(57)【要約】【課題】水力発電システムの発電効率を高め、設備を小型化し、操作性、保守、メンテナンス性の向上をはかること。【解決手段】水力によって回転作動する発電用水車４を備え、この発電用水車４によって発電機１０を駆動する水力発電システムであって、水圧アクチュエータによって水力発電システムの作動を制御する補機（調速機２０、取水ゲート開閉装置２２、入口弁調整装置２１、調速機１７、流入ゲート開閉装置２３）と、この補機に導かれる作動水を吐出する水圧ポンプ１６と、この水圧ポンプ１６を駆動するポンプ駆動用水車１４とを備え、このポンプ駆動用水車１４を水力によって回転作動させる構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水力によって回転作動する発電用水車を備え、
この発電用水車によって発電機を駆動する水力発電システムであって、
水圧アクチュエータによって前記水力発電システムの作動を制御する補機と、
この補機に導かれる作動水を吐出する水圧ポンプと、
この水圧ポンプを駆動するポンプ駆動用水車とを備え、
このポンプ駆動用水車を水力によって回転作動させることを特徴とする水力発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水力によって回転作動する発電用水車を備え、この発電用水車によって発電機を駆動する水力発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の水力発電システムとして、特許文献１には、水力発電所に設置される水車の回転速度または出力の制御を行う調速装置（ガバナ）に関するものが開示されている。
【特許文献１】特開２００５−６１３４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このような従来の水力発電システムにあっては、調速装置等の補機は、電動サーボ機構（電磁アクチュエータ）または油圧サーボ機構（油圧アクチュエータ）等によって駆動されていたため、油圧ユニットからの油漏れによる環境汚染を防ぐ設備や、漏電を防ぐ設備、防火、防暴の設備等を設ける必要があり、これらの設備が大型化するという問題点があった。
【０００４】
そして、補機の駆動源に電気、油圧の両方が用いられると、操作、保守、メンテナンスが複雑になるという問題点があった。
【０００５】
また、補機を駆動する油圧ユニット、水圧ユニットが設けられる場合、油圧ポンプ、水圧ポンプが電動モータで駆動されると、油圧ポンプ、水圧ポンプを駆動するのに多くの電力を必要とし、発電効率が低下する。
【０００６】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、水力発電システムの発電効率を高め、設備を小型化し、操作性、保守、メンテナンス性の向上をはかることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、水力によって回転作動する発電用水車を備え、この発電用水車によって発電機を駆動する水力発電システムであって、水圧アクチュエータによって水力発電システムの作動を制御する補機と、この補機に導かれる作動水を吐出する水圧ポンプと、この水圧ポンプを駆動するポンプ駆動用水車とを備え、このポンプ駆動用水車を水力によって回転作動させることを特徴とするものとした。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によると、ポンプ駆動用水車が水力によって水圧ポンプを駆動することにより、水圧ポンプを電動モータ等によって駆動する必要がなくなり、水圧ポンプを駆動するのに必要な電力を極めて低く抑えることができるので、発電効率を高められる。
【０００９】
水圧ポンプと補機の駆動源が水圧に統一されることにより、油漏れや漏電の心配がなく、防火、防暴の設備を設ける必要がなく、操作性、保守、メンテナンス性の向上がはかられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１は、水力発電システムの概略構成図である。この水力発電システムは、主要構成部として、ダム１、上流側水圧配管２、発電用水車４、下流側水圧配管３、調速機２０、発電機１０、取水ゲート開閉装置２２、入口弁調整装置２１を備える。
【００１２】
ダム１は、水力発電に用いられる水を溜めるものである。上流側水圧配管２と下流側水圧配管３は、ダム１からの水を流下させる水路を構成する。
【００１３】
発電用水車４は、上流側水圧配管２と下流側水圧配管３の間に介装され、この間を通過する水流によって駆動される複数の羽根を有し、これらの羽根を介して水の位置エネルギを、回転運動のエネルギへ変換して、回転作動する。
【００１４】
ダム１に貯められた水は、上流側水圧配管２を通って流下し、発電用水車４に導かれる。発電用水車４がこれを通過する水流によって回転作動する。発電用水車４を通過した水は、下流側水圧配管３を通って流下する。
【００１５】
発電用水車４は、発電機１０を回転駆動する。発電機１０はその回転によって電力を出力する。発電用水車４の回転軸と発電機１０の回転軸は、互いに同軸上に設けられる。
【００１６】
調速機２０は、発電用水車４の回転速度または出力を制御するものである。調速機２０は、発電用水車４の羽根の角度を変える水流調整機構、または羽根が介在する流路面積を変える水流調整機構を備え、この水流調整機構を駆動する水圧アクチュエータを備える。この水圧アクチュエータは、例えば水圧によって伸縮作動する水圧シリンダや水圧によって回転作動する水圧モータによって構成される。
【００１７】
ダム１に対する上流側水圧配管２の入口には水路の開口面積を調整する取水ゲート８が設けられ、この取水ゲート８が取水ゲート開閉装置２２によって開閉駆動される。取水ゲート開閉装置２２は、取水ゲート８を開閉駆動する水圧アクチュエータを備える。
【００１８】
上流側水圧配管２には発電用水車４の入口に水路の開口面積を調整する入口弁６が設けられ、この入口弁６が入口弁調整装置２１によって開閉駆動される。入口弁調整装置２１は、入口弁６を水圧アクチュエータを備える。
【００１９】
調速機２０、取水ゲート開閉装置２２、入口弁調整装置２１には水圧アクチュエータがそれぞれ備えられ、これらの水圧アクチュエータに作動水を供給する水圧源として、水圧ポンプ１６が設けられる。
【００２０】
そして本発明の要旨とするところであるが、水圧ポンプ１６を駆動するポンプ駆動用水車１４を設け、このポンプ駆動用水車１４をダム１から流下する水流によって回転作動させる構成とする。
【００２１】
水圧ポンプ１６は、回転運動のエネルギを水の圧力エネルギに変換するものであり、これに供給される水を加圧して吐出する。
【００２２】
水圧ポンプ１６を駆動するシステムとして、取水ライン１１、流入ゲート開閉装置２３、上流側水圧配管１２、下流側水圧配管１５、ポンプ駆動用水車１４、調速機１７が設けられる。
【００２３】
取水ライン１１は、ダム１に貯められた水を取り込み、流下させる。
【００２４】
上流側水圧配管１２は、その上流端が流入ゲート開閉装置２３を介して取水ライン１１に接続され、取水ライン１１からの水を流下させる。
【００２５】
流入ゲート開閉装置２３は、取水ライン１１に対する上流側水圧配管１２の接続部に介装され、取水ライン１１から上流側水圧配管１２に流入する水の流量を調整する。流入ゲート開閉装置２３は、水路の開口面積を調整する図示しないゲートと、このゲートを開閉駆動する水圧アクチュエータを備える
下流側水圧配管１５は、その上流端がポンプ駆動用水車１４を介して上流側水圧配管１２に接続され、ポンプ駆動用水車１４を通過したの水を流下させる。
【００２６】
こうして取水ライン１１と上流側水圧配管１２と下流側水圧配管１５は、ダム１から、発電用水路とは別に補機を駆動させるための水を流下させる水路を構成する。
【００２７】
ポンプ駆動用水車１４は、上流側水圧配管１２と下流側水圧配管１５の間に介装され、この間を通過する水流によって駆動される複数の羽根を有し、これらの羽根を介して水の位置エネルギを、回転運動のエネルギへ変換して回転作動する。
【００２８】
調速機１７は、ポンプ駆動用水車１４の回転速度または出力を制御するものである。調速機１７は、ポンプ駆動用水車１４の羽根の角度を変える水流調整機構、または羽根が介在する流路面積を変える水流調整機構を備え、この水流調整機構を駆動する水圧アクチュエータを備える。この水圧アクチュエータは、例えば水圧によって伸縮作動する水圧シリンダや水圧によって回転作動する水圧モータによって構成される。
【００２９】
ダム１からの余剰水は、取水ライン１１と上流側水圧配管１２を通って流下し、ポンプ駆動用水車１４に導かれる。ポンプ駆動用水車１４がこれを通過する水流によって回転作動する。ポンプ駆動用水車１４を通過した水は、下流側水圧配管１５を通って流下する。
【００３０】
ポンプ駆動用水車１４の回転軸と水圧ポンプ１６の回転軸は、互いに同軸上に設けられる。
【００３１】
水圧ポンプ１６の吸込口は、ポンプ吸込ライン１３を介して取水ライン１１に接続され、ダム１からの余剰水が取水ライン１１とポンプ吸込ライン１３を通って水圧ポンプ１６に導かれる。
【００３２】
ポンプ吸込ライン１３は取水ライン１１と水圧ポンプ１６の吸込口を連通する。水圧ポンプ１６は、その回転によってポンプ吸込ライン１３を通って導かれる水を吸込み、加圧された水を作動水として高圧水供給ライン１８へと吐出する。
【００３３】
高圧水供給ライン１８は、水圧ポンプ１６から吐出される作動水を、高圧水供給ライン１８を通して調速機２０、取水ゲート開閉装置２２、入口弁調整装置２１、調速機１７、流入ゲート開閉装置２３の各水圧アクチュエータに導く。
【００３４】
調速機２０、取水ゲート開閉装置２２、入口弁調整装置２１、調速機１７、流入ゲート開閉装置２３から排出される水は、排水ライン１９を通って流下する。
【００３５】
以上のように、水力発電システムは構成され、次に作用を説明する。
【００３６】
ダム１に貯められた水は、上流側水圧配管２を通って流下し、発電用水車４に導かれる。発電用水車４がこれを通過する水流によって回転作動し、発電機１０を回転駆動し、水力発電が行われる。発電用水車４を通過した水は、下流側水圧配管３を通って流下する。
【００３７】
一方、ダム１からの補機を駆動するための水は、取水ライン１１と上流側水圧配管１２を通って流下し、ポンプ駆動用水車１４に導かれる。ポンプ駆動用水車１４がこれを通過する水流によって回転作動し、水圧ポンプ１６を駆動する。
【００３８】
こうして、ポンプ駆動用水車１４が水力によって水圧ポンプ１６を駆動することにより、水圧ポンプ１６を電動モータ等によって駆動する必要がなくなり、水圧ポンプ１６を駆動するのに必要な電力を極めて低く抑えることができるので、発電効率を高められる。
【００３９】
調速機２０、取水ゲート開閉装置２２、入口弁調整装置２１、調速機１７、流入ゲート開閉装置２３は、水力発電システムの作動を制御する補機として設けられる。これらの補機は、水圧ポンプ１６から高圧水供給ライン１８を通して導かれる作動水によって作動する。これにより、補機を電磁アクチュエータや油圧アクチュエータによって駆動する必要がなくなり、補機を駆動するのに必要な電力を極めて低く抑えることができるので、発電効率を高められる。
【００４０】
補機を駆動する作動水は、全て取水ライン１１から取り込まれ、補機を駆動した後は、排水ラインから流下する作動水を冷却する必要がなく、油圧ユニット等に設けられる冷却設備が不要になる。
【００４１】
油圧アクチュエータに関連する油圧ユニット等が設けられないため、油漏れによる環境汚染の心配がなく、防火、防暴の設備を設ける必要がない。
【００４２】
補機を駆動する電動アクチュエータが設けられないため、漏電の心配がなく、引火防止等の設備を設ける必要がない。
【００４３】
また、補機の駆動源が水圧に統一されることにより、操作性、保守、メンテナンス性の向上がはかられ、維持コストを低減できる。
【００４４】
以上のとおり、本実施の形態では、水力によって回転作動する発電用水車４を備え、この発電用水車４によって発電機１０を駆動する水力発電システムであって、水圧アクチュエータによって水力発電システムの作動を制御する補機（調速機２０、取水ゲート開閉装置２２、入口弁調整装置２１、調速機１７、流入ゲート開閉装置２３）と、この補機に導かれる作動水を吐出する水圧ポンプ１６と、この水圧ポンプ１６を駆動するポンプ駆動用水車１４とを備え、このポンプ駆動用水車１４を水力によって回転作動させる構成とする。
【００４５】
上記構成に基づき、ポンプ駆動用水車１４が水力によって水圧ポンプ１６を駆動することにより、水圧ポンプ１６を駆動するのに必要な電力を極めて低く抑えることができるので、発電効率を高められる。水圧ポンプ１６と補機の駆動源が水圧に統一されることにより、油漏れや漏電の心配がなく、防火、防暴の設備を設ける必要がなく、操作性、保守、メンテナンス性の向上がはかられる。
【００４６】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態を示す水力発電システムの概略構成図。
【符号の説明】
【００４８】
１    ダム
２    上流側水圧配管
３    下流側水圧配管
４    発電用水車
６    入口弁
８    取水ゲート
１０    発電機
１１    取水ライン
１２    上流側水圧配管
１３    ポンプ吸込ライン
１４    ポンプ駆動用水車
１５    下流側水圧配管
１６    水圧ポンプ
１７    調速機
１８    高圧水供給ライン
１９    排水ライン
２０    調速機
２１    入口弁調整装置
２２    取水ゲート開閉装置
２３    流入ゲート開閉装置
【図１】
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