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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】P2024147217
(43)【公開日】2024-10-16
(54)【発明の名称】水力機器光通信装置および水力機器システム
(51)【国際特許分類】
H04B 10/80 20130101AFI20241008BHJP
【ＦＩ】
H04B10/80
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023060087
(22)【出願日】2023-04-03
(71)【出願人】
【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
(71)【出願人】
【識別番号】317015294
【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001092
【氏名又は名称】弁理士法人サクラ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】榎本 保之
(72)【発明者】
【氏名】内田 竜朗
【テーマコード（参考）】
5K102
【Ｆターム（参考）】
5K102AL11
5K102KA01
5K102KA42
5K102PB01
5K102PH31
5K102RD28
(57)【要約】
【課題】通信の安定化を容易に実現可能な水力機器光通信装置等を提供する。
【解決手段】実施形態の水力機器光通信装置は、回転側無線通信部と静止側無線通信部と気泡供給装置とを有し、回転部を内部に備える水力機器に設けられる。回転側無線通信部は、回転部に設置される。静止側無線通信部は、水力機器の外部に設置され、水力機器において水が流れる流路を介して、回転側無線通信部との間において光無線通信を実行する。気泡供給装置は、光無線通信を実行する際に、流路を流れる水に気泡を供給するように構成されている。
【選択図】図１
【解決手段】実施形態の水力機器光通信装置は、回転側無線通信部と静止側無線通信部と気泡供給装置とを有し、回転部を内部に備える水力機器に設けられる。回転側無線通信部は、回転部に設置される。静止側無線通信部は、水力機器の外部に設置され、水力機器において水が流れる流路を介して、回転側無線通信部との間において光無線通信を実行する。気泡供給装置は、光無線通信を実行する際に、流路を流れる水に気泡を供給するように構成されている。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転部を内部に備える水力機器に設けられる水力機器光通信装置であって、
前記回転部に設置される回転側無線通信部と、
前記水力機器の外部に設置され、前記水力機器において水が流れる流路を介して、前記回転側無線通信部との間において光無線通信を実行する静止側無線通信部と、
前記光無線通信を実行する際に、前記流路を流れる水に気泡を供給するように構成されている気泡供給装置と
を有する、
水力機器光通信装置。
前記回転部に設置される回転側無線通信部と、
前記水力機器の外部に設置され、前記水力機器において水が流れる流路を介して、前記回転側無線通信部との間において光無線通信を実行する静止側無線通信部と、
前記光無線通信を実行する際に、前記流路を流れる水に気泡を供給するように構成されている気泡供給装置と
を有する、
水力機器光通信装置。
【請求項2】
前記回転側無線通信部は、
前記水力機器に関する測定データを出力する測定部
を含み、
前記測定部によって出力された前記測定データが、前記光無線通信によって、前記回転側無線通信部から前記静止側無線通信部へ送信される、
請求項１に記載の水力機器光通信装置。
前記水力機器に関する測定データを出力する測定部
を含み、
前記測定部によって出力された前記測定データが、前記光無線通信によって、前記回転側無線通信部から前記静止側無線通信部へ送信される、
請求項１に記載の水力機器光通信装置。
【請求項3】
前記回転部は、
水が流れることによって回転するランナ
を含み、
前記気泡供給装置は、前記流路において前記ランナから流出する水に、前記気泡を供給するように構成されている、
請求項１に記載の水力機器光通信装置。
水が流れることによって回転するランナ
を含み、
前記気泡供給装置は、前記流路において前記ランナから流出する水に、前記気泡を供給するように構成されている、
請求項１に記載の水力機器光通信装置。
【請求項4】
前記気泡供給装置は、前記回転部に形成された連通孔を介して、前記気泡を供給するように構成されている、
請求項１に記載の水力機器光通信装置。
請求項１に記載の水力機器光通信装置。
【請求項5】
前記光無線通信の通信状態に基づいて、前記気泡供給装置が前記気泡を供給する動作を制御する気泡供給制御部
を有する、
請求項１に記載の水力機器光通信装置。
を有する、
請求項１に記載の水力機器光通信装置。
【請求項6】
請求項１に記載の水力機器光通信装置。
を備える、
水力機器システム。
を備える、
水力機器システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、水力機器光通信装置および水力機器システムに関する。
【背景技術】
【0002】
水車、ポンプ等の水力機器は、水中において光無線通信を行う場合がある。
【0003】
具体的には、水力機器は、内部構造物の変形等を把握するために、歪ゲージや圧力センサなどの計測器を用いて計測を実行する場合がある。例えば、ギヤポンプ、スクリューポンプ等の容積型流体機械、熱交換器等の各種流体機械、及び、単純な配管等の内部に配置された翼などに関して。計測が実行される。また、水力機器においては、内部の流動を可視化して、機器の健全性を定量的に評価するために、撮像装置を用いて内部の画像を撮影する場合がある。そして、計測器によって取得された計測データ、および、撮像装置によって取得された撮像データ等のデータが、光無線通信によって伝送される。
【0004】
上記の光無線通信を実行する水力機器光通信装置は、例えば、水力機器の回転部に設置された無線通信部と、水力機器の外部に設置された他の無線通信部とを有し、両者の間の光無線通信が、水力機器の流路を流れる水を介して、実行される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１９－２２０８０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、上記の光無線通信は、水を介して実行されるため、通信状態が不安定になる場合がある。このため、通信の安定化が求められている。
【0007】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、通信の安定化を容易に実現可能な、水力機器光通信装置および水力機器システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
実施形態の水力機器光通信装置は、回転側無線通信部と静止側無線通信部と気泡供給装置とを有し、回転部を内部に備える水力機器に設けられる。回転側無線通信部は、回転部に設置される。静止側無線通信部は、水力機器の外部に設置され、水力機器において水が流れる流路を介して、回転側無線通信部との間において光無線通信を実行する。気泡供給装置は、光無線通信を実行する際に、流路を流れる水に気泡を供給するように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
実施形態について図面を参照して説明する。以下の実施形態は、一例である。また、図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には、同一の符号又は類似の符号を付している。また、説明の都合上、図面は、寸法比率が実際の比率とは異なる場合があり、一部の構成を省略している場合がある。
【0011】
【0012】
本実施形態の水力機器システム１は、図１に示すように、フランシス水車１００（水力機器）と光通信装置２５（水力機器光通信装置）とを備える。図１では、フランシス水車１００に関しては、鉛直面に沿った断面を模式的に示している。
【0013】
水力機器システム１を構成する各部について順次説明する。
【0014】
［Ａ－１］フランシス水車１００
本実施形態の水力機器システム１において、フランシス水車１００は、図１に示すように、ケーシング２とステーベーン３とガイドベーン４とランナ５と発電機７と吸出し管８とを有し、水力によってランナ５（回転部）が回転するように構成されている水力機器である。
本実施形態の水力機器システム１において、フランシス水車１００は、図１に示すように、ケーシング２とステーベーン３とガイドベーン４とランナ５と発電機７と吸出し管８とを有し、水力によってランナ５（回転部）が回転するように構成されている水力機器である。
【0015】
［Ａ－１－１］ケーシング２
ケーシング２は、渦巻き状であって、内部を水が流れるように構成されている。
ケーシング２は、渦巻き状であって、内部を水が流れるように構成されている。
【0016】
［Ａ－１－２］ステーベーン３
ステーベーン３は、ケーシング２の内側において、複数が周方向に間隔をあけて配置されている。ステーベーン３は、ケーシング２から流入する水をガイドベーン４およびランナ５に導くために設置されている。
ステーベーン３は、ケーシング２の内側において、複数が周方向に間隔をあけて配置されている。ステーベーン３は、ケーシング２から流入する水をガイドベーン４およびランナ５に導くために設置されている。
【0017】
［Ａ－１－３］ガイドベーン４
ガイドベーン４は、ステーベーン３の内側において、複数が周方向に間隔をあけて配置されている。ステーベーン３から流入する水をランナ５に導くために設置されている。複数のガイドベーン４のそれぞれは、回動し開度が変わることによって、ランナ５に流入する水の流量を調節可能に構成されている。
ガイドベーン４は、ステーベーン３の内側において、複数が周方向に間隔をあけて配置されている。ステーベーン３から流入する水をランナ５に導くために設置されている。複数のガイドベーン４のそれぞれは、回動し開度が変わることによって、ランナ５に流入する水の流量を調節可能に構成されている。
【0018】
［Ａ－１－４］ランナ５
ランナ５は、上カバー５１と下カバー（図示省略）との間において、鉛直方向に沿った回転軸Ｘを中心に回転方向Ｒに回転するように構成されている。ここでは、ランナ５は、クラウン９とバンド１０とランナ羽根１１とを有する。
ランナ５は、上カバー５１と下カバー（図示省略）との間において、鉛直方向に沿った回転軸Ｘを中心に回転方向Ｒに回転するように構成されている。ここでは、ランナ５は、クラウン９とバンド１０とランナ羽根１１とを有する。
【0019】
具体的には、ランナ５において、クラウン９は、主軸６に連結されており、鉛直方向に沿った貫通孔を含む。バンド１０は、クラウン９との間にギャップが介在するように配置されている。ランナ羽根１１は、複数であって、複数のランナ羽根１１がクラウン９とバンド１０との間のギャップにおいて、周方向に間隔をあけて配置されている。複数のランナ羽根１１は、クラウン９とバンド１０とのそれぞれに接合されている。
【0020】
ランナ５には、ランナコーン２０がクラウン９の下面に連結されている。ランナコーン２０は、例えば、上方から下方に向かって外径が小さくなっている円錐台部を有し、例えば、ボルト等を用いてクラウン９に固定されている。ランナコーン２０は、例えば、中空構造であって、内部空間を含む。ここでは、ランナコーン２０の内部空間は、例えば、上方側の内径が、下方側の内径よりも小さくなるように構成されており、クラウン９の貫通孔に連通している。
【0021】
そして、ランナ５とランナコーン２０とを貫通するように、バランスホール１２（連通孔）が形成されている。ここでは、バランスホール１２によって、クラウン９の上方と吸出し管８の内部との間が、ランナコーン２０の内部空間を介して連通している。
【0022】
［Ａ－１－５］発電機７
発電機７は、ランナ５の上方に位置しており、主軸６を介してランナ５に連結されており、ランナ５の回転によって発電を行うように構成されている。
発電機７は、ランナ５の上方に位置しており、主軸６を介してランナ５に連結されており、ランナ５の回転によって発電を行うように構成されている。
【0023】
［Ａ－１－６］吸出し管８
吸出し管８は、ランナ５の下方に位置しており、下池（図示省略）または放水路（図示省略）に連結されている。
吸出し管８は、ランナ５の下方に位置しており、下池（図示省略）または放水路（図示省略）に連結されている。
【0024】
吸出し管８には、ドラフトマンホール２１が設けられている。ドラフトマンホール２１は、吸出し管８の外部から内部を観察するために設置されている。ここでは、ドラフトマンホール２１は、吸出し管８の外周面において回転軸Ｘから半径方向に離間した部分に設けられている。
【0025】
この他に、吸出し管８には、透過窓部２２が設けられている。透過窓部２２は、吸出し管８において回転軸Ｘに交差する部分を含むように形成されている。透過窓部２２は、光通信装置２５において光無線通信が実行される際に用いられる光信号が透過する光透過材料で構成されている。例えば、光透過材料は、ガラス、及び、透明樹脂などであって、透過率が９０％以上の材料が好ましい。光透過材料は、屈折率が１．３３に近い値であって、高い圧力に耐える高耐圧性材料であることが好ましい。より具体的には、光信号が可視光である場合には、光透過材料は、ガラス、アクリル樹脂、または、ポリカーボネートなどのように、透過率が高い材料であることが好ましい。この他に、光透過材料は、水と屈折率が等しいフッ素モノマー重合材であってもよい。なお、ドラフトマンホール２１においても、透過窓部２２と同様な透過窓が設けられている。
【0026】
［Ａ－１－７］フランシス水車１００の動作
上記のフランシス水車１００の動作について説明する。
上記のフランシス水車１００の動作について説明する。
【0027】
［Ａ－１－７－１］水車運転（発電運転）
本実施形態のフランシス水車１００において、水車運転（発電運転）を実行する際には、上池（図示省略）から水圧鉄管（図示省略）を経由して水がケーシング２に流入する。そして、ケーシング２からステーベーン３とガイドベーン４とを順次介して、水がランナ５に導入され、ランナ５の外周側から内周側へ流れる。これにより、ランナ５が回転軸Ｘを中心にして主軸６と共に回転方向Ｒに回転する。すなわち、ランナ５において、水の圧力エネルギーが回転エネルギーへ変換される。そして、ランナ５の回転エネルギーが主軸６を介して発電機７に伝達され、発電機７が発電を行う。水車運転の実行の際に、ランナ５から流出した水は、吸出し管８を介して、下池または放水路に放出される。
本実施形態のフランシス水車１００において、水車運転（発電運転）を実行する際には、上池（図示省略）から水圧鉄管（図示省略）を経由して水がケーシング２に流入する。そして、ケーシング２からステーベーン３とガイドベーン４とを順次介して、水がランナ５に導入され、ランナ５の外周側から内周側へ流れる。これにより、ランナ５が回転軸Ｘを中心にして主軸６と共に回転方向Ｒに回転する。すなわち、ランナ５において、水の圧力エネルギーが回転エネルギーへ変換される。そして、ランナ５の回転エネルギーが主軸６を介して発電機７に伝達され、発電機７が発電を行う。水車運転の実行の際に、ランナ５から流出した水は、吸出し管８を介して、下池または放水路に放出される。
【0028】
［Ａ－１－７－２］ポンプ運転（揚水運転）
本実施形態のフランシス水車１００は、水車運転（発電運転）の他に、ポンプ運転（揚水運転）を実行可能に構成されていてもよい。つまり、回転電機を発電機７として用いる以外に電動機として用いてもよい。ポンプ運転（揚水運転）を実行する際には、回転電機（電動機）に電力を供給して駆動させることによって、ランナ５を回転させる。これにより、吸出し管８を介して、下池の水が吸い上げられ、その吸い上げられた水が上池に放出される。この際、ガイドベーン４の開度は、ポンプ揚程に応じて適切な揚水量になるように変えられる。
本実施形態のフランシス水車１００は、水車運転（発電運転）の他に、ポンプ運転（揚水運転）を実行可能に構成されていてもよい。つまり、回転電機を発電機７として用いる以外に電動機として用いてもよい。ポンプ運転（揚水運転）を実行する際には、回転電機（電動機）に電力を供給して駆動させることによって、ランナ５を回転させる。これにより、吸出し管８を介して、下池の水が吸い上げられ、その吸い上げられた水が上池に放出される。この際、ガイドベーン４の開度は、ポンプ揚程に応じて適切な揚水量になるように変えられる。
【0029】
なお、本実施形態では、水力機器がフランシス水車１００である場合について説明するが、これに限らない、水力機器は、フランシス水車１００以外であってもよい。
【0030】
［Ａ－２］光通信装置２５（水力機器光通信装置）
本実施形態の水力機器システム１において、光通信装置２５は、図１に示すように、回転側無線通信部３０（第１無線通信部）と静止側無線通信部４０（第２無線通信部）と気泡供給装置２３とを有し、フランシス水車１００に設けられる。本実施形態の光通信装置２５は、回転側無線通信部３０と静止側無線通信部４０との間の光無線通信が、フランシス水車１００において水が流れる流路を介して実行されるように構成されている。回転側無線通信部３０と静止側無線通信部４０との間において光無線通信が行われる距離は、例えば、１０ｍｍ以上であって、本実施形態の光無線通信は、いわゆる近距離無線とは相違する。
本実施形態の水力機器システム１において、光通信装置２５は、図１に示すように、回転側無線通信部３０（第１無線通信部）と静止側無線通信部４０（第２無線通信部）と気泡供給装置２３とを有し、フランシス水車１００に設けられる。本実施形態の光通信装置２５は、回転側無線通信部３０と静止側無線通信部４０との間の光無線通信が、フランシス水車１００において水が流れる流路を介して実行されるように構成されている。回転側無線通信部３０と静止側無線通信部４０との間において光無線通信が行われる距離は、例えば、１０ｍｍ以上であって、本実施形態の光無線通信は、いわゆる近距離無線とは相違する。
【0031】
［Ａ－２－１］回転側無線通信部３０
光通信装置２５において、回転側無線通信部３０は、図１に示すように、フランシス水車１００において回転部であるランナコーン２０に設置されており、ランナコーン２０と共に回転する。ここでは、回転側無線通信部３０は、例えば、ランナコーン２０に形成された内部空間に小型発電機器（図示省略）と共に配置されており、小型発電機器（図示省略）から供給される電力で動作する。
光通信装置２５において、回転側無線通信部３０は、図１に示すように、フランシス水車１００において回転部であるランナコーン２０に設置されており、ランナコーン２０と共に回転する。ここでは、回転側無線通信部３０は、例えば、ランナコーン２０に形成された内部空間に小型発電機器（図示省略）と共に配置されており、小型発電機器（図示省略）から供給される電力で動作する。
【0032】
図２は、第１実施形態に係る光通信装置２５において、回転側無線通信部３０の要部を模式的に示す図である。
【0033】
回転側無線通信部３０は、図２に示すように、測定センサ３００と電気回路３０２と直流電源３０４と増幅器３０６とＡＤ変換器３０８と回転側データ収録器３１０（第１データ収録器）と回転側ネットワークプロトコル変換器３１２（第１ネットワークプロトコル変換器）と回転側撮像装置３１４（第１撮像装置）と回転側撮像制御器３１６（第１撮像制御器）と回転側無線通信器３１８（第１無線通信器）とを有する。測定センサ３００、電気回路３０２、直流電源３０４、増幅器３０６、および、ＡＤ変換器３０８は、測定部を構成している。
【0034】
［Ａ－２－１－１］測定センサ３００
測定センサ３００は、フランシス水車１００を構成するランナ５（図１参照）に関する測定データを出力するように構成されている。測定センサ３００は、少なくとも１つであって、例えば、ランナ５の表面に貼り付けられている。ここでは、測定センサ３００は、例えば、ランナ５の表面歪または応力を測定し、測定データを出力する。この他に、測定センサ３００は、ランナ５内の圧力、温度、振動などの値を測定データとして出力するように構成されていてもよい。
測定センサ３００は、フランシス水車１００を構成するランナ５（図１参照）に関する測定データを出力するように構成されている。測定センサ３００は、少なくとも１つであって、例えば、ランナ５の表面に貼り付けられている。ここでは、測定センサ３００は、例えば、ランナ５の表面歪または応力を測定し、測定データを出力する。この他に、測定センサ３００は、ランナ５内の圧力、温度、振動などの値を測定データとして出力するように構成されていてもよい。
【0035】
［Ａ－２－１－２］電気回路３０２
電気回路３０２は、例えば、ブリッジ回路であって、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２と第３抵抗Ｒ３とを含む。電気回路３０２においては、測定センサ３００の一端に第１抵抗Ｒ１の一端が接続され、測定センサ３００の他端に第２抵抗Ｒ２の一端が接続されている。第１抵抗Ｒ１の他端に第３抵抗Ｒ３の一端が接続され、第２抵抗Ｒ２の他端が第３抵抗Ｒ３の他端に接続されている。
電気回路３０２は、例えば、ブリッジ回路であって、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２と第３抵抗Ｒ３とを含む。電気回路３０２においては、測定センサ３００の一端に第１抵抗Ｒ１の一端が接続され、測定センサ３００の他端に第２抵抗Ｒ２の一端が接続されている。第１抵抗Ｒ１の他端に第３抵抗Ｒ３の一端が接続され、第２抵抗Ｒ２の他端が第３抵抗Ｒ３の他端に接続されている。
【0036】
測定センサ３００の他端と第１抵抗Ｒ１の他端とのそれぞれには、直流電源３０４が接続されている。そして、測定センサ３００の一端と第２抵抗Ｒ２の他端とのそれぞれには、増幅器３０６が接続されている。このため、測定センサ３００が出力する測定データは、アナログ電圧の計測信号として、増幅器３０６によって増幅される。
【0037】
［Ａ－２－１－３］ＡＤ変換器３０８
ＡＤ変換器３０８は、増幅器３０６に接続されており、増幅器３０６によって増幅された測定データをアナログ信号からデジタル信号に変換する。
ＡＤ変換器３０８は、増幅器３０６に接続されており、増幅器３０６によって増幅された測定データをアナログ信号からデジタル信号に変換する。
【0038】
［Ａ－２－１－４］回転側データ収録器３１０
回転側データ収録器３１０は、ＡＤ変換器３０８に接続されている記録装置であって、ＡＤ変換器３０８によってデジタル信号に変換された測定データを時系列に記録する。
回転側データ収録器３１０は、ＡＤ変換器３０８に接続されている記録装置であって、ＡＤ変換器３０８によってデジタル信号に変換された測定データを時系列に記録する。
【0039】
［Ａ－２－１－５］回転側ネットワークプロトコル変換器３１２
回転側ネットワークプロトコル変換器３１２は、回転側データ収録器３１０に記録された測定データをネットワークプロトコル形式に変換し、回転側無線通信器３１８に出力する。
回転側ネットワークプロトコル変換器３１２は、回転側データ収録器３１０に記録された測定データをネットワークプロトコル形式に変換し、回転側無線通信器３１８に出力する。
【0040】
［Ａ－２－１－６］回転側撮像装置３１４
回転側撮像装置３１４は、静止画の撮影及び動画の撮影が可能なカメラであって、画像データを生成するように構成されている。
回転側撮像装置３１４は、静止画の撮影及び動画の撮影が可能なカメラであって、画像データを生成するように構成されている。
【0041】
［Ａ－２－１－７］回転側撮像制御器３１６
回転側撮像制御器３１６は、回転側撮像装置３１４に接続されており、回転側撮像装置３１４の撮像動作を制御する。回転側撮像制御器３１６は、演算器（図示省略）とメモリ装置（図示省略）とを含み、メモリ装置が記憶しているプログラムを用いて演算器が演算処理を行うことによって、上記の制御を行うように構成されている。ここでは、回転側撮像制御器３１６は、回転側撮像装置３１４の撮像によって得た画像データが、回転側データ収録器３１０において時系列に収録されるように制御を行う。
回転側撮像制御器３１６は、回転側撮像装置３１４に接続されており、回転側撮像装置３１４の撮像動作を制御する。回転側撮像制御器３１６は、演算器（図示省略）とメモリ装置（図示省略）とを含み、メモリ装置が記憶しているプログラムを用いて演算器が演算処理を行うことによって、上記の制御を行うように構成されている。ここでは、回転側撮像制御器３１６は、回転側撮像装置３１４の撮像によって得た画像データが、回転側データ収録器３１０において時系列に収録されるように制御を行う。
【0042】
［Ａ－２－１－８］回転側無線通信器３１８
回転側無線通信器３１８は、図２に示すように、回転側送信部３１８０ａ（第１送信部）と回転側受信部３１８０ｂ（第１受信部）と回転側制御部３１８０ｃ（第１制御部）とを含み、静止側無線通信部４０との間の光無線通信を実行可能に構成されている。
回転側無線通信器３１８は、図２に示すように、回転側送信部３１８０ａ（第１送信部）と回転側受信部３１８０ｂ（第１受信部）と回転側制御部３１８０ｃ（第１制御部）とを含み、静止側無線通信部４０との間の光無線通信を実行可能に構成されている。
【0043】
［Ａ－２－１－８－１］回転側送信部３１８０ａ
回転側送信部３１８０ａは、回転側ネットワークプロトコル変換器３１２によって変換された測定データについて、電気信号から光信号に変換し、その光信号（第１の光信号）を送信する。ここでは、回転側送信部３１８０ａは、その変換した光信号を、例えば、可視光のレーザ光Ｌ３０として出射する。回転側送信部３１８０ａは、高速通信の性能を向上させるために、例えば、広がり角が２０°未満であるレーザ光Ｌ３０を出射するレーザを光源として有する。
回転側送信部３１８０ａは、回転側ネットワークプロトコル変換器３１２によって変換された測定データについて、電気信号から光信号に変換し、その光信号（第１の光信号）を送信する。ここでは、回転側送信部３１８０ａは、その変換した光信号を、例えば、可視光のレーザ光Ｌ３０として出射する。回転側送信部３１８０ａは、高速通信の性能を向上させるために、例えば、広がり角が２０°未満であるレーザ光Ｌ３０を出射するレーザを光源として有する。
【0044】
本実施形態では、回転側送信部３１８０ａは、レーザ光Ｌ３０の光軸がランナコーン２０の回転軸Ｘ（図１参照）と一致するように、レーザ光Ｌ３０を出射する。このため、回転側送信部３１８０ａは、ランナコーン２０が回転した状態であっても、レーザ光Ｌ３０の光軸が一定であるため、測定データを安定的に送信可能である。また、これに伴い、透過窓部２２（図１参照）を小さくすることが可能であるため、透過窓部２２（図１参照）によって吸出し管８の強度が低下することを抑制可能である。
【0045】
［Ａ－２－１－８－２］回転側受信部３１８０ｂ
回転側受信部３１８０ｂは、静止側無線通信部４０から送信された光信号（第２の光信号）を受信する。ここでは、回転側受信部３１８０ｂは、例えば、光電子増倍管を含み、静止側無線通信部４０からレーザ光Ｌ４０として出射された光信号を光電子増倍管が受光するように構成されている。
回転側受信部３１８０ｂは、静止側無線通信部４０から送信された光信号（第２の光信号）を受信する。ここでは、回転側受信部３１８０ｂは、例えば、光電子増倍管を含み、静止側無線通信部４０からレーザ光Ｌ４０として出射された光信号を光電子増倍管が受光するように構成されている。
【0046】
［Ａ－２－１－８－３］回転側制御部３１８０ｃ
回転側制御部３１８０ｃは、演算器（図示省略）とメモリ装置（図示省略）とを含み、メモリ装置が記憶しているプログラムを用いて演算器が演算処理を行うことによって、回転側無線通信部３０を構成する各部の動作を制御するように構成されている。ここでは、回転側制御部３１８０ｃは、例えば、静止側無線通信部４０から送信された光信号に基づいて、各部の動作を制御する。
回転側制御部３１８０ｃは、演算器（図示省略）とメモリ装置（図示省略）とを含み、メモリ装置が記憶しているプログラムを用いて演算器が演算処理を行うことによって、回転側無線通信部３０を構成する各部の動作を制御するように構成されている。ここでは、回転側制御部３１８０ｃは、例えば、静止側無線通信部４０から送信された光信号に基づいて、各部の動作を制御する。
【0047】
［Ａ－２－２］静止側無線通信部４０
光通信装置２５において、静止側無線通信部４０は、図１に示すように、フランシス水車１００の外部に設置されている。静止側無線通信部４０は、静止体である。
光通信装置２５において、静止側無線通信部４０は、図１に示すように、フランシス水車１００の外部に設置されている。静止側無線通信部４０は、静止体である。
【0048】
図３は、第１実施形態に係る光通信装置２５において、静止側無線通信部４０の要部を模式的に示す図である。
【0049】
静止側無線通信部４０は、図３に示すように、静止側無線通信器４００（第２無線通信器）と静止側ネットワークプロトコル変換器４０２ａ（第２ネットワークプロトコル変換器）と静止側データ収録器４０２ｂ（第２データ収録器）と静止側撮像制御器４０２ｃ（第２撮像制御器）と静止側撮像装置４０４（第２撮像装置）と表示部４０６と操作部４０８とを有する。静止側無線通信部４０において、静止側ネットワークプロトコル変換器４０２ａ、静止側データ収録器４０２ｂ、および、静止側撮像制御器４０２ｃは、制御処理装置４０２を構成している。
【0050】
［Ａ－２－２－１］静止側無線通信器４００
静止側無線通信器４００は、図３に示すように、静止側送信部４０００ａ（第２送信部）と静止側受信部４０００ｂ（第２受信部）と静止側制御部４０００ｃ（第２制御部）とを含み、回転側無線通信部３０との間の光無線通信を実行可能に構成されている。
静止側無線通信器４００は、図３に示すように、静止側送信部４０００ａ（第２送信部）と静止側受信部４０００ｂ（第２受信部）と静止側制御部４０００ｃ（第２制御部）とを含み、回転側無線通信部３０との間の光無線通信を実行可能に構成されている。
【0051】
［Ａ－２－２－１－１］静止側送信部４０００ａ
静止側送信部４０００ａは、静止側ネットワークプロトコル変換器４０２ａによって変換されたデータについて、電気信号から光信号に変換し、その光信号（第２の光信号）を送信する。ここでは、静止側送信部４０００ａは、その変換した光信号を、例えば、可視光のレーザ光Ｌ４０として出射する。静止側送信部４０００ａは、高速通信の性能を向上させるために、例えば、広がり角が２０°未満であるレーザ光Ｌ４０を出射するレーザを光源として有する。
静止側送信部４０００ａは、静止側ネットワークプロトコル変換器４０２ａによって変換されたデータについて、電気信号から光信号に変換し、その光信号（第２の光信号）を送信する。ここでは、静止側送信部４０００ａは、その変換した光信号を、例えば、可視光のレーザ光Ｌ４０として出射する。静止側送信部４０００ａは、高速通信の性能を向上させるために、例えば、広がり角が２０°未満であるレーザ光Ｌ４０を出射するレーザを光源として有する。
【0052】
本実施形態では、静止側送信部４０００ａは、回転側送信部３１８０ａの場合と同様に、レーザ光Ｌ４０の光軸がランナコーン２０の回転軸Ｘ（図１参照）と一致するように、レーザ光Ｌ４０を出射する。このため、静止側送信部４０００ａは、ランナコーン２０が回転した状態であっても、レーザ光Ｌ４０の光軸が一定であるため、データを安定的に送信可能である。
【0053】
［Ａ－２－２－１－２］静止側受信部４０００ｂ
静止側受信部４０００ｂは、回転側無線通信部３０から送信された光信号（第１の光信号）を受信する。ここでは、静止側受信部４０００ｂは、例えば、光電子増倍管を含み、回転側無線通信部３０からレーザ光Ｌ３０として出射された光信号を光電子増倍管が受光するように構成されている。静止側受信部４０００ｂが受信した光信号は、電気信号に変換されて、静止側ネットワークプロトコル変換器４０２ａに出力される。
静止側受信部４０００ｂは、回転側無線通信部３０から送信された光信号（第１の光信号）を受信する。ここでは、静止側受信部４０００ｂは、例えば、光電子増倍管を含み、回転側無線通信部３０からレーザ光Ｌ３０として出射された光信号を光電子増倍管が受光するように構成されている。静止側受信部４０００ｂが受信した光信号は、電気信号に変換されて、静止側ネットワークプロトコル変換器４０２ａに出力される。
【0054】
［Ａ－２－２－１－３］静止側制御部４０００ｃ
静止側制御部４０００ｃは、演算器（図示省略）とメモリ装置（図示省略）とを含み、メモリ装置が記憶しているプログラムを用いて演算器が演算処理を行うことによって、静止側無線通信部４０を構成する各部の動作を制御するように構成されている。ここでは、静止側制御部４０００ｃは、例えば、回転側無線通信部３０から送信された光信号に基づいて、各部の動作を制御する。
静止側制御部４０００ｃは、演算器（図示省略）とメモリ装置（図示省略）とを含み、メモリ装置が記憶しているプログラムを用いて演算器が演算処理を行うことによって、静止側無線通信部４０を構成する各部の動作を制御するように構成されている。ここでは、静止側制御部４０００ｃは、例えば、回転側無線通信部３０から送信された光信号に基づいて、各部の動作を制御する。
【0055】
［Ａ－２－２－２］静止側ネットワークプロトコル変換器４０２ａ
静止側ネットワークプロトコル変換器４０２ａは、静止側無線通信器４００から供給された電気信号をネットワークプロトコル形式に変換し、静止側データ収録器４０２ｂに出力する。
静止側ネットワークプロトコル変換器４０２ａは、静止側無線通信器４００から供給された電気信号をネットワークプロトコル形式に変換し、静止側データ収録器４０２ｂに出力する。
【0056】
［Ａ－２－２－３］静止側データ収録器４０２ｂ
静止側データ収録器４０２ｂは、静止側ネットワークプロトコル変換器４０２ａに接続されている記録装置であって、静止側ネットワークプロトコル変換器４０２ａによって変換された電気信号を時系列に記録する。
静止側データ収録器４０２ｂは、静止側ネットワークプロトコル変換器４０２ａに接続されている記録装置であって、静止側ネットワークプロトコル変換器４０２ａによって変換された電気信号を時系列に記録する。
【0057】
［Ａ－２－２－４］静止側撮像制御器４０２ｃ
静止側撮像制御器４０２ｃは、静止側撮像装置４０４に接続されており、静止側撮像装置４０４の撮像動作を制御する。静止側撮像制御器４０２ｃは、演算器（図示省略）とメモリ装置（図示省略）とを含み、メモリ装置が記憶しているプログラムを用いて演算器が演算処理を行うことによって、上記の制御を行うように構成されている。ここでは、静止側撮像制御器４０２ｃは、静止側撮像装置４０４の撮像によって得た画像データが、静止側データ収録器４０２ｂにおいて時系列に収録されるように制御を行う。また、静止側撮像制御器４０２ｃは、光通信装置２５を構成する各部の動作を制御するように構成されていてもよい。
静止側撮像制御器４０２ｃは、静止側撮像装置４０４に接続されており、静止側撮像装置４０４の撮像動作を制御する。静止側撮像制御器４０２ｃは、演算器（図示省略）とメモリ装置（図示省略）とを含み、メモリ装置が記憶しているプログラムを用いて演算器が演算処理を行うことによって、上記の制御を行うように構成されている。ここでは、静止側撮像制御器４０２ｃは、静止側撮像装置４０４の撮像によって得た画像データが、静止側データ収録器４０２ｂにおいて時系列に収録されるように制御を行う。また、静止側撮像制御器４０２ｃは、光通信装置２５を構成する各部の動作を制御するように構成されていてもよい。
【0058】
［Ａ－２－２－５］静止側撮像装置４０４
静止側撮像装置４０４は、静止画の撮影及び動画の撮影が可能なカメラであって、画像データを生成するように構成されている。静止側撮像装置４０４は、例えば、透過窓部２２を介して、吸出し管８の内部について撮像する。
静止側撮像装置４０４は、静止画の撮影及び動画の撮影が可能なカメラであって、画像データを生成するように構成されている。静止側撮像装置４０４は、例えば、透過窓部２２を介して、吸出し管８の内部について撮像する。
【0059】
［Ａ－２－２－６］表示部４０６
表示部４０６は、例えば、モニタ（ディスプレイ）を含み、静止側撮像制御器４０２ｃを介して、静止側データ収録器４０２ｂが記憶している画像データを、表示画面に表示するように構成されている。
表示部４０６は、例えば、モニタ（ディスプレイ）を含み、静止側撮像制御器４０２ｃを介して、静止側データ収録器４０２ｂが記憶している画像データを、表示画面に表示するように構成されている。
【0060】
［Ａ－２－２－７］操作部４０８
操作部４０８は、例えば、キーボード、マウス等のユーザインターフェイス装置を含み、ユーザの操作に応じて操作信号を静止側撮像制御器４０２ｃに出力する。静止側撮像制御器４０２ｃは、操作信号に基づいて、各部の動作を制御する。
操作部４０８は、例えば、キーボード、マウス等のユーザインターフェイス装置を含み、ユーザの操作に応じて操作信号を静止側撮像制御器４０２ｃに出力する。静止側撮像制御器４０２ｃは、操作信号に基づいて、各部の動作を制御する。
【0061】
［Ａ－２－３］気泡供給装置２３
気泡供給装置２３は、図１に示すように、光無線通信を実行する際に、フランシス水車１００において流路を流れる水に気泡２４を供給するように構成されている。ここでは、気泡供給装置２３は、気泡供給弁Ｖ２３１が設置された気泡供給管２３１を介して、ランナ５から吸出し管８へ流出した水に、気泡供給源（図示省略）から気泡２４を供給する。
気泡供給装置２３は、図１に示すように、光無線通信を実行する際に、フランシス水車１００において流路を流れる水に気泡２４を供給するように構成されている。ここでは、気泡供給装置２３は、気泡供給弁Ｖ２３１が設置された気泡供給管２３１を介して、ランナ５から吸出し管８へ流出した水に、気泡供給源（図示省略）から気泡２４を供給する。
【0062】
本実施形態の気泡供給装置２３では、気泡供給管２３１は、水平方向に管軸が沿うように、吸出し管８を貫通している。そして、気泡供給管２３１において気泡２４を供給する供給口は、例えば、回転軸Ｘの近傍に位置している。気泡供給弁Ｖ２３１は、気泡２４の供給量を調整するために設けられている。
【0063】
［Ｂ］気泡供給装置２３の作用
図４は、第１実施形態に係る光通信装置２５において、通信速度の等値線を示す図である。
図４は、第１実施形態に係る光通信装置２５において、通信速度の等値線を示す図である。
【0064】
図４では、フランシス水車１００にて流路を流れる水に気泡供給装置２３が気泡２４を供給しない場合に関して左側に示していると共に、フランシス水車１００にて流路を流れる水に気泡供給装置２３が気泡２４を供給した場合に関して右側に示している。図４では、線が太くなるほど、通信速度が大きいことを示している。図４において、破線は、通信速度が最も小さい値であることを示しており、破線の内側の領域は、通信可能であるのに対して、破線よりも外側の領域では、通信不能であることを示している。
【0065】
図４から判るように、通信可能領域は、気泡２４の供給が有る場合（右側）の方が、気泡２４の供給が無い場合（左側）よりも、広い。また、通信速度が高い領域は、気泡２４の供給が有る場合（右側）の方が、気泡２４の供給が無い場合（左側）よりも、広い。この結果から、通信の安定性は、気泡２４の供給が有る場合（右側）の方が、気泡２４の供給が無い場合（左側）よりも高いことが判る。
【0066】
吸出し管８の流路を流れる水に気泡供給装置２３が気泡２４を供給したとき、吸出し管８の流路では、水に複数の気泡２４が分散した状態になる。水の屈折率と気泡２４（空気）の屈折率は、互いに異なる。
【0067】
このため、回転側無線通信部３０から光信号として出射されるレーザ光Ｌ３０（図２参照）は、吸出し管８の内部において、水と気泡２４（空気）との界面での屈折を繰り返しながら、静止側無線通信部４０へ進行する。つまり、回転側無線通信部３０から出射されたレーザ光Ｌ３０は、吸出し管８の内部において発散した状態になって、静止側無線通信部４０で受光される。
【0068】
同様に、静止側無線通信部４０から光信号として出射されるレーザ光Ｌ４０（図３参照）も、吸出し管８の内部において、水と気泡２４（空気）との界面での屈折を繰り返しながら、回転側無線通信部３０へ進行する。つまり、静止側無線通信部４０から出射されたレーザ光Ｌ３０は、吸出し管８の内部において発散した状態になって、回転側無線通信部３０で受光される。
【0069】
その結果、図４に示したように、気泡２４の供給が有る場合（右側）の方が、気泡２４の供給が無い場合（左側）よりも、通信の安定性が高くなる。
【0070】
［Ｃ］まとめ
以上のように、本実施形態では、光無線通信を実行する際に、フランシス水車１００において流路を流れる水に気泡供給装置２３が気泡２４を供給する。このため、本実施形態では、通信の安定化を容易に実現することができるため、大容量のデータを高速に伝送可能である。また、本実施形態では、光無線通信を実行するために、主軸６を中実構造から中空構造に変更等することが不要である。
以上のように、本実施形態では、光無線通信を実行する際に、フランシス水車１００において流路を流れる水に気泡供給装置２３が気泡２４を供給する。このため、本実施形態では、通信の安定化を容易に実現することができるため、大容量のデータを高速に伝送可能である。また、本実施形態では、光無線通信を実行するために、主軸６を中実構造から中空構造に変更等することが不要である。
【0071】
【0072】
図５に示すように、気泡供給装置２３は、気泡供給管２３１において気泡２４を供給する供給口が複数であってもよい。これにより、流路を流れる水に気泡２４を広い範囲に均一に供給することが可能であるため、通信の安定性をより高めることができる。
【0073】
［Ｄ－２］変形例１－２
図６は、第１実施形態の変形例１－２に係る水力機器システム１の要部を模式的に示す図である。
図６は、第１実施形態の変形例１－２に係る水力機器システム１の要部を模式的に示す図である。
【0074】
図６に示すように、水力機器光通信装置２５は、気泡供給制御部８０を備えていてもよい。気泡供給制御部８０は、回転側無線通信部３０と静止側無線通信部４０との間における光無線通信の通信状態に基づいて、気泡供給装置２３が気泡２４を供給する動作を制御する。気泡供給制御部８０は、演算器（図示省略）とメモリ装置（図示省略）とを含み、メモリ装置が記憶しているプログラムを用いて演算器が演算処理を行うことによって、上記の制御を行うように構成されている。
【0075】
具体的には、気泡供給制御部８０は、光無線通信の通信状態に関するデータＤ１が、回転側無線通信部３０と静止側無線通信部４０との少なくとも一方から入力される。そして、気泡供給制御部８０は、光無線通信の通信状態に関するデータＤ１に応じて、光無線通信の通信状態が予め定めた状態になるように、気泡２４の供給動作を調整する制御信号ＣＴ１を気泡供給弁Ｖ２３１に送信し、気泡供給弁Ｖ２３１の開度を調整する。
【0076】
例えば、気泡２４の供給量が多いために、光無線通信の通信状態が予め定めた状態でない場合には、気泡供給制御部８０は、気泡２４の供給量を減少させるように気泡供給弁Ｖ２３１の開度を調整する。この一方で、気泡２４の供給量が少ないために、光無線通信の通信状態が予め定めた状態でない場合には、気泡供給制御部８０は、気泡２４の供給量を増加させるように気泡供給弁Ｖ２３１の開度を調整する。これにより、例えば、通信可能領域の大きさが、適正範囲に調整される。
【0077】
［Ｄ－３］その他の変形例
上記の実施形態では、回転側無線通信部３０と静止側無線通信部４０が回転軸Ｘにおいて並ぶように配置され、光無線通信が回転軸Ｘに沿って実行される場合について説明したが、これに限らない。例えば、ドラフトマンホール２１を介して、回転側無線通信部３０と静止側無線通信部４０との間の光無線通信が実行できるように、回転側無線通信部３０と静止側無線通信部４０とを配置してもよい（図１参照）。
上記の実施形態では、回転側無線通信部３０と静止側無線通信部４０が回転軸Ｘにおいて並ぶように配置され、光無線通信が回転軸Ｘに沿って実行される場合について説明したが、これに限らない。例えば、ドラフトマンホール２１を介して、回転側無線通信部３０と静止側無線通信部４０との間の光無線通信が実行できるように、回転側無線通信部３０と静止側無線通信部４０とを配置してもよい（図１参照）。
【0078】
また、上記の実施形態では、光無線通信は、可視光のレーザ光を光信号として用いて実行される場合について説明したが、これに限らない。光無線通信では、例えば、紫外線、Ｘ線などのように、可視波長帯以外の波長帯の光を、光信号として用いてもよい。
【0079】
【0080】
本実施形態の水力機器システム１は、図７に示すように、光通信装置２５（水力機器光通信装置）の気泡供給装置２３が設置された位置が、第１実施形態の場合（図１参照）と異なる。この点、および、関連する点を除き、本実施形態は、第１実施形態の場合と同様である。このため、重複する事項については、適宜、説明を省略する。
【0081】
本実施形態では、気泡供給装置２３は、図７に示すように、ランナ５とランナコーン２０とを貫通するように形成されたバランスホール１２（連通孔）を介して、気泡２４の供給を実行するように構成されている。
【0082】
具体的には、気泡供給装置２３は、上カバー５１に形成された供給口に気泡供給管２３１の一端が連結されている。気泡２４は、光無線通信を実行する際に、気泡供給管２３１の一端からバランスホール１２を介してランナコーン２０の内部に流入した後に、吸出し管８の内部へ流出する。
【0083】
［Ｂ］まとめ
以上のように、本実施形態では、第１実施形態の場合と同様に、光無線通信を実行する際には、フランシス水車１００において流路を流れる水に気泡供給装置２３が気泡２４を供給する。このため、本実施形態では、第１実施形態の場合と同様に、通信の安定化を容易に実現することができる。
以上のように、本実施形態では、第１実施形態の場合と同様に、光無線通信を実行する際には、フランシス水車１００において流路を流れる水に気泡供給装置２３が気泡２４を供給する。このため、本実施形態では、第１実施形態の場合と同様に、通信の安定化を容易に実現することができる。
【0084】
本実施形態では、第１実施形態の場合と異なり、気泡供給装置２３は、ランナ５とランナコーン２０とを貫通するバランスホール１２を介して、気泡２４を供給する。気泡２４の供給を容易に行うことができる。
【0085】
［Ｃ］変形例
上記の実施形態では、ランナ５とランナコーン２０とを貫通するバランスホール１２を介して、気泡供給装置２３が気泡２４を供給する場合について説明したが、これに限らない。例えば、ランナ５においてクラウン９の上面と下面との間を貫通する連通孔（図示省略）を形成し、その連通孔（図示省略）を介して、気泡供給装置２３が気泡２４を供給するように構成してもよい。
上記の実施形態では、ランナ５とランナコーン２０とを貫通するバランスホール１２を介して、気泡供給装置２３が気泡２４を供給する場合について説明したが、これに限らない。例えば、ランナ５においてクラウン９の上面と下面との間を貫通する連通孔（図示省略）を形成し、その連通孔（図示省略）を介して、気泡供給装置２３が気泡２４を供給するように構成してもよい。
【0086】
＜その他＞
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【0087】
１：水力機器システム、２：ケーシング、３：ステーベーン、４：ガイドベーン、５：ランナ、６：主軸、７：発電機、８：吸出し管、９：クラウン、１０：バンド、１１：ランナ羽根、１２：バランスホール、２０：ランナコーン、２１：ドラフトマンホール、２２：透過窓部、２３：気泡供給装置、２４：気泡、２５：光通信装置（水力機器光通信装置）、３０：回転側無線通信部、４０：静止側無線通信部、５１：上カバー、８０：気泡供給制御部、１００：フランシス水車、２３１：気泡供給管、３００：測定センサ、３０２：電気回路、３０４：直流電源、３０６：増幅器、３０８：変換器、３１０：回転側データ収録器、３１２：回転側ネットワークプロトコル変換器、３１４：回転側撮像装置、３１６：回転側撮像制御器、３１８：回転側無線通信器、４００：静止側無線通信器、４０２：制御処理装置、４０２ａ：静止側ネットワークプロトコル変換器、４０２ｂ：静止側データ収録器、４０２ｃ：静止側撮像制御器、４０４：静止側撮像装置、４０６：表示部、４０８：操作部、３１８０ａ：回転側送信部、３１８０ｂ：回転側受信部、３１８０ｃ：回転側制御部、４０００ａ：静止側送信部、４０００ｂ：静止側受信部、４０００ｃ：静止側制御部、Ｌ３０：レーザ光、Ｌ４０：レーザ光、Ｒ：回転方向、Ｒ１：抵抗、Ｒ２：抵抗、Ｒ３：抵抗、Ｖ２３１：気泡供給弁、Ｘ：回転軸
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】