特許 7158129 水力発電用液体供給システム及び水車発電機への液体の供給方法

(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】

(24)【登録日】2022-10-13

(45)【発行日】2022-10-21

(54)【発明の名称】水力発電用液体供給システム及び水車発電機への液体の供給方法

(51)【国際特許分類】

   F03B 11/08 20060101AFI20221014BHJP

   B01D 24/36 20060101ALI20221014BHJP

   B01D 24/00 20060101ALI20221014BHJP

   B01D 24/46 20060101ALI20221014BHJP

   B01D 29/66 20060101ALI20221014BHJP

   C02F 1/44 20060101ALI20221014BHJP

   F03B 11/06 20060101ALI20221014BHJP

【ＦＩ】

F03B11/08

B01D29/08 510B

B01D29/08 520A

B01D29/08 540A

B01D29/38 510B

B01D29/38 520A

C02F1/44 A

F03B11/06

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2016243179

(22)【出願日】2016-12-15

(65)【公開番号】P2018096315

(43)【公開日】2018-06-21

【審査請求日】2019-09-17

【審判番号】

【審判請求日】2021-11-01

(73)【特許権者】

【識別番号】000156938

【氏名又は名称】関西電力株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000004400

【氏名又は名称】オルガノ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100123788

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 昭夫

(74)【代理人】

【識別番号】100127454

【弁理士】

【氏名又は名称】緒方 雅昭

(72)【発明者】

【氏名】服部 修

(72)【発明者】

【氏名】余田 充

(72)【発明者】

【氏名】瀧口 佳介

(72)【発明者】

【氏名】梅丸 剛

【合議体】

【審判長】柿崎 拓

【審判官】冨永 達朗

【審判官】長馬 望

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－９５５６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１１６４５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－１２２１１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１４１８０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－３０９５９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

F03B 11/08

F03B 11/06

C02F 1/44

B01D 24/36

B01D 24/00

B01D 24/46

B01D 29/66

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

原水をろ過して、前記原水に含まれる異物の少なくとも一部が除去されたろ過水を作るろ過装置と、
原水源を前記ろ過装置に接続し、前記原水源で取水された原水を前記ろ過装置に供給する第１の配管と、
前記ろ過装置を水車発電機に接続し、前記ろ過水を前記水車発電機の水車用軸受または水車用軸封装置に供給する第２の配管と、
前記第２の配管に接続され、前記ろ過水に該ろ過水の粘性を増加させる薬液を注入する薬液注入装置と、を有し、
前記ろ過装置は砂ろ過装置、精密ろ過膜装置または限外精密ろ過膜装置であり、前記原水に含まれる粒径５～７５μｍ且つモース硬度６以上の異物の少なくとも一部を除去する、水力発電用液体供給システム。

【請求項2】

原水をろ過して、前記原水に含まれる異物の少なくとも一部が除去されたろ過水を作るろ過装置と、
原水源を前記ろ過装置に接続し、前記原水源で取水された原水を前記ろ過装置に供給する第１の配管と、
前記ろ過装置を水車発電機に接続し、前記ろ過水を前記水車発電機の水車用軸受または水車用軸封装置に供給する第２の配管と、
前記水車発電機で加熱された前記ろ過水を前記第１の配管に戻す戻り配管と、
前記戻り配管上に設けられた前記ろ過水の冷却装置と、を有し、
前記ろ過装置は砂ろ過装置、精密ろ過膜装置または限外精密ろ過膜装置であり、前記原水に含まれる粒径５～７５μｍ且つモース硬度６以上の異物の少なくとも一部を除去する、水力発電用液体供給システム。

【請求項3】

前記ろ過装置は、単層または複層で充填された粒状ろ材を備えた砂ろ過装置である、請求項１または２に記載の水力発電用液体供給システム。

【請求項4】

前記砂ろ過装置は複層の粒状ろ材を備えており、
通水を継続しながら前記粒状ろ材の抑留量が多い層を部分的または選択的に洗浄する洗浄手段を備えている、請求項３に記載の水力発電用液体供給システム。

【請求項5】

原水をろ過して、前記原水に含まれる異物の少なくとも一部が除去されたろ過水を作るろ過装置と、
原水源を前記ろ過装置に接続し、前記原水源で取水された原水を前記ろ過装置に供給する第１の配管と、
前記ろ過装置を水車発電機に接続し、前記ろ過水を前記水車発電機の水車用軸受または水車用軸封装置に供給する第２の配管と、
前記第１の配管から分岐し、前記ろ過装置をバイパスするバイパス配管と、を有し、
前記ろ過装置は砂ろ過装置、精密ろ過膜装置または限外精密ろ過膜装置であり、前記原水に含まれる粒径５～７５μｍ且つモース硬度６以上の異物の少なくとも一部を除去する、水力発電用液体供給システム。

【請求項6】

前記第１の配管の前記バイパス配管の分岐部と前記ろ過装置との間に位置する第１の弁と、
前記バイパス配管上に位置する第２の弁と、
前記第１の配管に設けられ、原水中の前記異物の粒度分布または前記原水の濁度、色度若しくは差圧を測定する第１の測定手段と、前記水車発電機の水車用軸受または水車用軸封装置の圧力を測定する第２の測定手段と、
前記第１及び第２の測定手段の測定結果に応じて前記第１の弁と前記第２の弁の開度を制御する制御手段と、を有する、請求項５に記載の水力発電用液体供給システム。

【請求項7】

前記第１の配管の前記ろ過装置の上流に設けられた沈降分離槽と、前記第１の配管の前記ろ過装置の上流に設けられた遠心分離装置の少なくともいずれかを有する、請求項１から６のいずれか１項に記載の水力発電用液体供給システム。

【請求項8】

前記第２の配管の前記ろ過装置の下流に設けられたろ過水槽を有する、請求項１から７のいずれか１項に記載の水力発電用液体供給システム。

【請求項9】

原水源で取水された原水をろ過して、前記原水に含まれる異物の少なくとも一部が除去されたろ過水を作ることと、
前記ろ過水を水車発電機の水車用軸受または水車用軸封装置に供給することと、を有し、
前記ろ過水を作る際に、砂ろ過装置、精密ろ過膜装置または限外精密ろ過膜装置によって、前記原水に含まれる粒径５～７５μｍ且つモース硬度６以上の異物の少なくとも一部が除去され、
前記原水源で取水された原水中の前記異物の粒度分布または前記原水の濁度、色度若しくは差圧を測定することと、
前記異物の粒度分布または前記原水の濁度、色度若しくは差圧の測定結果に応じて、前記原水の少なくとも一部をろ過することなく前記水車発電機の前記水車用軸受または前記水車用軸封装置に供給することと、をさらに有する、水車発電機への液体の供給方法。

【請求項10】

前記水車発電機の前記水車用軸受または前記水車用軸封装置の圧力を測定することと、
前記水車用軸受または前記水車用軸封装置の圧力測定結果に応じて、前記異物の粒度分布または前記原水の濁度、色度若しくは差圧の測定結果を補正し、前記原水の少なくとも一部をろ過することなく前記水車発電機の前記水車用軸受または前記水車用軸封装置に供給することと、を有する、請求項９に記載の水車発電機への液体の供給方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水力発電用液体供給システムと水車発電機への液体の供給方法に関し、特に水車発電機の水車用軸受または水車用軸封装置に供給する液体の供給システムに関する。

【背景技術】

【0002】

水車発電機の主軸の軸受潤滑方式として油潤滑方式と水潤滑方式が知られている。油潤滑方式は河川への油の漏洩により周辺環境が汚染されるリスクがある。このため、近年では、軸受の潤滑に河川水を使用し、上記リスクを回避することが可能な水潤滑方式が採用されることがある。

【0003】

水潤滑方式では、軸受の潤滑材として河川水が直接使用されるため、軸受の摺動部への異物混入を防止する必要がある。特許文献１には、沈降分離設備と遠心分離設備を備えた液体供給システムが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第４６２８２５２号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

近年、気候変動の影響によって、短時間での集中的な豪雨が発生しやすくなっている。また、突然の火山の噴火によって、噴出物が河川へ流入することがある。このため、河川水中の異物の性状が変化し、沈降分離設備と遠心分離設備だけで軸受への異物混入防止を図ることが困難な状況となっている。沈降分離設備は異物の沈降速度の違いにより分離し、遠心分離設備は回転により作用する角運動量の差から分離を行うが、いずれも異物の粒径が小さいほど、水と異物が分離しづらいという原理的な課題を有するためである。その結果、河川の濁度が高い時は、磨耗防止のために発電の中断もしくは停止を余儀なくされ、また発電を継続した場合には、軸受への異物混入による水車の主軸の摩耗が発生しやすくなり、大がかりな補修、交換作業を行う頻度が増加する傾向にある。軸受を収容する軸受水槽の軸封止部も主軸との間に微小な隙間が設けられており、隙間への異物の侵入は主軸の摩耗を招く。

【0006】

また、水車発電機の運転中は、主軸および軸受に冷却水を常時連続供給する必要があるが、前述の如く河川水中の異物の性状が大きく変動するため、一定の処理水質を有する冷却水を安定して連続供給することができないという課題があった。

【0007】

本発明は、水車発電機の主軸の異物による摩耗を低減するとともに、一定の処理水質を有する冷却水を安定して連続供給することができる水力発電用液体供給システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の水力発電用液体供給システムは、原水をろ過して、原水に含まれる異物の少なくとも一部が除去されたろ過水を作るろ過装置と、原水源をろ過装置に接続し、原水源で取水された原水をろ過装置に供給する第１の配管と、ろ過装置を水車発電機に接続し、ろ過水を水車発電機の水車用軸受または水車用軸封装置に供給する第２の配管と、を有している。ろ過装置は砂ろ過装置、精密ろ過膜装置または限外精密ろ過膜装置であり、原水に含まれる粒径５～７５μｍ且つモース硬度６以上の異物の少なくとも一部を除去する。
一態様では、水力発電用液体供給システムは、第２の配管に接続され、ろ過水に該ろ過水の粘性を増加させる薬液を注入する薬液注入装置を有している。他の態様では、水力発電用液体供給システムは、水車発電機で加熱されたろ過水を第１の配管に戻す戻り配管と、戻り配管上に設けられたろ過水の冷却装置と、を有している。さらに他の態様では、水力発電用液体供給システムは、第１の配管から分岐し、ろ過装置をバイパスするバイパス配管を有している。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、原水に含まれる異物の少なくとも一部がろ過装置で除去されるため、水車発電機の主軸の異物による摩耗を低減することができる水力発電用液体供給システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明が適用される水車発電機の概略構成図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る水力発電用液体供給システムの概略構成図である。

【図3】遠心分離装置出口水に含まれる異物の粒径分布の測定例である。

【図4】遠心分離装置出口水の光学顕微鏡による観察例である。

【図5】差圧上昇速度に応じた逆洗運用例である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る水力発電用液体供給システムについて説明する。図１は、本発明が適用される水車発電機の概略構成を例示している。図２は水力発電用液体供給システム（以下、システム１００という）の概念を示している。

【0012】

図１を参照すると、水車発電機１はランナ３が取り付けられた主軸２を有している。ランナ３は水圧鉄管４（図２参照）に接続されたケーシング５に収容されている。主軸２の上端部には、カップリング６を介して発電機７が取り付けられている。水圧鉄管４から供給された河川水がケーシング５の内部のランナ３を回転させることによって、発電機７による発電が行われる。水圧鉄管４には水車発電機１のメンテナンス時に河川水の供給を止めるための入口弁８（図２参照）が設けられている。

【0013】

主軸２は水中軸受（以下、軸受９という）で支持されている。軸受９は軸受水槽１０に収容されている。軸受９は滑り軸受であり、主軸２に取り付けられたカラー１１と軸受９の滑り面９ａとの間に微小なギャップ１２が設けられている。軸受水槽１０は河川水が充填されており、ギャップ１２に流入した河川水が軸受９を潤滑するとともに、軸受９と主軸２を冷却する。軸受水槽１０には河川水の供給配管（第２の配管Ｌ２）と、河川水の排出配管Ｌ７が接続されており、河川水が供給配管（第２の配管Ｌ２）から軸受水槽１０に連続的に供給されるとともに、温度が上昇した河川水が軸受水槽１０から河川に連続的に排出される。軸受水槽１０の主軸２の貫通部には水車用軸封装置（以下、軸封装置１３という）が設けられている。軸封装置１３は軸受水槽１０内の河川水の漏えいを防止する。

【0014】

以下、水圧鉄管４から供給される河川水を「原水」といい、水圧鉄管４を「原水源」という。本明細書では、便宜上、後述する第１の配管Ｌ１を流れる水も「原水」と称する。すなわち、第１の配管Ｌ１上に設置された沈降分離装置２２やストレーナ２３等の何らかの処理装置で処理された水も「原水」という。同様に、本明細書では、便宜上、後述する第２の配管Ｌ２を流れる水を「ろ過水」と称する。すなわち、第２の配管Ｌ２上に設置された脱塩装置３０等の何らかの処理装置で処理された水も「ろ過水」という。換言すれば、本願発明において特徴的な装置であるろ過装置２８を基準として、ろ過装置２８の上流側を流れる水を「原水」と総称し、ろ過装置２８の下流側を流れる水を「ろ過水」と総称する。原水には通常、石英、長石などの鉱物の微粒子が含まれている。これらの微粒子に代表される、原水中に含まれる固体を「異物」という。

【0015】

システム１００は原水をろ過するろ過装置２８を有している。原水に含まれる異物の少なくとも一部が除去されてろ過水が作られ、ろ過水が水車発電機１の軸受９及び軸封装置１３が収容される軸受水槽１０に供給される。ろ過装置２８は第１の配管Ｌ１によって原水源４に接続され、第２の配管Ｌ２によって軸受水槽１０に接続されている。従って、原水源４から取水された原水は第１の配管Ｌ１を通ってろ過装置２８に供給されてろ過水となり、ろ過水が第２の配管Ｌ２を通って軸受水槽１０に供給される。ろ過装置２８の下流には脱塩装置３０が設けられている。脱塩装置としては、例えばイオン交換樹脂が充填されたカートリッジポリッシャーを用いることができる。ろ過水に含まれるイオン成分を除去することで、主軸２のさびの発生を抑制することができる。

【0016】

第１の配管Ｌ１に沿って沈降分離装置２２が設けられている。沈降分離装置２２は比較的粒径の大きい異物を重力によって沈降させ、除去する。沈降分離装置２２と原水源４の間には弁２１が設けられている。弁２１を閉じることで、沈降分離装置２２のメンテナンス時に原水が沈降分離装置２２に流入することが防止される。

【0017】

第１の配管Ｌ１の沈降分離装置２２の下流にはストレーナ２３が設けられており、沈降分離装置２２で分離されなかった、比較的大きな粒径の異物が除去される。第１の配管Ｌ１のストレーナ２３の下流には遠心分離装置２５が設けられている。遠心分離装置２５は遠心分離作用によって、ストレーナ２３で除去できなかった、比重が水の比重である１より大きな異物を原水から分離する。分離された異物は配管を通って河川に排出される。遠心分離装置２５の入口側には弁２４が設けられている。弁２４を閉じることで、遠心分離装置２５のメンテナンス時に原水が遠心分離装置２５に流入することが防止される。

【0018】

第１の配管Ｌ１の遠心分離装置２５の下流で、バイパス配管Ｌ３が第１の配管Ｌ１から分岐している。バイパス配管Ｌ３はろ過装置２８をバイパスし、後述するろ過水槽３６に接続されている。第１の配管Ｌ１の、遠心分離装置２５の下流側の端部はろ過装置２８に接続されている。

【0019】

第２の配管Ｌ２のろ過装置２８の下流側には弁３１を介してろ過水槽３６が設けられている。ろ過水槽３６はろ過装置２８でろ過されたろ過水を貯蔵する。これによって、原水の供給量が変動した場合や、ろ過水槽３６の上流側の設備（沈降分離装置２２、遠心分離装置２５、ろ過装置２８等）が一時的に運転を停止した場合にも一定期間、ろ過水を軸受水槽１０に供給することができる。ろ過水槽３６に貯留されているろ過水からさらに異物を取り除くため、ろ過水をろ過水槽３６とろ過装置２８の間で循環させてもよい。この目的で、ろ過水槽３６には戻り配管Ｌ４が接続されており、戻り配管Ｌ４の他端は第１の配管Ｌ１のろ過装置２８の入口側に合流している。ろ過水の循環を制御するため、戻り配管Ｌ４には弁３３とポンプ３４が設置されている。第２の配管Ｌ２のろ過水槽３６の下流側の端部は軸受水槽１０に接続されている。これにより、第２の配管Ｌ２はろ過水を水車発電機１の軸受９及び軸封装置１３に供給する。

【0020】

本願発明者は、既存の水車発電機における主軸の摩耗状況を調査した。調査対象の水車発電機が設置されている水力発電設備はろ過装置が設けられていない。河川水の濁度が高くなったときに軸受水槽内のろ過水を分析したところ、粒径０．５ｍｍ以下の透明、白色及び茶色の鉱物が検出された。透明な鉱物は主に石英であると考えられ、白色及び茶色の鉱物は主に長石であると考えられる。また、軸受と軸封部には破砕された鉱物片が多数付着していた。これらの鉱物片も主に石英と長石であると考えられる。

【0021】

主軸２の摩耗の原因の一つは粒径である。主軸２と軸受９の間のギャップ１２の寸法は一般に数十μｍであるが、主軸２が軸受９に対して偏芯することもあるため、最大でギャップ１２の寸法の２倍程度の粒径の異物がギャップ１２に侵入しうる。同様の理由から数十μｍより小さい粒径の異物がギャップ１２に入り付着残存することもあり得る。これらの理由から、概ね粒径５～７５μｍ程度の異物を除去することで、主軸２の摩耗を抑えることができると考えられる。すなわち、粒径５μｍ未満の異物はギャップ１２に侵入しても残存する可能性が小さく、粒径７５μｍを上回る異物はギャップ１２に侵入する可能性が小さいので、これらの異物は本発明にとって重要ではない。また、図３には既存の水車発電機に備えられた遠心分離設備２５の出口水に含まれる異物の粒度分布の測定例を、図４には出口水の光学顕微鏡による観察結果を示している。なお、遠心分離設備２５の上流側には沈降分離設備２２が設けられている。図４では、１目盛が１００μｍであり、色が濃い部分は粒径５～７５μｍ程度の異物が存在している部分を示しており、もやがかった若干色が濃い部分は、細かい粒子が集合している部分を示している。以上のことから、粒径５～７５μｍ程度の異物は既存の遠心分離設備２５や沈降分離設備２２では除去することが困難であることを確認した。

【0022】

粒径５～７５μｍ程度の異物は、質量が小さいため、遠心分離時に、作用する遠心力が小さくなる。それにより、水との分離がうまくできず、出口水に残ってしまうことを確認した。これまで水車発電機は、粒径が小さな異物に対して遠心分離設備２５により、最終段の異物の除去を行ってきたが、本発明が課題とする、異物による磨耗の低減の効果が、不十分であることを確認した。

【0023】

主軸２の摩耗のもう一つの原因は異物の硬度である。異物の硬度が主軸２の材料である鋼（スチール）の硬度を上回る場合、主軸２に異物による傷がつきやすくなる。鋼のモース硬度は５～６であり、長石のモース硬度は６、石英のモース硬度は７である。従って、主軸２の摩耗に寄与する異物の種類は、モース硬度の観点からは主に石英であり、次に長石であると考えられる。

【0024】

以上より、ろ過装置２８は、原水に含まれる主軸２の摩耗の原因となる異物を除去できれば、特に限定されず、砂ろ過装置や、無機膜または有機膜を備えた精密ろ過膜装置（孔径は概ね０．０５～１０μｍ）、または限外精密ろ過膜装置（孔径は概ね０．０１～０．００１μｍ）を用いることができる。また、ろ過装置２８は原水に含まれる粒径５～７５μｍ且つモース硬度６以上の異物の少なくとも一部を除去する性能を有していることが望ましい。なお、分析の結果、粒径７５μｍ以下の異物の中には石英の粒子が多数含まれることが分かっており、粒径５～７５μｍの粒子を除去することで、石英の粒子を効果的に除去することができる。以上の観点から、好適に利用できるろ過装置２８は砂ろ過装置である。砂ろ過装置は粒状ろ材が単層または複層で充填されたろ過装置であり、粒径５～７５μｍ程度の粒子を効率よく除去する。粒状ろ材の間に水が通る流路が形成されるため、圧力損失も小さい。本発明では、ろ過装置２８は、一定の処理水質を得るため、ろ過層全体を３次元的に有効利用できる複層とすることが望ましい。例えば、比重が小さくて粒径の大きなろ過材と比重が大きくて粒径の小さなろ過材を形成することで、大きな粒子から順に小さな粒子へと効果的に除去することができる。また、粒径５～７５μｍの粒子は土砂の分類上ではシルトと呼ばれ、表面に電荷を有するが、ろ過設備２８の前段で凝集剤等を注入し、シルト表面の電荷を中和して粒子同士を結合、凝集させることで除去効率を高めることもできる。

【0025】

ろ過装置２８の逆洗のため戻り配管Ｌ４から分岐し、ろ過装置２８に接続された逆洗配管Ｌ５が設けられている。逆洗配管Ｌ５上にはろ過水の流れを制御するための弁３２が設けられている。ろ過水槽３６に貯蔵されたろ過水を通常の原水の流れと逆方向にろ過装置２８に供給することで、捕捉された異物をろ過装置２８から取り除くことができる。砂ろ過装置は一般に急激な差圧上昇が少ないため、逆洗の頻度を低減することができる。なお、逆洗の必要性を判定するため、ろ過装置２８の入口側と出口側の差圧を測定する差圧計２９が設けられており、差圧計２９で測定した差圧が一定の値を超えた場合、逆洗を行うようにすることができる。また、差圧上昇速度（所定時間に対する差圧の上昇率）から逆洗頻度を自動的に切り替えることで、差圧上昇による流量低下を生じること無く、冷却水を安定して連続供給することができる。例えば、差圧上昇速度が増加した場合に逆洗頻度を増やし、差圧上昇速度が低下した場合は逆洗頻度を減らすようにする。具体的には、図５で示したように、通常の差圧上昇速度が４０ｋＰａ／日の場合において逆洗頻度を１回／日としていた場合、差圧上昇速度が６０ｋＰａ／日となったときには、逆洗頻度を２回／日とし、差圧上昇速度が８０ｋＰａ／日となったときには、逆洗頻度を３回／日とするように制御する。

【0026】

また、本発明では、冷却水を安定して連続供給するため、通水を継続しながら抑留量が多いろ過層を部分的または選択的に洗浄できる手段を設けることもできる。例えば、抑留量の多いろ過層の表層部を洗浄できるように洗浄配管及び洗浄排水配管を設け、ろ過通水を行いながら、洗浄配管から洗浄水を供給して、通水を停止させることなく部分洗浄を行う。

【0027】

原水中の異物の含有量が少ない場合、一部または全部の原水を、ろ過装置２８を通さずに水車発電機１に供給することもできる。この目的で、第１の配管Ｌ１には、原水中の異物の粒度分布を測定する第１の測定手段３９（センサー）が設けられている。また、第１の配管Ｌ１の、バイパス配管Ｌ３の分岐部とろ過装置２８との間に第１の弁２６が設けられ、バイパス配管Ｌ３上に第２の弁２７が設けられている。センサー３９で測定された粒度分布に基づき、制御手段３８は第１の弁２６と第２の弁２７の開度を制御する。通常は第１の弁２６が全開、第２の弁２７が全閉であり、原水の全量がろ過装置２８に通される。制御手段３８は、上述の粒径５～７５μｍの粒子がほとんど原水中に含まれていないと判断した場合、全量をバイパスするため第１の弁２６を全閉し、第２の弁２７を全開する。センサー３９で測定された粒度分布によって、遠心分離装置２５を出た原水の一部だけがバイパス配管Ｌ３を通るように第１の弁２６と第２の弁２７の開度を調整してもよい。異物の粒度分布に代えて、または異物の粒度分布に加えて、原水の濁度、色度あるいは差圧を測定してもよい。また主軸２と軸受９の間のギャップ１２を定量的に監視するため、軸受水槽１０内、より具体的には軸受９と軸封装置１３の少なくとも一方の圧力を測定する第２の測定手段４０（センサー）が設けられている（図１参照）。センサー４０で圧力低下を検知した場合、摩耗により隙間が大きくなっていること、すなわちギャップ１２が増加していることを示唆する。センサー４０と前述のセンサー３９を組み合わせることで、センサー４０の測定結果から全量処理、もしくはバイパス処理を判断するセンサー３９の粒度分布の数値を補正して、摩耗低減に効果的な運転に変更することができる。

【0028】

軸受９の潤滑性能を高めるために、ろ過水の粘度を増加させることができる。水潤滑方式の水車発電機で軸受の潤滑材として使用される水は、油潤滑方式の水車発電機で軸受の潤滑材として使用されるタービン油などと比べ、動粘度がはるかに小さい。このため、起動・停止時や低速回転中に十分な潤滑性と水膜厚さが得られない可能性があり、油潤滑方式の水車発電機と比べて、軸受の摺動面での摩耗や焼付きが発生しやすい。従って、水潤滑方式の水車発電機で軸受の潤滑材として使用されるろ過水は、より優れた摺動特性と自己潤滑性を備えることが望ましい。この目的で、ろ過水に粘性を増加させるための薬液を注入する薬液注入装置３７が第２の配管Ｌ２に接続されている。薬液としては例えばキサンタンガムを用いることができる。キサンタンガムは液体に粘り気を与える増粘剤であり、軸受９のギャップ１２に形成される水膜の厚さを増加させる。キサンタンガムは土壌に生息する微生物から作られる多糖類からなるため、そのまま河川に排出しても環境への負荷が小さい。しかし、本実施形態では、キサンタンガムを効率的に使用するため、軸受９で加熱されたろ過水を第１の配管Ｌ１に戻す戻り配管Ｌ６が設けられており、キサンタンガムを含むろ過水を循環させることができる。軸受９を通って加熱されたろ過水を冷却するため、戻り配管Ｌ６上にろ過水の冷却装置３５が設けられている。ろ過水の循環運転の際にろ過水を冷却するための熱源としては、遠心分離装置２５の出口水を利用することができる。図２には、遠心分離装置２５の出口と冷却装置３５を接続する冷却水供給配管Ｌ８が設けられている。冷却装置３５でろ過水を冷却した遠心分離装置２５の出口水は河川に排出することができる。

【0029】

以上説明したように、本発明の水力発電用液体供給システム１００によって、水車発電機の軸受及び軸封装置に混入する可能性のある異物をあらかじめ原水から除去することができるため、主軸の摩耗を抑えることができる。また、水力発電用液体供給システム１００は無人運転が可能である。すなわち、上述したろ過装置２８への全量通水運転、部分通水運転、バイパス運転、逆洗、循環運転などは全て制御手段３８によって自動で行うことができる。このため、通常無人運転が行われる水力発電設備に本システムを導入しても、水力発電設備の無人運転は引き続き可能である。

【0030】

さらに、ろ過装置を用いることでシステム全体を小型化することができる。水力発電設備では平坦な敷地を確保することが難しい場合があり、大きな平面積を必要とする沈降分離装置の設置が困難となる場合がある。また、沈降分離装置の平面積が大きいほど小さな粒径の異物を除去できる（沈降させる）ことから、実施形態で説明した粒径５～７５μｍの異物を除去するために、既設の沈降分離装置の平面積を拡大することも考えられるが、同様の理由から困難な場合がある。例えば粒径１０μｍの異物を沈降分離装置で除去する場合、原水の流量が２ｍ^３／ｈであれば平面積４ｍ^２の、原水の流量が１２ｍ^３／ｈであれば平面積２４ｍ^２の沈降分離装置が必要となる。これに対し、ろ過装置として砂ろ過装置を用いる場合、原水の流量が２ｍ^３／ｈであれば平面積０．４ｍ^２の、原水の流量が１２ｍ^３／ｈであれば平面積２．４ｍ^２の砂ろ過装置で十分である。

【符号の説明】

【0031】

１ 水車発電機
２ 主軸
９ 軸受
１０ 軸受水槽
１２ ギャップ
１３ 軸封装置
２２ 沈降分離装置
２５ 遠心分離装置
２８ ろ過装置
３６ ろ過水槽
１００ 水力発電用液体供給システム
Ｌ１ 第１の配管
Ｌ２ 第２の配管

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】