JP7017486B2 - Hydropower and power generation systems - Google Patents

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Description

本発明は、水力発電装置および発電システムに関する。 The present invention relates to a hydroelectric power generation device and a power generation system.

水力発電装置は、流水が持つ運動エネルギーを発電に利用する装置である。水力発電装置は、主な構成として、水路を流れる水の力を受けて回転する水車と、水車と連結されて回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と、発電機の出力(発電量)を制御する制御装置とを含む。 A hydroelectric power generation device is a device that uses the kinetic energy of running water for power generation. The main components of a hydroelectric power generator are a water turbine that rotates under the force of water flowing through a water channel, a generator that is connected to the water turbine to convert rotational energy into electrical energy, and the output (power generation amount) of the generator. Includes a control device to control.

こうした水力発電装置を農業用水路等で使用する場合、上流より漂着する水草、枝、紐状のゴミ等の異物が、水車に絡まり発電量を低下させる要因となり得る。このため、水力発電装置では、異物対策が重要になる。たとえば、特開2013-189837号公報(特許文献1)は、異物を除去するための除塵設備を水車の設置場所よりも上流の水路に設置する例を開示している。 When such a hydroelectric power generation device is used in an agricultural waterway or the like, foreign substances such as aquatic plants, branches, and string-shaped dust drifting from the upstream may become entangled in the water turbine and reduce the amount of power generation. For this reason, it is important to take measures against foreign matter in hydroelectric power generation equipment. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-189837 (Patent Document 1) discloses an example in which a dust removing device for removing foreign matter is installed in a water channel upstream of the installation location of a water turbine.

特開2013-189837号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-189837

小型で水路に手軽に設置可能な小水力発電装置において、上記特許文献1に記載されるような大掛かりな除塵設備を使用することはコストアップにつながる。このため、小水力発電装置では、簡易的な除塵機を設置することが考えられる。 In a small hydroelectric power generation device that is small and can be easily installed in a waterway, using a large-scale dust removal facility as described in Patent Document 1 leads to an increase in cost. For this reason, it is conceivable to install a simple dust remover in the small hydroelectric power generation device.

しかしながら、水車の上流に簡易的な除塵機(たとえば、くし型のフィルタ)を設置した場合、多少の異物(水草やゴミ等)は水車に流れ込むと考えられる。水車に流れ着いた異物は、そのまま素通りするものもあれば、水車の羽根(水車翼)に引っかかるものもある。水車翼に引っかかった異物は、水流による水圧等によって水車翼に押し付けられた状態となり、水車翼から外れにくくなる。異物は上流より次々と水車に漂着するため、時間の経過に伴って水車翼に付着する異物の量は増える。そして、水車翼に付着した異物が増えると、水車翼の回転速度が低下することによって水力発電装置の発電能力(ひいては、発電量)が低下し得る。したがって、簡易的な除塵機は完全な異物対策とはならず、こうした除塵機を水車の上流に設置した場合でも、水車に付着した異物の定期的な除去作業が必要になると考えられる。上記のように水車翼に押し付けられた異物は水車翼から外れにくいため、上記の水力発電装置の保守は容易ではないと考えられる。 However, if a simple dust remover (for example, a comb-shaped filter) is installed upstream of the turbine, it is considered that some foreign matter (aquatic plants, dust, etc.) will flow into the turbine. Some of the foreign substances that have flowed to the water turbine pass through as they are, while others are caught by the blades of the water turbine (water turbine blades). The foreign matter caught on the turbine wing is pressed against the turbine wing by the water pressure caused by the water flow or the like, and is difficult to be removed from the turbine wing. Since foreign matter is washed ashore on the turbine one after another from the upstream, the amount of foreign matter adhering to the turbine blades increases with the passage of time. When the amount of foreign matter adhering to the turbine blades increases, the rotation speed of the turbine blades decreases, which may reduce the power generation capacity (and thus the amount of power generation) of the hydroelectric power generation device. Therefore, a simple dust remover is not a complete countermeasure against foreign matter, and even if such a dust remover is installed upstream of the water turbine, it is considered that regular removal work of foreign matter adhering to the water turbine is required. Since the foreign matter pressed against the turbine blade as described above does not easily come off from the turbine blade, it is considered that the maintenance of the hydroelectric power generation device is not easy.

本発明は、上述の課題を解決するためのものであって、その目的は、水路を流れる異物に起因した発電能力の低下を抑制するための処理を低コストで容易に行なうことができる水力発電装置および発電システムを提供することである。 The present invention is for solving the above-mentioned problems, and an object thereof is hydroelectric power generation capable of easily performing a process for suppressing a decrease in power generation capacity due to foreign matter flowing in a water channel at low cost. It is to provide equipment and power generation systems.

本発明に係る水力発電装置は、水力発電モジュールと、駆動部と、制御装置とを備える。水力発電モジュールは、水路を流れる水の力を利用して回転する水車翼を備える水車と、水車翼の回転力を利用して発電する発電機とを含む。駆動部は、次に示すような第1の状態および第2の状態になるように水力発電モジュールを動かすことができるように構成される。 The hydroelectric power generation device according to the present invention includes a hydroelectric power generation module, a drive unit, and a control device. The hydroelectric power generation module includes a turbine having a turbine wing that rotates by using the power of water flowing through a water channel, and a generator that generates electricity by using the rotational force of the turbine wing. The drive unit is configured to be able to move the hydroelectric power generation module into the first and second states as shown below.

第1の状態は、水車翼の少なくとも一部が水路の水中に存在して水路を流れる水の力を受けて水車翼が回転し、発電機により発電が行なわれる状態である。第2の状態は、水車翼の少なくとも一部が水路の水面よりも上に存在し、かつ、水車に対する水路の水面の位置が第1の状態よりも低い状態である。 The first state is a state in which at least a part of the turbine blades exists in the water of the water channel, the turbine wings rotate under the force of water flowing through the water channel, and power is generated by a generator. The second state is a state in which at least a part of the turbine blades is above the water surface of the water channel and the position of the water surface of the water channel with respect to the water wheel is lower than that of the first state.

制御装置は、上記の駆動部を制御するように構成される。そして、制御装置は、水力発電モジュールが第1の状態であるときに所定の引上げ条件が成立すると、水力発電モジュールを第2の状態にするように構成される。 The control device is configured to control the above-mentioned drive unit. Then, the control device is configured to put the hydroelectric power generation module in the second state when a predetermined pulling condition is satisfied when the hydroelectric power generation module is in the first state.

なお、水路は、用水路(人工的に造られた水路)であってもよいし、川であってもよいし、海であってもよい。 The waterway may be an irrigation canal (artificially created waterway), a river, or the sea.

本発明に係る発電システムは、上記の水力発電装置を用いて、流水が持つ運動エネルギーを電力に変換する海流発電または潮力発電または波力発電を行なうように構成される。 The power generation system according to the present invention is configured to perform marine current power generation, tidal power generation, or wave power generation that converts the kinetic energy of running water into electric power by using the above-mentioned hydroelectric power generation device.

本発明によれば、水路を流れる異物に起因した発電能力の低下を抑制するための処理を低コストで容易に行なうことができる水力発電装置および発電システムを提供することが可能になる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it becomes possible to provide a hydroelectric power generation device and a power generation system capable of easily performing a process for suppressing a decrease in power generation capacity due to foreign matter flowing in a water channel at low cost.

本発明の実施の形態に係る水力発電装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the hydroelectric power generation apparatus which concerns on embodiment of this invention. 図1に示した水力発電装置の水車近傍の構造を示す側面図である。It is a side view which shows the structure in the vicinity of a water wheel of the hydroelectric power generation apparatus shown in FIG. 図1に示した水力発電装置において、水面に対して水車を引き上げるように回転梁を回転させた状態を示す図である。It is a figure which shows the state which the rotary beam is rotated so that the water wheel is pulled up with respect to the water surface in the hydroelectric power generation apparatus shown in FIG. 水車に対する水路の水面の位置を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the position of the water surface of a water channel with respect to a water wheel. 図1に示した水力発電装置の使用時の状態を示す図である。It is a figure which shows the state at the time of use of the hydroelectric power generation apparatus shown in FIG. 図1に示した水力発電装置において水車角度を0°にした状態を示す図である。It is a figure which shows the state which made the water wheel angle 0 ° in the hydroelectric power generation apparatus shown in FIG. 図1に示した水力発電装置において水車角度を鋭角にした状態を示す図である。It is a figure which shows the state which made the water wheel angle acute angle in the hydroelectric power generation apparatus shown in FIG. 図1に示した水力発電装置において水車角度を90°にした状態を示す図である。It is a figure which shows the state which made the water wheel angle 90 ° in the hydroelectric power generation apparatus shown in FIG. 図1に示した水力発電装置において発電制御を行なうための構成を示す制御ブロック図である。It is a control block diagram which shows the structure for performing power generation control in the hydroelectric power generation apparatus shown in FIG. 図7に示した状態の水力発電装置の斜視図である。It is a perspective view of the hydroelectric power generation apparatus in the state shown in FIG. 7. 図1に示した水力発電装置による引上げ制御を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the pull-up control by the hydroelectric power generation apparatus shown in FIG. 図1に示した水力発電装置による引下げ制御を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the pulling-down control by the hydroelectric power generation apparatus shown in FIG. 本発明の実施の形態に係る水力発電装置による引下げ制御の第1の変形例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the 1st modification of the pull-down control by the hydroelectric power generation apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る水力発電装置による引下げ制御の第2の変形例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the 2nd modification of the pull-down control by the hydroelectric power generation apparatus which concerns on embodiment of this invention. 第2の状態において水車翼を振動させる変形例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the deformation example which vibrates a water turbine blade in a 2nd state. 本発明の実施の形態の変形例に係る水中浮遊式海流発電システムを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the underwater floating type ocean current power generation system which concerns on the modification of embodiment of this invention. 垂直軸型の水車を採用した水力発電モジュールの変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the hydroelectric power generation module which adopted the vertical axis type water turbine.

本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。 An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are given the same reference numbers, and the description thereof will not be repeated.

以下で用いられる各図において、互いに直交するX軸、Y軸、およびZ軸のうち、X軸は水路の幅方向を、Y軸は水流方向を、Z軸は鉛直方向を示している。以下、Z1側を「下」、Z2側を「上」と称する場合がある。 In each of the figures used below, of the X-axis, Y-axis, and Z-axis orthogonal to each other, the X-axis indicates the width direction of the water channel, the Y-axis indicates the water flow direction, and the Z-axis indicates the vertical direction. Hereinafter, the Z1 side may be referred to as "lower" and the Z2 side may be referred to as "upper".

図1は、本実施の形態に係る水力発電装置100を示す斜視図である。図2は、本実施の形態に係る水力発電装置100の水車10近傍の構造を示す側面図である。 FIG. 1 is a perspective view showing a hydroelectric power generation device 100 according to the present embodiment. FIG. 2 is a side view showing a structure in the vicinity of the water turbine 10 of the hydroelectric power generation device 100 according to the present embodiment.

図1および図2を参照して、水力発電装置100は、軸流式の小水力発電装置であり、1000kW以下の水力発電を行なうように構成される。水力発電装置100は、水力発電モジュールMと、水力発電モジュールMを動かす駆動部とを備える。駆動部によって水力発電モジュールMの姿勢を変えることができる。水力発電モジュールMは、水車10と、発電機20と、支柱21と、ギアボックス22と、ブレーキ装置30とを含む。また、駆動部は、回転梁110と、回転梁110を駆動するモータ120と、架台23と、台座24,143と、支持部材25,141,142とを含む。なお、本実施の形態に係るモータ120は、本発明に係る「アクチュエータ」の一例に相当する。また、本実施の形態に係る架台23、台座24、および支持部材25は、本発明に係る「支持台」の一例に相当する。 With reference to FIGS. 1 and 2, the hydroelectric power generation device 100 is an axial flow type small hydroelectric power generation device, and is configured to generate hydroelectric power of 1000 kW or less. The hydroelectric power generation device 100 includes a hydroelectric power generation module M and a drive unit for operating the hydroelectric power generation module M. The posture of the hydroelectric power generation module M can be changed by the drive unit. The hydroelectric power generation module M includes a water turbine 10, a generator 20, a support column 21, a gearbox 22, and a brake device 30. Further, the drive unit includes a rotary beam 110, a motor 120 for driving the rotary beam 110, a pedestal 23, pedestals 24, 143, and support members 25, 141, 142. The motor 120 according to the present embodiment corresponds to an example of the "actuator" according to the present invention. Further, the pedestal 23, the pedestal 24, and the support member 25 according to the present embodiment correspond to an example of the "support pedestal" according to the present invention.

水車10は、複数の水車翼11(たとえば、5つの水車翼11)を含み、水路(たとえば、後述する図5に示す水路200)に設置される。複数の水車翼11の各々は、水平軸型のプロペラ式回転翼であり、水路を流れる水の力で回転する。発電機20は、水車翼11の回転力を利用して発電するように構成される。発電機20は、たとえば3相同期発電機である。ただしこれに限定されず、種々の公知の発電機から任意の発電機を選んで採用できる。 The turbine 10 includes a plurality of turbine blades 11 (for example, five turbine blades 11) and is installed in a water channel (for example, a water channel 200 shown in FIG. 5 described later). Each of the plurality of turbine blades 11 is a horizontal axis type propeller type rotary blade, and is rotated by the force of water flowing through the water channel. The generator 20 is configured to generate electricity by utilizing the rotational force of the water turbine blade 11. The generator 20 is, for example, a three-phase synchronous generator. However, the present invention is not limited to this, and any generator can be selected and adopted from various known generators.

水車翼11が回転することにより水車10の回転軸が回転する。水車10の回転軸は、Y軸(水流方向)に平行に配置され、ボス部12および回転シャフト13を含む。ボス部12は、水車翼11が取り付けられる部分(プロペラボス)と、プロペラボスの表面に取り付けられて水流を整えるキャップ(スピナ)とを含む。ボス部12および回転シャフト13は一体的に回転する。ボス部12は、回転シャフト13の一方端(先端)に設けられる。また、回転シャフト13の他方端(基端)はギアボックス22に接続されている。 The rotation of the turbine blade 11 causes the rotation shaft of the turbine 10 to rotate. The rotation axis of the water turbine 10 is arranged parallel to the Y axis (water flow direction), and includes a boss portion 12 and a rotation shaft 13. The boss portion 12 includes a portion to which the water turbine blade 11 is attached (propelleros) and a cap (spinner) attached to the surface of the propellers to regulate the water flow. The boss portion 12 and the rotating shaft 13 rotate integrally. The boss portion 12 is provided at one end (tip) of the rotating shaft 13. Further, the other end (base end) of the rotary shaft 13 is connected to the gearbox 22.

発電機20の回転シャフト(回転軸)は、Z軸(鉛直方向)に平行に配置され、支柱21(筒状のカバー)の中を通ってギアボックス22に接続されている。支柱21の一方端は台座24の下面に固定され、支柱21の他方端はギアボックス22に接続されている。水車10の回転シャフト13と発電機20の回転シャフトとは、互いにギアボックス22を介して接続されている。水車翼11が回転すると、水車10の回転シャフト13が回転する。回転シャフト13の回転は、Y軸周りの回転(以下、「Y軸回転」とも称する)となる。回転シャフト13の回転力は、ギアボックス22によって向きが変えられるとともに発電機20の回転シャフトに伝達される。これにより、発電機20の回転シャフトが回転する。発電機20の回転シャフトの回転は、Z軸周りの回転(以下、「Z軸回転」とも称する)となる。上記のように、水車翼11がY軸回転することによって発電機20の回転軸がZ軸回転する。 The rotating shaft (rotating shaft) of the generator 20 is arranged parallel to the Z axis (vertical direction), passes through the support column 21 (cylindrical cover), and is connected to the gearbox 22. One end of the strut 21 is fixed to the lower surface of the pedestal 24, and the other end of the strut 21 is connected to the gearbox 22. The rotary shaft 13 of the water turbine 10 and the rotary shaft of the generator 20 are connected to each other via a gearbox 22. When the turbine blade 11 rotates, the rotary shaft 13 of the turbine 10 rotates. The rotation of the rotary shaft 13 is rotation around the Y axis (hereinafter, also referred to as “Y axis rotation”). The rotational force of the rotary shaft 13 is turned by the gearbox 22 and transmitted to the rotary shaft of the generator 20. As a result, the rotating shaft of the generator 20 rotates. The rotation of the rotating shaft of the generator 20 is rotation around the Z-axis (hereinafter, also referred to as "Z-axis rotation"). As described above, the rotation axis of the generator 20 rotates on the Z axis due to the Y-axis rotation of the turbine blade 11.

ブレーキ装置30は、台座24の上面に固定されている。ブレーキ装置30は、発電機20の回転シャフト(回転軸)に対して設けられ、発電機20の回転(ひいては、水車翼11の回転)に制動力を与えるように構成される。ブレーキ装置30は、たとえば電磁ブレーキである。ブレーキ装置30は、摩擦等によって発電機20の回転方向とは逆向きの力を発電機20の回転軸に与える。ただしこれに限られず、ブレーキ装置30の種類は任意である。ブレーキ装置30は、機械ブレーキ、流体ブレーキ、および短絡ブレーキのいずれであってもよい。なお、本実施の形態に係るブレーキ装置30は、本発明に係る「制動装置」の一例に相当する。 The brake device 30 is fixed to the upper surface of the pedestal 24. The braking device 30 is provided with respect to the rotating shaft (rotating shaft) of the generator 20 and is configured to apply a braking force to the rotation of the generator 20 (and by extension, the rotation of the water turbine blade 11). The brake device 30 is, for example, an electromagnetic brake. The brake device 30 applies a force in the direction opposite to the rotation direction of the generator 20 to the rotation shaft of the generator 20 due to friction or the like. However, the type of the brake device 30 is not limited to this, and the type of the brake device 30 is arbitrary. The braking device 30 may be any of a mechanical brake, a fluid brake, and a short-circuit brake. The brake device 30 according to the present embodiment corresponds to an example of the "braking device" according to the present invention.

回転梁110は、X軸(水路の幅方向)に平行に配置され、モータ120によって駆動されてX軸周りの回転(以下、「X軸回転」とも称する)を行なう。回転梁110の一方端(以下、「従動端」とも称する)にはベアリング111が、回転梁110の他方端(以下、「駆動端」とも称する)にはベアリング112が取り付けられている。また、モータ120の回転軸にはカップリング130が設けられており、回転梁110の駆動端は、ベアリング112およびカップリング130を介してモータ120の回転軸と接続されている。モータ120としては、電子制御可能な電動モータを採用できる。 The rotary beam 110 is arranged parallel to the X axis (in the width direction of the water channel), and is driven by the motor 120 to rotate around the X axis (hereinafter, also referred to as “X axis rotation”). A bearing 111 is attached to one end of the rotary beam 110 (hereinafter, also referred to as a "driven end"), and a bearing 112 is attached to the other end of the rotary beam 110 (hereinafter, also referred to as a "drive end"). Further, a coupling 130 is provided on the rotating shaft of the motor 120, and the drive end of the rotating beam 110 is connected to the rotating shaft of the motor 120 via the bearing 112 and the coupling 130. As the motor 120, an electronically controllable electric motor can be adopted.

架台23は、架台部材231および232を含む。架台部材231および232は、Y軸(水流方向)に平行に配置され、互いに所定の間隔を空けて対向する一対のL型アングルである。架台部材231および232の各々は、回転梁110に固定(たとえば、溶接)されている。 The gantry 23 includes pedestal members 231 and 232. The gantry members 231 and 232 are a pair of L-shaped angles that are arranged parallel to the Y axis (water flow direction) and face each other at a predetermined distance. Each of the gantry members 231 and 232 is fixed (for example, welded) to the rotating beam 110.

台座24は、架台23(架台部材231,232)の上面に固定されている。また、台座24の上面には、水力発電モジュールMを支持する支持部材25が固定されている。また、支持部材25は回転梁110にも固定されている。 The pedestal 24 is fixed to the upper surface of the pedestal 23 (frame members 231,232). Further, a support member 25 for supporting the hydroelectric power generation module M is fixed to the upper surface of the pedestal 24. Further, the support member 25 is also fixed to the rotary beam 110.

水力発電モジュールMは、架台23、台座24、および支持部材25を介して回転梁110に固定されている。架台23は、回転梁110に固定されるとともに水力発電モジュールMを支持し、水力発電モジュールMともども回転梁110と一緒に回転する。 The hydroelectric power generation module M is fixed to the rotary beam 110 via a pedestal 23, a pedestal 24, and a support member 25. The gantry 23 is fixed to the rotary beam 110, supports the hydroelectric power generation module M, and rotates together with the hydroelectric power generation module M together with the rotary beam 110.

モータ120は、台座143の上面に固定されている。また、台座143には、ベアリング112を支持する支持部材142も固定されている。ベアリング112は支持部材142を介して台座143に固定されている。回転梁110の駆動端はベアリング112によってX軸回転可能に支持されている。 The motor 120 is fixed to the upper surface of the pedestal 143. Further, a support member 142 that supports the bearing 112 is also fixed to the pedestal 143. The bearing 112 is fixed to the pedestal 143 via the support member 142. The drive end of the rotary beam 110 is supported by a bearing 112 so as to be rotatable on the X axis.

水力発電装置100の駆動部は、回転梁110が水路を跨ぐような態様で水路の縁部に固定される。そのために、水力発電装置100は固定具151,152および固定梁153をさらに備える。固定梁153の一方端は固定具151に接続され、固定梁153の他方端は固定具152に接続される。 The drive unit of the hydroelectric power generation device 100 is fixed to the edge of the water channel so that the rotary beam 110 straddles the water channel. To that end, the hydroelectric power generator 100 further comprises fixtures 151, 152 and fixed beams 153. One end of the fixing beam 153 is connected to the fixture 151, and the other end of the fixing beam 153 is connected to the fixing tool 152.

固定具151には、ベアリング111を支持する支持部材141が固定されている。ベアリング111は、回転梁110の従動端をX軸回転可能に支持した状態で、支持部材141を介して固定具151に固定されている。固定具151によって支持部材141(ひいては、回転梁110の従動端)を水路の第1縁部(たとえば、後述する図5に示す縁部201)に固定することができる。また、台座143の下面には、固定具152が取り付けられている。固定具152によって台座143(ひいては、回転梁110の駆動端)を水路の第1縁部に対向する第2縁部(たとえば、後述する図5に示す縁部202)に固定することができる。 A support member 141 that supports the bearing 111 is fixed to the fixture 151. The bearing 111 is fixed to the fixture 151 via the support member 141 in a state where the driven end of the rotary beam 110 is rotatably supported by the X-axis. The support member 141 (and thus the driven end of the rotary beam 110) can be fixed to the first edge portion of the water channel (for example, the edge portion 201 shown in FIG. 5 described later) by the fixture 151. Further, a fixative 152 is attached to the lower surface of the pedestal 143. The pedestal 143 (and thus the drive end of the rotary beam 110) can be fixed to the second edge portion (for example, the edge portion 202 shown in FIG. 5 described later) facing the first edge portion of the water channel by the fixture 152.

図3は、水面に対して水車10を引き上げるように回転梁110を回転させた状態を示す図である。図3に示すように回転梁110を回転させることで、架台部材231,232(ひいては、水車10の回転軸)をZ軸(鉛直方向)に平行にすることができる。 FIG. 3 is a diagram showing a state in which the rotary beam 110 is rotated so as to pull up the water turbine 10 with respect to the water surface. By rotating the rotary beam 110 as shown in FIG. 3, the gantry members 231,232 (and by extension, the rotation axis of the water turbine 10) can be made parallel to the Z axis (vertical direction).

詳細は後述するが、水力発電装置100では、回転梁110の回転角度に応じて水車10に対する水路の水面の位置(以下、単に「相対水面位置」とも称する)が変化する。図4は、水車10に対する水路の水面の位置を説明するための図である。 Although the details will be described later, in the hydroelectric power generation device 100, the position of the water surface of the water channel with respect to the water turbine 10 (hereinafter, also simply referred to as “relative water surface position”) changes according to the rotation angle of the rotating beam 110. FIG. 4 is a diagram for explaining the position of the water surface of the water channel with respect to the water turbine 10.

図4を参照して、水車10は、回転軸(より特定的には、ボス部12)の周囲に複数の水車翼11が取り付けられて構成されるプロペラ水車である。図4において、円軌道Rcは、水車10が1回転したときに水車翼11の先端が描く軌道を示している。 With reference to FIG. 4, the turbine 10 is a propeller turbine configured by mounting a plurality of turbine wings 11 around a rotation shaft (more specifically, a boss portion 12). In FIG. 4, the circular orbit Rc shows the trajectory drawn by the tip of the turbine blade 11 when the turbine 10 makes one rotation.

範囲P1は、円軌道Rcの下端よりも低い範囲である。相対水面位置が範囲P1にあることは、水車10全体が水面よりも上に存在することを意味する。なお、水車10が、水から離れて存在し、水に接触していない場合にも、相対水面位置が範囲P1にあるとみなす(後述する図8参照)。範囲P5は、円軌道Rcの上端よりも高い範囲である。相対水面位置が範囲P5にあることは、水車10全体が水中に存在することを意味する。 The range P1 is a range lower than the lower end of the circular orbit Rc. The fact that the relative water surface position is in the range P1 means that the entire water turbine 10 is above the water surface. Even when the water turbine 10 exists away from the water and is not in contact with the water, it is considered that the relative water surface position is in the range P1 (see FIG. 8 described later). The range P5 is a range higher than the upper end of the circular orbit Rc. The fact that the relative water surface position is in the range P5 means that the entire turbine 10 is present in the water.

範囲P3は、水車10の回転軸のボス部12の下端から上端までの範囲である。相対水面位置が範囲P3にあることは、水面が水車10の回転軸に位置することを意味する。また、範囲P2は、範囲P1の上端よりも高く、かつ、範囲P3の下端よりも低い範囲であり、範囲P4は、範囲P3の上端よりも高く、かつ、範囲P5の下端よりも低い範囲である。 The range P3 is a range from the lower end to the upper end of the boss portion 12 of the rotating shaft of the water turbine 10. The fact that the relative water surface position is in the range P3 means that the water surface is located on the rotation axis of the turbine 10. Further, the range P2 is higher than the upper end of the range P1 and lower than the lower end of the range P3, and the range P4 is higher than the upper end of the range P3 and lower than the lower end of the range P5. be.

図5は、水力発電装置100の使用時の状態(より特定的には、後述する図6に示す状態)を示す図である。図1とともに図5を参照して、水力発電装置100は、たとえば水路200において発電を行なう。水路200は、たとえば農業用水路であり、水路200を水Wが水流方向Dwに流れる。水底Bwは、水路200の底面に相当する。 FIG. 5 is a diagram showing a state (more specifically, a state shown in FIG. 6 to be described later) when the hydroelectric power generation device 100 is used. With reference to FIG. 1 and FIG. 5, the hydroelectric power generation device 100 generates power in, for example, a water channel 200. The water channel 200 is, for example, an agricultural water channel, and water W flows through the water channel 200 in the water flow direction Dw. The water bottom Bw corresponds to the bottom surface of the water channel 200.

水力発電装置100は、回転梁110が水路200を跨ぐように設置される。固定具151が水路200の縁部201に固定され、固定具152が水路200の縁部202に固定される。これにより、回転梁110は、水路200を跨いだ状態で回転自在に支持される。回転梁110の回転軸と水路200の水流方向Dwとは、互いに直交する。 The hydroelectric power generation device 100 is installed so that the rotary beam 110 straddles the water channel 200. Fixture 151 is fixed to the edge 201 of the water channel 200, and fixative 152 is fixed to the edge 202 of the water channel 200. As a result, the rotary beam 110 is rotatably supported while straddling the water channel 200. The rotation axis of the rotary beam 110 and the water flow direction Dw of the water channel 200 are orthogonal to each other.

回転梁110を回転させることによって、水面Uwに対して水車10を引き上げたり引き下げたりすることができる。水車10の水車翼11(図1)が水Wの水面Uwよりも下に存在する場合には、水路200を流れる水Wの力を受けて水車翼11が回転する。本実施の形態では、水車10の回転軸と水流方向Dwとの角度(以下、「水車角度」とも称する)が0°以上90°以下となる範囲で回転梁110を回転させることができる。ただしこれに限られず、回転梁110(ひいては、水力発電モジュールM)の可動範囲は任意に設定できる。 By rotating the rotary beam 110, the turbine 10 can be pulled up or down with respect to the water surface Uw. When the turbine blade 11 (FIG. 1) of the turbine 10 is located below the water surface Uw of the water W, the turbine blade 11 rotates under the force of the water W flowing through the water channel 200. In the present embodiment, the rotary beam 110 can be rotated within a range in which the angle between the rotation axis of the water turbine 10 and the water flow direction Dw (hereinafter, also referred to as “water turbine angle”) is 0 ° or more and 90 ° or less. However, the present invention is not limited to this, and the movable range of the rotary beam 110 (and by extension, the hydroelectric power generation module M) can be arbitrarily set.

図6は、水力発電装置100において水車角度を0°にした状態を示す図である。図6を参照して、回転梁110を回転させて水車角度を0°にすると、水車10の回転軸Raが水流方向Dwに平行になる。この状態では、水面Uwが水車10よりも上(すなわち、図4に示す範囲P5)に位置し、水車10全体が水中に存在する。 FIG. 6 is a diagram showing a state in which the water turbine angle is set to 0 ° in the hydroelectric power generation device 100. With reference to FIG. 6, when the rotary beam 110 is rotated to set the turbine angle to 0 °, the rotation axis Ra of the turbine 10 becomes parallel to the water flow direction Dw. In this state, the water surface Uw is located above the water turbine 10 (that is, the range P5 shown in FIG. 4), and the entire water turbine 10 is present in the water.

図7は、水力発電装置100において水車角度を鋭角(0°超90°未満)にした状態を示す図である。図7を参照して、回転梁110を回転させることによって相対水面位置を調整することができる。水車角度θを大きくするほど相対水面位置が低くなる。図7に示す例では、水面Uwが水車10の回転軸(すなわち、図4に示す範囲P3)に位置する。 FIG. 7 is a diagram showing a state in which the water turbine angle is set to an acute angle (more than 0 ° and less than 90 °) in the hydroelectric power generation device 100. With reference to FIG. 7, the relative water surface position can be adjusted by rotating the rotating beam 110. The larger the turbine angle θ, the lower the relative water surface position. In the example shown in FIG. 7, the water surface Uw is located on the rotation axis of the turbine 10 (that is, the range P3 shown in FIG. 4).

図8は、水力発電装置100において水車角度を90°にした状態を示す図である。図8を参照して、回転梁110を回転させて水車角度を90°にすると、水車10の回転軸Raと水流方向Dwとが直交する。この状態では、水車10が、水Wから離れて存在し、水Wに接触していない。すなわち、水面Uwは図4に示す範囲P1に位置し、水車10全体が水面Uwよりも上に存在する。 FIG. 8 is a diagram showing a state in which the water turbine angle is 90 ° in the hydroelectric power generation device 100. When the rotary beam 110 is rotated to set the water turbine angle to 90 ° with reference to FIG. 8, the rotation axis Ra of the water turbine 10 and the water flow direction Dw are orthogonal to each other. In this state, the water turbine 10 exists away from the water W and is not in contact with the water W. That is, the water surface Uw is located in the range P1 shown in FIG. 4, and the entire water turbine 10 is above the water surface Uw.

図9は、水力発電装置100において発電制御を行なうための構成を示す制御ブロック図である。図9を参照して、水力発電装置100は、整流回路41、DC/DCコンバータ42、DC/ACインバータ43、制御装置50、入力装置51、および回転速度検出器52をさらに備える。なお、整流回路41、DC/DCコンバータ42、およびDC/ACインバータ43の各々は、回路の状態(温度、電流、電圧等)を検出する各種センサ(図示せず)を含んでいてもよい。そして、各センサの検出信号が制御装置50へ出力されてもよい。 FIG. 9 is a control block diagram showing a configuration for performing power generation control in the hydroelectric power generation device 100. With reference to FIG. 9, the hydroelectric power generation device 100 further includes a rectifier circuit 41, a DC / DC converter 42, a DC / AC inverter 43, a control device 50, an input device 51, and a rotation speed detector 52. Each of the rectifier circuit 41, the DC / DC converter 42, and the DC / AC inverter 43 may include various sensors (not shown) for detecting the state of the circuit (temperature, current, voltage, etc.). Then, the detection signal of each sensor may be output to the control device 50.

回転速度検出器52は、水車翼11の回転速度を検出するように構成される。より具体的には、回転速度検出器52は、水車翼11の回転速度に対応する電気信号(以下、「回転速度信号」とも称する)を制御装置50へ出力する。回転速度の検出方法としては、種々の方法が公知であり、任意の方法を採用できる。たとえば、回転速度検出器52は、水車10または発電機20の回転軸に取り付けられたエンコーダ(図示せず)を用いて回転速度信号を生成してもよい。また、回転速度検出器52は、発電機20において発電される電力の周波数および/または電圧値に基づいて回転速度信号を生成してもよい。 The rotation speed detector 52 is configured to detect the rotation speed of the water turbine blade 11. More specifically, the rotation speed detector 52 outputs an electric signal (hereinafter, also referred to as “rotational speed signal”) corresponding to the rotation speed of the water wheel blade 11 to the control device 50. Various methods are known as a method for detecting the rotation speed, and any method can be adopted. For example, the rotation speed detector 52 may generate a rotation speed signal using an encoder (not shown) attached to the rotation shaft of the water turbine 10 or the generator 20. Further, the rotation speed detector 52 may generate a rotation speed signal based on the frequency and / or voltage value of the electric power generated by the generator 20.

制御装置50は、演算装置としてのCPU(Central Processing Unit)と、記憶装置と、各種信号を入出力するための入出力ポートと(いずれも図示せず)を含んで構成される。記憶装置は、作業用メモリとしてのRAM(Random Access Memory)と、保存用ストレージ(ROM(Read Only Memory)、書き換え可能な不揮発性メモリ等)とを含む。制御装置50は、入力ポートに接続された各種機器(たとえば、回転速度検出器52および各種センサ等)から信号を受信し、受信した信号に基づいて出力ポートに接続された各種機器(ブレーキ装置30、モータ120、DC/DCコンバータ42、およびDC/ACインバータ43等)を制御する。記憶装置に記憶されているプログラムをCPUが実行することで、各種制御が実行される。ただし、各種制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア(電子回路)で処理することも可能である。 The control device 50 includes a CPU (Central Processing Unit) as an arithmetic unit, a storage device, and input / output ports for inputting / outputting various signals (none of which are shown). The storage device includes a RAM (Random Access Memory) as a working memory and a storage (ROM (Read Only Memory), a rewritable non-volatile memory, etc.) for storage. The control device 50 receives signals from various devices connected to the input port (for example, the rotation speed detector 52 and various sensors), and based on the received signals, the control device 50 is connected to various devices (brake device 30). , Motor 120, DC / DC converter 42, DC / AC inverter 43, etc.). Various controls are executed by the CPU executing the program stored in the storage device. However, various controls are not limited to software processing, but can also be processed by dedicated hardware (electronic circuits).

入力装置51は、ユーザからの指示を受け付ける装置である。入力装置51は、ユーザによって操作され、ユーザの操作に対応する信号を制御装置50へ出力する。入力装置51は、各種スイッチ(スライドスイッチ等)であってもよいし、タッチパネルディスプレイであってもよい。制御装置50と入力装置51との通信方式は有線でも無線でもよい。 The input device 51 is a device that receives an instruction from the user. The input device 51 is operated by the user and outputs a signal corresponding to the user's operation to the control device 50. The input device 51 may be various switches (slide switch or the like) or a touch panel display. The communication method between the control device 50 and the input device 51 may be wired or wireless.

水力発電装置100による発電動作時においては、水車10の回転に伴い発電機20が発電を行なう。発電機20によって発電された交流電力(3相交流)は、整流回路41へ出力され、整流回路41によって直流電力に変換される。 During the power generation operation by the hydroelectric power generation device 100, the generator 20 generates power as the water turbine 10 rotates. The AC power (3-phase AC) generated by the generator 20 is output to the rectifying circuit 41 and converted into DC power by the rectifying circuit 41.

DC/DCコンバータ42は、制御装置50からの制御信号に従い、整流回路41からの入力電力(直流電力)に所定の電力変換(変圧等)を行ない、電力変換後の直流電力をDC/ACインバータ43へ出力する。DC/DCコンバータ42から出力される電力の大きさも、制御装置50によって制御される。制御装置50は、DC/DCコンバータ42を制御して、DC/ACインバータ43に供給される電力を制限することができる。なお、制御装置50は、DC/DCコンバータ42の出力を止めて、DC/ACインバータ43に電力が供給されないようにすることもできる。DC/DCコンバータ42から出力される電力が小さくなるほど発電機20の発電負荷が小さくなり、DC/DCコンバータ42の出力を止めると発電機20による発電が行なわれなくなる。 The DC / DC converter 42 performs predetermined power conversion (transformation, etc.) on the input power (DC power) from the rectifying circuit 41 according to the control signal from the control device 50, and converts the DC power after the power conversion into a DC / AC inverter. Output to 43. The magnitude of the electric power output from the DC / DC converter 42 is also controlled by the control device 50. The control device 50 can control the DC / DC converter 42 to limit the power supplied to the DC / AC inverter 43. The control device 50 may also stop the output of the DC / DC converter 42 so that power is not supplied to the DC / AC inverter 43. The smaller the power output from the DC / DC converter 42, the smaller the power generation load of the generator 20, and when the output of the DC / DC converter 42 is stopped, the generator 20 does not generate power.

DC/ACインバータ43は、制御装置50からの制御信号に従い、DC/DCコンバータ42からの入力電力(直流電力)を所定の大きさおよび周波数の交流電力に変換して出力するように構成される。DC/ACインバータ43から出力される交流電力は、水力発電装置100の出力に相当し、たとえば電力系統に供給される。ただしこれに限られず、水力発電装置100の出力は、小売り電気事業者に供給されてもよいし、蓄電に用いられてもよい。 The DC / AC inverter 43 is configured to convert input power (DC power) from the DC / DC converter 42 into AC power of a predetermined magnitude and frequency according to a control signal from the control device 50 and output the DC / AC inverter 43. .. The AC power output from the DC / AC inverter 43 corresponds to the output of the hydroelectric power generation device 100, and is supplied to, for example, a power system. However, the present invention is not limited to this, and the output of the hydroelectric power generation device 100 may be supplied to a retail electric power company or may be used for storage.

ところで、水力発電装置100を農業用水路等で使用する場合、上流より漂着する水草、枝、紐状のゴミ等の異物が、水車10に絡まり発電量を低下させる要因となり得る。水車翼11に引っかかった異物は、水流による水圧等によって水車翼11に押し付けられた状態となる。こうした異物は水車翼11から外れにくい。 By the way, when the hydroelectric power generation device 100 is used in an agricultural waterway or the like, foreign substances such as aquatic plants, branches, and string-shaped dust drifting from the upstream may be entangled with the water turbine 10 and cause a decrease in power generation amount. The foreign matter caught on the water turbine blade 11 is in a state of being pressed against the water turbine blade 11 by water pressure or the like due to the water flow. Such foreign matter does not easily come off from the turbine blade 11.

そこで、本実施の形態に係る水力発電装置100では、通常の発電時には、水力発電モジュールMを第1の状態にする一方で、水車翼11に異物が付着したときには、水力発電モジュールMを引き上げて第1の状態よりも相対水面位置が低い第2の状態にする。第2の状態では、水車翼11の少なくとも一部が水面よりも上に存在する。水車翼11が水面よりも上に存在するときには、水車翼11は水流から水圧を受けなくなるため、水車翼11から異物が外れやすくなる。このことを利用して、水力発電装置100では、水力発電モジュールMを第2の状態にして水車翼11に付着した異物の除去を行なう。また、水力発電装置100では、第2の状態において異物の除去が行なわれた後、水力発電モジュールMを引き下げて第1の状態に戻す。以下、第1の状態および第2の状態について詳述する。 Therefore, in the hydroelectric power generation device 100 according to the present embodiment, the hydroelectric power generation module M is set to the first state during normal power generation, while the hydroelectric power generation module M is pulled up when foreign matter adheres to the turbine blade 11. The second state, in which the relative water surface position is lower than the first state, is set. In the second state, at least a part of the turbine blade 11 is above the water surface. When the turbine blade 11 is above the water surface, the turbine blade 11 does not receive water pressure from the water flow, so that foreign matter easily comes off from the turbine blade 11. Utilizing this fact, in the hydroelectric power generation device 100, the hydroelectric power generation module M is set to the second state and foreign matter adhering to the water turbine blade 11 is removed. Further, in the hydroelectric power generation device 100, after the foreign matter is removed in the second state, the hydroelectric power generation module M is pulled down to return to the first state. Hereinafter, the first state and the second state will be described in detail.

通常の発電時には、制御装置50が、水力発電モジュールMを第1の状態(以下、「通常発電状態」とも称する)にする。通常発電状態は、水車翼11の少なくとも一部が水路200の水中に存在して水路を流れる水の力を受けて水車翼11が回転し、発電機20により発電が行なわれる状態である。より具体的には、通常の発電時には、制御装置50がモータ120を制御して、水車10の回転軸Raが水流方向Dwに平行になる(すなわち、水車角度を0°にする)ように回転梁110の回転角度を調整する。これにより、水力発電モジュールMが通常発電状態になる。本実施の形態における通常発電状態は、図5および図6に示した状態である。すなわち、通常発電状態では、水路200の水面Uwが水車10よりも上(図4に示す範囲P5)に位置し、水車10全体が水路200の水中に存在する。通常発電状態においては、水力発電装置100から所望の電力が出力されるようにDC/DCコンバータ42およびDC/ACインバータ43等が制御装置50によって制御される。また、通常発電状態においては水路200の流速に応じて水車10が回転するように、ブレーキ装置30による制動を行なわない。ただしこれに限られず、発電効率を高めるためにブレーキ装置30によって発電機20の回転速度を調整してもよい。 At the time of normal power generation, the control device 50 puts the hydroelectric power generation module M into the first state (hereinafter, also referred to as “normal power generation state”). In the normal power generation state, at least a part of the water turbine blade 11 exists in the water of the water channel 200, the water turbine blade 11 rotates under the force of water flowing through the water channel 200, and power is generated by the generator 20. More specifically, during normal power generation, the control device 50 controls the motor 120 and rotates so that the rotation axis Ra of the turbine 10 is parallel to the water flow direction Dw (that is, the turbine angle is set to 0 °). Adjust the rotation angle of the beam 110. As a result, the hydroelectric power generation module M is in the normal power generation state. The normal power generation state in the present embodiment is the state shown in FIGS. 5 and 6. That is, in the normal power generation state, the water surface Uw of the water channel 200 is located above the water wheel 10 (range P5 shown in FIG. 4), and the entire water wheel 10 exists in the water of the water wheel 200. In the normal power generation state, the DC / DC converter 42, the DC / AC inverter 43, and the like are controlled by the control device 50 so that the desired power is output from the hydroelectric power generation device 100. Further, in the normal power generation state, the brake device 30 does not brake so that the water turbine 10 rotates according to the flow velocity of the water channel 200. However, the present invention is not limited to this, and the rotation speed of the generator 20 may be adjusted by the brake device 30 in order to increase the power generation efficiency.

水力発電モジュールMが通常発電状態であるときに所定の引上げ条件(たとえば、水車翼11に付着した異物の量が許容範囲を超えたときに成立する条件)が成立すると、制御装置50がモータ120を制御して、水力発電モジュールMを第2の状態(以下、「引上げ状態」とも称する)にする。引上げ状態は、水車翼11の少なくとも一部が水路200の水面Uwよりも上に存在し、かつ、水車10に対する水路200の水面Uwの位置が通常発電状態よりも低い状態である。本実施の形態における引上げ状態は、図7に示した状態である。また、図10は、図7に示した状態の水力発電装置100の斜視図である。図7および図10に示すように、引上げ状態では、水面Uwが水車10の回転軸(図4に示す範囲P3)に位置する。 When a predetermined pulling condition (for example, a condition satisfied when the amount of foreign matter adhering to the water turbine blade 11 exceeds the allowable range) is satisfied when the hydroelectric power generation module M is in the normal power generation state, the control device 50 controls the motor 120. Is controlled to bring the hydroelectric power generation module M into the second state (hereinafter, also referred to as “pulling state”). In the pulled-up state, at least a part of the turbine blade 11 is above the water surface Uw of the water channel 200, and the position of the water surface Uw of the water channel 200 with respect to the water turbine 10 is lower than the normal power generation state. The pulled-up state in the present embodiment is the state shown in FIG. 7. Further, FIG. 10 is a perspective view of the hydroelectric power generation device 100 in the state shown in FIG. 7. As shown in FIGS. 7 and 10, in the pulled-up state, the water surface Uw is located on the rotation axis of the turbine 10 (range P3 shown in FIG. 4).

水車10に対する水路200の水面Uwの位置が高くなるほど水中に存在する水車翼11の割合(たとえば、体積割合)が多くなる。そして、水中に存在する水車翼11が多くなるほど、水車10が水流から受ける力が大きくなり、水車10を回転させる力も大きくなる。水車10を回転させる力が大きくなることで、発電量が多くなる。上述の通常発電状態においては水車翼11の全部が水路200の水中に存在して水路200を流れる水の力を受けて水車翼11が回転する。このため、通常発電状態における発電量を多くすることができる。 The higher the position of the water surface Uw of the water channel 200 with respect to the water wheel 10, the larger the ratio (for example, volume ratio) of the water wheel blades 11 existing in the water. As the number of turbine blades 11 existing in the water increases, the force that the turbine 10 receives from the water flow increases, and the force that rotates the turbine 10 also increases. As the force for rotating the water turbine 10 increases, the amount of power generation increases. In the above-mentioned normal power generation state, the entire turbine blade 11 exists in the water of the water channel 200, and the water turbine blade 11 rotates under the force of the water flowing through the water channel 200. Therefore, it is possible to increase the amount of power generation in the normal power generation state.

一方、水車10に対する水路200の水面Uwの位置が低くなるほど水路200の水面Uwよりも上に存在する水車翼11の割合(たとえば、体積割合)が多くなる。水面Uwよりも上に存在する水車翼11は、水流から水圧を受けなくなる。このため、水車翼11が水面Uwよりも上に存在するときには、水車翼11から異物が外れやすくなる。本実施の形態に係る水力発電装置100では、水力発電モジュールMが通常発電状態であるときに所定の引上げ条件が成立すると、水力発電モジュールMを引上げ状態にする。より具体的には、水車10に対する水路200の水面Uwの位置を水車10の回転軸の位置(図4に示す範囲P3)にする。こうした引上げ状態では、水車10が備える5つの水車翼11の各々が、水車10の回転に伴い、翼全体が水中に存在する状態と、翼全体が水面Uwよりも上に存在する状態とを交互に繰り返す。水車翼11が水中に存在するときには、水車翼11は水流から水車10を回転させる力の供給を受ける。また、水車翼11が水面Uwよりも上に存在するときには、回転の勢い(遠心力等)および重力等によって異物が水車翼11から取り除かれる。発明者の実験によると、水車翼11に絡まった異物は、水車10の回転によりほどけて、水車翼11が水面Uwよりも上に存在するときに水車翼11の根元側から水中に落ちやすくなる。この際、図7に示すように引上げ状態において水車10を傾斜させることで、異物が水車翼11から除去されやすくなる。引上げ状態における水車角度θは20°以上60°以下であることが好ましい。 On the other hand, the lower the position of the water surface Uw of the water channel 200 with respect to the water wheel 10, the larger the ratio (for example, volume ratio) of the water wheel blades 11 existing above the water surface Uw of the water channel 200. The turbine blade 11 existing above the water surface Uw is not subjected to water pressure from the water flow. Therefore, when the turbine blade 11 is above the water surface Uw, foreign matter is likely to come off from the turbine blade 11. In the hydroelectric power generation device 100 according to the present embodiment, when a predetermined pulling condition is satisfied when the hydroelectric power generation module M is in the normal power generation state, the hydroelectric power generation module M is brought into the pulling state. More specifically, the position of the water surface Uw of the water channel 200 with respect to the water turbine 10 is set to the position of the rotation axis of the water turbine 10 (range P3 shown in FIG. 4). In such a pulled-up state, each of the five turbine wings 11 included in the turbine 10 alternates between a state in which the entire wing is present in water and a state in which the entire wing is above the water surface Uw as the turbine 10 rotates. Repeat to. When the turbine blade 11 is present in water, the turbine blade 11 is supplied with a force for rotating the turbine 10 from the water stream. Further, when the turbine blade 11 is above the water surface Uw, foreign matter is removed from the turbine blade 11 by the force of rotation (centrifugal force or the like), gravity, or the like. According to the inventor's experiment, the foreign matter entangled in the turbine wing 11 is unwound by the rotation of the turbine 10, and when the turbine wing 11 is above the water surface Uw, it easily falls into the water from the root side of the turbine wing 11. .. At this time, by inclining the turbine 10 in the pulled-up state as shown in FIG. 7, foreign matter is easily removed from the turbine blade 11. The turbine angle θ in the pulled-up state is preferably 20 ° or more and 60 ° or less.

以下、図11および図12を用いて、水力発電装置100による引上げ制御および引下げ制御について説明する。 Hereinafter, the pull-up control and the pull-down control by the hydroelectric power generation device 100 will be described with reference to FIGS. 11 and 12.

図11は、水力発電装置100による引上げ制御を示すフローチャートである。このフローチャートに示される処理は、水力発電モジュールMが第1の状態(図5および図6参照)であるときに所定時間経過毎にメインルーチンから呼び出されて繰り返し実行される。図11において、ステップS11~S13(以下、単に「S11」~「S13」と称する)は、制御装置50によって実行される。 FIG. 11 is a flowchart showing pull-up control by the hydroelectric power generation device 100. The process shown in this flowchart is called from the main routine and repeatedly executed every predetermined time elapsed when the hydroelectric power generation module M is in the first state (see FIGS. 5 and 6). In FIG. 11, steps S11 to S13 (hereinafter, simply referred to as "S11" to "S13") are executed by the control device 50.

図9とともに図11を参照して、S11では、制御装置50が、第1の状態における所定の制御を実行する。第1の状態における制御は任意に設定できるが、本実施の形態では、発電機20による発電によって水力発電装置100から所望の電力が出力されるように制御装置50がDC/DCコンバータ42およびDC/ACインバータ43等を制御する。 With reference to FIG. 11 together with FIG. 9, in S11, the control device 50 executes a predetermined control in the first state. The control in the first state can be arbitrarily set, but in the present embodiment, the control device 50 has the DC / DC converter 42 and DC so that the desired power is output from the hydroelectric power generation device 100 by the power generation by the generator 20. / Controls the AC inverter 43 and the like.

S12では、制御装置50が所定の引上げ条件が成立するか否かを判断する。引上げ条件は任意に設定できるが、本実施の形態では、水力発電モジュールMが第1の状態であるときに、水車翼11に付着した異物の量が許容範囲を超えると、引上げ条件が成立するようにする。どの程度の異物を許容するかは任意である。 In S12, the control device 50 determines whether or not the predetermined pulling condition is satisfied. The pulling condition can be arbitrarily set, but in the present embodiment, when the amount of foreign matter adhering to the turbine blade 11 exceeds the allowable range when the hydroelectric power generation module M is in the first state, the pulling condition is satisfied. To do so. The amount of foreign matter allowed is arbitrary.

制御装置50は、たとえば水力発電モジュールMが第1の状態であるときに、回転速度検出器52によって水車翼11の回転速度を監視し、単位時間あたりの水車翼11の回転速度の変化量(以下、単に「速度変動量」とも称する)がしきい値を超えた場合に、水車翼11に付着した異物の量が許容範囲を超えたと判断する。水車翼11に付着した異物が増えると、水車翼11の回転速度が低下するため、上記の速度変動量に基づいて水車翼11に付着した異物の量が許容範囲を超えたか否かを判断できる。 For example, when the hydraulic power generation module M is in the first state, the control device 50 monitors the rotational speed of the water turbine blade 11 by the rotation speed detector 52, and the amount of change in the rotation speed of the water turbine blade 11 per unit time ( Hereinafter, when the “speed fluctuation amount”) exceeds the threshold value, it is determined that the amount of foreign matter adhering to the turbine blade 11 exceeds the allowable range. When the amount of foreign matter adhering to the turbine wing 11 increases, the rotation speed of the turbine wing 11 decreases, so it can be determined whether or not the amount of foreign matter adhering to the turbine wing 11 exceeds the allowable range based on the above speed fluctuation amount. ..

水車翼11の回転速度の検出間隔および速度変動量の単位時間は任意に設定できるが、本実施の形態では、水車翼11の回転速度を1秒ごとに検出し、速度変動量の単位時間を5秒間とする。すなわち、5秒間あたりの水車翼11の回転速度の変化量がしきい値を超えた場合に、水車翼11に付着した異物の量が許容範囲を超えたと判断する。ただしこれに限られず、単位時間が異なる複数種の速度変動量(たとえば、単位時間が1秒間、5秒間、1分間である速度変動量)を算出して、全ての速度変動量がしきい値を超えた場合にのみ、水車翼11に付着した異物の量が許容範囲を超えたと判断するようにしてもよい。 The detection interval of the rotation speed of the water wheel blade 11 and the unit time of the speed fluctuation amount can be arbitrarily set, but in the present embodiment, the rotation speed of the water wheel blade 11 is detected every second, and the unit time of the speed fluctuation amount is set. 5 seconds. That is, when the amount of change in the rotational speed of the turbine blade 11 per 5 seconds exceeds the threshold value, it is determined that the amount of foreign matter adhering to the turbine blade 11 exceeds the allowable range. However, not limited to this, a plurality of types of speed fluctuations having different unit times (for example, speed fluctuations in which the unit time is 1 second, 5 seconds, 1 minute) are calculated, and all speed fluctuations are threshold values. It may be determined that the amount of foreign matter adhering to the water wheel blade 11 exceeds the permissible range only when the amount exceeds the permissible range.

上記の判断に用いるしきい値は、水路200(図5)の流速変動を考慮して設定されることが望ましい。たとえば、本実施の形態において水力発電装置100が設置される水路200は農業用水路である。こうした水路200の流速は、自然変動によって脈動する。水路200の流速が変化すると、水車翼11の回転速度も変化する。水車翼11に付着した異物の量が許容範囲を超えていないにもかかわらず水路200の流速変動で速度変動量がしきい値を超えないように、適切なしきい値を設定することが望ましい。水路の流速変動範囲は、水路ごとに概ね決まっており、予め実験等によって求めることができる。農業用水路の一例では、流速変動範囲が平均流速に対して約±4%であった。予め実験等によって求めた水路200の流速変動範囲から流速変動によって生じ得る水車翼11の回転速度の変動範囲を把握することができる。たとえば、水車翼11の回転速度が平均回転速度に対して所定割合(たとえば、5%)以上変化した場合に、水車翼11に付着した異物の量が許容範囲を超えたと判断するようにしてもよい。また、水路200の流速を検出して、検出された流速に応じて上記しきい値を可変にしてもよい。 It is desirable that the threshold value used for the above determination is set in consideration of the fluctuation of the flow velocity of the water channel 200 (FIG. 5). For example, in the present embodiment, the waterway 200 in which the hydroelectric power generation device 100 is installed is an agricultural waterway. The flow velocity of such a channel 200 pulsates due to natural fluctuation. When the flow velocity of the water channel 200 changes, the rotational speed of the water turbine blade 11 also changes. It is desirable to set an appropriate threshold value so that the speed fluctuation amount does not exceed the threshold value due to the flow velocity fluctuation of the water channel 200 even though the amount of foreign matter adhering to the water turbine blade 11 does not exceed the allowable range. The flow velocity fluctuation range of the waterway is generally determined for each waterway and can be obtained in advance by experiments or the like. In an example of an agricultural waterway, the flow velocity fluctuation range was about ± 4% of the average flow velocity. From the flow velocity fluctuation range of the water channel 200 obtained in advance by experiments or the like, it is possible to grasp the fluctuation range of the rotational speed of the water turbine blade 11 that may occur due to the flow velocity fluctuation. For example, when the rotation speed of the turbine wing 11 changes by a predetermined ratio (for example, 5%) or more with respect to the average rotation speed, it may be determined that the amount of foreign matter adhering to the turbine wing 11 exceeds the allowable range. good. Further, the flow velocity of the water channel 200 may be detected and the threshold value may be changed according to the detected flow velocity.

なお、水車翼11に付着した異物の量が許容範囲を超えたか否かの判断方法は、上記速度変動量による方法に限られない。たとえば、水車10または発電機20の回転トルクと、発電機20から出力される電力の電流値との少なくとも一方に基づいて、水車翼11に付着した異物の量が許容範囲を超えたか否かを判断してもよい。回転トルクは、たとえばトルクメータ(図示せず)によって検出することができる。また、水車翼11に付着した異物を検出する光学センサ(図示せず)を用いて、水車翼11に付着した異物の量が許容範囲を超えたか否かを判断してもよい。 The method for determining whether or not the amount of foreign matter adhering to the turbine blade 11 exceeds the allowable range is not limited to the method based on the speed fluctuation amount. For example, whether or not the amount of foreign matter adhering to the turbine blade 11 exceeds the allowable range based on at least one of the rotational torque of the turbine 10 or the generator 20 and the current value of the electric power output from the generator 20. You may judge. The rotational torque can be detected, for example, by a torque meter (not shown). Further, an optical sensor (not shown) that detects foreign matter adhering to the water turbine blade 11 may be used to determine whether or not the amount of foreign matter adhering to the water turbine blade 11 exceeds the allowable range.

引上げ条件が成立しない場合(S12にてNO)には、処理がS11へと戻る。S12において引上げ条件が成立しないと判断される間はS11の発電制御が継続的に行なわれる。他方、引上げ条件が成立する場合(S12にてYES)には、S13において、制御装置50がモータ120を制御して回転梁110を回転させることにより、水力発電モジュールMを第2の状態(図7および図10参照)にする。第2の状態における水車角度θは、水路200の水面Uwが水車10の回転軸に位置するように調整され、一例では45°である。これにより、水力発電モジュールMが第1の状態ではなくなり、図11の引上げ制御が終了する。 If the pulling condition is not satisfied (NO in S12), the process returns to S11. While it is determined in S12 that the pulling condition is not satisfied, the power generation control of S11 is continuously performed. On the other hand, when the pulling condition is satisfied (YES in S12), in S13, the control device 50 controls the motor 120 to rotate the rotary beam 110, so that the hydroelectric power generation module M is in the second state (FIG. 7 and FIG. 10). The water turbine angle θ in the second state is adjusted so that the water surface Uw of the water channel 200 is located on the rotation axis of the water turbine 10, and is 45 ° in one example. As a result, the hydroelectric power generation module M is no longer in the first state, and the pull-up control in FIG. 11 ends.

図12は、水力発電装置100による引下げ制御を示すフローチャートである。このフローチャートに示される処理は、水力発電モジュールMが第2の状態であるときに所定時間経過毎にメインルーチンから呼び出されて繰り返し実行される。図12において、ステップS21~S23(以下、単に「S21」~「S23」と称する)は、制御装置50によって実行される。 FIG. 12 is a flowchart showing a lowering control by the hydroelectric power generation device 100. The process shown in this flowchart is called from the main routine every predetermined time elapsed when the hydroelectric power generation module M is in the second state, and is repeatedly executed. In FIG. 12, steps S21 to S23 (hereinafter, simply referred to as "S21" to "S23") are executed by the control device 50.

図9とともに図12を参照して、S21では、制御装置50が、第2の状態における所定の制御を実行する。第2の状態における制御は任意に設定できるが、本実施の形態では、制御装置50が、DC/DCコンバータ42を制御して、水力発電装置100から取り出される電力を第1の状態よりも小さくする。これにより、発電機20の発電負荷が第1の状態よりも小さくなる。 With reference to FIG. 12 with FIG. 9, in S21, the control device 50 executes a predetermined control in the second state. The control in the second state can be arbitrarily set, but in the present embodiment, the control device 50 controls the DC / DC converter 42 to make the electric power taken out from the hydroelectric power generation device 100 smaller than that in the first state. do. As a result, the power generation load of the generator 20 becomes smaller than that in the first state.

前述のように、第2の状態(図7および図10参照)においては、水面Uwよりも上に存在する水車翼11(すなわち、水流から水圧を受けない水車翼11)から異物が離れやすくなる。また、発電機20の発電負荷が小さくなると、水車10が回転しやすくなるため、水車10の回転により異物が水車翼11から離れやすくなる。このため、第2の状態における発電機20の発電負荷を第1の状態よりも小さくすることで、より確実に(または、短時間で)異物を除去することが可能になる。 As described above, in the second state (see FIGS. 7 and 10), foreign matter is easily separated from the turbine blade 11 (that is, the turbine blade 11 that does not receive water pressure from the water flow) existing above the water surface Uw. .. Further, when the power generation load of the generator 20 becomes small, the turbine 10 tends to rotate, so that the rotation of the turbine 10 makes it easier for foreign matter to separate from the turbine blade 11. Therefore, by making the power generation load of the generator 20 in the second state smaller than that in the first state, it becomes possible to remove foreign matter more reliably (or in a short time).

本実施の形態では、第2の状態において、第1の状態よりも小さい発電負荷で発電機20による発電を行なう。しかしこれに限られず、第2の状態においては、制御装置50が、DC/DCコンバータ42の出力(ひいては、水力発電装置100の出力)を止めて、発電機20を発電負荷が無い状態にしてもよい。発電機20を発電負荷が無い状態にすることで、発電機20による発電が停止する。これにより、水車10の回転の勢いが増し、水車10の回転により異物が水車翼11から離れやすくなり、より確実に(または、短時間で)異物を除去することが可能になる。 In the present embodiment, in the second state, power is generated by the generator 20 with a power generation load smaller than that in the first state. However, the present invention is not limited to this, and in the second state, the control device 50 stops the output of the DC / DC converter 42 (and thus the output of the hydroelectric power generation device 100) to put the generator 20 in a state where there is no power generation load. May be good. By putting the generator 20 in a state where there is no power generation load, the power generation by the generator 20 is stopped. As a result, the momentum of rotation of the turbine 10 is increased, and the rotation of the turbine 10 makes it easier for foreign matter to separate from the turbine blade 11, so that the foreign matter can be removed more reliably (or in a short time).

S22では、制御装置50が、所定の引下げ条件が成立するか否かを判断する。引下げ条件は任意に設定できるが、本実施の形態では、水力発電モジュールMが第2の状態になってから所定時間(以下、「保持時間」とも称する)が経過すると、引下げ条件が成立するようにする。保持時間は、水車翼11から異物を除去するために十分長く、かつ、発電量を過度に低下させない程度に短く設定される。保持時間は、水路200(図10)に流れる異物の量を考慮して設定されることが望ましい。たとえば、単位時間あたりに水車10に漂着する異物の量を予め実験等によって求めて、適切な保持時間を設定するようにしてもよい。保持時間は、たとえば5秒間以上30秒間以下であることが好ましい。本実施の形態では、保持時間を10秒間とする。 In S22, the control device 50 determines whether or not the predetermined reduction condition is satisfied. The reduction condition can be arbitrarily set, but in the present embodiment, the reduction condition is satisfied when a predetermined time (hereinafter, also referred to as “holding time”) elapses after the hydroelectric power generation module M is in the second state. To. The holding time is set long enough to remove foreign matter from the turbine blade 11 and short enough not to excessively reduce the amount of power generation. The holding time is preferably set in consideration of the amount of foreign matter flowing in the water channel 200 (FIG. 10). For example, the amount of foreign matter washed ashore on the water turbine 10 per unit time may be determined in advance by an experiment or the like, and an appropriate holding time may be set. The holding time is preferably, for example, 5 seconds or more and 30 seconds or less. In this embodiment, the holding time is 10 seconds.

引下げ条件が成立しない場合(S22にてNO)には、処理がS21へと戻る。S22において引下げ条件が成立しないと判断される間は、水力発電モジュールMが第2の状態に維持された状態で、S21の発電制限が継続的に行なわれる。他方、引下げ条件が成立する場合(S22にてYES)には、S23において、制御装置50がモータ120を制御して回転梁110を回転させることにより、水力発電モジュールMを第1の状態(図5および図6参照)にする。これにより、水力発電モジュールMが第2の状態ではなくなり、図12の引下げ制御が終了する。そして、図11の引上げ制御が開始される。 If the reduction condition is not satisfied (NO in S22), the process returns to S21. While it is determined in S22 that the reduction condition is not satisfied, the power generation restriction of S21 is continuously performed while the hydroelectric power generation module M is maintained in the second state. On the other hand, when the lowering condition is satisfied (YES in S22), in S23, the control device 50 controls the motor 120 to rotate the rotary beam 110, so that the hydroelectric power generation module M is in the first state (FIG. 5 and FIG. 6). As a result, the hydroelectric power generation module M is no longer in the second state, and the lowering control of FIG. 12 ends. Then, the pulling control of FIG. 11 is started.

以上説明したように、本実施の形態に係る水力発電装置100では、水力発電モジュールMが第1の状態であるときに所定の引上げ条件が成立する(図11のS12にてYES)と、水力発電モジュールMを第2の状態にして(図11のS13)、引上げ状態において水車翼11への付着物(異物)の除去(図12のS21およびS22)を行なった後、再び水力発電モジュールMを第1の状態に戻す(図12のS23)。第2の状態(引上げ状態)において異物の除去が適切に行なわれることで、異物に起因した水力発電装置100の発電能力の低下が抑制される。また、引上げ条件が成立するたびに異物の除去が行なわれるため、水力発電装置100は長期にわたって高い発電能力を維持することができる。このように、水力発電装置100では、水路200を流れる異物に起因した発電能力の低下を抑制するための処理を容易に行なうことができる。また、上記方法では大掛かりな除塵設備を必要としないため、異物の除去を低コストで行なうことができる。 As described above, in the hydroelectric power generation device 100 according to the present embodiment, when the predetermined pulling condition is satisfied when the hydroelectric power generation module M is in the first state (YES in S12 of FIG. 11), the hydraulic power After putting the power generation module M in the second state (S13 in FIG. 11) and removing the deposits (foreign matter) on the water turbine blade 11 in the pulled-up state (S21 and S22 in FIG. 12), the hydroelectric power generation module M is again. Is returned to the first state (S23 in FIG. 12). By appropriately removing the foreign matter in the second state (pulled up state), the decrease in the power generation capacity of the hydroelectric power generation device 100 due to the foreign matter is suppressed. Further, since the foreign matter is removed every time the pulling condition is satisfied, the hydroelectric power generation device 100 can maintain a high power generation capacity for a long period of time. As described above, in the hydroelectric power generation device 100, it is possible to easily perform a process for suppressing a decrease in power generation capacity due to a foreign substance flowing through the water channel 200. Further, since the above method does not require a large-scale dust removal equipment, foreign matter can be removed at low cost.

上記実施の形態において、制御装置50は、所定の発電停止条件が成立した場合に、前述の引上げ制御および引下げ制御(ひいては、発電機20による発電)を停止し、モータ120を制御して回転梁110を回転させることにより水路200から水車10を引き上げて、水力発電モジュールMを図8に示す状態にするように構成されてもよい。そして、制御装置50は、所定の発電再開条件が成立した場合に、前述の引上げ制御および引下げ制御(ひいては、発電機20による発電)を再開するように構成されてもよい。たとえば、所定の天候のとき(たとえば、降水量、積雪量、および風速の少なくとも1つが許容範囲を超えたとき)に発電停止条件が成立するようにしてもよい。また、発電停止条件が成立しなくなってから所定時間が経過したときに発電再開条件が成立するようにしてもよい。 In the above embodiment, when a predetermined power generation stop condition is satisfied, the control device 50 stops the above-mentioned pull-up control and pull-down control (and by extension, power generation by the generator 20), and controls the motor 120 to control the rotary beam. The hydroelectric power generation module M may be configured to be in the state shown in FIG. 8 by pulling up the turbine 10 from the water channel 200 by rotating the 110. Then, the control device 50 may be configured to restart the above-mentioned pull-up control and pull-down control (and by extension, power generation by the generator 20) when a predetermined power generation restart condition is satisfied. For example, the power generation stop condition may be satisfied under predetermined weather conditions (for example, when at least one of precipitation, snow cover, and wind speed exceeds an allowable range). Further, the power generation restart condition may be satisfied when a predetermined time elapses after the power generation stop condition is no longer satisfied.

上記実施の形態において、引上げ条件(図11のS12)は任意に変更することができる。たとえば、水力発電モジュールMが第1の状態になってから所定時間(以下、「発電時間」とも称する)が経過すると、引上げ条件が成立するようにしてもよい。こうすることで、第2の状態(引上げ状態)での異物の除去が定期的に行なわれるようになる。発電時間は、たとえば30分間以上3時間以下であることが好ましく、一例では1時間とする。 In the above embodiment, the pulling condition (S12 in FIG. 11) can be arbitrarily changed. For example, when a predetermined time (hereinafter, also referred to as “power generation time”) elapses after the hydroelectric power generation module M is in the first state, the pulling condition may be satisfied. By doing so, the foreign matter in the second state (pulled up state) will be removed periodically. The power generation time is preferably, for example, 30 minutes or more and 3 hours or less, and in one example, it is 1 hour.

上記実施の形態において、引下げ条件(図12のS22)は任意に変更することができる。たとえば、水車翼11に付着した異物の量が許容範囲内になると、引下げ条件が成立するようにしてもよい。水車翼11に付着した異物の量が許容範囲内になったか否かは、水車翼11の回転速度等に基づいて判断することができる。 In the above embodiment, the reduction condition (S22 in FIG. 12) can be arbitrarily changed. For example, when the amount of foreign matter adhering to the turbine blade 11 is within the permissible range, the lowering condition may be satisfied. Whether or not the amount of foreign matter adhering to the water turbine blade 11 is within the allowable range can be determined based on the rotational speed of the water turbine blade 11 and the like.

上記実施の形態において、第2の状態における所定の制御(図12のS21)は、状況に応じて可変であってもよい。たとえば、水力発電装置100で発電された電力の供給先によっては、水力発電装置100における発電を制限する(すなわち、発電負荷を小さくする)ことが好ましくないことがある。そこで、状況ごとに発電制限を行なうか否かをユーザが選択できるように、ユーザが入力装置51を通じて制御装置50に発電制限の許否を設定できるようにしてもよい。そして、制御装置50が、以下に説明する図13の引下げ制御を行なうようにしてもよい。 In the above embodiment, the predetermined control (S21 in FIG. 12) in the second state may be variable depending on the situation. For example, depending on the supply destination of the electric power generated by the hydroelectric power generation device 100, it may not be preferable to limit the power generation in the hydroelectric power generation device 100 (that is, reduce the power generation load). Therefore, the user may be able to set the permission or disapproval of the power generation restriction in the control device 50 through the input device 51 so that the user can select whether or not to restrict the power generation for each situation. Then, the control device 50 may perform the pull-down control of FIG. 13 described below.

図13は、水力発電装置100による引下げ制御の第1の変形例を示すフローチャートである。図13の引下げ制御は、図12のS21に代えてステップS101~S103(以下、単に「S101」~「S103」と称する)を採用すること以外は、図12の引下げ制御と同じである。よって、以下ではS101~S103についてのみ説明する。 FIG. 13 is a flowchart showing a first modification of the pull-down control by the hydroelectric power generation device 100. The pull-down control of FIG. 13 is the same as the pull-down control of FIG. 12 except that steps S101 to S103 (hereinafter, simply referred to as “S101” to “S103”) are adopted instead of S21 of FIG. Therefore, only S101 to S103 will be described below.

図9とともに図13を参照して、S101では、発電制限が許可されているか否かを制御装置50が判断する。たとえば、制御装置50の記憶装置に発電制限許可フラグを用意し、フラグの値(0:禁止、1:許可)に基づいて発電制限が許可されているか否かが判断されるようにしてもよい。 With reference to FIG. 13 together with FIG. 9, in S101, the control device 50 determines whether or not power generation restriction is permitted. For example, a power generation limit permission flag may be prepared in the storage device of the control device 50, and it may be determined whether or not the power generation limit is permitted based on the value of the flag (0: prohibition, 1: permission). ..

発電制限が許可されている場合(S101にてYES)には、S102において、制御装置50が発電制限を実行する。制御装置50は、たとえば前述した図12のS21と同様にして、発電機20の発電負荷を第1の状態よりも小さくする。制御装置50は、発電負荷が小さい状態で発電を行なってもよいし、発電を停止してもよい。 When the power generation restriction is permitted (YES in S101), the control device 50 executes the power generation restriction in S102. The control device 50 makes the power generation load of the generator 20 smaller than that in the first state, for example, in the same manner as in S21 of FIG. 12 described above. The control device 50 may generate power in a state where the power generation load is small, or may stop power generation.

発電制限が許可されていない場合(S101にてNO)には、S103において、制御装置50が第1の状態と同じ条件(前述した図11のS11参照)で発電を行なう。 When the power generation restriction is not permitted (NO in S101), in S103, the control device 50 generates power under the same conditions as in the first state (see S11 in FIG. 11 described above).

上記のように、図13の引下げ制御では、発電制限が許可されているか否かを判断し、発電制限が許可されている場合にのみ発電制限を行なう。これにより、状況ごとに必要な発電量の確保と異物の除去との両立が図られる。 As described above, in the lowering control of FIG. 13, it is determined whether or not the power generation restriction is permitted, and the power generation restriction is performed only when the power generation restriction is permitted. As a result, it is possible to secure the required amount of power generation for each situation and remove foreign substances at the same time.

上記実施の形態では、第2の状態における発電制限(図12のS21)で異物の除去を促進している。しかしこれに限られず、他の方法で第2の状態における異物の除去を促進するようにしてもよい。図14は、水力発電装置100による引下げ制御の第2の変形例を示すフローチャートである。 In the above embodiment, the removal of foreign matter is promoted by limiting the power generation in the second state (S21 in FIG. 12). However, the present invention is not limited to this, and other methods may be used to promote the removal of foreign matter in the second state. FIG. 14 is a flowchart showing a second modification of the pull-down control by the hydroelectric power generation device 100.

図9とともに図14を参照して、この引下げ制御では、第2の状態における所定の制御として、図12のS21の代わりに、ステップS111~S115(以下、単に「S111」~「S115」と称する)の処理を実行する。水力発電モジュールMが第1の状態であるときに所定の引上げ条件が成立して、図11のS13の処理により水力発電モジュールMが第1の状態から第2の状態(図7および図10参照)になると、S111の処理が実行される。なお、以下で用いられるカウンタは、たとえば制御装置50の記憶装置に記憶されており、カウンタの初期値は0である。 With reference to FIG. 9 and FIG. 14, in this lowering control, as a predetermined control in the second state, steps S111 to S115 (hereinafter, simply referred to as “S111” to “S115”) are referred to instead of S21 in FIG. ) Is executed. When the hydroelectric power generation module M is in the first state, a predetermined pulling condition is satisfied, and the process of S13 in FIG. 11 causes the hydroelectric power generation module M to be in the first state to the second state (see FIGS. 7 and 10). ), The processing of S111 is executed. The counter used below is stored in, for example, a storage device of the control device 50, and the initial value of the counter is 0.

S111では、制御装置50が、ブレーキ装置30を制御して発電機20の回転(ひいては、水車翼11の回転)に制動力を与える。これにより、水車翼11の回転に制動力が付与された状態(以下、「ブレーキオン状態」とも称する)になる。ブレーキオン状態では、ブレーキ装置30によって制動力が与えられた状態で水車翼11が回転する。その後、制御装置50は、ブレーキオン状態のまま所定の時間(以下、「制動時間」とも称する)待つ(S112)。制動時間は、たとえば1秒間以上30秒間以下であることが好ましく、一例では3秒間とする。 In S111, the control device 50 controls the brake device 30 to apply a braking force to the rotation of the generator 20 (and by extension, the rotation of the turbine blade 11). As a result, a braking force is applied to the rotation of the turbine blade 11 (hereinafter, also referred to as a “brake-on state”). In the brake-on state, the turbine blade 11 rotates while the braking force is applied by the brake device 30. After that, the control device 50 waits for a predetermined time (hereinafter, also referred to as “braking time”) while the brake is on (S112). The braking time is preferably, for example, 1 second or more and 30 seconds or less, and in one example, it is 3 seconds.

ブレーキオン状態になってから制動時間が経過すると、S113において、制御装置50が、ブレーキ装置30による制動動作を停止し、発電機20の回転軸(ひいては、水車翼11の回転軸)が解放された状態(以下、「ブレーキオフ状態」とも称する)にする。ブレーキオフ状態では、ブレーキ装置30によって制動力が与えられていない状態で水車翼11が回転する。その後、制御装置50は、ブレーキオフ状態のまま所定の時間(以下、「解放時間」とも称する)待つ(S114)。解放時間は、たとえば1秒間以上30秒間以下であることが好ましく、一例では3秒間とする。 When the braking time elapses after the brake is turned on, the control device 50 stops the braking operation by the brake device 30 in S113, and the rotation axis of the generator 20 (and by extension, the rotation axis of the water turbine blade 11) is released. (Hereinafter, also referred to as "brake-off state"). In the brake-off state, the turbine blade 11 rotates in a state where the braking force is not applied by the brake device 30. After that, the control device 50 waits for a predetermined time (hereinafter, also referred to as “release time”) while the brake is off (S114). The release time is preferably, for example, 1 second or more and 30 seconds or less, and in one example, 3 seconds.

ブレーキオフ状態になってから解放時間が経過すると、制御装置50が、S115においてカウンタをインクリメントし、ステップS120において、カウンタ値が所定のしきい値Th(以下、「制動回数」とも称する)に達したか否かを判断する。この判断は、引下げ条件が成立するか否かの判断に相当する。制動回数は任意に設定できるが、一例では制動回数を3回とする。 When the release time elapses from the brake-off state, the control device 50 increments the counter in S115, and the counter value reaches a predetermined threshold value Th (hereinafter, also referred to as “braking count”) in step S120. Determine if you did. This judgment corresponds to a judgment as to whether or not the reduction condition is satisfied. The number of brakings can be set arbitrarily, but in one example, the number of brakings is set to three.

カウンタ値がしきい値Thに達していない場合(S120にてNO)には、引下げ条件が成立しないと判断され、処理がS111へと戻る。S120においてカウンタ値がしきい値Thに達していないと判断される間はS111~S115の処理が繰り返し行なわれる。他方、カウンタ値がしきい値Thに達した場合(S120にてYES)には、引下げ条件が成立すると判断され、S23において、制御装置50がモータ120を制御して回転梁110を回転させることにより、水力発電モジュールMを第1の状態にする。これにより、水力発電モジュールMが第2の状態ではなくなり、図14の引下げ制御が終了する。 If the counter value does not reach the threshold value Th (NO in S120), it is determined that the reduction condition is not satisfied, and the process returns to S111. While it is determined in S120 that the counter value has not reached the threshold value Th, the processes of S111 to S115 are repeated. On the other hand, when the counter value reaches the threshold value Th (YES in S120), it is determined that the lowering condition is satisfied, and in S23, the control device 50 controls the motor 120 to rotate the rotary beam 110. This puts the hydroelectric power generation module M in the first state. As a result, the hydroelectric power generation module M is no longer in the second state, and the lowering control of FIG. 14 ends.

上記のように、図14の引下げ制御では、水力発電モジュールMが第2の状態であるときに、制御装置50がブレーキ装置30を制御して、ブレーキ装置30によって制動力が与えられた状態で水車翼11を回転させる制動回転と、ブレーキ装置30によって制動力が与えられていない状態で水車翼11を回転させる非制動回転とを、引下げ条件が成立するまで交互に繰り返す。第2の状態において、水車翼11の回転に対する制動力の付与(ブレーキオン)を断続的に行なって制動力の増減を繰り返すことによって、水車翼11の回転が減速と加速とを繰り返すようになる。これにより、水車翼11から異物が離れやすくなり、より確実に(または、短時間で)異物を除去することが可能になる。なお、上記制動時間および解放時間は、水車翼11の回転の加減速に要する時間を考慮して設定されることが望ましい。 As described above, in the pull-down control of FIG. 14, when the hydroelectric power generation module M is in the second state, the control device 50 controls the brake device 30, and the braking force is applied by the brake device 30. The braking rotation that rotates the turbine blade 11 and the non-braking rotation that rotates the turbine blade 11 in a state where the braking force is not applied by the braking device 30 are alternately repeated until the lowering condition is satisfied. In the second state, the rotation of the turbine blade 11 repeats deceleration and acceleration by intermittently applying a braking force (brake on) to the rotation of the turbine blade 11 and repeating the increase / decrease of the braking force. .. This makes it easier for foreign matter to separate from the turbine blade 11, and it becomes possible to remove the foreign matter more reliably (or in a short time). It is desirable that the braking time and the release time are set in consideration of the time required for acceleration / deceleration of the rotation of the turbine blade 11.

図14のS111~S115の処理は、発電制限を行なった状態(すなわち、発電機20の発電負荷が第1の状態よりも小さい状態)で行なわれてもよい。S111~S115において発電制限を行なう場合、制御装置50は、発電負荷が小さい状態で発電を行なってもよいし、発電を停止してもよい。 The processes of S111 to S115 in FIG. 14 may be performed in a state where power generation is restricted (that is, a state in which the power generation load of the generator 20 is smaller than the first state). When power generation is restricted in S111 to S115, the control device 50 may generate power in a state where the power generation load is small, or may stop power generation.

第1の状態(通常発電状態)、第2の状態(引上げ状態)は、それぞれ図6、図7に示す状態に限られない。たとえば、第1の状態を図6または図7に示す状態にして、第2の状態を図8に示す状態にしてもよい。図8に示す状態では、水面Uwが図4に示す範囲P1に位置するため、図6および図7の各々に示す状態よりも相対水面位置が低くなる。 The first state (normal power generation state) and the second state (pulling state) are not limited to the states shown in FIGS. 6 and 7, respectively. For example, the first state may be the state shown in FIG. 6 or 7, and the second state may be the state shown in FIG. In the state shown in FIG. 8, since the water surface Uw is located in the range P1 shown in FIG. 4, the relative water surface position is lower than the state shown in each of FIGS. 6 and 7.

図8に示す状態では、水車翼11の全部が水路の水面Uwよりも上に存在し、各水車翼11は水路を流れる水の力を受けない。しかし、第2の状態として図8に示す状態を採用した場合、引上げ前の状態(図6または図7に示す状態)では、水路を流れる水の力を受けて水車翼11が回転しているため、引上げ後の状態(図8に示す状態)においても、慣性によって水車翼11が回転する。こうした第2の状態(図8に示す状態)においても、水車翼11が水流から水圧を受けなくなるため、水車翼11から異物が外れやすくなる。 In the state shown in FIG. 8, all of the turbine blades 11 are above the water surface Uw of the water channel, and each turbine blade 11 is not affected by the force of water flowing through the water channel. However, when the state shown in FIG. 8 is adopted as the second state, in the state before pulling up (the state shown in FIG. 6 or FIG. 7), the turbine blade 11 is rotated by the force of the water flowing through the water channel. Therefore, even in the state after pulling up (the state shown in FIG. 8), the turbine blade 11 rotates due to inertia. Even in such a second state (state shown in FIG. 8), since the turbine blade 11 does not receive water pressure from the water flow, foreign matter is likely to come off from the turbine blade 11.

第2の状態において水車翼11を振動させることによって異物の除去を促進するようにしてもよい。図15は、こうした変形例を説明するための図である。 In the second state, the water turbine blade 11 may be vibrated to promote the removal of foreign matter. FIG. 15 is a diagram for explaining such a modification.

図15を参照して、この例では、第2の状態として図8に示す状態を採用している。そして、図12のS21において、制御装置50がモータ120を制御することにより回転梁110の正転と逆転とを所定の回転量で交互に繰り返して水車翼11を振動させている。水車翼11を適度に振動させることで、異物の除去を促進することができる。なお、第2の状態として図7に示す状態を採用した場合にも、第2の状態において水車翼11を適度に振動させることで、異物の除去を促進することができる。 With reference to FIG. 15, in this example, the state shown in FIG. 8 is adopted as the second state. Then, in S21 of FIG. 12, the control device 50 controls the motor 120 to vibrate the turbine blade 11 by alternately repeating forward rotation and reverse rotation of the rotary beam 110 at a predetermined rotation amount. By appropriately vibrating the water turbine blade 11, the removal of foreign matter can be promoted. Even when the state shown in FIG. 7 is adopted as the second state, the removal of foreign matter can be promoted by appropriately vibrating the water turbine blade 11 in the second state.

回転梁110を回転させるアクチュエータは、モータ120に限られず任意であり、たとえばエアシリンダ等を用いたアクチュエータであってもよい。また、第1の状態および第2の状態になるように水力発電モジュールMを動かす駆動部は、水力発電モジュールMを回転させる駆動部(回転梁110およびモータ120等)に限られず、鉛直方向に水力発電モジュールMを昇降させる駆動部(たとえば、吊上げ式のクレーン装置)であってもよい。水力発電モジュールM(水車10等)を昇降させることで、相対水面位置(水車10に対する水路の水面の位置)を変えることができる。 The actuator for rotating the rotary beam 110 is not limited to the motor 120, and may be any actuator, for example, an actuator using an air cylinder or the like. Further, the drive unit that moves the hydroelectric power generation module M so as to be in the first state and the second state is not limited to the drive unit (rotary beam 110, motor 120, etc.) that rotates the hydroelectric power generation module M, and is in the vertical direction. It may be a drive unit (for example, a hoisting crane device) that raises and lowers the hydroelectric power generation module M. By raising and lowering the hydroelectric power generation module M (water turbine 10 or the like), the relative water surface position (position of the water surface of the water channel with respect to the water turbine 10) can be changed.

前述の制御が適用される水力発電装置は、1000kW以下の水力発電を行なう小水力発電装置に限られず、より発電出力の大きい水力発電装置であってもよい。また、流水が持つ運動エネルギーを電力に変換する海流発電または潮力発電または波力発電を行なう発電システムに前述の制御を適用してもよい。図16は、上記実施の形態の変形例に係る水中浮遊式海流発電システムを説明するための図である。 The hydroelectric power generation device to which the above-mentioned control is applied is not limited to a small hydroelectric power generation device that generates hydroelectric power of 1000 kW or less, and may be a hydroelectric power generation device having a larger power generation output. Further, the above-mentioned control may be applied to a power generation system that performs marine current power generation, tidal power generation, or wave power generation that converts the kinetic energy of running water into electric power. FIG. 16 is a diagram for explaining an underwater floating ocean current power generation system according to a modified example of the above embodiment.

図16を参照して、この発電システムは、水底Bw(海底)に設置されたアンカー310と、アンカー310に取り付けられた係留索320と、水中発電装置300とを含む。 With reference to FIG. 16, this power generation system includes an anchor 310 installed on the bottom Bw (seabed), a mooring line 320 attached to the anchor 310, and an underwater power generation device 300.

水中発電装置300は、水車10Aと、発電ユニット301とを含む。水車10Aは、水車翼11A、ボス部12A、および回転シャフト13Aを含む。発電ユニット301は、発電機20Aと、浮力調整装置302,303と、制御装置50Aとを含む。発電ユニット301は、係留索320を介してアンカー310に接続されることで、海底に固定(係留)されている。発電機20Aの回転軸は、水車10Aの回転シャフト13Aと接続されている。水流方向Dwに流れる水(海水)の力を受けて水車翼11Aが回転することで、発電機20Aによる発電が行なわれる。発電機20Aにおいて発電された電力は、図示しない電力線(海底ケーブル等)を通じて電力系統または小売り電気事業者に供給されてもよいし、発電ユニット301内の蓄電装置(図示せず)に蓄えられてもよい。また、発電ユニット301に図示しない電力変換装置(整流回路、DC/DCコンバータ、およびDC/ACインバータ等)を設けて、発電機20Aの出力に所定の電力変換を行なうようにしてもよい。 The underwater power generation device 300 includes a water turbine 10A and a power generation unit 301. The turbine 10A includes a turbine blade 11A, a boss portion 12A, and a rotary shaft 13A. The power generation unit 301 includes a generator 20A, buoyancy compensators 302 and 303, and a control device 50A. The power generation unit 301 is fixed (moored) to the seabed by being connected to the anchor 310 via a mooring line 320. The rotating shaft of the generator 20A is connected to the rotating shaft 13A of the water turbine 10A. The water turbine blade 11A rotates under the force of water (seawater) flowing in the water flow direction Dw, so that power is generated by the generator 20A. The electric power generated by the generator 20A may be supplied to an electric power system or a retail electric power company through an electric power line (submarine cable or the like) (not shown), or stored in a power storage device (not shown) in the power generation unit 301. May be good. Further, a power conversion device (rectifier circuit, DC / DC converter, DC / AC inverter, etc.) (not shown) may be provided in the power generation unit 301 to perform predetermined power conversion to the output of the generator 20A.

制御装置50Aは、浮力調整装置302,303等を制御するように構成される。浮力調整装置302,303は、第1の状態および第2の状態になるように水力発電モジュール(水車10Aおよび発電機20A)を動かす駆動部として機能する。浮力調整装置302,303は、制御装置50Aからの制御信号に従い、バラスト水の注入/排出を行なって水中発電装置300の浮力を調整するように構成される。 The control device 50A is configured to control the buoyancy compensators 302, 303 and the like. The buoyancy compensators 302 and 303 function as a drive unit for moving the hydroelectric power generation modules (water turbine 10A and generator 20A) so as to be in the first state and the second state. The buoyancy adjusting devices 302 and 303 are configured to adjust the buoyancy of the underwater power generation device 300 by injecting / discharging ballast water according to a control signal from the control device 50A.

制御装置50Aは、浮力調整装置302,303を制御して、浮力調整装置302,303にバラスト水を注入することで、水中発電装置300の浮力を小さくして水中発電装置300を沈めることができる。たとえば、図16に示す水中発電装置300全体が水中(海中)に存在する状態を、第1の状態(通常発電状態)とすることができる。 The control device 50A controls the buoyancy compensators 302 and 303 and injects ballast water into the buoyancy compensators 302 and 303 to reduce the buoyancy of the underwater power generation device 300 and submerge the submersible power generation device 300. .. For example, the state in which the entire underwater power generation device 300 shown in FIG. 16 exists in water (underwater) can be set as the first state (normal power generation state).

そして、水中発電装置300(ひいては、水力発電モジュール)が第1の状態であるときに所定の引上げ条件が成立した場合には、制御装置50Aが、浮力調整装置302,303を制御して、浮力調整装置302,303からバラスト水を排出することで、水中発電装置300の浮力を大きくして水中発電装置300を浮上させることができる。こうした制御により、水中発電装置300(ひいては、水力発電モジュール)を第1の状態から第2の状態(引上げ状態)にすることができる。たとえば、図16中に一点鎖線で示す状態を、第2の状態とすることができる。図16中に一点鎖線で示す状態では、水車10Aに対する水面Uwが水車10Aの回転軸に位置する。 When the predetermined pulling condition is satisfied when the underwater power generation device 300 (and by extension, the hydroelectric power generation module) is in the first state, the control device 50A controls the buoyancy adjusting devices 302 and 303 to control the buoyancy. By discharging the ballast water from the adjusting devices 302 and 303, the buoyancy of the underwater power generation device 300 can be increased and the underwater power generation device 300 can be levitated. By such control, the underwater power generation device 300 (and by extension, the hydroelectric power generation module) can be changed from the first state to the second state (pulled state). For example, the state shown by the alternate long and short dash line in FIG. 16 can be set as the second state. In the state shown by the alternate long and short dash line in FIG. 16, the water surface Uw with respect to the water turbine 10A is located on the rotation axis of the water turbine 10A.

上記のように、水中浮遊式海流発電システムでも、水力発電モジュールを第1の状態および第2の状態にすることは可能であり、前述した引上げ制御および引下げ制御を行なうことで、水路(海)を流れる異物に起因した発電能力の低下を抑制するための処理を低コストで容易に行なうことができる。なお、上記の水中浮遊式海流発電システムにおいて、アンカーに代えてシンカーを用いてもよい。また、浮力調整装置の数および配置等は任意に変更できる。 As described above, even in the underwater floating ocean current power generation system, it is possible to put the hydroelectric power generation module into the first state and the second state, and by performing the above-mentioned pull-up control and pull-down control, the waterway (sea) It is possible to easily perform a process for suppressing a decrease in power generation capacity due to foreign matter flowing through the water at low cost. In the above-mentioned underwater floating ocean current power generation system, a sinker may be used instead of the anchor. Further, the number and arrangement of buoyancy compensators can be arbitrarily changed.

水車の種類は、水平軸型のプロペラ水車に限られず任意に変更できる。図17は、垂直軸型の水車を採用した水力発電モジュールの変形例を示す図である。図17を参照して、この水力発電モジュールは、垂直軸型の水車10Bを備える。そして、水車10Bは、水車翼11Bと、水車翼11Bに連結された回転シャフト13B(水車10Bの回転軸)とを備える。水車翼11Bは、直線翼式であり、翼の上下の先端を回転軸に向けて曲げた形状を有する。こうした水車翼11Bは、Y軸方向の水流により回転する。水車翼11Bが回転することによって、ギアボックス22Bを介して回転シャフト13Bに連結された発電機20Bの回転シャフト(支柱21B内に配置)が回転し、発電機20Bによる発電が行なわれる。 The type of turbine is not limited to the horizontal axis type propeller turbine and can be changed arbitrarily. FIG. 17 is a diagram showing a modified example of a hydroelectric power generation module using a vertical axis type water turbine. With reference to FIG. 17, this hydroelectric module comprises a vertical axis turbine 10B. The turbine 10B includes a turbine blade 11B and a rotary shaft 13B (rotary shaft of the turbine 10B) connected to the turbine blade 11B. The turbine blade 11B is a straight blade type and has a shape in which the upper and lower tips of the blade are bent toward the axis of rotation. Such a turbine blade 11B is rotated by a water flow in the Y-axis direction. When the turbine blade 11B rotates, the rotating shaft (located in the support column 21B) of the generator 20B connected to the rotating shaft 13B via the gearbox 22B rotates, and power is generated by the generator 20B.

上記のような水力発電モジュールを前述した駆動部(回転梁110、モータ120、および架台23等)に取り付けることによって、回転梁110の回転動作により水力発電モジュールを第1の状態および第2の状態にすることができる。こうした水力発電装置においても、前述した引上げ制御および引下げ制御を行なうことで、水路を流れる異物に起因した発電能力の低下を抑制するための処理を低コストで容易に行なうことが可能になる。 By attaching the hydroelectric power generation module as described above to the above-mentioned drive unit (rotary beam 110, motor 120, pedestal 23, etc.), the hydroelectric power generation module is brought into the first state and the second state by the rotational operation of the rotary beam 110. Can be. Even in such a hydroelectric power generation device, by performing the above-mentioned pull-up control and pull-down control, it becomes possible to easily perform a process for suppressing a decrease in power generation capacity due to foreign matter flowing in a water channel at low cost.

上記の各種変形例は組み合わせて実施してもよい。また、上記実施の形態および変形例で示した構成は、適宜変更可能である。たとえば、制御装置50に必要な設定が完了している場合には、入力装置51を割愛してもよい。たとえば、引上げ制御および引下げ制御においてブレーキ装置30を使用しない場合には、ブレーキ装置30を割愛してもよい。 The above-mentioned various modifications may be carried out in combination. Further, the configurations shown in the above-described embodiments and modifications can be changed as appropriate. For example, when the necessary settings for the control device 50 are completed, the input device 51 may be omitted. For example, when the brake device 30 is not used in the pull-up control and the pull-down control, the brake device 30 may be omitted.

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed this time should be considered to be exemplary and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is shown by the scope of claims rather than the description of the embodiments described above, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.

10,10A,10B 水車、11,11A,11B 水車翼、12,12A ボス部、13,13A,13B 回転シャフト、20,20A,20B 発電機、21,21B 支柱、22,22B ギアボックス、23 架台、24,143 台座、25,141,142 支持部材、30 ブレーキ装置、41 整流回路、42 DC/DCコンバータ、43 DC/ACインバータ、50,50A 制御装置、51 入力装置、52 回転速度検出器、100 水力発電装置、110 回転梁、111,112 ベアリング、120 モータ、130 カップリング、151,152 固定具、153 固定梁、200 水路、201,202 縁部、231,232 架台部材、300 水中発電装置、301 発電ユニット、302,303 浮力調整装置、310 アンカー、320 係留索。 10,10A, 10B water turbine, 11,11A, 11B water turbine blade, 12,12A boss part, 13,13A, 13B rotary shaft, 20,20A, 20B generator, 21,21B prop, 22,22B gearbox, 23 mounts , 24,143 pedestal, 25,141,142 support member, 30 brake device, 41 rectifier circuit, 42 DC / DC converter, 43 DC / AC inverter, 50, 50A control device, 51 input device, 52 rotation speed detector, 100 hydraulic power generator, 110 rotary beam, 111,112 bearing, 120 motor, 130 coupling, 151,152 fixture, 153 fixed beam, 200 water channel, 201,202 edge, 231,232 pedestal member, 300 underwater power generator , 301 power generation unit, 302,303 buoyancy regulator, 310 anchor, 320 mooring line.

Claims (9)

水路を流れる水の力を利用して回転する水車翼を備える水車と、前記水車翼の回転力を利用して発電する発電機とを含む水力発電モジュールと、
第1の状態および第2の状態になるように前記水力発電モジュールを動かす駆動部と、
前記駆動部を制御する制御装置とを備え、
前記水車は、回転軸の周囲に複数の前記水車翼が取り付けられて構成されるプロペラ水車であり、
前記第1の状態は、前記水車翼の少なくとも一部が前記水路の水中に存在して前記水路を流れる水の力を受けて前記水車翼が回転し、前記発電機により発電が行なわれる状態であり、
前記第2の状態は、前記水車翼の少なくとも一部が前記水路の水面よりも上に存在し、かつ、前記水車に対する前記水路の水面の位置が前記第1の状態よりも低い状態であり、
前記制御装置は、前記水力発電モジュールが前記第1の状態であるときに所定の引上げ条件が成立すると、前記水力発電モジュールを前記第2の状態にするように構成され、
前記水力発電モジュールが前記第1の状態であるときに、前記水車翼に付着した異物の量が許容範囲を超えると、前記引上げ条件が成立し、
前記第2の状態における前記水車の前記回転軸と前記水路の水流方向との角度は20°以上60°以下である、水力発電装置。
A hydroelectric power generation module including a water turbine equipped with a water turbine wing that rotates by using the power of water flowing through a water channel, and a generator that generates power by using the rotational power of the water wheel wing.
A drive unit that moves the hydroelectric power generation module so as to be in the first state and the second state,
A control device for controlling the drive unit is provided.
The turbine is a propeller turbine configured by mounting a plurality of turbine blades around a rotating shaft.
The first state is a state in which at least a part of the water turbine blade is present in the water of the water channel, the water turbine blade is rotated by the force of water flowing through the water channel, and power is generated by the generator. can be,
The second state is a state in which at least a part of the water turbine blade is above the water surface of the water channel and the position of the water surface of the water channel with respect to the water turbine is lower than that of the first state.
The control device is configured to put the hydroelectric module into the second state when a predetermined pulling condition is satisfied when the hydroelectric module is in the first state.
If the amount of foreign matter adhering to the water turbine blade exceeds the permissible range while the hydroelectric power generation module is in the first state, the pulling condition is satisfied.
A hydroelectric power generation device in which the angle between the rotation axis of the water turbine and the water flow direction of the water channel in the second state is 20 ° or more and 60 ° or less .
前記制御装置は、前記水力発電モジュールが前記第1の状態であるときに前記水車翼の回転速度を監視し、単位時間あたりの前記水車翼の回転速度の変化量がしきい値を超えた場合に、前記水車翼に付着した異物の量が前記許容範囲を超えたと判断する、請求項に記載の水力発電装置。 The control device monitors the rotation speed of the water turbine blade when the hydroelectric power generation module is in the first state, and when the amount of change in the rotation speed of the water turbine blade per unit time exceeds the threshold value. The hydroelectric power generation device according to claim 1 , wherein it is determined that the amount of foreign matter adhering to the water turbine blade exceeds the permissible range. 前記水車翼の回転に制動力を与える制動装置をさらに備え、
前記制御装置は、前記制動装置を制御するように構成され、
前記制御装置は、前記水力発電モジュールが前記第1の状態であるときに前記所定の引上げ条件が成立すると、前記水力発電モジュールを前記第2の状態にするとともに、前記制動装置によって前記制動力が与えられた状態で前記水車翼を回転させる制動回転と、前記制動装置によって前記制動力が与えられていない状態で前記水車翼を回転させる非制動回転とを交互に繰り返す、請求項1または2に記載の水力発電装置。
Further equipped with a braking device that applies a braking force to the rotation of the turbine blades,
The control device is configured to control the braking device.
When the predetermined pulling condition is satisfied when the hydroelectric power generation module is in the first state, the control device puts the hydroelectric power generation module into the second state and the braking force is generated by the braking device. According to claim 1 or 2 , braking rotation for rotating the water turbine blade in a given state and non-braking rotation for rotating the water turbine blade in a state where the braking force is not applied by the braking device are alternately repeated. The described hydroelectric power generator.
前記水力発電モジュールが前記第2の状態であるときには、前記発電機の発電負荷を前記第1の状態よりも小さくする、請求項1~のいずれか1項に記載の水力発電装置。 The hydroelectric power generation device according to any one of claims 1 to 3 , wherein when the hydroelectric power generation module is in the second state, the power generation load of the generator is made smaller than that of the first state. 前記第1の状態は、前記水車翼の全部が前記水路の水中に存在して前記水路を流れる水の力を受けて前記水車翼が回転する状態であり、
前記第1の状態における前記水車の前記回転軸と前記水路の水流方向との角度は0°であり、
前記第2の状態は、前記水車翼の一部が前記水路の水中に存在して前記水路を流れる水の力を受けて前記水車翼が回転する状態であり、
前記第2の状態における前記水路の水面は、前記プロペラ水車の前記回転軸に位置し、
前記制御装置は、前記水力発電モジュールが前記第2の状態であるときに所定の引下げ条件が成立すると、前記水力発電モジュールを前記第1の状態にする、請求項1~のいずれか1項に記載の水力発電装置。
The first state is a state in which all of the turbine blades are present in the water of the water channel and the water turbine blades rotate under the force of water flowing through the water channel.
The angle between the rotation axis of the water turbine and the water flow direction of the water channel in the first state is 0 °.
The second state is a state in which a part of the water turbine blade exists in the water of the water channel and the water wheel blade rotates under the force of water flowing through the water channel.
The water surface of the water channel in the second state is located on the rotation axis of the propeller turbine.
3 . Hydroelectric power generation device described in.
前記駆動部は、
回転梁と、
前記回転梁を回転させるアクチュエータと、
前記水力発電モジュールともども前記回転梁と一緒に回転するように前記水力発電モジュールを支持した状態で前記回転梁に固定される支持台とを含み、
前記制御装置は、前記アクチュエータを制御する、請求項1~のいずれか1項に記載の水力発電装置。
The drive unit
With a rotating beam,
The actuator that rotates the rotating beam and
The hydroelectric power generation module and the support base fixed to the rotary beam in a state of supporting the hydroelectric power generation module so as to rotate together with the rotary beam are included.
The hydroelectric power generation device according to any one of claims 1 to 5 , wherein the control device controls the actuator.
請求項1~のいずれか1項に記載の水力発電装置を用いて、流水が持つ運動エネルギーを電力に変換する海流発電または潮力発電または波力発電を行なう、発電システム。 A power generation system that performs marine current power generation, tidal power generation, or wave power generation that converts the kinetic energy of running water into electric power by using the hydroelectric power generation device according to any one of claims 1 to 6 . 水路を流れる水の力を利用して回転する水車翼を備える水車と、前記水車翼の回転力を利用して発電する発電機とを含む水力発電モジュールと、
第1の状態および第2の状態になるように前記水力発電モジュールを動かす駆動部と、
前記駆動部を制御する制御装置とを備え、
前記水車は、回転軸の周囲に複数の前記水車翼が取り付けられて構成されるプロペラ水車であり、
前記第1の状態は、前記水車翼の少なくとも一部が前記水路の水中に存在して前記水路を流れる水の力を受けて前記水車翼が回転し、前記発電機により発電が行なわれる状態であり、
前記第2の状態は、前記水車に対する前記水路の水面の位置が前記第1の状態よりも低い状態であり、
前記制御装置は、前記水力発電モジュールが前記第1の状態であるときに所定の引上げ条件が成立すると、前記水力発電モジュールを前記第2の状態にするように構成され、
前記水力発電モジュールが前記第1の状態であるときに、前記水車翼に付着した異物の量が許容範囲を超えると、前記引上げ条件が成立し、
前記第1の状態における前記水車の前記回転軸と前記水路の水流方向との角度は20°以上60°以下であり、
前記第2の状態では、前記水車翼の全部が前記水路の水面よりも上に存在する、水力発電装置。
A hydroelectric power generation module including a water turbine equipped with a water turbine wing that rotates by using the power of water flowing through a water channel, and a generator that generates power by using the rotational power of the water wheel wing.
A drive unit that moves the hydroelectric power generation module so as to be in the first state and the second state,
A control device for controlling the drive unit is provided.
The turbine is a propeller turbine configured by mounting a plurality of turbine blades around a rotating shaft.
The first state is a state in which at least a part of the water turbine blade is present in the water of the water channel, the water turbine blade is rotated by the force of water flowing through the water channel, and power is generated by the generator. can be,
The second state is a state in which the position of the water surface of the water channel with respect to the water turbine is lower than that of the first state.
The control device is configured to put the hydroelectric module into the second state when a predetermined pulling condition is satisfied when the hydroelectric module is in the first state.
If the amount of foreign matter adhering to the water turbine blade exceeds the permissible range while the hydroelectric power generation module is in the first state, the pulling condition is satisfied.
The angle between the rotation axis of the water turbine and the water flow direction of the water channel in the first state is 20 ° or more and 60 ° or less.
In the second state, the hydroelectric power generation device in which all of the turbine blades are above the water surface of the water channel .
前記制御装置は、前記第2の状態において前記水車翼を振動させるように前記駆動部を制御する、請求項8に記載の水力発電装置。 The hydroelectric power generation device according to claim 8, wherein the control device controls the drive unit so as to vibrate the water turbine blade in the second state.
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