JP2016535837A

JP2016535837A - 水圧装置

Info

Publication number: JP2016535837A
Application number: JP2016549656A
Authority: JP
Inventors: アントニーノ・マリア・ロンゴ
Original assignee: ミルコ・カスタニャーロ; サラ・ガンビラジ
Priority date: 2013-10-23
Filing date: 2014-09-10
Publication date: 2016-11-17
Also published as: RU2016119624A3; EP2865886A1; ITMI20131766A1; ES2618483T3; EP2865886B1; RU2016119624A; AU2014338527A1; WO2015059725A8; CN105899800A; IS050146A; WO2015059725A1; CA2927571A1; CN105899800B; US20160258413A1

Abstract

本発明は、水圧装置（１００）に関するものであって、流速を調節するゲート（１１０）と、フレーム（１２０）と、鉛直方向（Ｖ）にゲート（１１０）を駆動する第１駆動手段と、平坦部分（１３１）と傾斜部分（１３２）とを有した偏向部材（１３０）と、鉛直方向（Ｖ）にフレーム（１２０）および偏向部材（１３０）を駆動する第２駆動手段（１４０）と、偏向部材（１３０）の下流側に配置された水圧ホイール（１５０）と、を具備している。この構成により、本発明による水圧装置は、水流の制御と、水圧エネルギーから機械的エネルギーや電力への変換と、を行うことができる。

Description

本発明は、一般的には、水路の表面上で具現される水圧システムの分野に関するものであり、また、機械的エネルギーまたは電気的エネルギーのための水の制御に適した一体型の水圧機械に関するものである。

水圧の規格化（あるいは、制御）には、水の研究や、水の解析や、水の制御、がある。

水路の表面上で具現される水圧システムは、公知なものであって、一般に、水流水圧デバイスの制御および下水道のために、例えば貯水池や運河といったような土木建築物を必要とする。水圧システムは、水流を妨害し得るようにまた水流の流速を調節し得るように構成されたゲートを備えており、これにより、水流を制御し得るものとされている。

従来より、水圧装置が公知であり、公知の水圧装置は、水圧ホイールを備えている。水圧ホイールは、水路の位置エネルギーおよび運動エネルギーを、回転運動の態様とされた機械的エネルギーへと、変換するのに好適なものとされ、さらに、機械的エネルギーは、適切な発電機を使用して電気的エネルギーへと変換される。

本明細書には、先行技術文献は記載されていない。

水圧システムの分野における技術的解決手段の広範な利用度合いにもかかわらず、エネルギーの生成のために、水の制御モードを改良し得るようなおよび使用方法を改良し得るような水圧デバイスを提供することが、なおも要望されている。このような要望は、本発明の１つの目的を構成している。

上記の目的は、請求項１に記載された主要な特徴点を有した水圧装置によって得られる。他の様々な特徴点は、従属請求項に記載されている。

本発明における基本的な着想点は、可動ゲートとこの可動ゲートの直下に配置された偏向部材とが設けられた水圧装置であって、偏向部材には、ゲートによって妨害された水流の向きを変更させ得る形状表面が設けられているような、水圧装置を具現することである。

水圧装置は、さらに、長手方向において偏向部材よりも下流側に配置された水圧ホイールを具備している。偏向部材によって偏向された水流は、水圧ホイールのブレードどうしの間に流入する。本発明による水圧装置は、さらに、ゲートを鉛直方向においておよび斜め方向において選択的に駆動するための駆動手段や、水流の向きに対して回転させるための駆動手段や、偏向部材および水圧ホイールの一方または双方を実質的に鉛直方向に駆動するための駆動手段、を具備している。

この構成により、本発明による水圧装置は、水流の制御と、水圧エネルギーから機械的エネルギーや電力への変換と、を行うことができる。

本発明によりもたらされる利点は、ゲートと偏向部材と水圧ホイールとの全体を、水面よりも上方に移動させ得ることであり、これにより、水圧装置を非動作状態とし得ることである。これにより、バイパスのための適切なチャネルを構築する必要なく、水路の天然の流れを一時的に回復させることができる。

本発明による水圧装置のさらなる利点やさらなる特徴点は、添付図面を参照しつつ、本発明の様々な実施形態に関する以下の詳細な説明を読むことにより、当業者には明瞭となるであろう。

水路表面の水を制御し得るものとされた本発明による水圧装置の一部を概略的に示す平面図である。本発明による水圧制御装置の一部の動作を概略的に示す側面図である。本発明による水圧制御装置の一部の動作を概略的に示す側面図である。本発明による水圧制御装置の一部の動作を概略的に示す側面図である。本発明による水圧装置の一実施形態を概略的に示す平面図であって、図１に示すような水圧制御を行う水圧部分と、水圧エネルギーを機械的エネルギーおよび／または電気的エネルギーへと変換する部分と、を備えている。図３の水圧システムの動作に関するいくつかの状況を概略的に示す側面図である。図３の水圧システムの動作に関するいくつかの状況を概略的に示す側面図である。図３の水圧システムの代替可能な実施形態を概略的に示す平面図である。図５の水圧システムの動作に関するいくつかの状況を概略的に示す側面図である。図５の水圧システムの動作に関するいくつかの状況を概略的に示す側面図である。図５の水圧システムの動作に関するいくつかの状況を概略的に示す側面図である。図５の水圧システムの動作に関するいくつかの状況を概略的に示す側面図である。

添付図面に示すように、本発明による水圧装置は、全体的に参照符号（１００）によって示されている。

図１に示すように、水圧装置（１００）は、少なくとも１つのゲート（１１０）を備えている。ゲート（１１０）は、水路（Ｃ）から供給された水流を妨害することを意図したものであり、水流の流速を調節することができる。添付図面においては、水流の向きが、矢印（Ｆ）によって概略的に示されている。

水圧装置（１００）は、さらに、フレーム（１２０）と、例えば水圧アクチュエータまたは機械的アクチュエータといったような第１駆動手段（図示せず）と、を備えている。第１駆動手段は、フレーム（１２０）およびゲート（１１０）に対して連結されており、水路の底面に対して実質的に垂直な支配的な鉛直方向（Ｖ）における移動を可能としている。水圧装置（１００）のフレーム（１２０）は、水路（Ｃ）に関連して取り付け得るよう構成されている、例えば、水路の傾斜に沿って形成された特別の金属構造支持体（Ｇ１）上に取り付け得るよう構成されている、あるいは、対応する基礎（図示せず）上に載置し得るよう構成されている。

本発明においては、水圧装置（１００）は、フレーム（１２０）に対して固定された例えばボルトを使用して固定された少なくとも１つの偏向部材（１３０）を備えている。偏向部材（１３０）は、鉛直方向（Ｖ）においてゲート（１１０）の下方に配置されている。偏向部材（１３０）は、水圧装置（１００）の、鉛直方向（Ｖ）に対して垂直な長手方向軸線（Ｌ）の方向に延在している。偏向部材（１３０）には、形状表面が設けられている。形状表面は、連続して、平坦部分（１３１）と、鉛直方向（Ｖ）において上向きに傾斜した傾斜部分（１３２）と、を有している。偏向部材（１３０）は、また、長手方向軸線の方向（Ｌ）に対しても鉛直方向（Ｖ）に対しても垂直な横方向（Ｔ）にも、延在している。偏向部材（１３０）は、横方向（Ｔ）においては、この横方向（Ｔ）におけるゲート（１１０）のサイズと実質的に同じ距離にわたって、延在している。これにより、ゲート（１１０）によって妨害されたすべての水流は、偏向部材（１３０）に対して作用する、とりわけ、偏向部材の形状表面に対して作用する。

水圧装置（１００）の構成により、偏向部材のうちの、水流を受ける傾斜部分（１３２）は、上向きに偏向させる。これにより、酸化が引き起こされる。この酸化は、水流の化学的品質および物理的品質を改良するという目的のために、特に効果的である。

ゲートと偏向部材とは、本発明による水圧制御装置（１００）の一部を構成する。

さらに、水圧装置（１００）の構成により、ゲート（１１０）の水圧自由端は、偏向部材（１３０）に対して対向する、特に、形状表面の平坦部分（１３１）に向けて対向する。したがって、水流（Ｆ）の方向に関し、ゲート（１１０）が下向きに配置されたときには、ゲート（１１０）は、水の速度に基づき、また、流路の収縮に基づき、直前の上流側におけるおよび直後の下流側における水路の水位の上昇を決定する。水流の持ち上げの共有における上昇は、さらなる酸化を好む。

本発明においては、さらに、水圧装置（１００）は、第２駆動手段を備えている。この第２駆動手段は、例えば、符号（１４０）によって概略的に図示された水圧アクチュエータとされ、水路（Ｃ）の堤防に対して拘束された金属製支持構造（Ｇ１）に対して取り付けられているとともに、フレーム（１２０）に対して連結されている。第１駆動手段と同様に、第２駆動手段（１４０）は、鉛直方向（Ｖ）におけるフレーム（１２０）の移動を可能としている。これにより、鉛直方向（Ｖ）における偏向部材（１３０）の移動を可能としている。

結局のところ、水圧装置（１００）の構成により、ゲート（１１０）を、および、偏向部材（１２０）付きのフレーム（１２０）を、鉛直方向（Ｖ）において選択的に駆動することができる。

図２ａ〜図２ｃに示すように、様々な動作状況が可能である。

特に、図２ａは、フレーム（１２０）が水路（Ｃ）内に浸漬されていて、偏向部材（１３０）が水路（Ｃ）の底部上に配置されている状況を示している。これにより、形状表面の傾斜部分（１３２）に対応させて、鉛直方向（Ｖ）において上向きに、水流を偏向させることができる。ゲート（１１０）は、水の自由表面よりも、上方に配置されている。この場合には、水流の持ち上げの効果は、水流に対しての、偏向部材（１３０）の傾斜部分（１３２）の傾斜のみに依存する。

図２ｂは、図２ａと同様の動作状況を示しているものの、図２ｂにおいては、ゲート（１１０）が、部分的に浸漬されている。水圧装置のこの動作状況においては、水流の向き（Ｆ）に関する上流側において水位の上昇が引き起こされる。したがって、偏向部材（１３０）の傾斜部分（１３２）のところにおいて、水流の速度が増大する。これにより、図２ａの動作状況と比較して、偏向の度合いがより大きなものとなる、例えば、水流がより大きく持ち上げられる。

上記とは異なり、図２ｃは、水圧装置（１００）の非動作状況を示している。この状況においては、フレーム（１２０）が、水の自由表面から上方へと完全に持ち上げられている。そのため、偏向部材（１３０）もゲート（１１０）も、水の自由表面から上方へと完全に持ち上げられている。この状況においては、水圧装置（１００）は、水流（Ｃ）に対して、何ら作用しない。そのため、天然の流れ状況となる。

図２ａ〜図２ｃに示すように、偏向部材（１３０）の形状表面は、さらなる傾斜部分（１３３）を、さらに有することができる。このさらなる傾斜部分（１３３）は、鉛直方向（Ｖ）において上向きとされているとともに、長手方向（Ｌ）においては、平坦部分（１３１）の上流側に配置されている。さらなる傾斜部分（１３３）を設けることは、水流を、水路（Ｃ）の底面から偏向部材（１３０）の平坦部分（１３１）に向けてさらには傾斜部分（１３２）に向けて漸次的に案内し得る点において、有利である。これにより、水流を最適化し得るとともに、ゲート（１１０）の下方における水流を整流化することができる。

さらなる傾斜部分（１３３）の設置は、実質的に一定の深さを有した水路において、あるいは、水圧システム（１００）の下流側に狭窄部分を有した水路において、特に有効である。しかしながら、さらなる傾斜部分（１３３）は、天然のまたは人工的な水圧ジャンプのところに水圧装置（１００）が設置される場合には、必須ではない。なぜなら、そのような場合には、偏向部材（１３０）の形状表面の平坦部分（１３１）を、必要に応じて水圧ジャンプ箇所のところの段差箇所に適切に配置し得るからである。

図３に示すように、本発明による水圧装置（１００）には、さらに、水圧エネルギーを、機械的エネルギーへと、および／または、その後に電気的エネルギーへと、変換するための場所が設けられている。そのような変換場所は、長手方向（Ｌ）において偏向部材（１３０）の下流側に配置された少なくとも１つの水圧ホイール（１５０）を備えている。

加えて、偏向部材（１３０）と同様に、水圧ホイール（１５０）は、横方向（Ｔ）において、横方向（Ｔ）におけるゲート（１１０）のサイズと実質的に同じ距離にわたって、延在している。これにより、ゲート（１１０）によっておよび偏向部材（１３０）によって偏向されたすべての水流が、水圧ホイール（１５０）のところに集められ、水圧ホイールのすべての動作断面が活用される。

ゲート（１１０）によって補助されつつ偏向部材（１３０）によって上向きに偏向された水流は、水圧ホイールのブレードの各部分内へと到達し、これにより、水圧ホイール（１５０）を回転させる。よって、本発明による水圧装置（１００）によれば、水圧エネルギーを機械的エネルギーへと変換し得るように水路（Ｃ）を制御し得るとともに、可能であれば、水圧ホイール（１５０）に対して適切な発電機を接続することができる。

水圧ホイール（１５０）は、特に、形状表面の傾斜部分（１３２）の近傍に配置される。これにより、水流の持ち上げ効果をフルに活用することができる。

傾斜部分（１３２）の最終傾斜は、有利には、水圧ホイール（１５０）のブレードの形状に適応したものとすることができる。これにより、最適な動作を得ることができる。

本発明の一実施形態（図示せず）においては、傾斜部分（１３２）は、また、偏向部材（１３０）に対して可動的な態様で制約を付与することができる、例えば、平坦部分（１３１）に対して回転することができる。これにより、水圧ホイールに対しての入射角度を容易に変化させることができる。

この構成は、例えば、ブレードの形状に合わせて入射角度を単に調整することによって、同じタイプの偏向部材を多様なタイプの様々な水圧ホイールに対して使用し得ることにより、有利である。

この構成は、また、特に最適化のために、水路（Ｃ）の流れの向きの関数として水圧ホイールの動作を変更することができる。

さらに、ゲート（１１０）は、また、フレーム（１２０）に対して回転可能に拘束することもできる。これにより、水流の流れの向き（Ｆ）に対して、ゲートの傾斜を変更することができる。この構成は、例えば、ブレードの形状に合わせて入射角度を単に調整することによって、同じタイプのゲートを多様なタイプの様々な水圧ホイールに対して使用し得ることにより、有利である。

ゲート（１１０）に対しての衝撃力の設定、および、偏向部材（１３０）の形状表面の傾斜部分（１３２）に対しての衝撃力の設定は、本発明に基づく相乗作用的特徴点であって、水流条件を最適化することができる。

この構成は、特に、水路（Ｃ）の流れの条件の関数として水圧ホイールの動作を最適化することができる。これにより、ゲート（１１０）と偏向部材（１３０）との間の高さの差に起因する乱流の発生を低減させることができる。

図３，４ａ，４ｂに示すように、本発明の一実施形態においては、水圧ホイール（１５０）は、ゲート（１１０）とフレーム（１２０）と偏向部材（１３０）とを支持している同一の金属構造物（Ｇ１）上に取り付けられている。

図４ａに示すように、水圧装置（１００）は、上述と同様にして選択的に動作することができる。すなわち、ゲート（１１０）が、水の自由表面よりも上方に配置された状態では（この状態は、図示されていない）、水流の持ち上げ効果は、水路（Ｃ）の流れの向きに対しての、偏向部材（１３０）の傾斜部分（１３２）の傾斜に依存する。また、ゲート（１１０）が、部分的に浸漬された状態では（この状態が、図示されている）、ゲート（１１０）と偏向部材（１３０）との間の相対距離を変更することにより、流速を調節することができる。

また、非動作状態とすることができる。この非動作状態においては、フレーム（１２０）が、水面から完全に持ち上げられる。すなわち、ゲート（１１０）と偏向部材（１３０）と水圧ホイール（１５０）とが、水面から完全に持ち上げられる。この場合には、水路（Ｃ）は、天然の流れ状況によって特徴づけられる。この状況は、図４ｂに図示されている。

本発明の代替可能な実施形態においては、図５，６ａ〜６ｄに示すように、水圧ホイール（１５０）は、有利には、水圧装置（１００）のうちの、ゲート（１１０）および偏向部材（１３０）が取り付けられているフレーム（１２０）とは完全に切り離されたフレーム（１６０）上に、取り付けることができる。フレーム（１６０）は、水路（Ｃ）の堤防に沿って形成された基礎（図示せず）に対して連結された金属製構造物（Ｇ２）によって、支持されている。金属製構造物（Ｇ２）には、第３駆動手段（１７０）が取り付けられている。第３駆動手段は、例えば水圧アクチュエータとされ、水圧ホイール（１５０）を鉛直方向（Ｖ）において駆動することができる。

図６ａは、水圧装置（１００）が、水路（Ｃ）の底部上に配置された偏向部材（１３０）だけを使用して水流を制御している動作状況を示している。他方、図６ｂは、水圧装置（１００）が、偏向部材（１３０）とゲート（１１０）との組合せによって水流を制御している動作状況を示している。いずれの場合においても、水圧ホイール（１５０）は、水の自由表面よりも上方に維持されており、水路（Ｃ）に対しては作用していない。

図６ｃは、水流の制御に加えて、水圧エネルギーが機械的エネルギーへとおよび／または電力へと変換されている動作状況を示している。図示のように、水圧ホイール（１５０）は、偏向部材（１３０）の形状表面の傾斜部分（１３２）によって持ち上げられた部分のところに配置されている。これにより、水圧ホイールのブレードは、水流を受けることができ、これにより、水圧ホイール（１５０）は、この水圧ホイールの回転軸線まわりに回転駆動される。

図６ｄは、水圧装置（１００）の非動作状況を示している。この非動作状況においては、ゲート（１１０）と偏向部材（１３０）と水圧ホイール（１５０）とのすべてが、水面から完全に持ち上げられている。この場合には、水路（Ｃ）は、天然的に流れている。

水圧装置（１００）に関してのこの変形例が、水圧ホイールの動作を選択的な態様で独立的に制御し得る点において、特に有利であることは、理解されるであろう。これにより、操作者は、水圧装置（１００）を使用して、水路（Ｃ）の制御と、水圧エネルギーの機械的エネルギーへの変換さらには電力への変換とを、選択的に行うことができる。

また、水圧ホイール（１５０）を、金属製支持構造を介して水路（Ｃ）の堤防上に設置されたフレームに対して固定的に取り付け得ることは、理解されるであろう。しかしながら、上記の２つの実施形態は、バイパスのためのチャネルを構成する必要なく水路の天然の流れ状況を一時的に回復し得る点において、好ましいものであり有利なものである。鉛直方向（Ｖ）においてそれぞれが個別のフレーム上に取り付けられたゲート（１１０）とフレーム（１２０）と水圧ホイール（１５０）とを駆動するための各アクチュエータの制御は、手動で行うことができる、あるいは好ましくは、適切な制御システムを使用して自動的に行うことができる。上記においては、本発明につき、好ましい２つの実施形態を参照して説明した。しかしながら、本発明が、特許請求の範囲を逸脱することなく、様々な他の実施形態を有し得ることは、理解されるであろう。

１００水圧装置
１１０ゲート
１２０フレーム
１３０偏向部材
１３１平坦部分
１３２傾斜部分
１３３さらなる傾斜部分
１４０第２駆動手段
１５０水圧ホイール
１６０フレーム
１７０第３駆動手段
Ｃ水路
Ｇ１金属製構造物
Ｇ２さらなる金属製構造物
Ｌ長手方向
Ｔ横方向
Ｖ鉛直方向

Claims

水圧装置（１００）であって、
−水路（Ｃ）から供給された水流を妨害し得るよう構成され、これにより、流速を調節し得るものとされた、少なくとも１つのゲート（１１０）と、
−前記水路（Ｃ）の堤防上へと金属製構造物（Ｇ１）によって取り付けられ得るよう構成されたフレーム（１２０）と、
−前記フレーム（１２０）と前記ゲート（１１０）との間に設置された第１駆動手段であり、前記水圧装置（１００）の鉛直方向（Ｖ）において前記ゲート（１１０）を駆動し得るものとされた、第１駆動手段と、
−前記フレーム（１２０）に対して固定された少なくとも１つの偏向部材（１３０）であるとともに、前記鉛直方向（Ｖ）において前記ゲート（１１０）よりも下方に配置され、さらに、前記水圧装置（１００）の前記鉛直方向（Ｖ）に対して垂直な長手方向（Ｌ）に延在しており、さらに、形状表面が設けられており、前記形状表面が、平坦部分（１３１）と、前記鉛直方向（Ｖ）において上向きに配向した傾斜部分（１３２）と、を連接的に有している、少なくとも１つの偏向部材（１３０）と、
−前記金属製構造物（Ｇ１）内に取り付けられた第２駆動手段（１４０）であるとともに、前記フレーム（１２０）に対して連結されていて、前記鉛直方向（Ｖ）において前記フレーム（１２０）および前記少なくとも１つの偏向部材（１３０）を駆動し得るものとされた、第２駆動手段（１４０）と、
−前記長手方向（Ｌ）において前記偏向部材（１３０）よりも下流側に配置された少なくとも１つの水圧ホイール（１５０）と、
を具備している、
ことを特徴とする水圧装置。
請求項１記載の水圧装置（１００）において、
前記水圧ホイール（１５０）が、前記ゲート（１１０）および前記偏向部材（１３０）が取り付けられている前記フレーム（１２０）上に、取り付けられている、
ことを特徴とする水圧装置。
請求項１記載の水圧装置（１００）において、
前記水圧装置（１００）が、さらに、前記ゲート（１１０）および前記偏向部材（１３０）が取り付けられている前記フレーム（１２０）とは個別のフレーム（１６０）を具備し、
このフレーム（１６０）が、前記水圧ホイール（１５０）を支持するものとされ、
前記フレーム（１６０）が、前記水路（Ｃ）の前記堤防上へと、さらなる金属製構造物（Ｇ２）によって取り付けられ得るよう構成され、
前記水圧装置（１００）が、さらに、前記水圧ホイール（１５０）を支持している前記フレーム（１６０）と、前記さらなる金属製構造物（Ｇ２）と、の間に連結された第３駆動手段（１７０）を具備し、
この第３駆動手段が、前記鉛直方向（Ｖ）において前記水圧ホイール（１５０）を駆動し得るものとされている、
ことを特徴とする水圧装置。
請求項１記載の水圧装置（１００）において、
前記水圧ホイール（１５０）が、前記水路（Ｃ）の前記堤防上へと金属製構造物によって取り付けられ得るよう構成されたフレーム上に設置され、
そのフレームが、前記金属製構造物に対して固定されている、
ことを特徴とする水圧装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の水圧装置（１００）において、
前記偏向部材（１３０）および前記水圧ホイール（１５０）が、前記鉛直方向（Ｖ）と前記長手方向（Ｌ）との双方に対して垂直な横方向（Ｔ）において、この横方向（Ｔ）における前記ゲート（１１０）の寸法と同じ距離にわたって延在している、
ことを特徴とする水圧装置。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の水圧装置（１００）において、
前記水圧ホイール（１５０）が、前記偏向部材（１３０）の前記形状表面の前記傾斜部分（１３２）の近傍に配置されている、
ことを特徴とする水圧装置。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の水圧装置（１００）において、
前記ゲート（１１０）の自由端が、前記偏向部材（１３０）の前記形状表面の前記平坦部分（１３１）を向いている、
ことを特徴とする水圧装置。
請求項１〜７のいずれか１項に記載の水圧装置（１００）において、
前記ゲート（１１０）が、前記フレーム（１２０）に対して回転可能に連結され、
前記偏向部材（１３０）の前記形状表面の前記傾斜部分（１３２）が、同じ形状表面の前記平坦部分（１３１）に対して回転可能に連結され、
これにより、前記水路（Ｃ）内の水流の向き（Ｆ）に対しての、前記ゲート（１１０）の傾斜角度および前記傾斜部分（１３２）の傾斜角度が、変更可能とされている、
ことを特徴とする水圧装置。
請求項１〜８のいずれか１項に記載の水圧装置（１００）において、
前記偏向部材（１３０）の前記形状表面が、さらに、前記鉛直方向（Ｖ）において上向きに配向したさらなる傾斜部分（１３３）を有し、
このさらなる傾斜部分（１３３）が、前記長手方向（Ｌ）において前記平坦部分（１３１）の上流側に配置されている、
ことを特徴とする水圧装置。
請求項１〜９のいずれか１項に記載の水圧装置（１００）において、
前記水圧装置（１００）が、さらに、前記駆動手段を制御し得るよう構成された制御システムを具備している、
ことを特徴とする水圧装置。