WO2019074021A1 - 横軸水車装置 - Google Patents

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WO2019074021A1
WO2019074021A1 PCT/JP2018/037806 JP2018037806W WO2019074021A1 WO 2019074021 A1 WO2019074021 A1 WO 2019074021A1 JP 2018037806 W JP2018037806 W JP 2018037806W WO 2019074021 A1 WO2019074021 A1 WO 2019074021A1
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drainage
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鈴木　政彦
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株式会社ベルシオン
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    • F03B11/00—Parts or details not provided for in, or of interest apart from, the preceding groups, e.g. wear-protection couplings, between turbine and generator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy

Definitions

  • the present invention relates to a horizontal axis water turbine apparatus capable of generating electric power by securing the water level necessary for the rotation of the rotor even if the water level in the water channel is lowered.
  • Patent Document 1 describes a power generation apparatus in which the rear end of a drain pipe is widened at the rear of a rotor of a water turbine.
  • the present invention takes the following technical measures in order to solve the problems.
  • the duct provided at the bottom of the water channel has a water receiving portion in front of the bottleneck portion with the water inlet horizontally extended in plan view, and a drainage portion with the drainage port horizontally elongated at the back of the bottleneck portion
  • a horizontal axis water wheel apparatus provided with the entire rotor flat in a side elevation, the rotor being disposed at the water receiving portion, and the rotor blade being disposed slightly forward of the bottleneck portion.
  • the entire duct is flat and the water inlet of the water receiving portion is horizontally long, so that even if the water level of the water channel is low, collecting water from both left and right to the center Yes, enough water can pass through the duct.
  • the water pressure in the drainage portion is higher than the water pressure in the water receiving portion Is lower and the velocity of the water flow through the bottleneck can be increased to increase the rotational efficiency of the rotor blade immediately in front of the bottleneck.
  • FIG. 3 is a plan view taken along line III-III in FIG. It is an IV-IV line vertical side view in FIG. It is a top view which shows another Example corresponding to FIG. It is a side view which shows another Example corresponding to FIG.
  • the horizontal axis water turbine apparatus 1 of the present invention distributes a horizontal shaft water wheel 6 directed to the front and rear direction at the front in the water receiving section 3 of the horizontal duct 2 installed at the bottom of the water channel R. It is set up and configured.
  • the duct 2 is provided with a water receiving portion 3 on the front side of the bottleneck portion 4 with the water inlet 3A as long as about three times the height as shown in FIG. On the rear side, it is considered to be an hourglass having a drainage portion 5 in which the drainage port 5A has a length of about 3 times the height in a rear view.
  • the length of the drainage portion 5 is longer than the length of the water receiving portion 3, and the width of the water outlet 5A is equal to the width of the water inlet 3A of the water receiving portion 3 or smaller than the width of the water inlet 3A. ing.
  • the duct 2 has a height into which the rotor 12 of the water wheel 6 can enter, and is generally flat.
  • the width of the outlet 5A and the inlet 3A is at least twice to three times the height, and the side water flow can be collected in the duct even if the water depth is shallow.
  • this duct 2 is disposed in the back and forth direction at the bottom of the water channel R as shown in FIG. 1, even if the water depth is half the height of the duct 2, the width of the water inlet 3A is When the height is twice or more, the water flowing into the duct 2 from the left and right becomes bulky enough to overflow downstream of the upper surface of the duct 2 and there is no hindrance to power generation.
  • the water wheel 6 is configured such that a vertical support pipe 9 is fixed to the upper surface of a horizontal bearing housing 7 facing in the front-rear direction in a side view, and a generator 11 is fixed to the upper surface. As shown in FIG. 1, the generator 11 is fixedly supported by a support frame 14 that is straddled across both sides of the water channel R. The length of the support tube 9 is previously adapted to the situation in the field, and the front of the support tube 9 is fixed to the upper surface of the duct 2 by the fixing tool 15.
  • the rotor shaft 8 is horizontally supported, and a lift type rotor blade 13 of the rotor 12 mounted at the tip of the rotor shaft 8 projecting forward is a bottleneck. It is installed to be located immediately in front of the unit 4.
  • the tip of the rotor blade 13 is a forward inclined portion 13A that is inclined forward, that is, in the upstream direction.
  • a transmission shaft 10 whose upper end is connected to the generator 11 is disposed, and a bevel gear 10A fixed to the lower end is engaged with a bevel gear 8A fixed to the rotor shaft 8. ing.
  • the rotor blade 13 is in the bottleneck portion 4, the rotor 6 blocks the water flow in the bottleneck portion 4.
  • the rotor blade 13 is placed in the water receiving portion 3 in front of the bottleneck portion 4.
  • FIG. 5 is a plan view corresponding to FIG. 3 showing another embodiment of the duct
  • FIG. 6 is a side view thereof.
  • the same reference numerals are given to the same members as in the previous example, and the explanation is omitted.
  • a U-shaped guide groove 17 is formed at the rear end of the drainage port 5A, and an open / close lid 16 which slides up and down is disposed. The opening and closing is performed by manually or mechanically lifting the wire 18 attached to the upper edge of the opening and closing lid 16.
  • the water entering from the water inlet 3A will flow down from the drain as it is, so when the water depth is low, the opening / closing edge 18 is closed in the initial stage of installation and the tact becomes full of water.
  • the open / close lid 18 is opened, the water in the drainage portion 5 flows down, and the water in the water intake portion 3 passes through the bottleneck portion 4 at a high speed. Thereafter, the high speed flow can be maintained in the bottleneck portion 4 by the flowing water that is accumulated as if being stagnated by the water inlet 3.
  • the width of the water inlet 3A of the duct 2 is match with the width of the water channel R in which it is installed, and when the width of the water inlet 3A is smaller than the width of the water channel R, a water guiding plate beside the water inlet 3A Fix the etc.
  • water can be collected from the side of the inlet of the duct, it can effectively generate power even in a shallow water channel or a water channel with insufficient water volume, and form a highly efficient hydroelectric generator it can.

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Abstract

本発明は、水路の水位が低下しても、ロータの回転に必要な水位を確保して発電することのできる、横軸水車装置を提供するものである。水路（Ｒ）の底に設けられるダクト（２）を平面視で、隘路部（４）の前部に入水口（３Ａ）を横長とした受水部（３）を有するものとし、隘路部（４）の後部に排水口（５Ａ）を横長とした排水部（５）を設け、側面視で全体をロータ（１２）の入る高さの扁平とし、ロータ（１２）を受水部（３）に配設し、かつロータブレード（１３）を隘路部（４）のやや前方に位置させた。

Description

横軸水車装置
　本発明は、水路の水位が低下しても、ロータの回転に必要な水位を確保して発電することができるようにした横軸水車装置に関する。
　水車のロータの後部にある、排水管の後端を広くした発電装置は、特許文献１に記載されている。
特開平５－２６１４７号公報
　特許文献１に記載の発明においては、隘路部分にロータが配設されているので、ロータによって隘路の内部を堰止めて通水性を阻害している。
　排水管体の後部は上方へ高く開いており、ロータの前方部分はロータの高さの２倍以上の直径の円管となっているので、水位の低い水路に配設しても水位を高めることはできない。
　本発明は前記課題を解決するために、次のような技術的手段を講じた。
　（１）水路の底に設けられるダクトを、平面視で隘路部の前方に入水口を横長とした受水部を有するものとし、かつ隘路部の後方に、排水口を横長とした排水部を設け、全体を側面視においてロータの入る高さの扁平とし、ロータを受水部に配設し、かつロータブレードを隘路部のやや前方に配置させた横軸水車装置。
　（２）前記排水部の排水口と、受水部の入水口の横幅を高さの少なくとも２倍以上大としてある前記（1）に記載の横軸水車装置。
　（３）前記排水部の前後方向の長さを、受水部の前後方向の長さよりも長くしてある前記（1）または（2）に記載の横軸水車装置。
　本発明によると、次のような効果が奏せられる。
　前記（1）に記載の発明において、ダクトの全体が扁平で、受水部の入水口が横長となっているので、水路の水位が低くても、左右両側から中央へ水を集合させることが出来、ダクト内に十分の水を通過させることができる。　
　前記（2）に記載の発明において、排水口と入水口の横幅をその高さの少なくとも２倍以上大としてあるので、水位が、仮にダクトの高さの２分の１であっても、周囲からダクトに集められる水位はダクトの高さまで至り、隘路部を通過する水流の速度は高められ、その吸引力により、ロータブレードの回転効率を高めることが出来る。
　前記（3）に記載の発明において、排水部の前後方向の長さを、受水部の前後方向の長さよりも大としてあるので、水中においては、受水部における水圧よりも排水部における水圧の方が低く、隘路部を通過する水流の速度は高められて、隘路部の直前にあるロータブレードの回転効率を高めることができる。
水路の底に設置されている本発明の横軸水車装置の正面図である。 本発明の横軸水車装置の後面図である。 図１におけるIII－III線横断平面図である。 図２におけるIV－IV線縦断側面図である。 図３に対応した別の実施例を示す平面図である。 図４に対応した別の実施例を示す側面図である。
　本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
　図に示すように、本発明の横軸水車装置１は、水路Ｒの底に設置される水平のダクト２の受水部３内の前部に、前後方向を向く水平軸の水車６を配設して構成されている。
　ダクト２は平面視において、図３に示すように、隘路部４の前側に入水口３Ａを正面視で高さの３倍ほどの横長とした受水部３を備え、かつ、隘路部４の後側に、排水口５Ａを後面視で高さの３倍ほどの横長とした排水部５を備える鼓形のものとされている。
　排水部５の長さは、受水部３の長さより長く、かつその排水口５Ａの幅は、受水部３の入水口３Ａの幅と同等か、入水口３Ａの幅よりも小さく形成されている。
　またダクト２は、図４に示すように、水車６のロータ１２が入る高さを有し、全体として扁平とされている。排水口５Ａと入水口３Ａの幅は、その高さの少なくとも２倍～３倍までの幅としてあり、水深が浅い場合にも側の水流をダクト内に集めることができる。
　このダクト２を、図１に示すように、水路Ｒの底に前後方向に向けて配設すると、仮りに水深がダクト２の高さの１／２であるとしても、入水口３Ａの横幅が高さの２倍以上あると、左右からダクト２内に流入する水は、ダクト２の上面を超えて下流に溢水するほどに嵩高となり、発電に支障がなくなる。
　水車６は、側面視において、前後方向を向く水平の軸受筐体７の上面に垂直の支持管９を固定し、その上面に発電機１１を固定して構成されている。
　発電機１１は、図１に示すように、水路Ｒの両岸に跨がって横架される支持枠１４に固定支持されている。支持管９の長さは、あらかじめ現場の状況に合わせてあり、ダクト２の上面に支持管９の前部を固定具１５で固定してある。
　軸受筐体７の内部には、図４に示すようにロータ軸８が水平に支持され、前方に突出するロータ軸８の先端に装着されているロータ１２の揚力型のロータブレード１３が、隘路部４の直前に位置するように設置されている。
　ロータブレード１３の先端は、前方、すなわち上流方向へ傾斜する前向傾斜部１３Ａとされている。
　支持管９の中には、上端を発電機１１に連結された伝動軸１０が配設され、その下端に固定されている傘歯車１０Ａは、ロータ軸８に固定された傘歯車８Ａと噛合されている。これによって、ダクト２の入水口３Ａから入る水流により、ロータブレード１３が回転すると、その回転力は、ロータ軸８、傘歯車８Ａ、１０Ａ及び伝動軸１０を介して、発電機１１に伝えられて発電する。
　図３において、上流（図の右方）からの水流を受ける受水部３では水圧が高まるのに対して、排水部５は受水部３よりも断面積が大であるので水圧が低下し、そのため、隘路部４を通過する水流は、排水部５に吸引されて高速化される。
　このダクト２内で、ロータブレード１３の前向傾斜部１３Ａには、回転方向を向く高い回転力が作用し、更に隘路部４を抜ける高速流が、前向傾斜部１３Ａを通過する水流を吸引するため、回転効率は高まる。
　この場合、隘路部４内にロータブレード１３があると、隘路部４内の水流をロータ６が塞ぐことになるが、本発明では、隘路部４の前方の受水部３にロータブレード１３を配置することにより、隘路部４内を塞ぐことはなく、かつロータブレード１３の外回りを通過する水流が、隘路部４を通過する高速水流によって吸引されるため、ロータブレード１３の回転効率が高まる。
　図５はダクトの別の実施例を示す、図３に対応する平面図で、図６はその側面図である。前例と同じ部材には同じ符号を付して設明を省略する。この実施例においては、排水口５Ａの後端部にＵ溝状の案内溝１７を形成し、これに上下に摺動させる開閉蓋１６が配設される。その開閉は、開閉蓋１６の上縁部に取り着けられたワイヤ１８を手動もしくは機械により吊り上げることにより開閉する。
　水深が低い時に開閉蓋１８がなければ、入水口３Ａから入る水はそのまま排水口から流下してしまうので、水深が低い場合には、設置初期に開閉縁１８を閉じてタクト内が満水
となった時に開閉蓋１８を開けると排水部５の水が流下して、入水部３に入っている水が隘路部４を高速で通過する。以後は入水部３で堰止められたように溜まる流水により、隘路部４に高速流を維持することができる。
　なお、ダクト２の入水口３Ａの横幅は、これを設置する水路Ｒの幅に合わせることが好ましく、水路Ｒの幅よりも、入水口３Ａの横幅が小さい時には、入水口３Ａの横に導水板などを固定する。
　ダクトの入水口の側方から水を集めることができるので、水深の浅い水路もしくは水量の豊でない水路においても、効果的に発電をさせることができ、効率の高い水力発電装置を形成することができる。
１．横軸水車装置
２．ダクト
２Ａ．底板
２Ｂ．上板
２Ｃ、２Ｄ．側板
３．受水部
３Ａ．入水口
４．隘路部
５．排水部
５Ａ．排水口
６．水車
７．軸受筐体
８．ロータ軸
８Ａ．傘歯車
９．支持管
１０伝動軸
１０Ａ.傘歯車
１１．発電機
１２．ロータ
１２Ａ．ハブ
１３．ロータブレード
１３Ａ．前向傾斜部
１４．支持枠
１５．固定具
Ｒ．水路

Claims (3)

  1. 　水路の底に設けられるダクトを平面視で、隘路部の前方に入水口を横長とした受水部を有するものとし、かつ、隘路部の後方に排水口を横長とした排水部を設け、全体として側面視においてロータの入る高さの扁平とし、ロータを受水部に配設し、かつロータブレードを隘路部のやや前方に位置させたことを特徴とする横軸水車装置。
  2. 　前記排水部の排水口と、受水部の入水口の横幅を、その高さの少なくとも２倍以上大としてあることを特徴とする請求項１に記載の横軸水車装置。
  3. 　前記排水部の前後方向の長さを、受水部の前後方向の長さよりも長くしてあることを特徴とする請求項１または２に記載の横軸水車装置。
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