TWI755931B

TWI755931B - 小水力發電裝置

Info

Publication number: TWI755931B
Application number: TW109140039A
Authority: TW
Inventors: 佐佐木壮一; 桑原順
Original assignee: 日商愛麗斯股份有限公司
Priority date: 2020-06-25
Filing date: 2020-11-17
Publication date: 2022-02-21
Also published as: WO2021260967A1; JP2022007140A; TW202200895A; JP6778974B1

Abstract

[課題] 本發明的課題是一邊利用流速大的水面附近的水流，一邊調整水流衝擊水車的角度，且無需減弱水車所誘導之水的流速，即可因應水路內的水量進行有效的發電。 [解決手段] 本發明，具備：位在上游側的第一導水路(20)；位在下游側的第二導水路(30)；在該等導水路的最下游並在相對於水流正交的方向具有轉軸的水車(40)；可使第二導水路(30)在上游方向或下游方向移動的橫移裝置(50)；及可使水車(40)在垂直方向移動的縱移裝置(60)，藉此可因應水路內的水量有效地發電。

Description

小水力發電裝置

本發明是有關小水力發電裝置。

自以往，在設置於田園地帶的用水路等，廣泛進行利用水路內之水流的小水力發電。但是，在設置有小水力發電裝置的水路內流動的水量會因非灌溉期、灌溉期、翻土整地期等的時期或場所而有大的增減，因此維持最適當的發電效率困難。為此，提出可因應水路內之水量增減的小水力發電裝置。

作為上述小水力發電裝置的相關習知技術，在專利文獻1中，提出具備水車(渦輪裝置)、升降裝置及流量調整裝置的構成，藉流量調整裝置調整水位，可上下移動水車配合水位進行有效發電。又，專利文獻2中，提出具備水車(渦輪裝置)及水位調整閘的構成，藉著轉動控制水位調整閘，可調整水流衝擊水車的角度。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1] 日本特許6168902號公報 [專利文獻2] 日本特許6282236號公報

[發明所欲解決之課題]

開放水路中，底面附近的流速小，而水面附近的流速較大為人所知。因此，為了在開水路進行有效的小水力發電，重要的是利用水面附近的水流。但是，專利文獻1的小水力發電裝置不是利用水面附近的水流，而是藉流量調整裝置減弱誘導至水車的水的流速，因此並非有效利用水路內的流速。又，專利文獻2的小水力發電裝置是利用流速大的水面附近的水流而使得藉水位調整閘誘導至水車的水的流速減弱，因此針對專利文獻2也並非有效利用水路內的流速。

專利文獻1及專利文獻2的小水力發電裝置是藉著調整水車，及流量調整裝置或水位調整閘的位置，可變更誘導至水車之水流的角度。但是，專利文獻1及專利文獻2不能調整誘導至水車的水流與水車之水平方向的位置關係，因此水流會衝擊水車的中心附近，不能有效利用流速之虞。又，專利文獻1及專利文獻2的小水力發電裝置是利用水路內之水流的全流量，在運轉時，塵埃的排出或魚道的確保等困難。

本發明相關的小水力發電裝置是為解決上述課題所研創而成，一邊利用流速大的水面附近的水流，一邊調整水流衝擊水車的角度，且無需減弱水車所誘導之水的流速，即可因應水路內的水量進行有效的發電。 [用於解決課題的手段]

本發明相關的小水力發電裝置，具備：位在上游側的第一導水路；位在下游側的第二導水路；在該等導水路的最下游並在相對於水流正交的方向具有轉軸的水車；可使第二導水路在上游方向或下游方向移動的橫移裝置；及可使水車在垂直方向移動的縱移裝置，其特徵為：第二導水路是朝水車排出水流，橫移裝置是移動第二導水路，可以使第二導水路及水車在水平方向分開或接近。

本發明相關的小水力發電裝置中，第二導水路、水車、橫移裝置及縱移裝置是以一體形成，一體形成的該等基部是可設置在地面為佳。 [發明效果]

本發明相關的小水力發電裝置是可藉著橫移裝置及縱移裝置使第二導水路及水車分別移動，因此可一邊利用流速大的水面附近的水流，一邊調整水流衝擊水車的角度，且無需減弱水車所誘導之水的流速，即可因應水路內的水量進行有效的發電。

一邊參閱圖示一邊說明實施本發明用的形態。以下是舉小水力發電裝置的構造及小水力發電裝置的狀態為例，說明本發明相關的小水力發電裝置。

1. 小水力發電裝置的構造針對本發明相關之小水力發電裝置的構造說明。圖1是表示本發明相關的小水力發電裝置之一例的側面圖。圖2是表示本例之小水力發電裝置的正面圖。圖3是表示本例的小水力發電裝置之第二導水路及橫移裝置的側面圖。圖4是表示本例的小水力發電裝置之水車及縱移裝置的側面圖。

如圖1表示，本例的小水力發電裝置，具備：位在上游側的第一導水路20；位在下游側的第二導水路30；位於連續該等導水路的最下游並在相對於水流正交的方向具有轉軸的水車40；可使第二導水路30在上游方向或下游方向移動的橫移裝置50；及可使水車40在垂直方向移動的縱移裝置60，第一導水路20是將水流朝著第二導水路30誘導，第二導水路30是將水流朝著水車40誘導的構成。

在水路設置堤或水閘等的構造物時，水路內的水流會因該等而受阻，但是本例的小水力發電裝置中，在第一導水路20及第二導水路30未設置有該等的構造物。因此，在第一導水路20及第二導水路30中，水流不會減弱，可將水流誘導至水車40。並且，從第一導水路20及第二導水路30朝水車40誘導，並利用於發電的水流為流速大的水面附近的水流81，可進行利用流速之效率良好的發電。

本例的小水力發電裝置中，第二導水路30的水面附近的水流81被從第二導水路30排出之後，衝擊水車40，利用於發電，但底面附近的水流82被從第二導水路30排出之後，不會衝擊水車40，而是流向水車的下方。如上述，本例的小水力發電裝置是利用水路內的部分的流量，並非利用全流量，因此在小水力發電裝置的運轉時，也可進行塵埃的排出或魚道的確保。並且，本例的小水力發電裝置中，第二導水路30的底面附近的水流82雖不是利用於發電的構成，但本發明的小水力發電裝置是可對應設置狀態或發電環境等將底面附近的水流利用於發電，或將水路內的全流量利用於發電。

如圖1及圖2表示，本例的小水力發電裝置中，第二導水路30及橫移裝置50是被固定在後述的車輪31及軌道51、後述的齒條32及小齒輪54，水車40及縱移裝置60是被固定在後述的水車40的中心部41及升降部63。並且，橫移裝置50及縱移裝置60是在具有橫移裝置50的軌道51的框架，及縱移裝置60的支柱，藉支撐構件所接合的構造。如上述，第二導水路30、水車40、橫移裝置50及縱移裝置60是形成為一體，一體所形成的該等的基部70是設置在地面71。

由於基部70是設置在水路10的外側的地面71，即使水路內側的施工困難的場合，可容易將本發明相關的小水力發電裝置設置於水路。並且，運用本發明，可節減導入小水力發電裝置時的成本。

本例的小水力發電裝置中，第一導水路20是在導水路10的底面設置底部21所形成，第二導水路30是設置在導水路10的內側的構成，但本例相關的小水力發電裝置不限於本例的構成，第一導水路20也可與導水路10分離地設置，並且，第二導水路30也可不設置在導水路10的內側。

如圖3表示，本例的小水力發電裝置中，第二導水路30具備車輪31、齒條32及連結部33，橫移裝置50具備軌道51、把手52、軸棒53及小齒輪54。

設置車輪31可在軌道51上轉動，將齒條32及小齒輪54咬合，藉此固定第二導水路30及橫移裝置50。旋轉把手52，藉軸棒53將旋轉力傳達至小齒輪54，小齒輪54及齒條32具有作為齒條與小齒輪聯動機構的功能。藉此，橫移裝置50可以使第二導水路30在上游方向或下游方向移動。並且，第二導水路30是將連結部33配置在第一導水路20的內側，藉此容易將水流從第一導水路20誘導至第二導水路30。

本例的小水力發電裝置中，橫移裝置50是藉齒條與小齒輪聯動機構可以使第二導水路30朝上游方向或下游方向移動的構成，但本發明相關的小水力發電裝置不限於本例的構成，橫移裝置50是例如藉著將把手52的旋轉運動變換成第二導水路30的往返運動的曲柄機構等使第二導水路30可朝上游方向或下游方向移動的構成。

如圖2及圖4表示，本例的小水力發電裝置中，水車40具備中心部41及葉片42，縱移裝置60具備：馬達61、吊掛部62、升降部63、配重64、鍊條65及發電機66。

水車40及縱移裝置60被固定於轉軸與軸承所構成的中心部41及升降部63。旋轉馬達61，藉吊掛部62吊掛的升降部63可朝著垂直方向移動，藉此，縱移裝置60可以使水車40朝垂直方向移動。又，縱移裝置60具備配重64，因此吊掛部62可穩定吊掛升降部63及水車40。水流衝擊葉片42，使水車40旋轉，水車40的旋轉可藉著鍊條65傳達至發電機66，藉此本例的小水力發電裝置可進行發電。

本例的小水力發電裝置中，橫移裝置50及縱移裝置60雖是成分別作動的構成，但本例的小水力發電裝置中，橫移裝置50及縱移裝置60可以是連動的構成，並且，也可因應水路內的流量及流速，自動地使橫移裝置50及縱移裝置60作動，成為使第二導水路30及水車40移動的構成。

2. 小水力發電裝置的狀態針對本發明相關之小水力發電裝置的狀態說明。圖5是表示使本例的小水力發電裝置的第二導水路朝上游方向移動的狀態的概略剖面圖。圖6是表示使本例的小水力發電裝置的第二導水路朝下游方向移動的狀態的概略剖面圖。圖7是表示使本例的小水力發電裝置的水車朝上方移動的狀態的概略剖面圖。圖8是表示使本例的小水力發電裝置的水車朝下方移動的狀態的概略剖面圖。

如圖5及圖6表示，本例的小水力發電裝置中，第二導水路30可藉著橫移裝置50朝上游方向或下游方向移動。藉著第二導水路30朝上游方向的移動(上升)，可以使第二導水路30及水車40朝水平方向分離，即使在水路內流動的水量增加的場合，仍可調節水流80衝擊水車40之葉片42的角度，提升發電效率。並且，藉著第二導水路30朝下游方向的移動(下降)，可以使第二導水路30及水車40朝水平方向接近，即使在水路內流動的水量減少的場合，仍可調整水流80衝擊水車40之葉片42的角度，提升發電效率。

小水力發電裝置中，水流衝擊水車的中心附近時，旋轉力減弱會降低發電效率。本例的小水力發電裝置藉著使第二導水路30朝上游方向或下游方向移動，不僅可調整水流80衝擊水車40之葉片42的角度，並可調整水流80與水車40之水平方向的位置關係，因此水流80即使未衝擊水車40的中心部41附近，仍可進行有效利用流速的發電。

如圖7及圖8表示，本例的小水力發電裝置中，水車40可藉縱移裝置60朝著垂直方向移動。藉著水車40朝上方的移動(上升)，可以使第二導水路30及水車40朝垂平方向分離，即使在水路內流動的水量增加的場合，仍可調節水流80衝擊水車40之葉片42的角度，提升發電效率。並且，藉著水車40朝下方的移動(下降)，可以使第二導水路30及水車40朝垂直方向接近，即使在水路內流動的水量減少的場合，仍可調整水流80衝擊水車40之葉片42的角度，提升發電效率。

在水路內流動的水量增加，水路內的水位變高時，水車40的葉片42與水面接觸，會有發電效率降低的場合。在此場合，藉縱移裝置60使水車40朝上方移動，可以使葉片42不與水面接觸地進行發電。

圖5至圖8中，雖表示僅移動第二導水路30或水車40之一方的狀態，但本例的小水力發電裝置是移動第二導水路30及水車40的雙方，形成因應水路內之水量及流速的最適當的位置關係，藉此可進一步提升發電效率。針對水平方向的位置關係是藉著橫移裝置50，將第二導水路30及水車40的距離設定成與第二導水路內的水位相同程度時，可獲得高的發電效率。

通常，在用水路等的水路導入小水力發電裝置的場合，有設計配合水路內的最大流量的強度之水車的必要。另一方面，本例的小水力發電裝置是可因應水路內之水量的增減，移動第二導水路30及水車40，在水量多的時期或場所，將第二導水路30朝上游側移動，或者使水車40朝上方移動，可調整衝擊水車40的流量。藉此，本例的小水力發電裝置沒有個別設計配合水路內之最大流量之水車的必要，可泛用地導入種種環境的水路。

10:導水路 20:第一導水路 21:底部 30:第二導水路 31:車輪 32:齒條 33:連結部 40:水車 41:中心部 42:葉片 50:橫移裝置 51:軌道 52:把手 53:軸棒 54:小齒輪 60:縱移裝置 61:馬達 62:吊掛部 63:升降部 64:配重 65:鍊條 66:發電機 70:基部 71:地面 80:水流 81:水面附近的水流 82:底面附近的水流

[圖1]是表示本發明相關的小水力發電裝置之一例的側面圖。 [圖2]是表示本例之小水力發電裝置的正面圖。 [圖3]是表示本例的小水力發電裝置之第二導水路及橫移裝置的側面圖。 [圖4]是表示本例的小水力發電裝置之水車及縱移裝置的側面圖。 [圖5]是表示使本例的小水力發電裝置的第二導水路朝上游方向移動的狀態的概略剖面圖。 [圖6]是表示使本例的小水力發電裝置的第二導水路朝下游方向移動的狀態的概略剖面圖。 [圖7]是表示使本例的小水力發電裝置的水車朝上方移動的狀態的概略剖面圖。 [圖8]是表示使本例的小水力發電裝置的水車朝下方移動的狀態的概略剖面圖。

10:導水路 20:第一導水路 21:底部 30:第二導水路 40:水車 50:橫移裝置 60:縱移裝置 70:基部 71:地面 81:水面附近的水流 82:底面附近的水流

Claims

一種小水力發電裝置，具備：位在上游側的第一導水路；位在下游側的第二導水路；在該等導水路的最下游並在相對於水流正交的方向具有轉軸的水車；可使上述第二導水路在上游方向或下游方向移動的橫移裝置；及可使上述水車在垂直方向移動的縱移裝置，其特徵為：上述第二導水路是朝上述水車排出水流，上述橫移裝置是移動上述第二導水路，可以使上述第二導水路及上述水車在水平方向分開或接近。
如請求項1記載的小水力發電裝置，其中，上述第二導水路、上述水車、上述橫移動裝置及上述縱移裝置是以一體形成，一體形成的該等基部是可設置在地面。