(57)【要約】【課題】起動時間の短縮とシステムの簡素化とが図れるサイフォン型吸込水路を持つ水車設備及びその運転方法を提供する。【解決手段】水車１２の吸込配管１１を、一旦吸込水位１のハイウォーターレベルより高い位置を経由させた後にその吸込側端部を吸込水位１に没するように設置する。吸込配管１１の最上位置に開閉弁２１と空気抜き管２２とからなる空気抜き手段２０を取り付けると共に、吸込配管１１の吸込側に水車１２方向のみに水を通す逆止弁１５を取り付ける。始動時には水車１２に連結したモータ兼発電機１４をモータとして駆動してポンプ作用をさせることで吐出配管１３側の水を吸込配管１１に向かって逆送して吸込配管１１中の空気を空気抜き手段２０を通して抜き出し、吸込配管１１が満水したら空気抜き手段２０を閉じてポンプ作用を停止してサイフォン作用により水を水車１２に自動的に供給して水車運転に入る。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サイフォン型吸込水路を持つ水車設備において、
前記吸込水路を形成する吸込配管の最上位置に空気抜き手段を取り付けると共に、吸込配管の前記空気抜き手段を取り付けた位置よりも吸込側に水車方向にのみ水を通す逆止弁を取り付け、さらに水車にはモータ兼発電機又はモータ及び発電機を連結したことを特徴とするサイフォン型吸込水路を持つ水車設備。
【請求項２】
前記モータ兼発電機は、水車設備始動時にはモータとして駆動して吐出配管側の水を吸込配管に向かって逆送して吸込配管中の空気を前記空気抜き手段を通して抜き出し、一方吸込配管がサイフォン作用を生じる程度まで満水して空気抜き手段を閉じた時には吸込配管から吐出配管に向かって流れる水によって発電機として発電するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のサイフォン型吸込水路を持つ水車設備。
【請求項３】
前記モータ及び発電機は、モータと発電機とを動力切換手段を介してそれぞれ水車に連結し、水車設備始動時にはモータを駆動して吐出配管側の水を吸込配管に向かって逆送して吸込配管中の空気を前記空気抜き手段を通して抜き出し、一方吸込配管がサイフォン作用を生じる程度まで満水して空気抜き手段を閉じた時には吸込配管から吐出配管に向かって流れる水によって発電機を駆動して発電するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のサイフォン型吸込水路を持つ水車設備。
【請求項４】
サイフォン型吸込水路を持つ水車設備の運転方法において、始動時に一旦前記水車をポンプとして運転して前記吸込水路を形成する吸込配管をサイフォン作用を生じる程度まで満水してから水車として運転することを特徴とするサイフォン型吸込水路を持つ水車設備の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水車の吸込配管（この明細書において、水車作用時及びポンプ作用時を問わず、「吸込」及び「吐出」の呼称は水車作用時の呼び方に固定して使用する）の一部を吸込水位のＨＷＬ（ハイウォーターレベル）より高い位置を経由するように配管した上で吸込配管中の空気を抜き出し、これによって生じるサイフォンの原理を利用して水を水車に導くように構成したサイフォン型吸込水路を持つ水車設備及びその運転方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、サイフォン型吸込水路を持つ水車設備では、水車停止時にサイフォンを破壊するだけで確実に水の供給が停止できるので、水車停止時の水の移動を停止するための開閉弁をその吸込配管や吐出配管中に取り付けなくてもよいという利点がある。
【０００３】
そしてこの水車設備の場合、水車の起動時に如何にサイフォンを形成するかが問題になるが、従来は水車の起動に先立ち、別に設置された湿式の真空ポンプで吸込配管中の空気を抜き出してサイフォンを形成していた。真空ポンプの配管は、吸込配管中の最高位置に設置される空気抜き管の後流側に接続されていて、吸込配管中の空気が完全に抜け出たことを検知した後に、空気抜き管を閉じて水車運転を開始していた。
【０００４】
しかしながら上記方法でサイフォンを形成した場合、水車の補機として湿式真空ポンプの設置が不可欠になる上に、真空ポンプの口径は、水車の口径に比べてかなり小さいものが設備されるため、水車の始動に先立って、真空ポンプで水車の吸込配管中にある空気を抜き去るにはかなりの時間を要してしまうという問題点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、起動時間の短縮が図れ、また真空ポンプが不要でシステムの簡素化を図ることができるサイフォン型吸込水路を持つ水車設備及びその運転方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため本願の請求項１に記載の発明は、サイフォン型吸込水路を持つ水車設備において、前記吸込水路を形成する吸込配管の最上位置に空気抜き手段を取り付けると共に、吸込配管の前記空気抜き手段を取り付けた位置よりも吸込側に水車方向にのみ水を通す逆止弁を取り付け、さらに水車にはモータ兼発電機又はモータ及び発電機を連結したことを特徴とするサイフォン型吸込水路を持つ水車設備にある。
【０００７】
また本願の請求項２に記載の発明は、前記モータ兼発電機は、水車設備始動時にはモータとして駆動して吐出配管側の水を吸込配管に向かって逆送して吸込配管中の空気を前記空気抜き手段を通して抜き出し、一方吸込配管がサイフォン作用を生じる程度まで満水して空気抜き手段を閉じた時には吸込配管から吐出配管に向かって流れる水によって発電機として発電するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のサイフォン型吸込水路を持つ水車設備にある。
【０００８】
また本願の請求項３に記載の発明は、前記モータ及び発電機は、モータと発電機とを動力切換手段を介してそれぞれ水車に連結し、水車設備始動時にはモータを駆動して吐出配管側の水を吸込配管に向かって逆送して吸込配管中の空気を前記空気抜き手段を通して抜き出し、一方吸込配管がサイフォン作用を生じる程度まで満水して空気抜き手段を閉じた時には吸込配管から吐出配管に向かって流れる水によって発電機を駆動して発電するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のサイフォン型吸込水路を持つ水車設備にある。
【０００９】
即ち水車の吸込側に逆止弁を取り付け、水車方向にのみ水を通すようにして、始動時にはモータ兼発電機（又はモータ及び発電機の内のモータ）をモータとして使用して、ポンプ作用運転を行ない、水車の吐出側の水を吸込側に向かって逆送して吸込配管内を加圧して、吸込配管中の空気を吸込配管中の最上部に設けられた空気抜き手段を通して抜き出し、吸込配管中が満水したことを例えば空気抜き手段から水が出ることで確認して空気抜き手段を閉じた後、ポンプ運転を停止すれば、水は自動的にサイフォン作用によって吸込配管から水車内部を通って吐出配管に流れ、水車が起動し、水車軸に接続したモータ兼発電機（又はモータ及び発電機の内の発電機）が発電機として作動して発電が行なわれる。
【００１０】
ここで、ポンプ運転時に使用するモータと、水車発電時に使用する発電機とを同一のモータ兼発電機により一台で二役の働きを行なわせると、設備機械は単純化されるし、水車を逆転させてポンプ作用させることにより、小型の湿式真空ポンプを使用する場合より、短時間で吸込配管中の空気を抜き出すことができる。
【００１１】
またポンプ運転時に使用するモータと、水車発電時に使用する発電機とを別々に設置する場合は、モータと発電機とをクラッチや切換ギア等の動力切換手段を介して水車に連結し、この動力切換手段によって水車に連結するモータと発電機とを切り換えれば良い。そしてこの水車設備を主として発電に用いる場合は、通常は発電機を水車に連結しておき、ポンプ作用を要する際は動力切換手段によってモータを水車に連結する。
【００１２】
逆止弁は逆方向の水の流れを止める機能があればどのような機構のものでも使用できる。例えばフラップ弁、フート弁等も使用できる。簡単な構造で水車のポンプ作用時の流量の１０％程度の漏れがあるような弁でも使用できる。
【００１３】
空気抜き手段は、吸込配管中の空気を吸込配管中の最上部において抜くことができる機構であればどのような機構でも良く、例えば空気抜き管と開閉弁とによって構成しても良い。この空気抜き手段に吸込配管中に空気を導入する作用を兼用させれば、水車作用を停止する際に吸込配管に空気を導入してサイフォンを破壊する場合にも兼用できる。また空気抜き管中に自動空気抜き弁を設置して、水車のポンプ作用により、空気が抜けて水が同弁中を満たすと弁が閉じる機構のものを用いると、同弁が閉じた瞬間を電気信号に変換できる変換器を付属すれば、その信号を得て、同配管中の開閉弁を開閉することが可能である。開閉弁を電磁弁や電動弁にすれば自動的に閉じることが可能になるし、この信号を得て、水車に接続されたモータ兼発電機の配線を自動的に切り替えることも可能になる。またこの空気抜き手段を空気抜き専用に使用し、サイフォンを破壊する場合の空気導入管は別途取り付けても良い。また空気抜き手段を閉じるタイミングは、必ずしも吸込配管中が完全に満水した場合のみでなく、吸込配管がサイフォン作用を生じる程度まで満水した場合であっても良い。
【００１４】
また本願の請求項４に記載の発明は、サイフォン型吸込水路を持つ水車設備の運転方法において、始動時に一旦前記水車をポンプとして運転して前記吸込水路を形成する吸込配管をサイフォン作用を生じる程度まで満水してから水車として運転することを特徴とするサイフォン型吸込水路を持つ水車設備の運転方法にある。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の一実施の形態にかかるサイフォン型吸込水路を持つ水車設備の全体構成図である。同図に示すようにこのサイフォン型吸込水路を持つ水車設備は、水車１２の吸込側に吸込配管１１を、吐出側に吐出配管１３を接続して構成されている。
【００１６】
ここで吸込配管１１は、水車１２の吸込側から一旦吸込水位１のＨＷＬ（つまりそれ以上吸込水位１が上昇しない水位）より高い位置を経由させた後にその吸込側端部を吸込水位１の液面下に没するように屈曲させて構成されている。つまりこの吸込配管１１はサイフォン管を構成している。吸込配管１１の最上位置には空気抜き手段２０が取り付けられている。この空気抜き手段２０は、この実施の形態では開閉弁２１と空気抜き管（排気管）２２とによって構成されている。吸込配管１１の入口端（吸込端）には、水車１２方向にのみ水を通す逆止弁１５が設置されている。この逆止弁１５は吸込配管１１の入口端ではなく、より上部に設置しても良く、要は吸込配管１１の空気抜き手段２０を接続した位置よりも吸込側に設置すれば良い。
【００１７】
水車１２は立型水車であり、ケーシング内に羽根車１２ａを収納して構成されている。羽根車１２ａは吐出水位２のＬＷＬ（ローウォーターレベル）（つまりそれ以上吐出水位２が下降しない水位）より低い位置（少なくとも羽根車１２ａの下部が水に触れる位置）に設置されており、例え吐出水位２が最も低い水位になっても吐出側の水が揚水できる位置に設置されている。水車１２の上部にはモータ兼発電機１４が設置され、水車１２の回転駆動軸がモータ兼発電機１４の回転駆動軸に連結されている。モータ兼発電機１４においては、モータ使用時には電力を供給する配線に、発電機として使用するときには電流の出力配線に、配線のみを切り替えることで同じ機器を使用できる。
【００１８】
そしてこの水車設備によって水車作用を行なわせる場合は、まず吸込配管１１中にサイフォンを形成させる必要があるので、まず開閉弁２１を開けた状態でモータ兼発電機１４をモータとして駆動して水車１２をポンプ運転して、吐出配管１３側の水、即ち吐出槽３２内の水を吸込配管１１に向かって逆送する。これによって吸込配管１１中の空気を空気抜き管２２から抜き出しながら吸込配管１１内を水で満たしていく。そして空気抜き管２２から水が出て、吸込配管１１内が水で満杯になったことを確認した直後に、開閉弁２１を閉止し、同時にモータ兼発電機１４のモータとしての駆動（ポンプ作用）を停止してその配線を発電機用に切り換える。
【００１９】
これによって吸込配管１１中が水で満たされてサイフォンが形成されるので、吸込槽３１内の水は吸込配管１１、水車１２、吐出配管１３を通って吐出槽３２内に流れ込み、その際水車１２が回転して（水車運転）、同水車１２に接続されたモータ兼発電機１４が発電機として回転駆動されその発電動力が出力される。なお水車運転中は、吸込配管１１の最上部は大気圧以下になるため、空気抜き管２２が大気に開放される機構であるときは、前述のように水車運転中には開閉弁２１を閉じておかなければならない。
【００２０】
次に上記水車作用を停止させる場合は、吸込配管１１中の最上部に設置した開閉弁２１を開ければ、吸込配管１１の最上部は大気に対して負圧になっているため、空気抜き管２２から吸込配管１１内に空気が導入され、サイフォン作用中の水は落ち、水車１２に水が供給されなくなり停止する。
【００２１】
なお上記実施の形態においては、モータ兼発電機１４を設置したが、その代わりにモータと発電機とを二台別々に設置し、これらモータと発電機とを切換ギアやクラッチ等の動力切換手段で切り替えることによって、前記モータ兼発電機１４と同等の機能を発揮させるように構成しても良い。ここで図２はモータ兼発電機１４の代わりにモータ１７と発電機１８とを二台別々に設置した本発明の他の実施の形態にかかるサイフォン型吸込水路を持つ水車設備の全体構成図である。同図において前記図１に示す実施の形態と同一部分には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。即ちこの水車設備においては、モータ兼発電機１４の代わりに、水車１２の上部に切換ギア１９を介してモータ１７と発電機１８とを設置している。そして切換ギア１９において通常は水車１２を発電機１８に連結しておき、必要に応じて切換ギア１９を切り換えることで水車１２をモータ１７に連結する。そして図１に示す実施の形態と同様に、水車設備始動時にはモータ１７を駆動して吐出配管１３側の水を吸込配管１１に向かって逆送して吸込配管１１中の空気を空気抜き手段２０を通して抜き出し、一方吸込配管１１がサイフォン作用を生じる程度まで満水して空気抜き手段２０を閉じた時には吸込配管１１から吐出配管１３に向かって流れる水によって発電機１８を駆動して発電するようにする。
【００２２】
図３（ａ），（ｂ）はそれぞれ本発明のさらに他の実施の形態にかかる水車１２部分の拡大概略断面図である。即ちこれら図３（ａ），（ｂ）においても前記図２の場合と同様に、モータ１７と発電機１８とを二台別々に設置しているが、図３（ａ）においては水車１２の羽根車１２ａの真上にモータ１７と発電機１８とを設置し、モータ１７にクラッチ２５を介して連結された回転駆動軸２６を発電機１８内に貫通させて羽根車１２ａに連結し、一方発電機１８にクラッチ２７を介して連結されその内部に前記回転駆動軸２６を通すパイプ状の回転駆動軸２８も羽根車１２ａに連結して構成されている。つまり両回転駆動軸２６，２８は２重軸となっている。そしてクラッチ２５を接続してクラッチ２７を切断すればモータ１７が羽根車１２ａに連結され、クラッチ２７を接続してクラッチ２５を切断すれば発電機１８が羽根車１２ａに連結される。このように構成しても、水車１２に対して発電機１７とモータ１８とを切り換えて連結することができる。
【００２３】
また図３（ｂ）においては水車１２として両吸込型の水車を用い、その羽根車１２ａの両端に連結した回転駆動軸２６，２８をそれぞれクラッチ２５，２７を介してモータ１７と発電機１８に接続して構成されている。そしてクラッチ２５を接続してクラッチ２７を切断すればモータ１７が羽根車１２ａに連結され、クラッチ２７を接続してクラッチ２５を切断すれば発電機１８が羽根車１２ａに連結される。このように構成しても、水車１２に対して発電機１７とモータ１８とを切り換えて連結することができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明によれば、サイフォンを形成する水路をもつ水車を逆転させてポンプ作用させ、吸込配管中の空気を排出してサイフォンを形成して水車運転を開始させるようにしたので、短時間で吸込配管中の空気を抜き出すことができ、水車の起動時間の短縮が図れる。また真空ポンプが不要でシステムの簡素が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にかかるサイフォン型吸込水路を持つ水車設備の全体構成図である。
【図２】本発明の他の実施の形態にかかるサイフォン型吸込水路を持つ水車設備の全体構成図である。
【図３】図３（ａ），（ｂ）はそれぞれ本発明のさらに他の実施の形態にかかる水車１２部分の拡大概略断面図である。
【符号の説明】
１  吸込水位
２  吐出水位
１１  吸込配管
１２  水車
１２ａ  羽根車
１３  吐出配管
１４  モータ兼発電機
１５  逆止弁
１７  モータ
１８  発電機
１９  切換ギア（動力切換手段）
２０  空気抜き手段
２１  開閉弁
２２  空気抜き管（排気管）
２５  クラッチ（動力切換手段）
２６  回転駆動軸
２７  クラッチ（動力切換手段）
２８  回転駆動軸
３１  吸込槽
３２  吐出槽
【図１】
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【図２】
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【図３】
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