JP2018035543A - 伏流水発電装置と伏流水を用いた発電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】伏流水を利用して発電を行なうに際してこの伏流水を地表で排水しないようにすることを課題とし、大掛かりな施設を要しない発電装置を提供する。
【解決手段】伏流水層Ａに下端の取水口６が位置する往管部４と伏流水層Ａに下端の放水口７が位置する復管部５とからなり、取水口６で取水された伏流水が大気に対して非開放にして放水口７から伏流水層に戻る管路２と、管路２に設けられていて、伏流水層Ａに位置する往管部４の取水口６から管路２内を経て復管部５の放水口７より元の伏流水層Ａに戻る伏流水の大気に非開放の流れで発電を行なう発電機３とで、伏流水発電装置１を構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は地中の不透水層の上などを流れる伏流水を利用して発電を行なう伏流水発電装置と伏流水を用いた発電方法に関するものである。

伏流水を含む地中水を利用した発電の一つとしては、地中で流れを有していない被圧地下水の層に井戸を打ち、その井戸から地表に自噴する井戸水の水力エネルギーを使用したシステムが提案されている。

例えば、特許文献１に示されているように、自噴井戸から湧き出る井戸水を、井戸水導水パイプと発電バルブからなる導水手段を介して発電手段に送り、井戸水を発電手段のブレードに当ててこれを高速で軸回転させることで発電を行なうようにしたものであった。

特開２００１−１０７３４３号公報

しかしながら、自噴井戸の井戸水の水力エネルギーを利用した発電にあっては、地表で恒常的に排水が行える排水設備を設けておく必要がある。上記特許文献１においては空井戸に排水を行なって地中の透水層に戻すことが記載されているが、排水処理が不確実であり恒常的に使用できる設備にはならない。このように特許文献１に示された自噴井戸の井戸水を利用する発電では、排水設備を含めて施設が大掛かりになってコストを引き上げるという問題がある。

そこで本発明は上記事情に鑑み、伏流水を利用して発電を行なうに際してこの伏流水を地表で排水しないようにすることを課題とし、大掛かりな施設を要しない発電装置を提供することを目的とするものである。

（請求項１の発明）
本発明は上記課題を考慮してなされたもので、伏流水層に下端の取水口が位置する往管部と前記伏流水層に下端の放水口が位置する復管部とからなり、前記取水口で取水された伏流水が大気に対して非開放にして前記放水口から伏流水層に戻る管路と、前記管路に設けられていて、伏流水層に位置する前記往管部の取水口から管路内を経て前記復管部の放水口より元の伏流水層に戻る伏流水の大気に非開放の流れで発電を行なう発電機とを備えたことを特徴とする伏流水発電装置を提供して、上記課題を解消するものである。

（請求項２の発明）
そして本発明は、上記発電機が、上記管路の伏流水の流れにより回転するタービンを有するものであることが良好である。

（請求項３の発明）
また本発明は、伏流水層に一端の取水口を位置させ前記伏流水層に他端の放水口を位置させた管路により、前記伏流水層から分岐して地表部を経たのちに伏流水層に入る伏流水の流れを大気に対して非開放にして設け、地表部での大気に対して非開放にした伏流水の流れの運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機により発電を行ない、前記管路により該管路内の伏流水流れ方向下流に向けて流れる伏流水を大気に対して非開放状態で伏流水層中に直接に放水することを特徴とする伏流水を用いた発電方法であり、この伏流水を用いた発電方法を提供して上記課題を解消するものである。

（請求項１の発明の効果）
請求項１の発明によれば、地中の伏流水層に位置する往管部の取水口から管路内を経て復管部の放水口より元の伏流水層に戻る伏流水の大気に非開放の流れで発電を行なうので、排水のための設備や施設を地表にて用意する必要がない。そのため発電設備をコンパクトにすることができるという優れた効果を奏するものである。

また伏流水自体は、山間地などの高地の地中に浸透し続ける浸透水からの圧力を受けて低地へと移動する流れを持っている。そして、管路の往管部の取水口と復管部の放水口とが、流れのある伏流水層に位置し、管路に伏流水が取水口から放水口へと向かう流れがあって、発電機と前記放水口との間で発電機から放水口へと伏流水が流れる。

特に取水口は、伏流水の流れ方向の上流側に向かって開口することで流れの水圧によって効率的に伏流水を取り入れられる。また放水口は、伏流水の流れ方向の下流側に向かって開口することで伏流水の流れの下流側からの引きの作用によって半ば強制的に引き出されるようにして、管路に流れを効率的かつ継続的に通すことができる。

そのため発電機に対して伏流水の流れをぶつけてその流れが乱れることで損失が大きくなる場合に比べて、その発電機に対して、復管部の引きの流れの伏流水によって、伏流水流れ方向での下流側からの流体の引きの作用を直接に働かせて乱れを抑えて、かつ発電機にて流体の運動エネルギーを効率よく回収でき、そのため発電効率がアップするというメリットがある。

（請求項２の発明の効果）
請求項２の発明によれば、発電機が管路内の伏流水の流れにより回転するタービンを有するものであるので、管路内の伏流水の運動エネルギーをより効率的に回収できるというメリットがある。

（請求項３の発明の効果）
請求項３の発明によれば、発電機からの流れ方向下流側の伏流水を、地表部から直接伏流水層に及んでいる管部により伏流水層中に直接放水して戻すようにしているので、地表での排水のための設備や施設を用意する必要がなく、発電設備をコンパクトにすることができるという優れた効果を奏するものである。

本発明に係る伏流水発電装置の一例を示す説明図である。

つぎに本発明を図１に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。図中１は伏流水発電装置で、この伏流水発電装置１は地中部分に伏流水が流れる土地の地表に設置することができるものである。そして図１に示されているように伏流水発電装置１は、図１に示されているように圧力を持って伏流水が流れる伏流水層Ａに両端が位置している管路２とこの管路２の途中に介装されている発電機３とを備えているものである。

（管路）
上記管路２は往管部４と復管部５とからなるもので、往管部４での地上側の端部と復管部５の地上側の端部との間に上記発電機３が設けられていて、往管部４と復管部５との地上側の部分がこの発電機３を介して接続されている。

また管路２の一端とされる往管部４の取水口６が伏流水層Ａに位置するとともに、管路２の他端である復管部５の放水口７が前記伏流水層Ａにあって、前記取水口６の位置に対して伏流水の流れ方向Ｂでの下流側に位置していて、取水口６で取水された伏流水が大気に対して非開放にして前記放水口７から伏流水層Ａに戻る流れＣとなるように設けられている。

即ち、伏流水の流れ方向Ｂでの上流側である取水口６から発電機３の部分を経て伏流水の流れ方向Ｂでの下流側となる放水口７までの伏流水の流れＣは、伏流水層Ａの伏流水の流れ方向Ｂと同方向の流れとしている。

（発電機）
発電機３は、上記管路２の伏流水の流れにより回転するタービン８を有するもので、タービン８の回転力が、固定子コイル内で回転子コアを回転させるなどの図示しない発電機構に伝えられ、伏流水の流れの運動エネルギーを電気エネルギーへと変換して出力できるようにしているものである。

なお、図において上記タービン８として横軸プロペラ水車タイプのものを概略的に図示したが、タービンは横軸プロペラ水車タイプに限定されるものではなく、公知のものが採用できる。（経済産業省資源エネルギー庁「水車の形式」ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｎｅｃｈｏ．ｍｅｔｉ．ｇｏ．ｊｐ／ｃａｔｅｇｏｒｙ／ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ＿ａｎｄ＿ｇａｓ／ｅｌｅｃｔｒｉｃ／ｈｙｄｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ／ｍｅｃｈａｎｉｓｍ／ｗａｔｅｒｗｈｅｅｌ／参照）

上記発電機３の伏流水の流れ方向の前後には、発電機３を往管部４、復管部５に接続するための接続器９が設けられており、この接続器９は、発電機３をメンテナンスなどをするために管路２に対して着脱する際に管路２を開閉するバルブなどから構成されている。

（流れ誘導手段）
また上記管路２には、取水口６から放水口７に向けて伏流水が流れる流れの方向付けをするための工夫が施されていることが好ましい。本実施の例はその工夫の一例を有するものが示されており、図示されているように復管部５に、この復管部５中の上記流れＣでの上流側で分岐し、その分岐部分から流れＣの方向での下流側で復管部５に接続するバイパス管部１０が取り付けられている。

さらに上記バイパス管部１０にこのバイパス管部１０中に満たされた伏流水を放水口７側に向けて送り出すように動作するポンプ１１を取り付けて、前記パイパス管部１０とポンプ１１とで流れ発生手段１２が形成されており、管路２、発電機３、そしてこの流れ発生手段１２が、流れを有しない状態で伏流水により満たされているときに（例えば、発電機３の発電作用が生じる前の時点で）、不図示の電源からの給電により流れ発生手段１２を動作させること（ポンプ１１の起動）で、バイパス管部１０を通って放水口７から伏流水層Ａに出る伏流水の誘導流れＤを生成し、この誘導流れＤに連れて伏流水の上記流れＣが生じるように設けられている。なお、上記流れＣが誘導流れＤに連れて生じた後は、誘導流れＤは停止（消滅）して差支えなく、流れ発生手段１２におけるポンプ１１の動作は不要となる。（ポンプ１１への給電も不要となる）

このように実施の形態では、伏流水を利用した発電を行なうに際して、まず、伏流水層Ａに一端の取水口６を位置させるとともに、前記伏流水層Ａに他端の放水口７を位置させた管路２を設けている。そしてその管路２により大気に対して非開放とされた伏流水の流れＣを設けていて、伏流水層Ａから分岐して地表部を経る管路２中の伏流水が、前記伏流水層Ａ中の放水口７周りでの伏流水の流れＢの下流側からの引きの作用によって半ば強制的に引き出されるようにして、管路２に継続的に流れＣを生じさせている。

そして、地表部での大気に対して非開放にした伏流水の流れＣの運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機により発電を行ない、管路２により該管路内の伏流水流れ方向下流に向けて流れる伏流水、即ち、伏流水層Ａに戻る伏流水を大気に対して非開放状態で伏流水層Ａ中に直接に放水するようにしている。これによって、上述したように地表での排水のための設備や施設を用意する必要がなく、発電設備をコンパクトにすることができる。

１…伏流水発電装置
２…管路
３…発電機
４…往管部
５…復管部
６…取水口
７…放水口
８…タービン
９…接続器
１０…バイパス管部
１１…ポンプ
１２…流れ発生手段
Ａ…伏流水層
Ｂ…伏流水層での伏流水の流れ方向
Ｃ…管路での伏流水の流れ
Ｄ…誘導流れ

（請求項１の発明）
本発明は上記課題を考慮してなされたもので、伏流水の流れ（Ｂ）がある伏流水層（Ａ）に下端の取水口（６）が位置してこの取水口（６）が伏流水層（Ａ）の前記伏流水の流れ（Ｂ）方向での上流側に向かって開口している往管部（４）と前記伏流水層（Ａ）に下端の放水口（７）が位置してこの放水口（７）が伏流水層（Ａ）の前記伏流水の流れ（Ｂ）方向での下流側に向けて開口している復管部（５）とからなり、前記取水口（６）で取水された伏流水が大気に対して非開放にして前記放水口（７）から伏流水層（Ａ）に戻る管路（２）と、
前記管路（２）における往管部（４）の地上側の部分と復管部（５）の地上側の部分との間にして設けられている発電機（３）とを備え、
前記発電機（３）は、
伏流水層（Ａ）に位置する前記往管部（４）の取水口（６）から管路（２）内を経て前記復管部（５）の放水口（７）より元の伏流水層（Ａ）に戻る伏流水の大気に非開放の流れであって、前記放水口（７）周りでの伏流水の流れ（Ｂ）の下流側からの引きにて管路（２）中の伏流水が伏流水層（Ａ）の伏流水の流れ（Ｂ）方向での下流側に向けて開口している前記放水口（７）から伏流水層（Ａ）に引き出されて管路（２）中で継続して生じる伏流水の流れ（Ｃ）で発電を行なうものとされている
ことを特徴とする伏流水発電装置を提供して、上記課題を解消するものである。

（請求項２の発明）
そして本発明は、上記発電機（３）が、上記管路（２）の伏流水の流れにより回転するタービン（８）を有するものであることが良好である。

（請求項３の発明）
また本発明は、伏流水の流れ（Ｂ）がある伏流水層（Ａ）に一端の取水口（６）を位置させてこの取水口（６）が伏流水層（Ａ）の前記伏流水の流れ（Ｂ）方向での上流側に向かって開口し前記伏流水層（Ａ）に他端の放水口（７）を位置させてこの放水口（７）が前記伏流水の流れ（Ｂ）方向での下流側に向かって開口している管路（２）により、前記伏流水層（Ａ）から分岐して地表部を経たのちに前記伏流水層（Ａ）に戻る伏流水の大気に非開放の流れであって、前記放水口（７）周りでの前記伏流水の流れ（Ｂ）の下流側からの引きにて前記管路（２）中の伏流水が前記放水口（７）から伏流水層（Ａ）中に引き出されて管路（２）中で継続して生じる伏流水の流れ（Ｃ）を設け、
前記管路（２）の地表部には発電機（３）が設けられていて、
前記発電機（３）は、前記管路（２）中で継続して生じる前記伏流水の流れ（Ｃ）の運動エネルギーを電気エネルギーに変換して発電を行ない、
前記管路（２）中の前記流れ（Ｃ）の伏流水を、伏流水の流れ（Ｂ）方向での下流に向けて大気に対して非開放状態で伏流水層（Ａ）中に直接に放水することを特徴とする伏流水を用いた発電方法であり、この伏流水を用いた発電方法を提供して上記課題を解消するものである。

このように実施の形態では、伏流水を利用した発電を行なうに際して、まず、伏流水層Ａに一端の取水口６を位置させるとともに、前記伏流水層Ａに他端の放水口７を位置させた管路２を設けている。そしてその管路２により大気に対して非開放とされた伏流水の流れＣを設けていて、伏流水層Ａから分岐して地表部を経る管路２中の伏流水が、前記伏流水層Ａ中の放水口７周りでの伏流水の流れＢの下流側からの引きの作用によって半ば強制的に伏流水層Ａに引き出されるようにして、管路２に継続的に流れＣを生じさせている。

Claims (3)

1. 伏流水層に下端の取水口が位置する往管部と前記伏流水層に下端の放水口が位置する復管部とからなり、前記取水口で取水された伏流水が大気に対して非開放にして前記放水口から伏流水層に戻る管路と、前記管路に設けられていて、伏流水層に位置する前記往管部の取水口から管路内を経て前記復管部の放水口より元の伏流水層に戻る伏流水の大気に非開放の流れで発電を行なう発電機とを備えたことを特徴とする伏流水発電装置。
2. 上記発電機が、上記管路の伏流水の流れにより回転するタービンを有するものである請求項１に記載の伏流水発電装置。
3. 伏流水層に一端の取水口を位置させ前記伏流水層に他端の放水口を位置させた管路により、前記伏流水層から分岐して地表部を経たのちに伏流水層に入る伏流水の流れを大気に対して非開放にして設け、地表部での大気に対して非開放にした伏流水の流れの運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機により発電を行ない、前記管路により該管路内の伏流水流れ方向下流に向けて流れる伏流水を大気に対して非開放状態で伏流水層中に直接に放水することを特徴とする伏流水を用いた発電方法。

Images