JP2006022611A - ポンプゲート - Google Patents

Abstract

【課題】 低水位側から高水位側への強制排水を行うだけでなく、高水位側から低水位側に自然流下する水による発電を行うこともできるポンプゲートを提供する。
【解決手段】 制御装置４７は、内水位計４５と外水位計４６の検出する内水位Ｈ_ｉｎ、外水位Ｈ_ｏｕｔに基づいて、ポンプ４の水中モータ１４に給電し、かつフラップ弁２８を通常状態とするポンプ運転と、ポンプ４の水中モータ１４を非給電とし、フラップ弁を強制開弁状態とする水車運転とを切り換える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ポンプゲート関する。

特許文献１には、河川（本川）と支流（支川）との合流地点近傍等において水路を開閉する昇降可能なゲート扉体に、排水用のポンプを取り付けたポンプゲートが記載されている。この種のポンプゲートでは、例えばゲート扉体に対して支流側の水路（内水側）の水位（内水位）よりも、ゲート扉体に対して河川側の水路（外水側）の水位（外水位）が高い状態であっても、ポンプを駆動して内水側から外水側への排水を実行することができる。

また、特許文献２には、ゲート扉体に発電用の水車を取り付けた発電ゲートが記載されている。この発電ゲートでは、内水位が外水位よりも高い場合に、ゲート扉体を通過して内水側から外水側に流れる水で発電用の水車を駆動する。

しかし、ゲート扉体に取り付けた排水用のポンプは、一般に非常用設備であり殆どの期間は動作していない。一方、発電用の水車を取り付けたゲート扉体は、内外水位を適切に調節することはできない。例えば、外水位が内水位よりも高いときには、内水側から外水側への排水を実行することができない。

実開平１−１６４３１５号公報 特開２００３−１３８３８号公報

本発明は、内水側と外水側のうち低水位側から高水位側への強制排水を行うだけでなく、高水位側から低水位側に自然流下する水による発電を行うこともできるポンプゲートを提供することを課題とする。

本発明は、流路に設けられた昇降可能なゲート扉体と、前記ゲート扉体を貫通する流下路に配置された回転軸と、この回転軸に固定された羽根車とを有するポンプ本体と、前記回転軸に連結された駆動軸を有する電動機とを備え、前記電動機に給電すると前記羽根車が正転して前記流路の内水側の水を吸い込んで前記流下路を介して前記流路の外水側に吐出し、前記電動機を非給電とすると前記流下路を通って前記外水側から内水側に流れる水によって前記羽根車の逆転が可能となり、その回転が前記駆動軸に伝達されて前記電動機が発電機として機能するポンプと、前記流下路の外水側に設けられた逆流防止弁と、前記逆流防止弁を、前記流下路を通る前記内水側から前記外水側への流れは許可するが、前記流下路を通る前記外水側から前記内水側への流れは阻止する通常状態と、前記流下路を通る前記外水側から前記内水側への流れを許可する強制開弁状態とに切り換える弁制御手段と、前記ゲート扉体よりも前記内水側での前記流路の水位である内水位と、前記ゲート扉体よりも前記外水側での前記流路の水位である外水位とを検出する水位検出手段と、前記水位検出手段の検出する内水位及び外水位に基づいて、前記ポンプの前記電動機に給電し、かつ前記弁制御手段により前記逆流防止弁を前記通常状態とするポンプ運転と、前記ポンプの前記電動機を非給電とし、かつ前記弁制御手段により前記逆流防止弁を前記強制開弁状態とする水車運転とを切り換える制御手段とを備えることを特徴とするポンプゲートを提供する。

水位検出手段の検出する内水位及び外水位に応じて、ポンプ運転と水車運転が切り換えられる。ポンプ運転時には、正転するポンプの羽根車によりゲート扉体の内水側の水がゲート扉体の外水側に排水される。また、ポンプ運転時には、逆流防止弁は通常状態であるので、ゲート扉体の外水側から内水側への逆流が防止される。一方、水車運転時には、流下路を通ってゲート扉体の外水側から内水側に流れる水により羽根車が逆転し、電動機が発電機として機能するので、内水位と外水位の水位差をエネルギとして有効することができる。

逆流防止弁は例えばフラップ弁からなる。前記弁制御手段は、例えば下端がフラップ弁に接続されたチェーンと、このチェーンの上端側に接続された電動ウィンチからなる。電動ウィンチから十分な長さのチェーンを送り出しておけば、フラップ弁は通常状態となる。一方、電動ウィンチによりチェーンを巻き上げることで、フラップ弁を開放状態に維持することができる。

水位検出手段は、例えばゲート扉体の内水側と外水側にそれぞれ配置された内水位計及び外水位計からなる。

具体手的には、前記制御手段は、前記外水位から前記内水位を減算して得られる水位差が予め定められた水車運転最低水位差以上となると、前記水車運転を開始させる。

外水位が内水位よりも水車運転最低水位差以上、すなわち外水位が内水位よりも十分高い場合に、水車運転となる。従って、ゲート扉体の流下路を通って流路の外水側から内水側に流れる水により、効率的に発電を行うことができる。

また、前記制御手段は、前記水車運転中に、前記内水位が予め定められた水車運転停止水位以下となるか、又は前記外水位から前記内水位を減算して得られる水位差が前記水車運転最低水位未満となると、前記水車運転を停止させる。

前記制御手段は、前記内水位が予め定められたポンプ運転開始水位以上となり、かつ前記外水位が前記内水位よりも高くなると、前記ポンプ運転を開始させる。

また、前記制御手段は、前記ポンプ運転中に、前記内水位が予め定められたポンプ運転停止水位以下となると、前記ポンプ運転を終了させる。

ゲート扉体を、前記流路を開放する開放位置と、前記流路を遮断する閉鎖位置とに移動させるゲート扉体開閉手段をさらに備え、前記制御手段は、前記外水位が予め定められたゲート開閉水位以上となると前記ゲート扉体開閉手段により前記ゲート扉体を閉鎖し、前記検出外水位が前記ゲート開閉水位未満になると、前記ゲート扉体を開放する。

前記ポンプは、前記流路に対する向きを反転させて取付可能であってもよい。前記ポンプの向きを反転させることで、流路の内水位が外水位よりも高い場合に流下路を通って内水側から外水側に流れる水により発電を行うことが可能となる。

制御手段は、水位検出手段の検出する内水位及び外水位に応じて、ポンプ運転と水車運転とを切り換えるので、低水位側から高水位側へ強制排水し、かつ高水位側から低水位側への逆流を防止できるだけでなく、内水位と外水位が条件を満たす時には高水位側から低水位側に流れる水による発電を行い、内外水位差をエネルギとして有効利用することができる。

次に、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１及び図２を参照すると、本発明の実施形態に係るポンプゲート１は、排水路、用水路等である水路（流路）２を開閉可能に遮断するゲート扉体３を備え、このゲート扉体３内に排水用のポンプ及び発電用の水車の両方として機能するポンプ４が収容されている。水路２のゲート扉体３よりも図において左側は内水側２ａ（例えば河川の支流側）であり、ゲート扉体３よりも図において右側が外水側２ｂ（例えば河川の本川側）である。ゲート扉体３は、水路２に設けられた構造物５により昇降可能に支持されている。ゲート扉体３の上面にはスピンドル７の下端が連結されている。構造物５の上部に設けたモータを含む駆動装置８でスピンドル７を上下方向に移動させることにより、ゲート扉体３を昇降させることができる。ゲート扉体３の一方の側壁９を構造物５に固定された図示しない水密ゴムに押し付けることで、水路２のゲート扉体３の前後、すなわち内水側２ａと外水側２ｂが遮断されている。本実施形態のゲート扉体３は、内水側２ａの側壁９で水密を確保する正圧止水型である。

図３を併せて参照すると、ゲート扉体３の内水側２ａの側壁９には流入口１１が設けられ、外水側の側壁１０には流出口１２が設けられている。ポンプ４は、発電用の水車としても使用可能な横軸軸流ポンプであり、ポンプ本体１３と、発電機としても機能する水中モータ（電動機）１４を備える。ポンプ本体１３は、両端開口の円筒状であるアウターケーシング１５を備えている。アウターケーシング１５の両端は、流入口１１と流出口１２と対向するようにゲート扉体３に対して固定されている。そのため、流入口１１からアウターケーシング１５の内部を経て流出口１２に達し、ゲート扉体３を貫通して内水側２ａと外水側２ｂを連通させる流下路１７が形成されている。

アウターケーシング１５内には水平方向に延びる主軸（回転軸）１８を回転自在に支持するためのインナーケーシング１９が配設されている。主軸１８の先端には羽根車２０が固定されており、この羽根車２０は流下路１７内に配置されている。主軸１８は一対の傘歯歯車２１，２２によって、鉛直方向に延びる水中モータ１４の駆動軸２３の下端に機械的に連結されている。水中モータ１４は、駆動軸２３に固定された回転子２４と、ケーシング２５に固定された固定子２６とを備えている。回転子２４には磁界発生用の永久磁石（図示せず。）が取り付けられている。一方、固定子２６には電力線２７の一端が電気的に接続された巻線（図示せず。）が巻回されている。

ゲート扉体３の流出口１２には、逆流防止弁であるフラップ弁２８が取り付けられている。このフラップ弁２８の図において上端は水平方向に延びるシャフト２９周りに回転自在に支持され、下端にリング３０が取り付けられている。構造物５には電動ウィンチ３２が吊り下げられており、この電動ウィンチ３２はチェーン３３の上端側を巻き上げ又は送り出すことができる。チェーン３３の下端にはフック３４が固定されている。このフック３４をリング３０に掛けることで、チェーン３３の下端がフラップ弁２８に着脱可能に連結されている。電動ウィンチ３２、チェーン３３、フック３４、及びリング３０は、本発明における弁制御手段を構成する。

水中モータ１４の巻線に接続された電力線３７の他端に切換装置３６が接続され、この切換装置３６には、ポンプ操作盤３７と発電機操作盤３８とがそれぞれ電力線３９，４０を介して接続されている。また、ポンプ操作盤３７は給電用の電力線４１を介して図示しない送電線に接続され、発電機操作盤３８は送電用の電力線４２を介して図示しない送電線に接続されている。切換装置３６は、後述するポンプ運転中はポンプ操作盤３７をポンプ４の水中モータ１４と電気的に接続させ、後述する水車運転中は発電機操作盤３８をポンプ４の水中モータ１４と電気的に接続させる。また、切換装置３６は、ポンプ運転中であるか水車運転中であるかに応じて、必要な交流回路の結線構造の切換を行う。

水路２の内水側２ａと外水側２ｂには、それぞれ内水位計４５、外水位計４６が配設されている。内水位計４５は内水側２ａでの水路２の水位（内水位Ｈ_ｉｎ）を検出し、後述する制御装置４７に出力する。同様に、外水位計４６は外水側２ｂでの水路２の水位（外水位Ｈ_ｏｕｔ）を検出して制御装置４７に出力する。内水位計４５と外水位計４６は、本発明における水位検出手段を構成する。なお、本実施形態では、通常は内水位Ｈ_ｉｎが外水位Ｈ_ｏｕｔよりも低い（Ｈ_ｉｎ＜Ｈ_ｏｕｔ）ものとする。

制御装置４７は、内水位計４５と外水位計４６から入力される内水位Ｈ_ｉｎと外水位Ｈ_ｏｕｔに基づいて、ゲート扉体３の駆動装置８、電動ウィンチ３２、切換装置３６、ポンプ操作盤３７、及び発電機操作盤３８の動作を制御する。前述のように、ポンプ４には排水用のポンプとして運転する状態（ポンプ運転）と、発電用の水車として運転する状態（水車運転）とがある。制御装置４７は、内水位計４５と外水位計４６から入力され内水位Ｈ_ｉｎと外水位Ｈ_ｏｕｔに基づいて駆動装置８を動作させてゲート扉体３を開閉すると共に、電動ウィンチ３２と切換装置３６を動作させてポンプ運転と水車運転の開始及び停止を行う。制御装置４７は、電動ウィンチ３２、切換装置３６、ポンプ操作盤３７、及び発電機操作盤３８と共に、本発明における制御手段を構成する。

図１はポンプ運転時を示す。ゲート扉体３は閉鎖されている。また、電動ウィンチ３２から十分な長さのチェーン３３が送り出されており、フラップ弁２８は開閉自在な状態（通常状態）にある。この通常状態にあるときには、フラップ弁２８は流下路１７を内水側２ａから外水側２ｂに流れる水で押し上げられた開弁する。換言すれば、通常状態のフラップ弁２８は、流下路１７を通る内水側２ａから外水側２ｂへの水の流れを許可する。しかし、外水側２ｂから流下路１７への水の流入は、フラップ弁２８が閉弁することで阻止される。換言すれば、通常状態のフラップ弁２８は、流下路１７を通る外水側２ｂから内水側２ａへの水の流れを阻止する。ポンプ運転時には、切換装置３６によって電力線２７がポンプ操作盤３７側に電気的に接続され、発電機操作盤３８側とは電気的に遮断される。その結果、図示しない送電線から電力線４１、ポンプ操作盤３７、電力線３９、切換装置３６、及び電力線２７を介して水中ポンプ４に電力が供給される。この電力で水中モータ１４が駆動されると、ポンプ本体１３の羽根車２０が矢印Ｒ１で示す正転方向に回転する。羽根車２０の正転方向の回転より、内水側２ａの水が流入口１１から流下路１７に吸い込まれ、フラップ弁２８を押し上げて流出口１２から外水側２ｂに吐出される。従って、ポンプ運転時には、内水側２ａの水が外水側２ｂに強制排水される。ポンプ運転時の水中モータ１４の回転数等は、制御装置４７からの指令に基づいてポンプ操作盤３７によって制御される。

図２は水車運転時を示す。ゲート扉体３は閉鎖されている。また、電動ウィンチ３２によってチェーン３３が巻き上げられ、フラップ弁２８はシャフト２９周りに上向きに回動した姿勢で維持された状態（強制開弁状態）にある。フラップ弁２８が強制開弁状態であれば、内水側２ａから外水側２ｂ、並びに外水側２ｂから内水側２ａへ水が流れることができる。水路２の外水側２ｂから内水側２ａに流れる水によって、ポンプ本体１３の羽根車２０が矢印Ｒ２で示す逆転方向に回転する。この羽根車２０の回転は主軸１８及び傘歯歯車２１，２２を介して水中モータ１４の駆動軸２３に伝達される。その結果、水中モータ１４が発電機として機能する。水中モータ１４が発生する電力は、電力線２７、切換装置３６、電力線４０、発電機操作盤３８、及び電力線４２を介して図示しない送電線に送られる。水車運転時の水中モータ１４の回転数等は、制御装置４７からの指令に基づいて発電機操作盤３８によって制御される。

制御装置４７の実行するポンプゲートの制御を説明する。まず、図４を参照して、制御に使用される水位に関する基準値ないしは閾値を説明する。これらの値は予め設定されており制御装置４７に記憶されている。

ゲート開閉水位Ｈ_Ｇは、ゲート扉体３を降下させて水路２を閉鎖するか、又はゲート扉体３を上昇させて水路２を開放するかの基準となる水位である。具体的には、内水位計４５と外水位計４６で検出される内水位Ｈ_ｉｎと外水位Ｈ_ｏｕｔがゲート開閉水位Ｈ_Ｇ以上であればゲート扉体３が閉鎖され、内水位Ｈ_ｉｎ又は外水位Ｈ_ｏｕｔがゲート開閉水位Ｈ_Ｇ未満であれば、ゲート扉体３が開放される。

ポンプ運転開始水位Ｈ_Ｐ１は、ポンプ運転を開始するか否かの判断基準となる内水位Ｈ_ｉｎである。具体的には、例えばゲート開閉水位Ｈ_Ｇから上昇した内水位Ｈ_ｉｎがポンプ運転開始水位Ｈ_Ｐ１となると、ポンプ運転が開始される。

ポンプ運転停止水位Ｈ_Ｐ２は、ポンプ運転の停止の判断基準となる内水位Ｈ_ｉｎである。具体的には、ポンプ運転中の内水位Ｈ_ｉｎがポンプ運転停止水位Ｈ_Ｐ２以下に低下すると、ポンプ運転が停止される。

水車運転最低水位差ΔＨ_Ｍは、水車運転を開始するか否かの判断基準の一つとなる内水位Ｈ_ｉｎと外水位Ｈ_ｏｕｔの水位差である。内水位Ｈ_ｉｎと外水位Ｈ_ｏｕｔの水位差が小さい状態でポンプ４を逆転させても、水中モータ１４は発電機として機能せず、逆に電力を消費する。これを避けるために、水車運転最低水位差ΔＨ_Ｍは、水中モータ１４を逆転させて発電が可能な内水位Ｈ_ｉｎと外水位Ｈ_ｏｕｔの水位差に相当する値に設定される。

水車運転停止水位Ｈ_Ｍは、水車運転を停止するか否かの判断基準となる内水位Ｈ_ｉｎである。具体的には、水車運転中に内水位Ｈ_ｉｎが水車運転停止水位Ｈ_Ｍ以下に低下すると、水車運転が停止される。

次に、図５のフローチャートに基づいて制御装置４７の実行するポンプゲートの制御を具体的に説明する。なお、図６から図８を併せて参照する。これら図６から図８において、ポンプ本体１３に付している記号「Ｐ」はポンプとして機能していることを示し、記号「Ｔ」は水車として機能していることを示す。また、水中モータ１４に付している記号「Ｍ」はモータとして機能していることを示し、記号「Ｇ」は発電機として機能していることを示す。

ステップＳ５−１の待機状態では、図６（Ａ）に示すように内水位Ｈ_ｉｎ、外水位Ｈ_ｏｕｔとも十分に低く、ゲート扉体３は開放状態で、ポンプ運転及び水車運転のいずれも実行しない。降雨、干満等により内水位Ｈ_ｉｎと外水位Ｈ_ｏｕｔが共に上昇し、ステップＳ５−２で内水位Ｈ_ｉｎの外水位Ｈ_ｏｕｔの両方がゲート開閉水位Ｈ_Ｇ以上となると（図６（Ｂ）参照）、ステップＳ５−３でゲート扉体３が閉鎖される。また、ステップＳ５−４において、ポンプ運転準備状態となる。具体的には、ポンプ運転に備え、切換装置３６が水中モータ１４をポンプ操作盤３７に接続する。また、電動ウィンチ３２が十分な長さのチェーン３３を送り出し、フラップ弁２８を通常状態とする。

このポンプ運転準備状態中に、ステップＳ５−５において外水位Ｈ_ｏｕｔがゲート開閉水位Ｈ_Ｇ未満に低下すれば、ステップＳ５−６でゲート扉体３を開放し、ステップＳ５−１の待機状態に戻る。

一方、ポンプ運転準備中に、内水位Ｈ_ｉｎと外水位Ｈ_ｏｕｔが上昇し、ステップＳ５−７において図６（Ｃ）に示すように内水位Ｈ_ｉｎがポンプ運転開始水位Ｈ_Ｐ１以上（Ｈ_ｉｎ≧Ｈ_Ｐ１）となり、かつ内水位Ｈ_ｉｎが外水位Ｈ_ｏｕｔよりも低ければ（Ｈ_ｉｎ＜Ｈ_ｏｕｔ）、ステップＳ５−８においてポンプ運転を開始する（図６（Ｄ）参照）。一方、ステップＳ５−７において、Ｈ_ｉｎ≧Ｈ_Ｐ１かつＨ_ｉｎ＜Ｈ_ｏｕｔでなければ、ステップＳ５−１２の水車運転を開始するか否かの判断に移行する。ステップＳ５−１２については後述する。

ポンプ運転中は、図１及び図６（Ｄ）に示すようにポンプ４の羽根車２０の正転方向の回転より、内水側２ａの水が流入口１１から流下路１７に吸い込まれ、フラップ弁２８を押し上げて流出口１２から外水側２ｂに吐出される。

ポンプ運転中、ステップＳ５−９において後述する水車運転を開始するか否かの判断が成立しなければ、ステップＳ５−１０に移行する。内水位Ｈ_ｉｎの低下により、ステップＳ５−１０において内水位Ｈ_ｉｎがポンプ運転停止水位Ｈ_Ｐ２以下となれば（図７（Ａ）参照）、ステップＳ５−１１でポンプ運転を停止し、ステップＳ５−４のポンプ運転準備状態に戻る。従って、ポンプ運転を停止してもゲート扉体３は閉鎖状態で維持されるが、ステップＳ５−５において外水位Ｈ_ｏｕｔがゲート開閉水位Ｈ_Ｇ未満まで低下すると（図７（Ｂ）参照）、ステップＳ５−６でゲート扉体３を開放してステップＳ５−１の待機状態に戻る。

ステップＳ５−９（ポンプ運転中）又はステップＳ５−１２（ポンプ運転準備中）において、内水位Ｈ_ｉｎと外水位Ｈ_ｏｕｔの水位差、詳細には外水位Ｈ_ｏｕｔから内水位Ｈ_ｉｎを減算して得られる水位差（Ｈ_ｏｕｔ−Ｈ_ｉｎ）が水車運転最低水位差ΔＨ_Ｍ以上となると、ステップＳ５−１３に移行して水車運転を開始する（図７（Ｃ）参照）。具体的には、切換装置３６が水中モータ１４を発電機操作盤３８に接続する。また、電動ウィンチ３２がチェーン３３を巻き上げて、フラップ弁２８を強制開弁状態とする。

水車運転中は、図２及び図７（Ｄ）に示すように、水路２の外水側２ｂから内水側２ａに流れる水でポンプ本体１３の羽根車２０が回転することにより、水中モータ１４が発電機として機能する。

水車運転中、ステップＳ５−１４において内水位Ｈ_ｉｎが水車運転停止水位Ｈ_Ｍ以下となるか、又はステップＳ５−１５において内水位Ｈ_ｉｎと外水位Ｈ_ｏｕｔの水位差が水車運転最低水位差ΔＨ_Ｍ未満となると、ステップＳ５−１６で水車運転を停止し（図８（Ａ）参照）し、ステップＳ５−４のポンプ運転準備に戻る。ステップＳ５−１６の水車運転停止後もゲート扉体３は閉鎖状態で維持されるが、ステップＳ５−５において外水位Ｈ_ｏｕｔがゲート開閉水位Ｈ_Ｇ未満まで低下すると（図８（Ｂ）参照）、ステップＳ５−６でゲート扉体３を開放してステップＳ５−１の待機状態に戻る。一方、内水位Ｈ_ｉｎが再び上昇すれば（図８（Ｃ）参照）、ポンプ運転が開始される（ステップＳ５−５〜５−８）。

以上のように、第１実施形態のポンプボートは、内水位Ｈ_ｉｎと外水位Ｈ_ｏｕｔに応じてゲート扉体３の内水側２ａから外水側２ｂへ強制排水を行い、かつ外水側２ｂから内水側２ａへの逆流を防止するポンプ運転状態と、外水側２ｂから内水側２ａへ自然流下する水により発電を行って内外水位差をエネルギとして有効利用する水車運転状態とを切り換えることができる。

第１実施形態では、ゲート扉体３は正圧止水で、ポンプ４は直交軸型（ポンプ本体１３の主軸１８が水中モータ１４の駆動軸２３と直交している。）の横軸軸流ポンプである。しかし、止水形式とポンプ４の種類は特に限定されない。図９から図１３は、止水形式とポンプ４の他の例を示している。

図９では、ゲート扉体３が外水側２ｂの側壁１０で水密を確保する逆圧止水型であり、ポンプ４は直交軸型の横軸軸流ポンプである。図１０では、ゲート扉体３は正圧止水型で、ポンプ４はポンプ本体１３の主軸と水中モータ１４の駆動軸が水平方向に並んで配置された直列軸型の横軸軸流ポンプであり、ポンプ本体１３が内水側２ａ、水中モータ１４が外水側２ｂに配置されている。図１１では、ゲート扉体３は逆圧止水型、ポンプ４は直列軸型の横軸軸流ポンプであり、ポンプ本体１３が内水側２ａ、水中モータ１４が外水側２ｂに配置されている。図１２では、ゲート扉体３は正圧止水型、ポンプ４は直列軸型の横軸軸流ポンプであり、水中モータ１４が内水側２ａ、ポンプ本体１３は外水側２ｂに配置されている。図１３では、ゲート扉体３は逆圧止水型、ポンプ４は直列軸型の横軸軸流ポンプであり、水中モータ１４が内水側２ａ、ポンプ本体１３は外水側２ｂに配置されている。

（第２実施形態）
図１４から図１７に示す本発明第２実施形態は、逆転配置可能なポンプに本発明を適用した例である。

ゲート扉体３は、内水側２ａの側壁９で水密を確保する正圧止水型である。

ポンプ４は第１実施形態と同様の直交軸型の横軸軸流ポンプであるが、ポンプ４の向きを反転させることができる。詳細には、図１４に示すように羽根車２０が内水側２ａを向く正規の向きと、図１５及び図１６に示すように羽根車２０が外水側２ｂを向く反転向きとのいずれかにポンプ４の向きを設定することができる。

図１７を参照すると、ゲート扉体３の側壁９，１０の内側には、流入口１１、流出口１２に対応する位置に、テーパフランジ５１，５２が固定されている。これらのテーパフランジ５１，５２は流入口１１、流出口１２と連通する孔５１ａ，５２ａを備えている。テーパフランジ５１，５２は、上方から下方に向けて厚みが増加しており、テーパフランジ５１，５２間の間隔Ｗは側方から見ると上方から下方に向けて漸次減少している。一方、ポンプ４のアウターケーシング１５の両端面の間隔も側方から見ると上方から下方に向けて漸次減少しており、テーパフランジ５１，５２間にアウターケーシング１５が嵌り込むことでゲート扉体３に対してポンプ４が取り付けられている。そのため、前述のようにポンプ４の向きを正規の向き（図１４）と反転向き（図１５及び図１６）のいずれにも設定することができる。

ポンプ４の向きを図１４の正規の向きに設定するのは、第１実施形態と同様に、通常は内水位Ｈ_ｉｎが外水位Ｈ_ｏｕｔよりも低い（Ｈ_ｉｎ＜Ｈ_ｏｕｔ）場合である。ポンプ運転時には内水側２ａの水がポンプ４で吸い込まれて流下路１７を介して外水側２ｂに排出される。また、水車運転時には外水側２ｂから流下路１７を通って外水側２ｂから内水側２ａに流れる水により、羽根車２０が回転して水中モータ１４が発電機として機能する。内水位Ｈ_ｉｎと外水位Ｈ_ｏｕｔに基づいて制御装置４７が実行するポンプ運転と水車運転の切換は、図５を参照して説明した第１実施形態の場合同様である。

ポンプ４の向きを図１５及び図１６の反転向きに設定するのは、第１実施形態とは異なり、通常は内水位Ｈ_ｉｎが外水位Ｈ_ｏｕｔよりも高い（Ｈ_ｉｎ＞Ｈ_ｏｕｔ）場合である。図１５に示すポンプ運転時には外水側２ｂの水がポンプ４で吸い込まれて流下路１７を介して内水側２ａに排出される。また、図１６に示す水車運転時には内水側２ａから流下路１７を通って外水側２ｂに流れる水により、羽根車２０が回転して水中モータ１４が発電機として機能する。内水位Ｈ_ｉｎと外水位Ｈ_ｏｕｔに基づいて制御装置４７が実行するポンプ運転と水車運転の切換は、図５のフローチャートの各ステップにおいて内水位Ｈ_ｉｎが外水位Ｈ_ｏｕｔに、外水位Ｈ_ｏｕｔが内水位Ｈ_ｉｎにそれぞれ置き換えられる点を除いて第１実施形態と同様である。

第２実施形態のようにポンプ４の向きを正転向きと反転向きのいずれにも設定可能とすれば、内水側２ａと外水側２ｂのいずれが高水位側となった場合にも、ポンプ運転と水車運転を内水位Ｈ_ｉｎと外水位Ｈ_ｏｕｔに応じて切り換えることにより、低水位側から高水位側へ強制排水し、かつ高水位側から低水位側への逆流を防止できるだけでなく、高水位側から低水位側に流れる水による発電を行い、内外水位差をエネルギとして有効利用することが可能となる。

第２実施形態のその他の構成及び作用は第１実施形態と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。

第２実施形態のポンプゲート１は、図１８及び１９に示すようにゲート扉体３が逆圧止水型であってもよい。また、ポンプ４は図１１から図１３に示す直列軸型の横軸軸流ポンプであって、正転向きと反転向きのいずれにも設定可能なものであってもよい。

本発明の第１実施形態に係るポンプゲート（ポンプ運転時）を示す概略断面図。 本発明の第１実施形態に係るポンプゲート（水車運転時）を示す概略断面図。 第１実施形態に係るポンプゲートが備えるポンプを示す断面図。 ゲート開閉水位、ポンプ運転開始水位、ポンプ運転停止水位、水車運転停止水位、及び水車運転最低水位差の関係を示す概略図。 第１実施形態に係るポンプゲートの動作を説明するためのフローチャート。 水位とポンプゲートの運転状態の一例を示し、（Ａ）は待機状態、（Ｂ）は水位上昇時、（Ｄ）はポンプ運転開始時を示す。 水位とポンプゲートの運転状態の一例を示し、（Ａ）はポンプ運転停止、（Ｂ）はゲート扉体開放、（Ｃ）は内水位低下と外水位の上昇、（Ｄ）は水車運転の開始を示す。 水位とポンプゲートの運転状態の一例を示し、（Ａ）は水車運転の停止、（Ｂ）はゲート扉体開放、（Ｃ）はポンプ運転の再開準備を示す。 ゲート扉体が逆圧止水型である変形例を示す断面図。 ゲート扉体が正圧止水型で、直列軸型の横軸軸流ポンプの羽根車が内水側に位置する変形例を示す断面図。 ゲート扉体が逆圧止水型で、直列軸型の横軸軸流ポンプの羽根車が内水側に位置する変形例を示す断面図。 ゲート扉体が正圧止水型で、直列軸型の横軸軸流ポンプの羽根車が外水側に位置する変形例を示す断面図。 ゲート扉体が逆圧止水型で、直列軸型の横軸軸流ポンプの羽根車が外水側に位置する変形例を示す断面図。 本発明の第２実施形態に係るポンプゲートを示す概略断面図である。 本発明の第２実施形態に係るポンプゲートでポンプの向きを反転させた状態（ポンプ運転時）を示す概略断面図。 本発明の第２実施形態に係るポンプゲートでポンプの向きを反転させた状態（水車運転時）を示す概略断面図。 第２実施形態に係るポンプゲートが備えるポンプを示す断面図。 第２実施形態を逆圧止水とした変形例を示す断面図。 第２実施形態を逆圧止水とした変形例（ポンプ反転時）を示す断面図。

符号の説明

１ ポンプゲート
２ 水路
２ａ 内水側
２ｂ 外水側
３ ゲート扉体
４ ポンプ
５ 構造物
７ スピンドル
８ 駆動装置
９，１０ 側壁
１１ 流入口
１２ 流出口
１３ ポンプ本体
１４ 水中モータ
１５ アウターケーシング
１７ 流下路
１８ 主軸
１９ インナーケーシング
２０ 羽根車
２１，２２ 傘歯歯車
２３ 駆動軸
２４ 回転子
２５ ケーシング
２６ 固定子
２７，３９，４０，４１，４２ 電力線
２８ フラップ弁
２９ シャフト
３０ リング
３２ 電動ウィンチ
３３ チェーン
３４ フック
３６ 切換装置
３７ ポンプ操作盤
３８ 発電機操作盤
４５ 内水位計
４６ 外水位計
４７ 制御装置
５１，５２ テーパフランジ
５１ａ，５２ａ 孔
Ｗ 間隔

Claims (7)

1. 流路に設けられた昇降可能なゲート扉体と、
   前記ゲート扉体を貫通する流下路に配置された回転軸と、この回転軸に固定された羽根車とを有するポンプ本体と、前記回転軸に連結された駆動軸を有する電動機とを備え、前記電動機に給電すると前記羽根車が正転して前記流路の内水側の水を吸い込んで前記流下路を介して前記流路の外水側に吐出し、前記電動機を非給電とすると前記流下路を通って前記外水側から内水側に流れる水によって前記羽根車の逆転が可能となり、その回転が前記駆動軸に伝達されて前記電動機が発電機として機能するポンプと、
   前記流下路の外水側に設けられた逆流防止弁と、
   前記逆流防止弁を、前記流下路を通る前記内水側から前記外水側への流れは許可するが、前記流下路を通る前記外水側から前記内水側への流れは阻止する通常状態と、前記流下路を通る前記外水側から前記内水側への流れを許可する強制開弁状態とに切り換える弁制御手段と、
   前記ゲート扉体よりも前記内水側での前記流路の水位である内水位と、前記ゲート扉体よりも前記外水側での前記流路の水位である外水位とを検出する水位検出手段と、
   前記水位検出手段の検出する内水位及び外水位に基づいて、前記ポンプの前記電動機に給電し、かつ前記弁制御手段により前記逆流防止弁を前記通常状態とするポンプ運転と、前記ポンプの前記電動機を非給電とし、かつ前記弁制御手段により前記逆流防止弁を前記強制開弁状態とする水車運転とを切り換える制御手段と
   を備えることを特徴とするポンプゲート。
2. 前記制御手段は、前記外水位から前記内水位を減算して得られる水位差が予め定められた水車運転最低水位差以上となると、前記水車運転を開始させることを特徴とする請求項１に記載のポンプゲート。
3. 前記制御手段は、前記水車運転中に、前記内水位が予め定められた水車運転停止水位以下となるか、又は前記外水位から前記内水位を減算して得られる水位差が前記水車運転最低水位未満となると、前記水車運転を停止させることを特徴とする請求項２に記載のポンプゲート。
4. 前記制御手段は、前記内水位が予め定められたポンプ運転開始水位以上となり、かつ前記外水位が前記内水位よりも高くなると、前記ポンプ運転を開始させることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のポンプゲート。
5. 前記制御手段は、前記ポンプ運転中に、前記内水位が予め定められたポンプ運転停止水位以下となると、前記ポンプ運転を終了させることを特徴とする請求項４に記載のポンプゲート。
6. 前記ゲート扉体を、前記流路を開放する開放位置と、前記流路を遮断する閉鎖位置とに移動させるゲート扉体開閉手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記外水位が予め定められたゲート開閉水位以上となると前記ゲート扉体開閉手段により前記ゲート扉体を閉鎖し、前記検出外水位が前記ゲート開閉水位未満になると、前記ゲート扉体を開放することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のポンプゲート。
7. 前記ポンプは、前記流路に対する向きを反転させて取付可能であることを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のポンプゲート。

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