Kochi University of Technology Academic Resource Repository

井川, 詩月

Japanese

ラインスキャナー型データを活用した二輪車混合交通流の解析

和田, 晃宜

水和反応の進行がセメント粒子の表面状態と　フレッシュモルタルの性状に及ぼす影響

清水, 公貴

出芽酵母の細胞形態からその染色体構成を予測する

豊田, 有里

模型変形による空力特性変化の数値計算コード構築

極域における超低周波音とオーロラ活動との関係性の統計解析

伊藤, 彰悟

高圧海水中マイクロアーク放電プラズマの発光分光測定

特集　里山基盤科学技術の社会実装モデルプロジェクト2020departmental bulletin pape

西山, 和希

廣田, 知大

高木, 方隆

菊池, 豊

佐岡研究フィールドにおける水路を利用した発電量の調査
西山　和希 1 廣田　知大 1
高木　方隆 2∗ 菊池　豊 2
(受領日：2021年 4月 26日)
1 高知工科大学大学院工学研究科基盤工学専攻
〒 782–8502高知県香美市土佐山田町宮ノ口 185
2 高知工科大学システム工学群
〒 782–8502高知県香美市土佐山田町宮ノ口 185
∗ E-mail: takagi.masataka@kochi-tech.ac.jp
要約：本稿は高知県香美市土佐山田町佐岡研究フィールドにおける水路に着目し、年間を通して豊
富な水量に恵まれる水路を利用した水力発電機による LEDライトの点灯を調査した。佐岡地区の
古民家付近では街灯などが無いため、夜間の通行が非常に困難であるという背景が存在する。その
ため古民家付近に存在する水路をどうにか活用し、夜間にも通行を可能にするための誘導灯などの
照明の設置を目指して光量の調査を行った。具体的には、水力発電機を備えた装置でサイフォンの
原理を利用することにより、位置エネルギーを電力に変換する方法を行った。そして、設置した発
電機から発生した電力による LEDライトの点灯の有無や光り加減等を調査したものを本稿に記し
た。結果として、水力発電機二機により LEDの十分な光量を確保出来たと考えるが、設置箇所の景
観を守りながら設置する方法や、水路に設置することに伴う落ち葉を吸い取む等の詰まりの発生等
メンテナンス性に関して多くの問題は残ったが、改良していくことで夜間にも通行可能な誘導灯の
実現が期待できると考えた。
1.はじめに
本稿では、高知県香美市土佐山田町佐岡地区にお
ける水路を活用し、水力発電機で発生させた電力で
点灯した照明を設置することで、夜間の安全な通行
の実現を目的として、実際に発電機を設置した際の
照明の点灯の有無について報告する。佐岡地域の古
民家付近は、電源が少なく里道における街灯や誘導
灯の設置が困難であった。そのため、安定的に電力
を確保しつつ、利用者が夜間にも歩行可能な光量を
現地で確保する必要があると考えた。
そこで筆者らは、古民家付近に存在する水路（農
業用水路）に着目し、水路を活用した発電を検討
した。古民家付近の水路は年間を通して、豊富な水
量に恵まれており、夜間を含め一年中の継続的な発
電資源としての利用に期待できると考えたからで
ある。
本稿では、水路を利用した発電が可能であるかの
実現性の検証と、どの程度照明で明るさを確保でき
るのかを調査したもので、今後の里山地域の水路を
利用した発電の基礎となるような研究を目指した
ものである。
2.調査内容と対象地域
以下に本稿で調査した佐岡地区における水路の
詳細な位置と水力発電機の設置箇所について説明
する。古民家付近の水路分布を図 1に示す。図 1か
ら分かる様に古民家付近には大きく分けて水路が
2本存在する。しかし、谷筋では時期等により水量
が非常に少なく利用が見込めない状態になること
がある点を考慮し、本調査では農業用水路を対象と
51
図 1.古民家付近の水路分布、文献 1より引用し
一部改変
図 2.水力発電機の設置箇所
した。また、冬季では夏季と比較して水路の水量が
減少することが本調査を通して確認出来ている。
次に農業用水路を利用した際の発電機及び装置
の詳細な設置箇所を図 2で示す。赤丸で示す箇所に
は、水の取り入れ口となる硬質ポリ塩化ビニル製
パイプ（塩ビ管）を設置した。そして赤丸部分から
ホースで延長した先の青丸で示す箇所には、水力発
電機を設置した。
3.使用装置
3.1 水力発電機の詳細
以下に本調査で用いた水力発電機の詳細につい
て説明する。本調査では、マイクロ水力発電機を用
いて発電を試みた。寸法及び簡単な利用イメージを
図 4に示し、諸元を表 1に示す。
図 3.使用した水力発電機
図 4.寸法及び利用イメージ
表 1.水力発電機の諸元
寸法 84 [mm]×46.5 [mm]×29.5 [mm]
出力電圧 [V] 0∼80（DC）
3.2 発電装置の詳細
本調査では、水路からサイフォンの原理によって
水を汲み取り、落水時の位置エネルギーを利用して
発電機内部を回転させ、電力を生み出す仕組みを採
用した。装置概要について図 5で示す。また、この
方式を取ることにより、農業用水路である本水路を
分水させることなく利用できるため、下流地域の
利用にも大きな障壁をもたらすことは少ないと考
える。図 2の赤丸内で図 5の装置左口が収まるよう
に配置した。図 5ではホースの長さを省略している
が、本調査ではより高低差を確保するため、ホース
を伸ばし図 2の青丸にあたる位置に発電機本体が
くるよう設置した。
また、本調査で光源として用いた LEDライトに
52
図 5.塩ビ管を用いた組み立て後の装置外観
図 6. LEDライト
表 2. LEDの諸元
製品名 防水ワイド LED（白）
LED経 [mm] 15
マウント経 [mm] 21
電流 [mA] 20
電圧 [V] 12（DC）
ついての諸元を表 2に示し、外観を図 6に示す。
4.点灯確認試験及び結果
佐岡地区水路で行った、小水力発電機を用いた誘
導灯の点灯試験とその結果ついて記述する。試験
は、点灯の有無を確認する試験と、通電時の LED
にかかる電力を計測する試験の計 2種類の試験を
行った。
4.1 発電装置の設置
発電装置の設置方法について説明する。まず、図
2赤枠の農業用水路に図 5の塩ビ管側を設置した。
設置方法は簡易的に石で固定した。その後、ホース
側を谷筋の下流側へ垂らし、先端の発電機は水路内
の岩の上に置いた。ホースの長さは 1.5 [m]のもの
を使用し、これは水路の高低差がある範囲の流路長
図 7. LED点灯時の様子
図 8.回路実験板
さである。
4.2 回路の作成
図 8に示す 16.4 [cm]× 5.2 [cm]× 0.9 [cm]のハンダ
付け不要の実験用基板を使用し回路を作成した。作
製回路の構成は、小水力発電機を電源とし、1個の
LEDを接続した。電力計測試験では、さらにマル
チメーター接続し計測する回路構成とした。基板本
体と LEDはタオルを敷いたケースに入れ、基盤以
外の導線接続部分は熱収縮チューブを用いて防水対
策を行った。
4.3 計測結果
図 9に試験時の LEDの点灯の様子、表 3に試験
53
図 9.試験時の LED点灯の様子
表 3.計測結果
電流 [mA] 14
電圧 [V] 6.7
時に計測した電流、電圧値を示す。
このとき、直流発電機による機械的なエネルギー
の減衰はないものとし、ダイオードの特性による
電気的な圧力降下を一般的な 0.7 [V]として計算す
ると、
W ＝ 14 × 10−3 ×（6.7 + 0.7）＝ 0.1036 [w]
となった。今回使用した LEDの出力できる最大
電力は 20 × 10−3 × 12＝ 0.24 [w]であるため、1/2程
度の出力であることが分かる。図 9 の点灯の様子
からも夜道を照らせる程の発光をしておらず、LED
の点灯には成功したが図 7のような、製品スペック
の上限に相当する明るさを確保することはできな
かった。
5.今後の展望と課題
5.1 CFD解析による取得電力の概算
今回は点灯の有無を検証したため結果に対する考
察は出来なかったが、数値流体力学を用いた数値シ
ミュレーションである CFD解析を行うことでそれ
らも可能になり、課題の細分化などが期待できる。
今回使用した発電機は内蔵された羽根車の軸動
力を誘導起電力に変換しているため、以下の式 (1)
から水流落下によって生み出されるエネルギーを概
算することで、LED点灯に対する必要電力を仮説
立てできると考える。
P =
L
60
=
2πTn
60
=
Tn
9549
(1)
P 動力（kW）
L 仕事（N・m）
T トルク（N・m）
n 回転速度（rpm）
また、トルクは以下の式 (2)から求めることがで
きる。Fを水流落下によって得た位置エネルギーと
して計算することができる。
T = F · R (2)
F 接線力（N）
R 回転半径（m）
一方で回転速度 nを求めることは困難である。管
路損失を考慮しながら流体力学における質量保存
則を示した「連続の式」を用いることで、ホース内
の流体の動圧を求めることはできる。しかし、羽根
車の抵抗による静圧と動圧の変動までは考慮する
ことはできない。そこで CFD解析から発電機内羽
根車の流量と圧力の相関などを明らかにする必要
があると考える。
5.2 光度の計測
誘導灯の実装を想定する際、仮に LED一基で最
大の発光が出来たとしてもその光度や範囲的に橋
を渡る人の安全性を保証できないと考える。そこ
で、安全に誘導灯として成り立つ光度および範囲を
定め、ライトメーター等の使用による光度計測から
必要な LED基数を求める必要があると考える。
5.3 ライトの変更
LEDの特性として、諸元を超える電力以上の点
灯は過電流による破損につながる。よって麦球など
の電力に上限のない電球を利用することで光度の
上昇が期待できる。
5.4 メンテナンス性について
本計測の設置状態は、川の中に塩ビ管を入れ吸入
させているため落ち葉などのゴミを吸い取り、ホー
スや発電機での詰まりを起こすことが課題として
挙げられる。塩ビ管の吸入口にメッシュ等で大きな
ゴミの吸入を防ぐことでメンテナンスの小規模化
は可能であるが、定期的に吸入口のゴミを除去する
工程は必要であると考える。
5.5 発電機の増設について
発電機を増設し直列接続することで電力量を増
54
図 10.発電機 2個使用時の点灯の様子
加させることは可能である。図 10に追加試験とし
て同じ発電機と LEDを接続した回路を用意し、直
列接続することで光度の増加を試みた様子を示す。
本試験では電力計測を行ってないが発電機一つの時
と比べ、より高い光量を発揮したと考える。
しかし、水の豊富さや滝、水路の美しさを誇る佐
岡地区において何本もの塩ビ管やホースが立ち並
ぶ外観は避けるべきであり、対策を立てる必要があ
ると考える。
6.結言
本調査では佐岡地区の水資源による水力発電及
び誘導灯の設置を目的とし、小水力発電機の簡易設
置と電力計測を行った。
位置エネルギーの利用による水力発電において、
今回対象とした水路の高低差 1.5 [m]を確保するこ
とで、誘導灯の点灯を確認することができた。しか
し、LEDの製品スペックによると現状より倍以上の
電力を供給できる余地があり、LEDの最大光度を
得るための電力確保が課題であることが分かった。
そのために、発電機の増設やさらなる高低差の確
保が必要であると考えられるが、今後は里山地域の
外観を悪化させない点を考慮した上で、発電機増設
および施工方法を考案することが望まれる。
文献
1) 岡田渓佑, 高橋遥, 秦啓, 高木方隆, “佐岡地区の
水文環境調査”,修士論文,高知工科大学大学院,
2019.
55
Survey of Power Generation Using Waterways
in the Saoka Investigation Field
Kazuki Nishiyama1∗ Tomohiro Hirota1
Masataka Takagi2 Yutaka Kikuchi2
(Received: April 26th, 2021)
1 Graduate School of Engineering, Kochi University of Technology
185 Miyanokuchi, Tosayamada, Kami City, Kochi 782–8502, JAPAN
2 School of Engineering, Kochi University of Technology
185 Miyanokuchi, Tosayamada, Kami City, Kochi 782–8502, JAPAN
∗ E-mail: takagi.masataka@kochi-tech.ac.jp
Abstract: We focused on waterways in the Saoka Investigation Field of TosaYamada-cho, Kami City, Kochi Prefecture,
and examined lighting LED lights with hydroelectric generators using high volume waterways throughout the year. There
are no streetlights near houses in the Saoka Investigation Field, so it is difficult to navigate at night. Therefore, a survey
was conducted on the amount of power generation with the aim of installing guidance lights for people to proceed at night.
Specifically, the focus was on converting positional energy into power by using the siphon theorem with a device equipped
with a hydroelectric power generator. In this paper we have summarized the existence of LED lights and the range of light
depending on the amount of power generated by the installed generator. From the results, we considered that sufficient
light volume of LEDs could be secured by two hydroelectric power generators. However, many problems remained,
including how to install a generator while retaining a clean landscape and maintenance problems due to installation in
waterways. By improving the hydroelectric generator, we expect to secure guide lights for people to move about at night.
56


佐岡研究フィールドにおける水路を利用した発電量の調査

高知工科大学博士（学術）thesi

Jose Eduardo, MEJIA

English

THE DEVELOPMENT OF MICROMANIPULATOR SYSTEMS UTILIZING LIQUID CRYSTALS

浦西, 真維

  
 
 
 
2020  
 
 
,
O(MU*QXZ[Y	Q'&/
/
Designing a valley campsite in harmony with the surrounding environment 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1235003 
 
 
 
 
 
 
2021 3  
 
  
 
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,
O(MU*QXZ[Y	Q'&/
 
 
1235003  
 
 
  
 
  
 
  
 
7:GHF9;H/
8=G@>C@C>/9/J9AA=L/;9BEG@H=/@C/?9FBDCL/K@H?/H?=/GIFFDIC<@C>/=CJ@FDCB=CH/
 
Infrastructure Systems Engineering Course 
1235003 Uranishi Mai 
 
I believe that a campsite, as a place to commune with nature, should be designed in such a way 
that it is unique to its location, so that the surrounding nature can be felt. In recent years, there has 
been an increase in the construction and renovation of campgrounds, and some of the newly 
constructed campgrounds have been designed without any relation to the surrounding environment 
of the site. 
The purpose of this design is to propose a campsite that is unique in its location so that the 
surrounding nature can be well perceived. This paper presents a specific proposal to transform a site 
currently used as Behu Gorge Hot Springs in Behu, Monobe Town, Kami City, Kochi Prefecture, 
into a campground. 
  
 
 
10  ........................................................................................................................ 1
  ................................................................................................................................ 1
  ................................................................................................................................ 1
20  ........................................................................................................................ 2
  ................................................................................................................................ 2
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  .................................................................................................................... 5
  ......................................................................................................................... 5
 2017 21  .............................................................. 7
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  .............................................................................. 12
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30  .......................................................................... 14
  .................................................................................. 14
  ...................................................................... 15
  .......................................................... 15
  ................................................................................................................... 15
  ................................................................................................... 15
  ....................................................................................... 15
  ...................................... 16
  ...................................................................................................................... 16
  .............................................................. 17
  ........................................................................................................... 17
  ....................................................................................................... 18
  ................................................................... 19
  ............................................................................................................... 20
  ........................................................................................... 21
  ....................................................................................................................... 22
 
40  ...................................................................................................... 23
 1  .................. 23
  ............................................................................... 24
  ........................... 24
 2  .................................................. 25
  ............................................................................... 27
  ........................... 33
  ........................................................................................................... 43
50  .................................................................................................................. 45
60  .................................................................................................. 47
 
 
 
 2-1  ................................................................................................................... 2
 2-2  ............................................................................................... 3
 2-3   . 4
 2-4  ................................................................................................... 5
 2-5  ........................................................................................................................... 6
 2-6  ............................................................................................................... 7
 2-7  ................................................................................................................... 8
 2-8  ............................................................................................................... 8
 2-9  ................................................................................................................... 9
 2-10  ............................................................................... 11
 2-11  ................................................................................... 12
 2-12  ....................................... 13
 4-1 1  ................................................................................................. 23
 4-2 2 S 1 250  ................................................... 25
 4-3 2  ................................................................................................. 26
 4-4 2  ................................................................................................. 27
 4-5 2  ..................................................................................................... 28
 4-6 2  ............................................................................................................. 29
 4-7 2  ..................................................................... 30
 4-8 2  ......................................................................................... 31
 4-9 2  ......................................... 32
 4-10 2 D  ................................................................... 32
 4-11 2  ........................... 33
 4-12 2  ....................................................... 34
 4-13 2  ................................................................................................... 34
 4-14 2  ....................................................................................................... 35
 4-15  ........................................................................... 36
 4-16  ........................................................................................... 36
 4-17 2  ................................... 37
 4-18 2 C ................................................................................................ 38
 4-19 2  ................................................................... 39
 4-20 2  ................................................................................... 40
 
 4-21 2  ....................................... 41
 4-22 2  ............................................................................................... 42
 4-23 2  ................................................................................... 42
 4-24 2  ....................................................................................................... 43
 4-25 2  ........................................................................................................... 44
 5-1  ................................................................................................................................. 45
 
 
 
 1 ............................................................................. 17 
 
 
1 
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 2-1  
   
3 
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 2-2  
	
  
 11 11
  
 2km
 
 
 
	
  
 500m
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3  
  
 
4 
 
 2-3   
 
	
  
 
10  1km
  
  
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59  
 2012
  
 
 2-4   
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2   

  
 2
  
 
 
 2-5  
 
	
  
 
 
   
7 
	
  
2 1 10  
 10 12 6 8  
  
 
 
 2-6  
 
 
 
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 2019
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 2-8  
  
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 2-9  
 
 
   
 
  
  
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3-4
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23 
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 4-1 1  
24 
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25 
  		
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 4-2  
 
 
 4-2 2 S 1 250   
26 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 4-3 2  
27 
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4 28 32
  
 
	
1  
1 30
10m 100m2 12m 144m2   
 
	
  
  
 A,B    
 C   
 D
  
 
 
 4-4 2  
  
28 
	
  
  
 
  
  
 D  

 
 
  
 
 4-5 2  
 
  
29 
	
  
  
 
  
 
 4-6 2  
 
  
 
 
 
   
30 
	
  
  
  
   
  
  
  
 
 
 4-7 2  
 
 
  
31 
	
  
1  
100m  
6m  
2 2
  
 
 4-8 2  
 
  
32 
 4-9 B D  
3.6.5   
 
 
 4-9 2  
 
 
 
 4-10 2 D   
33 
   ')-.,%" 
3.4 4  
4-11    
 
 4-11 2  
 
 
 
	
  
  
 
3 6m   
1  
2  
3  
  
34 
 4-12   
 
 4-12 2  
 
• 
 
 4-13  
 
2
  
2
 2  
  
 
 4-13 2  
35 
• $#& 
2m  
 4-14  1 2
  
 
 
 
 
 
 
 4-14 2  
 
  
36 
• '	!" 
  4-15 9 20
  
 
 4-15  
 
 
 4-16 20
4.4m   
 
 
 4-16  
 
 
  
  
37 
	
  
C  4-17 2m
 2m
2m
  
 
7.3m  C
6m  
  
 
 
 
 4-17 2  
 
• *(+'*(+
C  C
2m
  
 
38 
 60cm 1.5m
 
  
 
 
 4-18 2 C  
 
  
39 
	
  
6m 1 2.5   4-19
 
  
 
 B
C 6m D 8m
  
 
 
 4-19 2  
  
40 
1 2.5 1 2
2    
 
 
 4-20 2   
41 
	
  
 4-21
  
 
 
 4-21 2  
 
 
 4-22
  
 
 
  
 
42 
 
 4-22 2  
 
 
 4-23 2
43 
 
 
  
0.5 3 4   
   
  
 
 
 
  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 4-24 2
44 
  
2
1,000m2
 
 
 4-25 2  
 
45 

	  
 
 
 
 5-1  
 
 
 
”  
 
 
“
 
 
 5-1  
 
46 
• 
 
“
 
 
47 
	  
 
1   HP https://www.city.kami.lg.jp/map/befukyo.html
2019.09.12  
 
2  http://www.befukyou-
onsen.com/kannai.htm 2019.04.25  
 
3 
https://www.skr.mlit.go.jp/kochi/work/monobeseibikeikaku/home/01gaiyou.html
2021.01.11  
 
4 
22018 8 20
https://www.kochinews.co.jp/article/224239 2020.11.10  
 
5  4
https://www.city.kami.lg.jp/soshiki/10/bosaimap.html (2020.11.25 ) 
 
6 
7  
 
7  , ,
2 1994 


周辺環境と調和する渓谷のキャンプ場の設計

西村, 侑樹

N,O-二座配位子による六員環キレート構造を有する新規シクロメタレート型白金(II)錯体の合成と分光特性

Kochi University of Technology

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