JP4422789B1

JP4422789B1 - 水力発電装置の設置構造

Info

Publication number: JP4422789B1
Application number: JP2009180256A
Authority: JP
Inventors: 活行熊野
Original assignee: 日本システム企画株式会社
Priority date: 2009-08-03
Filing date: 2009-08-03
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2029-08-03
Also published as: TW201111624A; GB201012893D0; TWI490405B; US20110025069A1; GB2472499A; JP2011032940A; GB2472499B; US8575771B2

Abstract

【課題】水力発電装置を大型化しなくても効率良く多量の発電が得られ、またメンテナンスにも優れた経済的な水力発電装置の設置構造を提供する。
【解決手段】複数個の水力発電装置２０、２０・・・を並列に収納する発電装置収納枠体３０と、発電装置収納枠体３０の少なくとも下方部に一端が固定されたワイヤ５２、５２と、ワイヤ５２、５２の他端に固定された錨又は重し５３と、発電装置収納枠体３０の上方にワイヤ７５、７５を介して設けられた浮力体７０とを備えている。発電装置収納枠体３０は、上方が開放し、両側の側板３４、３４間を仕切板３７、３７・・・によって仕切って複数個の発電装置収納部３８、３８・・・を形成し、発電装置収納部３８、３８・・・の前方部及び後方部に流水入口側窓３９、３９・・・及び流水排出側窓４０、４０・・・を形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、海や河川の水流を利用して水力発電を得る水力発電装置の設置構造に関する。

海や河川に流れる水流のエネルギーで発電を行う場合、水力発電装置の設置場所が問題となる。流速の強い水面に水力発電装置を設置すると、水面は船等の水上交通の妨げになり、水力発電装置の設置が困難な場合が多い。また水底部に水力発電装置を設置すると、流速が遅かったり、埃が多く水力発電装置には不都合である。

そこで、水上交通の妨げとならなく、ある程度の流速を有すると共に、埃の少ない海中又は水中に水力発電装置を設置するのが最適である。従来、海中に水力発電装置を設置したものとして、例えば特許文献１が挙げられる。また水力発電装置には種々のタイプのものが提案されているが、一例を挙げると特許文献２及び３等がある。

特許文献１は図５及び図６に示す構造となっている。流速と流向が安定している海流に、流れに直面する導管Ａと発電機Ｃを持つ浮体Ｂを、船首から係留索９と錨１０によって所定の深さに係留させる。浮体Ｂは、その船首全面が取水口１とされ、水車６が装着される取水口１と船尾の排出口２とを結ぶ導管Ａのほぼ中央の海流に垂直な断面は、取水口１の同断面積の数十分の一に圧縮した円形に形成されている。この結果、水車６の位置の海水の流速は取水口１の海流の流速の数十倍に加速されるために、海流エネルギーを活用して大容量の電力を得ることができる。これにより、導管Ａに流れる海流エネルギーを水車６と発電機Ｃによって電気エネルギーに変換し、海底送電線７で陸地に送電する。

浮体Ｂを水平に維持するには、前後左右及び上下に分割されたエアタンク３の船尾に近いエアタンク３の注水量を加減する。また船尾外側の上下左右に方向舵４を設け、船首の取水口１を海流に直面させることにより、浮体Ｂの姿勢を保持している。

特開平７−２５９０６４号公報特開平５−３９７７３号公報特開２００７−１７７７９７号公報

特許文献１は、浮体Ｂの姿勢を水平に維持させるために、複数個のエアタンク３の注水量を加減すると共に、方向舵４を設けている。しかしながら、浮体Ｂが小型の場合は、水流で浮体Ｂが回転及び上下左右に移動し易く、姿勢を水平に維持することは困難である。このため、浮体Ｂを大型にしなければならない。また発電器Ｃと浮体Ｂが一体となっているので、海流発電潜水船（水力発電装置）が大型になるばかりでなく、水力発電装置１台毎のコストが高くなり過ぎる問題があった。

また水流に対してバランスを取るため、水の取入口に対して吹き流し状の形状にする必要がある。このため、水の流れ方向に対して非常に長いトンネル状の導管Ａ（水路）となる。このような長いトンネル状の導管Ａに対しては、水が殆ど流れ込まない。

本発明の第１の課題は、水力発電装置を大型化しなくても効率良く多量の発電が得られと共に、経済的な水力発電装置の設置構造を提供することにある。

本発明の第２の課題は、水路を短くした水力発電装置を水流に対して直角にバランスを取り複数個設置することができる水力発電装置の設置構造を提供することにある。

本発明の第３の課題は、メンテナンスにも優れた水力発電装置の設置構造を提供することにある。

上記第１及び第２の課題を解決するための本発明の請求項１は、複数個の水力発電装置を並列に収納する発電装置収納枠体と、前記発電装置収納枠体の少なくとも下方部に一端が固定された第１のワイヤと、この第１のワイヤの他端に固定された錨又は重しと、前記発電装置収納枠体の上方に第２のワイヤを介して設けられた浮力体とを備え、前記発電装置収納枠体は、上方が開放し、両側の側板間を仕切板によって仕切って複数個の発電装置収納部を形成し、この発電装置収納部の前方部及び後方部に流水入口側窓及び流水排出側窓を形成したことを特徴とする。

上記第１乃至第３の課題を解決するための本発明の請求項２は、前記請求項１において、前記第１のワイヤは、一端が前記発電装置収納枠体の前方部下方の両側に固定され、他端が前記錨又は重しに固定された下方部のワイヤと、一端が前記発電装置収納枠体の前方部上方の両側に固定され、他端が前記のワイヤの途中に固定された上方部のワイヤとからなることを特徴とする。

請求項１によれば、発電装置収納枠体に複数個の水力発電装置を並列に収納するので、水力発電装置は小型でもよい。また水力発電装置が複数個収納された発電装置収納枠体は大型であるので、姿勢を水平に維持させることができる。また複数個の水力発電装置を収納するので、多量の発電を効率良く得ることができる。

また発電装置収納枠体には上方に浮力体が設けられているので、発電装置収納枠体に複数個の水力発電装置を収納しても発電装置収納枠体は海中又は水中に設置することができる。また水の流れ方向の流体の圧力によって発電装置収納枠体が回転しようとするモーメントは、発電装置収納枠体に取付けた第１のワイヤによる張力によって防止され、水力発電装置の流水路入口がほぼ水平になるように調整される。また水の流れ方向による発電装置収納枠体の左右のふらつきは、浮力体の浮力によって防止され、発電装置収納枠体の左右のふらつき及び位置が安定する。

また発電装置収納枠体に複数個の水力発電装置を並列に収納して使用するので、水路を短くした水力発電装置を水流に対して直角にバランスを取って発電装置収納枠体を設置することができる。また水力発電装置と発電機は一体でもよいが、発電装置収納枠体には複数個の発電装置収納部が設けられているので、水力発電装置より発電機を別体とし、発電装置収納部の幾つかを発電機の収納部とすることができる。このようにすると、水力発電装置の１台毎に発電機を設ける必要がなく経済的である。

更に、発電装置収納枠体の発電装置収納部の上方は開放しているので、例えば水力発電装置の上面に引っ掛け金具を取付けておくことにより、水力発電装置のメンテナンスが必要な時は、クレーンで吊り上げて海又は河川より地上に搬送してメンテナンスを行うことができ、容易にメンテナンスを行うことができる。

本発明の水力発電装置の設置構造の一実施の形態を示す正面図である。図１の側面図である。図１の平面図である。発電装置収納枠体を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ａ）のＤ−Ｄ線断面図、（ｄ）は側面図、（ｅ）は（ａ）のＥ−Ｅ線断面図である。従来の水力発電装置の設置構造を示す斜視図である。図５の側面図である。

本発明の水力発電装置の設置構造の一実施の形態を図１乃至図４により説明する。本実施の形態においては、図４に示す発電装置収納枠体３０を用いる。発電装置収納枠体３０は、複数個（実施の形態は６個）の水力発電装置２０を上方より並列に収納できるようになっている。横長の底板３１の前方部上及び後方部上には、水力発電装置２０の下方部の前後方向を規制する下方部規正板３２、３３が固定されており、底板３１の両側及び下方部規正板３２、３３上には、四隅が矩形形状に切り欠かれた側板３４、３４が固定されている。側板３４、３４の前方部上及び後方部上には、水力発電装置２０の上方部の前後方向を規制する上方部規正板３５、３６が固定されている。底板３１、側板３４、３４、下方部規正板３２、３３及び上方部規正板３５、３６により、上方は開放し、前方及び後方は横長の矩形形状に開放した構造に形成されている。側板３４、３４間は底板３１上に固定された５個の仕切板３７、３７・・・で仕切られ、６個の発電装置収納部３８、３８・・・が形成されている。これにより、前方側に６個の流水入口側窓３９、３９・・・が形成され、後方側には流水入口側窓３９、３９・・・に対応して流水出口側窓４０、４０・・・が形成される。

図１乃至図３に示すように、発電装置収納枠体３０の前方部下方の側方及び前方部上方の側方には、ワイヤ取付け具５０、５０及び５１、５１が固定され、ワイヤ取付け具５０、５０には、前方部下方用ワイヤ５２、５２の一端が固定され、前方部下方用ワイヤ５２、５２の他端は錨又は重し５３、５３に固定されたワイヤ巻取り機５４、５４に取付けられている。前方部下方用ワイヤ５２、５２の途中にはワイヤ取付け具５５、５５が固定されており、ワイヤ取付け具５１、５１と５５、５５には前方部上方用ワイヤ５６、５６が固定されている。ここで、錨又は重し５３、５３を海底又は河川底に設置し、発電装置収納枠体３０の発電装置収納部３８、３８・・・に水力発電装置２０を収納した状態においては、前方部上方用ワイヤ５６、５６は、発電装置収納枠体３０の前面部がほぼ垂直、即ち水力発電装置２０の流水路入口が水平になる長さに形成されている。

発電装置収納枠体３０の後方部下方の側方には、ワイヤ取付け具６０、６０が固定され、ワイヤ取付け具６０、６０には後方部下方用ワイヤ６１、６１の一端が固定され、後方部下方用ワイヤ６１、６１の他端は錨又は重し６２、６２に固定されている。

発電装置収納枠体３０の上方には、浮力体７０が配設される。浮力体７０は空気又はガスが入れられた浮力タンク７１、７１の内側部の上下が連結板７２、７２で固定されている。勿論、浮力タンク７１、７１及び連結板７２、７２の部分を全て浮力タンクとしても良いことは言うまでもない。ここで、浮力タンク７１、７１は、発電装置収納枠体３０の発電装置収納部３８、３８、３８・・・に水力発電装置２０を収納し、発電装置収納枠体３０を海中又は水中に投入した場合、海底又は河川底に沈まない浮力を有するようになっている。

浮力タンク７１、７１の前方部下方の側方及び後方部下方の側方には、ワイヤ取付け具７３、７３及び７４、７４が固定されている。ワイヤ取付け具７３、７３には、前方部下方用ワイヤ７５、７５の一端が固定され、前方部下方用ワイヤ７５、７５の他端は発電装置収納枠体３０に固定されたワイヤ取付け具５１、５１に固定されている。発電装置収納枠体３０の後方部上方の側方には、ワイヤ取付け具７６、７６が固定されており、前記ワイヤ取付け具７４、７４には、後方部上方用ワイヤ７７、７７の一端が固定され、後方部上方用ワイヤ７７、７７の他端はワイヤ取付け具７６、７６に固定されている。

次に作用について説明する。発電装置収納枠体３０の上方より水力発電装置２０の流水路入口が流水入口側窓３９、３９・・に向くようにして水力発電装置２０を発電装置収納部３８、３８・・・に収納する。そして、比較的岸壁に近くて浅い海や河川において、発電装置収納枠体３０の流水入口側窓３９、３９・・・が水の流れ方向Ｆに向くように、錨又は重し５３、５３及び５９、５９を海底又は河川底に設置する。そこで、ワイヤ巻取り機５４、５４でワイヤ５２、５２を巻き取るか又は緩めて前方部下方用ワイヤ５２、５２の長さを調節し、発電装置収納枠体３０を海上又は水上交通に支障の無い深さの場所で、水流の最も早い場所に設置する。

このように、発電装置収納枠体３０に複数個の水力発電装置２０を並列に収納するので、水力発電装置２０は小型でもよい。また水力発電装置２０が複数個収納された発電装置収納枠体３０は大型であるので、姿勢を水平に維持させることができる。また複数個の水力発電装置２０を収納するので、多量の発電を効率良く得ることができる。

また発電装置収納枠体３０に複数個の水力発電装置２０を並列に収納して使用するので、水路を短くした水力発電装置２０を水流に対して直角にバランスを取って発電装置収納枠体３０を設置することができる。また水力発電装置２０と発電機は一体でもよいが、発電装置収納枠体３０には複数個の発電装置収納部３８、３８・・・が設けられているので、水力発電装置２０より発電機を別体とし、発電装置収納部３８、３８・・・の幾つかを発電機の収納部とすることができる。このようにすると、水力発電装置２０の１台毎に発電機を設ける必要がなく経済的である。

浮力タンク７１、７１には前方部下方用ワイヤ７５、７５及び後方部下方用ワイヤ７７、７７を介して浮力体７０が取付けられているので、発電装置収納枠体３０に複数個の水力発電装置２０を収納しても発電装置収納枠体３０は海中又は水中に設置することができる。また水の流れ方向Ｆの流体の圧力によって発電装置収納枠体３０が矢印Ｇ方向（図２参照）に回転しようとするモーメントは、発電装置収納枠体３０に取付けた前方部下方用ワイヤ５２、５２と前方部上方中間用ワイヤ５６、５６による張力によって防止され、水力発電装置２０の流水路入口がほぼ水平になるように調整される。また水の流れ方向Ｆによる発電装置収納枠体３０の左右のふらつきＨ（図１参照）は、浮力体７０の浮力によって防止され、発電装置収納枠体３０の左右のふらつき及び位置が安定する。

なお、後方部下方用ワイヤ６１、６１及び錨又は重し６２、６２は特に設けなくても良いが、後方部下方用ワイヤ６１、６１及び錨又は重し６２、６２を設けると、発電装置収納枠体３０の後方部の左右のふらつき及び位置が安定する。また浮力体７０を前方部下方用ワイヤ７５、７５及び後方部下方用ワイヤ７７、７７を介して発電装置収納枠体３０に取付けたが、いずれか一方のワイヤ７５、７５又は７７、７７のみでもよい。また水上交通の妨げとならない海や河川においては、浮力体７０は海面又は河川面に位置するように前方部下方用ワイヤ７５、７５及び後方部上方用ワイヤ７７、７７の長さを設定してもよく、また海中又は河川中に位置するように設けても良いことは言うまでもない。勿論、水上交通の妨げとなる海や河川においては、浮力体７０は海中又は河川中に位置するように前方部下方用ワイヤ７５、７５及び後方部上方用ワイヤ７７、７７の長さに設定する必要があることは言うまでもない。

発電装置収納枠体３０の発電装置収納部３８、３８・・・の上方は開放しているので、例えば水力発電装置２０の上面に引っ掛け金具を取付けておくことにより、水力発電装置２０のメンテナンスが必要な時は、クレーンで吊り上げて海又は河川より地上に搬送してメンテナンスを行うことができ、容易にメンテナンスを行うことができる。

２０水力発電装置
３０発電装置収納枠体
３１底板
３２、３３下方部規正板
３４側板
３５、３６上方部規正板
３７仕切板
３８発電装置収納部
３９流水入口側窓
４０流水出口側窓
４５、４６浮力タンク
５０、５１ワイヤ取付け具
５２前方部下方用ワイヤ
５３錨又は重し
５４ワイヤ巻取り機
５５ワイヤ取付け具
５６前方部上方中間用ワイヤ
６１後方部下方用ワイヤ
６２錨又は重し
７０浮力体
７１浮力タンク
７５前方部下方用ワイヤ
７７後方部下方用ワイヤ

Claims

複数個の水力発電装置を並列に収納する発電装置収納枠体と、前記発電装置収納枠体の少なくとも下方部に一端が固定された第１のワイヤと、この第１のワイヤの他端に固定された錨又は重しと、前記発電装置収納枠体の上方に第２のワイヤを介して設けられた浮力体とを備え、前記発電装置収納枠体は、上方が開放し、両側の側板間を仕切板によって仕切って複数個の発電装置収納部を形成し、この発電装置収納部の前方部及び後方部に流水入口側窓及び流水排出側窓を形成したことを特徴とする水力発電装置の設置構造。
前記第１のワイヤは、一端が前記発電装置収納枠体の前方部下方の両側に固定され、他端が前記錨又は重しに固定された下方部のワイヤと、一端が前記発電装置収納枠体の前方部上方の両側に固定され、他端が前記のワイヤの途中に固定された上方部のワイヤとからなることを特徴とする請求項１記載の水力発電装置の設置構造。