(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電用の水車と、該水車の下方に形成されたドラフト領域と、該水車等の設備からの漏水が貯留される排水漕と、を備えた水力発電所内で、前記排水漕に貯留される水を外部に除水する除水システムにおいて、
前記ドラフト領域内と前記排水漕を連通させる連通管を設けたことを特徴とする除水システム。
【請求項２】
前記排水漕に設けられている漏油検知器により漏油が検知された際に前記連通管を閉塞する開閉手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の除水システム。
【請求項３】
前記開閉手段は、
前記連通管を開け閉めする開閉弁と、
前記水車の運転中において前記開閉弁を開放し、前記水車の停止時には開閉弁を閉塞するように前記開閉弁の開閉制御を行う制御手段と、
を備えたことを特徴とする請求項２に記載の除水システム。
【請求項４】
前記連通管には、逆止弁が設けられたことを特徴とする請求項２又は３の何れか1項に記載の除水システム。
【請求項５】
発電用の水車と、該水車の下方に形成されたドラフト領域と、該水車からの漏水が貯留される排水漕と、を備えた水力発電所内で、前記排水漕に貯留される水を外部に除水する除水方法において、
前記ドラフト領域内と前記排水漕を連通させる連通管を設け、前記水車の運転により前記ドラフト領域内に生じる負圧により前記排水漕に貯留された漏水を該ドラフト領域に吸引し、前記発電所外部に除水することを特徴とする除水方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、除水システム及び除水方法に関し、特に、水力発電所内において排水漕に貯留される漏水を発電所屋外に除水する除水システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５は、従来の水力発電所の構成を説明する図である。水力発電所１０には、ダム等、水を貯留する図示しない上池と、この上池から供給される水の落差エネルギーを利用して回転する発電用水車１２と、発電用水車１２に主軸５２を介して接続された発電機５０と、を備え、水力発電所１０の最深部には該水車１２等の設備からの漏水を貯留する部分である排水漕１６として構成されている。このような水力発電所では、上池から供給された水の落差エネルギーで発電用水車１２が回転し、この回転エネルギーを用いて発電機５０により発電が行われる。また、発電用水車１２の回転駆動に使用された水は、該発電用水車１２の下部に設けられたドラフト管１４より吸い込まれ発電所１０外部に排出される。
【０００３】
そして、排水漕１６には、貯留した漏水を発電所１０外部に除水するための電力駆動式除水ポンプ（常用ポンプ）３０、電力駆動式予備除水ポンプ（予備ポンプ）３２、及びジェットポンプ３４が設けられている。通常、排水漕１６に貯留する漏水は、常用ポンプ３０や予備ポンプ３２を用いて外部に除水されるが、例えば、発電所内停電や漏水の貯留スピードが高く除水ポンプ３０、３２だけでは除水が間に合わない場合などにおいて、ジェットポンプ３４が補助的に用いられる。また、排水漕１６内に設けられている漏油検知器４０により、漏油が検知された場合には、油を発電所１０外部に流出させないために、排水漕１６に漏水が貯留している状態であっても各ポンプ３０、３２、３４の稼働が一旦停止される。
【０００４】
一方で、発電用の発電用水車１２は、例えば、２５７ｍｉｎ−１〜９００ｍｉｎ−１の高速で回転するものであり、このような高速回転にともないドラフト管１４に負圧が生じ、水車の異常振動等を発生する恐れがある。これを防止するためドラフト管１４内の負圧が解消されるように加圧を行う必要がある。このドラフト管１４内の加圧は、該ドラフト管１４に外部と連通する管を設けてドラフト管内を外気と接触させたり、特に、ドラフト管１４の圧力低下が著しい場合には、ドラフト管１４内を加圧する装置を別途用いたりして行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２０２０４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のような水力発電所においては、電力駆動式除水ポンプ３０、及び予備電動式除水ポンプ３２は、漏水が多量に貯留し必要排水量が多くなると稼働時の電力消費が高くなる。このようなポンプ稼働のための多量の電力消費に対して改善が望まれるべきものであった。
【０００７】
一方で、上述のように、ドラフト管の圧力低下を緩和するためにドラフト管に外部と連通する管を設ける場合では、ドラフト管内の負圧解消効果が十分でないことがあり、水車の異常振動を防ぎきれない恐れがある。また、ドラフト管内の加圧する装置を別途用いれば、該装置を駆動させるための電力消費も発生する。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、排水漕内の除水用ポンプ等の除水装置の駆動のための電力消費を押さえつつ、ドラフト領域内に生じる負圧の解消にも寄与することのできる除水システム及び除水方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために請求項１に記載の除水システムは、発電用の水車と、該水車の下方に形成されたドラフト領域と、漏水が貯留される排水漕と、を備えた水力発電所内で、前記排水漕に貯留される水を外部に除水する除水システムにおいて、前記ドラフト領域内と前記排水漕を連通させる連通管を設けたことを特徴とする。
【００１０】
これによれば、連通管を介して発電時に回転している水車により、ドラフト領域に生成する負圧状態を利用して、排水漕に貯留した漏水を吸引することができる。従って、このドラフト領域の負圧を利用した漏水の吸引により、電気駆動式ポンプ等の除水装置による除水に代わる、或いは除水装置を補助し、該除水装置稼働のための消費電力を削減することができる。また、このようにドラフト領域に生成される負圧を、漏水の引き上げに用いることで該ドラフト領域の負圧状態が緩和される。すなわち、上述のドラフト領域における負圧解消にも寄与する。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の除水システムにおいて、前記排水漕に設けられている漏油検知器により漏油が検知された際に前記連通管を閉塞する開閉手段を備えたことを特徴とする。
【００１２】
これにより、排水漕内で漏油が検知された場合には、連通管が閉塞されて上記ドラフト領域の負圧を用いた漏水の除水が停止されることとなるので、ドラフト領域からの漏油の発電所外部への流出を防止することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の除水システムにおいて、前記開閉手段は、前記連通管を開け閉めする開閉弁と、前記水車の運転中において前記開閉弁を開放し、前記水車の停止時には開閉弁を閉塞するように前記開閉弁の開閉制御を行う制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
これによれば、水車運転中には開閉弁開放することで、ドラフト領域の負圧を用いた除水による上記電力駆動式除水ポンプの補助を確実に行うことができる。一方で、例えば、排水漕における水位が予め定められた基準値以上となることで発電所の主機が停止され、水車の運転が停止された場合には、開閉弁を閉塞して上記負圧を用いた除水が停止される。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の除水方法において、前記連通管には、逆止弁が設けられたことを特徴とする。これにより、例えば、水車の運転が停止して、ドラフト領域内の負圧状態が解消されつつある場合などに、ドラフト領域側から排水槽側に漏水が逆流することを防止することができる。
【００１６】
また、請求項５に記載の除水方法は、発電用の水車と、該水車の下方に形成されたドラフト領域と、該水車からの漏水が貯留される排水漕と、を備えた水力発電所内で、前記排水漕に貯留される水を外部に除水する除水方法において、前記ドラフト領域内と前記排水漕を連通させる連通管を設け、前記水車の運転により前記ドラフト領域内に生じる負圧により前記排水漕に貯留された漏水を該ドラフト領域に吸引し、前記発電所外部に除水することを特徴とする。
【００１７】
これによれば、連通管を介して発電時に回転している水車により、ドラフト領域に生成する負圧状態を利用して、排水漕に貯留した漏水を吸引することができる。従って、このドラフト領域の負圧を利用した漏水の吸引により、電気駆動式ポンプ等の除水装置による除水に代わる、或いは除水装置を補助し、該除水装置稼働のための消費電力を削減することができる。また、このようにドラフト領域に生成される負圧を、漏水の引き上げに用いることで該ドラフト領域の負圧状態が緩和される。すなわち、上述のドラフト領域における負圧解消にも寄与する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、連通管を介して発電時に回転している水車により、ドラフト領域に生成する負圧状態を利用して、排水漕に貯留した漏水を吸引することができる。従って、このドラフト領域の負圧を利用した漏水の吸引により、電気駆動式ポンプ等の除水装置による除水に代わる、或いは除水装置を補助し、該除水装置稼働のための消費電力を削減することができる。また、このようにドラフト領域に生成される負圧を、漏水の引き上げに用いることで該ドラフト領域の負圧状態が緩和される。
【００１９】
すなわち、発電用水車の運転によりドラフト領域に必然的に生じる負圧によるポンプ効果を利用して排水漕に貯留する漏水の排出を行うことで、排水漕に貯留する漏水を除水するための既存の除水設備の稼働電力を低減することができる上に、該ドラフト領域の負圧状態も緩和され、負圧による水車の異常振動も軽減される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施の形態にかかる水力発電所の概略構成を示す図である。
【図２】本実施の形態にかかる排水の制御を行うための構成を説明するブロック図である。
【図３】本実施の形態にかかる除水方法の制御態様を示すフローチャートである。
【図４】排水漕内で漏油が検知された際の処理を示すフローチャートである。
【図５】従来技術を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明にかかる実施の形態について図面を参照にして詳細に説明する。図１は、本実施の形態にかかる水力発電所の概略構成を説明する図であり、図２は、除水制御を行うためのハードウェア構成を説明するブロック図である。図示のように、本実施の形態にかかる発電所１０は、図示しないダム等の発電所上部の上地から供給される水の落差エネルギーにより回転する発電用水車１２と、発電用水車１２に主軸５２を介して接続された発電機５０と、発電用水車１２の下方に形成されたドラフト管１４と、発電用水車１２からの漏水が貯留する排水漕１６と、常用ポンプ３０と、予備ポンプ３２と、ジェットポンプ３４と、漏油検知器４０を備える点で、上述した従来の水力発電所の構成と共通する。従って、この共通する構成の詳細な説明は省略する。
【００２２】
なお、発電用水車１２は、例えば、ステンレス鋳鋼等の金属材料により形成される複数のランナー羽根を備え、回転中心部に流れ込む水の水流によりこのランナー羽根が押されることで回転するフランシス水車等により構成され、主軸５２を回転軸として水平面上で回転するものである。また、本実施の形態では、この発電用水車１２が運転しているか否かを検知する水車運転検知手段４２が設けられている。
【００２３】
そして、本実施の形態では、ドラフト管１４と排水漕１６下方の排水ピット１６ａを連通させる状態で連通管２０が設けられている。特に、本実施の形態における連通管２０は、ドラフト管１４内部における水車１２の直下位置から、排水ピット１６ａにおける基準水位ＨＷＬ１（後述する）よりも下方の部分に連通している。この連通管２０には、後述の制御手段４６による制御信号に基づいて連通管２０を開け閉めする電磁弁２２と、ドラフト管１４側から排水漕１６側に水が逆流することを防止する逆止弁２４が設けられている。なお、電磁弁２２の開閉制御については、後に詳細に説明する。
【００２４】
また、排水漕１６は、各ポンプ３０、３２、３４の停止、及び電磁弁２２の閉塞を行う基準となる基準水位ＨＷＬ０、常用ポンプ３０を稼働させる基準となる基準水位ＨＷＬ１、予備ポンプ３２を稼働させる基準となる基準水位ＨＷＬ２、ジェットポンプ３４を稼働させる基準となる基準水位ＨＷＬ３が設定され、更に、排水漕１６の排水ピット１６ａの上方において、発電所１０の主機を停止させる基準となる基準水位ＨＷＬ４、排水層１６内で漏油が検知された際に各ポンプ３０、３２、３４の停止を行う基準となる基準水位ＨＷＬ５′、排水層１６内で漏油が検知された際に各ポンプ３０、３２、３４の稼働再開の基準となる基準水位ＨＷＬ５、発電所１０設備の全停電を実行する基準となる基準水位ＨＷＬ６が設定されている。
【００２５】
また、排水漕１６には、貯留されている漏水がこれらの基準水位に達したことを検知する水位計４４が設けられている。そして、本システムは、水位計４４による水位情報、水車運転検知手段４２による水車が運転されているかどうかの情報、及び漏油検知器４０による漏油の検知情報を受信し、該これら情報に応じて各ポンプ３０、３２、３４や電動弁２２の開閉制御を行う制御手段４６が設けられている。なお、本実施の形態では、制御手段４６は、発電用水車１２の停止中及び排水漕内で漏油が検知された場合において電動弁２２を閉塞するように制御を行う。
【００２６】
以上の構成により、本実施の形態では、排水漕１６からは、常用ポンプ３０、予備ポンプ３２、及びジェットポンプ３４による除水に加え、連通管２０を介して発電用水車１２の運転によりドラフト管１４内に生じた負圧を用いて排水漕１６の除水を行うことが可能となっている。
【００２７】
以下、本実施の形態にかかる漏水の除水方法の詳細な制御、すなわち、制御手段４６により行われる各ポンプ３０、３２、３４の稼働及び電磁弁２２の開閉の制御について説明する。図３は、本実施の形態にかかる除水方法の制御態様を示すフローチャートである。
【００２８】
図示のように、先ず、ステップＳ１０１において、現在の排水漕１６における水位が、基準水位ＨＷＬ１以上となると、ステップＳ１０２において、漏油検知の判定が行われる。
【００２９】
そして、漏油が検知されない場合、ステップＳ１０３において、発電用水車１２の運転状況が判定される。発電用水車１２が運転していないと判断されると、後述のステップＳ１０８に進む。
【００３０】
発電用水車１２が運転していると判断されると、ステップＳ１０４において、電磁弁２２が開放される。このように、電磁弁２２が開放されることでドラフト管１４と排水漕１６内が連通状態となる。排水漕１６の圧力は、略大気圧程度であり、ドラフト管１４内には発電用水車１２の回転により負圧となっている。従って、ドラフト管１４と排水漕１６が連通状態となると、この圧力差により排水漕１６に貯留している漏水はドラフト管１４に引き上げられる。
【００３１】
そして、上述のように電磁弁２２の開放が行われると、ステップＳ１０５において、現在の排水漕１６における水位が、基準水位ＨＷＬ２以上であるかどうかが判定される。排水漕１６の水位が基準水位ＨＷＬ２以上ではないと判断されると、ステップＳ１０６において、水位が基準水位ＨＷＬ０以下となるまで、電磁弁２２を開放した状態が保たれ、上記ドラフト管１４の負圧による排水漕１６の漏水の吸引が行われる。この漏水の吸引によって、排水漕１６の水位が基準水位ＨＷＬ０以下となると、ステップＳ１０７において電磁弁２２が閉塞され、処理が終了する。
【００３２】
一方、排水漕１６の水位が基準水位ＨＷＬ２以上であると判断される（ステップＳ１０５）と、ステップＳ１０８において常用ポンプ３０が稼働される。なお、上述のステップＳ１０３において発電用水車１２が運転していないと判断された場合も、同様に常用ポンプ３０が稼働される。
【００３３】
そして、このように常用ポンプ３０が稼働されると、ステップＳ１０９において、現在の排水漕１６における水位が、基準水位ＨＷＬ２以上であるかどうかが判定される。排水漕１６の水位が基準水位ＨＷＬ２以上ではないと判断されると、ステップＳ１１０において、排水漕１６の水位が基準水位ＨＷＬ０以下となるまで、常用ポンプ３０の稼働、電磁弁２２を開放状態が維持される。なお、ステップＳ１０３において発電用水車１２が運転していないと判断されていた場合は、電磁弁２２は閉塞状態に保たれたままである。
【００３４】
そして、排水漕１６の水位が基準水位ＨＷＬ０以下となると、ステップＳ１１１において、常用ポンプ３０が停止され、電磁弁２２が開放している場合にはそれが閉塞され、除水が終了する。
【００３５】
一方、排水漕１６の水位が基準水位ＨＷＬ２以上であると判断されると（ステップＳ１０９）、ステップＳ１１２において予備ポンプ３２が稼働される。
【００３６】
そして、このように予備ポンプ３２が稼働されて予め定められた時間が経過した後に、ステップＳ１１３において、現在の排水漕１６における水位が、基準水位ＨＷＬ３以上であるかどうかが判定される。
【００３７】
排水漕１６の水位が基準水位ＨＷＬ３以上ではないと判断されると、ステップＳ１１４において、排水漕１６の水位が基準水位ＨＷＬ０以下となるまで、常用ポンプ３０及び予備ポンプ３２の稼働、電磁弁２２の開放状態が維持される。なお、ステップＳ１０３において発電用水車１２が運転していないと判断されていた場合は、電磁弁２２は閉塞状態に保たれたままである。
【００３８】
そして、排水漕１６の水位が基準水位ＨＷＬ０以下となると、ステップＳ１１５において、常用ポンプ３０及び予備ポンプ３２が停止され、電磁弁２２が開放している場合にはそれが閉塞され、除水が終了する。
【００３９】
一方、排水漕１６の水位が基準水位ＨＷＬ３以上であると判断されると（ステップＳ１１３）、ステップＳ１１６においてジェットポンプ３４が稼働される。
【００４０】
そして、このようにジェットポンプ３４が稼働された後に、ステップＳ１１７において、現在の排水漕１６における水位が、基準水位ＨＷＬ４以上であるかどうかが判定される。
【００４１】
排水漕１６の水位が基準水位ＨＷＬ４以上ではないと判断されると、ステップＳ１１８において、排水漕１６の水位が基準水位ＨＷＬ０以下となるまで、常用ポンプ３０、予備ポンプ３２、及びジェットポンプ３４の稼働、及び電磁弁２２の開放状態が維持される。
【００４２】
なお、ステップＳ１０２において発電用水車１２が運転していないと判断されていた場合には、電磁弁２２は閉塞状態に保たれたままである。
【００４３】
排水漕１６の水位が基準水位ＨＷＬ０以下となると、ステップＳ１１９において、常用ポンプ３０及び予備ポンプ３２が停止され、電磁弁２２が開放している場合にはそれが閉塞され、除水が終了する。
【００４４】
一方、排水漕１６の水位が基準水位ＨＷＬ４以上であると判断されると（ステップＳ１１７）、ステップＳ１２０において発電所１０の主機が停止され、発電用水車１２が停止される。すなわち、発電用水車１２からの漏水が生じないようにする。従って、電磁弁２２が閉塞され、ジェットポンプ３４などの主機の停止に影響されない装置（発電用水車１２の運転により生成された電力を用いない装置）を用いた除水が行われる。なお、常用ポンプ３０、及び予備ポンプ３２が、発電所内の他の電力系統から受電して稼働するように構成されている場合には、主機が停止されてもこれら常用ポンプ３０及び予備ポンプ３２を用いた除水が可能である。更に、現在の排水漕１６における水位が、基準水位ＨＷＬ６以上であると判断された場合には、発電所１０の全設備の停電が行われる。これは水位が危険レベルに達したことにより高圧短絡による火災発生等の災害を防止するための緊急措置である。
【００４５】
一方、上記ステップＳ１０２において漏油検知器４０により漏油が検知された場合について説明する。漏油が検知されると、漏油処理であるステップＳ２０１〜ステップＳ２０７の処理が行われる。
【００４６】
図４は、漏油処理時における制御態様を示すフローチャートである。図示のように、漏油が検知されると、ステップＳ２０１において、各ポンプ３０、３２、３４の稼働が全て停止され、電磁弁２２が閉塞される。すなわち、排水漕１６内の除水が一切停止された状態となる。これは、油を含む漏水を発電所１０の外部に放出しないための措置である。
【００４７】
そして、ステップＳ２０２において、水位が基準水位ＨＷＬ５に達するまで、上記除水停止の状態が維持される。
【００４８】
そして、水位が基準水位ＨＷＬ５に達すると、ステップＳ２０３において、常用ポンプ３０、予備ポンプ３２、及びジェットポンプ３４が稼働される。すなわち、除水が再開される。
【００４９】
このように、除水を再開した理由は、水位が基準水位ＨＷＬ５に達したことにより比重の小さい油が水面付近に浮上することで排水ピット１６ａの部分には残らなくなり、常用ポンプ３０、予備ポンプ３２、及びジェットポンプ３４を用いた除水を行っても油が発電所１０外部に流出しないからである。
【００５０】
そして、ステップＳ２０３の後に、ステップＳ２０４において排水漕１６の水位が基準水位ＨＷＬ５′に達するまで、常用ポンプ３０、予備ポンプ３２、及びジェットポンプ３４による除水が行われる。
【００５１】
その後、排水漕１６の水位が基準水位ＨＷＬ５′に達すると、ステップＳ２０５において、常用ポンプ３０、予備ポンプ３２、及びジェットポンプ３４の停止が行われ、除水が停止される。
【００５２】
その後、排水漕１６内に貯留する漏水の除油作業が行われた後に、再びステップＳ１０２に進む。
【００５３】
以上のように、本実施の形態では、ドラフト管１４と排水漕１６とを連通する連通管２０を介して、発電用水車１２の運転によりドラフト管１４に必然的に生じる負圧状態を利用し、排水漕１６に貯留した漏水をドラフト管１４に引き上げることができる。従って、このドラフト管１４に生じる負圧による漏水の引き上げで常用ポンプ３０、及び予備ポンプ３２を補助し、該ポンプ３０、３２を稼働させるための消費電力の低減を図ることができる。
【００５４】
また、このようにドラフト管１４に生成される負圧を漏水の引き上げに用いることで該ドラフト管１４の負圧状態が緩和される、すなわち、従来のドラフト管１４領域における負圧解消にも寄与する。
【００５５】
また、本実施の形態では、排水漕１６に設けられている漏油検知器４０により漏油が検知された際に電磁弁２２を閉塞する（ステップＳ２０１参照）ので、排水漕１６内で漏油が検知されたドラフト管１４を介して油が発電所１０外部に流出する恐れがあると考えられる場合には、電磁弁２２を閉じて上記ドラフト管１４の負圧を用いた漏水の除水が停止され、ドラフト管１４からの漏油の発電所１０外部への流出が防止される。
【００５６】
特に、本実施の形態では、電磁弁２２は、基本的に、発電用水車１２が運転している場合に開放され、水車の停止時及び漏油検知において電磁弁２２を閉塞するように制御されている。従って、ドラフト管１４の負圧を用いた除水の実行及び停止を必要に応じて適切に切り替えることができる。また、連通管２０に設けられた逆止弁２４により、排水漕１６からドラフト管１４への漏水の逆流も防止される。
【００５７】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で種々の変更が可能である。例えば、本実施の形態では、本実施の形態では、ドラフト管１４の負圧を利用した除水により、及び各ポンプ３０、３２、３４を用いた除水を補助した場合について説明したが、これに限られるものではなく、排水漕１６での漏水の貯留速度がそれほど高くない場合などにおいて、各ポンプ３０、３２、３４を用いず、ドラフト管１４の負圧を利用した除水のみを行うようにしても良い。この場合、負圧による吸引力を補助するための種々の補助装置を用いても良い。
【符号の説明】
【００５８】
１０        発電所
１２        発電用水車
１４        ドラフト管
１６        排水漕
２０        連通管
２２        電磁弁（開閉弁）
２４        逆止弁
３０        常用ポンプ（電力駆動式除水ポンプ）
３２        予備ポンプ（電力駆動式除水ポンプ）
４０        漏油検知器（漏油検知手段）
４２        水車運転状態検知手段
４４        水位検知手段
【図１】
0005241875.tif 000002
【図２】
0005241875.tif 000003
【図３】
0005241875.tif 000004
【図４】
0005241875.tif 000005
【図５】
0005241875.tif 000006