TW201702479A - 壓水式發電裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種即使是水量少，亦可利用複數個噴水管對升力型葉片之產生最大旋轉作用的部分，噴射高壓水而使其高速旋轉的壓水式發電裝置。在支持於水車筐體之主軸的前端具有旋翼，在主軸的後端具有發電機，並相對於旋翼之複數個葉片，使噴射口與葉片之受水面相對面地來設置，而該噴射口是設於連結了來自水源之導水管的配水管。

Description

壓水式發電裝置 發明領域
本發明是有關於一種壓水式發電裝置，特別是有關於一種從噴射口噴射高壓水於旋翼之葉片的受水面，使旋翼有效率地旋轉的壓水式發電裝置。
發明背景
習知之水車已知有使水流朝向葉輪落下的橫軸型、或是使有落差之水流從旋翼的橫側衝擊的縱軸型，又，專利文獻1中揭示有利用潮汐的水車。
先行技術文獻 專利文獻
[專利文獻1]日本特開平10-274146號公報
發明概要
前述專利文獻1所記載之水車是將利用了漲退潮之潮位差的潮汐沖擊橫軸水車之下部，而使水車旋轉者，但由於旋翼之直徑大，故旋轉速度低。又，在縱軸水車中，為了利用落差，所以需要大量的水。
本發明是提供一種壓水式發電裝置，作成即使是水量少，亦可利用噴水管，對於旋翼的葉片中產生最大旋轉作用的受水面，來噴射高壓的噴射水而使其高速旋轉。
本發明之具體的內容如下所述。
(1)一種壓水式發電裝置，其是在支持於水車筐體之主軸的前端具有旋翼，在主軸的後端具有發電機，相對於旋翼之複數個葉片，將噴射口與葉片之受水面相對面地設置，而該噴射口設於連結了來自水源之導水管的配水管。
(2)如(1)所記載之壓水式發電裝置，其中將前述配水管作成環狀地在水車筐體之外周配置成同心狀。
(3)如(1)或(2)所記載之壓水式發電裝置，其中前述旋翼是螺旋槳式。
(4)如(1)~(3)中任一者所記載之壓水式發電裝置，其係形成為前述葉片為升力型，並從翼根往翼端逐漸地使弦長變大，並從最大弦長部往前端變細，形成於後表面之受水面相對於旋轉方向從前緣往後緣朝向正面方向傾斜，且配水管之噴射口與該受水面以相對面的方式來形成。
(5)如(1)~(4)中任一者所記載之壓水式發電裝置，其中使前述配水管之噴射口與升力型葉片之傾斜部的受水面相對面而配置。
(6)如請求項(1)~(5)中任一者所記載之壓水式發電裝置，其中前述配水管之噴射口的數量為升力型葉片之 數量以上。
(7)如(1)~(6)中任一者所記載之壓水式發電裝置，其中前述噴射口是以點線狀且環狀地與葉片之受水面相對面而形成。
(8)如(1)~(7)中任一者所記載之壓水式發電裝置，其中在前述配水管內，設置將空氣導入內部的抽氣機，並在抽氣機與噴射口之間，形成提高水壓之蓄水部。
(9)如(1)~(8)中任一者所記載之壓水式發電裝置，其中從前述導水管到配水管之間設置旁路，並在旁路配設加壓幫浦。
(10)如(9)所記載之壓水式發電裝置，其中在前述旋翼之下面設置受水槽，並使受水槽之水從排水管、加壓幫浦經由旁路往配水管循環。
(11)如(1)~(10)中任一者之壓水式發電裝置，其中從前述水源將取水管與貯水槽之上部連結，且貯水槽以提高水壓的方式，使下部的面積比上部的面積小，並將從貯水槽下部延伸出去之導水管與配水管連結。
根據本發明，可發揮以下的效果。
前述(1)所記載之壓水式發電裝置，由於使配水管之噴射口與旋翼之葉片的受水面相對面地設置，所以從噴射口以高速噴射之噴水會不間斷地以高速沖擊葉片的受水面，並利用槓桿原理，即使是較少之水流亦可有效率地使旋翼旋轉，而可進行穩定的發電。
前述(2)所記載之壓水式發電裝置由於是將配水管作成環狀地在水車筐體之外周配置成同心狀，所以對於旋轉之葉片的受水面，可持續地沖擊從噴射口所噴射之高速的噴水，並用較少流量使旋翼高速旋轉，而可進行穩定的發電。
前述(3)所記載之旋翼由於是螺旋槳式，所以壓力水可持續沖擊離心部分，因此可用少量的水使旋翼有效率地旋轉，而進行穩定的發電。
前述(4)所記載之發明由於是形成為使葉片為升力型，從翼根往翼端逐漸地使弦長變大，從最大弦長部往前端地變細，受水面相對於旋轉方向從前緣往後緣地朝向正面方向傾斜，且配水管之噴射口與該受水面相對面，所以當傾斜部之受水面受到高速噴射水時，由於是離心部，以槓桿原理，即是以較少的水量，旋翼亦可有效率地旋轉。
前述(5)所記載之發明由於是使配水管之噴射口與升力型葉片之傾斜面的受水面相對面地來配置，所以可使噴射水連續且正確地沖擊受水面，並可以較少水量使旋翼有效率地旋轉。
前述(6)所記載之發明，由於前述配水管之噴射口之數量是升力型葉片之數量以上，因此可不間斷地使噴射水沖擊葉片之受水面，並可有效率地使旋翼旋轉。
前述(7)所記載之發明中，配水管之噴射口是以點線狀且環狀地與葉片之受水面相對面地來形成，所以噴射水可相連成環狀地噴射，葉片會高速旋轉，或是即使葉 片之弦長較短，亦可不間斷地對葉片使噴射水噴射，因此可有效率地進行穩定的發電。
前述(8)所記載之發明由於是在配水管內設置將空氣導入內部之抽氣機，且在抽氣機與噴射口之間形成提高水壓的蓄水部，因此在蓄水部可使從外吸引之空氣混合並噴射。又在蓄水部，與空氣混合之水體積變大，所以從噴射口會成高速進行噴射，旋翼之高速旋轉的效率提升，可以較少水量，進行穩定的發電。
前述(9)所記載之發明由於是在設於導水管到配水管之間的旁路設置加壓幫浦，所以可利用加壓幫浦對配水管之水加壓，以提高噴射水的噴射速度。
前述(10)所記載之發明由於是在旋翼之下面設置受水槽，並使受水槽之水從排水管、加壓幫浦經由旁路往配水管循環，所以即使在流水量較少時，亦可活用流水而不浪費。
前述(11)所記載之發明由於是從水源將取水管連結於貯水槽的上部，且貯水槽以提高水壓的方式，使下部的面積比上部的面積小，並將從貯水槽下部延伸之導水管連結到配水管，所以即使水源之水量少亦可在配水管獲得在貯水槽被加壓的流水。
1‧‧‧壓水式發電裝置
2‧‧‧水車筐體
3‧‧‧軸承
4‧‧‧主軸
5‧‧‧旋翼
5A‧‧‧轂
6‧‧‧升力型葉片
6A‧‧‧最大弦長部
6B‧‧‧傾斜部
6C‧‧‧前緣
6D‧‧‧後緣
6E‧‧‧受水面
7‧‧‧發電機
8‧‧‧配水管
9‧‧‧導水管
9A‧‧‧外凸緣
9B‧‧‧取水管
9C‧‧‧旁路
10‧‧‧噴水管
10A‧‧‧噴射口
11B‧‧‧蓄水部
11‧‧‧抽氣機
11A‧‧‧通路
11B‧‧‧吸氣道
11C‧‧‧吸出口
11D‧‧‧吸氣口
12‧‧‧通氣管
13‧‧‧貯水槽
14‧‧‧水路
15‧‧‧加壓幫浦
16‧‧‧逆止閥
17‧‧‧受水槽
18‧‧‧排水管
S‧‧‧軸線
圖1是本發明中壓水式發電裝置之實施例1的橫切平面圖。
圖2是圖1之正面圖。
圖3是顯示圖1之噴水管與葉片之關係的縱切平面圖。
圖4是本發明中壓水式發電裝置之實施例2的重要部分橫切平面圖。
圖5是顯示本發明之導水方法的正面圖。
圖6是本發明中壓水式發電裝置之實施例3的重要部分橫切平面圖。
圖7是本發明中壓水式發電裝置之實施例4的重要部分橫切平面圖。
圖8是圖7之壓水式發電裝置的正面圖。
以下參照圖式來說明本發明。
[實施例1]
如圖1所示，本發明之實施例1的壓水式發電裝置1中，朝向前後方向之水車筐體2內，透過軸承3來將水平之主軸4支持成可旋轉，並在從水車筐體2朝前方突出之主軸4的前端安裝有旋翼5。
從水車筐體2朝後方突出的主軸4的後端則與發電機7之未圖示的主軸連結。
旋翼5是在固定於主軸4之前端之轂5A的外周，固定朝向放射方向之複數片(3片~5片)的升力型葉片6而形成。
升力型葉片6在正面視角下，如圖2所示，從翼根部橫跨到翼端，會使弦長逐漸地變大。
從升力型葉片6之最大弦長部6A橫跨到前端，逐 漸地作成圓弧狀的前尖部，並且以最大弦長部6A為基點，將該前端部作為朝向噴水管10之方向傾斜的傾斜部6B。
又，如圖3所示，升力型葉片6之最大弦長部6A的受水面6E是相對於主軸4之軸心線S，使後緣6D比前緣6C更往正面方向傾斜5度~12度左右。
藉此，當升力型葉片6之受水面6E受到高速的噴射水時，升力型葉片6就會朝前緣6C方向旋轉，而當旋翼5旋轉時，發電機7之未圖示的主軸就會旋轉發電。
環狀之配水管8同心狀地配設在水車筐體2之外周，並使導水管9與其連結。導水管9透過外凸緣9A、9A，與其他導水管9連結，並從圖5所示之較高位置的小河等的水源水路14，用取水管9B、9B取水。
圖5中，取水管9B、9B是使用來例如在山坡地等，從河川或小河等之水路14取水用，並集水於貯水槽13。
貯水槽13是使下部面積比上部更小者，並使水壓往下部施加。且作成從該貯水槽13之下部用導水管9來往配水管8導水。
在配水管8之正面，以各個噴射口10A與升力型葉片6之傾斜部6B相對面，且朝向升力型葉片6之旋轉方向的方式，使與主軸4呈平行之複數條噴水管10、10突出設置。
升力型葉片6中最大弦長部6A的附近區域是位於離心部，該處為槓桿原理作用之有效作用點，而當該部分受到高速且強力的噴射水時，即使以總量而言的水量較少，亦可使旋翼5有效且安定地旋轉。
一般而言，在具有升力型葉片6之直徑以上之口徑的導水管內，配置旋翼5，用該導水管滿管的水量，使旋翼5旋轉，但在可利用之水源的水量少的情形下，當導水管內流動之水量不充足時，旋翼5之旋轉為低速，而不易獲得用以發電的充足力矩。
但，本發明中，如圖1所示，導水管9之直徑對比旋翼5之直徑是作成遠小於的直徑，而噴射口10A之直徑則更小，因此伴隨著落差，從噴射口10A噴射之噴射水會變得高速且高壓。
由於該噴射口10A與升力型葉片6之受水面6E中之最大弦長部6A相對面，因此噴射水會適當地沖擊最大弦長部6A，使升力型葉片6朝向前緣6C方向有效地旋轉。
亦即，即使水流是沖擊升力型葉片6之受水面6E全區域，亦會朝翼端方向移動，而直接沖擊翼端部位的部分因槓桿作用，便會獲得強力的旋轉力。
從噴射口10A所噴射之水量是與下述數值成比例：將導水管9之截面積除以噴射口10A之截面積再乘上導水管9之流速後的數值，除以噴射口10A之數量的數值。
例如，當導水管9之直徑為20cm，其截面積為314cm2，噴射口10A之直徑為4cm，其截面積為12.56cm2，導水管9之流速為2m/s時，就會是25×2=50。噴射口5個中的1個便會成為10m/s的高速水流。在使噴射口10A之直徑為2倍的8cm時，則流速減半成5m/s。
圖1中，當使導水管9之導入口(圖1之右端)朝向 較高位置傾斜，或是使其直立時，導水管9內之流水便會被施加重力，較大水壓便會施加於噴射口10A，變成更高速水流來噴射。
因此，即使利用之流水量少，藉由將配水管8連結於導水管9的前端部，並於其上設置具有直徑較小之噴射口10A的噴水管10，就會使導水管9內流動之流水的速度更加高速且高壓的噴水從噴射口10A噴射，來使其沖擊升力型葉片6之最大弦長部6A的部分，藉此便可利用較少的流水，有效率地使旋翼5旋轉。
導水管9之直徑是取決於可利用之用水量，噴射口10A之直徑是由可利用之水量、傾斜、流速、噴射口10A之數量等來適當地決定。噴射口10A之形狀不限定於圓形，可為楕圓形、長方形、三角形等之任意形狀。
圖示之旋翼5眾所周知以風車來說旋轉效率較優，但噴射水流質量比風更高，速度為一定，不間斷地沖擊，藉此即使較少水量，亦可進行安定之有效發電。
實施例2
圖4是顯示壓水式發電裝置之實施例2之重要部分的橫切平面圖。對於與前例相同的構件，賦予相同符號並省略說明。該實施例2中，將空氣吸入噴水管10內，使氣泡混合水從噴射口10A噴射。
圖4中，在突出設置於配水管8之外周面之噴水管10的中部，內設抽氣機11(aspirator=吸氣器)，並在通路11A內設置吸氣道11B之吸出口11C，並使與其連通之吸氣口 11D露出噴水管10之外，並於其上安裝導氣管12。
當流水從配水管8以高速通過通路11A內時，吸出口11C附近之空氣便會被其吸引，吸氣道11B內成為負壓，空氣便會因文土里效應而由外往導氣管12內被吸入。進入到通路11A內之空氣成為氣泡狀並與水混合，而從噴射口10A來噴射。
圖4中，流水會暫時地留滯於抽氣機11與吸出口11C之間的蓄水部10B。另一方面，從配水管8朝通路11A內壓出之流水因從吸出口11C吸入空氣而量會增大，進入到蓄水部10B，便使蓄水部10B之水量增大且提高速度。其結果，從噴射口10A便會噴射高速水流，使旋翼5有效率地旋轉。
實施例3
圖6是壓水力發電裝置之實施例3之平面圖。對於與前例相同的構件，賦予相同符號並省略說明。
該實施例3中，從導水管9往配水管8設置旁路9C，且在旁路9C設置加壓幫浦15，並靠近導水管9地來設置逆止閥16。
又，在葉片5之下部設置受水槽17，從受水槽17起比加壓幫浦15更靠近導水管9，且將旁路9C連接到配水管8，並靠近旁路9C地來設置逆止閥16。
這是將使葉片6旋轉之水接收於受水槽17並再利用者，利用加壓幫浦15吸上來，進行加壓並供給到配水管8。又，在枯水期時，流動於導水管9之水量變少時，使水 於旁路9C之迴路流動，並用加壓幫浦15進行加壓來朝配水管8給水。
葉片6亦可使用未具備前端之傾斜部6B的物品。附設於配水管10之噴水管10也可為1條，並未限定條數。為1條時，即使是將噴射口10A朝向葉片6之旋轉方向，如阻力型般地使用，升力型葉片亦會有效率地旋轉。
實施例4
圖7是顯示用以表示本發明之壓水式發電裝置之實施例4的一部分橫截面的平面圖，圖8是正面圖。對於與前例相同的構件，附加相同符號並省略說明。該實施例4是使噴水管10突出成環狀，並在其前端，使噴射口10A連續成環狀且點線狀地形成多數個。
由於噴射口10A是相隔一定間隔地連續成點線狀，因此從其噴射的噴射水大致會呈環狀噴射，即使葉片6旋轉，且即使葉片6之弦長為較短，由於不間斷地沖擊葉片之受水面，因此即使例如水量較少，因噴射速度為高速，因此亦可使葉片6有效率地旋轉，而有效率地發電。
而，噴射口10A之連續亦可連接點線狀之噴射口10A而作成環狀的切線狀。又，點線狀之噴射口10A亦可省略噴水管10，直接形成於配水管8。
產業上之可利用性
本發明之壓水式發電裝置由於即使是少水量，亦可使旋翼有效率地旋轉，因此在溪流、小河等之水量少的地區，可作為有效率且安定發電的水力發電機來利用。又 亦可利用高層建築物等的排水。
1‧‧‧壓水式發電裝置
2‧‧‧水車筐體
3‧‧‧軸承
4‧‧‧主軸
5‧‧‧旋翼
5A‧‧‧轂
6‧‧‧升力型葉片
6A‧‧‧最大弦長部
6B‧‧‧傾斜部
6E‧‧‧受水面
7‧‧‧發電機
8‧‧‧配水管
9‧‧‧導水管
9A‧‧‧外凸緣
10‧‧‧噴水管

Claims (11)

  1. 一種壓水式發電裝置，其特徵在於：在支持於水車筐體之主軸的前端具有旋翼，在主軸的後端具有發電機，相對於旋翼之複數個葉片，使噴射口與葉片之受水面相對面地設置，而該噴射口設於連結了來自水源之導水管的配水管。
  2. 如請求項1之壓水式發電裝置，其中將前述配水管作成環狀地在水車筐體之外周配置成同心狀。
  3. 如請求項1或2之壓水式發電裝置，其中前述旋翼是螺旋槳式。
  4. 如請求項1至3中任一者之壓水式發電裝置，其係形成為前述葉片為升力型，並從翼根往翼端逐漸地使弦長變大，並從最大弦長部往前端變細，形成於後表面之受水面相對於旋轉方向從前緣往後緣朝向正面方向傾斜，且配水管之噴射口與該受水面相對面。
  5. 如請求項1至4中任一者之壓水式發電裝置，其中使前述配水管之噴射口與升力型葉片之傾斜部的受水面相對面而配設。
  6. 如請求項1至5中任一者之壓水式發電裝置，其中前述配水管之噴射口的數量為升力型葉片之數量以上。
  7. 如請求項1至6中任一者之壓水式發電裝置，其中前述噴射口是點線狀且呈環狀地與葉片之受水面相對面而形成。
  8. 如請求項1至7中任一者之壓水式發電裝置，其中在前述配水管內，設置將空氣導入內部的抽氣機，並在抽氣機與噴射口之間，形成提高水壓之蓄水部。
  9. 如請求項1至8中任一者之壓水式發電裝置，其中從前述導水管到配水管之間設置旁路，並在旁路配設加壓幫浦。
  10. 如請求項9之壓水式發電裝置，其中在前述旋翼之下面設置受水槽，並使受水槽之水從排水管、加壓幫浦經由旁路往配水管循環。
  11. 如請求項1至10中任一者之壓水式發電裝置，其中從前述水源將取水管與貯水槽之上部連結，且貯水槽以提高水壓的方式，使下部的面積比上部的面積小，並將從貯水槽下部延伸出去之導水管與配水管連結。
TW105108814A 2015-03-24 2016-03-22 壓水式發電裝置 TW201702479A (zh)

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