(57)【要約】【課題】大掛かりな改修工事や設置工事を行うことなく、水路段差部の下部側に設置可能な小電力用の水力発電装置を提供する。【解決手段】水路段差部Ｑの下部側に、内部に発電機ユニット２０を備えた貯水槽２を設置し、その貯水槽２には水路Ａを流れる水を流入口４に導く導水部材１０が備えてあり、貯水槽２内に貯留された水を貯水槽２の下部から水路段差部Ｑの下部側に流出させる時に、発電機ユニット２０の固定羽根２２に導かれた水はランナ２７を回転させることから、発電機ユニット２０の発電機２４が駆動される。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水路段差部の下部側に設置可能な上方開放の貯水槽と貯水槽の上方を開閉可能に塞ぐ蓋体と、貯水槽内に取出し可能に配設した発電機ユニットを備え、貯水槽には、側壁上部の一方に流入口を他方に流出口を夫々設けると共に、底壁に排出口を設け、発電機ユニットには、排出口に嵌合されて底壁上に着脱可能に取着されている排出筒と、排出筒から一体に立上がり相互間に取水窓を形成する複数の固定羽根と、固定羽根又はその他の支持部材により支持されているケーシングと、ケーシングに内蔵されている発電機と、ケーシングから排出筒の中心に向けて下向きに突出する発電用回転軸と、排出筒内の発電用回転軸に設けたランナとを備え、水路段差部の上部側から流れる水を流入口に導き、余分な水を流出口から流出させ、所要量の水を排出筒から排出するようにした小電力発電用の水力発電装置。
【請求項２】
貯水槽の上部に、水路段差部の上部側に設ける固定具に係止可能な係止具を備え、貯水槽の設置を補強した請求項１記載の小電力発電用の水力発電装置。
【請求項３】
貯水槽の流入口にゴミや石の侵入を防ぐスクリーンを設けた請求項１または２記載の小電力発電用の水力発電装置。
【請求項４】
貯水槽の下部に貯水槽を支持して下部空間を形成する支持具を設け、支持具を水路段差部の下部側に設置した固定部材に固着するようにした請求項１から３の何れかの請求項に記載の小電力発電用の水力発電装置。
【請求項５】
貯水槽の一方の側壁を水路段差部に形成される段壁の傾斜面に沿うように傾斜させ、貯水槽の底壁を排出筒が前記傾斜に沿うように備えて成る請求項１から４の何れかの請求項に記載の小電力発電用の水力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水路を流れる水を利用する小電力発電用の水力発電装置に関し、特に、水路に設けられた段差部を流れ落ちる水を利用するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、小電力発電用の水力発電装置は、特許文献１及び２に記載されたものが知られている。特許文献１には、水路の壁面に設けた溝に堰板を設置することで、水路を流れる水を塞ぎ止めて堰板の上流側の水位を上昇させ、堰板の上流側の水を堰板に形成された取水口からケーシング内のガイドベーンを介してランナに導入し、ガイドチューブを通って堰板の下流側に流れ出るようにしてある。この際、前記ランナを通過する水が、ランナに作用してランナを回転させることで、発電機が駆動して電力を発生するように構成されたものである。特許文献２には、水路の壁面に設けた溝に堰板を設置することで、水路を流れる水を塞ぎ止めて堰板の上流側の水位を上昇させ、堰板の上流側の水をドラフトチューブの一方からドラフトチューブ内のランナに導入し、ドラフトチューブの他方に接続された堰板の取水口から堰板の下流側に流れ出るようにしてある。この際、前記ランナを通過する水が、ランナに作用してランナを回転させることで、発電機が駆動して電力を発生するように構成されたものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１５３０２１号公報
【特許文献２】
特開平１１−３０１７９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１及び２記載の小電力発電用の水力発電装置は、どちらも水路に堰板を設置することで堰板の上流側の水位を上昇させ、上流側と下流側とに生じた落差を利用して流れる水によりランナを回転させるものである。ところが、工場や下水道処理施設の排水用水路には、処理された処理水の排水先（例えば河川）まで水路の上方が塞がれたものがあり、その水路に堰板を設置することは困難である。更に、水路と河川との合流位置にある放流口は、逆流止め落差が生じるように河川より上方位置に設置されており、放流口（水路）と河川との間には水路段差部が設けられている。よって、前記放流口（水路）を塞ぐように堰板を設置するためには、水路段差部に、堰板を嵌め込む溝を設けるための大掛かりな改修工事を行う必要がある。そこで、本発明の課題は、大掛かりな改修工事や設置工事を行うことなく、水路段差部の下部側に設置可能な小電力用の水力発電装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題解決のため、本願では、水路段差部の下部側に設置可能な上方開放の貯水槽と貯水槽の上方を開閉可能に塞ぐ蓋体と、貯水槽内に取出し可能に配設した発電機ユニットを備え、貯水槽には、側壁上部の一方に流入口を他方に流出口を夫々設けると共に、底壁に排出口を設け、発電機ユニットには、排出口に嵌合されて底壁上に着脱可能に取着されている排出筒と、排出筒から一体に立上がり相互間に取水窓を形成する複数の固定羽根と、固定羽根又はその他の支持部材により支持されているケーシングと、ケーシングに内蔵されている発電機と、ケーシングから排出筒の中心に向けて下向きに突出する発電用回転軸と、排出筒内の発電用回転軸に設けたランナとを備え、水路段差部の上部側から流れる水を流入口に導き、余分な水を流出口から流出させ、所要量の水を排出筒から排出するようにした。
【０００６】
具体的には、貯水槽の上部に、水路段差部の上部側に設ける固定具に係止可能な係止具を備え、貯水槽の設置を補強した。この係止具は、水路段差部の上部側から流入口に水を導く導水部材に設けて兼用した。また、貯水槽の流入口にゴミや石の侵入を防ぐスクリーンを設けた。また、貯水槽の下部に貯水槽を支持して下部空間を形成する支持具を設け、支持具を水路段差部の下部側に設置した固定部材に固着するようにした。更に、貯水槽の一方の側壁を水路段差部に形成される段壁の傾斜面に沿うように傾斜させ、貯水槽の底壁を排出筒が前記傾斜に沿うように備えた。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態について図面を参照して説明する。図１〜４は、水路段差部Ｑの下部側に設置した小電力発電用の水力発電装置１を示す。工場や下水道処理施設等で処理された処理水が流れる水路Ａと、処理水の排水先である河川Ｃとの合流位置にある放流口Ｂは、逆流止め落差Ｈが生じるように河川Ｃより上方位置に設置されており、放流口Ｂ（水路Ａ）と河川Ｃとの間には水路段差部Ｑが設けられる。その水路段差部Ｑの逆流止め落差Ｈによって、増水で河川Ｃの水位が上昇した場合、増水した水が工場や下水道処理施設等に向かって逆流しないようになっている。本実施形態の水力発電装置１について説明する。上方開放の貯水槽２は、複数の側壁２ａ〜２ｄを組み合わせたもので、一例として断面矩形に形成されている。尚、貯水槽２の形状は、河川Ｃを流れる水流の影響を少なくする為に、菱形にしたり舟形にしたりしてもよい。その貯水槽２の下方は底壁２ｅにより塞がれ、貯水槽２の上方は開閉可能な蓋体３により塞がれている。貯水槽２の上部の一方（側壁２ａ側）に流入口４を、他方（側壁２ｂ側）に第１流出口５を夫々設けると共に、底壁２ｅに排出口６を設けてある。貯水槽２の下部に、貯水槽２を支持して下部空間Ｋを形成する四角形の箱型の支持具７を固定的に又は着脱可能に設けてある。その支持具７には、前記第１流出口５と同一方向の側壁に第２流出口８が形成されている。第２流出口８の高さは、後述の排出筒２１の出口より高く設定されている。支持具７は、河川Ｃに設置された固定部材９（例えばアンカー部材）に固着される。
【０００８】
貯水槽２の上部の一方（側壁２ａ側）には、水路Ａを流れる水を流入口４に導く導水部材１０が固定的に又は着脱可能に備えられている。その導水部材１０は、流入口４と放流口Ｂとを連結する連結板１０ａの両端に側板１０ｂを取付け、放流口Ｂから流れ出る水を全て（一部でもよい）貯水槽２内に流入させるように形成されている。この導水部材１０は、貯水槽２の設置を補強する係止具１０Ａを兼用している。この係止具１０Ａは、導水部材１０の側板１０ｂ端部に下向きの切欠き溝１０ｃを設けて構成してある。その切欠き溝１０ｃが水路Ａ内に設置された固定具１１に係止されることで、貯水槽２内に流入される水圧により貯水槽２が河川Ｃ側に倒れないようにしたり、河川Ｃの流れにより水路Ａ側に倒れないようにする。前記固定具１１は、両端が水路Ａの両側壁に連結されているが、固定具１１の取付工事は簡単に行うことができる。固定具１１にはスクリーン１２が取り付けられ、貯水槽２の流入口４にゴミや石の侵入を防いでいる。尚、本実施形態では、固定具１１にスクリーン１２を取り付けたが、水路Ａの途中にスクリーン１２等を配置してもよいし、導水部材１０に配置してもよい。貯水槽２の上部の他方（側壁２ｂ側）には、第１流出口５の下端部の高さを調整する為の板部材１３が上下移動可能に配置されている。その板部材１３を上下移動させることで、第１流出口５の高さ（落差）が調整される。
【０００９】
貯水槽２内に取出し可能に発電機ユニット２０が配設されている。その発電機ユニット２０について説明する。排出筒２１が前記排出口６に嵌合されて底壁２ｅ上に着脱可能に取着されている。その排出筒２１の下端は、前記第２流出口８より下方に位置する。排出筒２１には、排出筒２１から一体に立上り相互間に取水窓を形成する複数の固定羽根２２が取り付けられている。その複数の固定羽根２２はケーシング２３の支持部材を兼用しており、これらの固定羽根２２により支持されたケーシング２３には発電機２４や増速機構２５が内蔵されている。発電機２４の回転軸２４ａは増速機構２５の出力側に連結されている。増速機構２５は、ギヤ列等から成り、入力側の回転を増速させ、その回転を出力側に出力するようになっている。その増速機構２５の入力側から排出筒２１の中心に向けて下向きに発電機用回転軸２６を突出させてあり、排出筒２１内の発電用回転軸２６にランナ２７（反動型水車）が取り付けてある。このことから、発電機ユニット２０は、ランナ２７の回転により発電用回転軸２６、増速機構２５を介して発電機２４の回転軸２４ａを回転させることで、発電機２４が駆動して電力を発生するようになっている。その電力は送電線２８を介して制御装置２９に送られる。尚、本実施形態では、排出筒２１に取り付けられた複数の固定羽根２２によりケーシング２３が支持されているが、固定羽根２２とは別に排出筒２１又は貯水槽２に設けた異なる形状の他の支持部材で支持してもよい。
【００１０】
上記構成の水力発電装置１の作用について説明する。先ず水力発電装置１を水路段差部Ｑの下方側に設置する前に、水路Ａを流れる水の排水を一時停止した状態で、水路段差部Ｑの上部側（水路Ａ）にスクリーン１２付の固定具１１が設置される。貯水槽２内に発電機ユニット２０が配設された水力発電装置１の支持具７を水路段差部Ｑの下方側（河川Ｃ）に設置する。その際、係止具１０Ａの切欠き溝１０ｃを固定具１１に係止させた後、支持具７を河川Ｃに設置されたアンカー部材９に固着させる。尚、導水部材１０が着脱可能であれば、貯水槽２を設置した後に、係止具１０Ａの切欠き溝１０ｃを固定具１１に係止して導水部材１０を取付ける。その後、一時停止していた排水を再開すると、水路Ａに沿って水が流れ出し、その水は、導水部材１０により流入口４に導かれ貯水槽２内に流入する。貯水槽２内に流入された水は、排出筒２１を通って支持具７の下部空間Ｋに溜まった後第２流出口８から流出されるが、流入水量が流出水量より多いので貯水槽２内に貯留される。
【００１１】
貯水槽２の上部に取付けた板部材１３を調整し、貯水槽２内の水位が安定し、ランナ２７が所定の回転数になるようにすると、水力発電装置１に利用される所要量を超える余分な水が第１流出口５から河川Ｃに向かって直接流れ出るようになる。貯水槽２内の水が固定羽根２２に導かれて下部空間Ｋに流出する際、流水がランナ２７に作用してランナ２７を回転させるので、ランナ２７の回転が発電用回転軸２６を介して増速機構２５で増速され、その増速された回転が発電機２４の回転軸２４ａに伝達される。そして、発電機２４の回転軸２４ａが回転することで発電機２４により電力が発生する。その電力は送電線２８を介して制御装置２９に送られる。
【００１２】
従って、水路Ａを流れる水を貯留する貯水槽２を設け、貯水槽２の下部から河川Ｃに放出される水の流れを利用して発電機２４を駆動させる構成としたので、大掛かりな改修工事を行う必要がなく、水路段差部Ｑの下部側に水力発電装置１を短期間で安価に設置することが可能となる。また、貯水槽２の上方に設けた蓋体３を開くことで、貯水槽２内の清掃や点検を行うことが可能となる。そして、発電機ユニット２０を貯水槽２の上方に取出すことができるから、発電機ユニット２０のメンテナンスが容易に行える。更に、図５に示すように、貯水槽２の形状を、貯水槽２の一方の側壁２ａを水路段差部Ｑに形成される段壁の傾斜面に沿うように傾斜させ、貯水槽２の底壁２ｅを排出筒２１が斜め下を向くようにしてもよい。この場合は、貯水槽２に貯留させる水の量を増やすことができ、貯水槽２の設置がより安定したものとなり、また、排出筒２１からの水の排出を促進できる。尚、上記実施形態では、水路Ａと河川Ｃとの合流位置にある水路段差部Ｑを示しているが、河川Ｃの落差工や土留め、砂防堰等のような段差部を利用し、段差部の上部側から流れる水を貯水槽２に導いてもよい。
【００１３】
【発明の効果】
以上のように本願では、水路段差部の下部側に、内部に発電機ユニットを備えた貯水槽を設置し、その貯水槽内に貯留した水を貯水槽の下部から河川に放出することで前記発電機ユニットの発電機が駆動するようにしたことから、大掛かりな改修工事や設置工事を行うことなく、水路段差部の下部側に貯水槽を固定することで、小電力発電装置を簡易迅速に且つ安価に設置できる。また、蓋体を開くことで貯水槽内の清掃、点検を容易にでき、しかも、発電機ユニットを上方へ取出すことで発電機ユニットの点検や交換も容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の小電力用の水力発電装置を水路段差部の下部側に設置した図である。
【図２】図１に示す小電力用の水力発電装置の縦断面図である。
【図３】図１に示す小電力用の水力発電装置の平面図である。
【図４】図１に示す小電力用の水力発電装置の正面図である。
【図５】別の実施例を示す図である。
【符号の説明】
１　　水力発電装置
２　　貯水槽
２ｅ　底壁
３　　蓋体
４　　流入口
５　　流出口
６　　排出口
７　　支持具
９　　固定部材
１０Ａ　係止具
１１　　固定具
１２　　スクリーン
２０　　発電機ユニット
２１　　排出筒
２２　　固定羽根
２３　　ケーシング
２４　　発電機
２６　　発電用回転軸
２７　　ランナ
Ａ　　　水路
Ｂ　　　放流口
Ｋ　　　下部空間
Ｑ　　　水路段差部
【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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