JP5514945B1 - 水力発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成で安価に実現でき、無数に在る小規模河川の水力エネルギーを使用することにより、逼迫が予想される電力需給をまかなうことのできる水力発電システムが求められている。
【解決手段】水力発電システム１は、河川水Ｗを貯留する貯水ダム３と、傾斜面２上を別個独立に走行する１対のタンク車４ａ，４ｂと、河川水Ｗを各タンク車４ａ，４ｂに給水する給水設備５ａ，５ｂと、各タンク車４ａ，４ｂの河川水Ｗを排水する排水設備６ａ，６ｂと、傾斜面２に回転自在に支持された滑車７と、タンク車４ａおよびタンク車４ｂに接続された状態で滑車７に巻き回されたツルベ用索条９と、各タンク車４ａ，４ｂを往復移動させるように案内する案内手段１１，１１と、タンク車４ａ，４ｂに伴なって移動するツルベ用索条９の移動動作により発電する発電機２４と、を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、小規模河川の河川水を利用する水力発電システムに関するものである。

従来一般の水力発電システムでは、下記の特許文献１に記載されているように、大型の貯水ダムを河川に設けて貯水し、放流により発電機を直に回転させることで発電している。しかしながら、毎秒何十トンもの大量の河川水を放水するために巨大な貯水量のダムを必要とすることから、発電所の設置場所は限られており、日本国内では新たな設置場所がほとんど無くなっている。一方で、水力を利用する小水力発電場所として、河川、農業水路などを利用する計画も挙げられている。しかしながら、年間を通してコンスタントな発電量が得られず、水力を利用可能な他の方法が必要と考えられる。また、他方では余剰な夜間電力を用い河川水を汲み上げて上流側のダムに貯水し、昼間の電力ピーク時に放流して発電させる揚水発電装置も知られている。しかしながら、この装置も電力を使用するので、結果として発電効率は芳しくない。

因みに、２０１０年度の発電種別の発電量比率は、水力発電１０％、火力発電６０％、原子力発電３０％程度であった。ところが、２０１２年度は原子力発電を停止させたことにより、火力発電による発電量が９０％に達し、１年で約３兆円分の石油が消費された。そして、日本国内において原子力発電は国民の反対によりなかなか稼動させることができず、世界的にも原子力発電の廃止、新設の取り止めなどが図られている。更に、火力発電では地球温暖化対策によりＣＯ₂排出量の減量化が叫ばれている。太陽光発電では雨、雷、曇り空の天候時に稼動させることができず、風力発電は風が吹かねば稼動させることができない。その他、日本では他国にない潮流発電や波動発電などの研究開発を行われているが、各国にはそれぞれ自国の地形、気候、環境などに適した条件がある。

特開２０００−２７１６６号公報

ところで、日本は水資源が豊富で国土の２／３以上が山間部であるが、水力発電に使用される大規模な貯水ダムを構築できる河川は限られており、新たに構築できる場所は極めて少ない。また、大規模貯水ダムの構築には、長期間にわたる事前調査、莫大な工事費用および工事期間がかかることから、施工計画から竣工まで多大な時間と費用を費やさなければならない。それに対し、極めて小規模な貯水ダム、止水堰、池などを造成できる小規模の河川は国内に無数にある。しかしながら、これら無数の小河川を流れる河川水の水力エネルギーは十分に利用されていると言い難い。一方で、原子力発電に代わる自然エネルギー利用の開発を必要とする社会的ニーズも高まってきている。

本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであって、簡素な構成で安価に実現でき、無数に在る小規模河川の水力エネルギーを使用することにより、逼迫が予想される電力需給をまかなうことのできる水力発電システムの提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る水力発電システムは、山間の傾斜面に設けられて河川水を貯留する貯水ダムと、貯水ダムからの河川水を収容して傾斜面上を別個独立に走行する１対のタンク車と、貯水ダム近傍の傾斜面に設けられて貯水ダムの河川水を各タンク車にそれぞれ給水するための給水設備と、給水設備から離間した下方位置の傾斜面に設けられて各タンク車の河川水を排水するための排水設備と、貯水ダムと給水設備との間に配置されるとともに傾斜面に回転自在に支持された滑車と、一端が一方のタンク車に接続され他端が他方のタンク車に接続された状態で滑車に巻き回されたツルベ用索条と、各タンク車を給水設備と排水設備との間で往復移動させるように案内する案内手段と、タンク車に収容された河川水の重量により当該タンク車とともに移動するツルベ用索条の移動動作により発電する第１発電機と、を備えて成り、前記案内手段が、排水設備によるタンク車の排水位置近傍の上流側に配置されるとともに傾斜面に回転自在に支持されたガイド用滑車と、一端が一方のタンク車の下流側壁面に接続され他端が他方のタンク車の下流側壁面に接続された状態でガイド用滑車に巻き回されたガイド用索条と、から構成されているものである。

また、前記した構成において、タンク車とともに移動するガイド用索条の移動動作により発電する第２発電機を備えているものである。

そして、前記した各構成において、タンク車が給水設備による給水位置に在るときに、その給水位置にタンク車を保持する保持手段を備えているものである。

更に、本発明に係る水力発電システムは、山間の傾斜面に設けられて河川水を貯留する貯水ダムと、貯水ダムからの河川水を収容して傾斜面上を別個独立に走行する１対のタンク車と、貯水ダム近傍の傾斜面に設けられて貯水ダムの河川水を各タンク車にそれぞれ給水するための給水設備と、給水設備から離間した下方位置の傾斜面に設けられて各タンク車の河川水を排水するための排水設備と、貯水ダムと給水設備との間に配置されるとともに傾斜面に回転自在に支持された滑車と、一端が一方のタンク車に接続され他端が他方のタンク車に接続された状態で滑車に巻き回されたツルベ用索条と、各タンク車を給水設備と排水設備との間で往復移動させるように案内する案内手段と、タンク車に収容された河川水の重量により当該タンク車とともに移動するツルベ用索条の移動動作により発電する第１発電機と、を備えて成り、タンク車が給水設備による給水位置に在るときに、その給水位置にタンク車を保持する保持手段を備えているものである。

本発明に係る水力発電システムによれば、貯水ダムと、１対のタンク車と、給水設備と、排水設備と、滑車と、ツルベ用索条と、案内手段と、発電機とを備えているので、小規模で簡素な構成により安価なシステムを実現でき、取扱いおよびメンテナンスも簡単である。また、極めて小規模の貯水ダムを用い得るので、日本国内のみならず世界中で、大規模な貯水ダムを構築できないような小さな河川であっても、本発明の貯水ダムを構築することが可能で発電ができるうえ、河川水以外の駆動エネルギーが要らずランニングコストが不要である。従って、原子力発電の将来的な増大化を期待できない世相に鑑みると、原子力発電の代替策となる本発明の水力発電システムは、世界的な逼迫が予想される電力需給をまかなえるものとして大いに貢献できるものと考える。そして、案内手段が、ガイド用滑車と、ガイド用索条とから構成されているので、タンク車を給水位置と排水位置に確実に導くことができる。

また、タンク車とともに移動するガイド用索条の移動動作により発電する第２発電機を備えているものでは、第１発電機および第２発電機という２台の発電機で発電するので、発電機１台で発電するよりも多量の電力を得ることができる。

更に、本発明に係る水力発電システムは、タンク車が給水位置に在るときにその給水位置にタンク車を保持する保持手段を備えているので、給水により全体重量が増加していくタンク車を確実に保持することができる。従って、貯留ダムからの河川水を洩らすことなく収容でき、ひいては無駄なく発電させることができる。

本発明の一実施形態に係る水力発電システムの概略構成を示す側面構成図である。 前記水力発電システムの概略構成を示す平面構成図である。 前記水力発電システムのタンク車を示す拡大側断面図である。 前記水力発電システムにおける各タンク車がそれぞれの給水設備および排水設備から離れて移動途中の状態を示す状態説明図である。 前記水力発電システムにおける各タンク車がそれぞれの給水設備および排水設備に到着してそれぞれ給水と排水を行なう状態を示す状態説明図である。 本発明の別の実施形態に係る水力発電システムの概略構成を示す平面構成図である。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下に述べる実施形態は本発明を具体化した一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものでない。図１は本発明の一実施形態に係る水力発電システムの概略構成を示す側面構成図、図２は前記水力発電システムの概略構成を示す平面構成図である。
各図において、この実施形態に係る水力発電システム１は、山間の傾斜面２に構築されて河川水Ｗを貯留する小型の貯水ダム３と、傾斜面２上を別個独立で上下に交互走行する１対のタンク車４ａ，４ｂと、貯水ダム３近傍の傾斜面２上に設けられた給水設備５ａ，５ｂと、給水設備５ａ，５ｂから離間した下方位置の傾斜面２に設けられた排水設備６ａ，６ｂと、貯水ダム３と給水設備５ａ，５ｂとの間の傾斜面２に回転自在に支持された滑車７と、滑車７に巻き回されたツルベ用索条９と、各タンク車４ａ，４ｂを給水設備５ａ，５ｂと排水設備６ａ，６ｂとの間で往復移動させるように案内する２つの案内手段１１，１１と、ツルベ用索条９の移動動作により発電する発電機２４（第１発電機）と、を備えている。ツルベ用索条９は、その一端が一方のタンク車４ａの上流側壁面に接続され他端が他方のタンク車４ｂの上流側壁面に接続されている。滑車７は傾斜面２の地盤Ｌに埋設された軸受体６９に回転自由に枢支されている枢軸２２に取り付けられている。

更に、この水力発電システム１は、排水設備６ａ，６ｂよりも下方位置の傾斜面２に回転自在に支持されたガイド用滑車１３と、一端が一方のタンク車４ａの下流側壁面に接続され他端が他方のタンク車４ｂの下流側壁面に接続された状態でガイド用滑車１３に巻き回されたガイド用索条１２と、ガイド用索条１２の移動動作により発電する発電機２８（第２発電機）と、発電機２４，２８で発電された電力を受電し送電線７２を介して遠隔地へ送電する中継器７０とを備えている。中継器７０は、受電した電力を規定の電圧に調整する変圧器（図示省略）や電力の一部をいったん蓄電しておく蓄電池７１も備えている。

滑車７の下方位置には、タンク車４ａ，４ｂの上昇を停止させるためのプラットホーム３０が築設されている。ガイド用滑車１３の上方位置には、タンク車４ａ，４ｂの下降を停止させるためのプラットホーム３１が築設されている。そして、プラットホーム３０，３１間には、２組の軌道１０ａ，１０ａ，１０ｂ，１０ｂが敷設されている。タンク車４ａ，４ｂは、それぞれ、軌道１０ａ，１０ａ上と、軌道１０ｂ，１０ｂ上を走行するようになっている。すなわち、これら２組の軌道１０ａ，１０ａ，１０ｂ，１０ｂが、一つ目の案内手段１１となる。また、ガイド用滑車１３は傾斜面２の地盤Ｌに埋設された軸受体６８に回転自由に枢支されている枢軸６７に取り付けられている。すなわち、ガイド用索条１２、ガイド用滑車１３、枢軸６７、および軸受体６８から成る構成が、二つ目の案内手段１１となる。

貯水ダム３の壁面下部には、ダム内外を貫通する出水管８が設けられている。この出水管８の先端は、左右の分岐管１７ａ，１７ｂに分岐している。これらの分岐管１７ａ，１７ｂにはそれぞれ電磁開閉弁１８ａ，１８ｂが取り付けられ、更に電磁開閉弁１８ａ，１８ｂにそれぞれ給水管１９ａ，１９ｂが接続されている。給水管１９ａ，１９ｂの下端位置は、プラットホーム３０を跨いだ下流側位置で、タンク車４ａ，４ｂのそれぞれの給水位置に達している。尚、タンク車４ｂの給水位置とは図２に示したタンク車４ｂの位置であり、給水管１９ｂの下流側端部に接続される位置である。タンク車４ａの給水位置とは、図２に示したタンク車４ｂの真横（図２の紙面に向かって右側）の位置である。一方、プラットホーム３１を上下に跨いだ配置で、排水設備（排水管）６ａ，６ｂが傾斜面２に固設されている。そして、タンク車４ａの排水位置とは図２に示したタンク車４ａの位置であり、排水設備６ａの上流側端部に接続される位置である。タンク車４ｂの給水位置とは、図２に示したタンク車４ａの真横（図２の紙面に向かって左側）の位置であり、排水設備６ｂの上流側端部に接続される位置である。そして、貯水ダム３の壁面の側方上部には、貯水ダム３内で増水した河川水Ｗを下流側へ放流するための溢流管１５が設けられている。溢流管１５から溢れ出た河川水Ｗは、傾斜面２に形成された導水溝１６を経て下流河川２０に放流されるようになっている。

滑車７の上面には同軸心の滑車２１が一体的に固設されている。これら滑車７，２１の側方位置には発電機２４が配備され、発電機２４の発電駆動軸２５に滑車２６が取り付けられている。滑車２６は周回索条２３を介して回転力伝達可能に滑車２１と連結されている。発電機２４は、滑車２６の回転を増速して発電ロータに伝達する増速機構（図示省略）を内蔵している。一方、下流側のガイド用滑車１３の上面には同軸心の滑車１４が一体的に固設されている。これらガイド用滑車１３，１４の側方位置には発電機２８が配備され、発電機２８の発電駆動軸２９に滑車３０が取り付けられている。滑車３０は周回索条２７を介して回転力伝達可能に滑車１４と連結されている。発電機２８は、滑車３０の回転を増速して発電ロータに伝達する増速機構（図示省略）を内蔵している。そして、発電機２４により発電された電力のほとんどは送電線７４を介して中継器７０に送電され、一部が送電線７５を介して制御装置３８に送電され消費される。一方、発電機２８により発電された電力のほとんどは送電線７３を介して中継器７０に送電され、一部が送電線７６を介して転送装置４１に送電され消費される。

タンク車４ａ，４ｂは、図３に示すように、水受け容器であるタンク本体４３と、タンク本体４３底面の前後左右４ヶ所に垂設されたシャーシ６０，６０，６０，６０と、左右のシャーシ６０，６０間に架け渡された２つの車軸６２，６２と、各車軸６２，６２に回転自由に取り付けられて軌道１０ａ，１０ｂ上を転動する車輪６１，６１，６１，６１と、を備えて構成されている。タンク本体４３の底には、降下慣性力を高めるためのコンクリート錘５９が設置されている。タンク本体４３の上流側の側壁には接続部材４４が固設されている。接続部材４４にはツルベ用索条９を通すための挿通穴４５が形成されている。挿通穴４５の途中に、固定用ネジ４６と螺合する雌ネジ部が連通している。尚、ツルベ用索条９は、滑車７に掛け回された状態で、その一端がタンク車４ａの接続部材４４の挿通穴４５に通されて固定用ネジ４６で固定される。ツルベ用索条９の他端はタンク車４ｂの接続部材４４の挿通穴４５に通されて固定用ネジ４６で固定される。タンク本体４３の下流側の側壁には接続部材４７が固設されている。接続部材４７にはガイド用索条１２を通すための挿通穴４８が形成されている。挿通穴４８の途中には、固定用ネジ４６と螺合する雌ネジ部が連通している。尚、ガイド用索条１２は、ガイド用滑車１３に巻き回された状態で、その一端がタンク車４ａの接続部材４７の挿通穴４８に通されて固定用ネジ４６で固定される。ガイド用索条１２の他端はタンク車４ｂの接続部材４７の挿通穴４８に通されて固定用ネジ４６で固定される。

そして、タンク本体４３の上流側の側壁には、接続管４９が貫通して設けられている。接続管４９のタンク外の管端には、リング状の口ゴム部材５０が水漏れ防止用として装着されている。接続管４９のタンク内の管端外には枢軸５１が設けられている。この枢軸５１に、蓋体５２が管端口を開閉するように揺動自在に支持されている。この管端口には、ゴム製のリングパッキング５３が水漏れ防止用として装着されている。蓋体５２は、枢軸５１に装着されたコイルバネ（図示省略）により接続管４９の管端口を閉じる方向（図３中の矢印Ｒ方向）に常に弾性付勢されている。一方、タンク本体４３の下流側の側壁には、接続管５４が貫通して設けられている。接続管５４のタンク外の管端には、リング状の口ゴム部材５５が水漏れ防止用として装着されている。接続管５４のタンク内の管端には枢軸５６が設けられている。この枢軸５６に、蓋体５７が管端口を開閉するように揺動自在に支持されている。この管端口には、ゴム製のリングパッキング５８が水漏れ防止用として装着されている。蓋体５７は、枢軸５６に装着されたコイルバネ（図示省略）により接続管５４の管端口を閉じる方向（図３中の矢印Ｓ方向）に常に弾性付勢されている。

そして、タンク本体４３内の最上部には、収容された河川水Ｗの満水時の水位を検知する水位センサ６４ａ，６４ｂが設置されている。タンク本体４３内の下部で接続管５４の近傍位置には、河川水Ｗがほぼ無くなった渇水時の水位を検知する水位センサ６３ａ，６３ｂが設置されている。これら水位センサ６３ａ，６３ｂ，６４ａ，６４ｂからの検知信号は、タンク本体４３の外壁に取り付けられた制御部６５ａ，６５ｂに取り込まれるようになっている。制御部６５ａ，６５ｂに取り込まれた満水検知信号と渇水検知信号は、アンテナ６６を介して、離間位置にある制御装置３８（後で詳述）に無線送信される。尚、制御部６５ａ，６５ｂを作動させる電源は、予め搭載されている蓄電池（図示省略）であり、制御部６５ａ，６５ｂの制御基板を半年〜１年間程度作動させ得る電力を蓄えている。

そうして、それぞれの給水位置の近傍には電磁駆動機３２ａ，３２ｂが設置されている。各電磁駆動機３２ａ，３２ｂは、内蔵する電磁コイル（図示せず）への通電・切電により出没自在に出し入れされるプランジャ３３ａ，３３ｂを有している。例えば、図２ではタンク車４ｂがその給水位置に在るので、電磁駆動機３２ｂの電磁コイルが作動してプランジャ３３ｂを押し出し、押し出されたプランジャ３３ｂがタンク車４ｂの下流側の側壁を支持してタンク車４ｂを保持している例（保持手段７７）を示している。

それぞれの給水位置に在るタンク車４ａ，４ｂの側方位置には、それぞれタンク車４ａ，４ｂの存在を検知する、対物センサ３４ａ，３４ｂと、対物センサ３５ａ，３５ｂが配備されている。対物センサ３４ａ，３４ｂは、プラットホーム３０の近傍位置に配置されている。対物センサ３５ａ，３５ｂは、対物センサ３４ａ，３４ｂよりも下流側の位置で、且つ、タンク車４ａ，４ｂがそれぞれの給水位置に在るときはそれぞれの存在を検知しないような位置に配置されている。
一方、それぞれの排水位置に在るタンク車４ａ，４ｂの側方位置には、それぞれタンク車４ａ，４ｂの存在を検知する、対物センサ３６ａ，３６ｂと、対物センサ３７ａ，３７ｂが配備されている。対物センサ３７ａ，３７ｂは、プラットホーム３１の近傍位置に配置されている。対物センサ３６ａ，３６ｂは、対物センサ３７ａ，３７ｂよりも上流側の位置で、且つ、タンク車４ａ，４ｂがそれぞれの排水位置に在るときはそれぞれの存在を検知しないような位置に配置されている。排水位置の近傍には転送装置４１が設置されている。この転送装置４１は、対物センサ３６ａ，３６ｂ，３７ａ，３７ｂからの検知信号を受信し、アンテナ４２を介して制御装置３８へ無線送信するようになっており、発電機２８から送電線７６を介して送られた電力により作動する。

そして、この水力発電システム１は、システム全体の制御を司るマイクロコンピュータ３９を有する制御装置３８を備えている。前記のマイクロコンピュータ３９は、中央演算器ＣＰＵ、メモリ、データバス、入力部、出力部などを備えて成る汎用品である。そして、制御装置３８は、タンク車４ａ，４ｂのアンテナ６６からの検知信号や、転送装置４１のアンテナ４２からの検知信号を受信するアンテナ４０を備えている。

上記のように構成された水力発電システム１の作用を次に説明する。まず、図１および図２に示した状態から説明する。この場合、排水設備６ａにより排水可能な排水位置（図２中に示したタンク車４ａの位置）にタンク車４ａが到着してプラットホーム３１で止められ、排水設備６ａの上流側端部が接続管５４の口ゴム部材５５を貫通し更に蓋体５７を押し開けている。これにより、タンク車４ａ内の河川水Ｗが排水設備６ａを経て下流河川２０に放流される。このように、タンク車４ａが前記排水位置に到着したことは、対物センサ３６ａがタンク車４ａの通過（ＯＦＦ→ＯＮ→ＯＦＦ）を検知した後に、対物センサ３７ａがタンク車４ａの存在を検知したことにより判定される。すなわち、対物センサ３６ａ，３７ａの検知信号は転送装置４１に送られ、更に制御装置３８に送信されマイクロコンピュータ３９によって判定される。同様に、タンク車４ｂがその排水位置に到着したときは対物センサ３６ｂ，３７ｂからの検知信号に基づいてマイクロコンピュータ３９によって判定される。

ほぼ同時に、給水設備５ｂにより給水可能な排水位置（図２中に示したタンク車４ｂの位置）にタンク車４ｂが到着してプラットホーム３０で止められ、給水設備５ｂの給水管１９ｂの下流側端部が接続管４９の口ゴム部材５０を貫通し更に蓋体５２を押し開けている。このように、タンク車４ｂが前記給水位置に到着したことは、対物センサ３５ｂがタンク車４ｂの通過（ＯＦＦ→ＯＮ→ＯＦＦ）を検知した後に、対物センサ３４ｂがタンク車４ｂの存在を検知したことにより判定される。すなわち、対物センサ３４ｂ，３５ｂの検知信号は制御装置３８に送信されマイクロコンピュータ３９によって判定される。同様に、タンク車４ａがその給水位置に到着したときは対物センサ３４ａ，３５ａからの検知信号に基づいてマイクロコンピュータ３９によって判定される。

制御装置３８はタンク車４ｂの到着を判定すると、電磁駆動機３２ｂ（保持手段７７）に指令信号を出力しプランジャ３３ｂを突出させタンク車４ｂの下流側外壁を受け止めてその位置で保持する。続いて、制御装置３８は電磁開閉弁１８ｂに指令信号を出力して開弁させる。これにより、給水設備５ｂの給水管１９ｂと分岐管１７ｂが連通し、貯水ダム３の河川水Ｗがタンク車４ｂのタンク本体４３内に流れ込む。そうして、タンク本体４３内が満水になると、水位センサ６４ｂが満水を検知し、この検知信号は制御部６５ｂに送られ更に制御装置３８に送信されてマイクロコンピュータ３９によって満水と判定される。一方、タンク車４ａにおいてタンク本体４３内の河川水Ｗがほとんど排出されると、水位センサ６３ａが渇水信号を検知し制御装置３８に送信し渇水と判定される。

これら給渇水の判定の後に、制御装置３８のマイクロコンピュータ３９は、電磁駆動機３２ｂのプランジャ３３ｂを格納させてタンク車４ｂの保持状態を解除する。これにより、図４に示すように、河川水Ｗを積み込んだタンク車４ｂと、河川水Ｗを放出したタンク車４ａとの重量差により、タンク車４ｂが下降して行き（矢印Ｄ）、タンク車４ａが上昇して行く（矢印Ｕ）。それに同伴して、ツルベ用索条９およびガイド用索条１２が移動することにより、滑車７，１３が回転し（矢印Ｒ）、更に滑車２６，３０が回転して２つの発電機２４，２８に発電をさせる。発電された電力はそのほとんどが中継器７０に送られ、蓄電池７１に蓄電されるか、あるいは送電線７２を経て遠隔の利用地に送電される。

そうするうちに、タンク車４ｂがその排水位置に到着し、ほぼ同時にタンク車４ａがその給水位置に到着する。すると、図５に示すように、タンク車４ａ，４ｂが給水位置と排水位置に到着したことが、対物センサ３４ａ，３５ａ，３６ｂ，３７ｂの検知信号に基づいてマイクロコンピュータ３９により判定される。このとき、タンク車４ｂの接続管５４に排水設備６ｂが接続され、タンク車４ａの接続管４９に給水設備５ａの給水管１９ａが接続される。そして、電磁駆動機３２ａ（保持手段７７）のプランジャ３３ａが突出駆動され、電磁開閉弁１８ａが開弁されてタンク車４ａのタンク本体４３内に貯水ダム３の河川水Ｗが収容される。一方、タンク車４ｂ内の河川水Ｗは排水設備６ｂを経て下流河川２０に放流される。このようにして、タンク車４ａ，４ｂがそれぞれの給水位置と排水位置との間を往復するという上昇・下降動作が、河川水Ｗ以外のエネルギー供給無しで自動的に繰り返されるのである。

以上、述べたように、この水力発電システム１は、貯水ダム３と、１対のタンク車４ａ，４ｂと、給水設備５ａ，５ｂと、排水設備６ａ，６ｂと、滑車７と、ツルベ用索条７と、案内手段１１，１１と、発電機２４，２８とを備えているので、小規模で簡素な構成により安価なシステムを実現することができ、取扱いおよびメンテナンスも簡単である。加えて、あたかも登山鉄道ケーブルカーのようにタンク車４ａ，４ｂが交互昇降するので、河川水Ｗ以外の駆動エネルギーが要らずランニングコストが不要である。また、従来のように河川水Ｗを大量に垂れ流しにするダイレクト発電ではなく、間接的に河川水Ｗを利用するので、大型の貯水ダムを必要としない。そのような垂れ流しがないので節水効果は高い。

ところで、日本の降雨の再利用率は１３％と低いのに対し、地形の違いはあるがヨーロッパでは運河などによる物流が発達しているために７０〜８０％という高い再利用率となっている。しかしながら、水資源が豊富で国土面積の７０％が山間地帯である日本の地形であるので、谷間部の一部を堰き止るだけで、この水力発電システム１の小型の貯水ダム３を構築することができ、そのような構築場所は国内に何千箇所と存在する。すなわち、水力発電システム１は世界中どこにでも設置できて発電できるが、特に日本にとっては好適となる。貯水ダムとしては、例えば小さな池でもプールでも構わず、通常の大型貯水ダムの貯水量の１／１０００〜１／１００００程度の規模であっても運用可能である。因みに、水力発電システム１はタンク車１往復５時間の行程とすると、５時間に１回１０ｔ程度の河川水の消費で済む。

そして、水力発電システム１で発電させるための動力源は河川水Ｗであり、河川水Ｗの給排水時間を除いて年中稼動させることができるので、水力発電システム１の発電効率は９０％に達する。すなわち、発電効率が３０％前後の風力発電や太陽光発電よりも効率が高い。因みに、この水力発電システム１は２０００〜５０００ｋＷの発電ができ、大型の風力発電（４０００〜５０００ｋＷ）並みも可能である。このような水力発電システム１を日本国内の多数箇所に設けることにより、国内所要総発電量の３０％程度は賄えられると考える。

他方で、水力発電システム１は、簡素な軌道１０ａ，１０ｂから構成された案内手段１１と、ガイド用滑車１３およびガイド用索条１２から構成された案内手段１１とを併用しているので、タンク車４ａ，４ｂをより正確に給水位置と排水位置に導くことができる。従って、タンク車４ａ，４ｂの接続管４９，５４と、給水設備５ａ，５ｂまたは排水設備６ａ，６ｂとの接続が不十分になって、河川水Ｗを無駄に洩らしてしまうという不具合を回避することができる。

また、タンク車４ａ，４ｂがその給水位置に在るときにタンク車４ａ，４ｂをその給水位置に保持する電磁駆動機３２ａ，３２ｂを、保持手段７７として備えているので、給水により全体重量が増加していくタンク車４ａ，４ｂをその給水位置で確実に保持することができる。従って、貯留ダム３からの河川水Ｗを洩らすことなく収容でき、ひいては無駄なく発電に供することができる。加えて、上下２台の滑車７、１３の回転力を利用して２台の発電機２４，２８で発電するので、発電機１台で発電するよりも多量の電力を得ることができる。

尚、上記の実施形態では、２つの案内手段１１を有するものを例示したが、本発明はそれに限定されるものでない。例えば、図６に示す水力発電システム１Ａも本発明に含まれる。この水力発電システム１Ａは、先の実施形態の水力発電システム１と同様の基本構成を有しているが、水力発電システム１と構成が異なるところは、ガイド用索条１２，ガイド用滑車１３，滑車１４，接続部材４７，滑車３０，索条２７，発電機２８，送電線７３，送電線７６などを備えていないことである。但し、一つの発電機２４と、一つの案内手段１１（軌道１０ａ，１０ａ，１０ｂ，１０ｂ）は備えている。

従って、このような水力発電システム１Ａであっても、小型の貯水ダム３からの河川水Ｗを利用して、小規模ながら無駄なく発電することができる。また、軌道１０ａ，１０ａ，１０ｂ，１０ｂにより、各タンク車４ａ，４ｂはそれぞれの給水位置と排水位置とに確実に案内されるので、接続管の接続ミスから無為に漏水を引き起こすといった不具合を回避することができる。

あるいは、ガイド用索条１２，ガイド用滑車１３などから成る案内手段１１を備えており、軌道１０ａ，１０ａ，１０ｂ，１０ｂから成る案内手段１１を省略した水力発電システムも、本発明に含まれる。このような構成であっても、各タンク車４ａ，４ｂをそれぞれの給水位置と排水位置とに案内することができる。

他方で、各タンク車４ａ，４ｂの車輪６１の回転力を利用した発電機（図示省略）を各タンク車４ａ，４ｂに搭載しておくと、更に多くの発電量を稼ぐことができる。

１，１Ａ 水力発電システム
２ 傾斜面
３ 貯水ダム
４ａ，４ｂ，４Ａａ，４Ａｂ タンク車
５ａ，５ｂ 給水設備
６ａ，６ｂ 排水設備
７ 滑車
９ ツルベ用索条
１０ａ，１０ｂ 軌道
１１ 案内手段
１２ ガイド用索条
１３ ガイド用滑車
１７ａ，１７ｂ 分岐管
１８ａ，１８ｂ 電磁開閉弁
１９ａ，１９ｂ 給水管
２０ 下流河川
２４ 発電機（第１発電機）
２８ 発電機（第２発電機）
３２ａ，３２ｂ 電磁駆動機
３３ａ，３３ｂ プランジャ
３８ 制御装置
４３ タンク本体
４４，４７ 接続部材
４９，５４ 接続管
７７ 保持手段
Ｄ，Ｕ 矢印
Ｗ 河川水

Claims (4)

1. 山間の傾斜面に設けられて河川水を貯留する貯水ダムと、
   貯水ダムからの河川水を収容して傾斜面上を別個独立に走行する１対のタンク車と、
   貯水ダム近傍の傾斜面に設けられて貯水ダムの河川水を各タンク車にそれぞれ給水するための給水設備と、
   給水設備から離間した下方位置の傾斜面に設けられて各タンク車の河川水を排水するための排水設備と、
   貯水ダムと給水設備との間に配置されるとともに傾斜面に回転自在に支持された滑車と、
   一端が一方のタンク車に接続され他端が他方のタンク車に接続された状態で滑車に巻き回されたツルベ用索条と、
   各タンク車を給水設備と排水設備との間で往復移動させるように案内する案内手段と、
   タンク車に収容された河川水の重量により当該タンク車とともに移動するツルベ用索条の移動動作により発電する第１発電機と、
   を備えて成り、
   前記案内手段が、排水設備によるタンク車の排水位置近傍の上流側に配置されるとともに傾斜面に回転自在に支持されたガイド用滑車と、一端が一方のタンク車の下流側壁面に接続され他端が他方のタンク車の下流側壁面に接続された状態でガイド用滑車に巻き回されたガイド用索条と、から構成されていることを特徴とする水力発電システム。
2. タンク車とともに移動するガイド用索条の移動動作により発電する第２発電機を備えていることを特徴とする請求項１に記載の水力発電システム。
3. タンク車が給水設備による給水位置に在るときに、その給水位置にタンク車を保持する保持手段を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水力発電システム。
4. 山間の傾斜面に設けられて河川水を貯留する貯水ダムと、
   貯水ダムからの河川水を収容して傾斜面上を別個独立に走行する１対のタンク車と、
   貯水ダム近傍の傾斜面に設けられて貯水ダムの河川水を各タンク車にそれぞれ給水するための給水設備と、
   給水設備から離間した下方位置の傾斜面に設けられて各タンク車の河川水を排水するための排水設備と、
   貯水ダムと給水設備との間に配置されるとともに傾斜面に回転自在に支持された滑車と、
   一端が一方のタンク車に接続され他端が他方のタンク車に接続された状態で滑車に巻き回されたツルベ用索条と、
   各タンク車を給水設備と排水設備との間で往復移動させるように案内する案内手段と、
   タンク車に収容された河川水の重量により当該タンク車とともに移動するツルベ用索条の移動動作により発電する第１発電機と、
   を備えて成り、
   タンク車が給水設備による給水位置に在るときに、その給水位置にタンク車を保持する保持手段を備えていることを特徴とする水力発電システム。

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