特許 5973757 水車設備

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5973757

(24)【登録日】2016年7月22日

(45)【発行日】2016年8月23日

(54)【発明の名称】水車設備

(51)【国際特許分類】

   F03B 7/00 20060101AFI20160809BHJP

   E02B 9/00 20060101ALI20160809BHJP

【ＦＩ】

   F03B7/00

   E02B9/00 Z

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2012-58348(P2012-58348)

(22)【出願日】2012年3月15日

(65)【公開番号】特開2013-189956(P2013-189956A)

(43)【公開日】2013年9月26日

【審査請求日】2015年1月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】504121117

【氏名又は名称】東京発電株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100100516

【弁理士】

【氏名又は名称】三谷 惠

(72)【発明者】

【氏名】石黒 光宏

(72)【発明者】

【氏名】大池 真悟

(72)【発明者】

【氏名】渡邊 諭

(72)【発明者】

【氏名】富澤 晃

【審査官】 冨永 達朗

(56)【参考文献】

【文献】 実開平０４−０６５９６５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭５５−１３９９７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０３Ｂ ７／００

Ｅ０２Ｂ ９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

開水路の急流工の下流端に設けられた堰と、
前記堰の上流側の開水路の両側の擁壁に設置された追加擁壁と、
前記堰の垂直壁に沿って配置された無管路型水車と、
前記開水路を断水することなく前記無管路型水車への取水を阻止する水車通水阻止手段と、
前記無管路型水車の点検修理の際に前記水車を吊り上げるための吊り上げ機構を備えたことを特徴とする水車設備。

【請求項2】

前記水車通水阻止手段は、前記無管路型水車の点検修理の際に、前記無管路型水車に水が流れ込まないように、前記堰の上流側の水を前記堰の下流側に流すための前記堰の下部または脇に設けられた放水ゲートであることを特徴とする請求項１記載の水車設備。

【請求項3】

前記吊り上げ機構は、前記開水路の前記擁壁や前記追加擁壁の外側の側壁に設けられた支柱と、前記支柱の上部に設けられた梁と、前記梁に取り付けられ前記水車を吊り上げるためのチェーンブロックと、前記開水路の内側に設けられ前記水車が吊り上げられたときに前記水車の移動を案内する案内溝とを有したことを特徴とする請求項１または２記載の水車設備。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、開水路に設けられる水車設備に関する。

【背景技術】

【0002】

再生可能エネルギーの利用として小水力発電が注目されている。例えば、開水路には、水の勢いを低減する構造物として落差工や急流工が設けられている。落差工は直下に水を落として水のエネルギーを減じるものであり、急流工は水を斜めに流して水のエネルギーを減じるものである。また、開水路の水勢を抑制する構造物として堰がある。堰は、水をせき止め水位を上げることによって上流側に水を貯留したり、用水路などへの取水を容易にしたり、計画的な分流を行ったりするものである。

【0003】

開水路の落差工や急流工は、水の勢いを低減するものであるから、そのような落差工や急流工に水車を設置して発電機を回転させると、水の勢いを低減できるだけでなく発電にも寄与できる。そこで、落差工や急流工に水車を設置し発電機を回転させて発電するようにしている。この場合、落差工には落差工型水車を設置し、急流工には、急流工の勾配に合った急流工型水車を設置することになる。

【0004】

ここで、開水路の落差工や堰に水車を設置し、水車に連結された発電機で電力を生成するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。また、堰板を備えた水車及び水力発電装置を水流がある河川又は水路に単に投げ込み設置することにより、水車を回転して水力発電装置から電力を発生させるようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１１−２１５７８号公報

【特許文献2】特許第３４２５６６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、急流工の勾配は開水路により異なり、急流工型水車は開水路の急流工の勾配に合ったものでなければならないので、急流工型水車は多種の水車が必要となる。また、落差工に適用する落差工型水車も必要となる。このように、落差の形状が異なると共通の水車を利用することができない。従って、落差に合わせた水車を製作しなければならないのでコスト高となる。

【0007】

また、特許文献１のものは、開水路の落差工や堰に設置する水車であり、導水管を用いないで直接水を水車に取水する無管路型水車であり、水車の運転及び停止を行うための入口弁を有していないので、水車への通水を阻止することができない。従って、水車を停止するには、開水路の上流の水門を閉じて水車への通水を阻止しなければならないので、水車の運転停止を容易に行うことができない。このことから、点検修理を行うことが困難となっている。

【0008】

一方、特許文献２のものは、堰板を備えた水車及び水力発電装置を用意し、水流がある河川又は水路に投げ込み、堰板にてその上流側に水を貯留して水車を水中に沈めるとともに落差を生じさせ、水車及び水力発電装置を駆動するものであるが、堰板で囲って形成した水槽自体を水車の一部にしているため、水車の点検は水路の断水か、水圧に負けない力により吊り上げるしかないものであり、水車の運転停止を容易に行うことができるものではない。

【0009】

本発明の目的は、落差の形状がいかなるものであっても共通の無管路型水車を利用でき、水車の運転停止を容易に行うことができる水車設備を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

請求項１の発明に係る水車設備は、開水路の急流工の下流端に設けられた堰と、 前記堰の上流側の開水路の両側の擁壁に設置された追加擁壁と、前記堰の垂直壁に沿って配置された無管路型水車と、前記開水路を断水することなく前記無管路型水車への取水を阻止する水車通水阻止手段と、前記無管路型水車の点検修理の際に前記水車を吊り上げるための吊り上げ機構を備えたことを特徴とする。

【0011】

請求項２の発明に係る水車設備は、請求項１の発明において、前記水車通水阻止手段は、前記無管路型水車の点検修理の際に、前記無管路型水車に水が流れ込まないように、前記堰の上流側の水を前記堰の下流側に流すための前記堰の下部または脇に設けられた放水ゲートであることを特徴とする。

【0012】

請求項３の発明に係る水車設備は、請求項１または２発明において、前記吊り上げ機構は、前記開水路の前記擁壁や前記追加擁壁の外側の側壁に設けられた支柱と、前記支柱の上部に設けられた梁と、前記梁に取り付けられ前記水車を吊り上げるためのチェーンブロックと、前記開水路の内側に設けられ前記水車が吊り上げられたときに前記水車の移動を案内する案内溝とを有したことを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

請求項１の発明によれば、堰に無管路型水車を設置するので、落差の形状がいかなるものであっても、堰から落ちる水を取水する無管路型水車を共通の水車として利用できる。また、水車通水阻止手段を設けたので、開水路を断水することなく、堰に配置された無管路型水車への取水を阻止でき、水車の運転停止を容易に行うことができるとともに、水車に水が流れていない状態を容易に確保できるので水車の点検修理を行える。さらには、水車の点検修理の際には、吊り上げ機構により水車を吊り上げて開水路の上方に位置させるので、水車の点検修理がより容易に行える。

【0014】

請求項２の発明によれば、水車通水阻止手段は堰の下部または脇に設けた放水ゲートであるので、水車の点検修理の際に放水ゲートを開き、堰の上流側の水を堰の下流側に流すだけで、容易に無導水管工水車に水が流れ込まないようにすることができる。従って、水車に水が流れていない状態で水車の点検修理を行える。

【0015】

請求項３の発明によれば、吊り上げ機構は、開水路の擁壁や追加擁壁の外側の側壁に設けられた支柱上部の梁にチェーンブロックを取り付け、開水路の内側には水車の移動を案内する案内溝とを有しているので、案内溝が水車の移動を案内して水車を吊り上げることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の実施形態に係る実施例１の水車設備の構成図。

【図2】本発明の実施例１における開水路の上流側から見た水車通水阻止手段の一例を示す背面図。

【図3】本発明の実施例１における開水路の上流側から見た水車通水阻止手段の他の一例を示す説明図。

【図4】本発明の実施形態に係る実施例２の水車設備の構成図。

【図5】本発明の実施例２における吊り上げ機構の斜視図。

【図6】本発明の実施例２における案内溝に係合する水車の摺動機構の説明図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の実施形態に係る実施例１の水車設備の構成図である。図１では、一方の擁壁の図示を省略した開水路１１の側面図を示している。開水路１１は水路の両側に擁壁１２を有し、水路内の水を斜めに流すために勾配を持った急流工１３を有するものを示している。

【0018】

水車設備１４は、例えば、急流工１３の下流端に設置される。水車設備１４は堰１５と水車１６とからなり、堰１５と水車１６とは分離して水車１６の上流側に堰１５を設置している。水車１６は、導水管を用いないで直接水を水車に取水する無管路型水車であり、例えば、チロリアン・クロスフロー水車やダリウス水車である。水車１６は堰１５の下流側に、堰１５の垂直壁に沿って据付台１７に搭載されて配置される。

【0019】

堰１５は、上流側に水を貯留するとともに落差工としての役割を果たす。堰１５の上流側に水を貯留することから、水が開水路１１から溢水しないように必要に応じて追加擁壁１８を設置する。また、堰１５の頂部と水車１６上面とは隙間がないよう接続され、堰１５の頂部を超えた水が水車１６へ到達する前に堰１５と水車１６との間で落水することを防止する。

【0020】

堰１５を設けたことにより、堰１５の上流側には、点線で水面１９を示すように水が貯留されるとともに、水は堰１５の頂部を通過し水車１６上面に到達する。水車１６上面に到達した水の多くは水車１６に流入し、一部は水車１６を通過し下流側へ落下する。水車１６として、堰１５の上部を流れる水の一部を取水して駆動される無管路型の水車１６を用いることができる。

【0021】

次に、開水路を断水することなく水車１６への取水を阻止する水車通水阻止手段２０が堰１５に設けられている。

【0022】

図１に示すように、堰１５には水車通水阻止手段２０が設けられ、水車通水阻止手段２０は開閉操作ハンドル２１にて開閉動作が行われる。水車通水阻止手段２０は落差工型水車１６の運転時には閉じられており、落差工型水車１６の点検修理の際に開かれる。なお、開閉操作ハンドル２１については、水車通水阻止手段２０の開閉操作を行えるものであれば、手動ハンドルでもよいし、手動ハンドル以外のもの、例えば、動力として電動機で駆動するものであってもよいし、手動、電動を問わず減速機等の伝達装置を介したものであってもよい。

【0023】

図２は、開水路１１の上流側から見た水車通水阻止手段２０の一例を示す背面図であり、図２は水車通水阻止手段２０が堰１５の下部に設けられた放水ゲート２０Ａである場合を示している。

【0024】

図２に示すように、放水ゲート２０Ａは堰１５の下部に設けられている。図２では２個の放水ゲート２０Ａが設けられた場合を示している。開閉操作ハンドル２１にて放水ゲート２０Ａが開くと、堰１５の上流側の水は、堰１５の下部の放水ゲート２０Ａを通って堰１５の下流側に流れる。従って、堰１５の上部から水車１６に水が流れ込まなくなる。これにより、水車１６に水が流れていない状態となるので、水車１６の点検修理を行える。

【0025】

図３は、開水路１１の上流側から見た水車通水阻止手段２０の他の一例を示す説明図であり、図３（ａ）はその背面図、図３（ｂ）は上面図である。図３は、水車通水阻止手段２０が堰１５の脇に設けられた放水ゲート２０Ｂである場合を示している。

【0026】

すなわち、堰１５の脇に放水ゲート２０Ｂが設けられている。この場合も、開閉操作ハンドル２１にて放水ゲート２０Ｂが開くと、堰１５の上流側の水は、堰１５の脇の放水ゲート２０Ｂを通って堰１５の下流側に流れ、堰１５の上部から水車１６に水が流れ込まなくなるので水車１６には水が流れなくなり、水車１６の点検修理を行える。これは、共通の水車１６を使用した場合に、開水路１１の幅が広くて、その開水路１１の幅に余裕がある場合に採用できる。

【0027】

以上の説明では、開水路１１は急流工１３を有するものを示したが、落差工を有する開水路１１に対しても同様に適用できることは言うまでもない。

【0028】

ここで、堰１５と水車１６とを分離して設け、水車通水阻止手段２０を有した堰１５を水車上流側に設けたのは、開水路１１の断水を避けて水車点検を行うためであり、また、水車１６の点検修理のために水車１６を吊り出す際に、水圧を受けないようにして吊り上げ力を軽くするためである。

【0029】

例えば、水車通水阻止手段２０を有した堰１５と水車１６とを一体化した場合には、開水路１１の断水をせずにその場での点検は可能であるが、水車１６を吊り出す際に、水圧を受けた水車１６を吊り上げる際の強大な力が必要になることに加え、その強大な力に耐えられる強度を水車１６に持たせる必要があるからである。

【0030】

実施例１によれば、開水路１１に堰１５を設け、その堰１５に水車１６を設置するので、落差の形状がいかなるものであっても、堰１５から落ちる水を取水する無管路型水車を共通の水車として利用できる。このように、水車１６の共通化が図れるのでコストの低減が図れる。

【0031】

また、水車通水阻止手段２０を設けたので、開水路を断水することなく、堰１５に配置された水車１６への取水を阻止できる。従って、水車１６の運転停止を容易に行うことができるとともに、水車１６に水が流れていない状態を容易に確保できるので水車１６の点検修理を行える。

【0032】

図４は本発明の実施形態に係る実施例２の水車設備の構成図である。この実施例２は、図１に示した実施例１に対し、水車１６を吊り上げるための吊り上げ機構２２を追加して設けたものである。図１と同一要素には、同一符号を付し重複する説明は省略する。

【0033】

図４に示すように、吊り上げ機構２２は水車１６を吊り上げることが可能な位置に設けられる。水車１６には、水車１６を吊り上げるためのチェーンブロック（巻上装置）２３が取り付けられる仕組みを設けてある。このチェーンブロック２３により水車１６の昇降動作が行われる。吊り上げ機構２２は水車１６の運転時には水車１６を据付台１７に降ろした状態であり、水車１６の点検修理の際に水車１６を吊り上げる。

【0034】

図５は、本発明の実施例２における吊り上げ機構２２の斜視図である。図５では、開水路１１の下流側から水車１６及び堰１５を見た場合を示しており、水車１６が据付台１７に設置された状態を示している。従って、堰１５は水車１６の背後に位置することになる。

【0035】

図５に示すように、擁壁１２や追加擁壁１８の開水路１１の外側の側壁に吊り上げ機構２２の支柱２４が設置され、この支柱２４の上部に設けられた梁２５に、水車１６を吊り上げるためのチェーンブロック２３が取り付けられる。擁壁１２や追加擁壁１８の開水路１１の内側には、水車１６が吊り上げられたときに水車１６の移動を案内するための案内溝２６が設けられている。

【0036】

図６は、本発明の実施例２における案内溝２６に係合する水車１６の摺動機構の説明図である。図６では水車１６の右側の擁壁１２や追加擁壁１８の図示を省略している。図６に示すように、水車１６の上部側壁には擁壁１２や追加擁壁１８に設けられた案内溝２６に係合する案内片２７が設けられている。この案内片２７が擁壁１２や追加擁壁１８に設けられた案内溝２６に係合し、吊り上げ機構２２により、水車１６が吊り上げられたとき水車１６の移動を案内する。

【0037】

以上の説明では、固定部側の案内溝２６が凹形状で、可動側の案内片２７が凸形状である場合を示したが、固定部側の案内溝２６が凸形状で可動側の案内片２７がこの案内溝２６に案内される形状のものであってもよい。

【0038】

前述したように、水車１６の点検修理の際には水車通水阻止手段２０を開く。これにより、堰１５の上流側の水は水車通水阻止手段２０を通って堰１５の下流側に流れ、水車１６には流れ込まなくなる。この状態では、水車１６には水が流れ込んでいないので、水車１６の点検修理は可能であるが、作業員は水車１６の設置箇所まで降りていかなければならない。また、水車１６の背面には堰１５が位置するので、水車１６の設置箇所では水車１６を分解して点検修理することが困難である。

【0039】

そこで、水車１６に水が流れ込んでいない状態で吊り上げ機構２２により水車１６を吊り上げ、水車１６を開水路１１の上方に位置させて点検修理を行う。つまり、吊り上げ機構２２により水車１６を追加擁壁１８の上部まで吊り上げ、例えば、その追加擁壁１８の上部で図示省略の保持機構で水車１６を保持し、作業用歩廊を設置して点検修理の作業を行う。これにより、水車１６を分解しての点検修理も容易に行うことができる。

【0040】

以上の説明では、吊り上げ機構の巻上機構部であるチェーンブロック（巻上装置）２３、支柱２４、梁２５を常設した場合について説明したが、その巻上機構部であるチェーンブロック（巻上装置）２３、支柱２４、梁２５は、常設しなくてもよい。水車１６を吊り上げる際に準備するようにしてもよい。また、チェーンブロック（巻上装置）２３、支柱２４、梁２５に代えて、例えば、クレーン車を用意してクレーン車の巻上機で水車１６を吊り上げるようにしてもよい。

【0041】

このように、水車１６の点検修理の際に、吊り上げ機構２２により水車を吊り上げて開水路の上方に位置させるので、水車を分解しての点検修理も可能となる。

【符号の説明】

【0042】

１１…開水路、１２…擁壁、１３…急流工、１４…水車設備、１５…堰、１６…水車、１７…据付台、１８…追加擁壁、１９…水面、２０…水車通水阻止手段、２１…開閉操作ハンドル、２２…吊り上げ機構、２３…チェーンブロック、２４…支柱、２５…梁、２６…案内溝、２７…案内片

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】