[发明专利]垂直轴型水力发电装置、垂直轴型水力发电单元、垂直轴型水力发电用叶片

说明书

垂直轴型水力发电装置(10)具备：发电机(50)，其接受来自水流的旋转驱动力而产生电力；垂直旋转轴(20)，其旋转自如地连结于发电机(50)，并且沿铅垂方向垂下设置；以及多个叶片(13)，它们沿着圆周方向以大致等角度间隔配设于垂直旋转轴(20)的周围，多个叶片(13)沿铅垂方向延伸而形成并且形成为横截面形状由翼型形状(X)构成的直线翼，翼型形状(X)的后缘由具有曲率的圆弧形状(13a)形成。这样，通过实现构成叶片的翼型形状的最适化，从而得到即使在用于接受来自水流的较大载荷的水力发电的情况下，也能够消除后缘的强度不足且维持可得到高输出的翼性能的翼型形状。

技术领域

本发明涉及垂直轴型水力发电装置、垂直轴型水力发电单元以及垂直轴型水力发电用叶片。

背景技术

以往，已知有一种水力发电装置，其利用水流使水车所具备的叶片进行旋转运动，并通过将该旋转运动传递给发电机来产生电力。在以往的小型的水力发电装置中，大多使用将水路拦截来进行发电的“落差式”的水车、利用水流的阻力来进行发电的“桶形转子型(Savonius)型”的水车(例如，参照下述专利文献1)。然而，在要将这些水车设置于现有的水路的情况下，需要用于避免水从水路溢出的大规模的水路改造工事等，因此对水力发电装置的设置场所存在较多的制约。另外，就水车的特性而言，由于在水路中流动的垃圾堆积于水车，因此还需要除尘装置以及巨额的维护费用。也就是说，在以往的水力发电装置中，从需要巨大的初期成本以及维持成本等经济合理性的观点出发，存在阻碍其普及的重要因素。

作为解决上述的以往的水力发电装置中所存在的课题的方法，近年来，对利用了升力特性的垂直轴型水力发电装置的实现进行了研究。该垂直轴型水力发电装置具备：发电机，其接受来自水流的旋转驱动力而产生电力；垂直旋转轴，其以旋转自如的方式与发电机连结，并沿铅垂方向下垂设置；以及多个叶片，它们沿着圆周方向以大致等角度间隔在该垂直旋转轴的周围配设，该垂直轴型水力发电装置具有多个叶片沿与水流垂直的方向配置的形式，因此具有不需要以往技术所需要的除尘装置、巨额的维护费用的优点。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-106247号公报

发明内容

发明所要解决的课题

然而，现状是垂直轴型水力发电装置所设想的沿垂直方向配置的以往的叶片多用于风力发电，尚未向水力发电装置普及。这是因为，与风车所利用的风(空气)不同，水车所利用的水流(水)具有空气的约800倍的密度，因此存在正常对叶片施加的来自水流的载荷变得非常大这样的课题，根据发明人们的验证研究，也确认了，若将以往用于风力发电的由翼型形状构成的叶片简单地用于水力发电，则会发生叶片的破损。

特别是，以往用于风力发电的翼型形状为了得到高输出而由翼型形状构成的后缘尖锐的尖锐边缘形状，但若将具有由这样的尖锐边缘形状构成的后缘的翼型形状的叶片用于水力发电，则存在后缘部分的强度不足而发生破损、反而降低输出效率的担忧。另一方面，若为了应对水力发电而简单地将翼型形状的后缘部分的形状进行壁厚化等来进行变更、以要得到能够耐受来自水流的载荷的强度，则翼性能发生变化，在该情况下也存在反而降低输出效率的可能性。

本发明是鉴于上述的以往技术中所存在的课题而作出的，其目的在于，提供一种垂直轴型水力发电装置、垂直轴型水力发电单元以及垂直轴型水力发电用叶片，其中，通过实现构成叶片的翼型形状的最适化，从而即使在用于接受来自水流的较大载荷的水力发电的情况下，也能够制造出消除后缘的强度不足且维持可得到高输出的翼性能的翼型形状，能够高效且稳定地利用于水力发电。

用于解决课题的方案