[发明专利]水力发电装置

说明书

技术领域

本发明涉及水力发电装置，具体涉及小规模水力发电装置。

背景技术

以往，已知有设置于上下水道、小河流、农业用水路、工厂排水、大坝排放水等的具有高低差的水路，且利用水路的落差进行发电的小规模水力发电装置。在这里，小规模水力发电是指使用至今仍被忽视的未利用的水力能源进行小规模发电（例如1000kW以下）。由于大量存在能够进行小规模水力发电的上下水道或有高低差的河流水等的未利用水力资源，并且由于该水力资源可再生，且可以在现有发电厂的输电线难以设置的区域实现能量的当地生产当地消耗等，近年来小规模水力发电特别受到关注。

作为进行如上述的小规模水力发电的装置的一种形态，本案申请人以往提出了具备嵌插于水路中的圆筒形壳体、安装于壳体内的转轮、和设置于转轮的外周侧的环状发电机的水力发电装置，并且对其进行研究开发（参照专利文献1）。该水力发电装置具备可动地插入于转轮的轮毂、和在转轮的上游侧配置于轮毂的外周和壳体的内壁之间的多个引导叶片（导流叶片），并且形成为借助于轮毂和引导叶片以使转轮高效地旋转的形式引导水流的结构。

现有技术文献：

专利文献：

专利文献1：日本特开2006-189014号公报。

发明内容

发明要解决的问题：

上述小规模的水力发电装置设置于与室外水源连通的水路中时，流水中同时存在落叶或小树枝等的固体杂物等。这些杂物堆积在引导叶片周围（例如，相邻的引导叶片的间隙或引导叶片与轮毂之间等），阻碍流水，引起发电效率降低的问题。尤其是，在大雨之后或季节变化等时流水中存在着大量杂物，不得不频繁地进行清除堆积在引导叶片周围的杂物的维护作业。另外，为了防止杂物堆积在引导叶片周围，能够容易想到在引导叶片的上游侧通过过滤器分离杂物，但是在该情况下不得不频繁地进行清扫或更换过滤器的维护作业。在进行水力发电装置的维护作业时，必须阻挡来自于上游的水流，或者对装置开设旁通通路而使水流入下游侧，从而伴随着庞大的作业。此外，小规模水力发电装置，也可能设置于山间地区等的人难以站立的地点，因此优选的是减少维护频率。

本发明是鉴于上述问题而形成，提出了能够防止杂物堆积在引导叶片周围、且无需进行维护作业便可以清除堆积在引导叶片周围的杂物的水力发电装置。

解决问题的手段：

发明人等通过经验得知尽管在引导叶片周围（例如相邻的引导叶片之间的间隙或引导叶片与轮毂之间等）可能发生杂物堆积的情况，但是在设置于转轮的转轮叶片周围（例如相邻的转轮叶片的间隙或转轮叶片与轮毂之间等）并不发生堆积杂物的情况。发明人等对该现象的原因的调查结果如下。流水在轴方向上流入壳体内，因此一定方向（与轴方向平行的方向）的水流入固定于壳体的引导叶片。相对于此，因引导叶片的作用而相对于轴方向倾斜的方向的水流作用于转轮叶片，此外，因自身旋转而其周围的水的流动发生改变。由于该原因，作用于固定的引导叶片的水流方向保持一定，因此杂物一旦堆积在引导叶片周围，则无法从此处移动，该堆积的杂物使流路变窄，引起在堆积的杂物上进一步堆积其他杂物的现象。

基于上述调查，在根据本发明的水力发电装置中配备使作用于引导叶片的水流的方向相对于轴方向倾斜，且改变水流的方向的结构，以此可以防止杂物堆积在引导叶片周围。

也可以是根据本发明的水力发电装置具备：形成为具有以水轮机轴为中心的圆筒形状的流路，且水在该流路中在轴方向上流动的结构的壳体；具有在所述壳体内以所述水轮机轴为中心排列成环状的多个转轮叶片的转轮；设置于所述转轮且与该转轮一体地旋转的转子；设置于所述壳体内且其位置相对于该壳体相对固定的固定轮毂；以与所述转子相向的形式设置于所述壳体或所述固定轮毂的定子；在所述转轮的上游侧设置于所述固定轮毂的外周侧的多个引导叶片；和设置于与所述多个引导叶片相比靠近上游侧的位置的多个旋转叶片。另外，在上述结构中，定子包括直接或间接设置于壳体的定子，例如定子可以直接设置于壳体，定子也可以设置在固定于壳体的固定轮毂等的构件上。

根据上述结构，通过设置于与多个引导叶片相比靠近上游侧的位置的旋转叶片的作用，流入引导叶片的流水的方向相对于轴方向倾斜，又，水流的密度发生改变而改变水流的方向。通过这样的水流的方向的变化，试图堆积在引导叶片周围（例如相邻的引导叶片之间的间隙或引导叶片与轮毂之间）的杂物被排出，可以防止杂物堆积在引导叶片周围。