特開 2024-85565 循環型水力発電システム

(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】P2024085565

(43)【公開日】2024-06-27

(54)【発明の名称】循環型水力発電システム

(51)【国際特許分類】

   F03B 13/06 20060101AFI20240620BHJP

【ＦＩ】

F03B13/06

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022200143

(22)【出願日】2022-12-15

(71)【出願人】

【識別番号】521335742

【氏名又は名称】株式会社マツバヤシ

(74)【代理人】

【識別番号】100146020

【弁理士】

【氏名又は名称】田村 善光

(74)【代理人】

【識別番号】100062328

【弁理士】

【氏名又は名称】古田 剛啓

(72)【発明者】

【氏名】松林 順治

【テーマコード（参考）】

3H074

【Ｆターム（参考）】

3H074AA13

3H074AA18

3H074BB13

3H074CC11

3H074CC38

(57)【要約】

【課題】水力発電に使用する水を循環させることができ、揚水に利用するポンプの消費電力を減じることができる循環型水力発電システムを提供することを課題とする。
【解決手段】上下方向で上部水槽と下部水槽とに水槽を分ける隔壁、隔壁より高い位置に設けた流出口、及び、隔壁より低い位置に設けた流入口と、隔壁の略中央部に貫装されて垂設された円筒形状の揚水用流路と、揚水用流路内に複数のスクリュー羽根を周設したスクリュー軸を吊設状態で挿入し、スクリュー軸を回転して水を下部水槽から上部水槽に揚水可能にするスクリューポンプと、を備えた筒形状の揚水型水槽と、水車型発電装置と、を備え、隔壁の高さを上流側の水力発電ユニットの下流側の流出口を有する水槽の水位より低くし、スクリュー羽根の吊設高さ範囲に上流側の水力発電ユニットの下流側の流出口を有する水槽の水位より低い範囲を含める循環型水力発電システムにより課題解決できた。
【選択図】 図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水を循環可能な閉水路と、前記閉水路に所定の間隔で連続させて介設した複数の水力発電ユニットとを備えた循環型水力発電システムであって、
前記水力発電ユニットは、
上下方向で上部水槽と下部水槽とに水槽を分ける隔壁、前記隔壁より高い位置の周壁に設けた、前記上部水槽の水を下流側に流出させる流出口、及び、前記隔壁より低い位置の周壁に設けた、下部水槽への上流側の上流側水力発電ユニットからの水流を流入させる流入口とを備え、
前記隔壁の略中央部に貫装され、下端開口部を前記下部水槽内に、及び、上端開口部を前記上部水槽内に位置するように垂設された円筒形状の揚水用流路と、
前記揚水用流路内に複数のスクリュー羽根を周設したスクリュー軸を吊設状態で挿入し、前記スクリュー軸を回転して水を前記下部水槽から前記上部水槽に揚水可能にするスクリューポンプと、を備えた筒形状の揚水型水槽と、
前記揚水型水槽の下流側の前記閉水路に介設した水車型発電装置と、を備え、
前記隔壁の高さを、前記流入口と連通した前記上流側の水力発電ユニットの下流側の流出口を有する水槽の水位より低くし、前記スクリュー羽根の吊設高さ範囲に前記上流側の水力発電ユニットの下流側の流出口を有する水槽の水位より低い範囲を含めることを特徴とする循環型水力発電システム。

【請求項2】

前記揚水型水槽の前記上部水槽の内側に、上端開口部を前記上部水槽に設けた前記流出口に連結させ下端開口部を前記上部水槽内の下方の水を吸い込み可能な高さにした筒状の吸い込み流路を設けることを特徴とする請求項１に記載の循環型水力発電システム。

【請求項3】

前記水力発電ユニットの形態が、
前記揚水型水槽の前記上部水槽に設けた前記流出口から下流側に下方に向けて斜設させた水路の断面が長方形状の傾斜流路と、
上流側を上流側に設置された水力発電ユニットの揚水型水槽から斜設された傾斜水路に連結させ下流側を下流側の前記揚水型水槽の前記流入口に連結させた、水路の断面が長方形状の導入流路と、
前記導入流路に介設した前記水車型発電装置と、を備え、
前記隔壁の高さを、下流側の前記水力発電ユニットの前記揚水型水槽の前記流入口と水路が連通している前記上流側の水力発電ユニットの揚水型水槽の上部水槽の水位より低くし、前記スクリュー羽根の吊設高さ範囲に前記上流側の水力発電ユニットの前記上部水槽の水位より低い範囲を含める第一形態であることを特徴とする請求項１又は２に記載の循環型水力発電システム。

【請求項4】

前記水力発電ユニットの形態が、
前記揚水型水槽の下流側に隣接させて前記揚水型水槽と略同じ高さの筒状の下方流水用水槽を設け、
前記下方流水用水槽は、周壁の上端部に前記揚水型水槽の前記流出口からの水流を流入させる流入口、及び、周壁の下端部に水を下流側に流出させる流出口を備え、
上流側を前記下方流水用水槽の前記流出口と連結し下流側を下流側に設置した水力発電ユニットの揚水型水槽の流入口と連結した、水路の断面が長方形状の導入流路と、
前記導入流路に介設した前記水車型発電装置と、を備え、
前記隔壁の高さを、下流側の水力発電ユニットの流入口と水路が連通した前記上流側の水力発電ユニットの下方流水用水槽の水位より低くし、前記スクリュー羽根の吊設高さ範囲に前記上流側の水力発電ユニットの前記下方流水用水槽の水位より低い範囲を含める第二形態であることを特徴とする請求項１又は２に記載の循環型水力発電システム。

【請求項5】

前記水車型発電装置は、前記導入流路に対して水力発電機を２台並設させることを特徴とする請求項１又は２に記載の循環型水力発電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、陸上などにおいて、水を循環させながら水力による発電をする循環型水力発電システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、水が流れる流路に配置される水力発電装置であって、水車駆動ポンプを有し、前記流路の上流側において第１の高さから第１の落差で落下した水を取水し、前記水の水力を利用して、前記水の一部を前記第１の高さより高い第２の高さに揚水する揚水装置と、揚水された前記水が前記第２の高さから前記第１の落差より大きい第２の落差で落下したときの前記水の水力を利用して発電するとともに、落下した前記水を前記流路の下流側に排水する発電装置と、を有し、前記揚水装置は、前記第１の高さから前記第１の落差で落下した水の水力を利用して、前記水の一部を前記第１の高さより高い第３の高さに揚水する第１水車駆動ポンプと、前記第３の高さに揚水された前記水が前記第３の高さから前記第１の落差より大きい第３の落差で落下した水の水力を利用して、前記第３の落差で落下した前記水の一部を前記第３の高さより高い前記第２の高さに揚水する第２水車駆動ポンプと、を有する、水力発電装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５７５９６０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の発明は、設置及び撤去が容易にでき小水力を利用した発電装置であるが、２か所の水車駆動ポンプで揚水後に１か所の発電装置発電でする構成のため２か所の水車駆動ポンプの電力の消費により他に利用できる発電量が大きく減じられるという問題があり、上流側の水槽の水位より下流側の水槽が高いので揚水に要する水車駆動ポンプの電力が大きいという問題があった。また、大量の水を常時流入できかつ常時放流できる場所に設置場所が限定されるという問題があった。

【0005】

本発明はこうした問題に鑑み創案されたもので、水力発電に使用する水を循環させることができ、揚水に利用するポンプの消費電力を減じることができる循環型水力発電システムを提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

請求項１に記載の循環型水力発電システムは、水を循環可能な閉水路と、前記閉水路に所定の間隔で連続させて介設した複数の水力発電ユニットとを備えた循環型水力発電システムであって、前記水力発電ユニットは、上下方向で上部水槽と下部水槽とに水槽を分ける隔壁、前記隔壁より高い位置の周壁に設けた、前記上部水槽の水を下流側に流出させる流出口、及び、前記隔壁より低い位置の周壁に設けた、下部水槽への上流側の上流側水力発電ユニットからの水流を流入させる流入口とを備え、前記隔壁の略中央部に貫装され、下端開口部を前記下部水槽内に、及び、上端開口部を前記上部水槽内に位置するように垂設された円筒形状の揚水用流路と、前記揚水用流路内に複数のスクリュー羽根を周設したスクリュー軸を吊設状態で挿入し、前記スクリュー軸を回転して水を前記下部水槽から前記上部水槽に揚水可能にするスクリューポンプと、を備えた筒形状の揚水型水槽と、 前記揚水型水槽の下流側の前記閉水路に介設した水車型発電装置と、を備え、前記隔壁の高さを、前記流入口と連通した前記上流側の水力発電ユニットの下流側の流出口を有する水槽の水位より低くし、前記スクリュー羽根の吊設高さ範囲に前記上流側の水力発電ユニットの下流側の流出口を有する水槽の水位より低い範囲を含めることを特徴とする。

【0007】

請求項２に記載の循環型水力発電システムは、請求項１において、前記揚水型水槽の前記上部水槽の内側に、上端開口部を前記上部水槽に設けた前記流出口に連結させ下端開口部を前記上部水槽内の下方の水を吸い込み可能な高さにした筒状の吸い込み流路を設けることを特徴とする。

【0008】

請求項３に記載の循環型水力発電システムは、請求項１又は２において、前記水力発電ユニットの形態が、前記揚水型水槽の前記上部水槽に設けた前記流出口から下流側に下方に向けて斜設させた水路の断面が長方形状の傾斜流路と、上流側を上流側に設置された水力発電ユニットの揚水型水槽から斜設された傾斜水路に連結させ下流側を下流側の前記揚水型水槽の前記流入口に連結させた、水路の断面が長方形状の導入流路と、前記導入流路に介設した前記水車型発電装置と、を備え、前記隔壁の高さを、下流側の前記水力発電ユニットの前記揚水型水槽の前記流入口と水路が連通している前記上流側の水力発電ユニットの揚水型水槽の上部水槽の水位より低くし、前記スクリュー羽根の吊設高さ範囲に前記上流側の水力発電ユニットの前記上部水槽の水位より低い範囲を含める第一形態であることを特徴とする。

【0009】

請求項４に記載の循環型水力発電システムは、請求項１又は２において、前記水力発電ユニットの形態が、前記揚水型水槽の下流側に隣接させて前記揚水型水槽と略同じ高さの筒状の下方流水用水槽を設け、前記下方流水用水槽は、周壁の上端部に前記揚水型水槽の前記流出口からの水流を流入させる流入口、及び、周壁の下端部に下流側に水を流出させる流出口を備え、上流側を前記下方流水用水槽の前記流出口と連結し下流側を下流側に設置した水力発電ユニットの揚水型水槽の流入口と連結した、水路の断面が長方形状の導入流路と、前記導入流路に介設した前記水車型発電装置と、を備え、前記隔壁の高さを、下流側の水力発電ユニットの流入口と水路が連通した前記上流側の水力発電ユニットの下方流水用水槽の水位より低くし、前記スクリュー羽根の吊設高さ範囲に前記上流側の水力発電ユニットの前記下方流水用水槽の水位より低い範囲を含める第二形態であることを特徴とする。

【0010】

請求項５に記載の循環型水力発電システムは、請求項１又は２において、前記水車型発電装置は、前記導入流路に対して水力発電機を２台並設させることを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

請求項１、３～４に記載の循環型水力発電システムは、平地において運転時に水を巡回使用することによって新たに水の供給を不要とする水力発電を可能とする効果を有し、上流側水槽の水位と下流側水槽の隔壁との高低差により下部水槽に上流側から流入してきた水流に隔壁を押し上げる方向の勢いと前記揚水用流路内を上昇する勢いの流れをつくることができ、これによりスクリューポンプによる水を上方に揚水させる使用電力を前記水流の上昇の勢い分に相当する電力を減じるさせることができて抑制させることができるという効果を有する。

【0012】

請求項２に記載の循環型水力発電システムは、上部水槽内の水位が下がっても上部水槽の周壁の高い流出口から下流側に水を流出できるという効果を奏する。

【0013】

請求項５に記載の循環型水力発電システムは、水力発電装置内に水車及び発電機を備えた２組の水力発電機を設置するので、１本の導入流路を使って発電量を倍増させることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の第一形態の循環型水力発電システムの平面視の構成説明図である。

【図2】本発明の第一形態の循環型水力発電システムを構成する水力発電ユニットの１つ分の構成説明図である。

【図3】図１の形態を環状の閉水路を直線状に展開させて、水力発電ユニットを２つ連続させて側面視で水の流れをわかりやすく説明した説明図である。

【図4】本発明の第二形態の循環型水力発電システムの平面視の構成説明図である。

【図5】本発明の第二形態の循環型水力発電システムを構成する水力発電ユニットの１つ分の構成説明図である。

【図6】図４の形態を環状の閉水路を直線状に展開させて、水力発電ユニットを２つ連続させて側面視で水の流れをわかりやすく説明した説明図である。

【図7】水車型発電装置の構成説明図である。

【図8】揚水型水槽の構成説明図で、（ａ）は吸い込み流路を備えている形態の構成説明図で、（ｂ）は吸い込み流路を備えていない形態の構成説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明の循環型水力発電システム１は、平地において水を循環させながら大型の水力発電を可能にする発電システムである。前記循環型水力発電システム１は地面Ｇに設置される。

【0016】

本発明の循環型水力発電システム１は、図１～図７に示すように、水を循環可能な閉水路と、前記閉水路に所定の間隔で連続させて介設した複数の水力発電ユニット２とを備えた循環型水力発電システム１であって、前記水力発電ユニット２は、上下方向で上部水槽３１と下部水槽３２とに水槽を分ける隔壁１２、前記隔壁１２より高い位置の周壁に設けた、前記上部水槽３１の水を下流側に流出させる流出口２２、及び、前記隔壁１２より低い位置の周壁に設けた、下部水槽３２への上流側の上流側水力発電ユニット２からの水流を流入させる流入口２１とを備え、前記隔壁１２の略中央部に貫装され、下端開口部を前記下部水槽内３２に、及び、上端開口部を前記上部水槽３１内に位置するように垂設された円筒形状の揚水用流路６と、前記揚水用流路６内に複数のスクリュー羽根７２を周設したスクリュー軸７３を吊設状態で挿入し、前記スクリュー軸７３を回転して水を前記下部水槽３２から前記上部水槽３１に揚水可能にするスクリューポンプ７と、を備えた筒形状の揚水型水槽４と、前記揚水型水槽４の下流側の前記閉水路に介設した水車型発電装置９と、を備え、前記隔壁１２の高さを、前記流入口２１と連通した前記上流側の水力発電ユニット２の下流側の流出口２２又は２４を有する水槽の水位より低くし、前記スクリュー羽根７２の吊設高さ範囲に前記上流側の水力発電ユニット２の下流側の流出口２２又は２４を有する水槽の水位より低い範囲を含める。

【0017】

また、前記循環型水力発電システム１は、図８（ａ）に示すように、前記揚水型水槽４Ａの前記上部水槽３１の内側に、上端開口部を前記上部水槽３１に設けた前記流出口２２に連結させ下端開口部を前記上部水槽３１内の下方の水を吸い込み可能な高さにした筒状の吸い込み流路１５を設ける。

【0018】

前記循環型水力発電システム１は、図１～図６に示すように、前記水車型発電装置９は、前記導入流路１１又は導入流路１３に対して水力発電機９０を２台並設させている。

【0019】

前記閉水路の平面視の形状は、図１又は図４に示すように、四角形状があるが、三角形状、五角形状、六角形状などの多角形状、あるいは、楕円形状や円形状など水を循環可能な形状で前記水力発電ユニット２を連続させて配設できればいずれの形状でもよい。

【0020】

本発明の循環型水力発電システム１は、図１～図６に示すように、前記揚水型水槽４を主要な構成要件とする前記水力発電ユニット２が、水が循環する閉水路に所定の間隔を設けながら介設される循環型水力発電システム１である。複数の前記水力発電ユニット２のそれぞれの配置が、水が循環する閉水路において最初の位置にあると仮定した最初の水力発電ユニット２の下流側には下流側の２番目の水力発電ユニット２が配置され、前記下流側の前記２番目の水力発電ユニット２の下流側にはさらに下流側の３番目の水力発電ユニット２が配置され、このように複数の水力発電ユニット２が閉水路に連続して配置されて一巡となる最後の位置にあると仮定した最後の水力発電システム２の下流側には最初の前記水力発電システム２が配置されているという循環型水力発電システム１である。

【0021】

前記水力発電ユニット２は、少なくとも前記揚水型水槽４及び前記水車型発電装置９を備える。

【0022】

まず、前記揚水型水槽４について説明する。前記揚水型水槽４には、図８（ａ）に示すように吸い込み流路１５を備えている揚水型水槽４Ａと、図８（ｂ）に示すように吸い込み流路１５を備えていない揚水型水槽４Ｂがある。前記揚水型水槽４Ａと前記揚水型水槽４Ｂとは前記吸い込み流路１５の有無の相違がある。

【0023】

前記揚水用水槽４（４Ａ、４Ｂ）は、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、上下方向で上部水槽３１と下部水槽３２とに水槽を分ける隔壁１２、前記隔壁１２より高い位置の周壁に設けた、前記上部水槽３１の水を下流側に流出させる流出口２２、及び、前記隔壁１２より低い位置の周壁に設けた、下部水槽３２への上流側の上流側水力発電ユニット２からの水流を流入させる流入口２１とを備え、前記隔壁１２の略中央部に貫装され、下端開口部を前記下部水槽３２内に、及び、上端開口部を前記上部水槽３１内に位置するように垂設された円筒形状の揚水用流路６と、前記揚水用流路６内に複数のスクリュー羽根７２を周設したスクリュー軸７３を吊設状態で挿入し、前記スクリュー軸７３を回転して水を前記下部水槽３２から前記上部水槽３１に揚水可能にするスクリューポンプ７と、を備える。前記スクリュー羽根７２の吊設高さ範囲に前記上流側の水力発電ユニット２の下流側の流出口２２又は２４を有する水槽の水位より低い範囲を含める。

【0024】

そして、前記揚水型水槽４Ａの場合は、図２に示すように、上流側に設けた揚水型水槽４Ａの傾斜流路８内の水が傾斜により勢いよく流下し、この流下により下流側の揚水型水槽４Ａの下部水槽３２内に勢いよく流入し、前記流入してきた水流の上昇する勢いにスクリューポンプ７による水の上方への移動を加えれば相乗効果で、勢いよく下部水槽３２から上部水槽３１に水を揚水することができる。この揚水を継続すると、前記傾斜流路８内の水を吸引することになり、この吸引は前記上部水槽３１内の水を吸い込むことになる。このときに、前記揚水型水槽４の内側に、上端開口部を前記流出口２２に連結させ下端開口部を前記上部水槽３１内の下方の水を吸い込み可能な高さに設けられている筒状の前記吸い込み流路１５によって前記上部水槽３１内で水位が低くなっても前記上部水槽３１内の水を吸い上げることができる。これにより、スクリューポンプ７の消費電力を抑制させて水を揚水でき、水を閉水路に循環できるという効果を奏する。

【0025】

また、前記揚水型水槽４Ｂの場合は、図５に示すように、上流側に設けた下方向流水用水槽１０内の水の水圧で流出口２４から水流が勢いよく流出し、この水流が下流側の揚水型水槽４Ｂの下部水槽３２内に勢いよく流入し、前記流入してきた水流の上昇する勢いにスクリューポンプ７による水の上方への移動を加えれば相乗効果で、勢いよく下部水槽３２から上部水槽３１に水を揚水することができる。勢いよく揚水ができるので前記上部水槽３１内には水があふれ、このあふれた水が流出口２２から下流側に隣接する前記下方向流水用水槽１０内に流下する。これにより、スクリューポンプ７の消費電力を抑制させて水を揚水でき、水を閉水路に循環できるという効果を奏する。

【0026】

前記揚水型水槽４の上端部には、例えば図１、図２、図４又は図５に示すように、屋根を設け、前記屋根の中央部には前記スクリューポンプ７を配設している。前記下方向流水用水槽１０の上端部は屋根を設けず開口部とし水面に大気圧がかかるようにしている。

【0027】

前記隔壁１２は、前記揚水型水槽４を上下方向で上部水槽３１と下部水槽３２とに分けており、隔壁１２により、前記揚水用流路６以外の範囲で前記上部水槽３１の水と前記下部水槽３２の水とを混ざらないように遮断している。前記隔壁１２は、上流側から流入した水流の水圧に十分に耐えられる強度を有する。

【0028】

前記上部水槽３１に設けた前記流出口２２は、前記隔壁１２より高い位置の周壁に設けられ、前記上部水槽３１の水を下流側に流出させる。前記流出口２２には、上端開口部を前記流出口２２に連結させ下端開口部を前記上部水槽３１内の下方の水を吸い込み可能な高さにした筒状の吸い込み流路１５が前記揚水型水槽４の内側に設けられている。

【0029】

前記下部水槽３２に設けられた前記流入口２１は、前記隔壁１２より低い位置の周壁に設けられ、下部水槽３２への上流側の上流側水力発電ユニット２からの水流を流入させる。前記流入口２１に連結される配管である導入流路１１又は導入流路１３の水路の断面形状が図７に示すように水力発電機９０を２台並設させられる形状である長方形状にしていることから、前記流入口２１の断面形状は長方形状である。

【0030】

前記揚水用流路６は、前記隔壁１２の略中央部に貫装され、下端開口部を前記下部水槽３２内に、及び、上端開口部を前記上部水槽３１内に位置するように垂設された円筒形状であり、内部に複数のスクリュー羽根７２を周設したスクリュー軸７３を吊設状態で挿入している。前記上部水槽３１と前記下部水槽３２とは前記揚水用流路６内のみによって水を流動可能にしている。

【0031】

前記スクリューポンプ７は、前記屋根上に前記ギヤードモータ７１が設置され、前記ギヤードモータ７１に回転軸であるスクリュー軸７３が上下方向に連結され、前記スクリュー軸７３には複数のスクリュー羽根７２が周設されている。そして、複数のスクリュー羽根７２を周設したスクリュー軸７３を前記揚水用流路６内に吊設状態で挿入し、前記ギヤードモータ７１の駆動により前記スクリュー軸７３を回転して水を前記下部水槽３２から前記上部水槽３１に揚水可能にしている。

【0032】

次に、前記水車型発電装置９は、図１～図７に示すように、２台の水力発電機９０ａ、９０ｂを有し、前記水力発電機９０ａ、９０ｂは、前記揚水型水槽４の下流側の前記閉水路のうちの前記導入流路１１又は導入流路１３に介設され、前記導入流路１１又は導入流路１３を流動する水流によって回転する水車９０ａ、９０ｂと、前記水車９０ａ、９０ｂと一体となって回転する回転軸９３と、前記回転軸９３と連結した発電機９２ａ、９２ｂを備えている。

【0033】

よって、前記導入流路１１又は導入流路１３に流動する水流によって、１か所の水車型発電装置９で２台の水力発電機９０ａ、９０ｂが発電する。これにより、１か所の水車型発電装置９でより大きい発電量を得ることができる。

【0034】

次に、少なくとも前記揚水型水槽４及び前記水車型発電装置９を備えた前記水力発電ユニット２の形態について説明する。前記水力発電ユニット２の形態には、例えば、図１～図３に示すような揚水型水槽４Ａを備えた第一形態の水力発電ユニット２ａと、図４～図６に示すような揚水型水槽４Ｂを備えた第二形態の水力発電ユニット２ｂがある。

【0035】

まず、第一形態の水力発電ユニット２ａについて説明する。前記水力発電ユニット２ａの形態は、図１～図３に示すように、前記水力発電ユニッ２ａトの形態が、前記揚水型水槽４Ａの前記上部水槽３１に設けた前記流出口２２から下流側に下方に向けて斜設させた水路の断面が長方形状の傾斜流路８と、上流側を上流側に設置された水力発電ユニット２ａの揚水型水槽４Ａから斜設された傾斜水路８に連結させ下流側を下流側の前記揚水型水槽４Ａの前記流入口２１に連結させた、水路の断面が長方形状の導入流路１１と、前記導入流路１１に介設した前記水車型発電装置９と、を備え、前記隔壁１２の高さを、下流側の前記水力発電ユニット２ａの前記揚水型水槽４Ａの前記流入口２１と水路が連通している前記上流側の水力発電ユニット２ａの揚水型水槽４Ａの上部水槽３１の水位より低くし、前記スクリュー羽根７２の吊設高さ範囲に前記上流側の水力発電ユニット２ａの前記上部水槽３１の水位より低い範囲を含める第一形態である。前記第一形態の場合は、前記スクリュー羽根７２の吊設高さ範囲に前記上流側の水力発電ユニット２ａの下流側の流出口２２を有する水槽の水位より低い範囲を含める。

【0036】

前記水力発電ユニット２ａは、図２に示すように、前記吸い込み流路１５を備えた前記揚水型水槽４Ａと、前記流出口２２に連結された傾斜流路８と、前記傾斜流路８の下端と接続する導入流路１１と、前記導入流路１１に介設させた前記水車型発電装置９を備える。

【0037】

前記傾斜流路８は、前記流出口２２の開口部に連結され、下流側に向かって下方に傾斜している。そして、前記傾斜流路８の下流側は略水平状態の前記導入流路１１と連結している。

【0038】

前記傾斜流路８及び前記導入流路１１は、前記導入流路１１に水車９１ａ、９１ｂの２台を並設するための水路幅を確保するため断面形状は長方形状である。前記導入流路１１と接続する前記流入口２１の開口部の形状も長方形状であり、前記傾斜流路８の上流側で連結する前記流出口２２の形状も長方形状である。

【0039】

前記水力発電ユニット２ａ内の水の流れは、前記水力発電ユニット２ａを２つ連続させた状態である図３に示すように、上流側の前記水力発電ユニット２ａの前記揚水型水槽４ａの前記上部水槽３１と、下流側の前記水力発電ユニット２ａの前記揚水型水槽４ｂの前記下部水槽３２とは、前記揚水型水槽４ａの流出口２２に連結した前記傾斜流路８及び前記傾斜流路８に下流側で連結した前記導入流路１１を介して連通している。

【0040】

このため、図３に示すように、前記揚水型水槽４ａの前記上部水槽３１の貯水の水位と、前記揚水型水槽４ｂの前記隔壁１２で水位を規制されている前記下部水槽３２の水位とは高低差Ｈ１が生ずる。下流側の前記揚水型水槽４ｂの隔壁１２の高さを、上流側の前記揚水型水槽４ａの前記上部水槽３２の水位より低くする高低差Ｈ１をつくることによって、前記揚水型水槽４ｂの前記下部水槽３２に流入して水流を前記高低差Ｈ１の水圧により上昇する勢いが付勢された水流とすることができる。前記高低差Ｈ１の高さの範囲にスクリュー羽根７２が吊設されている。

【0041】

下流側の前記揚水型水槽４ｂの前記下部水槽３２に流れ込んできた水流は、上向きの水流となって前記隔壁１２で上方向への出口を１か所に規制しているので、唯一の出口である前記揚水用流路６の下端の開口部に流入し前記高低差Ｈ１の水圧がかかった勢いで前記揚水用流路６内を上昇する。

【0042】

前記揚水用流路６内に挿入したスクリューポンプ７を作動させると、前記水圧で上昇の付勢力を有する水流がさらに上昇速度を上げて上昇し、前記揚水用流路６の上端部の開口部から前記上部水槽３１内に大量に流出し続け、前記流出した水は前記上部水槽３１内に貯水される。また、前記高低差Ｈ１の水圧がかかった勢いのある上昇する水流により、前記スクリューポンプ７の消費電力を減少させ抑制することができる。

【0043】

前記上部水槽３１に貯水された水は、前記吸い込み流路１５を経由して前記傾斜流路８内を流下し、前記導入流路１１に流れ込み、前記水車９１ａ、９１ｂを回転させて発電機９２ａ、９２ｂにより発電する。前記吸い込み流路１５により前記上部水槽３１内の水の水位が下がっても前記上部水槽３１内の水を下流に流すことができる。

【0044】

前記高低差Ｈ１による上昇方向の水圧を有する水流と、前記スクリューポンプ７作動による揚水との相乗効果による前記揚水型流路６を使用する揚水は、図１に示すように、水が循環する閉水路に、例えば、揚水型水槽４ａと水車型発電装置９ａを備えた水力発電ユニット２ａ、揚水型水槽４ｂと水車型発電装置９ｂを備えた水力発電ユニット２ａ、揚水型水槽４ｃと水車型発電装置９ｃを備えた前記水力発電ユニット２ａ、並びに、揚水型水槽４ｄと水車型発電装置９ｄを備えた水力発電ユニット２ａを、閉水路に下流側に沿って順次連続させて、前記揚水型水槽４ｄと水車型発電装置９ｄを備えた水力発電ユニット２ａの下流側に揚水型水槽４ａと水車型発電装置９ａを備えた水力発電ユニット２ａを配設した循環型水力発電システム１ａによって可能となる。

【0045】

次に、第二形態の水力発電ユニット２ｂについて説明する。前記水力発電ユニット２ｂの形態は、図４～図６に示すように、前記水力発電ユニット２ｂの形態が、前記揚水型水槽４Ｂの下流側に隣接させて前記揚水型水槽４Ｂと略同じ高さの筒状の下方流水用水槽１０を設け、前記下方流水用水槽１０は、周壁の上端部に前記揚水型水槽４Ｂの前記流出口２２からの水流を流入させる流入口２３、及び、周壁の下端部に下流側に水を流出させる流出口２４を備え、上流側を前記下方流水用水槽１０の前記流出口２４と連結し下流側を下流側に設置した水力発電ユニット２ｂの揚水型水槽４Ｂの流入口２１と連結した、水路の断面が長方形状の導入流路１３と、前記導入流路１３に介設した前記水車型発電装置９と、を備え、前記隔壁１２の高さを、下流側の水力発電ユニット２ｂの流入口２１と水路が連通した前記上流側の水力発電ユニット２ｂの下方流水用水槽１０の水位より低くし、前記スクリュー羽根７２の吊設高さ範囲に前記上流側の水力発電ユニット２ａの前記下方流水用水槽１０の水位より低い範囲を含める第二形態である。第二形態の場合は、前記スクリュー羽根７２の吊設高さ範囲に前記上流側の水力発電ユニット２ｂの下流側の流出口２４を有する水槽の水位より低い範囲を含める。

【0046】

前記水力発電ユニット２ｂは、図５に示すように、前記吸い込み流路１５を備えていない前記揚水型水槽４Ｂと、前記揚水型水槽４Ｂの下流側に隣接させて設置した下方流水用水槽１０と、前記下方流水用水槽１０と下流側の水力発電ユニット２ｂの揚水型水槽４Ｂの流入口２１と連結する導入流路１３と、前記導入流路１３に介設させた前記水車型発電装置９を備える。

【0047】

前記下方流水用水槽１０の上端は屋根のない開口部とし、前記下方流水用水槽１０内の貯水に上方から大気圧が常時かかるようにしている。また、前記下方流水用水槽１０と前記揚水型水槽４Ｂとの境界は、前記下方流水用水槽１０と前記揚水型水槽４Ｂとを一体的に製作して仕切り壁で分離させる形態でも、前記下方流水用水槽１０と前記揚水型水槽４Ｂとの別体で製作してそれぞれを隣接させて一体化させた形態でもよい。前記下方流水用水槽１０の流入口２３と前記揚水型水槽４の流出口２２とは隣接する部位である。前記下方流水用水槽１０と前記揚水型水槽４Ｂとを１つの仕切り壁で分離して一体的に製作した場合は、前記下方流水用水槽１０の流入口２３と前記揚水型水槽４の流出口２２とは同じ部位であり、前記下方流水用水槽１０側からの名称と前記揚水型水槽４側からの名称の相違のみとなる。

【0048】

前記導入流路１３は、前記導入流路１３に水車９１ａ、９１ｂの２台を並設するための水路幅を確保するため断面形状は長方形状である。前記導入流路１３と接続する前記流入口２１の開口部の形状も長方形状であり、上流側で連結する前記下方流水用水槽１０の前記流出口２４の形状も長方形状である。

【0049】

前記水力発電ユニット２ｂ内の水の流れは、前記水力発電ユニット２ｂを２つ連続させた状態である図６に示すように、上流側の前記水力発電ユニット２ｂの前記下方流水用水槽１０ａと、下流側の前記水力発電ユニット２ｂの前記揚水型水槽４ｆの前記下部水槽３２とは、前記導入流路１３を介して連通している。

【0050】

このため、前記下方流水用水槽１０ａの貯水の水位と、前記揚水型水槽４ｆの前記隔壁１２で水位を規制されている前記下部水槽３２の水位とは高低差Ｈ２が生ずる。下流側の前記揚水型水槽４ｆの隔壁１２の高さを、上流側の前記下方流水用水槽１０ａの水位より低くする高低差Ｈ２をつくることによって、前記揚水型水槽４ｆの前記下部水槽３２に流入する水流を、前記高低差Ｈ２の水圧により上昇する勢いを付勢された水流とすることができる。前記高低差Ｈ２の高さの範囲にスクリュー羽根７２が吊設されている。

【0051】

下流側の前記揚水型水槽４ｆの前記下部水槽３２に流れ込んできた水流は、上向きの水流となって前記隔壁１２で上方向への出口を１か所に規制しているので、唯一の出口である前記揚水用流路６の下端の開口部に流入し前記高低差Ｈ２の水圧がかかった勢いで前記揚水用流路６内を上昇する。

【0052】

前記揚水用流路６内に挿入したスクリューポンプ７を作動させると、前記水圧で上昇の付勢力を有する水流がさらに上昇速度を上げて上昇し、前記揚水用流路６の上端部の開口部から前記上部水槽３１内に大量に流出し続け、前記流出した水は前記上部水槽３１内に貯水される。また、前記高低差Ｈ２の水圧がかかった勢いのある上昇する水流により、前記スクリューポンプ７の消費電力を減少させ抑制することができる。

【0053】

下流側の前記揚水型水槽４ｆの前記上部水槽３１に貯水された水は、前記流出口２２から前記下方流水用水槽１０ｂの流入口２３へあふれて流下し、前記下方流水用水槽１０ｂの流出口２４から前記導入流路１３に流れ込み、前記水車９１ａ、９１ｂを回転させて発電機９２ａ、９２ｂにより発電する。

【0054】

前記高低差Ｈ２による上昇方向の水圧を有する水流と、前記スクリューポンプ７作動による揚水との相乗効果による前記揚水型流路６を使用する揚水は、図４に示すように、水が循環する閉水路に、例えば、揚水型水槽４ｅと水車型発電装置９ｅを備えた水力発電ユニット２ｂ、揚水型水槽４ｆと水車型発電装置９ｆを備えた水力発電ユニット２ｂ、揚水型水槽４ｇと水車型発電装置９ｇを備えた前記水力発電ユニット２ｂ、並びに、揚水型水槽４ｈと水車型発電装置９ｈを備えた水力発電ユニット２ｂを、閉水路に下流側に沿って順次連続させて、前記揚水型水槽４ｈと水車型発電装置９ｈを備えた水力発電ユニット２ｂの下流側に揚水型水槽４ｅと水車型発電装置９ｅを備えた水力発電ユニット２ｂを配設した循環型水力発電システム１ｂによって可能となる。

【0055】

本発明の循環型水力発電システム１ａ、１ｂは、上流側と下流側との水位の差を利用した上昇への付勢力を有する水流をつくり、この水流をスクリューポンプ７の作動により揚水させるという相乗効果で水を揚水させ、その後流下させた水流で発電をさせる発電システムである。

【符号の説明】

【0056】

１ 循環型水力発電システム
２ 水力発電ユニット
２ａ～２ｂ 水力発電ユニット
４、４Ａ、４Ｂ 揚水型水槽
４ａ～４ｈ 揚水型水槽
５ 上方向流水用水槽
６ 揚水用流路
７ スクリューポンプ
８ 傾斜流路
９ 水車型発電装置
９ａ～９ｈ 水車型発電装置
１０ 下方向流水用水槽
１１ 導入流路
１２ 隔壁
１３ 導入流路
１５ 吸い込み流路
２１ 流入口
２２ 流出口
２３ 流入口
２４ 流出口
３１ 上部水槽
３２ 下部水槽
７１ ギヤードモータ
７２ スクリュー羽根
７３ スクリュー軸
９０ａ～９０ｂ 水力発電機
９１ａ～９１ｂ 水車
９２ａ～９２ｂ 発電機
９３ 回転軸
Ｇ 地面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】