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WO2009113656A1 - 水力発電装置 - Google Patents

水力発電装置 Download PDF

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WO2009113656A1
WO2009113656A1 PCT/JP2009/054867 JP2009054867W WO2009113656A1 WO 2009113656 A1 WO2009113656 A1 WO 2009113656A1 JP 2009054867 W JP2009054867 W JP 2009054867W WO 2009113656 A1 WO2009113656 A1 WO 2009113656A1
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WO
WIPO (PCT)
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water
drum
guide member
screw
intake cylinder
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Ceased
Application number
PCT/JP2009/054867
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English (en)
French (fr)
Inventor
裕士 滝本
貞夫 谷口
弘雄 南
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
HOKURIKU SEIKI CO Ltd
Toyama Prefecture
Original Assignee
HOKURIKU SEIKI CO Ltd
Toyama Prefecture
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by HOKURIKU SEIKI CO Ltd, Toyama Prefecture filed Critical HOKURIKU SEIKI CO Ltd
Priority to CN200980108202.5A priority Critical patent/CN101965450B/zh
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Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/06—Stations or aggregates of water-storage type, e.g. comprising a turbine and a pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B17/00—Other machines or engines
    • F03B17/06—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head"
    • F03B17/061—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head" with rotation axis substantially in flow direction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/16—Stators
    • F03B3/18—Stator blades; Guide conduits or vanes, e.g. adjustable
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2220/00—Application
    • F05B2220/30—Application in turbines
    • F05B2220/32—Application in turbines in water turbines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

Definitions

  • This invention relates to a small hydroelectric generator installed in a relatively low flow rate such as an agricultural channel.
  • the hydroelectric generator disclosed in Patent Document 1 is provided with a frame for detachably supporting the hydroelectric generator on a drop work such as an agricultural waterway.
  • a generator is installed in which a rotary shaft of a vertical shaft structure is connected to a reaction type water turbine runner vane directly or by a transmission mechanism.
  • the hydroelectric power generation apparatus includes a runner vane and a guide vane that are provided with a drive device that is automatically fully opened in the event of a power failure, equipment failure, or the like in a case, and includes these as an integrated unit.
  • JP-A-2005-320883 JP-A-2005-320883
  • the runner vane rotates in the water stream that naturally flows using the head of the irrigation channel, and the water stream does not effectively go to the runner vane, and the runner vane rotates the water stream.
  • the efficiency of conversion into power was also poor, and sufficient power generation efficiency was not obtained.
  • the structure is complicated and expensive, and maintenance is troublesome.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the background art, and has a compact shape, and provides a hydroelectric power generator that can efficiently generate water with high power generation efficiency by efficiently converting water energy into rotational energy.
  • the purpose is to do.
  • the present invention includes a water intake cylinder in which a central axis is provided vertically and water passes downward, a guide member provided inside the water intake cylinder and configured to flow water in a certain direction, and below the guide member.
  • a rotating screw provided and rotated by receiving water flowing from the guide member, and a generator connected to a shaft portion of the rotating screw are provided, and the guide member is positioned on a central axis of the intake cylinder and is below
  • a fixed screw that divides the space between the water squeezing drum and the water intake drum along the circumference of the water intake drum, and the mounting angle of the fixed screw is It is a hydroelectric power generator provided at an angle that is inclined with respect to the central axis direction of the intake cylinder and intersects a surface that receives the water of the rotary screw.
  • the water squeezing drum of the guide member is located at a conical portion having a central axis parallel to the central axis of the intake drum and having a diameter increasing downward, and a lower end portion of the conical portion.
  • a cylindrical portion having a smaller diameter than the intake cylinder and parallel to the intake cylinder is provided.
  • the water squeezing drum is provided with a cylindrical portion having a diameter equal to the diameter of the large-diameter portion continuous with the large-diameter portion at the lower end of the conical portion.
  • the rotating screw is provided with a vertical shaft portion and a blade portion that spirals around the side surface of the shaft portion, and the fixed screw is integrally provided on a side peripheral surface of the cylindrical portion, and the angle of the fixed screw Is provided in a direction perpendicular to the upper surface of the blade portion of the rotary screw.
  • a frame for supporting the water intake drum is provided outside the water intake drum, and the generator is attached to the upper part of the frame, and the generator is connected to the rotary screw with a shaft. It is what. Further, the hydroelectric generator is provided at a stepped portion of the irrigation channel, and the upper end edge of the intake cylinder is installed at the height of the water surface upstream of the step of the irrigation channel, The portion of the irrigation channel facing the upstream of the step is cut obliquely toward the bottom of the step upstream.
  • the hydroelectric power generator of the present invention has a compact shape, can efficiently generate power by converting the energy of the water flow into rotational energy, has a simple structure, and is inexpensive.
  • a hydroelectric generator 10 of this embodiment is provided with a gantry frame 12 assembled in a rectangular shape that is long in the vertical direction.
  • the gantry frame 12 includes a pair of parallel base portions 12a installed on a second bottom portion 52 of a water channel 44, which will be described later, two pairs of pillar portions 12b erected almost vertically on each base portion 12a, and two pairs An upper end portion 12c that connects the upper ends of the column portions 12b is provided.
  • a holding portion 12d is provided in a portion of the pillar portion 12b close to the base portion 12a in parallel to the base portion 12a with a predetermined interval.
  • a structure (not shown) for adjusting the length of the pillar portion 12b may be provided in a portion of the pillar portion 12b close to the upper end portion 12c.
  • cross members (not shown) are provided so as to intersect at right angles between the pillar portions 12b, respectively, and are assembled into a rectangular box shape.
  • a cylindrical intake cylinder 14 is provided inside the four column portions 12b of the gantry frame 12.
  • the intake cylinder 14 is vertically provided with a central axis direction opened vertically, and the upper end edge portion 14a opened upward is approximately half as long as it is obliquely cut downward to provide a cut portion 14b. It has been.
  • the lower end edge portion 14c of the intake cylinder 14 is located in the substantially horizontal direction and opened.
  • a guide member 15 is fixed inside the intake cylinder 14.
  • the guide member 15 is provided with a water squeezing drum 16 positioned on the central axis of the intake cylinder 14.
  • the water squeezing drum 16 has a central axis parallel to the intake cylinder 14 and has a conical portion 16a whose diameter increases downward and a large diameter portion at the lower end of the conical portion 16a.
  • a cylindrical portion 16b having a diameter equal to the diameter of the large-diameter portion is provided in parallel.
  • the diameter of the cylindrical part 16b is smaller than the diameter of the intake cylinder 14, and the space
  • An insertion portion 18 through which a shaft 28 described later is inserted is provided in the vertical direction on the central axis of the water squeezing drum 16.
  • a fixed screw 20 is provided on the side peripheral surface of the cylindrical portion 16 b of the water squeezing drum 16.
  • the fixed screw 20 is four rectangular plates that divide the space between the water squeezing drum 16 and the water intake drum 14 in the radial direction along the circumference of the water drum 14, and between the water squeezing drum 16 and the water intake drum 14. Is divided into four sections at equal intervals.
  • One side edge of each fixed screw 20 is fixed to the cylindrical portion 16b of the water squeezing drum 16, and the side edge opposite to the side edge is fixed to the inner peripheral surface of the water intake drum 14, and the other pair of sides. The edge is exposed inside the intake cylinder 14.
  • each fixed screw 20 is inclined so as to curve clockwise with respect to the axial direction of the intake cylinder 14, and the inclined angle is relative to the upper surface of the blade portion 26 of the rotary screw 22 described later. It is provided so as to face almost at right angles.
  • the right angle includes an angle of around 90 degrees.
  • Each fixed screw 20 is slightly curved in the thickness direction downward.
  • a rotating screw 22 is provided below the guide member 15.
  • the rotary screw 22 is provided with a substantially vertical shaft portion 24, and four blade portions 26 are provided on the side peripheral surface of the shaft portion 24.
  • Each blade part 26 is provided in a spiral shape that moves counterclockwise downward with respect to the axial direction of the shaft part 24, and four blade parts 26 are provided in parallel to each other.
  • a shaft 28 is connected to the shaft portion 24 of the rotary screw 22.
  • the shaft 28 is fixed through the shaft portion 24 of the rotary screw 22, extends substantially vertically above the shaft portion 24, and is rotatably inserted into the through hole 18 formed in the water squeezing drum 16 of the guide member 15. Further, it extends upward and reaches the upper end portion 12 c of the gantry frame 12.
  • An upper end portion 28 a of the shaft 28 is supported by a bearing 30 fixed to the upper end portion 12 c of the gantry frame 12 and is connected to a coupling 32.
  • the coupling 32 is connected to the speed increaser 34.
  • another shaft 36 is provided to extend upward from the speed increaser 34, and the shaft 36 is connected to the generator 40 through a coupling 38.
  • the lower end portion 28 b of the shaft 28 extends below the shaft portion 24 of the rotary screw 22 and reaches the holding portion 12 d of the gantry frame 12. And it is rotatably supported by the bearing 42 fixed to the holding
  • the water channel 44 to which the hydroelectric generator 10 is attached is protected on both sides by a pair of side wall portions 46, and a shallow first bottom portion 48 is formed between the side wall portions 46.
  • a step portion 50 that extends substantially vertically downward continues, and further, a second bottom portion 52 that is deeper than the first bottom portion 48 continues to the step portion 50.
  • the hydroelectric generator 10 is installed in the vicinity of the step portion 50 of the irrigation channel 44, is placed so that the column portion 12 b of the gantry frame 12 is substantially in contact with the step portion 50, and the base portion 12 a is installed on the second bottom portion 52.
  • the cut-out portion 14 b of the intake cylinder 14 is set so as to face the first bottom portion 48, and the lower end portion of the cut-out portion 14 b is set to be substantially the same height as the first bottom portion 48.
  • the height adjustment function is provided in the column part 12 b of the gantry frame 12, the height is adjusted according to the step part 50 of the irrigation channel 44.
  • the water that has flowed through the first bottom 48 of the irrigation channel 44 falls at the stepped portion 50 and flows into the intake cylinder 14 of the hydroelectric generator 10 through the cut portion 14b.
  • the water flowing into the intake cylinder 14 falls vertically, hits the guide member 15, flows into the space between the water squeezing drum 16 and the fixed screw 20 of the guide member 15, and the side peripheral surface of the water squeezing drum 16 and the fixed screw 20 It flows down along the extension line.
  • the position of the flow-down is in the vicinity of the edge of the blade portion 26 of the rotary screw 22 away from the shaft portion 24, and the flow-down angle is substantially perpendicular to the upper surface of the blade portion 26.
  • the shafts 28 and 36 rotate and power is generated by the generator 40.
  • 3 kW of power can be generated by the irrigation channel 44 having the step portion 50 having a drop of 3 m or less.
  • the water that has passed through the rotating screw 22 falls to the second bottom portion 52 and flows through the second bottom portion 52.
  • the hydroelectric power generation apparatus 10 of this embodiment has a simple structure and a compact shape, and can generate power by efficiently converting water energy into rotational energy. Since the structure is simple, it is inexpensive, easy to move, and easy to maintain, and can be used easily. The flow of water falling almost vertically from the level difference of the irrigation channel is changed to a direction in which the efficiency is improved by the guide member 15, and water can be applied to the optimal location of the blade portion 26 of the rotary screw 22 at an optimal angle. As a result, the power generation efficiency is good, and even when the amount of water flowing through the irrigation channel 44 is small, it is possible to reliably generate power by increasing the flow rate. Since the hydroelectric generator 10 is small, it can be used even when the head 50 has a head drop of about 2 meters, and it can be installed in various places because it saves space. It has the contradicting effects of saving space and good power generation efficiency.
  • each member can be changed suitably.
  • the guide member may have any shape as long as it directs the flow of water in a suitable direction. Further, the shape, number, angle, and the like of the blade portion of the rotating screw can be appropriately changed.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Hydraulic Turbines (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)

Abstract

軸方向が垂直に設けられ内側を水が下に向かって通過する円筒形の取水胴１４と、取水胴１４の内側に設けられ水を一定の方向に流すガイド部材１５と、ガイド部材１５の下方に設けられガイド部１５材から流される水を受けて回転する回転スクリュウ２２を備える。ガイド部材２２には、取水胴１４の中心軸上に位置し下方に向かって直径が大きくなる水絞りドラム１６と、水絞りドラム１６と取水胴１４の間の空間を取水胴１４の円周に沿って区切る固定スクリュウ２０を備える。固定スクリュウ２０の取付角度は、取水胴１４の軸方向に対して傾斜し、回転スクリュウ２２の水を受ける面に対して交差する角度である。  

Description

水力発電装置
　この発明は、農業用水路等の比較的流量の少ない水路に設置される小形の水力発電装置に関する。
　従来、農業用水路等の用水路に取付ける小形の水力発電装置があった。例えば、特許文献１に開示されている水力発電装置は、農業用水路等の落差工に、水力発電装置を着脱自在に支承する枠体を設けたものである。枠体内には、反動型水車ランナーベーンに立軸構造の回転軸を、直接または伝達機構で連結してなる発電機が設置されている。さらに、停電や機器の故障等に自動的に全開する駆動装置を備えたランナーベーン及びガイドベーンをケースに収容して、これらを一体ユニットとした水力発電装置である。
特開２００５－３２０８８３号公報
　上記背景技術の場合、用水路の落差を利用して自然に流れ込む水流の中でランナーベーンが回転して発電するものであり、水流が効果的にランナーベーンに向かわず、しかもランナーベーンにより水流を回転力に変換する効率も悪く、十分な発電効率が得られなかった。また、構造が複雑で高価であり、メンテナンスにも手間がかかるものであった。
　この発明は、上記背景技術の問題点に鑑みてなされたものであり、コンパクトな形状であり、効率良く水のエネルギーを回転エネルギーに変えて高い発電効率で発電することができる水力発電装置を提供することを目的とする。
　本発明は、中心軸が垂直に設けられ内側を水が下に向かって通過する取水胴と、前記取水胴の内側に設けられ水を一定の方向に流すガイド部材と、前記ガイド部材の下方に設けられ前記ガイド部材から流れる水を受けて回転する回転スクリュウと、前記回転スクリュウの軸部に連結された発電機が設けられ、前記ガイド部材には、前記取水胴の中心軸上に位置し下方に向かって直径が大きくなる水絞りドラムと、前記水絞りドラムと前記取水胴の間の空間を前記取水胴の円周に沿って区切る固定スクリュウが設けられ、前記固定スクリュウの取付角度は、前記取水胴の前記中心軸方向に対して傾斜し前記回転スクリュウの水を受ける面に対して交差する角度に設けられている水力発電装置である。
　また、前記ガイド部材の前記水絞りドラムは、前記取水胴の前記中心軸に対して平行な中心軸を有し下方に向かって直径が大きくなる円錐部と、前記円錐部の下端部に位置し前記取水胴よりも小さい径で前記取水胴に対して平行な円柱部が設けられているものである。さらに、水絞りドラムは、前記円錐部の下端の大径部に連続して前記大径部の直径と等しい直径の円柱部が設けられている。
　また、前記回転スクリュウは、垂直な軸部と前記軸部の側面をらせん状に回る羽根部が設けられ、前記固定スクリュは前記円柱部の側周面に一体に設けられ、前記固定スクリュウの角度は、前記回転スクリュウの前記羽根部の上面に対して直角方向に設けられているものである。
　また、前記取水胴の外側には前記取水胴を支持する架台フレームが設けられ、前記架台フレームの上部には前記発電機が取り付けられ、前記発電機は前記回転スクリュウとの間がシャフトで連結されているものである。さらに、前記水力発電装置は用水路の段差のある箇所に設けられ、前記取水胴の開口された上端縁部は、前記用水路の段差の上流の水面の高さに設置され、前記上端縁部の、前記用水路の段差の上流に対向する部分は、段差の上流の底部に向かって斜めに切除されているものである。
　本発明の水力発電装置は、コンパクトな形状であり、効率良く水流のエネルギーを回転エネルギーに変えて発電することができ、しかも構造も簡単であり、コストも安価なものである。
この発明の一実施形態の水力発電装置の縦断面図である。 この実施形態の水力発電装置の取水胴とガイド部材を示す平面図である。 この実施形態の水力発電装置の使用状態を示す縦断面図である。
　以下、この発明の実施形態について図面に基づいて説明する。図１～図３はこの発明の一実施形態を示すもので、この実施形態の水力発電装置１０は、垂直方向に長い矩形に組まれた架台フレーム１２が設けられている。架台フレーム１２は、後述する用水路４４の第二底部５２に設置される互いに平行な一対の土台部１２ａと、各土台部１２ａにほぼ垂直に立設される二対の柱部１２ｂと、二対の柱部１２ｂの上端を連結する上端部１２ｃが設けられている。柱部１２ｂの土台部１２ａに近い部分には、土台部１２ａに対して所定間隔を空けて平行に保持部１２ｄが設けられている。柱部１２ｂの、上端部１２ｃに近い部分には、柱部１２ｂの長さを調整する図示しない構造が設けられてもよい。そして、土台部１２ａ、上端部１２ｃ、保持部１２ｄ付近には、図示しない横部材がそれぞれ柱部１２ｂの間にほぼ直角に交差して設けられ、四角形の箱形に組み立てられている。
　架台フレーム１２の４本の柱部１２ｂの内側には、円筒形の取水胴１４が設けられている。取水胴１４は、中心軸方向が垂直に設けられて上下に開口し、上方に開口された上端縁部１４ａは、約半分程度の長さが、下方に斜めに切除されて切除部１４ｂが設けられている。取水胴１４の下端縁部１４ｃは略水平方向に位置して開口している。
　取水胴１４の内側には、ガイド部材１５が固定されている。ガイド部材１５には、取水胴１４の中心軸上に位置する水絞りドラム１６が設けられている。水絞りドラム１６は、取水胴１４に対して平行な中心軸を有し下方に向かって直径が大きくなる円錐部１６ａと、円錐部１６ａの下端の大径部に連続し取水胴１４に対して平行で前記大径部の直径と等しい直径の円柱部１６ｂが設けられている。円柱部１６ｂの直径は取水胴１４の直径よりも小さく、所定の水流が得られる間隔が空けられている。水絞りドラム１６の中心軸には、後述するシャフト２８が挿通される挿通部１８が垂直方向に設けられている。
　水絞りドラム１６の円柱部１６ｂの側周面には、固定スクリュウ２０が設けられている。固定スクリュウ２０は水絞りドラム１６と取水胴１４の間の空間を取水胴１４の円周に沿って放射方向に区切る４枚の矩形の板体であり、水絞りドラム１６と取水胴１４の間の空間を等間隔に４区画に区切っている。各固定スクリュウ２０の一方の側縁部は水絞りドラム１６の円柱部１６ｂに固定され、この側縁部に対向する側縁部は取水胴１４の内周面に固定され、その他の一対の側縁部は取水胴１４の内側に露出している。各固定スクリュウ２０の取付角度は、取水胴１４の軸方向に対して下方へ向かって時計周りに湾曲するように傾斜し、傾斜する角度は、後述する回転スクリュウ２２の羽根部２６の上面に対して、ほぼ直角に向くように設けられている。なおここで直角とは、９０度前後の角度を含むものとする。また各固定スクリュウ２０は、厚み方向が、下方へ向かって僅かに湾曲されている。
　ガイド部材１５の下方には、回転スクリュウ２２が設けられている。回転スクリュウ２２はほぼ垂直な軸部２４が設けられ、軸部２４の側周面には４枚の羽根部２６が設けられている。各羽根部２６は、軸部２４の軸方向に対して下方へ向かって反時計周りに移動する螺旋状に設けられ、４枚が互いに平行に設けられている。
　回転スクリュウ２２の軸部２４には、シャフト２８が連結されている。シャフト２８は回転スクリュウ２２の軸部２４を貫通して固定され、軸部２４の上方にほぼ垂直に延出し、ガイド部材１５の水絞りドラム１６に形成された透孔１８に回転可能に挿通され、さらに上方に延出して架台フレーム１２の上端部１２ｃに達している。シャフト２８の上端部２８ａは、架台フレーム１２の上端部１２ｃに固定された軸受３０に支持され、カップリング３２に連結されている。カップリング３２は、増速機３４に連結されている。さらに、増速機３４から別のシャフト３６が上方に延出して設けられ、シャフト３６はカップリング３８を経て発電機４０に連結されている。
　シャフト２８の下端部２８ｂは、回転スクリュウ２２の軸部２４の下方に延出し、架台フレーム１２の保持部１２ｄに達している。そして、保持部１２ｄに固定されている軸受４２に回転可能に支持されている。
　次に、この実施形態の水力発電装置１０の使用方法について図３に基づいて説明する。水力発電装置１０を取り付ける用水路４４は、一対の側壁部４６で両岸が保護され、側壁部４６の間には浅い第一底部４８が形成されている。第一底部４８の下流側にはほぼ垂直に下方へ向かう段部５０が連続し、さらに段部５０には第一底部４８よりも深い第二底部５２が連続している。水力発電装置１０は用水路４４の段部５０付近に設置され、架台フレーム１２の柱部１２ｂが段部５０にほぼ接触するように置き、土台部１２ａを第二底部５２に設置する。このとき、取水胴１４の切除部１４ｂが第一底部４８に対向するようにセットし、切除部１４ｂの下端部が第一底部４８とほぼ同じ高さとなるようにする。なお、架台フレーム１２の柱部１２ｂに高さ調節機能が設けられている場合、用水路４４の段部５０に合わせて高さを調節する。
　次に水力発電装置１０の動作について説明する。用水路４４の第一底部４８を流れてきた水は段部５０で落下し、水力発電装置１０の取水胴１４の中へ切除部１４ｂを通過して流れ込む。取水胴１４に流れ込んだ水は垂直に落下し、ガイド部材１５に当たり、ガイド部材１５の水絞りドラム１６と固定スクリュウ２０の間の空間に流れ、水絞りドラム１６の側周面と固定スクリュウ２０の延長線上に沿って流れ落ちる。流れ落ちる位置は、回転スクリュウ２２の羽根部２６の、軸部２４から離れた縁部付近であり、流れ落ちる角度は、羽根部２６の上面に対してほぼ直角となる。そして、回転スクリュウ２２の羽根部２６に水が落下すると、羽根部２６が押されて回転スクリュウ２２が軸部２４を中心に、上方から見て時計回りに回転する。このとき、ガイド部材１５の固定スクリュウ２０により水は４箇所に分かれた流路となり、ガイド部材１５の水絞りドラム１６は下方に向かって直径が大きくなる円錐形であり、水の流路は取水胴１４の内周面に近い部分に狭められるため、水の流速は早められた状態で落下する。下方に位置する回転スクリュウ２２の羽根部２６も４枚設けられ、ガイド部材１５の４箇所から落下した水は確実に受けられ、回転スクリュウ２２の回転エネルギーに変換される。回転スクリュウ２２の回転に伴い、シャフト２８、３６が回転し、発電機４０で発電される。例えば、この実施形態のような発電機０４では、落差３ｍ以下の段部５０を有する用水路４４で、３ｋｗの発電をすることができる。回転スクリュウ２２を通過した水は、第二底部５２へ落下し、第二底部５２を流れていく。
　この実施形態の水力発電装置１０によれば、簡単な構造でコンパクトな形状であり、水のエネルギーを効率良く回転エネルギーに変えて発電することができる。構造が簡単なため、安価で移動が容易であり、またメンテナンスも簡単であり、手軽に使用することができる。用水路の段差からほぼ垂直に落下する水の流れを、ガイド部材１５により効率が良い方向に変え、回転スクリュウ２２の羽根部２６の最適な場所に最適な角度で水を当てることができる。これにより発電効率が良好であり、また用水路４４を流れる水の量が少ないときでも流速を速めて確実に発電することができる。水力発電装置１０は小形であるため、段部５０の落差が２メートル程度でも使用可能であり、省スペースなためいろいろな場所に取付けることができる。省スペースと、発電効率が良好であるという、相反する効果を有するものである。
　なお、この発明の水力発電装置は、上記実施の形態に限定されるものではなく、各部材の形状は適宜変更可能である。ガイド部材の形状は、上記以外に水の流れを適した方向に向けるものであれば良い。また、回転スクリュウの羽根部の形状や枚数、角度等も適宜変更可能である。
符号の説明
１０　水力発電装置
１２　架台フレーム
１４　取水胴
１５　ガイド部材
１６　水絞りドラム
１６ａ　円錐部
１６ｂ　円柱部
２０　固定スクリュウ
２２　回転スクリュウ
２４　軸部
２６　羽根部
２８　シャフト
４０　発電機
 

Claims (6)

  1. 　中心軸が垂直に設けられ内側を水が下に向かって通過する取水胴と、前記取水胴の内側に設けられ水を一定の方向に流すガイド部材と、前記ガイド部材の下方に設けられ前記ガイド部材から流れる水を受けて回転する回転スクリュウと、前記回転スクリュウの軸部に連結された発電機が設けられ、前記ガイド部材には、前記取水胴の中心軸上に位置し下方に向かって直径が大きくなる水絞りドラムと、前記水絞りドラムと前記取水胴の間の空間を前記取水胴の円周に沿って区切る固定スクリュウが設けられ、前記固定スクリュウの取付角度は、前記取水胴の前記中心軸方向に対して傾斜し前記回転スクリュウの水を受ける面に対して交差する角度に設けられていることを特徴とする水力発電装置。
  2. 　前記ガイド部材の前記水絞りドラムは、前記取水胴の前記中心軸に対して平行な中心軸を有し下方に向かって直径が大きくなる円錐部と、前記円錐部の下端部に位置し前記取水胴よりも小さい径で前記取水胴に対して平行な円柱部が設けられている請求項１記載の水力発電装置。
  3. 　水絞りドラムは、前記円錐部の下端の大径部に連続して前記大径部の直径と等しい直径の円柱部が設けられている請求項２記載の水力発電装置。
  4. 　前記回転スクリュウは、垂直な軸部と前記軸部の側面をらせん状に回る羽根部が設けられ、前記固定スクリュは前記円柱部の側周面に一体に設けられ、前記固定スクリュウの角度は、前記回転スクリュウの前記羽根部の上面に対して直角方向に設けられていることを特徴とする請求項２記載の水力発電装置。
  5. 　前記取水胴の外側には前記取水胴を支持する架台フレームが設けられ、前記架台フレームの上部には前記発電機が取り付けられ、前記発電機は前記回転スクリュウとの間がシャフトで連結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。
  6. 　前記水力発電装置は用水路の段差のある箇所に設けられ、前記取水胴の開口された上端縁部は、前記用水路の段差の上流の水面の高さに設置され、前記上端縁部の、前記用水路の段差の上流に対向する部分は、段差の上流の底部に向かって斜めに切除されていることを特徴とする請求項５記載の水力発電装置。
     
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