JP7274895B2 - 水力発電装置用集水装置および水力発電装置 - Google Patents
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Description
通水孔を有し前記水路の流水を前記通水孔に集める集水板を備え、この集水板の前記通水孔の面積が、前記水車翼の外周縁部を通る円の面積より小さい。
前記「0.75倍~0.98倍」とは、0.75倍以上0.98倍未満と同義である。
この場合、通水孔を通過する水流の量を十分に確保し、通水孔から出る水流の全てを水車翼に当てることができ、より効率良く水流のエネルギーを利用できる。通水孔の半径が水車翼の回転半径の0.75倍未満の場合、水車翼にかかる疲労強度が大きくなり、出力電力が安定せず機械体への負担が大きい。
この発明の実施形態に係る水力発電装置用集水装置および水力発電装置を図1ないし図4と共に説明する。
<水力発電装置全体の概略構成>
図1~図4に示すように、この水力発電装置は、例えば、河川、用水路等の流水のある水路1に設置され、水車翼2の回転を受けて発電を行う。水路1は、例えば、それぞれコンクリート等から成る底面部1aおよび両側の側壁面部1bで構成される。各図の例では、底面部1aに対して側壁面部1bが垂直になっているが、側壁面部1bは斜めになっていてもよい。また、底面部1aと側壁面部1bの角部が図のような直角状でなく、底面部1aと側壁面部1bとが曲面で繋がっていてもよい。水力発電装置は、水力発電モジュール3と、この水力発電モジュール3を支持する支持部材4と、後述する集水装置5とを備える。
図3および図4に示すように、水力発電モジュール3は、水車翼2、およびこの水車翼2の回転により発電する発電機6を有する。
水車翼2は、水路1(図1)の流水中に浸かる状態で設置され水力を回転力に変換する。水車翼2は、回転軸心(回転中心)が流水の流れる方向と平行なプロペラ型である。水車翼2は、回転軸心に設けられるハブ2aと、このハブ2aの外周面から半径方向外方に放射状に延びる複数(例えば5枚)のブレード2bとを有する。各ブレード2bの先端部は、上流側に向けて傾斜している。
発電機6は、例えば、永久磁石同期型、誘導型等の三相交流発電機、または単相交流の発電機である。発電機6の入力軸6aが支持筒7内に延び、支持筒7内において、入力軸6aの下端と動力伝達軸8の上端とが、図示外の回転連結具を介して同軸に連結されている。動力伝達軸8の軸心と前記回転軸の軸心とは互いに直交するように配置されている。動力伝達軸8は、支持筒7内の軸受(図示せず)により、この支持筒7に回転自在に支持されている。したがって、前記回転軸の回転が動力伝達軸8および入力軸6aに伝達されることで、発電機6が発電する。
図1に示すように、支持部材4は、一対の固定具9,9と、水平支持材10と、発電機台11とを有する。水路1の側壁面部1bにおける上端付近から上端部に渡り、一対の固定具9,9が水路幅方向に互いに対向するように固定されている。各固定具9は、例えば、断面L形のアングル等から形成される。水平支持材10は、一対の固定具9,9に支持される棒状部材であり、よって水平支持材10は、一対の固定具9,9により水路1の両側壁面1bの上端間に掛け渡される。水平支持材10の長手方向中間付近に発電機台11が固定され、この発電機台11に発電機6が支持されている。
図1~図4に示すように、集水装置5は、水車翼2の上流側に設置され前記水車翼2に水路1の水を集水する。集水装置5は、集水板12と、水路1の両側部に設置されて集水板12を上下に移動可能に案内する集水板ガイド13,13とを有する。集水板12は、例えば、鋼製、樹脂製、木製またはコンクリート製等の矩形状の板部材であり、通水孔12aを有し水路1を遮断して水路1の流水を通水孔12aに集める。つまり集水板12により流水の流路断面が通水孔12aの面積により狭められるため、水車翼2を通過する水の流速が増加し、発電効率を高め得る。
以上説明した集水装置5および水力発電装置によれば、集水板12の通水孔12aを通過した水を水車翼2に集水することによって、水車翼2が回転し、この水車翼2の回転より発電機6が発電する。通水孔12aから出る水流の流速は、集水板12よりも上流を流れる水流の流速より速く、水車翼2を効率的に回転することができる。特に、集水板12の通水孔12aの面積が、水車翼2の外周縁部2baを通る円Crの面積、いわゆる回転面積より小さいため、通水孔12aから出る水流の全てを水力発電装置の翼に当てることができ、水流のエネルギーを無駄なく利用することができ従来技術よりも発電効率を高めることができる。特に、通水孔12aの半径を水車翼2の回転半径の0.75倍~0.98倍にしているため、通水孔12aを通過する水流の量を十分に確保し、通水孔12aから出る水流の全てを水車翼2に当てることができ、より効率良く水流のエネルギーを利用できる。
集水板12は、この最大高さHを、水路1の深さH1よりも低くしたため、水車翼2の上流側の水路1の水位が上昇しても、水が集水板12を超えて流れるようになり、水路1から水が溢れることを未然に防止することができる。
以下の説明においては、各実施の形態で先行して説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している形態と同様とする。同一の構成から同一の作用効果を奏する。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。
この集水装置5Aでは、集水板12の外周縁部から上流側に延びる矩形枠状の枠部材18が取り付けられている。枠部材18における両側壁部18a,18aは、上流側に向かうに従って互いに幅広となる方向に傾斜する。また枠部材18における下側壁部18bは、上流側に向かうに従って下方向に傾斜する。
図9は、通水孔と翼先端との距離に対する発電電力の比較を示す図である。通水孔の直径が翼直径未満(グラフ中「1」未満の線)の場合と、通水孔の直径が翼直径以上(グラフ中「1」以上の線)の場合との、発電電力を比較している。通水孔径比(=通水孔直径/翼直径)が「0.75」の場合と「0.74」の場合とで発電電力に差はない。
通水孔径比(=通水孔直径/翼直径)が「1」に近い場合、発電電力の分散が小さい。すなわち、安定した発電電力が得られ、翼にかかる疲労荷重も小さく機械体への負荷も小さい。通水孔径比が「0.75」と「0.74」とは、発電電力の分散が大きく、通水孔径比「0.74」は発電電力が最大となる通水孔と翼先端との距離で分散が大きい。すなわち発電電力が安定せず、翼にかかる疲労荷重が大きくなり機械体への負担が大きい。
集水板ガイド13を無くし、集水板12を水路1に固定的に設置してもよい。
枠部材18がある集水装置5Aにおいて、例えば、水路全体を遮断せずに流路途中に集水装置5Aを設置してもよい。
枠部材18がある集水装置5Aにおいて、筒状部材14を省略することも可能である。
Claims (5)
- 水路に浸かり水力を回転力に変換する水車翼と、この水車翼の回転により発電する発電機とを備えた水力発電装置に用いられ、前記水車翼の上流側に設置されて前記水車翼に前記水路の水を集水する水力発電装置用集水装置であって、
通水孔を有し前記水路の流水を前記通水孔に集める集水板を備え、この集水板の前記通水孔の面積が、前記水車翼の外周縁部を通る円の面積より小さく、前記集水板の外周縁部から上流側に延びる矩形枠状の枠部材が設けられ、前記集水板の下流側の面に、前記通水孔の周縁部から下流側に円筒状に延びる筒状部材が取り付けられている水力発電装置用集水装置。 - 請求項1に記載の水力発電装置用集水装置において、前記通水孔の形状を前記集水板の正面視で円形とする水力発電装置用集水装置。
- 請求項2に記載の水力発電装置用集水装置において、前記通水孔の中心と前記水車翼の回転中心とを一致させた水力発電装置用集水装置。
- 請求項2または請求項3に記載の水力発電装置用集水装置において、前記通水孔の半径を前記水車翼の回転半径の0.75倍~0.98倍にする水力発電装置用集水装置。
- 前記水車翼と、前記発電機と、請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の水力発電装置用集水装置とを備えた水力発電装置。
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