JP2013221437A - Hydraulic power generation device - Google Patents

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シャンマオ リム
Norio Otake
典男 大竹
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高紀 中村
Hideyuki Kawajiri
秀之 川尻
Hideki Takeda
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hydraulic power generation device capable of efficiently generating power.SOLUTION: A hydraulic power generation device comprises a rotary shaft disposed along the flow of a water passage so as to be rotated by a runner, a power generator connected with the rotary shaft, and a net disposed upstream of the runner for passage of water flowing into the runner so as to be rotated around a shaft along the flow of the water passage.

Description

本発明の実施形態は、水力発電装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to a hydroelectric power generation apparatus.

比較的小型の水力発電装置は、設置が容易であることから、川、農業用水路、汚染水処理施設などで利用されている。農業用水路などの開放水路では、落葉、プラスチックごみ、水草などの異物が流水中に混在している。羽根車（ランナー）などの水中に設置される部分に流水中の異物が絡まって、ランナーの回転が妨げられ、効率的な発電が妨げられる場合があるので、種々の対策がとられている（たとえば、特許文献１参照）。   Since relatively small hydroelectric generators are easy to install, they are used in rivers, agricultural waterways, contaminated water treatment facilities, and the like. In open waterways such as agricultural waterways, foreign matter such as fallen leaves, plastic waste and aquatic plants are mixed in the running water. Various measures have been taken because foreign matters in running water get entangled in the parts installed underwater such as impellers (runners), preventing the runners from rotating and preventing efficient power generation ( For example, see Patent Document 1).

特開２００７−１８７０８３公報JP 2007-187083 A

水力発電装置の前方にネットを設置し、異物を捕獲することもあるが、ネットに捕獲された異物でランナーに流入する水量が減り、効率的な発電が妨げられる。   There is a case where a net is installed in front of the hydroelectric generator to capture foreign matter, but the amount of water flowing into the runner is reduced by the foreign matter captured by the net, and efficient power generation is hindered.

本発明が解決しようとする課題は、効率的に発電を行うことができる水力発電装置を提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to provide a hydroelectric power generation apparatus that can efficiently generate power.

本実施形態の水力発電装置は、水路の流れに沿うように設置され、ランナーにより回転する回転軸と、この回転軸に接続された発電機と、前記ランナーの上流に、ランナーに流入する水が通過するように設置され、水路の流れに沿う軸周りに回転するネットとを備える。   The hydroelectric generator of this embodiment is installed along the flow of a water channel, and a rotating shaft that is rotated by a runner, a generator connected to the rotating shaft, and water flowing into the runner is upstream of the runner. And a net that rotates around an axis along the flow of the water channel.

実施形態１に係る水力発電装置の上から見た断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view of the hydroelectric generator according to Embodiment 1 as viewed from above. 実施形態２に係る水力発電装置の上から見た断面図。Sectional drawing seen from the hydraulic power unit which concerns on Embodiment 2. FIG. 実施形態３に係る水力発電装置の上から見た断面図。Sectional drawing seen from the hydraulic power unit which concerns on Embodiment 3. FIG. 実施形態４に係る水力発電装置の上から見た断面図。Sectional drawing seen from the hydraulic power unit which concerns on Embodiment 4. FIG. 実施形態５に係る水力発電装置の上から見た断面図。Sectional drawing seen from the hydraulic power unit which concerns on Embodiment 5. FIG.

実施形態について、図面を参照して説明する。   Embodiments will be described with reference to the drawings.

＜実施形態１＞
図１は、実施形態１に係る水力発電装置の上から見た断面図である。 <Embodiment 1>
FIG. 1 is a cross-sectional view of the hydroelectric generator according to Embodiment 1 as viewed from above.

水力発電装置１は、土手２に挟まれた水路３の水中に、図示しない支柱により、設置されている。支柱は、例えば、土手２の両岸に渡した支持板から吊り下げられ、ケーシング４を貫通し、バルブケース５を支えている。バルブケース５は、発電機６、回転軸７、モーター８を収納し、水路の流れに垂直な断面が円形であり、上流側は半球状に形成され、下流側に向かって半径が絞り込まれており、全体的に電球（bulb）形状に形成されている。   The hydroelectric generator 1 is installed in the water of a water channel 3 sandwiched between banks 2 by a pillar (not shown). The support column is suspended from, for example, a support plate that extends across both banks of the bank 2, passes through the casing 4, and supports the valve case 5. The valve case 5 houses the generator 6, the rotating shaft 7, and the motor 8, and has a circular cross section perpendicular to the flow of the water channel. The upstream side is formed in a hemispherical shape, and the radius is narrowed toward the downstream side. It is formed in a bulb shape as a whole.

バルブケース５の下流側にはランナー９が設けられている。ランナー９は、ランナーベーン（翼）９ａとランナーハブ９ｂとから構成され、ランナーベーン９ａは、複数枚の翼で構成され、ランナーハブ９ｂに固定されている。ランナーハブ９ｂは回転軸７に固定され、回転軸７はバルブケース５の中央部に収納されている発電機６に接続されている。回転軸７は、水の流れと同じ方向になっている。   A runner 9 is provided on the downstream side of the valve case 5. The runner 9 includes a runner vane (wing) 9a and a runner hub 9b. The runner vane 9a includes a plurality of blades and is fixed to the runner hub 9b. The runner hub 9 b is fixed to the rotating shaft 7, and the rotating shaft 7 is connected to the generator 6 housed in the central portion of the valve case 5. The rotating shaft 7 is in the same direction as the flow of water.

ケーシング４は、バルブケース５を覆うように設けられており、上流側と下流側が開口した略円筒形状である。ケーシング４は、バルブケース５と同様に下流で半径が絞り込まれており、ケーシング４とバルブケース５との間で、破線の矢印で図示する環状の流路１２が形成されている。ケーシング４の下流には、前述のランナー９が設けられており、ケーシング４はランナーベーン９ａの外径に沿うように形成されている。   The casing 4 is provided so as to cover the valve case 5 and has a substantially cylindrical shape with an upstream side and a downstream side opened. The casing 4 has a radius narrowed downstream in the same manner as the valve case 5, and an annular flow path 12 is formed between the casing 4 and the valve case 5 by a broken arrow. The aforementioned runner 9 is provided downstream of the casing 4, and the casing 4 is formed along the outer diameter of the runner vane 9a.

ケーシング４の上流側の開口にはネット１０が設けられている。ネット１０は、上流側に向かって凸形状の半球形状の網であり、その半径はケーシング４の上流側の開口と同じである。ネット１０は、ステンレスやプラスチックなどの固い素材で作られている。ネット１０は、ネット１０用の回転軸１１に固定されており、ケーシング４とは固定されていない。ネット１０用の回転軸１１は、バルブケース５の上流側に収納されているモーター５に接続されている。モーター５は、図示しない電線により、外部から電力を供給されている。   A net 10 is provided in the upstream opening of the casing 4. The net 10 is a hemispherical net that is convex toward the upstream side, and its radius is the same as the opening on the upstream side of the casing 4. The net 10 is made of a hard material such as stainless steel or plastic. The net 10 is fixed to the rotating shaft 11 for the net 10 and is not fixed to the casing 4. The rotating shaft 11 for the net 10 is connected to the motor 5 housed on the upstream side of the valve case 5. The motor 5 is supplied with electric power from the outside by an electric wire (not shown).

水路３には、実線の矢印１３で図示するように、上流から下流へ水が流れている。水の流れ１３は、その一部がケーシング４の上流側の開口に入り、流路１２に流入する。流路１２に流入した水はランナー９を回転させ、ケーシング４の下流側の開口から流出する。ランナー９の回転は、回転軸７を介して、発電機６に伝えられ、発電機６により発電した電力は図示しない電線により外部へ取り出される。   As shown by the solid line arrow 13, water flows from the upstream to the downstream in the water channel 3. A part of the water flow 13 enters the opening on the upstream side of the casing 4 and flows into the flow path 12. The water flowing into the flow path 12 rotates the runner 9 and flows out from the opening on the downstream side of the casing 4. The rotation of the runner 9 is transmitted to the generator 6 through the rotating shaft 7, and the electric power generated by the generator 6 is taken out to the outside by an electric wire (not shown).

水の流れ１３には、落葉、プラスチックごみ、水草などの異物が混在している。ケーシング４に入り込む水は、ネット１０を通過するように構成されているので、ネット１０の網目より大きい異物はネット１０で補足される。ネット１０は、ネット１０用の回転軸１１を介して、モーター８により水路の流れに沿う軸周りに回転しているので、補足された異物は、遠心力により外側へ運ばれ、ケーシング４の外側を通り下流へ流れていく。   The water flow 13 contains foreign matters such as fallen leaves, plastic waste, and aquatic plants. Since the water entering the casing 4 is configured to pass through the net 10, foreign matter larger than the net of the net 10 is captured by the net 10. Since the net 10 is rotated around the axis along the flow of the water channel by the motor 8 via the rotating shaft 11 for the net 10, the captured foreign matter is carried to the outside by centrifugal force, and is outside the casing 4. It flows downstream through.

モーター８の電力は、外部から供給されているので、回転数を自由に設定できる。したがって、異物を遠心力で外側へ飛ばすために必要な回転数をネット１０に与えることができる。   Since the electric power of the motor 8 is supplied from the outside, the rotational speed can be freely set. Therefore, it is possible to give the net 10 the number of revolutions necessary to fly the foreign matter outward by centrifugal force.

この実施形態によれば、ネット１０に捕獲された異物でランナーに流入する水量が減ることを低減でき、効率的な発電を行なうことができる。   According to this embodiment, it is possible to reduce a reduction in the amount of water flowing into the runner due to foreign matter captured by the net 10, and efficient power generation can be performed.

また、ネット１０の回転数を、モーター８により、適切に設定できる。   Further, the rotational speed of the net 10 can be appropriately set by the motor 8.

＜実施形態２＞
図２は、実施形態２に係る水力発電装置の上から見た断面図である。図１と同じ構成には同じ符号を付し、その説明を省略する。 <Embodiment 2>
FIG. 2 is a cross-sectional view of the hydroelectric generator according to Embodiment 2 as viewed from above. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

この実施形態２では、実施形態１のモーター８の代わりに、ギヤ２１が設置されている。また、回転軸７の代わりに、回転軸２２が設けられ、回転軸２２は発電機６を回転させるとともに発電機６を貫通し、ギヤ２１に回転を伝えている。ギヤ２１は、その回転を増速させるものであり、ネット１０用の回転軸１１へ回転を伝えている。   In the second embodiment, a gear 21 is installed instead of the motor 8 of the first embodiment. A rotating shaft 22 is provided instead of the rotating shaft 7, and the rotating shaft 22 rotates the generator 6 and penetrates the generator 6 to transmit the rotation to the gear 21. The gear 21 increases the speed of the rotation, and transmits the rotation to the rotating shaft 11 for the net 10.

ランナー９の回転は、回転軸２２を介して、発電機６に伝えられ、発電機６により発電した電力は図示しない電線により外部へ取り出される。また、ランナー９の回転は、回転軸２２を介して、ギヤ２１に伝えられている。ギヤ２１は、その回転を増速させ、ネット１０用の回転軸１１へ回転を伝え、ネット１０が回転する。   The rotation of the runner 9 is transmitted to the generator 6 through the rotating shaft 22, and the electric power generated by the generator 6 is taken out to the outside by an electric wire (not shown). Further, the rotation of the runner 9 is transmitted to the gear 21 via the rotation shaft 22. The gear 21 speeds up the rotation, transmits the rotation to the rotating shaft 11 for the net 10, and the net 10 rotates.

この実施形態によれば、ギヤ比を適切に設定することで、異物を遠心力で外側へ飛ばすために必要な回転数をネット１０に与えることができる。   According to this embodiment, by setting the gear ratio appropriately, it is possible to give the net 10 the number of revolutions necessary for flying foreign matter outward by centrifugal force.

なお、回転軸２２の回転数で異物を外側へ飛ばすことができる場合、ギヤ２１を設けずに、回転軸２２を回転軸１１に直結させることもできる。   In addition, when the foreign matter can be blown outward by the rotation speed of the rotation shaft 22, the rotation shaft 22 can be directly connected to the rotation shaft 11 without providing the gear 21.

＜実施形態３＞
図３は、実施形態３に係る水力発電装置の上から見た断面図である。図１と同じ構成には同じ符号を付し、その説明を省略する。 <Embodiment 3>
FIG. 3 is a cross-sectional view seen from the top of the hydroelectric generator according to the third embodiment. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

ネット１０は、ネット１０用の回転軸３１に固定されている。ネット１０用の回転軸３１は、バルブケース５に回転自在に支持されている。ネット１０には、複数のベーン（翼）３２が設けられている。   The net 10 is fixed to a rotating shaft 31 for the net 10. A rotating shaft 31 for the net 10 is rotatably supported by the valve case 5. The net 10 is provided with a plurality of vanes (wings) 32.

ネット１０は、ベーン３２により回転する。   The net 10 is rotated by the vane 32.

この実施形態によれば、ネット１０をベーン３２により回転させるので、ランナー９から回転を伝えたり、モーターを設けたりする必要がないので、構造を簡略化できる。   According to this embodiment, since the net 10 is rotated by the vane 32, it is not necessary to transmit rotation from the runner 9 or to provide a motor, so that the structure can be simplified.

なお、この実施形態ではベーン３２をネット１０に設けたが、回転軸３１に設けてもよい。その場合、ベーン３２は、ネット１０の下流側に設けることもでき、回転軸３１をネット１０の上流側に貫通させてネット１０の上流側に設けることもできる。   In this embodiment, the vane 32 is provided on the net 10, but may be provided on the rotating shaft 31. In this case, the vane 32 can be provided on the downstream side of the net 10, or the rotary shaft 31 can be provided on the upstream side of the net 10 by penetrating the rotary shaft 31 to the upstream side of the net 10.

なお、この実施形態のベーン３２は、他の実施形態と組み合わせて、モーターやギヤの補助動力として用いることもできる。   In addition, the vane 32 of this embodiment can also be used as auxiliary power of a motor or a gear in combination with other embodiments.

＜実施形態４＞
図４は、実施形態４に係る水力発電装置の上から見た断面図である。図１と同じ構成には同じ符号を付し、その説明を省略する。 <Embodiment 4>
FIG. 4 is a cross-sectional view of the hydraulic power generation apparatus according to the fourth embodiment as viewed from above. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

この実施形態は、ネット１０に代えて円錐形のネット４１が設けられている。ネット４１は、半球形のネット１０に比べてネットの面積が小さい。したがって、異物の付着面積も小さい。   In this embodiment, a conical net 41 is provided instead of the net 10. The net 41 has a smaller net area than the hemispherical net 10. Therefore, the adhesion area of foreign matter is also small.

この実施形態によれば、異物の付着面積が小さいため、異物を飛ばしやすくできる。   According to this embodiment, since the adhesion area of a foreign material is small, it can be made easy to fly a foreign material.

なお、この実施形態は、他の実施形態と組み合わせて用いることができる。   This embodiment can be used in combination with other embodiments.

＜実施形態５＞
図５は、実施形態５に係る水力発電装置の上から見た断面図である。図１と同じ構成には同じ符号を付し、その説明を省略する。 <Embodiment 5>
FIG. 5 is a cross-sectional view of the hydroelectric generator according to Embodiment 5 as viewed from above. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

この実施形態は、圧力計５１、トルク計あるいは電流計５２（以下、トルク／電流計５２）を備え、これらの計測値により、モーター８を制御している。圧力計５１は、ケーシング４の内側と外側の差圧を計測している。トルク／電流計５２は、発電機６で発生するトルクあるいは電流を計測している。これらの計測値は、図示しない制御装置に送られている。   In this embodiment, a pressure gauge 51, a torque gauge, or an ammeter 52 (hereinafter, torque / ammeter 52) is provided, and the motor 8 is controlled by these measured values. The pressure gauge 51 measures the differential pressure between the inside and the outside of the casing 4. The torque / ammeter 52 measures the torque or current generated by the generator 6. These measured values are sent to a control device (not shown).

ネット１０に異物が付着すると、流路１２を流れる水の量が減り、前述の差圧が上昇し、またはトルクもしくは電流値が下がる。あらかじめ設定した値、あるいは、あらかじめ設定した上昇幅、下降幅になった場合、停止させておいたモーター８を起動する。   When foreign matter adheres to the net 10, the amount of water flowing through the flow path 12 decreases, the above-described differential pressure increases, or the torque or current value decreases. When a preset value or a preset ascending / descending range is reached, the stopped motor 8 is started.

この実施形態によれば、通常はモーター８を停止させておくので、電力消費量が小さくなり、全体の発電効率を上げるとこができる。   According to this embodiment, since the motor 8 is normally stopped, the power consumption can be reduced and the overall power generation efficiency can be increased.

なお、この実施形態は、実施形態２のギヤ２１にも適用することができる。この場合は、ギヤ２１にクラッチを付加し、クラッチのＯＮ／ＯＦＦで制御する。   This embodiment can also be applied to the gear 21 of the second embodiment. In this case, a clutch is added to the gear 21 and control is performed by turning the clutch on / off.

また、圧力計５１とトルク／電流計５２の両方備えた例を説明したが、どちらか一方でもよい。   Moreover, although the example provided with both the pressure gauge 51 and the torque / ammeter 52 was demonstrated, either one may be sufficient.

また、圧力計５１とトルク／電流計５２以外であっても、異物の付着を検知できるものであれば、他のセンサーでもよい。   Further, other sensors than the pressure gauge 51 and the torque / ammeter 52 may be used as long as they can detect adhesion of foreign matter.

また、モーター８を停止せずに通常は低い回転数で回転させておき、異物が付着した場合、回転数を高くするように制御するようにしてもよい。   Alternatively, the motor 8 may be normally rotated at a low rotational speed without stopping, and when foreign matter adheres, control may be performed to increase the rotational speed.

以上述べた少なくともひとつの実施形態の水力発電装置によれば、ネットに捕獲された異物でランナーに流入する水量が減ることを低減でき、効率的な発電を行なうことができる。   According to the hydraulic power generation apparatus of at least one embodiment described above, it is possible to reduce the amount of water flowing into the runner due to the foreign matter captured by the net, and efficient power generation can be performed.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

３…水路、６…発電機、７…回転軸、８…モーター、９…ランナー、１０、４１…ネット、２１…ギヤ、３２…ベーン、５１…圧力計、５２…トルク／電流計。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 ... Waterway, 6 ... Generator, 7 ... Rotating shaft, 8 ... Motor, 9 ... Runner, 10, 41 ... Net, 21 ... Gear, 32 ... Vane, 51 ... Pressure gauge, 52 ... Torque / ammeter.

Claims (6)

水路の流れに沿うように設置され、ランナーにより回転する回転軸と、
この回転軸に接続された発電機と、
前記ランナーの上流に、ランナーに流入する水が通過するように設置され、水路の流れに沿う軸周りに回転するネットと
を備えることを特徴とする水力発電装置。 A rotating shaft installed along the flow of the waterway and rotated by a runner;
A generator connected to this rotating shaft;
A hydroelectric power generator comprising: a net that is installed upstream of the runner so that water flowing into the runner passes and rotates around an axis along the flow of the water channel. 前記ネットは、モーターにより回転することを特徴とする請求項１に記載の水力発電装置。   The hydroelectric power generator according to claim 1, wherein the net is rotated by a motor. 前記ネットは、前記回転軸と直結することにより、またはギヤを介して接続されることにより回転することを特徴とする請求項１に記載の水力発電装置。   The hydroelectric generator according to claim 1, wherein the net rotates by being directly connected to the rotating shaft or by being connected via a gear. 前記ネットは、前記ランナーとは別の翼により回転することを特徴とする請求項１に記載の水力発電装置。   The hydroelectric generator according to claim 1, wherein the net is rotated by a blade different from the runner. 前記ネットは、上流に向かって凸形状の円錐形であることを特徴とする請求項１から４いずれか１つに記載の水力発電装置。   The hydroelectric generator according to any one of claims 1 to 4, wherein the net has a conical shape convex toward the upstream. 前記ネットは、センサーにより異物の付着を検知したときに、回転し、あるいは回転数を上昇させることを特徴とする請求項１に記載の水力発電装置。   The hydroelectric power generator according to claim 1, wherein the net rotates or increases the number of rotations when foreign matter adhesion is detected by a sensor.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015218649A (en) * 2014-05-16 2015-12-07 株式会社 林物産発明研究所 Flowing waste removing device for water turbine
CN110080930A (en) * 2018-01-25 2019-08-02 广州光环能源科技有限公司 River bed power station

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