JP2004068693A - 水車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安全面・環境面などの改善とコストの低減との両立を図ることができるサイホン管式の水車装置を提供する。
【解決手段】この発明によるサイホン管式の水車装置１は、従来例に対して、サイホン管２および従来例の手動操作の供給弁と同等の機能を持つ供給弁４を用いる。サイホン管２の水車装置本体部９１の起動直前状態時に最も低い圧力になるその頂部部分には、大気１９用の通流管３１と大気導入弁３２とを持つ大気導入部３が設置される。大気導入弁３２には電磁弁が用いられ、通常運転時には通流管３１に連なる大気１９の通流路を閉じてサイホン管２に従来例と同じ機能を果たさせると共に、非常時には大気１９の通流路を開いてサイホン管２のサイホン効果を解消させ、水車装置本体部９１への水９９の供給を停止させる。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はサイホン管式の水車装置に係わり、安全面・環境面などの改善とコストの低減との両立を図ることができるサイホン管の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
容量の小さな水車装置（小水力装置）では土木工事費用の削減を図るために、施設建築物に手を加えること無しに取水が可能なサイホン管式の水車装置を採用することがある。以下に図４を用いて、従来例のサイホン管式の水車装置の概要を説明する。図４は従来例のサイホン管式の水車装置およびその設置状態の概要を示す構成図で、（ａ）は図４の（ｂ）のＲ−Ｒ矢視図、（ｂ）は図４の（ａ）のＰ−Ｐ矢視図である。図４において、８は施設建築物であり、９は、水車装置本体部９１，サイホン管９２，供給弁９４，吐出管９５などを備えた従来例のサイホン管式の水車装置である。この事例の場合には、水車装置本体部９１はバルブ形水車発電装置である。施設建築物８は、水車装置９に供給する水９９を貯留するための堰８１、建屋天井部８２、放水路８３などを備える。
【０００３】
水車装置９は取水面８５と放水面８６との間の落差に従う水９９が持つエネルギーを利用して水車装置本体部９１で発電を行うが、取水面８５から取水された水９９を取水面８５よりも高い位置を持つサイホン管９２内に通流させなければならない。このため、水車装置９の起動に当たっては、いわゆる呼び水処置を行ってサイホン管９２などに水９９を満たし、サイホン管９２にサイホン効果を生じさせる必要がある。水車装置本体部９１への水９９の供給・停止を行う供給弁９４は、多くの場合に、この呼び水処置を行う上で不可欠な水車装置本体部９１の水９９の出口部のみに設置されている。水車装置本体部９１の起動は、供給弁９４が閉じられている状態で呼び水処置を行った後に、供給弁９４を手動操作によって開くことで行い、また、正常な状態における水車装置本体部９１の停止は、手動操作によって供給弁９４を閉めることで行う。
【０００４】
水車装置本体部９１では、故障発生時などの非常時には、水車装置本体部９１が備える制御装置（不図示）が発信する非常用の制御信号によって遮断器（不図示）を自動的に開路動作させ、水車装置本体部９１を無負荷状態にした上で水車装置本体部９１への水９９の供給停止操作が行われる。小水力装置である水車装置本体部９１の非常時の水９９の供給停止操作には、大別して次記の二通りの方式が採られている。１）供給弁９４に手動操作弁を採用し、供給弁９４を手動操作で閉めて水車装置本体部９１への水９９の供給を停止し、水車装置本体部９１を自然に停止させる。２）供給弁９４に電動操作弁などの自動操作弁を採用し、供給弁９４を制御装置の非常用の制御信号により自動操作で閉めて水車装置本体部９１への水９９の供給を直ちに停止し、水車装置本体部９１の停止は前記１）の場合と同様に自然停止で行う。なお、後者の方式の場合に用いられる供給弁９４は、自動操作と手動操作の両方の操作が可能であることが一般である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来技術によるサイホン管式の水車装置９は、土木工事費用を削減できる利点を持つ小水力装置として採用されているが、近年、次記する問題点が指摘され、その改善が望まれている。
【０００６】
すなわち、
（１）水車装置９の非常時の水９９の供給停止操作で採られている供給弁９４を手動操作で閉める手動操作方式は、供給弁９４に相対的に低価格の手動操作弁を採用できる利点を持つ。しかし、水車装置本体部９１には、遮断器の開路で無負荷とされて以降，手動操作によって供給弁９４が全閉されるまでの間は水９９の供給が継続されるので、無負荷運転の水車装置本体部９１は高速になり、定格回転速度の２倍程度に達する場合がある。このような高速回転は安全面で好ましくなく、かつ、民家などに比較的に近い場所に設置された水車装置９では、騒音問題・振動問題などの環境面でも好ましくない。
（２）前記（１）項による問題の解決を図ったのが供給弁９４を制御装置の非常用の制御信号により自動操作で閉める自動操作方式である。この方式の場合には、水車装置本体部９１が無負荷にされるとほぼ同時に、水車装置本体部９１への水９９の供給が停止される。このために、無負荷運転の水車装置本体部９１が過速状態にされることは無く、したがって手動操作方式の場合のような安全面・環境面などの問題の発生は生じない。しかしながら、供給弁９４に用いられる自動操作弁が手動操作弁と対比して高価のため、低コストであることが特に要求される小水力装置としては強く改善が求められている。
【０００７】
この発明は、前述の従来技術の問題点に鑑みなされ、その目的は、安全面・環境面などの改善とコストの低減との両立を図ることができるサイホン管式の水車装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明では前述の目的は、
１）水の入口側にサイホン管を備えたサイホン管式の水車装置において、
前記サイホン管は非常停止時に管内に大気を導入するための大気導入部を備え、この大気導入部は前記大気の通流路の閉閉を自動操作によって行う大気導入弁を有すること、または、
２）前記１項に記載の手段において、前記サイホン管は前記大気導入部が接続される部位に管内を通流する前記水の流れを部分的に淀ませるための淀み部を備えることにより達成される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。なお以下の説明では、図４に示した従来例のサイホン管式の水車装置および施設建築物と同一部分には同じ符号を付しその説明を省略すると共に、以後の説明に用いる図中には図４で付した符号については極力代表的な符号のみを記すようにする。図１はこの発明の実施の形態の一例によるサイホン管式の水車装置およびその設置状態の概要を示す構成図で，後記する図２のＢ−Ｂ矢視図であり、図２は図１のＡ−Ａ矢視図である。図１，図２において、１は、図４に示した従来例によるサイホン管式の水車装置９に対し、サイホン管９２および供給弁９４に代え、それぞれサイホン管２および供給弁４を用いるようにしたサイホン管式の水車装置である。
【００１０】
サイホン管２は、呼び水処置が済まされた水車装置本体部９１の起動直前状態時に最も低い圧力になるその頂部部分に、大気１９用の通流管３１と大気導入弁３２とを持つ大気導入部３が設置されている。大気導入弁３２は一般の電磁弁などの自動操作弁であり、前記制御装置が発信する運転用の制御信号によって通流管３１に連なる大気１９の通流路を閉じると共に、制御装置が発信する非常用の制御信号によって大気１９の通流路を開く操作を自動操作で行う。大気導入弁３２が閉じられることで大気１９の通流路が閉路されている状態になったサイホン管２は、従来例のサイホン管９２の場合と全く同一の機能を果たす。
【００１１】
また、大気導入弁３２が開かれることで大気１９の通流路が開路されている状態になったサイホン管２では、大気１９が通流管３１を通流してサイホン管２の頂部部分に流入する。そうして、この頂部部分の圧力を正圧に変えてその値をしだいに増加させて行くので、サイホン管２はそのサイホン効果が解消されると共に、このサイホン効果を持たない状態を維持する。供給弁４は手動操作弁であり、従来例の水車装置９が持つ手動操作の供給弁９４と同等の機能を持つ。
【００１２】
図１，図２に示すこの発明の実施の形態の一例によるサイホン管式の水車装置１では前述の構成としたので、水車装置１の起動に当たっては運転用の制御信号によって大気導入弁３２が閉じられるので、正常な状態にある場合のサイホン管２の機能は従来例のサイホン管９２の場合と全く同等になる。そうして、従来例の水車装置９の場合と同様に呼び水処置を行った上で水車装置１を起動すればよい。正常な状態における水車装置１の起動および停止の操作は、従来例の水車装置９の場合と全く同様に、供給弁４の手動操作で行われる。また故障発生時などの非常時には、水車装置１では非常用の制御信号によって水車装置本体部９１が従来例の場合と同様に無負荷状態にされると同時に、大気導入弁３２が開かれることでサイホン管２のサイホン効果が解消される。
【００１３】
これによりサイホン管２を介しての水車装置本体部９１への水９９の供給が直ちに遮断される。このように、水車装置１では非常用の制御信号によってサイホン管２のサイホン効果が解消されるので、供給弁４に手動操作弁が用いられていても、自動操作弁が採用された従来例の水車装置９の場合と同様の動作が行われる。そうして、非常時に水車装置１への水９９の供給が急速に遮断できることで、水車装置本体部９１は高速にはならず、したがって、短時間に減速して自然停止するので、騒音問題・振動問題などが生じることも無い。
【００１４】
また、大気導入弁３２の価格に関しては、自動操作弁の価格を主体的に支配するのは適用される管の口径であることを踏まえると次のように言える。まず、従来例の小水力装置用の自動操作の供給弁（電動操作弁）９４の口径は７００ｍｍ前後以内である。また、この発明による小水力装置用の自動操作の大気導入弁（電磁弁）３２の口径は、発明者らの検討によれば数十ｍｍ前後など，多くの場合に１００ｍｍ程度以内で十分である。以上のことから、この発明の場合に用いられる大気導入弁３２は、従来例の供給弁９４よりも大幅に安価になることが分かる。すなわち水車装置１は、安全面・環境面などの改善とコストの低減との両立を図ることができる。なお必要な場合には、正常な状態における水車装置１の停止操作を、まず、制御装置が発信する運転停止用の制御信号によって通流管３１に連なる大気１９の通流路を開いて水車装置本体部９１への水９９の供給を遮断し、その後、供給弁４を手動操作で閉めるようにしてもよい。
【００１５】
次に、図３を用いてこの発明の実施の形態の異なる例によるサイホン管式の水車装置を説明する。なお以下の説明では、図１，図２に示したこの発明のサイホン管式の水車装置と同一部分には同じ符号を付しその説明を省略する。図３はこの発明の実施の形態の異なる例によるサイホン管式の水車装置およびその設置状態の概要を示す構成図で、（ａ）は図３の（ｂ）のＤ−Ｄ矢視図、（ｂ）は図３の（ａ）のＣ−Ｃ矢視図である。
【００１６】
図３において、５は、図１，図２に示したこの発明によるサイホン管式の水車装置１に対し、サイホン管２に代えてサイホン管６を用いるようにしたサイホン管式の水車装置である。サイホン管６は、呼び水処置が済まされた水車装置本体部９１の起動直前状態時に最も低い圧力になるその頂部部分に淀み部６２を形成し、この淀み部６２の形成部の外側の端部を塞ぐ端材に大気導入部３を接続している。水車装置５ではこの淀み部６２を形成するのに、サイホン管６の頂部部分にサイホン管６を構成する管材の口径とほぼ同等値の口径を持つ配管部材のチー６１を図に示すように用い、チー６１の上側に位置する端部部分を淀み部６２としている。水車装置５の運転時にはこの淀み部６２にも水９９は存在しているが、この水９９はサイホン管６内を通流する水９９の流れの中には置かれておらず、したがって淀んで静止した状態になっている。
【００１７】
図３に示すこの発明の実施の形態の異なる例によるサイホン管式の水車装置５では前述の構成としたので、故障発生時などの非常時に水車装置５では非常用の制御信号によって大気導入弁３２が開かれることで、サイホン管６には淀み部６２から大気１９が流入する。淀み部６２に流入した大気１９は、淀み部６２に存在する静止した水９９とはほとんど混じり合うことなしに、この水９９をしだいに押し退けていく。このようにして淀み部６２内に溜まった大気１９は、淀み部６２への大気１９の流入が継続されていることでその容積をしだいに増大させ、ついには淀み部６２から溢れ出て、水９９が通流している部位のサイホン管６内の一部を大気１９が占めるようになる。この状態になり、淀み部６２付近のサイホン管６内の圧力値が淀み部６２と取水面８５との高低差Ｈ_Ｓ　による水頭値に対応する値を越えると、サイホン管６のサイホン効果が解消され、水車装置本体部９１への水９９の供給は停止される。
【００１８】
水車装置５では大気１９がこのようにしてサイホン管６の頂部部分の圧力値に影響を及ぼして行くので、起動時の呼び水処置，正常な状態における起動および停止の操作あるいは，故障発生時などの非常時での各部の動作に関しては、水車装置５はこの発明の水車装置１の場合と同じである。そうして、水車装置５が水車装置１と異なるところは、前記したように、淀み部６２に存在する水９９が静止状態にあることで、淀み部６２からサイホン管６に流入した大気１９は水９９とはほとんど混じり合うことなしに淀み部６２内に溜まることができることである。
【００１９】
このことにより水車装置５では、サイホン管６に流入させる大気１９の流量を水車装置１の場合より少なくしても、したがって、大気導入弁３２の口径を水車装置１の場合より細くしても、サイホン管のサイホン効果の解消が可能になり、その分、安価な大気導入弁３２の採用が可能になる。
【００２０】
【発明の効果】
この発明によるサイホン管式の水車装置では、前記課題を解決するための手段の項で述べた構成とすることで、次記する効果を得られる。
１）前記課題を解決するための手段の項の第（１）項による構成とすることで、故障発生時などの非常時での水車装置本体部の過速運転が防止できて騒音問題・振動問題などの発生を防止できると共に、口径の大きな供給弁に相対的に安価な手動操作弁を用いることができて、安全面・環境面などの改善とコストの低減との両立を図ることが可能になる。また、
２）前記課題を解決するための手段の項の第（２）項による構成とすることで、前記１）項による効果を維持しながら、大気導入弁の口径を小さくすることができて、より一層のコストの低減が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態の一例によるサイホン管式の水車装置およびその設置状態の概要を示す構成図
【図２】図１のＡ−Ａ矢視図
【図３】この発明の実施の形態の一例によるサイホン管式の水車装置およびその設置状態の概要を示す構成図で、（ａ）は図３の（ｂ）のＤ−Ｄ矢視図、（ｂ）は図３の（ａ）のＣ−Ｃ矢視図
【図４】従来例のサイホン管式の水車装置およびその設置状態の概要を示す構成図で、（ａ）は図４の（ｂ）のＲ−Ｒ矢視図、（ｂ）は図４の（ａ）のＰ−Ｐ矢視図
【符号の説明】
１　　水車装置
１９　大気
２　　サイホン管
３　　大気導入部
３１　通流管
３２　大気導入弁
４　　供給弁
９１　水車装置本体部
９９　水

Claims (2)

1. 水の入口側にサイホン管を備えたサイホン管式の水車装置において、
   前記サイホン管は非常停止時に管内に大気を導入するための大気導入部を備え、この大気導入部は前記大気の通流路の閉閉を自動操作によって行う大気導入弁を有することを特徴とする水車装置。
2. 請求項１に記載の水車装置において、前記サイホン管は前記大気導入部が接続される部位に管内を通流する前記水の流れを部分的に淀ませるための淀み部を備えることを特徴とする水車装置。

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