水力発電設備
Ｓ字形の管として形成される水路（４０）であって第１、第２および第３の部分（１００、２００、３００）を有する水路（４０）を備えた水力発電設備が提供される。この水路（４０）は、第１部分（１００）において第１の直径（４００）および第１の中心線（４１０）と、第３部分（３００）において第２の直径（５００）および第２の中心線（５１０）とを有する。この第１および第２中心線の間には、距離（６００）が設けられる。この水力発電設備は、さらに、第１部分（１００）におけるタービン翼（１０）と、軸（２０）を介してこのタービン翼（１０）に連結される第３部分（３００）における発電機（３０）とを有する。水路（４０）は、発電機（３０）の領域において、基本的に鋼製である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水力発電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の水力発電設備が知られている。
【０００３】
Ｓ字形の管形状を有する既知の水力発電設備の一例が図１に示されている。この場合、水路４０は、第１、第２および第３部分１００、２００、３００を有するようにＳ字形に形成することが可能である。さらに、第１および第３部分１００、３００はほぼ直線に形成でき、かつ、その第１および第２部分は互いに離して配置される。第２部分２００は、第１部分１００を第３部分３００に連結する役割を果たす。第１部分の領域には、タービン翼１０を備えた回転ホイールを設けることができる。タービン翼１０は、軸２０を介して発電機３０に連結できる。水路４０を流れる水流によって、タービン翼１０が駆動され、この回転運動が、発電機３０において電気エネルギーに変換される。発電機３０は、通常、コンクリート製の基礎５０の上に設置される。
【０００４】
先行技術として、引用文献１、引用文献２、引用文献３および引用文献４が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】仏国特許出願公開第２５５０８２６号明細書
【特許文献２】米国特許第４３１９１４２号明細書
【特許文献３】米国特許第１８５９２１５号明細書
【特許文献４】特開昭６０−００８４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、効率が改善された水力発電設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、請求項１による水力発電設備によって達成される。
【０００８】
すなわち、Ｓ字形の管として形成される水路であって、第１、第２および第３の部分を有する水路を備えた水力発電設備が提供される。この水路は、第１部分において第１の直径および第１の中心線と、第３部分において第２の直径および第２の中心線とを有する。第１および第２の中心線の間には距離が設けられる。この水力発電設備は、さらに、第１部分におけるタービン翼と、軸を介してこのタービン翼に連結される第３部分における発電機とを備えている。水路は、発電機の領域において、基本的に鋼からなる。
【０００９】
本発明の一態様によれば、第２部分の長さの、第１および第２中心線の間の距離に対する比が、２〜４、好ましくは３である。
【００１０】
本発明の別の態様によれば、発電機用の基礎が、第３部分における水路の天井部分の領域に設けられる。この水路の天井部分は例えば鋼構造として形成できる。
【００１１】
本発明のさらに別の態様によれば、基礎が、第３部分における水路内の水力学的荷重を除去し得るように形成される。
【００１２】
本発明のまたさらに別の態様によれば、第１または第３部分に、第１および第２の拡開部分が設けられる。
【００１３】
本発明は、通常、回転ホイール翼の前後の状況のみが観察されているに過ぎないという認識に基づいている。この場合は、水路並びに吸い込み管内で発生する損失が等閑にされるということになる可能性がある。特に、第３部分の形態は、吸い込み管内で生じる水力学的荷重が除去されるように構成されるべきである。このため、第３部分における水路の天井部分はそれに対応するように形成しなければならない。しかし、第３部分における水路の天井部分の形態は、吸い込み管もしくは水路の第２部分の勾配にも影響する。第３部分における水路の天井部分の形態を改善することによって、第２部分における必要な勾配を低減することが可能である。これは、特に、水力学的荷重を除去するために鋼材を使用することによって実現できる。これによって、勾配を低減し、曲がり部の半径を大きくし、水路４０内の流れの特性を有利なものにすることができる。
【００１４】
本発明のさらに別の実施形態は従属請求項の対象である。
【００１５】
次に、本発明の実施形態および利点を、図面に関連付けて詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】先行技術による水力発電設備の概略図である。
【図２】第１実施形態による水力発電設備の概略図である。
【図３】第２実施形態による水力発電設備の概略平面図である。
【図４】第２実施形態による水力発電設備の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図２は、第１実施形態による水力発電設備の概略図を示す。この水力発電設備は、第１、第２および第３部分１００、２００、３００を有する。水路４０は、ほぼＳ字形の管として形成され、第１、第２および第３部分１００、２００、３００を通って延びている。水路４０は、第１部分１００において、ほぼ直線に形成され、かつ第１直径４００および第１中心線４１０を有する。第３部分３００において、水路は、同様にほぼ直線に形成され、かつ第２直径５００および第２中心線５１０を有する。第２部分２００は第１部分１００を第３部分３００に連結する。第１および第２の中心線４１０、５１０は、第１距離６００だけ互いに離して配置される。
【００１８】
第１部分１００の領域に、タービン翼１０を備えた回転ホイールが設けられる。発電機３０は、第３部分３００の領域において基礎５０上に配置される。回転ホイール１０は軸２０を介して発電機３０に連結される。
【００１９】
オプションとして、第１および／または第３部分１００、３００に、水路の第１または第２拡開部分８００、９００を設けることができる。第２部分２００は中心線２２０を有することができる。この中心線２２０は勾配αを有することができ、αは、１０°〜３０°の間、特に１８°〜２２°の間にすることができる。αは、好ましくは２１°とすることができる。
【００２０】
第１部分１００には圧力領域が、回転ホイール１０の背後の部分には水路の吸い込み領域が設けられる。
【００２１】
この場合、第１、第２および第３領域１００、２００、３００は、特に、流れが水路の壁面から離れないように形成される。この第１実施形態による水路４０の形態によって、第２部分２００を先行技術より長く形成できる。
【００２２】
第３部分における水路４０の天井部分４１は、発生する水力学的荷重を吸収し得るように形成される。天井部分４１は、例えば、水力学的荷重を除去するための鋼材を有することができる。天井部分４１、もしくは発電機３０の下部の水路４０の領域部分は、オプションとしての鋼材、特に特殊鋼を有する。特殊鋼は、特に、水に接触する表面用として用いられる。従って、水路４０は、基本的にコンクリート製として形成できるが、発電機３０の下部の領域は（特殊）鋼製とするのである。
【００２３】
第１実施形態によれば、発電機３０は、基礎５０としての鋼製の軌条または鋼製架台の上に配置できる。この基礎５０は水路の天井部分４１と組み合わせることができる。この鋼製架台は、水路の水力学的荷重を吸収するのに役立つ。
【００２４】
発電機３０は、歯車伝動装置なしに、軸２０もしくは回転ホイール翼に連結することが望ましい。これによって、駆動系における損失を少なくすると共に、高速回転する構造部品を避けることができる。この方式は、必要な保守コストと油性の運転材料の使用とが僅かなものになるので特に有利である。回転ホイール１０は、いわゆるアップウィンドロータとして形成できるがそれが望ましい。これによって、最適な流れの条件が可能になる。案内翼を支持構造として形成できるので、導水路内の組み込み部分の個数が最小化される。水力発電設備のこの形態によって、特に水路４０の形態によって、方向転換部分の半径が小さくなることを回避でき、その結果、タービンにおける落差の損失が最小化される。
【００２５】
図３は、第２実施形態による水力発電設備の平面図を示す。この水力発電設備は、１つの水路４０を含む第１、第２および第３部分１００、２００、３００を有する。さらに、水路４０内には、タービン翼１０と、それに結合される軸とが設けられる。水路４０の外側においては、発電機３０が基礎５０の上に設けられる。
【００２６】
図４は、第２実施形態による水力発電設備の概略図を示す。この水力発電設備は第１、第２および第３部分１００、２００、３００を有する。水路４０がほぼＳ字形の管として形成され、第１、第２および第３部分１００、２００、３００を通って延びている。水路４０は、第１部分１００において、ほぼ直線に形成され、かつ第１直径４００および第１中心線４１０を有する。第３部分３００において、水路は、同様にほぼ直線に形成され、かつ第２直径５００および第２中心線５１０を有する。第２部分２００は第１部分１００を第３部分３００に連結する。第１および第２の中心線４１０、５１０は、第１距離６００だけ互いに離して配置される。
【００２７】
第１部分１００の領域に、タービン翼１０を備えた回転ホイールが設けられる。発電機３０は、第３部分３００の領域において基礎５０上に配置される。回転ホイール１０は軸２０を介して発電機３０に連結される。
【００２８】
オプションとして、第１および／または第３部分１００、３００に、水路の第１または第２拡開部分８００、９００を設けることができる。第２部分２００は中心線２２０を有することができる。この中心線２２０は勾配αを有することができ、αは、１０°〜３０°の間、特に１８°〜２２°の間にすることができる。αは、好ましくは２１°とすることができる。
【００２９】
第１および第２直径４００、５００は、４ｍ〜６ｍの間、好ましくは４．５０ｍ〜５ｍの間、特に４．８ｍとすることができる。第２部分２００の長さ７００は、１５ｍ〜２１ｍの間、好ましくは１８ｍとすることができる。２つの中心線４１０、５１０の間の距離６００は、４ｍ〜８ｍの間、好ましくは６ｍとすることができる。
【００３０】
第２部分２００の長さ７００の、第１および第２中心線４１０、５１０の間の距離に対する比は、２〜４の間、好ましくは３である。
【００３１】
本発明の１つの実施形態によれば、第１および第２直径４００、５００と、第２部分２００の長さ７００との間の比を、０．１５〜０．３５、特に０．２６７とすることができる。本発明のさらに別の態様によれば、第１または第２直径４００、５００の角度αに対する比を、０．２〜０．３の間、特に０．２２９とすることができる。
【００３２】
Ｓ字形の管または水路の本発明による形態によって、第１および第２部分の間、並びに第２および第３部分の間のバランスの取れた移行が実現できる。これは、水路内における渦の生成を低減できるので、特に有利である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水力発電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の水力発電設備が知られている。
【０００３】
Ｓ字形の管形状を有する既知の水力発電設備の一例が図１に示されている。この場合、水路４０は、第１、第２および第３部分１００、２００、３００を有するようにＳ字形に形成することが可能である。さらに、第１および第３部分１００、３００はほぼ直線に形成でき、かつ、その第１および第２部分は互いに離して配置される。第２部分２００は、第１部分１００を第３部分３００に連結する役割を果たす。第１部分の領域には、タービン翼１０を備えた回転ホイールを設けることができる。タービン翼１０は、軸２０を介して発電機３０に連結できる。水路４０を流れる水流によって、タービン翼１０が駆動され、この回転運動が、発電機３０において電気エネルギーに変換される。発電機３０は、通常、コンクリート製の基礎５０の上に設置される。
【０００４】
先行技術として、引用文献１、引用文献２、引用文献３および引用文献４が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】仏国特許出願公開第２５５０８２６号明細書
【特許文献２】米国特許第４３１９１４２号明細書
【特許文献３】米国特許第１８５９２１５号明細書
【特許文献４】特開昭６０−００８４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、効率が改善された水力発電設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、請求項１による水力発電設備によって達成される。
【０００８】
すなわち、Ｓ字形の管として形成される水路であって、第１、第２および第３の部分を有する水路を備えた水力発電設備が提供される。この水路は、第１部分において第１の直径および第１の中心線と、第３部分において第２の直径および第２の中心線とを有する。第１および第２の中心線の間には距離が設けられる。この水力発電設備は、さらに、第１部分におけるタービン翼と、軸を介してこのタービン翼に連結される第３部分における発電機とを備えている。水路は、発電機の領域において、基本的に鋼からなる。
【０００９】
本発明の一態様によれば、第２部分の長さの、第１および第２中心線の間の距離に対する比が、２〜４、好ましくは３である。
【００１０】
本発明の別の態様によれば、発電機用の基礎が、第３部分における水路の天井部分の領域に設けられる。この水路の天井部分は例えば鋼構造として形成できる。
【００１１】
本発明のさらに別の態様によれば、基礎が、第３部分における水路内の水力学的荷重を除去し得るように形成される。
【００１２】
本発明のまたさらに別の態様によれば、第１または第３部分に、第１および第２の拡開部分が設けられる。
【００１３】
本発明は、通常、回転ホイール翼の前後の状況のみが観察されているに過ぎないという認識に基づいている。この場合は、水路並びに吸い込み管内で発生する損失が等閑にされるということになる可能性がある。特に、第３部分の形態は、吸い込み管内で生じる水力学的荷重が除去されるように構成されるべきである。このため、第３部分における水路の天井部分はそれに対応するように形成しなければならない。しかし、第３部分における水路の天井部分の形態は、吸い込み管もしくは水路の第２部分の勾配にも影響する。第３部分における水路の天井部分の形態を改善することによって、第２部分における必要な勾配を低減することが可能である。これは、特に、水力学的荷重を除去するために鋼材を使用することによって実現できる。これによって、勾配を低減し、曲がり部の半径を大きくし、水路４０内の流れの特性を有利なものにすることができる。
【００１４】
本発明のさらに別の実施形態は従属請求項の対象である。
【００１５】
次に、本発明の実施形態および利点を、図面に関連付けて詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】先行技術による水力発電設備の概略図である。
【図２】第１実施形態による水力発電設備の概略図である。
【図３】第２実施形態による水力発電設備の概略平面図である。
【図４】第２実施形態による水力発電設備の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図２は、第１実施形態による水力発電設備の概略図を示す。この水力発電設備は、第１、第２および第３部分１００、２００、３００を有する。水路４０は、ほぼＳ字形の管として形成され、第１、第２および第３部分１００、２００、３００を通って延びている。水路４０は、第１部分１００において、ほぼ直線に形成され、かつ第１直径４００および第１中心線４１０を有する。第３部分３００において、水路は、同様にほぼ直線に形成され、かつ第２直径５００および第２中心線５１０を有する。第２部分２００は第１部分１００を第３部分３００に連結する。第１および第２の中心線４１０、５１０は、第１距離６００だけ互いに離して配置される。
【００１８】
第１部分１００の領域に、タービン翼１０を備えた回転ホイールが設けられる。発電機３０は、第３部分３００の領域において基礎５０上に配置される。回転ホイール１０は軸２０を介して発電機３０に連結される。
【００１９】
オプションとして、第１および／または第３部分１００、３００に、水路の第１または第２拡開部分８００、９００を設けることができる。第２部分２００は中心線２２０を有することができる。この中心線２２０は勾配αを有することができ、αは、１０°〜３０°の間、特に１８°〜２２°の間にすることができる。αは、好ましくは２１°とすることができる。
【００２０】
第１部分１００には圧力領域が、回転ホイール１０の背後の部分には水路の吸い込み領域が設けられる。
【００２１】
この場合、第１、第２および第３領域１００、２００、３００は、特に、流れが水路の壁面から離れないように形成される。この第１実施形態による水路４０の形態によって、第２部分２００を先行技術より長く形成できる。
【００２２】
第３部分における水路４０の天井部分４１は、発生する水力学的荷重を吸収し得るように形成される。天井部分４１は、例えば、水力学的荷重を除去するための鋼材を有することができる。天井部分４１、もしくは発電機３０の下部の水路４０の領域部分は、オプションとしての鋼材、特に特殊鋼を有する。特殊鋼は、特に、水に接触する表面用として用いられる。従って、水路４０は、基本的にコンクリート製として形成できるが、発電機３０の下部の領域は（特殊）鋼製とするのである。
【００２３】
第１実施形態によれば、発電機３０は、基礎５０としての鋼製の軌条または鋼製架台の上に配置できる。この基礎５０は水路の天井部分４１と組み合わせることができる。この鋼製架台は、水路の水力学的荷重を吸収するのに役立つ。
【００２４】
発電機３０は、歯車伝動装置なしに、軸２０もしくは回転ホイール翼に連結することが望ましい。これによって、駆動系における損失を少なくすると共に、高速回転する構造部品を避けることができる。この方式は、必要な保守コストと油性の運転材料の使用とが僅かなものになるので特に有利である。回転ホイール１０は、いわゆるアップウィンドロータとして形成できるがそれが望ましい。これによって、最適な流れの条件が可能になる。案内翼を支持構造として形成できるので、導水路内の組み込み部分の個数が最小化される。水力発電設備のこの形態によって、特に水路４０の形態によって、方向転換部分の半径が小さくなることを回避でき、その結果、タービンにおける落差の損失が最小化される。
【００２５】
図３は、第２実施形態による水力発電設備の平面図を示す。この水力発電設備は、１つの水路４０を含む第１、第２および第３部分１００、２００、３００を有する。さらに、水路４０内には、タービン翼１０と、それに結合される軸とが設けられる。水路４０の外側においては、発電機３０が基礎５０の上に設けられる。
【００２６】
図４は、第２実施形態による水力発電設備の概略図を示す。この水力発電設備は第１、第２および第３部分１００、２００、３００を有する。水路４０がほぼＳ字形の管として形成され、第１、第２および第３部分１００、２００、３００を通って延びている。水路４０は、第１部分１００において、ほぼ直線に形成され、かつ第１直径４００および第１中心線４１０を有する。第３部分３００において、水路は、同様にほぼ直線に形成され、かつ第２直径５００および第２中心線５１０を有する。第２部分２００は第１部分１００を第３部分３００に連結する。第１および第２の中心線４１０、５１０は、第１距離６００だけ互いに離して配置される。
【００２７】
第１部分１００の領域に、タービン翼１０を備えた回転ホイールが設けられる。発電機３０は、第３部分３００の領域において基礎５０上に配置される。回転ホイール１０は軸２０を介して発電機３０に連結される。
【００２８】
オプションとして、第１および／または第３部分１００、３００に、水路の第１または第２拡開部分８００、９００を設けることができる。第２部分２００は中心線２２０を有することができる。この中心線２２０は勾配αを有することができ、αは、１０°〜３０°の間、特に１８°〜２２°の間にすることができる。αは、好ましくは２１°とすることができる。
【００２９】
第１および第２直径４００、５００は、４ｍ〜６ｍの間、好ましくは４．５０ｍ〜５ｍの間、特に４．８ｍとすることができる。第２部分２００の長さ７００は、１５ｍ〜２１ｍの間、好ましくは１８ｍとすることができる。２つの中心線４１０、５１０の間の距離６００は、４ｍ〜８ｍの間、好ましくは６ｍとすることができる。
【００３０】
第２部分２００の長さ７００の、第１および第２中心線４１０、５１０の間の距離に対する比は、２〜４の間、好ましくは３である。
【００３１】
本発明の１つの実施形態によれば、第１および第２直径４００、５００と、第２部分２００の長さ７００との間の比を、０．１５〜０．３５、特に０．２６７とすることができる。本発明のさらに別の態様によれば、第１または第２直径４００、５００の角度αに対する比を、０．２〜０．３の間、特に０．２２９とすることができる。
【００３２】
Ｓ字形の管または水路の本発明による形態によって、第１および第２部分の間、並びに第２および第３部分の間のバランスの取れた移行が実現できる。これは、水路内における渦の生成を低減できるので、特に有利である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓ字形の管として形成される水路（４０）であり、第１、第２および第３の部分（１００、２００、３００）を有する水路（４０）であって、この水路（４０）は、第１部分（１００）において第１の直径（４００）および第１の中心線（４１０）と、第３部分（３００）において第２の直径（５００）および第２の中心線（５１０）とを有し、その場合、この第１および第２中心線の間に距離（６００）が設けられる水路（４０）と、
前記第１部分（１００）におけるタービン翼（１０）、および、軸（２０）を介してこのタービン翼（１０）に連結される前記第３部分（３００）における発電機（３０）と、
を備えた水力発電設備であって、
前記水路（４０）が、前記第３部分（３００）における発電機（３０）の領域において、基本的に鋼製である、水力発電設備。
【請求項２】
前記第２部分（２００）の長さ（７００）の、前記第１および第２中心線（４１０、５１０）の間の距離（６００）に対する比が２〜４である、請求項１に記載の水力発電設備。
【請求項３】
前記長さ（７００）と前記距離（６００）との間の比が３である、請求項１または２に記載の水力発電設備。
【請求項４】
前記発電機（３０）用の基礎（５０）が、前記第３部分（３００）における水路（４０）の天井部分（４１）の領域に設けられ、かつ、基本的に鋼構造として形成される、請求項１、２または３に記載の水力発電設備。
【請求項５】
前記基礎（５０）が、前記第３部分（３００）における水路（４０）内の水力学的荷重を除去し得るように形成される、請求項４に記載の水力発電設備。
【請求項６】
前記第１および／または第３部分（１００、３００）に、第１および／または第２拡開部分（８００、９００）を備えた、請求項１〜５のいずれか一項に記載の水力発電設備。
【請求項１】
Ｓ字形の管として形成される水路（４０）であり、第１、第２および第３の部分（１００、２００、３００）を有する水路（４０）であって、この水路（４０）は、第１部分（１００）において第１の直径（４００）および第１の中心線（４１０）と、第３部分（３００）において第２の直径（５００）および第２の中心線（５１０）とを有し、その場合、この第１および第２中心線の間に距離（６００）が設けられる水路（４０）と、
前記第１部分（１００）におけるタービン翼（１０）、および、軸（２０）を介してこのタービン翼（１０）に連結される前記第３部分（３００）における発電機（３０）と、
を備えた水力発電設備であって、
前記水路（４０）が、前記第３部分（３００）における発電機（３０）の領域において、基本的に鋼製である、水力発電設備。
【請求項２】
前記第２部分（２００）の長さ（７００）の、前記第１および第２中心線（４１０、５１０）の間の距離（６００）に対する比が２〜４である、請求項１に記載の水力発電設備。
【請求項３】
前記長さ（７００）と前記距離（６００）との間の比が３である、請求項１または２に記載の水力発電設備。
【請求項４】
前記発電機（３０）用の基礎（５０）が、前記第３部分（３００）における水路（４０）の天井部分（４１）の領域に設けられ、かつ、基本的に鋼構造として形成される、請求項１、２または３に記載の水力発電設備。
【請求項５】
前記基礎（５０）が、前記第３部分（３００）における水路（４０）内の水力学的荷重を除去し得るように形成される、請求項４に記載の水力発電設備。
【請求項６】
前記第１および／または第３部分（１００、３００）に、第１および／または第２拡開部分（８００、９００）を備えた、請求項１〜５のいずれか一項に記載の水力発電設備。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公表番号】特表２０１２−５０２２１５（Ｐ２０１２−５０２２１５Ａ）
【公表日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５２５５０６（Ｐ２０１１−５２５５０６）
【出願日】平成２１年８月２４日（２００９．８．２４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００９／０６０８８８
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０２６０７２
【国際公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【出願人】（５０００１７９４４）アロイス・ヴォベン (107)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２４日（２００９．８．２４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００９／０６０８８８
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０２６０７２
【国際公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【出願人】（５０００１７９４４）アロイス・ヴォベン (107)
【Ｆターム（参考）】
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