JP6282236B2

JP6282236B2 - 水力発電装置

Info

Publication number: JP6282236B2
Application number: JP2015021868A
Authority: JP
Inventors: 幸三野村; 剛志窪田
Original assignee: 水機工業株式会社
Priority date: 2015-02-06
Filing date: 2015-02-06
Publication date: 2018-02-21
Anticipated expiration: 2035-02-06
Also published as: JP2016145525A

Description

本発明は、小河川や用水路等の比較的水量が少なく、またその水位の変化が大きい流水域に設置するのに適した水力発電装置に関する。

小河川や用水路等においてもその水流を用いて発電する小水力発電装置が検討されている。
例えば、特許文献１には水位に合せて昇降できる下掛け水車装置を開示し、水車には凹状の羽根を有する。
しかし、同公報に開示する下掛け水車装置は、水流に沿って羽根を配置するだけであり、水力を十分に活用していない。

特開２００９−１７４４８０号公報

本発明は、水流がタービン（水車）の羽根に当たる方向の調整が可能で、小水力を効率よく電気エネルギーに変換できる水力発電装置の提供を目的とする。

本発明に係る水力発電装置は、水流に対して直交する方向に回転軸を有するタービン装置と、当該タービン装置の前方に位置し水位を調整するための水位調整ゲートを備え、前記水位調整ゲートは前記タービン装置のタービン羽根に向けて下降方向に導水するためのものであってタービン装置側に向けて凸面となる円弧部を有する断面略扇形状で且つ前記円弧部の円中心に設けた回動軸を回動中心にして上下方向に回動制御されていることを特徴とする。

ここでタービン装置は、回転体の外周面に複数のタービン羽根を放射状に有するものであり、水流がタービン羽根に当たり、回転力に変換される。
回転体の回転力は、チェーン，ギヤ等の伝達手段，増速機等を介して発電機を回転させ、電力に変換される。

水位調整ゲートは、水流の水位が低い場合にゲートの上端部を高い位置に調整し、ゲートの上端部から、このゲートのタービン装置側が凸面となる円弧部からなる流水曲面部に沿って流れ降下し、タービン羽根に当たる。
よって流水曲面部は、水の流れをタービン羽根にできるだけ直角方向に当たるように調整することで、水流に有する運動量を効率的に回転力に変換するとともに、降下する方向の流れにより位置エネルギーも回転力に変換した点に特徴がある。
従って、水位調整ゲートはタービン装置側に向けて凸面となる円弧部を有する断面略扇形状であってよい。
また、タービン羽根は断面形状が回転進行方向側が凸面となる湾曲面形状になっていてもよい。

本発明においては、タービン装置は前記水位調整ゲートに対して近接及び離間制御されていてもよい。
このようにすると、タービン装置や水位調整ゲートのメンテナンスが容易になる。

本発明に係る水力発電装置は、水位調整ゲートを有するので、水流の流量に合せて水がタービン羽根に効率よく当たるように調整でき、比較的水量が少ない、あるいは水量の変化が大きい小河川，用水で効率よく発電できる。

本発明に係る水力発電装置の構造例を示す。（ａ）は水量が少ない場合、（ｂ）は水量が多い場合を示す。水位調整ゲートとタービン羽根の部分拡大図を示す。（ａ）は水量が少ない場合、（ｂ）は水量が多い場合を示す。本発明に係る水力発電装置の外観図を示す。（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は後方から見た図を示す。タービン装置を上昇させた状態を示す。図１（ａ）の状態の斜視図を示す。図１（ｂ）の状態の斜視図を示す。図４の状態の斜視図を示す。

本発明に係る水力発電装置１０の構造例を以下図面に基づいて説明するが、本発明はこれに限定されない。
本発明に係る水力発電装置１０は、小河川等の設置場所の水量に応じて水位調整ゲート１２のゲート部材１２ａが上下方向に回動するようになっており、図１（ａ），図２（ａ），図５に水量が少ない場合の状態を示し、図１（ｂ），図２（ｂ），図６に水量が多い場合の状態を示す。

タービン装置１１が支持フレーム１６にて支持され、架台１４に設けた昇降装置１５にて支持フレーム１６を介して、このタービン装置１１が斜め後方に上昇又は下降するようになっている。
タービン装置１１が上昇した状態を図４，図７に示す。

タービン装置１１は、円筒状の回転体１１の外周面に複数のタービン羽根１１ｂが等間隔で放射状に取り付けてある。
タービン羽根１１ｂは、図１に示すように降下してくる水流を効率よく受水するために、回転進行方向に向けて回転体１１ａから斜めに立設し、根元側と先端側との間が凹部状に凹んだ湾曲面からなる断面形状になっている。
また、回転体１１ａの両側端部は、円盤状の側壁部１１ｄを有し、タービン羽根１１ｂの両側端部と連結されている。
軸支部１１ｃに回転支持された回転体１１ａは、径の大きいスプロケット１７とシャフト連結されている。
この径の大きいスプロケット１７は、増速機１８にカップリング連結した径の小さいスプロケット１８ａとチェーン１７ａにて伝達連結されている。
増速機１８は、発電機１９とカップリング１９ａを介して連結されている。
発電機１９は図示を省略したが、ケーブル等を介して電力が出力される。

水位調整ゲート１２には、断面略扇形状のゲート部材１２ａが回動軸１２ｃを回動中心にて上下方向に回動制御されている。
ゲート部材１２ａのタービン側を円弧状の流水曲面部としたのは、水の流れがタービン装置に向けて整流するためである。
回動制御方法に特に制限はないが、本実施例ではゲート部材１２ａの回動軸に連結した従動ピン１２ｄと、サーボモータ等にて回動制御された駆動ピン１２ｅとをリンク連結した例になっている。
また、図示を省略したが、上流側の水路途中に水位計、あるいは水量計を取り付け、これらにより得られた計測値に基づいてゲート部材１２ａの回動角が自動制御されている。
相対的に流れている水量Ｗ_１が少ない場合には、図１（ａ），図２（ａ）に示すように扇形状をしたゲート部材１２ａの上流側側壁Ｓが直立したＵ_１の状態になる。
これにより、水量が少ない場合にはゲート部材１２ａにて水の流れをせき止め、ゲート部材１２ａの上端部Ｕ_１からゲート部材１２ａのタービン側の円弧部１２ｂに沿って降下する水流をタービン羽根１１ｂにて受けるようになる。
ゲート部材１２ａの円弧部１２ｂと、タービン羽根１１ｂの先端部は相互に接線方向に沿って近接している。
タービン羽根１１ｂの回転とともに降下した水流は、円弧状の導水路１３を経由して下流側に流れる。
水量Ｗ_２が相対的に多くなった場合には、ゲート部材１２ａが下方向に回動し、図１（ｂ），図２（ｂ）のようになる。
この場合には、水量Ｗ_２が多いので水位も高く、そのままタービン羽根に向けて流れ込む。
このときにゲート部材１２ａの側壁Ｓは、前方に傾き、上端部がＵ_２の状態に下がる。
これにより、水流の流れによる運動量とゲート部材１２ａに沿って降下する位置エネルギーとが効率よく電気エネルギーに変換される。
また、水の流れがタービン羽根１１ｂにできるだけ直角方向に当たるのがよいことから、タービン羽根１１ｂは根元側から回転体１１ａの外周の略接線方向に延在させ、タービン羽根１１ｂの先端部は回転方向の後方側に向けて折れ曲がっているのが好ましい。

水位調整ゲート１２やタービン装置１１の手入れ、またゴミ等が引っ掛かった場合、あるいは洪水時にタービン装置を退避させるために本実施例では、架台１４を斜め後方に向けて立設し、これに沿って上昇，下降可能に支持フレーム１６を介してタービン装置１１を取り付けた例になっている。
昇降手段に制限はないが、本実施例ではモーターの回転力をギヤ部１５ａを介してスピンドルシャフト部１５ｂに伝達する例になっている。

１０水力発電装置
１１タービン装置
１１ａ回転体
１１ｂタービン羽根
１２水位調整ゲート
１２ａゲート部材
１３導水路
１４架台
１５昇降装置
１６支持フレーム
１８増速機
１９発電機

Claims

水流に対して直交する方向に回転軸を有するタービン装置と、当該タービン装置の前方に位置し水位を調整するための水位調整ゲートを備え、
前記水位調整ゲートは前記タービン装置のタービン羽根に向けて下降方向に導水するためのものであってタービン装置側に向けて凸面となる円弧部を有する断面略扇形状で且つ前記円弧部の円中心に設けた回動軸を回動中心にして上下方向に回動制御されていることを特徴とする水力発電装置。
前記タービン装置は前記水位調整ゲートに対して近接及び離間制御されていることを特徴とする請求項１記載の水力発電装置。