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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022110179
(43)【公開日】2022-07-29
(54)【発明の名称】浮体サイフォン式発電設備
(51)【国際特許分類】
F03B 13/08 20060101AFI20220722BHJP
B63B 35/00 20200101ALI20220722BHJP
【ＦＩ】
F03B13/08
B63B35/00 T
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021005423
(22)【出願日】2021-01-17
(71)【出願人】
【識別番号】721000251
【氏名又は名称】福岡 茂樹
(72)【発明者】
【氏名】福岡 茂樹
【テーマコード（参考）】
3H074
【Ｆターム（参考）】
3H074AA12
3H074BB16
3H074CC16
3H074CC28
3H074CC39
(57)【要約】 （修正有）
【課題】造船所などの工場で生産可能とし、製作、設置工期を短くし、浮体発電設備の沈没などの事故を防止し、発電効率の悪化を防止し、また水位変化が大きな場所で使用可能とするサイフォン式水力発電変電設備を提供する。
【解決手段】浮体１上に発電機４の他調速機や変電設備、送電設備を一体にした制御室５を設置し、陸上建造設備を少なくする。送水管１０のソフトホース部は、堰堤部下部迄水中を経由し放水管に接続する事で浮体の重心を低くしバランスをよくする。水面に垂直に設置された係留レール１４に、浮体設備を係留する事で、浮体の移動範囲を上下方向だけにする。湖面の水位を検出する水位検出器と、湖水中にある導水管８と送水管の接続部を切り離し、再接続する切り離し接続機構を有し、サイフォン管内の水を漏らさない為の開閉バルブを有す。又、切り離す送水管接続部には上部にフロート下部に錘とスキー板状の足を取り付ける。
【選択図】図５
【解決手段】浮体１上に発電機４の他調速機や変電設備、送電設備を一体にした制御室５を設置し、陸上建造設備を少なくする。送水管１０のソフトホース部は、堰堤部下部迄水中を経由し放水管に接続する事で浮体の重心を低くしバランスをよくする。水面に垂直に設置された係留レール１４に、浮体設備を係留する事で、浮体の移動範囲を上下方向だけにする。湖面の水位を検出する水位検出器と、湖水中にある導水管８と送水管の接続部を切り離し、再接続する切り離し接続機構を有し、サイフォン管内の水を漏らさない為の開閉バルブを有す。又、切り離す送水管接続部には上部にフロート下部に錘とスキー板状の足を取り付ける。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
単数又は複数の筏、或いは船と言った浮体に、取水口と、取水口から水車への導水管、水車、水車調速機、発電機等の発電設備、発電設備で発電した電気を、電力会社の送電線に送り出すための、変圧器などの電圧調整設備、調速機コントローラ、断路器、遮断機などを設置した変電送電設備を一体の浮体設備としたサイフォン式水力発電設備で、水車から堰堤などに取り付けられた放水管への送水を行う送水管の全部または一部を屈曲可能なソフトホースとすること、ソフトホースは水中に配置し、堰堤下部まで水中を経由し、堰堤に沿って上昇させ放水管に接続することで、浮体設備が堰堤湖の湖面上を湖面の高さの変化や水流により移動した場合も、ソフトホースが屈曲することで、浮体サイフォン式水力発電設備の取水口から導水管、送水管を経由して堰堤などに取り付けられた放水管への送水を継続して行えることを特徴としたサイフォン式浮体発電設備。
【請求項2】
水面に垂直に設置された係留レールに、滑車或いはベアリングと言った係留具を前記請求項1の浮体設備に取り付け、浮体設備を係留レールに係留することを特徴としたサイフォン式浮体発電設備。
【請求項3】
前記請求項１および請求項２の浮体サイフォン式水力発電設備が浮かぶ湖面の水位を検出する水位検出器と、堰堤湖の湖水中にある内部に水車を設置した導水管と送水管の接続部、又は送水管の途中に設けられた接続部に、接続部を切り離したり、再接続する切り離し接続機構、接続部を切り離した後、切り離した送水管から放水管までの水が流出しないようにする為の開閉バルブ、再接続するときには送水管を引き戻せるようにするためのロープやワイヤーなどの係留具、水位検出部の検出した水位情報をもとに開閉バルブの開閉、及び、切り離し接続機構の、切り離し、接続動作を制御する異常水位対応コントローラからなる事を特徴とする、浮体サイフォン式水力発電設備の異常水位対応機構。
【請求項4】
前記請求項３の異常水位対応機構において、送水管の切り離し側と、導水管側の非切り離し側の２つの接続部からなり、非切り離し側接続部は、ワイヤー又はロープ等の係留具を通すガイド部と複数の突起又はガイド穴を有し、切り離し側接続部には、ワイヤー又はロープ等の係留具の接続部、および非切り離し側接続部の突起又はガイド穴に対応した複数のガイド穴、又は突起を有し、非切り離し側接続部又は切り離し接続部に接合確認センサーを有し、非切り離し側及び切り離し側接続部の接続時に相対する位置にそれぞれ永久磁石又は電磁石、及び電磁石を設置し、切り離す時は、一方の永久磁石又は電磁石に反発する磁界を発生させるようにもう一方の電磁石を通電し、接続時は、接合確認センサーで両接続部が接近したことを確認したうえで、一方の永久磁石又は電磁石に引き合う磁界を発生させるようにもう一方の電磁石を通電することで、非切り離し側接続部と切り離し側接続部を、切り離したり、再接続する事を可能としたことを特徴とする浮体サイフォン式発電設備の送水管の切り離し接続機構。
【請求項5】
請求項３の異常水位対応機構において、送水管の切り離し側と、導水管側の非切り離し側の２つの接続部からなる接続部の、切り離し側接続部は上部にフロートが設置され、下部には、錘および、左右対称な位置にスキー板状の足が取り付けられていることを特徴とする。浮体サイフォン式設備の送水管切り離し部の機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、特に、河川や池、湖等に設けられた堰堤の近くの湖面上に浮設して、水力発電を行う水力発電設備に関するもので、特に筏や船などの浮体設備にサイフォン式の水力発電設備を設置した、浮体サイフォン式発電設備に関する。
【背景技術】
【0002】
従来の発電設備は、取水口から発電所までの導水路や発電所は全て土木工事、及び基礎工事から行う建設工事で行われており、発電所自体の工事期間も長く、各設備の運搬を行うための道路建設など、発電所以外の土木及び建設工事も多数必要であった。
又、発電所は洪水時も水没しない場所に設置する必要があり、ダム湖など堰堤湖の水を使って発電を行う場合、堰堤湖に設けた取水口から長い導水路で発電所に水を導く必要があった。
この様な、土木、建設、建築工事は、基礎工事などが必用で、コンクリートの養生も含め工期は長い物になる。
そこで、発電所に必要な発電設備、発電をコントロールする為の調速機などのコントロール設備、送電する為の変電、送電設備を船もしくは筏のような浮体に乗せた、浮体発電設備を考えた。
海洋における浮体式の風力発電設備、或いは潮力発電技術は存在する。
河川や湖などの堰堤湖上に浮かべ発電を行うと言う設備としては、特開2016-196858が存在するが浮島と呼ぶ浮体に乗せる設備は水車と発電機だけで調速機などのコントロール設備、変電送電設備等は一体になっていると言う記述はない。
又、特開2016-196858では、浮島と呼ぶ浮体を係留する方法は、蛇腹式のフレキシブル管のみであまりに自由に浮遊する為、水位が堰堤よりも高くなった時に堰堤から落下する、或いはフレキシブル管が水流により伸び切った場合にさらに水流の力が増した場合、バランスを失い転覆するなどの事故が発生する可能性がある。
又、特開2016-196858では、フレキシブルホースの送水管が浮体設備の上側から空中を経由して堰堤に設けられた放水管に接続されている。フレキシブルホースの送水管に水を満たした場合相当な荷重となり、重心も高いため浮体のバランスは悪くなり、前述の様に水流の力が増したり、座礁した場合に、バランスを失い転覆するなどの事故が発生する可能性が非常に高くなる。
又、発電所は洪水時も水没しない場所に設置する必要があり、ダム湖など堰堤湖の水を使って発電を行う場合、堰堤湖に設けた取水口から長い導水路で発電所に水を導く必要があった。
この様な、土木、建設、建築工事は、基礎工事などが必用で、コンクリートの養生も含め工期は長い物になる。
そこで、発電所に必要な発電設備、発電をコントロールする為の調速機などのコントロール設備、送電する為の変電、送電設備を船もしくは筏のような浮体に乗せた、浮体発電設備を考えた。
海洋における浮体式の風力発電設備、或いは潮力発電技術は存在する。
河川や湖などの堰堤湖上に浮かべ発電を行うと言う設備としては、特開2016-196858が存在するが浮島と呼ぶ浮体に乗せる設備は水車と発電機だけで調速機などのコントロール設備、変電送電設備等は一体になっていると言う記述はない。
又、特開2016-196858では、浮島と呼ぶ浮体を係留する方法は、蛇腹式のフレキシブル管のみであまりに自由に浮遊する為、水位が堰堤よりも高くなった時に堰堤から落下する、或いはフレキシブル管が水流により伸び切った場合にさらに水流の力が増した場合、バランスを失い転覆するなどの事故が発生する可能性がある。
又、特開2016-196858では、フレキシブルホースの送水管が浮体設備の上側から空中を経由して堰堤に設けられた放水管に接続されている。フレキシブルホースの送水管に水を満たした場合相当な荷重となり、重心も高いため浮体のバランスは悪くなり、前述の様に水流の力が増したり、座礁した場合に、バランスを失い転覆するなどの事故が発生する可能性が非常に高くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2016-196858
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
サイフォン式発電変電設備の大部分を造船所などの工場で生産可能とし、現地で建設するものは係留設備と放水管程度にして、発電所までの水路の建設や発電所変電所などの建築物を極力少なくすることで、発電変電設備の製作、設置工期を大幅に短くする。
又、浮体設備の重心を低くし、バランスの良い構造とし、転覆などの事故が少ない構造とする。
又、浮体設備の重心を低くし、バランスの良い構造とし、転覆などの事故が少ない構造とする。
【0005】
浮体発電設備が、座礁により沈没したり、堰堤から落下するなどの事故を防止する事。
送水管の水の流出による発電停止、或いはソフトホースが必要以上に長く成ったり、複雑に屈曲する事による抵抗の増大による発電効率の悪化といったトラブルが発生しないようにする。
送水管の水の流出による発電停止、或いはソフトホースが必要以上に長く成ったり、複雑に屈曲する事による抵抗の増大による発電効率の悪化といったトラブルが発生しないようにする。
【0006】
ダム湖など水位変化がサイフォン式発電が可能な変化範囲を超える可能性がある場所で浮体サイフォン式発電設備を使用可能とする為、送水管を切り離し、再接続を可能とする。
【0007】
切り離された送水管が湖底に接触し、接続部に泥などが付着し、再接続の妨げとならないようにする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
浮体の上には、発電機だけでなく、調速機や変電設備、送電設備を一体にした制御室も設置することで、陸上へ設置する設備を極力少なくする。
又、送水管のソフトホースは水中に配置し、堰堤部下部迄水中を経由し、堰堤に沿って上昇し放水管に接続することで、送水管内の水の重量が浮体設備のバランスに影響しにくい構造とした。
又、送水管のソフトホースは水中に配置し、堰堤部下部迄水中を経由し、堰堤に沿って上昇し放水管に接続することで、送水管内の水の重量が浮体設備のバランスに影響しにくい構造とした。
【0009】
水面に垂直に設置された係留レールに、滑車或いはベアリングと言った係留具を前記請求項1の浮体設備に取り付け、浮体設備を係留レールに係留する事で、浮体の移動範囲を上下方向だけにする。
【0010】
浮体サイフォン式水力発電設備が浮かぶ湖面の水位を検出する水位検出器と、堰堤湖の湖水中にある水車を内接した導水管と送水管の接続部、又は送水管の途中に接続部を設け、接続部を切り離したり、再接続する切り離し接続機構を有す。
又、接続部を切り離した後、切り離した送水管から放水管までの水が流出しないようにする為の開閉バルブを有し、再接続するときには送水管を引き戻せるようにするため送水管に係留ロープ(ワイヤー)を取り付ける機構を有する。
又、接続部を切り離した後、切り離した送水管から放水管までの水が流出しないようにする為の開閉バルブを有し、再接続するときには送水管を引き戻せるようにするため送水管に係留ロープ(ワイヤー)を取り付ける機構を有する。
【0011】
非切り離し側接続部には、ワイヤー又はロープ等の係留具を通すガイド部と複数の突起又はガイド穴を有する。
切り離し側接続部には、ワイヤー又はロープ等の係留具等の接続部、および非切り離し側接続部の突起又はガイド穴に対応した複数のガイド穴、又は突起を有する。
又、非切り離し側接続部又は切り離し接続部に接合確認センサーを有し、接合部の接合及び切り離し状態を確認できるようにする。
非切り離し側及び切り離し側接続部の接続時に相対する複数の位置にはそれぞれ永久磁石又は電磁石、及び電磁石を設置し、切り離す時は、一方の永久磁石又は電磁石に反発する磁界を発生させるようにもう一方の電磁石を通電して切り離せるようにする。
又、接続時は、接合確認センサーで両接続部が接近したことを確認したうえで、一方の永久磁石又は電磁石に引き合う磁界を発生させるようにもう一方の電磁石を通電することで再接続する機構とする。
切り離し側接続部には、ワイヤー又はロープ等の係留具等の接続部、および非切り離し側接続部の突起又はガイド穴に対応した複数のガイド穴、又は突起を有する。
又、非切り離し側接続部又は切り離し接続部に接合確認センサーを有し、接合部の接合及び切り離し状態を確認できるようにする。
非切り離し側及び切り離し側接続部の接続時に相対する複数の位置にはそれぞれ永久磁石又は電磁石、及び電磁石を設置し、切り離す時は、一方の永久磁石又は電磁石に反発する磁界を発生させるようにもう一方の電磁石を通電して切り離せるようにする。
又、接続時は、接合確認センサーで両接続部が接近したことを確認したうえで、一方の永久磁石又は電磁石に引き合う磁界を発生させるようにもう一方の電磁石を通電することで再接続する機構とする。
【0012】
切り離し側接続部は上部にフロートが設置され、下部には、錘及び左右対称な位置にそれぞれ、及びスキー板状の足が取り付けられていることを特徴とした機構とする。
【発明の効果】
【0013】
請求項1の発明では、浮体の下に導水管と導水管の中に配置した水車、および送水管を配置し、浮体の上に、発電機だけでなく、調速機や変電設備、送電設備を一体にした制御室も設置し、一艘の浮体とすることで、陸上の建築物を極力減らすことができ、かつ、浮体発電設備を造船所などの工場で効率良く作製する事ができる。
陸上に建築物を作る場合、基礎工事や建物の設置、建物への機器の組み込みなどが必要になるため、それらを運ぶための道路も建設しなければならない。
又発電所や変電所を設置する場所は、水害などの心配のない安全な場所となるので、そこまでの導水路は長いものになり、土地の買収などの費用も大幅に増加するし、建築物には基礎工事等が必要になりコンクリートの養生など工期は長くなる。
発電や変電設備も現地での組み立て工事は物資の移送や集積、又、クレーンなどの発電変電設備以外の設備も必要となり、効率の良いものとはならない。
少なくとも発電所、変電所、それに水を導く導水路といった建設、建築物をなくすことで発電所を設置するまでの、工期を短くでき、工場での効率的な建造がおこなえる。
又、浮体設備というものは水流や水位の変化により前後左右上下に移動するので、移動できるように送水管の一部または全部をソフトホースとした。
又移動に伴い、座礁や沈没といった事故の危険があるが、送水管ソフトホース部は水中に配置し、堰堤部下部迄水中を経由し、堰堤に沿って上昇し放水管に接続することで、浮体の重心が低くなり送水管内の水の重量が浮体設備のバランスに影響しにくい構造とする事で、湖面の水流の力が増したり、座礁した場合に、バランスを失い転覆するなどの事故が発生する可能性が大幅に少なくなる。
陸上に建築物を作る場合、基礎工事や建物の設置、建物への機器の組み込みなどが必要になるため、それらを運ぶための道路も建設しなければならない。
又発電所や変電所を設置する場所は、水害などの心配のない安全な場所となるので、そこまでの導水路は長いものになり、土地の買収などの費用も大幅に増加するし、建築物には基礎工事等が必要になりコンクリートの養生など工期は長くなる。
発電や変電設備も現地での組み立て工事は物資の移送や集積、又、クレーンなどの発電変電設備以外の設備も必要となり、効率の良いものとはならない。
少なくとも発電所、変電所、それに水を導く導水路といった建設、建築物をなくすことで発電所を設置するまでの、工期を短くでき、工場での効率的な建造がおこなえる。
又、浮体設備というものは水流や水位の変化により前後左右上下に移動するので、移動できるように送水管の一部または全部をソフトホースとした。
又移動に伴い、座礁や沈没といった事故の危険があるが、送水管ソフトホース部は水中に配置し、堰堤部下部迄水中を経由し、堰堤に沿って上昇し放水管に接続することで、浮体の重心が低くなり送水管内の水の重量が浮体設備のバランスに影響しにくい構造とする事で、湖面の水流の力が増したり、座礁した場合に、バランスを失い転覆するなどの事故が発生する可能性が大幅に少なくなる。
【0014】
請求項２の発明では水面に垂直に設置された係留レールに、滑車或いはベアリングと言った係留具を浮体サイフォン式発電設備に取り付け、浮体設備を係留レールに係留する事で、浮体の移動範囲を上下方向だけにするもので、前後左右と不必要に浮体設備が動き回る事での座礁や、ソフトホースなど係留具が伸び切った所にさらに力がかかり、バランスを失い転覆するなどの事故がなくなる。
又、ソフトホースの長さをサイフォン式発電が可能な必要最低限の長さにでき、上下以外の必要な範囲以外は移動しない為不必要な屈曲が無くなり、ソフトホース内の送水抵抗を小さくし、圧力損を小さくでき効率の良い発電ができる。
又、ソフトホースの長さをサイフォン式発電が可能な必要最低限の長さにでき、上下以外の必要な範囲以外は移動しない為不必要な屈曲が無くなり、ソフトホース内の送水抵抗を小さくし、圧力損を小さくでき効率の良い発電ができる。
【0015】
大きなダム湖では、満水位と枯渇水位とでは通常水位変化は数十メートルにも及ぶ、しかるに、サイフォン式発電では、大気圧で堰堤を乗り超えるだけしか水をくみ上げられない。せいぜい９m程度である。
この為、水位変化の大きなダム湖にサイフォン式の発電設備が設置されることは無かった。
請求項３の発明では、浮体サイフォン式水力発電設備が浮かぶ湖面の水位を検出する水位検出器と、堰堤湖の湖水中にある水車を内部に設置した導水管と送水管の接続部、又は送水管の途中に接続部を設け、接続部を切り離したり、再接続する切り離し接続機構を有し、接続部を切り離した後、切り離した送水管から放水管までの水が流出しないようにする為の開閉バルブ、再接続するときには送水管を引き戻せるようにするための送水管にロープやワイヤーなどの係留具を取り付けることで、水位検出器でサイフォン式発電の継続の限界を検知し、送水管の切り離し接続機構で接続部を切り離し、さらには、サイフォン式発電の再開が可能な水位になった時には、切り離した接続部を引き寄せ再接続し、発電の再開が可能となる。
これにより、浮体サイフォン式発電設備をダム湖など水位変化の大きい堰堤湖で使用可能とするものである。
日本には非常に多くのダムがあり、そのダムに工場で製作した浮体発電設備を浮かべ発電を容易に行えるようにする事は、火力発電などを減らし、温室効果ガスの発生を減らし、地球環境を保護することに大きな貢献をなすものと考える。
この為、水位変化の大きなダム湖にサイフォン式の発電設備が設置されることは無かった。
請求項３の発明では、浮体サイフォン式水力発電設備が浮かぶ湖面の水位を検出する水位検出器と、堰堤湖の湖水中にある水車を内部に設置した導水管と送水管の接続部、又は送水管の途中に接続部を設け、接続部を切り離したり、再接続する切り離し接続機構を有し、接続部を切り離した後、切り離した送水管から放水管までの水が流出しないようにする為の開閉バルブ、再接続するときには送水管を引き戻せるようにするための送水管にロープやワイヤーなどの係留具を取り付けることで、水位検出器でサイフォン式発電の継続の限界を検知し、送水管の切り離し接続機構で接続部を切り離し、さらには、サイフォン式発電の再開が可能な水位になった時には、切り離した接続部を引き寄せ再接続し、発電の再開が可能となる。
これにより、浮体サイフォン式発電設備をダム湖など水位変化の大きい堰堤湖で使用可能とするものである。
日本には非常に多くのダムがあり、そのダムに工場で製作した浮体発電設備を浮かべ発電を容易に行えるようにする事は、火力発電などを減らし、温室効果ガスの発生を減らし、地球環境を保護することに大きな貢献をなすものと考える。
【0016】
請求項４の発明は、送水管の接続部の切り離し接続機構の、具体的な１案である。
非切り離し側接続部には、ワイヤー又はロープ等の係留具を通すガイド部と複数の突起又はガイド穴を有し、切り離し側接続部には、ワイヤー又はロープ等の係留具の接続部、および非切り離し側接続部の突起又はガイド穴に対応した複数のガイド穴、又は突起を有している。
又、非切り離し側接続部又は切り離し接続部に接合確認センサーを有し、接続時に非切り離し側及び切り離し側接続部の相対する位置にそれぞれ永久磁石又は電磁石、及び電磁石を設置し、切り離す時は、一方の永久磁石又は電磁石に反発する磁界を発生させるようにもう一方の電磁石を通電して切り離し、接続時は、接合確認センサーで両接続部が接近したことを確認したうえで、一方の永久磁石又は電磁石に引き合う磁界を発生させるようにもう一方の電磁石を通電することで再接続する機構とした。
電磁石による磁界の方向切り替えで、磁石の反発による切り離しと、磁石の引き合いによる再接続がおこなえ、切り離した接続部をワイヤーなどで係留し、離れても引き寄せ、ガイド穴と突起により所定の位置に位置決めして電磁石の磁力を有効に使用することで、構造が簡単で確実な切り離し、再接続機構を可能とした発明である。
非切り離し側接続部には、ワイヤー又はロープ等の係留具を通すガイド部と複数の突起又はガイド穴を有し、切り離し側接続部には、ワイヤー又はロープ等の係留具の接続部、および非切り離し側接続部の突起又はガイド穴に対応した複数のガイド穴、又は突起を有している。
又、非切り離し側接続部又は切り離し接続部に接合確認センサーを有し、接続時に非切り離し側及び切り離し側接続部の相対する位置にそれぞれ永久磁石又は電磁石、及び電磁石を設置し、切り離す時は、一方の永久磁石又は電磁石に反発する磁界を発生させるようにもう一方の電磁石を通電して切り離し、接続時は、接合確認センサーで両接続部が接近したことを確認したうえで、一方の永久磁石又は電磁石に引き合う磁界を発生させるようにもう一方の電磁石を通電することで再接続する機構とした。
電磁石による磁界の方向切り替えで、磁石の反発による切り離しと、磁石の引き合いによる再接続がおこなえ、切り離した接続部をワイヤーなどで係留し、離れても引き寄せ、ガイド穴と突起により所定の位置に位置決めして電磁石の磁力を有効に使用することで、構造が簡単で確実な切り離し、再接続機構を可能とした発明である。
【0017】
請求項５の発明は、請求項３の送水管の切り離し側と、導水管側の非切り離し側の２つの接続部からなる接続部の、発明の切り離し側の送水管に関する具体的な機構に関するものである。
切り離し側接続部は上部にフロートが設置され、下部には、錘と左右対称な位置にスキー板状の足が取り付けられていることを特徴とする。
上部のフロートと、下部には、取り付けられた錘と、左右対称な位置のスキー板状の足により、送水管接続部の水中での上下の位置が明確になり、フロート側が上側、錘側が下側の状態で水中を沈降し、湖底に着底の際にはスキー板状の足から着底する。
着底時には、スキー板の効果により着底部にかかる単位面積当たりの荷重が小さくなり、送水管が汚泥に沈みこまないしくみになっている。
この機構により切り離した送水管が、自重により沈降し、湖底に着底した際、接続機構の接続面に汚泥などが付着し、再接続後の接続不良により発電の再開が出来ない状態になる事を防止することができる。
切り離し側接続部は上部にフロートが設置され、下部には、錘と左右対称な位置にスキー板状の足が取り付けられていることを特徴とする。
上部のフロートと、下部には、取り付けられた錘と、左右対称な位置のスキー板状の足により、送水管接続部の水中での上下の位置が明確になり、フロート側が上側、錘側が下側の状態で水中を沈降し、湖底に着底の際にはスキー板状の足から着底する。
着底時には、スキー板の効果により着底部にかかる単位面積当たりの荷重が小さくなり、送水管が汚泥に沈みこまないしくみになっている。
この機構により切り離した送水管が、自重により沈降し、湖底に着底した際、接続機構の接続面に汚泥などが付着し、再接続後の接続不良により発電の再開が出来ない状態になる事を防止することができる。
【発明を実施するための形態】
【実施例0018】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１－１および図１－２に請求項１の実施例の上面図、及び上面図の
線Ａ-Ａ‘部の断面図(側面図)を図示する。
図１－1および図１－２の実施例では、図１－１－１及び図１－１－２の二艘の船体を図１－１－３のブリッジでつなげて浮体とし、ブリッジ上に図１－１－４の発電機及び、図１－１－５の発電設備、調速機コントローラ、変電設備及び送電設備の入った制御室を設置している。
発電機には図１－１－６のシャフトがあり、ブリッジ下の水中にある図１－１－７の水車につながっている。
ブリッジ下部には、水車に水流を流すための、図１－１－８の導水管と図１－１－９取水口、水車から出た水流を図１－１－１１の堰堤に設けられた図１－１－１２の放水管に導く図１－１－１０の送水管が設置されている。
送水管は、全部または一部がソフトホースでできており、ホースが、屈曲し、浮体がある程度移動しても問題なく送水が継続できる。
又、浮体の重心を出来るだけ低くしバランスをよくする為に、送水管は水中に配置し、特にソフトホース部は水中に向けて下方にたるみが持たされ、堰堤下部迄水中を経由し、堰堤下部から堰堤に沿って上昇し放水管に接続している。
又、以上の導水管から放水管までは、常時水が満たされたサイフォン管を形成している。
放水管の放水口は堰堤部下部の堰堤湖の渇水時の水面より低い位置に設けられ、堰堤湖の水面と放水口までの高度差が大きいほど発電量は大きくなる。
このように導水管から放水管までをサイフォン管とすることで、浮体が水位の変化で多少上下しても、水面から放水管最上部までの高さが、理論上約9.8m迄送水を継続できる。
図１－１－７の水車は、例えばカプラン水車と呼ばれる調速機構付きの水車で、スクリュウ状の水車を使用し、前記制御室内にある調速機コントローラによりスクリュウの羽根の確度を図示していないサーボモータなどで変えることで、水車の回転速度を調節でき、浮体の上下位置の変化による水の流速変化に対して、水車の回転速度を一定に保ち、発電電圧と周波数を送電先の受電設備の電圧及び周波数に合わせることができる。
図１－１－５の制御室の一例の概略図を図２に示す。
制御室には各種の異常を検出し回路を遮断する各種遮断機、回路に電流が流れていない時に安全にメンテナンスを行うため回路を切り離す断路器、電圧を変える各種トランス、電力計、電流計、電圧計などの各種計器や、異常を検出する検出器、水車調速機コントローラやバルブ駆動コントローラといった制御機器、取引用の使用電力を測定する取引用変成器などからなっている。
この制御室の詳細は、設備によって大きく変わるので詳しくは延べない。
本実施例では、水車調速機やバルブの制御はサーボモーターによるオール電気制御を想定しているが、場合によっては油圧制御を使用し油圧ポンプや電磁弁といったものも、電気制御盤とは別室の形で収納される場合もある。
図２．の制御室例では、電力会社受電機器から引き込まれた電源線にまず
図２－１取引用変成器が設置され図２－１－１．の電力計が取り付けられている。
次に、図２－２．断路器が設置され、電力会社側と回路を切り放せるようになっている。
次に図２－３．遮断機が置かれ、図２－３－１．信号遮断機により遠隔操作で回路を遮断できるようになっている。
次に図２－４．過電流遮断機が置かれ、図２－５－７．過電流検出器で異常電流を検出したとき回路を遮断するようになっている。
次に、図２－５．トランスが置かれ、発電機で発電した電圧を電力会社の受電電圧に変換する。
次に配線は、発電機につながる配線、各種制御機器につながる配線等複数系統の配線に並列分岐され、それらの大元には図２－６．配線用遮断器が置かれ各系統の回路に異常が発生したときその系統の回路を切り放せるようになっている。
それらの１系統には、図２－５－５．所内設備用トランスが設置され、所内すなわち本発電設備内で使用する制御機器や、照明などの使用電圧に電圧を変換し、その二次側に図２－７－５．水車調速機コントローラや図２－７－４．バルブ駆動コントローラなどが設置されている。
図２－１０．の発電機につながる系統には図２－５－６．電流検出用トランスが設置され、異常電流を検出している。
そのほか図２－５－１．計器用トランスを設置し電圧や、周波数電力などを計測し場合によってはそれらの異常で遮断機を遮断する仕組みになっている。
これらの機器構成は、前述したように設備によって変わるので、あくまで一例である。
図１の図１－１－１２の放水管を除くものが、本発明の請求項１の構成であり、これらの浮体を工場で生産し、湖面に本設備を浮かべ送水管を放水管につなぎ、導水管から放水管まで水を満たすことで発電がおこなえる。
このように浮体上にサイフォン式の発電設備を配置し造船所などの工場で生産することで土木、建築工事が少なく工期が短い発電設備を構築できること、送水管を水中に配置し、水中を経由して送水することで、浮体の重心を低くし、バランスを良くし、送水する水の重みが、浮体設備のバランスを崩して、転覆などの事故の要因とならないようにする事が本発明の効果である
図１－１および図１－２に請求項１の実施例の上面図、及び上面図の
線Ａ-Ａ‘部の断面図(側面図)を図示する。
図１－1および図１－２の実施例では、図１－１－１及び図１－１－２の二艘の船体を図１－１－３のブリッジでつなげて浮体とし、ブリッジ上に図１－１－４の発電機及び、図１－１－５の発電設備、調速機コントローラ、変電設備及び送電設備の入った制御室を設置している。
発電機には図１－１－６のシャフトがあり、ブリッジ下の水中にある図１－１－７の水車につながっている。
ブリッジ下部には、水車に水流を流すための、図１－１－８の導水管と図１－１－９取水口、水車から出た水流を図１－１－１１の堰堤に設けられた図１－１－１２の放水管に導く図１－１－１０の送水管が設置されている。
送水管は、全部または一部がソフトホースでできており、ホースが、屈曲し、浮体がある程度移動しても問題なく送水が継続できる。
又、浮体の重心を出来るだけ低くしバランスをよくする為に、送水管は水中に配置し、特にソフトホース部は水中に向けて下方にたるみが持たされ、堰堤下部迄水中を経由し、堰堤下部から堰堤に沿って上昇し放水管に接続している。
又、以上の導水管から放水管までは、常時水が満たされたサイフォン管を形成している。
放水管の放水口は堰堤部下部の堰堤湖の渇水時の水面より低い位置に設けられ、堰堤湖の水面と放水口までの高度差が大きいほど発電量は大きくなる。
このように導水管から放水管までをサイフォン管とすることで、浮体が水位の変化で多少上下しても、水面から放水管最上部までの高さが、理論上約9.8m迄送水を継続できる。
図１－１－７の水車は、例えばカプラン水車と呼ばれる調速機構付きの水車で、スクリュウ状の水車を使用し、前記制御室内にある調速機コントローラによりスクリュウの羽根の確度を図示していないサーボモータなどで変えることで、水車の回転速度を調節でき、浮体の上下位置の変化による水の流速変化に対して、水車の回転速度を一定に保ち、発電電圧と周波数を送電先の受電設備の電圧及び周波数に合わせることができる。
図１－１－５の制御室の一例の概略図を図２に示す。
制御室には各種の異常を検出し回路を遮断する各種遮断機、回路に電流が流れていない時に安全にメンテナンスを行うため回路を切り離す断路器、電圧を変える各種トランス、電力計、電流計、電圧計などの各種計器や、異常を検出する検出器、水車調速機コントローラやバルブ駆動コントローラといった制御機器、取引用の使用電力を測定する取引用変成器などからなっている。
この制御室の詳細は、設備によって大きく変わるので詳しくは延べない。
本実施例では、水車調速機やバルブの制御はサーボモーターによるオール電気制御を想定しているが、場合によっては油圧制御を使用し油圧ポンプや電磁弁といったものも、電気制御盤とは別室の形で収納される場合もある。
図２．の制御室例では、電力会社受電機器から引き込まれた電源線にまず
図２－１取引用変成器が設置され図２－１－１．の電力計が取り付けられている。
次に、図２－２．断路器が設置され、電力会社側と回路を切り放せるようになっている。
次に図２－３．遮断機が置かれ、図２－３－１．信号遮断機により遠隔操作で回路を遮断できるようになっている。
次に図２－４．過電流遮断機が置かれ、図２－５－７．過電流検出器で異常電流を検出したとき回路を遮断するようになっている。
次に、図２－５．トランスが置かれ、発電機で発電した電圧を電力会社の受電電圧に変換する。
次に配線は、発電機につながる配線、各種制御機器につながる配線等複数系統の配線に並列分岐され、それらの大元には図２－６．配線用遮断器が置かれ各系統の回路に異常が発生したときその系統の回路を切り放せるようになっている。
それらの１系統には、図２－５－５．所内設備用トランスが設置され、所内すなわち本発電設備内で使用する制御機器や、照明などの使用電圧に電圧を変換し、その二次側に図２－７－５．水車調速機コントローラや図２－７－４．バルブ駆動コントローラなどが設置されている。
図２－１０．の発電機につながる系統には図２－５－６．電流検出用トランスが設置され、異常電流を検出している。
そのほか図２－５－１．計器用トランスを設置し電圧や、周波数電力などを計測し場合によってはそれらの異常で遮断機を遮断する仕組みになっている。
これらの機器構成は、前述したように設備によって変わるので、あくまで一例である。
図１の図１－１－１２の放水管を除くものが、本発明の請求項１の構成であり、これらの浮体を工場で生産し、湖面に本設備を浮かべ送水管を放水管につなぎ、導水管から放水管まで水を満たすことで発電がおこなえる。
このように浮体上にサイフォン式の発電設備を配置し造船所などの工場で生産することで土木、建築工事が少なく工期が短い発電設備を構築できること、送水管を水中に配置し、水中を経由して送水することで、浮体の重心を低くし、バランスを良くし、送水する水の重みが、浮体設備のバランスを崩して、転覆などの事故の要因とならないようにする事が本発明の効果である
【0019】
図３及び図４に請求項２の実施例の上面図及び上面図の線Ａ-Ａ‘部の断面図(側面図)を図示する。
図３、４では、堰堤に設置した図３－１３又は図４－１３の鉄塔上に設けた水面上にせり出した図３－１３－１又は図４－１３－１プレートから、図３－１４又は図４－１４の円柱状の係留レールを２本垂直に下し設置している。
図３－１～１２、図４－１～１２は、請求項１で説明した浮体設備であり、請求項1で説明した図３のサイフォン式浮体発電設備には図３－１５、図４－１５に示すベアリングが設置されており、このベアリングに前記係留レールを通している。 このベアリングによりサイフォン式浮体発電設備は、水面水位が変わってもレールに沿って上下のみに動くようになっている。
こうすることで、鎖やロープでサイフォン式浮体発電設備を係留する場合に比べ、浮体設備は上下にしか移動しなくなるので、送水管を短くでき、配管抵抗を減らし、水の流量を減らすことなく、発電効率を高く保つことができるほか、座礁や転覆といった事故が発生する可能性を極力小さくできる。
尚、本請求項では、係留レールは、水面に垂直に設置したものとしており、図３－１３又は図４－１３のような鉄塔に設置するのはあくまで、係留レールの設置方法の一実施例である。
例えば、係留レールは、鉄塔ではなく湖底に杭打ちした基礎から、水面上に垂直に設置したものでも良いし、鉄塔ではなく、コンクリ－トで作った塔でもよい。
また、サイフォン式浮体設備に設置したベアリングは、滑車などにして、レールは鉄道レールのような形状のレールとしても良い。
又本数も２本に限定したものではなく、１本でもそれ以上でもよい。
本請求項で説明した構成は、水面に垂直に設置された係留レールと、滑車或いはベアリングと言った係留具を前記請求項1の浮体設備に取り付けたものであり、浮体設備を係留レールで係留することを特徴としたサイフォン式浮体発電設備である。
図３、４では、堰堤に設置した図３－１３又は図４－１３の鉄塔上に設けた水面上にせり出した図３－１３－１又は図４－１３－１プレートから、図３－１４又は図４－１４の円柱状の係留レールを２本垂直に下し設置している。
図３－１～１２、図４－１～１２は、請求項１で説明した浮体設備であり、請求項1で説明した図３のサイフォン式浮体発電設備には図３－１５、図４－１５に示すベアリングが設置されており、このベアリングに前記係留レールを通している。 このベアリングによりサイフォン式浮体発電設備は、水面水位が変わってもレールに沿って上下のみに動くようになっている。
こうすることで、鎖やロープでサイフォン式浮体発電設備を係留する場合に比べ、浮体設備は上下にしか移動しなくなるので、送水管を短くでき、配管抵抗を減らし、水の流量を減らすことなく、発電効率を高く保つことができるほか、座礁や転覆といった事故が発生する可能性を極力小さくできる。
尚、本請求項では、係留レールは、水面に垂直に設置したものとしており、図３－１３又は図４－１３のような鉄塔に設置するのはあくまで、係留レールの設置方法の一実施例である。
例えば、係留レールは、鉄塔ではなく湖底に杭打ちした基礎から、水面上に垂直に設置したものでも良いし、鉄塔ではなく、コンクリ－トで作った塔でもよい。
また、サイフォン式浮体設備に設置したベアリングは、滑車などにして、レールは鉄道レールのような形状のレールとしても良い。
又本数も２本に限定したものではなく、１本でもそれ以上でもよい。
本請求項で説明した構成は、水面に垂直に設置された係留レールと、滑車或いはベアリングと言った係留具を前記請求項1の浮体設備に取り付けたものであり、浮体設備を係留レールで係留することを特徴としたサイフォン式浮体発電設備である。
【0020】
請求項３の実施例を図５に示す。
又図６にこの浮体サイフォン式発電設備の異常水位対応コントローラの説明図を示す。
サイフォン原理で水をくみ上げる事が出来る高さは理論上最大でも9.8m程度である。 しかし、大きなダムなどでは渇水時と満水時では数十メートルの水位変化がある。
このようなダム湖で浮体サイフォン式の発電を行うには、渇水時に水面より高さ9m程度となる堤体に送水管を通す穴をあけ、送水管を通し放水しなければならないが、この穴位置は通常水位では水中に位置し、大規模な堤体の水中貫通工事が必要となる。
請求項3の発明は、送水管は、ダムの放水口に設置する、又は堤体に穴をあけるにしても、通常時の水面より高い位置に空けることで、水中での工事といった大掛かりな工事を不要とし、請求項1の浮体サイフォン式発電設備をダム堤体に設けた請求項２のような係留設備に係留し、発電を行う事を目的とする。
図５の実施例では、ダム堰堤に取り付けた図５－１３.係留塔の先端に図５－１７．ブラケットで図５－１６．レーザー距離センサーを取り付け係留塔からサイフォン設備に降ろされた図５－１４．係留レールに係留された浮体サイフォン式発電設備図５－１８の甲板までの距離を測定する事で、２次的に水位を検出するようにしている。
送水管には図５－１９－1．および図５－１９－２．接続部およびその前後に図５－１９－３.の送水管バルブが設けられている。 又、図５－１２.放水管の放水口図５－２０にも同様に図５－２１．放水管バルブが取り付けられている。
そして、サイフォン式発電の継続が難しい水位になったことをレーザー距離センサーで検出すると、送水管の接続部を切り離す事になるが、その直前にこれらのバルブを閉じる事で、送水管及び放水管の中の水が流出することなく保持できるようになっている。
送水管切り離し後、水位が発電可能水位に戻った事をレーザー距離センサーで検出すると、送水管の再接続が容易にできるように、切り離した放水管側の送水管の図５－１９－２．接続部には図５－２２－１．ワイヤー又はロープ等の係留具が取り付けられている。
ワイヤーは図５－２２．ドラムに巻き付けられており、切り離し後、放水管側の送水管の重みで、回転放出されるが、ドラムを回すことでワイヤーを巻き取り、放水管側の送水管接続部を容易に引き寄せ、浮体サイフォン設備側の図５－１９－１.送水管接続部と容易に再接続ができるようになっている。
図６は、この浮体サイフォン式発電設備の異常水位対応コントローラの説明図で、図６－１.異常水位対応コントローラは、図５－１３.係留塔の先端に図５－１７.ブラケットで取り付けられた図６－２(図５－１６).レーザー距離センサーからの、センサーと、図５－１８.浮体サイフォン式発電設備の甲板までの距離情報にもとづき、水位が発電可能な状態か判断し、発電が難しい状態になった場合、まず各接続部に設けられた図６－３(図５－１９－３) .送水管バルブと放水口に設けられた図６－４(図５－２１)．放水管バルブにバルブ閉信号を送ることでバルブを閉じ送水管及び放水管内の水が抜けないようにしたのち、２つの接続部に設けられている図６－５.接合切り離し装置に接続部切り離し信号を送ることで接合部の切り離しを行う。
接続部が切り離されることで、切り離された図５－１０.送水管は、自重で水中を沈降する。
次に切り離した送水管を再接続し、発電を再開する場合、図６－６．操作盤で、再接続ボタンを押すと、コントローラは、水位が再接続して問題なく発電できる水位であることをレーザー距離センサーからの距離情報で確認し、図５－２２．ワイヤードラムの図示されていないモーターを通電し、ワイヤーを巻き取る方向にモーターを回す。
ワイヤーは、図５－１９－１.の接続部に設けられたガイド穴を通して巻き取られるので、最終的に２つの接合部は接合される。
接合の完了は、接合することでモーターが過負荷となり通電量が増えることを図示していない電流検出器で検出し、コントローラは通電量の増加を見て、ワイヤー巻き取りモーターを停止しても良いし、接合部に設けた図６－７．接合検出装置からの接合検出信号を受けてワイヤー巻き取りモーターを停止しても良い。
次にコントローラは図５－１９－３.の送水管バルブにバルブ開信号を送ることでバルブを開き、さらに図５－２１．放水口のバルブにバルブ開信号を送ることでバルブを開き放水を開始することで、サイフォン式の発電が再開される。
本詳細の説明では、水位検出器をレーザー距離センサーとして 浮体設備の甲板との距離を測ることで、水位を検出する方法を説明したが、センサーを甲板上に置き、係留塔に設けた反射板までの距離を測るようにしても良いし、浮体設備にＧＰＳを取り付け、ＧＰＳによる高度測定で水位を検出しても良い。レーザーセンサーではなく超音波センサー等その他の距離センサ―を使う方法もある。
又、送水管の切り離し機構は、機械的にバックルのようなものを用いて、接続や切り離しを行ってよいし、本特許の請求項４の様に電磁石を用いた物でもよい。
ワイヤーなどの係留具の巻き取りもドラム式としたが、ドラムに限るものでなく、ワイヤーなどの係留具の送り出しと引き戻しが出来れば何でもよいし、係留具をモーターで巻き取るように説明したが、人力で巻き取るようにしても良い。
以上の様に本項の発明の構成は、浮体サイフォン式水力発電設備が浮かぶ湖面の水位を検出する水位検出器と、堰堤湖の湖水中にある水車と送水管の接続部、又は送水管の途中に設けられた接続部に、接続部を切り離したり、再接続する切り離し接続機構、接続部を切り離した後、切り離した送水管から放水管までの水が流出しないようにする為の開閉バルブ、再接続するときには送水管を引き戻せるようにするための送水管のロープやワイヤーなどの係留具、水位検出部の検出した水位情報をもとに開閉バルブの開閉、及び、切り離し接続機構の、切り離し、接続動作を制御する、異常水位対応コントローラからなる事を特徴とする
又図６にこの浮体サイフォン式発電設備の異常水位対応コントローラの説明図を示す。
サイフォン原理で水をくみ上げる事が出来る高さは理論上最大でも9.8m程度である。 しかし、大きなダムなどでは渇水時と満水時では数十メートルの水位変化がある。
このようなダム湖で浮体サイフォン式の発電を行うには、渇水時に水面より高さ9m程度となる堤体に送水管を通す穴をあけ、送水管を通し放水しなければならないが、この穴位置は通常水位では水中に位置し、大規模な堤体の水中貫通工事が必要となる。
請求項3の発明は、送水管は、ダムの放水口に設置する、又は堤体に穴をあけるにしても、通常時の水面より高い位置に空けることで、水中での工事といった大掛かりな工事を不要とし、請求項1の浮体サイフォン式発電設備をダム堤体に設けた請求項２のような係留設備に係留し、発電を行う事を目的とする。
図５の実施例では、ダム堰堤に取り付けた図５－１３.係留塔の先端に図５－１７．ブラケットで図５－１６．レーザー距離センサーを取り付け係留塔からサイフォン設備に降ろされた図５－１４．係留レールに係留された浮体サイフォン式発電設備図５－１８の甲板までの距離を測定する事で、２次的に水位を検出するようにしている。
送水管には図５－１９－1．および図５－１９－２．接続部およびその前後に図５－１９－３.の送水管バルブが設けられている。 又、図５－１２.放水管の放水口図５－２０にも同様に図５－２１．放水管バルブが取り付けられている。
そして、サイフォン式発電の継続が難しい水位になったことをレーザー距離センサーで検出すると、送水管の接続部を切り離す事になるが、その直前にこれらのバルブを閉じる事で、送水管及び放水管の中の水が流出することなく保持できるようになっている。
送水管切り離し後、水位が発電可能水位に戻った事をレーザー距離センサーで検出すると、送水管の再接続が容易にできるように、切り離した放水管側の送水管の図５－１９－２．接続部には図５－２２－１．ワイヤー又はロープ等の係留具が取り付けられている。
ワイヤーは図５－２２．ドラムに巻き付けられており、切り離し後、放水管側の送水管の重みで、回転放出されるが、ドラムを回すことでワイヤーを巻き取り、放水管側の送水管接続部を容易に引き寄せ、浮体サイフォン設備側の図５－１９－１.送水管接続部と容易に再接続ができるようになっている。
図６は、この浮体サイフォン式発電設備の異常水位対応コントローラの説明図で、図６－１.異常水位対応コントローラは、図５－１３.係留塔の先端に図５－１７.ブラケットで取り付けられた図６－２(図５－１６).レーザー距離センサーからの、センサーと、図５－１８.浮体サイフォン式発電設備の甲板までの距離情報にもとづき、水位が発電可能な状態か判断し、発電が難しい状態になった場合、まず各接続部に設けられた図６－３(図５－１９－３) .送水管バルブと放水口に設けられた図６－４(図５－２１)．放水管バルブにバルブ閉信号を送ることでバルブを閉じ送水管及び放水管内の水が抜けないようにしたのち、２つの接続部に設けられている図６－５.接合切り離し装置に接続部切り離し信号を送ることで接合部の切り離しを行う。
接続部が切り離されることで、切り離された図５－１０.送水管は、自重で水中を沈降する。
次に切り離した送水管を再接続し、発電を再開する場合、図６－６．操作盤で、再接続ボタンを押すと、コントローラは、水位が再接続して問題なく発電できる水位であることをレーザー距離センサーからの距離情報で確認し、図５－２２．ワイヤードラムの図示されていないモーターを通電し、ワイヤーを巻き取る方向にモーターを回す。
ワイヤーは、図５－１９－１.の接続部に設けられたガイド穴を通して巻き取られるので、最終的に２つの接合部は接合される。
接合の完了は、接合することでモーターが過負荷となり通電量が増えることを図示していない電流検出器で検出し、コントローラは通電量の増加を見て、ワイヤー巻き取りモーターを停止しても良いし、接合部に設けた図６－７．接合検出装置からの接合検出信号を受けてワイヤー巻き取りモーターを停止しても良い。
次にコントローラは図５－１９－３.の送水管バルブにバルブ開信号を送ることでバルブを開き、さらに図５－２１．放水口のバルブにバルブ開信号を送ることでバルブを開き放水を開始することで、サイフォン式の発電が再開される。
本詳細の説明では、水位検出器をレーザー距離センサーとして 浮体設備の甲板との距離を測ることで、水位を検出する方法を説明したが、センサーを甲板上に置き、係留塔に設けた反射板までの距離を測るようにしても良いし、浮体設備にＧＰＳを取り付け、ＧＰＳによる高度測定で水位を検出しても良い。レーザーセンサーではなく超音波センサー等その他の距離センサ―を使う方法もある。
又、送水管の切り離し機構は、機械的にバックルのようなものを用いて、接続や切り離しを行ってよいし、本特許の請求項４の様に電磁石を用いた物でもよい。
ワイヤーなどの係留具の巻き取りもドラム式としたが、ドラムに限るものでなく、ワイヤーなどの係留具の送り出しと引き戻しが出来れば何でもよいし、係留具をモーターで巻き取るように説明したが、人力で巻き取るようにしても良い。
以上の様に本項の発明の構成は、浮体サイフォン式水力発電設備が浮かぶ湖面の水位を検出する水位検出器と、堰堤湖の湖水中にある水車と送水管の接続部、又は送水管の途中に設けられた接続部に、接続部を切り離したり、再接続する切り離し接続機構、接続部を切り離した後、切り離した送水管から放水管までの水が流出しないようにする為の開閉バルブ、再接続するときには送水管を引き戻せるようにするための送水管のロープやワイヤーなどの係留具、水位検出部の検出した水位情報をもとに開閉バルブの開閉、及び、切り離し接続機構の、切り離し、接続動作を制御する、異常水位対応コントローラからなる事を特徴とする
【0021】
請求項４の実施例を図７に示す。
本請求項は、請求項３の浮体サイフォン式発電設備の送水管の切り離し接続機構の具体的な機構の一例の発明である。
送水管に設けられた接続部の、導水管側の接続部を図７－１．非切り離し側接続部、 送水管側を図７－２．切り離し側接続部とし、非切り離し側接続部の接続部上端には、浮体サイフォン設備にある、ドラムから張られたワイヤー又はロープ等の係留具を通す図７－１－１．ガイド部を有し、切り離し側接続部には、このワイヤー又はロープ等の係留具を取り付ける図７－２－１．ワイヤー接続部を有す。
これらにより、切り離し側接続部を切り離した後、自重で落下した切り離し側接続部は、再接続の際、ドラムを回し、ワイヤー又はロープ等の係留具を巻き取ると、非切り離し側ガイド部と、切り離しガイド部のワイヤー接続部が最短となるように接合する。
非切り離し側接続部には、図７では３か所としたが、複数の円錐状の図７－１－２．突起が設けられ、切り離し側接続部には非切り離し側接続部の突起に対応する位置に、図７－２－２．ガイド穴が設けられ、再接続時には、両接続部が引き寄せられ接近すると突起部とガイド穴とが新たなガイドとなり、２つの接続部が正確に位置決めされて接合される。
非切り離し部には図７－１－４．接合確認センサーが取り付けられ、切り離し部が接合位置まで接近したことが確認できるようになっている。
接合確認センサーは、近接センサーや光学式のセンサーなど、様々なものが考えられるが、ここではセンサーのタイプは限定しない。
又、非切り離し接続部には図７－１－５．Ｏリングが取り付けられ、切り離し接続部には接合時このＯリングが入り込む図７－２－５．Ｏリング溝が設けられ、このゴム製のＯのリングとＯリング溝で、切り離し接続部と非切り離し接続部は密着し、サイフォンの送水を開始したとき、送水管から外部に水が漏れることを防ぐようになっている。
又、非切り離し側接続部はここでは３か所としたが複数の図７－１－３.電磁石を設置しており、切り離し接続部には接合時この電磁石に相対する位置に図７－２－３．永久磁石が設置されている。
こうすることで、接続部を切り離す時は、ドラムのモーターの通電を切り、ドラムをフリーにし、電磁石が永久磁石に対して反発する磁界を発生する方向に電流を流すことで接続部を確実に切り離すことができる。
又、再接続時には、ドラムを回し、ワイヤーを巻き取ると、図７－１－１．ガイド部と図７－２－１．ワイヤー接続部が近付き、図７－1－２．突起部と図７－２－２．ガイド穴が位置決めのガイドとなり接合位置まで接近する。
次に２つの接続部が接合位置まで接近したことを、図７－１－４．接合確認センサーで検出すると、図７－２－３．永久磁石と引き合う向きに磁界を発生するよう図７－１－３．電磁石を通電すれば、接続部は電磁石と永久磁石の磁力で強力に引き合い、Ｏリングが一定量つぶれて隙間をなくすことで強力な接合となり、送水管通水時に水が漏れだすことは無い。
以上本実施例では一方を永久磁石としたが、当然永久磁石は電磁石に置き換えることも可能である。
又永久磁石と電磁石の組み合わせの数もこの例では３対としたが、例えば接合面全体を電弱とすれば１対となるなど、組み合わせの数も限定しない。
このように切り離し、再接合機構に、電磁石を利用することで、内部の送水管を通水したとき、内部の水が漏れないための接合力と、接続部を確実に切り離すための切り離し力の両方を容易に得ることがでる。
機械的に、バックルなどで締め付けて接合する場合を考えるとバックルを閉める機構、開く機構、バックルを開いた後、切り離し接続部を非切り離し側接続部から確実に引き離す為の押し出し機構などが必要となりこれらの機構は電磁石を使用するものに対して非常に複雑なものになる、本請求項の発明はこういった機構に比べ各段に部品点数を少なくして、切り離し、再接合を行うことが可能となる。
本請求項は、請求項３の浮体サイフォン式発電設備の送水管の切り離し接続機構の具体的な機構の一例の発明である。
送水管に設けられた接続部の、導水管側の接続部を図７－１．非切り離し側接続部、 送水管側を図７－２．切り離し側接続部とし、非切り離し側接続部の接続部上端には、浮体サイフォン設備にある、ドラムから張られたワイヤー又はロープ等の係留具を通す図７－１－１．ガイド部を有し、切り離し側接続部には、このワイヤー又はロープ等の係留具を取り付ける図７－２－１．ワイヤー接続部を有す。
これらにより、切り離し側接続部を切り離した後、自重で落下した切り離し側接続部は、再接続の際、ドラムを回し、ワイヤー又はロープ等の係留具を巻き取ると、非切り離し側ガイド部と、切り離しガイド部のワイヤー接続部が最短となるように接合する。
非切り離し側接続部には、図７では３か所としたが、複数の円錐状の図７－１－２．突起が設けられ、切り離し側接続部には非切り離し側接続部の突起に対応する位置に、図７－２－２．ガイド穴が設けられ、再接続時には、両接続部が引き寄せられ接近すると突起部とガイド穴とが新たなガイドとなり、２つの接続部が正確に位置決めされて接合される。
非切り離し部には図７－１－４．接合確認センサーが取り付けられ、切り離し部が接合位置まで接近したことが確認できるようになっている。
接合確認センサーは、近接センサーや光学式のセンサーなど、様々なものが考えられるが、ここではセンサーのタイプは限定しない。
又、非切り離し接続部には図７－１－５．Ｏリングが取り付けられ、切り離し接続部には接合時このＯリングが入り込む図７－２－５．Ｏリング溝が設けられ、このゴム製のＯのリングとＯリング溝で、切り離し接続部と非切り離し接続部は密着し、サイフォンの送水を開始したとき、送水管から外部に水が漏れることを防ぐようになっている。
又、非切り離し側接続部はここでは３か所としたが複数の図７－１－３.電磁石を設置しており、切り離し接続部には接合時この電磁石に相対する位置に図７－２－３．永久磁石が設置されている。
こうすることで、接続部を切り離す時は、ドラムのモーターの通電を切り、ドラムをフリーにし、電磁石が永久磁石に対して反発する磁界を発生する方向に電流を流すことで接続部を確実に切り離すことができる。
又、再接続時には、ドラムを回し、ワイヤーを巻き取ると、図７－１－１．ガイド部と図７－２－１．ワイヤー接続部が近付き、図７－1－２．突起部と図７－２－２．ガイド穴が位置決めのガイドとなり接合位置まで接近する。
次に２つの接続部が接合位置まで接近したことを、図７－１－４．接合確認センサーで検出すると、図７－２－３．永久磁石と引き合う向きに磁界を発生するよう図７－１－３．電磁石を通電すれば、接続部は電磁石と永久磁石の磁力で強力に引き合い、Ｏリングが一定量つぶれて隙間をなくすことで強力な接合となり、送水管通水時に水が漏れだすことは無い。
以上本実施例では一方を永久磁石としたが、当然永久磁石は電磁石に置き換えることも可能である。
又永久磁石と電磁石の組み合わせの数もこの例では３対としたが、例えば接合面全体を電弱とすれば１対となるなど、組み合わせの数も限定しない。
このように切り離し、再接合機構に、電磁石を利用することで、内部の送水管を通水したとき、内部の水が漏れないための接合力と、接続部を確実に切り離すための切り離し力の両方を容易に得ることがでる。
機械的に、バックルなどで締め付けて接合する場合を考えるとバックルを閉める機構、開く機構、バックルを開いた後、切り離し接続部を非切り離し側接続部から確実に引き離す為の押し出し機構などが必要となりこれらの機構は電磁石を使用するものに対して非常に複雑なものになる、本請求項の発明はこういった機構に比べ各段に部品点数を少なくして、切り離し、再接合を行うことが可能となる。
【0022】
請求項５の説明図を図８に記す。
本請求項は、請求項３の浮体サイフォン式発電設備の送水管の切り離し接続機構の切り離し側の接続部の具体的な機構の一例の発明である。
送水管の切り離し側図８－１と、導水管側の非切り離し側図８－２の２つの接続部からなる接続部の、図８－１は上部に図８－１－２．フロートが図８－１－５．取付板により設置され、下部には、左右対称な位置にそれぞれ図８－１－３．錘が取り付けられ、錘には、図８－１－４．スキー板状の足が図８－１－６．取付板により取り付けられている。
上部のフロートと、下部には、左右対称な位置にそれぞれ取り付けられた錘と、その下のスキー板状の足により、切り離し側接続部の水中での上下の位置が明確になり、切り離し後、フロートを上側、おもりが下側となり、沈降していく。
非切り離し側接続部は、浮体サイフォン設備にある、ドラムから張られたワイヤー又はロープ等の係留具を通す図８－２－１．ガイド部を有し、切り離し側接続部には、このロープを取り付ける図８－１－１．接続部を有す。
こういった機構により、着底の際にはスキー板状の足から着底し、スキー板状である為、送水管接続部が汚泥に沈みこまない機構になっている。
この例では錘とスキー板状の足を一体としたが、例えば錘はフロートの真下に１個だにして、スキー板状の足とは別にしても良い。
この機構により切り離した送水管が、自重により沈降し、湖底に着底した際、接続機構の接続面に汚泥などが付着し、再接続後の接続不良による発電の再開が出来ない状態になる事を防止することができる。
本請求項は、請求項３の浮体サイフォン式発電設備の送水管の切り離し接続機構の切り離し側の接続部の具体的な機構の一例の発明である。
送水管の切り離し側図８－１と、導水管側の非切り離し側図８－２の２つの接続部からなる接続部の、図８－１は上部に図８－１－２．フロートが図８－１－５．取付板により設置され、下部には、左右対称な位置にそれぞれ図８－１－３．錘が取り付けられ、錘には、図８－１－４．スキー板状の足が図８－１－６．取付板により取り付けられている。
上部のフロートと、下部には、左右対称な位置にそれぞれ取り付けられた錘と、その下のスキー板状の足により、切り離し側接続部の水中での上下の位置が明確になり、切り離し後、フロートを上側、おもりが下側となり、沈降していく。
非切り離し側接続部は、浮体サイフォン設備にある、ドラムから張られたワイヤー又はロープ等の係留具を通す図８－２－１．ガイド部を有し、切り離し側接続部には、このロープを取り付ける図８－１－１．接続部を有す。
こういった機構により、着底の際にはスキー板状の足から着底し、スキー板状である為、送水管接続部が汚泥に沈みこまない機構になっている。
この例では錘とスキー板状の足を一体としたが、例えば錘はフロートの真下に１個だにして、スキー板状の足とは別にしても良い。
この機構により切り離した送水管が、自重により沈降し、湖底に着底した際、接続機構の接続面に汚泥などが付着し、再接続後の接続不良による発電の再開が出来ない状態になる事を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1-1】請求項1の発明の１実施例を説明する上面図である。
【図2】請求項1の調速機や変電設備、送電設備を一体にした制御室の構成例を示した図である。
【図3】請求項２の１実施例を説明する上面図である。
【図5】請求項３の１実施例を説明する図である。
【図6】請求項３の異常水位対応コントローラの構成の説明図である。
【図7】請求項４の送水管切り離し、接続機構の１実施例図である。
【図8】請求項５の送水管切り離し、接続機構の送水管切り離し部の機構の１実施例図である。
【符号の説明】
【0024】
.
図１－１－１． 浮体を構成する浮体１
－２． 浮体を構成する浮体２
－３． 複数の浮体をつなげるブリッジ
－４． 発電機
－５． 制御室
(発電機・・・、調速機コントローラ、変電設備、送電設備を含む)
－６． シャフト
－７． 水車
－８． 導水管
－９． 取水口
－１０．送水管
－１１．堰堤湖の堰堤(本発明の構成物ではない)
－１２．放水管
図１－２－１． 浮体を構成する浮体１
－２． 浮体を構成する浮体2
－４． 発電機
－５． 制御室
(発電機・・・、調速機コントローラ、変電設備、送電設備を含む)
－６． シャフト
－７． 水車
－８． 導水管
－９． 取水口
－１０．送水管
－１１．堰堤湖の堰堤(本発明の構成物ではない)
－１２．放水管
図２－１． 取引用変成器
－１－１．電力量計
－２． 断路器
－３． 遮断器
－３－１．信号継電器
－４． 過電流遮断機
－５． トランス
－５－１．計器用トランス
－５－２．電圧系
－５－３．周波数継電器
－５－４．計器用トランス
－５－５．所内設置用トランス
－５－６．電流検出トランス
－５－７．過電流検出器
－５－８．電流計
－５－９．電力系
－６． 配線用遮断器
－７－１．制御電源
－７－２．浮体設備照明コンセント
－７－３. 制御電源2
－７－４．バルブ駆動機器
－７－５．水車調速機駆動機器
－８． 力率調整器
－９－１．各種バルブ制御回路
－９－２．水車速度制御回路
－１０． 発電機
－１１． 水車
－１２．水車速度検出器
図３－１－１． 浮体を構成する浮体１
－２． 浮体を構成する浮体２
－３． 複数の浮体をつなげるブリッジ
－４． 発電機
－５． 制御室
(発電機・・・、調速機コントローラ、変電設備、送電設備を含む)
－６． シャフト
－７． 水車
－８． 導水管
－９． 取水口
－１０． 送水管
－１１． 堰堤湖の堰堤(本発明の構成物ではない)
－１２． 放水管
－１３． 鉄塔
－１３－１．プレート
－１４． 係留レール
－１５． ベアリング
図４－１－１． 浮体を構成する浮体１
－２． 浮体を構成する浮体２
－４． 発電機
－５． 制御室
(発電機・・・、調速機コントローラ、変電設備、送電設備を含む)
－６． シャフト
－７． 水車
－８． 導水管
－９． 取水口
－１０． 送水管
－１１． 堰堤湖の堰堤(本発明の構成物ではない)
－１２． 放水管
－１３． 鉄塔
－１３－１．プレート
－１４． 係留レール
－１５． ベアリング
図５－１． 浮体を構成する浮体１
－４． 発電機
－５． 制御室
(発電機・・・、調速機コントローラ、変電設備、送電設備を含む)
－６． シャフト
－７． 水車
－８． 導水管
－９． 取水口
－１０． 送水管
－１１． 堰堤湖の堰堤(本発明の構成物ではない)
－１２． 放水管
－１３． 鉄塔
－１３－１．プレート
－１４． 係留レール
－１５． ベアリング
－１６． (レーザー)距離センサー
－１７． ブラケット
－１８． 浮体設備甲板
－１９－１． 浮体サイフォン設備側送水管接続部
－１９－２． 放水管側(切り離し側)送水管接続部
－１９－３． 接続部バルブ
－２０． 放水口
－２１． 放水口バルブ
－２２． (ワイヤー)ドラム
－２２－１． (ワイヤー)ロープ
図６－１．異常水位対応コントローラ
－２．(レーザー)距離センサー
－３．送水管バルブ
－４．放水管バルブ
－５．接合切り離し装置
－６．操作盤
－７．接合検出装置
図７－１． 非切り離し側接続部
－１－１．ガイド部
－１－２．突起
－１－３．電磁石
－１－４．接合確認センサー
－１－５．Ｏリング
－２． 切り離し側接続部
－２－１．ワイヤー(ロープ)接続部
－２－２．ガイド穴
－２－３．永久磁石
－２－５．Ｏリング溝
図８－１．切り離し側接続部
－１－１．ワイヤー(ロープ)接続部
－１－２．フロート
－１－３．錘
－１－４．スキー板状の足
－１－５．(フロート)取り付け板
－１－６．(スキー板状の足)取り付け板
－２．非切り離し側接続部
－２－１．(ワイヤー又はロープの)ガイド部
図１－１－１． 浮体を構成する浮体１
－２． 浮体を構成する浮体２
－３． 複数の浮体をつなげるブリッジ
－４． 発電機
－５． 制御室
(発電機・・・、調速機コントローラ、変電設備、送電設備を含む)
－６． シャフト
－７． 水車
－８． 導水管
－９． 取水口
－１０．送水管
－１１．堰堤湖の堰堤(本発明の構成物ではない)
－１２．放水管
図１－２－１． 浮体を構成する浮体１
－２． 浮体を構成する浮体2
－４． 発電機
－５． 制御室
(発電機・・・、調速機コントローラ、変電設備、送電設備を含む)
－６． シャフト
－７． 水車
－８． 導水管
－９． 取水口
－１０．送水管
－１１．堰堤湖の堰堤(本発明の構成物ではない)
－１２．放水管
図２－１． 取引用変成器
－１－１．電力量計
－２． 断路器
－３． 遮断器
－３－１．信号継電器
－４． 過電流遮断機
－５． トランス
－５－１．計器用トランス
－５－２．電圧系
－５－３．周波数継電器
－５－４．計器用トランス
－５－５．所内設置用トランス
－５－６．電流検出トランス
－５－７．過電流検出器
－５－８．電流計
－５－９．電力系
－６． 配線用遮断器
－７－１．制御電源
－７－２．浮体設備照明コンセント
－７－３. 制御電源2
－７－４．バルブ駆動機器
－７－５．水車調速機駆動機器
－８． 力率調整器
－９－１．各種バルブ制御回路
－９－２．水車速度制御回路
－１０． 発電機
－１１． 水車
－１２．水車速度検出器
図３－１－１． 浮体を構成する浮体１
－２． 浮体を構成する浮体２
－３． 複数の浮体をつなげるブリッジ
－４． 発電機
－５． 制御室
(発電機・・・、調速機コントローラ、変電設備、送電設備を含む)
－６． シャフト
－７． 水車
－８． 導水管
－９． 取水口
－１０． 送水管
－１１． 堰堤湖の堰堤(本発明の構成物ではない)
－１２． 放水管
－１３． 鉄塔
－１３－１．プレート
－１４． 係留レール
－１５． ベアリング
図４－１－１． 浮体を構成する浮体１
－２． 浮体を構成する浮体２
－４． 発電機
－５． 制御室
(発電機・・・、調速機コントローラ、変電設備、送電設備を含む)
－６． シャフト
－７． 水車
－８． 導水管
－９． 取水口
－１０． 送水管
－１１． 堰堤湖の堰堤(本発明の構成物ではない)
－１２． 放水管
－１３． 鉄塔
－１３－１．プレート
－１４． 係留レール
－１５． ベアリング
図５－１． 浮体を構成する浮体１
－４． 発電機
－５． 制御室
(発電機・・・、調速機コントローラ、変電設備、送電設備を含む)
－６． シャフト
－７． 水車
－８． 導水管
－９． 取水口
－１０． 送水管
－１１． 堰堤湖の堰堤(本発明の構成物ではない)
－１２． 放水管
－１３． 鉄塔
－１３－１．プレート
－１４． 係留レール
－１５． ベアリング
－１６． (レーザー)距離センサー
－１７． ブラケット
－１８． 浮体設備甲板
－１９－１． 浮体サイフォン設備側送水管接続部
－１９－２． 放水管側(切り離し側)送水管接続部
－１９－３． 接続部バルブ
－２０． 放水口
－２１． 放水口バルブ
－２２． (ワイヤー)ドラム
－２２－１． (ワイヤー)ロープ
図６－１．異常水位対応コントローラ
－２．(レーザー)距離センサー
－３．送水管バルブ
－４．放水管バルブ
－５．接合切り離し装置
－６．操作盤
－７．接合検出装置
図７－１． 非切り離し側接続部
－１－１．ガイド部
－１－２．突起
－１－３．電磁石
－１－４．接合確認センサー
－１－５．Ｏリング
－２． 切り離し側接続部
－２－１．ワイヤー(ロープ)接続部
－２－２．ガイド穴
－２－３．永久磁石
－２－５．Ｏリング溝
図８－１．切り離し側接続部
－１－１．ワイヤー(ロープ)接続部
－１－２．フロート
－１－３．錘
－１－４．スキー板状の足
－１－５．(フロート)取り付け板
－１－６．(スキー板状の足)取り付け板
－２．非切り離し側接続部
－２－１．(ワイヤー又はロープの)ガイド部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
