JP2010174874A

JP2010174874A - 自然河川発電システム

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Publication number: JP2010174874A
Application number: JP2009039968A
Authority: JP
Inventors: Osamu Nagao; 納長尾
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-01-29
Filing date: 2009-01-29
Publication date: 2010-08-12
Anticipated expiration: 2029-01-29
Also published as: JP4358294B1

Abstract

【課題】自然河川の川床の段差を利用してほぼ１００％の水流を発電に利用でき、河川の水量が少ない場合でも、発電を可能にすること。
【解決手段】河川の下段部の川床に、両岸をコンクリートで固設し天井部を河川の上段部と同一平面とした水力発電装置１０を両岸に跨り設置してなり、この水力発電装置１０は、底部中央に落水路が設けられこの落水路に向けてＶ字型の落水斜面２２が形成された落水部２０と、前記落水斜面下に設置されこの落水斜面からの落水を受けてその運動エネルギーを回転運動に変える少なくとも一対の水車２５と、前記落水部２０の上流側に連設され前記水車２５の回転運動を伝達して発電させる発電装置が設置された発電室３０と、前記落水部２０の下流側に連設され落水を前記水車２５に誘導する下部に前記落水路と連通する放水路４１が形成された落水誘導ブロック壁４０と天井部上の水流を堰き止め放流する可動堰板５０からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、大小様々な自然の河川の水流エネルギーを利用して発電することが可能な発電システムの改良に関する。

ダム等による水力発電は、日本全国各地で行われているが、近年、河川の水力エネルギーを利用した水力発電技術が特許文献等で散見されている。例えば、実開昭５７−１２７８５７号（特許文献１）には、河川を部分的に堰き止め、そこにユニット式の発電装置を配置し、河川の水流エネルギーを回転運動に変換して発電する技術が開示されている。また、特開２００６−１６８９４（特許文献２）には、河川の川幅に沿って複数基の水車発電装置を配列し、これらにより水流エネルギーを変換して発電する技術も開示されている。

実開平５７−１２７８５７号特開２００６−１６８９４

ところが、特許文献１の技術では、ユニット式の発電装置が河川に部分的に設置されているに留まり、また特許文献２でも水流の全てを利用するものではないため、水流の利用にロスが生じ、十分な発電が期待できないことが課題であった。また、これら特許文献の技術は、平坦な川床には適用されても、段差のある川床には適用できないという課題も生じている。

上記課題を解決するための本発明は、以下に記した特徴を有する。
すなわち本発明は、川床に段差のある自然河川または人工的に段差を付けた河川の下段部の川床に、両岸をコンクリートで固設し天井部を前記河川の上段部と同一平面とした水力発電装置を両岸に跨り設置してなり、この水力発電装置は、底部中央に落水路が設けられこの落水路に向けてＶ字型の落水斜面が形成された落水部と、前記落水斜面下に設置されこの落水斜面からの落水を受けてその運動エネルギーを回転運動に変える少なくとも一対の水車と、前記落水部の上流側に連設され前記水車の回転運動を伝達して発電させる発電装置が設置された発電室と、前記落水部の下流側に連設され落水を前記水車に誘導する下部に前記落水路と連通する放水路が形成された落水誘導ブロック壁と、この落水誘導ブロック壁の外壁面と隣接し前記水力発電装置の天井部上の水流を堰き止め放流する昇降動可能な可動堰板からなり、前記落水部開口にはゴミ捕捉網板が設置され、このゴミ捕捉網板を覆い前記落水部開口を両側から開閉するスライド可動式の落水開口開閉蓋が設置されていることを特徴とする自然河川発電システムである。

発電室天井と落水開口開閉板上面及び落水誘導ブロック壁上面は同一平面とするのが好ましい。このようにすることで、台風や大雨などの災害時に流れてくる大量の漂流物を装置上に滞らせることなくスムーズに下流側に流すことができる。

以上のように構成することで、段差のある自然の河川や段差を人工的に付けた河川の段差を利用して水流エネルギーを発電に利用することができる。また、発電時には、可動堰板で堰き止めた水流の全てが落水部から水車へと送られるので、ほぼ１００％の水流を発電に利用することができる。さらに、河川の水量が少ない場合でも、可動堰板が水を堰き止めて落水部に送るので、発電が可能となる。さらに、本発電システム回りに魚道や取水路が設けられている河川の場合には、可動堰板を堰状態にまで上昇させ、魚道入り口と取水口を閉じることで、すべての水流を発電に利用することができる。

本発明による自然河川発電システムの全体斜視図である。図１の縦断面図である。図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図３のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。水車を二対設置した場合における本発明システムの概略断面図である。

図１には、本自然河川発電システムの全体斜視図が示されている。本河川発電システムは、川床に段差のある自然の河川や段差を人工的に付けた河川の川床の下段部に設けられるもので、その下段部の川床及び両岸はコンクリートで固設されており、この両岸間を跨ぐように水力発電装置１０が設置されている。この水力発電装置１０は、河川上段部の水流をその天井面上に流すために天井面がコンクリート固設の両岸よりも低く設計されており、落水部２０、水車２５、発電室３０、落水誘導ブロック壁４０及び可動堰板５０よりなる。

落水部２０は、図３に示すように、底部中央に落水路２１が形成され、この落水路２０に向けて両岸からＶ字型の落水斜面２２が形成されている。この落水斜面２２は、水流を落水路２１に流す働きをする。したがって、水流は落水部２０に入ると、この落水斜面２２に沿って落水路２１に落ちながら流れることになる。

落水斜面２２と落水路２１の間には、水車２５がそれぞれ回転自在に配設されている。この一対の水車２５は、それぞれが個別に落水斜面２２からの落水の運動エネルギーを回転運動に変換するものである。

発電室３０は、落水部２０の上流側に連設されており、内部には、それぞれの水車２５の回転軸２６に軸着された一対の動輪３１とこの動輪３１に回転ベルト３２でそれぞれ繋がれた発電機３３が配設されている。したがって、水車２５の回転エネルギーは、回転軸２６と同軸の動輪３１に伝わり、回転ベルト３２を介して発電機３３に伝わることで発電機３３を作動させ、発電することとなる。なお、これら発電機３３等の保守、点検のため、発電室３０には出入り用のドア３４が取り付けられている。

落水誘導ブロック壁４０は、落水斜面２２に入った水流を発電室３０の外壁面とで落水路２１に導くもので、下部に放水路４１が形成されている。この放水路４１は落水路２１と連通しているので、水車２５を通った落水は放水路４１から下流側へと流されることになる。

落水誘導ブロック壁４０の外壁面には、可動堰板５０が隣接配置されている。可動堰板５０は、図示しない動力源により昇降可能であり、水力発電装置１０の天井を流れる水流をその上部で堰き止めるものである。この可動堰板５０は、その両辺部が両岸のガイドスリット５１によりガイドされており、容易には離脱しない構造となっている。そして、可動堰板５０が下降して水流が開放された場合、その下端部は落水誘導ブロック壁４０の放水路４１に隙間を開けて不完全に閉じるようになっている。このようにしたのは、装置内に浸入することのある水を逃がすためである。

落水部２０の開口付近には、ゴミ捕捉網板２３が設置されている。このゴミ捕捉網板２３は、水流と一緒に流れて来るゴミ等の漂流物を捕捉し、水車２５への損傷を防ぐためのものであり、また、誤って落ちた人の落水部２０への吸い込みをも防ぐものである。なお、捕捉した漂流物の回収を容易にするため、このゴミ捕捉網板２３は、落水部２０の開口水平面よりは下方に設置するのが好ましい。

水害時の増水による放水や水車２５の駆動を止めるため、落水部２０の開口には、ゴミ捕捉網板２３を覆うように落水開口開閉蓋２４が設置されている。この落水開口開閉蓋２４はスライド可動式の左右２枚の蓋体で構成され、図示しない動力源により河川中央部で完全に閉じるようになっている。そのため両岸の外側地下には、その格納スペース２７が設けられている。この落水開口開閉蓋２４は、開閉のスライドの量により落水部２０への落水量を調整することができる。なお、両岸には、この落水開口開閉蓋２４を出し入れする蓋出入口２８が開設されている。落水開口開閉蓋２４の上面と水力発電装置１０（発電室３０及び落水誘導ブロック壁４０）の天井面は同一平面、すなわち面一であることが好ましい。このように同一平面とすることで、台風や大雨などの災害時に流れてくる大量の漂流物を装置上に滞らせることなくスムーズに下流側に流すことができる。

コンクリート固設の両岸の一方岸側には魚道４５が、他方岸側には取水路４６が配設されている。魚道４５は、その入口４５ａが発電室３０上に開設され、その出口４５ｂは本水力発電装置１０の下流側の底部付近に開設されている。そして、魚道入口４５ａには魚道開閉板４５ｃが取り付けられている。また、取水路４６の取水口４６ａには、取水路開閉板４６ｃが取り付けられている。

発電を開始するには、落水開口開閉蓋２４を図示しない動力源によって開放方向にスライドさせて格納スペース２７に格納し、落水部２０を開放して可動堰板５０を上限まで上昇させる。これで、河川の水流は可動堰板５０で堰き止められ、落水部２０に入り落水斜面２２により水流が強められた落水は、水車２５に運ばれ水車２５を勢いよく回転させる。その際、落水部２０には水流のすべてが流れ込む。これにより、水流のエネルギーが回転運動に変換され、この水車２５の回転運動が発電機３０内の動輪３１を回転させ、この回転運動が回転伝達ベルト３２を経て発電機３３に伝わり、発電機３３を作動させることとなる。これで、水流のほぼ１００％を発電に利用することができる。なお、水流の水量を調整するには、落水開口開閉蓋２４のスライド量を調整すればよい。

河川の流量が少ない場合には、可動堰板５０を堰状態にして、魚道入口４５ａの魚道開閉板４５ｃと取水口４６ａの取水路開閉板４６ｃを閉じる。これで水量が増し、水流が落水部２０に入り、前記と同様の発電が可能となる。

台風や大雨等で河川が増水し、漂流物が流れて来て危険な状態の場合には、落水開口開閉蓋２４をスライドさせて落水部２０を閉じ、可動堰板５０を下降させて水流を開放する。その際、魚道開閉板４５ｃと取水路開閉板４６ｃは閉じておくのが好ましい。これで、水力発電装置１０そのものがコンクリートの塊のようになり、増水した水流もスムーズに流れ、水災害から同装置を守ることができる。

図５には、本発明の別の実施例が示されている。この実施例では、水車２５が二対設置されており、川幅の広い河川に適用することができる。システム全体の構造や作用、効果は前の実施例と同一であるので、詳細説明は省略する。なお、水車２５は、二対以上設置することも可能である。

本発明による自然河川の発電システムでは、全国的に無数にあるであろうもともと段差のある自然な河川の川床や勾配が充分で段差を作り出すことが可能な川床を利用することから、この発電システムが全国規模で適用されれば、電気エネルギーの自給はもちろんのこと、このシステムの建設に携わる産業が活性化されるものと思われる。また、この発電システムから生まれる電気エネルギーは二酸化炭素を全く発生させないクリーンなエネルギーであるので、地球温暖化防止にも貢献できるであろう。さらに、この発電システムに付随する取水路を利用することで、生活用水や灌漑用水として容易に送水でき、水不足の解消や農業の活性化にも貢献するものと思われる。

１０水力発電装置
２０落水部
２１落水路
２２落水斜面
２３ゴミ捕捉網板
２４落水開口開閉蓋
２５水車
２６回転軸
２７格納スペース
２８蓋出入口
３０発電室
３１動輪
３２回転伝達ベルト
３３発電機
４０落水誘導ブロック壁
４１放水路
４５魚道
４６取水路
５０可動堰板
５１ガイドスリット

Claims

川床に段差のある自然河川または人工的に段差を付けた河川の下段部の川床に、両岸をコンクリートで固設し天井部を河川の上段部と同一平面とした水力発電装置を両岸に跨り設置してなり、この水力発電装置は、底部中央に落水路が設けられこの落水路に向けてＶ字型の落水斜面が形成された落水部と、前記落水斜面下に設置されこの落水斜面からの落水を受けてその運動エネルギーを回転運動に変える少なくとも一対の水車と、前記落水部の上流側に連設され前記水車の回転運動を伝達して発電させる発電装置が設置された発電室と、前記落水部の下流側に連設され落水を前記水車に誘導する下部に前記落水路と連通する放水路が形成された落水誘導ブロック壁と、この落水誘導ブロック壁の外壁面と隣接し前記水力発電装置の天井部上の水流を堰き止め放流する昇降動可能な可動堰板からなり、前記落水部開口にはゴミ捕捉網板が設置され、このゴミ捕捉網板を覆い前記落水部開口を両側から開閉するスライド可動式の落水開口開閉蓋が設置されていることを特徴とする自然河川発電システム。
前記発電室の天井面と前記落水誘導ブロックの上面及び前記落水開口開閉蓋の上面は同一平面で構成されている請求項１に記載の自然河川発電システム。