JP4636367B2 - 水車発電装置 - Google Patents

Description

この発明は、水路の落差を利用する発電装置や、水道設備における各種管路内の残圧を利用する水車発電装置の改良に関する。

最近の動向としては、水道施設などの既存の管路に水車発電装置を設置する場合が増加している。水道施設に水車発電装置を設置する場合は、維持管理作業中等の水車停止時でも必要量の水を受送水する必要があり、バイパス管路を設置する場合が多い。従来の水道施設等の既存の管路に汎用ポンプを利用する水車発電装置は、汎用ポンプの吐出側から水を流入させ、羽根車を逆転させることで発電を行っている。例えば、特許文献１に記載しているような両吸込型の水車は公知であり、図１０に示すように、両吸込型の水車をバイパス管路に設置している。
また、特許文献２に記載してあるように、発電機を水車内部に設置して、水車外部の設置スペースを不要とするインライン型水車も良く知られており、図１１に示すように、インライン型の水車をバイパス管路に設置している。そして、特許文献３に記載してあるような水車軸に直交するように発電機を外部に設置したインライン型水車も公知である。

特開平１１−２３６８９４号公報（段落番号００１４乃至段落番号００１６、図１） 特開２００１−２２１１４１号公報（段落番号００１７乃至段落番号００２１、図１） 特開２００３−２１４３１０号公報（段落番号００１２乃至段落番号００１５、図１）

従来の汎用ポンプを使用する水車は相当量の発電が見込めるが、大きな設置スペースが必要なため、設置が不可能になることがある。また、発電機を水車内部に設置したインライン型水車は、水車外部の設置スペースが不要であり、既存の管路に設置しやすい利点がある。しかしながら、発電機が水車内部にあることや、水車ケーシングがストレート構造であるため面間寸法が長くなり、既存管路の設置スペースが短いなどの制約がある場合に設置不可能となる。そして、発電機を外部に設置したインライン型水車は、軸受が水中にあるため、潤滑油漏れが発生しても水に混入しないように複雑な構造となる。水道施設などの既存の管路には、水車発電装置の設置が予め考慮されていないため、設置スペースの制約が多い。水道施設などの既存の管路にバイパス管路を設置した水車発電装置は、バイパス管路の設置にスペースを取られ、水車発電装置の設置スペースがさらに少なく、設置が不可能になる場合がある。この発明は、水車のケーシングの構造をエルボ型とし、既存の設備状況に合わせて、任意の方向に設置できる水車発電装置を提供する。

この発明の要旨は、流水設備に配設したランナケーシングにランナを収納し、ランナを止着した主軸に発電機を連動連結した水車において、ランナケーシングに連設した吐出しケーシングをエルボ状に形成し、その背面に連結した架台に軸受箱と発電機を設置すると共に、水車の底部に、底部を面一とした架台ベースを配設し、吐出ケーシングを架台ベースと架台に連結して、架台ベースに架台を支架し、ランナケーシングに配設したセラミック滑り軸受で主軸の先端部を軸支して、吐出しケーシングから突出させた主軸の後端部を軸受箱に軸支したもので、発電機を設置した水車発電装置をユニット化して、設置スペースが最小となる。そして、吐出しケーシングをエルボ型としたので、既存の設備状況に合わせて、任意の方向に設置できる構造となる。また、潤滑油が必要な外部軸受等は、全てケーシング外部に設置し、潤滑油漏れによる水質汚染の心配がない。さらに、日常の点検作業も容易であり、万が一潤滑油が漏れた場合でも早期発見が可能となる。

この発明に係わる水車発電装置は、エルボ型ケーシングを有する水車発電装置とし、水車と発電機をユニット化したので、バイパス管路の分岐部分にある９０度の曲管部分に設置することができる。即ち、各種管路内の残圧を利用して、スペースに応じて導水管の既設管路の上部または側部に設置して、水車の主軸に発電機を直結し、或いは駆動帯を用いて連動連結してもよい。そして、水路の落差を利用して、ダムや落差のある山岳地帯、或いは、水路に設置したゲートに配設することも可能となる。

この発明に係る水車発電装置を図面に基づき詳述すると、図１は水車発電装置の縦断面図であって、水車１は流入側の吸込ケーシング２にランナケーシング３を連結して鼓形に形成してあり、その後端に流出側のエルボ状の吐出しケーシング４が配設してある。吸込ケーシング２の内壁に止着した吸込ベーン５がケーシングカバー６に連結してある。吸込ケーシング２とケーシングカバー６の間に吸込流路が形成されて、吸込ベーン５で流水を整流化させる。ランナケーシング３に内面を円筒状に形成したガイドベーン７が止着してあり、案内流路が形成してある。ガイドベーン７の後方に主軸８に嵌着したランナ９が配設してあり、主軸８の先端部がケーシングカバー６の中心部に配設したセラミック滑り軸受１０に回転自在に軸支してある。軸受を無給油のセラミックを使用したので、水車１の内部に潤滑油漏れによる水質汚染の心配がない。さらに、軸受の構造が簡単で、日常の点検作業も容易となる。先端部をセラミック滑り軸受１０に軸支された主軸８は、吐出しケーシング４に延設され、その後端部が吐出しケーシング４のエルボ状の背面を貫通して突出させてあり、吐出しケーシング４の貫通穴１１と主軸８に外嵌した軸スリーブ１２の間にグランドパッキンやランタンリング等のシール部材１３が封入してあり、パッキン押え１４で密封してある。

図１に示すように、水車１の底部に架台ベース１５が配設してあり、吐出しケーシング４の下端部を架台ベース１５に連結して、底部を面一としてある。吸込ケーシング２の下端部が架台ベース１５に設けたサポート１６に支架してある。図１及び図２に示すように、吐出しケーシング４の背面に延設した架台ベース１５に枠形状の架台１７が支架してあり、架台１７の下端前部が吐出しケーシング４に連結してある。潤滑油を貯留して軸受１８を配設した軸受箱１９が架台１７に挟持してあり、架台の上部に発電機２０が支架してある。吐出しケーシング４をエルボ型としたので、既存の設備状況に合わせて、任意の方向に設置できる構造となる。そして、吐出しケーシング４の背面を貫通した主軸８が、軸受箱１９の軸受１８に軸支され、軸受箱１９から主軸８の後端を突出させてある。潤滑油が必要な外部軸受をケーシング外部に設置できるので潤滑油による水質汚染の心配はない。また、主軸８と発電機２０に伝動プーリー２１と従動プーリー２２を嵌着して、伝動プーリー２１と従動プーリー２２にベルト２３が掛け回してある。ランナ９の回転力を主軸８に伝達し、発電機２０を駆動させるようにしてある。図３は本願発明のバイパス管路に設置したエルボ型水車１の概念図であって、発電機２０を架台１７に設置した水車発電装置がユニットとなり、設置スペースを最小とすることができる。

図４は水車発電装置を水道施設等の既設管路の上部側に配設した斜視図であって、既設管路２４に分岐したバイパス管路２５に水車１の吸込ケーシング２を連結し、エルボ状の吐出しケーシング４を既設管路２４の下流側に連結してある。バイパス管路２５に流入弁２６とバイパス管路２５の流入口と吐出しケーシング４の排水口の間の既設管路２４に仕切弁２７が配設してある。ユニット化した水車発電装置は、少ないスペースで設置が可能となる。図５は水道施設等の既設管路の下部側に配設した水車発電装置の斜視図であって、バイパス管路２５を埋設できるスペースに応じて既設管路２４の側部に配設も可能である。主軸８の後端に嵌着した伝動プーリー２１と発電機の従動プーリー２２にベルト２３を掛け回すスペースがないときには、図６に示すように、ランナ９を止着した主軸８に直接発電機２０を直結してもよいものである。

図７はダム、堰に配設したサイホン式の水力発電装置であって、ダムＡに設置した水車１の吸込ケーシング２に長尺の導水管２８と、吐出しケーシングに長尺の吐出し管２９を連結し、導水管２８を湖水Ｂ等に水没させ、河川Ｃなどの排水側に吐出し管２９を水没させ、ランナケーシング３を真空ポンプ（図示せず）で吸引してサイホン作用により発電も可能となる。図８は山岳地方に設置する水車発電装置の実施例であって、上池Ｄから河川Ｃ等に配設した導水管３０に水車１を設置して、河川Ｃなどの排水側に吐出し管２９を水没させてある。山岳地の水の落差を利用しても発電が可能となる。図９は河川に配設したゲートに設置する水車発電装置の実施例であって、河川Ｃを堰き止めるゲート３１のゲート扉体３２に水車１を支架させて、河川Ｃなどの下流側に吐出し管２９を水没させてある。
河川を堰き止めて水の水位差を利用しても発電が可能となる。

この発明の水力発電装置は上記のように構成してあり、水車と発電機を架台に設置して水車発電装置をユニットとしたもので既存の設備状況に合わせて、任意の方向にバイパス管路の分岐部分に設置できる水車発電装置となる。従って、水路にある落差を利用する発電装置や、水道設備における各種管路内の残圧を利用する水車発電装置に利用できるものである。水路にある落差を利用して、ダムや落差のある山岳地帯、水路に設置したゲートに配設することも可能となる。

この発明に係る水車と発電機をユニット化した水車発電装置の縦断面図である。 同じく、水車発電装置の背面図である。 同じく、本発明のエルボ型水車をバイパス管路に設置した概念図である。 同じく、既設管路の上部に設置した水車発電装置の斜視図である。 同じく、既設管路の側部に設置した水車発電装置の斜視図である。 同じく、水車の主軸に発電機を直結した水車発電装置の斜視図である。 同じく、湖水等のダムに設置したサイホン式の水車発電装置の斜視図である。 同じく、山岳地での導水管の落差を利用した水車発電装置の斜視図である。 同じく、河川のゲートを利用して、ゲート扉体に配設した水車発電装置の斜視図である。 バイパス管路に設置した従来の両吸込水車の概念図である。 同じく、従来のインライン型水車の概念図である。

符号の説明

１ 水車
３ ランナケーシング
４ 吐出しケーシング
８ 主軸
９ ランナ
１０ セラミック滑り軸受
１７ 架台
１９ 軸受箱
２０ 発電機

Claims (1)

1. 流水設備に配設したランナケーシング（３）にランナ（９）を収納し、ランナ（９）を止着した主軸（８）に発電機（２０）を連動連結した水車（１）において、ランナケーシング（３）に連設した吐出しケーシング（４）をエルボ状に形成し、その背面に連結した架台（１７）に軸受箱（１９）と発電機（２０）を設置すると共、水車（１）の底部に、底部を面一とした架台ベース（１５）を配設し、吐出ケーシング（４）を架台ベース（１５）と架台（１７）に連結して、架台ベース（１５）に架台（１７）を支架し、ランナケーシング（３）に配設したセラミック滑り軸受（１０）で主軸（８）の先端部を軸支して、吐出しケーシング（４）から突出させた主軸（８）の後端部を軸受箱（１９）に軸支したことを特徴とする水車発電装置。

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