(57)【要約】      （修正有）【課題】余水路を介して無駄に捨てていた水のエネルギを有効に利用することができる水力発電設備のジェットポンプシステムを提供する。【解決手段】排水ピット１４に貯留された水の中に一端部が浸漬された排水管１５と、排水管１５の軸方向に移動可能に配設されたノズル１３Ａを有するとともに、ノズル１３Ａの移動に伴いノズル１３Ａで開閉するように構成されたジェットポンプ１３と、ノズル１３Ａを排水管１５の軸方向に移動する移動機構１６と、ノズル１３Ａの先端から噴出させる水をジェットポンプ１３に導入させるとともに、ジェットポンプ１３の上流で二つの流路に分岐された後合流される第１および第２の分岐管路１８，１９が途中に介在された導入管路１７と、第１の分岐管路１８または第２の分岐管路１９の何れか一方に選択的に水を案内する切替弁２０と、第２の分岐管路１９に配設されて水で駆動される水車・発電機２１とを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排水ピットに貯留された水の中に一端部が浸漬された排水管と、
前記排水管の内部にその軸方向に配設されたノズルを有するとともに、前記ノズルから前記排水管内に噴出させる水流で形成される吸引力により前記排水ピットに貯留された水を汲み上げて吐出するジェットポンプと、
前記排水管の内周面と前記ノズルの外周面との間の流路を開閉する開閉弁機構と
前記ノズルの先端から噴出させる水を前記ジェットポンプに導入させるとともに、前記ジェットポンプの上流で二つの流路に分岐された後合流される第１および第２の分岐管路が途中に介在された導入管路と、
前記第１の分岐管路または前記第２の分岐管路の何れか一方に選択的に水を案内する切替弁と、
前記第２の分岐管路に配設されて前記第２の分岐管路を流通する水で駆動される水車・発電機と
を有することを特徴とする水力発電設備のジェットポンプシステム。
【請求項２】
請求項１に記載する水力発電設備のジェットポンプシステムにおいて、
前記開閉弁機構は、前記ノズルまたは前記排水管を軸方向に相対的に直線移動させる移動機構を有し、前記排水管の内周面と前記ノズルの外周面との間の前記流路の閉状態は前記移動機構による前記直線移動に伴いノズルの先端部の外周面を前記排水管の内周面に当接させることにより形成することを特徴とする水力発電設備のジェットポンプシステム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載する水力発電設備のジェットポンプにおいて、
前記導入管路は、水車を駆動するための水を水車に導入する導管における前記水車の上流側で前記導管にその入口が連通するように接続されていることを特徴とする水力発電設備のジェットポンプシステム。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか一つに記載する水力発電設備のジェットポンプの使用方法であって、
前記開閉弁機構により前記ノズルの外周面と前記排水管の内周面との間の流路を開状態にするとともに、前記切替弁の動作により前記第１の分岐管路に導入した水を前記ノズルを介して噴出させることにより前記排水ピットの水を前記ジェットポンプで汲み上げて排出する一方、
前記開閉弁機構により前記ノズルの外周面と前記排水管の内周面との間の流路を閉状態にするとともに、前記切替弁の動作により前記第２の分岐管路を介し前記ノズルを経て前記排水管に至る流路を流れる水により前記水車・発電機を駆動して電気エネルギを発生させることを特徴とする水力発電設備のジェットポンプの使用方法。
【請求項５】
河川から流れ込み式水路を介して取水した水を導管を介して水車に導入し、前記水車を駆動することで発電機を駆動して電気エネルギを発生させる水力発電設備であって、
前記導管の入口の上流で前記流れ込み式水路に連通して余剰の水を河川に戻す余水路と、
発電所建屋内の排水を貯留する排水ピットと、
前記排水ピットに貯留された水の中に排水管の一端部が浸漬された請求項１〜請求項３の何れか一つに記載するジェットポンプシステムを有することを特徴とする水力発電設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水力発電設備のジェットポンプシステムおよびその使用方法ならびに水力発電設備に関し、特に流れ込み式水力発電設備の発電所建屋内の排水ピットに溜まった水を、発電所建屋の構外に排出するためのジェットポンプを有する設備に適用して有用なものである。
【背景技術】
【０００２】
水力発電設備の一種として流れ込み式水力発電設備が知られている。流れ込み式水力発電設備は河川の水をそのまま発電所に引き込んで発電する方式である。このため、水を貯めることができない。そこで、渇水による減水時であって水車の最低発電水量を下回る量の水しか得られない場合には、発電機停止を余儀なくされる場合がある。この場合に流れ込み式水路に導入される水は、余水路から河川へ戻している。このため、電気エネルギに変換され得る水エネルギを無駄に捨てることになってしまう場合が生起される。
【０００３】
一方、この種の水力発電設備において水エネルギの電気エネルギへの変換効率を向上させることを目的とした従来技術として特許文献１がある。これは、水力発電所において水車を駆動するための水を貯留しておく水槽への水の流入が少ない渇水期においても高水位で運転することができ、その結果水エネルギを電気エネルギに効率よく変換し、水の有効利用を図るべく、水力発電所の前記水槽に貯留された水の水位を制御する制御装置を提案するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２８９４９７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１は、水力発電所の水槽に貯留された水の水位を制御する制御装置を提案するものであるため、前記流れ込み式水路から余水路を経て河川に戻される水のエネルギを有効利用することはできない。ちなみに、流れ込み式水路の水位は発電機停止中でも一定になるようにゲートの開閉により制御されている。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、例えば従来の水力発電設備において余水路を介して無駄に捨てていた水のエネルギを有効に利用することができる水力発電設備のジェットポンプシステムおよびその使用方法ならびに水力発電設備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】
【０００７】
上記目的を達成する本発明の第１の態様は、排水ピットに貯留された水の中に一端部が浸漬された排水管と、前記排水管の内部にその軸方向に配設されたノズルを有するとともに、前記ノズルから前記排水管内に噴出させる水流で形成される吸引力により前記排水ピットに貯留された水を汲み上げて吐出するジェットポンプと、前記排水管の内周面と前記ノズルの外周面との間の流路を開閉する開閉弁機構と前記ノズルの先端から噴出させる水を前記ジェットポンプに導入させるとともに、前記ジェットポンプの上流で二つの流路に分岐された後合流される第１および第２の分岐管路が途中に介在された導入管路と、前記第１の分岐管路または前記第２の分岐管路の何れか一方に選択的に水を案内する切替弁と、前記第２の分岐管路に配設されて前記第２の分岐管路を流通する水で駆動される水車・発電機とを有することを特徴とする水力発電設備のジェットポンプシステムにある。
【０００８】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載する水力発電設備のジェットポンプシステムにおいて、前記開閉弁機構は、前記ノズルまたは前記排水管を軸方向に相対的に直線移動させる移動機構を有し、前記排水管の内周面と前記ノズルの外周面との間の前記流路の閉状態は前記移動機構による前記直線移動に伴いノズルの先端部の外周面を前記排水管の内周面に当接させることにより形成することを特徴とする水力発電設備のジェットポンプシステムにある。
【０００９】
本発明の第３の態様は、第１または第２の態様に記載する水力発電設備のジェットポンプにおいて、前記導入管路は、水車を駆動するための水を水車に導入する導管における前記水車の上流側で前記導管にその入口が連通するように接続されていることを特徴とする水力発電設備のジェットポンプシステムにある。
【００１０】
本発明の第４の態様は、第１〜第３の態様の何れか一つに記載する水力発電設備のジェットポンプの使用方法であって、前記開閉弁機構により前記ノズルの外周面と前記排水管の内周面との間の流路を開状態にするとともに、前記切替弁の動作により前記第１の分岐管路に導入した水を前記ノズルを介して噴出させることにより前記排水ピットの水を前記ジェットポンプで汲み上げて排出する一方、前記開閉弁機構により前記ノズルの外周面と前記排水管の内周面との間の流路を閉状態にするとともに、前記切替弁の動作により前記第２の分岐管路を介し前記ノズルを経て前記排水管に至る流路を流れる水により前記水車・発電機を駆動して電気エネルギを発生させることを特徴とする水力発電設備のジェットポンプの使用方法にある。
【００１１】
本発明の第５の態様は、河川から流れ込み式水路を介して取水した水を導管を介して水車に導入し、前記水車を駆動することで発電機を駆動して電気エネルギを発生させる水力発電設備であって、前記導管の入口の上流で前記流れ込み式水路に連通して余剰の水を河川に戻す余水路と、発電所建屋内の排水を貯留する排水ピットと、前記排水ピットに貯留された水の中に排水管の一端部が浸漬された第１〜第３の態様の何れか一つに記載するジェットポンプシステムを有することを特徴とする水力発電設備にある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ジェットポンプシステムを本来の機能、すなわち電源を必要としない排水ポンプとしての機能を発揮させることができるばかりでなく、途中に水車・発電機が配設された水路としても機能させることができる。すなわち、排水ポンプのみならず、小水力の発電設備の一部としても機能するように構成したので、その分合理的な設備構成とすることができる。特に、流れ込み式水路を有する水力発電設備において、従来は無駄に余水路に流していた水のエネルギを前記小水力の発電設備の駆動源として有効利用することができるので、水力発電設備全体としての効率を向上させることができる。
【００１３】
この際、ジェットポンプ自体は既存の設備を利用し、これを改造するだけで対処できるのでコスト面でのメリットも大きい。さらに、従来では巡回時や点検時以外には使用されていない使用頻度が少ない機器であるジェットポンプの有効利用を図ることもできる。ちなみに、従来の水力発電設備における排水ピットの水は、所内電力を利用して動作させる排水ポンプで排水していた。ジェットポンプは停電等により所内電力が得られない場合に限って運転していた。そこで、本発明によれば、従来設備が具備していた所内電力を利用した排水ポンプを省略することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に係るジェットポンプシステムを有する水力発電設備を概念的に示す構成図である。
【図２】図１のＡ部分であるジェットポンプシステムを抽出拡大して示す構成図である（排水モード）。
【図３】図１のＡ部分であるジェットポンプシステムを抽出拡大して示す構成図である（発電モード）。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１６】
図１は本発明の実施の形態に係るジェットポンプシステムを有する水力発電設備を概念的に示す構成図である。同図に示すように、発電機１を駆動する原動機として機能する水車２は、導管３を介して供給される水エネルギにより回転され、発電機１を回転させて電気エネルギに変換する。発電により得る電気エネルギは送電線４を介して需要地へと送電され、その一部が発電所建屋５内の各種電気設備に供給される。一方、水車２で仕事をした水は放水口６から放水される。
【００１７】
導管３には河川８からの水が流れ込み式水路７を介して導入される。流れ込み式水路７は河川８から流入する水の水量を取水ゲート１０で調整することで水位が一定に保たれる。渇水による減水時であって水車２の最低発電水量を下回る量の水しか河川８から得られない場合には、導管３の途中に介在させた入口弁１１を閉じて水車２の運転を停止するとともに、余剰の水は導管３の入口の上流で流れ込み式水路７に連通する余水路１２を介して河川８に戻すようになっている。かかる余剰の水は、従来は全部余水路１２を介して河川８に戻していたが、本形態ではその一部をジェットポンプシステムＩで有効利用することが可能な構造となっている。かかるジェットポンプシステムＩを図２及び図３を追加してさらに詳細に説明する。
【００１８】
図２、図３は、図１のＡ部分を抽出拡大して示す構成図である。両図に示すように、ジェットポンプ１３は、ノズル１３Ａから高圧で水を噴出させ、このとき生じる真空を利用して排水ピット１４に貯留された水を排水管１５内に吸い込み、吐出させ、排水管１５を介して発電所建屋５の構外に排出するものである。したがって、排水管１５の一端部は排水ピット１４内に貯留された水の中に浸漬されている。ここで、排水ピット１４内の水位は水位計９で計測するようになっている。
【００１９】
本形態に係るジェットポンプ１３のノズル１３Ａは排水管１５と同軸で、しかも排水管１５の軸方向に移動可能に排水管１５の内部に配設されている。ノズル１３Ａは移動機構１６により移動される。ここで、図２に示す場合には、ノズル１３Ａの外周面と排水管１５の内周面との間の流路が開放されており、排水ピット１４に貯留された水をジェットポンプ１３で汲み上げ得る状態となっている。一方、図３に示す場合には、ノズル１３Ａの外周面が排水管１５の内周面に当接されてノズル１３Ａの外周面と排水管１５の内周面との間の流路が閉塞されるようになっている。ここで、ノズル１３Ａは軸方向に沿い先端に向かって径が漸減するテーパー形状となっており、かかるテーパー形状に合わせて排水管１５の対応する部分がテーパー形状に絞られた狭窄部となっている。かくして移動機構１６によりノズル１３Ａが図中上方向に移動された場合にノズル１３Ａの外周面が排水管１５の内周面に当接して両者の間の流路が閉塞され、かかる状態から移動機構１６によりノズル１３Ａが図中下方向に移動された場合には、ノズル１３Ａの外周面と排水管１５の内周面との間の流路が開放される構造となっている。すなわち、本形態においては、排水管１５の内周面とノズル１３Ａの外周面とで、排水管１５の内周面とノズル１３Ａの外周面との間の流路を開閉する開閉弁機構を形成している。ここで、ノズル１３Ａの先端部の外周面にはゴム等の弾性部材で形成するパッキンを貼付しておけば、排水管１５の内周面にノズル１３Ａの外周面を当接させた状態における両者間の水密構造を良好に確保し得る。
【００２０】
導入管路１７は、導管３における水車２の上流側で導管３にその入口が連通するように接続されており、ノズル１３Ａの先端から噴出させる水をジェットポンプ１３に導入させるとともに、ジェットポンプ１３の上流で二つの流路に分岐された後合流される第１および第２の分岐管路１８，１９が途中に介在されている。第１および第２の分岐管路１８，１９の上流側には第１の分岐管路１８または第２の分岐管路１９の何れか一方に選択的に水を案内する切替弁２０が配設されている。また、第２の分岐管路１９には、この第２の分岐管路１９を流通する水で駆動される小水力の水車・発電機２１が配設してある。開閉弁２２は切替弁２０の上流側で導入管路１７に配設されている。開閉弁２２を開放することにより導管３の水を導入管路１７に導入することができる。
【００２１】
かかるジェットポンプシステムＩは図２に示すポンプモードと図３に示す発電モードの何れかで運転される。図２に基づきポンプモードの運転を説明する。同図に示すように、ポンプモードとはジェットポンプ１３を排水ピット１４の水を排出する排水ポンプとして機能させるモードである。このポンプモードではノズル１３Ａが図に示すポンプＰの位置にある。この位置ではノズル１３Ａの外周面と排水管１５の内周面との間には排水ピット１４内に連通する流路が形成されている。一方、開閉弁２２は開状態となって導管３から水が供給される状態となっている。また、切替弁２０は第１の分岐管路１８を選択している。
【００２２】
かくして導管３から導入管路１７に導入された水が、第１の分岐管路１８を介してジェットポンプ１３に至りノズル１３Ａの先端から排水管１５内に吐出される。この結果、ノズル１３Ａの先端部近傍の排水管１５内が負圧となり、排水ピット１４に貯留されている水が汲み上げられ、排水管１５を介して構外に排出される。すなわち、図２中に矢印で示すようなノズル１３Ａの先端部からの吐出水流により、同様に矢印で示すような排水ピット１４から排水管１５に向かう水流が形成される。
【００２３】
図３に基づき発電モードを説明する。同図に示すように、ポンプＰの位置にあるノズル１３Ａを移動機構１６でその軸方向に図中の発電Ｇの位置まで移動させると、ノズル１３Ａの外周面が排水管１５の内周面に当接する結果、排水ピット１４から排水管１５に至る流路が閉塞される。かかる状態で切替弁２０が第２の分岐管路１９を選択するように切替えると導管３から導入された水は、開閉弁２２を介し切替弁２０、第２の分岐管路１９、ジェットポンプ１３のノズル１３Ａを経て排水管１５に至る。すなわち、発電モードではジェットポンプ１３は導管３から導入される水の単なる流路となる。このとき、第２の分岐管路１９には水車・発電機２１が配設してあるので、この水車・発電機２１が駆動されて電気エネルギを発生する。すなわち、小水力の発電設備として機能する。
【００２４】
ここで、発電モードへの切替を、入口弁１１を閉塞して水車の運転を停止するとともに流れ込み式水路７から余水路１２へ余剰水を流し込むタイミングと同期させておけば、従来構造では余水路１２へ流れ込むべき一部の水を利用して水車・発電機２１を駆動して電気エネルギを得ることができる。すなわち、従来無駄に捨てていた水エネルギの一部を電気エネルギに変換して回収することができる。
【００２５】
一方、水位計９で計測している排水ピット１４の水位が所定の閾値に達した時点で排水モードとすることもでき、この場合には従来の発電設備が具備していた排水ポンプを省略できるばかりでなく、ジェットポンプ１３の今まで以上の有効利用を図ることもできる。
【００２６】
なお、上述の実施の形態においては、移動機構１６でノズル１３Ａの排水管１５に対する相対的な位置を変えることで、排水モードと発電モードを切り分ける開閉弁機構を形成したが、これに限るものでは、勿論ない。ノズル１３Ａと排水管１５との間に排水ピット１４との間の流路を開閉する弁機構が形成されていれば良い。
【００２７】
また、余水路１２に余剰水を流入させるタイミングと発電モードを開始するタイミングとを同期させる必要は必ずしもない。同期させた場合には、上述の如き水エネルギの無駄な廃棄を防止できるが、同期させなくても従来に比べてジェットポンプシステムの使用頻度を向上させ、総合的な設備の使用効率を向上させる等、固有の効果を奏することは可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は水車発電機により電力を供給する産業分野において利用することができる。
【符号の説明】
【００２９】
Ｉ                    ジェットポンプシステム
１                    発電機
２                    水車
３                    導管
７                    流れ込み式水路
８                    河川
１２                    余水路
１３                    ジェットポンプ
１３Ａ                  ノズル
１４                    排水ピット
１５                    排水管
１６                    移動機構
１７                    導入管路
１８                    第１の分岐管路
１９                    第２の分岐管路
２０                    切替弁
２１                    水車・発電機
【図１】
2012127242.tif 000003
【図２】
2012127242.tif 000004
【図３】
2012127242.tif 000005