JP2004169564A - 河川水流発電設備 - Google Patents
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Abstract
【課題】河川水の自然流下を妨げることなく、かつ大規模な水理構造物を構築することなく、河川水が本来有する自然の水流エネルギーを利用した経済的な河川水流発電設備を提供すること。
【解決手段】河川水の自然流下を妨げる事無く、河川水が元々保有する水流エネルギーを利用し、かつ河川の水中に自然流下の水流を受けて回転する回転体を水没させ、前記水流を受けて回転する前記回転体の回転エネルギーを利用して発電する河川水流発電設備において、河川の水底地盤１８に杭１を打設し、その杭１に、前記回転体１１を有する発電設備を備えた浮体２を昇降可能に設けたことを特徴とする。
【選択図】 図１
【解決手段】河川水の自然流下を妨げる事無く、河川水が元々保有する水流エネルギーを利用し、かつ河川の水中に自然流下の水流を受けて回転する回転体を水没させ、前記水流を受けて回転する前記回転体の回転エネルギーを利用して発電する河川水流発電設備において、河川の水底地盤１８に杭１を打設し、その杭１に、前記回転体１１を有する発電設備を備えた浮体２を昇降可能に設けたことを特徴とする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、河川水の自然流下を妨げることなく、河川水が元々保有する水流エネルギーを利用して発電する河川水流発電設備に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
河川にダムや堰を構築して河川水を堰き止め、ダムや堰の上下流水位差や、ダムや堰によって作られる人口貯水池、調整池の水位と発電所間との地形標高差といった位置エネルギーを利用して発電する水力発電は古くから利用されてきた。水力発電は発電の方式により、流れ込み式、調整池式、貯水池式、揚水発電に分類される （例えば、非特許文献１参照） 。
【０００３】
しかしながら、従来の水力発電では、ダムや堰という大規模水理構造物を構築して河川水を堰き止めるため、ダムの建設地点より上流側の住居や田畑の水没を引き起こす。また、河川勾配の小さな河川に堰を設ける場合は、堰より上流の水位の湛水による水位のせき上げによって、河川沿いの低平地に位置する住居や田畑が洪水時に浸水する危険が生じる可能性があり、河川堤防の設置による氾濫防止等の対策が必要である。さらに、河川の中に構築されたダムや堰が、魚の遡上、往来を妨げたり、ダムからの放流水で長期に亘り濁水の流出を引き起こすなど、自然の生態系を変化させたり自然環境を悪化させる原因となる。
【０００４】
水力発電は本来、自然の持つエネルギーを利用する点で、地球温暖化の生じない、優れたエネルギー利用形態であるにもかかわらず、従来の水力発電では、発電に要する水のエネルギーを得るために、発電機の上下流水位差（有効落差）が、２．５〜３ｍ以上必要なため、ダムや堰という大規模水理構造物を構築して河川水を堰きとめ、発電機および水理構造物の上下流の水位差を発生させる必要がある。そのため、ダムや堰の構築に伴って、住民移転、周辺の土地利用への影響、環境問題などを引き起こすことが指摘されている。このような理由から、一般に、このような大規模水理構造物の建設による水力発電の実施は極めて難しい状況となってきている。
【０００５】
一方、水のエネルギーや大気のエネルギーといった、流れの有する自然エネルギーを利用した発電方式としては、風力発電や潮汐、潮流発電が既に実用化あるいは実験段階にある。
【０００６】
風力発電は、大気中に回転翼を設置し、大気の流れである風を利用して発電するもので、環境問題が生じない自然エネルギー利用形態として、わが国を含め世界各国で利用されつつある。しかし、風力発電施設は比較的風速が得られる地点に設置されているとはいえ、凪（なぎ）を含む一日の中での風速変化や季節的な風速の変化によって、発生電力や発生電力量が大幅に変動することは否めない。
【０００７】
一方、海洋の分野では、水の流れを利用して発電する方式として、これまで、潮汐発電、潮流発電および海流発電の実用化、あるいは研究が進められている。
【０００８】
潮汐発電は、地球と月および太陽との相対的な天体運動に起因して生じる周期的な海面の上下運動、すなわち潮汐差を利用して発電する方法であり、フランスのランスでは、１３．５ｍの最大潮位差を利用して、発電容量２４０ＭＷのランス潮汐発電所が１９９６年から稼働している。
【０００９】
但し、潮汐発電所の設置場所として最大潮位差が１０ｍ以上あることが必要であるとされ、日本では有明海の４．９ｍの潮位差が最大であり、潮汐発電に適する場所はない。
【００１０】
潮流発電は、潮汐発電と同様に潮汐現象に起因した周期的な海水の流れを利用して発電する方法であり、湾の入り口が狭まった場所や陸地に挟まれた海峡、水道または瀬戸などの潮流の流速が大きい場所が適している。来島海峡では、昭和５８年（１９８３年）から潮流発電の長期実証試験が進められている。
【００１１】
但し、潮流は約１２時間の周期で正弦波状に変化し、半周期ごとに流れの方向が反転するので、両方向の流れに対して効率良く回転するロータの開発が必要となる。
【００１２】
海流発電は、主に太陽からの熱エネルギー入力の不均一によって生じた対流作用に起因する熱流体運動を利用した発電方式である。海流は沿岸部から遠く、発電設備などの設置技術が未開発のため、大規模な海流発電の実績は世界的にも皆無である。
【００１３】
このように、ダムや堰という大規模水理構造物の建設を伴う水力発電は住民移転や自然環境を悪化させる原因として社会問題、環境問題を引き起こす。
【００１４】
風力発電は実用化されているが、日変動と季節変動の比較的大きな風速を利用することから、安定的な発電の確保が課題の一つである。
海洋の分野では、水の流れを利用して発電する方式として、これまで、潮汐発電、潮流発電および海流発電の実用化、あるいは研究が進められているが、一部の大きな潮位差を利用した発電以外はいずれも小規模な発電に止まっている。
【００１５】
河川水の自然流下を妨げることなく、かつダムや堰といった大規模な水理構造物を設置せず、河川水が本来有する自然の水流エネルギーを利用した発電の実例は未だない。
【００１６】
そして、従来、河川上にフロ−トを浮かせて、前記フロートに回転体を支持させると共に、そのフロートに発電機を設置し、かつ両岸に係留用の支柱を設置し、係留用ロープを河川の水面に沿って、張設する水車羽根式発電機も知られている（例えば、特許文献１参照）。
【００１７】
【非特許文献１】
電源開発「わが国における水力エネルギー貯蔵」日本エネルギー学会誌、第７５巻第１２号、１９９６
【特許文献１】
特開平０９−２５６９４１号公報
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
岸に係留用の支柱を設置する形態では、係留用ロープを河川の水面に沿って、張設する必要があり、川幅が広い場合には、係留用ロープが船舶の航行の障害になり、また、洪水時には係留用ロープに流木等の浮遊物が引っかかり、水位のせき上げが生じる等、実用上問題がある。
【００１９】
本発明は、河川水の自然流下を妨げることなく、かつダムや堰といった大規模な水理構造物を河道内および周辺地形に構築することなく、河川水が本来有する自然の水流エネルギーを利用し、また、係留用ロープを河川の水面に沿って、岸から張設する必要もなく、船舶の航行の障害や洪水時水位のせき上げを引き起こさないので、かつ杭を利用した経済的な河川水流発電設備を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
前記の問題点を有利に解決するために、本発明においては、下記のように構成する。
【００２１】
本発明の請求項１の河川水流発電設備においては、河川水の自然流下を妨げる事無く、河川水が元々保有する水流エネルギーを利用し、かつ河川の水中に自然流下の水流を受けて回転する回転体を水没させ、前記水流を受けて回転する前記回転体の回転エネルギーを利用して発電する河川水流発電設備において、河川の水底地盤に杭を打設し、その杭に、前記回転体を有する発電設備を備えた浮体を昇降可能に設けたことを特徴とする。
【００２２】
また、請求項２の河川水流発電設備においては、河川水の自然流下を妨げる事無く、河川水が元々保有する水流エネルギーを利用し、かつ河川の水中に自然流下の水流を受けて回転する回転体を水没させ、前記水流を受けて回転する前記回転体の回転エネルギーを利用して発電する河川水流発電設備において、河川の水底地盤に杭を打設し、その杭に、支持台を介して回転体を有する発電設備を設けたことを特徴とする。
【００２３】
また、請求項３の河川水流発電設備においては、河川水の自然流下を妨げる事無く、河川水が元々保有する水流エネルギーを利用し、かつ河川の水中に自然流下の水流を受けて回転する回転体を水没させ、前記水流を受けて回転する前記回転体の回転エネルギーを利用して発電する河川水流発電設備において、河川の水底地盤に杭を打設し、その杭に、前記回転体を有する発電設備を備えた浮体を係留させるようにしたことを特徴とする。
【００２４】
また、請求項４の河川水流発電設備においては、河川水の自然流下を妨げる事無く、河川水が元々保有する水流エネルギーを利用し、かつ河川の水中に自然流下の水流を受けて回転する回転体を水没させ、前記水流を受けて回転する前記回転体の回転エネルギーを利用して発電する河川水流発電設備において、河川の水底地盤に、川幅方向の左右方向に間隔を置くと共に前後方向に間隔を置いて、多数の杭を打設し、前記各杭の上部に渡って支持台を設けて河川内に桟橋形式の構造物を設け、前記支持台に、回転体を有する発電設備を複数設けたことを特徴とする。
【００２５】
また、請求項５の河川水流発電設備においては、河川水の自然流下を妨げる事無く、河川水が元々保有する水流エネルギーを利用し、かつ河川の水中に自然流下の水流を受けて回転する回転体を水没させ、前記水流を受けて回転する前記回転体の回転エネルギーを利用して発電する河川水流発電設備において、河川内に杭挿通用の鞘管を有するジャケットを設置し、前記鞘管に杭を挿通して水底地盤に打設し、前記ジャケットの上部に支持台を設け、その支持台に、回転体を有する発電設備を設けたことを特徴とする。
【００２６】
また、請求項６の発明においては、請求項１に記載の河川水流発電設備において、前記杭にガイドされる浮体を昇降可能に、かつ位置固定可能に設けたことを特徴とする。
【００２７】
また、請求項７の発明においては、請求項１または６に記載の河川水流発電設備において、前記杭に、浮体の上下の位置を規制するストッパが設けられていることを特徴とする。
【００２８】
また、請求項８の発明においては、請求項１〜７のいずれかに記載の河川水流発電設備において、前記浮体または支持台に、回転体を有すると共に発電設備を備えた昇降可動体を昇降可能に、かつ位置調整可能に設けたことを特徴とする。
【００２９】
また、請求項９の発明においては、請求項１〜７のいずれかに記載の河川水流発電設備において、前記浮体または支持台に、回転体を有すると共に発電設備を備えた中空固定筒体を取り付けたことを特徴とする。
【００３０】
また、請求項１０の発明においては、請求項１〜９のいずれかに記載の河川水流発電設備において、回転体を複数対称に配置して、水流を受ける回転体によって作用する回転モーメントを打ち消すように設けたことを特徴とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明の各実施形態について、図を参照して詳細に説明する。
【００３２】
＜第１実施形態＞
図１および図２は、本発明の第１実施形態を示すものであって、この形態では、水底地盤に間隔をおいて複数本の杭が河川横断方向および上流から下流に向う前後方向に間隔をおいて、４本の杭１が打設され、前記各杭１に、中空室２ａを備えた浮体２の４隅部の挿通孔３が嵌挿され、かつ浮体２は杭１にガイドされてこれに沿って浮力により昇降可能に、また、後記の把持装置４により位置固定可能に構成されている。浮体２の位置固定手段としては、浮体２側の挿通孔３の中間部に、杭１に圧着等によりこれを把持するためのチャックおよびジャッキ等を備えた把持装置４を浮体２側に付属させるようにすればよい。前記浮体２には、その浮力および吃水位置を調整するために、図示を省略するが、バラストタンクを装備させることができる。把持装置４としては、公知の液圧式等の杭把持装置を使用することもできる。
【００３３】
また、前記浮体２の中央部には、上下方向に延長する開口部５ａを有する支持筒体５が固定され、その内部に伸縮式ジャッキ６が配置されて、その一端側が連結されていると共に、前記伸縮式ジャッキ６の他端側が中空筒状の昇降可動体７に連結されて、前記昇降可動体７は伸縮式ジャッキ６により位置調整可能にかつ位置固定可能に設けられ、また、昇降可動体７は、前記支持筒体５の内壁面にガイドされ昇降可能に配置され、浮体２の中央部の挿通孔に、筒状の昇降可動体７の中間部が配置され、昇降可動体７の下部には、水平に中空の支持部８が一体に設けられ、その支持部８の左右両側における昇降可動体７から離れた位置には、発電機９が内臓されていると共に、これに接続した軸流形プロペラ１０を備えた回転体１１の軸部が回転可能に支持され、かつ内部に水が浸入しないように軸封パッキンにより液密にされ、回転体１０が上流側に向って外部に配置されている。
【００３４】
前記の各回転体１１は、回転体１１を複数対称（図示の場合は左右対称）に同レベルに配置されて、自然な水流Ｆを受ける回転体１１によって作用する水平回転モーメントを互いに打ち消すように作用するように設けている。これによって、支持部８が安定すると共に浮体２および各杭１も安定する。
【００３５】
前記各発電機９からの送電ケーブル１２は、支持部８内および中空の昇降可動体７内からその上面板の透孔を通って、必要に応じ巻取りリールを内臓した集電装置１３に接続され、その集電装置１３から浮体２に立設された支柱１４に掛け渡された上向きに傾斜した送電ケーブル１５をへて、図示省略の対岸の電柱または鉄塔を介して変電設備に接続される。
【００３６】
また、前記各杭１には、浮体２の上下面板から所定の距離をおいて、下部ストッパ１６および着脱可能な上部ストッパ１７が設けられ、下部ストッパ１６により浮体２が杭１に対して所定の下部位置より下レベルになり、プロペラ１０が水底地盤１８に接触するのを防止し、ボルトピン１９により杭１に着脱可能に嵌合装着された環状金具１７ａからなる上部ストッパ１７により、浮体２の上部レベルの位置が設定され、浮体２の設置または交換時には、上部ストッパ１７が適宜取り外される。上部ストッパ１６は杭１に溶接等により固定すればよい。なお、下部ストッパ１６も上部ストッパ１７と同様な構成にすると、浮体２上で、杭１の打設も可能になる。
なお、支持筒体５を角筒状とし、前記昇降可動体７を角筒状とすることで、前記昇降可動体７の水平回転を防止してもよく、あるいは、適宜支持筒体５の内面にガイド用の縦溝を設け、これに上下摺動可能に係合する突起を前記昇降可動体７に設けて、前記昇降可動体７の水平回転を防止するようにしてもよい。
【００３７】
＜第２実施形態＞
図３は本発明の第２実施形態を示すものであって、この形態では、４本の杭１の上部に、支持台２０が固定され、前記実施形態と同様に昇降可動体７が支持台２０に位置調整可能に構成され、昇降可動体７の下部に発電機９が内臓され、支持台２０に集電装置１３および支柱１４が設置されているが、杭１にストッパ１６，１７が省略されているが、その他の構成は、前記実施形態と同様であるので、同様な部分には、同様な符号を付して説明を省略する。
【００３８】
＜第３実施形態＞
図４および図５は本発明の第３実施形態を示すものであって、この形態では、前後方向に間隔を置くと共に左右方向に間隔をおいて多数の杭１が水底地盤１８に打設され、前記各杭１の上部に左右方向に延長するように床版からなる支持台２０が設けられた桟橋形式の構造物とされ、各左右方向における杭１間の支持台２０の下部に、固定式の上下方向に延長する中空固定筒体７ａが支持台２０取り付けられ、その各中空固定筒体７ａの下部に支持部８が設けられているが、その他の構成は、前記実施形態と同様であるので、同様な部分には、同様な符号を付して説明を省略する。
【００３９】
なお、この実施形態の場合も、中空固定筒体７ａに代えて、昇降可動体７としてもよい。この実施形態では、川幅が広い場合には、川幅方向に多数の回転体１０を配置することができるので、経済的に発電することができる。なお、桟橋形式とする場合、河川の流れに直角方向ばかりでなく、上流側または下流側に向って斜めに交差する方向に設けることも可能である。
【００４０】
＜第４実施形態＞
図６は本発明の第４実施形態を示すものであって、この形態では、４隅部に杭挿通用鞘管２２を備えていると共にこれらの杭挿通用鞘管２２を各辺で連結する連結鋼材２２ａによって一体化された鋼製ジャケット２１と杭１とが、これらの上端部で一体化されていると共に、これらの上部に渡って、鋼製またはコンクリート製床版等からなる支持台２０が設けられ、前記支持台２０に前記と同様に中空固定筒体７ａが取り付けられ、前記杭１と鋼製ジャケット２１における杭挿通用鞘管２２内面との間には、適宜モルタル等のグラウトが充填されて一体化されているが、その他の構成は、前記実施形態と同様であるので、同様な部分には、同様な符号を付して説明を省略する。この実施形態では、ジャケット２１を使用しているので、杭１とジャケット２１との合成構造物となり水平方向の剛性が大きく、また合成構造物の安定性がよい発電設備とすることができる。
【００４１】
＜第５実施形態＞
図７および図８は、本発明の第５実施形態を示すものであって、この形態では、浮体２の４隅部付近にウインチ２５を設け、また、河川内の水底地盤１８に複数の杭１を打設すると共に、各杭１の上部を、鉄筋コンクリート等により結合させることにより構成された係留用杭体２３の上部に係止部２４を設け、浮体２の前記各ウインチ２５から、耐候性を高めた合成樹脂被覆ワイヤーロープ等の係留用条体２６を、前記各係止部２４に係止するように構成され、また、前記浮体２の下部４隅部には、プロペラ１０の下端部より所定の距離下方に突出するように鋼製等の柱状ストッパ２７が設けられ、中空固定筒体７ａを浮体２に設けた形態である。
【００４２】
この実施形態でも、中空固定筒体７ａに代えて、昇降可動体７とするようにしてもよい。また、各ウインチ２５からの係留用条体２６は適宜張力が設定され、過大な張力が作用しないように、ウインチ２５のドラムで巻取りまたは巻き戻しされて、係留用条体２６の張力は所定の範囲に維持されるように構成されている。その他の構成は、前記実施形態と同様であるので、同様な部分には、同様な符号を付して説明を省略する。
【００４３】
＜第６実施形態＞
図９および図１０は本発明の第６実施形態を示すものであって、この形態では、水底地盤１８に打設された１本の杭１における水没した中間部に、支持台２０が固定され、前記支持台２０に支持部８が固定されるか、支持台２０および杭１に固定され、前記支持部８の左右両側の対称位置にプロペラ１０を有する複数の回転体１１が装備され、内部にそれぞれ発電機９を備えている構成とされ、杭１の上部に、送電用支柱１５を設置し、送電ケーブル１２を杭１に沿って配置している。
前記各実施形態において、杭１としては、例えば、断面円形あるいは断面楕円状の鋼管杭を使用してもよい。
【００４４】
本発明を実施する場合、プロペラ１０等を有する回転体１１を半水没状態としてもよく、図示例のように、水没状態としてもよく、河川の状態に応じて、適宜設定すればよい。
【００４５】
前記各実施形態のように、本発明では、河川水の自然流下を妨げないよう人工のダムや堰を構築する事無く、河川水の流れが持つ自然のエネルギーを利用して発電する方式であり、河川の水の流れを堰き止めたり遮断することがないため、周辺の住民や環境に与える影響は極めて軽微である。また、比較的一日の中での時間変動の少ない河川の水流を利用するため、一日を通して時間的に安定した発電が可能である。また、本発明による発電を年間を通じて水量の豊富な河川で行なう場合は、季節変動によらない安定的な発電が可能となる。
【００４６】
本発明において、河川水の流下に伴う水流エネルギーは、水の流れにほぼ直角に設置した回転体（ローター）１１が水の流れを受けて生じる回転エネルギーを発電機９に伝えて発電する。
【００４７】
回転体（ローター）１１の形式は、風力発電と同様に、プロペラ式の軸流ローターと、サボニウス型やダリウス型などの横流ローターが利用可能であり、流速や水深などの設置箇所の条件に応じて選択することができる。本発明としては、回転体１１を完全水没させても、半水没状態としてもよいが、水深１ｍ程度以下の水没状態であるのが好ましい。
【００４８】
本発明の河川水流発電設備を使用して、発電する場合、例えば、ローター１基当りの発電容量（発生出力）は、以下の式で与えられる。
Ｐ＝（１／２）・（ρｖ３ηＳ）
ここに、Ｐ：発生出力（Ｗ）
ρ：水の密度（ｋｇ／ｍ３）
ｖ：河川水の流速（ｍ／ｓ），
η：発電効率
Ｓ：流れに垂直な面に投影した装置の面積（ｍ２）
【００４９】
例えば、水の密度ρを１，０００ｋｇ／ｍ３、河川水の流速ｖを２ｍ／ｓｅｃ、発電効率ηを０．３、ローターの半径ｒを３．７ｍとすれば、
Ｓ＝πｒ２から、Ｐ≒５１．６ｋＷとなり、約５０ｋＷの発電容量が得られることになる。
【００５０】
前記実施形態において、浮体方式は水位の変化にも対応が可能であるとともに、季節による河川水量の変化に伴う流速や水深の変化に応じて有利な水深と流速が確保できる地点に、適宜曳航あるいは搬送クレーン等を備えた搬送用台船等により移動することが可能である。
【００５１】
前記実施形態の桟橋方式あるいはジャケット方式も、河川水を堰き止めることが回避できるため、周辺環境に与える影響は軽微に抑えることができる。さらに、洪水時の流れを阻害するものではない。
【００５２】
本発明を実施する場合、浮体または支持台あるいは杭に支柱１４を設けないで、例えば、浮体または支持台あるいは杭から送電用ケーブル１５を、下方に配置し（例えば、杭の外側あるいは内側に沿って）、水底地盤１８の水底面に沿って敷設するか、あるいは水底地盤内に敷設して送電するようにすると、河川上および河川中に、送電用ケーブル１５が障害物とならないので好ましい。
また、本発明を実施する場合、浮体あるいは支持台の上流側の平面形状を上流側に向って突出する平面円弧状にし、また、浮体あるいは支持台の下流側の平面形状を下流側に向って突出する平面円弧状にすると、抵抗が小さくなるのでよい。さらに、浮体あるいは支持台の上流側前面または下流側後面の上下方向の外形形状を、断面で下方に向って、浮体あるいは支持台の中央側に近づくような傾斜面とするとよい。
また、本発明を実施する場合、回転体を複数配置する場合、発電時の各回転体のプロペラ自体の回転方向は、翼角度を適宜設定することにより設定すればよい。
以上のように、本発明の河川水流発電設備は、河川水流の持つ自然エネルギーを利用する点で、地球温暖化の懸念も無い地球環境にやさしいエネルギー利用技術である。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によると、河川水の自然流下を妨げることなく、かつダムや堰、水路というといった大規模な水理構造物を河道内および周辺地形に構築することなく、河川水が本来有する自然の水流エネルギーを利用し、また、係留用ロープを河川の水面に沿って、張設する必要もなく、船の航行の障害とならないで、かつ杭を利用した経済的な河川水流発電設備を提供することができる。また、地球温暖化の懸念も無い地球環境にやさしいエネルギー利用技術である。さらに、発電設備の構成が比較的簡単な構成であるので、比較的安価に、河川に沿って設けたり、比較的安価に撤去したりすることができる。さらに、各発明によると、次のような効果が得られる
【００５４】
請求項１のようにすると、河川の水底地盤に杭を打設し、回転体を有する発電設備を備えた浮体を設けるだけでよい簡単な構成であり、したがって、比較的大きな川幅寸法の河川に沿って、適宜、設けることができ、水深に応じて、浮体を上下動させて、発電設備を効率よく稼動させることができる。
【００５５】
請求項２のようにすると、杭に支持台を設けて、回転体を有する発電設備を設けるだけの簡単な構成であるので、水深の安定している河川おいては、さらに経済的に設置することができる。
【００５６】
請求項３のようにすると、単に、杭に回転体を有する発電設備を備えた浮体を係留させるだけの簡単な構成で、浮体を河川の所定の位置に設置することができる。
【００５７】
請求項４のようにすると、河川内に支持台を有する桟橋形式の構造物を設けて、回転体を有する発電設備を複数または多数設けることができ、１発電設備当たりの発電量を高めることができる。
【００５８】
請求項５のようにすると、ジャケット２１を使用しているので、杭１とジャケット２１との合成構造となり水平方向の剛性が大きく、また安定性がよい発電設備とすることができる。
【００５９】
請求項６のようにすると、水深に応じて、杭に対して浮体の位置を適宜容易に変えて、浮体を所定の位置に配置することができ、また、杭に過大な浮体の荷重を負担させることがなく、また、浮体を介して、河川の水深に応じて、回転体の位置を調整して、これを没水状または半没水状態にすることができ、河川の水深状況に応じて、最適な状態で発電することができる。
【００６０】
請求項７のようにすると、単に杭にストッパを設けるだけで、河川の水位の高低にかかわらず、浮体が杭から離脱するのを防止することができ、また、浮体が低レベル位置になることにより回転体が水底に接触して、プロペラ等が破損するのを防止することができる。
【００６１】
請求項８のようにすると、比較的簡単な可動式の発電設備とすることができ、河川の水深に応じて、回転体の位置を調整して、これを没水状または半没水状態にすることができ、河川の水深状況に応じて、最適な状態で発電することができる。
【００６２】
請求項９のようにすると、構造が簡単な安価な固定式の発電設備を河川に設けることができる。
【００６３】
請求項１０のようにすると、回転体を支持する支持部および構造物が安定する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の河川水流発電設備を河川に設置した状態を示す正面図である。
【図２】図１の側面図である。
【図３】本発明の第２実施形態の河川水流発電設備を河川に設置した状態を示す斜視図である。
【図４】本発明の第３実施形態の河川水流発電設備を河川に設置した状態を示す正面図である。
【図５】図４の側面図である。
【図６】（ａ）は本発明の第４実施形態の河川水流発電設備を河川に設置した状態を示す正面図、（ｂ）は（ａ）の側面図である。
【図７】本発明の第５実施形態の河川水流発電設備を河川に設置した状態を示す平面図である。
【図８】図７の側面図である。
【図９】本発明の第６実施形態の河川水流発電設備を河川に設置した状態を示す正面図である。
【図１０】図９の側面図である。
【符号の説明】
１ 杭
２ 浮体
２ａ 中空室
３ 挿通孔
４ 把持装置
５ 支持筒体
５ａ 開口部
６ 伸縮式ジャッキ
７ 昇降可動体
７ａ 中空固定筒体
８ 支持部
９ 発電機
１０ プロペラ
１１ 回転体
１２ 送電ケーブル
１３ 集電装置
１４ 支柱
１５ 送電ケーブル
１６ 下部ストッパ
１７ 上部ストッパ
１７ａ 環状金具
１８ 水底地盤
１９ ボルトピン
２０ 支持台
２１ ジャケット
２２ 杭挿通用鞘管
２２ａ 連結用鋼材
２３ 係留用杭体
２４ 係止部
２５ ウインチ
２６ 係留用条体
２７ 柱状ストッパ
【発明の属する技術分野】
本発明は、河川水の自然流下を妨げることなく、河川水が元々保有する水流エネルギーを利用して発電する河川水流発電設備に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
河川にダムや堰を構築して河川水を堰き止め、ダムや堰の上下流水位差や、ダムや堰によって作られる人口貯水池、調整池の水位と発電所間との地形標高差といった位置エネルギーを利用して発電する水力発電は古くから利用されてきた。水力発電は発電の方式により、流れ込み式、調整池式、貯水池式、揚水発電に分類される （例えば、非特許文献１参照） 。
【０００３】
しかしながら、従来の水力発電では、ダムや堰という大規模水理構造物を構築して河川水を堰き止めるため、ダムの建設地点より上流側の住居や田畑の水没を引き起こす。また、河川勾配の小さな河川に堰を設ける場合は、堰より上流の水位の湛水による水位のせき上げによって、河川沿いの低平地に位置する住居や田畑が洪水時に浸水する危険が生じる可能性があり、河川堤防の設置による氾濫防止等の対策が必要である。さらに、河川の中に構築されたダムや堰が、魚の遡上、往来を妨げたり、ダムからの放流水で長期に亘り濁水の流出を引き起こすなど、自然の生態系を変化させたり自然環境を悪化させる原因となる。
【０００４】
水力発電は本来、自然の持つエネルギーを利用する点で、地球温暖化の生じない、優れたエネルギー利用形態であるにもかかわらず、従来の水力発電では、発電に要する水のエネルギーを得るために、発電機の上下流水位差（有効落差）が、２．５〜３ｍ以上必要なため、ダムや堰という大規模水理構造物を構築して河川水を堰きとめ、発電機および水理構造物の上下流の水位差を発生させる必要がある。そのため、ダムや堰の構築に伴って、住民移転、周辺の土地利用への影響、環境問題などを引き起こすことが指摘されている。このような理由から、一般に、このような大規模水理構造物の建設による水力発電の実施は極めて難しい状況となってきている。
【０００５】
一方、水のエネルギーや大気のエネルギーといった、流れの有する自然エネルギーを利用した発電方式としては、風力発電や潮汐、潮流発電が既に実用化あるいは実験段階にある。
【０００６】
風力発電は、大気中に回転翼を設置し、大気の流れである風を利用して発電するもので、環境問題が生じない自然エネルギー利用形態として、わが国を含め世界各国で利用されつつある。しかし、風力発電施設は比較的風速が得られる地点に設置されているとはいえ、凪（なぎ）を含む一日の中での風速変化や季節的な風速の変化によって、発生電力や発生電力量が大幅に変動することは否めない。
【０００７】
一方、海洋の分野では、水の流れを利用して発電する方式として、これまで、潮汐発電、潮流発電および海流発電の実用化、あるいは研究が進められている。
【０００８】
潮汐発電は、地球と月および太陽との相対的な天体運動に起因して生じる周期的な海面の上下運動、すなわち潮汐差を利用して発電する方法であり、フランスのランスでは、１３．５ｍの最大潮位差を利用して、発電容量２４０ＭＷのランス潮汐発電所が１９９６年から稼働している。
【０００９】
但し、潮汐発電所の設置場所として最大潮位差が１０ｍ以上あることが必要であるとされ、日本では有明海の４．９ｍの潮位差が最大であり、潮汐発電に適する場所はない。
【００１０】
潮流発電は、潮汐発電と同様に潮汐現象に起因した周期的な海水の流れを利用して発電する方法であり、湾の入り口が狭まった場所や陸地に挟まれた海峡、水道または瀬戸などの潮流の流速が大きい場所が適している。来島海峡では、昭和５８年（１９８３年）から潮流発電の長期実証試験が進められている。
【００１１】
但し、潮流は約１２時間の周期で正弦波状に変化し、半周期ごとに流れの方向が反転するので、両方向の流れに対して効率良く回転するロータの開発が必要となる。
【００１２】
海流発電は、主に太陽からの熱エネルギー入力の不均一によって生じた対流作用に起因する熱流体運動を利用した発電方式である。海流は沿岸部から遠く、発電設備などの設置技術が未開発のため、大規模な海流発電の実績は世界的にも皆無である。
【００１３】
このように、ダムや堰という大規模水理構造物の建設を伴う水力発電は住民移転や自然環境を悪化させる原因として社会問題、環境問題を引き起こす。
【００１４】
風力発電は実用化されているが、日変動と季節変動の比較的大きな風速を利用することから、安定的な発電の確保が課題の一つである。
海洋の分野では、水の流れを利用して発電する方式として、これまで、潮汐発電、潮流発電および海流発電の実用化、あるいは研究が進められているが、一部の大きな潮位差を利用した発電以外はいずれも小規模な発電に止まっている。
【００１５】
河川水の自然流下を妨げることなく、かつダムや堰といった大規模な水理構造物を設置せず、河川水が本来有する自然の水流エネルギーを利用した発電の実例は未だない。
【００１６】
そして、従来、河川上にフロ−トを浮かせて、前記フロートに回転体を支持させると共に、そのフロートに発電機を設置し、かつ両岸に係留用の支柱を設置し、係留用ロープを河川の水面に沿って、張設する水車羽根式発電機も知られている（例えば、特許文献１参照）。
【００１７】
【非特許文献１】
電源開発「わが国における水力エネルギー貯蔵」日本エネルギー学会誌、第７５巻第１２号、１９９６
【特許文献１】
特開平０９−２５６９４１号公報
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
岸に係留用の支柱を設置する形態では、係留用ロープを河川の水面に沿って、張設する必要があり、川幅が広い場合には、係留用ロープが船舶の航行の障害になり、また、洪水時には係留用ロープに流木等の浮遊物が引っかかり、水位のせき上げが生じる等、実用上問題がある。
【００１９】
本発明は、河川水の自然流下を妨げることなく、かつダムや堰といった大規模な水理構造物を河道内および周辺地形に構築することなく、河川水が本来有する自然の水流エネルギーを利用し、また、係留用ロープを河川の水面に沿って、岸から張設する必要もなく、船舶の航行の障害や洪水時水位のせき上げを引き起こさないので、かつ杭を利用した経済的な河川水流発電設備を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
前記の問題点を有利に解決するために、本発明においては、下記のように構成する。
【００２１】
本発明の請求項１の河川水流発電設備においては、河川水の自然流下を妨げる事無く、河川水が元々保有する水流エネルギーを利用し、かつ河川の水中に自然流下の水流を受けて回転する回転体を水没させ、前記水流を受けて回転する前記回転体の回転エネルギーを利用して発電する河川水流発電設備において、河川の水底地盤に杭を打設し、その杭に、前記回転体を有する発電設備を備えた浮体を昇降可能に設けたことを特徴とする。
【００２２】
また、請求項２の河川水流発電設備においては、河川水の自然流下を妨げる事無く、河川水が元々保有する水流エネルギーを利用し、かつ河川の水中に自然流下の水流を受けて回転する回転体を水没させ、前記水流を受けて回転する前記回転体の回転エネルギーを利用して発電する河川水流発電設備において、河川の水底地盤に杭を打設し、その杭に、支持台を介して回転体を有する発電設備を設けたことを特徴とする。
【００２３】
また、請求項３の河川水流発電設備においては、河川水の自然流下を妨げる事無く、河川水が元々保有する水流エネルギーを利用し、かつ河川の水中に自然流下の水流を受けて回転する回転体を水没させ、前記水流を受けて回転する前記回転体の回転エネルギーを利用して発電する河川水流発電設備において、河川の水底地盤に杭を打設し、その杭に、前記回転体を有する発電設備を備えた浮体を係留させるようにしたことを特徴とする。
【００２４】
また、請求項４の河川水流発電設備においては、河川水の自然流下を妨げる事無く、河川水が元々保有する水流エネルギーを利用し、かつ河川の水中に自然流下の水流を受けて回転する回転体を水没させ、前記水流を受けて回転する前記回転体の回転エネルギーを利用して発電する河川水流発電設備において、河川の水底地盤に、川幅方向の左右方向に間隔を置くと共に前後方向に間隔を置いて、多数の杭を打設し、前記各杭の上部に渡って支持台を設けて河川内に桟橋形式の構造物を設け、前記支持台に、回転体を有する発電設備を複数設けたことを特徴とする。
【００２５】
また、請求項５の河川水流発電設備においては、河川水の自然流下を妨げる事無く、河川水が元々保有する水流エネルギーを利用し、かつ河川の水中に自然流下の水流を受けて回転する回転体を水没させ、前記水流を受けて回転する前記回転体の回転エネルギーを利用して発電する河川水流発電設備において、河川内に杭挿通用の鞘管を有するジャケットを設置し、前記鞘管に杭を挿通して水底地盤に打設し、前記ジャケットの上部に支持台を設け、その支持台に、回転体を有する発電設備を設けたことを特徴とする。
【００２６】
また、請求項６の発明においては、請求項１に記載の河川水流発電設備において、前記杭にガイドされる浮体を昇降可能に、かつ位置固定可能に設けたことを特徴とする。
【００２７】
また、請求項７の発明においては、請求項１または６に記載の河川水流発電設備において、前記杭に、浮体の上下の位置を規制するストッパが設けられていることを特徴とする。
【００２８】
また、請求項８の発明においては、請求項１〜７のいずれかに記載の河川水流発電設備において、前記浮体または支持台に、回転体を有すると共に発電設備を備えた昇降可動体を昇降可能に、かつ位置調整可能に設けたことを特徴とする。
【００２９】
また、請求項９の発明においては、請求項１〜７のいずれかに記載の河川水流発電設備において、前記浮体または支持台に、回転体を有すると共に発電設備を備えた中空固定筒体を取り付けたことを特徴とする。
【００３０】
また、請求項１０の発明においては、請求項１〜９のいずれかに記載の河川水流発電設備において、回転体を複数対称に配置して、水流を受ける回転体によって作用する回転モーメントを打ち消すように設けたことを特徴とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明の各実施形態について、図を参照して詳細に説明する。
【００３２】
＜第１実施形態＞
図１および図２は、本発明の第１実施形態を示すものであって、この形態では、水底地盤に間隔をおいて複数本の杭が河川横断方向および上流から下流に向う前後方向に間隔をおいて、４本の杭１が打設され、前記各杭１に、中空室２ａを備えた浮体２の４隅部の挿通孔３が嵌挿され、かつ浮体２は杭１にガイドされてこれに沿って浮力により昇降可能に、また、後記の把持装置４により位置固定可能に構成されている。浮体２の位置固定手段としては、浮体２側の挿通孔３の中間部に、杭１に圧着等によりこれを把持するためのチャックおよびジャッキ等を備えた把持装置４を浮体２側に付属させるようにすればよい。前記浮体２には、その浮力および吃水位置を調整するために、図示を省略するが、バラストタンクを装備させることができる。把持装置４としては、公知の液圧式等の杭把持装置を使用することもできる。
【００３３】
また、前記浮体２の中央部には、上下方向に延長する開口部５ａを有する支持筒体５が固定され、その内部に伸縮式ジャッキ６が配置されて、その一端側が連結されていると共に、前記伸縮式ジャッキ６の他端側が中空筒状の昇降可動体７に連結されて、前記昇降可動体７は伸縮式ジャッキ６により位置調整可能にかつ位置固定可能に設けられ、また、昇降可動体７は、前記支持筒体５の内壁面にガイドされ昇降可能に配置され、浮体２の中央部の挿通孔に、筒状の昇降可動体７の中間部が配置され、昇降可動体７の下部には、水平に中空の支持部８が一体に設けられ、その支持部８の左右両側における昇降可動体７から離れた位置には、発電機９が内臓されていると共に、これに接続した軸流形プロペラ１０を備えた回転体１１の軸部が回転可能に支持され、かつ内部に水が浸入しないように軸封パッキンにより液密にされ、回転体１０が上流側に向って外部に配置されている。
【００３４】
前記の各回転体１１は、回転体１１を複数対称（図示の場合は左右対称）に同レベルに配置されて、自然な水流Ｆを受ける回転体１１によって作用する水平回転モーメントを互いに打ち消すように作用するように設けている。これによって、支持部８が安定すると共に浮体２および各杭１も安定する。
【００３５】
前記各発電機９からの送電ケーブル１２は、支持部８内および中空の昇降可動体７内からその上面板の透孔を通って、必要に応じ巻取りリールを内臓した集電装置１３に接続され、その集電装置１３から浮体２に立設された支柱１４に掛け渡された上向きに傾斜した送電ケーブル１５をへて、図示省略の対岸の電柱または鉄塔を介して変電設備に接続される。
【００３６】
また、前記各杭１には、浮体２の上下面板から所定の距離をおいて、下部ストッパ１６および着脱可能な上部ストッパ１７が設けられ、下部ストッパ１６により浮体２が杭１に対して所定の下部位置より下レベルになり、プロペラ１０が水底地盤１８に接触するのを防止し、ボルトピン１９により杭１に着脱可能に嵌合装着された環状金具１７ａからなる上部ストッパ１７により、浮体２の上部レベルの位置が設定され、浮体２の設置または交換時には、上部ストッパ１７が適宜取り外される。上部ストッパ１６は杭１に溶接等により固定すればよい。なお、下部ストッパ１６も上部ストッパ１７と同様な構成にすると、浮体２上で、杭１の打設も可能になる。
なお、支持筒体５を角筒状とし、前記昇降可動体７を角筒状とすることで、前記昇降可動体７の水平回転を防止してもよく、あるいは、適宜支持筒体５の内面にガイド用の縦溝を設け、これに上下摺動可能に係合する突起を前記昇降可動体７に設けて、前記昇降可動体７の水平回転を防止するようにしてもよい。
【００３７】
＜第２実施形態＞
図３は本発明の第２実施形態を示すものであって、この形態では、４本の杭１の上部に、支持台２０が固定され、前記実施形態と同様に昇降可動体７が支持台２０に位置調整可能に構成され、昇降可動体７の下部に発電機９が内臓され、支持台２０に集電装置１３および支柱１４が設置されているが、杭１にストッパ１６，１７が省略されているが、その他の構成は、前記実施形態と同様であるので、同様な部分には、同様な符号を付して説明を省略する。
【００３８】
＜第３実施形態＞
図４および図５は本発明の第３実施形態を示すものであって、この形態では、前後方向に間隔を置くと共に左右方向に間隔をおいて多数の杭１が水底地盤１８に打設され、前記各杭１の上部に左右方向に延長するように床版からなる支持台２０が設けられた桟橋形式の構造物とされ、各左右方向における杭１間の支持台２０の下部に、固定式の上下方向に延長する中空固定筒体７ａが支持台２０取り付けられ、その各中空固定筒体７ａの下部に支持部８が設けられているが、その他の構成は、前記実施形態と同様であるので、同様な部分には、同様な符号を付して説明を省略する。
【００３９】
なお、この実施形態の場合も、中空固定筒体７ａに代えて、昇降可動体７としてもよい。この実施形態では、川幅が広い場合には、川幅方向に多数の回転体１０を配置することができるので、経済的に発電することができる。なお、桟橋形式とする場合、河川の流れに直角方向ばかりでなく、上流側または下流側に向って斜めに交差する方向に設けることも可能である。
【００４０】
＜第４実施形態＞
図６は本発明の第４実施形態を示すものであって、この形態では、４隅部に杭挿通用鞘管２２を備えていると共にこれらの杭挿通用鞘管２２を各辺で連結する連結鋼材２２ａによって一体化された鋼製ジャケット２１と杭１とが、これらの上端部で一体化されていると共に、これらの上部に渡って、鋼製またはコンクリート製床版等からなる支持台２０が設けられ、前記支持台２０に前記と同様に中空固定筒体７ａが取り付けられ、前記杭１と鋼製ジャケット２１における杭挿通用鞘管２２内面との間には、適宜モルタル等のグラウトが充填されて一体化されているが、その他の構成は、前記実施形態と同様であるので、同様な部分には、同様な符号を付して説明を省略する。この実施形態では、ジャケット２１を使用しているので、杭１とジャケット２１との合成構造物となり水平方向の剛性が大きく、また合成構造物の安定性がよい発電設備とすることができる。
【００４１】
＜第５実施形態＞
図７および図８は、本発明の第５実施形態を示すものであって、この形態では、浮体２の４隅部付近にウインチ２５を設け、また、河川内の水底地盤１８に複数の杭１を打設すると共に、各杭１の上部を、鉄筋コンクリート等により結合させることにより構成された係留用杭体２３の上部に係止部２４を設け、浮体２の前記各ウインチ２５から、耐候性を高めた合成樹脂被覆ワイヤーロープ等の係留用条体２６を、前記各係止部２４に係止するように構成され、また、前記浮体２の下部４隅部には、プロペラ１０の下端部より所定の距離下方に突出するように鋼製等の柱状ストッパ２７が設けられ、中空固定筒体７ａを浮体２に設けた形態である。
【００４２】
この実施形態でも、中空固定筒体７ａに代えて、昇降可動体７とするようにしてもよい。また、各ウインチ２５からの係留用条体２６は適宜張力が設定され、過大な張力が作用しないように、ウインチ２５のドラムで巻取りまたは巻き戻しされて、係留用条体２６の張力は所定の範囲に維持されるように構成されている。その他の構成は、前記実施形態と同様であるので、同様な部分には、同様な符号を付して説明を省略する。
【００４３】
＜第６実施形態＞
図９および図１０は本発明の第６実施形態を示すものであって、この形態では、水底地盤１８に打設された１本の杭１における水没した中間部に、支持台２０が固定され、前記支持台２０に支持部８が固定されるか、支持台２０および杭１に固定され、前記支持部８の左右両側の対称位置にプロペラ１０を有する複数の回転体１１が装備され、内部にそれぞれ発電機９を備えている構成とされ、杭１の上部に、送電用支柱１５を設置し、送電ケーブル１２を杭１に沿って配置している。
前記各実施形態において、杭１としては、例えば、断面円形あるいは断面楕円状の鋼管杭を使用してもよい。
【００４４】
本発明を実施する場合、プロペラ１０等を有する回転体１１を半水没状態としてもよく、図示例のように、水没状態としてもよく、河川の状態に応じて、適宜設定すればよい。
【００４５】
前記各実施形態のように、本発明では、河川水の自然流下を妨げないよう人工のダムや堰を構築する事無く、河川水の流れが持つ自然のエネルギーを利用して発電する方式であり、河川の水の流れを堰き止めたり遮断することがないため、周辺の住民や環境に与える影響は極めて軽微である。また、比較的一日の中での時間変動の少ない河川の水流を利用するため、一日を通して時間的に安定した発電が可能である。また、本発明による発電を年間を通じて水量の豊富な河川で行なう場合は、季節変動によらない安定的な発電が可能となる。
【００４６】
本発明において、河川水の流下に伴う水流エネルギーは、水の流れにほぼ直角に設置した回転体（ローター）１１が水の流れを受けて生じる回転エネルギーを発電機９に伝えて発電する。
【００４７】
回転体（ローター）１１の形式は、風力発電と同様に、プロペラ式の軸流ローターと、サボニウス型やダリウス型などの横流ローターが利用可能であり、流速や水深などの設置箇所の条件に応じて選択することができる。本発明としては、回転体１１を完全水没させても、半水没状態としてもよいが、水深１ｍ程度以下の水没状態であるのが好ましい。
【００４８】
本発明の河川水流発電設備を使用して、発電する場合、例えば、ローター１基当りの発電容量（発生出力）は、以下の式で与えられる。
Ｐ＝（１／２）・（ρｖ３ηＳ）
ここに、Ｐ：発生出力（Ｗ）
ρ：水の密度（ｋｇ／ｍ３）
ｖ：河川水の流速（ｍ／ｓ），
η：発電効率
Ｓ：流れに垂直な面に投影した装置の面積（ｍ２）
【００４９】
例えば、水の密度ρを１，０００ｋｇ／ｍ３、河川水の流速ｖを２ｍ／ｓｅｃ、発電効率ηを０．３、ローターの半径ｒを３．７ｍとすれば、
Ｓ＝πｒ２から、Ｐ≒５１．６ｋＷとなり、約５０ｋＷの発電容量が得られることになる。
【００５０】
前記実施形態において、浮体方式は水位の変化にも対応が可能であるとともに、季節による河川水量の変化に伴う流速や水深の変化に応じて有利な水深と流速が確保できる地点に、適宜曳航あるいは搬送クレーン等を備えた搬送用台船等により移動することが可能である。
【００５１】
前記実施形態の桟橋方式あるいはジャケット方式も、河川水を堰き止めることが回避できるため、周辺環境に与える影響は軽微に抑えることができる。さらに、洪水時の流れを阻害するものではない。
【００５２】
本発明を実施する場合、浮体または支持台あるいは杭に支柱１４を設けないで、例えば、浮体または支持台あるいは杭から送電用ケーブル１５を、下方に配置し（例えば、杭の外側あるいは内側に沿って）、水底地盤１８の水底面に沿って敷設するか、あるいは水底地盤内に敷設して送電するようにすると、河川上および河川中に、送電用ケーブル１５が障害物とならないので好ましい。
また、本発明を実施する場合、浮体あるいは支持台の上流側の平面形状を上流側に向って突出する平面円弧状にし、また、浮体あるいは支持台の下流側の平面形状を下流側に向って突出する平面円弧状にすると、抵抗が小さくなるのでよい。さらに、浮体あるいは支持台の上流側前面または下流側後面の上下方向の外形形状を、断面で下方に向って、浮体あるいは支持台の中央側に近づくような傾斜面とするとよい。
また、本発明を実施する場合、回転体を複数配置する場合、発電時の各回転体のプロペラ自体の回転方向は、翼角度を適宜設定することにより設定すればよい。
以上のように、本発明の河川水流発電設備は、河川水流の持つ自然エネルギーを利用する点で、地球温暖化の懸念も無い地球環境にやさしいエネルギー利用技術である。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によると、河川水の自然流下を妨げることなく、かつダムや堰、水路というといった大規模な水理構造物を河道内および周辺地形に構築することなく、河川水が本来有する自然の水流エネルギーを利用し、また、係留用ロープを河川の水面に沿って、張設する必要もなく、船の航行の障害とならないで、かつ杭を利用した経済的な河川水流発電設備を提供することができる。また、地球温暖化の懸念も無い地球環境にやさしいエネルギー利用技術である。さらに、発電設備の構成が比較的簡単な構成であるので、比較的安価に、河川に沿って設けたり、比較的安価に撤去したりすることができる。さらに、各発明によると、次のような効果が得られる
【００５４】
請求項１のようにすると、河川の水底地盤に杭を打設し、回転体を有する発電設備を備えた浮体を設けるだけでよい簡単な構成であり、したがって、比較的大きな川幅寸法の河川に沿って、適宜、設けることができ、水深に応じて、浮体を上下動させて、発電設備を効率よく稼動させることができる。
【００５５】
請求項２のようにすると、杭に支持台を設けて、回転体を有する発電設備を設けるだけの簡単な構成であるので、水深の安定している河川おいては、さらに経済的に設置することができる。
【００５６】
請求項３のようにすると、単に、杭に回転体を有する発電設備を備えた浮体を係留させるだけの簡単な構成で、浮体を河川の所定の位置に設置することができる。
【００５７】
請求項４のようにすると、河川内に支持台を有する桟橋形式の構造物を設けて、回転体を有する発電設備を複数または多数設けることができ、１発電設備当たりの発電量を高めることができる。
【００５８】
請求項５のようにすると、ジャケット２１を使用しているので、杭１とジャケット２１との合成構造となり水平方向の剛性が大きく、また安定性がよい発電設備とすることができる。
【００５９】
請求項６のようにすると、水深に応じて、杭に対して浮体の位置を適宜容易に変えて、浮体を所定の位置に配置することができ、また、杭に過大な浮体の荷重を負担させることがなく、また、浮体を介して、河川の水深に応じて、回転体の位置を調整して、これを没水状または半没水状態にすることができ、河川の水深状況に応じて、最適な状態で発電することができる。
【００６０】
請求項７のようにすると、単に杭にストッパを設けるだけで、河川の水位の高低にかかわらず、浮体が杭から離脱するのを防止することができ、また、浮体が低レベル位置になることにより回転体が水底に接触して、プロペラ等が破損するのを防止することができる。
【００６１】
請求項８のようにすると、比較的簡単な可動式の発電設備とすることができ、河川の水深に応じて、回転体の位置を調整して、これを没水状または半没水状態にすることができ、河川の水深状況に応じて、最適な状態で発電することができる。
【００６２】
請求項９のようにすると、構造が簡単な安価な固定式の発電設備を河川に設けることができる。
【００６３】
請求項１０のようにすると、回転体を支持する支持部および構造物が安定する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の河川水流発電設備を河川に設置した状態を示す正面図である。
【図２】図１の側面図である。
【図３】本発明の第２実施形態の河川水流発電設備を河川に設置した状態を示す斜視図である。
【図４】本発明の第３実施形態の河川水流発電設備を河川に設置した状態を示す正面図である。
【図５】図４の側面図である。
【図６】（ａ）は本発明の第４実施形態の河川水流発電設備を河川に設置した状態を示す正面図、（ｂ）は（ａ）の側面図である。
【図７】本発明の第５実施形態の河川水流発電設備を河川に設置した状態を示す平面図である。
【図８】図７の側面図である。
【図９】本発明の第６実施形態の河川水流発電設備を河川に設置した状態を示す正面図である。
【図１０】図９の側面図である。
【符号の説明】
１ 杭
２ 浮体
２ａ 中空室
３ 挿通孔
４ 把持装置
５ 支持筒体
５ａ 開口部
６ 伸縮式ジャッキ
７ 昇降可動体
７ａ 中空固定筒体
８ 支持部
９ 発電機
１０ プロペラ
１１ 回転体
１２ 送電ケーブル
１３ 集電装置
１４ 支柱
１５ 送電ケーブル
１６ 下部ストッパ
１７ 上部ストッパ
１７ａ 環状金具
１８ 水底地盤
１９ ボルトピン
２０ 支持台
２１ ジャケット
２２ 杭挿通用鞘管
２２ａ 連結用鋼材
２３ 係留用杭体
２４ 係止部
２５ ウインチ
２６ 係留用条体
２７ 柱状ストッパ
Claims (10)
- 河川水の自然流下を妨げる事無く、河川水が元々保有する水流エネルギーを利用し、かつ河川の水中に自然流下の水流を受けて回転する回転体を水没させ、前記水流を受けて回転する前記回転体の回転エネルギーを利用して発電する河川水流発電設備において、河川の水底地盤に杭を打設し、その杭に、前記回転体を有する発電設備を備えた浮体を昇降可能に設けたことを特徴とする河川水流発電設備。
- 河川水の自然流下を妨げる事無く、河川水が元々保有する水流エネルギーを利用し、かつ河川の水中に自然流下の水流を受けて回転する回転体を水没させ、前記水流を受けて回転する前記回転体の回転エネルギーを利用して発電する河川水流発電設備において、河川の水底地盤に杭を打設し、その杭に、支持台を介して回転体を有する発電設備を設けたことを特徴とする河川水流発電設備。
- 河川水の自然流下を妨げる事無く、河川水が元々保有する水流エネルギーを利用し、かつ河川の水中に自然流下の水流を受けて回転する回転体を水没させ、前記水流を受けて回転する前記回転体の回転エネルギーを利用して発電する河川水流発電設備において、河川の水底地盤に杭を打設し、その杭に、前記回転体を有する発電設備を備えた浮体を係留させるようにしたことを特徴とする河川水流発電設備。
- 河川水の自然流下を妨げる事無く、河川水が元々保有する水流エネルギーを利用し、かつ河川の水中に自然流下の水流を受けて回転する回転体を水没させ、前記水流を受けて回転する前記回転体の回転エネルギーを利用して発電する河川水流発電設備において、河川の水底地盤に、河川横断方向に間隔を置くと共に前後方向に間隔を置いて、多数の杭を打設し、前記各杭の上部に渡って支持台を設けて河川内に桟橋形式の構造物を設け、その支持台に、回転体を有する発電設備を複数設けたことを特徴とする河川水流発電設備。
- 河川水の自然流下を妨げる事無く、河川水が元々保有する水流エネルギーを利用し、かつ河川の水中に自然流下の水流を受けて回転する回転体を水没させ、前記水流を受けて回転する前記回転体の回転エネルギーを利用して発電する河川水流発電設備において、河川内に杭挿通用の鞘管を有するジャケットを設置し、前記鞘管に杭を挿通して水底地盤に打設し、前記ジャケットの上部に支持台を設け、前記支持台に、回転体を有する発電設備を設けたことを特徴とする河川水流発電設備。
- 前記杭にガイドされる浮体を昇降可能に、かつ位置固定可能に設けたことを特徴とする請求項１に記載の河川水流発電設備。
- 前記杭に、浮体の上下の位置を規制するストッパが設けられていることを特徴とする請求項１または６に記載の河川水流発電設備。
- 前記浮体または支持台に、回転体を有すると共に発電設備を備えた昇降可動体を昇降可能に、かつ位置調整可能に設けたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の河川水流発電設備。
- 前記浮体または支持台に、回転体を有すると共に発電設備を備えた中空固定筒体を取り付けたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の河川水流発電設備。
- 回転体を複数対称に配置して、水流を受ける回転体によって作用する回転モーメントを打ち消すように設けたことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の河川水流発電設備。
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