JP2011089513A

JP2011089513A - 自然河川発電システム

Info

Publication number: JP2011089513A
Application number: JP2009261340A
Authority: JP
Inventors: Osamu Nagao; 納長尾
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-10-26
Filing date: 2009-10-26
Publication date: 2011-05-06

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】川床に段差のある自然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２１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、落水斜面２２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基又は一対の水車２５と、落水部２０の上流側に連設され水車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、落水部２０の下流側に連設され落水を水車２５に誘導する下部に落水路２０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を備えている。
【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、以下のような特徴を有する。
すなわち第一の本発明は、川床に段差のある自然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の川床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、底部中央に落水路を有し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一基又は一対の水車と、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し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を備えていることを特徴とする。

第二の発明は、川床に段差のある自然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の川床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、底部中央に落水路を有し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一基又は一対の水車と、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し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を備えており、前記落水部の水平開口付近にはゴミ捕捉網板が固定されていることを特徴とする。

また第三の発明は、川床に段差のある自然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の川床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、底部中央に落水路を有し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一基又は一対の水車と、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し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を備えており、前記落水部の水平開口上にはこの水平開口を片岸又は両岸から水平方向に開閉する開閉量の可変なスライド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。

また第四の発明は、川床に段差のある自然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の川床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、底部中央に落水路を有し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一基又は一対の水車と、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し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を備えており、前記落水部の水平開口にはゴミ捕捉網板が固定されるとともに、前記水平開口上には前記ゴミ捕捉網板を覆い前記落水部の水平開口を片岸又は両岸から水平方向に開閉する開閉量の可変なスライド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。

そして、前記発電室は、自然河川の水流の直下にコンクリートボックスとして前記落水部の上流側に連設するのが好ましい。発電室をこのように設けることで、水害等が発生した場合でも発電機材をこの堅牢なコンクリートボックスが防護することになり、発電中の騒音も外部に漏れることがなくなる。

また、発電室天井と落水開口開閉蓋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、台風や大雨などの水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、自然河川の水流は落水部に入り落水斜面からの落水が水車を勢いよく回転させることにより、水流のエネルギーが回転運動に変換され、この回転運動が発電機を作動させることとなるので、段差のある自然河川の段差をそのまま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、第二の発明では、ゴミ補足網板が水流と一緒に流れてくる漂流物や流木を捕捉するので、落水時における水車への損傷を防ぐことができる。また、誤って河川に落ちた人を落水部に吸い込まれる前に捕捉することもできる。

また、第三の発明では、落水開口開閉蓋のスライド量を変えることにより、落水部への落水量を調整することができ、台風や大雨などの水害時には、これを完全に閉じ落水開口を塞ぐことで、大量の漂流物を下流側にスムーズに流すこともできる。

さらに第四の発明では、前記第一の発明の効果に加え、ゴミ捕捉網板の効果とともに、落水開口開閉蓋との両方の効果をも奏することができる。

本発明による自然河川発電システムの第一の実施例を示す全体斜視図である。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。本発明による自然河川発電システムの第二の実施例を示す全体斜視図である。第二の実施例を示す図３と同様の簡略断面図である。本発明による自然河川発電システムの第三の実施例を示す全体斜視図である。第三の実施例を示す図３と同様の簡略断面図である。本発明による自然河川発電システムの第四の実施例を示す全体斜視図である。第四の実施例を示す図３と同様の簡略断面図である。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乃至図４には、自然河川発電システムの第一の実施例が示されている。本河川発電システムは、川床に段差のある自然河川にのみ適用され、そ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２１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、水流に勢いを付け落水路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に沿って流れを強めながら落水路２１に落ちることになる。

落水斜面２２と落水路２１の間には、水車２５が回転自在に配設されている。水車２５は一基でもよいが、水流をロスなく受けるには一対にするのが好ましい。この水車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の上流側にコンクリートボックスとして連設されている。発電室３０をコンクリートボックスにすることで、水害等が発生した場合には内部の発電機材を防護することができ、発電中の騒音も外部に漏れることがなくなる。発電室３０の内部には、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。

以下に、第一の実施例による自然河川発電システムの作用を説明する。自然河川の水流は、落水部２０に入り、落水斜面２２により水流が強められて水車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、河川の水量が少ない場合でも水流のほぼ１００％を発電に利用することができる。

図５及び図６には、第二の実施例による自然河川発電システムが示されている。この実施例では、落水部２０の水平開口付近にゴミ捕捉網板２３が固定されている。このゴミ捕捉網板２３は、水流と一緒に流れて来る流木やゴミ等の漂流物を捕捉し、水車２５の損傷を防ぐためのものである。また、誤って河川に落ちた人の落水部２０への吸い込みを防ぐ働きもある。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（図６参照。）。その他の構成及び作用は第一の実施例と同様なので説明は省略する。

図７及び図８には、第三の実施例による自然河川発電システムが示されている。この実施例では、落水部２０の水平開口上に、この水平開口を両岸から水平方向に開閉する落水開口開閉蓋２４が設置されている。この落水開口開閉蓋２４は、水害時の増水による放水や水車２５の駆動を止めるために使用される。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、又は落水部２０の開口を開放するようになっている。そして、開放時にはこれを格納するため両岸の外側地下には、格納スペース２７が設けられ、両岸には、この格納スペース２７に連設して蓋出入口２８が開設されている。落水開口開閉蓋２４は、開閉のスライド量により落水部２０への水量を調整することができる。なお、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、水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。なお、落水開口開閉蓋２４は、図示は省略するが一枚の蓋体で構成し、片岸からスライドさせる構造のものでもよい。その他の構成及び作用は第一の実施例と同様なので説明は省略する。

図９及び図１０には、第四の実施例による自然河川発電システムが示されている。この実施例では、ゴミ捕捉網板２３と落水開口開閉蓋２４の双方が落水部２０の水平開口上に設けられている。そして、通常発電時には、落水開口開閉蓋２４は格納スペース２７に格納され、ゴミ捕捉網板２３が漂流物を捕捉することになる。なお、ゴミ捕捉網板２３の詳細説明は第二の実施例に、落水開口開閉蓋２４の詳細説明は第三の実施例にそれぞれ準じる。その他の構成及び作用は第一の実施例と同様なので説明は省略する。

図１１には、本発明のさらに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、効果は第一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

Claims

川床に段差のある自然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の川床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、底部中央に落水路を有し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一基又は一対の水車と、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し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を備えていることを特徴とする自然河川発電システム。
川床に段差のある自然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の川床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、底部中央に落水路を有し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一基又は一対の水車と、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し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を備えており、前記落水部の水平開口付近にはゴミ捕捉網板が固定されていることを特徴とする自然河川発電システム。
川床に段差のある自然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の川床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、底部中央に落水路を有し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一基又は一対の水車と、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し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を備えており、前記落水部の水平開口上にはこの水平開口を片岸又は両岸から水平方向に開閉する開閉量の可変なスライド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。
川床に段差のある自然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の川床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、底部中央に落水路を有し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一基又は一対の水車と、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し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を備えており、前記落水部の水平開口にはゴミ捕捉網板が固定されるとともに、前記水平開口上には前記ゴミ捕捉網板を覆い前記落水部の水平開口を片岸又は両岸から水平方向に開閉する開閉量の可変なスライド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。
前記発電室は、自然河川の水流の直下にコンクリートボックスとして前記落水部の上流側に連設されている請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の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３又は請求項４に記載の自然河川発電システム。