(57)【要約】      （修正有）【課題】軸バルブ型水車発電設備における空気吸込み渦の発生を抑制する。【解決手段】立軸バルブ型水車発電設備は、回転軸が鉛直方向を向くように配置された水車と、水車に接続されてその水車によって駆動される発電機２を有する。自由水面２０が形成されて水車の上方に向かって水がほぼ水平に流れるように形成された水平流路８０と、水平流路８０の底部に形成された縦方向給水口７１から発電機２に向かって下向きに延びて、水平流路８０を流通した水が水車に向かって下向きに流れるように形成された縦方向流路７０と、を有する。縦方向給水口７１から上向きに湾曲しながら延びて縦方向給水口７１よりも上流側の水平流路８０に接続されて、水流方向に対する断面積が下流側から上流側になるにしたがい増大するように形成されたエルボ型ダクト１０を有する。【選択図】図２
2009235951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸が鉛直方向を向くように配置された水車と、
前記水車に接続されてその水車によって駆動される発電機と、
自由水面が形成されて前記水車の上方に向かって水がほぼ水平に流れるように形成された水平流路と、
前記水平流路の底部に形成された開口部から前記発電機に向かって下向きに延びて、前記水平流路を流通した水が前記水車に向かって下向きに流れるように形成された縦方向流路と、
前記開口部から前記開口部よりも上流側の前記水平流路に向かって湾曲しながら延びて接続されて、水流方向に対する断面積が下流側から上流側になるにしたがい滑らかに増大するように形成されたエルボ型ダクトと、
を有することを特徴とする立軸バルブ型水車発電設備。
【請求項２】
回転軸が鉛直方向を向くように配置された水車と、
前記水車に接続されてその水車によって駆動される発電機と、
自由水面が形成されて前記水車の上方に向かって水がほぼ水平に流れるように形成された水平流路と、
前記水平流路の底部に形成された開口部から前記発電機に向かって下向きに延びて、前記水平流路を流通した水が前記水車に向かって下向きに流れるように形成された縦方向流路と、
前記水平流路と同じ幅を保ちながら前記開口部の上方から前記水平流路内の上流側に向かって延びて面内に格子が形成された天板と、この天板の下流側端部と前記開口部よりも下流側の前記水平流路の底部に固定された鉛直板と、を具備する水流調整カバーと、
を有することを特徴とする立軸バルブ型水車発電設備。
【請求項３】
前記格子は、前記水平流路の幅方向に延びた複数の長方形状の長平板が前記水平流路の水流方向に互いに等間隔をあけて配置されるように形成されて、
これらの長平板の水平水流を受ける長方形の面は、水平流路の下流側の長辺が下方になるように傾いていること、を特徴とする請求項２に記載の立軸バルブ型水車発電設備。
【請求項４】
前記天板の前記水平流路の上流側には、水平流路を流れる水を取り込む水平給水口が形成されて、
前記水平給水口は、前記水平流路内に配置された天板および前記水平流路の底部に囲まれて形成された矩形形状であって、
前記水平給水口を形成する天板の１辺に沿って配置された水平回動軸の周りに回動可能に、前記水平給水口の上流側に可動板が取り付けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の立軸バルブ型水車発電設備。
【請求項５】
前記可動板に伸縮駆動するアクチュエータを取り付けて、前記可動板の回動動作を補助するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の立軸バルブ型水車発電設備。
【請求項６】
前記可動板は、浮力を保つ構造であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の立軸バルブ型水車発電設備。
【請求項７】
前記天板の下方で前記開口部の上方に曲率半径の異なる複数の湾曲板が配置されて、これらの湾曲板の湾曲する内側の面で水平流路の水流を受けるように、前記水平流路の上流側から下流側に向かって曲率半径の小さい順に配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の立軸バルブ型水車発電設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水平流路を流れる水を縦方向流路に取り込んで水車に供給する立軸バルブ型水車発電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
水車にプロペラ状の翼を用いて回転させるとともに、あわせて設置されるガイドベーンも可動とし、水車を通過する流体の流量変化に対して、高い効率で運転できるようにしたものをカプラン水車という。そのカプラン水車を用いた発電設備の一種である立軸バルブ型水力発電設備は、比較的低落差用に適用されることが多い。
【０００３】
このため、水車上方の水平流路上部水面から縦方向流路の入口に至るまでの鉛直方向距離がフランシス水車などに比べて短い。また、同様に水車内を流れる水量が相対的に多い。
【特許文献１】特開２００５−１６３５６３号公報
【特許文献２】特開２００７−１２０４６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば特許文献１に開示されているように、立軸バルブ型水力発電設備を運転したときに、水平流路の水面から水車に向かって、空気吸込み渦といわれる強い旋回速度成分を有するロープ状の渦流が局所的に発生する場合がある。
【０００５】
この渦（空気吸い込み渦）は水車運転によって水が急激に水車流路へと吸引されることによって発生するものであるが、水面から水車へと連続的に発生する。このために、水車にはこの渦による大きな水力エネルギ損失が発生したり、渦が水車に衝突することで振動や騒音を発生し水車をはじめとする主要機器の運転にも支障をきたしたりすることになる。
【０００６】
一般にこの空気吸込み渦は、水が流れる流路の形状に密接に関係するものであり、水平流路の水流方向速度の不均一性が旋回方向の流れを発達させ渦流となって成長するものである。また、この空気吸込み渦は、流路内のフローパターンの均一性と深く関係するものであり、流路内のフローパターンが一様で乱れがない場合は渦が発生しないことが知られている。
【０００７】
しかし、水平流路内のフローパターンを一様にすることは、土木工事上の制限や施工上の問題等があり困難な場合が多く、このために空気吸込み渦が発生し易い状況となっている。
【０００８】
立軸バルブ型水力発電所の水路のように、水平流路の末端底部に開口部（給水口）を有し、水平流路の下方の垂直方向に縦方向流路を形成する場合、水流の方向は水平方向から鉛直下向きに変えられるため、水平流路の末端部には下降流れが生じることになる。そのため水面に発生する渦は下方に向かって伸長しやすくなる場合がある。このとき、水平流路の水位が低くなり、水車の水量が多いほど渦強度が増し空気吸込み渦となり、縦方向流路の給水口に向かって空気が連続的あるいは断続的に吸込まれるようになる。
【０００９】
この空気吸込み渦の発生により、水車内に空気が流入することで水車運転状態に変動が生じ水車主機をはじめとする機器の運転にも支障をきたす場合がある。また、水車には大きなエネルギ損失が発生する。
【００１０】
このような空気吸込み渦を回避する方法は、例えば、特許文献１に開示されているように、発電機のバルブの上面部に一端を固定支持して他端を流水路に突出した清流棒を配置することによって、水流は清流棒を中心とした穏やかな旋回を有する流れとなり局部的渦流が発生しにくくなることが知られている。
【００１１】
しかし、この方法では、渦が発生して棒のまわりに定常的にまとわりついた場合、渦により丸棒が加振力を受けて振動するようになり、構造物の健全性上好ましくない場合も考えられる。
【００１２】
また特許文献２に開示されているように、水平流路から水を取り入れるための導水口の水面付近に、ほぼ水平となるように水平整流板を配置することによって、渦の発生を抑制させることなどが知られている。
【００１３】
また汎用のポンプでは、上記のような空気吸込み渦を回避する手段として、吸込み配管形状の適正化や旋回流抑制の吸込み装置等が考察されているが、立軸バルブ水車においては、そのようなものが実用化されていない。
【００１４】
以上述べたように、立軸バルブ型水車発電設備においては、水車の流水路を形成する水面に空気の吸込みによる渦流が、水車に向かって発生する。この空気吸込み渦が水車に到達すると、水力エネルギ損失が増大し水車性能が低下する。仮に運転可能であっても、水車性能の低下は避けられない。
【００１５】
この水車は、低落差領域に適用されることから、比較的小さな損失であっても有効落差に対する比率として表される水車損失の観点からは、無視できない大きなものになる。また、渦流が水車に衝突および接触する際には、騒音および振動等の水車の運転に支障を来たす現象が生ずる。
【００１６】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、立軸バルブ型水車発電設備における空気吸込み渦の発生を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するための本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備は、回転軸が鉛直方向を向くように配置された水車と、前記水車に接続されてその水車によって駆動される発電機と、自由水面が形成されて前記水車の上方に向かって水がほぼ水平に流れるように形成された水平流路と、前記水平流路の底部に形成された開口部から前記発電機に向かって下向きに延びて、前記水平流路を流通した水が前記水車に向かって下向きに流れるように形成された縦方向流路と、前記開口部から前記開口部よりも上流側の前記水平流路に向かって湾曲しながら延びて接続されて、水流方向に対する断面積が下流側から上流側になるにしたがい滑らかに増大するように形成されたエルボ型ダクトと、を有することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備は、回転軸が鉛直方向を向くように配置された水車と、前記水車に接続されてその水車によって駆動される発電機と、自由水面が形成されて前記水車の上方に向かって水がほぼ水平に流れるように形成された水平流路と、前記水平流路の底部に形成された開口部から前記発電機に向かって下向きに延びて、前記水平流路を流通した水が前記水車に向かって下向きに流れるように形成された縦方向流路と、前記水平流路と同じ幅を保ちながら前記開口部の上方から前記水平流路内の上流側に向かって延びて面内に格子が形成された天板と、この天板の下流側端部と前記開口部よりも下流側の前記水平流路の底部に固定された鉛直板と、を具備する水流調整カバーと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、立軸バルブ型水車発電設備における空気吸込み渦の発生を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２１】
［第１の実施形態］
先ず、図１および図２を用いて本発明の立軸バルブ型水車発電設備に係る第１の実施形態の構成および作用について説明する。図１は、本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第１の実施形態を示す概略平面図である。図２は、図１の概略側断面図である。
【００２２】
図１および図２に示すように、水平方向に水が流れる水平流路８０には自由水面２０が形成され、この水平流路８０の底部には、下方に延びる縦方向流路７０が形成されている。この縦方向流路７０の下方には、鉛直に延びる主軸３を有する水車発電機２１が配置されている。
【００２３】
本実施形態の立軸バルブ型水車発電設備は、たまご型をしたバルブ１を有し、このバルブ１内には発電機固定子および回転子を主要構成部材とした発電機２が配置されている。主軸３は鉛直方向に配置され、主軸３の上方側の端部には、回転子が結合されており、下方側の端部にはランナ４が取り付けられている。
【００２４】
このランナ４の上方には流量を調節するガイドベーン５が複数枚円周状に配置されており、複数のガイドベーン５は、これらの外周部に位置するリンク機構等により連動するように形成されている。
【００２５】
ガイドベーン５の上方側（上流側）にはバルブ１を支えるためのステー６と呼ばれる支持部材が、バルブ１から縦方向流路７０の外側に向かって放射状に配置されている。また、発電機２の内部を点検するための点検口８が、バルブ１の上方と下方それぞれに配置されている。
【００２６】
水平流路８０の底部には、縦方向流路７０に水を導く略円形の開口部が形成されている。本実施形態では、この開口部を縦方向給水口７１と称している。この縦方向給水口７１には、エルボ型ダクト１０が連結されている。このエルボ型ダクト１０は、縦方向流路７０と水平流路８０とを連結するように形成されている。
【００２７】
このエルボ型ダクト１０は、縦方向給水口７１と連結された縦方向流路接続部７２、水の流れを水平方向から垂直下向き方向に変化させる湾曲部７３、水を取り込む矩形の水平給水口７４が形成された水平流路接続部７５を有している。
【００２８】
水平給水口７４の間口は、少なくとも２枚の側板７６および天板７７により形成されている。この間口の幅が水平流路８０の幅とほぼ同じ長さとなるように、側板７６が配置されている。天板７７の高さは、水平流路８０内の自由水面２０が発電所としてとりうる最低水位よりもやや低くする。すなわち、この水平給水口７４よりも下流側では、外気と接する水面は存在しない。
【００２９】
エルボ型ダクト１０は、水平給水口７４から下流側になるにつれて、水流方向に対する断面積が徐々に小さくなるように形成されている。すなわち、エルボ型ダクト１０は、水平給水口７４から、この水平給水口７４より下流側の水平流路接続部７５、湾曲部７３、縦方向流路接続部７２を介して、縦方向給水口７１に至るまでに、水流方向に対する断面積が徐々に小さくなるように形成されている。またこれらは、滑らかな曲面で連結されており、急激な断面積の変化がないように形成されている。
【００３０】
水車運転中の水の流れ方向を図中矢印５０にて示す。水車を運転するときに、水平流路８０の上流側から流れてくる水は、エルボ型ダクト１０の水平給水口７４の間口から流入して、次第に流速を上げて、湾曲部７３で水平方向から縦方向下向きに流通方向を緩やかに変化させて、縦方向流路７０に流入される。
【００３１】
水平流路８０の底部に形成された縦方向流路７０内に流入された水は、縦方向流路７０の中央部のバルブ１を取り囲む環状部を下方に向かって流れて、ガイドベーン５によって整流されて、ランナ４へと導かれる。ランナ４内で仕事をした水は、その下流に位置する吸出し管へと流出し、下池（図示せず）等へと導かれる。
【００３２】
エルボ型ダクト１０の湾曲部７３には、外気との境界となる水面は存在しない。すなわち湾曲部７３は、水平流路８０の自由水面２０と隔離されているために、空気を吸い込んで発生する空気吸込み渦の発生は、抑制される。
【００３３】
また、エルボ型ダクト１０の外側の水平流路末端部８１の滞留水８２は、エルボ型ダクト１０によって縦方向流路７０とは隔離されている。よって、この滞留水８２が形成する自由水面２０から空気を吸い込んで、水車に流入することはない。
【００３４】
エルボ型ダクト１０の湾曲部７３の内壁は、滑らかな曲線を描くように形成されているため、このエルボ型ダクト１０による水流の水力エネルギ損失を低く抑えることが可能である。したがって、エルボ型ダクト１０を配置しない場合に比べて、本実施形態の立軸バルブ型水車発電設備は、水車に作用する落差の減少を抑制することが可能となる。
【００３５】
よって、エネルギ損失を抑制して効率的に水車を運転することが可能となる。
【００３６】
［第２の実施形態］
本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第２の実施形態について以下に説明する。この実施形態は第１の実施形態の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。図３は、本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第２の実施形態を示す概略平面図である。図４は、図３の概略側断面図である。
【００３７】
図３および図４に示すように、本実施形態のエルボ型ダクト１０の水平給水口７４の間口の外側上部には、可動板１２が取り付けられている。この可動板１２は、全体で長方形をなし、可動板１２の長手側の１辺が、水平給水口７４の間口を形成する天板７７の１辺にある水平回動軸１２ａの回りに、回動可能に取り付けられている。
【００３８】
この可動板１２の幅（長手側）は、天板７７の幅と同じ長さとなるように形成されている。可動板１２の水流方向の長さ（短手側）は、少なくとも、天板７７から水平流路８０の底部までの長さよりも小さくなるように形成されることが望ましい。
【００３９】
発電所の水平流路８０の水位は、発電所が設置された場所の例えば天候等の自然環境や、水車の運転状態などにより変化する。一方、エルボ型ダクト１０の水平給水口７４の天板７７の高さは、第１の実施形態と同様に、最低水位近傍に位置するように固定されている。
【００４０】
所定の水位よりも水位が上昇した場合には、エルボ型ダクト１０全体が水没して、水平給水口７４の外側上方の水面から空気を吸い込んで、空気吸込み渦を発生する可能性が考えられる。
【００４１】
一般的には、水平給水口７４における水流は、水流の水平方向成分が支配的であり、鉛直下向き成分（下降成分）は小さいものと考えられている。しかし、水位が最高水位まで上昇した場合には、水面付近の流れの状態は、下降流が発生して空気吸込み渦がエルボ型ダクト１０に流入する場合も考えられる。
【００４２】
水位が上昇したときには、この水位上昇に応じて、水平回動軸１２ａと対向する可動板１２の先端の辺１２ｂの位置が、自由水面２０よりも常に上方になるように可動板１２の姿勢を回動させて調整する。
【００４３】
このとき、水平流路８０を流れる水は、水平流路８０の水流を受ける可動板１２の面に沿って、水平給水口７４に流入される。したがって、空気吸込み渦が発生するような流速の大きい下降流の発生を抑制することが可能になる。
【００４４】
以上の説明から明らかなように本実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加えて、水平流路８０の水位が最高水位付近にまで上昇した場合においても、空気吸込み渦を発生させるような下降流を抑制することが可能となる。
【００４５】
［第３の実施形態］
本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第３の実施形態について以下に説明する。この実施形態は第２の実施形態の変形例であって、第２の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。図５は、本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第３の実施形態を示す概略平面図である。図６は、図５の概略側断面図である。
【００４６】
本実施形態では、第２の実施形態と同様に天板７７に取り付けられた可動板１２に、伸縮動作を行うアクチュエータ１３が取り付けられて、回動動作を補助するように構成されている。このアクチュエータ１３は、例えば長筒状で、長手方向に伸縮可能に駆動するように形成されている。
【００４７】
図５および図６に示すように、水平流路８０の外側（陸地）には、アクチュエータ１３を設置するための取付け架台６０が配置されている。この取付け架台６０に治具６１等を配置して、アクチュエータの一端をこの治具６１にアクチュエータ１３を取り付ける。
【００４８】
このアクチュエータ１３のもう一方の端部を、可動板１２の上面、すなわち水平流路８０の水流を受ける面の反対側の面に取り付ける。
【００４９】
例えば、外部制御装置（図示せず）等によりアクチュエータ１３を縮まる方向に駆動する。この動作に伴い水平回動軸１２ａに対向する先端の辺１２ｂの位置が上方になるように、すなわち可動板１２よりも上流側の水平流路８０の自由水面２０と可動板１２とがなす角度が大きくなるように、可動板１２を回動させる。
【００５０】
水平流路８０の水位が上昇したときには、この水位上昇に応じて、当該角度が大きくなるように、アクチュエータ１３を縮まる方向に駆動させて可動板１２を回動させる。逆に水平流路８０の水位が低くなったときには、当該角度が小さくなるように、アクチュエータ１３を伸ばす方向に駆動させて可動板１２を回動させる。
【００５１】
以上の説明から明らかなように本実施形態によれば、第１および第２の実施形態の効果に加えて、水平流路８０の水位に応じて、可動板１２の回動動作を行うことが可能となる。
【００５２】
また本実施形態によれば、例えば水平流路８０の水位を監視する装置を設置して、この装置の情報に基づいて、可動板１２の状態（姿勢）を自動的に制御することも可能である。
【００５３】
［第４の実施形態］
本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第４の実施形態について以下に説明する。この実施形態は第２の実施形態の変形例であって、第２の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。図７は、本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第４の実施形態を示す概略平面図である。図８は、図７の概略側断面図である。
【００５４】
図７および図８に示すように、本実施形態では、第２および第３の実施形態の可動板１２の代わりに、内部に空洞が形成された中空の浮体可動板１４が取り付けられている。浮体可動板１４の取付け方法および外観形状は、第２および第３の実施形態の可動板１２と同様である。この浮体可動板１４は、その内部に形成された空洞によって、常に水に浮くように形成されている。
【００５５】
なお、水平流路８０の水平方向の流速が大きいときには、回動しうる限界の位置にストッパー等を設けておいてもよい。また、第３の実施形態のアクチュエータ１３を浮体可動板１４に取り付けてもよい。
【００５６】
以上の説明から明らかなように本実施形態によれば、第１および第２の実施形態の効果に加えて、浮体可動板１４の水平回動軸１２ａと対向する先端の辺１２ｂの位置が、常に自由水面２０の上方にあるため、水位の増減に伴う浮体可動板１４の状態の制御が容易になる。
【００５７】
［第５の実施形態］
本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第５の実施形態について以下に説明する。この実施形態は第１の実施形態の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。図９は、本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第５の実施形態を示す概略平面図である。図１０は、図９の概略側断面図である。
【００５８】
本実施形態では、エルボ型ダクト１０の湾曲部７３の内部で、且つ縦方向給水口７１の上方に、整流装置１５が配置されている。
【００５９】
本実施形態の整流装置１５は、平板を湾曲させて形成された曲率半径が異なる２枚の湾曲板、すなわち第１湾曲板５１および第２湾曲板５２を有する。この例では、第２湾曲板５２の曲率半径は、第１湾曲板５１の曲率半径よりも大きくなるように形成されている。
【００６０】
湾曲部７３は、水平流路８０と縦方向流路７０を滑らかな曲面によって連結されており、湾曲部７３の内側、すなわち曲率半径が小さい部位（曲率半径小部７３ａ）と、曲率半径が大きい部位（曲率半径大部７３ｂ）とを有する。
【００６１】
図９および図１０に示すように、本実施形態の整流装置１５、すなわち第１および第２湾曲板５１、５２は、曲率半径小部７３ａ側に第１湾曲板５１、曲率半径大部７３ｂ側に第２湾曲板５２が配置されており、湾曲した内側の面で水平流路８０の水流を受けるように配置されている。したがって、曲率半径小部７３ａ、第１湾曲板５１、に第２湾曲板５２、曲率半径大部７３ｂの順に曲率半径が大きくなるように構成されている。
【００６２】
エルボ型ダクト１０内を流通する水は、水平方向から垂直下向きに向きを変えながら流れるため、そのままでは流体（水）には遠心力が作用して２次流れが発生する場合がある。この２次流れは、水力エネルギ損失の要因となる場合がある。本実施形態の整流装置１５を配置することによって、この２次流れの発生を抑制することが可能となる。
【００６３】
以上の説明から明らかなように本実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加えて、整流装置１５を設けることにより、エルボ型ダクト１０内の２次流れを抑制することが可能となる。したがって、第１の実施形態に比べてさらに水力エネルギ損失を抑制することが可能となる。
【００６４】
［第６の実施形態］
本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第６の実施形態について以下に説明する。この実施形態は第１の実施形態の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。図１１は、本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第６の実施形態を示す概略平面図である。図１２は、図１１の概略側断面図である。図１３は、図１１の格子天板９１の一部を示した概略斜視図である。図１４は、図１３の部分断面図である。
【００６５】
第１の実施形態のエルボ型ダクト１０に代えて、格子９４を有する水流調整カバー１１が配置されている。この水流調整カバー１１は、格子９４が形成された格子天板９１、この格子天板９１の下流側端部に取り付けられてほぼ鉛直に配置された鉛直板９２、これらの格子天板９１および鉛直板９２を水路幅方向から覆う２枚の側板７６を、有する。なお、図１１では、格子９４の図示を省略している。
【００６６】
この格子天板９１は、縦方向給水口７１の上方から水平流路８０の上流側に水平に延びるように形成されている。この格子天板９１の上流側の端部には、格子天板９１および２枚の側板７６により水平給水口７４が形成されており、この水平給水口７４の幅および高さは第１の実施形態と同様に形成されている。すなわち、幅は、水平流路８０の幅と同じ長さとなるように形成され、高さは、水平流路８０内の自由水面２０が発電所としてとりうる最低水位よりもやや低くなるように格子天板９１が配置されて形成されている。
【００６７】
なお、この水平給水口７４は、２枚の側板７６を用いることなく、格子天板９１および水平流路８０の両側の岸に形成される流路壁によって形成されてもよい。
【００６８】
また、格子天板９１の水平水流方向の長さは、水平給水口７４から流入した水の流れが安定するまで、水平方向に流通させることが可能な長さであることが望ましい。
【００６９】
格子天板９１の格子９４は、例えば図１３および図１４に示すように、水平流路８０の幅方向に延びた複数の長方形状の長平板９５が、水平流路８０の水流方向に互いに等間隔をあけて配置されるように形成されている。
【００７０】
これらの長平板９５の水平水流を受ける長方形の面は、水平流路８０の下流側の長辺が下方になるように傾いている。すなわち、水平水流を受ける長方形の面の下側長辺９５ｂが上側長辺９５ａよりも水平流路の下流側になるように傾けられている。
【００７１】
水車運転中の水の流れ方向を図中矢印５０にて示す。水車を運転するときに、水平流路８０の上流側から流れてくる水は、水流調整カバー１１の水平給水口７４の間口から流入する。しばらくの間は水流調整カバー１１の内部を満たした状態で水平方向に流通する。縦方向給水口７１の近傍では、垂直下向きに方向を変えて縦方向流路７０に流入する。
【００７２】
縦方向給水口７１の上方の水面の空気を吸い込んで旋回速度を有する下降流、すなわち空気吸込み渦が発生した場合であっても、格子天板９１には、この下降流に対して所定の傾きを有する格子９４が形成されているため、この空気吸い込み渦が直接水車に到達することを抑制することが可能となる。すなわち、格子天板９１そのものが例えば整流器としての機能を有している。
【００７３】
また、水流調整カバー１１の外側にある水平流路末端部８１の滞留水８２は、水流調整カバー１１の鉛直板９２により縦方向給水口７１と隔離されているため、縦方向給水口７１付近の水流の影響は抑制される。
【００７４】
よって、エネルギ損失を抑制して効率的に水車を運転することが可能となる。
【００７５】
［第７の実施形態］
本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第７の実施形態について以下に説明する。この実施形態は第６の実施形態の特徴に第２の実施形態の特徴を組み合わせた例である。第２および第６の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。図１５は、本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第７の実施形態を示す概略平面図である。図１６は、図１５の概略側断面図である。
【００７６】
図１５および図１６に示すように、本実施形態は、第２の実施形態と同様に、格子天板９１の水平給水口７４の外側上方に可動板１２が回動可能に取り付けられている。
【００７７】
以上の説明から明らかなように本実施形態によれば、第６の実施形態の効果に加えて、水平流路８０の水位が最高水位付近にまで上昇した場合においても、空気吸込み渦を発生させるような下降流の発生を抑制することが可能となる。
【００７８】
［第８の実施形態］
本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第８の実施形態について以下に説明する。この実施形態は第７の実施形態の変形例であって、第７の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。図１７は、本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第８の実施形態を示す概略平面図である。図１８は、図１７の概略側断面図である。
【００７９】
図１７および図１８に示すように、本実施形態では、第７の実施形態と同様に格子天板９１に取り付けられた可動板１２に、第３の実施形態と同様に伸縮動作を行うアクチュエータ１３を取り付けて、回動動作を行うように構成されている。
【００８０】
以上の説明から明らかなように本実施形態によれば、第６および第７の実施形態の効果に加えて、水平流路８０の水位に応じて、可動板１２の回動動作を自動的に行うことが可能となる。
【００８１】
［第９の実施形態］
本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第９の実施形態について以下に説明する。この実施形態は第６の実施形態の特徴に第４の実施形態の特徴を組み合わせたものである。第４および第６の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。図１９は、本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第９の実施形態を示す概略平面図である。図２０は、図１９の概略側断面図である。
【００８２】
図１９および図２０に示すように、本実施形態では、第７および第８の実施形態の可動板１２の代わりに、第４の実施形態と同様の浮体可動板１４が取り付けられている。浮体可動板１４の取付け方法および構成は、第４の実施形態の浮体可動板１４と同様である。
【００８３】
なお、水平流路８０の水平方向の流速が大きいときには、回動しうる限界の位置にストッパー等を設けておいてもよい。また、第３および第８の実施形態のアクチュエータ１３を浮体可動板１４に取り付けてもよい。
【００８４】
以上の説明から明らかなように本実施形態によれば、第７および第８の実施形態の効果に加えて、浮体可動板１４の水平回動軸１２ａと対向する先端の辺１２ｂの位置が、常に自由水面２０の上方にあるため、水位の増減に伴う浮体可動板１４の状態の制御が容易になる。
【００８５】
［第１０の実施形態］
本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第１０の実施形態について以下に説明する。この実施形態は第６の実施形態の特徴に第５の実施形態の特徴を組み合わせた例である。第５および第６の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。図２１は、本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第１０の実施形態を示す概略平面図である。図２２は、図２１の概略側断面図である。
【００８６】
図２１および図２２に示すように、本実施形態では、水流調整カバー１１の内部で縦方向給水口７１の上方に整流装置１５が配置されている。
【００８７】
本実施形態の整流装置１５は、平板を湾曲させて形成された３枚の湾曲板、すなわち第１湾曲板５１、第２湾曲板５２、および第３湾曲板５３を有している。これらの湾曲板は、例えば鉛直方向および水平流路８０の水流方向に延びて縦方向給水口７１上方に配置された支持板５４により固定されてもよい。また、これらの湾曲板はそれぞれ曲率半径が異なるように形成されており、第１湾曲板５１、第２湾曲板５２、第３湾曲板５３の順に曲率半径が大きくなるように形成されている。
【００８８】
第１〜第３湾曲板５１、５２、５３は、縦方向給水口７１の上方に、水平流路８０の上流側から、第１湾曲板５１、第２湾曲板５２、第３湾曲板５３の順に配置されている。水平流路８０の水流は、湾曲した内側の面で受けるように配置されている。
【００８９】
水流調整カバー１１内を流通する水は、鉛直板９２で下向きの水流になるが、そのままでは不安定な流れが生じる場合もある。本実施形態の整流装置１５を配置することによって、水流調整カバー１１内部の水流の乱れをより抑制することが可能となる。
【００９０】
したがって、第６の実施形態に比べてさらに水力エネルギ損失を抑制することが可能となる。
【００９１】
［その他の実施形態］
上記実施形態の説明は、本発明を説明するための例示であって、特許請求の範囲に記載の発明を限定するものではない。また、本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
【００９２】
エルボ型ダクト１０または水流調整カバー１１の水平給水口７４の幅を水平流路８０の幅と同じ長さとしているが、水路によっては必ずしも同じである必要はなく、発電所の設置環境に応じて決定すればよい。
【００９３】
また、第３および第８の実施形態のアクチュエータ１３は、伸縮タイプに限らない。例えば屈伸タイプを用いて可動板１２を回動させることも可能である。
【００９４】
また、水流調整カバー１１の格子天板９１に形成される格子９４は、水流方向に対して所定の傾斜を有するものであれば、図１３および図１４に示したものに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第１の実施形態を示す概略平面図である。
【図２】図１の概略側断面図である。
【図３】本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第２の実施形態を示す概略平面図である。
【図４】図３の概略側断面図である。
【図５】本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第３の実施形態を示す概略平面図である。
【図６】図５の概略側断面図である。
【図７】本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第４の実施形態を示す概略平面図である。
【図８】図７の概略側断面図である。
【図９】本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第５の実施形態を示す概略平面図である。
【図１０】図９の概略側断面図である。
【図１１】本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第６の実施形態を示す概略平面図である。
【図１２】図１１の概略側断面図である。
【図１３】図１１の格子天板の一部を示した概略斜視図である。
【図１４】図１３の部分断面図である。
【図１５】本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第７の実施形態を示す概略平面図である。
【図１６】図１５の概略側断面図である。
【図１７】本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第８の実施形態を示す概略平面図である。
【図１８】図１７の概略側断面図である。
【図１９】本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第９の実施形態を示す概略平面図である。
【図２０】図１９の概略側断面図である。
【図２１】本発明に係る立軸バルブ型水車発電設備の第１０の実施形態を示す概略平面図である。
【図２２】図２１の概略側断面図である。
【符号の説明】
【００９６】
１…バルブ、２…発電機、３…主軸、４…ランナ、５…ガイドベーン、６…ステー、８…点検口、１０…エルボ型ダクト、１１…水流調整カバー、１２…可動板、１２ａ…水平回動軸、１２ｂ…先端の辺、１３…アクチュエータ、１４…浮体可動板、１５…整流装置、２０…自由水面、２１…水車発電機、５１…第１湾曲板、５２…第２湾曲板、５３…第３湾曲板、５４…支持板、６０…取付け架台、６１…治具、７０…縦方向流路、７１…縦方向給水口、７２…縦方向流路接続部、７３…湾曲部、７３ａ…曲率半径小部、７３ｂ…曲率半径大部、７４…水平給水口、７５…水平流路接続部、７６…側板、７７…天板、８０…水平流路、８１…水平流路末端部、８２…滞留水、９１…格子天板、９２…鉛直板、９４…格子、９５…長平板、９５ａ…上側長辺、９５ｂ…下側長辺
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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