水力发电装置的制作方法

水力发电装置
1.相关申请
2.本技术要求申请日为2019年3月26日，申请号为jp特愿2019－057602号的申请的优先权，通过参照，将其整体作为构成本技术一部分的内容而引用。
技术领域
3.本发明涉及设置于农业用水路、上下水道、工业用水路、小河等的水路中的水力发电装置。


背景技术：

4.水力发电装置是将流水所具有的动能用于发电的系统。在该水力发电装置中，小型的水力发电装置设置在农业用水等的水路而利用(例如，专利文献1、2)。专利文献1的水力发电装置在比水轮更靠上游侧具有支架部件，在支架部件的上游侧的开口部的上方具有壁部，由此使水流集中，即使是弱水流也能够进行充分的发电。此外，通过使从位于水轮上游侧的支架部件的上游侧开口部到下游侧开口部的开口面积变小，能够进一步使水流集中。
5.在专利文献2中，通过设置在入水侧开口部的水流增速部来增大流速，从而能够以比较小的水流有效地发电。与专利文献1同样，通过使从入水侧开口部到水轮机发电部跟前的外壳逐渐变窄来增加流量。
6.已有技术文献
7.专利文献
8.专利文献1：jp特开2014－152645号公报
9.专利文献2：jp特许4022244号公报


技术实现要素：

10.发明要解决的课题
11.在专利文献1中，通过使螺旋桨的叶片的旋转面积为支架部件的下游侧开口部的面积以下，有效地承受水流，提高发电效率。支架部件的下游侧开口部比螺旋桨的叶片的旋转面积大，支架部件容易大型化。由于支架部件大型化，支架部件从水流受到的力变大，支架部件的设置成本变高。另外，在水路内没有足够的水量的场合，不能充分提高发电效率。
12.在专利文献2中，为了利用流速最快的部位(＝水路中央)的流速，需要2台水轮机，装置容易大型化，装置的成本变大。另外，当装置大型化时，难以利用于狭窄的流路等。
13.本发明是为了解决上述课题而提出的，本发明的目的在于提供一种水力发电装置，无论水路的大小如何，都能够容易地进行搬运、组装、设置。
14.用于解决课题的技术方案
15.本发明的水力发电装置包括：将水力转换为旋转力的叶轮、通过该叶轮的旋转而发电的发电机、以及设置在上述叶轮的上游侧，将水路的水汇集到上述叶轮的集水装置，上
述集水装置具有：使上述水路的水增速并导向上述叶轮的集水板单元、以及将上述集水板单元相对于叶轮以水路的规定距离而配置在上游侧的集水板导向件，上述集水板单元通过由水的流动方向和铅垂方向形成的平面分割成多个集水板，所分割的集水板沿着上述集水板导向件插入到水路中。
16.按照该结构，集水板单元通过由流水方向和垂直方向形成的平面分割成多个集水板。由此，即使在水路宽度变大的情况下，也不需要使集水板的大小与水路宽度一致，能够容易地进行搬运、组装、设置。
17.还可在本发明中，以上述集水板相对于铅垂方向在水的流动方倾斜的方式设置上述集水板导向件。按照该结构，在集水板上从铅垂方向朝流水的方向形成有角度。由此，通过水流来施加将集水板推向水路底部的方向的力，使集水板的设置稳定。
18.也可在本发明中，在上述集水板导向件中的作为水的流动方向的下游侧的后表面，设有筒状的导向孔。按照该结构，即使在集水板和叶轮之间的距离增大的情况下，也能维持通过集水板之间的水的速度，能有效地利用于叶轮的旋转。
19.在权利要求书和/或说明书和/或附图中公开的至少两种方案的任何组合都包括在本发明中。特别是，权利要求书的各项权利要求的两个以上的任意组合也包含在本发明中。
附图说明
20.本发明通过参考附图的以下优选实施方式的说明，能够更清楚地理解。然而，实施方式和附图仅是为了图示和说明，而不是为了限制本发明的范围。本发明的范围由所附的权利要求书来确定。在附图中，多个附图中的相同的标号表示相同的部分。
21.图1为表示将本发明的第1实施方式的水力发电装置设置在水路中的状态的立体图；
22.图2为表示图1的水力发电装置的主视图；
23.图3为示将该水力发电装置设置在宽度比图1大的水路中的状态的立体图；
24.图4为表示图3的水力发电装置的主视图；
25.图5a为表示在该水力发电装置的集水板导向件上设置集水板的状况的主视图；
26.图5b为表示在该集水板导向件上设置集水板的状况的主视图；
27.图5c为表示在该集水板导向件上设置集水板的状况的主视图；
28.图6为表示将本发明的第2实施方式的水力发电装置设置在水路中的状态的主视图；
29.图7为表示该水力发电装置的纵向剖视图。
具体实施方式
30.[第1实施方式]
[0031]
结合图1～图5来说明本发明的第1实施方式。
[0032]
如图1所示的那样，该水力发电装置1设置在水路2中，通过水流引起的叶轮的旋转来进行发电。水路2是农业用水路、工业用水路、小河等，在该图的例子中，水路壁由混凝土等构成的底壁2a以及两侧的侧壁2b、2b构成。该水力发电装置1具有水力发电模块4和将该
水力发电模块4固定于水路2中的固定部件6。
[0033]
<水力发电模块>
[0034]
水力发电模块4具有图2所示的叶轮8和通过叶轮8的旋转而发电的发电机10。即，叶轮8及发电机10经由固定部件6固定于水路2中。发电机10例如是永久磁铁同步型。发电机10收纳在壳体11内，该壳体11固定在固定部件6上。叶轮8通常设置成没入水路2的流水中的状态，将水力转换为旋转力。叶轮8是旋转轴心o1与水路2的水的流动方向平行的螺旋桨型。叶轮8具有在旋转轴心o1的周围沿周向排列并以放射状延伸的多个(在图示的例子中为5片)叶片8a。叶轮8的方向为正面朝向水流的上游侧，齿轮箱12(图7)安装于背面。
[0035]
叶轮8的旋转轴(在图中未示出)由齿轮箱12内的轴承(在图未示出)自由旋转地支承。叶轮8的旋转通过齿轮箱12内的锥齿轮等的齿轮组(在图未示出)而增速。齿轮箱的输出轴经由沿上下方向延伸的支柱14内的传递轴(在图未示出)与发电机10的输入轴(在图未示出)连接。
[0036]
<固定部件>
[0037]
如图1所示的那样，固定部件6具有一对固定件16、16、一对水平支承件18、18、发电机座20。从水路2的侧壁2b的上端附近到上端部固定有一对固定件16、16。一对固定件16、16以在水路2的宽度方向上彼此对置的方式设置。各固定件16例如是截面l形的角钢。但是，固定件16不限于此。固定件16向水路2的侧壁2b的固定例如为螺栓固定。
[0038]
水平支承件18是通过一对固定件16、16支承的棒状部件，在水的流动方向a1即前后方向上排列设置有一对。即，各水平支承件18通过一对固定件9、9架设在水路2的两侧壁2b的上端之间。在这里，将水的流动方向a1的上游侧作为前侧，将水的流动方向a1的下游侧作为后侧。该实施方式的水平支承件18是横截面形状为四边形的方管。但是，水平支承件18不限于方管。水平支承件18向固定件16的固定例如为螺栓固定。
[0039]
在各水平支承件18的长度方向(水路2的宽度方向)的中间附近处固定有发电机座20。在该发电机座20上支承有发电机10。即，发电机10在其前部和后部支承在各水平支承件18、18上。在该实施方式中，发电机座20通过螺栓连接于水平支承件18上，发电机10通过螺栓(在图未示出)自由装卸地安装于发电机座20上。但是，发电机10和发电机座20的安装方法不限于此。
[0040]
<集水装置>
[0041]
水力发电装置1具有设置于叶轮8的上游侧的集水装置22。集水装置22将在水路2流动的水汇集到叶轮8。集水装置22具有：具有将水路2的水增速并导向叶轮8的多个集水板24的集水板单元23，以及将集水板单元23设置在水路2中的集水板导向件26。
[0042]
<集水板>
[0043]
集水板单元23通过由水的流动方向a1和铅垂方向形成的平面p分割，分割后的各集水板24沿着集水板导向件26插入到水路2中。集水板24例如是钢制、树脂制、木制、混凝土制等的矩形的板部件。各集水板24是宽度尺寸和高度尺寸相同的共用部件。但是，各集水板24的尺寸也可以不同。在该实施方式中，如图2所示的那样，从水路2的各侧壁2b、2b沿水路2的宽度方向配置有两块集水板24。即，合计设置有4块集水板24。
[0044]
在内侧的两个集水板24、24之间形成有通水路25。以使通过集水板24、24之间的通水路25的水通过叶轮8的周围的方式设置集水板24、24。即，集水板24遮断水路2，将水路2的
水收集到通水路25中。这样，由于通过集水板24，流水的流路截面缩小到通水路25的面积，所以，通过叶轮8的水的流速增加。由此，能够谋求发电效率的提高。
[0045]
通水路25设定为从正面看、即从水的流动方向a1的上游侧看，能够视觉辨认叶轮8的整体的大小。在该实施方式中，通水路25的宽度方向尺寸与叶轮8的宽度方向尺寸大致相同，通水路25的高度方向尺寸与水路2的高度大致相同。
[0046]
<集水板导向件>
[0047]
集水板导向件26相对于叶轮8配置在水路2的上游侧。该实施方式的集水板导向件26具有沿大致铅垂方向延伸的多个导向部件28，各导向部件28通过前侧(上游侧)的水平支承件18而支承。导向部件28例如为金属板制，在本实施方式中，通过螺栓连接而自由装卸地安装在水平支承件18上。但是，导向部件28的材质、支承构造不限于此。
[0048]
在该实施方式中，以集水板24相对于铅垂方向朝水的流动方向a1倾斜的方式设置有集水板导向件26的导向部件28。具体来说，集水板24相对于铅垂方向向水的流动方向a1的下游侧倾斜地延伸。倾斜角度θ(图7)与铅垂方向成5～60度，优选为10～45度，更优选为10～30度，在图示的例子中，为约15度。在各集水板24的上部形成有开口27。在水量较多的情况下，开口27将水的一部分导向集水板24的下游侧。在该实施方式中，在各集水板24上设置有一个矩形的开口27。但是，开口27的数量、形状并不限定于此。另外，也可以没有开口27。
[0049]
一对导向部件28设置在各集水板24的两侧部，导向集水板24在上下方向移动。即，由一对导向部件28、28形成设置有一块集水板24的集水板收纳空间28a。在该实施方式中，相邻的集水板24、24之间的导向部件28用一个导向部件28导向两个集水板24、24的一侧部。具体来说，从各侧壁2b、2b向水路2的宽度方向内侧等间隔地配置有三片导向部件28，在由三片导向部件28形成的两个集水板收纳空间28a中插入有两个集水板24。
[0050]
如上所述，各集水板24的两侧缘部以通过集水板导向件26的导向部件28、28而可上下移动的方式导向。在设置状态下，集水板24收纳在导向部件28、28之间的集水板收纳空间28a内，集水板24在宽度方向上的移动通过导向部件28、28来限制。
[0051]
图3以及图4表示在水路宽度w比图1以及图2的水路2宽的水路2中应用了该实施方式的集水装置22的例子。在图3和图4的例子中，从水路2的各侧壁2b、2b，沿水路2的宽度方向配置有3个集水板24。即，合计设置有6块集水板24。具体来说，从各侧壁2b、2b向水路2的宽度方向内侧等间隔地配置有4片导向部件28，在由4片导向部件28形成的3个集水板收纳空间28a中插入有3个集水板24。
[0052]
像这样，即使水路宽度w发生变化，也可以通过改变集水板24的个数来进行应对，因此，不需要改变每一块集水板24的大小。由此，集水板24的搬运、组装、设置容易。
[0053]
<集水装置向水路的设置顺序>
[0054]
使用图5a～图5c，说明该实施方式的集水装置22向水路2的设置顺序。首先，将叶轮8、发电机10及集水板导向件26经由固定部件6设置在水路2中。
[0055]
接着，如图5a～图5c所示的那样，利用吊车等将一块集水板24从上方设置到水路2中。具体而言，一边从上方使集水板导向件26的导向部件28、28导向集水板24的两侧缘部，一边将集水板24插入到集水板收纳空间28a中。对于其他的集水板24，也以同样的顺序设置在水路2中。
[0056]
像这样，按照该实施方式，能够逐个地设置集水板24。另外，通过将宽度小的集水板24沿着集水板导向件26设置，即使在水流动的过程中，也能够容易地设置集水板24。
[0057]
＜作用效果＞
[0058]
按照图1所示的水力发电装置1，通过将经过集水板24的通水路25的水汇集到叶轮8，叶轮8旋转。通过该叶轮8的旋转，发电机10发电。此时，由于通过集水板24，流水的流路截面缩小到通水路25的面积，所以，通过叶轮8的水的流速增加。因此，可以提高发电效率。
[0059]
按照上述结构，集水板单元23通过由水的流动方向a1和铅垂方向形成的平面p分割成多个集水板24。由此，即使在水路宽度w变大的情况下，也不需要使集水板24的大小与水路宽度相一致，从而能够容易地进行搬运、组装、设置。
[0060]
另外，以集水板24相对于铅垂方向向水的流动方向a1倾斜的方式设置有集水板导向件26。由此，在集水板24上从铅垂方向朝流水的方向形成角度。因此，水流施加了将集水板24推向水路2底部的方向的力，使集水板24的设置稳定。
[0061]
[第2实施方式]
[0062]
结合图6～图7对本发明的第2实施方式进行说明。在第2实施方式中，对与第1实施方式相同的结构标注相同的附图标号并省略说明。在第2实施方式中，如图6所示的那样，在集水板24上形成有通水孔30。
[0063]
集水板24遮断水路2，将水路2的流水收集到通水孔30中。即，由于利用集水板24而将流水的流路截面缩小为通水孔30的面积，因此，通过叶轮8的水的流速增加。由此，能够谋求发电效率的提高。
[0064]
该实施方式的通水孔30是由圆孔构成的贯通孔，其直径与叶轮8的直径相同，或者比叶轮8的直径大。另外，通水孔30在集水板24设置于水路2中的状态下，形成于与叶轮8的旋转轴心o1同心的位置。换言之，在叶轮8及集水板24设置于水路2中的状态下，集水板24的通水孔30相对于叶轮8位于同一深度位置且同一宽度方向位置。
[0065]
在该实施方式中，在水路2的整个宽度方向上配置有多个(在该例子中为6个)集水板24，在该多个集水板24上形成有通水孔30。具体来说，各集水板24具有上半板24a和下半板24b，在上半板24a的下缘和下半板24b的上缘形成有切口部。在集水板24的设置状态下，由这些切口部而形成通水孔30。在该实施方式中，在将各集水板24设置在水路2中时，首先设置下半板24b，接着设置上半板24a。
[0066]
而且，如图7所示的那样，在集水板导向件26的水的流动方向a1的下游侧，即后表面设置有导向孔32。该实施方式的导向孔32由圆筒状的管36形成。导向孔32例如通过焊接与集水板导向件26接合。但是，导向孔32的固定方法不限于此。
[0067]
导向孔32配置于通水孔30与叶轮8之间，将通过通水孔30的水导向至叶轮8。导向孔32的直径设定为与叶轮8以及通水孔30的直径大致相同。另外，导向孔32在集水板24设置于水路2中的状态下，设置于与叶轮8的旋转轴心o1同心的位置。换言之，在叶轮8及集水板24设置于水路2中的状态下，导向孔32相对于叶轮8位于同一深度位置且同一宽度方向位置。
[0068]
在该实施方式中，在固定部件6和集水板导向件26之间架设有多个加强部件34。加强部件34例如是棒状的板材，其上端与固定部件6连接，其下端与集水板导向件26的下部连接。加强部件34与固定部件6的连接以及加强部件34与集水板导向件26的连接例如为螺栓
连接。但是，加强部件34的连接方法不限于此。通过用加强部件34进行加强，即使在将导向孔32设置在集水板导向件26上的情况下，也能稳定地支承集水板导向件26。
[0069]
＜作用效果＞
[0070]
按照图6的水力发电装置1，通过将经过集水板24的通水孔30的水汇集到叶轮8，叶轮8旋转。通过该叶轮8的旋转，发电机10发电。此时，由于利用集水板24将流水的流路截面缩小为通水孔30的面积，因此，通过叶轮8的水的流速增加。于是，可以提高发电效率。
[0071]
按照第2实施方式，也与第1实施方式相同，能够容易地将集水板24设置在水路2中。此外，按照第2实施方式，在集水板导向件26的后表面上设有导向孔34。由此，即使在集水板24和叶轮8之间的距离增大的情况下，也能利用导向孔34来维持通过集水板24之间的水的速度。因此，可利用速度增加了的水流而使叶轮8回转。
[0072]
本发明不限于以上的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够进行各种追加、变更或删除。例如，在上述实施方式中，集水板导向件26以集水板24相对于铅垂方向朝水的流动方向倾斜的方式设置，但也可以集水板24沿铅垂方向延伸的方式设置。另外，通水孔30的直径也可以比叶轮8的直径小。因此，这样的结构也包含在本发明的范围内。
[0073]
标号的说明：
[0074]
标号1表示水力发电装置；
[0075]
标号2表示水路；
[0076]
标号8表示叶轮；
[0077]
标号10表示发电机；
[0078]
标号22表示集水装置；
[0079]
标号23表示集水板单元；
[0080]
标号24表示集水板；
[0081]
标号26表示集水板导向件；
[0082]
标号32表示导向孔。