JP4787286B2

JP4787286B2 - 水力発電装置

Info

Publication number: JP4787286B2
Application number: JP2008076981A
Authority: JP
Inventors: 通博大江
Original assignee: 通博大江
Priority date: 2008-03-25
Filing date: 2008-03-25
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2028-03-25
Also published as: JP2009228608A

Description

本発明は、ダムや堰等を伴う必要がないとともに水力発電における漂流物問題や土砂等の堆積問題を解決出来る小型水力発電装置に関する。

近年、埋蔵化石エネルギー資源の枯渇問題や排出される二酸化炭素等による地球環境の悪化の問題等から、環境に優しい自然エネルギーである水力、風力、太陽光エネルギー等の利用技術が注目されている。水力利用に関しては以前からダム方式での水力発電により利用されて来ているが、ダム方式では莫大な建設費を要すると共にダムの土砂等による堆積物問題やダム建設に伴う自然環境破壊の問題等があり、今後の新設は容易ではない。そのため、小型の水力発電装置が注目されて来ている。しかし、従来の小型の水力発電装置はの多くは、例えば、特許文献１、特許文献２等の提案の様に従来のダムを利用する発電方式の考えを踏襲して其れを小型化したものや、他の提案でも、例えば、特許文献３、特許文献４、特許文献５等の提案の様に堰や導水設備等を伴う必要があるため極めて限定された条件下でしか設置利用が困難であるという課題点がある。また、河川等の流水を利用して発電しようとすれば、漂流物の問題や土砂の堆積問題等は回避出来ない問題であり、水力発電装置の直接の問題でないとしても、関連問題として総合的に解決しなければならない課題であると考えられる。

つまり、従来の多くの小型水力発電装置は、堰堤や導水設備等を伴わなければ設置困難であり、極めて限定された条件の下でしか設置利用出来ず広範な場所での設置利用が困難であるという問題点や、設置後の対応策が充分に考慮されていないという問題点、例えば、ゴミや流木等の漂流物による流れの阻害や装置の故障等の問題、土砂の堆積の問題、大雨等の異常増水時の問題等に対する対応策が充分に考慮されていないという問題点がある。これを解決するため、本発明者が特許文献６として既に提案している。この提案は解決策としてそれなりに意義あるものであるが、小型の水力発電装置の重要性が一層増して来る中、発電効率を更に高めることが求められ来ると考えられる。
特開２００２−２９５３５６号公報特開２００３−２２２０６７号公報特開平７−２３６２５５号公報特開２００３−２６９３１５号公報特開２００５−３２０８８３号公報特開２００８−０３１８７９号公報

本発明が解決しようとする問題点は、河川等の堰及び段差部近傍以外の一般傾斜流水部において流水エネルギーを利用して発電する場合において、水力発電における課題点である発電に影響する漂流物問題および土砂等の堆積問題を解決出来ると共に、装置が大掛かりにならず、流水エネルギーをより効果的に発電に活用出来る様にする手段を付加して良好な発電効率が期待出来る小型水力発電装置を提供することにある。

前述の課題を解決するため、本発明者が、小型水力発電における課題点である発電に影響する漂流物問題および土砂等の堆積問題を解決出来て、河川および用水路等に広範囲に活用出来る水力発電装置として本発明者が既特許出願している特許文献６の水力発電装置を基に、更に、流水エネルギーをより効果的に発電に活用出来る様にする手段を付加することにより良好な発電効率が期待出来る小型水力発電装置として、以下を特徴とする。

本発明の水力発電装置は、水流に対し直交方向で且つ水面に対し平行方向の軸方向をなす回転軸を有し該回転軸の両端部を回転自在に支承された形態の水車が組み込まれると共に外周部が角筒状の形態をなす水車部位を具有し、且つ、水上側に配設される部位で水車の回転に障害となる漂流物の流入を防止するための板状長尺部材が中央部から両側辺部に向けて傾斜角度をなして配列された形態であるとともに水流に対して傾斜角が約３０〜６０度の範囲の傾斜角度をなし且つ約２０〜５０ｍｍの範囲の間隔で平行に配列された筋状スクリーン部位と、該筋状スクリーン部位の下流で且つ水車の水上側に配設される部位で水車の流水に面する領域で流水の水力が水車の回転力に有効に働かない約半分の領域の流水の直接の流入を遮断すると共に其の流水を水車の回転力に寄与する側の領域に導水出来る様にするための板状導水部材が傾斜して配設された導水部位と、水車の回転力を伝達して発電出来る発電機とを備え、水底地盤等に固設出来る手段を具有していることを特徴とし、
更に、水車後方の外側からの流水の回り込みによる水車回転力への悪影響を低減させる手段として、前記水車部位の両側部外部側に下流方向に向かい開角が約３０〜７０度の範囲の角度をなして突出させた板状部材を伴う下流側流水誘導部位が付設されていると共に、漂流物の中央部での絡み付きを回避する手段として、前記筋状スクリーン部位の中央部前方で垂直軸方向に傾斜角が約３０〜６０度の範囲の傾斜角度をなした棒状または板状長尺部材を伴う漂流物誘導部位が付設されていることを特徴とする。

本発明によれば、河川および用水路等で堰及び段差部近傍以外の一般傾斜流水部において流水エネルギーを利用して発電する場合において、水力発電装置における課題点である発電に影響する漂流物問題および土砂等の堆積問題を解決出来るとともに、装置が大掛かりにならず、流水エネルギーをより効果的に発電に活用出来て良好な発電効率が期待出来る小型水力発電装置を提供することが出来る様になる。

以下、本発明の実施の形態例を図を参照して説明する。
図１は本発明装置の一例の説明図である。図２は本発明装置に用いる水車の形状例の説明図である。尚、外部回転力伝達部のカバー等は配設されるが省略する。

本発明装置１は、図１に示す様に、装置本体部の主要部として、水流に対し直交方向で且つ水面に対し平行方向の軸方向をなす回転軸３１ａを有し該回転軸の両端部を回転自在に支承された形態の水車３１が組み込まれると共に外周部が角筒状の形態をなす水車部位３０を具有し、且つ、水上側に配設される部位で水車３１の回転に障害となる漂流物の流入を防止するための板状長尺部材１１を傾斜角θ１が約３０〜６０度の範囲の傾斜角度をなし且つ間隔ｄが約２０〜５０ｍｍの範囲の間隔で平行に配列された筋状スクリーン部位１０と、前記部位１０の下流で水車３１の水上側に配設される部位で水車の流水に面する領域で流水の水力が水車３１の回転力に有効に働かない約半分の領域の流水の直接の流入を遮断すると共に其の流水を水車３１の回転力に寄与する側の領域に導水出来る様にするための板状導水部材２１が傾斜して配設された導水部位２０と、水車の回転力を伝達して発電出来る発電機５１を備え、発電機５１は骨格部材４１と板状部材４２により流水抵抗が少ない様な形態で囲繞されている。そして、水車後方の外側からの流水の回り込みによる水車回転力への悪影響を低減させる手段として、水車部位３０の両側部外部側に下流方向に向かい開角θ２が約３０〜７０度の範囲の角度をなして突出させた板状部材１０１を伴う下流側流水誘導部位１００が付設されている。更に、筋状スクリーン部位の板状部材が中央部から両側辺部に向けて傾斜角度をなして配列された形態の筋状スクリーン部位の場合において、漂流物の中央部での絡み付きを回避する手段として、筋状スクリーン部位１０の中央部前方で垂直軸方向に傾斜角θ４が約３０〜６０度の範囲の傾斜角度をなした棒状または板状長尺部材１２１を伴う漂流物誘導部位１２０が付設されている。そして、水底地盤等７０に装置基礎６０を設けて固設出来る手段を具有している。

以下、主要な部位・部材等について特記すべきことを記載する。
筋状スクリーン部位１０に関しては、材質としては、例えば、ステンレス又は非鉄金属材、合金材もしくは高強度で耐久性及び耐錆性を有するエンジニアリングプラスチック又はＦＲＰやＣＦＲＰ等のプラスチック複合材等が考えられ好ましいが、防錆処理が施された鉄鋼でも良く、その他、本発明の目的を達成出来る材質であれば限定されない。

導水部位２０に関しては、水車３１の下部前方に導水補助部材２２を配設して水車の回転力を向上させる様にすることも好ましい。そして、材質としては、筋状スクリーン部位１０で記述したものの中から適宜用いられる。

水車部位３０に関しては、図２に示す様に、主要部が、回転軸３１ａと長尺薄板状長尺部材で断面形状が水力を効果的に回転力に変換出来うる彎曲又は屈曲形状をした羽根部材３１ｂと羽根部材３１ｂを両端で支持する円盤状部材３１ｃからなり、図１に示す様に、骨格部材４１に軸受部材を介して回転可能な状態で留め付けられている。そして、外周部は板状部材４２により角筒状形態をなしている。そして、羽根部材３１ｂの枚数は８〜２０枚程度の範囲とし、軸からの間隙寸法は回転半径の約１／３〜１／２の寸法を目処とした形態が好ましい。また、図２（Ｊ）に示す様に、羽根部材３１ｂの内側に接する様に円筒状部材３１ｃを配設した形態のものも適宜用いられて良い。そして、材質としては、筋状スクリーン部位１０で記述したものの中から適宜用いられる。

骨格部材４１、板状部材２２に関しては、材質としては、筋状スクリーン部位１０で記述したものの中から適宜用いられる。そして、骨格部材４１の断面形状は□型が好ましいがＬ型やＨ型でも用いることが出来る。

発電機５１に関しては、本発明の目的を達成出来るものなら限定されない。そして、水車３０の回転力を伝達する回転力伝達機構としては、例えば、歯車５２と無端チェーンまたは歯車ベルト等５３を組み合わせた機構が考えられ好ましいが、水車の回転力を発電機に伝達出来る機構なら限定されない。また、歯車５２と発電機５１の間には増速器及び軸受け、クラッチ、カップリング等が適宜配設される。

下流側流水誘導部位１００に関しては、図１に示す様に、形態保持のために上部と下部に水流抵抗とならない様な形態保持補強部材１０２が付設される。尚、形態保持補強部材１０２の形態は本発明の目的を達成出来る限り限定されない。また、材質としては、筋状スクリーン部位１０で記述したものの中から適宜用いられる。

漂流物誘導部位１２０に関しては、図１に示す様に、上部を筋状スクリーン部位１０の保持補強部材１２に固設し、下部は基礎部６０等にプレート等を介してボルト等で固設される。また、形態保持のために中間部において補強部材で適宜補強される。そして、材質としては、筋状スクリーン部位１０で記述したものの中から適宜用いられる。

装置の固設方法としては、河川に設置する場合には、装置基礎６０にボルト等で固定する方法が考えられるが、その他、本発明の目的を達成出来る方法であれば限定されない。そして、装置基礎６０は状況に応じて基礎杭を打設して水底地盤７０に固定される場合もある。

本発明装置の一例の説明図である。（Ｅ）平面図（Ｆ）側面断面図本発明装置に用いる水車の形状例の説明図である。（Ｇ）１形態例の側面断面図（Ｈ）（Ｇ）の例の正面図（Ｉ）中間に側端部の円盤状部材と同じ部材を配設した例の正面図（Ｊ）（Ｇ）の例に筒状部材を付加形態例の側面断面図

１；本発明の水力発電装置
１０；筋状スクリーン部位
１１；板状長尺部材
１２；保持補強部材
２０；導水部位
２１；板状導水部材
２２；導水補助部材
３０；水車部位
３１；水車
３１ａ；回転軸
３１ｂ；羽根部材
３１ｃ；円盤状部材
３１ｄ；円筒状部材
４１；骨格部材
４２；板状部材
５１；発電機
５２；歯車
５３；無端チェーンまたは歯車ベルト等
６０；装置基礎
７０；水底地盤等
１００；下流側流水誘導部位
１０１；流水誘導部材
１０２；形態保持補強部材
１２０；漂流物誘導部位
１２１；棒状または板状長尺部材

Claims

水流に対し直交方向で且つ水面に対し平行方向の軸方向をなす回転軸を有し該回転軸の両端部を回転自在に支承された形態の水車が組み込まれると共に外周部が角筒状の形態をなす水車部位を具有し、且つ、水上側に配設される部位で水車の回転に障害となる漂流物の流入を防止するための板状長尺部材が中央部から両側辺部に向けて傾斜角度をなして配列された形態であるとともに水流に対して傾斜角が約３０〜６０度の範囲の傾斜角度をなし且つ約２０〜５０ｍｍの範囲の間隔で平行に配列された筋状スクリーン部位と、該筋状スクリーン部位の下流で且つ水車の水上側に配設される部位で水車の流水に面する領域で流水の水力が水車の回転力に有効に働かない約半分の領域の流水の直接の流入を遮断すると共に其の流水を水車の回転力に寄与する側の領域に導水出来る様にするための板状導水部材が傾斜して配設された導水部位と、水車の回転力を伝達して発電出来る発電機とを備え、水底地盤等に固設出来る手段を具有していることを特徴とする水力発電装置であって、更に、水車後方の外側からの流水の回り込みによる水車回転力への悪影響を低減させる手段として、前記水車部位の両側部外部側に下流方向に向かい開角が約３０〜７０度の範囲の角度をなして突出させた板状部材を伴う下流側流水誘導部位が付設されていると共に、漂流物の中央部での絡み付きを回避する手段として、前記筋状スクリーン部位の中央部前方で垂直軸方向に傾斜角が約３０〜６０度の範囲の傾斜角度をなした棒状または板状長尺部材を伴う漂流物誘導部位が付設されていることを特徴とする水力発電装置。