(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水路の流れをせき止める上流側の固定壁とその下流に配置した下流側の固定壁と上面壁とによって空気室を形成し、前記空気室の上面壁には空気室内の空気の出入りによって発電する空気タービン発電機を備え、また前記上流側の固定壁と下流側の固定壁の夫々に少なくとも二つの開口を設け、各開口の一方の開口には開口を開閉する平板型ゲートを設け、さらに、他方の開口には鉛直方向に設置された円筒およびこの円筒内に回転可能に設けた回転体からなる回転型ゲートを設け、前記平板型ゲートを前記回転型ゲートを開閉する動力源として用い前記平板型ゲートと回転型ゲートとをリンク機構を介して同期して開閉させることを特徴とする複合型ゲートを備えた空気タービン発電装置。
【請求項２】
水路の流れをせき止める上流側の固定壁とその下流に配置した下流側の固定壁とによって空気室を形成し、前記空気室の上面壁には空気室内の空気の出入りによって発電する空気タービン発電機を備え、前記空気室の上流側固定壁および下流側固定壁の夫々に少なくとも三つの開口を設け、その内の一つの開口には鉛直方向に設置された円筒およびこの円筒内に回転可能に設けた回転体からなる回転型ゲートを設け、その他の開口には開口を開閉する平板型ゲートを設け、前記平板型ゲートを前記回転型ゲートを開閉する動力源として用い前記平板型ゲートと回転型ゲートとをリンク機構を介して同期して開閉させることを特徴とする複合型ゲートを備えた空気タービン発電装置。
【請求項３】
前記平板型ゲートはバランスウエイトと空気室内外の水圧とのバランスによりゲートを開閉することを特徴とする請求項１または２に記載の複合型ゲートを備えた空気タービン発電装置。
【請求項４】
前記請求項１〜請求項３のいずれかに記載の複合型ゲートを備えた空気タービン発電装置を複数連結して構成したことを特徴とする空気タービン発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、現在利用されていない河川や農業用水路等の通常の極低落差の水流を利用しながら発電できる空気タービン発電装置に関するものであり、特に河川魚との共棲が可能な極低落差複合型ゲートを備えた空気タービン発電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、低落差水力発電システムとしては、小型水車を用いるものが利用されているが、このシステムは水流をせき止めて生じる落差を利用するため、魚等の生物環境に与える影響が大きく広範囲での適用は不向きである。
また、水位の高さの変動を利用して発電する平板型ゲートを備えた空気タービン発電装置も良く知られている。この平板型ゲートを備えた発電装置の概略を図面を参照しながら簡単に説明しておくと、図７は同発電装置の概略構成図であり、この発電装置は低落差を有する河川等に配置される。
【０００３】
図中、１０１は川の上流と下流をせき止めた固定壁１０２、１０３の間に形成した密閉された空気室であり、この空気室１０１は空気室への流入側に設けた平板型ゲート１０４を介して上流側と、また空気室からの流出側に設けた平板型ゲート１０５を介して下流側と連通可能に構成されており、各ゲート１０４、１０５は同じ構造からなる開閉機構を備えている。空気室１０１の上面壁１０６にはダクト１０７が配置され、さらにこのダクト１０７内にはダクト１０６を通って空気室１０１へ流出入する空気の作用によって発電する空気タービン発電機１０７Ａが取付られている。
【０００４】
ここで、上記平板型ゲート１０４、１０５の開閉機構について詳述しておくと、図８は固定壁１０３に配置した平板型ゲート１０５の開閉機構の斜視図、図９は平板型ゲート１０５が閉じた状態の側面図、図１０は平板型ゲート１０５が開いた状態の側面図である。なお固定壁１０２に設ける平板型ゲート１０４の開閉機構は同じであるので、ここでは下流側の固定壁１０３に取付けた状態の平板型ゲート１０５を中心に説明する。
【０００５】
流れをせき止めた固定壁１０３には開口部１０８が形成され、この開口部１０８の下流側であって、かつ開口部１０８の上方には、平板型ゲート１０５を構成する稼働平板１０９がヒンジ１０３ａによって固定壁１０３に揺動自在に取付けられており、この稼働平板１０９の揺動作動によって開口部１０８が開閉される構成となっている。稼働平板１０９には下流方向に向けて支持部材１１０が取付けられ、さらに支持部材１１０の先端には上方に向けてバー１１１が取付られ、さらにバー１１１の先端にはバランスウエイト１１２が取付けられている。
【０００６】
平板型ゲート１０５の開閉操作はバランスウエイト１１２の与える閉じる方向のモ−メント、およびゲート上流側下流側の落差Ｈの与える、開く方向のモ−メントの釣合いにより制御される。バランスウエイト１１２によるモ−メントが大きく稼働平板１０９が閉じている場合、平板型ゲート上流側の水位は水の流入により上昇する。水圧差による開く方向のモーメントがバランスウエイト１１２のモーメントを越えると平板型ゲート１０５が開き水は上流側から下流側に流れる。このため、上流側の水位が減少し、水圧差Ｈによるゲート１０５を開く方向のモ−メントが低下する。バランスウエイト１１２による平板型ゲート１０５を閉じる方向のモーメントが、水圧差によるモーメントを越えると平板型ゲート１０５が閉じる。平板型ゲート１０５はこのようなゲート操作を繰り返し上流側水位の上下運動を生じさせる。
【０００７】
上記平板型ゲート１０５を使用した発電システムの作用について簡単に説明すると、図１１（ａ）に示すように、上流側下流側落差およびバランスウエイト１１２との関係で流入側の平板型ゲート１０４が閉じた状態で、流出側の平板型ゲート１０５が開くと空気室１０１内の水が下流側水位にまで流出する。この流出によって空気室１０１の容積が増大することで空気が空気タービン発電機１０７を回転させながら室内に吸引され、これによって発電が行われる。
【０００８】
また、空気室１０１の水位が下流側水位にまで達すると、今度は上流側下流側水圧差およびバランスウエイト１１２との関係で図１１（ｂ）に示すように、流出側の平板型ゲート１０５が閉じ、流入側の平板型ゲート１０４が開く。これにより空気室１０１内には平板型ゲート１０４から上流側水位になるまで水が流入し、この時の空気室１０１の容積の縮小によって室内の空気が空気タービン発電機１０７Ａを回転させながら室外に流出し発電が行われる。
【０００９】
以上のように平板型ゲートを備えた空気タービン発電装置は、平板型ゲート１０４、１０５の開閉によって空気室１０１の水位を上下往復運動させ、空気室１０１の上面壁１０６に設けたダクト１０７内に往復振動流を発生させ、この振動流によってダクト１０７内に設置された空気タービン１０７Ａを回し発電する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような平板型ゲートを備えた空気タービン発電装置は、平板型ゲートが下流方向に開くため魚を怖がらせる欠点があり、河川魚との共存が十分でないという問題がある。
そこで、本発明は、空気室に設けるゲートに、前述した平板型ゲートと回転ドアに似たシリンダ形状をした回転型ゲートとを採用し、平板型ゲートの開閉モ−メントを動力源として回転型ゲートを開閉する複合型ゲートを備えた空気タービン発電装置を提供することにより、上記のような問題点を解決することを目的とする。
複合型ゲートは、回転型ゲートの隣に１つ、あるいは左右に１個ずつ平板型ゲートを配置し、平板型ゲートの開閉動作に同期して回転型ゲートの回転を行わせるようになっている。
【００１１】
このため本発明が採用した技術解決手段は、
水路の流れをせき止める上流側の固定壁とその下流に配置した下流側の固定壁と上面壁とによって空気室を形成し、前記空気室の上面壁には空気室内の空気の出入りによって発電する空気タービン発電機を備え、また前記上流側の固定壁と下流側の固定壁の夫々に少なくとも二つの開口を設け、各開口の一方の開口には開口を開閉する平板型ゲートを設け、さらに、他方の開口には鉛直方向に設置された円筒およびこの円筒内に回転可能に設けた回転体からなる回転型ゲートを設け、前記平板型ゲートを前記回転型ゲートを開閉する動力源として用い前記平板型ゲートと回転型ゲートとをリンク機構を介して同期して開閉させることを特徴とする複合型ゲートを備えた空気タービン発電装置である。
また、水路の流れをせき止める上流側の固定壁とその下流に配置した下流側の固定壁とによって空気室を形成し、前記空気室の上面壁には空気室内の空気の出入りによって発電する空気タービン発電機を備え、前記空気室の上流側固定壁および下流側固定壁の夫々に少なくとも三つの開口を設け、その内の一つの開口には鉛直方向に設置された円筒およびこの円筒内に回転可能に設けた回転体からなる回転型ゲートを設け、その他の開口には開口を開閉する平板型ゲートを設け、前記平板型ゲートを前記回転型ゲートを開閉する動力源として用い前記平板型ゲートと回転型ゲートとをリンク機構を介して同期して開閉させることを特徴とする複合型ゲートを備えた空気タービン発電装置。
また、前記平板型ゲートはバランスウエイトと空気室内外の水圧とのバランスによりゲートを開閉することを特徴とする複合型ゲートを備えた空気タービン発電装置である。
また、前記に記載の複合型ゲートを備えた空気タービン発電装置を複数連結して構成したことを特徴とする空気タービン発電装置である。
【００１２】
【実施形態】
本発明に係る複合型ゲートの構成を説明すると、図１は第１実施形態に係る複合型ゲートの斜視図、図２は回転型ゲートが閉じた状態の側面図および平面図、図３は回転型ゲートが開いた状態の側面図および平面図である。
図において、１は河川等に設けた固定壁２（３）によって区画された空気室であり、この空気室１の上面壁６の適宜位置には従来の発電装置と同様に発電用空気タービン発電機７Ａを備えたダクト７が配置されている。また、空気室１の上流側固定壁（不図示）、および下流側固定壁３には後述する複合型ゲートがそれぞれ配置されている。なお、上流側固定壁および下流側固定壁に設ける複合型ゲートは同じ構成であるため、ここでは下流側固定壁３に設けた複合型ゲートについて説明する。
【００１３】
空気室１を区画する固定壁３には、二つの開口１５、１６が形成され、一方の開口１５には稼働平板９、支持部材１０、バー１１、バランスウエイト１２を備えた、前述した平板型ゲート１０５と同じ機構からなる動力源としての平板型ゲート５が設けられている。また他方の開口１６には、図２に示すように上流側、下流側をせき止めることができる回転型ゲートＳが回転自在に設けられている。
【００１４】
回転型ゲートＳは、鉛直方向に設置された円筒１７（図２参照）およびこの円筒１７内に液密状態で回転可能な回転体１８から構成され、円筒１７および回転体１８には上流側、下流側を連通する通路１７ａ、１９が形成されている。回転体１８はその回転中心が図２に示すように固定壁３と同じ位置となるように設けてあるが、必要に応じて固定壁に対してずらして設けることができるが、この場合には固定壁との間の隙間を無くすための壁面が必要となる。要は、回転体１８によって固定壁側に形成した開口１６を確実に塞ぐことができる構成とすることが重要である。
【００１５】
図１において回転体１８の上面には第１連結棒２０が固定して取付けられ、この第１連結棒２０の端部にはユニバーサルジョイント２１を介して第２連結棒２２が連結され、さらに第２連結棒２２の端部にはユニバーサルジョイント２３を介して平板型ゲート５のバー１１が連結されている。なお、第１連結棒２０は後述する平板型ゲートの開閉動作によって回転体１８に回転力を与えることができるものであれば、回転体１８の何処にとりつけてもよいが、最大の回転力を与える位置を選定して取り付けることが望ましい。
【００１６】
上記構成からなる複合型ゲートでは、平板型ゲート５が前述した態様で開閉を繰り返すと、その動きに連動同期して回転体１８が第１連結棒２０の作用によって正転・逆転し、これによって回転型ゲートＳが開閉する。このように回転型ゲートＳは、回転軸を中心に回転体１８を回転させることで通路１７ａ、１９を開閉することができ、この結果、ゲート開放時に魚を怖がらせることなく、通過を容易にさせることができる。
【００１７】
次に本発明に係る第２実施形態の複合型ゲートの構成を説明すると、図４は第２実施形態に係る複合型ゲートの斜視図である。第１実施形態と同じ部材には同じ符号を使用する。
この形態は、流路断面積の増加を図るために固定壁の中央部に第１実施形態と同様の構成からなる回転型ゲートＳを配置し、さらにその両側に第１実施形態と同様の構成からなる動力源としての２つの平板型ゲート５、５を配置して構成されている。これら平板型ゲート５、５のバー１１の先端には共通のバランスウエイト１２ａが取付けられ、平板型ゲート５、５に対してこのバランスウエイト１２ａの与える閉じる方向のモ−メント、およびゲート上流側下流側の水圧差Ｈの与える開く方向のモ−メントとの釣合いにより平板型ゲートの開閉が制御される。
【００１８】
平板型ゲート５、５の何れか一方側のバー１１（本例では図中右側）には第１実施形態と同様に、連結棒２０、２２、ユニバーサルジョイント２１からなるリンク機構を介して回転体１８が連結されている。このため、左右の平板型ゲート５が前述した態様で開閉を繰り返すと、その動きに連動して回転体１８がリンク機構の作用によって正転・逆転し、これによって回転型ゲートＳが開閉する。この連動バランスウエイト型は、２つの平板型ゲート５、５を共通のバランスウエイト１２ａにより結合する構成となっているため、回転型ゲートＳを開閉させるリンク機構を一方の平板型ゲートに取り付けるだけでよく、部品点数が少なくなるという利点を持つ。
【００１９】
つづいて、図５を参照して第３実施形態について説明する。
第３実施形態は第２実施形態の変形例であり、回転型ゲートＳの両側には平板型ゲート５、５が配置されており、図中右方の平板型ゲート５のバー１１と回転体１８とは連結棒２０ａ、２２ａ、ユニバーサルジョイント２１ａ、２３ａからなるリンク機構によって連結されており、また、図中左方の動力源としての平板型ゲート５のバー１１と回転体１８とは連結棒２０ａ、２２ａ、ユニバーサルジョイント２１ａ、２３ａからなるリンク機構およびベルクランク機構２４によって連結されており、また、各平板型ゲート５、５のバランスウエイト１２、１２は独立した構成となっている。この形態ではベルクランク２４を用いて方向変換を行っているため、左右の平板型ゲートの開閉力を回転体に効率良く伝達でき、よりスム−ズな回転型ゲートの開閉操作が可能になる。
【００２０】
図６に上記各実施形態に係る複合型ゲートを備えた空気タービン発電装置の設置状況図を示す。図に示すものは発電装置を３つ直列に連結したものであり、それぞれの発電機により上述した態様で発電することが可能であり、このように複数の発電装置を連結しても、確実に発電装置内に魚道を確保することができ、環境に良い発電装置とすることができる。
なお、上記各実施形態のように平板型ゲートおよび回転型ゲートの２種類のゲートを用いる場合、平板型ゲート単独に比べ流路断面積が増加し、水位変化運動が効果的に行えることが判明している。
【００２１】
以上本発明に係わる実施形態について説明したが、河川等に設ける発電装置の数は設置場所に応じて１個から複数個まで増やすことができる。また平板型ゲートと回転型ゲートの連結構造は、平板型ゲートの開閉によって連動して回転型ゲートが開閉するものであれば、種々の機構を採用することができる。また、平板型ゲートと回転型ゲートとはリンク機構、ベルクランク機構等によって連動させているが、平板型ゲートの開閉を検知して回転型ゲートを電気的に開閉することも可能である。
また、本発明はその精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいかなる形でも実施できる。そのため、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず限定的に解釈してはならない。
【００２２】
【発明の効果】
以上詳細に説明した通り本発明によれば、
複合型ゲート装置を使用した発電装置は、低落差河川に設置し発電を行うことができる。また、複合型ゲートの開閉操作により、ゲート上流側に水位変化を生じさせ、密閉空気室内部の空気の排出吸入を行うことで、空気タービン発電機を作動して発電をすることができる。また、ゲート開閉による水位上下運動を発電に利用するため、魚等の水生生物を通過させることが可能である。即ち、生物環境に与える影響が小さい特徴をもつ。複合型ゲート装置を使用した発電装置は河川魚との共棲が可能で、数センチから数十センチという極低落差が利用できるので、これまで未利用の全水力エネルギ−ポテンシャルの８０％にまで利用範囲を広げることができる、という優れた効果を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施形態の複合型ゲートを備えた空気タービン発電装置の斜視図である。
【図２】図１に示す装置において回転型ゲートが閉じた状態の側面図および平面図である。
【図３】図１に示す回転型ゲートが開いた状態の側面図および平面図である。
【図４】本発明に係る第２実施形態の複合型ゲートを備えた空気タービン発電装置の斜視図である。
【図５】本発明に係る第３実施形態の複合型ゲートを備えた空気タービン発電装置の斜視図である。
【図６】本発明に係る複合型ゲートを備えた空気タービン発電装置を河川に設備した状態の説明図である。
【図７】従来の平板型ゲートを備えた空気タービン発電装置の斜視図である。
【図８】従来の平板型ゲートの斜視図である。
【図９】従来の平板型ゲートが閉じた状態の側面図である。
【図１０】従来の平板型ゲートが開いた状態の側面図である。
【図１１】従来の平板型ゲートを備えた空気タービン発電装置の発電態様の説明図である。
【符号の説明】
１              空気室
２、３          固定壁
４、５          平板型ゲート
６              上面壁
７              ダクト
７Ａ            空気タービン発電機
９              稼働平板
１０            支持部材
１１            バー
１２、１２ａ    バランスウエイト
１５、１６      開口
１７            円筒
１７ａ          通路
１８            回転体
１９            通路
２０            第１連結棒
２１            ユニバーサルジョイント
２２            第２連結棒
２３            ユニバーサルジョイント
２４            ベルクランク
Ｓ              回転型ゲート
Ｈ              落差
【図１】
0004015347.tif 000002
【図２】
0004015347.tif 000003
【図３】
0004015347.tif 000004
【図４】
0004015347.tif 000005
【図５】
0004015347.tif 000006
【図６】
0004015347.tif 000007
【図７】
0004015347.tif 000008
【図８】
0004015347.tif 000009
【図９】
0004015347.tif 000010
【図１０】
0004015347.tif 000011
【図１１】
0004015347.tif 000012