation system includes a water storage tank that stores water, a water guide pipe that is disposed below the water storage tank, and has one end communicating with the water storage tank and descending toward the other end. A condensate pipe communicating with the other end of the water conduit and rising toward the other end, a plurality of power generation units provided in the middle of the water conduit and using the water flow flowing through the water conduit; Connected to the other end of the water pipe and connected to a pump that discharges the water in the condensate pipe into the water storage tank and a plurality of power generation units. And a power supply device for supplying the power. In particular, according to the present invention, the suction force generated by the pump discharging the water in the condensate pipe generates a uniform suction flow in the condensate pipe and the conduit pipe so as to form the above-described water stream flowing through the conduit pipe. It is configured.

このように、復水管内の水をポンプが排出することによってあたかも生じる空隙に吸引される力により、復水管及び導水管内の水が動き、この復水管及び導水管内の水は、サイホンの原理によって平衡状態に復帰するまで、減圧状態で一様な吸引流となって管内を循環する。このため、比較的に小さいエネルギで循環水流を形成することができ、また、ポンプによって生じた負圧に吸引されて水が管内を循環するため、発電ユニットにおいては、水流によって回転する水車羽根の回転を阻害しない真空に近い空間を形成することができる。その結果、貯水槽の水を用い、非常に少ないエネルギ消費で効率的に発電を行い、その発電後の水を貯水槽に戻して循環利用するマイクロ発電システムとして、災害時の非常用電源はもちろんのこと、エネルギ変換過程を、シンプルでコンパクトにパッケージングすることにより、スマートコミニティにおける地域分散型発電装置として、用途に応じた必要量の電気を供給できると共に、高度なメンテナンス技能を必要としない、装置組立を地域別企業が施行し周期保守点検を実施する装置として、より多くの人々がエネルギ供給過程に参加することを可能となる。  In this way, the water in the condensate pipe and the conduit pipe moves due to the force sucked into the gap generated by the pump discharging the water in the condensate pipe, and the water in the condensate pipe and the conduit pipe is based on the principle of siphon. Until it returns to the equilibrium state, it circulates in the pipe as a uniform suction flow in a reduced pressure state. For this reason, a circulating water flow can be formed with relatively small energy, and water is circulated in the pipe by being sucked by the negative pressure generated by the pump. A space close to a vacuum that does not inhibit rotation can be formed. As a result, a micro power generation system that uses water from the water storage tank to efficiently generate electricity with very little energy consumption and returns the generated water to the water storage tank for circulation, as well as an emergency power source in the event of a disaster. That is, by packaging the energy conversion process in a simple and compact manner, it can supply the required amount of electricity according to the application as a regional distributed generator in smart communities, and does not require advanced maintenance skills. More people can participate in the energy supply process as a device that implements device assembly by regional companies and performs periodic maintenance inspections.

ポンプは、復水管内の水面と貯水槽内の水面との高さの差だけ復水管内の水を揚水するように構成されていることが好ましい。このように、復水管内の水面と貯水槽内の水面とが、逆サイホンの原理により、同一平面内にあって平衡状態を保っており、ポンプは、わずかな高さだけ揚水すれば良い。このため、ポンプによって消費されるエネルギ量は非常に少ない。  The pump is preferably configured to pump the water in the condensate pipe by a difference in height between the water surface in the condensate pipe and the water surface in the water storage tank. As described above, the water surface in the condensate pipe and the water surface in the water storage tank are in the same plane and kept in an equilibrium state by the principle of the inverse siphon, and the pump only needs to lift water by a slight height. For this reason, the amount of energy consumed by the pump is very small.

複数の発電ユニットの各々は、水流によって回転するように構成された水車羽根を有する水車部と、水車羽根の回転力を電気に変換する発電機部とを備えていることも好ましい。水車羽根は、水流の有する運動エネルギを効率良く受け取って、回転運動に変換することができるように構成されている。  It is also preferable that each of the plurality of power generation units includes a turbine unit having a turbine blade configured to rotate by a water flow, and a generator unit that converts the rotational force of the turbine blade into electricity. The water wheel blade is configured to efficiently receive the kinetic energy of the water flow and convert it into rotational motion.

この場合、発電機部は、複数の第1の極性の永久磁石を有する回転磁石板と、これら複数の第1の極性の永久磁石の一部に対向し静止している複数の第1の極性の永久磁石と、一端が回転磁石板のC永久磁石の一部に対向し静止している複数の磁心付コイルと、複数の磁心付コイルの他端に対向し静止している複数の第2の極性の永久磁石とを備えており、回転磁石板の複数の第1の極性の永久磁石によるコギングトルクを減少させるように構成されていることがより好ましい。発電機部が、コギングトルクを減少させて永久磁石による回転抵抗をできるだけ低減させるように構成されているため、回転運動をより効率良く電力に変換することが可能となる。  In this case, the generator unit includes a rotating magnet plate having a plurality of first-polar permanent magnets and a plurality of first polarities that are stationary against a part of the plurality of first-polar permanent magnets. Permanent magnets, a plurality of coils with magnetic cores whose one ends are opposed to a part of the C permanent magnets of the rotating magnet plate, and a plurality of second coils which are stationary and opposed to the other ends of the plurality of coils with magnetic cores. More preferably, the permanent magnet is configured to reduce cogging torque due to the plurality of first permanent magnets of the rotating magnet plate. Since the generator unit is configured to reduce the cogging torque to reduce the rotational resistance by the permanent magnet as much as possible, the rotational motion can be converted into electric power more efficiently.

電源装置は、複数の発電ユニットによって生成された電力を充電可能な蓄電池を備えていることも好ましい。  It is also preferable that the power supply device includes a storage battery capable of charging power generated by a plurality of power generation units.

本発明によれば、貯水槽の水面より高い位置に設置されているポンプで配管中の水を汲み上げ貯水槽に戻し、循環水流を形成することで、比較的に小さいエネルギで循環水流を形成することができ、より効率的に発電することができる。また、地震等の災害時に商用電源を利用できない場合、発電することができる。さらに、水を循環利用でき、コストを削減することができる。  According to the present invention, the water in the pipe is pumped up by the pump installed at a position higher than the water surface of the water tank, returned to the water tank, and the circulating water flow is formed, thereby forming the circulating water flow with relatively small energy. Can be generated more efficiently. In addition, when a commercial power source cannot be used during a disaster such as an earthquake, power can be generated. Furthermore, water can be recycled and costs can be reduced.

また、本発明は、流体の流動を電気エネルギに変換するものであり、大掛かりな工事が不要であり環境にやさしく、スマートグリッドにおける地域分散形発電システムとして、小容量の電力を必要とする用途に対応でき、安全性に優れており、かつ管理が容易にできる。また、本発明のマイクロ水力発電システムは、コンパクトであり、建築物の上部(例えば、屋上)等にも容易に設置することができる。  In addition, the present invention converts fluid flow into electrical energy, does not require large-scale construction, is environmentally friendly, and is an application that requires a small amount of power as a regional distributed power generation system in a smart grid. It can be handled, has excellent safety, and can be easily managed. Moreover, the micro hydroelectric power generation system of the present invention is compact and can be easily installed on the upper part (for example, the rooftop) of a building.

本発明の一実施形態として、マイクロ水力発電システムの構成を概略的に示す図である。1 is a diagram schematically showing a configuration of a micro hydroelectric power generation system as an embodiment of the present invention. 図1に実施形態における発電ユニットの構成を概略的に示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration of a power generation unit in the embodiment. 図2に示した発電ユニットにおける水車部の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the water turbine part in the electric power generation unit shown in FIG. 図3に示した水車部における水車羽根の構造を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the waterwheel blade in the waterwheel part shown in FIG. 図2に示した発電ユニットにおける発電機部の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the generator part in the electric power generation unit shown in FIG. 図5に示した発電機部における磁石の配列及び作用を説明する図である。It is a figure explaining the arrangement | sequence and effect | action of a magnet in the generator part shown in FIG. 本発明の他の実施形態として、マイクロ水力発電システムの構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the structure of a micro hydroelectric power generation system as other embodiment of this invention. 導水管の構造及び発電ユニットの配置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the structure of a water conduit, and arrangement | positioning of an electric power generation unit. 導水管の構造及び発電ユニットの配置の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the structure of a water conduit, and arrangement | positioning of an electric power generation unit. 導水管の構造及び発電ユニットの配置のさらに他の例を示す図である。It is a figure which shows the further another example of the structure of a water conduit, and arrangement | positioning of an electric power generation unit. 導水管の構造及び発電ユニットの配置のまたさらに他の例を示す図である。It is a figure which shows the structure of a water conduit, and the further another example of arrangement | positioning of an electric power generation unit. 図11に示した発電ユニットにおける水車部の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the water turbine part in the electric power generation unit shown in FIG. 図12のA−A線断面図である。It is AA sectional view taken on the line of FIG.

以下、本発明に係るマイクロ水力発電システムの実施形態を、図を参照して説明する。  Hereinafter, an embodiment of a micro hydroelectric power generation system according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明の一実施形態として、マイクロ水力発電システムの構成を概略的に示している。  FIG. 1 schematically shows the configuration of a micro hydroelectric power generation system as an embodiment of the present invention.

同図に示すように、本実施形態のマイクロ水力発電システムは、システムの上方に設けられ、内部に水11が貯留されている貯水槽10と、一端がこの貯水槽10の底面近傍に連通しており、他端に向かって下降している導水管12と、一端がこの導水管12の最低位にある他端に連通しており他端に向かってほぼ垂直に上昇している復水管13と、この復水管13の最上位である他端に弁14aを介して接続されている揚水ポンプ14と、導水管12の途中に設けられておりそれぞれがユニット化されている複数の発電ユニット15と、これら発電ユニット15及び揚水ポンプ14に電気的に接続された電源装置16と、初期時に貯水槽10に水11を供給する給水管17と、復水管13の他端に設けられており、最初に復水管13に水が導入された時のみ開いて残留空気及び水を外部に排出する水抜き弁18とを備えている。  As shown in the figure, the micro hydroelectric power generation system of the present embodiment is provided above the system and has a water storage tank 10 in which water 11 is stored, and one end communicates with the vicinity of the bottom surface of the water storage tank 10. The water conduit 12 descending toward the other end, and the condensate tube 13 having one end communicating with the other end at the lowest position of the water conduit 12 and rising substantially vertically toward the other end. And a pumping pump 14 connected to the other uppermost end of the condensate pipe 13 via a valve 14a, and a plurality of power generation units 15 provided in the middle of the water conduit 12 and each unitized. A power supply device 16 electrically connected to the power generation unit 15 and the pumping pump 14, a water supply pipe 17 for supplying water 11 to the water storage tank 10 at the initial stage, and the other end of the condensate pipe 13, First, water enters the condenser 13 And a drain valve 18 to discharge only open residual air and water when entering externally.

貯水槽10は、循環する例えば水道水等の水11をその内部に貯留するためのものであり、その初期時の水11として、給水管17を介して水道水等が供給され貯留される。この貯水槽10の貯留容量は、システム全体の発電量に基づいて定められる。  The water storage tank 10 is for storing, for example, circulating water 11 such as tap water, and tap water or the like is supplied and stored through the water supply pipe 17 as the initial water 11. The storage capacity of the water tank 10 is determined based on the power generation amount of the entire system.

導水管12は、貯水槽10の下方に配置されており、その上端である一端から斜めに直線状に下降して最低位の他端となっている。導水管12の長さは、必要とされる数の発電ユニット15が組み込みできる長さに設定されている。導水管12のこの他端には、復水管13の最低位にあるその一端が連通しており、この復水管13はその最高位にある他端に向かってほぼ垂直に上昇している。導水管12及び復水管13はその全長に渡って貯水槽10以外には水密状態に保たれている。導水管12の径は必要とされる流量が得られるように設定されるが、復水管13の径は導水管12の径より大きく設定されている。  The water guide pipe 12 is disposed below the water storage tank 10 and descends in a straight line obliquely from one end, which is the upper end thereof, to become the lowest other end. The length of the water conduit 12 is set such that a required number of power generation units 15 can be incorporated. One end of the condensate pipe 13 at the lowest position communicates with the other end of the water conduit 12, and the condensate pipe 13 rises substantially vertically toward the other end at the highest position. The water guide pipe 12 and the condensate pipe 13 are kept in a watertight state throughout the entire length except for the water storage tank 10. The diameter of the water conduit 12 is set so that the required flow rate is obtained, but the diameter of the condensate pipe 13 is set larger than the diameter of the water conduit 12.

揚水ポンプ14は、復水管13の上端に接続され、復水管13内に上昇している水11を汲み上げて貯水槽10に戻し、循環水流を形成するものである。この揚水ポンプ14としては、例えばエフ・オー・ケー(FOK)株式会社の循環型ポンプHB−1500が適用可能である。このポンプは、最大揚水量が35〜40m/H、消費電力が127〜165W、最大揚程が25cm、最大揚程時の揚水量が30〜35m/Hの仕様を有するものである。この揚水ポンプ14は、自吸式ポンプであり、運転前にこの揚水ポンプ14にのみ呼び水をすることにより、運転が始まった後はポンプ自身の力でその吸込管の空気を排出して揚水することができる。The pumping pump 14 is connected to the upper end of the condensate pipe 13 and pumps up the water 11 rising into the condensate pipe 13 and returns it to the water storage tank 10 to form a circulating water flow. As the pumping pump 14, for example, a circulation pump HB-1500 of FOK Co., Ltd. is applicable. This pump has specifications that the maximum pumping amount is 35 to 40 m 3 / H, the power consumption is 127 to 165 W, the maximum head is 25 cm, and the pumping amount at the maximum head is 30 to 35 m 3 / H. This pump is a self-priming pump, and by pumping water only to this pump prior to operation, after the operation has started, the air in the suction pipe is discharged and pumped by the pump itself. be able to.

本実施形態においては、揚水ポンプ14が復水管13の上方の水面よりやや高い位置に設置されており、揚水すべき高さが非常に低くなるように設定されている。復水管13内の水面と貯水槽10内の水面とは、揚水ポンプ14を作動させていない状態では、逆サイホンの原理により、同一平面内にあって平衡状態を保っている。従って、揚水ポンプ14は、わずかな高さのみ、例えば高さH=10〜20cmだけ揚水することにより、復水管13の上部の水11を貯水槽10内に排出する。この復水管13内の水11を揚水ポンプ14が排出することによってあたかも生じる空隙に吸引される力により、復水管13及び導水管12内の水が動き、循環が行われる。  In this embodiment, the pumping pump 14 is installed at a position slightly higher than the water surface above the condensate pipe 13, and is set so that the height to be pumped is very low. The water surface in the condensate pipe 13 and the water surface in the water storage tank 10 are in the same plane and kept in an equilibrium state by the principle of the inverse siphon when the pumping pump 14 is not operated. Accordingly, the water pump 14 discharges the water 11 at the upper part of the condensate pipe 13 into the water storage tank 10 by pumping only a slight height, for example, a height H = 10 to 20 cm. The water in the condensate pipe 13 and the conduit pipe 12 is moved and circulated by the force sucked into the gap generated by the pumping pump 14 discharging the water 11 in the condensate pipe 13.

復水管13及び導水管12内の水は、サイホンの原理によって平衡状態に復帰するまで、減圧状態で一様な吸引流となって管内を循環する。なお、揚水ポンプ14の排出流量を調整することで、導水管12内の水流の速度を変化させて発電量を調整することができる。  The water in the condensate pipe 13 and the conduit pipe 12 circulates in the pipe as a uniform suction flow in a reduced pressure state until it returns to an equilibrium state by the principle of siphon. In addition, by adjusting the discharge flow rate of the pumping pump 14, the power generation amount can be adjusted by changing the speed of the water flow in the water conduit 12.

複数の発電ユニット15は、導水管12の途中に順次設けられ、この導水管12内の水流を利用して発電するものである。各発電ユニット15は、導水管12内の水流をできるだけ効率良くとらえて回転するように構成された水車部と、この水車部に連結されており、水車部の回転力を電力に変換する発電機部とを有する。各発電ユニット15の構成については、詳細に後述する。本実施形態においては、3つの発電ユニット15が導水管12に沿って設けられている。この発電ユニットの数は、必要とする発電量に基づいて設定される。  The plurality of power generation units 15 are sequentially provided in the middle of the water conduit 12 and generate power using the water flow in the water conduit 12. Each power generation unit 15 is connected to the water turbine unit configured to rotate by capturing the water flow in the water conduit 12 as efficiently as possible, and a generator that converts the rotational force of the water turbine unit into electric power. Part. The configuration of each power generation unit 15 will be described later in detail. In the present embodiment, three power generation units 15 are provided along the water conduit 12. The number of power generation units is set based on the required power generation amount.

電源装置16は、充電回路と、充放電可能な蓄電池とから主として構成されており、複数の発電ユニット15によって発電された電力をこの蓄電池に充電すると共に、この蓄電池の出力電力を揚水ポンプ14の駆動に使用し、さらに外部に出力するように構成されている。電源装置16の充電用電力として、複数の発電ユニット15からの電力に加えて、太陽光発電システム及び/又は風力発電システムからの電力をも利用することが可能である。電源装置16を商用電源に直接接続しても良い。深夜電力等経済的なエネルギを利用して蓄電池に充電し、運転する際に、蓄電池により揚水ポンプ14を駆動するようにしても良い。  The power supply device 16 is mainly composed of a charging circuit and a chargeable / dischargeable storage battery. The power supply device 16 charges the storage battery with the power generated by the plurality of power generation units 15, and outputs the output power of the storage battery to the pumping pump 14. It is configured to be used for driving and output to the outside. As power for charging the power supply device 16, in addition to power from the plurality of power generation units 15, power from a solar power generation system and / or a wind power generation system can be used. The power supply device 16 may be directly connected to a commercial power source. When the storage battery is charged and operated using economical energy such as late-night power, the pumping pump 14 may be driven by the storage battery.

図2は本実施形態における発電ユニット15の構成を概略的に示しており、図3はこの発電ユニット15における水車部20の構成を概略的に示しており、図4はこの水車部20における各水車羽根の構造を説明している。  FIG. 2 schematically shows a configuration of the power generation unit 15 in the present embodiment, FIG. 3 schematically shows a configuration of the water turbine unit 20 in the power generation unit 15, and FIG. Explains the structure of the turbine blade.

図2に示すように、発電ユニット15は、水車部20と、回転シャフト21aがこの水車部20の回転シャフト20aに連結されており、水車部20の発生した回転力を電力に変換する発電機部21とを備えている。  As shown in FIG. 2, the power generation unit 15 includes a water turbine unit 20 and a rotation shaft 21 a connected to the rotation shaft 20 a of the water wheel unit 20, and a generator that converts the rotational force generated by the water wheel unit 20 into electric power. Part 21.

水車部20は、上述した回転シャフト20aと、ハウジング20bと、このハウジング20bの互いに対向する側壁内側に設けられ、上述の回転シャフト20aを回動自在に支持する1対のベアリング部材(シールベアリング)20cと、回転シャフト20aに同軸に固着された水車羽根20dとを備えている。水車羽根20dは、その一部が導水管12内に突出しており、その内部を流れる水流11aによって回転駆動されるように構成されている。この水流11aは、揚水ポンプ14の作動によって生じた負圧に水が吸引されることによって導水管12内に生じる。しかも、粘性がなく非圧縮性であり定常の流れとなっているため、ベルヌーイの定理が成立する流れとなって循環する。  The water turbine unit 20 is provided on the inner side of the rotating shaft 20a, the housing 20b, and the opposite side walls of the housing 20b, and a pair of bearing members (seal bearings) that rotatably support the rotating shaft 20a. 20c and a turbine blade 20d fixed coaxially to the rotary shaft 20a. A part of the water wheel blade 20d protrudes into the water guide tube 12, and is configured to be rotationally driven by a water flow 11a flowing through the water wheel blade 12d. This water flow 11 a is generated in the water conduit 12 when water is sucked into the negative pressure generated by the operation of the pumping pump 14. In addition, since it is non-compressible and has a steady flow, it circulates as a flow that satisfies Bernoulli's theorem.

図3に示すように、この導水管12内を流れるベルヌーイの定理が成立する同一流線上の水流11aにより、水車部20におけるハウジング20bの内部20eに負圧が発生し、この内部20eがより真空に近くなることから、水車羽根20dの回転抵抗が減少する。  As shown in FIG. 3, a negative pressure is generated in the interior 20e of the housing 20b in the water turbine section 20 by the water flow 11a on the same stream line in which the Bernoulli's theorem that flows in the water conduit 12 is established, and this interior 20e is further vacuumed. Therefore, the rotational resistance of the water turbine blade 20d is reduced.

図4に示すように、本実施形態においては、回転シャフト20aの回りに45°の等角度間隔で8枚の水車羽根20d〜20dが設けられており、これら水車羽根20d〜20dの各々は、適度の曲率半径を有する断面を有する平板状の軽量の金属材料又は樹脂材料から構成されている。図4に示すごとく、1つの水車羽根20dの導水管12内の水流11aに対する受圧面積が最大となった際に他の1つの水車羽根20dがハウジング20bから導水管12内に突出するように構成されており、これによって水車羽根20dは水流11aの有する運動エネルギを効率良く受け取って、回転運動に変換することができる。As shown in FIG. 4, in the present embodiment, water wheel blades 20d 1 ~20d 8 around the eight sheets at equal angular intervals of 45 ° of the rotating shaft 20a is provided, these water wheel blades 20d 1 ~20d 8 Each of these is comprised from the flat plate-shaped lightweight metal material or resin material which has a cross section which has a moderate curvature radius. As shown in FIG. 4, so that the other one water wheel vanes 20d 3 when the pressure receiving area is maximized for one flow 11a of conduit 12 of the water turbine vanes 20d 1 protrudes from the housing 20b in conduit 12 Thus, the water turbine blade 20d can efficiently receive the kinetic energy of the water flow 11a and convert it into rotational motion.

図5は本実施形態の発電ユニット15における発電機部21の構成を概略的に示しており、図6はこの発電機部21における磁石の配列及び作用を説明している。  FIG. 5 schematically shows the configuration of the generator unit 21 in the power generation unit 15 of the present embodiment, and FIG. 6 explains the arrangement and operation of the magnets in the generator unit 21.

図5に示すように、発電機部21は、水車部20の回転シャフト20aに連結された回転シャフト21aと、この回転シャフト21aに固着されており、これと同軸に回転する回転磁石板21bとを備えている。この回転磁石板21bには、S極のみが表面に現れるように軸の周囲方向に45°の等間隔で配置された8つの永久磁石21c〜21cが設けられている。As shown in FIG. 5, the generator unit 21 includes a rotating shaft 21a connected to the rotating shaft 20a of the water wheel unit 20, a rotating magnet plate 21b fixed to the rotating shaft 21a, and rotating coaxially therewith. It has. The rotary magnet plate 21b is provided with eight permanent magnets 21c 1 to 21c 8 arranged at equal intervals of 45 ° in the circumferential direction of the shaft so that only the S pole appears on the surface.

この回転磁石板21bの永久磁石21c〜21cに一端が対向するように複数の磁心21d〜21dが設けられている。ただし、これら複数の磁心21d〜21dは、固定部21eに固定されて静止している。本実施形態において、複数の磁心21d〜21dは軸の周囲方向に90°の等間隔で配置された4つの磁心21d〜21dから構成されている。これら複数の磁心21d〜21dには、複数のコイル21f〜21fがそれぞれ巻回されている。さらに、回転磁石板21bの永久磁石に対向しS極のみが表面に現れる4つの永久磁石21g〜21gが固定部21eに固定されて静止して設けられている。これら4つの永久磁石21g〜21gは軸の周囲方向に90°の等間隔で配置されており、4つの磁心21d〜21d間にそれぞれ設けられている。従って、回転磁石板21bの45°の等間隔で配置された8つの永久磁石21c〜21cに対向して、4つの磁心21d〜21dと4つの永久磁石21g〜21gとが交互に45°の等間隔で静止して配置されていることとなる。A plurality of magnetic cores 21d 1 to 21d 4 are provided so that one end thereof faces the permanent magnets 21c 1 to 21c 8 of the rotating magnet plate 21b. However, the plurality of magnetic cores 21d 1 to 21d 4 are fixed to the fixing portion 21e and are stationary. In the present embodiment, the plurality of magnetic cores 21d 1 to 21d 4 are composed of four magnetic cores 21d 1 to 21d 4 arranged at equal intervals of 90 ° in the circumferential direction of the shaft. These include a plurality of magnetic cores 21d 1 ~21d 4, a plurality of coils 21f 1 ~21f 4 are wound, respectively. Furthermore, only the opposite S pole permanent magnets of the rotating magnet plate 21b is four permanent magnets 21g 1 ~21g 4 appearing on the surface are provided stationary fixed to the fixing portion 21e. These four permanent magnets 21g 1 to 21g 4 are arranged at equal intervals of 90 ° in the circumferential direction of the shaft, and are respectively provided between the four magnetic cores 21d 1 to 21d 4 . Therefore, in opposition to the permanent magnet 21c 1 ~21c 8 45 ° 8 one arranged at equal intervals in the rotational magnetic plate 21b, and four core 21d 1 ~21d 4 and four permanent magnets 21g 1 ~21g 4 is They are alternately arranged at an equal interval of 45 °.

さらに、本実施形態の発電機部21においては、4つの磁心21d〜21dの他端に対向してN極のみが表面に現れるように軸の周囲方向に90°の等間隔で配置された4つの永久磁石21h〜21hが設けられている。ただし、これら4つの永久磁石21h〜21hは、固定部21eに固定されて静止している。4つの磁心21d〜21d及び4つのコイル21f〜21fは、それぞれの一端が回転磁石板21bの8つの永久磁石21c〜21cに対向し、それぞれの他端が1つおきに4つの永久磁石21h〜21hに対向するように軸の周囲方向に90°の等間隔でかつ軸に平行に配置されており、各コイル21f〜21fから得られる起電力が合成されて発電機出力となるように接続がなされている。Moreover, the generator unit 21 of the present embodiment is arranged at equal intervals of 90 ° around the direction of the axis so as to appear to the four core 21d 1 ~21d 4 other end face only N poles the surface to the Four permanent magnets 21h 1 to 21h 4 are provided. However, these four permanent magnets 21h 1 to 21h 4 are fixed to the fixing portion 21e and are stationary. Four core 21d 1 ~21D 4 and the four coils 21f 1 ~21F 4, each end faces the eight permanent magnets 21c 1 ~21C 8 of the rotating magnetic plate 21b, placed in the respective one of the other end The four permanent magnets 21h 1 to 21h 4 are arranged at equal intervals of 90 ° in the circumferential direction of the shaft so as to face the four permanent magnets 21h 1 to 21h 4 , and the electromotive forces obtained from the coils 21f 1 to 21f 4 are synthesized. Are connected so that the generator output is obtained.

この発電機部21は、コギングトルクを減少させて永久磁石による回転抵抗をできるだけ低減させた発電機であり、その原理は例えば国際公開第WO2003/056688号公報に開示されている。以下、本実施形態の発電機部21の作用の概略を説明する。  The generator unit 21 is a generator in which the cogging torque is reduced to reduce the rotational resistance by the permanent magnet as much as possible. The principle of the generator unit 21 is disclosed in, for example, International Publication No. WO2003 / 056688. Hereinafter, an outline of the operation of the generator unit 21 of the present embodiment will be described.

回転磁石板21bの8つの永久磁石21c〜21cが回転することによって、4つの磁心21d〜21dに印加される磁極が交互に変化し、この磁心を軸方向に横切る磁束の方向が交互に反転することで4つのコイル21f〜21fに継続的に起電力が発生する。By eight permanent magnets 21c 1 ~21c 8 of the rotating magnet plate 21b rotates, the magnetic poles to be applied to the four core 21d 1 ~21d 4 is changed alternately, the direction of magnetic flux crossing the magnetic core in the axial direction continuously electromotive force is generated in the four coils 21f 1 ~21f 4 by alternately reversed.

図6は発電機部21の断面の一部を模式的に示しており、4つの磁心21d〜21dと4つの永久磁石21g〜21gと4つの永久磁石21h 1 〜21h 4 は静止しており、回転磁石板21bの永久磁石21c〜21cは回転により移動している。回転磁石板21bの永久磁石21c〜21cの回転移動方向(下から上方向)が矢印で示されている。 Figure 6 shows schematically a part of a cross-section of the generator unit 21, four core 21d 1 ~21d 4 and four permanent magnets 21g 1 ~21g 4 and four permanent magnets 21h 1 ~21h 4 is still The permanent magnets 21c 1 to 21c 8 of the rotating magnet plate 21b are moved by rotation. The rotational movement direction (from bottom to top) of the permanent magnets 21c 1 to 21c 8 of the rotary magnet plate 21b is indicated by an arrow.

図6に示した状態では、回転磁石板21bの永久磁石21c、21c、21c及び21cが磁心21d〜21dの一端にそれぞれ正対しており、これら磁心21d〜21dに最大の引力が印加されている。一方、回転磁石板21bの永久磁石21c、21c、21c及び21cが永久磁石21g〜21gにそれぞれ正対しており、回転磁石板21bには永久磁石21g〜21gから最大の反発力が印加されている。In the state shown in FIG. 6, the permanent magnets 21c of the rotating magnetic plate 21b 1, 21c 3, 21c 5 and 21c 7 are directly facing to one end of the magnetic core 21d 1 ~21d 4, these magnetic cores 21d 1 ~21d 4 Maximum attractive force is applied. On the other hand, the permanent magnets 21c 2 , 21c 4 , 21c 6 and 21c 8 of the rotating magnet plate 21b face the permanent magnets 21g 1 to 21g 4 , respectively, and the rotating magnet plate 21b has the maximum from the permanent magnets 21g 1 to 21g 4. The repulsive force is applied.

回転磁石板21bがこの状態から回転する際に、永久磁石21g〜21gからの反発力及び次の永久磁石21c、21c、21c及び21cと磁心21d〜21dとの吸引力により、回転シャフト21aに印加される引力であるコギングトルクが減少することになる。同様のことが、回転磁石板21bの他の永久磁石と磁心との間においても発生する。言い換えると、回転シャフト21aに印加されるコギングトルクの最大値は減少しないが、永久磁石21c〜21cが磁心21d〜21dに強い引力で引かれる時間が短くなる。When rotary magnet plate 21b is rotated from this state, the suction of the permanent magnet 21g 1 repulsive force and following the permanent magnet 21c 2 from ~21g 4, 21c 4, 21c 6, and 21c 8 and the magnetic core 21d 1 ~21d 4 The cogging torque that is an attractive force applied to the rotating shaft 21a is reduced by the force. The same thing occurs between the other permanent magnet and the magnetic core of the rotating magnet plate 21b. In other words, the maximum value of the cogging torque applied to the rotating shaft 21a is not reduced, but the time during which the permanent magnets 21c 1 to 21c 8 are attracted to the magnetic cores 21d 1 to 21d 4 by a strong attractive force is shortened.

このように、本実施形態の発電機部21によれば、回転シャフト21aに印加されるコギングトルクの最大値は変動しないが、コギングトルクが回転シャフト21aに強く影響を与える時間が短くなるので、コギングトルクの周期が半分になることと相まって、その回転シャフト21aの回転抵抗が減少し、回転がスムーズとなる。なお、本実施形態における永久磁石及び磁心の数は、上述した値に限定されるものではない。  Thus, according to the generator unit 21 of the present embodiment, the maximum value of the cogging torque applied to the rotating shaft 21a does not vary, but the time during which the cogging torque strongly affects the rotating shaft 21a is shortened. Coupled with the fact that the cycle of the cogging torque is halved, the rotational resistance of the rotating shaft 21a is reduced and the rotation becomes smooth. Note that the numbers of permanent magnets and magnetic cores in the present embodiment are not limited to the values described above.

以上説明したように、本実施形態においては、復水管13内の水面と貯水槽10内の水面とが、逆サイホンの原理により、同一平面内にあって平衡状態を保っており(揚水ポンプ14を作動させていない状態)、揚水ポンプ14により揚水すべき高さが非常に低くなるように設定されているため、揚水ポンプ14は、わずかな高さのみ、例えば高さH=10〜20cmだけ揚水すれば良い。このため、揚水ポンプ14によって消費されるエネルギ量は非常に少ない。復水管13内の水11を揚水ポンプ14が排出することによってあたかも生じる空隙に吸引される力により、復水管13及び導水管12内の水が動き、この復水管13及び導水管12内の水は、サイホンの原理によって平衡状態に復帰するまで、減圧状態で一様な吸引流となって管内を循環する。即ち、粘性がなく非圧縮性であり定常の流れであるため、ベルヌーイの定理が成立する流れとなって循環する。このため、比較的に小さいエネルギで循環水流を形成することができ、また、揚水ポンプ14によって生じた負圧に吸引されて水が管内を循環するため、発電ユニット15における水車部20では、水車羽根20dの回転を阻害しない真空に近い空間を形成することができる。また、水車羽根20dは、水流11aの有する運動エネルギを効率良く受け取って、回転運動に変換することができるように構成されている。さらに、発電ユニット15における発電機部21が、コギングトルクを減少させて永久磁石による回転抵抗をできるだけ低減させるように構成されている。  As described above, in the present embodiment, the water surface in the condensate pipe 13 and the water surface in the water storage tank 10 are in the same plane and kept in an equilibrium state by the principle of the inverse siphon (pumping pump 14 The pumping pump 14 is set so that the height to be pumped by the pumping pump 14 is very low, so that the pumping pump 14 has only a slight height, for example, the height H = 10 to 20 cm. Just pump up. For this reason, the amount of energy consumed by the pumping pump 14 is very small. The water in the condensate pipe 13 and the conduit pipe 12 is moved by the force sucked into the gap generated by the pumping pump 14 discharging the water 11 in the condensate pipe 13, and the water in the condensate pipe 13 and the conduit pipe 12 is moved. Circulates in the pipe as a uniform suction flow under reduced pressure until it returns to equilibrium due to the principle of siphon. In other words, since it is non-compressible and has a steady flow, it circulates as a flow that satisfies Bernoulli's theorem. For this reason, a circulating water flow can be formed with relatively small energy, and since water is circulated in the pipe by being sucked by the negative pressure generated by the pumping pump 14, the water turbine unit 20 in the power generation unit 15 A space close to a vacuum that does not impede the rotation of the blade 20d can be formed. Further, the water wheel blade 20d is configured so as to efficiently receive the kinetic energy of the water flow 11a and convert it into rotational motion. Furthermore, the generator unit 21 in the power generation unit 15 is configured to reduce the cogging torque and reduce the rotational resistance due to the permanent magnet as much as possible.

その結果、本実施形態のマイクロ水力発電システムは、貯水槽10の水を用い、非常に少ないエネルギ消費で効率的に発電を行い、その発電後の水を貯水槽10に戻して循環利用するマイクロ発電システムとして、災害時の非常用電源はもちろんのこと、エネルギ変換過程を、シンプルでコンパクトにパッケージングすることにより、スマートコミニティにおける地域分散型発電装置として、用途に応じた必要量の電気を供給できると共に、高度なメンテナンス技能を必要としない、装置組立を地域別企業が施行し周期保守点検を実施する装置として、より多くの人々がエネルギ供給過程に参加することを可能となる。  As a result, the micro hydroelectric power generation system of the present embodiment uses the water in the water storage tank 10 to efficiently generate power with very little energy consumption, and returns the water after the power generation to the water storage tank 10 for circulation use. As a power generation system, not only emergency power supply in the event of a disaster, but also the energy conversion process is packaged in a simple and compact manner, providing the necessary amount of electricity according to the application as a regional distributed generator in smart communities. In addition, as a device that does not require advanced maintenance skills and that implements device assembly by regional companies and performs periodic maintenance inspections, more people can participate in the energy supply process.

また、太陽光や深夜電力など、他の様々なマイクロエネルギと併用することで、自然エネルギを背景とした製品として息の長い利用が期待される。さらに、本実施形態のマイクロ発電システムは、システム全体の規模を拡大しても有効であり、より大きな水資源の活用により、大規模発電への応用も可能である。さらに、本実施形態のマイクロ発電システムは、水を循環利用しているためコストを削減することも可能である。  In addition, it is expected to be used for a long time as a product against the background of natural energy when used in combination with various other micro-energy such as sunlight and midnight power. Furthermore, the micro power generation system of this embodiment is effective even when the scale of the entire system is expanded, and can be applied to large-scale power generation by utilizing a larger water resource. Furthermore, since the micro power generation system of the present embodiment circulates and uses water, the cost can be reduced.

図7は本発明の他の実施形態として、マイクロ水力発電システムの構成を概略的に示している。  FIG. 7 schematically shows the configuration of a micro hydroelectric power generation system as another embodiment of the present invention.

本実施形態のマイクロ水力発電システムは、復水管13と貯水槽10との間に吐出量調整ポンプ19が追加されていることを除いて、図1の実施形態におけるマイクロ水力発電システムの場合と、全く同じ構成を有している。従って、図7において、図1と同じ構成要素には同一の参照番号が付されている。  The micro hydroelectric power generation system according to the present embodiment is the same as the micro hydroelectric power generation system according to the embodiment shown in FIG. 1 except that a discharge amount adjusting pump 19 is added between the condensate pipe 13 and the water storage tank 10. It has the exact same configuration. Therefore, in FIG. 7, the same reference numerals are given to the same components as those in FIG.

吐出量調整ポンプ19は、揚水ポンプ14によって排出された水に適切な流れを与えるために吐出量調整を行うためのものであり、吐出量と水管内に発生する自然な水流との調整を行う役割を有している。吐出量の調整により適切な水流(吸引力と押す力(落ちてくる力)とのバランスのとれた水流)が発生すると、導水管12の途中に設けた発電ユニット15における水車部20において、水車羽根20dの回転を阻害しない真空に近い空間を形成することができる。  The discharge amount adjusting pump 19 is for adjusting the discharge amount in order to give an appropriate flow to the water discharged by the pumping pump 14, and adjusts the discharge amount and the natural water flow generated in the water pipe. Have a role. When an appropriate water flow (a water flow that balances the suction force and the pushing force (falling force)) is generated by adjusting the discharge amount, a water turbine is installed in the water turbine unit 20 of the power generation unit 15 provided in the middle of the water conduit 12. A space close to a vacuum that does not impede the rotation of the blade 20d can be formed.

本実施形態におけるその他の作用効果は図1の実施形態の場合と同様である。  Other functions and effects of this embodiment are the same as those of the embodiment of FIG.

図8は上述した実施形態の一変更態様として、導水管の構造及び発電ユニットの配置の一例を示している。  FIG. 8 shows an example of the structure of the water conduit and the arrangement of the power generation units as a modification of the above-described embodiment.

本変更態様においては、前述の実施形態の場合と同様の発電ユニット85が7つ、導水管82に沿って設けられている。導水管82の形態及び発電ユニット85の配置以外の構成は、上述した実施形態におけるマイクロ水力発電システムの場合と同様であり、従って詳細な説明は省略する。  In this modification, seven power generation units 85 similar to those in the above-described embodiment are provided along the water conduit 82. The configuration other than the configuration of the water guide pipe 82 and the arrangement of the power generation unit 85 is the same as that of the micro hydroelectric power generation system in the above-described embodiment, and thus detailed description thereof is omitted.

導水管82は、貯水槽10の直下の垂直部82aと、これに続く第1の水平部82bと、これに続く第1の傾斜部82cと、これに続く第2の水平部82dと、これに続く第2の傾斜部82eと、これに続く第3の水平部82fとを有する屈曲管路である。導水管82の第1の水平部82b、第1の傾斜部82c及び第2の傾斜部82eにはそれぞれ2つの発電ユニット85が、第2の水平部85dには1つの発電ユニット85が配置されている。導水管82の第1の傾斜部82c及び第2の傾斜部82eにも発電ユニット85を配置することにより、その配置場所をより多く確保することができる。  The water guide pipe 82 includes a vertical portion 82a directly below the water storage tank 10, a first horizontal portion 82b that follows this, a first inclined portion 82c that follows this, a second horizontal portion 82d that follows this, This is a bent pipe line having a second inclined part 82e that follows and a third horizontal part 82f that follows the second inclined part 82e. Two power generation units 85 are disposed on the first horizontal portion 82b, the first inclined portion 82c, and the second inclined portion 82e of the water conduit 82, respectively, and one power generation unit 85 is disposed on the second horizontal portion 85d. ing. By disposing the power generation unit 85 also on the first inclined portion 82c and the second inclined portion 82e of the water conduit 82, it is possible to secure more arrangement locations.

導水管82全体の長さは、必要とされる発電ユニット85を組み込める程度に適宜に設計される。また、導水管82の太さは、発電量に応じた水流量に基づいて設計される。  The entire length of the water conduit 82 is appropriately designed so that the required power generation unit 85 can be incorporated. Moreover, the thickness of the water conduit 82 is designed based on the water flow rate according to the amount of power generation.

図9は上述した実施形態の他の変更態様として、導水管の構造及び発電ユニットの配置の一例を示している。  FIG. 9 shows an example of the structure of the water conduit and the arrangement of the power generation units as another modification of the above-described embodiment.

本変更態様においては、前述の実施形態の場合と同様の発電ユニット95が6つ、導水管92に沿って設けられている。導水管92の形態及び発電ユニット95の配置以外の構成は、上述した実施形態におけるマイクロ水力発電システムの場合と同様であり、従って詳細な説明は省略する。  In this modification, six power generation units 95 similar to those in the above-described embodiment are provided along the water conduit 92. The configuration other than the configuration of the water conduit 92 and the arrangement of the power generation unit 95 is the same as that of the micro hydroelectric power generation system in the above-described embodiment, and thus detailed description thereof is omitted.

導水管92は、貯水槽10の直下の第1の垂直部92aと、これに続く第1の水平部92bと、これに続く第2の垂直部92cと、これに続く第2の水平部92dと、これに続く第3の垂直部92eと、これに続く第3の水平部92fと、これに続く第4の垂直部92gと、これに続く第4の水平部92hとを有する屈曲管路である。導水管92の第1の水平部92b、第2の水平部92d及び第3の水平部92fにはそれぞれ2つの発電ユニット95が配置されている。  The water guide pipe 92 includes a first vertical portion 92a immediately below the water storage tank 10, a first horizontal portion 92b that follows this, a second vertical portion 92c that follows this, and a second horizontal portion 92d that follows this. And a third vertical portion 92e following this, a third horizontal portion 92f following this, a fourth vertical portion 92g subsequent thereto, and a fourth horizontal portion 92h subsequent thereto. It is. Two power generation units 95 are disposed in each of the first horizontal portion 92b, the second horizontal portion 92d, and the third horizontal portion 92f of the water conduit 92.

導水管92全体の長さは、必要とされる発電ユニット95を組み込める程度に適宜に設計される。また、導水管92の太さは、発電量に応じた水流量に基づいて設計される。  The entire length of the water conduit 92 is appropriately designed so that the required power generation unit 95 can be incorporated. Moreover, the thickness of the water conduit 92 is designed based on the water flow rate according to the power generation amount.

図10は上述した実施形態のさらに他の変更態様として、導水管の構造及び発電ユニットの配置の一例を示している。  FIG. 10 shows an example of the structure of the water conduit and the arrangement of the power generation units as still another modification of the embodiment described above.

本変更態様においては、前述の実施形態の場合と同様の発電ユニット105が8つ、導水管102に沿って設けられている。導水管102の形態及び発電ユニット105及び115の配置以外の構成は、上述した実施形態におけるマイクロ水力発電システムの場合と同様であり、従って詳細な説明は省略する。  In this modification, eight power generation units 105 similar to those in the above-described embodiment are provided along the water conduit 102. The configuration other than the configuration of the water guide tube 102 and the arrangement of the power generation units 105 and 115 is the same as that of the micro hydroelectric power generation system in the above-described embodiment, and thus detailed description thereof is omitted.

導水管102は、貯水槽10の直下の垂直部102aと、これに続く単一の長い傾斜部102bと、これに続く単一の水平部102cとを有する屈曲管路である。導水管102の傾斜部102bには4つの発電ユニット105が配置されており、水平部102cには4つの発電ユニット115が配置されている。各発電ユニット115の構成については、次の図11の変更態様において説明する。  The water conduit 102 is a bent pipe having a vertical portion 102a directly below the water storage tank 10, a single long inclined portion 102b following the vertical portion 102a, and a single horizontal portion 102c following the single long inclined portion 102b. Four power generation units 105 are disposed on the inclined portion 102b of the water conduit 102, and four power generation units 115 are disposed on the horizontal portion 102c. The configuration of each power generation unit 115 will be described in the following modification of FIG.

導水管102全体の長さは、必要とされる発電ユニット105及び115を組み込める程度に適宜に設計される。また、導水管102の太さは、発電量に応じた水流量に基づいて設計される。  The overall length of the water conduit 102 is appropriately designed to such an extent that the required power generation units 105 and 115 can be incorporated. Moreover, the thickness of the water conduit 102 is designed based on the water flow rate according to the power generation amount.

図11は上述した実施形態のまたさらに他の変更態様として、導水管の構造及び発電ユニットの配置の一例を示しており、図12は図11の変更態様の発電ユニットにおける水車部の構成を概略的に示しており、図13は図12のA−A線断面を示している。  FIG. 11 shows an example of the structure of the water conduit and the arrangement of the power generation unit as still another modification of the above-described embodiment, and FIG. 12 schematically shows the configuration of the water turbine unit in the power generation unit of the modification of FIG. FIG. 13 shows a cross section taken along line AA of FIG.

本変更態様においては、前述の実施形態の場合と異なる構造の発電ユニット115が導水管112に沿って6つ設けられている。導水管112の形態並びに発電ユニット115の構成及び配置以外の構成は、上述した実施形態におけるマイクロ水力発電システムの場合と同様であり、従って詳細な説明は省略する。  In this modification, six power generation units 115 having a structure different from that in the above-described embodiment are provided along the water conduit 112. The configuration of the water conduit 112 and the configuration other than the configuration and arrangement of the power generation unit 115 are the same as those of the micro hydraulic power generation system in the above-described embodiment, and thus detailed description thereof is omitted.

導水管112は、貯水槽10の直下の第1の垂直部112aと、これに続くコ字状の第1の水平部112bと、これに続く第1の傾斜部112cと、これに続くコ字状の第2の水平部112dと、これに続く第2の傾斜部112eと、これに続くコ字状の第3の水平部112fと、これに続く第2の垂直部112gと、これに続く第4の水平部112hとを有する3次元屈曲管路である。導水管112の第1の水平部112b、第2の水平部112d及び第3の水平部112fにはそれぞれ2つの発電ユニット115が配置されている。導水管112を3次元屈曲管路にすることで、発電ユニット115を配置する場所を多く確保することができる。  The water conduit 112 includes a first vertical portion 112a immediately below the water tank 10, a U-shaped first horizontal portion 112b following the first vertical portion 112b, a first inclined portion 112c following the first vertical portion 112c, and a U-shape following the first inclined portion 112c. -Shaped second horizontal portion 112d, followed by a second inclined portion 112e, followed by a U-shaped third horizontal portion 112f, followed by a second vertical portion 112g, followed by This is a three-dimensional bent conduit having a fourth horizontal portion 112h. Two power generation units 115 are arranged in the first horizontal portion 112b, the second horizontal portion 112d, and the third horizontal portion 112f of the water conduit 112, respectively. By making the water conduit 112 into a three-dimensional bent conduit, a large number of places where the power generation unit 115 is disposed can be secured.

導水管112全体の長さは、必要とされる発電ユニット115を組み込める程度に適宜に設計される。また、導水管112の太さは、発電量に応じた水流量に基づいて設計される。  The entire length of the water conduit 112 is appropriately designed so that the required power generation unit 115 can be incorporated. Moreover, the thickness of the water conduit 112 is designed based on the water flow rate according to the power generation amount.

図13に示すように、発電ユニット115は、水車部120と、回転シャフト21aがこの水車部120の回転シャフト120aに連結されており、水車部120の発生した回転力を電力に変換する発電機部21とを備えている。本変更態様においては、発電ユニット115の特に水車部120の構成が前述の実施形態の場合と異なっているが、発電機部21自体の構成は前述の実施形態の場合と同様である。  As shown in FIG. 13, the power generation unit 115 includes a water turbine unit 120 and a rotation shaft 21 a connected to the rotation shaft 120 a of the water wheel unit 120, and a generator that converts the rotational force generated by the water wheel unit 120 into electric power. Part 21. In this modification, the configuration of the water turbine unit 120 of the power generation unit 115 is different from that of the above-described embodiment, but the configuration of the generator unit 21 itself is the same as that of the above-described embodiment.

水車部120は、上述した回転シャフト120aと、この回転シャフト120aに同軸に固着された水車羽根120dとを備えている。この水車部120の回転シャフト120aは、導水管112の底面壁を貫通しており、発電機部21の回転シャフト21aに同軸に連結されている。水車羽根120dは、その全体が導水管112の底面に沿って設けられており、図12に示すように、導水管112の内部を流れ、その内壁から突出している突出部119によって偏移された水流11aによって回転駆動されるように構成されている。この水流11aは、揚水ポンプ14の作動によって生じた負圧に水が吸引されることによって導水管112内に生じる。  The water turbine unit 120 includes the rotating shaft 120a described above and a water turbine blade 120d fixed coaxially to the rotating shaft 120a. The rotating shaft 120 a of the water turbine unit 120 passes through the bottom wall of the water conduit 112 and is coaxially connected to the rotating shaft 21 a of the generator unit 21. The entire turbine blade 120d is provided along the bottom surface of the water conduit 112, and as shown in FIG. 12, the water turbine blade 120d flows inside the water conduit 112 and is displaced by the projecting portion 119 projecting from the inner wall thereof. It is configured to be rotationally driven by the water flow 11a. This water flow 11 a is generated in the water conduit 112 by sucking water to the negative pressure generated by the operation of the pumping pump 14.

水車羽根120dは、図12に示すように、回転シャフト120aの回りに45°の等角度間隔で8枚の水車羽根が設けられており、これら水車羽根の各々は、適度の曲率半径を有する断面を有する平板状の軽量の金属材料又は樹脂材料から構成されている。  As shown in FIG. 12, the water turbine blade 120d is provided with eight water turbine blades at an equal angular interval of 45 ° around the rotating shaft 120a. Each of the water turbine blades has a cross section having an appropriate radius of curvature. It is comprised from the flat lightweight metal material or resin material which has.

以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。  All the embodiments described above are illustrative of the present invention and are not intended to be limiting, and the present invention can be implemented in other various modifications and changes. Therefore, the scope of the present invention is defined only by the claims and their equivalents.

本発明は、スマートグリッドにおける地域分散形発電システムとして、小容量の電力を必要とする用途に対応できる流体の流動を電気エネルギに変換する発電システムに利用できる。  INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used as a region-distributed power generation system in a smart grid for a power generation system that converts fluid flow into electrical energy that can be used for applications that require a small amount of power.

10 貯水槽
11 水
11a 水流
12、82、92、102、112 導水管
13 復水管
14 揚水ポンプ
14a 弁
15、85、95、105、115 発電ユニット
16 電源装置
17 給水管
18 水抜き弁
19 吐出量調整ポンプ
20、120 水車部
21 発電機部
20a、21a、120a 回転シャフト
20b ハウジング
20c ベアリング部材
20d、20d〜20d、120d 水車羽根
20e 内部
21b 回転磁石板
21b〜21b、21c〜21c 永久磁石
21c 固定磁石板
21d、21d〜21d 磁心
21e コイル
82a、102a 垂直部
82b、92b、112b 第1の水平部
82c、112c 第1の傾斜部
82d、92d、112d 第2の水平部
82e、112e 第2の傾斜部
82f、92f、112f 第3の水平部
92a、112a 第1の垂直部
92c、112g 第2の垂直部
92e 第3の垂直部
92g 第4の垂直部
92h、112h 第4の水平部
102b 傾斜部
102c 水平部
119 突出部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Reservoir 11 Water 11a Water flow 12, 82, 92, 102, 112 Water guide pipe 13 Condensate pipe 14 Pumping pump 14a Valve 15, 85, 95, 105, 115 Power generation unit 16 Power supply unit 17 Water supply pipe 18 Water drain valve 19 Discharge amount adjusting pump 20, 120-turbine unit 21 the generator unit 20a, 21a, 120a rotating shaft 20b housing 20c bearing member 20d, 20d 1 ~20d 8, 120d water wheel blade 20e inside 21b rotating magnetic plate 21b 1 ~21b 3, 21c 1 ~21c 3 permanent magnet 21c fixed magnet plate 21d, 21d 1 to 21d 3 magnetic core 21e coil 82a, 102a vertical part 82b, 92b, 112b first horizontal part 82c, 112c first inclined part 82d, 92d, 112d second horizontal part 82e, 112e 2nd inclined part 82f, 92f, 112f Third horizontal portion 92a, 112a First vertical portion 92c, 112g Second vertical portion 92e Third vertical portion 92g Fourth vertical portion 92h, 112h Fourth horizontal portion 102b Inclined portion 102c Horizontal part 119 Protruding part

Claims (9)


水を貯留する貯水槽と、前記貯水槽の下方に配置され、一端が前記貯水槽に連通し他端に向かって下降している導水管と、一端が該導水管の前記他端に連通しており、他端に向かって上昇している復水管と、前記導水管の途中に設けられ、該導水管を流れる水流を利用して発電する複数の発電ユニットと、前記復水管の前記他端に接続されており、該復水管内の水を前記貯水槽内に排出するポンプと、前記複数の発電ユニットに接続されており、該複数の発電ユニットからの電力によって充電されると共に前記ポンプに電力を供給する電源装置とを備えており、前記ポンプが前記復水管内の水を排出することによって生じる吸引力により、該復水管及び前記導水管内に一様な吸引流を発生させ、前記導水管を流れる前記水流を形成するように構成されているマイクロ水力発電システムであって、
前記複数の発電ユニットの各々は、前記水流によって回転するように構成された水車羽根を有する水車部と、該水車羽根の回転力を電気に変換する発電機部とを備えており、
前記発電機部は、複数の第1の極性の永久磁石を有する回転磁石板と、該複数の第1の極性の永久磁石の一部に対向し静止している複数の第1の極性の永久磁石と、一端が前記回転磁石板の前記C永久磁石の一部に対向し静止している複数の磁心付コイルと、該複数の磁心付コイルの他端に対向し静止している複数の第2の極性の永久磁石を備えており、該静止している複数の第1の極性の永久磁石によってコギングトルクを減少させるように構成されていることを特徴とするマイクロ水力発電システム。

A water storage tank for storing water, a water conduit arranged below the water storage tank, one end communicating with the water storage tank and descending toward the other end, and one end communicating with the other end of the water conduit A condensate pipe that rises toward the other end, a plurality of power generation units that are provided in the middle of the water conduit, and that generate power using a water flow flowing through the water conduit, and the other end of the condensate pipe Is connected to the pump for discharging the water in the condensate pipe into the reservoir, and is connected to the plurality of power generation units, and is charged by the power from the plurality of power generation units and A power supply device for supplying electric power, and a suction force generated by the pump discharging water in the condensate pipe generates a uniform suction flow in the condensate pipe and the conduit pipe. So as to form the water flow through the water pipe A has been made micro hydroelectric system,
Each of the plurality of power generation units includes a water turbine unit having a water turbine blade configured to rotate by the water flow, and a generator unit that converts the rotational force of the water turbine blade into electricity,
The generator section includes a rotating magnet plate having a plurality of first polarity permanent magnets, and a plurality of first polarity permanents that are stationary against a part of the plurality of first polarity permanent magnets. A magnet, a plurality of coils with a magnetic core, one end of which is opposed to a part of the C permanent magnet of the rotating magnet plate, and a plurality of first coils that are stationary and opposed to the other end of the plurality of coils with a magnetic core. A micro-hydroelectric power generation system comprising a permanent magnet having two polarities and configured to reduce cogging torque by the plurality of stationary first-polar permanent magnets.
水を貯留する貯水槽と、前記貯水槽の下方に配置され、一端が前記貯水槽に連通し他端に向かって下降している導水管と、一端が該導水管の前記他端に連通しており、他端に向かって上昇している復水管と、前記導水管の途中に設けられ、該導水管を流れる水流を利用して発電する複数の発電ユニットと、前記復水管の前記他端に接続されており、該復水管内の水を前記貯水槽内に排出するポンプと、前記複数の発電ユニットに接続されており、該複数の発電ユニットからの電力によって充電されると共に前記ポンプに電力を供給する電源装置とを備えており、前記ポンプが前記復水管内の水を排出することによって生じる吸引力により、該復水管及び前記導水管内に一様な吸引流を発生させ、前記導水管を流れる前記水流を形成するように構成されているマイクロ水力発電システムであって、前記ポンプは、前記復水管内の水面と前記貯水槽内の水面との高さの差だけ前記復水管内の水を揚水するように構成されており、
前記複数の発電ユニットの各々は、前記水流によって回転するように構成された水車羽根を有する水車部と、該水車羽根の回転力を電気に変換する発電機部とを備えており、
前記発電機部は、複数の第1の極性の永久磁石を有する回転磁石板と、該複数の第1の極性の永久磁石の一部に対向し静止している複数の第1の極性の永久磁石と、一端が前記回転磁石板の前記C永久磁石の一部に対向し静止している複数の磁心付コイルと、該複数の磁心付コイルの他端に対向し静止している複数の第2の極性の永久磁石を備えており、該静止している複数の第1の極性の永久磁石によってコギングトルクを減少させるように構成されていることを特徴とするマイクロ水力発電システム。
A water storage tank for storing water, a water conduit arranged below the water storage tank, one end communicating with the water storage tank and descending toward the other end, and one end communicating with the other end of the water conduit A condensate pipe that rises toward the other end, a plurality of power generation units that are provided in the middle of the water conduit, and that generate power using a water flow flowing through the water conduit, and the other end of the condensate pipe Is connected to the pump for discharging the water in the condensate pipe into the reservoir, and is connected to the plurality of power generation units, and is charged by the power from the plurality of power generation units and A power supply device for supplying electric power, and a suction force generated by the pump discharging water in the condensate pipe generates a uniform suction flow in the condensate pipe and the conduit pipe. So as to form the water flow through the water pipe A micro hydroelectric power generation system, wherein the pump is configured to pump water in the condensate pipe by a difference in height between a water surface in the condensate pipe and a water surface in the water storage tank. And
Each of the plurality of power generation units includes a water turbine unit having a water turbine blade configured to rotate by the water flow, and a generator unit that converts the rotational force of the water turbine blade into electricity,
The generator section includes a rotating magnet plate having a plurality of first polarity permanent magnets, and a plurality of first polarity permanents that are stationary against a part of the plurality of first polarity permanent magnets. A magnet, a plurality of coils with a magnetic core, one end of which is opposed to a part of the C permanent magnet of the rotating magnet plate, and a plurality of first coils that are stationary and opposed to the other end of the plurality of coils with a magnetic core. A micro hydroelectric power generation system comprising a permanent magnet having two polarities and configured to reduce cogging torque by the plurality of stationary first polar permanent magnets.
前記静止している複数の第1の極性の永久磁石と前記静止している複数の磁心付コイルは交互に配置されていることを特徴とする、請求項1または2に記載のマイクロ水力発電システム。 The micro hydroelectric power generation system according to claim 1 or 2, wherein the plurality of stationary first polarity permanent magnets and the plurality of stationary coils with magnetic cores are alternately arranged. . 前記回転磁石板に配置された永久磁石の数は、前記静止している第1の極性の永久磁石の数と前記静止している磁芯付コイルの数との和に等しいことを特徴とする、請求項1から3のいずれか1項に記載のマイクロ水力発電システム。 The number of permanent magnets arranged on the rotating magnet plate is equal to the sum of the number of stationary first polarity permanent magnets and the number of stationary cored coils. The micro hydroelectric power generation system according to any one of claims 1 to 3. 前記電源装置は、前記複数の発電ユニットによって生成された電力を充電可能な蓄電池を備えていることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のマイクロ水力発電システム。 The micro hydroelectric power generation system according to any one of claims 1 to 4, wherein the power supply device includes a storage battery capable of charging electric power generated by the plurality of power generation units. 前記発電ユニットは導水管内の水流により回転する水車羽根の回転力を電力に変換する機構であり、前記水車羽根は導水管の側壁に取り付けられたハウジング内に設置され、前記水車羽根の一部は導水管内に突出して、導水管内の水流により回転駆動するように構成され、ハウジング内部は導水管の水流により負圧になっていることを特徴とする、請求項1から5のいずれか1項に記載のマイクロ水力発電システム。 The power generation unit is a mechanism for converting the rotational force of a turbine blade rotating by a water flow in a water conduit into electric power, the water turbine blade is installed in a housing attached to a side wall of the water conduit, and a part of the turbine blade is 6. The structure according to claim 1, wherein the housing protrudes into the water conduit and is rotationally driven by the water flow in the water conduit, and the housing has a negative pressure due to the water flow in the water conduit. The described micro hydroelectric power generation system. 前記発電ユニットは導水管内の水流により回転する水車羽根の回転力を電力に変換する機構であり、前記導水管の内側に突出した突出部を設け、当該突出部の下流側に水車羽根が前記導水管内に配置されており、前記突出部によって偏移された水流によって水車羽根が回転駆動するように構成されていることを特徴とする、請求項1から6のいずれか1項に記載のマイクロ水力発電システム。 The power generation unit is a mechanism for converting the rotational force of the turbine blades rotated by the water flow in the water conduit into electric power, provided with a projecting portion projecting inside the water conduit, and the water turbine blade is located downstream of the projecting portion. The micro hydropower according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the turbine blades are arranged in a pipe and are rotationally driven by a water flow shifted by the projecting portion. Power generation system. 前記水車羽根は回転シャフトの回りに45°の等角度間隔で8枚の羽根で構成されていることを特徴とする、請求項6または7に記載のマイクロ水力発電システム。 8. The micro hydroelectric power generation system according to claim 6, wherein the water turbine blade is composed of eight blades at an equal angular interval of 45 ° around the rotating shaft. 9. 前記導水管は、傾斜部、垂直部、水平部の組合せから構成されている屈曲管路であることを特徴とする、請求項1から8のいずれか1項に記載のマイクロ水力発電システム。
The micro hydraulic power generation system according to any one of claims 1 to 8, wherein the water guide pipe is a bent pipe formed by a combination of an inclined part, a vertical part, and a horizontal part.
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