(57)【要約】【課題】  広い流量範囲で発電が可能な発電ゲートを提供する。【解決手段】  発電ゲート１は、流量検出器６の検出した流量に応じてゲート扉体３に設けたポンプ逆転水車４の回転数を制御する運転制御部３８を備える。【選択図】図１
2005351246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水路を開閉可能に遮断するゲート扉体と、
前記ゲート扉体を貫通する流路に配置されたポンプ逆転水車と、
前記ポンプ逆転水車の主軸にその回転軸が連結された発電機と、
前記ゲート扉体よりも下流側の前記水路の流量を検出する流量検出手段と、
前記流量検出手段の検出した流量に応じて前記ポンプ逆転水車の回転数を制御する制御手段と
を備える発電ゲート。
【請求項２】
前記ポンプ逆転水車は横軸軸流ポンプを水車として使用したものであり、
前記制御手段は、前記流量が増大する程前記ポンプ逆転水車の回転数を増加させる、請求項１に記載の発電用ゲート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水路を開閉可能に遮断するゲート扉体に配置したポンプ逆転水車で発電機を駆動する発電ゲートに関する。
【背景技術】
【０００２】
水路を開閉可能に遮断するゲート扉体にポンプ逆転水車を配置し、ゲート扉体前後の落差により回転させたポンプ逆転水車で発電機を駆動する発電ゲートが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、前記ポンプ逆転水車が回転数一定の固定速水車であると発電可能な流量範囲が狭い。そのため、発電可能な最小流量を小さく設定すると、発電可能な最大流量が小さくなり、比較的小流量の流量範囲でしか発電を行うことができない。逆に、発電可能な最大流量を大きく設定すると、発電可能な最小流量が大きくなり、比較的大流量の流量範囲でしか発電を行うことができない。従って、ポンプ逆転水車が固定速水車であるとゲート扉体前後の落差を有効に利用した効率的な発電を行うことができない。
【０００４】
また、ポンプ逆転水車が固定速水車であり、発電可能な最小流量を小さく設定した場合、ポンプ逆転水車を通過可能な最大流量が小さくなるので、水路からの溢水を防止するためにゲート扉体を頻繁に開放する必要がある。このゲート扉体を開閉するか否かの判断や、ゲート扉体の開閉操作を頻繁に行うのは煩雑である。
【特許文献１】特開２００３−１３８３８号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、広い流量範囲で発電が可能で、かつゲート扉体を頻繁に開放する必要のない発電ゲートを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、水路を開閉可能に遮断するゲート扉体と、前記ゲート扉体を貫通する流路に配置されたポンプ逆転水車と、前記ポンプ逆転水車の主軸にその回転軸が連結された発電機と、前記ゲート扉体よりも下流側の前記水路の流量を検出する流量検出手段と、前記流量検出手段の検出した流量に応じて前記ポンプ逆転水車の回転数を制御する制御手段とを備える発電ゲートを提供する。
【０００７】
本発明の発電ゲートでは、制御手段が流量に応じてポンプ逆転水車の回転数を制御するので、広い流量範囲での発電が可能である。すなわち、ポンプ逆転水車の回転数が一定である場合と比較して、発電可能な最小流量がより小流量となり、かつ発電可能な最大流量がより大流量となる。また、ポンプ逆転水車を通過可能な最大流量も増加する。
【０００８】
前記ポンプ逆転水車として高比速度の横軸軸流ポンプを使用する場合、回転数が高い程、発電可能な流量範囲の上限が大きくなる。従って、制御手段は流量が増加する程ポンプ逆転水車の回転数を上昇させる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の発電ゲートでは、流量に応じてポンプ逆転水車の回転数を制御するので、発電可能な流量範囲が広くなり効率的な発電が可能となる。また、流量に応じて前記ポンプ逆転水車の回転数を制御することでポンプ逆転水車を通過可能な最大流量が増加するので、ゲート扉体の開放が必要となる頻度が低下し、ゲート扉体開閉のための判断や操作の負担が軽減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１１】
図１に示すように、本発明の実施形態に係る発電ゲート１は、排水路、用水路等である水路２を開閉可能に遮断するゲート扉体３を備え、ゲート扉体３にはポンプ逆転水車４と水中発電機５が収容されている。ゲート扉体３より下流側１２の水路２には流量検出器（流量検出手段）６が配設されている。図１において７は制御盤である。
【００１２】
図２を併せて参照すると、ゲート扉体３は水路２に設けられた構造物８により上下方向に移動可能に支持されている。ゲート扉体３の上面にはスピンドル９の下端が連結されており、構造物８の上部に設けた手動式又は自動式の駆動装置（図示せず。）によりスピンドル９を介してゲート扉体３が昇降駆動される。ゲート扉体３の一方の側壁１０を構造物８に固定された図示しない水密ゴムに押し付けることで、ゲート扉体３の前後、すなわち水路２のゲート扉体３より上流側１１と下流側１２が遮断されている。
【００１３】
ゲート扉体３の上流側１１の側壁１０には流入口１３が設けられ、下流側１２の側壁１４には流出口１５が設けられている。また、ゲート扉体３の内部には、流入口１３と流出口１５と対応する位置に、ポンプ逆転水車４の台座であるテーパフランジ１６，１７がそれぞれ固定されている。
【００１４】
ポンプ逆転水車４は、横軸軸流ポンプを水車として使用するもので、両端開口の円筒状であるアウターケーシング２１を備えている。このアウターケーシング２１の両端がテーパフランジ１６，１７で支持されている。流入口１３からテーパフランジ１６、アウターケーシング２１、及びテーパフランジ１７を経て流出口１５に達し、ゲート扉体３を貫通して水路２の上流側１１と下流側１２を連通させる流路２２が形成されている。アウターケーシング２１内には水平方向に延びる主軸２３を回転自在に支持するためのインナーケーシング２４が配設されている。主軸２３の先端にはインペラ２５が固定されており、このインペラ２５はアウターケーシング２１（ゲート扉体３を貫通する流路２２）内に配置されている。流出口１５には逆流防止のためのフラップ弁２６が取り付けられている。
【００１５】
水中発電機５の回転軸２７は鉛直方向に延び、その下端が一対の傘歯歯車２８，２９によりポンプ逆転水車４の主軸２３に機械的に連結されている。また、水中発電機５は、回転軸２７に固定された回転子３１と、ケーシング３２に固定された固定子３３とを備えている。回転子３１には磁界発生用の永久磁石（図示せず。）が取り付けられている。一方、固定子３３には電力線３５に電気的に接続された出力発生用の巻線（図示せず。）が巻回されている。
【００１６】
前述のようにポンプ逆転水車４は比速度が大きい横軸軸流ポンプを水車として使用するものである。本実施形態のポンプ逆転水車４における有効落差Ｈと流量には図３に示す関係がある。この図３において、Ｌ１、Ｌ２、及びＬ３は、それぞれ回転数がＲ１、Ｒ２、及びＲ３（Ｒ３＞Ｒ２＞Ｒ１）である場合の有効落差Ｈと流量の関係（有効落差曲線）である。有効落差Ｈは図１に示すようにゲート扉体３より上流側１１の水路２の水位ＷＬ１と下流側１２の水位ＷＬ２の差で決まる。また、図３において破線は無拘束曲線を示す。有効落差曲線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３から明らかなように、回転数が異なると発電可能な流量範囲が異なり、回転数が高い程発電可能な流量範囲は大流量域にシフトする。換言すれば、回転数が高い程発電可能な流量範囲の下限と上限の両方が大きくなる。本実施形態では、回転数がＲ１、Ｒ２、及びＲ３の場合の発電可能な流量範囲は、それぞれＱ１〜Ｑ２、Ｑ２〜Ｑ３、及びＱ３〜Ｑ４（Ｑ１＜Ｑ２＜Ｑ３＜Ｑ４）である。
【００１７】
制御盤７は、電力線３５から図示しない負荷側に供給される電力の周波数調整等を行うための電力回路３７を備えている。また、制御盤７は、流量検出器６により検出された流量に応じて水中発電機５の回転数（水中発電機５に連結されたポンプ逆転水車４の回転数に比例する。）を制御する運転制御部（制御手段）３８を備えている。運転制御部３８が水中発電機５の回転数を制御する方法には、水中発電機５の形式等により種々の態様があるが、本実施形態では固定子３３が備える出力発生用の巻線に供給する電流の周波数を調節することで、回転数を制御している。永久磁石に代えて磁界発生用の巻線を回転子３１に設ける場合には、この巻線に供給する電流の周波数を調節することで、回転数を制御することができる。さらに、制御盤７は流量と回転数の関係を予め記憶した記憶部３９を備えている。
【００１８】
次に、この発電ゲート１の動作を説明する。ゲート扉体３の上流側１１の水位ＷＬ１が下流側１２の水位ＷＬ２よりも高い時には、図２において矢印Ｆで示すようにゲート扉体３を貫通する流路２２を上流側１１から下流側１２へ水が自然流下する。この自然流下によりポンプ逆転水車４のインペラ２５が主軸２３と共に回転し、主軸２３の回転が回転軸２７に伝達されることで水中発電機５が発電を行う。
【００１９】
流量検出器６の検出流量Ｑ’が所定の時間間隔で運転制御部３８に入力される。運転制御部３８は検出流量Ｑ’がＱ１以上Ｑ２未満範囲（図３参照）であれば、この流量範囲に最も適した回転数Ｒ１に水中発電機５（ポンプ逆転水車４）の回転数を設定する。検出流量Ｑ’がＱ２以上Ｑ３未満に増加した場合、運転制御部３８はこの流量範囲に最も適した回転数Ｒ２に水中発電機５の回転数を設定する。検出流量Ｑ’がさらに増加してＱ３以上Ｑ４以下となれば、運転制御部３８はこの流量範囲に最も適した回転数Ｒ３に水中発電機５の回転数を設定する。検出流量Ｑ’が減少する場合や、増減を繰り返す場合も同様であり、運転制御部３８は検出流量がＱ１以上Ｑ２未満であれば回転数Ｒ１、Ｑ２以上Ｑ３未満であれば回転数Ｒ２、Ｑ３以上Ｑ４以下であれば回転数Ｒ３に水中発電機５の回転数を設定する。
【００２０】
以上のように運転制御部３８が流量検出器６の検出流量Ｑ’に応じて水中発電機５（ポンプ逆転水車４）の回転数を制御するので、流量Ｑ１から流量Ｑ４に達する広い流量範囲での発電が可能である。仮にポンプ逆転水車が回転速度Ｒ２の固定速水車であるとすると、発電可能な流量範囲は流量Ｑ２から流量Ｑ３に過ぎない。これに対して本実施形態では水中発電機５（ポンプ逆転水車４）の回転数を制御することで、発電可能な最小流量はより小流量の流量Ｑ１となり、かつ発電可能な最大流量がより大流量の流量Ｑ４となる。従って、本実施形態の発電ゲート１はゲート扉体３前後の落差を有効に利用した効率的な発電を行うことができる。
【００２１】
前述のように回転速度Ｒ２の固定速水車であると、水路２の流量が流量Ｑ３を大きく上回れば、流量Ｑ４にまで達していなくても、溢水を防止するためにゲート扉体３を上昇して水路２を開放する必要がある。これに対して本実施形態では、運転制御部３８が水中発電機５の回転数を制御することで、ポンプ逆転水車４を通過可能な最大流量が少なくとも流量Ｑ４まで増加するので、ゲート扉体３の開放が必要となる頻度が低下し、ゲート扉体３の開閉のための判断や操作の負担が軽減される。
【００２２】
高比速度の横軸軸流ポンプをポンプ逆転水車として使用する場合を例に本発明を説明したが、ポンプ逆転水車として使用するポンプの形式は特に限定されない。例えば、低比速度の遠心形渦巻ポンプをポンプ逆転水車として使用してもよい。また、前記実施形態では発電機はゲート扉体内に収容された水中発電機であるが、ゲート扉体の水没しない位置に配置された陸上発電機であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態に係る発電ゲートを示す概略図。
【図２】ポンプ逆転水車及び発電機を示す部分拡大断面図。
【図３】ポンプ逆転水車の流量と有効落差の関係を示す線図。
【符号の説明】
【００２４】
１  発電ゲート
２  水路
３  ゲート扉体
４  ポンプ逆転水車
５  水中発電機
６  流量検出器
７  制御盤
８  構造物
９  スピンドル
１０，１４  側壁
１１  上流側
１２  下流側
１３  流入口
１５  流出口
１６，１７  テーパフランジ
２１  アウターケーシング
２２  流路
２３  主軸
２４  インナーケーシング
２５  インペラ
２６  フラップ弁
２７  回転軸
２８，２９  傘歯歯車
３１  回転子
３２  ケーシング
３３  固定子
３５  電力線
３７  電力回路
３８  運転制御部
３９  記憶部
【図１】
2005351246.tif 000003
【図２】
2005351246.tif 000004
【図３】
2005351246.tif 000005