JP7620997B2 - Hydraulic power generation equipment - Google Patents
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Description
本発明は、水圧を利用して発電を行う水圧発電装置に関するものである。 The present invention relates to a hydraulic power generation device that uses water pressure to generate electricity.
近年、太陽光や地熱を利用した発電や、水素を利用した燃料電池等、地球環境に配慮し化石燃料を使用しないクリーンな動力が注目されている。その中でも、海水を利用した動力は、波力や水圧等が利用可能であり、様々な方法が考えられている。
しかし、自然エネルギーを利用した動力は、周囲の環境、例えば、天候や地形、昼夜等の様々な条件によって常時変化するため、安定した出力を発揮させ続けることが困難であった。
そこで、周囲の環境に影響されにくい水圧を利用し、安定した動力を発揮し続けさせることが可能な発電構造が求められていた。
In recent years, clean power sources that do not use fossil fuels, such as solar and geothermal power generation and hydrogen fuel cells, have been attracting attention in consideration of the global environment. Among these, power sources that use seawater can utilize wave power and water pressure, and various methods have been considered.
However, since power generated from natural energy sources is constantly changing depending on various conditions in the surrounding environment, such as weather, topography, time of day, etc., it has been difficult to maintain a stable output.
Therefore, there was a need for a power generation structure that could utilize water pressure, which is less affected by the surrounding environment, and continue to generate stable power.
上記問題を解決すべく、特開2018-84147号公報(特許文献1)に記載の技術提案がなされている。すなわち、特許文献1では、パイプラインの吐出流によって羽根車を回転させてタービンを回転させる技術提案となっている。
しかしながら、ケーシング内の排水手段が流出管のみであり、負圧発生手段であるエジェクタ内や流出管自体に異物等により詰まりが発生した場合、ケーシング内に水が溜まり続けることとなり羽根車の回転が停止してしまうため、上記問題の解決には至っていない。
In order to solve the above problem, a technical proposal has been made as described in JP 2018-84147 A (Patent Document 1). That is, Patent Document 1 proposes a technical proposal in which an impeller is rotated by a discharge flow from a pipeline to rotate a turbine.
However, the only drainage means within the casing is the outflow pipe, and if the ejector, which is the negative pressure generating means, or the outflow pipe itself becomes clogged with foreign matter, water will continue to accumulate within the casing and the impeller will stop rotating, so the above problem is not yet solved.
そこで、本出願人は、水圧を利用した発電装置を作ることは出来ないものか、との着想のもと、水が空間内に流入する際の運動エネルギーに着目し、水中に配設した発電ユニットへ水を流入させ、発生した運動エネルギーによりタービンを回転させることで発電を行うと共に、流入した水を圧縮空気や揚水ポンプにて外部へ排水可能な水圧発電装置を開発し、本発明にかかる「水圧発電設備」の提案に至るものである。 The applicant then came up with the idea of creating a power generation device that utilizes water pressure, focusing on the kinetic energy generated when water flows into a space. He developed a hydraulic power generation device that allows water to flow into a power generation unit placed underwater, and generates electricity by rotating a turbine using the generated kinetic energy, while also discharging the flowing water to the outside using compressed air or a water pump, which led to the proposal of the "hydraulic power generation facility" of the present invention.
本発明は、上記問題に鑑み、水中に配設した筐体内へ水を流入させ、該筐体内に配設された発電ユニットにて発生した運動エネルギーによりタービンを回転させることで発電を行うと共に、流入した水を圧縮空気や揚水ポンプにて外部へ排水可能な水圧発電装置を提供することを課題とする。
In view of the above problems, the present invention has an object to provide a hydraulic power generation device that generates electricity by flowing water into a casing placed underwater and rotating a turbine using kinetic energy generated in a power generation unit placed in the casing , and that can discharge the flowed-in water to the outside using compressed air or a water pump.
上記課題を解決するため、本発明にかかる水圧発電装置は、水中に配設される水圧発電装置であって、筐体内に配設される発電ユニットと、筐体を貫通して備えられ外部の水を筐体内に流入させる一乃至複数の注水口と、筐体内に流入した水を揚水して排水するための一乃至複数の揚水パイプと、から構成され、発電ユニットには、注水口から放出される水の水圧で回転するタービンが備えられて成り、揚水パイプは、上下に延伸した中空部を有する筒状管であって、排水口を備えた上端が水面より上方に位置すると共に、流入口を備えた下端が発電ユニットにおけるタービンよりも下方に位置するように配設されて成り、水中と接続された注水口から流入した水の水圧によりタービンが回転し発電が行われた後、所定の揚水手段により揚水パイプを介して排水口から水が外部へ排出される手段を採る。
In order to solve the above problems, the hydraulic power generation device of the present invention is a hydraulic power generation device disposed underwater, and is composed of a power generation unit disposed within a casing , one or more water inlets that penetrate the casing and allow outside water to flow into the casing , and one or more pumping pipes for pumping and discharging the water that has flowed into the casing , and the power generation unit is equipped with a turbine that rotates by the water pressure of the water released from the water inlet , and the pumping pipe is a cylindrical tube with a hollow portion extending vertically, and is disposed so that its upper end equipped with the drainage outlet is located above the water surface and its lower end equipped with the inlet is located below the turbine in the power generation unit, and after the turbine rotates due to the water pressure of the water flowing in from the water inlet connected to underwater, generating electricity, a means is adopted in which the water is discharged to the outside through the drainage outlet via the pumping pipe by a specified pumping means.
また、本発明は、前記発電ユニットに、水位センサが備えられていることを特徴とする手段を採る。 The present invention also employs a feature that the power generation unit is equipped with a water level sensor.
本発明にかかる水圧発電装置によれば、発電後の水が揚水パイプを介して揚水されて外部へ排水されることにより、発電後の水を直接排水ポンプにて水中に排出する場合と比べ、排出時にかかる水圧等の抵抗を少なくすることが可能であり、エネルギー効率の上昇に資することとなる。 According to the hydraulic power generation device of the present invention, the water after power generation is pumped up through a pumping pipe and discharged to the outside. This reduces the resistance of water pressure, etc., that occurs when discharging the water after power generation compared to discharging the water directly into the water using a drainage pump, which contributes to improving energy efficiency.
また、本発明にかかる水圧発電装置によれば、発電ユニットに水位センサが備えられていることにより、水位を常時、もしくは任意のタイミングで確認することが可能となり、水の流入量が排水量を上回ってしまった場合でも、計測水位により流入量を減少もしくは停止させたり、事前に排水量を増加させたりする対応を行なうことが可能となる。 In addition, with the hydraulic power generation device of the present invention, the power generation unit is equipped with a water level sensor, making it possible to check the water level at all times or at any time. Even if the amount of water flowing in exceeds the amount of water discharged, it is possible to take measures such as reducing or stopping the amount of water flowing in based on the measured water level, or increasing the amount of water discharged in advance.
本発明にかかる水圧発電装置は、筐体へ水を流入させることで該筐体内に備わる発電ユニットにて発電を行うと共に、流入した水が揚水パイプを介することで水上まで揚水した後に排出されることを最大の特徴とする。
以下、本発明にかかる水圧発電装置の実施形態を、図面に基づいて説明する。
The hydraulic power generation device of the present invention has the greatest feature that it generates electricity in a power generation unit contained in a casing by causing water to flow into the casing , and that the flowing in water is pumped up to the surface via a pumping pipe before being discharged.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of a hydraulic power generating device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
尚、本発明にかかる水圧発電装置は、以下に述べる実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内、すなわち同一の作用効果を発揮できる形状や寸法、材質等の範囲内で適宜変更することができる。 The hydraulic power generation device according to the present invention is not limited to the embodiment described below, but can be modified as appropriate within the scope of the technical concept of the present invention, i.e., within the scope of shapes, dimensions, materials, etc. that can achieve the same effects.
図面に沿って、本発明にかかる水圧発電装置を説明する。
図1は、本発明にかかる水圧発電装置の実施形態を示す説明図である。
本発明にかかる水圧発電装置1は、基本的形態として、主に発電ユニット10と、注水口2と、揚水パイプ20で構成されている。
The hydraulic power generating device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an embodiment of a hydraulic power generating device according to the present invention.
A hydraulic power generating device 1 according to the present invention is basically composed mainly of a power generating unit 10, a water inlet 2, and a water lifting pipe 20.
図1に図示したように、水圧発電装置1は水中に配設される装置であり、注水口2以外から水が流入することを防ぐために筐体3にて発電ユニット10の全部及び揚水パイプ20の一部を覆うこととなる。筐体3の形状について特に限定はなく、例えば、発電ユニット10の高さと同程度の高さを有した略直方体等が考え得る。また、筐体3の大きさについても特に限定はないが、注水口2からの水の流入量と揚水パイプ20による排水量から鑑み、少なくとも、注水口2より流入し筐体3下部に貯留される水が、後述のブレード14の下端部と短時間で接触し該ブレード14の回転に支障を来たすことがないよう決定される。
1, the hydraulic power generating device 1 is a device disposed underwater, and in order to prevent water from flowing in from any place other than the water inlet 2, the entire power generating unit 10 and part of the water lifting pipe 20 are covered by the housing 3. There is no particular limitation on the shape of the housing 3, and it may be, for example, a roughly rectangular parallelepiped with a height similar to that of the power generating unit 10. There is also no particular limitation on the size of the housing 3, but in consideration of the amount of water flowing in from the water inlet 2 and the amount of water discharged by the water lifting pipe 20, it is determined so that at least the water flowing in from the water inlet 2 and stored in the lower part of the housing 3 will come into contact with the lower ends of the blades 14 (described below) in a short time and will not interfere with the rotation of the blades 14.
発電ユニット10は、筐体3内に配設され、タービン12が回転することにより発電機11にて発電が行われるユニットである。
発電ユニット10の具体的な構造については、常法手段を採用すれば足り、特に限定するものではないが、例えば、図1に図示したような、発電機11へブレード14が接続された主軸13が軸止されることで、ブレード14に水が衝突する際に発生する運動エネルギーにより主軸13を中心とした回転が起こり、その回転が発電機11へ伝達されることで発電が行われる、といった態様が考え得る。
The power generating unit 10 is disposed within the housing 3, and generates electricity in the generator 11 as the turbine 12 rotates.
The specific structure of the power generation unit 10 can be any conventional method and is not particularly limited. For example, as shown in FIG. 1, a main shaft 13 to which blades 14 are connected is axially fixed to a generator 11, and the kinetic energy generated when water collides with the blades 14 causes rotation about the main shaft 13, and this rotation is transmitted to the generator 11 to generate electricity.
発電機11は、タービン12の回転により発電を行う装置である。
発電機11の具体的な構造についても特に限定はないが、一般的に交流発電機が使用される。なお、図示してはいないが、発電機11の発電により発生した電力は、後段に接続される変電施設や蓄電施設等に送電されることとなる。
The generator 11 is a device that generates electricity by rotating a turbine 12 .
Although there is no particular limitation on the specific structure of the generator 11, an AC generator is generally used. Although not shown, the electric power generated by the generator 11 is transmitted to a transformer facility, a power storage facility, or the like connected downstream.
タービン12は、主軸13と、ブレード14で構成される装置であり、タービン12の回転により発電機11にて発電が行われる。
タービン12は、発電機11に軸止された主軸13と、該主軸13に備えられ注水口2から流入する水と衝突することで回転が行われるブレード14にて構成されている。
タービン12の設置箇所については、発電機11へ回転エネルギーを伝達可能な箇所であれば特に限定はないが、発電機11の近接箇所にタービン12を備えることにより主軸13から発電機11へ提供される回転エネルギーの減衰を抑えることが可能となる。また、図1に図示したように、発電機11の下方にタービン12を備えることで注水口2から流入する水と発電機11が接触することで発生し得る漏電や腐食等の不具合を防ぐことも可能となる。
The turbine 12 is a device that is composed of a main shaft 13 and blades 14 , and the rotation of the turbine 12 causes the generator 11 to generate electricity.
The turbine 12 is composed of a main shaft 13 that is axially attached to the generator 11 and blades 14 that are provided on the main shaft 13 and rotate when they collide with water flowing in from the water inlet 2 .
There are no particular limitations on where the turbine 12 is installed as long as it is a location where rotational energy can be transmitted to the generator 11, but providing the turbine 12 in a location close to the generator 11 makes it possible to suppress attenuation of the rotational energy provided from the main shaft 13 to the generator 11. Also, as shown in Fig. 1, providing the turbine 12 below the generator 11 makes it possible to prevent problems such as electric leakage and corrosion that may occur when the generator 11 comes into contact with water flowing in from the water inlet 2.
主軸13は、発電機11に軸止され、ブレード14にかかる運動エネルギーを回転力へ変換し発電機11へ伝達するものである。
主軸13は、注水口2から流入した水が該主軸13に備えられたブレード14に衝突した際にかかる運動エネルギーを、主軸13を中心軸とした横方向の回転へ変換し、その回転力を発電機11へ伝達させる。
主軸13の設置方法については、片端が発電機11に軸止されている態様であれば特に限定はないが、図1に図示したように、軸止された主軸13の反対側の片端が遊動しないよう筐体3の底面に固定された土台15等に軸止されている態様等が好適である。かかる態様を採ることにより、ブレード14の回転と連動して主軸13が遊動することを防ぐと共に、注水口2から流入し同一方向に運動エネルギーを提供する水に対し、ブレード14との衝突箇所を固定させることが可能となり、安定した回転を得られることとなる。
The main shaft 13 is axially attached to the generator 11 and converts the kinetic energy applied to the blades 14 into a rotational force and transmits it to the generator 11 .
The main shaft 13 converts the kinetic energy generated when the water flowing in from the water inlet 2 collides with the blades 14 attached to the main shaft 13 into lateral rotation with the main shaft 13 as the central axis, and transmits the rotational force to the generator 11.
There is no particular limitation on the method of installing the main shaft 13 as long as one end is axially fixed to the generator 11, but a preferable embodiment is one in which the other end of the axially fixed main shaft 13 is axially fixed to a base 15 or the like fixed to the bottom surface of the housing 3 so as not to move freely, as shown in Fig. 1. By adopting such an embodiment, it is possible to prevent the main shaft 13 from moving freely in conjunction with the rotation of the blades 14, and to fix the collision point with the blades 14 with respect to the water that flows in from the water inlet 2 and provides kinetic energy in the same direction, thereby obtaining stable rotation.
ブレード14は、注水口2から流入した水と衝突することで主軸13を回転させるものであり、該主軸13に複数備えられるものである。
ブレード14の形状や大きさ、数量について特に限定はないが、注水口2から流入する水との衝突にて得られる運動エネルギーと、回転時に発生し得る空気抵抗等を考慮し決定されることとなる。
また、ブレード14と主軸13との接続方法に関しても特に限定はしないが、図1に図示したような、主軸13に固着された複数のアームを介してブレード14が備えられる態様の他に、主軸13に直接ブレード14を接続する態様も好適である。かかる態様を採ることにより、流入した水と衝突する際に発生する衝撃がアームとの接続部分にかかることなく、直接主軸13へ伝達させることが可能となり、発電効率の上昇に資することとなる。
The blades 14 rotate the main shaft 13 by colliding with the water flowing in from the water inlet 2, and a plurality of blades 14 are provided on the main shaft 13.
There are no particular limitations on the shape, size, or number of the blades 14, but these are determined taking into consideration the kinetic energy obtained by collision with the water flowing in from the water inlet 2, and the air resistance that may occur during rotation.
There is also no particular limitation on the method of connecting the blades 14 to the main shaft 13, but in addition to the mode in which the blades 14 are provided via a plurality of arms fixed to the main shaft 13 as shown in Fig. 1, a mode in which the blades 14 are directly connected to the main shaft 13 is also suitable. By adopting such a mode, the impact generated when the blades collide with the inflowing water can be transmitted directly to the main shaft 13 without being applied to the connection portion with the arms, which contributes to increasing the power generation efficiency.
注水口2は、水中と接続され、ブレード14へ向けて水を流入させるものである。
注水口2は、筐体3を貫通して備えられ、該筐体3の外部である水中からブレード14へ向けて水を流入させるためのものである。注水口2から流入した水は、周囲の圧力(水圧)により圧力を有したまま流入し、ブレード14と衝突することで該ブレード14へ運動エネルギーを与えると共に、重力に従い筐体3下部へ落下し貯留される。
注水口2の大きさについて特に限定はしないが、注水口2の大きさに比例して水の流入量が増加するため、揚水パイプ20による排出量を超えない範囲で設定されることとなる。また、注水口2の位置についても特に限定はないが、ブレード14との衝突位置を考慮して一乃至数箇所に備えられる態様が望ましい。例えば、図1に図示したように、該ブレード14の上端部近傍と下端部近傍の2箇所に備え、1枚の該ブレード14にかかる圧力を上下均等にする態様が好適である。
図示してはいないが、注水口2には、開口部の開閉を操作可能な制御部を備える態様も考え得る。かかる態様を採ることにより、発電状況や筐体3内に貯留している水量に応じた開閉操作が可能になると共に、筐体3内に配設された設備の不具合やメンテナンス時に一時的に注水口2を閉鎖し作業を行うことも可能となる。
The water inlet 2 is connected to the water and allows water to flow toward the blades 14 .
The water inlet 2 is provided penetrating the housing 3, and is for allowing water to flow from underwater outside the housing 3 toward the blades 14. The water flowing in from the water inlet 2 flows in while maintaining pressure due to the surrounding pressure (water pressure), imparts kinetic energy to the blades 14 by colliding with the blades 14, and also falls to the bottom of the housing 3 due to gravity and is stored there.
There is no particular limitation on the size of the water inlet 2, but since the amount of water flowing in increases in proportion to the size of the water inlet 2, it is set within a range that does not exceed the amount of discharge by the water lifting pipe 20. There is also no particular limitation on the position of the water inlet 2, but it is preferable to have the water inlet in one or several places in consideration of the collision position with the blade 14. For example, as shown in Figure 1, it is preferable to have the water inlet in two places, near the upper end and near the lower end of the blade 14, so that the pressure applied to one blade 14 is equal above and below.
Although not shown, it is also possible to consider an embodiment in which the water inlet 2 is provided with a control unit capable of opening and closing the opening. By adopting such an embodiment, it becomes possible to perform opening and closing operations according to the power generation status and the amount of water stored in the housing 3, and it also becomes possible to temporarily close the water inlet 2 to perform work when there is a malfunction or maintenance of the equipment disposed in the housing 3.
揚水パイプ20は、流入口22と、排水口23を備えた筒状管であり、筐体3下部に貯留された水を揚水し水上にて排水させるものである。
揚水パイプ20は、上下に延伸した中空部を有する筒状管であり、開放された上端部に排水口23を備えると共に、下端部近傍に流入口22を備え、発電ユニット10におけるタービン12よりも下方に位置する筐体3底部近傍から該筐体3の天面部を貫通し水面よりも上方まで延伸されるものである。筐体3下部に貯留された水は、揚水パイプ20の下端部近傍に備えられた流入口22から筐体3の底面部に貯留されている水を流入させ、所定の揚水手段によって水上まで揚水させた後、上端開口部である排水口23から排水が行われることとなる。また、排水機能に伴い、一乃至複数本の揚水パイプ20が筐体3に備えられることとなる。
水の揚水手段として採用される構造としては、コンプレッサ31にて生成された圧縮空気や外部電力27で作動する揚水スクリュー21を介して揚水させる構造や、外部電力27にて作動する揚水ポンプ26にて揚水パイプ20内を揚水させる構造等が考え得るが特に限定はしない。例えば、図1に図示したように、揚水スクリュー21を備えた揚水パイプ20と、揚水ポンプ26を備えた揚水パイプ20を夫々配設する、といったように、複数の構造を採用する態様も好適である。
揚水パイプ20の形状について特に限定はないが、該揚水パイプ20の内部に揚水スクリュー21を備える態様を採る場合、該揚水スクリュー21の外径と揚水パイプ20の内径を近似値に合わせることで、揚水にかかる機能を向上させることが可能となる。揚水パイプ20の上端部においては、図1に図示したように、揚水された水を水平方向に移動させて排出可能な略L字状とすることで排水効果を高めることが可能となる。この際、水上方向へ向けて傾斜を付けることで、水の逆流や水と共に流入した異物等の貯留を防ぐことが可能となる。また、揚水パイプ20の下端部においては、発電ユニット10よりも下方、少なくともタービン12よりも下方に備えられることで、流入口22による水の流入をスムーズに行うことが可能となる。
揚水パイプ20の長さは、流入口22を筐体3の底面部近傍に備えることが可能且つ、排水口23を水面以上に備えることが可能な長さであれば特に限定はなく、図示してはいないが、必要に応じて延伸可能な機構を設けた態様等も好適である。さらに、揚水パイプ20の太さについても特に限定はなく、揚水スクリュー21や揚水ポンプ26による揚水能力、筐体3に備えられる揚水パイプ20の本数等を考慮し決定される。
The water pumping pipe 20 is a cylindrical pipe equipped with an inlet 22 and a drainage outlet 23, and serves to pump up water stored in the lower part of the housing 3 and drain it above the water.
The lifting pipe 20 is a cylindrical pipe having a hollow portion extending vertically, with a drainage outlet 23 at its open upper end and an inlet 22 near its lower end, and extends from near the bottom of the housing 3, which is located below the turbine 12 in the power generation unit 10, through the top surface of the housing 3, to above the water surface. Water stored in the lower part of the housing 3 is pumped into the bottom surface of the housing 3 from the inlet 22 provided near the lower end of the lifting pipe 20, and is pumped up to the water surface by a predetermined pumping means, after which it is drained from the drainage outlet 23, which is the upper opening. In addition, one or more lifting pipes 20 are provided in the housing 3 in accordance with the drainage function.
Possible structures for use as the water pumping means include, but are not limited to, a structure for pumping water via a pumping screw 21 operated by compressed air generated by a compressor 31 or an external electric power 27, or a structure for pumping water in a pumping pipe 20 by a pumping pump 26 operated by an external electric power 27. For example, as shown in Fig. 1, a mode employing a plurality of structures is also suitable, such as disposing a pumping pipe 20 equipped with a pumping screw 21 and a pumping pipe 20 equipped with a pumping pump 26.
There is no particular limitation on the shape of the pumping pipe 20, but when the pumping pipe 20 is provided with a pumping screw 21, the pumping function can be improved by making the outer diameter of the pumping screw 21 and the inner diameter of the pumping pipe 20 approximate each other. At the upper end of the pumping pipe 20, as shown in FIG. 1, the pumping pipe 20 is formed into a substantially L-shape that allows the pumped water to be moved horizontally and discharged, thereby improving the drainage effect. At this time, by providing an inclination toward the water surface, it is possible to prevent the backflow of water and the accumulation of foreign matter that has flowed in with the water. In addition, at the lower end of the pumping pipe 20, the pumping pipe 20 is provided below the power generation unit 10, at least below the turbine 12, so that the water can flow in smoothly through the inlet 22.
The length of the pumping pipe 20 is not particularly limited as long as it is long enough to provide the inlet 22 near the bottom of the housing 3 and the outlet 23 above the water surface, and although not shown, an embodiment in which an extendable mechanism is provided as necessary is also preferred. Furthermore, the thickness of the pumping pipe 20 is not particularly limited either, and is determined in consideration of the pumping capacity of the pumping screw 21 and the pumping pump 26, the number of pumping pipes 20 provided in the housing 3, etc.
流入口22は、筐体3の底部に貯留した水を揚水パイプ20内へ流入させるものである。
流入口22の設置位置については、特に限定はなく、揚水パイプ20の下端が開放されている態様であればその下端部が流入口22として備えられ、閉塞されている態様であれば下端部近傍の側面部に備えられる。流入口22は、筐体3の底部に貯留した水を揚水パイプ20内へ流入可能な位置、特に、流入口22の開口部の下方が筐体3の底部(特に貯留した水の最底部)に近いほど好適である。また、流入口22の口径に関しても特に限定はないが、注水口2から流入する最大水量の同量以上を揚水パイプ20へ流入可能な口径とすることで、筐体3の底部に貯留される水の水位上昇を防ぐことが可能となる。このとき、揚水パイプ20の本数が複数本であった場合、夫々の流入口22の大きさ及び口径を同口径とすることで、揚水パイプ20内へ流入させる水量が均一となり排出される水量の把握が容易となる他、揚水手段として備えられる揚水スクリュー21や揚水ポンプ26等にかかる負担もほぼ同一となるため、部品交換等のメンテンスも容易となる。
The inlet 22 allows water stored at the bottom of the housing 3 to flow into the water lift pipe 20 .
The installation position of the inlet 22 is not particularly limited, and if the lower end of the pumping pipe 20 is open, the lower end is provided as the inlet 22, and if the lower end is closed, the inlet 22 is provided on the side surface near the lower end. The inlet 22 is preferably located at a position where water stored at the bottom of the housing 3 can flow into the pumping pipe 20, and in particular, the lower part of the opening of the inlet 22 is preferably close to the bottom of the housing 3 (particularly the bottommost part of the stored water). There is also no particular limit to the diameter of the inlet 22, but by making the diameter such that the same amount or more of the maximum amount of water flowing in from the water inlet 2 can flow into the pumping pipe 20, it is possible to prevent the water level of the water stored at the bottom of the housing 3 from rising. In this case, if there are multiple lifting pipes 20, by making the size and diameter of each inlet 22 the same, the amount of water flowing into the lifting pipes 20 becomes uniform, making it easier to grasp the amount of water discharged.In addition, the load on the lifting screw 21, lifting pump 26, etc. provided as the lifting means becomes almost the same, making maintenance such as part replacement easier.
排水口23は、揚水手段により揚水パイプ20内を揚水された水を水上へ排出させるものである。
排水口23は、揚水パイプ20の上端開口部に備えられるものであり、揚水スクリュー21や揚水ポンプ26等によって筐体3の底部から揚水された水を水上に向けて排出するものである。
排水口23の径は特に限定はないが、揚水パイプ20と同径以上とすることで排水時において該揚水パイプ20内へ逆流することを防ぐことが可能となる。また、少なくとも揚水される平均水量以上を水上へ排出可能な口径とすることで、揚水された水の排出をスムーズにすることが可能となる。排水口23の設置位置については、水面よりも高く且つ排水する水が排水口23を介して揚水パイプ20内へ逆流することがないよう設置されることとなる。
The drain outlet 23 is for discharging the water pumped up through the pumping pipe 20 by the pumping means onto the water.
The drain outlet 23 is provided at the upper end opening of the lifting pipe 20, and discharges water pumped up from the bottom of the housing 3 by the lifting screw 21, the lifting pump 26, etc., toward the water.
The diameter of the drain outlet 23 is not particularly limited, but by making it the same diameter as or larger than the lifting pipe 20, it is possible to prevent backflow into the lifting pipe 20 during drainage. In addition, by making the diameter such that at least the average amount of water pumped can be discharged onto the water, it is possible to smoothly discharge the pumped water. The drain outlet 23 is installed at a position higher than the water surface so that the water being discharged does not flow back into the lifting pipe 20 via the drain outlet 23.
揚水スクリュー21は、揚水パイプ20内に備えられる揚水手段の一つとして採用される構造であり、流入口22を介して揚水パイプ20内に流入した水を水上まで揚水させるものである。
揚水スクリュー21は揚水構造を有して成り、筐体3の底部に貯留している水を、流入口22を介して揚水パイプ20内へ流入させ、揚水構造の作動にて水上以上まで揚水し排出させるものである。
揚水スクリュー21の揚水構造の作動時に使用される動力について特に限定はなく、発電機11や後述の外部電源27等にて発電を行い電力として使用する態様や、内部や外部に備えたバッテリーを使用する態様、圧縮空気等の圧力を利用する態様等が考え得る。また、揚水スクリュー21の揚水構造に関しても特に限定はなく、従来公知のものを使用すれば足りる。例えば、図1に図示したような揚水パイプ20の内壁とほぼ同一な径を有する螺旋形状の揚水スクリュー21を形成し回転を継続させることで、揚水スクリュー21の下端部にて掬い上げられた水が該揚水スクリュー21の回転と共に発生する遠心力により、揚水パイプ20の内壁を螺旋状に沿うように揚水し、揚水スクリュー21の上端部まで上昇させる、といった作用が可能なアルキメデススクリューを使用する態様が好適である。
さらに、揚水スクリュー21を内接した揚水パイプ20の長さや配設方法、揚水スクリュー21の構造や回転数等に関しても限定はなく、揚水パイプ20の下端部近傍から上端部近傍までの揚水が継続できる状態であれば良く、図1に図示したように、略鉛直方向に配設された揚水パイプ20の中空部に揚水スクリュー21を備え、直接上方へ揚水させる態様の他、図示してはいないが、複数の揚水パイプ20を、傾斜を付けつつ接続し上方へ延伸させる態様も好適である。例えば、スクリューの螺旋角を30度に形成し、傾斜角度を斜め上方(望ましくは75度から80度)に延伸させた揚水パイプ20を採用し、揚水スクリュー21の回転数を300rpmから400rpmの範囲で回転させることで、略鉛直状に配設された場合と比較し、揚水効率を上昇させることが可能となる。
The lifting screw 21 is a structure employed as one of the lifting means provided in the lifting pipe 20, and lifts the water that has flowed into the lifting pipe 20 via the inlet 22 up to the surface.
The pumping screw 21 has a pumping structure that causes water stored at the bottom of the housing 3 to flow into the pumping pipe 20 through the inlet 22, and then pumps the water above the water level and discharges it by operating the pumping structure.
There is no particular limitation on the power used when the pumping structure of the pumping screw 21 is operated, and possible modes include generating electricity using the generator 11 or an external power source 27 described later, using a battery installed inside or outside, and using the pressure of compressed air, etc. The pumping structure of the pumping screw 21 is also not particularly limited, and it is sufficient to use a conventionally known one. For example, a preferred mode is one using an Archimedes screw, which is capable of forming a helical pumping screw 21 having approximately the same diameter as the inner wall of the pumping pipe 20 as shown in Figure 1 and continuing to rotate, so that the water scooped up at the lower end of the pumping screw 21 is pumped up along the inner wall of the pumping pipe 20 in a helical shape by the centrifugal force generated with the rotation of the pumping screw 21, and rises to the upper end of the pumping screw 21.
Furthermore, there is no limitation on the length or installation method of the pumping pipe 20 in which the pumping screw 21 is inscribed, the structure or rotation speed of the pumping screw 21, etc., as long as the pumping can continue from the vicinity of the lower end to the vicinity of the upper end of the pumping pipe 20, and in addition to the embodiment in which the pumping screw 21 is provided in the hollow part of the pumping pipe 20 arranged in a substantially vertical direction as shown in Figure 1 and pumps water directly upward, a mode in which a plurality of pumping pipes 20 are connected with an inclination and extended upward is also suitable, although not shown. For example, by adopting a pumping pipe 20 in which the screw is formed with a helical angle of 30 degrees and the inclination angle is extended diagonally upward (preferably 75 degrees to 80 degrees), and rotating the pumping screw 21 at a rotation speed in the range of 300 rpm to 400 rpm, it is possible to increase the pumping efficiency compared to the case in which the pipe is arranged in a substantially vertical direction.
揚水手段として採用された揚水スクリュー21の作動に際し、必要となる動力については特に限定はないが、図1に図示したように揚水パイプ20の所定箇所に動力室24を設け、該動力室24内に備えた動力により揚水スクリュー21を作動させる態様が好適である。
動力室24内に備えられる動力に特に限定はないが、例えば、図1に図示したように、動力室24内に回転羽根25を備え、圧縮空気を回転羽根25に向け吐出させることで回転させ、その回転力を動力として揚水スクリュー21へ伝達させる態様や、図示してはいないが、動力室24内に揚水ポンプ26を備え、太陽光発電装置等にて発電される外部電源27を使用して揚水ポンプ26と揚水スクリュー21を起動させ揚水を行う態様等が考え得る。
動力室24の設置位置は特に限定はしないが、例えば、図1に図示したように、揚水パイプ20の最下部近傍へ備え一の揚水パイプ20として構成する態様や、揚水スクリュー21の下端及び上端近傍に備え動力を伝達させる態様が考え得る。また、動力室24の大きさについても特に限定はなく、回転羽根25や揚水ポンプ26の大きさ、及び該回転羽根25の回転に必要な大きさを基に決定される。
There is no particular limitation on the power required to operate the water-pumping screw 21 employed as the water-pumping means, but a preferred embodiment is one in which a power chamber 24 is provided at a predetermined location in the water-pumping pipe 20 as shown in FIG. 1, and the water-pumping screw 21 is operated by the power provided in the power chamber 24.
There is no particular limitation on the type of power provided in the power chamber 24. For example, as shown in FIG. 1, a rotating blade 25 may be provided in the power chamber 24, and compressed air may be discharged toward the rotating blade 25 to rotate it, and the rotational force may be transmitted to the water-lifting screw 21 as power. Alternatively, although not shown, a water-lifting pump 26 may be provided in the power chamber 24, and the water-lifting pump 26 and the water-lifting screw 21 may be started using an external power source 27 generated by a solar power generation device or the like to lift water.
The location of the power chamber 24 is not particularly limited, but may be, for example, provided near the bottom of the water lifting pipe 20 to form a single water lifting pipe 20 as shown in Fig. 1, or provided near the upper and lower ends of the water lifting screw 21 to transmit power. The size of the power chamber 24 is also not particularly limited, and is determined based on the sizes of the rotor blades 25 and the water lifting pump 26, and the size required for the rotation of the rotor blades 25.
なお、図示してはいないが、圧縮空気を使用した動力を用いる場合、動力室24の天面部と揚水パイプ20の底面部を貫通する一乃至複数の通気孔を設け、該動力室24へ流入した圧縮空気が通気孔を介して揚水パイプ20へ流入される態様も好適である。かかる態様を採ることにより、揚水中の水に空気が入り、揚水パイプ20内を排水口23へ向けて上昇することで水圧の低下と共に空気の体積も上昇することとなり、揚水される水を空気がさらに押し上げる、といった優れた効果が期待できる。また、揚水パイプ20へ流入した空気の浮力が揚水スクリュー21へ加わることにより、該揚水スクリュー21の回転にかかる負担を低減させることも可能となる。 Although not shown, when using a power source using compressed air, it is also preferable to provide one or more air holes penetrating the top surface of the power chamber 24 and the bottom surface of the water lift pipe 20, and allow the compressed air flowing into the power chamber 24 to flow into the water lift pipe 20 through the air holes. By adopting such an embodiment, air enters the water being pumped and rises inside the water lift pipe 20 toward the drain outlet 23, decreasing the water pressure and increasing the volume of the air, which is expected to have an excellent effect of pushing up the water being pumped. In addition, the buoyancy of the air flowing into the water lift pipe 20 is applied to the water lift screw 21, making it possible to reduce the burden on the rotation of the water lift screw 21.
回転羽根25の回転として使用される圧縮空気は、圧縮空気が充填された圧縮空気タンクから吐出させる態様の他に、コンプレッサ31やエア配管32等を備える圧縮空気ユニット30を配設し、該コンプレッサ31によって生成された圧縮空気を、エア配管32を介して動力室24内へ吐出させる態様等が考える。かかる態様を採ることにより、長時間に渡る圧縮空気の吐出にも対応可能となり、揚水パイプ20の安定作動に資することとなる。 The compressed air used to rotate the rotor blades 25 can be discharged from a compressed air tank filled with compressed air, or a compressed air unit 30 equipped with a compressor 31 and air piping 32 can be provided, and the compressed air generated by the compressor 31 can be discharged into the power chamber 24 via the air piping 32. By adopting such an embodiment, it becomes possible to discharge compressed air for long periods of time, which contributes to the stable operation of the pumping pipe 20.
圧縮空気ユニット30に備えられるコンプレッサ31の構造について特に限定はなく、空気を圧縮し所定気圧(例えば0.7Mpa)へ昇圧させた圧縮空気を生成するための構造(往復式や回転式、遠心式等)を使用する従来公知のものを使用すれば足り、配設箇所や配設数についても特に限定はしない。また、本案とは別の筒状管を複数用意し、該筒状管への注水・排水によって増減する水圧を利用しピストンを上下動させることで圧縮空気を生成する機構をコンプレッサ31として複数使用する態様も好適である。かかる機構を採用することにより、自然エネルギーを最大限利用した構造のみで本案にかかる動力を生成可能である。 There are no particular limitations on the structure of the compressor 31 provided in the compressed air unit 30; it is sufficient to use a conventionally known structure (reciprocating, rotary, centrifugal, etc.) for compressing air and generating compressed air by raising the pressure to a predetermined pressure (e.g., 0.7 MPa), and there are no particular limitations on the installation location or number of units. In addition, it is also preferable to prepare multiple cylindrical tubes other than the present invention, and use multiple compressors 31 that use mechanisms for generating compressed air by moving a piston up and down using the water pressure that increases or decreases when water is poured into and discharged from the cylindrical tubes. By adopting such a mechanism, it is possible to generate the power required for the present invention using only a structure that makes maximum use of natural energy.
コンプレッサ31にて生成された圧縮空気は、エア配管32を介して動力室24へ送気されることとなる。
エア配管32は、基端部であるコンプレッサ31から先端部の動力室24まで延伸する配管であり、揚水パイプ20の外壁に沿って配設される態様が好ましい。また、エア配管32の先端部は、動力室24を貫通しつつ回転羽根25へ圧縮空気を吹き付け可能な箇所へ備えられることとなる。
The compressed air generated by the compressor 31 is sent to the power chamber 24 via an air pipe 32 .
The air piping 32 extends from the compressor 31 at the base end to the power chamber 24 at the tip, and is preferably disposed along the outer wall of the water lifting pipe 20. The tip of the air piping 32 is provided at a position where compressed air can be blown to the rotor blades 25 while passing through the power chamber 24.
動力室24にて動力を発生させる動力源として圧縮空気が使用された場合、動力室24内の密閉空間内には回転羽根25が備えられることとなる。
動力室24が図1に図示したように揚水パイプ20の最下部へ備えられる態様であれば、回転羽根25は揚水スクリュー21の下端部と直接接続され、該回転羽根25へ圧縮空気が吹き付けられることで回転し、その回転力が揚水スクリュー21の下端部に伝達されることとなる。
回転羽根25に備えられる軸やプロペラ等の回転部材については特に限定はなく、従来公知のものを使用すれば足りる。また、回転羽根25の大きさについても限定はしないが、回転部材の大きさを揚水パイプ20の内径よりも小さく形成することで、揚水パイプ20の最下部を動力室24として構成させることが可能となる。
When compressed air is used as a power source for generating power in the power chamber 24 , a rotor blade 25 is provided in the sealed space within the power chamber 24 .
If the power chamber 24 is provided at the bottom of the water-pumping pipe 20 as shown in Figure 1, the rotating blades 25 are directly connected to the lower end of the water-pumping screw 21, and are rotated by blowing compressed air onto the rotating blades 25, and the rotational force is transmitted to the lower end of the water-pumping screw 21.
There is no particular limitation on the rotating members such as the shaft and the propeller provided on the rotating blades 25, and it is sufficient to use conventionally known members. In addition, there is no limitation on the size of the rotating blades 25, but by forming the size of the rotating members to be smaller than the inner diameter of the water lifting pipe 20, it is possible to configure the lowest part of the water lifting pipe 20 as the power chamber 24.
回転羽根25へ圧縮空気を吹き付けるエア配管32の先端部には、吐出ノズル33が備えられる態様が好ましい。
吐出ノズル33の形状や大きさは特に限定はなく、回転羽根25にかかる負担を考慮しつつ、揚水スクリュー21の作動に必要な回転数を維持しつつ下回らない範囲で決定されることとなる。
It is preferable that a discharge nozzle 33 is provided at the tip of an air pipe 32 that blows compressed air to the rotary vanes 25 .
There are no particular limitations on the shape and size of the discharge nozzle 33, and the size and shape are determined in a range that takes into consideration the load on the rotary blades 25 and that does not fall below the rotation speed required for the operation of the pumping screw 21.
圧縮空気を動力源とした態様を採る場合、使用するコンプレッサ31の圧縮空気生成能力(昇圧能力等)や、エア配管32内における屈曲箇所や配管同士の接続箇所等による圧力減損によって、動力室24内に備えられた回転羽根25の回転数が低下し、該回転羽根25に接続される揚水スクリュー21の必要回転数を満たすことが困難になる場合も考え得る。その場合、図1に図示したように、該コンプレッサ31以外のコンプレッサ31bを配設すると共に、揚水パイプ20の所定箇所(揚水スクリュー21の上端部等の該揚水スクリューへの動力伝達可能箇所)に一乃至複数の動力室24bを設け、コンプレッサ31bにて生成された圧縮空気を、エア配管32bを介して該動力室24b内へ送気させ、吐出ノズル33bから回転羽根25bへ圧縮空気を吹き付けることで回転が行われ、該回転羽根25bに接続された揚水スクリュー21の回転数を上昇させる態様が望ましい。かかる態様を採ることにより、揚水スクリュー21へ伝達される回転力を増加させることが可能となり、必要回転数を満たすことが容易となる。 When using compressed air as a power source, the rotation speed of the rotary vane 25 provided in the power chamber 24 may decrease due to the compressed air generation capacity (pressure boosting capacity, etc.) of the compressor 31 used, or pressure loss due to bending points in the air piping 32 or connections between the piping, etc., making it difficult to meet the required rotation speed of the water pumping screw 21 connected to the rotary vane 25. In that case, as shown in FIG. 1, a compressor 31b other than the compressor 31 is provided, and one or more power chambers 24b are provided at predetermined locations of the water pumping pipe 20 (locations where power can be transmitted to the water pumping screw, such as the upper end of the water pumping screw 21), and the compressed air generated by the compressor 31b is sent into the power chamber 24b via the air piping 32b, and the compressed air is blown from the discharge nozzle 33b to the rotary vane 25b, causing rotation, and increasing the rotation speed of the water pumping screw 21 connected to the rotary vane 25b. By adopting this configuration, it is possible to increase the rotational force transmitted to the water pumping screw 21, making it easier to meet the required rotation speed.
揚水ポンプ26は、揚水パイプ20内に備えられる揚水手段の一つとして採用される構造であり、流入口22を介して揚水パイプ20内に流入した水を水上まで揚水させるものである。
揚水ポンプ26は、内部に揚水構造を有し、筐体3の底部に貯留している水を、流入口22を介して揚水ポンプ26内部へ流入させると共に、揚水構造の作動にて水上方向へ流出させることで揚水し排出させるものである。
揚水ポンプ26の揚水構造の作動時に使用される動力について特に限定はなく、発電機11や後述の外部電源27等にて発電を行い電力として使用する態様や、内部や外部に備えたバッテリーを使用する態様等が考え得る。また、揚水ポンプ26の揚水構造に関しても特に限定はなく、従来公知のものを使用すれば足りる。
The water lifting pump 26 is a structure employed as one of the pumping means provided in the water lifting pipe 20, and lifts the water that has flowed into the water lifting pipe 20 via the inlet 22 up to the water surface.
The water pump 26 has a pumping structure inside, and causes water stored at the bottom of the housing 3 to flow into the water pump 26 through the inlet 22, and then pumps and discharges the water by operating the pumping structure to flow out above the water.
There is no particular limitation on the power used when the pumping structure of the pumping pump 26 is operated, and possible modes include generating electricity using the generator 11 or an external power source 27 described below, using a battery installed inside or outside, etc. Furthermore, there is no particular limitation on the pumping structure of the pumping pump 26, and it is sufficient to use a conventionally known one.
揚水ポンプ26を作動させる外部電源27について特に限定はなく、太陽光や風力、波力等の自然エネルギーを使用した発電によるものの他にも、深夜帯における余剰電力をバッテリー等に蓄電、もしくはそのまま電源として使用する、といった態様が考え得る。外部電源27から揚水ポンプ26への送電には、揚水パイプ20外壁に沿うように配設された送電ケーブル28が使用される。 There are no particular limitations on the external power source 27 that operates the water pump 26, and in addition to generating electricity using natural energy such as sunlight, wind, or wave power, possible configurations include storing surplus electricity during the night hours in a battery or using it as is as a power source. A power transmission cable 28 arranged along the outer wall of the water pumping pipe 20 is used to transmit electricity from the external power source 27 to the water pump 26.
揚水ポンプ26の揚水性能が足りていない場合、図1に図示したように、揚水パイプ20の上部(排水口23への排出が可能な箇所)へ揚水ポンプ26bを設置し、揚水性能を達成させる態様も好適である。また、複数の揚水ポンプ26を揚水パイプ20の所定箇所に配設し、下方から揚水された水を該揚水ポンプ26によって上方へ向けてさらに揚水させる作用を複数回行うことにより、排出までに必要な揚水性能を満たす、といった態様も望ましい。かかる態様を採ることにより、揚水ポンプ26の揚水時にかかる負担を分散・軽減させることが可能になる。 When the pumping capacity of the lifting pump 26 is insufficient, as shown in FIG. 1, a lifting pump 26b is installed at the top of the lifting pipe 20 (where discharge to the drain 23 is possible) to achieve the required pumping capacity. It is also desirable to provide multiple lifting pumps 26 at specified locations on the lifting pipe 20, and perform the action of pumping water pumped from below and further pumping it upwards multiple times using the lifting pumps 26, thereby achieving the required pumping capacity until discharge. By adopting such an arrangement, it becomes possible to distribute and reduce the burden on the lifting pumps 26 when pumping.
筐体3内壁には、図1に図示したような水位センサ34を所定箇所に設置する態様も好適である。かかる態様を採ることにより、筐体3内へ流入した水の貯留状況を把握することが可能となり、タービン12の回転に支障が出る水位になる前に水の流入を停止させる等の対応が可能となる。
水位センサ34の設置位置に関して特に限定はないが、筐体3内における貯留下限部と、貯留上限部に設置する態様が好ましく、さらに、貯留上限部よりも上部でブレード14との接触が行われる手前の場所である水位危険部にも設置する態様がより好ましい。かかる態様を採ることにより、貯留下限部の水位センサ34がOFFであれば、該水位センサ34AがONになるまでの間、動力室24内の動力を停止させて揚水時にかかる電力消費を抑えることが可能となる。そして、貯留上限部の水位センサ34BがONであれば、揚水パイプ20による揚水量を増加させたり、注水口2からの流入量を停止させたりすることで、水位センサ34BがOFFになるまでの水位低下処理が行われる。また、水位危険部の水位センサ34CがONになった場合は、発電ユニット10を緊急停止させ、ブレード14と水面が接触することによる該ブレード14の折損を防ぐと共に、水位の低下が起こらない不具合として管理者へ連絡を行なう、といった対応を取ることも可能となる。
1 may be provided at a predetermined location on the inner wall of the housing 3. By adopting such an embodiment, it becomes possible to grasp the storage state of the water that has flowed into the housing 3, and it becomes possible to take measures such as stopping the flow of water before the water level reaches a level that interferes with the rotation of the turbine 12.
There is no particular limitation on the installation position of the water level sensor 34, but it is preferable to install it at the lower limit and upper limit of the storage in the housing 3, and more preferably, to install it also at the water level danger area, which is above the upper limit and just before contact with the blade 14. By adopting such an embodiment, if the water level sensor 34 at the lower limit of the storage is OFF, it is possible to reduce power consumption during pumping by stopping the power in the power chamber 24 until the water level sensor 34A turns ON. Then, if the water level sensor 34B at the upper limit of the storage is ON, the amount of pumping by the pumping pipe 20 is increased or the inflow from the water inlet 2 is stopped, thereby performing a water level lowering process until the water level sensor 34B turns OFF. In addition, if the water level sensor 34C in the water level danger section turns ON, it is possible to take measures such as emergency stopping the power generation unit 10 to prevent the blade 14 from breaking due to contact between the blade 14 and the water surface, and to contact the administrator as a malfunction that does not cause the water level to drop.
以上の構成要素から成る水圧発電装置1について、図1に沿ってその動作態様を説明する。
まず、筐体3内へ水を流入させることで行われる発電にかかる動作態様を説明する。
水中に配設された筐体3に備わった注水口2が開放されることにより、周囲の水が水圧を伴って筐体3内のブレード14へ向けて流入する。ブレード14は、流入した水が衝突することにより運動エネルギーが発生し、該ブレード14が接続された主軸13を中心に回転する。主軸13は、ブレード14の回転により発生した回転力を、該主軸13が軸止されている発電機11へ伝達し、発電機11は、該主軸13から伝達された回転力により発電を行うこととなる。
The operation of the hydraulic power generating device 1 consisting of the above-mentioned components will be described with reference to FIG.
First, an operation mode relating to power generation performed by injecting water into the housing 3 will be described.
When a water inlet 2 provided on a housing 3 disposed underwater is opened, surrounding water flows under water pressure toward the blades 14 inside the housing 3. The blades 14 generate kinetic energy when the flowing water collides with them, causing them to rotate around a main shaft 13 to which the blades 14 are connected. The main shaft 13 transmits the rotational force generated by the rotation of the blades 14 to a generator 11 to which the main shaft 13 is attached, and the generator 11 generates electricity using the rotational force transmitted from the main shaft 13.
続いて、筐体3内に貯留した水の排出にかかる動作態様を説明する。
なお、注水口2から筐体3内へ流入した水は、ブレード14へ衝突した後は重力に従い筐体3の底部へ落下し貯留されている。貯留した水の排出手段として、筐体3には揚水スクリュー21が備わった揚水パイプ20が配設されており、該揚水スクリュー21は、動力室24内に備わった回転羽根25の回転と連動する構造により動力が提供され、揚水構造が作動することとなる。
まず、圧縮空気ユニット30から送気された圧縮空気が動力室24内へ流入し、該動力室24内に備わった回転羽根25を回転させ、該回転羽根25の回転と連動し揚水パイプ20内に備えられた揚水スクリュー21が回転する。
筐体3内に貯留した水は、揚水パイプ20の下方側面に備えられた流入口22から該揚水パイプ20内へ流入し、揚水スクリュー21の回転に伴い下端部構造により掬い上げられることとなる。揚水スクリュー21により掬い上げられた水は、該揚水スクリュー21の回転により発生する遠心力により、揚水パイプ20の内壁を螺旋状に沿うように上方へ揚水される。揚水パイプ20の上端部近傍まで揚水された水は、該揚水パイプ20の上端部が略L字状に形成されていることにより、屈曲部に沿って水平方向に流路を変え、揚水パイプ20の最上端部である排水口23から水上へ排出されることとなる。
Next, an operation for discharging water accumulated in the housing 3 will be described.
The water that flows into the housing 3 from the water inlet 2 collides with the blades 14 and then falls to the bottom of the housing 3 by gravity, where it is stored. As a means for discharging the stored water, a pumping pipe 20 equipped with a pumping screw 21 is disposed in the housing 3, and the pumping screw 21 is powered by a structure that is linked to the rotation of a rotating blade 25 provided in a power chamber 24, thereby operating the pumping structure.
First, compressed air sent from the compressed air unit 30 flows into the power chamber 24, rotating the rotor blades 25 provided in the power chamber 24, and the pumping screw 21 provided in the pumping pipe 20 rotates in conjunction with the rotation of the rotor blades 25.
Water stored in the housing 3 flows into the pumping pipe 20 from an inlet 22 provided on the lower side of the pumping pipe 20, and is scooped up by the lower end structure as the pumping screw 21 rotates. The water scooped up by the pumping screw 21 is pumped upward along the inner wall of the pumping pipe 20 in a spiral shape due to the centrifugal force generated by the rotation of the pumping screw 21. The water pumped up to the vicinity of the upper end of the pumping pipe 20 changes its flow path horizontally along the bent part because the upper end of the pumping pipe 20 is formed in a substantially L-shape, and is discharged above the water from a drain outlet 23 at the uppermost end of the pumping pipe 20.
以上、本発明にかかる水圧発電装置1の基本的構成態様、並びに、動作・作用について説明したが、本発明は、上記実施形態や図面に示す構成態様に限定するものではない。例えば、発電ユニット10を複数配設した大型の筐体3を海中に沈下させ、多数の揚水パイプ20を用いて夫々の該発電ユニット10に使用された海水を海上や海中へ排出させることで、大規模かつ安定的な電力供給が可能となる。 The above describes the basic configuration and operation of the hydraulic power generation device 1 according to the present invention, but the present invention is not limited to the configuration shown in the above embodiment and drawings. For example, a large-scale housing 3 in which multiple power generation units 10 are arranged is submerged in the sea, and seawater used by each of the power generation units 10 is discharged onto or into the sea using multiple water pumping pipes 20, enabling a large-scale and stable supply of electricity.
以上の通り、本発明にかかる水圧発電装置1によれば、筐体3へ水を流入させることで発電機11による発電を行なうと共に、流入した水を揚水パイプ20内の揚水手段によって水上へ排出させることが可能であって、発電に必要なエネルギーを、圧力を伴った水によって補うことが可能である。 As described above, the hydraulic power generation device 1 of the present invention allows water to flow into the housing 3, generating electricity using the generator 11, and the water that has flowed in can be discharged above the water by the pumping means in the pumping pipe 20, making it possible to supplement the energy required for power generation with pressurized water.
本発明にかかる水圧発電装置は、圧力を伴った水を使用して発電を行いつつ、発電に利用した水の排出も継続的に可能であるため、海や湖沼、ダム等において、タービンを回転させ得るだけの水の圧力を提供可能な深さを有する場所があれば設置が可能である。したがって、本発明にかかる「水圧発電装置」の産業上の利用可能性は大であると思料する。 The hydraulic power generation device of the present invention generates electricity using pressurized water while also being able to continuously discharge the water used for power generation, so it can be installed in the sea, lakes, dams, etc., as long as there is a place deep enough to provide enough water pressure to rotate a turbine. Therefore, it is believed that the "hydraulic power generation device" of the present invention has great industrial applicability.
1 水圧発電装置
2 注水口
3 筐体
10 発電ユニット
11 発電機
12 タービン
13 主軸
14 ブレード
15 土台
20 揚水パイプ
21 揚水スクリュー
22 流入口
23 排水口
24 動力室
25 回転羽根
26 揚水ポンプ
26b 揚水ポンプ
27 外部電源
28 送電ケーブル
30 圧縮空気ユニット
31 コンプレッサ
31b コンプレッサ
32 エア配管
32b エア配管
33 吐出ノズル
33b 吐出ノズル
34 水位センサ
34A 水位センサ(貯留下限部)
34B 水位センサ(貯留上限部)
34C 水位センサ(危険水位部)
REFERENCE SIGNS LIST 1 hydraulic power generation device 2 water inlet 3 housing 10 power generation unit 11 generator 12 turbine 13 main shaft 14 blade 15 base 20 water lifting pipe 21 water lifting screw 22 inlet 23 drain 24 power chamber 25 rotor 26 water lifting pump 26b water lifting pump 27 external power source 28 power transmission cable 30 compressed air unit 31 compressor 31b compressor 32 air piping 32b air piping 33 discharge nozzle 33b discharge nozzle 34 water level sensor 34A water level sensor (lower limit storage portion)
34B Water level sensor (upper storage limit)
34C Water level sensor (dangerous water level section)
Claims (2)
筐体内に配設される発電ユニットと、筐体を貫通して備えられ外部の水を筐体内に流入させる一乃至複数の注水口と、筐体内に流入した水を揚水して排水するための一乃至複数の揚水パイプと、から構成され、
発電ユニットには、注水口から放出される水の水圧で回転するタービンが備えられて成り、
揚水パイプは、上下に延伸した中空部を有する筒状管であって、排水口を備えた上端部が水面より上方に位置すると共に、流入口を備えた下端部が発電ユニットにおけるタービンよりも下方に位置するように配設されて成り、
水中と接続された注水口から流入した水の水圧によりタービンが回転し発電が行われた後、所定の揚水手段により揚水パイプを介して排水口から水が外部へ排出されることを特徴とする水圧発電装置。
A hydraulic power generation device disposed underwater, comprising:
The water supply system comprises a power generation unit disposed in a housing , one or more water inlet ports provided through the housing to allow external water to flow into the housing , and one or more water pumping pipes for pumping and discharging the water that has flowed into the housing ,
The power generation unit is provided with a turbine that rotates by the water pressure of the water discharged from the water inlet ;
The lifting pipe is a cylindrical pipe having a hollow portion extending vertically, and is disposed so that an upper end portion having a drainage outlet is located above the water surface, and a lower end portion having a water inlet is located below the turbine of the power generation unit;
A hydraulic power generation device characterized in that the water flows in through a water inlet connected to the water, causing a turbine to rotate and generating electricity, and then the water is discharged to the outside through a drainage outlet via a specified pumping means via a pumping pipe.
2. The hydraulic power generating device according to claim 1, wherein the power generating unit is provided with a water level sensor.
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