JP2002089428A - 水力発電システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 身近に存在する水の位置エネルギーを利用し
て発電を行うことができる水力発電システムを提供する
こと。 【解決手段】 開閉バルブ４および５をそれぞれ閉状態
にした後に、導水バルブ９を開状態にし、ポンプ６を動
作させて、フレキシブルパイプ１内を水で満たす。フレ
キシブルパイプ１内が水で満たされた後に、導水バルブ
９を閉状態にし、ポンプ６の動作を停止する。次に、開
閉バルブ４を開状態にし、その後に開閉バルブ５を開状
態にする。これにより、サイホンの作用が生じ、フレキ
シブルパイプ１内で取水口から排水口に向かう水流が生
じる。この水流が変換装置２によって回転運動に変換さ
れ、変換装置２によって得られた回転運動に基づいて、
発電機３により発電が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、身近に存在する河川や貯水池等の水が有して
いる位置エネルギーを利用して発電を行う水力発電シス
テムに関する。

【０００１】

【従来の技術】電気エネルギーは、現代の文明社会にと
って重要なインフラストラクチャーの１つであり、その
消費量は、年々増加する傾向にある。これまでは、電気
エネルギーを得る手段として、火力発電、原子力発電、
水力発電などが主に利用されてきた。

【０００２】現時点で最も依存度が高いのは、エネルギ
ー源として石油、石炭などの化石燃料を用いる火力発電
である。しかし、化石燃料は有限の資源であり、将来的
に枯渇すると予測されることから、長期的な展望は望め
ない。また、これら化石燃料をエネルギー源とした場合
には、二酸化炭素の排出による地球温暖化の増進など、
環境への悪影響も問題となる。

【０００３】原子力発電は、二酸化炭素等を排出しない
理想的なエネルギー生産方式と考えられていたが、ひと
たび事故が発生した場合には重大な被害をもたらすとい
う危険性がある。これまでにも、原子力発電施設におけ
る重大事故が幾度か発生し、その度に環境や人命に関し
て重大な被害をもたらしてきたことから、大衆の原子力
発電に対するアレルギーは根強い。

【０００４】また、水力発電は、エネルギー源としての
水流を得るために大量の水を貯蔵する必要があり、この
ために大規模なダムの建設を必要とする。しかし、ダム
建設に伴う環境への悪影響や、ダム底に沈んでしまうこ
ととなる地域の住民に対する補償問題など、ダムの建設
には大きな難関がある。また、国土の狭い日本のような
国では、新規にダムを建設することのできる余地がほと
んどない。

【０００５】このように、従来の火力発電、原子力発
電、水力発電は、それぞれに各種の問題を抱えており、
現状以上の発展があまり望めない状況であることから、
これらに代わるものとして、近年、太陽光発電や風力発
電などが注目されている。太陽光発電や風力発電は、太
陽光や風力といった、いわゆるクリーンエネルギーをエ
ネルギー源として用いていることから地球環境に悪影響
を及ぼしにくいという利点があり、その発展が期待され
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た太陽光発電や風力発電などの発電方式は、従来からの
火力発電や原子力発電などに変わって安定に電力供給を
行うためには、解決しなければならない基本的な問題が
大きい。

【０００７】例えば、太陽光発電は、原理的に夜間は発
電を行うことができず、また昼間であっても天候に左右
され、悪天候時には発電を行うことができないため、発
電施設の稼働率を考えると大きなハンディがあり、電力
供給の安定性も低い。また、エネルギー源の確保にコス
トがかからない利点があるものの、太陽光発電に用いる
太陽電池自体が高価であり、結局、発電コストが高いと
いう問題もある。さらに、年々進む大気汚染の影響から
大気中での太陽光の透過率も低下する傾向にあり、この
ため、太陽光を電力に変換する際の変換効率も低下する
ことが懸念される。

【０００８】また、風力発電は、風がどこでも吹くこと
から身近なエネルギー源と考えられがちだが、効率良く
発電を行うためには大型の風車が必要であることから、
災害等によって風力発電の施設が倒壊した場合などを考
えると、市街地に発電施設を建設することは安全性の面
から困難である。また、風車の回転により発生する風切
り音が大きく騒音となってしまうため、この点からも風
力発電の発電施設を市街地に建設するのは難しい。ま
た、効率良く安定した発電を行うためには、常時強い風
が吹く場所に発電施設を建設する必要があるが、商業ベ
ースで採算の取れる発電を行うことを考えると、この要
求を満たして安定に電力を供給し得る地域は極めて少な
い。

【０００９】ところで、水力発電について注目してみる
と、上述したように大規模なダムを建設して、そこから
の水流を利用するという非常に特殊な方法であると考え
がちである。しかし、我々の身の回りにおいても、河
川、小川、農業用水路など水の流れや、これらの水を貯
めた貯水池などが存在しており、それらの水は位置エネ
ルギーを有している。水は空気よりも遙かに密度の高い
流体であるから、風力などと比較してそのエネルギー源
としての利用価値が大きいという特徴がある。したがっ
て、適当な落差をもつ導水路を用意すれば、身近に存在
する水の位置エネルギーを利用した発電を行うことが可
能であると考えられる。しかしながら、身近に存在する
水の位置エネルギーを積極的に利用した水力発電は、こ
れまでに行われていなかった。

【００１０】本発明は、このような点に鑑みて創作され
たものであり、その目的は、身近に存在する水の位置エ
ネルギーを利用して発電を行うことができる水力発電シ
ステムを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明の水力発電システムは、吸い上げ管によ
って高所の水を低所に導き、このとき生じる水の流れを
変換装置によって回転運動に変換し、この回転運動を利
用して発電機により発電を行っている。吸い上げ管を用
いることで、いわゆるサイホンの作用を生じさせて高所
から低所へと水を導くことができるので、身近に存在す
る貯水池等の水が有する位置エネルギーを利用して、小
規模な施設で発電を行うことができる。

【００１２】また、上述した吸い上げ管を形状が変形自
在なパイプ部材によって形成することが望ましい。これ
により、水の存在する場所およびその周囲の状況に臨機
応変に対応して、取水口や排水口の位置等、吸い上げ管
の設置状態を調整して発電を行うことができる。

【００１３】また、上述した変換装置は、反動水車を含
んで構成することが望ましい。身近に存在する水を利用
する場合には、吸い上げ管の取水口の水位と排水口の水
位の差、すなわち落差をそれほど大きくとれない場合が
多いと考えられるが、このような場合には、反動水車を
採用することにより、水流を効率よく回転運動に変換し
て発電を行うことができる。

【００１４】また、上述した変換装置は、衝動水車を含
んで構成するようにしてもよい。水の落差を大きくとれ
る場合には、衝動水車を採用することにより、水流を効
率よく回転運動に変換して発電を行うことができる。ま
た、衝動水車を含んで構成される変換装置を用いる場合
に、上述した吸い上げ管の先端に、横断面積を減少させ
ることにより形成された噴射部材を取り付けておいて、
この噴射部材から噴射された水流によって衝動水車を回
転させることが望ましい。このような噴射部材を用いる
ことにより、水流の速度を増加させることができるの
で、より多く衝動水車を回転させることができ、発電効
率を向上させることができる。

【００１５】また、吸い上げ管の両端に設けられた開閉
バルブと、吸い上げ管の内部に水を満たすポンプとを備
え、ポンプを動作させて吸い上げ管の内部を水で満たし
た後に開閉バルブを開状態にすることが望ましい。ポン
プを用いて吸い上げ管の内部を水で満たした後に開閉バ
ルブを開状態とすることで、サイホンの作用を容易に生
じさることができる。したがって、高所から低所へと向
かう水の流れを容易に得ることができる。

【００１６】また、吸い上げ管の上部近傍に設けられた
空気抜き機構を備えることが望ましい。これにより、吸
い上げ管の内部を水で満たす際に、元々吸い上げ管の内
部に存在していた空気を確実に外部へ排出することがで
きる。また、吸い上げ管の上部近傍に設けられた水位検
出センサを備えることが望ましい。これにより、吸い上
げ管の内部が十分に水で満たされたか否かを容易かつ確
実に判断することができる。

【００１７】また、水位検出センサは、吸い上げ管の内
部に導入された水に浮くフロート部材を有しており、こ
のフロート部材により、吸い上げ管の上部であって空気
抜き機構に連通する開口部を、吸い上げ管の内部が水で
満たされたときに閉塞することが望ましい。水に浮くフ
ロート部材を用いることにより、簡単な構成で吸い上げ
管の内部の水位を検出することができる。また、フロー
ト部材を用いて空気抜き機構に連通する開口部を閉塞す
るにより、吸い上げ管の内部が水で満たされた後に空気
抜き機構を通して空気が進入するすることを防ぐことが
できる。特に、水位を検出するためのフロート部材を流
用して開口部を閉塞しているので、構造を簡略化するこ
とができるという利点がある。

【００１８】また、水位検出センサによって吸い上げ管
の内部が水で満たされていることを検出したときにポン
プの動作を停止させるポンプ駆動装置を備えることが望
ましい。これにより、吸い上げ管の内部が水で満たされ
たタイミングで自動的にポンプの動作が停止するので、
ポンプの動作を手動で停止させる場合に比べて操作性を
向上させることができる。また、吸い上げ管の内部が水
で満たされている状態でポンプが動作し続けることがな
くなるので、ポンプの故障や吸い上げ管等の破損を防ぐ
ことができる。

【００１９】また、電力を供給することにより上述した
発電機を電動機として動作させる発電機駆動装置をさら
に備えておいて、発電機によって反動水車を回転させる
ことにより、吸い上げ管の内部に負圧を発生させ、吸い
上げ管の内部に水を導入するようにしてもよい。この場
合には、ポンプや開閉バルブなどが不要となり、水力発
電システム全体の構成を簡略化することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した一実施形
態の水力発電システムについて、図面を参照しながら説
明する。 〔第１の実施形態〕図１は、第１の実施形態の水力発電
システムの構成を示す図である。同図に示す水力発電シ
ステムは、フレキシブルパイプ１、変換装置２、発電機
３、開閉バルブ４、５、ポンプ６、ホース７、ポンプ駆
動装置８、導水バルブ９、水位検出センサ１０、空気抜
き機構１２を含んで構成されている。

【００２１】フレキシブルパイプ１は、その形状を自在
に変形可能なパイプ部材であり、例えば、図１に示すよ
うに略Ｓ字状に形成されている。このフレキシブルパイ
プ１が吸い上げ管に対応しており、フレキシブルパイプ
１の一方の口（以下、「取水口」と称する）を貯水池９
０に浸水させて、他方の口（以下、「排水口」と称す
る）を取水口よりも低い位置に配置し、フレキシブルパ
イプ１内に水を満たすことにより、いわゆるサイホンの
作用（以下、「サイホン作用」と呼ぶ）を生じさせて、
高所（取水口）から低所（排水口）へと水を導くことが
できる。なお、サイホン作用を生じさせる際の動作手順
の詳細については後述する。

【００２２】変換装置２は、フレキシブルパイプ１の排
水口近傍の所定位置に設置されており、内部に備えてい
るプロペラ水車２０により、フレキシブルパイプ１内に
生じる水流を回転運動に変換する。なお、変換装置２に
備える水車は、基本的には反動水車に分類されるもので
あればよく、上述したプロペラ水車２０以外にも、フラ
ンシス水車等の水車を採用することもできる。発電機３
は、変換装置２によって得られる回転運動を利用して発
電を行う。

【００２３】開閉バルブ４、５は、開閉自在な弁であ
り、フレキシブルパイプ１の両端に設けられている。具
体的には、開閉バルブ４は、フレキシブルパイプ１の取
水口に設けられており、開閉バルブ５は、フレキシブル
パイプ１の排水口に設けられている。これらの開閉バル
ブ４、５を閉状態とすることにより、フレキシブルパイ
プ１の内部を密閉状態にすることができる。

【００２４】ポンプ６は、発電動作の開始前に、フレキ
シブルパイプ１内を水で満たすために用いられるもので
あり、貯水池９０から吸引した水をホース７を介してフ
レキシブルパイプ１の内部へ送り出す。ポンプ駆動装置
８は、図示しないバッテリ等の電源から電力を得てポン
プ６を駆動する。

【００２５】導水バルブ９は、開閉自在な弁であり、図
１に示すように、ホース７とフレキシブルパイプ１との
接続位置に設けられている。この導水バルブ９は、ポン
プ６によって水の吸引動作が行われる際に開状態とさ
れ、それ以外の場合には閉状態とされる。

【００２６】水位検出センサ１０は、所定の連結部材を
介して連結されたフロート部材１１を備えており、この
フロート部材１１の上下方向の位置の変動に基づいてフ
レキシブルパイプ１内の水位を検出し、水位が最高位と
なった場合に所定の検出音を出力する。また、水位が最
高位となった場合に、水位検出センサ１０は、ポンプ駆
動装置８にその旨を通知する信号を出力する。この通知
を受け取った場合には、ポンプ駆動装置８は、ポンプ６
の駆動を停止する。

【００２７】フロート部材１１は、水に浮く材料を用い
て形成されており、フレキシブルパイプ１の内部であっ
て、上下方向の最高位置近傍の所定位置に設置されてい
る。このフロート部材１１は、フレキシブルパイプ１内
の水位の変動に応じてその上下方向の位置が変動し、フ
レキシブルパイプ１内がほぼ水で満たされるとその上下
方向の位置が可動範囲内でほぼ上限まで達するようにな
っている。

【００２８】空気抜き機構１２は、フレキシブルパイプ
１内を水で満たす際に、元々フレキシブルパイプ１内に
あった空気を外部へ排出するための機構である。また、
この空気抜き機構１２を利用して、上述したフロート部
材１１と水位検出センサ１０を連結するための連結部材
が通されている。

【００２９】また、フレキシブルパイプ１内がほぼ水で
満たされた場合に、空気抜き機構１２とフレキシブルパ
イプ１の上部を連通する開口部１３は、フロート部材１
１によって塞がれるようになっている。これにより、フ
レキシブルパイプ１の内部が水で満たされた後にこの開
口部１３を通して空気が吸入されることを防ぐことがで
きる。

【００３０】本実施形態の水力発電システムはこのよう
な構成を有しており、次にその動作を説明する。上述し
たように、本実施形態の水力発電システムは、サイホン
作用を利用して高所にある貯水池９０の水を低所へと導
き、このときに生じる水流を利用して発電を行ってい
る。

【００３１】初めに、発電開始時の準備作業について説
明する。図２は、第１の実施形態における発電開始時の
準備作業について説明する図である。以下、準備作業の
手順を順に説明する。 （１）開閉バルブ４および５をそれぞれ閉状態にする。 （２）導水バルブ９を開状態にする。 （３）ポンプ駆動装置８によりポンプ６を駆動し、フレ
キシブルパイプ１内に水を導く。これにより、図２に示
すようにフレキシブルパイプ１内が水で満たされてい
く。この際に、図２に示すように、フレキシブルパイプ
１内の空気は、空気抜き機構１２を通って外部に排出さ
れる。 （４）フレキシブルパイプ１内の水位がほぼ最高位とな
ると、フロート部材１１が水に浮くことによって開口部
１３が塞がれる。また、水位検出センサ１０から所定の
検出音が出力されるとともに、ポンプ駆動装置８による
ポンプ６の駆動動作が停止する。 （５）導水バルブ９を閉状態にする。

【００３２】以上の手順により、フレキシブルパイプ１
内が水で満たされ、発電開始時の準備作業が完了する。
次に、上述した発電開始時の準備作業が完了した後に行
われる発電動作について説明する。図３は、第１の実施
形態における発電動作について説明する図である。以
下、発電動作の手順を順に説明する。 （１）開閉バルブ４を開状態にし、その後に開閉バルブ
５を開状態にする。 （２）開閉バルブ４および５を開状態とすることで、サ
イホン作用によって、フレキシブルパイプ１内において
取水口から排水口に向かう水流が生じる。 （３）フレキシブルパイプ１内の水流が変換装置２によ
って回転運動に変換される。 （４）変換装置２によって得られた回転運動によって発
電機３が駆動されて発電が行われる。

【００３３】このように、第１の実施形態の水力発電シ
ステムは、フレキシブルパイプ１を用いて、高所にある
貯水池９０の水を低所へと導き、このときに生じる水流
を利用して発電を行っているので、身近に存在する水の
位置エネルギーを利用して、小規模な施設で発電を行う
ことができる。特に、本実施形態では、反動水車に属す
るプロペラ水車２０を採用しているので、フレキシブル
パイプ１の取水口の水位と排水口の水位の差、すわなち
水流の落差をそれほど大きく取れない場合であっても、
発電を行うことができる。具体的には、プロペラ水車２
０を採用した場合には、数ｍ程度の落差が確保できれば
発電が可能である。

【００３４】なお、本実施形態（後述する第２、第３の
実施形態も同様）では、貯水池９０から水を取得してい
たが、水を取得する場所は貯水池に限定されるものでな
く、例えば、河川等から取得してもよい。 〔第２の実施形態〕ところで、上述した第１の実施形態
では、サイホン作用を生じさせるための準備作業として
フレキシブルパイプ１内を水で満たす際には、ポンプ６
等を用いてフレキシブルパイプ１内に水を導いていた
が、フレキシブルパイプ１の内部に負圧を発生させるこ
とにより、取水口からフレキシブルパイプ１内に水を導
いて、サイホン作用を生じさせるようにしてもよい。

【００３５】図４は、第２の実施形態の水力発電システ
ムの構成を示す図である。同図に示す水力発電システム
は、フレキシブルパイプ１、変換装置２ａ、発電機３
ａ、発電機駆動装置１４を含んで構成されている。な
お、図４では、上述した図１等に示した第１の実施形態
における水力発電システムと同じ構成要素については同
じ符号が付されており、これらの構成要素については詳
細な説明を省略する。

【００３６】変換装置２ａは、上述した第１の実施形態
における変換装置２と同様に、フレキシブルパイプ１の
排水口近傍の所定位置に設置されており、内部に備えて
いるプロペラ形ポンプ水車２１により、フレキシブルパ
イプ１内の水流を回転運動に変換する。また、本実施形
態におけるプロペラ形ポンプ水車２１は、発電時と同方
向に回転させることによりポンプ機能を実現できるよう
な構造を有している。なお、変換装置２ａに備えるポン
プ水車は、上述したプロペラ形ポンプ水車２１以外に
も、フランシス形等のポンプ水車を採用してもよい。

【００３７】発電機３ａは、変換装置２ａによって得ら
れる回転運動を利用して発電を行う。また、発電機３ａ
は、電力を供給することにより回転運動を生じる電動機
としての機能を兼ね備えている。本実施形態では、この
発電機３ａを電動機として動作させた場合に生じる駆動
力が上述したプロペラ形ポンプ水車２１に伝達され、プ
ロペラ形ポンプ水車２１が発電時と同方向に回転するよ
うに構成されている。

【００３８】発電機駆動装置１４は、発電機３ａを電動
機として動作させる場合に駆動電力を発電機３ａに供給
する。本実施形態の水力発電システムはこのような構成
を有しており、次にその動作を説明する。図５は、第２
の実施形態における発電動作について説明する図であ
る。以下、発電動作の手順を順に説明する。 （１）発電機駆動装置１４により、発電機３ａを電動機
として動作させ、変換装置２ａ内のプロペラ形ポンプ水
車２１を回転させる。 （２）プロペラ形ポンプ水車２１が回転することによ
り、ポンプ機能が実現され、フレキシブルパイプ１の内
部、具体的には、変換装置２ａから取水口近傍までの間
の空気が吸引されて排水口から排出される。これによ
り、フレキシブルパイプ１内に負圧が発生する。 （３）フレキシブルパイプ１内が負圧となることによ
り、取水口から水が吸引され、図５に示すように、取水
口から排水口へと向かう水流が生じる。 （４）フレキシブルパイプ１内がほぼ水で満たされる
と、サイホン作用が生じて、取水口から排水口へと向か
う水流が生じている状態が維持される。 （５）水流が生じたら、発電機３ａの電動機としての動
作を停止し、発電機として動作させる。 （６）フレキシブルパイプ１内の水流が変換装置２ａに
よって回転運動に変換される。 （７）変換装置２ａによって得られた回転運動に基づい
て、発電機３ａにより発電が行われる。なお。発電時の
動作状態については、上述した図３に示す第１の実施形
態の場合と同様である。

【００３９】このように、第２の実施形態の水力発電シ
ステムでは、電動機としての機能を兼ね備えた発電機３
ａを発電機駆動装置１４により駆動してプロペラ形ポン
プ水車２１を回転させることにより、フレキシブルパイ
プ１の内部に負圧を発生させてフレキシブルパイプ１内
に水を導入しているので、上述した第１の実施形態と比
べて、ポンプ６、ホース７、ポンプ駆動装置８、導水バ
ルブ９が不要となり、水力発電システム全体の構成を簡
略化することができる。

【００４０】〔第３の実施形態〕ところで、上述した第
１の実施形態では、プロペラ水車２０等の反動水車を採
用した変換装置２を用いて水流を回転運動に変換してい
たが、ペルトン水車等の衝動水車を採用してもよい。

【００４１】図６は、第３の実施形態の水力発電システ
ムの構成を示す図である。同図に示す水力発電システム
は、フレキシブルパイプ１、変換装置２ｂ、発電機３、
開閉バルブ４、５、ポンプ６、ホース７、ポンプ駆動装
置８、導水バルブ９、水位検出センサ１０、空気抜き機
構１２、噴射部材１５を含んで構成されている。なお、
図６では、上述した図１等に示した第１の実施形態にお
ける水力発電システムと同じ構成要素については同じ符
号が付されており、これらの構成要素については詳細な
説明を省略する。

【００４２】フレキシブルパイプ１は、上述したように
その形状を自在に変形可能なパイプ部材であり、本実施
形態では、図６に示すように略Ｕ字状に形成されてい
る。変換装置２ｂは、開閉バルブ５に接続された噴射部
材１５の近傍の所定位置に設置されており、内部に備え
ているペルトン水車２２によって、噴射部材１５から噴
射される水の衝撃力を回転運動に変換する。なお、変換
装置２ｂに備える水車は、基本的には衝動水車に分類さ
れるものであればよく、上述したペルトン水車２２以外
の水車を採用してもよい。

【００４３】噴射部材１５は、フレキシブルパイプ１の
排水口に設置された開閉バルブ５と接続されており、フ
レキシブルパイプ１から排出される水の速度を増加させ
て変換装置２ｂ内のペルトン水車２２に設けられている
パケットに向けて噴射する。この噴射部材１５は、一方
の口から他方の口へ向かって横断面積を減少させるよう
に形成されており、これにより、水の速度を増加させる
ことができる。

【００４４】本実施形態の水力発電システムはこのよう
な構成を有しており、次にその動作を説明する。本実施
形態の水力発電システムの動作は、基本的には、上述し
た第１の実施形態で説明した水力発電システムの動作と
同様であるため、ここでは簡略化して説明を行う。

【００４５】図７は、第３の実施形態における発電開始
時の準備作業について説明する図である。同図に示すよ
うに、第１の実施形態の場合と同様な手順で、開閉バル
ブ４および５をそれぞれ閉状態にし、ポンプ６によりフ
レキシブルパイプ１内に水を導いてフレキシブルパイプ
１内をほぼ水で満たすことにより、発電開始時の準備作
業が完了する。

【００４６】図８は、第３の実施形態における発電動作
について説明する図である。以下、発電動作の手順を順
に説明する。 （１）開閉バルブ４を開状態にし、その後に開閉バルブ
５を開状態にする。この結果、サイホン作用によってフ
レキシブルパイプ１内で取水口から排水口に向かう水流
が生じる。 （２）開閉バルブ５から排出される水は、噴射部材１５
によりその速度が増加され、変換装置２ｂ内のペルトン
水車２２に向けて噴射される。 （３）噴射部材１５から噴射された水の衝撃力が変換装
置２ｂ内のペルトン水車２２により回転運動に変換され
る。 （４）変換装置２ｂによって得られた回転運動に基づい
て、発電機３により発電が行われる このように、第３の実施形態の水力発電システムでは、
衝動水車に属するペルトン水車２２を採用しているの
で、フレキシブルパイプ１の取水口の水位と排水口の水
位の差、すわなち水流の落差を比較的に大きく取れる場
合には、反動水車を採用した場合に比較して効率よく発
電を行うことができる。

【００４７】なお、本発明は上述した各実施形態に限定
されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種
々の変形実施が可能である。例えば、上述した各実施形
態では、水を取得する場所として、貯水池や河川等を想
定していたが、これら以外の水源として滝を利用しても
よい。なお、滝を利用する場合には、形状を自在に変形
可能なフレキシブルパイプ１の利点を活かして、滝の水
流を直接、フレキシブルパイプ１内に導入して発電を行
うこともできる。

【００４８】また、上述した各実施形態では、１本のパ
イプ部材からなるフレキシブルパイプ１を用いて導水路
を確保していたが、比較的に短め（例えば、数ｍ程度）
の長さを有するフレキシブルパイプを複数用意してお
き、これら複数のフレキシブルパイプを連結して導水路
を確保するようにしてもよい。

【００４９】図９は、複数のフレキシブルパイプを連結
して導水路を確保する変形例について具体的に説明する
図である。なお、同図では、一例として上述した第３の
実施形態を変形実施した場合が説明されているが、第１
および第２の実施形態を変形実施することもできる。

【００５０】図９では、導水バルブ９、空気抜き機構１
２等が設置されたボックス１ａと、所定長さを有する４
つのフレキシブルパイプ１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅのそれ
ぞれが連結されており、これらにより１本の導水路が形
成されている。具体的には、ボックス１ａの両端、フレ
キシブルパイプ１ｂの一方端、フレキシブルパイプ１ｃ
〜１ｅの両端のそれぞれには、相互に連結可能な所定の
コネクタ部３０がそれぞれ設けられている。そして、各
コネクタ部３０を用いて、フレキシブルパイプ１ｂの他
方端とボックス１ａの一方端、ボックス１ａの他方端と
フレキシブルパイプ１ｃの一方端、フレキシブルパイプ
１ｃの他方端とフレキシブルパイプ１ｄの一方端、フレ
キシブルパイプ１ｄの他方端とフレキシブルパイプ１ｅ
の一方端、のそれぞれが連結されている。また、フレキ
シブルパイプ１ｂの一方端は、取水口バルブ４と接続さ
れ、所定の水源に設置されている。このように、複数の
フレキシブルパイプを連結する場合には、連結するフレ
キシブルパイプの数を増減することにより、導水路の全
長を自在に調整することができるので、水力発電システ
ムを設置する場所の自由度がさらに大きくなる利点があ
る。

【００５１】また、上述した第３の実施形態では、説明
を簡略化するために、変換装置２ｂ内のペルトン水車２
２に設けられているパケットに向けて水を噴射するため
の噴射部材１５は、水の噴射口を１つだけ備えているも
のとして説明を行っていたが、実際には、図９に示す噴
射部材１５ａのように、２つまたはそれ以上の噴射口を
備えていることが好ましい。

【００５２】図９に示す噴射部材１５ａは、２つの噴射
口を備えている。また、噴射部材１５ａは、コネクタ部
３０を備えており、フレキシブルパイプ１ｅの他方端と
噴射部材１５ａとは、コネクタ部３０を用いて連結され
ている。また、噴射部材１５ａに備えられた２つの噴射
口の近傍には、それぞれ噴射バルブ３２が設置されてお
り、これらの噴射バルブ３２により、水の噴射量や速度
が調整できるようになっている。このように、２つ以上
の噴射口を備えた場合には、水車の速度調整などを行い
やすくなる利点がある。

【００５３】また、各噴射バルブ３２は、上述した各実
施形態における排水口バルブ５が行っていた機能を兼ね
ており、各噴射バルブ３２および取水口バルブ４をそれ
ぞれ閉状態とすることにより、フレキシブルパイプ１ａ
〜１ｅを連結して構成された導水路の内部を密閉するこ
とができる。また、密閉した導水路の内部を水で満た
し、取水口バルブ４を開状態にした後に、各噴射バルブ
３２を開状態とすることにより、サイホン作用を生じさ
せることができる。

【００５４】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、吸い
上げ管を用いることで、いわゆるサイホンの作用を生じ
させて高所から低所へと水を導き、この吸い上げ管によ
って生じる水の流れを変換装置によって回転運動に変換
し、この回転運動を利用して発電機により発電を行って
いるので、身近に存在する貯水池等の水が有する位置エ
ネルギーを利用して、小規模な施設で発電を行うことが
できる。また、吸い上げ管を形状が変形自在なパイプ部
材によって形成しているので、水の存在する場所および
その周囲の状況に臨機応変に対応して、取水口や排水口
の位置等、吸い上げ管の設置状態を調整して発電を行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態の水力発電システムの構成を示
す図である。

【図２】第１の実施形態における発電開始時の準備作業
について説明する図である。

【図３】第１の実施形態における発電動作について説明
する図である。

【図４】第２の実施形態の水力発電システムの構成を示
す図である。

【図５】第２の実施形態における発電動作について説明
する図である。

【図６】第３の実施形態の水力発電システムの構成を示
す図である。

【図７】第３の実施形態における発電開始時の準備作業
について説明する図である。

【図８】第３の実施形態における発電動作について説明
する図である。

【図９】複数のフレキシブルパイプを連結して導水路を
確保する変形例について具体的に説明する図である。

【符号の説明】

１ フレキシブルパイプ ２、２ａ、２ｂ 変換装置 ３ 発電機 ４、５ 開閉バルブ ６ ポンプ ７ ホース ８ ポンプ駆動装置 ９ 導水バルブ １０ 水位検出センサ １１ フロート部材 １２ 空気抜き機構 １３ 開口部 １４ 発電機駆動装置 １５ 噴射部材 ２０ プロペラ水車 ２１ プロペラ形ポンプ水車 ２２ ペルトン水車

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H072 AA03 AA06 BB33 BB40 CC71 CC74 3H074 AA10 AA12 BB12 BB19 CC28 CC32 CC38 CC39 3H079 AA26 BB10 CC03 CC19 DD33

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高所の水を低所に導く吸い上げ管と、 前記吸い上げ管によって生じる水の流れを回転運動に変
   換する変換装置と、 前記変換装置によって得られた回転運動を利用して発電
   を行う発電機と、 を備えることを特徴とする水力発電システム。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記吸い上げ管を形状が変形自在なパイプ部材によって
   形成することを特徴とする水力発電システム。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、 前記変換装置は、反動水車を含んで構成されていること
   を特徴とする水力発電システム。
4. 【請求項４】 請求項１または２において、 前記変換装置は、衝動水車を含んで構成されていること
   を特徴とする水力発電システム。
5. 【請求項５】 請求項４において、 前記吸い上げ管の先端には、横断面積を減少させること
   により形成された噴射部材が取り付けられており、前記
   噴射部材から噴射された水流によって前記衝動水車を回
   転させることを特徴とする水力発電システム。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかにおいて、 前記吸い上げ管の両端に設けられた開閉バルブと、 前記吸い上げ管の内部に水を満たすポンプと、 を備え、前記ポンプを動作させて前記吸い上げ管の内部
   を水で満たした後に前記開閉バルブを開状態にすること
   を特徴とする水力発電システム。
7. 【請求項７】 請求項６において、 前記吸い上げ管の上部近傍に設けられた空気抜き機構を
   備えることを特徴とする水力発電システム。
8. 【請求項８】 請求項７において、 前記吸い上げ管の上部近傍に設けられた水位検出センサ
   を備えることを特徴とする水力発電システム。
9. 【請求項９】 請求項８において、 前記水位検出センサは、前記吸い上げ管の内部に導入さ
   れた水に浮くフロート部材を有しており、 前記フロート部材は、前記吸い上げ管の上部であって前
   記空気抜き機構に連通する開口部を、前記吸い上げ管の
   内部が水で満たされたときに閉塞することを特徴とする
   水力発電システム。
10. 【請求項１０】 請求項８において、 前記水位検出センサによって前記吸い上げ管の内部が水
    で満たされていることを検出したときに前記ポンプの動
    作を停止させるポンプ駆動装置を備えることを特徴とす
    る水力発電システム。
11. 【請求項１１】 請求項３において、 電力を供給することにより前記発電機を電動機として動
    作させる発電機駆動装置を備え、 前記発電機によって前記反動水車を回転させることによ
    り、前記吸い上げ管の内部に負圧を発生させて前記吸い
    上げ管の内部に水を導入することを特徴とする水力発電
    システム。