(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水路中に設置される取水口と、
該取水口で取水した水から異物を除去する異物除去タンクと、
該異物除去タンクを通過後の水が流路を介して導入されて該水の水力で発電する発電装置とを有する小規模水力発電装置であって、
前記取水口は、径方向に貫通する取水穴が多数形成された円筒部の一端側を閉塞部で閉塞してなるとともに前記閉塞部が水路の流水方向上流側に指向して設置されることを特徴とする小規模水力発電装置。
【請求項２】
前記発電装置は水力で回転する水車を有しており、前記取水穴の直径は、前記水車を通過可能な最大サイズの球体の直径以下に設定されていることを特徴とする請求項１記載の小規模水力発電装置。
【請求項３】
前記取水穴の間隔は、該取水穴の直径を除去対象物の長さから減算した値に設定されていることを特徴とする請求項１または２記載の小規模水力発電装置。
【請求項４】
水路中に設置される取水口と、
該取水口で取水した水から異物を除去する異物除去タンクと、
該異物除去タンクを通過後の水が流路を介して導入されて該水の水力で発電する発電装置とを有する小規模水力発電装置であって、
前記異物除去タンクは、
前記取水口で取水した水を流入させる流入口と、
該流入口から流入した水を前記発電装置に送る開閉可能な導水口と、
異物除去タンク内を前記流入口側の流入室と前記導水口側の流出室とに区画して前記流入室から前記流出室への異物の移動を規制するスクリーンと、
前記流入室の下部に設けられた開閉可能な排出口とを有することを特徴とする小規模水力発電装置。
【請求項５】
前記スクリーンは、鉛直方向に対して上側ほど前記流入室側に位置するように傾斜していることを特徴とする請求項４記載の小規模水力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水力を利用して発電を行う小規模水力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水力発電装置として、例えば水力で水車を回転させて発電を行うものがある。水車を用いる場合には、異物の水車への進入を防ぐ必要があり、このために水車の上流側に異物除去用のスクリーンを配置することになる。このようなスクリーンは、異物で徐々に閉塞されることになるため、所定のタイミングで異物を排除する必要がある。このような異物の排除のために、水車への導水管に入口弁を設け、この入口弁よりも下流側にスクリーンを設けて、入口弁の上流側とスクリーンの下流側とを開閉弁を備えた第１のバイパス管で接続し、さらに入口弁の下流側でスクリーンの上流側部分と水車よりも下流の部分とを開閉弁を備えた第２のバイパス管で接続したものがある（例えば特許文献１）。この装置は、通常は入口弁を開き、バイパス管の両開閉弁を閉状態として水車に水を流し、異物を除去する逆洗時には、ガイドベーンおよび入口弁を閉じてバイパス管の両開閉弁を開状態として第１のバイパス管からスクリーンに逆向きに水を流してスクリーンから異物を剥離させ第２のバイパス管から水車よりも下流側に異物を排出させるようになっている。また、その他に、水車を逆転させてスクリーンの異物を除去するものもある（特許文献２）。
【特許文献１】特開昭６３−９７８７６号公報
【特許文献２】特開２００５−１８８３４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のいずれの装置においても、スクリーンの異物除去のために複雑な構造が必要でコストが増大してしまうという問題があった。
【０００４】
したがって、本発明は、簡素な構造でコスト増を抑制できる小規模水力発電装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、水路中に設置される取水口と、該取水口で取水した水から異物を除去する異物除去タンクと、該異物除去タンクを通過後の水が流路を介して導入されて該水の水力で発電する発電装置とを有する小規模水力発電装置であって、前記取水口は、径方向に貫通する取水穴が多数形成された円筒部の一端側を閉塞部で閉塞してなるとともに前記閉塞部が水路の流水方向上流側に指向して設置されることを特徴とする。
【０００６】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記発電装置は水力で回転する水車を有しており、前記取水穴の直径は、前記水車を通過可能な最大サイズの球体の直径以下に設定されていることを特徴とする。
【０００７】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に係る発明において、前記取水穴の間隔は、該取水穴の直径を除去対象物の長さから減算した値に設定されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項４に係る発明は、水路中に設置される取水口と、該取水口で取水した水から異物を除去する異物除去タンクと、該異物除去タンクを通過後の水が流路を介して導入されて該水の水力で発電する発電装置とを有する小規模水力発電装置であって、前記異物除去タンクは、前記取水口で取水した水を流入させる流入口と、該流入口から流入した水を前記発電装置に送る開閉可能な導水口と、異物除去タンク内を前記流入口側の流入室と前記導水口側の流出室とに区画して前記流入室から前記流出室への異物の移動を規制するスクリーンと、前記流入室の下部に設けられた開閉可能な排出口とを有することを特徴とする。
【０００９】
請求項５に係る発明は、請求項４に係る発明において、前記スクリーンは、鉛直方向に対して上側ほど前記流入室側に位置するように傾斜していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に係る発明によれば、径方向に貫通する取水穴が多数形成された円筒部の一端側を閉塞部で閉塞してなる取水口は、閉塞部を流水方向上流側に指向して水路に設置される。このように設置された取水口は、最も異物が流入しやすい流水方向上流側に指向する部分が閉塞部とされているため、この点で異物の流入が抑制される。また、取水口は、円筒部の取水穴で取水しその際に円筒部の取水穴以外の部分で異物の進入を阻止することになるが、この部分が水路の流水の方向に沿うため、進入が阻止された異物が水路の流水によって剥離されやすく、よって異物の円筒部への付着も抑制される。したがって、異物そのものの付着を水路の流水を利用して抑制するため、簡素な構造となり、コスト増を抑制できる。
【００１１】
請求項２に係る発明によれば、取水穴の直径が、発電装置の水車を通過可能な最大サイズの球体の直径以下に設定されているため、異物が例え取水穴を通過したとしても水車を通過可能であり、水車への詰まりが防止される。
【００１２】
請求項３に係る発明によれば、取水穴の間隔が、その直径を除去対象物の長さから減算した値に設定されているため、一つの除去対象物が複数の取水穴に跨って吸着されることがほぼなくなる。したがって、除去対象物の取水口への吸着力を低く抑えることができ、水路の流水によってさらに剥離されやすくなる。
【００１３】
請求項４に係る発明によれば、取水口で取水した水を異物除去タンク内に流入口から給水した後、導水口から発電装置に流すと、異物除去タンク内に入り込んだ異物は流入室側から流出室側に移動してスクリーンで流出室への進入が阻止される。そして、導水口を閉じて排出口を開くと、流入室の下部の排出口から排水されることになり、流出室側から流入室側に水の流れが生じてスクリーンに付着していた異物が剥離され、排出口から排出される。このように、異物除去タンク内にスクリーンを設けるとともに、流入口と開閉可能な導水口と開閉可能な排出口とを設けることでスクリーンを逆洗できることになるため、簡素な構造となり、コスト増を抑制できる。
【００１４】
請求項５に係る発明によれば、スクリーンが、鉛直方向に対して上側ほど流入室側に位置するように傾斜しているため、逆洗時に重力で異物が剥離しやすくなり、一層良好に逆洗できることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明に係る小規模水力発電装置の第１実施形態を図１〜図３を参照して以下に説明する。
【００１６】
図１は小規模水力発電装置１１を示す全体構成図であり、この小規模水力発電装置１１は、小川等の高低差を有する水路１２に設置される。小規模水力発電装置１１は、水路１２中に設置される取水口１３と、取水口１３に一端側が接続された取水口導水管１４と、この取水口導水管１４の他端側に接続されて取水口１３で取水した水から主として砂を沈降させて除去する沈砂タンク（異物除去タンク）１５と、沈砂タンク１５に一端側が接続された発電装置導水管（流路）１６と、この発電装置導水管１６の他端側に接続されこの発電装置導水管１６を介して導入された水の水力で発電する発電装置１７と、発電装置１７を通過後の水を水路１２に戻す排水管１８とを備えている。取水口１３よりも沈砂タンク１５が低位に設置され、沈砂タンク１５よりも発電装置１７が低位に設置されている。
【００１７】
発電装置１７は、図２に示すように、上記取水口導水管１４につなげられるケース２１と、取水口導水管１４を介してケース２１内に導入された水の水力で回転する水車本体２２とを有するクロスフロー水車（水車）２３および水車本体２２の回転で駆動される発電機２５を有する水力発電装置ユニット２６と、発電機２５で発電した電力を蓄えるバッテリ２７およびインバータを含むコントローラ２８を有するコントロールユニット２９とを備えている。
【００１８】
この小規模水力発電装置１１は、最大出力が１ｋｗ以下の小規模のものであり、商用電源のない場所での常用電源として用いることができるもので、例えば、農場用の電源、山小屋および周辺設備の照明および浄化槽用電源、無線中継基地用電源、工事現場用移動電源、獣害防止柵用電源として用いられるものである。
【００１９】
そして、第１実施形態では上記した取水口１３が、図３に示すように、円筒部３１と、円筒部３１の軸線方向の一端部を閉塞させる閉塞部３２と、円筒部３１の他端側に取り付けられる取付部３３とを有している。円筒部３１は、径方向に貫通する円形の取水穴３５が均等ピッチで多数形成された、いわゆるパンチングメタルを円筒状に湾曲させて形成されるものである。閉塞部３２は、この円筒部３１の軸線方向の一端部に嵌合される無孔円板状をなしている。取付部３３は、円筒部３１の軸線方向の一端部に嵌合される円環状の嵌合板３７と、この嵌合板３７の内周部から円筒部３１とは反対側に突出する取付口部３８とを有している。
【００２０】
取水穴３５の直径は、より詳しくは、クロスフロー水車２３を通過可能な最大サイズの球体の直径と同等（直径より小さくても可）に設定されており、この場合は、取水穴３５の径が１０ｍｍに設定されている。また、取水穴３５の配設ピッチ、つまり隣り合う取水穴３５同士の間隔は、取水穴３５の直径を除去対象物の長さから減算した値に設定されている。ここでは、除去対象物として統計上最も多かった長さが５０ｍｍの木の葉を想定しており、その結果、直径１０ｍｍの取水穴３５の配設ピッチは、穴径：ピッチが１：４となる４０ｍｍとなっている。
【００２１】
このような取水口１３は、取付口部３８において取水口導水管１４に取り付けられることになり、この状態で閉塞部３２を水路１２の流水方向上流側に指向させて設置されることになる。なお、取水口１３は、必要により水路１２に図示略の設置具を介して固定される。取水口１３は長くすればするほどメンテナンス周期を長くすることができる。また、取水口１３の材料を耐食性のあるものとしたり、あるいは取水口１３を塗装などの耐食処理を施すのが良い。
【００２２】
このような第１実施形態によれば、径方向に貫通する取水穴３５が多数形成された円筒部３１の一端側を閉塞部３２で閉塞してなる取水口１３は、上記のように、閉塞部３２を流水方向上流側に指向して水路１２に設置される。このように設置された取水口１３は、最も異物が流入しやすい流水方向上流側に指向する部分が閉塞部３２とされているため、この点で異物の流入が抑制される。また、取水口１３は、円筒部３１の取水穴３５で取水しその際に円筒部３１の取水穴３５以外の部分で異物の進入を阻止することになるが、この部分が水路１２の流水の方向に沿うため、進入が阻止された異物が水路１２の流水によって剥離されやすく、よって異物の円筒部３１への付着も抑制される。したがって、異物そのものの付着を水路１２の流水を利用して抑制するため、簡素な構造となり、コスト増を抑制できる。
【００２３】
また、取水穴３５の直径が、発電装置１７のクロスフロー水車２３を通過可能な最大サイズの球体の直径以下に設定されているため、異物が例え取水穴３５を通過したとしてもクロスフロー水車２３を通過可能であり、クロスフロー水車２３への詰まりが防止される。
【００２４】
さらに、取水穴３５の間隔が、その直径を除去対象物の長さから減算した値に設定されているため、一つの除去対象物が複数の取水穴３５に跨って吸着されることがほぼなくなる。したがって、除去対象物の取水口１３への吸着力を低く抑えることができ、水路１２の流水によってさらに剥離されやすくなる。
【００２５】
本発明に係る小規模水力発電装置の第２実施形態を図４〜図６を参照して第１実施形態との相違部分を中心に以下に説明する。なお、第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付しその説明は略す。
【００２６】
第２実施形態では、図４に示すように、第１実施形態の取水口１３は取り付けられておらず、単に水を取水口導水管１４に取水するための異物除去機能のない取水口４３が設けられている。そして、第２実施形態では、上記した沈砂タンク１５に換えてこれとは異なる沈砂タンク４５が設けられている。つまり、第２実施形態の沈砂タンク４５は、図５に示すように、取水口導水管１４に接続されることで取水口４３で取水した水を沈砂タンク４５の内部に流入させる流入口４６と、発電装置導水管１６に接続されることで沈砂タンク４５の内部の水を発電装置１７に送る導水口４７と、沈砂タンク４５の内部の水を水路１２に戻す排出口４８と、沈砂タンク４５の内部の水位が高くなると水を外に排出させるオーバーフロー口４９とを有している。
【００２７】
沈砂タンク４５は、直方体形状をなしており、一の側板５１の上部のこの側板５１と直交する側板５２側に側板５１に直交するように上記した流入口４６が設けられている。また、側板５１と対向する側板５３の下部の側板５２側に側板５３に直交するように上記した排出口４８が設けられている。さらに側板５２の上部にこの側板５２と直交するように上記したオーバーフロー口４９が設けられている。加えて、側板５２と対向する側板５４の下部にこの側板５４と直交するように導水口４７が設けられている。
【００２８】
そして、沈砂タンク４５内の流入口４６と導水口４７との間位置には、側板５１と側板５３とを側板５２，５４と平行に結ぶ無孔板状の仕切板５６と、この仕切板５６の上縁部から上方に延出して側板５１と側板５３とを結ぶ金網等のメッシュからなるスクリーン５７とが設けられている。このスクリーン５７は、鉛直に対し上部を側板５２側に近接させるように傾斜している。これら仕切板５６およびスクリーン５７によって、沈砂タンク４５内は、流入口４６側の流入室６０と導水口４７側の流出室６１とに区画されており、その結果、スクリーン５７は、鉛直方向に対して上側ほど流入室６０側に位置するように傾斜している。仕切板５６は流入室６０で沈降した主として土砂等からなる重量の重い異物の流出室６１への移動を規制することになり、スクリーン５７は、流入室６０で浮遊する主として木の葉等からなる重量の比較的軽い異物の流出室６１への移動を規制することになる。なお、上記した排出口４８は流入室６０の下部に設けられ、オーバーフロー口４９は流入室６０の上部に設けられている。
【００２９】
流入口４６には流入口４６を通過する水の流量を調整可能な流量調整弁６３が設けられており、導水口４７には導水口４７を開閉可能な開閉弁６４が設けられている。また、排出口４８には排出口４８を開閉可能な開閉弁６５が設けられており、オーバーフロー口４９は常開となっている。
【００３０】
このような沈砂タンク４５において、発電中は、図６（ａ）に示すように、導水口４７の開閉弁６４を開き且つ排出口４８の開閉弁６５を閉じた状態とされ、その結果、沈砂タンク４５内に流入口４６から給水された水を導水口４７から発電装置１７に流すことになる。その際に、沈砂タンク４５内に水とともに入り込んだ異物Ａは流入室６０側から流出室６１側に移動しようとすることになるが、仕切板５６およびスクリーン５７で流出室６１への進入が阻止されるため、異物が除去された状態の水が沈砂タンク４５から発電装置１７に流れることになる。
【００３１】
一方、適宜のタイミングでコントローラ２８に逆洗の操作を入力すると、コントローラ２８が、排出口４８の開閉弁６５を閉じたまま、導水口４７の開閉弁６４を閉じる。すると、沈砂タンク４５内の水の水位が上がることになる。そして、適宜のタイミングで開閉弁６５を開くとともに流量調整弁６３で流入口４６の流量を調整すると、排出口４８から沈砂タンク４５内の水が排出されるとともに、徐々に、沈砂タンク４５内の水の水位が下がることになり、流出室６１側から流入室６０側に水の流れが生じてスクリーン５７に付着していた異物が剥離され、排出口４８から外に排出される（つまり逆洗される）。このとき、図６（ｂ）に示すように、場合によってはスクリーン５７に付着していた異物Ａによるスクリーン５７の閉塞で流出室６１の水位が流入室６０の水位より高くなるが、この場合には流出室６１の水がより大きな力をスクリーン５７の異物Ａに加えることになって、これを剥離させる。しかも、スクリーン５７が、鉛直方向に対して上側ほど流入室６０側に位置するように傾斜しているため、逆洗時に重力で異物が剥離しやすくなり、一層良好に逆洗できることになる。
【００３２】
このように、第２実施形態では、沈砂タンク４５内にスクリーン５７を設けるとともに、流量調整可能な流入口４６と開閉可能な導水口４７と開閉可能な排出口４８とを設けることでスクリーン５７を逆洗できることになるため、簡素な構造となり、コスト増を抑制できる。
【００３３】
また、流入口４６による水の流入方向が沈砂タンク４５の内面に沿っているため、流入した水が沈砂タンク４５の内面に沿って渦巻き状になり、サイクロン効果で土砂等の異物を良好に沈降させることができる。
【００３４】
なお、第１実施形態の取水口１３および第２実施形態の沈砂タンク４５の両方を設けることも勿論可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る小規模水力発電装置の第１実施形態の全体構成を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る小規模水力発電装置の第１実施形態の発電装置を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る小規模水力発電装置の第１実施形態の取水口を示す斜視図である。
【図４】本発明に係る小規模水力発電装置の第２実施形態の全体構成を示す斜視図である。
【図５】本発明に係る小規模水力発電装置の第２実施形態の沈砂タンクを示す透過斜視図である。
【図６】本発明に係る小規模水力発電装置の第２実施形態の沈砂タンクを示す側断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１１  小規模水力発電装置
１２  水路
１３  取水口
１５  沈砂タンク（異物除去タンク）
１６  発電装置導水管（流路）
１７  発電装置
２３  クロスフロー水車（水車）
３１  円筒部
３２  閉塞部
３５  取水穴
４６  流入口
４７  導水口
４８  排出口
５７  スクリーン
６０  流入室
６１  流出室
【図１】
0004720511.tif 000002
【図２】
0004720511.tif 000003
【図３】
0004720511.tif 000004
【図４】
0004720511.tif 000005
【図５】
0004720511.tif 000006
【図６】
0004720511.tif 000007