TWI573934B - Water truck power generation unit - Google Patents

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TWI573934B
TWI573934B TW101118158A TW101118158A TWI573934B TW I573934 B TWI573934 B TW I573934B TW 101118158 A TW101118158 A TW 101118158A TW 101118158 A TW101118158 A TW 101118158A TW I573934 B TWI573934 B TW I573934B
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Masahiro Hayashi
Kenichi Doi
Motohide Sakata
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Mizota Corp
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Description

水車發電單元 發明領域
本發明係有關於一種水車發電單元。更詳而言之，其係有關於一種以設置於水道之水車進行發電之水車發電單元。
發明背景
迄今，已知有設置於農業用等水道之小型水車發電裝置。垃圾等流至設置此水車發電裝置之水道之情形多，亦已知有附設有用以去除該垃圾之除塵裝置之發電裝置。亦已知有於水車設導葉，以控制流入至轉輪之水流之水車發電裝置。在該等習知技術中，因去除垃圾，而在水力發電等於取水口之蓋設置篩之結構者為眾所皆知。
舉例言之，已提出有將一端固定於取水口之上部、另一端固定於取水口之上游側水底之彎曲狀篩(例如參照專利文獻1)。又，已知有將導葉設於流入側者已知有使前端部靠近轉輪且將通過導葉之背之水流在與篩上之流水間分離而引導至水車者(例如參照專利文獻2)，或者設於殼體之上部壁與下部壁間而控制流至上部壁側之水流方向之旋動自如的導葉者(例如參照專利文獻3)。
再者，農業用等水道之水力發電裝置除了集中水流而使其流至水車之下方以使水車旋轉之單元結構者外，還已知有在設置成水平之篩上溢流之水流與垃圾一同往下游流 動之結構者(例如參照專利文獻4)。又，亦已知有使篩傾斜而設置之結構，且於水流溢流時，包含垃圾在內使剩餘水通過之結構者(例如參照專利文獻5)。
先行技術文獻 專利文獻
專利文獻1 日本專利公開公報2010-150830號
專利文獻2 日本實用新型公告公報昭62-26622號
專利文獻3 日本實用新型公開公報昭63-51163號
專利文獻4 日本專利公開公報2003-269315號
專利文獻5 日本專利公開公報2008-121652號
發明概要
然而，設置用以去除垃圾之篩之裝置於設置於水道等時，難以稱得上可沿著水流有效率地去除垃圾之結構。舉例言之，由於以直線地傾斜之篩去除之垃圾堆積於篩上，故無論如何都需要用將此垃圾人為地除去之維護。又，在現況，關於通過篩而流入至水車側之細小之垃圾的處理，有效之解決故障之技術並未揭示。
又，習知之葉結構係設於流入側者，為旋動之結構，為將水流導引至水車側之功能者。又，關於此導葉，係具有進行流動之水流之方向或水量之調整的功能者，係葉沿著往水車之水流方向旋動者。設於水車之下部者係調整水量之調整裝置，設置成固定，其調整操作必須得以人為進 行。
此調整裝置從使水量限定之必要性，如前述形成為固定之結構，當有垃圾等之侵入時，於該裝置有產生故障之虞之結構。又，該等習知導葉及調整裝置皆需在水中，或者呈不受水流影響之狀態後，施行維護。習知之結構之裝置當包含篩時，雖說可稱為小型，但實際上為非常大之裝置。本發明係為解決習知之問題點而發明者，可達成以下之目的。
本發明之目的在於提供小型且不論何種水道皆可易設置並強化水車之轉矩之水車發電單元。
本發明之另一目的在於提供構成為一體之單元且構造成可阻止垃圾往水車之旋轉區域之侵入並且可流暢地排出侵入之垃圾之水車發電單元。
本發明之又另一目的在於提供低成本且維護容易之結構之水車發電單元。
本發明為達成上述目的，以以下之手段構成。即，本發明1之水車發電單元係設置於水道之小型水車發電單元，其特徵在於由框體、水車、發電機、篩、下部壁板、及上部壁板構成，該框體(4)係於前述水道(2)之流入側構成流入室(5)，且設置於前述水道(2)者；該水車(6)係保持於前述框體(4)，且浸於比前述水道(2)之上游水面還靠底部側，並可藉流入至前述流入室(5)之水流旋轉自如者；該發電機(15)係設於前述框體(4)之上部並連接於前述水車(6)而 旋轉驅動者；該篩(10)係設於前述框體(4)內之上部，且構成彎曲形狀，以用以覆蓋前述流入室(5)而去除垃圾者；該下部壁板(9)係沿著前述水車(6)之葉輪(6a)之旋轉方向，於前述框體(4)之下部設成曲面狀，且從流入側朝流出側連續地具有小間隙而配置，俾可在與前述葉輪(6)間以前述葉輪(6a)之葉片翼面承接水者；該上部壁板(8)係位於隔著前述水車(6)與前述下部壁板(9)對向之前述框體(4)內上部，且靠近前述水車(6)之葉輪(6a)前端部之切線方向而配置，以使前述流入室(5)之流入水撞擊而落下而引導至前述葉輪(6a)者。
本發明2之水車發電單元係在本發明1中，前述下部壁板(9)形成為於前述框體(4)藉由支軸(13)搖動自如之結構。
本發明3之水車發電單元係在本發明1或2中，前述框體(4)係於前述框體(4)之側面部將用以將前述水道(2)之水流引導至前述框體(4)之內部的導引板(7)橫跨前述水道(2)之兩側之側壁(3)而設。
本發明4之水車發電單元係在本發明1或2中，前述框體(4)之下部形成有為用以使水流通過之流路之通過路(4d)。
本發明5之水車發電單元係在本發明1或2中，前述框體(4)之下部設有為用以排出堆積於前述水道(2)之底部(2a)之土砂而使其流至下游之流路且具有開關閥之土砂排除裝置(19)。
本發明6之水車發電單元係在本發明1或2中，在前述篩(10)之上部將可使垃圾及剩餘水通過之空間部(11)設於前 述框體(4)內。
本發明7之水車發電單元係在本發明1或2中，前述上部壁板(8)與前述水車(6)對向而設置於鉛直方向。
本發明8之水車發電單元係在本發明1或2中，前述水車(6)係可供水流從前述葉輪(6a)外周流入，流經前述葉輪(6a)之中央部，按壓前述葉輪(6a)，而流至前述葉輪(6a)之外周者。
本發明9之水車發電單元係在本發明1或2中，前述水車(6)具有使前述葉輪(6a)之葉片間隔可使通過前述篩(10)之垃圾通過的間隙。
本發明10之水車發電單元係在本發明1或2中，前述下部壁板(9)係上部為突出形狀部(9a)，該突出形狀部之結構係形成為伸出至前述上部壁板(8)側，在與前述上部壁板(8)間流水往前述葉輪(6a)之葉片間集中流動之結構，且使流入至前述框體(4)內之水流衝擊接觸前述上部壁板(8)而落下而引導至前述葉輪(6a)之切線方向者。
本發明11之水車發電單元係在本發明1或2中，前述上部壁板(8,32)於上下方向調整高度位置，而可改變流入口(31)之面積。
本發明12之水車發電單元係在本發明1或2中，前述框體(4)固定於前述水道(2)。
本發明13之水車發電單元係在本發明1或2中，前述框體(4)係與於兩側面部具有導引部(43a)之水門之門體(43)構成一體結構，而形成為可於上下方向以固定姿勢移動之結 構。
本發明14之水車發電單元係在本發明1或2中，前述框體(4)具有於兩側面部具有導引部(61)，且於水道側固定成可使前述框體(4)於上下方向以固定姿勢移動之導引體(62)。
本發明15之水車發電單元係在本發明1或2中，前述導引板(7,58,59)於端部具有止水橡膠(60)，且在與固定於水道側之止水板(56,57)間重疊。
本發明之水車發電單元為以一體結構形成為對水車之葉輪形成為有效之水流的結構，而形成為水車之轉矩高度穩定之單元。又，藉形成為小型之單元，而形成為何種水道皆可因應者。在垃圾之處理中，即使為通過篩，侵入至水車側之細小的垃圾，亦可在自然流之過程中，流暢地往水車外排出。因而，可避免諸如因垃圾而阻止水車之旋轉之故障，而形成為維護容易之單元。
又，藉將水車發電單元與水門之門體形成為一體結構，可以水門之升降裝置，使其上下開關，而可因應因颱風(大雨)等引起之預料外的水位變化，而可防止水道上流域之溢水。
又，藉以升降裝置使水車發電單元上下開關，可因應因颱風(大雨)等引起之預料外的水位變化，而可防止水道上流域之溢水。
圖式簡單說明
第1圖係顯示本發明第1實施形態之水車發電單元之截面圖。
第2圖係顯示本發明第1實施形態之水車發電單元之平面圖。
第3圖係顯示本發明第2實施形態之水車發電單元之截面圖。
第4圖係顯示本發明第3實施形態之下部壁板之變形例之水車發電單元的部份截面圖。
第5圖係顯示本發明第4實施形態之上部壁板，係可調整高度位置之可動噴嘴形態之水車發電單元的部份截面圖。
第6圖係顯示為本發明第5實施形態、使本體與水門可以一體形式升降之結構的水車發電單元之側視截面圖。
第7圖係顯示為本發明第5實施形態、使本體與水門可以一體形式升降之結構之水車發電單元的正面圖。
第8圖係顯示為本發明第6實施形態、可使本體簡易地升降之結構之水車發電單元的正面圖。
第9圖係顯示為本發明第6實施形態、可使本體簡易地升降之結構，係設置於水道之狀態之水車發電單元的平面圖。
第10圖係顯示為本發明第6實施形態、可使本體簡易地升降之結構，係被拉起至水道上之地上空間位置之狀態的水車發電單元之側視截面圖。
第11圖係顯示為本發明第7實施形態、設置於底部為傾 斜面之水道之狀態之水車發電單元的部份截面圖。
用以實施發明之形態 第1實施形態
以下，一面參照圖式，一面說明本發明第1實施形態。第1圖係顯示本發明第1實施形態之截面圖。第2圖係其平面圖。水車發電單元1係固定設置於以混凝土形成之水道2之水道側壁3者。在水道2流動之水流從水位高之上游側至水位低之下游側形成平緩之斜度而流動。此水車發電單元1係鋼板等金屬製框體4固定設置於水道2之底部2a及水道側壁3。於框體4配置收納有水車6。
水車發電單元1構成對水流於框體4之上游側開口之流入室5，去除垃圾後，使流入至此流入室5之水往鉛直方向(重力方向)落下，而從位置水頭轉換成速度水頭。使此落下水流抵接水車6之葉輪6a之葉片，使葉片6a旋轉而發電。水道2由以混凝土形成之兩側壁面與底面部3面構成，截面形狀為字形或倒梯形之3面水道。惟，此3面水道根據設置場所，亦有僅將設置水車發電單元1之近旁以混凝土形成之情形。水車發電單元1係安裝於此種水道2，即使為低落差、小水量，仍可發電者。
水車發電單元1係將外部以鋼板之框體4構成，在本例中，主要設置、固定於水道2之底部2a。此框體4係以為鋼板之兩側之側面部板4a、底面部板4b及上面部板4c構成。即，概略言之，箱狀框體4四方向以板材遮蓋，且於為水流 動之方向之2方向開口。在此框體4之內部，於對向之側面部板4a間配置有藉由旋轉軸支撐成旋轉自如之葉輪6a。此葉輪6a之基本構造係眾所皆知之結構，係於中心軸呈放射狀地具有複數個將翼構成圓弧狀的葉片者。
葉輪6a有各種類型，為眾所皆知，在本第1實施形態中，係如以箭號顯示水之流動般，水流從葉輪6a之外周流入，流經翼片6a之中央部，按壓此葉片而流至葉片6a外周之結構的水車、所謂之交叉流式水車。交叉流式水車係如空調用多葉送風機般，複數薄長方形之長葉片安裝於圓盤之形狀的水車。設置於管等配管中，藉葉片在從管放出之水中旋轉而獲得動力，而具有衝擊式水車與反動式水車兩者之性質。
相對於此，用於本第1實施形態之水車與一般之交叉流式水車不同，非設置於管等配管中者。設置於開放之水道，為使水道之垃圾可通過，相對於習知交叉流式水車之葉片片數為30片左右，係將葉片片數設定在12~16片之範圍(在本實施形態為12片)，減少葉片6a之葉片片數，而擴大葉片間隔之水車。藉此，在葉輪6a之中央部之水的通過性佳，且垃圾之通過性亦佳。
其結構形成為將水車6之葉輪6a之下方之約一半浸於水道，使從葉輪6a之外周流入至葉輪6a之中央部的水流再度從中央部往葉輪6a之外周方向吐出，而使葉輪6a旋轉者。藉此，以水流流入時及流出時之兩者的流動驅動葉輪6a。結果，可以對葉輪6a伴隨從鉛直方向之落下而生之重 力的作用及水流之運動能量之反動作用，有效率地將旋轉力給予葉輪6a。
框體4之底面部板4b從水道2之底部2a配置些微之間隙而設置。又，於框體4之流入口側之側面部板4a之上游側設置有用以導引水道2之水流之2片導引板7。具體言之，於此側面部板4a之上游側之端部固定有導引板7之一端。導引板7之另一端部固定於水道2之水道側壁3。因而，在水道2流動之水流為兩導引板7導引而流進水車。如第2圖之平面圖所示，兩導引板7從平面觀看，配置成ハ字狀。兩導引板7發揮在水道2之一種堤壩之作用。由於底面部板4b強固地固定於水道2之底部2a，故框體4即使有水流之阻力，亦不致被沖流。
在框體4內之葉輪6a之上部位置，靠近此葉片前端之切線方向(葉片翼面之延長方向)，上部壁板8朝鉛直方向固定配置。下部壁板9係從水流之流入室5之下部沿著水車6之葉輪6a之外周且朝下方在與葉輪6a間具有間隙而配置。此間隙從流入側朝流出側連續縮小。即，配置成使水衝擊接觸前述葉片6a之葉片翼面之約直角方向，即、下部壁板9配置成在與葉輪6a間形成適當之間隙。
框體4之內部為使水流之流動有效，以此下部壁板9與上部壁板8夾住葉輪6a，進一步，形成有為以側面部板4a包圍其兩側之空間之流入室5。從水道2之上游流至之水流撞擊此流入室5之上部壁板8，為此導引而落下至正下方，如前述，將水引導成對葉輪6a之切線方向形成為適當之角 度，按壓葉輪6a之翼面，而使葉輪6a往圖所示之順時鐘方向(第1圖之圖示上)旋轉。藉形成此種結構，防止除了落下水流外，流入至葉輪6a與下部壁板9之間隙之水流亦衝擊接觸葉片裡面，一直衝擊接觸葉片翼面，大半之水流被引導至葉輪6a之中央部。由於流出側之端部之間隙小，故水流之無謂之放出減少，水流摩擦小，結果，提高了水車之旋轉效率。
上部壁板8之設置結構係如前述，設置於作為葉輪6a之葉片前端之切線方向且為鉛直方向，而使水流衝擊接觸此上部壁板8而往下方落下者。此落下之水流可以良好效率作為重量體而衝擊接觸葉片之翼面。換言之，上部壁板8係發揮將位置水頭轉換成速度水頭之功能及將從上流流至之水流轉換方向成鉛直下方之功能者。於此流入室5之上面開口，彎曲形狀(圓弧之一部份)之篩10配置成蓋狀。此篩10係配置成以水車6之中心形成為圓弧狀之條篩，且形成為上部係水平，上游側沿著下部描繪曲線之形狀。
水流通過複數個條間而被引導至流入室5，木片等之浮游垃圾被此條鉤住，而不流入至流入室5。垃圾與水流一同流動時，垃圾一面在彎曲之篩10上以水流沖流，一面被帶至上方之水平部位，從上部之空間部11被導引至防護擋板12，而與水流一同往框體4外之下游方向放流。空間部11在框體4內，於篩10與上面部板4c間構成。又，水道2之水量多時，也以溢流之溢水與垃圾一同通過上部之空間部11，經由防護擋板12，流往下游。藉此構造，水道2之水流多時， 可避免因多餘之水量於水車6引發故障。垃圾亦可於防護擋板12之下方設回收構件，自然回收，而取出至水道外。
由於垃圾不致滯留於篩10，故不需如習知般，將滯留於篩之垃圾去除等之人為作業。因而，在水車發電單元1中，不需用以回收篩之垃圾之維護。在水車6之下部，如前述，於框體4之底面部板4b側沿著葉輪6a之形狀，配置有下部壁板9。本第1實施形態之下部壁板9係下部壁板9之一端以設於框體4之側面部板4a之支軸13支撐成搖動自如，而可搖動。
此下部壁板9從背面主要承接靜壓之壓力，而以設於框體4之制動器14限制其移動。下部壁板9沿著葉輪6a之形狀，而形成為半圓形狀之結構。通常，此下部壁板9在與葉輪6a間，維持適當之間隔。此下部壁板9之形狀對應於葉輪6a之外周，而形成為水可以對葉輪6a之切線方向適當之角度引導之形狀，而於流入至葉輪6a之過大之水壓、或混入異物時，可藉其按壓力而搖動。惟，下部壁板9當以非搖動自如、諸如彈性板材之可撓性金屬構件構成時，未必需設成可搖動。
當通過篩10之細小垃圾夾在葉輪6a之外周與下部壁板9間時，下部壁板9以支軸13為支點，擴展與葉輪6a之間隙，垃圾從此間隙離開。舉例言之，小石塊狀之堅硬垃圾有損傷葉輪6a之虞，而形成為故障之原因。藉下部壁板9開啟，可去除該等垃圾。由於擴展間隔配合篩10之條寬，故侵入之垃圾可完全排出。
因而，由於可以自然流之過程去除垃圾，故可避免葉輪6a因夾在此間隙之垃圾而阻止旋轉之故障。令下部壁板9為可搖動之結構之重要目的係如前述，於垃圾侵入至此葉輪6a與下部壁板9之間隙時，使下部壁板9開放，而使該垃圾排出。去除垃圾後，使葉輪6a與下部壁板9之間隙自然地呈原本之狀態，一直維持最適合之運轉狀態，而謀求水車之效率化。流入至流入室5之水流一面衝擊接觸葉輪6a之翼面，一面通過葉輪6a之中央部，而流至下游。又，葉輪6a減少葉川數，而將葉片間之間隔配合篩10之條寬度而擴大。因此，通過條間而流入至葉輪6a之細小垃圾與水流一同通過葉輪6a之中央部，而可放出至下游。
框體4之上面部板4c構成蓋狀之支柱，於其上面固定有發電機15。此上面部板4c設定成即使水道2之水流高度滿水時亦不致水淹之高度。此發電機15與葉輪6a以滾子鏈16連結。於以軸承支撐之葉輪6a之旋轉軸與發電機15之旋轉軸分別安裝有各鏈輪17、18，滾子鏈16作為無端環鏈而捲掛於此鏈輪17、18
另一方面，在水道2，除了浮游之垃圾外，土砂等異物亦沿著水道2之底部2a流動。由於此土砂等重，故有堆積於框體4之下部之虞。用以去除此土砂等之機構設於框體4之底面部板4b。框體4之底面部板4b形成為具有截面形狀為長方形之空間部4d之箱形。此空間部4d形成有為貫穿孔而可使水流通過之水之流路。此外，此空間部4d為長方形，亦可為水道底側開口之字形之形狀。於框體4之底面部板4b 之上游側之端部、即空間部4d之流入口設有開關自如之土砂吐閥19。此土砂吐閥19形成為通常為關閉，當於底部2a堆積土砂等時，便開啟土砂吐閥19，流入口可開放之構造。隨著土砂吐閥19之開放，藉由空間部4d，將土砂與水流一同放出至下游。
此土砂吐閥19之開關結構形成為於土砂吐閥19之一端安裝棒、金屬線、或鎖19a，在地上支撐此鎖等，當於底部2a土砂等之堆積增多時便拉起之結構。因而，當於底部2a堆積土砂等時，以手動操作使土砂吐閥19之閥搖動，而將閥開啟開放。當開放土砂吐閥19時，土砂等以水流之流勢流經底面部4b之空間部4d而流至下游。由於藉配置此土砂吐閥19，可防止土砂侵入至下部壁板9，故可不致對下部壁板9之搖動動作造成不良影響。此外，亦可不配置土砂吐閥19，而將空間部4d作為供水流動之流路，使底部之砂等經常流動。
水車發電單元1形成為此種結構，伴隨下述之動作而運轉。水道2之水流首先通過篩10而被引導至流入室5。被引導至流入室5之水流以流動之水勢衝擊接觸上部壁板8。衝擊接觸之水流往下方落下及轉換方向，增加速度而以動壓按壓葉輪6a之翼面。水流一面伴隨此按壓，一面如箭號所示，通過比葉輪6a外周還靠葉輪6a之中央部，再度以動壓按壓葉輪6a之翼面而流出至外周。藉此水流之按壓，葉輪6a旋轉，藉由滾子鏈16，發電機15旋轉。
業經以篩10去除之垃圾與溢流之水流一同通過篩10之 上部之空間部11，經由防護擋板12放流至下游。又，即使垃圾通過篩10，在自然流之過程，仍進入葉輪6a與下部壁板9之間隙之垃圾經由以下部壁板9之搖動而擴展之間隙，往下游放流。又，流入至葉輪6a之垃圾與水流一同通過葉輪6a之中央部，而往下游放出。再者，以設於框體4之底面部板4b之土砂吐閥19的人為開關操作，使堆積於水道2之底之土砂等流經空間部4d而放流至下游。
第2實施形態
如以上所詳述，本第1實施形態基本上形成為以上說明之結構，接著，就第2實施形態作說明。第3圖所示者係顯示將具有基本上與前述相同結構之可搖動之下部壁板9的水車發電單元20應用於水道底有段差之水道2之例。此第2實施形態之結構之例係結構為水車6之中心部設置於比水道2之底部2a還下方，水道2之底部2a位於下部壁板9之上端部。為此例時，適用於水道之深度淺之情形，而形成為可將篩10橫跨水道2之水面至底部2a之部位而設置的結構。
即，構造係將此水車發電單元20之上游側(流入側)設置於水道端之段差部而有效地利用水流之落下能量者。使水流衝擊接觸上部壁板8而使水車6旋轉的結構與前述相同。與前述同樣地，葉輪6a與下部壁板9維持適當之間隙，於垃圾流入至該間隙時，此下部壁板9可搖動而開啟以排除垃圾。雖圖中未示，下部壁板9以安裝於底面部板4b之彈簧等按壓材，被壓制於設於框體4之制動器14而被限制移動。此外，亦可使用與第1圖同樣地，以靜壓之壓力將下部壁板9 壓制於制動器14而限制移動之方法。篩10之上部之空間21形成高，此係考慮為淺水道時，水位高度之變動大，及即使為淺水道，仍與前述同樣地，剩餘之水量流動而形成高。
第3實施形態
第4圖係顯示為第3實施形態，下部壁板9之變形例之部份截面圖。為用以提高葉輪6a之轉矩之一方法。前述第1實施形態及第2實施形態所示者係令下部壁板9為沿著葉輪6a之形狀而呈曲線狀，未必為水流全部衝擊接觸上部壁板8之結構。到達上部壁板8之水流之一部份不衝擊接觸上部壁板8而落下，有衝擊接觸葉輪6a之葉片背面之虞。是故，為避免此，有效地獲得落下能量，乃將下部壁板9之上部如第4圖所示，以朝向上部壁板8側之狀態而形成平面狀之突出形狀部9a。突出形狀部9a從水平構成為銳角之角度θ。即，將水平地流動之水流之速度能量形成從水平朝上角度θ之流動。藉此，更多之水流衝擊接觸上部壁板8而落下。藉此，可提高對葉輪6a之落下能量。
在前述第1及第2實施形態中，當水流之一部份衝擊接觸葉輪6a之翼面之背面時，有減少轉矩，而使水車之旋轉效率降低之虞。避免此之一對策係結構為將流入空間22構成使往流入室5之水流如箭號所示，全部衝擊接觸上部壁板8，往鉛直方向落下，而抵接葉輪6a之葉片翼面，而可確實地衝擊接觸葉輪6a之翼面。當為此結構時，有提高水車之轉矩之可能性。又，在本例中，以下部壁板9之一部份構成突出形狀部9a，亦可於此部位設作為追加之其他構件。
第4實施形態
第5圖係顯示可調整前述上部壁板8之上下方向的高度位置之水車發電單元30之第4實施形態的部份圖。前述上部壁板8藉改變上下方向之高度位置，可改變與下部壁板9之間之流入口31的面積。即，可將此上部壁板8作為可動噴嘴32，而可改變對水車6之流入量。此可動噴嘴32之結構係將具有螺絲之2根調整棒32b之下端焊接於板構件32a，進一步，沿著該調整棒32b之位置，從板構件32a伸出2個支柱部32c者。
此調整棒32b之上端部伸出至框體4之上部，而可進行調整棒32b之定位。此可動噴嘴32藉螺進調整棒32b之端部之螺帽33，支撐於框體4之上部，藉此螺帽33之位置調整，決定高度。此調整位置係在框體4上部，水車發電單元30即使設置於水道中，仍可操作之水道上之地上空間位置。
在支柱部32c，於上下方向為縫隙之貫穿溝32d沿著調整棒32b之長度方向而設。支撐於框體4之兩側壁之支撐棒34橫跨2個支柱部32c而插入此貫穿溝32d。由於此支撐棒34固定，故可動噴嘴32於上下方向移動而調整位置時，可一面與此支撐棒34相對移動，一面保持可動噴嘴32之姿勢。
藉有此支撐棒34，即使於可動噴嘴32承接水流之壓力，可動噴嘴32不論在高度調整之哪個位置，皆可以支撐棒34支撐，而不致傾倒。如此，以可動噴嘴32劃分之流入口31在水中位於水車6之下部，而用以改變此流入口31之面積之位置調整可在地上之框體4上部進行。結果，維護亦容 易。
第5實施形態
第6圖、第7圖係顯示使水車發電單元40本體為可於上下方向升降之結構之第5實施形態的圖。即，從水道拉起水車發電單元40本體，可在水道上之地上空間位置，進行維護、垃圾之去除等。本第5實施形態係於水道2設有水門41時有效之結構。即，由於於水門41通常附加設有使水門41之門體上升而開關之升降裝置42，故利用此升降裝置42。
於水車發電單元40之框體4設配合水道2之寬度之門體43，並於此門體43之岸側兩端部設可為水門41之導引部44導引之伸出部43a。此伸出部43a沿著岸側之導引部44於上下方向被導引。再者，於與此框體4構成一體之結構之門43的上部設升降用支撐具45。於此支撐具45安裝架46、鏈、金屬線等，當以升降裝置42使其驅動時，可使水車發電單元40於上下方向升降。
圖之2點鏈線位置47顯示以升降裝置42將水車發電單元40拉至水道上、地上空間位置之狀態。如此，藉呈使框體4與門體43一體化，而可於水門41之上下方向以固定姿勢導引之結構，亦可將此水車發電單元40逕以原形應用於水門41，而可易進行水車發電單元40之維護。又，除了一般之維護外，於颱風等異常出水時，拉起此門體43，將水車發電單元40保持於地上，進行其之保全，同時，使水道之流動流暢，可防止水道上流域之溢水。又，雖圖中未示，於水道上游側設置水位計，根據水位計之資料，使水門自 動地上升，藉此，可更提高防止溢水之效果。
當應用於既有之水門時，將既有之門體之一部份配合水車發電單元之構造而變更，使此門體與水車發電單元40構成一體之結構即可。又，從最初形成設水車發電單元40之新水門時，只要進行配合水道之效率佳之結構之水門形式的水車發電單元40之設計即可。又，雖圖中未示，以應用於水車發電單元40之門體，遮斷水道之水流時，可於此門體43設第2門體來因應。
第6實施形態
第8圖~第10圖所示者係本發明第6實施形態。此第6實施形態之結構係不論為水道之哪個位置，皆可設置水車發電單元50，並且將水車發電單元50拉起至水道上，可在地上空間位置進行維護。該等圖所示之構造係使簡易之結構之維護用升降裝置51不橫跨水車發電單元50而設於兩岸，與前述同樣地，可藉由鏈或金屬線等升降具52，將水車發電單元50拉起至水道上之地上空間。
第8圖、第9圖係顯示設於於兩岸跨過水車發電單元50之位置之升降位置51的框架體51a之結構。此框架體51a形成門型，其下部以螺栓鎖固於兩岸之混凝土。又，於框架體51a上部之中央設有升降驅動體53或其支撐體。此升降驅動體53或其支撐體位於設置於水道2上之水車發電單元50之上部，可藉由安裝於水車發電單元50之上部之安裝具54，使水車發電單元50本體於上下方向升降。
由於本第6實施形態係簡易形式，故升降驅動體53為鏈 滑車。因而，藉以手動捲動鏈，可易將水車發電單元50拉起至水道上之地上空間位置。第10圖之2點鏈線位置55顯示將水車發電單元50拉起至地上空間位置之位置。於框架體51a設有安裝鏈滑車等升降驅動體53之支撐體，藉被此鉤住，可易安裝。又，雖圖中未示，亦可沿著框架體51a，藉由輥等，於水平方向移動，而使水車發電單元50靠岸側。
另一方面，本第6實施形態之水道2之水道截面形成倒梯形。因而，河岸之水道側面形成為傾斜面2b、2c。因此，用以堵住水流，將水流導引至水車側之止水板56、57之對水道側面2b、2c之安裝面形成傾斜，又，水道側端部形成彎折至水車側之形狀部56a、57b。由於此2個止水板56、57配合水道壁之形狀而構成，故因兩岸之水道側壁形狀而異。分割之各止水板56、57分別固定於水道兩岸。
另一面，於安裝於水車發電單元50之框體4之導引板58、59安裝有止水橡膠。當水車發電單元50設置於水中時，此止水橡膠60之端部重疊於止水板56、57，以水流按壓至止水板56、57側。因而，水流以止水板56、57及止水橡膠60遮斷，而可以良好效率流入至水車側之流入室5。
又，導引部61沿著上下方向以朝水道2之兩岸伸出之形態設於框體4之兩側壁。此導引部61為設於水道2之框架構成體62之導引軌道62a導引成於上下方向移動自如。即，此水車發電單元50可以此導引部61保持固定姿勢升降。
藉橫跨兩岸而設置之升降裝置51，水車發電單元50即使在升降中，亦不致因水流而流動，而可維持上下方向之 固定姿勢。以前述結構將此水車發電單元50拉起至水道上之地上空間位置之狀態如前述係如第10圖所示之2點鏈線位置55。如此，本第6實施形態可形成為下述結構，前述結構係於設置於水道2之任意位置時，使升降裝置51橫跨兩岸，又，於框體4將止水橡膠60設置在導引部61及導引板58、59，同時於水道2設上下方向導引用框架構成體62，而可以簡易之構造，易進行維護。
又，除了一般之維護外，於颱風等之異常出水時，拉起此水車發電單元50，將水車發電單元50保持於地上，進行其保全，同時使水道之流動流暢，而可防止水道上流域之溢水。再者，不論為描繪曲線而水流之方向產生變化的水道2，或為具有傾斜面之水道2，皆可設置水車發電單元50，並且可進行在水道上之地上空間位置之維護。又，將升降驅動體53作為鏈滑車而作了說明，亦可作為其他設備、例如有動力之驅動裝置是無須贅言的。
第7實施形態
第11圖係顯示應用於水道之底部2a傾斜(相對於水平)時之第7實施形態的部份截面圖。當將水車發電單元1、50設置於傾斜之底部2a時，水車發電單元1、50便傾斜。防止此之一手段係將配合底部2a而使上面水平之轉輪70抵接框體4下部。藉此，水車發電單元1、50可設置成水平。
第7實施形態係顯示下述結構者，前述結構係底部2a之傾斜為α度時，將配合α度之傾斜角作成之轉輪70設置於框體4之下部，將水車發電單元1、50之設置姿勢呈水平者。 此轉輪70只要按底部2a之傾斜角，設置於框體4與底部2a間即可，當將角度設定成固定時，亦可令框體底部為傾斜面，而形成一體結構。
實施例
以本第6實施形態之水車發電單元而得之發電量之一例如下。
流量：0.096m3/s(5.76m3/min)
有效落差：0.9m
假定效率：30%
水之能量：0.85kw
假定發電量：0.255kw
1，20，30，40，50‧‧‧水車發電單元
2‧‧‧水道
2a‧‧‧底部
2b，2c‧‧‧傾斜面
3‧‧‧水道側壁
4‧‧‧框體
4a‧‧‧側面部板
4b‧‧‧底面部板
4c‧‧‧上面部板
4d，11，31‧‧‧空間部
5‧‧‧流入室
6‧‧‧水車
6a‧‧‧葉輪
7‧‧‧導引板
8‧‧‧上部壁板
9‧‧‧下部壁板
9a‧‧‧突出形狀部
10‧‧‧篩
12‧‧‧防護擋板
13‧‧‧支軸
14‧‧‧制動器
15‧‧‧發電機
16‧‧‧滾子鏈
17，18‧‧‧鏈輪
19‧‧‧土砂吐閥
19a‧‧‧鎖
22‧‧‧流入空間
31‧‧‧流入口
32‧‧‧可動噴嘴
32a‧‧‧板構件
32b‧‧‧調整棒
32c‧‧‧支柱部
32d‧‧‧貫穿溝
33‧‧‧螺帽
34‧‧‧支撐棒
41‧‧‧水門
42，51‧‧‧升降裝置
43‧‧‧門體
43a‧‧‧伸出部
44，61‧‧‧導引部
45‧‧‧支撐具
46‧‧‧架
47，55‧‧‧2點鏈線位置
51a‧‧‧框架體
52‧‧‧升降具
53‧‧‧升降，驅動體
54‧‧‧安裝具
56，57‧‧‧止水板
56a，57a‧‧‧形狀部
58，59‧‧‧導引板
60‧‧‧止水橡膠
70‧‧‧轉輪
θ‧‧‧角度
α‧‧‧傾斜角
第1圖係顯示本發明第1實施形態之水車發電單元之截面圖。
第2圖係顯示本發明第1實施形態之水車發電單元之平面圖。
第3圖係顯示本發明第2實施形態之水車發電單元之截面圖。
第4圖係顯示本發明第3實施形態之下部壁板之變形例之水車發電單元的部份截面圖。
第5圖係顯示本發明第4實施形態之上部壁板，係可調整高度位置之可動噴嘴形態之水車發電單元的部份截面圖。
第6圖係顯示為本發明第5實施形態、使本體與水門可 以一體形式升降之結構的水車發電單元之側視截面圖。
第7圖係顯示為本發明第5實施形態、使本體與水門可以一體形式升降之結構之水車發電單元的正面圖。
第8圖係顯示為本發明第6實施形態、可使本體簡易地升降之結構之水車發電單元的正面圖。
第9圖係顯示為本發明第6實施形態、可使本體簡易地升降之結構，係設置於水道之狀態之水車發電單元的平面圖。
第10圖係顯示為本發明第6實施形態、可使本體簡易地升降之結構，係被拉起至水道上之地上空間位置之狀態的水車發電單元之側視截面圖。
第11圖係顯示為本發明第7實施形態、設置於底部為傾斜面之水道之狀態之水車發電單元的部份截面圖。
1‧‧‧水車發電單元
2‧‧‧水道
2a‧‧‧底部
3‧‧‧水道側壁
4‧‧‧框體
4b‧‧‧底面部板
4C‧‧‧上面部板
4d，11‧‧‧空間部
5‧‧‧流入室
6‧‧‧水車
6a‧‧‧葉輪
8‧‧‧上部壁板
9‧‧‧下部壁板
10‧‧‧篩
12‧‧‧防護擋板
13‧‧‧支軸
14‧‧‧制動器
15‧‧‧發電機
16‧‧‧滾子鏈
17，18‧‧‧鏈輪
19‧‧‧土砂吐閥
19a‧‧‧鎖

Claims (14)

  1. 一種水車發電單元，是設置於水道之小型水車發電單元，其特徵在於包含下列元件：框體，於前述水道之流入側構成流入室，且設置於前述水道；水車，保持於前述框體，且浸於比前述水道之上游水面還靠底部側，並可藉流入至前述流入室之水流旋轉自如；發電機，設於前述框體之上部並連接於前述水車而被旋轉驅動；篩，設於前述框體內之上部，且構成圓弧形狀用以覆蓋前述流入室而去除垃圾；下部壁板，沿著前述水車之葉輪之旋轉方向，於前述框體之下部設成曲面狀，且配置成在與前述葉輪間具有從流入側朝流出側連續變小之間隙，俾可以前述葉輪之葉片翼面承接水；及上部壁板，位於隔著前述水車與前述下部壁板對向之前述框體內上部，且靠近前述水車之葉輪前端部之切線方向配置，使前述流入室之流入水撞擊而落下而引導至前述葉輪，在前述圓弧形狀之前述篩上部，將可使垃圾及剩餘水通過之空間部設於前述框體內。
  2. 如申請專利範圍第1項之水車發電單元，其中前述下部壁板形成為於前述框體藉由支軸搖動自如之結構。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之水車發電單元，其中前述框體是於前述框體之側面部將用以將前述水道之水流引導至前述框體之內部的導引板橫跨前述水道之兩側之側壁而設。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之水車發電單元，其中前述框體之下部形成有通過路，前述通過路為用以使水流通過之流路。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之水車發電單元，其中前述框體之下部設有土砂排除裝置，該土砂排除裝置是用以將堆積於前述水道之底部之土砂排出而使其流至下游之流路且具有開關閥。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之水車發電單元，其中前述上部壁板與前述水車呈相對向並設置於鉛直方向。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之水車發電單元，其中前述水車是可供水流從前述葉輪外周流入，流經前述葉輪之中央部，按壓前述葉輪，而流至前述葉輪之外周者。
  8. 如申請專利範圍第1或2項之水車發電單元，其中前述水車具有使前述葉輪之葉片間隔可供通過前述篩之垃圾通過的間隙。
  9. 如申請專利範圍第1或2項之水車發電單元，其中前述下部壁板是構成為上部朝前述上部壁板側伸出，且在與前述上部壁板間流水往前述葉輪之葉片間集中流動，且形成有突出形狀部，該突出形狀部是構成為使流入至前述框體內之水流衝擊接觸前述上部壁板落下而引導至前 述葉輪之切線方向。
  10. 如申請專利範圍第1或2項之水車發電單元，其中前述上部壁板可於上下方向調整高度位置，而可改變流入口之面積。
  11. 如申請專利範圍第1或2項之水車發電單元，其中前述框體固定於前述水道。
  12. 如申請專利範圍第1或2項之水車發電單元，其中前述框體是與於兩側面部具有導引部之水門之門體構成一體結構，而形成為可於上下方向以固定姿勢移動之結構。
  13. 如申請專利範圍第1或2項之水車發電單元，其中前述框體於兩側面部具有導引部，且具有為使前述框體可於上下方向以固定姿勢移動而固定於水道側的導引體。
  14. 如申請專利範圍第3項之水車發電單元，其中前述導引板於端部具有止水橡膠，且在與固定於水道側之止水板間重疊。
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