(57)【要約】【課題】本発明は水供給口を通過する水の流れによって発生する水圧を利用した水力発電装置に係り、特に定量の水供給に好適な水力発電装置を提供する。【解決手段】流路の上流側にダイヤフラム弁式定流量弁を設けその下流側に水車を回転させ電力を発生する水力発電装置を備えた第一の流体通路と、前記第一の流体通路を迂回させ発電に不要な流量を流す第二の流体通路とを有する水力発電装置において、前記ダイヤフラム弁式定流量弁の開口制御板の下流側対向部に前記開口制御板の変位量を検知する距離検出手段を設けるとともに、前記距離検出手段の出力に応じて前記第一の流体通路の圧力を推定し、前記第一及び第二の流体通路の断面積から第一及び第二の流体流路を流れる流量を推定する推定手段を有することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路の上流側にダイヤフラム弁式定流量弁を設けその下流側に水車を回転させ電力を発生する水力発電装置を備えた第一の流体通路と、前記第一の流体通路を迂回させ発電に不要な流量を流す第二の流体通路とを有する水力発電装置において、前記ダイヤフラム弁式定流量弁の開口制御板の下流側対向部に前記開口制御板の変位量を検知する距離検出手段を設けるとともに、前記距離検出手段の出力に応じて前記第一の流体通路の圧力を推定し、前記第一及び第二の流体通路の断面積から第一及び第二の流体流路を流れる流量を推定する推定手段を有することを特徴とする水力発電装置。
【請求項２】
流路の上流側にダイヤフラム弁式定流量弁を設けその下流側に水車を回転させ電力を発生する水力発電装置を備えた第一の流体通路と、前記第一の流体通路を迂回させ発電に不要な流量を流す第二の流体通路とを有する水力発電装置において、前記ダイヤフラム弁式定流量弁のダイヤフラム弁の上流側対向部に前記ダイヤフラム弁の変位量を検知する距離検出手段を設けるとともに、前記距離検出手段の出力に応じて前記第一の流体通路の圧力を推定し、前記第一及び第二の流体通路の断面積から第一及び第二の流体流路を流れる流量を推定する推定手段を有することを特徴とする水力発電装置。
【請求項３】
流路の上流側にダイヤフラム弁式定流量弁を設けその下流側に水車を回転させ電力を発生する水力発電装置を備えた第一の流体通路と、前記第一の流体通路を迂回させ発電に不要な流量を流す第二の流体通路とを有する水力発電装置において、前記ダイヤフラム弁式定流量弁のダイヤフラム弁を付勢する弾性手段の端部に前記弾性部材の圧力変位を検知する感圧手段を設けるとともに、前記距離検出手段の出力に応じて前記第一の流体通路の圧力を推定し、前記第一及び第二の流体通路の断面積から第一及び第二の流体流路を流れる流量を推定する推定手段を有することを特徴とする水力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は流路の上流側にダイヤフラム弁式定流量弁を設けその下流側に水車を回転させ電力を発生する水力発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の水力発電装置では、定流量を用いず、全水量を発電に用いて発電機構として流水中に水車形状をした発電機がある。発電機は水車と一体に固定された着磁ロータマグネットが配置され、水車の回転と共にロータマグネットが回転し、ロータマグネットと対向位置にステ−タとして発電コイルが設けられ発電するようになっている。このような装置で流量を計測する方法として発電した電流と周波数検知手段を有し、周波数から水車の回転数、電流値から発電時の負荷量を求め、負荷量に応じて変化する回転数と流量の関係を同定するようになっている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
また、流水路中に上記水車形状の発電機を設置するとき、流水全てを発電に使用すると流水路の水圧や流量変動によりノイズが発生するため、発電に使用する水量をある所定値にした装置があるが、この場合水車の回転数は一定値となるため、流量を計測することは行われていない（例えば、特許文献２）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００―２４０５５８号公報（第４頁、第１図）
【特許文献２】
特開２００２―２３５６５１（第８頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の
【特許文献１】の流量計測方法では、低水圧や低流量の時、水車が回転しない場合があり、流量を確実に計測することはできないし、
【特許文献２】では水車の回転数などを利用した流量を計測することはできなかった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、流路の上流側にダイヤフラム弁式定流量弁を設けその下流側に水車を回転させ電力を発生する水力発電装置を備えた第一の流体通路と、前記第一の流体通路を迂回させ発電に不要な流量を流す第二の流体通路とを有する水力発電装置において、水量を推定できる発電装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、流路の上流側にダイヤフラム弁式定流量弁を設けその下流側に水車を回転させ電力を発生する水力発電装置を備えた第一の流体通路と、前記第一の流体通路を迂回させ発電に不要な流量を流す第二の流体通路とを有する水力発電装置において、前記ダイヤフラム弁式定流量弁の開口制御板の下流側対向部に前記開口制御板の変位量を検知する距離検出手段を設けているので、前記距離検出手段の出力に応じて前記第一の流体通路の圧力を推定し、前記第一及び第二の流体通路の断面積から第一及び第二の流体流路を流れる流量を推定することができる。
【０００７】
また請求項２では流路の上流側にダイヤフラム弁式定流量弁を設けその下流側に水車を回転させ電力を発生する水力発電装置を備えた第一の流体通路と、前記第一の流体通路を迂回させ発電に不要な流量を流す第二の流体通路とを有する水力発電装置において、前記ダイヤフラム弁式定流量弁のダイヤフラム弁の上流側対向部に前記ダイヤフラム弁の変位量を検知する距離検出手段を設けているので、前記距離検出手段の出力に応じて前記第一の流体通路の圧力を推定し、前記第一及び第二の流体通路の断面積から第一及び第二の流体流路を流れる流量を推定する推定することができる。
【０００８】
更に請求項３では流路の上流側にダイヤフラム弁式定流量弁を設けその下流側に水車を回転させ電力を発生する水力発電装置を備えた第一の流体通路と、前記第一の流体通路を迂回させ発電に不要な流量を流す第二の流体通路とを有する水力発電装置において、前記ダイヤフラム弁式定流量弁のダイヤフラム弁を付勢する弾性手段の端部に前記弾性部材の圧力変位を検知する感圧手段を設けているので、前記距離検出手段の出力に応じて前記第一の流体通路の圧力を推定し、前記第一及び第二の流体通路の断面積から第一及び第二の流体流路を流れる流量を推定することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
図１は本発明の第一の実施例を示すブロック図である。図１で配管１から水が供給され、電磁弁１１の開閉で水の供給が制御される。利用者が総水量設定装置２２で必要水量を設定したあと、センサ２１が感知するような操作を行えば、制御部２３がセンサ２１の利用者信号を受け、電磁弁１１が開となるようになっている。電磁弁が開となると、水は流路２を通って、細管流路３、流路６およびオリフィス１４を通って流路４に分かれる。このうち流路４はオリフィス１４および１５とダイヤフラム１３およびバネ１６からなる流量制御弁によって所定流量に制御される。ここで流路４から流路５へと流れる水の流量がある所定値に制御されるのは、流路５中に設置されている水力発電装置２５の安定発電のためであり、流路５の流量が少なすぎると発電せず、逆に流路５の流量が多すぎると水力発電装置２５が振動しノイズを発生させたり、破損するという問題が生じるため所定流量に設定されている（本実施例では３Ｌ／ｍｉｎ）。
【００１０】
定流量装置は流路４と流路３の水圧の差に応じて、ダイヤフラム１３がバネ１６の抗力に反して作用し、ダイヤフラムの動きと連動して動作する開口制御板１７が変動し、オリフィス１５から流れる水の有効開口断面積を変化させ一定流量を流路５に流すようになっている。この開口制御板１７の変位量を検知する目的で前記ダイヤフラム弁式定流量弁の開口制御板の下流側対向部に前記開口制御板の変位量を検知する距離検出手段の１例として開口制御板１７の下方に光センサ、または超音波センサ２４が設置されており、開口制御板の位置を計測できるようになっている。一般にオリフィスを通過する水の流量とオリフィス前後の水圧差およびオリフィスの断面積の関係は数式１で表される。
Ｑ＝ＣＡ（２ｇ△Ｐ）１／２                                …（数１）
数式１でＱは流量、Ｃは流量係数で管径とオリフィスの孔径との比などで決定される。ｇは重力の加速度、△Ｐはオリフィス前後の圧力差を示す。また数式１で係数Ｃは実験的に求めることができ、本実施例では０．６であった。
次にオリフィス１５の開口制御版１７をオリフィスに対して平面で形成すれば、オリフィス１５の有効開口断面積はダイヤフラム１３の変位の線形式で表現されるので、流路２を流れる水の水圧は数式２で表すことができる。
Ｐ１＝Ｐ３＋△Ｐ１＋（Ｃ１Ａ１）２△Ｐ１／｛（Ｃ２（Ａ２０―Ｋ２△Ｐ１）｝２…（数２）
数式２は次のようにして求めることができる。まず数式１を図１に適用すると数式３となる。
Ｑ＝Ｃ２｛Ａ２０―Ｋ２（Ｐ１−Ｐ２）｝｛２ｇ（Ｐ２−Ｐ３）｝１／２
＝Ｃ１Ａ１｛２ｇ（Ｐ１―Ｐ２）｝１／２…（数３）
数式３をＰ１について解くと数２式が求まる。
数式２、３で、Ｃ２は第二のオリフィスの流量係数、Ａ２０は静止状態での第二オリフィスの開口面積、Ｋ２はダイヤフラム部のバネ定数と面積の変化量、Ｃ１は第一のオリフィスの流量係数、Ａ１は第一のオリフィスの開口面積、Ｐ１は配管通路２の圧力、Ｐ２は配管通路４の圧力、Ｐ３は配管通路５の圧力である。
数式２でＰ３既知、△Ｐ１（＝Ｐ１―Ｐ２）を測定すれば、Ｐ１の値が求まる。
Ｐ１はダイヤフラムの変位量を計測することにより求める。
【００１１】
流路６の断面積を一定にし、上記のように流路２の水圧がわかれば流路６を流れる流量が算出、または実験的に水圧と流量の関係を求めることができ、流路７には流路６の流量と流路５に所定量流している分が加わり、全流量が算出できることになる。図２に配管の直径が１３ｍｍの場合の圧力と流量の関係を実験的に求めた結果を示す。制御部２３に図２に示す圧力と流量の関係を記憶させておけば、ある圧力時の流量を推測することができる。水圧と自動水栓の電磁弁は利用蛇口の近くに設置されているので、また流路７以降は開口部となり、配管による抵抗が変化することは少ないが、定流量制御部の制御ばらつきや流路７以降の配管条件により付加される配管抵抗に対応する目的で、電磁弁を開にして容量既知の容器に満水になるまでの時間を記憶させる機能を制御部２３に内蔵させることにより、算出した圧力と流量の関係を補正できるように設定することもできる。
【００１２】
次に実施例２のダイヤフラム変位量測定方法を図３に示す。図３では光センサまたは超音波センサ２６をダイヤフラムの上部、細管３の開口部近傍に設置し、ダイヤフラムの変動を測定するようにしている。また実施例３のダイヤフラム変位量測定方法を図４に示す。図４ではバネ１６の下部にゴムなどの感圧材料を設け、受ける圧力を電気信号の大小として制御部２３に取り込み変位量を検知する。また前記感圧材料の変わりにロードセルのような直接圧力を測定できるものを設置しても良い。
【００１３】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
流路の上流側にダイヤフラム弁式定流量弁を設けその下流側に水車を回転させ電力を発生する水力発電装置を備えた第一の流体通路と、前記第一の流体通路を迂回させ発電に不要な流量を流す第二の流体通路とを有する水力発電装置において、光センサや超音波センサ、感圧材料、ロードセルなどの圧力測定手段のような、小型で安価に前記開口制御板の変位量を検知する距離検出手段を設けて、第一および第二の流体流路を流れる流量を推測していので、配管中に流量計を設置して流量を測定するより、小型で安価にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例を示すブロック図である。
【図２】本発明の第一の実施例で圧力差と流量の関係を示す図である。
【図３】本発明の第二の実施例を示すブロック図である。
【図４】本発明の第三の実施例を示すブロック図である。
【図５】従来の定流量装置を装備した自己発電水栓を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…水の元配管    ３…細管    ７…水供給配管
１１…自動水栓バルブ  １３…ダイヤフラム    １４…第一のオリフィス
１５…第二のオリフィス  １６…バネ    ２１…操作検知センサ
２２…入力スイッチ  ２３…制御部  ２４…センサ  ２５…発電機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004251145.tif 000007