JP2010007654A - 河川浄化式水力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】汚染された河川の水を、浄化槽で浄化するとともに、河川水流の落差による発電可能な河川浄化式水力発電装置を提供する。
【解決手段】本発明の装置は、河川水流３に沿って設けられ、発電機２と、浄化貯水槽６と、落水管７と、シャフト８と、プロペラ９と、汚濁水浄化装置１１と、送水トンネル１３と、増水感知器２６と、排水路２３とを備え、浄化貯水槽６と落水管７とプロペラ９とがグランド１に対して垂直に連結し構成され、河川水流３の水が浄化されるとともに、下部が楕円形に形成された落水管７を通りプロペラ９に衝突し、シャフト８が回転することで発電機２において発電され、浄化された水が送水トンネル１３を通り河川水流３へと戻り、河川が増水時に増水感知器２６が反応し、プロペラ９に衝突した水流が排水路２３を通り２２海へと排水され河川の氾濫を防ぐことが可能に構成されたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は河川の汚濁水を浄化する装置及び水力発電を起こすことが可能な装置に関する。

従来、汚濁した河川の浄化には、河川自体あるいは河川の一部を貯水した水に対して、微生物などの生物的あるいは化学的な浄化手段を投入するか、汚濁水の濾過を行う方法が知られている。
また、水力発電は、湖や雨水などの水をダムにより貯水し、さらに貯水されたダムよりも低い位置にダムを構成することで、高い位置のダムから低い位置のダムへと水を落下させることにより、発電機の駆動力を得て発電する手法が知られている。

しかしながら、河川の浄化を行う際に河川水流自体に対して生物的な浄化物を投入するかまたは、濾過を行うのは、河川の幅が大きい場合や河川速度が速い場合に、浄化構築のコストがかかるという問題がある。また、水力発電装置のために複数のダムの高低差を利用するには、必要なダムの大きさの森林を破壊する必要がある。本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、河川水を複数個所で貯水槽を設けることで水の浄化を行いながら、高い位置に流れる河川からそれより低い位置に流れる河川までの水の落差を利用して発電可能な河川浄化式水力発電装置を提供する。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の河川浄化式水力発電装置は、河川水流の一部の水を貯水することが可能な複数に仕切られて形成された浄化貯水槽と、浄化貯水槽の間仕切りの位置に配置した汚濁水浄化装置と、浄化貯水槽の最終段断面に接合した円筒状の落水管と、落水管底部より落下する水を受け回転するプロペラと、プロペラと接続されたシャフトと、シャフトが回転することにより発電可能な発電機とを河川沿いの複数個所に備えたことを特徴とするので、河川の水が貯水槽内を移動する時に汚濁水浄化装置を通過するので浄化されるとともに水力発電を同時に河川水流沿いの複数の箇所で行うことが可能となる。
浄化貯水槽と、浄化貯水槽に接続された両端開口の落水管と、落水管から流れ出る浄化水を受け回転するプロペラと、プロペラの回転とともに回転するシャフトと、シャフトと接続された発電機とが重力方向に直接連結されるように配置されたので、浄化水による動力を直接発電機に伝えることが可能となる。
浄化貯水槽から浄化水が流れ出る落水管において、落水管上部断面が円形状に形成され、落水管下部断面がプロペラに浄化水の重量の９０％以上を伝えることが可能なように楕円形状に形成されたので、浄化水の位置エネルギーを９０％以上の割合で発電機の駆動力エネルギーとして伝えることが可能となる。
落水管の底部より流出する浄化された水を受ける流水槽と、流水槽底部と流水槽より高度が低い位置にある河川水流との間に両端開口の円形断面に形成された管状の送水トンネルを備えたので、河川水流上流の一部の水が浄化され、落水管を通りプロペラと衝突しプロペラ及びシャフトを回転させ発電機に駆動力を与えた後、河川水流下流に戻すことが可能となる。
河川水流内部に河川水流が増水したことの検知可能な増水感知器と、送水管と海との間に両端開口の円形断面に形成された管状の排水路と、排水路と送水管との接合面に油圧式開閉戸とを備えたので、通常の河川水量の時は、油圧式開閉戸を閉めることで浄化された水は河川へと戻り、河川水量が洪水を起こすまでの水量に達する直前には、増水感知器が反応し油圧式開閉戸を開き浄化された水が河川には戻らず直接海へと流れることが可能となる。

図１乃至図７は本発明の最良の形態による河川浄化式水力発電装置を示し、図１は河川水流方向に対しての河川浄化式発電装置側面図を示し、図２は河川浄化式発電装置の拡大側面図を示し、図３は河川水流方向に対しての河川及び河川浄化式発電装置断面図を示し、図４は河川水流の両岸に設けられた河川浄化式発電装置の断面図を示し、図５は河川及び河川浄化式発電装置の平面図を示し、図６は落水管及びプロペラの構成図を示し、図７は落水管の詳細図を示す。

図１に示すように河川浄化式発電装置は、河川水流３沿いに上流から下流にかけて複数個所に設けられる。又、図４に示すように、河川水流３の両岸に河川浄化式発電装置を設けることもできる。以下説明は、全て、河川水流３沿いにそれぞれ設けられた一つの河川浄化式発電装置に関して示す。

河川水流３沿いにそれぞれ設けられた各河川浄化式発電装置は、浄化貯水槽６と、汚濁水浄化装置１１と、発電機２と、送水トンネル１３と、排水路２３とを備える。

浄化貯水槽６は、河川水流３沿いのグランド１中に河川の水を貯水できるように設けられ、複数の貯水槽に間仕切られるように構成されている。分割されたそれぞれの浄化貯水槽６と浄化貯水槽６の接地面が一定の高さを違えるように隣接され、高度が高い位置に配置された浄化貯水槽６の一端は汚濁水浄化装置１１が備える。図３に示すように、高度が一番高い位置に配置された浄化貯水槽６の天井部は、河川水流３の近い側から遠い側へ傾斜を持ってゴミ取り網２５を設ける。

河川水流３と高度が一番高い位置に配置された浄化貯水槽６の間には、水門１５がグランド１の上に配置される。水門１５はグランド１に対して垂直に配置され、水門１５内上部は駆動ウィンチ１４が、水門１５内の下部は重力方向に沿って上下に移動可能な水流遮断機１２が設けられ、駆動ウィンチ１４と水流遮断機１２は巻揚げワイヤー１６によって結合されている。

図２に示すように、高度が一番低い位置に配置された浄化貯水槽６の底面には、一つ以上の開口断面が形成され、重力方向に沿って両端開口の落水管７が設けられる。落水管７は、流水槽１０上部に設けられた一つ以上の開口断面を貫通し流水槽１０内部まで延長される。落水管上部２０は、円形断面に開口されて形成される。落水管下部２１は、楕円形断面に開口されてプロペラ９上部と一定の離間を保って配置される。落水管７の長さは、プロペラ９の回転する回転速度に応じて、勾配２４と、浄化貯水槽６の総容量と、複数の落水管上部２０断面総面積及び落水管下部２１断面総面積から計算される最短の長さで構成される。

複数の落水管７の内側には、シャフト８が設けられる。シャフト８下部は流水槽１０内部に配置され、シャフト８最上部は、高度が一番低い位置に配置された浄化貯水槽６の上に配置された発電機２の内部まで延びる。また、シャフト８の底部はプロペラ９が設けられる。

発電機２底面は、高度の一番低い位置に配置された浄化貯水槽６の天井部に接して設けられた発電機台座５の上部と接するよう構成される。発電機台座５は発電機２よりも広く形成される。

流水槽１０一端側面は開口されるよう形成されて、開口断面全体が筒状で両端面開口された送水トンネル１３と向かい合い結合されている。送水トンネル１３は、グランド１の中を河川水流３の下流方向へ向けて延び、他端開口断面は河川水流３に接するよう構成される。

グランド１中を河川水流３の下流方向へ向けて延びる送水トンネル１３途中底面に開口断面が形成され、両端面開口された排水路２３の一端開口断面と結合するよう構成されている。送水トンネル１３と排水路２３との接合部には、油圧式開閉戸２７が設けられる。排水路２３の他端開口断面は、海２２に接するよう構成される。排水路２３は、河川水流３沿いに複数個所設けられた河川浄化式水力発電装置ごとに設けるか、複数の河川浄化式水力発電装置で共有する。

次に動作を説明する。川底４からある一定の深さを有した河川水流３と、浄化貯水槽６内に空いている空間がある場合、水門に配置された駆動ウィンチ１４が巻揚げワイヤー１６を巻き上げることで、水流口遮断機１２が重力方向と逆に沿って移動し取水口１７が開く。

取水口１７が開くと、ゴミ１８を含んだ河川水流３が取水口１７へと流入する。取水口１７を通過した河川水流１３は、ゴミ取り網２５を通過し、取水１９は、高度の一番高いところに配置された浄化貯水槽６へ貯水され、ゴミ１８はゴミ取り網２５を転がりグランド１の上に積まれていく。高度の一番高いところに配置された浄化貯水槽６がある一定の水量を超えると、水門５に配置された駆動ウィンチ１４が巻揚げワイヤー１６を降ろし水流遮断機１２が取水口１７を閉鎖する。または、水流遮断機１２の取水口における遮断面積を調整することによって、高度の一番高いところに配置された浄化貯水槽６から次の浄化貯水槽６へと流出する水量の速度に合わせるよう制御することが可能となる。

河川の水は、高度の一番高いところに配置された浄化貯水槽６から一つ高度の低い位置へ配置された浄化貯水槽６へと向かう。次の浄化貯水槽６へと通過する直前に、汚濁水浄化装置１１を通過し河川水が浄化される。同じように、次の浄化貯水槽６に入った河川の水はさらに下に配置された次の浄化貯水槽６の方向へと進み、次の浄化貯水槽６へ移る直前に汚濁水浄化装置１１を通過し、さらに浄化される。最終的に浄化を繰り返した河川の水は、高度の一番低い位置に配置された浄化貯水槽６へ到達する。

高度の一番低い位置に配置された浄化貯水槽６へ到達した浄化水は、浄化貯水槽６の底面に設けられた一つ以上の開口断面より落水管７に沿って、重力方向へと落下する。落水管下部２１に到達した浄化水は、プロペラ９に衝突し流水槽１０へと到達する。浄化水と衝突したプロペラ９が回転することで、シャフト８も回転し、発電機２へ駆動力を与える。落水管７が複数存在する時には、それぞれの落水管７がプロペラ９の異なる位置に衝突し回転力を加速させる。

流水槽１０に到達した浄化水は、流水槽１０側面に接続された送水トンネル１３を通り、河川水流３が通常の水深範囲にある場合には、河川水流３へと戻される。
河川水流３が一定の水深以上にあり洪水または氾濫の可能性がある場合には、増水感知器２６が反応し、送水トンネル１３の途中に設けられた油圧式開閉戸２７が開き、浄化水は送水トンネル１３途中底面開口断面より排水路２３へと流出し、海２２へと到達される。

最良の形態によれば、河川水流３沿いに、浄化貯水槽６に発電機２を設けたので河川の水が浄化されながら水力発電となるので、例えば自然法則及び森林を破壊するダムの建設をせずに水力発電を行うことが可能となる。また、通常浄化された水は、元の河川に戻り、河川水量が多く洪水や氾濫の危険がある場合には、海へ直接流すことで河川水流３の水量を減らすなどの制御が可能となる。例えば、赤道近い国などで河川の氾濫が頻繁な箇所の町に水が溢れることを防ぐことが可能となる。

上記では、河川水流３の片側か両岸に河川浄化式発電装置を設けたが、地形によって、互い違いに河川浄化式発電装置を設けるか、一箇所に複数の河川浄化式発電装置を設けて利用しても良い。本発明の河川浄化式発電装置は、河川の勾配を利用した自然エネルギー源として用いることができる。

河川水流方向に対しての河川浄化式発電装置側面図（最良の形態）。 河川浄化式発電装置の拡大側面図（最良の形態）。 河川水流方向に対しての河川及び河川浄化式発電装置断面図（最良の形態）。 河川水流の両岸に設けられた河川浄化式発電装置の断面図（最良の形態）。 河川及び河川浄化式発電装置の平面図（最良の形態）。 落水管及びプロペラの構成図（最良の形態）。 落水管の詳細図（最良の形態）。

符号の説明

１ グランド（ＧＬ）、２ 発電機、３ 河川水流、４ 川底、５ 発電機台座、６ 浄化貯水槽、７ 落水管、 ８ シャフト、９ プロペラ、１０ 流水槽、１１ 汚濁水浄化装置、１２ 水流口遮断機、１３ 送水トンネル、１４ 駆動ウィンチ、１５ 水門、１６ 巻揚げワイヤー、１７ 取水口、１８ ゴミ、１９ 取水、２０ 落水管上部、２１ 落水管下部、２２ 海、２３ 排水路、２４ 勾配、２５ ゴミ取り網、２６ 増水感知器、２７ 油圧式開閉戸

Claims (5)

1. 河川水流の一部の水を貯水することが可能な複数に仕切られて形成された浄化貯水槽と、浄化貯水槽の間仕切りの位置に配置した汚濁水浄化装置と、浄化貯水槽最終段の断面に接合した円筒状の落水管と、落水管底部より落下する水を受け回転するプロペラと、プロペラと接続されたシャフトと、シャフトが回転することにより発電可能な発電機とを河川沿いの複数個所に備えたことを特徴とする河川浄化式水力発電装置。
2. 浄化貯水槽と、浄化貯水槽に接続された両端開口の落水管と、落水管から流れ出る浄化水を受け回転するプロペラと、プロペラの回転とともに回転するシャフトと、シャフトと接続された発電機とが重力方向に直接連結されるように配置された請求項１に記載の河川浄化式水力発電装置。
3. 浄化貯水槽から浄化水が流れ出る落水管において、落水管上部断面が円形状に形成され、落水管下部断面がプロペラに浄化水の重量の９０％以上を伝えることが可能なように楕円形状に形成された請求項１に記載の河川浄化式水力発電装置。
4. 落水管の底部より流出する浄化された水を受ける流水槽と、流水槽底部と流水槽より高度が低い位置にある河川水流との間に両端開口の円形断面に形成された管状の送水トンネルを備えたことを特徴とする請求項１に記載の河川浄化式水力発電装置。
5. 河川水流内部に河川水流が増水したことの検知可能な増水感知器と、送水管と海との間に両端開口の円形断面に形成された管状の排水路と、排水路と送水管との接合面に油圧式開閉戸とを備えたことを特徴とした請求項１至請求項４のいずれかに記載の河川浄化式水力発電装置。

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