JP2008008427A - Hydraulic power unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水道水などを利用して発電を行う水力発電装置に関するものである。 The present invention relates to a hydroelectric power generation apparatus that generates power using tap water or the like.
蛇口の下方位置に手を差し出したとき、それをセンサが感知すると、蛇口から水を自動的に流すように構成した自動水栓装置が普及しつつある。また、水道水の流路の途中位置に小型の水力発電装置を設けるとともに、この水力発電装置によって得た電力を蓄え、この電力を自動水栓装置のセンサ回路などに供給する装置も案出されている。 An automatic water faucet device configured to automatically flow water from a faucet when a sensor senses the hand when the hand is placed below the faucet is becoming widespread. In addition, a small hydroelectric generator is installed in the middle of the tap water flow path, and an apparatus for storing electric power obtained by the hydroelectric generator and supplying the electric power to a sensor circuit of an automatic water faucet has been devised. ing.
このような水力発電装置において、水車室に供給される水量が増大すると、発電用水車の回転速度が高くなりすぎて、がたつきやノイズが発生する、発電用水車に対する軸受などが磨耗してしまう等の問題点がある。また、水力発電装置からの出力電圧が規格上限値を超えてしまうことがある。そこで、発電用水車が配置された水車室を備えた発電用の第1の流路と、水車室に対して並列に構成されたバイパス用の第2の流路とを構成し、弁機構によって、流体圧が上昇したときに第2の流路を閉状態から開状態に切り換えることが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In such a hydroelectric generator, when the amount of water supplied to the turbine chamber increases, the rotation speed of the power generation turbine becomes too high, and rattling and noise are generated. There is a problem such as. Moreover, the output voltage from the hydroelectric generator may exceed the standard upper limit value. Therefore, a first flow path for power generation provided with a water turbine chamber in which a water turbine for power generation is disposed, and a second flow path for bypass configured in parallel to the water turbine room are configured by a valve mechanism. It has been proposed to switch the second flow path from the closed state to the open state when the fluid pressure increases (see, for example, Patent Document 1).
このような弁機構は、例えば、図11に示すように、バイパス用の第2の流路を構成する開口部38″を備えた隔壁219″と、開口部38″を開閉するための弁体90″と、この弁体90″に形成された穴98″に先端側に嵌ることにより弁体90″を隔壁219″に接近する方向および離間方向に変位可能に支持する軸部97″と、流体圧に抗して開口部38″を閉鎖する方向に弁体を付勢するコイルバネ95″とによって構成できる。また、弁体90″の隔壁219″との当接面にシール部材を設けた構成も提案されている。
しかしながら、図11に示すような弁機構において、弁体90″に設けたシール部材が不適切であると、弁体90″がシール部材を介して隔壁219″に固着してしまい、水圧が所定レベル以上になっても、弁体90″が変位しないなど、弁機構の滑らかな開動作が妨げられてしまうという問題点がある。また、シール部材が隔壁219″に固着すると、弁機構を閉状態から開状態にする際、シール部材自体が破断してしまうおそれもある。
However, in the valve mechanism as shown in FIG. 11, if the seal member provided on the
以上の問題に鑑みて、本発明の課題は、バイパス流路を開閉する弁機構が滑らかに開動作を行うことのできる水力発電装置を提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a hydraulic power generation apparatus in which a valve mechanism that opens and closes a bypass flow path can smoothly open.
上記課題を解決するために、本発明では、発電用水車が配置された水車室を備えた発電用の第1の流路と、前記水車室に対して並列に構成されたバイパス用の第2の流路と、流体圧が上昇したときに前記第2の流路を閉状態から開状態に切り換える弁機構とを有する水力発電装置において、前記弁機構は、前記第2の流路を構成する開口部を備えた隔壁と、前記開口部を開閉するための弁体と、該弁体を前記隔壁に接近する方向および離間方向に変位可能に支持する支持機構と、流体圧に抗して前記開口部を閉鎖する方向に前記弁体を付勢する付勢部材とを備え、前記弁体の前記隔壁との当接面、および前記隔壁の前記弁体との当接面のうちの少なくとも一方の当接面は、フッ素系ゴムまたはフッ素系樹脂で構成されていることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, in the present invention, a first flow path for power generation including a water turbine chamber in which a water turbine for power generation is arranged, and a second bypass channel configured in parallel to the water turbine chamber. And a valve mechanism that switches the second flow path from a closed state to an open state when the fluid pressure rises, the valve mechanism constitutes the second flow path. A partition provided with an opening, a valve body for opening and closing the opening, a support mechanism for supporting the valve body so as to be displaceable in a direction approaching and separating from the partition, and against the fluid pressure A biasing member that biases the valve body in a direction to close the opening, and at least one of a contact surface of the valve body with the partition wall and a contact surface of the partition wall with the valve body The contact surface is made of fluorine rubber or fluorine resin.
本発明では、弁体と隔壁との当接面が、他の材料と比較して固着性が低いフッ素系ゴムまたはフッ素系樹脂で構成されている。このため、弁体が隔壁に当接して開口部を閉鎖している状態で流体圧が所定のレベルまで上昇し、弁体が隔壁から離間して開口部を開放しようとした際に、弁体が隔壁に固着して開口部を開放しないという事態を回避することができる。それ故、所定の流体圧になったときには、バイパス用の第2の流路に流体を導くことができるので、水車室に流体が高圧力で供給されることがない。それ故、発電用水車の回転速度が高くなりすぎることに起因するがたつきやノイズが発生することを防止できるとともに、発電用水車に対する軸受などが磨耗してしまう等の問題を回避することができる。また、水力発電装置からの出力電圧が規格上限値を超えてしまうことを防止することができる。 In the present invention, the contact surface between the valve body and the partition wall is made of a fluorine-based rubber or a fluorine-based resin, which has a lower sticking property than other materials. Therefore, when the valve body is in contact with the partition wall and the opening is closed, the fluid pressure rises to a predetermined level, and when the valve body is separated from the partition wall and attempts to open the opening, the valve body It is possible to avoid a situation in which the opening does not open due to being fixed to the partition wall. Therefore, when a predetermined fluid pressure is reached, the fluid can be guided to the second flow path for bypass, so that the fluid is not supplied to the water turbine chamber at a high pressure. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of rattling and noise due to the rotational speed of the power generation water turbine being excessively high, and avoid problems such as wear of bearings for the power generation water turbine. it can. Moreover, it can prevent that the output voltage from a hydroelectric generator exceeds a specification upper limit.
本発明において、前記弁体の前記隔壁との当接面、および前記隔壁の前記弁体との当接面のうち、前記フッ素系ゴムまたは前記フッ素系樹脂で構成された当接面は、表面に微細な凹凸が付与されている弾性体で構成されていることが好ましい。このように構成すると、弁体と隔壁との当接面同士が固着することをより確実に防止することができる。それ故、流体圧が所定のレベルまで上昇した場合には、バイパス用の第2の流路に流体を確実に導くことができる。 In the present invention, of the contact surface of the valve body with the partition wall and the contact surface of the partition wall with the valve body, the contact surface made of the fluorine rubber or the fluorine resin is a surface. It is preferable that it is comprised with the elastic body to which the fine unevenness | corrugation is provided. If comprised in this way, it can prevent more reliably that the contact surfaces of a valve body and a partition will adhere. Therefore, when the fluid pressure rises to a predetermined level, the fluid can be reliably guided to the second flow path for bypass.
本発明において、前記弁体の前記隔壁との当接面、および前記隔壁の前記弁体との当接面のうち、いずれか一方の当接面が前記フッ素系ゴムまたは前記フッ素系樹脂で構成され、他方の当接面は平滑面で構成されていることが好ましい。このように構成すると、一方の当接面で固着を防止できるので、他方の面については平滑面により構成することにより液漏れを防止することができる。 In the present invention, any one of the contact surface of the valve body with the partition wall and the contact surface of the partition wall with the valve body is made of the fluorine rubber or the fluorine resin. The other contact surface is preferably a smooth surface. If comprised in this way, since adhesion | attachment can be prevented by one contact surface, a liquid leak can be prevented by comprising the other surface by a smooth surface.
本発明の別の形態では、発電用水車が配置された水車室を備えた発電用の第1の流路と、前記水車室に対して並列に構成されたバイパス用の第2の流路と、流体圧が上昇したときに前記第2の流路を閉状態から開状態に切り換える弁機構とを有する水力発電装置において、前記弁機構は、前記第2の流路を構成する開口部を備えた隔壁と、前記開口部を開閉するための弁体と、該弁体を前記隔壁に接近する方向および離間方向に変位可能に支持する支持機構と、流体圧に抗して前記開口部を閉鎖する方向に前記弁体を付勢する付勢部材とを備え、前記弁体の前記隔壁との当接面、および前記隔壁の前記弁体との当接面のうちの一方の当接面は、表面に微細な凹凸が付与された弾性体で構成されていることを特徴とする。 In another embodiment of the present invention, a first flow path for power generation provided with a water turbine chamber in which a water turbine for power generation is disposed, and a second flow path for bypass configured in parallel to the water turbine chamber; And a valve mechanism that switches the second flow path from the closed state to the open state when the fluid pressure rises, the valve mechanism includes an opening that forms the second flow path. A partition wall, a valve body for opening and closing the opening, a support mechanism for supporting the valve body so as to be displaceable in a direction approaching and separating from the partition, and closing the opening against fluid pressure An urging member that urges the valve body in a direction to move, and one of the contact surfaces of the valve body with the partition wall and the contact surface of the partition wall with the valve body is It is characterized by comprising an elastic body having fine irregularities on its surface.
本発明では、弁体と隔壁との当接面に微細な凹凸が形成されているため、弁体が隔壁に当接して開口部を閉鎖している状態で流体圧が所定のレベルまで上昇し、弁体が隔壁から離間して開口部を開放しようとした際に、弁体が隔壁に固着して開口部を開放しないという事態を回避することができる。それ故、所定の流体圧になったときには、バイパス用の第2の流路に流体を導くことができるので、水車室に流体が高圧力で供給されることがない。それ故、発電用水車の回転速度が高くなりすぎることに起因するがたつきやノイズが発生することを防止できるとともに、発電用水車に対する軸受などが磨耗してしまう等の問題を回避することができる。また、水力発電装置からの出力電圧が規格上限値を超えてしまうことを防止することができる。 In the present invention, since minute irregularities are formed on the contact surface between the valve body and the partition wall, the fluid pressure rises to a predetermined level with the valve body contacting the partition wall and closing the opening. When the valve body is separated from the partition wall and tries to open the opening, it is possible to avoid a situation in which the valve body is fixed to the partition wall and the opening is not opened. Therefore, when a predetermined fluid pressure is reached, the fluid can be guided to the second flow path for bypass, so that the fluid is not supplied to the water turbine chamber at a high pressure. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of rattling and noise due to the rotational speed of the power generation water turbine being excessively high, and avoid problems such as wear of bearings for the power generation water turbine. it can. Moreover, it can prevent that the output voltage from a hydroelectric generator exceeds a specification upper limit.
本発明において、前記弁体の前記隔壁との当接面、および前記隔壁の前記弁体との当接面のうち、いずれか一方の当接面が前記弾性体で構成され、他方の当接面は平滑面で構成されていることが好ましい。このように構成すると、一方の当接面で固着を防止できるので、他方の面については平滑面により構成することにより液漏れを防止することができる。 In the present invention, any one of the contact surface of the valve body with the partition wall and the contact surface of the partition wall with the valve body is constituted by the elastic body, and the other contact surface. The surface is preferably a smooth surface. If comprised in this way, since adhesion | attachment can be prevented by one contact surface, a liquid leak can be prevented by comprising the other surface by a smooth surface.
本発明において、前記微細な凹凸は、例えば、梨地状、網目状、または同心円状に形成されている。 In the present invention, the fine unevenness is formed, for example, in a satin shape, a mesh shape, or a concentric shape.
本発明において、前記一方の当接面が前記弁体の前記隔壁との当接面であって、当該当接面が、前記弁体の弁体本体と別部材で構成されたシール部材からなる場合、当該シール部材は、前記弁体本体において前記隔壁と対向する弁部および該弁部の外周面を覆っていることが好ましい。 In the present invention, the one contact surface is a contact surface with the partition wall of the valve body, and the contact surface is formed of a seal member formed of a separate member from the valve body body of the valve body. In this case, it is preferable that the seal member covers the valve portion facing the partition wall and the outer peripheral surface of the valve portion in the valve body main body.
本発明は、前記支持機構が、前記弁体および前記隔壁のうちの一方側に形成された軸部と、他方側で当該軸部を支持する軸受部とを備え、前記隔壁では、前記軸部または前記軸受部が前記開口部の内周面から内側に向けて延びた連結部によって前記開口部の内側に保持されており、当該連結部は、前記隔壁の前記弁体との当接面の一部を構成している場合に適用すると効果的である。すなわち、開口部の内側にも弁体との当接面があると、その分、弁体と隔壁との当接面積が広くなって、弁体と隔壁との固着が発生しやすくなるが、本発明では、かかる構成を採用した場合でも、弁体と隔壁との固着を確実に防止することができる。 In the present invention, the support mechanism includes a shaft portion formed on one side of the valve body and the partition wall, and a bearing portion that supports the shaft portion on the other side. Alternatively, the bearing portion is held inside the opening by a connecting portion extending inward from the inner peripheral surface of the opening, and the connecting portion is a surface of a contact surface of the partition wall with the valve body. It is effective when it is applied to a part of it. That is, if there is a contact surface with the valve body inside the opening, the contact area between the valve body and the partition wall is increased accordingly, and the valve body and the partition wall are likely to be fixed. In the present invention, even when such a configuration is adopted, it is possible to reliably prevent the valve body and the partition wall from sticking to each other.
本発明では、弁機構を構成する弁体と隔壁との当接面を固着しにくい構造としたため、弁体が隔壁に当接して開口部を閉鎖している状態で流体圧が所定のレベルまで上昇した際には、弁体が隔壁から確実に離間して開口部を開放するため、所定の流体圧になったときにバイパス用の第2の流路に流体を導くことができる。従って、水車室に流体が高圧力で供給されることがないので、発電用水車の回転速度が高くなりすぎてがたつきやノイズが発生することを防止できるとともに、発電用水車に対する軸受などが磨耗してしまう等の問題を回避することができる。 In the present invention, since the contact surface between the valve body and the partition wall constituting the valve mechanism is difficult to be fixed, the fluid pressure reaches a predetermined level with the valve body contacting the partition wall and closing the opening. When it rises, the valve body is surely separated from the partition wall to open the opening, so that the fluid can be guided to the second flow path for bypass when a predetermined fluid pressure is reached. Therefore, since the fluid is not supplied to the water turbine chamber at a high pressure, the rotation speed of the power generation water turbine is prevented from becoming too high, and rattling and noise can be prevented. Problems such as wearing out can be avoided.
以下に、図面を参照して、本発明を適用した水力発電装置について説明する。 Hereinafter, a hydroelectric generator to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
(全体構成)
図1(a)、(b)は、本発明を適用した水力発電装置の平面図、およびA−A′断面図である。なお、図1において、A−A′線は、射出口の形成位置を通らないが、図1(b)の左部分には、射出口についても図示してある。
(overall structure)
1A and 1B are a plan view and a cross-sectional view taken along line AA ′ of a hydroelectric power generation apparatus to which the present invention is applied. In FIG. 1, the line AA ′ does not pass through the formation position of the injection port, but the injection port is also illustrated in the left part of FIG.
図1(a)、(b)に示す水力発電装置1は、水道水の流路の途中位置になどに配置される小型の水力発電装置であり、この水力発電装置1によって得た電力を蓄え、この電力を自動水栓装置のセンサ回路などに供給する用途などに用いられる。本形態の水力発電装置1は、後述する流路を構成する樹脂製の本体ケース21、この本体ケース21の上面を覆うカバー23、このカバー23を覆うステンレス製のカップ状の仕切り板25と、この仕切り板25のフランジ部との間にステータ部6を挟む環状ケース27と、環状ケース27の上方に被さる樹脂製の上ケース29とを有しており、上ケース29および仕切り板25はネジにより本体ケース21に固定されている。また、本体ケース21の底面にはEPDM製のシール281が重ねられ、仕切り板25と本体ケース21との間には、ゴム製のOリング282が配置されている。
A hydroelectric generator 1 shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b) is a small hydroelectric generator arranged at a midway position in the flow path of tap water, and stores electric power obtained by the hydroelectric generator 1. It is used for the purpose of supplying this power to a sensor circuit of an automatic faucet device. The hydroelectric generator 1 of the present embodiment includes a resin-made
本体ケース21には、相対向する側面で開口する流体入口31および流体出口32を備えており、流体入口31から流体出口32に向かう第1の流路110の途中位置には、本体ケース21とカバー23とにより、後述する注水部が構成され、本体ケース21と仕切り板25との間に水車室35が構成されている。水車室35では、下端部および上端部が各々、本体ケース21および仕切り板25の軸固定穴に圧入固定された支軸4が直立しており、支軸4には、円筒状の発電用水車5が回転可能に支持されている。支軸4には、樹脂製のスリーブ45が嵌められており、発電用水車5は、支軸4のうち、スリーブ45から露出している上半部で支持されている。なお、発電用水車5は、支軸4に装着されたワッシャなどにより上下方向への変位が防止されている。
The
発電用水車5において仕切り板25の円筒部251内に位置する上半部には、外周面に円筒状の永久磁石55が固着されている。また、仕切り板25の円筒部251の周りには環状のステータ組61、62が配置されており、永久磁石55およびステータ部6によって発電部が構成されている。
A cylindrical
ステータ部6は、軸線方向に重ねて配置された2つの相のステータ組61、62で構成されている。2つのステータ組61、62のいずれにおいても、外ステータコア、コイルボビンに巻回されたコイル、および内ステータコアが重ねられた構造を有しており、コイルボビンの内周に沿って、外ステータコアの極歯と内ステータコアの極歯が交互に並んでいる。また、コイルの巻き始め部分および巻き終わり部分は、端子台66の端子67およびワイヤー68を介してコネクタ69に接続されている。なお、上ケース29には、端子台66を覆うフード部291が形成されており、ステータ部6に水が浸入するのを防止する構造になっている。
The stator portion 6 is composed of two-phase stator sets 61 and 62 that are arranged so as to overlap in the axial direction. Each of the two stator sets 61 and 62 has a structure in which an outer stator core, a coil wound around a coil bobbin, and an inner stator core are stacked, and pole teeth of the outer stator core are arranged along the inner circumference of the coil bobbin. And the pole teeth of the inner stator core are arranged alternately. Further, the winding start portion and winding end portion of the coil are connected to the
また、本形態の水力発電装置1には、流体入口31から流入した水が水車室35を通らずに流体出口32に向かうバイパス用の第2の流路120が形成されており、この第2の流路120には、図6を参照して後述する弁機構9が構成されている。
Further, in the hydroelectric generator 1 of the present embodiment, the
(注水部の構成)
図2は、図1に示す水力発電装置に用いた本体ケースの構成を示す平面図である。図3(a)、(b)、(c)は、それぞれ、図1に示す水力発電装置に用いたカバーの構成を示す平面図、正面図および底面図である。図4(a)、(b)、(c)は、それぞれ、図1に示す水力発電装置に用いることの可能な別のカバーの構成を示す平面図、正面図および底面図である。
(Composition of water injection part)
FIG. 2 is a plan view showing a configuration of a main body case used in the hydroelectric generator shown in FIG. FIGS. 3A, 3B, and 3C are a plan view, a front view, and a bottom view, respectively, showing the configuration of the cover used in the hydroelectric generator shown in FIG. 4A, 4B, and 4C are a plan view, a front view, and a bottom view, respectively, showing a configuration of another cover that can be used in the hydroelectric generator shown in FIG.
図1および図2に示すように、本形態の水力発電装置1において、本体ケース21では、流体入口31に対向するように隔壁219が起立しており、その上方には、水車室35の周りに環状流路33が形成されている。ここで、環状流路33は、底面、内周面、外周面、および上面が各々、本体ケース21の環状の仕切り壁211、本体ケース21の環状の内側垂直壁212、本体ケース21の環状の外側垂直壁213、および図3に示すカバー23により規定されている。また、内側垂直壁212には、周方向の4箇所に射出口34を構成するための切り欠きが形成されている。さらに、環状流路33内の一部には、傾斜面330(図2中の斜線部)が形成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, in the hydroelectric generator 1 of the present embodiment, a
これに対して、図3(a)、(b)、(c)に示すように、カバー23はリング状を成し、カバー23のリング部230の下面のうち、図2に示す本体ケース21の4つの射出口34に対応する部分には、4つの射出口34に嵌って射出口34の各々の開口面積を調整するリブ231(突起)が形成されている。また、リブ231にテーパ231aを設けることで、その突出寸法が調節されている。従って、本体ケース21の上面にカバー23を被せると、環状流路33から発電用水車5の羽根57に向けて水を高速噴射する4つの射出口34が構成される。
On the other hand, as shown in FIGS. 3A, 3 </ b> B, and 3 </ b> C, the
なお、図4に示すような、リング部230にリブを形成しない構成のカバー23´を用いてもよい。このように、リブの形状が異なるカバーを用途に応じて付け替えることにより、射出口34から射出される水の量を調整することができる。
In addition, you may use the cover 23 'of a structure which does not form a rib in the
(発電用水車5の構成)
図5(a)、(b)、(c)は、図1に示す水力発電装置に用いた発電用水車を第1のラジアル軸受側からみたときの斜視図、この発電用水車を第2のラジアル軸受側からみたときの平面図、およびB−B′断面図である。
(Configuration of
5 (a), (b), and (c) are perspective views of the power generation turbine used in the hydroelectric generator shown in FIG. 1 when viewed from the first radial bearing side. It is the top view when seen from the radial bearing side, and BB 'sectional drawing.
図5(a)、(b)、(c)に示すように、本形態の水力発電装置1において、発電用水車5は、外周面から複数枚の羽根57が等角度間隔で張り出す円筒体50と、この円筒体50の貫通穴501の一方側端部(本体ケース21が位置する下方側)に位置する円筒状の第1のラジアル軸受51と、貫通穴501の他方側端部(仕切り板25の円筒部251が位置する上方側)に位置する円筒状の第2のラジアル軸受52とを備えており、第1のラジアル軸受51の軸穴510、および第2のラジアル軸受52の軸穴520に対して、図1(b)に示す支軸4が嵌ることにより、発電用水車5は支軸4の周りで回転可能に支持されている。円筒体50は、羽根57が形成された下端部は大径である一方、上半部は小径であり、この小径部分に円筒状の永久磁石55が固定されている。
As shown in FIGS. 5A, 5B, and 5C, in the hydroelectric generator 1 of the present embodiment, the power
本形態において、発電用水車5は、複数枚の羽根57が各々、軸線方向において第2のラジアル軸受52側に位置する第1の羽根571と、第1のラジアル軸受51側に位置する第2の羽根572とに2分割されており、第2の羽根572の外周端は、円筒体50の軸線方向と平行な円筒板部58により連結されている。ここで、円筒板部58の外端面は、第1の羽根571の外周端と同一の半径距離の位置にある。
In this embodiment, the power
このように構成した発電用水車5に対しては、図5(b)、(c)に示すように、4つの射出口34が発電用水車5の周りに等角度間隔に形成されている。また、4つの射出口34は、第1の羽根571および円筒板部58の双方に跨る方向に向かって開口しており、図5(c)に矢印L1、L2で示すように、4つの射出口34は各々、第1の羽根571と円筒板部58とに跨って水を射出するように構成されている。すなわち、射出口34から射出された水の一部は、矢印L1で示すように、第1の羽根571に直接、ぶつかる一方、射出口34から射出された水の残りは、円筒板部58の外周面にぶつかるようになっている。ここで、注水部に形成した射出口34の数と羽根57の枚数とは、素の関係にあり、一方が他方の整数倍となる条件を避けてある。例えば、本形態では、射出口34は4つであるのに対して、羽根57の枚数は7枚である。
As shown in FIGS. 5B and 5C, for the power
(発電動作)
このように構成した水力発電装置1において、流体入口31から流れ込んだ水は、隔壁にぶつかって上方の環状流路33に流れ込んだ後、4つの射出口34から発電用水車5の羽根57に向けて射出される。その結果、発電用水車5が回転し、それに伴い、永久磁石55も回転することにより、ステータ部6のコイルに誘起電圧が発生する。発電用水車5を回し終えた水は、下方に落下し、そこから流体出口32を経て排出される。また、ステータ部6で発生した誘起電圧は、コネクタ69を介して外部の回路に導かれ、この回路で直流に変換された後、整流され電池に充電される。
(Power generation operation)
In the hydroelectric generator 1 configured as described above, the water flowing in from the
(バイパス用の第2の流路および弁機構9の構成)
図6(a)、(b)はそれぞれ、図1(b)に示す弁機構9の構成を示す拡大図、および図6(a)において隔壁219を流体入口側から見たときの説明図である。
(Configuration of second flow path for bypass and valve mechanism 9)
6 (a) and 6 (b) are enlarged views showing the configuration of the
図1および図6(a)に示すように、本形態における水力発電装置1には、流体入口31から流入した水が水車室35を通らずに流体出口32に向かうバイパス用の第2の流路120が形成されている。すなわち、流体入口31に対向する隔壁219には流体出口32に向けて窪んだ凹部219aが形成されており、この凹部219aの底部には、図6(b)に示すように、周方向に並んだ4つの開口部38が流体入口31と流体出口32とを連通可能に形成されている。
As shown in FIGS. 1 and 6 (a), in the hydroelectric generator 1 in this embodiment, the second flow for bypassing the water flowing in from the
また、開口部38に対しては弁機構9が構成されており、弁機構9は、流体圧が低いときには開口部38(第2の流路)を閉鎖しておき、流体圧が上昇したときに開口部38(第2の流路)を閉状態から開状態に切り換える。
Further, the
このような弁機構9を構成するにあたって、本形態では、隔壁219には、第2の流路120における上流側の面に、凹部219aの底部から流体入口31側に向けて突出する円筒状の筒部217(軸受部)が形成されており、この筒部217の周りに4つの開口部38が配置されている。また、弁機構9は弁体90を備えており、この弁体90は、隔壁219の裏面側(第2の流路120における下流側/流体出口32の側)に重なる弁部901と、弁部901の中央から流体入口31の側に突出した丸棒状の軸部902とを備えており、軸部902は筒部217を貫通している。このようにして、弁機構9では、軸部902と筒部217とによって、弁体90に対する支持機構99が構成されている。
In constructing such a
ここで、筒部217は4つの開口部38の中央に位置しており、筒部217は、開口部38の内周面から筒部217に向かって延びる4本の連結部215により保持され、隔壁219と連結している構造になっている。従って、4本の連結部215の裏面側は、開口部38周辺の隔壁219の裏面側とともに、弁体90との当接面を構成している。
Here, the
本形態において、弁体90は、弁部901と軸部902とを備えた弁体本体90′と、隔壁219との当接面を構成するシール部材96とを備えている。ここで、シール部材96は、有底円筒形状を有しており、弁部901の前端面を覆う底部961と、弁部901の側面を覆う胴部962とを備えている。
In this embodiment, the
本形態において、シール部材96は、フッ化ビニリデン系ゴム(KFM)、テトラフロオロエチレン−プロピレン系ゴム(FEPM)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロビニルエーテル系ゴム(FFKM)等のフッ素系ゴム製であり、弁部901に対する固着方法としては、接着剤による方法、アウトサート成形による方法などが挙げられる。また、シール部材96の表面には微細な凹凸が付与されており、このような凹凸は、シール部材96に対するブラスト処理、あるいはシール部材96を成形する金型に微細な凹凸を設けることにより容易に形成することができる。また、シール部材96に付した微細な凹凸は、梨地状、網目状、または同心円状などの形態で形成されている。これに対して、隔壁219の側において、シール部材96と当接する面は平滑面で構成されている。
In this embodiment, the
なお、弁体90において、軸部902の先端部には、その基端側より小径の突起903が形成され、この突起903より形成された段部905には、プッシュナット91によりワッシャ92が固定されている。また、軸部902の周りにはコイルバネ95が装着されており、コイルバネ95は、ワッシャ92と隔壁219の筒部217の周りの部分とによって両端部が各々支持され、圧縮された状態にある。
In the
(流量と発電用水車の回転数との関係などの評価結果)
図7は、図1に示す水力発電装置での流量と発電用水車の回転数との関係を示すグラフである。図8は、図1に示す水力発電装置において、弁体と隔壁との間で固着が発生した場合と固着が発生しない場合における流量と発電用水車の回転数との関係を比較して示すグラフである。図9は、図1に示す水力発電装置で弁体の隔壁への当接面の構成を変えた場合において、弁体を隔壁から離間する際に変位させた場合と、その際に弁体に加わる荷重との関係を比較して示すグラフである。
(Evaluation results such as the relationship between the flow rate and the rotation speed of the power generation turbine)
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the flow rate in the hydroelectric generator shown in FIG. 1 and the rotational speed of the power generation water turbine. FIG. 8 is a graph showing a comparison of the relationship between the flow rate and the rotational speed of the water turbine for power generation when sticking occurs between the valve body and the partition wall and when sticking does not occur in the hydroelectric generator shown in FIG. It is. FIG. 9 shows a case where the structure of the contact surface of the valve body with the partition wall is changed in the hydraulic power generator shown in FIG. 1 and the valve body is displaced when being separated from the partition wall. It is a graph which compares and shows the relationship with the applied load.
本形態の水力発電装置1において、弁機構9では、弁体90がコイルバネ95によって流体入口31に向けて付勢されているので、弁部901がシール部材96を介して隔壁219に当接している。このため、流体入口31から流入した水の圧力が低い場合には、開口部38は閉鎖されている。但し、流体入口31から流入した水の圧力が高くなってワッシャ92および弁部901がコイルバネ95の付勢力よりも大きな水圧を受けると、弁体90は、コイルバネ95の付勢力に抗して流体出口32の側に変位し、弁部901が隔壁219の裏面側から離間するので、バイパス用の開口部38は開放される。それ故、流体入口31から流入した水の圧力が低い場合には、流入した水の全てが環状流路33を介して水車室35に導かれ、発電に寄与する一方、流体入口31から流入した水の圧力が高い場合には、流入した水の一部がバイパス用の開口部38を通ってそのまま流体出口32に向かう。それ故、発電用水車5の回転速度が高くなりすぎてがたつくなどの問題を回避できる。
In the hydraulic power generation apparatus 1 of this embodiment, in the
このような効果を、図7を参照して詳述する。図7には、水力発電装置において、バイパスが無い(第2の流路を形成しない)もの、本形態を適用した弁機構9におけるコイルバネ95の始動荷重をそれぞれ、175gf、215gf、220gf、225gf、280gfに設定したものを順に線I〜VIによって、それぞれの水力発電装置が有する発電用水車に注がれる流量と、その時の発電用水車の回転数との関係を示してある。図7に示すように、水力発電装置において、発電用水車に注がれる流量が10L/minから25L/minへと変化すると、バイパスの無いものでは(線Iで示す結果)、発電用水車の回転数が流量に比例して増加するのに対して、本形態を適用した弁機構9を有するものでは(線II〜VIで示す結果)、発電用水車に注がれる流量が10L/minから25L/minへと変化しても、発電用水車の回転数は3000〜4000rpm近傍で安定している。それ故、本発明を適用した弁機構9によれば、閉状態から開状態の切り換え動作を滑らかに行うことができ、水車室35に供給される水の量を常に一定に保つことができることが分かる。よって、本発明によれば、発電用水車5の回転ノイズなどの発生を防止することができる。
Such an effect will be described in detail with reference to FIG. FIG. 7 shows the starting loads of the coil springs 95 in the hydraulic power generation apparatus having no bypass (the second flow path is not formed) and the
このような開動作を行う際、弁体90と隔壁219との当接面で固着が発生していると、図8に実線で示すように、流量が所定レベルに到達してもすぐには開口部38が開状態とならず、発電用水車の回転数にオーバーシュートが発生するが、本形態では、図9を参照して説明するように弁体90と隔壁219との当接面で固着が発生しないため、図8に点線で示すように、開口部38が閉から開に移行する際、発電用水車の回転数にオーバーシュートが発生せず、流量が所定レベルに到達すると、開口部38がスムーズに開状態となる。すなわち、図8に実線で示すように、弁体90と隔壁219との当接面で固着が発生していると、流量が10L/minから15L/minまで増大した際、流量が13L/min位になっても、弁体90が変位せず、開口部38が閉鎖状態のままであるため、発電用水車の回転数が5000rpm近傍まで増加してしまう。これに対して、図8に点線で示すように、本形態では、弁体90と隔壁219との当接面で固着が発生しないので、流量が12L/min位になった時点で弁体90が変位し、開口部38が閉状態から開状態にスムーズに切り換わるため、発電用水車の回転数が5000rpm近傍まで増加することがない。
When such an opening operation is performed, if sticking occurs on the contact surface between the
また、図9には、本形態の水力発電装置1において、弁体90に貼り付けるシール部材96として、表面に微細な凹凸を付したフッ素系ゴムを用いた実施例と、表面に微細な凹凸を付していないEPDM(エチレン−プロピレン−ジエンゴム)を用いた比較例、および表面に微細な凹凸を付していないフッ素系ゴムを用いた例について、弁体90を隔壁219から離間させる際に変位させた場合と、その際に弁体に加わる荷重との関係を実線A、B、Cで比較して示してある。
Further, in FIG. 9, in the hydroelectric generator 1 of the present embodiment, as a sealing
弁体90に貼り付けるシール部材96として、表面に微細な凹凸を付していないEPDMゴムを用いたものでは、図9に実線Bで示すように、弁体90を隔壁219から離間させる瞬間に大きな荷重(図中の線分G)が必要であることが分かる。これは、シール部材96と隔壁219との間に固着が生じていることに起因する。
In the case of using an EPDM rubber that does not have fine irregularities on the surface as the sealing
これに対して、弁体90に貼り付けるシール部材96として、表面に微細な凹凸を付していないフッ素系ゴムを用いたものでは、図9に実線Cで示すように、弁体90を隔壁219から離間させる瞬間に余計な荷重(図中の線分G′)が必要であるが、かかる荷重の大きさは、表面に微細な凹凸を付していないEPDMゴムをシール部材96として用いた場合と比較して著しく小さい。
On the other hand, as the sealing
さらに、シール部材96として、表面に微細な凹凸を付したフッ素系ゴムを用いたものでは、図9に実線Aで示すように、弁体90を隔壁219から離間する際に余計な荷重が一切、加わらない。
Furthermore, when the
それ故、実線B、Cを比較すれば分かるように、フッ素系ゴム製のシール部材96は、EPDMなどといったゴム製のシール部材96と比較して隔壁219に固着しにくいという材質を有している。また、実線A、Cを比較すれば分かるように、シール部材96の表面に微細な凹凸を付した場合には、隔壁219に固着しにくくなることが分かる。すなわち、弁機構9が閉状態から開状態に転じる際、シール部材96と隔壁219とが密着することにより変形した微細な凹凸が復元力により元の形状に戻るため、シール部材96と隔壁219との接触面積が減少する。従って、シール部材96は隔壁219に固着せずスムーズに離間する。しかも、梨地状、網目状、または同心円状などの微細な凹凸は、形成が容易であり、かつ、粗さ管理が容易である。
Therefore, as can be seen by comparing the solid lines B and C, the fluorine
(本形態の主な効果)
以上説明したように、本形態の水力発電装置1において、バイパス用の第2の流路120に構成した弁機構9では、弁体90において隔壁219と当接する箇所に、フッ素系ゴム製のシール部材96(弾性体)を設けてあり、このようなフッ素系ゴム製のシール部材96は、他の材料と比較して隔壁219に固着しにくい材質を有している。しかも、本形態では、シール部材96の表面に微細な凹凸を付してあるため、シール部材96の表面が平滑である場合と比較して、隔壁219に固着しにくい。従って、弁体90が隔壁219に当接して開口部38を閉鎖している状態で水圧が所定のレベルまで上昇し、弁体90が隔壁219から離間して開口部38を開放しようとした際に、弁体90が隔壁219に固着して開口部38を開放しないという事態を回避することができる。それ故、所定の水圧になったときには、バイパス用の第2の流路120に流体を確実に導くことができるので、水車室35に流体が高圧力で供給されることがない。それ故、発電用水車5の回転速度が高くなりすぎることに起因するがたつきやノイズが発生することを防止できるとともに、発電用水車5に対する軸受などが磨耗してしまう等の問題を回避することができる。また、水力発電装置1からの出力電圧が規格上限値を超えてしまうことを防止することができる。さらに、シール部材96が隔壁219に固着して破断するという事態も回避することができる。
(Main effects of this form)
As described above, in the hydraulic power generation device 1 according to the present embodiment, in the
特に本形態の水力発電装置1は水道水を利用して発電を行うため、設置箇所あるいは時間によって、水力発電装置1に供給される水圧が変動しやすい。従って、水力発電装置1では、水車室35に供給される水圧を一定に保つために、弁機構9が頻繁に開閉することになる。それ故、弁体90の隔壁219との当接面には耐久性も求められるが、本形態では、弁部901において隔壁219と当接する箇所に耐久性の高いフッ素系ゴム製のシール部材96を設けたので、弁機構9の耐久性を高めることができる。
In particular, since the hydroelectric generator 1 of this embodiment generates electricity using tap water, the water pressure supplied to the hydroelectric generator 1 is likely to vary depending on the installation location or time. Therefore, in the hydroelectric generator 1, the
また、本形態の水力発電装置1における弁機構9では、隔壁219の弁部901との当接面を平滑面で構成する一方、弁部901に設けたシール部材96の表面には、微細な凹凸を付与してシール部材96の表面粗さを最適化してある。従って、弁機構9がコイルバネ95の付勢力により閉状態にある時は、シール部材96の表面上に形成された微細な凹凸が潰れて弾性変形するため、シール部材96と隔壁219との隙間、即ち、弁体90の隔壁219との当接面における隙間をなくすことができる。これにより、弁機構9が閉状態の時、開口部38からの液漏れを防止することができる。
Further, in the
さらに、本形態の水力発電装置1では、隔壁219に形成されている開口部38の内周側には、開口部38の内周面から筒部217に向かって延びる4本の連結部215が形成され、弁機構9が閉状態の時、シール部材96は隔壁219および連結部215と当接する。従って、連結部215も、シール部材96との当接面の一部を構成するので、当接面積が広くなるが、本形態によれば、シール部材96の材質および表面性状を最適化してあるので、当接面積が広い場合でも、固着の問題点が発生しない。
Further, in the hydroelectric generator 1 of this embodiment, four connecting
また、本形態では、弁体90に対する支持機構99が、隔壁219から流体入口31に向けて延びた筒部217と、弁体90から流体入口31に向けて突出して筒部217を貫通する軸部902とを備えているため、嵌め合い寸法(支持寸法)が長い。このため、弁体90を安定した姿勢で支持することができる。また、軸部902は筒部217を貫通しているため、弁体90の移動に伴って筒部217と軸部902との相対位置が変化しても、筒部217と軸部902との嵌め合い寸法が長いままであるので、弁体90がいずれの位置にあっても弁体を安定した状態で支持でき、かつ、弁体90は滑らかに移動する。それ故、設定した流体圧に応じて、バイパス用の第2の流路120を滑らかに開閉することができる。
Further, in this embodiment, the
さらに、軸部902の先端部にワッシャ92の位置を規定する段部905が形成されているため、コイルバネ95を所定の長さ寸法の状態で軸部902に装着することができる。それ故、弁体90が開き始める荷重(始動荷重)を適切に設定することができるため、これにより弁体90は適切に作動する。
Further, since the
さらにまた、隔壁219には、流体出口32に向けて窪んだ凹部219aが形成されており、この凹部219aの底部に開口部38が形成されている。この凹部219aにより、流体入口31から流入する水を、開口部38を塞ぐ弁部901に対して垂直に作用させることができる。それ故、弁体90やコイルバネ95のブレを抑えることができる。
Further, the
(シール部材の変形例)
上記実施の形態では、表面に微細な凹凸を付したフッ素系ゴム製のシール部材96を弁体に設けたが、図9に実線B、Cで示す比較結果からみて、表面が平滑なフッ素系ゴム製のシール部材96を弁体90に設けてもよい。
(Modification of seal member)
In the embodiment described above, the valve member is provided with a fluorine
また、上記実施の形態では、表面に微細な凹凸を付したフッ素系ゴム製のシール部材96を弁体90に設けたが、図9に実線A、Cで示す比較結果からみて、表面に凹凸を付したシール部材96であれば、EPDMなどといったゴム製のシール部材を用いてもよい。
Further, in the above embodiment, the
さらに、上記実施の形態では、弁体90にシール部材96を設けたが、隔壁219の側において弁体90と当接する箇所にシール部材96を設けてもよい。また、弁体90および隔壁219の側の双方にシール部材96を設けてもよい。
Furthermore, in the above-described embodiment, the
また、弁体90と隔壁219との固着を防止するという観点からすれば、弁体90の隔壁219との当接面、および隔壁219の弁体90との当接面のうちの少なくとも一方をポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体(ETFE)、ポリビニリデンフルオライド(PVDF)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PVDF)などのフッ素系樹脂で構成してもよい。
From the viewpoint of preventing the
(弁機構9の変形例)
図10は、本発明に係る弁機構の変形例を示す説明図である。上記実施の形態で構成した弁機構9の支持機構99では、隔壁219の方に筒部217を形成し、弁体90の方に軸部902を形成したが、図10に示すように、隔壁219′において第2の流路120における下流側の面に軸部902′を形成し、弁体90′の方に筒部217′(軸受部)を形成してもよく、このような場合にも、弁体90′の側、および隔壁219′の側の少なくとも一方に、表面が平滑なフッ素系ゴム製のシール部材96を設けた構成、あるいは表面に微細な凹凸を付したフッ素系ゴムやEPDMなどといったゴム製のシール部材を設けた構成を採用すればよい。なお、図10に示す構成を採用した場合には、軸部902′に形成した段部905′とプッシュナット91′によりワッシャ92′を位置決めし、ワッシャ92′と弁部901′との間にコイルバネ95′を配置すればよい。
(Variation of valve mechanism 9)
FIG. 10 is an explanatory view showing a modification of the valve mechanism according to the present invention. In the
また、上記形態では、弁機構9の支持機構99を構成するにあたって、軸部902、902′が貫通する筒部217、217′を軸受部としたが、軸部902、902′との相対的な位置が変化したときでも軸部902、902′との間の支持寸法が一定の軸受部であれば、軸部の周りを部分的に支持する構成、例えば、軸部の周りを複数箇所で支持する構成や、溝と突条部とが係合した構成などを採用してもよい。
In the above embodiment, when the
1 水力発電装置
5 発電用水車
9 弁機構
21 本体ケース
23 カバー
31 流体入口
32 流体出口
35 水車室
38 開口部
90 弁体
90′ 弁体本体
95 コイルバネ
96 シール部材
99 支持機構
901 弁部
902 軸部
110 第1の流路
120 第2の流路
217 筒部(軸受部)
219 隔壁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hydroelectric
219 Bulkhead
Claims (8)
前記弁機構は、前記第2の流路を構成する開口部を備えた隔壁と、前記開口部を開閉するための弁体と、該弁体を前記隔壁に接近する方向および離間方向に変位可能に支持する支持機構と、流体圧に抗して前記開口部を閉鎖する方向に前記弁体を付勢する付勢部材とを備え、
前記弁体の前記隔壁との当接面、および前記隔壁の前記弁体との当接面のうちの少なくとも一方の当接面は、フッ素系ゴムまたはフッ素系樹脂で構成されていることを特徴とする水力発電装置。 When a fluid pressure rises, a first flow path for power generation including a water turbine chamber in which a water turbine for power generation is disposed, a second flow path for bypass configured in parallel to the water turbine chamber, and A hydroelectric generator having a valve mechanism for switching the second flow path from a closed state to an open state;
The valve mechanism includes a partition wall having an opening that forms the second flow path, a valve body for opening and closing the opening, and the valve body can be displaced in a direction approaching and separating from the partition wall. A supporting mechanism for supporting the valve body, and a biasing member that biases the valve body in a direction to close the opening against a fluid pressure,
At least one of the contact surface of the valve body with the partition wall and the contact surface of the partition wall with the valve body is made of fluorine rubber or fluorine resin. A hydroelectric generator.
前記弁機構は、前記第2の流路を構成する開口部を備えた隔壁と、前記開口部を開閉するための弁体と、該弁体を前記隔壁に接近する方向および離間方向に変位可能に支持する支持機構と、流体圧に抗して前記開口部を閉鎖する方向に前記弁体を付勢する付勢部材とを備え、
前記弁体の前記隔壁との当接面、および前記隔壁の前記弁体との当接面のうちの一方の当接面は、表面に微細な凹凸が付与された弾性体で構成されていることを特徴とする水力発電装置。 When a fluid pressure rises, a first flow path for power generation including a water turbine chamber in which a water turbine for power generation is disposed, a second flow path for bypass configured in parallel to the water turbine chamber, and A hydroelectric generator having a valve mechanism for switching the second flow path from a closed state to an open state;
The valve mechanism includes a partition wall having an opening that forms the second flow path, a valve body for opening and closing the opening, and the valve body can be displaced in a direction approaching and separating from the partition wall. A supporting mechanism for supporting the valve body, and a biasing member that biases the valve body in a direction to close the opening against a fluid pressure,
One contact surface of the contact surface of the valve body with the partition wall and the contact surface of the partition wall with the valve body is configured by an elastic body having fine irregularities on the surface. A hydroelectric generator characterized by that.
当該シール部材は、前記弁体本体において前記隔壁と対向する弁部および該弁部の外周面を覆っていることを特徴とする水力発電装置。 7. The method according to claim 1, wherein the one contact surface is a contact surface with the partition wall of the valve body, and the contact surface is a member separate from the valve body body of the valve body. It consists of a configured seal member,
The said hydrostatic power generator characterized by the said sealing member covering the valve part which opposes the said partition in the said valve body main body, and the outer peripheral surface of this valve part.
前記隔壁では、前記軸部または前記軸受部が前記開口部の内周面から内側に向けて延びた連結部によって前記開口部の内側に保持されており、
当該連結部は、前記隔壁の前記弁体との当接面の一部を構成していることを特徴とする水力発電装置。 In any one of Claims 1 thru | or 7, The said support mechanism is provided with the axial part formed in one side of the said valve body and the said partition, and the bearing part which supports the said axial part in the other side,
In the partition wall, the shaft portion or the bearing portion is held inside the opening by a connecting portion extending inward from the inner peripheral surface of the opening,
The connecting portion constitutes a part of a contact surface of the partition wall with the valve body.
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