(57)【要約】【課題】複数の水門扉を備える水門設備であっても、運用コストを抑制することができる水門開閉システムを提供すること。【解決手段】水門開閉システム１は、二次電池１２２と、二次電池１２２から供給される電力で駆動する電動機８と、電動機８の動力で開閉動作する扉体３と、扉体３を保持する制動機７と、電動機８及び制動機７へ供給する電力を制御すると共に、扉体３の閉動作に伴い電動機８が発生させる回生電力で二次電池１２２を充電する制御装置１２３と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池と、
前記二次電池から供給される電力で駆動する電動機と、
前記電動機の動力で開閉動作する扉体と、
前記扉体を保持する制動機と、
前記電動機及び前記制動機へ供給する電力を制御すると共に、前記扉体の閉動作に伴い前記電動機が発生させる回生電力で前記二次電池を充電する制御装置と、を備える水門開閉システム。
【請求項２】
前記制御装置は、前記扉体の開閉状態により前記二次電池の充電量を調整する、請求項１に記載の水門開閉システム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記二次電池の充放電を制御する充放電制御装置と、前記扉体の開閉状態を管理する水門制御装置と、を含み、
前記水門制御装置は、第１無停電電源装置を介して電力が供給され、
前記制動機は、第２無停電電源装置を介して電力が供給される、請求項１又は２に記載の水門開閉システム。
【請求項４】
前記二次電池は、太陽光発電装置から電力が供給される、請求項１乃至３のいずれかに記載の水門開閉システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水門開閉システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
河川や水路の堰、ダム等に設置されている水門設備は、台風などの豪雨による増水や地震による津波などの非常時でも確実に稼動させる必要がある。このような非常時においては、停電が発生する確率も高まるため、従来はディーゼルエンジンなどで駆動する発電機を非常用発電機として設けることにより、電力会社からの送電が遮断された場合であっても、水門設備に電力を供給できるよう構成されていることが多い。
【０００３】
例えば、特許文献１には、電力会社から電力が供給される電力系統と停電時に発電を行う発電機からの電力系統とを切り替え可能に構成された水門設備が開示されている。そして、特許文献１に開示された従来技術は、常時通電である第１の電気回路と必要時以外は非通電である第２の電気回路とが接続されるよう構成されていることにより、消費電力をできる限り抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１０８７６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、水門扉の開閉制御には比較的大きな電力が要求されることに加え、複数の水門扉を備える水門設備においては必要となる電力量が増加することから、電力コストが上昇する虞が生じる。特に、必要となる電力量が５０ｋＷ以上となる場合には、電力会社との間で高圧契約を結ぶことになる他、水門設備に電気主任技術者を配置しなければならなくなり、運用コストの更なる上昇を招来する虞が生じる。
【０００６】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複数の水門扉を備える水門設備であっても、運用コストを抑制することができる水門開閉システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
＜本発明の第１の態様＞
本発明の第１の態様は、二次電池と、前記二次電池から供給される電力で駆動する電動機と、前記電動機の動力で開閉動作する扉体と、前記扉体を保持する制動機と、前記電動機及び前記制動機へ供給する電力を制御すると共に、前記扉体の閉動作に伴い前記電動機が発生させる回生電力で前記二次電池を充電する制御装置と、を備える水門開閉システムである。
【０００８】
水門開閉システムは、例えば商用電源等から供給される電力で充電される二次電池を備え、扉体の開閉制御に必要な電力を当該二次電池から供給できるよう構成されている。すなわち、水門開閉システムは、扉体の開動作に必要となる電力量を、開動作を行うまでの間に徐々に二次電池に充電しておくことができるため、例えば供給される商用電源が５０ｋＷ未満の低圧電力とすることができ、運用に係る電力コストを低減することができる。
【０００９】
また、水門開閉システムは、低圧電力で稼働することができるため、水門設備に電気主任技術者を配置する必要がなく、運用に係る人件費を低減することもできる。更に、水門開閉システムは、扉体の閉動作に伴い電力を回生できるため、扉体の開閉制御に必要な電力については損失分だけを受電すればよく、電力使用量を低減することができる。従って、本発明の第１の態様によれば、複数の水門扉を備える水門設備であっても、運用コストを抑制することができる水門開閉システムを提供することができる。
【００１０】
＜本発明の第２の態様＞
本発明の第２の態様は、上記した本発明の第１の態様において、前記制御装置は、前記扉体の開閉状態により前記二次電池の充電量を調整する、水門開閉システムである。
【００１１】
本発明の第２の態様において、制御装置は、扉体が閉状態である場合には、扉体の開制御において消費が見込まれる充電量を二次電池に確保する調整を行う。また、制御装置は、扉体が開状態である場合には、扉体の閉制御において回収が見込まれる回生電力を充電できるよう二次電池の充電量を調整する。これにより本発明の第２の態様によれば、二次電池は、回生で得られる電力を無駄にすることなく、また、力行で消費する電力が不足する虞を低減することができる。
【００１２】
＜本発明の第３の態様＞
本発明の第３の態様は、上記した本発明の第１又は２の態様において、前記制御装置は、前記二次電池の充放電を制御する充放電制御装置と、前記扉体の開閉状態を管理する水門制御装置と、を含み、前記水門制御装置は、第１無停電電源装置を介して電力が供給され、前記制動機は、第２無停電電源装置を介して電力が供給される、水門開閉システムである。
【００１３】
本発明の第３の態様において、水門制御装置は、停電時においても第１無停電電源装置から所定の期間に亘って電力が供給されると共に、二次電池とは独立して電力が供給されることから、万が一、二次電池に不具合が生じた場合であっても、水門の状態を継続して管理することができる。また、制動機は、停電時においても第２無停電電源装置から所定の期間に亘って電力が供給されると共に、二次電池とは独立して電力が供給されることから、万が一、二次電池に不具合が生じた場合であっても、制動制御を解除することができるため、津波や高潮の発生時に扉体を自重降下させて閉動作させることができる。
【００１４】
＜本発明の第４の態様＞
本発明の第４の態様は、上記した本発明の第１乃至３のいずれかの態様において、前記二次電池は、太陽光発電装置から電力が供給される、水門開閉システムである。
【００１５】
本発明の第４の態様によれば、水門開閉システムは、稼働に必要な電力を太陽光発電装置により賄うことができるため、例えば商用電源の引込が困難な山間部に設けられる場合であっても自立した運用が可能になる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、複数の水門扉を備える水門設備であっても、運用コストを抑制することができる水門開閉システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る水門開閉システムを模式的に示す全体図である。
【図２】本発明に係る水門開閉システムにおける水門開閉機の構成図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る電源システムのブロック図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る電源システムのブロック図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る電源システムのブロック図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係る電源システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下に説明する内容に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において任意に変更して実施することが可能である。また、実施の形態の説明に用いる図面は、いずれも構成部材を模式的に示すものであって、理解を深めるべく部分的な強調、拡大、縮小、又は省略などを行なっており、構成部材の縮尺や形状等を正確に表すものとはなっていない場合がある。
【００１９】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明に係る水門開閉システム１を模式的に示す全体図である。水門開閉システム１は、河川や水路の堰、ダム等における流路に設置されることにより、必要に応じて当該流路を開放又は閉鎖するための水門設備である。本実施形態においては、水門開閉システム１は、例えば河口に設けられ、津波や高潮の発生時に水門扉を閉鎖することにより災害を抑制するための水門設備である。そして、本発明の第１実施形態に係る水門開閉システム１は、全体構成として、水門構２、扉体３、水門開閉機４、第１電源システム１０を備える。
【００２０】
水門構２は、河川の流路を跨ぐように配置された構造体である。扉体３は、昇降自在に設けられることにより河川の流路を開放又は閉鎖する。水門開閉機４は、ワイヤロープＷを介して扉体３を吊り下げると共に、詳細を後述するように、内部に備えるドラム５によりワイヤロープＷを巻き上げることで扉体３を引き上げて流路を開放し、ドラム５を巻き上げ方向とは逆方向に回転させることにより扉体３を下降させて流路を閉鎖する。
【００２１】
第１電源システム１０は、詳細を後述するように、水門設備に設けられる各種電気機器、及び水門開閉機４に供給される電力を管理する。ここで、第１電源システム１０は、一部又は全部が水門構２の外部に配置されていてもよい。
【００２２】
尚、水門開閉システム１は、水門構２及び扉体３の数が複数であってもよく、また、１つの扉体３に対する水門開閉機４やドラム５の数はこれに限定されるものではなく種々の変更が可能である。
【００２３】
図２は、本発明に係る水門開閉システム１における水門開閉機４の構成図である。より具体的には、本実施形態に係る水門開閉機４は、ドラム５、減速機６、制動機７、電動機８、補助制動機９を備え、これらが連動して回転できるよう構成されている。
【００２４】
より具体的には、水門開閉機４は、制動解除状態の制動機７を介して電動機８の回転動力を減速機６に伝達し、減速機６において当該回転動力を減速させてドラム５に出力することで、ドラム５がワイヤロープＷを巻き上げて扉体３を開動作させる所謂ワイヤロープウインチ式のゲート開閉機である。また、水門開閉機４は、ワイヤロープＷを巻き上げた状態で制動機７を作動させておくことによりドラム５の回転を制止して扉体３を開状態で保持する。さらに、水門開閉機４は、制動機７による制動を解除しつつ電動機８を逆回転させることにより、電動機８の回生トルクに応じた速度で扉体３を下降させながら電力を回収する。尚、水門開閉機４は、供給される電力を喪失する緊急時において扉体３を閉制御する必要がある場合には、制動機７における制動解除により扉体３を自重降下させることもできる。
【００２５】
ここで、補助制動機９は、必要に応じて電動機８に設けられる非常用制動装置であり、通常時は制動機７と同じタイミングでブレーキ動作の実行及び解除を行い、例えば制動機７が故障した場合には単独でドラム５の回転を制止する。また、水門開閉機４のそれぞれの構成要素は、相対的な配置について種々の変更が可能である他、ラック＆ピニオン式やスピンドル式を含め他の機構を介した動力伝達構造であってもよい。
【００２６】
次に、水門開閉システム１が備える第１電源システム１０について、より詳細に説明する。図３は、本発明の第１実施形態に係る第１電源システム１０のブロック図である。第１電源システム１０は、低圧用開閉盤１１、電源盤１２、周辺電力系統１３を備える。
【００２７】
低圧用開閉盤１１は、水門開閉システム１に使用される５０ｋＷ未満の低圧電力を電力会社から受電する引込開閉器盤であり、図示しない電力量計を備える。
【００２８】
電源盤１２は、充電器１２１、二次電池１２２、及び制御装置１２３を含み、低圧用開閉盤１１を介して受電した低圧電力を蓄電すると共に、水門開閉機４の動作及びその制御に必要な電力を出力する。より具体的には、充電器１２１は、低圧用開閉盤１１を介して供給される交流電力を直流電力に変換して二次電池１２２に出力することにより二次電池１２２を充電する。また、二次電池１２２は、制御装置１２３を介して電動機８及び制動機７のそれぞれへ電力を供給する。ここで、二次電池１２２は、例えばリチウムイオン電池を採用することができるが、その他の種類の蓄電池であってもよい。
【００２９】
そして、制御装置１２３は、本実施形態においては、二次電池１２２の充電量（ＳＯＣ:State Of Charge）を調整、監視する等、水門開閉システム１の電力を管理すると共に、電動機８及び制動機７の動作状況を監視する等、水門開閉システム１の水門扉の開閉を統括制御する。より具体的には、制御装置１２３は、扉体３を開動作させる場合には二次電池１２２から電動機８へ電力を供給させる制御を行う。また、制御装置１２３は、扉体３を閉動作させる場合には、二次電池１２２から制動機７へ通電させることにより制動機７が解除されて扉体３が閉動作すると共に、扉体３の閉動作に伴い電動機８が発生させる回生電力で二次電池１２２を充電する。
【００３０】
このとき、制御装置１２３は、扉体３が閉状態である場合には、扉体３の開制御において消費が見込まれる電力を放電できるよう必要な充電量を二次電池１２２に確保する調整を行う。また、制御装置１２３は、扉体３が開状態である場合には、扉体３の閉制御において回収が見込まれる回生電力を充電できるよう二次電池１２２の充電量を調整する。これにより制御装置１２３は、扉体３の開閉状態に応じて二次電池１２２の充電量を調整することで、回生で得られる電力を無駄にすることなく、また、力行で消費する電力が不足する虞を低減することができる。
【００３１】
周辺電力系統１３は、扉体３の開閉制御以外で電力を必要とする水門開閉システム１の周辺設備であり、分電盤１３１及び周辺機器１３２を備える。分電盤１３１は、電力会社から受電する電力の一部を必要に応じて周辺機器１３２に分配する。ここで、周辺機器１３２は、例えば、水門やその周辺に投光する照明、扉体３の開閉動作を周囲に通知するサイレンや回転灯、及び各種情報を周囲に提示する電光掲示板、及び水門設備自体を監視する監視カメラ等、電力を必要とする様々な機器が含まれ得る。
【００３２】
尚、本実施形態においては電力会社の商用電源を外部電源として例示しているが、例えば太陽光発電装置（図示せず）等の再生可能エネルギーを利用した外部発電装置を備えることにより、商用電源に替えて二次電池１２２を充電するための電力源としてもよい。
【００３３】
以上のように、本発明の第１実施形態に係る水門開閉システム１は、扉体３の開動作を行わない期間において、電力会社から供給される低圧電力で二次電池１２２を徐々に充電し、扉体３の開動作を行うタイミングで二次電池１２２から必要な電力を電動機８へ供給する。このため、本発明の第１実施形態に係る水門開閉システム１によれば、扉体３の規模や複数の扉体３を含む等、比較的大規模の電力を必要とする場合であっても、電力会社との間で５０ｋＷ以上の高圧契約が必要なく、また、水門設備に電気主任技術者を配置する必要もない。
【００３４】
また、本発明の第１実施形態に係る水門開閉システム１は、扉体３の閉動作に伴い電力を回生できるため、扉体３の開閉制御に必要な電力については損失分だけを電力会社から受電すればよく、電力コスト自体を低減することができる。
【００３５】
さらに、本発明の第１実施形態に係る水門開閉システム１によれば、停電により商用電源の供給が遮断された場合であっても、二次電池１２２からの電力供給が可能であることから、従来のＵＰＳ（無停電電源装置）を別途設ける必要がない。
【００３６】
そして、本発明の第１実施形態に係る水門開閉システム１によれば、制御装置１２３が二次電池１２２の充放電を制御すると共に、電動機８及び制動機７への電力供給を行うため、水門扉の開閉制御に必要な電力を制御装置１２３で一元管理することができる。
【００３７】
ここで、従来の水門設備においては、停電に備えてディーゼルエンジン等からなる非常用電源を備える場合もある。一方、本発明の第１実施形態に係る水門開閉システム１は、二次電池１２２により停電対策が可能であり、上記のような非常用電源を備える必要がない。これにより、本発明の第１実施形態に係る水門開閉システム１によれば、非常用電源の燃料交換等の定期メンテナンスや、万が一燃料が漏れ出た場合に被害の拡大を防止する防油堤の構築も不要となる他、二酸化炭素の排出や騒音の発生がないことにより環境負荷の低減を図ることができる。
【００３８】
従って、本発明の第１実施形態に係る水門開閉システム１によれば、複数の水門扉を備える水門設備であっても、運用コストを抑制することができる。
【００３９】
＜第２実施形態＞
続いて、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態に係る水門開閉システム１は、第１実施形態の第１電源システム１０の一部の構成が第１実施形態とは異なる。以下、第１実施形態と異なる部分について説明することとし、第１実施形態と共通する構成要素については、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４０】
図４は、本発明の第２実施形態に係る第２電源システム２０のブロック図である。第２実施形態の第２電源システム２０は、上記した第１電源システム１０の電源盤１２における制御装置１２３に替えて充放電制御装置１２４を含むと共に、電源盤１２から機側操作盤１４を介して電動機８及び制動機７が制御される。
【００４１】
充放電制御装置１２４は、本実施形態においては、二次電池１２２の充電量を調整、監視する等、水門開閉システム１の電力を管理する。
【００４２】
機側操作盤１４は、電動機用制御部１４１、制動機用制御部１４２、及び水門制御装置１４３を含み、電源盤１２から供給される電力を電動機８及び制動機７のそれぞれに出力する。
【００４３】
電動機用制御部１４１は、双方向インバータからなり、充放電制御装置１２４を介して二次電池１２２から出力される電力を電動機８の動作に適した電圧に変換して供給することにより電動機８を駆動（力行制御）して扉体３を開動作させる。また、電動機用制御部１４１は、扉体３を下降させる閉動作に伴い電動機８が発生させる電力で充放電制御装置１２４を介して二次電池１２２を充電する（回生制御）。
【００４４】
制動機用制御部１４２は、二次電池１２２と制動機７との間に介在し、扉体３を保持させる期間においては制動機７への通電を停止することにより制動動作を行い、扉体３を開閉させる期間においては制動機７へ通電させることにより制動動作を解除する。
【００４５】
水門制御装置１４３は、電動機用制御部１４１及び制動機用制御部１４２をそれぞれ制御する他、電動機８及び制動機７の動作状況を監視する等、水門開閉システム１の全体の運用状況を把握しつつ統括制御する。ここで、水門制御装置１４３は、本実施形態においては、充放電制御装置１２４と共に「制御装置」を構成する。
【００４６】
このように、本発明の第２実施形態に係る第２電源システム２０は、従来の水門設備のように機側操作盤１４を介して電動機８及び制動機７を制御する構成であるため、既設水門に対して上記の電源盤１２を増設して構築することができる。これにより、本発明の第２実施形態に係る第２電源システム２０を備える水門開閉システム１によれば、既設水門の構成を残しつつ、上記の第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００４７】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態に係る水門開閉システム１は、第２実施形態の第２電源システム２０の一部の構成が第２実施形態とは異なる。以下、第２実施形態と異なる部分について説明することとし、第２実施形態と共通する構成要素については、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４８】
図５は、本発明の第３実施形態に係る第３電源システム３０のブロック図である。第３実施形態の第３電源システム３０は、「第１無停電電源装置」としての水門制御装置用ＵＰＳ１５、及び「第２無停電電源装置」としての制動機用ＵＰＳ１６を含む。低圧用開閉盤１１から出力される電力は、水門制御装置用ＵＰＳ１５を介して水門制御装置１４３へ供給されると共に、制動機用ＵＰＳ１６を介して制動機用制御部１４２へ供給される。
【００４９】
ここで、水門制御装置用ＵＰＳ１５は、停電時に低圧用開閉盤１１からの電力が遮断された場合であっても、所定の期間に亘って水門制御装置１４３を稼動させることができる他、水門制御装置１４３への電力系統を二次電池１２２から独立させている。これにより、本発明の第３実施形態に係る第３電源システム３０を備える水門開閉システム１によれば、万が一、二次電池１２２に不具合が生じた場合であっても、水門制御装置１４３を稼働させることができるため、水門開閉システム１の全体の運用状況を把握することができる。
【００５０】
また、制動機用ＵＰＳ１６は、停電時に低圧用開閉盤１１からの電力が遮断された場合であっても、所定の期間に亘って制動機用制御部１４２を稼動させることができる他、制動機用制御部１４２への電力系統を二次電池１２２から独立させている。これにより、本発明の第３実施形態に係る第３電源システム３０を備える水門開閉システム１によれば、万が一、二次電池１２２に不具合が生じた場合であっても、制動機用制御部１４２を介して制動機７を解除することができるため、津波や高潮の発生時に扉体３を自重落下させることができる。
【００５１】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態について説明する。第４実施形態に係る水門開閉システム１は、第２実施形態の第２電源システム２０の一部の構成が第２実施形態とは異なる。以下、第２実施形態と異なる部分について説明することとし、第２実施形態と共通する構成要素については、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５２】
図６は、本発明の第４実施形態に係る第４電源システム４０のブロック図である。第４実施形態の第４電源システム４０は、上記した第２実施形態の第２電源システム２０において、非常用発電機１７を更に含む。非常用発電機１７は、二次電池１２２、制動機７、及び水門制御装置１４３の少なくとも１つに電力を供給可能となるように接続されている。
【００５３】
非常用発電機１７は、例えばディーゼルエンジン等からなる非常用電源であり、二次電池１２２と共に停電時における電力供給源を二重化することができる。ここで、第４電源システム４０は、電力会社から供給される低圧電力で駆動するよう設計されているため、非常用発電機１７を従来の非常用電源に比して小規模な装置として導入することができ、これに伴うコストを抑制することができる。すなわち、本発明の第４実施形態に係る第４電源システム４０を備える水門開閉システム１によれば、低圧電力で稼働することにより運用コストの上昇を抑制しつつ、電力供給源の二重化により安全性を向上させることができる。
【００５４】
以上で本発明に係る水門開閉システム１の実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。例えば上記の実施形態では、電力会社から水門開閉システム１へ商用電力が供給され、必要に応じて非常用発電機１７を備える形態を例示したが、太陽光発電装置等の再生可能エネルギーを利用した電力供給源を別途備えてもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１  水門開閉システム
２  水門構
３  扉体
４  水門開閉機
５  ドラム
６  減速機
７  制動機
８  電動機
９  補助制動機
１０〜４０  第１電源システム〜第４電源システム
１１  低圧用開閉盤
１２  電源盤
１２１  充電器
１２２  二次電池
１２３  制御装置
１２４  充放電制御装置
１３  周辺電力系統
１３１  分電盤
１３２  周辺機器
１４  機側操作盤
１４１  電動機用制御部
１４２  制動機用制御部
１４３  水門制御装置
１５  水門制御装置用ＵＰＳ
１６  制動機用ＵＰＳ
１７  非常用発電機
Ｗ  ワイヤケーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
2020172783.tif 000005
【図４】
2020172783.tif 000006
【図５】
2020172783.tif 000007
【図６】
2020172783.tif 000008