JP7514061B2 - Hydroelectric generating equipment - Google Patents
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Description
この発明は、農業用水路、上下水道、工業用水路、小河川等の水路に設置される水力発電装置に関する。 This invention relates to hydroelectric power generation equipment that is installed in waterways such as agricultural irrigation channels, water supply and sewerage systems, industrial waterways, and small rivers.
水力発電装置は、流水が持つ運動エネルギーを、発電に利用するシステムである。この水力発電装置の中で小型のものは、農業用水等の水路に設置して利用されている(例えば、特許文献1,2)。特許文献1の水力発電装置は、水車より上流側に枠部材を備え、枠部材の上流側の開口部の上方に壁部を有することで水流を集中させ、弱い水流であっても十分な発電を行える。さらには、水車より上流側に位置する枠部材の上流側開口部から下流側開口部まで開口面積を狭めることでより水流を集中させることができる。
A hydroelectric power generation device is a system that uses the kinetic energy of flowing water to generate electricity. Smaller hydroelectric power generation devices are installed in waterways for agricultural use, etc. (see, for example,
特許文献2は、入水側開口部に設けた水流増速部により流速を増大させることで、比較的小さな水流で効率的に発電可能としている。特許文献1と同様に、入水側開口部から水車による発電部手前までのケーシングを徐々に狭めることで流量を増加させている。
特許文献1は、プロペラの羽根の回転面積を枠部材の下流側開口部の面積以下とすることで、水流を効率的に受けて発電効率を上げている。枠部材の下流側開口部はプロペラの羽根の回転面積より大きく、枠部材が大形化しやすい。枠部材が大形化することで、枠部材が水流から受ける力は大きくなり、枠部材の設置コストが高くなる。また、水路内に十分な水量がない場合、発電効率を十分に高めることができない。
In
特許文献2は、流速の最も速い箇所(=水路中央)の流速を利用するために2台の水車が必要であり、装置が大形化しやすく、装置のコストが大きくなる。装置が大形化すると、狭い流路などへの利用が困難となる。
In
この発明は、上記課題を解消するものであり、その目的は、水路の大きさに関わらず、容易に運搬、組立、設置を行うことができる水力発電装置を提供することである。 This invention aims to solve the above problems and provide a hydroelectric power generation device that can be easily transported, assembled, and installed regardless of the size of the waterway.
この発明の水力発電装置は、水力を回転力に変換する翼車と、この翼車の回転により発電する発電機と、前記翼車の上流側に設置されて前記翼車に水路の水を集水する集水装置とを備えた水力発電装置であって、前記集水装置は、前記水路の水を増速して前記翼車に案内する集水板ユニットと、前記集水板ユニットを翼車に対して水路の所定距離だけ上流側に配置する集水板ガイドとを有し、前記集水板ユニットは、水の流れ方向と鉛直方向とで形成される平面で複数の集水板に分割され、この分割された集水板が前記集水板ガイドに沿って水路に挿入されている。 The hydroelectric power generation device of this invention is a hydroelectric power generation device that includes a vane wheel that converts hydraulic power into rotational power, a generator that generates electricity by the rotation of the vane wheel, and a water collection device that is installed upstream of the vane wheel and collects water from a waterway into the vane wheel. The water collection device has a water collection plate unit that increases the speed of the water in the waterway and guides it to the vane wheel, and a water collection plate guide that positions the water collection plate unit a predetermined distance upstream of the vane wheel. The water collection plate unit is divided into multiple water collection plates on a plane formed by the water flow direction and the vertical direction, and these divided water collection plates are inserted into the waterway along the water collection plate guide.
この構成によると、集水板ユニットが、流水の向きと鉛直方向とで形成される平面で複数の集水板に分割されている。これにより、水路幅が大きくなった場合でも集水板の大き
さを水路幅に合わせる必要がなく、運搬、組立、設置を容易に行うことができる。
With this configuration, the water collecting plate unit is divided into multiple water collecting plates on a plane formed by the direction of the flow of water and the vertical direction. This makes it possible to easily transport, assemble, and install the water collecting plate without having to adjust its size to the waterway width even if the waterway width becomes large.
この発明において、前記集水板が鉛直方向に対して水の流れ方向に傾斜するように、前記集水板ガイドが設置されていてもよい。この構成によれば、集水板に鉛直方向から流水の向きに角度がつく。これにより、水流により集水板を水路の底に押し付ける向きの力が加わり、集水板の設置が安定する。 In this invention, the water collection plate guide may be installed so that the water collection plate is inclined in the direction of the water flow relative to the vertical direction. With this configuration, the water collection plate is angled in the direction of the flowing water from the vertical direction. This applies a force to the water flow that presses the water collection plate against the bottom of the waterway, stabilizing the installation of the water collection plate.
この発明において、前記集水板ガイドにおける水の流れ方向の下流側である後面に、筒状の案内孔が設けられていてもよい。この構成によれば、集水板と翼車との距離が離れる場合でも、集水板の間を通る水の速度を維持して翼車の回転に効率的に利用できる。 In this invention, a cylindrical guide hole may be provided on the rear surface of the water collecting plate guide, which is downstream in the water flow direction. With this configuration, even if the distance between the water collecting plate and the impeller increases, the speed of the water passing between the water collecting plates can be maintained and efficiently used to rotate the impeller.
この発明の水力発電装置によれば、集水板ユニットが、流水の向きと鉛直方向とで形成される平面で複数の集水板に分割されているので、水路幅が大きくなった場合でも集水板の大きさを水路幅に合わせる必要がなく、運搬、組立、設置を容易に行うことができる。 According to the hydroelectric power generation device of this invention, the water collecting plate unit is divided into multiple water collecting plates on a plane formed by the direction of the flowing water and the vertical direction, so even if the waterway width becomes large, there is no need to adjust the size of the water collecting plate to the waterway width, and transportation, assembly, and installation can be easily performed.
〔第1の実施形態〕
この発明の第1の実施形態を図1ないし図5と共に説明する。
<水力発電装置全体の概略構成>
図1に示すように、この水力発電装置1は、水路2に設置され、水流による翼車の回転によって発電を行う。水路2は、農業用水路、工業用水路、小河川等であり、同図の例では水路壁がコンクリート等からなる底壁2aおよび両側の側壁2b,2bで構成されている。この水力発電装置1は、水力発電モジュール4と、この水力発電モジュール4を水路2に固定する固定部品6とを有している。
First Embodiment
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
<Overall configuration of hydroelectric power generation equipment>
As shown in Fig. 1, this hydroelectric
<水力発電モジュールについて>
水力発電モジュール4は、図2に示す翼車8と、翼車8の回転により発電する発電機10とを有している。つまり、翼車8および発電機10が固定部品6を介して水路2に固定されている。発電機10は、例えば永久磁石同期型である。発電機10は、ケース11内に収納されており、このケース11が固定部品6に固定されている。翼車8は、通常は水路2の流水中に没する状態に設けられ、水力を回転力に変換する。翼車8は、回転軸心O1が水路2の水の流れ方向と平行なプロペラ型である。翼車8は、回転軸心O1の周囲に周方向に並んで放射状に延びる複数(図示の例では5枚)の翼8aを有している。翼車8の向きは、正面が水流の上手側に向けられ、ギヤボックス12(図7)が背面に取り付けられている。
<About the hydroelectric power generation module>
The hydroelectric
翼車8の回転軸(図示せず)は、ギヤボックス12内の軸受(図示せず)により回転自在に支持されている。翼車8の回転は、ギヤボックス12内の傘歯車等のギヤ列(図示せず)によって増速される。ギヤボックスの出力軸は、上下方向に延びる支柱14内の伝達軸(図示せず)を介して発電機10の入力軸(図示せず)に接続されている。
The rotating shaft (not shown) of the
<固定部品について>
図1に示すように、固定部品6は、一対の固定具16,16と、一対の水平支持材18,18と、発電機台20とを有する。水路2の側壁2bにおける上端付近から上端部に渡り、一対の固定具16,16が固定されている。一対の固定具16,16は、水路2の幅方向に互いに対向するように設けられている。各固定具16は、例えば、断面L形のアングルである。ただし、固定具16はこれに限定されない。固定具16の水路2の側壁2bへの固定は、例えば、ボルト止めである。
<About fixing parts>
As shown in Fig. 1, the
水平支持材18は、一対の固定具16,16に支持される棒状部材であり、水の流れ方向A1である前後方向に並んで一対設けられている。つまり、各水平支持材18は、一対の固定具9,9により水路2の両側壁2bの上端間に掛け渡されている。ここで、水の流れ方向A1の上流側を前側とし、水の流れ方向A1の下流側を後側とする。この実施形態の水平支持材18は、横断面形状が四角形の角パイプである。ただし、水平支持材18は角パイプに限定されない。水平支持材18の固定具16への固定は、例えば、ボルト止めである。
The
各水平支持材18の長手方向(水路2の幅方向)の中間付近に発電機台20が固定されている。この発電機台20に、発電機10が支持されている。つまり、発電機10は、その前部と後部で各水平支持材18,18に支持されている。この実施形態では、発電機台20は水平支持材18にボルト連結され、発電機10は発電機台20にボルト(図示せず)により着脱自在に取り付けられている。ただし、発電機10および発電機台20の取り付け方法はこれに限定されない。
A
<集水装置について>
水力発電装置1は、翼車8の上流側に設置された集水装置22を備えている。集水装置22は、水路2を流れる水を翼車8に集水する。集水装置22は、水路2の水を増速して翼車8に案内する複数の集水板24を有する集水板ユニット23と、集水板ユニット23を水路2に設置する集水板ガイド26とを有している。
<About the water collection device>
The hydroelectric
<集水板について>
集水板ユニット23は、水の流れ方向A1と鉛直方向とで形成される平面Pで分割されており、分割された各集水板24が集水板ガイド26に沿って水路2に挿入されている。集水板24は、例えば、鋼製、樹脂製、木製、コンクリート製等の矩形の板部材である。各集水板24は、幅寸法および高さ寸法が同じ共通の部材である。ただし、各集水板24の寸法が異なっていてもよい。この実施形態では、図2に示すように、水路2の各側壁2b,2bから水路2の幅方向に2枚の集水板24が配置されている。つまり、合計で4枚の集水板24が設けられている。
<About the water collection plate>
The water collecting
内側の2枚の集水板24,24の間に、通水路25が形成されている。集水板24,24の間の通水路25を通る水が翼車8の周辺を通過するように、集水板24,24が設置されている。つまり、集水板24は、水路2を遮断して水路2の水を通水路25に集める。このように、集水板24によって流水の流路断面が通水路25の面積に狭められるので、翼車8を通過する水の流速が増加する。これにより、発電効率の向上を図ることができる。
A
通水路25は、正面視、つまり、水の流れ方向A1の上流側から見て、翼車8の全体が視認できる大きさに設定されている。この実施形態では、通水路25の幅方向寸法は翼車8の幅方向寸法とほぼ同じであり、通水路25の高さ方向寸法は水路2の高さとほぼ同じである。
The
<集水板ガイドについて>
集水板ガイド26は、翼車8に対して水路2の上流側に配置されている。この実施形態の集水板ガイド26は、ほぼ鉛直方向に延びる複数のガイド部材28を有し、各ガイド部材28が前側(上流側)の水平支持材18に支持されている。ガイド部材28は、例えば、板金製であり、この実施形態では、ボルト連結により水平支持材18に着脱自在に取り付けられている。ただし、ガイド部材28の材質、支持構造はこれに限定されない。
<About the Water Collection Board Guide>
The water collecting
この実施形態では、集水板24が鉛直方向に対して水の流れ方向A1に傾斜するように、集水板ガイド26のガイド部材28が設置されている。詳細には、集水板24が鉛直方向に対して水の流れ方向A1の下流側に傾斜して延びている。傾斜角度θ(図7)は、鉛直方向から5~60度、好ましくは10~45度、さらに好ましくは10~30度であり、図示の例では、約15度である。各集水板24の上部に開口27が形成されている。開口27は、水量が多い場合に、水の一部を集水板24の下流側に導く。この実施形態では、各集水板24に矩形の開口27が1つ設けられている。ただし、開口27の数、形状はこれに限定されない。また、開口27はなくてもよい。
In this embodiment, the
ガイド部材28は、各集水板24の両側部に一対設置され、集水板24を上下方向に移動可能に案内する。つまり、一対のガイド部材28,28で、1枚の集水板24が設置される集水板収納空間28aが形成されている。この実施形態では、隣接する集水板24,24間のガイド部材28は、1つのガイド部材28で2つの集水板24,24の一側部を案内している。詳細には、各側壁2b,2bから水路2の幅方向内側に等間隔に3枚のガイド部材28が配置され、3枚のガイド部材28で形成された2つの集水板収納空間28aに2枚の集水板24が挿入されている。
A pair of
各集水板24は、前述のとおり、その両側縁部が集水板ガイド26のガイド部材28,28により上下に移動可能に案内される。設置状態では、集水板24は、ガイド部材28,28の間の集水板収納空間28aに収納され、ガイド部材28,28により集水板24の幅方向への移動が規制される。
As mentioned above, both side edges of each
図3および図4は、図1および図2の水路2よりも水路幅Wが広い水路2に、この実施形態の集水装置22を適用した例を示す。図3および図4の例では、水路2の各側壁2b,2bから水路2の幅方向に3枚の集水板24が配置されている。つまり、合計で6枚の集水板24が設けられている。詳細には、各側壁2b,2bから水路2の幅方向内側に等間隔に4枚のガイド部材28が配置され、4枚のガイド部材28で形成された3つの集水板収納空間28aに3枚の集水板24が挿入されている。
Figures 3 and 4 show an example in which the
このように、水路幅Wが変わっても、集水板24の枚数を変更することで対応できるので、集水板24の1枚あたりの大きさを変更する必要がない。これにより、集水板24の運搬、組立、設置が容易である。
In this way, even if the water channel width W changes, it can be accommodated by changing the number of
<集水装置の水路への設置手順について>
図5を用いて、この実施形態の集水装置22の水路2への設置手順を説明する。まず、翼車8、発電機10および集水板ガイド26を、固定部品6を介して水路2に設置する。
<Procedure for installing the water collection device in the waterway>
5, a procedure for installing the
つぎに、図5(a)~(c)に示すように、クレーン等を用いて、1枚の集水板24を
上方から水路2へ設置する。具体的には、上方から集水板ガイド26のガイド部材28,28に集水板24の両側縁部を案内させながら、集水板収納空間28aに集水板24を挿入する。他の集水板24についても、同様の手順で水路2に設置される。
5(a) to 5(c), one
このように、この実施形態によれば、集水板24を1枚ずつ設置することができる。また、幅の小さな集水板24を集水板ガイド26に沿わせるように設置することで、水が流れている中でも容易に集水板24を設置することができる。
In this way, according to this embodiment, the
<作用効果>
図1に示す水力発電装置1によれば、集水板24の通水路25を通過した水が翼車8に集水されることによって、翼車8が回転する。この翼車8の回転により発電機10が発電する。このとき、集水板24により流水の流路断面が通水路25の面積に狭められるので、翼車8を通過する水の流速が増加する。したがって、発電効率を高めることができる。
<Action and effect>
According to the hydroelectric
上記構成によれば、集水板ユニット23が、水の流れ方向A1向きと鉛直方向とで形成される平面Pで複数の集水板24に分割されている。これにより、水路幅Wが大きくなった場合でも集水板24の大きさを水路幅に合わせる必要がなく、運搬、組立、設置を容易に行うことができる。
According to the above configuration, the water
また、集水板24が鉛直方向に対して水の流れ方向A1に傾斜するように、集水板ガイド26が設置されている。これにより、集水板24に鉛直方向から流水の向きに角度がつく。したがって、水流により集水板24を水路2の底に押し付ける向きの力が加わり、集水板24の設置が安定する。
The water
〔第2の実施形態〕
この発明の第2の実施形態を図6ないし図7と共に説明する。第2の実施形態において、第1の実施形態と同じ構成には同一の符号を付して説明を省略する。第2の実施形態では、図6に示すように、集水板24に、通水孔30が形成されている。
Second Embodiment
A second embodiment of the present invention will be described with reference to Figures 6 and 7. In the second embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. In the second embodiment, as shown in Figure 6, a
集水板24は、水路2を遮断して水路2の流水を通水孔30に集める。つまり、集水板24により流水の流路断面が通水孔30の面積に狭められるので、翼車8を通過する水の流速が増加する。これにより、発電効率の向上を図ることができる。
The
この実施形態の通水孔30は、丸孔からなる貫通孔であり、その直径は、翼車8の直径と同じか、あるいは翼車8の直径より大きい。また、通水孔30は、集水板24が水路2に設置された状態で、翼車8の回転軸心O1と同心となる位置に形成されている。換言すれば、翼車8および集水板24が水路2に設置された状態において、翼車8に対して同一の深さ位置で且つ同一の幅方向位置に、集水板24の通水孔30が位置する。
The
この実施形態では、水路2の幅方向全体に渡って、複数(この例では6枚)の集水板24が配置されており、この複数の集水板24に、通水孔30が形成されている。詳細には、各集水板24が、上半板24aと下半板24bとを有し、上半板24aの下縁と下半板24bの上縁とに切欠き部が形成されている。集水板24の設置状態で、これらの切欠き部により通水孔30が形成される。この実施形態では、各集水板24を水路2に設置する際、まず下半板24bを設置し、つづいて上半板24aを設置する。
In this embodiment, multiple water collecting plates 24 (six in this example) are arranged across the entire width of the
さらに、図7に示すように、集水板ガイド26における水の流れ方向A1の下流側である後面に、案内孔32が設けられている。この実施形態の案内孔32は、円筒状のパイプ36により形成されている。案内孔32は、例えば、集水板ガイド26に溶接で接合される。ただし、案内孔32の固定方法はこれに限定されない。
Furthermore, as shown in FIG. 7, a
案内孔32は、通水孔30と翼車8との間に配置されており、通水孔30を通過した水を翼車8に案内する。案内孔32の直径は、翼車8および通水孔30の直径とほぼ同じに設定されている。また、案内孔32は、集水板24が水路2に設置された状態で、翼車8の回転軸心O1と同心となる位置に設けられている。換言すれば、翼車8および集水板24が水路2に設置された状態において、翼車8に対して同一の深さ位置で且つ同一の幅方向位置に、案内孔32が位置する。
The
この実施形態では、固定部材6と集水板ガイド26との間に、複数の補強部材34が架け渡されている。補強部材34は、例えば、棒状の板材であり、その上端が固定部材6に連結され、下端が集水板ガイド26の下部に連結されている。補強部材34と固定部材6との連結および補強部材34と集水板ガイド26との連結は、例えば、ボルト連結である。ただし、補強部材34の連結方法はこれに限定されない。補強部材34で補強することにより、案内孔32を集水板ガイド26に設けた場合でも、集水板ガイド26の支持が安定する。
In this embodiment, multiple reinforcing
<作用効果>
図6の水力発電装置1によれば、集水板24の通水孔30を通過した水が翼車8に集水されることによって、翼車8が回転する。この翼車8の回転により発電機10が発電する。このとき、集水板24により流水の流路断面が通水孔30の面積に狭められるので、翼車8を通過する水の流速が増加する。したがって、発電効率を高めることができる。
<Action and effect>
According to the hydroelectric
第2の実施形態によっても、第1の実施形態と同様に、集水板24を水路2に容易に設置することができる。さらに、第2の実施形態によれば、集水板ガイド26の後面に案内孔34が設けられている。これにより、集水板24と翼車8との距離が離れる場合でも、案内孔34により集水板24の間を通る水の速度が維持される。したがって、速度の増加した水流を利用して翼車8を回転できる。
As with the first embodiment, the second embodiment also allows the
本発明は、以上の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。例えば、上記実施形態では、集水板ガイド26は、集水板24が鉛直方向に対して水の流れ方向に傾斜するように設置されていたが、集水板24が鉛直方向に延びるように集水板ガイド26を設置してもよい。また、通水孔30の直径が翼車8の直径より小さくてもよい。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。
The present invention is not limited to the above embodiment, and various additions, modifications, or deletions are possible without departing from the scope of the present invention. For example, in the above embodiment, the water
1 水力発電装置
2 水路
8 翼車
10 発電機
22 集水装置
23 集水板ユニット
24 集水板
26 集水板ガイド
32 案内孔
Claims (3)
前記集水装置は、前記水路の水を増速して前記翼車に案内する集水板ユニットと、前記集水板ユニットを翼車に対して水路の所定距離だけ上流側に配置する集水板ガイドとを有し、
前記集水板ユニットは、水の流れ方向と鉛直方向とで形成される平面で複数の集水板に分割され、この分割された集水板が前記集水板ガイドに沿って水路に挿入され、
前記水路の各側壁からそれぞれ前記水路の幅方向に複数の前記集水板が配置され、
前記翼車と前記発電機が、前記水路の両側壁の上端に掛け渡された水平支持部材に支持され、
前記集水板ガイドが、鉛直方向成分を含む方向に延びる複数のガイド部材を有し、
前記ガイド部材が、前記水平支持部材に支持されている水力発電装置。 A hydroelectric power generation device including: a blade wheel that converts hydraulic power into rotational power; a generator that generates electricity by the rotation of the blade wheel; and a water collecting device that is installed upstream of the blade wheel and collects water from a waterway into the blade wheel,
The water collecting device includes a water collecting plate unit that accelerates the water in the waterway and guides it to the impeller, and a water collecting plate guide that positions the water collecting plate unit a predetermined distance upstream of the impeller in the waterway,
The water collecting plate unit is divided into a plurality of water collecting plates on a plane formed by the water flow direction and the vertical direction, and the divided water collecting plates are inserted into the water channel along the water collecting plate guide,
A plurality of the water collecting plates are arranged in the width direction of the water channel from each side wall of the water channel,
The impeller and the generator are supported by horizontal support members suspended across the upper ends of both side walls of the waterway,
The water collecting plate guide has a plurality of guide members extending in a direction including a vertical component,
A hydroelectric generating device, wherein the guide member is supported by the horizontal support member.
3. The hydroelectric generating apparatus according to claim 1, wherein a cylindrical guide hole is provided in a rear surface of said water collecting plate guide, said rear surface being on the downstream side in the direction of water flow.
Priority Applications (4)
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