(57)【要約】【課題】設置および撤去を容易に行うことができる水力発電装置を提供すること。【解決手段】河川に流れる水を堰き止める袋状の堰体と、堰体より河川の上流側の水を堰体より河川の下流側に送る送水路と、堰体より河川の下流側に、且つ送水路より低い位置に配設された発電装置と、送水路からの水を発電装置に導く導水路と、を有する、水力発電装置である。これにより、設置および撤去を容易に行うことができる。したがって、本発明によれば、必要とされる場所において、必要な時期のみ水力発電装置を配設して、水力発電を行うことができる。【選択図】図１
2013155480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
河川に流れる水を堰き止める袋状の堰体と、
前記堰体より前記河川の上流側の水を前記堰体より前記河川の下流側に送る送水路と、
前記堰体より前記河川の下流側に、且つ前記送水路より低い位置に配設された発電装置と、
前記送水路からの水を前記発電装置に導く導水路と、
を有する、水力発電装置。
【請求項２】
前記送水路は、前記堰体を貫通する管であり、
前記導水路は、前記送水路の下流端と前記発電装置の水の流入口を接続する管である、
請求項１に記載の水力発電装置。
【請求項３】
前記送水路は、前記堰体の上面に形成された溝であり、
前記導水路は、スロープ状に形成されている、
請求項１に記載の水力発電装置。
【請求項４】
前記堰体は、内部に気体または液体を入れることで膨張して、前記河川を堰き止める、請求項１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、小水力を利用して発電する水力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、発電方法として、原子力発電、火力発電、地熱発電、風力発電、太陽熱発電、水力発電などが知られている。そして、水力発電は、水が落下する際のエネルギーを利用している。
【０００３】
このような水力発電では、まず、水流を堰き止めてダムを築き、人工湖を造って水位を上昇させる。そして、重力によって水が高い所から低い所に落ちる際に生じるエネルギーを利用して、発電装置を駆動させることで発電する。水位を上昇させるためのダムは、一般的に河川が流れる山間部にコンクリートを打設して、河川を堰き止めることで築かれている（例えは、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−０１７０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ダムなどの大規模な水力発電設備は、コンクリートなどを山間部に打設する必要があるため、容易に設置および撤去することができないという問題があった。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、小水力を利用して発電する水力発電装置であって、設置および撤去を容易に行うことができる水力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】
本発明者らは、コンクリートなどにより堰提を築く代わりに、袋状の堰体を膨張させて河川を堰き止めることでも発電できることを見出し、さらに検討を加えて本発明を完成させた。
【０００８】
すなわち、本発明は、以下の水力発電装置に関する。
［１］河川に流れる水を堰き止める袋状の堰体と、前記堰体より前記河川の上流側の水を前記堰体より前記河川の下流側に送る送水路と、前記堰体より前記河川の下流側に、且つ前記送水路より低い位置に配設された発電装置と、前記送水路からの水を前記発電装置に導く導水路と、を有する、水力発電装置。
［２］前記送水路は、前記堰体を貫通する管であり、前記導水路は、前記送水路の下流端と前記発電装置の水の流入口を接続する管である、［１］に記載の水力発電装置。
［３］前記送水路は、前記堰体の上面に形成された溝であり、前記導水路は、スロープ状に形成されている、［１］に記載の水力発電装置。
［４］前記堰体は、内部に気体または液体を入れることで膨張して、前記河川を堰き止める、［１］〜［３］のいずれか一項に記載の水力発電装置。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の水力発電装置は、設置および撤去を容易に行うことができる。したがって、必要とされる場所において、必要な時期のみ水力発電装置を配設して、水力発電を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１に係る水力発電装置の模式図である。
【図２】実施の形態２に係る水力発電装置の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る水力発電装置について説明する。本発明に係る水力発電装置は、１０００ｋｗ未満の小水力発電を行うものであり、たとえば、大規模停電が起きて、電気が復旧しない地域などで、簡易的な発電所として機能し、周囲の住居に電気を供給することができるものである。以下の実施の形態では、河川に設置する場合について説明するが、水が流れている流路に対して応用することができる。流路の例には、一般河川や、砂防ダム、農業用水、上水道、下水道、工場循環水、工業用水などが含まれる。
【００１２】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る水力発電装置の模式図である。図１に示されるように、本実施の形態の水力発電装置１００は、河川に流れる水を堰き止める袋状の堰体１１０と、堰体１１０より河川の上流側の水を堰体１１０より河川の下流側に送る送水路１２０と、堰体１１０より河川の下流側に設けられた発電装置１３０と、送水路１２０からの水を発電装置１３０に導く導水路１４０と、を有している。この水力発電装置１００は、河川を堰き止めて、水位を上昇させ、水の落差により発電を行う。
【００１３】
堰体１１０は、河川を堰き止めて、水位を上昇させる。堰体１１０は、袋状に形成されており、内部に空気を入れる空気穴１１１が形成されている。堰体１１０の上流側の面には、送水路１２０の上流端口１２１（取水口）が形成されている。また、堰体１１０の下流側の面には、送水路１２０の下流端口１２２が形成されている。
【００１４】
堰体１１０は、空気穴１１１を介して内部に空気を入れることによって膨張して堰として機能する。逆に、堰体１１０は、空気穴を介して内部から空気を抜き出すことによって収縮する。空気穴１１１が形成される位置は、特に限定されないが、堰体１１０の幅方向の端部に形成されていることが好ましい。これにより、川岸から簡単に堰体１１０の内部に空気を送り込むことができる。
【００１５】
空気穴１１１の数は、特に限定されず、幅方向の一方の端部に一つ形成されていてもよいし、幅方向の両端部に一つずつ形成されていてもよい。また、幅方向の両端部に複数個ずつ形成されていてもよい。なお、図１には、空気穴１１１が幅方向の一方の端部に一つ形成されているものを図示している。空気穴１１１が数多く形成されていれば、堰体１１０を設置および撤去する時間を短縮することができる。
【００１６】
堰体１１０へ空気を入れる方法は、特に限定されない。空気を入れる方法の例には、ブロアーにより空気を入れる方法や、ポンプにより空気を入れる方法などが含まれる。これにより、堰体１１０を単純な装置で膨張させることができ、簡単に河川に堰を設けることができる。
【００１７】
堰体１１０に入れる空気の量は、特に限定されない。大量に堰体１１０内に空気を入れれば、水の貯留量を増やすことができ、結果的に、発電量を増やすことができる。逆に、空気の量を少なくすれば、水の貯留量が減るため、発電量を抑えることができる。すなわち、堰体１１０の内部の空気量を調整することによって、発電量を調整することができる。
【００１８】
堰体１１０から空気を抜く方法は、特に限定されず、空気穴１１１を開放する方法や、吸引ポンプにより吸引する方法が含まれる。また、空気穴１１１の開放および吸引ポンプによる吸引を併用してもよい。空気穴１１１を開放すると、河川の水が堰体１１０を押し潰すように流れるため、堰体１１０から空気を効率よく抜くことができる。また、吸引ポンプによる吸引を併用することで、堰体１１０の内部から完全に空気を抜くことができる。撤去する際も、チェーンブロックなどで吊り上げるようにすれば、簡単に河川から撤去することができる。
【００１９】
膨張した堰体１１０の形状は、特に限定されず、設置される河川の形状に合わせて適宜設計することができる。たとえば、図１に示すように、河川の幅方向の断面形状が台形状であった場合、膨張した堰体１１０の形状を台形柱状となるように形成すればよい。また、特に図示しないが、河川の幅方向の断面形状が半円状であった場合、膨張した堰体１１０の形状を半円柱状となるように形成すればよい。
【００２０】
堰体１１０の水の流れ方向の長さは、河川を堰き止めることができれば特に限定されない。長さは、河川の水の流量や流速に応じて、適宜設定することができる。
【００２１】
堰体１１０の断面積は、河川の断面積より大きく形成されていることが好ましい。堰体１１０の断面積が河川の断面積より大きく形成されていれば、堰体１１０が河川の形状より大きくなる。したがって、堰体１１０の内部に空気を入れると、堰体１１０は河川の底面および側面を押し付けるように膨張する。これにより、堰体１１０を杭などで固定することなく、河川を堰き止めることができる。
【００２２】
また、堰体１１０の内部の底面には、水の流れ方向に並んで重り（図示省略）が入っていてもよい。重りがあることで、堰体１１０の設置時に、堰体１１０が水面に水没するため、適切に堰体１１０を膨張させ、河川を堰き止めることができる。また、撤去の際に堰体１１０が河川の水によって流されることがない。一方、重りがない場合、設置する際に堰体１１０が河川に浮いてしまい、適切に設置できないおそれがある。
【００２３】
堰体１１０の素材は特に限定されないが、耐久性および耐衝撃性の観点から、ゴム引布で構成されていることが好ましい。ゴム引布は、ゴムと基布を有している。ゴムの素材は、特に限定されず、クロロプレン系ゴム、ＥＰＤＭエラストマー、ポリウレタンなどが含まれる。また、基布の素材は、特に限定されず、綿織布、ナイロン平織布、ポリエステル平織布などが含まれる。さらにゴム引布の厚みおよびプライ数は、特に限定されず、厚みは２〜１５ｍｍ程度であればよく、プライ数は１〜３程度であればよい。
【００２４】
送水路１２０は、堰体１１０より河川の上流側の水を河川の下流側に送る。送水路１２０は、上流端口１２１が堰体１１０の上流側の面に形成されており、下流端口１２２が堰体１１０の下流側の面に形成されている。すなわち、送水路１２０は、水の流れ方向に堰体１１０を貫通して形成されている。送水路１２０の下流端口１２２は、第１接続ジョイント１２３を介して導水路１４０の上流口１４１と接続されている。
【００２５】
送水路１２０の上流端口１２１と下流端口１２２の高さ位置は、特に限定されないが、下流端口１２２が上流端口１２１より低く配置されていることが好ましい。下流端口１２２が上流端口１２１より低く配置されている場合、水の流速を速めることができる。これにより発電効率を高めることが可能となる。一方、下流端口１２２が上流端口１２１より高く配置されている場合、水の流速を遅くすることになってしまい、発電効率が低くなってしまう。
【００２６】
堰体１１０における送水路１２０の上流端口１２１および下流端口１２２の位置は、特に限定されないが。たとえば、上流端口１２１および下流端口１２２の中心位置は、堰体１１０の高さを「１」とした場合に、下端部から３／４程度の位置でればよい。これにより、例えば、洪水などで河川に材木などが流れてきた場合であっても、発電装置１３０には、水しか流れ込まないため、発電装置１３０が故障することがない。
【００２７】
送水路１２０の径は、発電することができる水量を、上流側から下流側に送ることができれば、特に限定されない。送水路１２０の径は、上流端口１２１から下流端口１２２まで同一の太さでもよいし、上流端口１２１の径が下流端口１２２の径より小さくてもよいし、下流端口１２２の径が上流端口１２１の径より小さくてもよい。また、送水路１２０の径は、河川の水量や流速によって、適宜設計することができる。
【００２８】
発電装置１３０は、水力を電力に変換する。発電装置１３０は、堰体１１０より河川の下流側に設けられ、且つ送水路１２０より低い位置に配設されている。発電装置１３０の種類は、水力により発電することができるものであれば、特に限定されない。発電装置１３０は、タービンと、タービンに接続された発電機とを有しているものが含まれる。このような発電装置１３０の種類の例には、フランシス型、プロペラ型、チューブラ型、ペルトン型、ターゴ型、クロスフリー型、開放ホイール型などが含まれる。このように、発電装置１３０は、送水路１２０より低い位置に配設されているため、河川が渇水して発電装置１３０に送られる水量が少なくても、水の落差により発電量の減少を最小限にとどめることができる。なお、発電装置１３０は、漏電防止の観点から、支持台１３１により支持されている。
【００２９】
発電装置１３０の流入口１３２は、第２接続ジョイント１３３を介して導水路１４０の下流口１４２に接続されている。前述したような発電装置１３０の場合、導水路１４０の下流口１４２は、タービンに接続されている。
【００３０】
導水路１４０は、送水路１２０からの水を発電装置１３０に導く。導水路１４０は、送水路１２０の下流端口１２２と発電装置１３０の流入口１３２をつないでいる。導水路１４０の上流口１４１と、送水路１２０の下流端口１２２は、第１接続ジョイント１２３を介して接続されている。また、前述のように、導水路１４０の下流口１４２と、発電装置１３０の流入口１３２は、第２接続ジョイント１３３を介して接続されている。これにより、水力発電装置１００を簡単に組み立てることができると共に、発電装置１３０に送られる水のロスをなくすことができる。
【００３１】
導水路１４０の上流口１４１および下流口１４２は、同一形状に形成されている。すなわち、送水路１２０の下流端口１２２および発電装置１３０の流入口１３２は、同一形状に形成されている。これにより、水力発電装置１００を組み立てる際に、導水路１４０の接続方向を間違えることがない。
【００３２】
導水路１４０の素材は特に限定されないが、耐久性および耐衝撃性の観点から、ゴム引布で構成されていることが好ましい。ゴム引布は、ゴムと基布を有している。ゴムの素材は、特に限定されず、クロロプレン系ゴム、ＥＰＤＭエラストマー、ポリウレタンなどが含まれる。また、基布の素材は、特に限定されず、綿織布、ナイロン平織布、ポリエステル平織布などが含まれる。さらにゴム引布の厚みおよびプライ数は、特に限定されず、厚みは２〜１５ｍｍ程度であればよく、プライ数は１〜３程度であればよい。
【００３３】
なお、前述したように、堰体１１０および導水路１４０の素材は、同じであるため、送水路１２０の下流端口１２２および導水路１４０の上流口１４１が接着されていてもよい。すなわち、堰体１１０および導水路１４０が一体に形成されていてもよい。これにより、さらに水力発電装置１００を簡単に組み立てることができると共に、水力発電装置１００の構成要素を減らすことができる。
【００３４】
以上のように、本実施の形態の水力発電装置は、１）簡単に河川を堰き止めることができると共に、２）容易に設置および撤去を行うことができる。また、３）必要とされる場所において、必要な時期のみ水力発電装置を配設して、水力発電を行うことができる。
【００３５】
（実施の形態２）
次に、図２を参照して、本発明の実施の形態２に係る水力発電装置２００について説明する。なお、図１に示される実施の形態１の水力発電装置１００と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３６】
図２に示されるように、本実施の形態の水力発電装置２００は、堰体２１０、送水路２２０と、発電装置１３０と、導水路２４０と、を有している。
【００３７】
送水路２２０は、水の流れ方向に堰体２１０の上面に溝状に形成されている。送水路２２０の上流端口１２１は、堰体２１０の上面の上流側に形成されている。一方、送水路２２０の下流端口１２２は、堰体２１０の上面の下流側に形成されている。
【００３８】
送水路２２０は、堰体２１０より上流側の水を下流側に送る。送水路２２０の断面形状は、水を上流側から下流側に送ることができれば、特に限定されない。送水路２２０の断面形状の例には、半円形状、Ｖ字形状、矩形状などが含まれる。送水路２２０の断面形状は、堰体２１０の製造容易性の観点から、半円形状またはＶ字形状であることが好ましい。
【００３９】
導水路２４０は、スロープ状に形成されており、支柱２２１により川底に固定されている。導水路２４０を設置する位置は、送水路２２０からの水を受け、発電装置１３０に導くことができれば、特に限定されない。たとえば、導水路２４０の上流口１４１は、送水路２２０の下流端口１２２より低く設置されている。これにより、送水路２２０からの水を確実に受けとることができ、発電装置１３０に送ることができる。
【００４０】
導水路２４０の素材は、特に限定されないが、耐久性の観点から、ステンレスなどの耐腐食性の金属であることが好ましい。また、特に図示しないが、導水路２４０と発電装置１３０を一体に形成してもよい。具体的には、導水路２４０と発電装置１３０を同一の固定板に固定することで、水力発電装置２００の構成要素を減らすことができる。また、水力発電装置２００の設置および撤去を簡単に行うことができる。
【００４１】
なお、前述の実施の形態において、堰体１１０（２１０）は、空気を入れて膨張させるものを示した。しかし、堰体１１０（２１０）に入れるものは、堰体１１０（２１０）を膨張させることができれば、特に限定されない。たとえば、空気以外の気体や、水などの液体を入れることができる。
【００４２】
また、送水路１２０（２２０）および導水路１４０（２４０）を兼用してもよい。具体的には、堰体１１０（２１０）の上流側の面の上方に上流端口１２１（１４１）を形成し、堰体１１０（２１０）の下流側の面の下方に下流端口１２２（１４２）を形成する。そして、下流端口１２２（１４２）を発電装置１３０の流入口１３２に接続する。これにより、装置の構成要素を減らすことができる。
【００４３】
以上のように、本発明の水力発電装置は、簡易的に水力発電を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の水力発電装置は、河川などの水の流路に簡単に設置することができると共に、撤去することができるため、小水力発電として有用である。たとえば、大規模停電が起きて、電気が復旧しない地域などで、簡易的な発電所として機能する。発電量が１０００ｋＷ未満であれば、そのまま電柱の配線に流すことができ、周囲の住居に電気を供給することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１００，２００  水力発電装置
１１０，２１０  堰体
１２０，２２０  送水路
１３０  発電装置
１４０，２４０  導水路
【図１】
2013155480.tif 000003
【図２】
2013155480.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成24年4月25日(2012.4.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に気体または液体を入れることで膨張して、河川に流れる水を堰き止める袋状の堰体と、
前記堰体より前記河川の上流側の水を前記堰体より前記河川の下流側に送る送水路と、
前記堰体より前記河川の下流側に、且つ前記送水路より低い位置に配設された発電装置と、
前記送水路からの水を前記発電装置に導く導水路と、を有し、
前記河川の幅方向の前記堰体の断面積は、前記河川の幅方向の前記河川の断面積より大きく形成されている、
水力発電装置。
【請求項２】
前記送水路は、前記堰体を貫通する管であり、
前記導水路は、前記送水路の下流端と前記発電装置の水の流入口を接続する管である、
請求項１に記載の水力発電装置。
【請求項３】
前記送水路は、前記堰体の上面に形成された溝であり、
前記導水路は、スロープ状に形成されている、
請求項１に記載の水力発電装置。
【請求項４】
前記堰体は、膨張して前記河川の底面および側面を押し付けることで前記河川に固定される、請求項１に記載の水力発電装置。
【手続補正書】
【提出日】平成24年8月9日(2012.8.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に気体または液体を入れることで膨張して、河川に流れる水を堰き止める袋状の堰体と、
前記堰体より前記河川の上流側の水を前記堰体より前記河川の下流側に送る送水路と、
前記堰体より前記河川の下流側に、且つ前記送水路より低い位置に配設された発電装置と、
前記送水路からの水を前記発電装置に導く導水路と、を有し、
前記堰体が膨張している状態のとき、前記堰体の幅寸法は、前記河川の幅寸法より大きく、かつ前記河川の幅方向の前記堰体の断面積は、前記河川の幅方向の前記河川の断面積より大きく、
前記堰体は、膨張して前記河川の底面および側面を押し付けることで、固定具を使用することなく前記河川に固定される、
水力発電装置。
【請求項２】
前記送水路は、前記堰体を貫通する管であり、
前記導水路は、前記送水路の下流端と前記発電装置の水の流入口を接続する管である、
請求項１に記載の水力発電装置。
【請求項３】
前記送水路は、前記堰体の上面に形成された溝であり、
前記導水路は、スロープ状に形成されている、
請求項１に記載の水力発電装置。