(57)【要約】【課題】既設の砂防ダムに改変を与えることなく、水力発電システムを設置する。【解決手段】上端に水通しと袖が形成された砂防ダム本体の下流側に設置される水力発電システムであって、  前記水通しの下側に配置され、前記砂防ダム本体に接触しない支柱によって支えられる樋部と、  前記樋部の一方の端側に設けられた水路部と、  前記水路部に設けられた発電機を有することを特徴とする砂防ダム用水力発電システムは、既設の砂防ダムに改変を与えることなく、設置することができ、砂防ダムの強度に影響を与えない。【選択図】図１
2018003313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上端に水通しと袖が形成された砂防ダム本体の下流側に設置される水力発電システムであって、
前記水通しの下側に配置され、前記砂防ダム本体に接触しない支柱によって支えられる樋部と、
前記樋部の一方の端側に設けられた水路部と、
前記水路部に設けられた発電機を有することを特徴とする砂防ダム用水力発電システム。
【請求項２】
前記樋部の開口は、上流側から下流側に向かって傾斜したグレーチングで覆われていることを特徴とする請求項１に記載された砂防ダム用水力発電システム。
【請求項３】
前記樋部は、前記水路部が設けられている端部より、前記端部の反対側の端部の方が位置が高いことを特徴とする請求項１または２のいずれかの請求項に記載された砂防ダム用水力発電システム。
【請求項４】
前記水路部に設けられた前記発電機は前記水路に渡って、複数個備えられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一の請求項に記載された砂防ダム用水力発電システム。
【請求項５】
前記樋部の上流側縦壁と、前記砂防ダム本体の前面壁の間にシール板が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一の請求項に記載された砂防ダム用水力発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は砂防ダムに設けられる水力発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
砂防ダムは主として小さな渓流などの土砂災害を防止するために設置されるものである。砂防堰堤（さぼうえんてい）とも呼ばれるが、ここでは砂防ダムという。砂防ダムの一般的な構造を図４に示す。砂防ダム８０は、渓流を堰きとめるダム本体８２と、ダム本体８２の上端に設けられた「水通し８４」と「袖８６」で構成される。水通し８４の真下には、「水叩き８８」と呼ばれる水の受け部分があってもよい。
【０００３】
水叩き８８はコンクリート等で形成してもよい。図４では、コンクリート形成の水叩き８８ではない。砂防ダム８０の正面の壁を前面壁９０と呼ぶ。砂防ダム８０は渓流を流れる濁流中の土砂を堰き止め、水だけを水通し８４から下流に流す。
【０００４】
砂防ダム８０で堰き止められ、水通し８４から落下する水は位置エネルギーを有しているので、小規模ながら発電機を回すことができる。
【０００５】
しかしながら、砂防ダム８０は定常的に水を貯留しない場合もある。つまり渇水状態もありえる。したがって、渇水状態でも、水を集める工夫が必要になる。
【０００６】
特許文献１では、このような課題に鑑みて、堰堤上から幅広く流下していた水流を堰き止めて集める集水装置と、集めた水に勢いを付けて水車に衝突させるシューターと、両岸に架けた桁を組み合わせて取り付けた円筒軸に水車と変速機と発電機を搭載したフレームを吊るして発電する発電装置と、水車の高さを調整する自在継手と、水車の水平方向の位置を調整して水車の向きを設定する水車位置調整装置と、上流から流れて来る流木を発電装置に衝突しないように偏向させる除木装置と、水車に逆方向の回転力が生じるのを防ぎ、水位が上昇した際に発電装置を動揺させて水流から受ける力を弱め、さらに水位が上昇した際に発電装置を水面に浮かべる受水装置と、水車の回転に伴い水車の羽根に流入し始めた水流からもより強力な回転力を得る抵抗板とを備える砂防ダム水力発電システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１５−０７４９７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
砂防ダムは災害防止のために設けられるものであり、各種の法令に準拠した建設物である。したがって、砂防ダム自体に水力発電システムを設けるためには、予め設計段階から水力発電システムを織り込み済みにする方法が、実質的に唯一の方法といえる。建設後に砂防ダム自体に改変部分を設けるのは、強度設計に影響を与える虞があり、認められない場合が多いからである。
【０００９】
特許文献１の水力発電システムでは、堰の水通し部分に集水装置を固定する構造になっているために、ダム本体を加工する必要がある。したがって、特許文献１の水力発電システムは、着工までに各官庁で多くの許可を得なければならないという高いハードルがあった。
【００１０】
本発明は、砂防ダム自体は加工する必要がなく、渇水時期であっても、水を確保し、水力発電が可能な砂防ダム用水力発電システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
より具体的に本発明に係る砂防ダム用水力発電システムは、
上端に水通しと袖が形成された砂防ダム本体の下流側に設置される水力発電システムであって、
前記水通しの下側に配置され、前記砂防ダム本体に接触しない支柱によって支えられる樋部と、
前記樋部の一方の端側に設けられた水路部と、
前記水路部に設けられた発電機を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る砂防ダム用水力発電システムは、砂防ダム本体に接触しない支柱によって支えられる樋部で、砂防ダムの水通しから落下する水を受けるので、既設の砂防ダムを改変することなく取り付けることができる。したがってダム自体の強度には影響を与えない。また、官庁からの許諾を得るにも、わずかな手続でよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る砂防ダム用水力発電システムの外観を示す図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面を示す図である。
【図３】本発明に係る砂防ダム用水力発電システムの電気系統を示す構成図である。
【図４】砂防ダムの外観を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に本発明に係る砂防ダム用水力発電システムについて図面および実施例を示し説明を行う。なお、以下の説明は、本発明の一実施形態および一実施例を例示するものであり、本発明が以下の説明に限定されるものではない。以下の説明は本発明の趣旨を逸脱しない範囲で改変することができる。
【００１５】
図１に本発明に係る砂防ダム用水力発電システム１の設置状態の概念図を示す。なお、砂防ダム８０自体については、図４と同じ符号を用いており、特に必要が無い限り説明は省略する。
【００１６】
砂防ダム用水力発電システム１は、支柱１０（１０ａ、１０ｂ）と、樋部３０と、水路部１２と、発電機１４を含む。なお、発電機１４には、送電設備（図示せず）が接続されていてよい。また、発電機１４には、制御装置１８（図示せず。図３参照）が接続されていてもよい。
【００１７】
なお、水路部１２には、適当な箇所に水流計２０が備えられていてもよい。水流計２０が備えられている場合は、水流計２０は制御装置１８と接続されているのが望ましい。
【００１８】
支柱１０は、渓流を堰き止めている砂防ダム８０の一方の端の部分と反対の端の部分に、砂防ダム本体８２に接触しないように下流側に設けられている。左右の岸の支柱を符号１０ａおよび符号１０ｂで表す。支柱１０は、特に棒状の形状をしている必要はない。樋部３０を支持できれば、立方体形状の台であってもよい。また、それぞれ単数個である必要もなく、複数個が設けられていてもよい。
【００１９】
樋部３０の幅は、水通し８４の幅程度の幅より広いのが、好ましい。水通し８４から落下する水を確実に収集できるからである。
【００２０】
図２（ａ）に図１のＡ−Ａ断面図を示す。図２（ｂ）は図２（ａ）の一部拡大図である。樋部３０は、断面略Ｕ字形状をしている。材質は特に限定されない。水量が多い場合は、樋部３０には、かなり大きな力が加わるので、強度を保てる材質が望ましい。具体的には、鉄鋼やステンレスといった鉄を主体とする材質が好適に利用できる。もちろん、部分的にそれ以上の強度と軽量化を狙ってチタンやカーボンファイバーを使用してもよい。
【００２１】
樋部３０の上面の開口は、上流側から下流側に傾斜している。すなわち、上流側の縦壁３０ａの上端は、下流側の縦壁３０ｂの上端よりも高い位置に配置されている。この開口には、グレーチング３２で溝蓋がされている。この傾斜したグレーチング３２によって、樋部３０上に大きな流木や、岩等が引っかかって止まってしまうのを防止している。グレーチング３２は、樋部３０の全長に渡って配置されている。
【００２２】
樋部３０の上流側の縦壁３０ａは、できるだけ砂防ダム本体８２の前面壁９０に沿って配置される。水通し８４（図１参照）から落下する水を確実に収集するためである。砂防ダム本体８２の前面壁９０と、樋部３０の上流側の縦壁３０ａの間に隙間があると、水通し８４を落下した水は、樋部３０に入らずに水叩き８８（図１参照）に落下する。樋部３０の上流側の縦壁３０ａと、砂防ダム本体８２の前面壁９０との間に、シール板３４を設置してもよい。シール板３４は、樹脂やシリコン等の可撓性のある材料が好適に利用できる。
【００２３】
シール板３４は、水量が多くなると、水流を支えきれなくなり、前面壁９０と上流側縦壁３０ａとの間に曲がりこみ樋部３０と前面壁９０との間からも水が流れる。しかし、このような場合は、樋部３０にも十分水が入ってくるので、発電機１４を回転させるだけの水量は確保できる。また、水量が少ない場合は、前面壁９０と上流側縦壁３０ａの間をシールし、前面壁９０を流れ落ちる水の大部分を樋部３０に導くことができる。
【００２４】
このシール板３４は、前面壁９０に触れる場合もあるが、このような接触は改変には含まれない。
【００２５】
再度図１を参照する。樋部３０は、砂防ダム８０を正面から見て、一方の端から他方の端に向かって、傾斜して設けられている。図１では、支柱１０ａでの樋部３０の取り付け位置が支柱１０ｂでの樋部３０の取り付け位置より高い位置に配置されている。したがって、樋部３０は、支柱１０ａから支柱１０ｂ方向に下降するように傾斜している。樋部３０に落下した水が、必ず、一方の端に向かって流れるようにするためである。
【００２６】
樋部３０が傾斜して下がっているほう（樋部３０の支柱１０ｂ側）の端部には水の出口３０ｃが設けられている。また、出口３０ｃの直下より、水路部１２が設けられている。水路部１２は、上面が開口していてもよいし、貫通孔のないコンクリート板で蓋をし、暗渠にしてもよい。したがって、水路部１２は、砂防ダム８０の一方の端から下流に沿って設けられる。なお、水路部１２は、水叩き８８の幅（砂防ダム８０の水路の幅）内に設けてもよいし、砂防ダム８０の水路に併走して水路外に設けてもよい。
【００２７】
水路部１２は落差を設けた場所が設置されていてもよい。設置される渓流の地形に依存するが、発電機１４に水を供給する前にできるだけ、発電機１４から高い位置に配置するのが好ましいからである。なお、図１では、渓流の傾斜に沿って直線的に下降する水路部１２を例示している。
【００２８】
発電機１４は、羽の回転軸が垂直方向に向いているタイプの発電機１４が望ましい。このタイプの発電機１４は、水流に対する損失を少なくできるからである。また、水路部１２中に配置する発電機１４の数は特に限定はない。図１では、２つの発電機１４が配置された場合を例示した。
【００２９】
図３に砂防ダム用水力発電システム１の電気系統の系統図を示す。発電機１４には制御装置１８が接続されている。制御装置１８は、発電機１４に発電操作を行わせるか否かの指示命令を送信する。水路部１２には、水流計２０若しくは水位計が配置されていてもよい。これらの測定器は制御装置１８に送信される。
【００３０】
なお、制御装置１８は、バッテリー２１が備えられていてもよい。バッテリー２１は、商用電源２２や太陽光発電パネル２３から充電できるようにしてもよい。なお、商用電源２２には、発電機１４で発電した電力を含めてもよい。また、制御装置１８は、管理センター等への通信手段２４を有していてもよい。砂防ダム８０は山間に建設される場合が多く、常時見回りに行けない場合が多いからである。
【００３１】
このように、本発明に係る砂防ダム用水力発電システム１は、既存の砂防ダム８０を改変することなく、砂防ダム８０の建設後でも設置することができる。ここで改変とは、砂防ダム８０の本体８２に何らかの加工を加えることをいう。加工とは、ネジ止めのためのネジの埋設を含む。このような加工は砂防ダム８０の強度を変化させることに繋がるおそれがある。
【００３２】
以上の構成を有する砂防ダム用水力発電システム１についてその動作を説明する。砂防ダム８０に貯留した水は、水通し８４を伝って、砂防ダム本体８２の前面壁９０を落下してくる。落下した水は、樋部３０によって受け止められ、樋部３０の中を通過する。この時、落下する水中に流木やこぶし大程度の石が混じっていても、樋部３０の上面のグレーチング３２によって、下流側に落下し、樋部３０中に混入することは少ない。したがって、長期間の間メンテナンスフリーの状態で放置することができる。
【００３３】
樋部３０内に落下した水は、樋部３０の一方に設けられた水路部１２への出口３０ｃに向かって流れる。樋部３０を流れてきた水は、出口３０ｃから落下し水路部１２に入り、水路部１２を流れ落ちる。流れ落ちる水は、途中で発電機１４を回転させ、発電する。発電された電気は、送電経路によって送電される。
【００３４】
制御装置１８は、水路部１２中の水の流れを水流計２０によって監視し、水流と発電状態を記録する。記録されたデータは逐次若しくは一定期間毎に管理センター等に通信手段２４を介して送信されるようにしてもよい。この際、水流はあるにも係らず、発電量がなければ、発電機１４に何らかの故障が生じたものと判断することができる。制御装置１８は、予め定められた条件にしたがって、発電機１４等の故障を表す信号を発信してもよい。
【００３５】
以上のように本発明に係る砂防ダム用水力発電システム１は、既設の砂防ダムを加工することなく取り付けることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明に係る砂防ダム用水力発電システムは、既設の砂防ダムに好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１  砂防ダム用水力発電システム
１０（１０ａ、１０ｂ）  支柱
１２  水路部
１４  発電機
１８  制御装置
２０  水流計
２１  バッテリー
２２  商用電源
２３  太陽光発電パネル
２４  通信手段
３０  樋部
３０ａ  上流側縦壁
３０ｂ  下流側縦壁
３０ｃ  出口
３２  グレーチング
３４  シール板
８０  砂防ダム
８２  ダム本体
８４  水通し
８６  袖
８８  水叩き
９０  前面壁
【図１】
2018003313.tif 000003
【図２】
2018003313.tif 000004
【図３】
2018003313.tif 000005
【図４】
2018003313.tif 000006