JP2002275874A - 発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自然破壊を最小限にとどめることができる水
力を利用した発電装置を提供すること。 【解決手段】 二本の立坑１・２を設け、各立坑１・２
に昇降容器３・４を夫々設け、この二個の昇降容器３・
４を前記二本の立坑１・２の上部でワイヤーやチェーン
やロープ等の連結体５により連結して一方の昇降容器３
の降下により他方の昇降容器４が上昇するように構成
し、前記連結体５を発電モータ６の軸７に連設して前記
昇降容器３・４の昇降により前記発電モータ６の軸７が
回動するように構成した発電装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水力を利用した発
電装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】水力を
利用した発電装置としては、従来、ダムによって河川を
せき止め、形成されたダム湖と河川の下流との水位差を
利用して発電モータを駆動せしめるものが実施されてい
る（以下、従来例という）。

【０００３】しかし、この従来例は、大電流を発電でき
るものの、ダム建設によって自然環境を大きく破壊して
しまうという問題点がある。

【０００４】本発明は、上記問題点に鑑みて達成された
もので、自然破壊を最小限にとどめることができる水力
を利用した発電装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】添付図面を参照して本発
明の要旨を説明する。

【０００６】二本の立坑１・２を設け、各立坑１・２に
昇降容器３・４を夫々設け、この二個の昇降容器３・４
を前記二本の立坑１・２の上部でワイヤーやチェーンや
ロープ等の連結体５により連結して一方の昇降容器３の
降下により他方の昇降容器４が上昇するように構成し、
前記連結体５を発電モータ６の軸７に連設して前記昇降
容器３・４の昇降により前記発電モータ６の軸７が回動
するように構成し、前記二本の立坑１・２の上部に前記
昇降容器３・４に水を導入する水導入路８・９を夫々設
け、この水導入路８・９を介して前記昇降容器３・４に
導入される水の量を調整する水量調整手段10を設けこの
水量調整手段10の水導入量の調整による前記二個の昇降
容器３・４の重量差により該二個の昇降容器３・４を昇
降させるように構成し、前記二本の立坑１・２の下部に
は降下してきた昇降容器３・４から水を導出する水導出
手段11・12を夫々設け、この二本の立坑１・２の底部に
は前記水導出手段11・12により導出された水を排水する
排水部13・14を設けたことを特徴とする発電装置に係る
ものである。

【０００７】また、前記二本の立坑１・２としてボーリ
ング坑を採用したことを特徴とする請求項１記載の発電
装置に係るものである。

【０００８】また、前記水導入路８・９を河川に連通し
たことを特徴とする請求項１，２のいずれか１項に記載
の発電装置に係るものである。

【０００９】また、前記二本の立坑１・２を透水性を有
する地層15に設けて前記水導出手段11・12により導出さ
れた水が前記透水性を有する地層15を経由して排水され
るように構成したことを特徴とする請求項１〜３のいず
れか１項に記載の発電装置に係るものである。

【００１０】また、前記二本の立坑１・２の下部を不透
水性を有する地層16に当接若しくは近接せしめ、この不
透水性を有する地層16に横坑17を設け、この横坑17と前
記排水部13・14を連通して前記横坑17を排水経路に設定
したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記
載の発電装置に係るものである。

【００１１】また、前記昇降容器３・４の下部に水導出
口18・19を夫々設け、前記昇降容器３・４の内部にこの
水導出口18・19を開閉する昇降自在の弁体28・29を夫々
設け、前記昇降容器３・４が降下して前記立坑１・２の
底部に達した際、前記弁体28・29に当接して前記水導出
口18・19を開く突出部20・21を前記二本の立坑１・２の
底部に夫々設けて前記水導出部11・12を構成したことを
特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の発電装
置に係るものである。

【００１２】また、前記二本の立坑１・２の上部にガイ
ド体22・23を設け、このガイド体22・23に前記連結体５
を連設して前記二個の昇降容器３・４をガイド体22・23
から夫々吊り下げ状態とし、前記昇降容器３・４に夫々
導入できる水の量を、対の昇降容器が前記立坑の底部に
到達した際の前記ガイド体から該昇降容器までの前記連
結体５の重さと前記昇降容器の重さとの和より多い水の
量に設定したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか
１項に記載の発電装置に係るものである。

【００１３】また、前記各立坑１・２の上部に上昇して
きた前記昇降容器３・４の上昇速度を減速せしめる減速
部24を設けたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか
１項に記載の発電装置に係るものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】好適と考える本発明の実施の形態
（発明をどのように実施するか）を、図面に基づいてそ
の作用効果を示して説明する。

【００１５】一方の昇降容器３が上昇位置（一方の立坑
１の上部）、他方の昇降容器４が降下位置（他方の立坑
２の底部）に位置している状態で、水量調整手段10によ
って一方の水導水路８から前記一方の昇降容器３に水を
導入せしめ、この一方の昇降容器３を他方の昇降容器４
より重くすると、この重量差により、前記一方の昇降容
器３が降下を開始し、且つ、この一方の昇降容器３と連
結体５を介して連結されている他方の昇降容器４が上昇
を開始する。

【００１６】この一方の昇降容器３は、立坑１の底部に
達した際、この立坑１の底部に設けられた水導出手段11
によって水が導出され、軽くなる。また、前記水量調整
手段10によって他方の水導水路９から、前記一方の昇降
容器３の動きに対応して立坑２の上部に達した他方の昇
降容器４に水を導入せしめ、この他方の昇降容器４を前
記一方の昇降容器３より重くすると、この重量差によ
り、前記他方の昇降容器４が降下を開始し、且つ、前記
一方の昇降容器３が上昇を開始する。

【００１７】以下、同様に、水量調整手段10及び水導出
手段11・12により、一方の昇降容器３の上昇及び他方の
昇降容器４の降下と、一方の昇降容器３の降下及び他方
の昇降容器４の上昇とが繰り返されることになる。

【００１８】この一方の昇降容器３及び他方の昇降容器
４の昇降の際、この両昇降容器３・４を連結する連結体
５が発電モータ６の軸７を回動せしめ、よって、発電モ
ータ６が発電を行うことができる。

【００１９】また、昇降容器３・４から導出された水
は、立坑１・２の底部に夫々設けられた排水部13・14か
ら排水されることになる。

【００２０】

【実施例】本発明の具体的な実施例について図面に基づ
いて説明する。

【００２１】本実施例は、二本の立坑１・２を設け、各
立坑１・２に昇降容器３・４を夫々設け、この二個の昇
降容器３・４を前記二本の立坑１・２の上部でワイヤー
やチェーンやロープ等の連結体５により連結して一方の
昇降容器３の降下により他方の昇降容器４が上昇するよ
うに構成し、前記連結体５を発電モータ６の軸７に連設
して前記昇降容器３・４の昇降により前記発電モータ６
の軸７が回動するように構成し、前記二本の立坑１・２
の上部に前記昇降容器３・４に水を導入する水導入路８
・９を夫々設け、この水導入路８・９を介して前記昇降
容器３・４に導入される水の量を調整する水量調整手段
10を設けこの水量調整手段10の水導入量の調整による前
記二個の昇降容器３・４の重量差により該二個の昇降容
器３・４を昇降させるように構成し、前記二本の立坑１
・２の下部には降下してきた昇降容器３・４から水を導
出する水導出手段11・12を夫々設け、この二本の立坑１
・２の底部には前記水導出手段11・12により導出された
水を排水する排水部13・14を設けた水力利用の発電装置
に係るものである。

【００２２】二本の立坑１・２は河川の近傍に夫々設け
ている。

【００２３】また、この立坑１・２は、透水性を有する
地層15（透水層と呼ばれる）に設けている。

【００２４】この立坑１・２は、例えばボーリング掘削
機を使用したボーリング坑を採用する。

【００２５】立坑１・２の周壁には、補強の為、例え
ば、ボーリング時に使用するケーシングやガイドパイプ
等の筒材（図示省略）を配設する。

【００２６】立坑１・２の底部は、不透水性を有する地
層16（不透水層と呼ばれる）に近接若しくは当接せしめ
ている。尚、透水性を有する地層15と不透水性を有する
地層16との境界部は層理面と呼ばれており、この層理面
に前記立坑１・２の底部を近接せしめると良い。

【００２７】この立坑１・２の底部に位置する不透水性
を有する地層16には、拡坑ボーリングによって所定体積
の排水プール25を形成する。

【００２８】また、この不透水性を有する地層16には、
水平ボーリング等によって前記排水プール25に連通され
る横坑17を穿設する。また、この横坑17を、前記排水プ
ール25に溜められた水、即ち、昇降容器３・４から導出
された水を排出する排水経路に設定する。

【００２９】この立坑１・２の上部には、前記河川と連
通する水導入路８・９を夫々設けている。

【００３０】この立坑１・２内において夫々昇降せしめ
られる昇降容器３・４は、上部に導水開口部26・27が夫
々設けられたものを採用している。

【００３１】この昇降容器３・４の下部には水導出口18
・19を夫々設け、前記昇降容器３・４の内部にこの水導
出口18・19を開閉する昇降自在の弁体28・29を夫々設け
ている。尚、図示した弁体28・29は球形のものである
が、例えば下側程先細りとなる円錐等の他の形状のもの
でも良い。

【００３２】また、前記各立坑１・２の底部には、前記
昇降容器３・４が降下してきた際、前記弁体28・29と当
接し且つこの弁体28・29を相対的に押し上げて前記水導
出口18・19を開放する突出部20・21を上向き状態で夫々
設けている。従って、前記昇降容器３・４が降下した
際、この昇降容器３・４の降下によって前記弁体28・29
が前記突出部20・21により自動的に押し上げられ、自動
的に前記水導出口18・19が開放されて前記昇降容器３・
４に収納された水が導出されることになる。また、昇降
容器３・４が上昇した際には、前記弁体28・29と前記突
出部20・21とが離れ、前記弁体28・29が自動的に降下し
て前記水導出口18・19を閉塞することになる。

【００３３】前記二本の立坑１・２の上部には、前記昇
降容器３・４の昇降によって移動する前記連結体５の移
動をガイドするガイド体22・23を設け、このガイド体22
・23に前記連結体５を連設して前記二個の昇降容器３・
４をガイド体22・23から夫々吊り下げ状態としている。
尚、図面は、ガイド体22・23を二個設け、各ガイド体22
・23から夫々昇降容器３・４を吊り下げる構成を採用し
ている。

【００３４】また、このガイド体22・23は、例えば、連
結体５としてワイヤーやロープを採用した場合には滑車
を採用し、また、連結体５としてチェーンを採用した場
合にはこのチェーンと噛合する歯車を採用すると良い。

【００３５】また、この二本の立坑１・２の上部には、
前記発電モータ６の軸７を配設し、この軸７と前記連結
体５とを連設して前記連結体５の移動により前記軸７が
回転して前記発電モータ６が発電するように構成してい
る。

【００３６】また、本実施例は、発電モータ６の軸７に
前記ガイド体22・23と同様に滑車や歯車等のガイド部30
を設け、このガイド部30に前記連結体５を連設する構成
を採用している。

【００３７】また、この発電モータ６の軸７は前記二個
のガイド体22・23の間に配設している。従って、昇降容
器３・４の吊り下げ荷重は、前記ガイド体22・23に主に
作用し、前記軸７には少ししか作用しないことになり、
前記軸７の偏心等を可及的に防止することができる。

【００３８】また、軸７と連結体５とは、直接連設する
構成としても、また、適宜なギヤを介して連設する構成
としても良い。尚、昇降容器３・４の昇降は、立坑１・
２が長くなればなる程、加速されて高速となる為、この
ような場合には前記ギヤを介して前記軸７の回転を適宜
抑制する構成を採用すると良い。

【００３９】尚、例えば、一つの連結体５に複数の発電
モータ６の軸７を連設し、この複数の発電モータ６で発
電を行う構成を採用しても良し、前記二本の立坑１・２
を複数設け、この複数の立坑に配設された連結体５を夫
々発電モータ６の軸７を連設する構成を採用しても良
い。

【００４０】立坑１・２の上部には、上昇してきた前記
昇降容器３・４の上昇速度を減速せしめる減速部24を設
けている。この減速部24は、具体的には上昇してきた前
記昇降容器３・４に当接するコイルバネを採用している
（尚、図面は、前記昇降容器３・４を吊り下げている連
結体５の分岐部５’に前記コイルバネが当接する構成を
採用している。）。

【００４１】尚、本実施例の構成は、水が導入された昇
降容器３が降下すればする程、昇降容器３に導入された
水の重さ、及び、該昇降容器３に連結され且つ前記ガイ
ド部23から吊り下がる連結体５の重さ（昇降容器３の降
下によって長くなる）によって、加速される為、必然的
にこの降下する昇降容器３と対の上昇する昇降容器４
は、立坑２の上部においてかなり高速となっている。従
って、前記減速部24による減速以外にも、例えば、途中
まで上昇した昇降容器４に前記水導入路８・９から水を
導入して昇降容器４を減速する構成を採用すると良い。

【００４２】また、昇降容器３・４に夫々導入できる水
の量は、対の昇降容器が前記立坑の底部に到達した際の
前記ガイド体から該昇降容器までの連結体５の重さと前
記昇降容器の重さとの和より多い水の量に設定してい
る。この量より少ないと、一方の昇降容器３に水を導入
しても、この一方の昇降容器３と水の重さが、他方の昇
降容器４と連結体５の重さより軽く、前記一方の昇降容
器３が降下を開始することができない。

【００４３】尚、例えば図示したように、立坑１・２の
上部に上方に向かって徐々に径小となる径小部31を設
け、この立坑１・２の上部に昇降容器３・４が位置した
際、この昇降容器３・４と前記径小部31の内壁とが当接
して該昇降容器３・４の上部に水溜め部が形成されるよ
うに構成し、この水溜め部に溜められた水の分、昇降容
器３・４を重くして該昇降容器３・４の降下を容易にし
ても良い。

【００４４】各立坑１・２に連通する水導入路８・９
は、河川に連通する連通路32から分流している。また、
この分流地点には、各水導入路８・９を開閉して前記立
坑１・２に導入する水の量を調整する水量調整装置10を
設けている。

【００４５】従って、この水量調整装置10により前記各
昇降容器３・４に導入する水の量を調整し、各昇降容器
３・４の上昇及び降下を制御したり抑制したりすること
ができる。

【００４６】尚、図面の水量調整装置10は、切り替え式
水門を図示しているが、例えば、個々の水導入路８・９
に開閉式水門や調整弁や設ける構成でも同様である。

【００４７】符号33は、ガイド体30・31等を支持する支
持体である。

【００４８】本実施例は上述ように構成したから、ダム
建設のように地形を大きく破壊したりせず、立坑１・２
や水導入路８・９等、非常に僅かの工事で発電設備を構
築することができ、よって自然破壊を最小限にとどめる
ことができる水力を利用した発電装置となる。

【００４９】また、立坑１・２は従来より実施されてい
る安価なボーリング技術によって形成できるから、発電
装置全体は極めて安価となる。

【００５０】また、発電エネルギーは水力（水の位置エ
ネルギー）である為、大気汚染等の環境問題の発生しな
い発電装置となる。

【００５１】また、昇降容器３・４に導入された水は立
坑１・２の底部で導出されるが、立坑１・２は透水性を
有する地層15に設けられているから、特に水導出装置を
設けなくても、前記導出された水はこの透水性を有する
地層15から順次自動的に排出されることになり、この点
においても発電装置が安価となる。

【００５２】また、立坑１・２の底部が不透水性を有す
る地層16に当接若しくは近接せしめられているから、前
記昇降容器３・４から導出された水は、この不透水性を
有する地層16と前記透水性を有する地層15との境界面
（層理面）に沿って流下して拡散されたり地表に導出さ
れたりすることになり、よって、前記導出された水によ
る地盤の弛みも発生せず、安全性に秀れた発電装置とな
る。

【００５３】また、不透水性を有する地層16には排水プ
ール25が設けられているから、前記昇降容器３・４から
導出された水は前記排水プール25に集められることにな
り、この排水プール25に連通する横坑17を通して良好に
地表に排出されることになる。

【００５４】また、昇降容器３・４の昇降は、この昇降
容器３・４に導入される水の量の調整だけで任意に制御
できるから、発電量の制御も簡単に行えることになる。

【００５５】また、本実施例の発電装置を複数連設すれ
ば、安定した給電も可能となる。

【００５６】

【発明の効果】本発明は上述のように構成したから、ダ
ム建設のように地形を大きく破壊したりせず、立坑や水
導入路等、非常に僅かの工事で発電設備を構築すること
ができ、よって自然破壊を最小限にとどめることができ
る水力を利用した発電装置となる。

【００５７】また、発電エネルギーは水力である為、大
気汚染等の環境問題の発生しないクリーンな発電装置と
なる。

【００５８】請求項２記載の発明においては、従来より
実施されている安価なボーリング技術によって前記立坑
を形成できるから、非常に安価な発電装置となる。

【００５９】請求項３記載の発明においては、発電に使
用する水は河川からのものである為、発電エネルギーの
供給を非常に安価に行えることになる。

【００６０】請求項４記載の発明においては、昇降容器
から導出される水が透水性を有する地層に浸透して排出
されることになる為、立坑内に水が溜まったりせず、昇
降容器が良好に昇降して発電を行えることになる。

【００６１】請求項５記載の発明においては、昇降容器
から導出される水が不透水性を有する地層の表面に溜ま
り、この溜まった水がこの不透水性を有する地層に設け
られた横坑を介して排出されることになる為、地盤の弛
み等が発生したりせず、この点においても実用性に秀れ
た発電装置となる。

【００６２】請求項６記載の発明においては、昇降容器
が降下して立坑の底部に達すると、この昇降容器の水導
出口に設けられた弁体が立坑の底部に設けられた突出部
によって自動的に押し上げられ、必然的に前記水導出口
から水が導出されて昇降容器が軽くなることになり、よ
って、前記昇降容器の昇降を自動的に行って良好に発電
を行えることになる。

【００６３】請求項７記載の発明においては、昇降容器
に導入できる水の量を昇降容器を良好に昇降できるよう
に設定したから、この昇降容器の昇降による発電をより
一層良好に行えることになる。

【００６４】請求項８記載の発明においては、上昇して
きた昇降容器は減速部によって上昇速度が減速せしめら
れるから、この昇降容器の上昇及び降下の切り替えをス
ムーズに行え、また、昇降容器が立坑の底部や上部に激
突したりすることも防止でき、この点においてもより一
層実用性に秀れることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の説明側断面図である。

【図２】本実施例の説明平面図である。

【符号の説明】

１・２ 立坑 ３・４ 昇降容器 ５ 連結体 ６ 発電モータ ７ 軸 ８・９ 水導入路 10 水量調整手段 11・12 水導出手段 13・14 排水部 15 透水性を有する地層 16 不透水性を有する地層 17 横坑 18・19 水導出口 20・21 突出部 22・23 ガイド体 24 減速部 28・29 弁体

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二本の立坑を設け、各立坑に昇降容器を
   夫々設け、この二個の昇降容器を前記二本の立坑の上部
   でワイヤーやチェーンやロープ等の連結体により連結し
   て一方の昇降容器の降下により他方の昇降容器が上昇す
   るように構成し、前記連結体を発電モータの軸に連設し
   て前記昇降容器の昇降により前記発電モータの軸が回動
   するように構成し、前記二本の立坑の上部に前記昇降容
   器に水を導入する水導入路を夫々設け、この水導入路を
   介して前記昇降容器に導入される水の量を調整する水量
   調整手段を設けこの水量調整手段の水導入量の調整によ
   る前記二個の昇降容器の重量差により該二個の昇降容器
   を昇降させるように構成し、前記二本の立坑の下部には
   降下してきた昇降容器から水を導出する水導出手段を夫
   々設け、この二本の立坑の底部には前記水導出手段によ
   り導出された水を排水する排水部を設けたことを特徴と
   する発電装置。
2. 【請求項２】 前記二本の立坑としてボーリング坑を採
   用したことを特徴とする請求項１記載の発電装置。
3. 【請求項３】 前記水導入路を河川に連通したことを特
   徴とする請求項１，２のいずれか１項に記載の発電装
   置。
4. 【請求項４】 前記二本の立坑を透水性を有する地層に
   設けて前記水導出手段により導出された水が前記透水性
   を有する地層を経由して排水されるように構成したこと
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発電
   装置。
5. 【請求項５】 前記二本の立坑の下部を不透水性を有す
   る地層に当接若しくは近接せしめ、この不透水性を有す
   る地層に横坑を設け、この横坑と前記排水部を連通して
   前記横坑を排水経路に設定したことを特徴とする請求項
   １〜４のいずれか１項に記載の発電装置。
6. 【請求項６】 前記昇降容器の下部に水導出口を夫々設
   け、前記昇降容器の内部にこの水導出口を開閉する昇降
   自在の弁体を夫々設け、前記昇降容器が降下して前記立
   坑の底部に達した際、前記弁体に当接して前記水導出口
   を開く突出部を前記二本の立坑の底部に夫々設けて前記
   水導出部を構成したことを特徴とする請求項１〜５のい
   ずれか１項に記載の発電装置。
7. 【請求項７】 前記二本の立坑の上部にガイド体を設
   け、このガイド体に前記連結体を連設して前記二個の昇
   降容器をガイド体から夫々吊り下げ状態とし、前記昇降
   容器に夫々導入できる水の量を、対の昇降容器が前記立
   坑の底部に到達した際の前記ガイド体から該昇降容器ま
   での前記連結体の重さと前記昇降容器の重さとの和より
   多い水の量に設定したことを特徴とする請求項１〜６の
   いずれか１項に記載の発電装置。
8. 【請求項８】 前記各立坑の上部に上昇してきた前記昇
   降容器の上昇速度を減速せしめる減速部を設けたことを
   特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の発電装
   置。