(57)【要約】【課題】空気吸込渦の発生を効果的に抑制できるポンプ吸水槽を提供する。【解決手段】流水Ｗ内に浸漬されたポンプ４０に向かって該流水Ｗが流通する流路を画成する槽本体１０と、流水Ｗの上面に該流水Ｗよりも密度の小さい液体からなる上面層Ｓを形成する上面層形成部２０と、を備える。上面層形成部２０は、流水Ｗに液体を供給する液体供給部２１であることが好ましい。また、液体供給部２１は、液体を落下させるように供給することが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流水内に浸漬されたポンプに向かって該流水が流通する流路を画成する槽本体と、
前記流水の上面に該流水よりも密度の小さい液体からなる上面層を形成する上面層形成部と、
を備えることを特徴とするポンプ吸水槽。
【請求項２】
前記上面層形成部は、前記流水に前記液体を供給する液体供給部であることを特徴とする請求項１に記載のポンプ吸水槽。
【請求項３】
前記液体供給部は、前記液体を落下させるように供給することを特徴とする請求項２に記載のポンプ吸水槽。
【請求項４】
前記流水は、海水であって、
前記液体は、淡水であることを特徴とする請求項２又は３に記載のポンプ吸水槽。
【請求項５】
前記液体は、前記流水よりも温度の高い温水であること特徴とする請求項２又は３に記載のポンプ吸水槽。
【請求項６】
前記上面層形成部は、前記流水の一部を加熱することで前記上面層を形成する加熱部であることを特徴とする請求項１に記載のポンプ吸水槽。
【請求項７】
前記ポンプよりも前記流水の上流側で前記流路の幅方向にわたるように設けられて、前記流水の水面の上方から下方に向かって延びて該流水内に浸漬する区画部材と、を備え、
前記上面層形成部は、前記区画部材よりも前記流水の下流側、かつ、前記区画部材の下端よりも上方に前記上面層を形成することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のポンプ吸水槽。
【請求項８】
前記上面層の厚さを検出する検出部と、
前記検出部が検出する前記上面層の厚さが予め定めた閾値を下回った際に、前記上面層の厚さが大きくなるように前記上面層形成部を制御する制御装置と、を備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のポンプ吸水槽。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプ吸水槽に関する。
【背景技術】
【０００２】
海洋や河川から海水・河川水を揚水するポンプ吸水槽が知られている。このポンプ吸水槽は海洋や河川に連通する槽本体を備えており、該槽本体内に設置されたポンプが回転することによって、海水や河川水から槽本体内に流入した流水が揚水される。
【０００３】
このようなポンプ吸水槽では、流水の吸込み時のポンプの運転にともなって該ポンプが流水の上面から空気を吸い込む空気吸込渦が発生する場合がある。このような空気吸込渦が発生すると、ポンプの効率が低下する。
【０００４】
これに対して例えば特許文献１には、上流側に渦流防止壁を設けるとともに、該渦流防止壁のさらに上流側に渦流防止用補助壁を設けたポンプ吸水槽が開示されている。
このポンプ吸水槽によれば、渦流防止壁と渦流防止用補助壁との間に渦流防止用補助壁の上方から流れ込む流水による下降流が発生する。これによって、渦流防止壁と渦流防止壁との間における死水域の発生を回避し、当該死水域に起因する空気吸込渦の発生を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−３２１８９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら上記特許文献１に開示された技術では、ポンプ吸水槽内を流通する流水の速度が遅い場合、渦流防止壁と渦流防止用補助壁との間の下降流の速度も遅くなってしまう。したがって、これら渦流防止壁と渦流防止用補助壁との間に死水域に近い流速の遅い領域が生成されてしまい、当該領域に基づいて空気吸込渦が発生してしまうおそれがある。
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、空気吸込渦の発生を効果的に抑制できるポンプ吸水槽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】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用している。
即ち、本発明に係るポンプ吸水槽は、流水内に浸漬されたポンプに向かって該流水が流通する流路を画成する槽本体と、前記流水の上面に前記流水よりも密度の小さい液体からなる上面層を形成する上面層形成部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
このような特徴のポンプ吸水槽によれば、上面層の密度が流水と異なるため、槽本体内に流入した流水は上面層の下方のみ流れ，上面層と流水部とでは異なった流れパターンとなる。ポンプの運転によって発生する渦は，上面層と流水部で流れパターンが異なることにより、渦構造を保持できなくなるため、ポンプからの渦が上面層の表面まで連なることを抑制できる。
【００１０】
また、本発明に係るポンプ吸水槽の前記上面層形成部は、前記流水に前記液体を供給する液体供給部であることが好ましい。
これによって、流水の表面に上面層を確実に形成することができる。
【００１１】
さらに、本発明に係るポンプ吸水槽の前記液体供給部は、前記液体を落下させるように供給することが好ましい。
落下する液体により上面層の表面を波立たせることができるため、当該波によって上面層に下方から侵入したポンプの運転に基づく渦を壊すことができる。
【００１２】
また、本発明に係るポンプ吸水槽では、前記流水は、海水であって、前記液体は、淡水であることが好ましい。
これによって、流水の表面に上面層を確実に形成することができる。
【００１３】
さらに、本発明に係るポンプ吸水槽では、前記液体は、前記流水よりも温度の高い温水であってもよい。
これによって、流水の表面に上面層を円滑に形成することができる。
【００１４】
また、本発明に係るポンプ吸水槽の前記上面層形成部は、前記流水の一部を加熱することで前記上面層を形成する加熱部であってもよい。
これによっても、流水の表面に上面層を円滑に形成することができる。
【００１５】
さらに、本発明に係るポンプ吸水槽は、前記ポンプよりも前記流水の上流側で前記流路の幅方向にわたるように設けられて、前記流水の水面の上方から下方に向かって延びて該流水内に浸漬する区画部材を備え、前記上面層形成部は、前記区画部材よりも前記流水の下流側、かつ、前記区画部材の下端よりも上方に前記上面層を形成することが好ましい。
【００１６】
これによって、ポンプの運転により空気吸込渦が形成され得る領域に上面層を留まらせることができる。
【００１７】
また、本発明に係るポンプ吸水槽は、前記上面層の厚さを検出する検出部と、前記検出部が検出する前記上面層の厚さが予め定めた閾値を下回った際に、前記上面層の厚さが大きくなるように前記上面層形成部を制御する制御装置と、を備えるが好ましい。
これによって、上面層の厚さを維持することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のポンプ吸水槽によれば、ポンプからの渦が上面層の表面まで連なることを抑制できるため、空気吸込渦の発生を効果的に抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第一実施形態に係るポンプ給水槽の縦断面図である。
【図２】本発明の第二実施形態に係るポンプ給水槽の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明のポンプ給水槽の第一実施形態について、図１を参照して詳細に説明する。
図１に示すポンプ吸水槽１００は、例えば海洋や海水を揚水する目的で使用されるものであって、槽本体１０と、ポンプ４０と、区画部材１５と、上面層形成部２０と、超音波レベル計２４（検出部）と、制御装置２５とを備えている。
【００２１】
槽本体１０は、海洋に連通する流路を形成している。この槽本体１０は、床板部１１、一対の側板部１２及び端板部１３を有している。
槽本体１０は、水平面に沿って、かつ、流路を流通する流水Ｗ（海水）の流通方向に向かって延びる板状をなす部材である。側板部１２は、床板部１１における流路の幅方向両端に立設された一対の板状の部材である。端板部１３は、床板部１１の延在方向の終端に立設された板状の部材である。槽本体１０は、これら床板部１１、一対の側板部１２及び端板部１３によって、海水や河川水が流水Ｗとして流通する流路を画成している。
【００２２】
ポンプ４０は、槽本体１０における流路内の流水Ｗに浸漬するように設置されている。本実施形態ではポンプ４０として立形斜流ポンプ４０を採用している。このポンプ４０は、回転軸を鉛直方向に一致させた状態で吸込口が下方を向く姿勢で設置されている。このようなポンプ４０は、回転軸の回転に伴って当該回転軸に一体に固定されたインペラが回転することで吸込口から流水Ｗを吸引する。
【００２３】
このようにポンプ４０に流水Ｗが吸引されることによって、流水Ｗはポンプ４０の吸込口に向かって流通する。本実施形態では、ポンプ４０は槽本体１０における流路の末端領域、即ち、端板部１３の近傍に設置されており、これによって流水Ｗは流路を端板部１３側に向かって流通する。
【００２４】
区画部材１５は、後述する上面層Ｓを流路の下流側の領域、即ち、ポンプ４０が存在する領域に留まらせるための部材である。この区画部材１５は、板状をなす部材であって、ポンプ４０よりも下流側に下端側の一部が流水Ｗに浸漬するように設けられている。
【００２５】
即ち、区画部材１５は、流路の幅方向（図１の奥行方向）かつ上下方向にわたって延在する矩形板状をなしている。そして、このような形状の渦防止部材は、流路の幅方向にわたるように、かつ、流水Ｗの水面の上方から下方に向かって延びて流水Ｗ内に浸漬するように設けられている。なお、渦防止部材の下端は、床板部１１の上面から上方に離間して配置されている。
【００２６】
なお、流路を流通する流水Ｗの水位は、海洋の干満や河川の流量の増減によって変化する。本実施形態の区画部材１５は、流水Ｗの水位が最高水位、最低水位いずれの場合であっても、流水Ｗに浸漬するようにその上下方向の延在寸法が設定されている。
【００２７】
上面層形成部２０は、流水Ｗの上面に該流水Ｗよりも密度の小さい液体からなる上面層Ｓを形成する。本実施形態では上面層形成部２０として、液体供給部２１を採用している。この液体供給部２１は、液管２２と、流量調整弁２３とを有している。
【００２８】
液管２２は、一端が図示しない液貯留タンクに接続されるとともに、他端が流水Ｗの上面の上方において該上面に向かって開口する配管である。この液管２２は、液貯留タンクに貯留された淡水を流水Ｗの上方から該流水Ｗに向かって供給する。なお、液管２２の他端は、区画部材１５よりも流路の下流側で流水Ｗに向かって、即ち、下方に向かって開口している。この液管２２によって淡水が槽本体１０内に上方から供給されることで、区画部材１５よりも下流側の領域における流水Ｗの上面に、該流水Ｗとしての海水よりも密度の小さな淡水からなる上面層Ｓが形成される。
【００２９】
流量調整弁２３は、液管２２内を流通する淡水の流量を任意に調節可能な弁であって、液管２２の流路の中途に設けられている。この流量調整弁２３は、図示しないアクチュエータの動作によって、液管２２の流路の開度を調整する。
【００３０】
超音波レベル計２４は、上面層Ｓの厚さ、即ち、上下方向の寸法を検出するセンサである。この超音波レベル計２４は、槽本体１０の上方における上面層Ｓが形成される領域、即ち、区画部材１５よりも下流側の領域に設けられている。この超音波レベル計２４は、下方に向かって、即ち、上面層Ｓに向かって上方から超音波を出射するとともに反射してくる超音波を受信する。即ち、超音波レベル計２４が、超音波を下方に向かって出射すると、上面層Ｓの上面、流水Ｗの上面（上面層Ｓと流水Ｗとの境界）、流水Ｗの底部（床板部１１の表面）で反射された超音波が受信部によって受信される。このように受信した超音波から、流水Ｗの底部で反射した超音波をノイズとして除去するとともに、上面層Ｓの上面で反射した超音波と流水Ｗの上面で反射した超音波との出射‐受信時間の差分を取ることにより、上面層Ｓの厚さを検出することができる。
【００３１】
制御装置２５は、流量調整弁２３による液管２２の開度を制御する装置であって、超音波レベル計２４から入力される上面層Ｓの厚さ情報に基づいて、流量調整弁２３のアクチュエータを制御する。
即ち、制御装置２５は、上面層Ｓの厚さが予め定めた下限閾値を下回った際には、流量調整弁２３のアクチュエータに対して液管２２の開度を大きくする制御を行う。また、制御装置２５は、上面層Ｓの厚さが予め定めた上限閾値を超えた際には、流量調整弁２３のアクチュエータに対して液管２２の開度を小さくする制御を行う。これによって、制御装置２５は、上面層Ｓの厚さが予め定めた範囲内に収まるように、流量調整弁２３を制御する。
【００３２】
次に上記構成のポンプ吸水槽１００の作用について説明する。
流水Ｗを揚水する際には、ポンプ４０が軸線回りに回転することでその下端に位置する吸込み口から流水Ｗを吸引する。これによって、流水Ｗとしての海水が流路を下流側に向かって、即ち、ポンプ４０に向かって流通する。
ここで、ポンプ４０が運転されると、該ポンプ４０の運転に伴って流水Ｗ内にポンプ４０から連なる渦が発生する場合がある。この渦が成長して徐々に上方に連なっていき水面に達すると、空気が渦の中心に入り込むことにより、該空気がポンプ４０に吸い込まれる空気吸込渦が発生する。このような空気吸込渦によりポンプ４０が空気を吸い込むとポンプ４０の効率を低下させてしまう。
【００３３】
これに対して、本実施形態では、上面層形成部２０としての液体供給部２１によって、流水Ｗ上に上面層Ｓを形成することができるため、ポンプ４０に起因する渦が水面に到達してしまうことを抑制できる。
即ち、液体供給部２１によって、流水Ｗとしての海水の上面に該海水と密度の異なる淡水による上面層Ｓを形成することができるため、槽本体１０内に流入した流水Ｗは上面層Ｓの下方のみ流れ，上面層Ｓと流水部（流水が存在する領域）とでは異なった流れパターンとなる。すると、ポンプ４０の運転によって発生する渦は、上面層Ｓと流水部で流れパターンが異なることにより、渦構造を保持できなくなる。
これによって、上面層Ｓ内にポンプ４０からの渦に連なる渦が生成され難くなるため、該渦が上面層Ｓの表面まで連なることを抑制できる。その結果、空気吸込渦の発生を効果的に抑制することができる。
【００３４】
また、本実施形態では、流水Ｗの上方から淡水を落下させるように供給するため、該落下する淡水によって流水Ｗの上面や該流水Ｗの上面に形成される上面層Ｓの表面を波立たせることができる。この波によって、流水Ｗの上面や上面層Ｓ内における渦を壊すことができるため、当該渦が水面に到達することを回避し、空気吸込渦の発生をより効果的に抑制することができる。
【００３５】
さらに、区画部材１５によって、上面層Ｓは流路におけるポンプ４０が存在する下流側の領域に留まるため、該上面層Ｓが不用意に広がってしまい過剰に薄くなることを防止できる。即ち、上面層Ｓの厚さを確保することができるため、該上面層Ｓによる空気吸込渦の発生抑制効果をより確実に得ることができる。
【００３６】
また、上面層Ｓの厚さが所定の範囲となるように制御されているため、空気吸込渦の発生を回避できる程度に上面層Ｓの厚さを維持することができる一方、上面層Ｓの厚さが過剰に大きくなり過ぎて、ポンプ４０の吸込み性能に影響を与えてしまうことを防止できる。
【００３７】
なお、第一実施形態では、流水Ｗが海水である場合に上面層Ｓを淡水によって形成する例について説明したが、例えば変形例として、上面層Ｓを形成する液体として流水Ｗよりも温度の高い温水を用いてもよい。この場合であっても、流水Ｗと上面層Ｓとの密度を異なるものとすることができるため、空気吸込渦の発生抑制効果を得ることができる。また、この場合には、流水Ｗ、上面層Ｓを形成する液体の成分は同一であっても異なるものであってもよく、少なくともこれら液体の温度が異なるものであればよい。また、温水としては、例えば発電プラントにおける蒸気タービンの復水器からの温水を利用することができる。
【００３８】
また、実施形態では、上面層Ｓの厚さを検出する検出部として超音波レベル計２４を用いた例について説明したが、上面層Ｓの厚さを検出可能であるならば他のセンサを採用してもよい。例えば検出部として、上下方向に間隔をあけて配列された複数の密度計を用いてもよい。これによって、水面からの下方に向かっての密度の変化によって、上面層Ｓの厚さを検出することができる。即ち、水面から下方に向かって間隔をあけて密度を検出した場合に、密度が大きく異なる部分があれば、当該部分が上面層Ｓから流水Ｗへの遷移部分となる。
さらに、密度計に変えて塩分計を用いてもよい。これによっても、水面から下方に向かって間隔をあけて塩分を検出した場合に、塩分が大きく増加する部分があれば、当該部分が上面層Ｓから流水Ｗへの遷移部分となる。
【００３９】
また、上面層Ｓを流水Ｗよりも温度の高い温水によって形成する場合には、温度計によって上面層Ｓの厚さを検出してもよい。温度計を、上記密度計や塩分計と同様に上下方向に間隔をあけて配列することで、隣り合う温度計同士で温度が大きく異なれば、当該部分が上面層Ｓから流水Ｗへの遷移部分となる。
【００４０】
さらに、実施形態では上面層Ｓを形成する淡水を液貯留タンクから供給する例について説明したが、流水Ｗとして海水を用いる場合、淡水を例えば河川、湖沼、貯水池等から採取してもよい。
【００４１】
また、液管２２によって上面層Ｓを形成する液体を供給するのみならず、例えばスプリンクラー等の他の液体供給手段によって当該液体を供給してもよい。
【００４２】
次に第二実施形態のポンプ吸水槽１００について図２を参照して説明する。第二実施形態では第一実施形態と同様の構成要素には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
第二実施形態では、上面層形成部２０として加熱部３１を採用しており、また、検出部として温度センサ３４を採用している。
【００４３】
加熱部３１は、ヒータ３２と電源３３とを有している。
ヒータ３２は、流路における区画部材１５の下流側で、流水Ｗにおける上面の近傍において該流水Ｗ内に浸漬するように設けられている。このヒータ３２としては、例えば電流が供給することによってジュール熱を発生する伝熱線を用いることができる。ヒータ３２は、伝熱線の発熱部分が流水Ｗの上面付近で流水Ｗ内に浸漬されるように配置されている。具体的には、伝熱線の浸漬深さは、区画部材１５の下端よりも上方に位置するように流水Ｗ内に浸漬されている。
【００４４】
本実施形態では、このヒータ３２が流水Ｗの上面側の部分を加熱することで、該流水Ｗの上面に該流水Ｗと密度の異なる上面層Ｓを形成する。本実施形態の上面層形成部２０は、ヒータ３２によって流水Ｗを加熱して密度を低下させることによって、上面層Ｓを形成する。
電源３３としては、ヒータ３２に対して任意の電流を流通可能な直流電源３を採用することができる。この電源３３は、後述する制御装置３５によって制御されることで、ヒータ３２の伝熱線への電流供給量を変化させる。
【００４５】
温度センサ３４は、流水Ｗに浸漬されるように設けられており、槽本体１０内における温度を高さ位置に応じて検出可能とされている。この温度センサ３４によって各高さ位置に応じた上面層Ｓ、流水Ｗの温度が、大きく変化する部分があれば、当該部分が上面層Ｓから流水Ｗへの遷移部分となる。これによって、温度センサ３４によって上面層Ｓの厚さを検出できるようになっている。なお、温度センサ３４としては、例えば、複数の熱電対等のセンサを上下方向に間隔をあけて設置してもよい。これによって、隣り合う熱電対同士の間で検出する温度が大きく異なる部分があれば、当該部分が上面層Ｓから流水Ｗへの遷移部分となる。
【００４６】
制御装置３５は、温度センサ３４によって検出される温度に基づく上面層Ｓの厚さ情報に基づいて、加熱部３１の電源３３を制御する。
即ち、制御装置３５は、上面層Ｓの厚さが予め定めた下限閾値を下回った際には、電源３３に対してヒータ３２に供給する電流を増加させる制御を行う。また、制御装置３５は、上面層Ｓの厚さが予め定めた上限閾値を超えた際には、電源３３に対してヒータ３２に供給する電流を減少させる制御を行う。これによって、制御装置３５は、上面層Ｓの厚さが予め定めた範囲内に収まるように、電源３３を制御する。
【００４７】
このような第二実施形態のポンプ吸水槽１００においても、第一実施形態と同様、流水Ｗの上面に該流水Ｗと密度の異なる液体からなる上面層Ｓを形成することができる。即ち、流水Ｗ自体を加熱することで、該流水Ｗからなる上面層Ｓを形成することができる。これによって、流水Ｗと上面層Ｓとの境界において、ポンプ４０から連なる渦が当該渦構造を保持できなくなるため、該渦が水面に連なることを回避することができ、空気吸込渦の発生を抑制することができる。
【００４８】
また、第二実施形態と同様、上面層Ｓの厚さが所定の範囲となるように制御されているため、空気吸込渦の発生を回避できる程度に上面層Ｓの厚さを維持することができる。
【００４９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１０  槽本体
１１  床板部
１２  側板部
１３  端板部
１５  区画部材
２０  上面層形成部
２１  液体供給部
２２  液管
２３  流量調整弁
２４  超音波レベル計（検出部）
２５  制御装置
３１  加熱部
３２  ヒータ
３３  電源
３４  温度検出部（検出部）
３５  制御装置
４０  ポンプ
１００       ポンプ吸水槽
Ｗ    流水
Ｓ    上面層
【図１】
2014134141.tif 000003
【図２】
2014134141.tif 000004