JP7598135B2 - Water turbine system installed on a waterway - Google Patents
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Description
本発明は、水路に設置された水車システムに関し、具体的には、水路を流れる水の量に依存せずに水車を効率的に回転させるための水車システムに関する。 The present invention relates to a water turbine system installed in a waterway, and more specifically, to a water turbine system for efficiently rotating a water turbine independent of the amount of water flowing through the waterway.
水力発電装置は、水車に水流を衝突させて得られた回転力により発電機を作動させて発電する。特許文献１は、流量や流速が小さい河川、既設水路でも効率よく発電する水力発電装置を開示している。特許文献１は、流量や流速が小さい河川でも効率よく発電するために、水路フリュームに速度水頭を高めるための絞り部および必要最小限の落差円周隙間を設けることを開示している。 Hydroelectric power generation devices generate electricity by operating a generator using the rotational force obtained by colliding a water current with a water wheel. Patent Document 1 discloses a hydroelectric power generation device that generates electricity efficiently even in rivers with low flow rates and flow speeds and existing waterways. Patent Document 1 discloses providing the waterway flume with a throttle section to increase the velocity head and the minimum necessary circumferential head gap in order to generate electricity efficiently even in rivers with low flow rates and flow speeds.
本発明は、水路を流れる水の量に依存せずに水車を効率的に回転させるための水車システムを提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a water turbine system that can efficiently rotate a water turbine regardless of the amount of water flowing through a waterway.
本発明の水車システムは、水路に設置され、前記水車システムは、前記水路に設置された水車と、前記水車の上流側で前記水路に設置された堰き止め部材であって、前記堰き止め部材は、前記水路を流れる水の少なくとも一部を堰き止め、前記水路を流れる水の少なくとも一部を通過させるように構成されており、前記堰き止め部材は、前記堰き止め部材を通過した水が前記水車を回転させるように配置されており、前記堰き止め部材は、前記水路を流れる水の少なくとも一部を堰き止める面積が調整されることが可能なように構成されている、堰き止め部材とを備える The water turbine system of the present invention is installed in a waterway, and the water turbine system comprises a water turbine installed in the waterway, and a damming member installed in the waterway upstream of the water turbine, the damming member configured to dam at least a portion of the water flowing in the waterway and to allow at least a portion of the water flowing in the waterway to pass through, the damming member is arranged so that the water passing through the damming member rotates the water turbine, and the damming member is configured so that the area for damming at least a portion of the water flowing in the waterway can be adjusted.
本発明の一実施形態において、前記調整手段は、前記水路を流れる水の量が少なくなるにつれて前記水路を流れる水の少なくとも一部を堰き止める面積が大きくなるように、前記水路を流れる水の少なくとも一部を堰き止める面積を調整する。 In one embodiment of the present invention, the adjustment means adjusts the area that blocks at least a portion of the water flowing through the water channel so that the area that blocks at least a portion of the water flowing through the water channel becomes larger as the amount of water flowing through the water channel decreases.
本発明の一実施形態において、前記調整手段は、前記堰き止め部材を通過する水の水位をほぼ一定に保つように、前記水路を流れる水の少なくとも一部を堰き止める面積を調整する。 In one embodiment of the present invention, the adjustment means adjusts the area that blocks at least a portion of the water flowing through the waterway so as to maintain a substantially constant water level passing through the blocking member.
本発明の一実施形態において、前記調整手段は、前記水路を流れる水の少なくとも一部を堰き止める面積を段階的に調整する。 In one embodiment of the present invention, the adjustment means gradually adjusts the area that blocks at least a portion of the water flowing through the waterway.
本発明の一実施形態において、前記調整手段は、前記水路を流れる水の少なくとも一部を堰き止める面積を無段階的に調整する。 In one embodiment of the present invention, the adjustment means continuously adjusts the area that blocks at least a portion of the water flowing through the waterway.
本発明の一実施形態において、前記堰き止め部材は、前記堰き止め部材に対してスライド可能な少なくとも１つのスライド部材を含み、前記調整手段は、前記スライド部材をスライドさせる量を調整することにより、前記水路を流れる水の少なくとも一部を堰き止める面積を調整する。 In one embodiment of the present invention, the damming member includes at least one sliding member that is slidable relative to the damming member, and the adjustment means adjusts the area that blocks at least a portion of the water flowing through the waterway by adjusting the amount that the sliding member is slid.
本発明の一実施形態において、前記検出手段は、前記水路を流れる水の水位を検出するように構成された水位計である。 In one embodiment of the present invention, the detection means is a water level gauge configured to detect the water level of the water flowing through the waterway.
本発明の一実施形態において、前記堰き止め部材は、前記堰き止め部材に対して取り外し可能な少なくとも１つの追加堰き止め部材を含む。 In one embodiment of the present invention, the damming member includes at least one additional damming member that is removable from the damming member.
本発明の一実施形態において、前記堰き止め部材は、前記堰き止め部材に対してスライド可能な少なくとも１つのスライド部材を含む。 In one embodiment of the present invention, the damming member includes at least one sliding member that is slidable relative to the damming member.
本発明の一実施形態において、前記堰き止め部材は、凹形の形状を有する。 In one embodiment of the present invention, the blocking member has a concave shape.
本発明の一実施形態において、前記水車システムは、前記水車の下流側で前記水路に設置された後部堰き止め部材をさらに備え、前記後部堰き止め部材は、前記後部堰き止め部材の下流側から逆流しようとする水の少なくとも一部を堰き止めるように構成されている。 In one embodiment of the present invention, the water turbine system further includes a rear damming member installed in the waterway downstream of the water turbine, and the rear damming member is configured to block at least a portion of the water attempting to flow back from the downstream side of the rear damming member.
本発明の一実施形態において、前記後部堰き止め部材は、高さを調整することが可能なように構成されている。 In one embodiment of the present invention, the rear damming member is configured so that its height can be adjusted.
本発明の一実施形態において、前記水車は、前記水路の落差工に設置されている。 In one embodiment of the present invention, the water turbine is installed on a drop structure in the waterway.
本発明の一実施形態において、前記堰き止め部材と前記後部堰き止め部材との間に設置された側面部材をさらに備え、前記水車は、前記堰き止め部材と、前記側面部材と、前記後部堰き止め部材とによって包囲されている。 In one embodiment of the present invention, the water turbine further includes a side member installed between the damming member and the rear damming member, and the water turbine is surrounded by the damming member, the side member, and the rear damming member.
本発明は、本発明の水車システムを用いて発電機を作動させることにより電力を発生させることと、発生した電力のうちの少なくとも一部を販売することとを含む、方法も提供する。 The present invention also provides a method that includes generating electrical power by operating a generator using the water turbine system of the present invention and selling at least a portion of the generated electrical power.
本発明によれば、水路を流れる水の量に依存せずに水車を効率的に回転させるための水車システムを提供することができる。 The present invention provides a water turbine system that can efficiently rotate a water turbine regardless of the amount of water flowing through a waterway.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings.
１．水車を効率的に回転させるための水車システムの構成
図１Ａは、水車を効率的に回転させるための水車システム１００の構成を概略的に示す。
1. Configuration of a Water Turbine System for Efficiently Rotating a Water Turbine FIG. 1A shows a schematic configuration of a water turbine system 100 for efficiently rotating a water turbine.
水車システム１００は、水路１０に設置される。水車システム１００は、水路１０に設置された水車２０と、水車１０の上流側に設置された堰き止め部材３０とを備える。 The water turbine system 100 is installed in a waterway 10. The water turbine system 100 includes a water turbine 20 installed in the waterway 10 and a damming member 30 installed upstream of the water turbine 10.
水路１０には、図１の矢印の方向に水が流れる。記載を簡単にするために、水路１０は、その一部のみが示され、水車２０は、単なる円柱として示されている。水路１０は、水が流れる方向に連続し得、水車２０は、複数の羽根を備え得る。 Water flows through the waterway 10 in the direction of the arrow in FIG. 1. For ease of illustration, only a portion of the waterway 10 is shown, and the waterwheel 20 is shown as a simple cylinder. The waterway 10 may be continuous in the direction of water flow, and the waterwheel 20 may have multiple blades.
水路１０は、例えば、農業用水路であるが、水路１０の用途はこれに限定されない。水路１０は、水を流すことができる水路であれば足り、例えば工業用水路等の任意の用途に利用されることができる。 The waterway 10 is, for example, an agricultural waterway, but the use of the waterway 10 is not limited to this. The waterway 10 can be any waterway that can carry water, and can be used for any purpose, such as an industrial waterway.
水車２０は、例えば、水力発電装置用水車であるが、水車２０の用途はこれに限定されない。水車２０は、水の流れのエネルギーを回転エネルギーに変換することができる水車であれば足り、例えば製粉等の任意の用途に利用されることができる。 The water wheel 20 is, for example, a water wheel for a hydroelectric power generation device, but the use of the water wheel 20 is not limited to this. The water wheel 20 can be any water wheel that can convert the energy of the water flow into rotational energy, and can be used for any purpose, such as milling.
水車２０は、どの位置に水を当てるかに依存して、水の流れのエネルギーを回転エネルギーに変換する効率が変化し得る。水車２０には、より良い効率で水の流れのエネルギーを回転エネルギーに変換するために水を当てるべき好適位置が存在する。例えば、水車の中心を通る水平面よりも高い位置から落下した水が水車に当たる場合、好適位置は、水車の中心を原点として水平面から上側に３０度～６０度の位置であり、好ましくは、４５度の位置である。例えば、水平方向に流れる水が水車に当たる場合、好適位置は、水車の中心を原点として水平面から下側に３０度～６０度の位置であり、好ましくは、４５度の位置である。なお、上記角度は好適位置の例示であり、条件に応じて、他の任意の角度の位置が好適位置となり得る。 The efficiency with which the water wheel 20 converts the energy of the water flow into rotational energy can change depending on which position the water hits. There are preferred positions for the water wheel 20 to hit in order to convert the energy of the water flow into rotational energy with greater efficiency. For example, if water that falls from a position higher than the horizontal plane passing through the center of the water wheel hits the water wheel, the preferred position is a position 30 degrees to 60 degrees above the horizontal plane, with the center of the water wheel as the origin, and preferably a position of 45 degrees. For example, if water flowing horizontally hits the water wheel, the preferred position is a position 30 degrees to 60 degrees below the horizontal plane, with the center of the water wheel as the origin, and preferably a position of 45 degrees. Note that the above angles are examples of preferred positions, and any other angle position may be the preferred position depending on the conditions.
水路１０に設置された水車２０の上流側には、堰き止め部材３０が設置されている。堰き止め部材３０は、水路１０を流れる水の少なくとも一部を堰き止め、水路１０を流れる水の少なくとも一部を通過させるように構成されている。堰き止め部材３０は、例えば、図１Ａに示されるような板状の部材であり得る。 A damming member 30 is installed upstream of the water turbine 20 installed in the waterway 10. The damming member 30 is configured to dam at least a portion of the water flowing through the waterway 10 and to allow at least a portion of the water flowing through the waterway 10 to pass through. The damming member 30 may be, for example, a plate-shaped member as shown in FIG. 1A.
図１Ｂは、堰き止め部材３０の上流位置での水路１０の断面図であり、図１Ｃは、図１Ａの水路１０の横断方向中心線から得られた端面図である。図１Ｂでは、水車２０は省略されている。 Figure 1B is a cross-sectional view of the waterway 10 at a location upstream of the damming member 30, and Figure 1C is an end view taken from the transverse centerline of the waterway 10 of Figure 1A. In Figure 1B, the water wheel 20 has been omitted.
図１Ｂに示されるように、堰き止め部材３０は、凹形の形状を有し、水路１０を流れる水の少なくとも一部を通過させるための開口部３４が形成されている。堰き止め部材３０が凹形の形状を有することにより、例えば、堰き止め部材３０を通過する水の流速を速くすることができ、その結果、水車２０の回転が速くなる。これにより、水車２０が水力発電装置用水車である場合には、効率的な発電が可能になる。なお、堰き止め部材３０は、水路１０を流れる水の少なくとも一部を堰き止め、水路１０を流れる水の少なくとも一部を通過させるように構成されている限り、凹形以外の任意の形状（例えば、円形、楕円形、矩形、コ字形、Π字形等）を有し得る。 1B, the damming member 30 has a concave shape and is formed with an opening 34 for passing at least a portion of the water flowing through the waterway 10. The concave shape of the damming member 30 can, for example, increase the flow rate of the water passing through the damming member 30, which results in faster rotation of the waterwheel 20. This enables efficient power generation when the waterwheel 20 is a waterwheel for a hydroelectric power generation device. Note that the damming member 30 can have any shape other than a concave shape (e.g., a circle, an ellipse, a rectangle, a U-shape, a Π-shape, etc.) as long as it is configured to block at least a portion of the water flowing through the waterway 10 and to allow at least a portion of the water flowing through the waterway 10 to pass through.
堰き止め部材３０の開口部３４の左右方向の幅は、任意の幅に形成され得るが、好ましくは、水車２０の幅と同幅に形成される。堰き止め部材３０の開口部３４の幅を水車２０の幅と同幅とすることにより、開口部３４を通過する水を無駄なく水車２０に当てることができ、効率的に水車２０を回転させることができる。水車２０が水力発電装置用水車である場合には、効率的な発電が可能になる。 The width of the opening 34 of the damming member 30 in the left-right direction can be any width, but is preferably the same as the width of the water turbine 20. By making the width of the opening 34 of the damming member 30 the same as the width of the water turbine 20, the water passing through the opening 34 can be directed at the water turbine 20 without waste, allowing the water turbine 20 to rotate efficiently. If the water turbine 20 is a water turbine for a hydroelectric power generation device, efficient power generation is possible.
堰き止め部材３０と水路１０との接合部は、例えば、ゴム等の封止材料によって封止される。これにより、堰き止め部材３０と水路１０との間から水が漏れることを防止する。 The joint between the damming member 30 and the waterway 10 is sealed with a sealing material such as rubber. This prevents water from leaking between the damming member 30 and the waterway 10.
図１Ｃに示されるように、堰き止め部材の下流側には、例えば、鉄骨柱３６が固定され、水路１０にはスロープ３８が設置される。このとき、鉄骨柱３６とスロープ３８とは、鉄骨柱３６の側面とＬ型鉄板３７とを溶接し、Ｌ型鉄板３７とスロープ３８とを溶接することによって接続される。あるいは、鉄骨柱３６とスロープ３８とは、鉄骨柱３６の上面と平板鉄板とを溶接し、Ｌ型鉄板３７とスロープ３８とを溶接することによって接続されるようにしてもよい。なお、スロープ３８は、その断面が任意の形状（例えば、直線状、曲線状、階段状等）であり得るが、好ましくは、曲線状であり得る。スロープ３８は、断面形状が３次元的に変化する形状（例えば、曲面状）であってもよい。曲線状の断面形状は、例えば、円弧形状、楕円弧形状、放物線形状等であり得る。スロープ３８は、断面形状が円弧形状であることが好ましく、水車に沿った円弧形状であることがさらに好ましい。 1C, for example, a steel column 36 is fixed on the downstream side of the dam member, and a slope 38 is installed in the waterway 10. At this time, the steel column 36 and the slope 38 are connected by welding the side of the steel column 36 to an L-shaped iron plate 37, and then welding the L-shaped iron plate 37 to the slope 38. Alternatively, the steel column 36 and the slope 38 may be connected by welding the upper surface of the steel column 36 to a flat iron plate, and then welding the L-shaped iron plate 37 to the slope 38. The slope 38 may have a cross section of any shape (for example, a straight line, a curved line, a stepped line, etc.), but is preferably curved. The slope 38 may have a cross-sectional shape that changes three-dimensionally (for example, a curved surface). The curved cross-sectional shape may be, for example, a circular arc shape, an elliptical arc shape, a parabolic shape, etc. The slope 38 preferably has a cross-sectional shape that is an arc, and more preferably an arc shape that follows the shape of the water turbine.
堰き止め部材３０を通過しようとする水は、堰き止め部材３０によって堰き止められる水の分だけ、開口部３４の方へ押しやられる。従って、堰き止め部材３０を通過する水の水位は、堰き止め部材のない場所の水の水位よりも高くなる。 Water attempting to pass through the damming member 30 is pushed toward the opening 34 by the amount of water blocked by the damming member 30. Therefore, the water level passing through the damming member 30 is higher than the water level in a location where there is no damming member.
堰き止め部材３０に形成された開口部３４は、豊水期に水路１０を水が流れるとき、堰き止め部材３０を通過する水が、水路１０が溢れる前の水位（基準水位Ｈｓ）で堰き止め部材３０を通過するように、大きさを定められている。例えば、堰き止め部材３０を通過する水が、水路１０が溢れる前の水位（基準水位Ｈｓ）で堰き止め部材３０を通過するように、堰き止め部材３０の左右端部分３１、３２の水平方向の幅が適切な幅に定められてもよい。例えば、堰き止め部材３０を通過する水が、水路１０が溢れる前の水位（基準水位Ｈｓ）を保って堰き止め部材３０を通過するように、堰き止め部材３０の中央部分３３の高さが適切な高さに定められてもよい。ここで、基準水位Ｈｓは、例えば、水路１０が溢れる場合の水位をＨｆとしたときの、８０％Ｈｆ≦Ｈｓ＜１００％Ｈｆ、好ましくは、９５％Ｈｆであり得る。 The opening 34 formed in the damming member 30 is sized so that when water flows through the waterway 10 during a flood season, the water passing through the damming member 30 passes through the damming member 30 at the water level before the waterway 10 overflows (reference water level Hs ). For example, the horizontal widths of the left and right end portions 31, 32 of the damming member 30 may be set to appropriate widths so that the water passing through the damming member 30 passes through the damming member 30 at the water level before the waterway 10 overflows (reference water level Hs ). For example, the height of the central portion 33 of the damming member 30 may be set to an appropriate height so that the water passing through the damming member 30 passes through the damming member 30 while maintaining the water level before the waterway 10 overflows (reference water level Hs ). Here, the reference water level Hs can be , for example, 80% Hf ≦ Hs <100% Hf , preferably 95% Hf , where Hf is the water level when the water channel 10 overflows.
堰き止め部材３０は、堰き止め部材３０を通過した水が水車２０を回転させるように、水車２０の上流側に設置される。好ましくは、堰き止め部材３０は、基準水位Ｈｓで堰き止め部材３０を通過した水が水車２０の好適位置に当たることにより水車２０を回転させるように、水車２０の上流側に設置される。これにより、水車２０を効率的に回転させ、水の流れのエネルギーを回転エネルギーに効率的に変換することができる。 The damming member 30 is installed upstream of the water turbine 20 so that the water that has passed through the damming member 30 rotates the water turbine 20. Preferably, the damming member 30 is installed upstream of the water turbine 20 so that the water that has passed through the damming member 30 at the reference water level Hs strikes a suitable position of the water turbine 20, thereby rotating the water turbine 20. This allows the water turbine 20 to rotate efficiently, and the energy of the water flow to be efficiently converted into rotational energy.
渇水期になると、水路１０を流れる水の量が減少する。これに伴い、水路１０を流れる水の水位が下がり、堰き止め部材３０を通過する水の水位も下がる。上述したように、堰き止め部材３０は、堰き止め部材３０を通過した水が水車２０を回転させるように、水車２０の上流側に設置されているため、堰き止め部材３０を通過する水の水位が下がると、堰き止め部材３０を通過した水がもたらす水車２０の回転にも変化が生じる。特に、基準水位Ｈｓで堰き止め部材３０を通過した水が水車２０の好適位置に当たることにより水車２０を回転させるように、堰き止め部材３０が水車２０の上流側に設置されている場合には、堰き止め部材３０を通過する水の水位が下がると、堰き止め部材３０を通過した水が好適位置で水車２０に当たらなくなり、水のエネルギーの変換効率が低下してしまう。 In the dry season, the amount of water flowing through the waterway 10 decreases. Accordingly, the water level of the water flowing through the waterway 10 drops, and the water level of the water passing through the damming member 30 also drops. As described above, the damming member 30 is installed upstream of the waterwheel 20 so that the water passing through the damming member 30 rotates the waterwheel 20. Therefore, when the water level of the water passing through the damming member 30 drops, the rotation of the waterwheel 20 caused by the water passing through the damming member 30 also changes. In particular, when the damming member 30 is installed upstream of the waterwheel 20 so that the water passing through the damming member 30 at the reference water level Hs hits the waterwheel 20 at a suitable position and rotates the waterwheel 20, when the water level of the water passing through the damming member 30 drops, the water passing through the damming member 30 no longer hits the waterwheel 20 at a suitable position, and the efficiency of water energy conversion decreases.
本発明の発明者は、水車システム１００の代替構成として、渇水期に水路１０を流れる水の量が減少した場合であっても、堰き止め部材３０を通過した水による水車２０の回転に影響を及ぼさず、水のエネルギーの変換効率を低下させない水車システム２００を発明した。 The inventors of the present invention have invented a water turbine system 200, as an alternative configuration to the water turbine system 100, which does not affect the rotation of the water turbine 20 caused by the water passing through the damming member 30, even when the amount of water flowing through the waterway 10 decreases during dry periods, and does not reduce the efficiency of water energy conversion.
２．水車を効率的に回転させるための水車システムの代替構成
図２Ａは、水車システム１００の代替構成である水車システム２００の構成を概略的に示し、図２Ｂは、堰き止め部材３０の上流位置での水路１０の断面図であり、図２Ｃは、図２ＢのＡ－Ａ’線から得られたＡ－Ａ’端面図である。図２Ａ～図２Ｃでは、図１に示される要素と同一の要素に同じ参照番号を付し、ここでは説明を省略する。
2. Alternative configuration of water turbine system for efficiently rotating a water turbine Fig. 2A shows a schematic configuration of a water turbine system 200 which is an alternative configuration of the water turbine system 100, Fig. 2B is a cross-sectional view of the water channel 10 at a position upstream of the damming member 30, and Fig. 2C is an AA' end view obtained from the AA' line in Fig. 2B. In Figs. 2A to 2C, the same reference numerals are used to designate the same elements as those shown in Fig. 1, and description thereof will be omitted here.
水車システム２００は、水路１０に設置される。水車システム２００は、水路１０に設置された水車２０と、水車１０の上流側に設置された堰き止め部材３０と、渇水期用堰き止め部材４０、５０とを備える。 The water turbine system 200 is installed in the waterway 10. The water turbine system 200 includes a water turbine 20 installed in the waterway 10, a damming member 30 installed upstream of the water turbine 10, and dry season damming members 40 and 50.
渇水期用堰き止め部材４０、５０は、堰き止め部材３０の中央部分３３の上方に設置者によって設置される。渇水期用堰き止め部材４０、５０は、水路１０を流れる水の少なくとも一部を堰き止めるように構成されている。渇水期用堰き止め部材４０、５０は、例えば、図２Ａに示されるような板状の部材であり得る。 The dry season damming members 40, 50 are installed by an installer above the central portion 33 of the damming member 30. The dry season damming members 40, 50 are configured to dam at least a portion of the water flowing through the waterway 10. The dry season damming members 40, 50 may be, for example, plate-shaped members as shown in FIG. 2A.
渇水期用堰き止め部材４０は、例えば、渇水期用堰き止め部材４０に取り付けられたＬ型金具（図示せず）を介して、堰き止め部材３０に固定された鉄骨柱（図２Ｃには図示せず）にボルト等によって固定される。渇水期用堰き止め部材５０は、渇水期用堰き止め部材５０に取り付けられたＬ型金具（図示せず）を介して、渇水期用堰き止め部材４０に取り付けられたＬ型金具（図示せず）にボルト等によって固定される。渇水期用堰き止め部材４０、５０に取り付けられたＬ型金具は、渇水期用堰き止め部材４０、５０の補強材としても役に立つ。 The dry season damming member 40 is fixed, for example, by bolts or the like to a steel column (not shown in FIG. 2C) fixed to the damming member 30 via an L-shaped metal fitting (not shown) attached to the dry season damming member 40. The dry season damming member 50 is fixed, for example, by bolts or the like to an L-shaped metal fitting (not shown) attached to the dry season damming member 40 via an L-shaped metal fitting (not shown) attached to the dry season damming member 50. The L-shaped metal fittings attached to the dry season damming members 40, 50 also serve as reinforcing materials for the dry season damming members 40, 50.
堰き止め部材３０と渇水期用堰き止め部材４０との接合部、渇水期用堰き止め部材４０と渇水期用堰き止め部材５０との接合部は、図２Ｂおよび図２Ｃに示されるように、重なり合うことにより封止される。代替として、または、これに加えて、堰き止め部材３０と渇水期用堰き止め部材４０との接合部、渇水期用堰き止め部材４０と渇水期用堰き止め部材５０との接合部は、例えばゴム等の封止材料によって封止される。これにより、堰き止め部材３０と渇水期用堰き止め部材４０との間、および、渇水期用堰き止め部材４０と渇水期用堰き止め部材５０との間から水が漏れることを防止する。 The joints between the damming member 30 and the damming member for dry season 40, and the joints between the damming member for dry season 40 and the damming member for dry season 50 are sealed by overlapping as shown in Figures 2B and 2C. Alternatively or in addition, the joints between the damming member 30 and the damming member for dry season 40, and the joints between the damming member for dry season 40 and the damming member for dry season 50 are sealed with a sealing material such as rubber. This prevents water from leaking between the damming member 30 and the damming member for dry season 40, and between the damming member for dry season 40 and the damming member for dry season 50.
渇水期用堰き止め部材４０、５０は、水路１０を流れる水が堰き止められる部分の面積を、堰き止め部材３０単独の場合よりも大きくし、より多くの量の水を堰き止めることを可能にする。堰き止め部材３０を通過しようとする水は、堰き止め部材３０および渇水期用堰き止め部材４０、５０によって堰き止められる水の分だけ、開口部３４の方へ押しやられる。従って、堰き止め部材３０を通過する水の水位は、堰き止め部材のない場所の水の水位よりも高くなる。 The dry season damming members 40, 50 increase the area of the portion where the water flowing through the waterway 10 is dammed up compared to the case where the damming member 30 is used alone, making it possible to dam up a larger amount of water. Water attempting to pass through the damming member 30 is pushed toward the opening 34 by the amount of water that is dammed up by the damming member 30 and the dry season damming members 40, 50. Therefore, the water level passing through the damming member 30 is higher than the water level in a place where there is no damming member.
渇水期用堰き止め部材４０、５０は、堰き止め部材３０を通過する水が基準水位Ｈｓで堰き止め部材３０を通過するように、設置される。設置者は、水路１０を流れる水の量に基づいて、設置すべき渇水期用堰き止め部材４０、５０の大きさまたは個数を決定する。例えば、水路１０を流れる水の量が豊水期よりもわずかに減少した場合、設置者は、堰き止め部材３０単独の場合よりもわずかに多くの量の水を堰き止めることができるように、渇水期用堰き止め部材４０を１枚設置する。例えば、水路１０を流れる水の量が豊水期よりも大幅に減少した場合、設置者は、堰き止め部材３０単独の場合よりも大幅に多くの量の水を堰き止めることができるように、より大きな渇水期用堰き止め部材４０を設置するかまたは、複数の渇水期用堰き止め部材４０、５０を設置する。 The dry season damming members 40, 50 are installed so that water passing through the damming member 30 passes through the damming member 30 at a reference water level Hs . The installer determines the size or number of the dry season damming members 40, 50 to be installed based on the amount of water flowing through the waterway 10. For example, when the amount of water flowing through the waterway 10 is slightly reduced compared to the flood season, the installer installs one dry season damming member 40 so that a slightly larger amount of water can be blocked than when the damming member 30 is used alone. For example, when the amount of water flowing through the waterway 10 is significantly reduced compared to the flood season, the installer installs a larger dry season damming member 40 or installs multiple dry season damming members 40, 50 so that a significantly larger amount of water can be blocked than when the damming member 30 is used alone.
水路１０を流れる水の量に応じた大きさまたは個数の渇水期用堰き止め部材を設置することで、渇水期に水路１０を流れる水の量が減少した場合であっても、堰き止め部材３０を通過する水の水位は基準水位Ｈｓにほぼ一定に保たれる。これにより、渇水期に水路１０を流れる水の量が減少した場合であっても、水車２０の回転に影響を及ぼさず、水のエネルギーの変換効率の低下を回避することができる。なお、本明細書では、「ほぼ一定」は、±１０％の範囲を含む。 By installing drought season damming members of a size or number corresponding to the amount of water flowing through the waterway 10, the water level passing through the damming members 30 is kept almost constant at the reference water level Hs , even if the amount of water flowing through the waterway 10 decreases during dry season. This prevents the rotation of the water turbine 20 from being affected and prevents a decrease in the efficiency of water energy conversion, even if the amount of water flowing through the waterway 10 decreases during dry season. In this specification, "almost constant" includes a range of ±10%.
図２Ａ～図２Ｃに示される水車システム２００では、設置者が適切な渇水期用堰き止め部材４０、５０を設置することによって、渇水期に水路１０を流れる水の量が減少した場合であっても、堰き止め部材３０を通過する水の水位が基準水位Ｈｓにほぼ一定に保たれることを説明したが、設置者の代わりに、装置が渇水期用堰き止め部材を適切に移動させることによって、渇水期に水路１０を流れる水の量が減少した場合であっても、堰き止め部材３０を通過する水の水位が基準水位Ｈｓにほぼ一定に保たれるようにする代替構成も本発明の範囲内である。 In the water turbine system 200 shown in Figures 2A to 2C, it has been explained that the installer can install appropriate dry season damming members 40, 50 so that the water level passing through the damming member 30 can be kept approximately constant at the reference water level Hs even if the amount of water flowing through the waterway 10 decreases during dry seasons. However, an alternative configuration is also within the scope of the present invention in which a device appropriately moves the dry season damming members on behalf of the installer so that the water level passing through the damming member 30 can be kept approximately constant at the reference water level Hs even if the amount of water flowing through the waterway 10 decreases during dry seasons.
図３Ａは、水車システム１００、２００の代替構成である水車システム３００を概略的に示し、図３Ｂは、堰き止め部材３０の上流位置での水路１０の断面図であり、図３Ｃは、図３ＢのＡ－Ａ’線から得られたＡ－Ａ’端面図である。図３Ａ～図３Ｃでは、図１、図２に示される要素と同一の要素に同じ参照番号を付し、ここでは説明を省略する。 Figure 3A shows a schematic diagram of a water turbine system 300, which is an alternative configuration to the water turbine systems 100 and 200, Figure 3B shows a cross-sectional view of the waterway 10 at a position upstream of the damming member 30, and Figure 3C shows an A-A' end view taken from line A-A' in Figure 3B. In Figures 3A to 3C, elements that are the same as those shown in Figures 1 and 2 are given the same reference numbers and will not be described here.
水車システム３００は、水路１０に設置される。水車システム３００は、水路１０に設置された水車２０と、水車１０の上流側に設置された堰き止め部材３０と、スライド部材６０と、水路１０を流れる水の量を検出することが可能な検出手段７０と、スライド部材６０をスライドさせる量を調整する調整手段８０とを備える。 The water turbine system 300 is installed in the waterway 10. The water turbine system 300 includes a water turbine 20 installed in the waterway 10, a damming member 30 installed upstream of the water turbine 10, a sliding member 60, a detection means 70 capable of detecting the amount of water flowing through the waterway 10, and an adjustment means 80 for adjusting the amount by which the sliding member 60 slides.
スライド部材６０は、堰き止め部材３０の中央部分３３の上部に上下方向にスライド可能に取り付けられている。スライド部材６０によるスライドは、段階的であってもよいし、無段階的であってもよい。スライド部材６０は、水路１０を流れる水の少なくとも一部を堰き止めるように構成されている。スライド部材６０は、例えば、図３Ａに示されるような板状の部材であり得る。 The slide member 60 is attached to the upper part of the central portion 33 of the damming member 30 so as to be able to slide up and down. The slide member 60 may slide stepwise or steplessly. The slide member 60 is configured to block at least a portion of the water flowing through the waterway 10. The slide member 60 may be, for example, a plate-shaped member as shown in FIG. 3A.
スライド部材６０は、第１のスライド部材６１と、第２のスライド部材６２とを備え、第１のスライド部材６１は、堰き止め部材３０に上下方向にスライド可能に取り付けられ、第２のスライド部材６２は、第１のスライド部材６１に上下方向にスライド可能に取り付けられている。なお、図３に示される例では、スライド部材６０が２枚のスライド部材６１、６２を備えるように描写されるが、スライド部材６０の数はこれに限定されない。スライド部材６０の数は、１以上の任意の数であり得る。 The slide member 60 comprises a first slide member 61 and a second slide member 62. The first slide member 61 is attached to the damming member 30 so as to be able to slide in the vertical direction, and the second slide member 62 is attached to the first slide member 61 so as to be able to slide in the vertical direction. Note that in the example shown in FIG. 3, the slide member 60 is depicted as comprising two slide members 61, 62, but the number of slide members 60 is not limited to this. The number of slide members 60 can be any number equal to or greater than 1.
スライド部材６０は、堰き止め部材３０に対して上方向にスライドすることにより、水路１０を流れる水が堰き止められる部分の面積を、堰き止め部材３０単独の場合よりも大きくし、より多くの量の水を堰き止めることを可能にする。堰き止め部材３０を通過しようとする水は、堰き止め部材３０およびスライド部材６０よって堰き止められる水の分だけ、開口部３４の方へ押しやられる。従って、堰き止め部材３０を通過する水の水位は、堰き止め部材のない場所の水の水位よりも高くなる。 By sliding upward relative to the damming member 30, the slide member 60 makes the area of the portion where the water flowing through the waterway 10 is dammed larger than when the damming member 30 is used alone, making it possible to dam up a larger amount of water. Water attempting to pass through the damming member 30 is pushed toward the opening 34 by the amount of water that is dammed up by the damming member 30 and the slide member 60. Therefore, the water level passing through the damming member 30 is higher than the water level in a location where there is no damming member.
水車システム３００は、堰き止め部材３０を通過する水が基準水位Ｈｓで堰き止め部材３０を通過するように、水路１０を流れる水を堰き止める面積を調整することができる。水車システム３００は、検出手段７０によって検出された水路１０を流れる水の量に基づいて、調整手段８０を用いて、水路１０を流れる水を堰き止める面積を調整する。例えば、検出手段７０によって検出された水の量が豊水期の水の量よりも減少したことを検出したとき、調整手段８０は、スライド部材６０を上方向にスライドさせて、水路１０を流れる水を堰き止める面積を増加させることにより、より多くの量の水を堰き止めることができるようにする。例えば、水路１０を流れる水の量が渇水期よりも増加したことを検出したとき、調整手段８０は、スライド部材６０を下方向にスライドさせて、水路１０を流れる水を堰き止める面積を減少させることにより、より少ない量の水を堰き止めるように、あるいは、水をもはや堰き止めないようにする。これにより、水の水位が、水路１０が溢れる場合の水位Ｈｆを越えることを防ぐことができる。 The water turbine system 300 can adjust the area of the damming member 30 that blocks the water flowing through the waterway 10 so that the water passing through the damming member 30 passes through the damming member 30 at a reference water level Hs . The water turbine system 300 adjusts the area of the damming member that blocks the water flowing through the waterway 10 using the adjustment means 80 based on the amount of water flowing through the waterway 10 detected by the detection means 70. For example, when it is detected that the amount of water detected by the detection means 70 has decreased compared to the amount of water in a flood season, the adjustment means 80 slides the slide member 60 upward to increase the area of the damming member that blocks the water flowing through the waterway 10, so that a larger amount of water can be dammed. For example, when it is detected that the amount of water flowing through the waterway 10 has increased compared to a dry season, the adjustment means 80 slides the slide member 60 downward to decrease the area of the damming member that blocks the water flowing through the waterway 10, so that a smaller amount of water is dammed, or the water is no longer dammed. This makes it possible to prevent the water level from exceeding the water level Hf at which the water channel 10 overflows.
本発明のシステム３００において、検出手段７０による水路１０を流れる水の量の検出、および、調整手段８０によるスライド部材６０をスライドさせる量の調整が行われるタイミングは問わない。検出手段７０による検出および調整手段８０による調整は、任意のタイミングで行われ得る。例えば、検出手段７０が常に水路１０を流れる水の量の検出し、調整手段８０が常にスライド部材６０をスライドさせる量を調整するようにしてもよい。例えば、周期的（例えば、１分おき、１０分おき、１時間おき、１２時間おき、２４時間おき、１週間おき等）に検出手段７０による検出および調整手段８０による調整を行ってもよい。 In the system 300 of the present invention, the timing of the detection of the amount of water flowing through the waterway 10 by the detection means 70 and the adjustment of the amount by which the sliding member 60 is slid by the adjustment means 80 does not matter. Detection by the detection means 70 and adjustment by the adjustment means 80 can be performed at any timing. For example, the detection means 70 may always detect the amount of water flowing through the waterway 10, and the adjustment means 80 may always adjust the amount by which the sliding member 60 is slid. For example, detection by the detection means 70 and adjustment by the adjustment means 80 may be performed periodically (e.g., every minute, every 10 minutes, every hour, every 12 hours, every 24 hours, every week, etc.).
水路１０を流れる水の量に応じてスライド部材６０を上下方向にスライドさせて、水路１０を流れる水を堰き止める面積を調整することで、渇水期に水路１０を流れる水の量が減少した場合であっても、あるいは、豊水期に水路を流れる水の量が増加した場合であっても、堰き止め部材３０を通過する水の水位はほぼ一定に基準水位Ｈｓに保たれる。これにより、渇水期に水路１０を流れる水の量が減少した場合であっても、あるいは、豊水期に水路を流れる水の量が増加した場合であっても、水車２０の回転に影響を及ぼさず、水のエネルギーの変換効率の低下を自動的に回避することができる。 By adjusting the area for blocking the water flowing through the waterway 10 by sliding the slide member 60 up and down according to the amount of water flowing through the waterway 10, the water level passing through the damming member 30 is kept substantially constant at the reference water level Hs even if the amount of water flowing through the waterway 10 decreases in dry periods or increases in wet periods. This makes it possible to automatically avoid a decrease in the water energy conversion efficiency without affecting the rotation of the waterwheel 20, even if the amount of water flowing through the waterway 10 decreases in dry periods or increases in wet periods.
図４は、本発明の水車システム３００の詳細な構成の一例を示す。 Figure 4 shows an example of a detailed configuration of the water turbine system 300 of the present invention.
上述したとおり、本発明の水車システム３００は、水路に設置された水車２０と、水車２０の上流側に設置された堰き止め部材３０と、少なくとも１つのスライド部材６０と、検出手段７０と、調整手段８０とを備える。 As described above, the water turbine system 300 of the present invention comprises a water turbine 20 installed in a waterway, a damming member 30 installed upstream of the water turbine 20, at least one slide member 60, a detection means 70, and an adjustment means 80.
検出手段７０は、水路１０を流れる水の量を検出することが可能な任意の手段である。検出手段７０は、検出した水の量を表す信号を出力することが可能である。検出手段７０による出力は、調整手段８０に供給される。検出手段７０は、例えば、水位計である。水位計は、水路１０を流れる水の量の指標として、水路１０を流れる水の水位を検出する。 The detection means 70 is any means capable of detecting the amount of water flowing through the waterway 10. The detection means 70 is capable of outputting a signal representative of the amount of water detected. The output by the detection means 70 is provided to the adjustment means 80. The detection means 70 is, for example, a water level gauge. The water level gauge detects the level of the water flowing through the waterway 10 as an indication of the amount of water flowing through the waterway 10.
検出手段７０は、検出手段７０によって検出された水路１０を流れる水の量に基づいて調整手段８０が水路１０を流れる水を堰き止める面積を調整することが可能である限り、水路１０の任意の位置に配置されることができる。検出手段７０は、好ましくは、堰き止め部材３０の近傍に配置される。検出手段７０は、例えば、堰き止め部材３０上に配置されるようにしてもよい。 The detection means 70 can be placed at any position in the waterway 10, so long as the adjustment means 80 can adjust the area that blocks the water flowing through the waterway 10 based on the amount of water flowing through the waterway 10 detected by the detection means 70. The detection means 70 is preferably placed near the damming member 30. The detection means 70 may be placed, for example, on the damming member 30.
調整手段８０は、水路１０を流れる水を堰き止める面積を調整することが可能な任意の手段である。例えば、調整手段８０は、スライド部材６０をスライドさせる量を調整することが可能な手段である。調整手段８０は、例えば、受信部８１と、メモリ部８２と、プロセッサ部８３と、駆動部８４とを備える。 The adjustment means 80 is any means capable of adjusting the area that blocks the water flowing through the waterway 10. For example, the adjustment means 80 is a means capable of adjusting the amount by which the sliding member 60 slides. The adjustment means 80 includes, for example, a receiving unit 81, a memory unit 82, a processor unit 83, and a drive unit 84.
受信部８１は、検出した水の量を表す信号を検出手段７０から受信する。受信部８１は、検出手段７０からの信号を有線で受信してもよいし、無線で受信してもよい。 The receiving unit 81 receives a signal representing the amount of detected water from the detection means 70. The receiving unit 81 may receive the signal from the detection means 70 via a wired connection or wirelessly.
メモリ部８２には、調整手段８０による処理の実行に必要とされるプログラムやそのプログラムの実行に必要とされるデータ等が格納されている。メモリ部８２には、例えば、水路１０の特定の水の量に対応する最適な水の堰き止め面積を記憶したルックアップテーブルが格納されるようにしてもよい。最適な水の堰き止め面積は、例えば、スライド部材６０の最適なスライド量であってもよい。メモリ部８２は、任意の記憶手段によって実装され得る。 The memory unit 82 stores a program required for the adjustment means 80 to execute processing, data required for the execution of the program, and the like. The memory unit 82 may store, for example, a lookup table that stores an optimal water blocking area corresponding to a specific amount of water in the waterway 10. The optimal water blocking area may be, for example, an optimal sliding amount of the sliding member 60. The memory unit 82 may be implemented by any storage means.
プロセッサ部８３は、調整手段８０全体の動作を制御する。プロセッサ部８３は、メモリ部８２に格納されているプログラムを読み出し、そのプログラムを実行し、調整手段８０を所望のステップを実行する装置として機能させることも可能である。 The processor unit 83 controls the overall operation of the adjustment means 80. The processor unit 83 can also read out a program stored in the memory unit 82, execute the program, and cause the adjustment means 80 to function as a device that executes a desired step.
駆動部８４は、スライド部材６０が段階的または無段階的にスライドするようにスライド部材６０を駆動する。駆動部８４は、任意の手段でスライド部材６０を駆動することができる。駆動部８４は、例えばモータの回転力等で機械的にスライド部材６０を駆動するようにしてもよい。駆動部８４は、例えば、電力、磁力、気圧、液圧等でスライド部材６０を駆動するようにしてもよい。 The drive unit 84 drives the slide member 60 so that the slide member 60 slides stepwise or steplessly. The drive unit 84 can drive the slide member 60 by any means. The drive unit 84 may drive the slide member 60 mechanically, for example, by the rotational force of a motor. The drive unit 84 may drive the slide member 60 by, for example, electricity, magnetic force, air pressure, hydraulic pressure, etc.
３．水車システム３００における処理
図５は、本発明の水車システム３００における、水路１０を流れる水の量に依存せずに水車を効率的に回転させるための処理の手順の一例を示す。
3. Processing in the Water Turbine System 300 FIG. 5 shows an example of a processing procedure for efficiently rotating the water turbine, independent of the amount of water flowing through the waterway 10, in the water turbine system 300 of the present invention.
ステップＳ５０１では、検出手段７０が、水路１０を流れる水の量を検出する。検出手段７０は、検出された水の量を表す信号を調整手段８０に出力する。調整手段８０の受信部８１は、検出手段７０から信号を受信する。 In step S501, the detection means 70 detects the amount of water flowing through the waterway 10. The detection means 70 outputs a signal representing the detected amount of water to the adjustment means 80. The receiving unit 81 of the adjustment means 80 receives the signal from the detection means 70.
ステップＳ５０２では、調整手段８０のプロセッサ部８３が、検出された水の量に基づいて、水路１０を流れる水の少なくとも一部を堰き止める面積を決定する。例えば、プロセッサ部８３は、メモリ部８２に格納されたルックアップテーブルを参照することによって、検出された水の量に対応するスライド部材６０の最適なスライド量を決定し、これにより、水路１０を流れる水の少なくとも一部を堰き止める面積を決定してもよい。 In step S502, the processor unit 83 of the adjustment means 80 determines the area for blocking at least a portion of the water flowing through the waterway 10 based on the detected amount of water. For example, the processor unit 83 may refer to a lookup table stored in the memory unit 82 to determine the optimal amount of sliding of the sliding member 60 that corresponds to the detected amount of water, thereby determining the area for blocking at least a portion of the water flowing through the waterway 10.
ステップＳ５０３では、ステップＳ５０２で決定された水路１０を流れる水の少なくとも一部を堰き止める面積となるように、調整手段８０が、水路１０を流れる水の少なくとも一部を堰き止める面積を調整する。これは、例えば、ステップＳ５０２で決定された水路１０を流れる水の少なくとも一部を堰き止める面積となるように、調整手段８０の駆動部８４が、スライド部材６０のスライド量を調整することによって、達成される。 In step S503, the adjustment means 80 adjusts the area that blocks at least a portion of the water flowing through the waterway 10 so that the area is the area that blocks at least a portion of the water flowing through the waterway 10 determined in step S502. This is achieved, for example, by the drive unit 84 of the adjustment means 80 adjusting the amount of sliding of the slide member 60 so that the area is the area that blocks at least a portion of the water flowing through the waterway 10 determined in step S502.
ステップＳ５０１～ステップＳ５０３により、堰き止め部材３０を通過する水の水位はほぼ一定に基準水位Ｈｓに保たれ、水路１０を流れる水の量に依存せずに水車を効率的に回転させることができる。 By performing steps S501 to S503, the water level passing through the damming member 30 is kept substantially constant at the reference water level Hs , and the water turbine can be rotated efficiently regardless of the amount of water flowing through the waterway 10.
図６は、検出手段７０が堰き止め部材３０を通過する水の水位を検出することが可能である場合の、本発明の水車システム３００における、水路１０を流れる水の量に依存せずに水車を効率的に回転させるための処理の手順の一例を示す。検出手段７０が堰き止め部材３０を通過する水の水位を検出することが可能である場合、水車システム３００は、水路１０を流れる水の少なくとも一部を堰き止める面積をフィードバック制御することが可能である。 Figure 6 shows an example of a processing procedure for efficiently rotating the water turbine in the water turbine system 300 of the present invention, independent of the amount of water flowing through the waterway 10, when the detection means 70 is capable of detecting the water level of the water passing through the damming member 30. When the detection means 70 is capable of detecting the water level of the water passing through the damming member 30, the water turbine system 300 is capable of feedback controlling the area that blocks at least a portion of the water flowing through the waterway 10.
ステップＳ６０１では、検出手段７０が、水路１０を流れる水の量として、堰き止め部材３０を通過する水の水位を検出する。検出手段７０は、検出された堰き止め部材３０を通過する水の水位を表す信号を調整手段８０に出力する。調整手段８０の受信部８１は、検出手段７０から信号を受信する。 In step S601, the detection means 70 detects the water level of the water passing through the damming member 30 as the amount of water flowing through the waterway 10. The detection means 70 outputs a signal representing the detected water level of the water passing through the damming member 30 to the adjustment means 80. The receiving unit 81 of the adjustment means 80 receives the signal from the detection means 70.
ステップＳ６０２では、調整手段８０のプロセッサ部８３が、検出された堰き止め部材３０を通過する水の水位が、基準水位Ｈｓよりも大きいか否かを判定する。堰き止め部材３０を通過する水の水位が基準水位Ｈｓよりも大きいと判定された場合は、ステップＳ６０３に進む。堰き止め部材３０を通過する水の水位が基準水位Ｈｓ以下であると判定された場合は、ステップＳ６０４に進む。 In step S602, the processor unit 83 of the adjustment means 80 determines whether the detected water level of the water passing through the damming member 30 is higher than the reference water level Hs . If it is determined that the water level of the water passing through the damming member 30 is higher than the reference water level Hs , the process proceeds to step S603. If it is determined that the water level of the water passing through the damming member 30 is equal to or lower than the reference water level Hs , the process proceeds to step S604.
ステップＳ６０３では、基準水位Ｈｓよりも大きいと判定された堰き止め部材３０を通過する水の水位を下げるために、調整手段８０が、水路１０を流れる水の少なくとも一部を堰き止める面積が小さくなるように、水路１０を流れる水の少なくとも一部を堰き止める面積を調整する。これは、例えば、調整手段８０の駆動部８４が、スライド部材６０を所定の量だけ下方向にスライドさせることによって、達成される。ステップＳ６０３の後、手順は、ステップＳ６０１に戻り、再び堰き止め部材３０を通過する水の水位が検出される。 In step S603, in order to lower the water level passing through the damming member 30 that has been determined to be higher than the reference water level Hs , the adjustment means 80 adjusts the area that blocks at least a portion of the water flowing through the waterway 10 so that the area that blocks at least a portion of the water flowing through the waterway 10 becomes smaller. This is achieved, for example, by the drive unit 84 of the adjustment means 80 sliding the slide member 60 downward by a predetermined amount. After step S603, the procedure returns to step S601, and the water level of the water passing through the damming member 30 is detected again.
ステップＳ６０４では、調整手段８０のプロセッサ部８３が、検出された堰き止め部材３０を通過する水の水位が、基準水位Ｈｓよりも小さいか否かを判定する。堰き止め部材３０を通過する水の水位が基準水位Ｈｓよりも小さいと判定された場合は、ステップＳ６０５に進む。堰き止め部材３０を通過する水の水位が基準水位Ｈｓであると判定された場合は、水路１０を流れる水の少なくとも一部を堰き止める面積を調整する必要はないため、手順は終了する。 In step S604, the processor unit 83 of the adjustment means 80 determines whether the detected water level of the water passing through the damming member 30 is lower than the reference water level Hs . If it is determined that the water level of the water passing through the damming member 30 is lower than the reference water level Hs , the process proceeds to step S605. If it is determined that the water level of the water passing through the damming member 30 is the reference water level Hs , there is no need to adjust the area that blocks at least a portion of the water flowing through the waterway 10, and the procedure ends.
ステップＳ６０５では、基準水位Ｈｓよりも小さいと判定された堰き止め部材３０を通過する水の水位を上げるために、調整手段８０が、水路１０を流れる水の少なくとも一部を堰き止める面積が大きくなるように、水路１０を流れる水の少なくとも一部を堰き止める面積を調整する。これは、例えば、調整手段８０の駆動部８４が、スライド部材６０を所定の量だけ上方向にスライドさせることによって、達成される。ステップＳ６０５の後、手順は、ステップＳ６０１に戻り、再び堰き止め部材３０を通過する水の水位が検出される。 In step S605, in order to raise the water level passing through the damming member 30 that has been determined to be lower than the reference water level Hs , the adjustment means 80 adjusts the area that blocks at least a portion of the water flowing through the waterway 10 so that the area that blocks at least a portion of the water flowing through the waterway 10 becomes larger. This is achieved, for example, by the drive unit 84 of the adjustment means 80 sliding the slide member 60 upward by a predetermined amount. After step S605, the procedure returns to step S601, and the water level of the water passing through the damming member 30 is detected again.
ステップＳ６０１～ステップＳ６０５のフィードバック制御により、堰き止め部材３０を通過する水の水位はほぼ一定に基準水位Ｈｓに保たれ、水路１０を流れる水の量に依存せずに水車を効率的に回転させることができる。 By the feedback control of steps S601 to S605, the water level passing through the damming member 30 is kept almost constant at the reference water level Hs , and the water turbine can be rotated efficiently regardless of the amount of water flowing through the waterway 10.
４．水車を効率的に回転させるための水車システムのさらなる代替構成
上述した例では、スライド部材６０をスライドさせることにより、水路１０を流れる水が堰き止められる部分の面積を調整する例を説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明では、水路１０を流れる水が堰き止められる部分の面積を調整することができる限り、スライド部材６０の代わりに、任意の手段を用いることができる。
4. Further alternative configurations of the water turbine system for efficiently rotating the water turbine In the above example, the area of the portion where the water flowing through the water channel 10 is blocked is adjusted by sliding the slide member 60, but the present invention is not limited to this. In the present invention, any means can be used in place of the slide member 60 as long as the area of the portion where the water flowing through the water channel 10 is blocked can be adjusted.
上述した例では、水路１０を流れる水の量に依存せずに堰き止め部材３０を通過した水が水車２０の好適位置に当たるように、水路１０を流れる水が堰き止め部材３０の位置で堰き止められる部分の面積を調整する例を説明した。これに代えて、水路１０を流れる水の量に依存せずに堰き止め部材３０を通過した水が水車２０の好適位置に当たるように、水車２０の位置を調整することも本発明の範囲内である。例えば、水路１０に段差または傾斜が存在することにより、水路１０の深さが流れ方向に一様ではなく、水車２０が設置される位置での水路１０の深さが堰き止め部材３０が設置される位置での水路１０の深さよりも大きい場合、水車２０の垂直方向位置を調整することができる。例えば、水路１０を流れる水の量が増加すると、堰き止め部材３０を通過する水の水位が上昇するため、水位の上昇に合わせて水車２０の位置も上昇させることにより、堰き止め部材３０を通過した水が水車２０の好適位置に当たるようにすることができる。例えば、水路１０を流れる水の量が減少すると、堰き止め部材３０を通過する水の水位が下降するため、水位の下降に合わせて水車２０の位置も下降させることにより、堰き止め部材３０を通過した水が水車２０の好適位置に当たるようにすることができる。 In the above example, an example was described in which the area of the portion of the water flowing through the waterway 10 that is blocked at the position of the damming member 30 is adjusted so that the water that has passed through the damming member 30 hits the suitable position of the waterwheel 20 regardless of the amount of water flowing through the waterway 10. Alternatively, it is also within the scope of the present invention to adjust the position of the waterwheel 20 so that the water that has passed through the damming member 30 hits the suitable position of the waterwheel 20 regardless of the amount of water flowing through the waterway 10. For example, if the depth of the waterway 10 is not uniform in the flow direction due to the presence of a step or slope in the waterway 10, and the depth of the waterway 10 at the position where the waterwheel 20 is installed is greater than the depth of the waterway 10 at the position where the damming member 30 is installed, the vertical position of the waterwheel 20 can be adjusted. For example, when the amount of water flowing through the waterway 10 increases, the water level passing through the damming member 30 rises, so by raising the position of the waterwheel 20 in accordance with the rise in water level, the water that has passed through the damming member 30 can hit the waterwheel 20 in a suitable position. For example, when the amount of water flowing through the waterway 10 decreases, the water level passing through the damming member 30 drops, so by lowering the position of the waterwheel 20 in accordance with the drop in water level, the water that has passed through the damming member 30 can hit the waterwheel 20 in a suitable position.
上述した水車システムにおいて、水車の下流側に後部堰き止め部材を設置することも本発明の範囲内である。後部堰き止め部材は、後部堰き止め部材の下流側から逆流しようとする水の少なくとも一部を堰き止めるように構成されている部材である。水車の下流側に後部堰き止め部材を設置することにより、水車をさらに効率的に回転させることができるようになる。 In the above-mentioned water turbine system, it is also within the scope of the present invention to install a rear damming member downstream of the water turbine. The rear damming member is a member configured to block at least a portion of the water that attempts to flow back from the downstream side of the rear damming member. By installing the rear damming member downstream of the water turbine, the water turbine can be rotated more efficiently.
図７は、上述した水車システム１００において、水車２０の下流側に後部堰き止め部材９０を設置した場合の、横断方向中心線から得られた端面図である。図７では、図１に示される要素と同一の要素に同じ参照番号を付し、ここでは説明を省略する。なお、図７では、水車システム１００において水車２０の下流側に後部堰き止め部材９０を設置することが説明されるが、上述した水車システム２００、３００でも同様の後部堰き止め部材９０を水車２０の下流側に設置することができる。 Figure 7 is an end view taken from the transverse centerline when a rear damming member 90 is installed downstream of the water turbine 20 in the above-mentioned water turbine system 100. In Figure 7, the same elements as those shown in Figure 1 are given the same reference numbers and will not be described here. Note that Figure 7 illustrates the installation of a rear damming member 90 downstream of the water turbine 20 in the water turbine system 100, but a similar rear damming member 90 can also be installed downstream of the water turbine 20 in the above-mentioned water turbine systems 200 and 300.
後部堰き止め部材９０は、後部堰き止め部材９０の下流側から逆流しようとする水の少なくとも一部を堰き止めるように構成されている。図７に示される例では、後部堰き止め部材９０は、後部堰き止め部材９０の下流側（図７の右側）の水の少なくとも一部が水車２０まで逆流し水車２０の下流側の水位が水車２０まで及ぶことを妨げるように、後部堰き止め部材９０の下流側の水の少なくとも一部を堰き止める。 The rear damming member 90 is configured to block at least a portion of the water that attempts to flow back from the downstream side of the rear damming member 90. In the example shown in FIG. 7, the rear damming member 90 blocks at least a portion of the water downstream of the rear damming member 90 so that at least a portion of the water downstream of the rear damming member 90 (the right side of FIG. 7) does not flow back to the water turbine 20 and the water level downstream of the water turbine 20 does not reach the water turbine 20.
水路１０の水は、絶えず流れている場合であっても、いくらか水位を有している。これは、水車２０の下流側でも同様である。水車２０の下流側で水車２０が水に浸かるほどの水位の場合には、水路１０の水が流れていたとしても、水路１０の水が抵抗となり得、水車２０の回転を阻害してしまう場合があるが、水車２０の下流側に後部堰き止め部材９０を設置することにより、後部堰き止め部材９０の下流側の水の少なくとも一部が水車２０まで逆流し水車２０の下流側の水位が水車２０まで及ぶことを妨げ、水車が水に浸かってしまうことを防止することができる。これにより、水車をさらに効率的に回転させることができる。 Even when the water in the waterway 10 is constantly flowing, it has some water level. This is also true downstream of the waterwheel 20. If the water level downstream of the waterwheel 20 is high enough to submerge the waterwheel 20, the water in the waterway 10 may provide resistance and impede the rotation of the waterwheel 20, even if the water in the waterway 10 is flowing. However, by installing a rear damming member 90 downstream of the waterwheel 20, at least a portion of the water downstream of the rear damming member 90 will flow back to the waterwheel 20, preventing the water level downstream of the waterwheel 20 from reaching the waterwheel 20, and preventing the waterwheel from being submerged in water. This allows the waterwheel to rotate more efficiently.
後部堰き止め部材９０は、例えば、図７に示されるように、その上流側にスロープ状の面を有する。スロープ状の面は、その断面が任意の形状（例えば、直線状、曲線状、階段状等）であり得るが、好ましくは、曲線状であり得る。スロープ状の面は、断面形状が３次元的に変化する形状（例えば、曲面状）であってもよい。曲線状の断面形状は、例えば、円弧形状、楕円弧形状、放物線形状等であり得る。スロープ状の面は、断面形状が円弧形状であることが好ましく、図７に示されるような水車に沿った円弧形状であることがさらに好ましい。 The rear damming member 90 has a sloping surface on its upstream side, for example, as shown in FIG. 7. The sloping surface may have any cross-sectional shape (e.g., linear, curved, stepped, etc.), but is preferably curved. The sloping surface may have a cross-sectional shape that changes three-dimensionally (e.g., curved). The curved cross-sectional shape may be, for example, an arc shape, an elliptical arc shape, a parabolic shape, etc. The sloping surface preferably has a cross-sectional shape that is arc-shaped, and more preferably has an arc shape that follows the shape of a water turbine as shown in FIG. 7.
後部堰き止め部材９０の高さは、後部堰き止め部材９０の下流側の水位以上であることが好ましい。後部堰き止め部材９０の下流側の水が一切水車２０まで逆流しなくなるからである。しかしながら、高すぎる後部堰き止め部材９０は、水車２０が、水路１０を流れる水を下流側に押し出すことを妨げてしまうため、好ましくない。後部堰き止め部材９０の好ましい高さは、例えば、後部堰き止め部材９０の下流側の水位をＨＤとすると、１００％ＨＤ～１２０％ＨＤの範囲内であり得、例えば、１１０％ＨＤであり得る。なお、後部堰き止め部材９０の高さが後部堰き止め部材９０の下流側の水位よりも低い場合（例えば、９０％ＨＤ、８０％ＨＤ、７０％ＨＤ、６０％ＨＤ等）であっても、多少の水が堰き止められるため、後部堰き止め部材９０がない場合と比べて、水車２０が水に浸かる程度を軽減することが可能である。 The height of the rear damming member 90 is preferably equal to or higher than the water level downstream of the rear damming member 90. This is because the water downstream of the rear damming member 90 will not flow back to the water turbine 20 at all. However, a rear damming member 90 that is too high is not preferable because it will prevent the water turbine 20 from pushing the water flowing in the waterway 10 downstream. The preferred height of the rear damming member 90 may be, for example, within the range of 100% H D to 120% H D , and may be, for example, 110% H D , where H D is the water level downstream of the rear damming member 90. Furthermore, even if the height of the rear damming member 90 is lower than the water level downstream of the rear damming member 90 (e.g., 90% HD , 80% HD , 70% HD , 60% HD , etc.), some water is blocked, making it possible to reduce the degree to which the water turbine 20 is submerged in water compared to when the rear damming member 90 is not present.
後部堰き止め部材９０は、例えば、単一の部材で構成されてもよいし、図７に示されるように、複数の部材で構成されてもよい。図７に示される例では、後部堰き止め部材９０が、４つの部材９１、９２、９３、９４で構成される例が示されているが、後部堰き止め部材９０を構成する部材の数は、これに限定されない。後部堰き止め部材９０は、任意の数の部材によって構成され得る。 The rear damming member 90 may be composed of, for example, a single member, or may be composed of multiple members as shown in FIG. 7. In the example shown in FIG. 7, the rear damming member 90 is composed of four members 91, 92, 93, and 94, but the number of members that compose the rear damming member 90 is not limited to this. The rear damming member 90 may be composed of any number of members.
後部堰き止め部材９０が複数の部材で構成される場合には、設置される部材の数を調整することにより、後部堰き止め部材９０の高さを調整することが可能である。例えば、渇水期に水路１０を流れる水の量が減少する場合には、水位の低下に合わせて、設置される部材の数を減らすことにより、後部堰き止め部材９０の高さを低くする。これにより、後部堰き止め部材９０の好ましい高さを達成する。例えば、豊水期に水路１０を流れる水の量が増加する場合には、水位の上昇に合わせて、設置される部材の数を増やすことにより、後部堰き止め部材９０の高さを高くする。これにより、後部堰き止め部材９０の好ましい高さを達成する。後部堰き止め部材９０を構成する複数の部材の各々を低く構成するほど、後部堰き止め部材９０の高さを細かく調整することが可能になる。一実施形態では、後部堰き止め部材９０を構成する複数の部材の各々は、例えば、２００ｍｍの高さを有する箱型部材であり得る。別の実施形態では、後部堰き止め部材９０を構成する複数の部材の各々は、例えば、１００ｍｍの高さを有する箱型部材であり得る。別の実施形態では、後部堰き止め部材９０を構成する複数の部材の各々は、例えば、それぞれ異なる高さを有する部材であり得る。 When the rear damming member 90 is composed of multiple members, it is possible to adjust the height of the rear damming member 90 by adjusting the number of members installed. For example, when the amount of water flowing through the waterway 10 decreases during a dry season, the number of members installed is reduced in accordance with the drop in the water level, thereby lowering the height of the rear damming member 90. This achieves a preferred height of the rear damming member 90. For example, when the amount of water flowing through the waterway 10 increases during a wet season, the number of members installed is increased in accordance with the rise in the water level, thereby increasing the height of the rear damming member 90. This achieves a preferred height of the rear damming member 90. The lower each of the multiple members constituting the rear damming member 90 is configured, the more finely the height of the rear damming member 90 can be adjusted. In one embodiment, each of the multiple members constituting the rear damming member 90 may be a box-shaped member having a height of, for example, 200 mm. In another embodiment, each of the multiple members constituting the rear damming member 90 may be, for example, a box-shaped member having a height of 100 mm. In another embodiment, each of the multiple members constituting the rear damming member 90 may be, for example, a member having a different height.
後部堰き止め部材９０は、水路１０の両壁間にわたって延在するよう設置されてもよいし、水路１０の両壁間の一部に延在するように設置されてもよい。水路１０の両壁間の一部に延在するように設置される場合は、側面部材を設置することが好ましい。側面部材は、堰き止め部材３０と、後部堰き止め部材９０との間で、水車２０の側方に設置される。側面部材は、例えば、板状の部材であり得る。 The rear damming member 90 may be installed so as to extend across both walls of the waterway 10, or so as to extend partially between both walls of the waterway 10. When installed so as to extend partially between both walls of the waterway 10, it is preferable to install a side member. The side member is installed on the side of the water turbine 20, between the damming member 30 and the rear damming member 90. The side member may be, for example, a plate-shaped member.
このとき、水車２０は、堰き止め部材３０と、側面部材と、後部堰き止め部材９０とによって包囲されることになる。側面部材が水車２０の両側に設置される場合には、水車２０は、水車２０の上流側の堰き止め部材３０と、水車２０の両側の側面部材と、水車２０の下流側の後部堰き止め部材９０とによって画定される箱によって包囲され得る。側面部材が水車２０の片側に設置される場合には、水車２０は、水車２０の上流側の堰き止め部材３０と、水車２０の片側の側面部材と、側面部材とは反対側の水路壁と、水車２０の下流側の後部堰き止め部材９０とによって画定される箱によって包囲され得る。水車２０を包囲することにより、水車２０の側方および下流側から水が水車の位置に進入することを防止することがで、水車が水に浸かってしまうことを確実に防止することができる。これにより、水車をさらに効率的に回転させることができる。また、後部堰き止め部材９０が水路１０の両壁間の一部（例えば、両側の側面部材間、または、水路壁と片側の側面部材との間）のみに延在するように、後部堰き止め部材９０の幅を短くすることができるため、本発明の水車システム全体をよりコンパクトにすることができる。 At this time, the water turbine 20 is surrounded by the damming member 30, the side member, and the rear damming member 90. When the side members are installed on both sides of the water turbine 20, the water turbine 20 can be surrounded by a box defined by the damming member 30 on the upstream side of the water turbine 20, the side members on both sides of the water turbine 20, and the rear damming member 90 on the downstream side of the water turbine 20. When the side member is installed on one side of the water turbine 20, the water turbine 20 can be surrounded by a box defined by the damming member 30 on the upstream side of the water turbine 20, the side member on one side of the water turbine 20, the waterway wall opposite the side member, and the rear damming member 90 on the downstream side of the water turbine 20. By surrounding the water turbine 20, water is prevented from entering the water turbine position from the sides and downstream of the water turbine 20, and the water turbine can be reliably prevented from being submerged in water. This allows the water turbine to rotate more efficiently. In addition, the width of the rear damming member 90 can be shortened so that the rear damming member 90 extends only partially between both walls of the waterway 10 (for example, between both side members, or between the waterway wall and one side member), making the entire water turbine system of the present invention more compact.
図８に示されるような落差工を有する水路１０’では、落差工下に水が溜まってしまうため、水車の下流側の水が水車の回転を阻害することが起こりやすい。落差工は、水路において水が流れ落ちるよう段になっている場所であり、流れ落ちる水の勢いで水路を破壊しないように、落差工下の水深ＤＡは、下流の場所の水深ＤＢに比べて深くなっている。ここで、破線Ｗは、仮想の水位を示している。落差工に水車を設置すると、水車の上流側の水位をより高くすることができ、より容易に高い位置から水車に水を当てることができる一方で、深くなった落差工下に水が溜まってしまう。このときも、図７を参照して上述した例と同様に、水車の下流側に後部堰き止め部材を設置することにより、後部堰き止め部材９０の下流側の水が水車まで逆流することを妨げ、水車が水に浸かってしまうことを防止することができる。これにより、水車をさらに効率的に回転させることができる。 In a waterway 10' having a drop structure as shown in FIG. 8, water accumulates under the drop structure, and the water downstream of the waterwheel tends to hinder the rotation of the waterwheel. The drop structure is a step in the waterway where water flows down, and the water depth D A under the drop structure is deeper than the water depth D B downstream so that the force of the water flowing down does not destroy the waterway. Here, the dashed line W indicates a virtual water level. If a waterwheel is installed on the drop structure, the water level on the upstream side of the waterwheel can be made higher, and water can be applied to the waterwheel from a higher position more easily, but water accumulates under the deeper drop structure. In this case, as in the example described above with reference to FIG. 7, by installing a rear damming member on the downstream side of the waterwheel, the water downstream of the rear damming member 90 can be prevented from flowing back to the waterwheel, and the waterwheel can be prevented from being submerged in water. This allows the waterwheel to rotate more efficiently.
図９は、落差工を有する水路１０’の落差工に水車２０を設置し、水車２０の下流側に後部堰き止め部材９０を設置した場合の、横断方向中心線から得られた端面図である。水車２０の上流側には、上述した水車システム１００、２００、３００と同様の堰き止め部材３０およびスロープ３８が設置されている。 Figure 9 is an end view taken from the transverse centerline when a water turbine 20 is installed on a drop structure of a waterway 10' having a drop structure and a rear damming member 90 is installed downstream of the water turbine 20. A damming member 30 and a slope 38 similar to those of the water turbine systems 100, 200, and 300 described above are installed upstream of the water turbine 20.
後部堰き止め部材９０は、後部堰き止め部材９０の下流側から逆流しようとする水の少なくとも一部を堰き止めるように構成されている。図９に示される例では、後部堰き止め部材９０は、後部堰き止め部材９０の下流側（図９の右側）の水の少なくとも一部が水車２０まで逆流することを妨げるように、後部堰き止め部材９０の下流側の水の少なくとも一部を堰き止める。 The rear damming member 90 is configured to block at least a portion of the water that attempts to flow back from the downstream side of the rear damming member 90. In the example shown in FIG. 9, the rear damming member 90 blocks at least a portion of the water downstream of the rear damming member 90 so as to prevent at least a portion of the water downstream of the rear damming member 90 (the right side in FIG. 9) from flowing back to the water turbine 20.
後部堰き止め部材９０は、例えば、図９に示されるように、その上流側にスロープ状の面を有する。スロープ状の面は、その断面が任意の形状（例えば、直線状、曲線状、階段状等）であり得るが、好ましくは、曲線状であり得る。スロープ状の面は、断面形状が３次元的に変化する形状（例えば、曲面状）であってもよい。曲線状の断面形状は、例えば、円弧形状、楕円弧形状、放物線形状等であり得る。スロープ状の面は、断面形状が円弧形状であることが好ましく、図７に示されるような水車に沿った円弧形状であることがさらに好ましい。 The rear damming member 90 has a sloping surface on its upstream side, for example, as shown in FIG. 9. The sloping surface may have any cross-sectional shape (e.g., linear, curved, stepped, etc.), but is preferably curved. The sloping surface may have a cross-sectional shape that changes three-dimensionally (e.g., curved). The curved cross-sectional shape may be, for example, an arc shape, an elliptical arc shape, a parabolic shape, etc. The sloping surface preferably has a cross-sectional shape that is arc-shaped, and more preferably has an arc shape that follows the shape of a water turbine as shown in FIG. 7.
後部堰き止め部材９０の高さは、後部堰き止め部材９０の下流側の水位以上であることが好ましい。後部堰き止め部材９０の下流側の水が一切水車まで逆流しなくなり、水車２０の位置に水が溜まらなくなるからである。しかしながら、高すぎる後部堰き止め部材９０は、水車２０が、水路１０’を流れる水を水車２０下流側に押し出すことを妨げてしまうため、好ましくない。後部堰き止め部材９０の好ましい高さは、例えば、水車２０の下流側の水位をＨＤとすると、１００％ＨＤ～１２０％ＨＤの範囲内であり得、例えば、１１０％ＨＤであり得る。なお、後部堰き止め部材９０の高さが水車２０の下流側の水位よりも低い場合（例えば、９０％ＨＤ、８０％ＨＤ、７０％ＨＤ、６０％ＨＤ等）であっても、多少の水が堰き止められるため、後部堰き止め部材９０がない場合と比べて、水車２０の位置に水が溜まる程度を軽減し、水車２０水に浸かる程度を軽減することが可能である。 The height of the rear damming member 90 is preferably equal to or higher than the water level downstream of the rear damming member 90. This is because no water downstream of the rear damming member 90 flows back to the turbine, and water does not accumulate at the position of the turbine 20. However, a rear damming member 90 that is too high is not preferable because it prevents the turbine 20 from pushing the water flowing in the waterway 10' downstream of the turbine 20. The preferable height of the rear damming member 90 may be, for example, in the range of 100% H D to 120% H D, and may be, for example, 110% H D , where H D is the water level downstream of the turbine 20. Furthermore, even if the height of the rear damming member 90 is lower than the water level downstream of the water turbine 20 (e.g., 90% HD , 80% HD , 70% HD , 60% HD , etc.), some water is blocked, so it is possible to reduce the amount of water that accumulates at the position of the water turbine 20 and reduce the amount of water submerged in the water, compared to when the rear damming member 90 is not present.
後部堰き止め部材９０は、例えば、単一の部材で構成されてもよいし、図９に示されるように、複数の部材で構成されてもよい。図９に示される例では、後部堰き止め部材９０が、４つの部材９１、９２、９３、９４で構成される例が示されているが、後部堰き止め部材９０を構成する部材の数は、これに限定されない。後部堰き止め部材９０は、任意の数の部材によって構成され得る。 The rear damming member 90 may be composed of, for example, a single member, or may be composed of multiple members as shown in FIG. 9. In the example shown in FIG. 9, the rear damming member 90 is composed of four members 91, 92, 93, and 94, but the number of members that compose the rear damming member 90 is not limited to this. The rear damming member 90 may be composed of any number of members.
後部堰き止め部材９０が複数の部材で構成される場合には、設置される部材の数を調整することにより、後部堰き止め部材９０の高さを調整することが可能である。例えば、渇水期に水路１０’を流れる水の量が減少する場合には、水位の低下に合わせて、設置される部材の数を減らすことにより、後部堰き止め部材９０の高さを低くする。これにより、後部堰き止め部材９０の好ましい高さを達成する。例えば、豊水期に水路１０’を流れる水の量が増加する場合には、水位の上昇に合わせて、設置される部材の数を増やすことにより、後部堰き止め部材９０の高さを高くする。これにより、後部堰き止め部材９０の好ましい高さを達成する。後部堰き止め部材９０を構成する複数の部材の各々を低く構成するほど、後部堰き止め部材９０の高さを細かく調整することが可能になる。一実施形態では、後部堰き止め部材９０を構成する複数の部材の各々は、例えば、２００ｍｍの高さを有する箱型部材であり得る。別の実施形態では、後部堰き止め部材９０を構成する複数の部材の各々は、例えば、１００ｍｍの高さを有する箱型部材であり得る。別の実施形態では、後部堰き止め部材９０を構成する複数の部材の各々は、例えば、それぞれ異なる高さを有する部材であり得る。 When the rear damming member 90 is composed of multiple members, it is possible to adjust the height of the rear damming member 90 by adjusting the number of members installed. For example, when the amount of water flowing through the waterway 10' decreases during a dry season, the number of members installed is reduced in accordance with the drop in the water level, thereby lowering the height of the rear damming member 90. This achieves a preferred height of the rear damming member 90. For example, when the amount of water flowing through the waterway 10' increases during a wet season, the number of members installed is increased in accordance with the rise in the water level, thereby increasing the height of the rear damming member 90. This achieves a preferred height of the rear damming member 90. The lower each of the multiple members constituting the rear damming member 90 is configured, the more finely the height of the rear damming member 90 can be adjusted. In one embodiment, each of the multiple members constituting the rear damming member 90 may be a box-shaped member having a height of, for example, 200 mm. In another embodiment, each of the multiple members constituting the rear damming member 90 may be, for example, a box-shaped member having a height of 100 mm. In another embodiment, each of the multiple members constituting the rear damming member 90 may be, for example, a member having a different height.
後部堰き止め部材９０は、水路１０’の両壁間にわたって延在するよう設置されてもよいし、水路１０’の両壁間の一部に延在するように設置されてもよい。水路１０’の両壁間の一部に延在するように設置される場合は、上述した側面部材を、堰き止め部材３０と、後部堰き止め部材９０との間で、水車２０の側方に設置することが好ましい。 The rear damming member 90 may be installed so as to extend across both walls of the waterway 10', or so as to extend partially between both walls of the waterway 10'. When installed so as to extend partially between both walls of the waterway 10', it is preferable to install the above-mentioned side member on the side of the water turbine 20 between the damming member 30 and the rear damming member 90.
なお、上述した例では、堰き止め部材３０を備える水車システム１００、２００、３００が後部堰き止め部材９０を備え得ることを説明したが、堰き止め部材３０を備えない水車システムにおいて、後部堰き止め部材９０を備えることもまた、本発明の範囲内である。 In the above example, it has been explained that the water turbine systems 100, 200, and 300 equipped with the damming member 30 may be equipped with the rear damming member 90, but it is also within the scope of the present invention to equip a rear damming member 90 in a water turbine system that does not have the damming member 30.
従来の水車を設置する際には、効率的に水車を回転させるための落差を有する水路を新設したり、既存の水路に落差を付けるための工事をしたりする必要がある。これに対し、本発明の水車システムは、例えば水車設置を目的としていない既存の水路であっても、水路に負担をかけることなく設置することができる。本発明の水車システムでは、水車の上流側に堰き止め部材を設置するだけで、効率的に水車を回転させることが可能であり、効率的に水車を回転させるための落差を付けるよう水路自体を工事する必要がないからである。また、水路の外側に基礎を設置し、基礎に支持された水車を水路に沈めることにより水車を設置するようにすることでも、水路自体の工事が不要となる。本発明の水車システムは、水路自体の工事が不要であり、かつ、水路の水を止めることなく設置することができるため、設置のための負担およびコストを低減することができる。 When installing a conventional waterwheel, it is necessary to construct a new waterway with a head to rotate the waterwheel efficiently, or to carry out construction to add a head to an existing waterway. In contrast, the waterwheel system of the present invention can be installed without placing a burden on the waterway, even in an existing waterway that is not intended for the installation of a waterwheel. With the waterwheel system of the present invention, the waterwheel can be rotated efficiently just by installing a dam member upstream of the waterwheel, and there is no need to construct the waterway itself to create a head to rotate the waterwheel efficiently. In addition, construction of the waterway itself is also unnecessary if a foundation is installed outside the waterway and the waterwheel supported by the foundation is submerged in the waterway to install the waterwheel. The waterwheel system of the present invention does not require construction of the waterway itself, and can be installed without stopping the water in the waterway, reducing the burden and cost of installation.
このような本発明の水車システムは、例えば、発電および売電のビジネスに用いることができる。 Such a water turbine system of the present invention can be used, for example, in the business of generating and selling electricity.
水車システムの水車に発電機を接続し、水車の回転エネルギーで発電機を作動させることにより、電力を発生させることができる。発生した電力は、消費者に販売される。販売の態様は問わない。例えば、発生した電力は、水車システムに接続された送電網を通じて、変電所に送電され、適切な電圧に変圧された後に消費者に配電されてもよい。例えば、発生した電力は、水車システムに接続された配電網を通じて直接消費者に配電されてもよい。例えば、発生した電力は、水車システムに接続された蓄電システムに蓄積され、蓄積された電力が消費者に配送されてもよい。 Electricity can be generated by connecting a generator to the water turbine of the water turbine system and operating the generator with the rotational energy of the water turbine. The generated electricity is sold to consumers. The manner of sale is not important. For example, the generated electricity may be transmitted to a substation through a power transmission grid connected to the water turbine system, transformed to an appropriate voltage, and then distributed to consumers. For example, the generated electricity may be distributed directly to consumers through a power distribution grid connected to the water turbine system. For example, the generated electricity may be stored in a power storage system connected to the water turbine system, and the stored electricity may be distributed to consumers.
代替として、発生した電力は、例えば、消費者に販売されずに、水車システムが設置されている現場で消費されるようにしてもよい。 Alternatively, the generated electricity may be consumed at the site where the turbine system is installed, for example, rather than being sold to consumers.
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。 The present invention is not limited to the above-described embodiments. It is understood that the scope of the present invention should be interpreted only by the claims. It is understood that a person skilled in the art can implement an equivalent scope based on the description of the present invention and common technical knowledge from the description of the specific preferred embodiments of the present invention.
本発明は、水路を流れる水の量に依存せずに水車を効率的に回転させるための水車システムを提供するものとして有用である。 The present invention is useful for providing a water turbine system that efficiently rotates a water turbine regardless of the amount of water flowing through a waterway.
１０、１０’ 水路
２０ 水車
３０ 堰き止め部材
４０、５０ 渇水期用堰き止め部材
６０ スライド部材
７０ 検出手段
８０ 調整手段
９０ 後部堰き止め部材
１００、２００、３００ 水車システム
10, 10' Waterway 20 Waterwheel 30 Damming member 40, 50 Dry season damming member 60 Slide member 70 Detection means 80 Adjustment means 90 Rear damming member 100, 200, 300 Waterwheel system
Claims (10)
前記水路に設置され、位置が固定された水車と、
前記水車の上流側で前記水路に設置された堰き止め部材であって、前記堰き止め部材は、前記水路を流れる水の少なくとも一部を堰き止め、前記水路を流れる水の少なくとも一部を押しやって通過させるように構成されており、前記堰き止め部材は、前記水路を流れる水の少なくとも一部を押しやって通過させるための開口部を備え、前記堰き止め部材は、前記開口部を通過した水が前記水車を回転させるように配置されており、前記堰き止め部材は、前記水路を流れる水の少なくとも一部を堰き止める面積が調整されることが可能なように構成されている、堰き止め部材と、
前記水路を流れる水の量を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された水の量に応じて、前記水路を流れる水の少なくとも一部を堰き止める面積を調整する調整手段と
を備え、前記調整手段は、前記堰き止め部材を通過する水の水位をほぼ一定に保つために、前記水路を流れる水の量が少なくなるにつれて前記水路を流れる水の少なくとも一部を堰き止める面積が大きくなり、かつ、前記開口部の面積が小さくなるように、前記水路を流れる水の少なくとも一部を堰き止める面積を調整する、水車システム。 A water turbine system installed on a waterway, comprising:
A water wheel installed in the waterway and fixed in position;
a damming member installed in the waterway upstream of the water turbine, the damming member configured to dam at least a portion of the water flowing in the waterway and to push at least a portion of the water flowing in the waterway through an opening, the damming member disposed so that water passing through the opening rotates the water turbine, and the damming member configured so that an area for damming at least a portion of the water flowing in the waterway can be adjusted;
A detection means for detecting the amount of water flowing through the waterway;
and an adjustment means for adjusting the area blocking at least a portion of the water flowing through the water channel in accordance with the amount of water detected by the detection means, wherein the adjustment means adjusts the area blocking at least a portion of the water flowing through the water channel so that as the amount of water flowing through the water channel decreases, the area blocking at least a portion of the water flowing through the water channel becomes larger and the area of the opening becomes smaller , in order to keep the water level passing through the damming member approximately constant.
前記調整手段は、前記スライド部材をスライドさせる量を調整することにより、前記水路を流れる水の少なくとも一部を堰き止める面積を調整する、請求項１～３のいずれか一項に記載の水車システム。 The damming member includes at least one slide member that is slidable relative to the damming member,
The water turbine system according to any one of claims 1 to 3 , wherein the adjustment means adjusts an area for blocking at least a portion of the water flowing through the waterway by adjusting an amount by which the sliding member is slid.
発生した電力のうちの少なくとも一部を販売することと
を含む、方法。 generating electric power by operating a generator using the water turbine system according to any one of claims 1 to 9 ;
and selling at least a portion of the generated electricity.
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