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【発明の名称】自然河川発電システム
【出願人】
【識別番号】508077702
【氏名又は名称】長尾 納
【住所又は居所】熊本県阿蘇郡西原村大字小森2054番地35
【代理人】
【弁理士】
【識別番号】100085730
【氏名又は名称】笹山 善美
【発明者】
【氏名】長尾 納
【住所又は居所】熊本県阿蘇郡西原村大字小森2054番地35
【要約】
【課題】
自然河川の川床の段差を利用してほぼ100%の水流を発電に利用でき、河川の水量が少ない場合でも、発電を可能にすること。
【解決手段】
川床に段差のある自然河川の下段部の川床に、両岸をコンクリートで固設し天井部を河川の上段部と同一平面とした水力発電装置10を両岸に跨り設置してなり、この水力発電装置10は、底部中央に落水路21が設けられこの落水路に向けてV字型の落水斜面22が形成された落水部20と、落水斜面22下に設置されこの落水斜面からの落水を受けてその運動エネルギーを回転運動に変える少なくとも一基又は一対の水車25と、落水部20の上流側に連設され水車25の回転運動を伝達して発電させる発電装置が設置された発電室30と、落水部20の下流側に連設され落水を水車25に誘導する下部に落水路20と連通する放水路41が形成された落水誘導ブロック壁40を備えている。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
川床に段差のある自然河川の下段部の川床に、両岸をコンクリートで固設し天井部を前記河川の上段部の川床と同一平面とした水力発電装置を両岸に跨り設置してなり、この水力発電装置は、底部中央に落水路を有しこの落水路に向けてV字型の落水斜面が形成された落水部と、前記落水斜面下に設置されこの落水斜面からの落水を受けてその運動エネルギーを回転運動に変える一基又は一対の水車と、前記落水部の上流側に連設され前記水車の回転運動を伝達して発電させる発電装置が設置された発電室と、前記落水部の下流側に連設され落水を前記水車に誘導し下部に前記落水路と連通する放水路が形成された落水誘導ブロック壁を備えていることを特徴とする自然河川発電システム。
【請求項2】
川床に段差のある自然河川の下段部の川床に、両岸をコンクリートで固設し天井部を前記河川の上段部の川床と同一平面とした水力発電装置を両岸に跨り設置してなり、この水力発電装置は、底部中央に落水路を有しこの落水路に向けてV字型の落水斜面が形成された落水部と、前記落水斜面下に設置されこの落水斜面からの落水を受けてその運動エネルギーを回転運動に変える一基又は一対の水車と、前記落水部の上流側に連設され前記水車の回転運動を伝達して発電させる発電装置が設置された発電室と、前記落水部の下流側に連設され落水を前記水車に誘導し下部に前記落水路と連通する放水路が形成された落水誘導ブロック壁を備えており、前記落水部の水平開口付近にはゴミ捕捉網板が固定されていることを特徴とする自然河川発電システム。
【請求項3】
川床に段差のある自然河川の下段部の川床に、両岸をコンクリートで固設し天井部を前記河川の上段部の川床と同一平面とした水力発電装置を両岸に跨り設置してなり、この水力発電装置は、底部中央に落水路を有しこの落水路に向けてV字型の落水斜面が形成された落水部と、前記落水斜面下に設置されこの落水斜面からの落水を受けてその運動エネルギーを回転運動に変える一基又は一対の水車と、前記落水部の上流側に連設され前記水車の回転運動を伝達して発電させる発電装置が設置された発電室と、前記落水部の下流側に連設され落水を前記水車に誘導し下部に前記落水路と連通する放水路が形成された落水誘導ブロック壁を備えており、前記落水部の水平開口上にはこの水平開口を片岸又は両岸から水平方向に開閉する開閉量の可変なスライド式の落水開口開閉蓋が設置されていることを特徴とする自然河川発電システム。
【請求項4】
川床に段差のある自然河川の下段部の川床に、両岸をコンクリートで固設し天井部を前記河川の上段部の川床と同一平面とした水力発電装置を両岸に跨り設置してなり、この水力発電装置は、底部中央に落水路を有しこの落水路に向けてV字型の落水斜面が形成された落水部と、前記落水斜面下に設置されこの落水斜面からの落水を受けてその運動エネルギーを回転運動に変える一基又は一対の水車と、前記落水部の上流側に連設され前記水車の回転運動を伝達して発電させる発電装置が設置された発電室と、前記落水部の下流側に連設され落水を前記水車に誘導し下部に前記落水路と連通する放水路が形成された落水誘導ブロック壁を備えており、前記落水部の水平開口にはゴミ捕捉網板が固定されるとともに、前記水平開口上には前記ゴミ捕捉網板を覆い前記落水部の水平開口を片岸又は両岸から水平方向に開閉する開閉量の可変なスライド式の落水開口開閉蓋が設置されていることを特徴とする自然河川発電システム。
【請求項5】
前記発電室は、自然河川の水流の直下にコンクリートボックスとして前記落水部の上流側に連設されている請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の自然河川発電システム。
【請求項6】
前記発電室の天井面と前記落水誘導ブロックの上面及び前記落水開口開閉蓋の上面は同一平面で構成されている請求項3又は請求項4に記載の自然河川発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
本発明は、大小様々な自然の河川の水流エネルギーを利用して発電することが可能な発電システムの改良に関する。
【背景技術】
ダム等による水力発電は、日本全国各地で行われているが、近年、河川の水力エネルギーを利用した水力発電技術が特許文献等で散見されている。例えば、実開昭57−127857号(特許文献1)には、河川を部分的に堰き止め、そこにユニット式の発電装置を配置し、河川の水流エネルギーを回転運動に変換して発電する技術が開示されている。また、特開2006−16894(特許文献2)には、河川の川幅に沿って複数基の水車発電装置を配列し、これらにより水流エネルギーを変換して発電する技術も開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【特許文献1】
実開平57−127857号
【特許文献2】
特開2006−16894
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献1の技術では、ユニット式の発電装置が河川に部分的に設置されているに留まり、また特許文献2でも水流の全てを利用するものではないため、水流の利用にロスが生じ、十分な発電が期待できないことが課題であった。また、これら特許文献の技術は、平坦な川床には適用されても、段差のある川床には適用できないという課題も生じている。
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、以下のような特徴を有する。
すなわち第一の本発明は、川床に段差のある自然河川の下段部の川床に、両岸をコンクリートで固設し天井部を前記河川の上段部の川床と同一平面とした水力発電装置を両岸に跨り設置してなり、この水力発電装置は、底部中央に落水路を有しこの落水路に向けてV字型の落水斜面が形成された落水部と、前記落水斜面下に設置されこの落水斜面からの落水を受けてその運動エネルギーを回転運動に変える一基又は一対の水車と、前記落水部の上流側に連設され前記水車の回転運動を伝達して発電させる発電装置が設置された発電室と、前記落水部の下流側に連設され落水を前記水車に誘導し下部に前記落水路と連通する放水路が形成された落水誘導ブロック壁を備えていることを特徴とする。
第二の発明は、川床に段差のある自然河川の下段部の川床に、両岸をコンクリートで固設し天井部を前記河川の上段部の川床と同一平面とした水力発電装置を両岸に跨り設置してなり、この水力発電装置は、底部中央に落水路を有しこの落水路に向けてV字型の落水斜面が形成された落水部と、前記落水斜面下に設置されこの落水斜面からの落水を受けてその運動エネルギーを回転運動に変える一基又は一対の水車と、前記落水部の上流側に連設され前記水車の回転運動を伝達して発電させる発電装置が設置された発電室と、前記落水部の下流側に連設され落水を前記水車に誘導し下部に前記落水路と連通する放水路が形成された落水誘導ブロック壁を備えており、前記落水部の水平開口付近にはゴミ捕捉網板が固定されていることを特徴とする。
また第三の発明は、川床に段差のある自然河川の下段部の川床に、両岸をコンクリートで固設し天井部を前記河川の上段部の川床と同一平面とした水力発電装置を両岸に跨り設置してなり、この水力発電装置は、底部中央に落水路を有しこの落水路に向けてV字型の落水斜面が形成された落水部と、前記落水斜面下に設置されこの落水斜面からの落水を受けてその運動エネルギーを回転運動に変える一基又は一対の水車と、前記落水部の上流側に連設され前記水車の回転運動を伝達して発電させる発電装置が設置された発電室と、前記落水部の下流側に連設され落水を前記水車に誘導し下部に前記落水路と連通する放水路が形成された落水誘導ブロック壁を備えており、前記落水部の水平開口上にはこの水平開口を片岸又は両岸から水平方向に開閉する開閉量の可変なスライド式の落水開口開閉蓋が設置されていることを特徴とする。
また第四の発明は、川床に段差のある自然河川の下段部の川床に、両岸をコンクリートで固設し天井部を前記河川の上段部の川床と同一平面とした水力発電装置を両岸に跨り設置してなり、この水力発電装置は、底部中央に落水路を有しこの落水路に向けてV字型の落水斜面が形成された落水部と、前記落水斜面下に設置されこの落水斜面からの落水を受けてその運動エネルギーを回転運動に変える一基又は一対の水車と、前記落水部の上流側に連設され前記水車の回転運動を伝達して発電させる発電装置が設置された発電室と、前記落水部の下流側に連設され落水を前記水車に誘導し下部に前記落水路と連通する放水路が形成された落水誘導ブロック壁を備えており、前記落水部の水平開口にはゴミ捕捉網板が固定されるとともに、前記水平開口上には前記ゴミ捕捉網板を覆い前記落水部の水平開口を片岸又は両岸から水平方向に開閉する開閉量の可変なスライド式の落水開口開閉蓋が設置されていることを特徴とする。
そして、前記発電室は、自然河川の水流の直下にコンクリートボックスとして前記落水部の上流側に連設するのが好ましい。発電室をこのように設けることで、水害等が発生した場合でも発電機材をこの堅牢なコンクリートボックスが防護することになり、発電中の騒音も外部に漏れることがなくなる。
また、発電室天井と落水開口開閉蓋上面及び落水誘導ブロック壁上面は同一平面とするのが好ましい。このようにすることで、台風や大雨などの水害時に流れてくる大量の漂流物を装置上に滞らせることなくスムーズに下流側に流すことができる。
【発明の効果】
以上のように構成することで、自然河川の水流は落水部に入り落水斜面からの落水が水車を勢いよく回転させることにより、水流のエネルギーが回転運動に変換され、この回転運動が発電機を作動させることとなるので、段差のある自然河川の段差をそのまま利用して水流エネルギーを発電に利用することができる。
また、第二の発明では、ゴミ補足網板が水流と一緒に流れてくる漂流物や流木を捕捉するので、落水時における水車への損傷を防ぐことができる。また、誤って河川に落ちた人を落水部に吸い込まれる前に捕捉することもできる。
また、第三の発明では、落水開口開閉蓋のスライド量を変えることにより、落水部への落水量を調整することができ、台風や大雨などの水害時には、これを完全に閉じ落水開口を塞ぐことで、大量の漂流物を下流側にスムーズに流すこともできる。
さらに第四の発明では、前記第一の発明の効果に加え、ゴミ捕捉網板の効果とともに、落水開口開閉蓋との両方の効果をも奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【実施例】
図1乃至図4には、自然河川発電システムの第一の実施例が示されている。本河川発電システムは、川床に段差のある自然河川にのみ適用され、その川床の下段部に設けられるもので、その下段部の川床及び両岸はコンクリートで固設されており、この両岸間を跨ぐように水力発電装置10が設置されている。この水力発電装置10は、河川上段部の水流をその天井面上に流すために天井面がコンクリート固設の両岸よりも低く設計されており、落水部20、水車25、発電室30、落水誘導ブロック壁40よりなる。
落水部20は、図3に示すように、底部中央に落水路21が形成され、この落水路21に向けて両岸からV字型の落水斜面22が形成されている。この落水斜面22は、水流に勢いを付け落水路21に流す働きをする。したがって、水流は落水部20に入ると、この落水斜面22に沿って流れを強めながら落水路21に落ちることになる。
落水斜面22と落水路21の間には、水車25が回転自在に配設されている。水車25は一基でもよいが、水流をロスなく受けるには一対にするのが好ましい。この水車25は、それぞれが個別に落水斜面22からの落水の運動エネルギーを回転運動に変換するものである。
発電室30は、落水部20の上流側にコンクリートボックスとして連設されている。発電室30をコンクリートボックスにすることで、水害等が発生した場合には内部の発電機材を防護することができ、発電中の騒音も外部に漏れることがなくなる。発電室30の内部には、それぞれの水車25の回転軸26に軸着された一対の動輪31とこの動輪31に回転ベルト32でそれぞれ繋がれた発電機33が配設されている。したがって、水車25の回転エネルギーは、回転軸26と同軸の動輪31に伝わり、回転ベルト32を介して発電機33に伝わることで発電機33を作動させ、発電することとなる。なお、これら発電機33等の保守、点検のため、発電室30には出入り用のドア34が取り付けられている。
落水誘導ブロック壁40は、落水斜面22に入った水流を発電室30の外壁面とで落水路21に導くもので、下部に放水路41が形成されている。この放水路41は落水路21と連通しているので、水車25を通った落水は放水路41から下流側へと流されることになる。
以下に、第一の実施例による自然河川発電システムの作用を説明する。自然河川の水流は、落水部20に入り、落水斜面22により水流が強められて水車25に運ばれ、水車25を勢いよく回転させる。その際、落水部20には水流のすべてが流れ込む。これにより、水流のエネルギーが回転運動に変換され、この水車25の回転運動が発電機30内の動輪31を回転させ、この回転運動が回転伝達ベルト32を経て発電機33に伝わり、発電機33を作動させることとなる。これで、河川の水量が少ない場合でも水流のほぼ100%を発電に利用することができる。
図5及び図6には、第二の実施例による自然河川発電システムが示されている。この実施例では、落水部20の水平開口付近にゴミ捕捉網板23が固定されている。このゴミ捕捉網板23は、水流と一緒に流れて来る流木やゴミ等の漂流物を捕捉し、水車25の損傷を防ぐためのものである。また、誤って河川に落ちた人の落水部20への吸い込みを防ぐ働きもある。なお、捕捉した漂流物の回収を容易にするため、このゴミ捕捉網板23は、落水部20の開口水平面よりは下方に設置するのが好ましい(図6参照。)。その他の構成及び作用は第一の実施例と同様なので説明は省略する。
図7及び図8には、第三の実施例による自然河川発電システムが示されている。この実施例では、落水部20の水平開口上に、この水平開口を両岸から水平方向に開閉する落水開口開閉蓋24が設置されている。この落水開口開閉蓋24は、水害時の増水による放水や水車25の駆動を止めるために使用される。落水開口開閉蓋24は、スライド可動式の左右2枚の蓋体で構成され、図示しない動力源により河川中央部で完全に閉じ、又は落水部20の開口を開放するようになっている。そして、開放時にはこれを格納するため両岸の外側地下には、格納スペース27が設けられ、両岸には、この格納スペース27に連設して蓋出入口28が開設されている。落水開口開閉蓋24は、開閉のスライド量により落水部20への水量を調整することができる。なお、落水開口開閉蓋24の上面と水力発電装置10(発電室30及び落水誘導ブロック壁40)の天井面は同一平面、すなわち面一であることが好ましい。このように同一平面とすることで、水害時に流れてくる大量の漂流物を装置上に滞らせることなくスムーズに下流側に流すことができる。なお、落水開口開閉蓋24は、図示は省略するが一枚の蓋体で構成し、片岸からスライドさせる構造のものでもよい。その他の構成及び作用は第一の実施例と同様なので説明は省略する。
図9及び図10には、第四の実施例による自然河川発電システムが示されている。この実施例では、ゴミ捕捉網板23と落水開口開閉蓋24の双方が落水部20の水平開口上に設けられている。そして、通常発電時には、落水開口開閉蓋24は格納スペース27に格納され、ゴミ捕捉網板23が漂流物を捕捉することになる。なお、ゴミ捕捉網板23の詳細説明は第二の実施例に、落水開口開閉蓋24の詳細説明は第三の実施例にそれぞれ準じる。その他の構成及び作用は第一の実施例と同様なので説明は省略する。
図11には、本発明のさらに別の実施例が示されている。この実施例では、水車25が二対設置されており、川幅の広い河川に適用することができる。システム全体の構造や作用、効果は第一の実施例と同一であるので、詳細説明は省略する。なお、水車25は、二対以上設置することも可能である。
【産業上の利用可能性】
本発明による自然河川の発電システムでは、全国的に無数にあるであろうもともと段差のある自然な河川の川床や勾配が充分で段差を作り出すことが可能な川床を利用することから、この発電システムが全国規模で適用されれば、電気エネルギーの自給はもちろんのこと、このシステムの建設に携わる産業が活性化されるものと思われる。また、この発電システムから生まれる電気エネルギーは二酸化炭素を全く発生させないクリーンなエネルギーであるので、地球温暖化防止にも貢献できるであろう。さらに、この発電システムに付随する取水路を利用することで、生活用水や灌漑用水として容易に送水でき、水不足の解消や農業の活性化にも貢献するものと思われる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による自然河川発電システムの第一の実施例を示す全体斜視図である。
【図2】図1の縦断面図である。
【図3】図2のA−A線に沿う断面図である。
【図4】図3のB−B線に沿う断面図である。
【図5】本発明による自然河川発電システムの第二の実施例を示す全体斜視図である。
【図6】第二の実施例を示す図3と同様の簡略断面図である。
【図7】本発明による自然河川発電システムの第三の実施例を示す全体斜視図である。
【図8】第三の実施例を示す図3と同様の簡略断面図である。
【図9】本発明による自然河川発電システムの第四の実施例を示す全体斜視図である。
【図10】第四の実施例を示す図3と同様の簡略断面図である。
【図11】水車を二対設置した場合における本発明システムの概略断面図である。
【符号の説明】
10 水力発電装置
20 落水部
21 落水路
22 落水斜面
23 ゴミ捕捉網板
24 落水開口開閉蓋
25 水車
26 回転軸
27 格納スペース
28 蓋出入口
30 発電室
31 動輪
32 回転伝達ベルト
33 発電機
40 落水誘導ブロック壁
41 放水路
【図1】
図1
【図2】
図2
【図3】
図3
【図4】
図4
【図5】
図5
【図6】
図6
【図7】
図7
【図8】
図8
【図9】
図9
【図10】
図10
【図11】
図11
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