JP2019085962A - エネルギー回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】橋脚の少なくとも上流側付近の洗掘を抑制することができ、設置及びメンテナンスが容易なエネルギー回収装置を得る。【解決手段】水力発電装置１０は、河川１００に立設された橋脚１０４の鉛直方向に沿って固定されたガイド部材２０と、ガイド部材２０に沿ってスライド可能に支持されたスライド部材２２と、スライド部材２２に設けられ、少なくとも１台が橋脚１０４の河川１００の上流からの流れとぶつかる位置に配置されると共に河川の流れにより回転する水車２６と、水車２６に接続され、水車２６の回転により発電する発電機２８と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、エネルギー回収装置に関する。

下記非特許文献１には、河川に設置される橋梁を支持する橋脚の基礎の周辺には、水流と橋脚との干渉によって橋脚の上流側に水平方向に軸を持つ縦渦が発生することが記載されている。縦渦は、河川の主流によって橋脚に沿って下流側に運ばれ、橋脚の側部に沿った軸を持つ馬蹄渦を形成する。

橋脚の周りに上記のような渦が発生すると、渦のエネルギーによって、洗掘と呼ばれる川底の地盤が削られる現象が発生し、橋脚の強度を低下させる場合があり、洗掘の程度によっては橋脚が傾斜又は転倒する可能性がある。このため、洗掘を防止又は抑制するための対策が実施されている。

洗掘の対策として、下記特許文献１には、橋脚の基礎を一対の反力杭と直線形鋼矢板壁と充填材によって補強する構造が開示されている。また、下記特許文献２には、橋脚の上流側に防衝工などの障害物を設ける構造が開示されている。

また、下記特許文献３には、洗掘の状況をモニタリングする方法が開示されている。

鈴木幸一（１９７８）土木学会論文報告集 第２７２号、Ｐ６５「橋脚周辺部における流と掃流力に関する研究」

特開２０１６−３７８４０号公報 特開２００６−１６９７６９号公報 特開２０１６−２００４１６号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の構造や上記特許文献２に記載の構造では、設置のために川底に杭を打つなどの大掛かりな工事が必要であり、一度設置するとメンテナンスすることが容易ではない。

また、上記特許文献３に記載の方法では、洗掘の状況をモニタリングするため、洗掘そのものを抑制することはできない。また、モニタリングのための電源を外部から供給する必要があるため、電源系統が複雑になる。

本発明は上記事実を考慮し、橋脚の少なくとも上流側付近の洗掘を抑制することができ、設置及びメンテナンスが容易なエネルギー回収装置を得ることが目的である。

請求項１の発明に係るエネルギー回収装置は、河川に立設された橋脚の鉛直方向に沿って固定されたガイド部材と、前記ガイド部材に沿ってスライド可能に支持されたスライド部材と、前記スライド部材に設けられ、少なくとも１台が前記橋脚の河川の上流からの流れとぶつかる位置に配置されると共に河川の流れにより回転する水車と、前記水車に接続され、前記水車の軸動力をエネルギーとして取り出す動力変換部と、を有する。

請求項１記載の本発明によれば、橋脚の鉛直方向に沿ってガイド部材が固定されており、ガイド部材に沿ってスライド部材がスライド可能に支持されている。スライド部材には、少なくとも１台が橋脚の河川の上流からの流れとぶつかる位置に配置された水車が設けられており、河川の流れにより水車が回転する。水車には、動力変換部が接続されており、動力変換部によって、水車の軸動力がエネルギーとして取り出される。上記の構成では、橋脚の河川の上流からの流れとぶつかる位置に水車が配置されることで、橋脚の上流側に発生する縦渦などの渦により水車が回転する。これにより、渦のエネルギーが水車の回転エネルギーに変換され、洗掘に供される渦のエネルギーを弱めることで、橋脚の少なくとも上流側付近の洗掘が抑制される。また、動力変換部により、水流から有効なエネルギーを得ることができる。

また、上記の構成では、ガイド部材に沿ってスライドするスライド部材が設けられており、スライド部材に水車を設けるため、川底に補強のための杭や障害物を構築する場合と比べて、設置のための大掛かりな工事が不要である。さらに、ガイド部材に沿ってスライド部材がスライドするため、スライド部材を橋脚の上部側に引き上げることで、メンテナンスが容易となる。

請求項２の発明は、請求項１に記載のエネルギー回収装置において、前記水車は、河川の流れと交差する方向であって前記橋脚の上部に架設された橋梁上部構造の長手方向に沿って配置される回転軸と、前記回転軸の周囲に設けられた複数の羽根部と、を有する。

請求項２記載の本発明によれば、水車には、河川の流れと交差する方向であって橋脚の上部に架設された橋梁上部構造の長手方向に沿って回転軸が配置されており、回転軸の周囲に複数の羽根部が設けられている。このため、橋脚の上流側に発生する縦渦により、回転軸の周囲の複数の羽根部が押されて水車が回転する。これにより、橋脚の上流側で縦渦のエネルギーが水車の回転エネルギーに変換され、洗掘に供される縦渦のエネルギーをより効果的に弱めることができる。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載のエネルギー回収装置において、前記橋脚の側方に他のエネルギー回収部が設置されており、前記他のエネルギー回収部は、前記橋脚の鉛直方向に沿って固定されたガイド部材と、前記ガイド部材に沿ってスライド可能に支持されたスライド部材と、前記スライド部材に設けられ、前記橋脚の側方に配置されると共に河川の流れにより回転する第二水車と、前記第二水車に接続され、前記第二水車の軸動力をエネルギーとして取り出す第二動力変換部と、を有する。

請求項３記載の本発明によれば、橋脚の側方に他のエネルギー回収部が設置されている。他のエネルギー回収部では、橋脚の鉛直方向に沿ってガイド部材が固定されており、ガイド部材に沿ってスライド部材がスライド可能に支持されている。スライド部材には、橋脚の側方に配置される第二水車が設けられており、河川の流れにより第二水車が回転する。第二水車には、第二動力変換部が接続されており、第二動力変換部によって、水車の軸動力がエネルギーとして取り出される。これにより、橋脚の側方の渦のエネルギーが第二水車の回転エネルギーに変換され、橋脚の側方の洗掘が抑制される。また、第二動力変換部により、水流から有効なエネルギーを得ることができる。また、ガイド部材に沿ってスライド部材がスライドするため、スライド部材を橋脚の上部側に引き上げることで、他のエネルギー回収部のメンテナンスが容易となる。

請求項４の発明は、請求項３に記載のエネルギー回収装置において、前記第二水車は、前記橋脚の側方に河川の流れに沿って配置される回転軸を備えたプロペラ水車である。

請求項４記載の本発明によれば、第二水車は、橋脚の側方に河川の流れに沿って配置される回転軸を備えたプロペラ水車であり、橋脚の側方で発生する馬蹄渦によりプロペラ水車が回転する。このため、橋脚の側方で馬蹄渦のエネルギーが第二水車の回転エネルギーに変換され、洗掘に供される馬蹄渦のエネルギーをより効果的に弱めることができる。

請求項５の発明は、請求項１又は請求項２に記載のエネルギー回収装置において、前記動力変換部は、前記水車の回転により発電する発電機である。

請求項５記載の本発明によれば、動力変換部は、水車の回転により発電する発電機であり、水流による水車の回転エネルギーを利用して電気エネルギーを得ることができる。

請求項６の発明は、請求項３又は請求項４に記載のエネルギー回収装置において、前記第二動力変換部は、前記第二水車の回転により発電する発電機である。

請求項６記載の本発明によれば、第二動力変換部は、第二水車の回転により発電する発電機であり、水流による第二水車の回転エネルギーを利用して電気エネルギーを得ることができる。

請求項７の発明は、請求項５又は請求項６に記載のエネルギー回収装置において、前記発電機に接続された配線は、前記スライド部材に沿って、前記橋脚の上部に架設された橋梁上部構造の上部側に導かれている。

請求項７記載の本発明によれば、発電機に接続された配線は、スライド部材に沿って、橋脚の上部に架設された橋梁上部構造の上部側に導かれており、橋梁の上部側で電気エネルギーを電源などに活用することができる。

請求項８の発明は、請求項５から請求項７までのいずれか１項に記載のエネルギー回収装置において、前記スライド部材の下部には、川底に沿って配置される台座が設けられており、前記台座は、重力によって河川の川底と接触する構成とされている。

請求項８記載の本発明によれば、スライド部材の下部には、川底に沿って配置される台座が設けられており、台座は、重力によって河川の川底と接触する構成とされているので、水車又は第二水車が川底に干渉して水車又は第二水車の回転が妨げられることを回避できる。

請求項９の発明は、請求項８に記載のエネルギー回収装置において、前記橋脚の上部側に設けられ、前記発電機に接続される配線を繰り出す繰り出し部と、前記橋脚の周囲の川底に接触する前記台座の位置が変化することに伴い、前記繰り出し部により繰り出された前記配線の長さを検出する検出手段と、を有する。

請求項９記載の本発明によれば、橋脚の上部側には、繰り出し部が設けられており、発電機に接続される配線が繰り出し部によって繰り出される。また、繰り出し部により繰り出された配線の長さを検出する検出手段が設けられている。例えば、橋脚の周囲の川底の洗掘によって、川底に接触する台座の位置が変化することに伴い、繰り出し部により繰り出された配線の長さが変化したとき、検出手段によって、配線の長さが検出される。このため、配線の長さによって、洗掘の発生を検出することができる。また、洗掘の発生を検出するために、外部から電力を供給する必要がなく、電源系統を簡素化できる。

請求項１０の発明は、請求項１又は請求項２に記載のエネルギー回収装置において、河川の内部で水を吸入する吸入口を備え、前記吸入口から前記橋脚の上部側に延在された管体を有し、前記動力変換部は、前記管体に設けられると共に前記水車の回転により駆動され、前記吸入口から水を吸入して前記管体の上部側にくみ上げるポンプである。

請求項１０記載の本発明によれば、河川の内部で水を吸入する吸入口を備えた管体が、吸入口から橋脚の上部側に延在されている。動力変換部は、管体に設けられたポンプであり、水車の回転によりポンプが駆動されることで、河川の水を吸入口から吸入して管体の上部側にくみ上げる。これにより、水流による水車の回転エネルギーを利用してポンプの駆動エネルギーを得ることができる。また、くみ上げた水を農業用水、洗浄水、又は冷却水などに有効に利用することができる。

請求項１１の発明は、請求項３又は請求項４に記載のエネルギー回収装置において、河川の内部で水を吸入する吸入口を備え、前記吸入口から前記橋脚の上部側に延在された管体を有し、前記第二動力変換部は、前記管体に設けられると共に前記第二水車の回転により駆動され、前記吸入口から水を吸入して前記管体の上部側にくみ上げるポンプである。

請求項１１記載の本発明によれば、河川の内部で水を吸入する吸入口を備えた管体が、吸入口から橋脚の上部側に延在されている。第二動力変換部は、管体に設けられたポンプであり、水車の回転によりポンプが駆動されることで、河川の水を吸入口から吸入して管体の上部側にくみ上げる。これにより、水流による第二水車の回転エネルギーを利用してポンプの駆動エネルギーを得ることができる。また、くみ上げた水を農業用水、洗浄水、又は冷却水などに有効に利用することができる。

本発明に係るエネルギー回収装置によれば、橋脚の少なくとも上流側付近の洗掘を抑制することができ、設置及びメンテナンスが容易である。

第１実施形態に係る水力発電装置を示す側面図である。 第１実施形態に係る水力発電装置を示す平面図である。 第１実施形態に係る水力発電装置に用いられるスライド部材及びガイド部材を説明するための側面図である。 第１実施形態に係る水力発電装置に用いられるスライド部材及びガイド部材を示す断面図（図３中の４Ａ−４Ａ線に沿った断面図）である。 第１実施形態に係る水力発電装置に用いられる発電機の配線及び電源を示す側面図である。 第２実施形態に係る水力発電装置に用いられる発電機及び洗掘検出装置を示す側面図である。 第２実施形態に係る水力発電装置において、洗掘が発生した状態を示す側面図である。 第３実施形態に係るエネルギー回収装置を示す側面図である。

本発明の実施の形態について、図面を基に詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
以下、図１〜図５を用いて、第１実施形態に係る水力発電装置について説明する。ここで、第１実施形態に係る水力発電装置は、エネルギー回収装置の一例である。

図１には、第１実施形態の水力発電装置１０が側面図にて示されている。図２には、第１実施形態の水力発電装置１０が平面図にて示されている。図１に示されるように、河川１００の川底１０２には、橋脚１０４が立設されている。川底１０２の下方には岩盤１０３があり、橋脚１０４は、例えば、岩盤１０３に配設された複数の杭（図示省略）によって支持されている。橋脚１０４の上下方向の上部には、橋梁上部構造としての橋梁上部構造体１０６が設けられている。図示を省略するが、河川１００には、河川１００の流れ方向１００Ａと交差する方向に複数の橋脚１０４が立設されており、複数の橋脚１０４の上部に橋梁上部構造体１０６が架設されている。橋梁上部構造体１０６は、その長手方向が河川１００の流れ方向１００Ａと交差する方向となるように配設されている。なお、橋梁上部構造体１０６は、その長手方向が河川１００の流れ方向１００Ａと略直交する方向となるように配設されていてもよい。

図１及び図２に示されるように、水力発電装置１０は、複数（本実施形態では３つ）のエネルギー回収部としての第１水力発電部１２と、第２水力発電部１４と、第３水力発電部１６とを備えている（図２参照）。本実施形態では、水力発電装置１０は、橋脚１０４の上流側に配置された１つの第１水力発電部１２と、橋脚１０４に側方に配置された２つの第２水力発電部１４及び第３水力発電部１６とを備えている。ここで、第２水力発電部１４及び第３水力発電部１６は、他のエネルギー回収部の一例である。より具体的には、第１水力発電部１２は、橋脚１０４の前面１０４Ａの前方（すなわち、橋脚１０４における河川１００の流れ方向１００Ａの上流側）に配置されている。第２水力発電部１４は、橋脚１０４の側面１０４Ｂの一方の側方に配置されており、第３水力発電部１６は、橋脚１０４の側面１０４Ｂの他方の側方に配置されている（図２参照）。

第１水力発電部１２は、橋脚１０４の鉛直方向に沿って固定されたガイド部材２０と、ガイド部材２０に沿ってスライド可能に支持されたスライド部材２２と、スライド部材２２の下部に固定された台座２４とを備えている。また、第１水力発電部１２は、スライド部材２２に設けられ、かつ橋脚１０４の前方（上流側）における河川の上流からの流れとぶつかる位置に配置された水車２６を備えている。さらに、第１水力発電部１２は、水車２６に接続され、かつ水車２６の回転により発電する動力変換部としての発電機２８を備えている。

ガイド部材２０は、橋脚１０４の前面１０４Ａに略鉛直方向に沿って取り付けられており、橋脚１０４の上部側から下部側に亘って延在されている。ガイド部材２０の下部側は、川底１０２の内部に挿入され、岩盤１０３の近くまで配置されている。

図４に示されるように、ガイド部材２０は、水平方向に沿った断面にて略台形状に形成されている。より具体的には、ガイド部材２０は、橋脚１０４の前面１０４Ａの側の面２０Ａの幅方向の長さが短く、橋脚１０４の前面１０４Ａと反対側の面２０Ｂの幅方向の長さが長い。

図１及び図３に示されるように、スライド部材２２は、上下方向の長さがガイド部材２０の上下方向の長さよりも短く形成されており、スライド部材２２が、ガイド部材２０に沿って上下方向（図３中に示す矢印Ｄ方向）にスライドする構成とされている。図４に示されるように、スライド部材２２の橋脚１０４と対向する面には、ガイド部材２０の一部（前側部分）が挿入される溝部３２が形成されている。溝部３２は、水平方向に沿った断面にてガイド部材２０の形状に合わせて略台形状に形成されている。溝部３２は、底面３２Ａの幅方向の長さが開口３２Ｂ側の幅方向の長さより長い。また、溝部３２は、ガイド部材２０の前側部分よりも若干大きく形成されており、溝部３２の壁面がガイド部材２０と摺動しながらスライドするようになっている。また、ガイド部材２０における橋脚１０４の前面１０４Ａと反対側の面２０Ｂの幅方向の長さが、溝部３２の開口３２Ｂ側の幅方向の長さより長いことで、溝部３２がガイド部材２０から抜けない構成とされている。ガイド部材２０の背面２２Ａと橋脚１０４の前面１０４Ａとの間には、隙間が形成されている。

例えば、図示を省略するが、スライド部材２２又は台座２４にチェーンを取り付け、橋梁上部構造体１０６の上部側でチェーンを滑車に巻き掛けることで、滑車を回転させてスライド部材２２を備えた第１水力発電部１２を引き上げることが可能である。例えば、第１水力発電部１２のメンテナンスが必要な場合は、スライド部材２２を引き上げることで、第１水力発電部１２を橋脚１０４の上部側の作業しやすい場所まで引き上げてメンテナンス作業を行うことができる。

台座２４は、スライド部材２２の下部に川底１０２に沿って配置されている。言い換えると、台座２４は、スライド部材２２の下端部からスライド部材２２に対して略直交する方向、かつ河川１００の上流側の方向に突出している。スライド部材２２には、直接又は他の部材を介して間接的に水車２６が回転可能に設けられている。本実施形態では、水車２６は、スライド部材２２の幅方向両側からスライド部材２２と略直交する方向に延びた一対の支持体３４に回転可能に支持されている。台座２４は、スライド部材２２、水車２６及び発電機２８等が備えられていることで、重力によって河川１００の川底１０２と接触する構成とされている。

水車２６は、河川１００の流れ（流れ方向１００Ａ）と交差する方向であって橋脚１０４の上部に架設された橋梁上部構造体１０６の長手方向に沿って配置される回転軸２６Ａと、回転軸２６Ａの周囲に設けられた複数の羽根部２６Ｂと、を有している。本実施形態では、水車２６は、クロスフロー水車とされている。本実施形態では、回転軸２６Ａは、平面視で河川１００の流れ（流れ方向１００Ａ）と略直交する方向に配置されている。橋脚１０４の上流側には、橋脚１０４と水流との干渉によって水平方向（前面１０４Ａに沿った方向）に軸を持つ縦渦１００Ｂが発生する。水車２６は、橋脚１０４の前方における河川１００の上流からの流れ（流れ方向１００Ａ）とぶつかる位置に配置されていることにより、橋脚１０４の上流側に発生する縦渦１００Ｂの下方向の流れをとらえて水車２６が矢印Ｂ方向に回転する。

本実施形態では、水車２６は、河川１００の深さ方向に完全に水没している状態とされており、水車２６は、河川１００の深さ方向の中間部付近に配置されている。

発電機２８は、水車２６の回転により発電する電力機器である。言い換えると、発電機２８は、水車２６の軸動力（すなわち運動エネルギー）を電気エネルギーに変換する。発電機２８は、一方の支持体３４に図示しない取付具により固定されている。発電機２８の内部は完全防水とされている。図示を省略するが、発電機２８と水車２６との接続部は、シール部材によりシールされている。なお、シール部材によりシールされた発電機２８に代えて、例えば、水車２６に磁石を搭載してロータとして活用し、巻線を有するステータで発電するようにしてもよい。

図５に示されるように、発電機２８には、配線としての電気配線３８が接続されており、電気配線３８は、スライド部材２２に沿って橋脚１０４の上部に架設された橋梁上部構造体１０６の上部側に導かれている。橋梁上部構造体１０６の上部には、電気配線３８が接続された電源４０が設けられている。電源４０は、道路インフラのための部材（例えば、照明など）に電気的に接続されており、水車２６の回転によって発電した電気は、道路インフラのための部材の電源として使用されている。なお、電源４０は、河川１００の橋脚１０４の周囲の洗掘をモニタリングするためのセンサ用の電源として使用してもよい。

図２に示されるように、第２水力発電部１４と第３水力発電部１６は、橋脚１０４を挟んで左右対称に構成されている。第２水力発電部１４と第３水力発電部１６の構成部材は同じであるので、ここでは、第２水力発電部１４を例として説明する。

図１及び図２に示されるように、第２水力発電部１４は、橋脚１０４の一方の側面１０４Ｂに鉛直方向に沿って固定されたガイド部材２０と、ガイド部材２０に沿ってスライド可能に支持されたスライド部材２２と、スライド部材２２の下部に固定される台座２４とを備えている。また、第２水力発電部１４は、スライド部材２２に設けられ、かつ橋脚１０４の一方の側面１０４Ｂの側方に配置された水車４４を備えている。水車４４は、橋脚１０４の側方での河川１００の流れにより回転する。さらに、第２水力発電部１４は、水車４４に接続され、かつ水車４４の回転により発電する発電機４６を備えている。ここで、水車４４は、第二水車の一例であり、発電機４６は、第二動力変換部の一例である。

スライド部材２２には、直接又は他の部材を介して間接的に、水車４４が回転可能に設けられている。本実施形態では、水車４４は、スライド部材２２の幅方向両側からスライド部材２２と略直交する方向に延びた一対の支持体４８に回転可能に支持されている。また、スライド部材２２の下部に固定される台座２４は、川底１０２に沿って配置されており、台座２４は、スライド部材２２、水車４４及び発電機４６等が備えられていることで、重力によって河川１００の川底１０２と接触する構成とされている。

水車４４は、橋脚１０４の一方の側面１０４Ｂの側方に河川１００の流れ（流れ方向１００Ａ）に沿って配置される回転軸４４Ａと、回転軸４４Ａの周囲の複数の羽根４４Ｂとを備えている。本実施形態では、水車４４は、プロペラ水車とされている。橋脚１０４の上流側の縦渦１００Ｂは、河川１００の主流によって橋脚１０４に沿って下流側に流されることで、橋脚１０４の側面１０４Ｂに沿った軸を持つ馬蹄渦１００Ｃを形成する（図２参照）。水車４４は、橋脚１０４の側方に発生した馬蹄渦１００Ｃをとらえて矢印Ｃ方向に回転する（図２参照）。

本実施形態では、水車４４は、河川１００の深さ方向に完全に水没している状態とされており、水車４４は、河川１００の深さ方向の中間部付近に配置されている。

発電機４６は、水車４４の回転により発電する電力機器である。発電機４６は、一方の支持体４８に取付具により取り付けられている。発電機４６の内部は完全防水とされている。図示を省略するが、発電機４６と水車４４との接続部は、シール部材によりシールされている。図５に示されるように、発電機４６には、電気配線３８が接続されており、電気配線３８は、スライド部材２２に沿って橋脚１０４の上部に架設された橋梁上部構造体１０６の上部側に導かれている。電気配線３８は、電源４０に接続されている。

次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。

水力発電装置１０は、第１水力発電部１２と第２水力発電部１４と第３水力発電部１６とを備えている。例えば、第１水力発電部１２では、橋脚１０４の鉛直方向に沿ってガイド部材２０が固定されており、ガイド部材２０に沿ってスライド部材２２がスライド可能に支持されている。スライド部材２２には、橋脚１０４の上流側の河川１００の上流からの流れ（流れ方向１００Ａ）とぶつかる位置に水車２６が配置されており、河川１００の流れにより水車２６が回転する。水車２６には、発電機２８が接続されており、水車２６の回転により発電機２８によって発電する。

第１水力発電部１２では、橋脚１０４の上流側に水車２６が配置されていることで、橋脚１０４の上流側に発生する縦渦１００Ｂなどの渦により水車２６が回転する。これにより、縦渦１００Ｂなどの渦のエネルギーが水車２６の回転エネルギーに変換され、洗掘に供される渦のエネルギーを弱めることで、橋脚１０４の上流側付近の洗掘が抑制される。また、発電機２８により、水流から有効な電気エネルギーを得ることができる。

また、第１水力発電部１２では、ガイド部材２０に沿ってスライドするスライド部材２２が設けられており、スライド部材２２に水車２６を設置するため、川底１０２に補強のための杭や障害物を構築する場合と比べて、設置のための大掛かりな工事が不要である。さらに、ガイド部材２０に沿ってスライド部材２２がスライドするため、スライド部材２２を橋脚１０４の上部側に引き上げることで、第１水力発電部１２のメンテナンスが容易となる。

また、第１水力発電部１２では、水車２６には、河川１００の流れ（流れ方向１００Ａ）と交差する方向であって橋脚１０４の上部に架設された橋梁上部構造体１０６の長手方向に沿って回転軸２６Ａが配置されており、回転軸２６Ａの周囲に複数の羽根部２６Ｂが設けられている。このため、橋脚１０４の上流側に発生する縦渦１００Ｂにより、回転軸２６Ａの周囲の複数の羽根部２６Ｂが押されて水車２６が回転する。これにより、橋脚１０４の上流側で縦渦１００Ｂのエネルギーが水車２６の回転エネルギーに変換され、洗掘に供される縦渦１００Ｂのエネルギーをより効果的に弱めることができる。

また、水力発電装置１０は、橋脚１０４の側方に第２水力発電部１４と第３水力発電部１６とを備えている。第２水力発電部１４と第３水力発電部１６には、ガイド部材２０と、スライド部材２２とがそれぞれ設けられている。スライド部材２２には、橋脚１０４の側方に配置されると共に河川１００の流れにより回転する水車４４が設けられている。水車４４には、発電機４６が接続されており、水車４４の回転により発電機４６によって発電する。これにより、橋脚１０４の側方の馬蹄渦１００Ｃなどの渦のエネルギーが水車４４の回転エネルギーに変換され、橋脚１０４の側方の洗掘が抑制される。

また、第２水力発電部１４と第３水力発電部１６では、ガイド部材２０に沿ってスライドするスライド部材２２が設けられており、スライド部材２２に水車４４を設置するため、川底１０２に補強のための杭や障害物を構築する場合と比べて、設置のための大掛かりな工事が不要である。さらに、ガイド部材２０に沿ってスライド部材２２がスライドするため、スライド部材２２を橋脚１０４の上部側に引き上げることで、第２水力発電部１４と第３水力発電部１６のメンテナンスが容易となる。

また、第２水力発電部１４と第３水力発電部１６では、水車４４は、橋脚１０４の側方に河川１００の流れ（流れ方向１００Ａ）に沿って配置される回転軸４４Ａを備えたプロペラ水車である。これにより、橋脚１０４の側方で発生する馬蹄渦１００Ｃにより、水車４４が回転する。このため、橋脚１０４の側方で馬蹄渦１００Ｃのエネルギーが水車４４の回転エネルギーに変換され、洗掘に供される馬蹄渦１００Ｃのエネルギーをより効果的に弱めることができる。

また、第１水力発電部１２は、水車２６の回転により発電する発電機２８を備えており、第２水力発電部１４と第３水力発電部１６は、水車４４の回転により発電する発電機４６を備えている。これにより、水流による水車２６、４４の回転エネルギーを利用して電気エネルギーを得ることができる。

また、第１水力発電部１２では、発電機２８に接続された電気配線３８は、スライド部材２２に沿って橋脚１０４の上部に架設された橋梁上部構造体１０６の上部側に導かれている。同様に、第２水力発電部１４と第３水力発電部１６では、発電機４６に接続された電気配線３８は、スライド部材２２に沿って橋脚１０４の上部に架設された橋梁上部構造体１０６の上部側に導かれている。このため、橋梁上部構造体１０６の上部側で電気エネルギーを電源４０などに活用することができる。

また、第１水力発電部１２では、スライド部材２２の下部に川底１０２に沿って配置される台座２４が設けられており、台座２４は、スライド部材２２、水車２６及び発電機２８等が備えられていることで、重力によって河川１００の川底１０２と接触する構成とされている。同様に、第２水力発電部１４と第３水力発電部１６では、スライド部材２２の下部に川底１０２に沿って配置される台座２４が設けられており、台座２４は、スライド部材２２、水車４４及び発電機４６等が備えられていることで、重力によって河川１００の川底１０２と接触する構成とされている。これにより、水車２６、４４が川底１０２に干渉して水車２６、４４の回転が妨げられることを回避できる。

〔第２実施形態〕
図６及び図７には、第２実施形態の水力発電装置６０が示されている。なお、前述した第１実施形態と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。

図６に示されるように、水力発電装置６０は、エネルギー回収装置の一例であり、第１水力発電部６２を備えている。第１水力発電部６２は、発電機２８に接続された配線としての電気配線６４を備えている。第１水力発電部６２は、洗掘検出装置６５を備えている。洗掘検出装置６５は、橋脚１０４の上部側に、電気配線６４を繰り出す繰り出し部としてのリール６６を備えている。リール６６には、軸部６６Ａが設けられており、軸部６６Ａに電気配線６４が巻回されている。リール６６の回転により、電気配線６４を繰り出し又は巻き取ることで、電気配線６４の長さが自由に変えられるようになっている。また、洗掘検出装置６５は、リール６６の外周部と対向する位置に、リール６６によって繰り出された電気配線６４の長さを検出する検出手段としてのセンサ６８を備えている。センサ６８は、橋梁上部構造体１０６の上部に設けられた制御部７０に配線７４を介して接続されている。例えば、センサ６８は、リール６６の回転量を検出することで、電気配線６４の長さを検出するようになっている。

制御部７０は、電気配線６４の長さの所定の閾値等を記憶する記憶部と、電気配線６４の長さを演算し、電気配線６４の長さが所定の閾値を超えたか否かを判定する演算部と、を備えている。また、制御部７０は、洗掘のモニタリング用の電源７２に配線７６を介して接続されている。また、図示を省略するが、リール６６の軸部６６Ａに巻回された電気配線６４は、電源７２に接続されている。

また、第１水力発電部６２は、ガイド部材２０に沿ってスライド部材２２が上下方向にスライド可能とされており、スライド部材２２の下部には、川底１０２に沿って配置される台座２４が設けられている。台座２４は、スライド部材２２、水車２６及び発電機２８等が備えられていることで、重力によって河川１００の川底１０２と接触する構成とされている。

図７に示されるように、例えば、橋脚１０４の上流側で洗掘が発生した場合は、川底１１０の位置が下がるため、ガイド部材２０に沿ってスライド部材２２に固定された台座２４が川底１１０と接触する下方側の位置に移動する。すなわち、橋脚１０４の上流側の川底１１０の洗掘によって台座２４の位置が変化すると、リール６６が矢印Ｒ方向に回転して電気配線６４が繰り出される。これにより、リール６６から発電機２８までの電気配線６４の長さが長くなる。制御部７０は、センサ６８によって検出された電気配線６４の長さが、所定の閾値を超えたときに、洗掘が発生していると判定する。また、電気配線６４は、電源７２に接続されていることで、電源７２から洗掘のモニタリングのための電気が供給される。

上記の第１水力発電部６２では、センサ６８で検出された電気配線６４の長さによって、洗掘の発生を検出することができる。また、第１水力発電部６２では、電気配線６４は電源７２に接続されているので、洗掘の発生を検出するために外部から電力を供給する必要がなく、電源系統を簡素化できる。

なお、上記の水力発電装置６０では、第１水力発電部６２のみが図示されているが、第１水力発電部６２の他に、橋脚１０４の側部に他のエネルギー回収部としての複数の水力発電部を設けてもよい。その際、複数の水力発電部が、電気配線を繰り出す繰り出し部としてのリールと、電気配線の長さを検出する検出手段としてのセンサをそれぞれ備えることで、橋脚１０４の側方の洗掘の発生をモニタリングすることができる。

〔第３実施形態〕
図８には、第３実施形態のエネルギー回収装置８０が示されている。なお、前述した第１実施形態及び第２実施形態と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。

図８に示されるように、エネルギー回収装置８０は、複数のエネルギー回収部としての第１エネルギー回収部８２と、第２エネルギー回収部８４とを備えている。第１エネルギー回収部８２は、橋脚１０４の前面１０４Ａの前方（すなわち、橋脚１０４における河川１００の流れ方向１００Ａの上流側）に配置されている。第２エネルギー回収部８４は、橋脚１０４の側面１０４Ｂの一方の側方に配置されている。ここで、第２エネルギー回収部８４は、他のエネルギー回収部の一例である。なお、図示を省略するが、橋脚１０４の側面の他方の側方には、他のエネルギー回収部が配置されている。第２エネルギー回収部８４と他のエネルギー回収部は、橋脚１０４を挟んで左右対称に構成されている。

第１エネルギー回収部８２は、ガイド部材２０と、スライド部材２２と、台座２４と、水車２６とを備えている。また、第１エネルギー回収部８２は、水車２６に接続され、かつ水車２６の回転により駆動される動力変換部としてのポンプ８６を備えている。ポンプ８６は、一方の支持体３４に取り付けられている。第１エネルギー回収部８２は、河川１００の内部からスライド部材２２に沿って橋梁上部構造体１０６の上部側に延在される管体としてのホース８８を備えている。ホース８８は、柔軟性を有する部材で形成されており、曲げ変形が可能とされている。ホース８８の下側の端部には、河川１００の内部の水を吸入する吸入口８８Ａが設けられている。ホース８８の途中には、ポンプ８６が設けられており、ポンプ８６の駆動により吸入口８８Ａから水を吸入してホース８８の上部側にくみ上げるようになっている。橋梁上部構造体１０６の上部には、上部側が開口した箱状の容器９２が配置されている。吸入口８８Ａから汲み上げられた水は、ホース８８の上側の端部に設けられた排出口８８Ｂから、容器９２に供給されるようになっている。

第２エネルギー回収部８４は、ガイド部材２０と、スライド部材２２と、台座２４と、第二水車としての水車４４とを備えている。また、第２エネルギー回収部８４は、水車４４に接続され、かつ水車４４の回転により駆動される第二動力変換部としてのポンプ９０を備えている。ポンプ９０は、一方の支持体４８に取り付けられている。第２エネルギー回収部８４には、河川１００の内部の水を吸入する吸入口８８Ａを備えたホース８８が設けられており、ホース８８は、スライド部材２２に沿って橋梁上部構造体１０６の上部側に延在されている。ホース８８の途中には、ポンプ９０が設けられており、ポンプ９０の駆動により吸入口８８Ａから水を吸入してホース８８の上部側にくみ上げるようになっている。吸入口８８Ａから汲み上げられた水は、ホース８８の排出口８８Ｂから、容器９２に供給されるようになっている。

上記の第１エネルギー回収部８２では、橋脚１０４の前方（上流側）における河川１００の上流からの流れ（流れ方向１００Ａ）とぶつかる位置に水車２６が配置されており、河川１００の流れにより水車２６が回転する。すなわち、橋脚１０４の上流側に発生する縦渦１００Ｂなどの渦により水車２６が回転する。水車２６には、ポンプ８６が接続されており、水車２６の回転によりポンプ８６が駆動される。これにより、河川１００の渦のエネルギーが水車２６の回転エネルギーに変換され、洗掘に供される渦のエネルギーを弱めることで、橋脚１０４の上流側付近の洗掘が抑制される。また、ポンプ８６により、水流から有効なエネルギーを得ることができる。また、第１エネルギー回収部８２では、ガイド部材２０に沿ってスライドするスライド部材２２が設けられており、スライド部材２２に水車２６が設置されている。このため、川底に補強のための杭や障害物を構築する場合と比べて、設置のための大掛かりな工事が不要である。さらに、ガイド部材２０に沿ってスライド部材２２がスライドするため、スライド部材２２を橋脚１０４の上部側に引き上げることで、第１エネルギー回収部８２のメンテナンスが容易となる。

また、第２エネルギー回収部８４には、橋脚１０４の側方に配置されると共に河川１００の流れにより回転する水車４４が設けられている。水車４４には、ポンプ９０が接続されており、水車４４の回転によりポンプ９０が駆動される。これにより、橋脚１０４の側方の馬蹄渦１００Ｃ（図２参照）などの渦のエネルギーが水車４４の回転エネルギーに変換され、橋脚１０４の側方の洗掘が抑制される。

また、第２エネルギー回収部８４では、ガイド部材２０に沿ってスライド部材２２がスライドするため、スライド部材２２を橋脚１０４の上部側に引き上げることで、第２エネルギー回収部８４のメンテナンスが容易となる。

また、上記の第１エネルギー回収部８２では、水車２６の回転によりポンプ８６が駆動されることで、河川１００の水を吸入口８８Ａから吸入してホース８８の上部側にくみ上げる。これにより、水流による水車２６の回転エネルギーを利用してポンプ８６の駆動エネルギーを得ることができる。

また、上記の第２エネルギー回収部８４では、水車４４の回転によりポンプ９０が駆動されることで、河川１００の水を吸入口８８Ａから吸入してホース８８の上部側にくみ上げる。これにより、水流による水車４４の回転エネルギーを利用してポンプ８６の駆動エネルギーを得ることができる。

また、ポンプ８６、９０によって汲み上げられた水は、容器９２に供給される。これにより、汲み上げられた水を農業用水、洗浄水又は冷却液などに有効に利用することができる。

なお、上記第１〜第３実施形態では、水車２６、４４の位置や数は変更可能である。また、橋脚１０４の上流側に第１水力発電部又は第１エネルギー回収部を複数備える構成でもよい。また、橋脚１０４の側方に第２水力発電部又は第２エネルギー回収部を複数備える構成でもよい。また、水車２６、４４の大きさも、変更可能である。例えば、水車の大きさは、河川１００の表面から一部空中にはみ出している状態（部分的に水没している状態）に設定してもよいし、１つのエネルギー回収部が複数の水車を備える構成でもよい。また、第１〜第３実施形態では、水車は、例えば、河川１００の深さ方向の中間部に配置されているが、例えば、河川１００の深さ方向の中間部から川底１０２に近い側に配置される構成でもよい。

また、上記第１〜第３実施形態において、水車に接続される動力変換部の種類も変更可能であり、水車の軸動力を他のエネルギーに変更できるものであれば、他の種類の動力変換部を適用することができる。

また、上記第１〜第３実施形態では、水車２６、４４は、スライド部材２２に支持体を介して取り付けられていたが、本発明は、この構成に限定するものではない。例えば、水車をスライド部材に下部に固定された台座に、支持体を用いて取り付ける構成でもよい。

また、上記第１実施形態では、水車２６、４４の回転により発電機２８、４６によって発電された電気エネルギーの利用の仕方は、変更可能である。

また、上記第３実施形態では、水車２６、４４の回転によりポンプ８６、９０によって汲み上げられた水の利用の仕方は、変更可能である。

また、上記第１〜第３実施形態では、水車２６は、クロスフロー水車であるが、他の周流型水車などに変更可能である。また、水車２６の回転軸の方向も変更可能であり、河川１００の流れ（流れ方向１００Ａ）に沿って配置される回転軸を備えるプロペラ水車などを配置してもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、水車４４は、プロペラ水車であるが、他の水車に変更可能である。また、水車４４の回転軸の方向も変更可能であり、河川１００の流れ（流れ方向１００Ａ）と交差する方向に配置される回転軸を備えるクロスフロー水車又は周流型水車など配置してもよい。

さらに、上記第１〜第３実施形態では、水車２６、４４は、河川１００に配置されていたが、例えば、所定の流れ方向を持った運河などに配置してもよい。

なお、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかである。

１０ 水力発電装置（エネルギー回収装置）
１２ 第１水力発電部
１４ 第２水力発電部（他のエネルギー回収部）
１６ 第３水力発電部（他のエネルギー回収部）
２０ ガイド部材
２２ スライド部材
２４ 台座
２６ 水車
２６Ａ 回転軸
２６Ｂ 羽根部
２８ 発電機（動力変換部）
３８ 電気配線（配線）
４４ 水車（第二水車）
４４Ａ 回転軸
４６ 発電機（第二動力変換部）
６０ 水力発電装置（エネルギー回収装置）
６２ 第１水力発電部
６２ 第２水力発電部（他のエネルギー回収部）
６４ 電気配線（配線）
６６ リール（繰り出し部）
６８ センサ（検出手段）
８０ エネルギー回収装置
８２ 第１エネルギー回収部
８４ 第２エネルギー回収部（他のエネルギー回収部）
８６ ポンプ（動力変換部）
８８ ホース（管体）
８８Ａ 吸入口
９０ ポンプ（動力変換部）
９２ 容器
１００ 河川
１００Ａ 流れ方向（流れ）
１０２ 川底
１０４ 橋脚
１０６ 橋梁上部構造体（橋梁上部構造）

Claims (11)

1. 河川に立設された橋脚の鉛直方向に沿って固定されたガイド部材と、
   前記ガイド部材に沿ってスライド可能に支持されたスライド部材と、
   前記スライド部材に設けられ、少なくとも１台が前記橋脚の河川の上流からの流れとぶつかる位置に配置されると共に河川の流れにより回転する水車と、
   前記水車に接続され、前記水車の軸動力をエネルギーとして取り出す動力変換部と、
   を有するエネルギー回収装置。
2. 前記水車は、河川の流れと交差する方向であって前記橋脚の上部に架設された橋梁上部構造の長手方向に沿って配置される回転軸と、前記回転軸の周囲に設けられた複数の羽根部と、を有する請求項１に記載のエネルギー回収装置。
3. 前記橋脚の側方に他のエネルギー回収部が設置されており、
   前記他のエネルギー回収部は、
   前記橋脚の鉛直方向に沿って固定されたガイド部材と、
   前記ガイド部材に沿ってスライド可能に支持されたスライド部材と、
   前記スライド部材に設けられ、前記橋脚の側方に配置されると共に河川の流れにより回転する第二水車と、
   前記第二水車に接続され、前記第二水車の軸動力をエネルギーとして取り出す第二動力変換部と、
   を有する請求項１又は請求項２に記載のエネルギー回収装置。
4. 前記第二水車は、前記橋脚の側方に河川の流れに沿って配置される回転軸を備えたプロペラ水車である請求項３に記載のエネルギー回収装置。
5. 前記動力変換部は、前記水車の回転により発電する発電機である請求項１又は請求項２に記載のエネルギー回収装置。
6. 前記第二動力変換部は、前記第二水車の回転により発電する発電機である請求項３又は請求項４に記載のエネルギー回収装置。
7. 前記発電機に接続された配線は、前記スライド部材に沿って、前記橋脚の上部に架設された橋梁上部構造の上部側に導かれている請求項５又は請求項６に記載のエネルギー回収装置。
8. 前記スライド部材の下部には、川底に沿って配置される台座が設けられており、
   前記台座は、重力によって河川の川底と接触する構成とされている請求項５から請求項７までのいずれか１項に記載のエネルギー回収装置。
9. 前記橋脚の上部側に設けられ、前記発電機に接続される配線を繰り出す繰り出し部と、
   前記橋脚の周囲の川底に接触する前記台座の位置が変化することに伴い、前記繰り出し部により繰り出された前記配線の長さを検出する検出手段と、
   を有する請求項８に記載のエネルギー回収装置。
10. 河川の内部で水を吸入する吸入口を備え、前記吸入口から前記橋脚の上部側に延在された管体を有し、
    前記動力変換部は、前記管体に設けられると共に前記水車の回転により駆動され、前記吸入口から水を吸入して前記管体の上部側にくみ上げるポンプである請求項１又は請求項２に記載のエネルギー回収装置。
11. 河川の内部で水を吸入する吸入口を備え、前記吸入口から前記橋脚の上部側に延在された管体を有し、
    前記第二動力変換部は、前記管体に設けられると共に前記第二水車の回転により駆動され、前記吸入口から水を吸入して前記管体の上部側にくみ上げるポンプである請求項３又は請求項４に記載のエネルギー回収装置。