TWI472679B - Hydroelectric power plant - Google Patents

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Description

水力發電裝置
本發明是關於一種可以利用水流進行發電的水力發電裝置。
到目前為止，本發明的發明人開發了設置在河川或人工水道等中而利用水流進行發電的專利文獻1中記載的水力發電裝置，且目前已開始設置在小河川或一級河流中。
由於該水力發電裝置利用河流等小水力進行發電，因此是可以以高效且低成本進行水力發電的以往沒有過的劃時代的裝置。
然而，在實際設置該水力發電裝置後，出現了新的需要改善的部分。其需要改善的部分主要為下面的兩點。
其一，是維修問題。由於該水力發電裝置藉由被設置在有流動的水道上進行水力發電，因此只要一經設置，水輪機在河川等的水不乾枯的情況下會持續旋轉。利用自然產生的水流來進行發電正是該水力發電裝置的優點，但是為了持續維持性能，必須要進行定期維修。由於目前未到維修時期，還沒有進行了維修的裝置，假如要進行維修，則需要堵住水流，或者需要用吊車等將該水力發電裝置從水道中提起而在陸地進行作業，因此存在維修費事的問題。
其二，是水位變化的問題。根據灌溉期、非灌溉期、或者雨季和旱季等，水道本身的流量會有所變化。由於該水力發電裝置設置在河川、農田 水道等有水流的地方，因此在某種程度上水流被堵住，還會產生上游側和下游側的水位變化。且，由於發電量受上游側的水位的影響，發電量在水量多的雨季和水量少的旱季發生差異，因此存在不能進行穩定的發電的問題。
現有技術文獻
專利文獻
專利文獻1：日本特開2007-177797號公報
本發明是為了解決上述問題而提出的，其目的在於提供一種維修容易且可以進行上游側水位的調整，而且可以得到穩定的發電量的水力發電裝置。
為了達到所述目的，本發明所提供的設置在有流動的水道上而發電之水力發電裝置，包含：外殼，具有配置在水道的上游側的入水口、配置在下游側的排水口以及從入水口連通至排水口的流路；集水板，其設置在外殼的入水口的開口邊緣，將水道上的流水堵住進行儲存且向入水口集水；豎軸水輪機，具有在外殼的流路內被可旋轉地支撐的旋轉葉片；發電機，其受到豎軸水輪機的旋轉力而發電；可動式閘門，其藉由增減從入水口流入並作用於豎軸水輪機的旋轉葉片前端的水流的通水截面積，從而可以調整儲存在水道的上游側的水的水位。
在本發明之水力發電裝置中，可動式閘門可以考慮如下結構，即，在垂直於流路的方向上開閉而增減通水截面積的結構，或者被安裝在豎軸水輪 機的轉軸上，藉由沿旋轉葉片的外緣開閉而增減通水截面積的結構等。
較佳地，在本發明之水力發電裝置中，可設有被設置在外殼內，使入水口的開口面積逐漸減小而使流路內的水流增速之增速板。
較佳地，增速板更可以為可以沿豎直方向提升之水閘、可以沿水平方向開閉之滑動閘門、或者以豎軸為中心可旋轉之旋轉閘門所構成，藉由打開該閘門，將流路內的水從設置在外殼上的排放孔排放到外殼外部。
較佳地，更可以在集水板上設置一開閉門扇，藉由打開該開閉門扇，使水道的上游側的溢流水不通過流路而被排放到下游側。在此，豎軸水輪機可以採用單軸或對置的雙軸的雙擊式水輪機。
在本發明之水力發電裝置中，特別地，使其具有堵住水道中流動的水進行儲存且向入水口集水之集水板、可以增減從入水口流入而作用於豎軸水輪機的旋轉葉片前端的水流的通水截面積之可動式閘門。據此，藉由開閉可動式閘門而增減通水截面積，可以調整上游側的水位和阻尼孔的開口面積。因此，具有在不降低發電效率的情況下可以發揮流量調整功能，不會受到水道的水位變化的影響，可以始終進行穩定的水力發電的效果。以及，藉由完全關閉可動式閘門，可以切斷向豎軸水輪機的流水，停止旋轉葉片的動作，因此更具有可以容易進行維修作業的效果。
1‧‧‧水力發電裝置
2‧‧‧外殼
21‧‧‧上板
22‧‧‧底板
23‧‧‧側板
24‧‧‧滑動槽
25‧‧‧流路
26‧‧‧軸承
27‧‧‧前面板
28‧‧‧排放孔
3‧‧‧豎軸水輪機
31‧‧‧轉軸
32、42‧‧‧滑輪
33、33a、33b‧‧‧旋轉葉片
4‧‧‧發電機
41‧‧‧驅動軸
43‧‧‧輪帶
5‧‧‧可動式閘門
51‧‧‧主體部
52‧‧‧齒形部
53‧‧‧軸承
54‧‧‧齒輪
55‧‧‧上板
56‧‧‧轉軸
57‧‧‧手柄
58‧‧‧抓持部
6、6A、6B‧‧‧集水板
61‧‧‧固定零件
62‧‧‧取水箱
62a‧‧‧取水口
62b‧‧‧排水口
7‧‧‧增速板
71‧‧‧開閉門扇
72‧‧‧豎直軸
8‧‧‧入水口
9‧‧‧排水口
A‧‧‧通水截面積(阻尼孔)
A1、A2‧‧‧開口面積
a‧‧‧水流
b‧‧‧中心
B-B、C-C‧‧‧線線截
H、H1、H2、H3、H4‧‧‧有效水位差
Ha、Hb、Hc、Hd、He‧‧‧水位
Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Qa、Qb、Qc、+Qc‧‧‧流量
V、V1、V2、V3、V4‧‧‧流速
W1、W2、W3、W4‧‧‧發電量
第1圖係為表示本發明之水力發電裝置之一個實施方式之俯視圖； 第2圖係為第1圖之線B-B截面圖；第3圖係表示第1圖的水力發電裝置所具有的豎軸水輪機的結構之立體圖；第4圖係為表示第1圖的水力發電裝置所具有的豎軸水輪機的結構之截面圖；第5圖(a)、(b)係為表示第1圖的水力發電裝置的可動式閘門的動作(打開狀態和關閉狀態)之俯視圖；第6圖(a)、(b)係為用於說明第1圖的水力發電裝置的阻尼孔和豎軸水輪機的關係之模式圖；第7圖係為第2圖的水力發電裝置之簡化圖案，是用於說明流速、阻尼孔的開口面積、有效水位差、流量的關係之示意圖；第8圖係為第2圖的水力發電裝置之簡化圖案，是說明上游流量和經阻尼孔的排出流量以及有效水位差的關係之示意圖；第9圖係為說明來自上游的流量的變化與流速和有效水位差的變化、發電量的變化的相關關係之示意圖；第10圖係為對一般的水道的水位進行說明之示意圖；第11圖係為說明當來自上游的流量為Qa、上游水位為Ha、阻尼孔的開口面積為A時，有效水位為H、流速為V、阻尼孔的排出流量為Qb之示意圖；第12圖係為說明在水道的水量增加時和減少時的水力發電裝置的狀態之示意圖；第13圖係為說明在水量減少時，當阻尼孔的開口面積從A1變為A2時的上游水位的狀態變化之示意圖第14圖係為說明在水量增加時，當阻尼孔的開口面積從A1變為A2時的上 游水位的變化之示意圖；第15圖係為說明使用另一實施方式的集水板來調整水量增加時的上游水位之示意圖；第16圖(a)、(b)係為表示本發明之另一實施方式的圖，表示使用了單軸的豎軸水輪機的水力發電裝置之俯視圖；第17圖係為表示本發明之另一實施方式之示意圖，(a)為表示齒輪和可動式閘門的位置關係之俯視圖，(b)為線C-C截面圖；第18圖係為說明將本發明之水力發電裝置設置在寬度較寬的水道上的示例之示意圖；第19圖係為說明將本發明之水力發電裝置設置在寬度較窄的水道上的示例之示意圖；第20圖係為說明將本發明之水力發電裝置設置在無階梯差且寬度較窄的水道上時的集水板的功能之示意圖，(a)為俯視圖，(b)為截面圖；第21圖係為說明將本發明之水力發電裝置設置在有階梯差且寬度較寬的水道上時的集水板的功能之示意圖，(a)為俯視圖，(b)為截面圖；第22圖係為說明將本發明之水力發電裝置設置在寬度更寬的水道上時的集水板的變形例之示意圖；第23圖係為說明本發明之水力發電裝置的增速板的排放功能之俯視圖；以及第24圖係為表示本發明之水力發電裝置的增速板的變形例之俯視圖。
以下，參照附圖來詳細說明實施本發明的最佳實施方式。
請參閱第1圖，其係為表示本發明之水力發電裝置之一個實施方式之俯視圖，但是，為了容易觀察各構件，因此省略關於發電機4、滑輪32、42、輪帶43、驅動軸41之部分圖式。第2圖係為第1圖的線B-B之截面圖，但是，為了明確表示各構件，則對齒輪54、可動式閘門5、增速板7省略圖式。第3圖係為說明水力發電裝置1所具有的豎軸水輪機3的結構之截面圖，為了明確可動式閘門5與豎軸水輪機3的位置關係，進行簡化而示出。第4圖係為用於說明水力發電裝置1所具有的豎軸水輪機3的結構之立體圖。
如第1圖所示，本發明之水力發電裝置1具有外殼2，外殼2具有入水口8、排水口9、從入水口8連通至排水口9的流路25，外殼2被設置成入水口8配置在有流動的水道的上游側，排水口9配置在下游側而使用。
如第2圖所示，水力發電裝置1包含：具有在殼體2的流路25內可旋轉地支撐多個旋轉葉片33的豎軸水輪機3；接收豎軸水輪機3的旋轉力進行發電的發電機4；可以對從入水口8流入且作用於豎軸水輪機3的旋轉葉片33的前端的水流的通水截面積A進行增減的可動式閘門5；把水力發電裝置1沉入到水道中進行設置時，堵住水道中流動的水進行存積，而且將所存積的水向入水口8集水的集水板6。
外殼2由上板21、底板22、兩張側板23構成，並具有朝上游側開口的入水口8和朝下游側開口的排水口9。上板21上設有形成為兩個圓弧狀的滑動槽24，可動式閘門5構成為由滑動槽24引導，在使齒形部52(參見第3圖)插入的狀態下可以沿著圖中的箭頭方向移動。
外殼2內形成有從入水口8連通至排水口9的流路25，流路25內收容有對置的豎軸水輪機3。本實施方式的豎軸水輪機3是具有轉軸31和多個旋轉葉片33的雙擊式水輪機，轉軸31藉由形成在上板21和底板22的軸承 26，以使其可旋轉地支撐於軸承26(參見第4圖)。值得一提的是，在本實施方式中，豎軸水輪機3使用了雙擊式水輪機，但只要是豎直軸型的水輪機，皆適用於本發明之水力發電裝置。
發電機4結構為安裝在自身驅動軸41上的滑輪42，並藉由輪帶43連接安裝在轉軸31上的滑輪32。如果豎軸水輪機3的轉軸31旋轉，其旋轉力藉由輪帶43傳遞到驅動軸41進行發電。發電機4在每個豎軸水輪機3上皆安裝一個。
可動式閘門5為採用兩扇扇形的門以軸作為支點進行旋轉的方式的扇形閘門(弧形閘門)。該閘門由扇形的主體部51和設置在主體部51的圓弧狀齒形部52構成，該扇形的主體部51被豎軸水輪機3的轉軸31可旋轉地支撐，同時藉由軸承53安裝在轉軸31上。齒形部52的上方部分的外緣上形成有與齒輪54相嚙合的齒形。
集水板6在入水口8的開口邊緣成一體或分體設置，用於堵住水道中流動的上游側的水進行儲存。在本發明之水力發電裝置1中，一邊藉由集水板6儲存所堵住的水，一邊從入水口8向外殼2的內部流通儲存的水。因此，藉由可動式閘門5進行了調整作為開口部分的通水截面積A(即為阻尼孔)，根據該阻尼孔的開口面積和藉由集水板6集水且在上游側儲存的水的水位(圖中為揭示，因此刪除)，決定作用於豎軸水輪機3的流量。
並且，外殼2內設有如第1圖所示的相面對而配置的增速板7，藉由增速板7逐步減小入水口8的開口面積，使流路25內的水流增速。本實施方式的增速板7由提升式的水閘構成，藉由在豎直方向上提升增速板，可以與底板22之間產生縫隙，可以從縫隙排放流路25內的水。
請參閱第5圖，其為說明如此構成的水力發電裝置1中的可動式閘門5的動作。第5圖係為用於說明水力發電裝置1的動作之示意圖，(a)部 分表示可動式閘門5打開的狀態，(b)部分表示可動式閘門5關閉的狀態。在此，為了明確表示可動式閘門5的狀態，省略了增速板7和其他構件的圖式。
如第5圖中的(a)部分所示，當可動式閘門5處於全開狀態時，此時的通水截面積A，即阻尼孔的開口面積為(以下，將通水截面積A稱為阻尼孔，並將該阻尼孔的開口面積的狀態用A附加數字來表示)。
為了從該全開狀態變換到第5圖的(b)部份中所示的關閉狀態，只要使兩個齒輪54朝著第5圖的(a)部份中所示的箭頭方向旋轉即可。如此一來，與齒輪54相嚙合的齒形部52，其與該旋轉聯動而在滑動槽24內沿著豎軸水輪機3的外緣向中央部移動，移動到最後時，齒形部52的內側前端彼此接近。該狀態為關閉狀態，如果設成該狀態，阻尼孔的開口面積大致為零，流通到豎軸水輪機3的水被切斷，可以使旋轉葉片33的旋轉動作停止。如果在該狀態下進行豎軸水輪機3的維修作業，則無需使用吊車等將水力發電裝置1吊升到陸地上，因此可以容易進行維修作業。如果維修作業結束，只要向第5圖的(a)部份中所示的箭頭方向的反方向旋轉齒輪54，則可以使可動式閘門5沿著豎軸水輪機3的外緣朝外側(側板23一側)方向移動。在此，可動式閘門5的形態並不限定於此，也可以是向垂直於流路25的方向移動而進行開閉，並藉由該開閉動作來增減通水截面積的結構。
在本發明之水力發電裝置1中，如上所述，可以使用可動式閘門5來調整阻尼孔的開口面積。根據阻尼孔的原理，如果該阻尼孔的開口面積變小，則通往豎軸水輪機3的水量減少，其結果，豎軸水輪機3的旋轉力似乎會下降，但在本發明中並非如此。第6圖用於說明其原理。
第6圖係為用於說明水力發電裝置1的阻尼孔與豎軸水輪機3的關係之模式圖。第6圖的(a)部分表示阻尼孔的開口面積A1，第6圖的(b)部分表示阻尼孔的開口面積A2的情形。
在第6圖的(a)部分的狀態中，水流藉由阻尼孔的開口面積A1的開口部通往豎軸水輪機3。在通過的水流中，將水流a引導到兩個豎軸水輪機3之間的中心b的旋轉葉片(為第6圖的(a)部份中所繪示的旋轉葉片33a)。另外，對兩個豎軸水輪機3的旋轉引起最大作用的旋轉葉片為第6圖的(a)部份中的旋轉葉片33b。也就是說，影響豎軸水輪機3旋轉力的是直接與旋轉葉片33b的前端衝撞的水的流量。
相對於此，在第6圖的(b)部份所示的狀態，即使可動式閘門5向關閉方向移動而使阻尼孔的開口面積A1呈小於開口面積A2時，水流通過開口面積A2的開口部。在此情況下，雖然阻尼孔的開口面積變小，但直接流向旋轉葉片33b的前端的水量幾乎沒有變化。如此，在本發明之水力發電裝置1中，即使阻尼孔的開口面積變小，也可以使其不會對豎軸水輪機3的旋轉力產生較大影響。由此可知，可以一邊調整上游側的水位，一邊進行穩定的水力發電，而關於其原理，下面將請參閱第7圖至第15圖，以進行說明。
除了第10圖之外，的第7圖至第15圖均為第2圖的簡化圖式。藉由集水板6儲存上游側的水，表示儲存的上游側的水位與從阻尼孔流通的流量及流速之關係。
例舉第7圖進行說明時，如果將來自上游的流量標示為Q1、有效水位差標示為H1、從阻尼孔排出的水流的流速標示為V1和V2、阻尼孔的開口面積標示為A1、重力加速度為g，則流速V1可以藉由下式表示。
需要說明的是，在這裏，不考慮縮流斷面引起的斷面收縮。
假設，從阻尼孔排出的流量為流量Q1，則該流量Q1由下式表示。
因此，如第7圖所示，當來自上游的流量Q1和阻尼孔的排出流量Q1均為相同時，藉由調整阻尼孔的開口面積，可以調整有效水位。
另外，當來自上游的流量發生變化時，藉由調整阻尼孔的開口面積，可以使有效水位差保持一定。
因而，在水道上的水力發電中重要的是，當力求最大發電時，需要使來自上游的流量和阻尼孔的排出流量相同。例如，如第8圖所示，假設來自上游的流量Q1、Q3少於阻尼孔排出的流量Q2、Q4時，有效水位差H1、H2則減少。另外，如果流量Q1、Q3的一側多，有效水位差H1、H2則增加。
就水道而言，全年保持一定的水量的例子較少，尤其農業用水在灌溉期、非灌溉期的水量通常變化約2至5倍。並且，水量的變化對阻尼孔排出的水流的流速V和有效水位差H會產生影響。
請參閱第9圖，係為說明來自上游的流量的變化對流速V和有效水位差H的變化、還有發電量W=QgH的變化的相關關係。
在第9圖中，Q5是通常來自上游的流量，Q6是從阻尼孔排出的流量。以及，Q7是水位下降的情況下來自上游的流量，Q8是在該情況下從阻尼孔排出的流量。另外，V3和V4表示從阻尼孔流出的流速。
通常，發電量W1為W1=Q5×g×H3(Q5為流量，H3為有效水位差)。另外，如果來自上游的流量減少，並且阻尼孔的開口面積無法調整，則會導致有效水位差H4及流速V4減少。
在這裏，關於一般水道的水位Hd將參閱第10圖來進行說明。原來的水道功能是針對計劃水量決定水道斷面形狀和水道坡度。一般而言，設定所計劃的水道的目的及條件，設計滿足該條件的水道斷面。滿足所設計的目的水道的計劃流量(最大、最小)、該計劃水量(最大值)的水位Hc。一般而言， 水位Hb為水位Ha的八成水深。其根據水力計算公式的曼寧式和庫特式決定水道斷面、水道坡度。此時，通常水道的流速設定為平均流速1.2m/sec至1.5m/sec左右。同時，作為常識，該水道流速應該設計成隨著流向下游變得越來越快。維持該水道的功能且並用發電設備將成為水道發電的重要的必要條件。
請參閱第11圖，其說明上述表達的意思。第11圖以圖式化的方式來表示當將來自上游的流量標示為Qa、上游水位標示為Ha、阻尼孔的開口面積標示為A時，有效水位差為H、流速為V、阻尼孔的排出流量為Qb。作為上游水深Ha為維持其水道功能的最優先事項。該水位不能超過最大容許水位Hb，而且根據需要使發電量增加時，需要提高上游水道的容積。
接著，請參閱第12圖，其為說明水力發電裝置在沒有調整阻尼孔的開口面積時在水量增加和減少時的狀態。在水量增加時，雖然上游水位變為He，但超過水位Hb的流量+Qc溢流集水板6，不會被用來發電。因此，水量增加時的上游水位He不能超過水位Hb。另外，在水量減少時，上游水位He會減少，其結果有效水位差H也會減少。因此，因為流量Qa的減少和有效水位差H的減少這雙重減少，導致降低水力發電裝置的發電效率，從而處於減少發電量本身的整體的量的不利狀態。
請參閱第13圖與第14圖，其說明在這種水量減少和水量增加時，本發明之水力發電裝置藉由調整阻尼孔的開口面積而可以改變上游水位的位置。首先，如第13圖所示，在水量減少時，當把阻尼孔的開口面積從開口面積A1變更到開口面積A2時，理論發電量分別為W1=Qa×g×H1、W2=Qa×g×H2，理所當然地得到發電量W1、發電量W2。在這裏，之所以能夠得到的發電量W2，是因為可以將阻尼孔的開口面積從開口面積A1變更到開口面積A2。即，在此情況下，為了使水面上升至可以維持水道功能的水位，使阻尼孔的排出流量減少即可。即，可以使可動式閘門5向關閉方向移動，以減小阻尼孔的開口面積。 只要是能夠保持有效水位差H2的阻尼孔的開口面積A2，則可以得到發電量W2。
同樣地，如果可以將阻尼孔的開口面積擴大以使水量增加時溢流的流量+Qc被用於發電，則可以提高發電量。在此情況下，只要使阻尼孔的排出流量增多，以達到使溢流的流量+Qc不會溢流的水位上即可。即，只要使可動式閘門5向打開方向移動，以使阻尼孔的開口面積變大即可。此時的發電量為發電量W3=Qa×g×H3，發電量W4=(Qa+Qc)×g×H4(Qc為流量)。如此設置時，不會引起上游水位的溢流，進而可以提高最大發電量。
如此，在本發明之水力發電裝置中，可以藉由開閉可動式閘門來調整阻尼孔的開口面積，因此不會降低水力發電的效率，可以實現發電量的增加和發揮流量調整功能。此外，可以藉由完全關閉可動式閘門來阻止流向豎軸水輪機的水，因此可以容易進行維修作業。
需要說明的是，有時存在因增水量多，只靠擴大阻尼孔的開口面積無法防止溢流的情況。在這種情況下，如第15圖所示，更可以採用在集水板6設置集水板流量調整開口部，藉由該開口部將溢流的水排放到下游側的形態。也可以在集水板6設置一開閉門扇(圖中未繪示)，根據水道的水位變化調節開閉門扇的打開程度，從而使水道的上游側的溢流水不藉由流路而被排放到下游側。
在上述的水力發電裝置1中採用了雙軸的豎軸水輪機3，但也可以採用如第16圖所示結構的單軸的豎軸水輪機3。第16圖中分別繪示在採用了單軸的豎軸水輪機3的水力發電裝置1中可動式閘門5的打開狀態和關閉狀態，對於與水力發電裝置1的結構相同的功能、構件予以標示相同的符號。在此，關於結構、動作，幾乎與水力發電裝置1相同，因此省略詳細說明。
可動式閘門5的開閉結構並不限定於此，例如第17圖所示，也可 以是將齒輪配置在下游側的結構。
在水力發電裝置1中，可動式閘門5與前述實施方式不同，主體51的上板55形成為半圓形狀，在其周圍形成齒形。並且，如第17圖的(a)部分所示，上板55的一部分與主體結合。上板55的齒形部分與齒輪54嚙合，如果旋轉齒輪54的話，則上板55被連動而旋轉，與前述實施方式相同，可動式閘門5被開閉。
作為旋轉齒輪54的方法，在本實施方式中使用手柄57。即，藉由在齒輪54的轉軸56的上端嵌合手柄57的前端，從而藉由對手柄57的抓持部58進行旋轉操作，可以使齒輪54旋轉。
在此，本發明並不限定於上述實施方式，在不改變發明宗旨的範圍內，可以考慮如下各種實施方式。
例如，適應於設置水力發電裝置1的水道的狀況，可以改變集水板6的形態。如第18圖所示，當把該水力發電裝置1設置在寬度較寬的水道上時，用固定零件61將集水板6的兩端部固定在水道的兩壁上。在這種情況下，集水板6不僅作為堵住水道上的流水進行儲存的單元，更可以作為將外殼2連接、固定到水道上的單元而作用。
相對於此，如第19圖所示，當把水力發電裝置1設置在寬度較窄的水道上時，將外殼2的兩端部直接用固定零件61固定在水道的兩壁上。此時，外殼2的前面板27兼具作為固定單元的功能和作為集水板6的功能。
其中，如第20圖所示，當設置在沒有階梯差且寬度較窄的水道上時，集水板6一邊堵住水道上的流水而進行儲存，一邊使上游側的水位上升而在水道內製作落差。由此可知，可以發揮將利用落差而產生的勢能作用於外殼2內的豎軸水輪機3的功能。
其中，在第21圖所示的具有階梯差且寬度較寬的水道上，如果在階梯差部分的下游側設置外殼2，則利用流落階梯差部分的水的落差，可以將更大的能量作用於豎軸水輪機3上。
此外，當設置在寬度更寬的水道上時，如第22圖所示，在水道的階梯差的部分設置取水箱62，在該取水箱62的取水口62a安裝集水板6，在排水口62b安裝水力發電裝置1的外殼2即可。此時，集水板6可以作為朝向垂直於水道的流向的方向的集水板6A，或者作為朝向與水道的流向傾斜預定角度的方向的集水板6B。由此，集水板6不僅引起使上游側的水位上升而製作落差的作用，更能引起將在上游流動的水集中到中央的取水箱62的作用。
其中，雖然在本發明之水力發電裝置1中並非是必要的構成，但是作為附加的功能，可以如下所示，使增速板7具有排放功能。
即，在第23圖中所示的水力發電裝置1中，增速板7由提升式水閘構成，外殼2在兩側的側板23上開設讓水貫通的排放孔28。由此，如圖所示，在關閉可動式閘門5的狀態下，藉由在豎直方向上提升增速板7，可以使流路25內部的水流從增速板與底板22之間的縫隙通過排放孔28向外殼2的外部排出(第23圖看不出來)。因此，即使將水力發電裝置1設置在水道中，也不用阻止水道的水流，即可進行對外殼2內部的豎軸水輪機3或發電機4等部件的維修工作。
再者，作為增速板7的變形例，可以採用第24圖中所示的形態。增速板7為具有旋轉式開閉門扇71的旋轉閘門，在增速板7的中央設有開閉門扇71，開閉門扇71被支撐為以豎直軸72為中心，可以沿圖中所示的箭頭方向旋轉。在建構成為這種結構時，在關閉可動式閘門5的狀態下，只要使增速板7的開閉門扇71旋轉而處於打開的狀態，則可以將流路25內部的水流從排放孔28排放到外殼2的外部。在此，具有排放功能的增速板7的形態並不限定於此， 也可以採用可以在水平方向上開閉的單開方式或雙開方式的滑動閘門(圖中未繪示)。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
1‧‧‧水力發電裝置
2‧‧‧外殼
21‧‧‧上板
23‧‧‧側板
24‧‧‧滑動槽
25‧‧‧流路
3‧‧‧豎軸水輪機
5‧‧‧可動式閘門
54‧‧‧齒輪
6‧‧‧集水板
7‧‧‧增速板
8‧‧‧入水口
9‧‧‧排水口
A‧‧‧阻尼孔(通水截面積)
B-B‧‧‧線

Claims (8)

  1. 一種水力發電裝置，其設置在有流動的水道上進行發電，包含：一外殼，其具有配置在該水道的上游側的一入水口、配置在下游側的一排水口以及從該入水口連通至該排水口的一流路，該外殼更具有一滑動槽；一集水板，其設置在該外殼的該入水口的開口邊緣，將該水道上的流水堵住進行儲存且向該入水口集水；一豎軸水輪機，其具有在該外殼的該流路內被可旋轉地支撐的複數個旋轉葉片；一發電機，其受到該豎軸水輪機的旋轉力而發電；以及一可動式閘門，安裝在該豎軸水輪機面對該集水板之一側，使得該可動式閘門位於該集水板與該豎軸水輪機之間，該可動式閘門具有一主體部及設置於該主體部上之一圓弧狀齒形部，該圓弧狀齒形部沿著該滑動槽移動，以增減從該入水口流入並作用於該豎軸水輪機的旋轉葉片前端的水流的一通水截面積，可調整儲存在該水道的該上游側的水的一水位。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之水力發電裝置，其中該可動式閘門為在垂直於該流路的方向上開閉而增減該通水截面積之結構。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之水力發電裝置，其中該可動式閘門被安裝在該豎軸水輪機的轉軸上，藉由沿該旋轉葉 片的外緣開閉而增減該通水截面積之結構。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之水力發電裝置，其中該外殼內設有一增速板，且該增速板位於該集水板與該可動式閘門之間，該增速板為可沿豎直方向提升之水閘，藉由打開該增速板，將該流路內的水從設置在該外殼上的排放孔排放到該外殼外部。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之水力發電裝置，其中該外殼內設有一增速板，且該增速板位於該集水板與該可動式閘門之間，該增速板為可沿水平方向開閉之滑動閘門，藉由打開該增速板，將該流路內的水從設置在該外殼上的排放孔排放到該外殼外部。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之水力發電裝置，其中該外殼內設有一增速板，且該增速板位於該集水板與該可動式閘門之間，該增速板為以豎直軸為中心可旋轉之旋轉閘門，藉由打開該增速板，將該流路內的水從設置在該外殼上的排放孔排放到外殼外部。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之水力發電裝置，其中該集水板上更設置一開閉門扇，藉由打開該開閉門扇，使該水道的該上游側的溢流水不通過該流路而被排放到該下游側。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之水力發電裝置，其中該豎軸水輪機為單軸或對置的雙軸之雙擊式水輪機。
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