(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
河川に、その流れ方向に複数の堰を並べて設け、
堰をオーバーフローした水を上面に伝わらせて下流側へと流す流し部を、堰の上端部から下流側に突出させて設け、
堰の上流側に取水口を設け、
この取水口の下流側であり、且つ流し部の下方の位置に、取水口から取水した水を放出する放出口を設け、
上流側の堰の取水口と、これよりも下流側に位置する他の堰の放出口とを、導水管で接続し、
この導水管に、内部を流れる水によって発電を行う発電装置を設けたことを特徴とする水力発電装置。
【請求項２】
前記発電装置及び導水管は、地中に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の水力発電装置。
【請求項３】
前記堰に、取水口へ流入する異物を捕獲する除去装置を設け、
この除去装置を、捕獲した異物を堰の上に定期的に排出するように設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の水力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、河川に堰を設けて発電を行う水力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、河川を堰で堰き止め、この堰の上流側の水を利用して水力発電を行う構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−８４５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した構成では、堰をオーバーフローした水が、堰の下流側で滝のように落下している。そのため、このように水力発電のために堰を設けた河川では、堰の上流側と下流側とで河川に水位差が生じて、河川の水の流れがなめらかにならず、自然の景観が変わってしまう。
【０００５】
そこで、上記事情を鑑みて、本発明は、河川に設けた堰の上流側と下流側との水位差を生じにくくして、自然の景観を極力変えずに水力発電を行うことができる水力発電装置を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために本発明の水力発電装置は、河川に、その流れ方向に複数の堰を並べて設け、堰をオーバーフローした水を上面に伝わらせて下流側へと流す流し部を、堰の上端部から下流側に突出させて設け、堰の上流側に取水口を設け、この取水口の下流側であり、且つ流し部の下方の位置に、取水口から取水した水を放出する放出口を設け、上流側の堰の取水口と、これよりも下流側に位置する他の堰の放出口とを、導水管で接続し、この導水管に、内部を流れる水によって発電を行う発電装置を設けたことを特徴とする。
【０００７】
また、前記発電装置及び導水管は、地中に配置されていることが好ましい。
【０００８】
また、前記堰に、前記取水口へ流入する異物を捕獲する除去装置を設け、この除去装置を、捕獲した異物を前記堰の上に定期的に排出するように設けることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の水力発電装置では、堰をオーバーフローした水を、流し部の上面を伝わらせて河川の下流側へと流すことができる。そして、この流し部の下方の放出口からは、この流し部を備えた堰のさらに上流側の堰の取水口から取水し、水力発電を行った後の水を放出させることができる。そのため、堰をオーバーフローして流し部の上面を流れる水を、この流し部のすぐ下流で、放出口から放出された水の流れに合流させることができる。これにより、本発明の水力発電装置では、堰の上流側と下流側との水位差を生じにくくでき、その結果、自然の景観を極力変えずに水力発電を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態の水力発電装置を概略的に示す側面図である。
【図２】同上の水力発電装置を示す平面図である。
【図３】同上の水力発電装置に備える除去装置の平面図である。
【図４】図３の除去装置をＡ−Ａ´線で切断した側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について添付図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１に示す本実施形態の水力発電装置は、河川１に、流れ方向に沿って複数の堰２を並べて設け、この堰２で堰き止めた水を利用して、水力発電を行う水力発電装置である。堰２は、河川１の水面よりも低い位置に設けられる。堰２の高さは、例えば１ｍであり、設置する河川１に合わせて適宜設定可能である。
【００１３】
本実施形態では、河川１は、説明の便宜を図るため、略一直線状としている。なお、河川１は蛇行したものであってもよい。河川１には、図１及び図２の矢印で示す方向に水が流れる。以下、図２の矢印が向く方向を下流側とし、その逆方向を上流側とし、図２における上方を左方とし、その逆方向を右方として、各構成について説明を行う。
【００１４】
本実施形態の水力発電装置は、河川１に設けられた複数の堰２と、堰２の上流側に設けられた取水口４と、堰２の下流側に設けられた放出口５と、上流側の堰２の取水口４とその下流側の堰２の放出口５とを繋ぐ導水管６と、導水管６に設けられた発電装置７とを備える。さらに、本実施形態の水力発電装置は、堰２の上端部から下流側に突出する流し部３を備える。流し部３は、堰２をオーバーフローした水を、上面３０に伝わらせて下流側へと流すためのものである。
【００１５】
複数の堰２は、図１に示すように、側面視略台形状であり、コンクリート等で形成される。堰２の上面は、下流側ほど下方に位置するように傾斜している。各堰２は、図２に示すように、河川１の一方（左方）の川岸１０から他方（右方）の川岸１１に亘って形成される。
【００１６】
各堰２の上端部には、図１に示すように、堰２よりも下流側へ突出する板状の流し部３が設けられている。なお、流し部３は、板状に限らず、他の形状であってもよい。流し部３は、上面３０が下流側ほど下方に位置するように傾斜させて設けられている。ここで、流し部３は、堰２と一体に形成されるものであってもよいし、堰２とは別体で形成されて、堰２の上面に固定されるものであってもよい。流し部３も、図２に示すように、堰２と同様に、河川１の一方の川岸１０から他方の川岸１１に亘って形成されている。
【００１７】
流し部３は、その下流端部が、互いに左右方向に距離を置いて配置された２つの支柱３２で支持されている。この２つの支柱３２はそれぞれ、河川１の川岸１０，１１から距離を置いた位置に配置されている。
【００１８】
図２では、上流側の堰２は、右側の側端部が左側の側端部よりも下流側に位置するように、河川１の流れ方向に直交する方向に対して、傾けて配置されている。そして、この上流側の堰２の右側の側端部と、河川１の右側の川岸１０とでなされる上流側の角部分に、取水口４が配置されている。取水口４は、河川１の底面に設けられ、取水口４の周囲には、取水口４の開口上端よりも河川１の底面が低くなるように、凹み４０が設けられている（図４参照）。本実施形態では、凹み４０は、平面視円弧状をなしており、上流側の堰２から河川１の右側の川岸１０に亘って形成されている。取水口４は、この平面視円弧状の凹み４０より円弧の中心角側に配置されている。
【００１９】
また、この上流側の堰２の左側の側端部と、河川１の左側の川岸１１とでなされる下流側の角部分に、放出口５が配置されている。この放出口５は、上流側の堰２の左側の側端部のすぐ下流の箇所に配置されており、上流側の堰２に設けられた流し部３の下方に位置している。
【００２０】
また、下流側の堰２は、左側の側端部が右側の側端部よりも下流側に位置するように、河川１の流れ方向に直交する方向に対して、傾けて配置されている。そして、この下流側の堰２の左側の側端部と、河川１の左側の川岸１１とでなされる上流側の角部分に、取水口４が配置されている。取水口４の周囲には、下流側の堰２から河川１の左側の川岸１１に亘って平面視円弧状の凹み４０が設けられている。取水口４は、この平面視円弧状の凹み４０より円弧の中心角側に配置されている。
【００２１】
また、この下流側の堰２の右側の側端部と、河川１の右側の川岸１０とでなされる下流側の角部分に、放出口５が配置されている。この放出口５は、下流側の堰２の右側の側端部のすぐ下流の箇所に配置されており、下流側の堰２に設けられた流し部３の下方に位置している。
【００２２】
上流側の堰２に設けられた流し部３は、図２に示すように、右側の下流端が左側の下流端よりも下流側に位置する平面視略平行四辺形状をなしている。また、下流側の堰２に設けられた流し部３は、左側の下流端が右側の下流端よりも下流側に位置する平面視略平行四辺形状をなしている。
【００２３】
以上のように、河川１の流れ方向に並ぶ２つの堰２及び流し部３は、河川１の流れ方向に垂直な方向に対して、傾く方向が交互に逆方向となるように配置される。河川１には、上述のように配置される堰２及び流し部３が、河川１の流れ方向に亘って、複数（２つ以上）設けられる。
【００２４】
本実施形態では、河川１の流れ方向に並ぶ任意の２つの堰２のうち、上流側の堰２の取水口４と、その１つ下流側の堰２の放出口５とが、導水管６によって接続されている。なお、導水管６は、上流側の堰２の取水口４と、その２つ以上下流側の堰２の放出口５とを接続するものであってもよい。このように、上流側の堰２とそれよりも下流側の堰２とを導水管６で接続するようにすることで、導水管６を流れる水の位置エネルギーを所定量確保して、この導水管６に設けられる発電装置７による発電量を一定量確保できるようにしている。なお、上流側の堰２の取水口４の位置とその１つ下流側の放出口５の位置の高低差は、例えば２〜３ｍである。
【００２５】
発電装置７は、図示していないが、導水管６を流れる水によって回転する水車と、この水車の回転力を電気に変換する発電機とから構成される。発電装置７は、導水管６の下流端（放出口５）に近い箇所に配置される。
【００２６】
本実施形態の発電装置７及び導水管６は、図１及び図２に示すように、河川１の川岸１０，１１のうち、河川１の底面よりも下方となる箇所に埋めて設けられる。本実施形態では、複数の発電装置７及び導水管６は、河川１の流れ方向に沿って、河川１の一方（右方）の川岸１０と他方（左方）の川岸１１とに、交互に埋めて設けられる。
【００２７】
上述した水力発電装置は、図３及び図４に示すように、取水口４及び凹み４０に流入する土砂、樹木、枯葉等の異物を除去するための除去装置８をさらに備える。なお、図３には、図２の上流側の堰２に設けられる除去装置８が記載されている。図２の下流側の堰２に設けられる除去装置８も、この上流側の堰２に設けられる除去装置８と同様のものである。
【００２８】
除去装置８は、取水口４及び凹み４０に載置される捕獲部材８０と、この捕獲部材８０を昇降させる駆動部８１とを備える。駆動部８１は、捕獲部材８０を、図４の実線で示す異物を捕獲する捕獲位置と、図４の破線で示す捕獲した異物を堰２の上に排出する排出位置とに移動させる。
【００２９】
本実施形態では、捕獲部材８０は、図４に示すように、取水口４に載置される網状部８２と、凹み４０に載置される皿部８３と、網状部８２及び皿部８３の下流側端部から立ち上がった連結壁部８４とを備える。網状部８２と皿部８３と連結壁部８４とは、一体に形成されている。なお、捕獲部材８０は、例えば、ステンレススチール等の強度が強く、錆び難い材料で形成される。
【００３０】
網状部８２及び皿部８３からなる捕獲部材８０の底部は、図３に示すように、堰２の右側の側端部と河川１の右側の川岸１０とでなす上流側の角部分に対応した扇形に形成されている。この扇形の中心角側に網状部８２が配置され、扇形の円弧側に皿部８３が配置されている。
【００３１】
この捕獲部材８０の扇形の底部のうち、堰２に沿う下流側端部から連結壁部８４が立ち上がっている。網状部８２は、図３に示すように、取水口４よりも広くなるように形成され、捕獲位置にて取水口４全体を上方から覆う。皿部８３は、図４に示すように、取水口４の周囲の凹み４０と略同じ広さで形成され、この凹み４０に収容される。皿部８３は、網状部８２よりも下方に位置している。皿部８３には、その外側（扇形の円弧側）の端部に、上方に突出する平面視円弧状の突条部８３０が形成されている。この突条部８３０は、皿部８３が捕獲位置にある状態で、突条部８３０の上端が、凹部４０の周囲の河川１の底面と面一、もしくはそれよりも低くなるように形成されることが好ましい。
【００３２】
駆動部８１は、図３に示すように、駆動モータ８５と、この駆動モータ８５のモータ軸に固定されたモータギア８６と、堰２の上流側の壁面に固定された軸受け８７と、軸受け８７に回転自在に軸支された回動軸８８と、回動軸８８に固定されたギア８９とを備える。このギア８９とモータギア８６とが噛み合い、回動軸８８を回転させる。駆動モータ８５は、堰２の上流側の壁面に埋め込まれて設けられている。
【００３３】
駆動部８１の回動軸８８の軸方向の両端部には、捕獲部材８０の連結壁部８４の両側端部から上方に突出した一対の固定部８４０が固定されている。
【００３４】
上述した構成の除去装置８では、駆動部８１の駆動モータ８５を一定の周期で駆動させることによって、捕獲部材８０を図４の実線で示す捕獲位置と、図４の破線で示す排出位置とに移動させる。これにより、本実施形態の除去装置８は、網状部８２及び皿部８３に堆積された異物を、堰２の上（本実施形態では、流し部３の上）へ定期的に排出することができる。
【００３５】
なお、除去装置８は、上述した構造に限らず、他の周知技術を適用可能である。
【００３６】
上述した本実施形態の水力発電装置では、以下のようにして、水力発電が行われる。
【００３７】
すなわち、上流側の堰２によって、河川１を流れる水が堰き止められ、この堰き止められた水が取水口４を通じて導水管６へと取水され、導水管６に設けた発電装置７の水車を回転させて、発電を行う。そして、水車を回転させた後の水は、その１つ下流側の堰２の放出口５から放出される。同様に、この１つ下流側の堰２によって、河川１を流れる水が堰き止められ、この堰き止められた水が取水口４を通じて導水管６へと取水され、導水管６に設けた水力発電装置の水車を回転させて、発電を行う。そして、水車を回転させた後の水は、さらに１つ下流側の堰２の放出口５から放出される。
【００３８】
以上のように、堰２毎に河川１の水を堰き止め、その水で水力発電を行った後、その水力発電を行った後の水を、１つ下流側の堰２の放出口５から放出する。
【００３９】
ここで、各堰２をオーバーフローした水は、堰２に設けた流し部３の上面３０を伝って下流側へと流れる。ここで、流し部３の下方には、この流し部３を備えた堰２の１つ上流の堰２の取水口４から取水した水が、放出口５を介して放出される。そのため、流し部３の上面３０を流れるオーバーフロー水は、流し部３のすぐ下流の部分で、放出口５から放出されてある一定の水位となった水に合流させることができる。これにより、堰２（流し部３）の上流側と下流側の水位差が大きくなることを抑制できる。その結果、本実施形態の水力発電装置は、河川１に水力発電用の堰２を設けたにもかかわらず、河川１の水面に水位差が発生しにくくなり、自然の景観を極力変えずに水力発電を行うことができる。
【００４０】
このように自然の景観を極力壊さないようにすることで、本実施形態の水力発電装置は、様々な地域への設置が可能となりやすい。
【００４１】
また、本実施形態の水力発電装置では、取水口４に流入する土砂、樹木、枯葉等の異物を除去装置８によって捕獲し、定期的に、堰２（流し部３）上に排出することができる。この堰２（流し部３）上に排出された異物は、堰２（流し部３）をオーバーフローする水によって下流側へと流される。そのため、本実施形態の水力発電装置は、取水口４が詰まりにくく、水力発電効率が低下しにくい。また、このように自動的に異物を除去できるため、本実施形態の水力発電装置は、メンテナンスの必要性の低いものとなっている。
【００４２】
なお、上述した本実施形態の水力発電装置では、最上流の堰２の上流側には、２つの取水口４を設け、一方の取水口４を１つ下流の堰２の放出口５に導水管６を介して接続し、もう一方の取水口４を、その最上流の堰２の放出口５に接続する。このようにすることで、最上流の堰２の放出口５からも水の放出が可能となる。
【００４３】
また、最下流の堰２には、取水口４を設けないようにしてもよいし、取水口４を設けて導水管６に接続して発電を行い、発電を行った水をその最下流の堰２よりも下流の流域に放出するようにしてもよい。
【００４４】
以上まとめると、本実施形態の水力発電装置は、河川１に、その流れ方向に複数の堰２を並べて設け、堰２をオーバーフローした水を上面３０に伝わらせて下流側へと流す流し部３を、堰２の上端部から下流側に突出させて設け、堰２の上流側に取水口４を設け、この取水口４の下流側であり、且つ流し部３の下方の位置に、取水口４から取水した水を放出する放出口５を設け、上流側の堰２の取水口４と、これよりも下流側に位置する他の堰２の放出口５とを、導水管６で接続し、この導水管６に、内部を流れる水によって発電を行う発電装置７を設けている。
【００４５】
このような構成とすることで、本実施形態の水力発電装置では、堰２をオーバーフローした水を、この堰２に設けた流し部３の上面３０を伝わらせて河川１の下流側へと流すことができる。そして、この流し部３の下方の放出口５からは、この流し部３を備えた堰２のさらに上流側の堰２の取水口４から取水し、水力発電を行った後の水を放出させることができる。そのため、流し部３の上面３０を流れる水を、流し部３のすぐ下流で、放出口５から放出された水の流れに合流させることができる。これにより、本実施形態の水力発電装置では、堰２の上流側と下流側との水位差を生じにくくでき、その結果、自然の景観を極力変えずに水力発電を行うことができる。
【００４６】
また、本実施形態の水力発電装置では、発電装置７及び導水管６は、地中に配置されている。
【００４７】
このような構成とすることで、発電装置７及び導水管６が地上に露出して自然の景観を損ねることを抑制でき、自然の景観を極力変えずに水力発電を行うことができる。
【００４８】
また、本実施形態の水力発電装置では、堰２に、取水口４へ流入する異物を捕獲する除去装置８を設け、この除去装置８を、捕獲した異物を堰２の上に定期的に排出するように設けている。
【００４９】
このような構成とすることで、本実施形態の水力発電装置では、取水口４に流入する土砂、樹木、枯葉等の異物を除去装置８によって定期的に捕獲して、堰２の上へと排出することができる。堰２の上に排出された異物は、堰２及び流し部３の上を流れる水によって、下流側へと押し流すことができる。これにより、本実施形態の水力発電装置では、取水口４が詰まって、発電効率が低下することを抑制できる。
【００５０】
なお、上述した本実施形態の水力発電装置において、流し部３は、その下流端が、放出口５から放出された水の水位と略同じ高さとなるまで、河川１の下流側に突出させるようにしてもよい。このようにすることで、流し部３のすぐ下流の合流部分の水位が下がることをさらに抑制することができる。
【００５１】
また、流し部３は、上面３０を伝う水を波立たせるための凸凹面をその上面３０に形成してもよい。このようにすることで、堰２の上流側の流れが、岩や石などで波立っている場合、流し部３上を伝う水も波立たせて、自然な流れに見せることができる。
【００５２】
なお、上述した実施形態では、河川１を利用した水力発電装置について説明したが、河川１に限らず、農業用水や上下水道などの水路を利用するものであってもよい。
【００５３】
以上、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の意図する範囲内であれば、適宜の設計変更が可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１      河川
２      堰
３      流し部
４      取水口
５      放出口
６      導水管
７      発電装置
８      除去装置
３０    上面
【図１】
0005422022.tif 000002
【図２】
0005422022.tif 000003
【図３】
0005422022.tif 000004
【図４】
0005422022.tif 000005