JP2013221437A - 水力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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。
【解決手段】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。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、水力発電装置に関する。

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）。

特開２００７−１８７０８３公報

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。

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。

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。

実施形態１に係る水力発電装置の上から見た断面図。 実施形態２に係る水力発電装置の上から見た断面図。 実施形態３に係る水力発電装置の上から見た断面図。 実施形態４に係る水力発電装置の上から見た断面図。 実施形態５に係る水力発電装置の上から見た断面図。

実施形態について、図面を参照して説明する。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

ネット１０は、ベーン３２により回転する。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

Claims (6)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。

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