(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽根車の周囲に配置された複数の独立した流出口を有する水力発電装置において、前記各流出口に連結された導水管と、この各導水管に対応して設けられ互いに堰によって区切られている複数の取水口とを具備することを特徴とする水力発電装置の流量調整装置。
【請求項２】
前記複数の取水口は、取水堰の下流側に上流側から下流側に向かって配置されていることを特徴とする請求項１記載の水力発電装置の流量調整装置。
【請求項３】
羽根車の周囲に複数の流出口が配置されている水力発電装置の水の流出量調整方法において、取水堰から流入する水を段階的に分割し、複数の取水口へ各分割された水を流入せしめ、前記複数の取水口毎に各々導水管にて水を導水し、前記各導水管毎に連結された流出口から対応する前記取水口に貯水された水量に応じた流水量を前記各流出口から対応する羽根車へ噴射させることを特徴とする水力発電装置の流量調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、羽根車の周囲に複数の流出口が配置された水力発電装置の流量調整装置及び調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、水力発電設備では可動式の流量調整装置により取水口の流入量に応じて流量調整を行なっていた。すなわち、羽根車の周囲に複数の流出口が配置された水力発電装置においては、取水口が単一であり、従って単一の導水管で水力発電装置近傍まで水を導水し、その後、単一の導水管は水力発電装置近傍にて複数の導水管に分かれ、分割された各導水管の先端は複数の導水口に連結されている。単一の取水口の水量に応じて各流出口からの噴射水量が変動するため、流出口に設けられたノズルのニードル弁等によって噴射量を調整する流量調整装置によって調整するように構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
取水口への流入量に応じて流量調整装置を動かすには取水口の水位を検出し、検出した水位に応じて流量調整装置を動かす制御回路と制御機構が必要であった。このシステムはかなり大掛かりなシステムとなり、特に小型の水力発電設備においては適用が困難であった。また、取水口の水位が減少した場合には有効落差を保持できなくなることもあり、改善が求められている。
【０００４】
本発明は、このような従来の問題点を簡単な構成によって解決する水力発電装置の流量調整装置及び調整方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる請求項１に記載の水力発電装置の流量調整装置は、羽根車の周囲に配置された複数の独立した流出口を有する水力発電装置において、前記各流出口に連結された導水管と、この各導水管に対応して設けられ互いに堰によって区切られている複数の取水口とを具備することを要旨とする。
【０００６】
本発明に係わる請求項２に記載の水力発電装置の流量調整装置は、前記複数の取水口が取水堰の下流側に上流側から下流側に向かって配置されていることを要旨とする。
【０００８】
本発明に係わる請求項３に記載の水力発電装置の流量調整方法は、羽根車の周囲に複数の流出口が配置されている水力発電装置の水の流出量調整方法において、取水堰から流入する水を段階的に分割し、複数の取水口へ各分割された水を流入せしめ、前記複数の取水口毎に各々導水管にて水を導水し、前記各導水管毎に連結された流出口から対応する前記取水口に貯水された水量に応じた流水量を前記各流出口から対応する羽根車へ噴射させることを要旨とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図１乃至図４を用いて説明する。図１乃至図４は本発明による水力発電装置の流量調整装置を衝動型水車に適用した場合を示す。また図１乃至図４は取水口に段階的に水が増加していく推移に応じた図である。
【００１０】
図１に示すように、流水１は貯水堰２によって仕切られており、取水堰２に隣接して４個の取水口、即ち第１取水口３ａ、第２取水口３ｂ、第３取水口３ｃ、第４取水口３ｄが設置されている。第１並びに第２取水口３ａ、３ｂ間は第１堰４ａで仕切られており、第２並びに第３取水口３ｂ、３ｃ間は第２堰４ｂで仕切られ、第３並びに第４取水口間は第３堰４ｃで仕切られている。
【００１１】
第１乃至第４取水口３ａ乃至３ｄの容積並びに第１堰４ａ乃至第３堰４ｃの高さは同一に設定してある。また、第１乃至第４取水口３ａ乃至３ｄは、取水堰２を基準にして上流から下流に向かって順次配列されている。各取水口３ａ乃至３ｄには第１導水管５ａ、第２導水管５ｂ、第３導水管５ｃ、第４導水管５ｄが接続されている。これらの第１乃至第４導水管５ａ乃至５ｄの先端には噴射ノズルからなる第１流出口６ａ乃至第４流出口６ｄが設けられている。これらの流出口６ａ乃至６ｄからの噴射水によって羽根車７が回転し図示しない発電機によって発電が行なわれる。
【００１２】
さて、このような構成の本発明の実施形態の動作を図１乃至図４を用いて説明する。図１に示すように流水１が取水堰２を越流すると、越流した水は先ず最も上流側の第１取水口３ａ内に流入する。第１取水口３ａ内の水は、隣接する第２取水口３ｂとの間の第１堰４ａの存在により、この第１堰４ａを越えない限り第１取水口３ａ内に貯水される。第１取水口３ａ内の水は、第１導水管５ａを通って第１流出口６ａからのみ羽根車７へ噴射され、羽根車７を回転させる。
【００１３】
このように図１に示した状態においては、取水堰２を越流した水は第１取水口３ａのみに流入し、隣接する第２取水口３ｂ以降へは流入しない。従って、第２取水口３ｂ以降に接続されている導水管には水は供給されず、第１流出口６ａ以外の流出口からは水は噴射されない。図１の場合には、取水堰２を越流する水が少量の場合であっても強制的に単一の第１流出口６ａのみに水を供給するようにすることができる。
【００１４】
図１の動作を従来の技術で行なおうとすると、少量の水でも全ての導水管に各々更に少量の水が供給されることとなるため、全ての流出口から水を噴射させても羽根車を回転し得ないことも起こる。そこで、前述したように流出口の噴射ノズルを制御する可動式流量調整装置に頼ることになり、単一の噴射ノズルのみに噴射水を集中させるよう他のノズルを閉止させるような動作を行なう必要がある。本発明にあっては、このような調整動作を行なうことなく単一の流出口である噴射ノズルのみに噴射水を集中させることができる。
【００１５】
即ち、図１は、前記水力発電装置を定格流量の１／４の流量以下で運転した場合を表し、上流側即ち図１の左側から流れてきた流水１は取水堰２を越流し、第１取水口３ａに流入する。その後、第１導水管５ａを通って第１流出口６ａの噴射ノズルから流出して羽根車７に作用する。
【００１６】
図２には、取水堰２を越流した水が第１取水口３ａを満たし、更に第１堰４ａを越えて第２取水口３ｂ内に流入した場合の状態を示してある。この場合には第１導水管５ａ並びに第２導水管５ｂのみに水が供給され、従って、第１導出口６ａ並びに第２導出口６ｂの両噴射ノズルからのみ水が噴射される。
【００１７】
即ち、図２は図１の水力発電装置を定格の１／４から１／２の流量で運転した場合を表す。取水堰２への流入量が第１取水口３ａで取水可能な流量、即ち前記発電装置の定格流量の１／４を越えた場合、第１取水口３ａで取水可能な流量、即ち前記水力発電装置の定格流量の１／４を越えた場合、第１取水口３ａからあふれた水は第１取水口３ａと第２取水口３ｂとの間に設けられた第１堰４ａを越えて第２取水口３ｂへ流入し、第２取水口３ｂに接続された第２導水管５ｂを通って第２流出口６ｂの噴射ノズルから噴射して羽根車７に作用する。
【００１８】
同様にして図３においては、第１堰４ａを越流した水が第２取水口３ｂを満たし更に第２堰４ｂを越えて第３取水口３ｃ内に流入した場合の状態を示してある。この場合には、第１導水管５ａ、第２導水管５ｂ並びに第３導水管５ｃのみに水が供給され、従って第１乃至第３流出口６ａ乃至６ｃの噴射ノズルから水が噴射される。
【００１９】
即ち、図３は図２の水力発電装置の流量を更に増やし、定格流量の１／２から３／４で運転した場合を表す。取水堰２への流入量が第１取水口３ａ及び第２取水口３ｂで流入可能な流量、即ち定格流量の１／２を越えた場合、第２取水口３ｂからあふれた水は第２取水口３ｂと第３取水口３ｃとの間の第２堰４ｂを越えて第３取水口３ｃへ流入し、第３取水口３ｃに接続された第３導水管５ｃを通って第３流出口６ｃの噴射ノズルから噴射され、羽根車７に作用する。
【００２０】
図４には、第３取水口３ｃを満たした水が第３堰４ｃを越えて第４取水口３ｄ内に流入した場合の状態を示してある。この場合には、第１乃至第4導水管５ａ乃至５ｄの全ての導水管に水が供給され、従って、第１乃至第４の全ての流出口６ａ乃至６ｄの噴射ノズルから水が噴射される。このように、図４にあっては、定格流量で運転さることになる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明に係る水力発電装置の流量調整装置により、特段の制御回路並びに制御機構を設けることなしに水力発電装置に流入する流量を高効率に変化させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態において、水車を定格流量の１／４以下の流量で運転した状態を示す構成図。
【図２】本発明の実施形態において、水車を定格流量の１／４以上１／２以下の流量で運転した状態を示す構成図。
【図３】本発明の実施形態において、水車を定格流量の１／２以上３／４以下の流量で運転した状態を示す構成図。
【図４】本発明の実施形態において、水車を定格流量の３／４以上定格運転以下の流量で運転した状態を示す構成図。
【符号の説明】
１…流水
２…取水堰
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ…第１乃至第４取水口
４ａ、４ｂ、４ｃ…第１乃至第３堰
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ…第１乃至第４導水管
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ…第１乃至第４流出口
７…羽根車
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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