JP2016196858A - 浮島式小水力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】溜め池等において、設置場所に制約されず廉価に設置可能な浮島式小水力発電装置を提供すること。【解決手段】浮島式小水力発電装置１は、溜め池２に浮かべる浮遊式架台３と、ここに搭載した水車発電機４と、溜め池２の水を取水口１４から取り込み堰堤２１を乗り越えて溜め池２の水面水位よりも低水位の放水面２２ａに流すためのサイフォン管５とを備えている。サイフォン管５の一部分は蛇腹式のフレキシブル管１８によって形成されており、溜め池２の水面水位の変動に伴う浮遊式架台３の上下方向の移動に追従して変位するので、水位変動に拘わりなく発電動作を継続できる。【選択図】図１

Description

本発明は、溜め池等において用いるのに適した浮島式小水力発電装置に関する。

溜め池、貯水池等において用いる水力発電装置としては、流水エネルギを用いて水車を回すことが出来ないので、水位差エネルギを利用したサイフォン管式の水車発電機構が用いられる。

特許文献１には、貯水池に設置されるサイフォン式水車発電装置が提案されている。ここに開示のサイフォン式水車発電装置においては、貯水池の堰堤等の構造物に、水車発電機、サイフォン管等の構成部品を取り付け、始動時には、発電機を電動機として用いて、軸流式の水車を回転させて貯水池の水をサイフォン管に充填してサイフォン作用を機能させ、この後は、サイフォン管を介して流れる流水のエネルギによって水車を回転して発電を行うように構成されている。

特開２００８−３１８５５号公報

従来におけるサイフォン式の水力発電装置は、溜め池、貯水池等の堰堤などの既設構造物に設置して用いられる。このため、既設構造物の設置用の開口を設ける等の作業が必要であるので設置コストが掛かり、また、設置場所に制約が伴うという問題がある。

本発明の課題は、このような点に鑑みて、溜め池、貯水池等において、設置場所に制約されず、廉価に設置可能な浮島式小水力発電装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の浮島式小水力発電装置は、
池に浮かべる浮遊式架台と、
前記浮遊式架台に搭載した水車および当該水車によって駆動される発電機と、
池の水を前記水車の取水口から取り込み、当該水車を介して、池の堰堤を乗り越えて、池の水面よりも低水位の放水面に流すためのサイフォン管と、
前記発電機の発電出力を取り出すための発電出力引き出し用のケーブルと、
を有しており、
前記浮遊式架台を池に浮かべた状態において、前記取水口が水没状態になるように、前記浮遊式架台の浮力が設定されており、
前記サイフォン管の少なくとも一部の管部分および前記ケーブルの少なくとも一部分は、池の水位変動に伴う前記浮遊式架台の上下方向の移動に追従して変位可能であることを特徴としている。

本発明では、所定の浮力を備えた浮遊式架台に水車および発電機を搭載した構成の浮島を池に浮かべて発電を行うようにしている。池の水面と、池の堰堤の外側の低い位置にある放水溝の放水面との間にサイフォン管を配置することで、水位差エネルギを利用して流水を形成して水車を回し、これにより発電機を駆動して発電を行わせることができる。

発電施設を浮島式にすることによって、その設置場所の自由度が高まり、堰堤等の既設構造物に大きな改造を加える必要がないので設置のための工事費も低減できる。

また、溜め池等においては、灌漑期・非灌漑期で水位が変動し、これに伴って水面に浮いている浮遊式架台も上下に移動する。本発明においては、サイフォン管として一部の管部分が浮遊式架台の上下方向への移動に追従して変位可能となっている。また、発電電力取り出し用のケーブルも浮遊式架台の移動に追従可能である。したがって、水位が変動しても常に発電動作を行うことができる。

さらに、サイフォン管を係留索として機能させることもできる。このようにすれば、別途、係留索によって浮遊式架台を係留しなくても、浮遊式架台が水流、風等によって流されてしまうこともない。勿論、別途、係留索を浮遊式架台に結び、その移動範囲を制限するようにしてもよい。

ここで、前記サイフォン管における変位可能な管部分は、浮遊式架台の上下および左右方向の移動に追従して伸縮および撓み可能な蛇腹管とすればよい。

また、サイフォン管は、水車の放水口の側に接続されるので、水車の主軸の上端軸部を、サイフォン管を貫通して当該サイフォン管の外部に突出させ、当該上端軸部に発電機を同軸に連結すればよい。

さらに、発電開始に当っては、発電機に給電して、これを電動モータとして用いて水車を回転させて、サイフォン管に水を充填してサイフォン作用によって水流が形成されるようにすればよい。勿論、別途、真空ポンプ等を配置して、サイフォン管の内部を真空引きして取水口から水をサイフォン管に取り込み、サンフォン作業による水流を形成可能な状態にすることも可能である。

一方、本発明において、溜め池、その周囲の環境を配慮して、浮遊式架台に環境対策用の植生を行っても良い。このようにすれば、浮遊式架台を、例えば、水際の緑化、水質改善、水鳥の休息・営巣場所、小魚の休息・産卵場所として機能させることができる。

本発明を適用した浮島式小水力発電装置を示す説明図である。 溜め池の水位変動に伴う浮島式小水力発電装置の状態を示す説明図である。

以下に、図面を参照して、本発明を適用した浮島式小水力発電装置の実施の形態を説明する。

図１は本実施の形態に係る浮島式小水力発電装置の全体構成を示す説明図である。浮島式小水力発電装置１は、例えば、溜め池２に浮かべた状態で使用される。浮島式小水力発電装置１は、浮遊式架台３と、この浮遊式架台３に搭載されている水車発電機４と、サイフォン管５と、発電出力引き出し用のケーブル６とを備えている。

浮遊式架台３は、例えば、矩形の枠体７と、枠体７の四隅の裏面にそれぞれ取り付けた浮子８と、枠体７に掛け渡した水車発電機取り付け枠９とを備えている。水車発電機４は、浮遊式架台３の中心位置において、垂直な姿勢となるように、水車発電機取り付け枠９に固定されている。

水車発電機４は、水車１１と、この真上に同軸に配置した発電機１２とを備えている。
水車１１の円筒状ハウジング１３の下端部分には取水口１４が下方に開口しており、取水口１４から取り込まれる水は、円筒状ハウジング１３内に配置されているガイドベーンＧＶおよびランナベーンＲＶを備えた水車本体部分を通って円筒状ハウジング１３の上端部分に置いて上方に開口している放水口１５から上方に放出される。放水口１５には、サイフォン管５の上流端が接続されている。

サイフォン管５は、放水口１５に接続されている剛体管であるエルボー管１６と、この下流端にジョイント１７を介して接続されている伸縮および撓み可能な蛇腹式のフレキシブル管１８と、フレキシブル管１８の下流端にジョイント１９を介して接続されている剛体管である放水管２０とを備えている。ジョイント１９は例えば溜め池２の鉄筋コンクリート製の堰堤２１の上端に固定されている。水車１１の主軸１１ａは、エルボー管１６を貫通して上方に突出しており、その上端側軸部が発電機１２の回転入力軸となっている。

ここで、水車１１の取水口１４は、浮島式小水力発電装置１を溜め池２に浮かべた状態において、その水面２ａよりも下側に位置するように設定されている。すなわち、取水口１４が常に水没状態となるように、浮遊式架台３の浮力が設定されている。また、サイフォン管５の放水管２０の先端開口は、放水溝２２の放水面２２ａよりも下側に位置している。放水面２２ａは、溜め池２の水面２ａに対して所定の落差Ｈのある水面である。

また、サイフォン管５のエルボー管１６には空気弁２３が取り付けられている。空気弁２３を閉じた状態で、サイフォン管５に水を充填することで、サイフォン作用により、取水口１４から取り込まれてサイフォン管５を介して放水溝２２に放出される水流が形成される。

サイフォン管５に水を充填するには、例えば、発電機１２に給電して、これを電動モータとして機能させて水車を強制的に回転駆動させ、溜め池２の水を強制的に吸い上げるようにすればよい。この代わりに、浮遊式架台３等に真空ポンプを搭載しておき、発電開始前に、真空ポンプによってサイフォン管５に水を吸引して充填するようにしてもよい。なお、空気弁２３を開けることによりサイフォン管５が大気開放状態になり水流が止まり、発電動作が停止する。

このような動作制御、例えば、発電機１２への給電、空気弁２３の開閉等は、無線による遠隔操作によって行うことが可能である。勿論、有線式により制御しても良い。

次に、本例の浮島式小水力発電装置１において、浮遊式架台３の上面に土壌を形成し、そこに植生を施して、各種の植物２４ａ、樹木２４ｂ等で、上面全体を覆うようにしてもよい。

この構成の浮島式小水力発電装置１は、溜め池２の水位が変動するとそれに伴って上下に移動する。また、溜め池２に生じる水流或いは風によって流されて左右に移動する。例えば、非灌漑期においては、図２（ａ）に示すように溜め池２は高水位（落差Ｈｈ）となり、灌漑期においては図２（ｂ）に示すように低水位（落差Ｈｌ）になる。

本例においては、サイフォン管５の一部がフレキシブル管１８によって形成されている。また、ケーブル６も上下左右に撓み可能である。例えば、高水位の状態では図２（ａ）に示すようにフレキシブル管１８は略水平に直線状に延びているが、低水位になると、図２（ｂ）に示すように、伸縮して上下方向に撓む。これにより、浮島式小水力発電装置１は水位の変動に追従して移動でき、水位変動に拘わりなく発電動作を確保できる。また、左右の移動にも追従させることができる。

１ 浮島式小水力発電装置
２ 溜め池
２ａ 水面
３ 浮遊式架台
４ 水車発電機
５ サイフォン管
６ ケーブル
７ 枠体
８ 浮子
９ 水車発電機取り付け枠
１１ 水車
１１ａ 主軸
１２ 発電機
１３ 円筒状ハウジング
１４ 取水口
１５ 放水口
１６ エルボー管
１７ ジョイント
１８ フレキシブル管
１９ ジョイント
２９ 放水管
２１ 堰堤
２２ 放水溝
２２ａ 放水面
２３ 空気弁
２４ａ 植物
２４ｂ 樹木

Claims (5)

1. 池に浮かぶ浮遊式架台と、
   前記浮遊式架台に搭載した水車および当該水車によって駆動される発電機と、
   池の水を前記水車の取水口から取り込み、当該水車を介して、池の堰堤を乗り越えて、前記取水口よりも低水位の放水面に流すためのサイフォン管と、
   前記発電機の発電出力を取り出すための発電出力引き出し用のケーブルと、
   を有しており、
   前記浮遊式架台を池に浮かべた状態において、前記取水口が水没状態になるように、前記浮遊式架台の浮力が設定されており、
   前記サイフォン管の少なくとも一部の管部分および前記ケーブルの少なくとも一部のケーブル部分は、池の水位の変動に伴う前記浮遊式架台の上下方向の移動に追従して変位可能であることを特徴とする浮島式小水力発電装置。
2. 前記管部分および前記ケーブル部分は、前記浮遊式架台の上下および左右方向の移動に追従して伸縮および撓み可能な蛇腹管部分および可撓性のケーブル部分であることを特徴とする請求項１に記載の浮島式小水力発電装置。
3. 前記水車の放水口に前記サイフォン管が接続されており、
   前記水車の主軸の上端軸部は、前記サイフォン管を貫通して当該サイフォン管の外部に突出しており、
   前記上端軸部に、前記発電機の回転入力軸が同軸に連結されている請求項１または２に記載の浮島式小水力発電装置。
4. 前記発電機を電動モータとして用いて前記水車を回転させて、前記サイフォン管に水を充填可能である請求項１ないし３のうちのいずれか一つの項に記載の浮島式小水力発電装置。
5. 前記浮遊式架台には植生が施されている請求項１ないし４のうちのいずれか一つの項に記載の浮島式小水力発電装置。

Images