200925409 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本案發明係關於在農業用水渠中所設置的簡易設置型流水 _ 式水力發電裝置。 • 【先前技術】 水力發電所使用的水車，依照水落差高低的順序，而使用衝 擊式水車、反動式水車及重力式水車。其中，在落差較低的水 ❹ 渠等處所使用的水車將屬於重力式水車的範疇内，亦稱「開放 型下掛式水車」。 該開放型下掛式水車（流水式水車）的水力發電使用例，有如 網 路上 所揭示 （http : //www2.tba. t-com.ne. jp/hmc/Turbine/Turbinel.html)，在 該網頁有介紹：「水車直徑為大約4〜7m程度而非常大，於使用 微型發電（micro power generation)—詞將給予反感印象。葉 ❹片的寬度將與設計流量成正比的變大。就最大級的水車已有製 作出落差2m、流量l〇m3/s、輸出100kw等的裝置。該水車的 寬度據說確實達l〇m左右。（省略）亦有具流量調整功能的水 車。在緊靠水車的上游侧設置流量調整閘，配合水量變化而調 ，整開開度’係經常依最佳落差進行運轉的方法。該閉係屬於由 下向上舉升的溢流式者。即，若流量變少，上游水位便下降， 檢測出該水位降低情形，使閘上升而提高水位，俾將流入水車 中的落差控制為-定。此外，水車亦設有在旋轉方向上導㈣ 97130630 4 200925409 量的導引葉片，而對提高效率下工夫。綜合效率雖較差於其他 的水車，但大_可保持60%左右。此形式的水車常被稱『古 典水車』、『古早水車』等，現今的水車已就葉片形狀進行改良， 相關控制方面亦採取尖端科技。曰本目前幾乎沒有製造此種正 宗的水車發電裝置。日核使㈣係如在前錄面貌的水車 上安裝發電機，並進行2〜3kW程度的發電。」。 另一方面，農業基礎設施整備計晝已健全的今日具有既定 ❹規格的農業用水渠已遍佈各處，對農業灌溉的普及具有貢獻。 此種水渠寬度大概規格化為4m程度的農業用水渠，以經常為 流量10m3/s程度的水量，且保持一定水位的狀態進行規格化 整備。然而，該既定規格的農業用水渠僅專屬利用於農業灌溉 而已，對除此以外的用途則尚未整備，更何況並無發現相關在 該農業用水渠中簡易設置的流水式水力發電裝置之先前文 獻’畢竟以水力發電為目的之農業用水渠流速分佈數據亦尚未 ® 發現。 [非專 利文獻 l]http ： //www2. tba. t-com. ne. jp/hmc/Turbine/Turbinel. html 【發明内容】 (發明所欲解決之問題） -但是’即使流量為l〇m3/s程度，在水渠寬度大概4m程度的 上述規格化農業用水渠中’仍無法使用前述[非專利文獻1]所 記載的水車寬度為1 Om的流水式水車。假設將水車寬度變更為 97130630 5 200925409 農業用水渠的寬度，水車的直徑仍有4〜7m，則必需在現場進 行組裝，不僅在設置上將頗費手續，而且當檢討此種成本效應 時，是否能成為適於實用的發電輸出亦屬未知。 " 緣是，本案發明目的在於提供：組裝、解體均容易，可簡單 "地設置於農業用水渠中’並可獲得適於實用之發電輸出的簡易 設置型流水式水力發電裝置。 (解決問題之手段） ❹ 為能達成上述目的’本案申請人經深入鑽研的結果，獲得藉 由具備有既定形狀葉片與片數的水車，便可達上述目的之認 識。 本案發明餘據上述賴而絲，本㈣請專利範圍第（項 的簡易設置型流水式水力發電裝置，其特徵在於：在農業用水 渠中所設置的旋雜係由水平的水平㈣水車、與在該水車上 ❹ 所連接設置的發電機構成；上述水車的旋轉直徑係約⑸，而 該水車係具财長邊方向平行於上述水平㈣4 、6片或8 ^長方形平板狀葉片；上述㈣沉沒於上述農業用水渠中的深 又係大致與該葉片的短邊長度一致。 雪=，本案申請專利範圍第2項的簡易設置型流水式水力發 就申#專利範圍第】項所記载的簡㈣置型流水式 整體2裝置’其中’在上述料的前端部具備有該葉片長邊 朝上漱壯游方向料呈直肖的絲，並且在二端部具備有於 '方向彎折呈直角的略矩形側板；在上述側板間的上述葉 97130630 200925409 片表面上，於大致等間隔且平行於該側板並朝上游方向突出設 置有複數略矩形隔間板。 再者，本案申請專利翻第3項_易設置顏水式水力發 電裝置，係就申請專利範圍第1項或申請專利範圍第2項所記 載的簡易設置型流水式水力發電裝置，其中，上述水車的葉片 係6片；上述葉片的長邊長度係上述農業用水渠寬度的約 75% ;上述葉片的短邊長度係約Q.45m ;上述底板及上述側板 ❹朝上游方向的突出長度係約〇.3〇m;而從側面觀看上述葉片 時，上述隔間板係收容於該侧板内。 再者’本案中請專繼，4項_易設置難水式水力發 電裝置，係就申請專利範圍第！項至申請專利範圍第3項所記 載的簡易設置型流水式水力發電裝置，其中，上述水車係由在 上述農業用水渠左右二側壁頂端所架設的2支水平樑而懸吊 著，且該水平樑對該側壁為可裝卸；該水平樑具備有調整相對 〇 於上述侧壁頂端之位準的高度調整工具。 再者，本案申請專利範圍第5項的簡易設置型流水式水力發 電裝置，係就申請專利範圍第1項至申請專利範圍第4項所記 載的簡易設置型流水式水力發電裝置，其中，上述水車的高度 ' 係水車旋轉直徑約2m ;上述水車平行於上述農業用水渠的長 - 度係2支水平樑外端間之距離約2.25m ;上述水車正交於上述 農業用水渠的寬度係該農業用水渠寬度+約〇. 6m。 再者，本案申請專利範圍第6項的簡易設置型流水式水力發 97130630 n 200925409 電裝置，係申請專利範圍第丨項至申請專利範圍第5項中任一 項所記載的簡易設置型流水式水力發電裝置，其中，在上述農 業用水渠左右二侧壁頂端所架設的2支水平樑下端，將跨設有 平面式地圍繞上述水車且旋轉自如地軸支的矩形框架；該矩形 框架平行於該2支水平樑的一邊係由該2支水平樑其中一者旋 轉自如地軸支’且平行於該2支水平樑的另一邊係由該2支水 平樑的另-者懸吊，可將該水車相對上述農業用水渠的高度固 ❹ 定於所需位置。 (發明效果） 本案發明祕水車的長方料板狀葉片設為4片、6片或8 片的偶數片。因而，水車將可平衡佳地滑順旋轉，在水車旋轉 中經常有複數葉片存在於水中。此外，將葉片設為6片時，可 將由先前葉片所產生的水旋渦對後面葉片所造成影響，抑制為 最小極限，便不會大幅降低水流的特性，且，葉片在水上側的 ©表面有突設著侧板與隔間板，而效率佳地保持著水，因而可有 較大的發電輸出。 本案發_水車大小係設定為高度約2崎度約2 25似寬 度（農業用水渠寬度+約0.㈤。因為大多數的農業用水渠寬度 -係4m程度，因而常用的水車大小便設定為高度約2mx長度約 • 寬度約仏。此尺寸係屬於車輛安全基準之貨物限制 尺寸之寬2· 2mx長5. 5mx高度2. 3m以内的尺寸，且將重量役定 在2, 0_以内，便可由普通卡車載運並在公路上進行運搬。 97130630 〇 200925409 此外，因為該水車係由2支水平襟懸吊，且該水平襟係對農業 用水渠側壁呈可裝卸狀態，因而： ⑴㈣針錢频觀場，制㈣W車便可在 紐B夺間成置於農業用水渠中，且拆卸並搬出亦可在短時間内完 ' 成。 ⑵可在*會損毁農業財駄農業帛水渠蘭之情況下進 行設置’就水力發電裝置_定並不需要制的加工。 ❹ （3)#在現場進行組裝時，將可在不需要制加工的情況 下，僅將發電機連接於水車，便可完成水力發電震置的設置。 因為將水車葉片的長邊長度設定為農業用水渠寬度的約 75% ’將#>{的短邊長度狀為約Q. 45m，料葉片上具備有 底板與侧板，因而能有效利用水流能量。即葉片的長邊長度係 依照農業用水渠的寬度而決定，因為水的黏性，在接觸到農業 用水渠側壁的部分將屬流速最小處，而中央部分則屬最大處。 © _藉由將料的長邊長度設定為農_水渠寬度的約？5%， 便可利用流速較大的部分，且因為成為在葉片左右設置有效面 積（cb _)狀態’ _將促進通過水車的水流動能之恢 復，且在農業用水财流動的垃圾等將不會糾纏於水車上。此 外水車葉片的短邊長度將對沈沒水中的深度有大幅影響，本 .案發明中’因為能符合車柄安全基準的水車大小，其亦將旋轉 直徑設為約2m，因而若增加水車葉片沈沒水中_度，則突 入水中的葉片與水面間的接觸角度將變小，在與水之間的接觸 97130630 9 200925409 :二加’而發生聲音與竣渦，反而將有不會增加使水車旋 ====;另—方面’若沈沒水中的深度較淺，則沈沒 水中的葉片面積便將變小，阻力將變 短邊長度設定為約0.45m，便可在將水車^藉由將葉片的 ,Ida ^ , 灰轉直徑設定為約2m 的限制内’增加沈沒水中的葉片阻力，亦可因應❿程度上 下的農業用水渠水位變動。
Ο 因為懸吊著水車的2支水平樑係具備有相對農業用水渠側 壁的頂端進行位準調整的高度調整工具，因而可將設置於農業 用水渠中時的水車葉片沈沒水中深度設為最佳狀態。另外，所 謂高度調整卫具係可在水平樑與農業用水渠側壁頂端之間插 入板，亦可在斜財鎖人料㈣栓，錢轉端抵接 於農業用杨的㈣頂端，藉由調整該位準調整㈣栓的鎖入 長度LX平樑相對於農業用水雜壁頂端的高度進行調 整。 在農業用水渠左右的二側壁頂端上所架設的2支水平標下 端’跨設著財水車的矩雜架，職歸框架本體設為旋轉 自如便可將相對農業用水渠的水車高度固定於所需位置，因 而不管農業用水渠的水位如何’均可將水車葉片的沈沒水中深 度形成最佳狀態。 【實施方式】 首先’針對本案發明實施例1及實施例2的構造及設置方 法，根據圖1至圖7進行說明。另外，圖丨所示係實施例工的 97130630 10 200925409 簡易設置型流水式水力發電裝置立體圖’圖2所示係實施例1 的簡易設置型流水式水力發電裝置側視圖，圖3所示係實施例 1的簡易設置型流水式水力發電裝置正視圖，圖4所示係實施 例1的簡易設置蜇流水式水力發電裝置俯視圖，圖5所示係實 • 施例1的簡易設置型流水式水力發電裝置在農業用水渠中的 安裝狀況圖，圖6所示係將2台實施例1的簡易設置盤流水式 水力發電裝置，安裝於農業用水渠中的狀況立體圖’圖7所系 ❾ 係實施例2的簡易設置型流水式水力發電裝置側視圖° 圖1至圖7中’元件符號1係實施例1的簡易設置型流水式 水力發電裝置’元件符號2係實施例2的簡易設置型流水式水 力發電裝置，元件符號3係水車，元件符號6係發電機’元件 符號20係旋轉體，元件符號21係旋轉軸，元件符號23係輪 幅，元件符號25係葉片，元件符號27係底板，元件符號29 係側板，元件符號31係隔間板，元件符號33係聯結棒，元件 © 符號35係大滑輪，元件符號40係支撐體，元件符號41係水 平樑’元件符號43係水平輔助樑，元件符號45係懸吊材，元 件符號47係橫樑，元件符號49係軸承板，元件符號51係高 度調整工具，元件符號53係矩形框架，元件符號531係水平 樑平行構件，元件符號532係水平樑正交構件，元件符號55 • 係起重器，元件符號61係發電機本體，元件符號63係小滑輪， 元件符號65係皮帶’元件符號67係電力傳輸器，元件符號 8〇係農業用水渠，元件符號81係側壁，元件符號83係流水。 97130630 11 200925409 [實施例l] 首先，針對實施例1的簡易設置型流水式水力發電裝置1之 構造，根據圖1至圖6進行說明。 簡易設置型流水式水力發電裝置1主要係由水車3與發電機 6構成’且，水車3主要係由旋轉體20、與支撐著旋轉體2〇 的支撐體40構成。 ❹ ❹ 構成水車3的旋轉體20係由下述構件構成：圓筒狀水平材 的旋轉轴21 ;從旋轉軸21二側正交而呈輻射狀延伸的6對輪 幅23、23、…；在分別在1對輪幅23前端依其長邊方向平行 於旋轉軸21之方式而固接的長方形平板之6片葉片沾、 25、…·，在葉片25前端部依將葉片25長邊朝與旋轉體2〇旋 轉方向的反方向（即上游方向）彎折的狀態，正交於葉片沾並 固接的底板27 ;在葉片25二端部，依將葉片⑵朝旋轉體如 旋轉方向的反方向（即上游方向）彎折的狀態，正交於葉片託 並固接的側板29 ;在葉片25的中間部依與侧板约同方向且 等間隔固接的3片隔間板31、31、…；在埜y " 你果片巧二端部且將 侧板29間相連結的聯結棒33 ;以及在旋轉站 将釉21 一端而正交 於旋轉轴21並固接的環狀大滑輪35。然德，嫌丄 _ 、 稱成旋轉體20 的旋轉軸21、6對輪幅23、23、…、6片垫口 0 门果月25、25、…、 侧板29、聯結棒33及大滑輪35，將一體地進行旋轉 ··、 實施例1中，旋轉體20的旋轉直徑係2m，_ 4IU jj# * ^ JU' 為簡易設置型流水式水力發電裴置l的高度。然 取 “、、设’長方形葉 97130630 200925409 片25的長邊長度係相當於農業用水渠8〇寬度4m之的把， 長方形葉片25的短邊長度係〇.45m。 再者，葉片25前端部朝上游方向呈直角彎折的底板打，朝 該上游方向的突出長度係〇.3〇m，葉片25二端部彎折的侧板 29，在從侧面所觀看到的形狀係呈朝旋轉體20中心且其寬度 逐漸變狹窄之近似矩形的梯形，梯形的底邊長度係與底板27 的，出長度相同，而為0. 30m。此外，在侧板29與侧板烈間 ❹的葉片25表面上，等間隔的3片隔間板3卜3卜·.·將朝側板 29突出設置方向的相同方向突出設置，從側面觀看到的形狀 系呈朝方疋轉體2〇中心且其寬度逐漸變寬之近似矩形的梯形， 從彳]面觀看葉片25時，即從農業用水渠的侧壁81觀看時， 隔間板31的形狀係較小於侧板29的形狀，且呈收容於侧板 29内的狀態。 構成水車3的支撐體40係由：跨設於農業用水渠80二側壁 © 81間的1對水平樑4卜4卜從水平樑41經由丨對懸吊材 奶、45平行地懸吊著i對水平輔助樑43、❹、及正交於丄對 水平輔助襟43、43而跨設的1對橫樑47、47、以及從i對橫 樑4W7的中央部垂設的i對軸承板49、如構成。所以，利 用1對轴承板49、49將旋轉軸21二端部旋轉自如地轴支’使 . 旋轉體2〇本身可旋轉自如。 實施例1中，因為假設農業用水渠80的究度係4ιη，因而將 水平樑41的長度設為4. 6m。此4. 6m將可直接成為簡易設置 97130630 13 200925409 型流水式水力發電裝置1的長度。然後，1對水平樑41、41 間的距離係2.25m，將成為簡易設置型流水式水力發電裝置1 的寬度。 發電機6係由：發電機本體61、與小滑輪63構成’發電機 • 本體61係固接於支撐體40上，小滑輪63係經由皮帶65速動 於大滑輪35的旋轉。 然後’藉由發電機6與水車3 —體化’簡易設置型流水式水 〇 力發電裝置1整體的高度X長度X寬度便為2mx4.6mx2.25in，益 且簡易設置型流水式水力發電裝置1本體的重量亦將在 2, 000kg 以下。 在此，針對簡易設置型流水式水力發電裝置1的設置例依序 進行說明。 (1) 整體的高度X長度X幅為2mx4 6mx2 25m，總重量2 〇〇〇kg 的簡易ax置型流水式水力發電裝置1係由普通卡載運並搬送 至現場。 (2) 經搬人現場的簡易設置型流水式水力發電裝置卜將利 用小型吊車等進行吊下’將2支水平樑4卜41跨設於農業用 水渠80兩岸的侧壁81上。 ' ⑶所跨設的2支水平樑4卜41將依葉片25之對流水83的 沈沒水中深度，大約與葉片25的短邊長度-致之方式，利用 高度調整工具51進行值準調整後，而固定於側壁81上。另外’ 2支水平樑4卜41之對側壁81的吊置公差係約略〇. 3m。 97130630 200925409 經由以上的順序，簡易設置型流水式水力發電裝置1設置於 農業用水渠80中，經由葉片25獲得流水83的動能，方疋轉體 20便連續旋轉。隨旋轉體20的旋轉，大滑輪35將旋轉，大 • 滑輪35的旋轉將經由皮帶65傳動給小滑輪63 ’並使發電機6 • 產生作用而發電。 圖6所示係將2台簡易設置型流水式水力發電裝置1直線排 列而設置於農業用水渠80中的例子，利用2台簡易設置型流 0 水式水力發電裝置1進行發電的電力，將經由電力傳輸器67 輸送至既定場所。另外’如圖6所示’在同一農業用水渠中設 置複數台簡易設置型流水式水力發電裝置1、1、…時’簡易 設置型流水式水力發電裝置1的設置間隔’由於係在必需使通 過簡易設置型流水式水力發電裝置1的流水83動能恢復之情 況下，最低極限必需為所設置農業用水渠寬度的2· 5倍間隔。 具體而言，當農業用水渠寬度為4m時，簡易設置型流水式水 〇 力發電裝置1的設置間隔便為10m，農業用水渠的長度為l〇〇m 時，將可設置11台簡易設置型流水式水力發電裝置1。 [實施例2] 接著，針對實施例2的簡易設置型流水式水力發電裝置2之 構造進行說明，簡易設置型流水式水力發電裝置2係大致如同 簡易設置型流水式水力發電裝置1的構造，不同處在於水車3 的軸支部分，在此主要針對簡易設置型流水式水力發電裝置2 的轴支部分之構造與其作用，根據圖7進行說明。 97130630 15 200925409 簡易設置型流水式水力發電裝置的水車3，係俯視觀看將呈 圍繞著矩形框架53狀態，該矩形_53係由：分別平形於工 對水平樑4卜41的1對水平樑平行構件531、531、以及在工 ‘對水平樑平行構件531、531的二端部跨設之i對水平襟正交 • 構件532、532構成。然後，利用從水平樑正交構件532、532 中央部垂設的1對軸承板，旋轉轴21的二端部將被旋轉自如 地軸支，俾使旋轉體20本體可旋轉自如。 ❹ 矩形框架53的下游側係旋轉自如地由位於下游侧的水平樑 41所軸支’且矩形框架53的上游側從位於上游侧的水平樑41 上所設置起重器55，介由鋼索進行懸吊，藉由該起重器邸而 進行鋼索的出入，便可將矩形框架53的旋轉角度依任意角度 保持。即，藉由該矩形框架53本身將依任意角度保持，旋轉 體20便可相對農業用水渠80的水面成為所需高度狀態。 另外’該起重器55係在水平樑41的二端分別各設置丨台。 G 藉由此種構造’水車3將不管農業用水渠的水位如何，水車 葉片25的沈沒水中深度均可利用起重器55的操作而維持於最 佳狀態。 相關簡易設置型流水式水力發電裝置2的設置例，因為係如 -前述的簡易設置型流水式水力發電裝置1之設置例，因而在此 •便不再贅述。 接著，針對簡易設置变流水式水力發電裝置，相關申請人所 施行的一連串預備實驗，根據圖8至圖10進行說明。另外， 97130630 16 200925409 圖8所不係農業用水渠的流速分佈圖，圖9所示係簡易設置整 流水式水力發電裝置的旋轉數與發電輸出之關係圖，圖1〇所 示係發電機的旋轉數與發電輸出之關係圖。 另外，該等一連串預備實驗係在平成19年（2〇〇7年）5月u 曰’於長野縣松本市大字梓川梓所在地的中信平二期農業水利 單位管轄内之矢崎放流工上游實施。 首先，針對農業用水渠的流速分佈進行說明。流速分佈係針 Ο 對水深〇.lm與水深i_〇m進行量測’水深的測定係利用繩索長 度實施’實際所測得的水深係依場所將有最大〇 3m程度的變 化，此外，在水深l.〇m時，因為繩索將被沖流而鬆弛，因而 實際上將為較淺的水深。 該量測結果係如表1(流速量測：水深0. lm)、及表2(流速 虿測：水深1. 〇m)所示，水深〇. lm時，距右岸2. 770m的位置 處將為最大流速’其值係2. 260m/s。此外，水深1. 〇m時，距 G 右岸2. 762m的位置處將為最大流速，其值係2. 323m/s。即， 流速係為水深1. 0m的情況’將較稍微高於〇· lm的情況，最大 流速位置係從農業用水渠中心（距右岸2. 000m)靠左岸 0· 26m〜〇.27m處。此情況判斷係因在量測點上游’農業用水渠 朝右變曲的緣故所致。根據該表施行圖表化，便如圖8所示。 97130630 17 200925409 [表1] 流速量測 量測編號 曰期 時間 位置（m) -------- 備註 距右岸的距離 Π 0 __ "iLiiS 货抑 深 計數數量 V11-1 5/22 14 AK 旋轉數(PRS) 流速（m/s) V11-2 14 47 υ. L υ· 1 95 9 5 1.51 0.5 0.1 114 VII-3 14 11 4 1.82 49 1.0 0.1 0.1 126 129 V11-4 V11-5 12.6 12.9 2.01 2.05 — 14 14 52 KA η ο η V11-6 V11-7 14 1Γ 04 56 c. U 2.5 U. 1 0.1 136 137 13.6 2.17 2.18 58 3 0 V11-8 15 00 3.5 ϋ· 1 0^1 1 3ϋ 124 13.5 1 9 Λ 2.15 1 Q7 VII - 9 V12-1 15 i5 02 3.8 0.1 114 4 11.4 1 · 1 1.82 1ΰ 0.2 1.0 107 10 7 1.70 V12-2 Tb 18 0.5 1.0 121 12.1 1.93 V12-3 15 20 1· 0 1.0 129 12. 9 2. 05 V12 - 4 15_ 21 1.5 1.0 135 13.5 2.15 — V12-5 lb 2. 0 1.0 137 13.7 2.18 V12-6 15 25 2· 5 1.0 135 13.5 2. 15 V12-7 15 27 3.0 1.0 135 13.5 2.15 V12-8 15 29 3.5 1.0 127 12.7 2.02 V12-9 15 31 3.8 1. 0 125 12.5 1.99 [表2] 流速量測（水深1. 〇m) 量測編號 曰期 時間 位置（m) 流速量測 /it 士+ 距右岸的距離 深 計數數量 $轉數（PRS) 流速(m/s) 備》 V12-1 15 ： 16 0.2 1.0 107 10.7 1.70 V12-2 15 ： 18 0.5 1.0 121 12.1 1.93 V12-3 15 ： 20 1.0 1.0 129 12.9 2.05 V12-4 15 ： 21 1. 5 1.0 135 13.5 2.15 V12-5 Ϊ5 ： 23 2.0 1.0 137 13.7 2.18 V12-6 Ϊ5 ： 25 2.5 1.0 135 13.5 2.15 V12-7 15 ： 27 3.0 1.0 135 13. 5 2.15 V12-8 15 ： 29 3. 5 1.0 127 12.7 2. 02 V12-9 15 ： 31 3.8 1.0 125 12. 5 1.99 圖8中，X軸係距右岸的距離（單位：m)，γ轴係流速（單位： m/s)，黑點係水深0. lm的情況，空白三角形係水深1. Om的情 97130630 18 200925409 況。此外，實線係將距右岸2. 5m處設為Vniax時的1/7冪次定 律分佈線，虛線係將農業用水渠中心設為Vmax時的1/7冪二欠 定律分佈線。另外，1/7幂次定律分佈係依下式表示。 如圖8所示，流速分佈係接近將距右岸2. 5m處設為Vmax時 的1/7冪次定律分佈，流速係水深較深者（I 〇111)稍微較高，在 農業用水渠中央附近可謂幾乎無差異。 [數1]
❹ V — Vamx 接著，參考上述流速分佈，針對為探討本案發明簡易設置型 流水式水力發電裝置的最佳基本規格，而施行的預備實驗進行 說明。 本實驗中所使用的簡易設置型流水式水力發電裝置規格係 如下： (1) 形式：流水式小型水力發電機 (2) 水車形式.水平轴式阻力型水車 ① 水車的旋轉直徑：2m ② 水車的寬度：農業用水渠的75% ③ 水車葉片的高度：0.45m 97130630 19 200925409 ④水車葉片的片數：6片 (3) 水車的標準沈沒水中深度：0.45m (4) 水車的旋轉數：20rpm(流速2m/s時） ' (5)發電機 名稱：三相密閉型自激式發電機15KVA 連續額定輪出：1.5KVA(1500rpm時） 激磁方式：強力永久磁石 ❹ 輸出波：三相交流正旋波 單相額定輪出電流：8.1A 本體質量：9. 8kgf 無負載時輪出電壓：1500rpm(約120V) (單相8A時約102V) 500rpm(約 40A) 250rpm(約 20A)
❹ 二相整流H化細定輸丨電流：約14.1A (6)旋轉增迷襄置 一段增迷襞置第一段：行星齒輪（3 : 1) 第二段：滑輪方式 (小滑輪直徑71mm) (大滑輪直徑1000mm) 該簡易设置型流水式水力發電裝置的旋轉數與發電輸出之 實驗結果，如表3(流速2. 〇8m/s時）及表4(流速2. 38m/s時) 97130630 20 200925409 所示，根據該表施行圖表化，如圖9所示。 [表3] 發電電力旋轉數-輸出解析 旋轉數 發電電力 流速量測 曰期 時間 計數指示 旋轉數 (RPM) 電壓 電流 電力 計數數量 旋轉數 (PRS) 流速 (m/s) 備註 5/22 9 ： 13 1037 20. 74 77.2 0. 00 0 135 13.5 2. 15 P10-2 9 ： 42 980 19.6 80.9 0.00 0 132 13.2 2.10 P11-1 9 ： 46 977 19.5 72.1 1. 61 105 2. 07 P11-2 9 ： 48 880 17.6 58.0 3. 91 205 130 13 2.07 P11-3 9 ： 57 860 17.2 57. 7 4. 10 213 130 13 2. 07 P11-4 10 06 850 17.0 45.3 5. 01 205 2. 09 P11-5 10 09 840 16.8 24. 0 6. 00 131 131 13.1 2. 09 P11-6 10 52 860 17.2 58.8 4. 10 216 131 13.1 2. 09 P12-1 [表4] 發電電力流速-輸出解析 旋轉數 發電電力 流速量測 曰期 時間 計數指示 旋轉數 (RPM) 電壓 電流 電力 計數數量 旋轉數 (PRS) 流速 (m/s) 備註 5/22 9 ： 13 1037 20. 74 77.2 0.00 0 135 13.5 2. 15 P10-2 9 ： 42 980 19. 6 80. 9 0. 00 0 132 13. 2 2.10 P11-1 9 ： 46 977 19.5 72.1 1. 61 105 2. 07 P11-2 9 ： 48 880 17.6 58.0 3.91 205 130 13 2.07 P11-3 9 ： 57 860 17. 2 57.7 4. 10 213 130 13 2. 07 P11-4 10 52 860 17.2 58.8 4. 10 216 131 13. 1 2.09 P12-1 11 05 1120 22.4 77.4 3.21 225 2.38 P12-2 圖9中，X軸係水車的旋轉數（單位：rpm)，Y軸係發電輸出 (單位：W)，空白圓點係流速2. 08m/s的情況，黑色三角形係 流速2. 38m/s的情況。此外，圖9中的實線係η(綜合效率X 有效葉片片數）近似曲線。 如表3、表4及圖9所示，依流速2. 07m/s所量測得最大電 流係216w(旋轉數17. 2rpm)。若將其換算為流速2. 00m/s便為 97130630 21 200925409 143W另外’即使為能獲得在此以上的電力而增加流通的電 /瓜’但電壓仍將降低，則電力將變小。所以，此電力可判斷將 屬於本-人所使用發電機的（在該旋轉下）能力極限 °此外，々 • η(綜合效率χ有效葉片片數）係平均1. 463。 該簡易设置型流水式水力發電裝置所使用的發電機性能曲 線，如圖10所示。 圖。中X軸係水車的旋轉數（單位：_)，γ轴係發電輸 ❹出（單位：w) ’而將依該預備實驗所獲得測定值，修正為流速 2D1/S時的旋轉數與輸㈣之_並進行描點。 根據該圖H)，在錢2m/s時，當轉旋轉數為7· _時， 發電輸出將為8_，該值將成為流速2仏時的本發電機最高 輸出另外#水車旋轉數較低於，發電輸出將急速 下降。 述預備實驗的結果進行探討，本案發明的簡易設置型 © ^水式水力發電裝置，係設定為以下的基本規格： 0)形式：流水式小型水力發電機 (2) 水車形式：水平軸式阻力型水車 ① 水車的旋轉直徑：2m ② 水車的寬度.農業用水渠的75% ③ 水車葉片的高度：〇. 45m ④ 水車葉片的片數：6片 (3) 水車的標準沈沒水中深度：〇.45m 97130630 22 200925409 相關性能係如表5及圖10所示。 [表5]
最大發電輸出表單位：W 水渠寬度（D1) 流速（m/s) 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 1 36 63 99 148 211 290 386 501 637 796 979 2 73 125 199 297 423 580 772 1002 1274 1592 1958 3 109 188 298 445 634 870 1158 1503 1911 2387 2936 4 ~~~ 145 251 398 594 846 Ϊ160 1544 2004 2549 3183 3915 5 181 313 497 742 1057 1450 1930 2506 3186 3979 4894 6 218 376 597 891 1268 1740 2316 3007 3823 4775 5873 〇 【圖式簡單說明】 圖1為實施例1的簡易設置型流水式水力發電裝置立體圖。 圖2為實施例1的簡易設置型流水式水力發電裝置侧視圖。 圖3為實施例1的簡易設置型流水式水力發電裝置正視圖。 圖4為實施例1的簡易設置型流水式水力發電裝置俯視圖。 圖5為實施例1的簡易設置型流水式水力發電裝置安裝於農 業用水渠中的狀況圖。 ❹ 圖6為將2台實施例1的簡易設置塑流水式水力發電裝置安 裝於農業用水渠中的狀況立體圖。 圖7為實施例2的簡易設置型流水式水力發電裝置侧視圖。 圖8為農業用水渠的流速分佈圖。 ' 圖9為簡易設置型流水式水力發電裝置的旋轉數與發電輸 - 出之關係圖。 圖10為發電機的旋轉數與發電輸出之關係圖。 【主要元件符號說明】 97130630 23 200925409 1 實施例1的簡易設置型流水式水力發電裝置 2 3 實施例2的簡易設置型流水式水力發電裝置 水車 6 發電機 ' 20 旋轉體 21 旋轉軸 23 輪幅 ❹ 25 27 葉片 底板 29 側板 31 隔間板 33 聯結棒 35 大滑輪 40 支撐體 Φ 41 水平樑 43 水平輔助樑 45 懸吊材 47 橫樑 - 49 軸承板 51 高度調整工具 53 矩形框架 55 起重器 97130630 24 200925409 61 發電機本體 63 小滑輪 65 皮帶 • 67 電力傳輸器 • 80 農業用水渠 81 侧壁 83 流水 〇 531 532 水平樑平行構件 水平樑正交構件 ❹ 97130630