(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
両岸に堤防を有する河川の堰上に設置させて河川の水の流れを利用して発電する堰堤型の発電装置であって、
前記堤防よりも低く、河川と同じ幅を有し、かつ堰の河川水の落下位置を挟んで上流側と下流側に所定の長さ分配され、河川水を堰き止める鉄筋コンクリートから成る堰堤型の本体部と、
前記本体部と一体に形成され、前記堰き止めた河川水から受ける力によって前記本体部が押し流されないように堰に固定される固定部とを備え、
前記固定部は、前記本体部から横方向に伸びて堤防内に埋設される突出部と、川底の位置から、前記本体部の天地高さにより定まる満水時の水位よりも高い位置まで前記堤防を覆うように、前記本体部の両端から川岸の側面に沿って上流側に向けて設けられた側壁と、を備え、
前記本体部は、
堰き止めて貯めた河川水の内、該本体部を越えた水を下流側に落下させるための傾斜部と、
前記本体部の所定高さ位置にあって、前記堰き止められた河川水を絞り込むように案内するガイド部と、
前記ガイド部に連通して下流側に水を落下させるための水通路と、
前記傾斜部及び水通路の下方位置に、それぞれ設けられ、これらにより落下される水により回転されるように設けられた水車と、
前記水車にそれぞれ連結した発電用モータと、を備えていることを特徴とする堰堤型の発電装置。
【請求項２】
前記水通路に設けられている水車は、樋状に湾曲した板バネで形成された複数の羽を備えており、前記羽は、凹状の表面に水流を受けた場合に撓みが減少して湾曲率が減り、回転軸に対して放射方向の幅が広がり、水流を前記表面に受けていない場合には撓みが増加して湾曲率が増え、放射方向の幅が短くなることで、凸状の裏面に受ける水流からの力を少なくすることを特徴とする請求項１に記載の堰堤型の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、川の堰に設置して用いる小規模な堰堤型の発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の発電装置として、幅が例えば１０ｍ〜３０ｍ程の河川に設けられている落差の少ない（例えば１ｍ〜２ｍ）コンクリート製の堰を利用して、堰堤型の発電装置を設置することが考えられる。この場合、大きな石や岩盤が邪魔をして、設置するのに必要な杭等を川底に打ち込むことが難しいという問題がある。この問題を解決するには、堰堤よりも比較的大規模なダム建設工事で用いるのと同様の削岩機等の大型の重機を使用する必要が生じる。
【０００３】
上記の堰堤型の発電装置として、人の身長と同等の高さのアンカー用の鉄筋コンクリートを有し、さらに、人の身長程の高さの堤を有する堰を設け、この堰を越えて流れる川の水により河川設置用水車を回転させる構造のものが知られている（例えば、特許文献１の図５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２４５４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記特許文献１に示されるような構造にあって、河川水の勢いに押し流されないようにするアンカー用の鉄筋コンクリートは、堰堤型の発電装置の天地高さを高くするため河川水の流れを大きく妨げる。また、鉄筋コンクリートを地下に埋設しようとすれば、前述のような削岩機などの大型の重機が必要になる。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、川底に杭などを打ち込むことなく、河川の勢いに押し流されないように固定した堰堤型の発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明は、両岸に堤防を有する河川の堰上に設置させて河川の水の流れを利用して発電する堰堤型の発電装置であって、前記堤防よりも低く、河川と同じ幅を有し、かつ堰の河川水の落下位置を挟んで上流側と下流側に所定の長さ分配され、河川水を堰き止める鉄筋コンクリートから成る堰堤型の本体部と、前記本体部と一体に形成され、前記堰き止めた河川水から受ける力によって前記本体部が押し流されないように堰に固定される固定部とを備え、前記固定部は、前記本体部から横方向に伸びて堤防内に埋設される突出部と、川底の位置から、前記本体部の天地高さにより定まる満水時の水位よりも高い位置まで、前記堤防を覆うように、前記本体部の両端から川岸の側面に沿って上流側に向けて設けられた側壁と、を備え、前記本体部は、堰き止めて貯めた河川水の内、該本体部を越えた水を下流側に落下させるための傾斜部と、前記本体部の所定高さ位置にあって、前記堰き止められた河川水を絞り込むように案内するガイド部と、前記ガイド部に連通して下流側に水を落下させるための水通路と、前記傾斜部及び水通路の下方位置に、それぞれ設けられ、これらにより落下される水により回転されるように設けられた水車と、前記水車にそれぞれ連結した発電用モータと、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
前記水通路に設けられている水車は、樋状に湾曲した板バネで形成された複数の羽を備えており、前記羽は、凹状の表面に水流を受けた場合に撓みが減少して湾曲率が減り、回転軸に対して放射方向の幅が広がり、水流を前記表面に受けていない場合には撓みが増加して湾曲率が増え、放射方向の幅が短くなることで、凸状の裏面に受ける水流からの力を少なくすることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の堰堤型の発電装置によれば、本体部が押し流されないように堰に固定される固定部に設けられた突出部は、河川の両端の堤防に埋設されており、堤防には、川底にあるような大きな石等が無く、川底に杭を打つ作業に比べ、設置作業が容易である。また、発電装置の本体に鉄筋により連結されている側壁は、堤防との間の摩擦により、川を流れる水から受ける力により発電装置が押し流されないように設置位置に固定され、この突出部と側壁とを備えたことにより、堰又は川底に杭を打つことなく、堰堤型の発電装置を設置位置に固定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る堰堤型の発電装置の断面図。
【図２】同発電装置の上面図。
【図３】同発電装置を下流側から見た様子を表す斜視図。
【図４】同発電装置を斜め上から見た斜視図。
【図５】同発電装置の本体に鉄筋により連結されている側壁を示す断面図。
【図６】図４に点線で囲んで示す部分の拡大図。
【図７】同発電装置が有する水車の上面図。
【図８】同発電装置が有する水車の断面図。
【図９】同発電装置内部に設けられている水通路に設けられている発電用水車の構成を示す側断面図。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る堰堤型の発電装置の断面図。
【図１１】同発電装置の上面図。
【図１２】同発電装置を下流側から見た様子を表す斜視図。
【図１３】同発電装置を斜め上から見た斜視図。
【図１４】同発電装置の本体に鉄筋により連結されている側壁を示す断面図。
【図１５】同発電装置内部に設けられている水通路に設けられている発電用水車の構成を示す斜視図。
【図１６】同発電装置の構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の発電装置は、幅が例えば１０〜３０ｍ程の河川に設けられている堰の上に設置する堰堤型の発電装置であり、設置位置に固定するための固定部として、本体部から横方向に伸びて両岸の堤防内に埋設される突出部と、発電装置本体部の両端に鉄筋により連結されており、堰堤型の発電装置により堰き止められる水の上限位置よりも高い位置にまで堤防を覆うように、上流側へ例えば１００ｍ〜１ｋｍ程の範囲で設けられる側壁と、を備えている。側壁は、堤防との間の摩擦等により、川を流れる水から受ける力により発電装置が押し流されないように該発電装置を設置位置に固定する。発電装置は、突出部と側壁とを備えたことにより、予め河川に設けられている堰に杭を打つことなく、また、大きな岩や岩盤等のある川底に杭を打つことなく、水流の力により押し流されないように、堰上にしっかりと固定される。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１乃至図９において、第１の実施形態に係る堰堤型の発電装置１は、河川５０の川底に設けられている堰５１上に設置される。図１は、図２に示すＡ−Ａ線断面図を示している。河川５０は、両岸に堤防５２を備えており、堤防５２には、川底から、高さ、例えば１〜２ｍ程のコンクリート製の側壁（表面をクロスハッチングで示す）５３が設けられている。堰堤型の発電装置１を堰５１上に設置することにより、川の流れが堰き止められ、上流側の水位が上昇する。そこで、発電装置１は、川底の位置から、本体部２の天地高さにより定まる満水時の水位Ｈ１よりも高い位置まで、本体部２の両端から川岸の堤防に沿って上流側に向けて堤防５２の表面及び側壁５３を覆う側壁５を備えている。
【００１３】
堰堤型の発電装置１は、堤防５２よりも低く、河川５０と同じ幅を有し、かつ堰５１の河川水の落下位置を挟んで上流側と下流側に所定の長さ分配され、河川水を堰き止める鉄筋コンクリートから成る本体部２と、この本体部２と鉄筋（該鉄筋と同時に又は該鉄筋の代わりに鉄骨等を用いる場合を含む）の強固な連結手段を用いて一体に形成され、堰き止めた河川水から受ける力によって本体部２が押し流されないように、本体部２を堰５１に固定する固定部３（図２乃至図４に示す）とを備える。
【００１４】
本体部２は、図１、図３、図４に示されるように、横倒しにした略三角柱形状を有している。本体部２は、錘の役目を果たす板状の中実の矩形状の底２ａと、この底２ａ上に所定の間隙をもって設けられる中空の略三角柱状の壁２ｂと、壁２ｂの垂直に伸びている部分の所定の中間位置２ｃ及び堰５１に接する位置に設けられる中実の三角柱状の底部２ｄと、壁２ｂの垂直に伸びている部分の上部２ｅに接するように上流側へ突出するように取り付けられる中空又は中実の略三角柱状の壁２ｆとで構成されている。壁２ｆの形状は、河川水の水位により、河川水を上下に分けることができる形状であれば、上流側の端の面に傾斜を付けた板状の直方体でもよい。
【００１５】
固定部３は、図２乃至図４に示されるように、本体部２から横方向に伸びて両岸の堤防５２内に埋設されるコンクリートから成る突出部４と、本体部２と鉄筋により連結されているコンクリートから成る側壁５とを備えている。突出部４は、両岸の堤防５２に突き刺さるように埋設されることにより、本体部２を設置位置に固定する。
【００１６】
側壁５は、図５に示されるように、例えば１００ｍ〜１ｋｍの長さを有しており、堤防５２との間の摩擦等により、本体部２が水流により押し流されないように、設置位置に固定する。これにより、本体部２を固定するために川底に杭打ちをする作業は、不要になる。なお、側壁５の長さは、本体部２の高さにより長さが決まるが、堤防５２の硬さ、堤防５２への取り付け強度等により、想定される水位の水から受ける力に十分抗することができる長さにする。
【００１７】
発電装置１は、上記構成の固定部３を備えたことにより、堰又は川底に杭を打つことなく、堰堤型の発電装置を設置位置に固定することができる。
【００１８】
発電装置１は、堰堤型の発電装置として用いるのに好適な第１、第２の発電部Ｇ１、Ｇ２を有している。
【００１９】
第１の発電部Ｇ１は、傾斜部６と、水車９と、発電用モータ１１とで構成される。傾斜部６は、堰き止めて貯めた河川水の内、本体部２の上部を越えた水を下流側に落下させる傾斜角度例えば４５度の傾斜面である。水車９は、傾斜部６の下方位置に、傾斜部６を流れる水により回転するように設けられており、回転数を増加する連結器９ｅ（図７）を介して発電用モータ１１に連結されている。第１の発電部Ｇ１においては、傾斜部６は１つであるが、水車９と発電用モータ１１は５組設けてある。この組数は、川幅に応じて増減すればよい。
【００２０】
第２の発電部Ｇ２は、ガイド部７と、水通路８と、水車１０と、発電用モータ１２と、排水路１３と、で構成される。ガイド部７は、本体部２の所定高さ位置Ｈ２にあって、堰き止められた周りの河川水を水通路８の入口に絞り込むように案内する漏斗形状を有している。水通路８は、ガイド部７により入口に集められた河川水を、下流側の排水路１３へと落下させるステンレス製の通路である。水車１０は、水通路８の下方位置に、水通路８を流れる水により回転するように設けられており、回転数を増加する連結器１０ａを介して発電用モータ１２に連結されている。第２の発電部Ｇ２は、８本の水通路８を備えている。各水通路８は、ガイド部７と、水車１０と、発電用モータ１２と、排水路１３とを備えている。水通路８の本数は、川幅、河川水の勢い等に応じて増減すればよい。
【００２１】
水車９は、同軸上に配置され、図６、図７に示されるように、軸９ａに放射状に取り付けられた樋状の羽９ｂを複数有している。軸９ａの両端は、軸受けアーム９ｃ、９ｄに連結されている。軸受けアーム９ｄ側には、軸９ａの回転数を増加する連結器９ｅを介して発電用モータ１１が接続されている。図７は、図８に示す水車９のＣ−Ｃ線断面図に相当し、図８は、図７に示す水車９のＢ−Ｂ線断面図に相当する。図８に示されるように、水車９の羽９ｂの厚みは、均一ではなく、軸から放射方向に離れるにつれて薄く作られている。当該構成を採用することにより、羽９ｂの凹状の表面に水流を受けた場合、回転軸に対して放射方向の幅が広がる。これにより、水流から力を受ける面を広くし、効率よく力を受けて回転し、発電を行うことができる。
【００２２】
第２の発電部Ｇ２が備えている水車１０は、図９に示されるように、樋状に湾曲した、薄く、弾力性を有する均一な厚みの板バネで形成された複数の羽１０ａを有している。羽１０ａは、樋状の断面を有し、放射方向の端に近づくにつれて次第に大きな曲率で内側に巻いた形状を有している。羽１０ａの凹状の表面に水流を受けた場合、撓みが減少して湾曲率が減り、回転軸に対して放射方向の幅（Ｗ１）が広がる。これにより、水流から力を受ける面堰が増える。水車１０が回転し、水流を羽１０ａの凹状の表面に水流を受けていない場合には、撓みが増加して湾曲率が増え、放射方向の幅が短くなる（Ｗ２＜Ｗ１）。これにより、凸状の裏面に受ける水流からの力を少なくする。結果、羽１０ａを用いた水車１０は、水流からの力を受けてより効率よく回転し、発電することができる。
【００２３】
上記構成の堰堤型の発電装置１の施工は、ダム建設等で周知の工法を用いて行う。例えば、河川の半分の所定領域を堰き止め、残り半分は河川水が流れるようにし、堰き止めた領域内において本体部２の半分及び固定部３を形成する。この後、反対側の半分の領域を堰き止め、残り半分は河川水が流れるようにし、堰き止めた領域内に本体部２の残り半分及び固定部３を形成する。なお、堰堤型の発電装置１を設置する川幅は、特に制限が無い。例えば、川幅が３０ｍより広く、例えば１００ｍ程ある場合等は、川幅を複数に分割し、分割した区画ごとに本体部２を施工する。
【００２４】
（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る堰堤型の発電装置６０について説明する。図１０乃至図１６において、第１の実施形態に係る堰堤型の発電装置１及びこの発電装置１を設置する河川５０の各部分と同一又は対応する構成要素については、同一の参照番号を付して表して、重複した説明は省く。図１０乃至図１４に示されるように、本実施形態に係る堰堤型の発電装置６０は、本体部２と固定部３以外に、本体部２上に流量調節が可能なステンレス製の水門６５を備え、さらに、第１の実施形態に係る堰堤型の発電装置１が備えていた第２の発電部Ｇ２の代わりに、第３の発電部Ｇ３を備えたことを特徴とする。その他の構成は、第１の実施形態の堰堤型の発電装置１の構成と同様である。
【００２５】
水門６５は、ゲート板６６と、ゲート板６６を上下に動かして流量を調節する調節部６７とで構成されている。例えば、水位が上昇しているときに、流量を搾れば、ゲート板６６に遮られた水が貯まり、結果、第３の発電部Ｇ３に流れ込む水量を増加することができる。
【００２６】
第３の発電部Ｇ３は、ガイド部７と、２つの発電用の水車を備えた水通路７０と、で構成される。図１５に示されるように、水通路７０は、ガイド部７に連通している第１の水車室７１と、この第１の水車室７１に通路７２を介して連通している第２の水車室７３と、この第２の水車室に通路７４を介して連通している排水路７５とを備えている。
【００２７】
第１の水車室７１は、直方体、好ましくは立法体の形状を有し、中に縦方向に伸びている回転軸７６ａを有する水車７６を備えている。水車７６の形状は、水車１０（図９）と同様である。第１の水車室７１は、ガイド部７に面する側に開口７１ａを有しており、この開口７１ａを有する面に対抗する面のある側の底に、通路７２に連通する開口７１ｂを有している。当該構成を採用することにより、約１２０度の範囲にわたって水車７６に水の力を作用させることができる。図１６に示されるように、水車７６は、その回転軸７６ａが歯車８０に連結されている。歯車８０は、発電用のモータ８１の回転軸先端に取り付けてある歯車８２に連結されており、水車７６の回転を増加する。
【００２８】
また、第２の水車室７３は、図１５に示されるように、円柱状の形状を有し、中に横向きに伸びている回転軸を有する水車７７を備えている。水車７７の形状は、水車１０（図９）と同様である。第２の水車室７３は、矢印７８の示す方向から見て、時計回りに約１０時から１２時までの円柱側面部分に通路７２に連通する開口７３ａを有しており、約３時から５時の円柱側面部分に通路７４に連通する開口７３ｂを有している。当該構成を採用することにより、約１２０度の範囲にわたって水が水車７７に力を作用し続けることができる。水車７７は、その回転軸７７ａが歯車８５（図１０）に連結されている。歯車８５は、発電用のモータ８６（図１０）の回転軸先端に取り付けてある歯車８７に連結されており、水車７７の回転を増加する。
【００２９】
上記構成の水通路７０を用いることにより、第１の実施形態の堰堤型の発電装置１が備えていた水通路８を用いる場合に比べて、２つの発電モータ８１、８６を用いて、より効率よく発電を行うことができる。
【００３０】
なお、本発明は、上記各種実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、側壁５は、本体部２に鉄筋により連結されているが、より強固な鉄骨により連結してもよい。また、堰堤型の発電装置１又は６０は、１本の河川に１つに限定されず、川沿いに複数設けてもよい。また、側壁５を堤防に強固に取り付けるため、側壁５は、堤防側にスパイク状のピンを有するものを用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の堰堤型の発電装置は、堰の設けられている河川一般に用いることができる。固定用の杭を川底に打ち込むことが不要なため、本発明の堰堤型の発電装置は、川底から堤防の上部分部まで全てがコンクリートで覆われている人工河川の堰に設置することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１，６０          堰堤型の発電装置
２                本体部
３                固定部
４                突出部
５                側壁
６                傾斜部
７                ガイド部
８、７０          水通路
９、１０、７６、７７      水車
１０ａ            羽
１１、１２、８１、８６    発電用モータ
５０              河川
５１              堰
５２              堤防
【要約】
【課題】杭などを打ち込むことなく堰上に固定する固定部を備えた堰堤型の発電装置を提供する。
【解決手段】本発明の堰堤型の発電装置（１）は、堤防（５２）より低く、河川（５０）の幅で、堰の上流側と下流側に分配され、河川水を堰き止める鉄筋コンクリート製の本体部（２）と、本体部と一体に形成され、本体部を堰に固定する固定部（３）を備え、固定部は本体部から横方向に伸びて堤防内に埋設される突出部（４）と、満水時の水位よりも高い位置まで堤防を覆う側壁（５）を備え、本体部は堰き止めて貯めた河川水の内、本体部を越えた水を下流側に落下させる傾斜部（６）と、本体部の所定高さ位置にあって、河川水を絞り込むように案内するガイド部（７）と、ガイド部に連通して下流側に水を落下させる水通路（８）と、傾斜部及び水通路の下方位置に設けられる水車（９、１０）と、水車に連結した発電用モータ（１０，１１）とを備えている。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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