JP2019196660A - 除塵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の信頼性が高く、流入する塵芥量の変動に対しても適切に対応することができるエネルギー消費量が少ない除塵装置を提供する。【解決手段】導水路１０１を流れる水ｗに含まれる塵芥ｄを取り除くドラムスクリーン１１と、ドラムスクリーン１１を回転させる、導水路１０１を流れる水ｗを駆動源とする水車と、モーター５３、及びモーター５３とドラムスクリーン１１とを連結又は離脱させる電磁クラッチ６１を備え、ドラムスクリーン１１を回転させる駆動装置５１と、ドラムスクリーン１１の回転数を検出する回転計７１と、ドラムスクリーン１１の回転数に応じて駆動装置５１を制御する制御装置８１と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、水力発電所の導水路等に設置し使用される除塵装置に関する。

水力発電所では、取水口、導水路又は水槽に除塵装置を設置し、取水に同伴する塵芥を除去している。水路等に設置される除塵装置としては、固定式のスクリーンを使用した除塵装置、無端状のスクリーンを回転させるスクリーン移動式除塵装置、円筒体の外周面に金網などのメッシュ部材を取付けてなるドラムスクリーンなどが知られている。

ドラムスクリーンなどスクリーンを回転させる型式の除塵装置では、スクリーンを回転させる駆動源として水の流れを利用し、電力を使用しない除塵装置がある。このような除塵装置は、省エネルギーの点において優れているが、回転数が低下すると除塵性能が低下し、さらには水車等に異常が発生すると全く除塵できない事態が発生する。

このため稼働状況を監視すべく監視カメラやスクリーンの回転検知装置を設置した除塵装置が開発されている（例えば特許文献１参照）。また連動して回転する２つの水車を備え、一方の水車に異常が発生した場合にその水車を切り離し、他方の水車で除塵を継続させることで装置の信頼性を高めた除塵装置もある（例えば特許文献２参照）。また簡単な構成でスクリーンの目詰まりを防止した除塵装置もある（例えば特許文献３参照）。

特開２００５−１４６５９０号公報 特開２０１４−３１６２４号公報 特開２０１２−１４４９４５号公報

水力発電所の導水路等に設置されたスクリーンを回転させ除塵する除塵装置において、回転が低下すると除塵性能が低下し、塵芥が除塵装置の上流側に堆積する。堆積した塵芥は、取水の抵抗となるためこのような除塵装置において、スクリーンの回転が低下すると取水量が低下し発電量に影響を与える。

特許文献１に記載の除塵装置のように回転検知手段を設け、スクリーンの回転を検知すれば、スクリーンの回転が低下した場合、現場に出向き確認・対応することができる。しかしながら都度、現場に出向き対応することは現実的ではない。特許文献２及び特許文献３の技術は、除塵装置の運転の信頼性・安定性に寄与するが、一度に多くの塵芥が流入したような場合には取水量が低下してしまう。このように特許文献に記載の技術は、水力発電所の取水設備にとって有用であるが、それだけでは十分とはいえない。

本発明の目的は、装置の信頼性が高く、流入する塵芥量の変動に対しても適切に対応することができるエネルギー消費量が少ない除塵装置を提供することである。

本発明は、水路を流れる水に含まれる塵芥を取り除く回転式の除塵機と、前記除塵機を回転させる、前記水路を流れる水を駆動源とする第１駆動手段と、モーター、前記モーターと前記除塵機とを連結又は離脱させる着脱手段を備え、前記除塵機を回転させる第２駆動手段と、前記除塵機の回転数を検出する回転検出手段と、前記除塵機の回転数に応じて前記第２駆動手段を制御する制御装置と、を備えることを特徴とする除塵装置である。

本発明の除塵装置において、前記制御装置は、前記除塵機の回転数が閾値を下回ると前記第２駆動手段と前記除塵機とを連結させ前記除塵機を予め設定された時間だけ強制的に回転させ、その後前記第２駆動手段と前記除塵機とを切り離すように制御することを特徴とする。

本発明の除塵装置において、前記水路が、水力発電所の導水路であることを特徴とする。

本発明の除塵装置は、さらに前記除塵機の上流・下流の水位差を検出可能な水位検出手段を備え、前記制御装置は、前記除塵機の上流・下流の水位差に基づき前記水力発電所に指令又はデータを送信することを特徴とする。

本発明によれば装置の信頼性が高く、流入する塵芥量の変動に対しても適切に対応することができるエネルギー消費量が少ない除塵装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態の除塵装置１の全体構成を示す図である。 本発明の第１実施形態の除塵装置１の配置を示す平面図である。 本発明の第１実施形態の除塵装置１の運転要領を示すフロー図である。 本発明の第１実施形態の除塵装置１の除塵状態と導水路１０１及び水槽１０３の水位との関係を説明するための図である。 本発明の第２実施形態の除塵装置２の配置を示す平面図である。

図１は、本発明の第１実施形態の除塵装置１の全体構成図、図２は、除塵装置１の配置を示す平面図、図３は、除塵装置１の運転要領を示すフロー図である。図４は、除塵装置１の除塵状態と導水路１０１及び水槽１０３の水位との関係を説明するための図である。

本発明の第１実施形態の除塵装置１は、水力発電所１１１に水を送水する導水路１０１に設置されている。水力発電所に水を送水する取水設備は、取水堰で堰き止め設けた取水口（図示省略）から河川水を取り込み、沈砂池（図示省略）、導水路１０１、水槽１０３、水圧鉄管１０５を通じて水力発電所１１１に水を供給する。河川水ｗには、塵芥ｄが含まれるため除塵装置１により塵芥ｄを除去する。

除塵装置１は、除塵機であるドラムスクリーン１１と、除塵機を回転駆動する水車３１、電力を使用し除塵機を強制的に回転させる駆動装置５１と、除塵機の回転数を検出する回転計７１と、駆動装置５１を制御する制御装置８１とを有する。また除塵機の上流側の導水路１０１、及び水槽１０３にはそれぞれ水位を検出する上流水位計７３、下流水位計７５が設置されている。

本実施形態に示す除塵機は、両端に配置されたリング部材１３と、左右のリング部材１３に掛け渡すように取付けられた板状部材１５とを主部材とするフレーム１７を有し、フレーム１７の外周面がメッシュ状のスクリーン１９で覆われたドラムスクリーン１１である。ドラムスクリーン１１の大きさは、長さが導水路１０１の幅と略同一であり、直径は、設置場所の水深とほぼ同じである。

ドラムスクリーン１１は、両側のリング部材１３に取り付けられた支持アーム２１で支持された回転軸２３を有し、回転軸２３が導水路１０１の側壁１０２に設置された軸受２５にて回転自在に支持されている。ドラムスクリーン１１は、スクリーン１９が水の流れに直交するようにスクリーン１９の長手方向を導水路１０１の幅方向と平行に設置されている（図２参照）。

フレーム１７を構成する板状部材１５は、８枚の細長い板体で構成され、幅方向（短手方向）がリング部材１３の中心を向かうようにリング部材１３に放射状に固定されている（図１参照）。このため板状部材１５には、導水路１０１を流れる水ｗが衝突し、これによりドラムスクリーン１１は時計方向に回転する。

上記のように板状部材１５は、スクリーン１９の支持部材であると同時に水車３１の羽根としての機能を発揮する。ドラムスクリーン１１は、回転スクリーンに水車３１が一体的に組み込まれた除塵機、水車３１の外周面にスクリーン１９が取付けられた除塵機ということができる。本実施形態において水車３１は、第１駆動手段に該当する。

ドラムスクリーン１１の下流には捕捉した塵芥ｄを、スクリーン１９から取り去るための固定式のスクレーパ４１が設けられている。スクレーパ４１は、平板状の底板４７と、底板４７の両側に立設された高さの低い側板４９とで構成され、先端部４３と後端部４５とが直交するように形成されている。固定式スクレーパ４１の幅は、導水路１０１の幅と略同一である（図２参照）。

スクレーパ４１は、取付け高さがドラムスクリーン１１の上部に位置し（図１参照）、先端部４３がスクリーン１９と僅かな隙間を有した状態で導水路１０１に固定されている。スクレーパの後端部４５は、導水路１０１を横切り導水路１０１の外に位置する。ドラムスクリーン１１で捕捉された塵芥ｄは、スクレーパ４１で掻き取られ、一部の水ｗと一緒に河川に送られる（図２参照）。

駆動装置５１は、電力を動力源としドラムスクリーン１１を強制的に回転させる装置であり、電力供給を受け回転するモーター５３、モーター５３の回転をドラムスクリーン１１に伝達する動力伝達機構５５を備える。動力伝達機構５５は、クラッチ機構を内蔵する電磁クラッチ６１と、スプロケット６３、６５と、スプロケット６３、６５に掛け渡される無端チェーン６７とを備える。本実施形態において駆動装置５１は、第２駆動手段に該当する。

電磁クラッチ６１は、モーター５３の出力軸側に位置し、モーター５３の出力軸と電磁クラッチ６１の入力軸とがカップリング５７を介して連結されている。電磁クラッチ６１の出力軸の先端部にはスプロケット６３が装着されている。ドラムスクリーン１１の一方の回転軸２３にもスプロケット６５が装着され、その２つのスプロケット６３、６５に掛け渡すように無端チェーン６７が取付けられている。

電磁クラッチ６１に通電すると入りの状態となり、クラッチ機構（図示省略）が連結状態となり、モーター５３を通じてドラムスクリーン１１を回転させることができる。一方、電磁クラッチ６１の通電を遮断すると切りの状態となり、クラッチ機構（図示省略）が離脱状態となり、モーター５３とドラムスクリーン１１との連結が解除される。これによりドラムスクリーン１１は、水車３１を介して回転することとなる。

駆動装置５１は、第１駆動手段である水車３１に比較して高速にドラムスクリーン１１を回転可能に、モーター５３、スプロケット６３、６５等の仕様が決められている。これにより駆動装置５１と連結されたドラムスクリーン１１の除塵性能は、水車３１によるドラムスクリーン１１の除塵性能に比較して高くなる。

回転計７１は、ドラムスクリーン１１の回転数を検出する機器であり、ドラムスクリーン１１の回転軸２３の回転数を検出するように設けられている。回転計７１は、接触式、非接触式のいずれであってもよく公知の回転計を使用することができる。

上流水位計７３は、ドラムスクリーン１１の上流側の導水路１０１の水位を検出する水位計、下流水位計７５は、ドラムスクリーン１１の下流側に位置する水槽１０３の水位を検出する水位計であり、制御装置８１に接続する。

制御装置８１は、上流水位計７３、下流水位計７５及び回転計７１と繋がり、駆動装置５１を制御する。具体的には、ドラムスクリーン１１の回転数に応じて、駆動装置５１によりドラムスクリーン１１を強制回転させるようにドラムスクリーン１１と駆動装置５１とを連結し、又は連結されたドラムスクリーン１１と駆動装置５１との連結を解除する。

また制御装置８１は、ドラムスクリーン１１の上流側水位、下流側水位に基づき水力発電所１１１の発電機制御装置１１３に指令を発する。この指令には、ドラムスクリーン１１の上流・下流の水位差が閾値を下回るとき発電を停止するための指令を含む。このような制御装置８１は、制御手順がプログラム化されインストールされたコンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ等で実現される。

次に除塵装置１の運転要領を、図３の除塵装置１の運転要領を示すフロー図、図４の除塵装置１の除塵状態と導水路１０１及び水槽１０３の水位との関係を説明するための図を参照しつつ説明する。図３に示すステップＳ１からＳ８までの判断の組合せや順序は一例であり変更してもよい。

通常時は、駆動装置５１が停止状態であり、駆動装置５１はドラムスクリーン１１から切り離されている。このためドラムスクリーン１１は、水ｗの流れを受けて回転しながら塵芥ｄを捕捉する。ドラムスクリーン１１で捕捉された塵芥ｄは、スクレーパ４１で掻き取られ、一部の水ｗといっしょに河川に送られる（ステップＳ１）。塵芥ｄが除去された水ｗは、水槽１０３、水圧鉄管１０５を経由して水力発電所１１１に送られる（ステップＳ２，ステップＳ７）。

通常時は、水車３１によるドラムスクリーン１１の回転で塵芥ｄが十分に除去されるので、ドラムスクリーン１１の上流側に多量の塵芥ｄが堆積することはない。このためドラムスクリーン１１の回転も確保され、ドラムスクリーン１１の上流・下流の水位差は殆どなく（図４（ａ）参照）、水力発電所１１１には十分な水ｗが送られ発電が行われる（ステップＳ６、ステップＳ７）。

制御装置８１は、回転計７１のデータからドラムスクリーン１１の回転数を常時監視し、ドラムスクリーン１１の回転数が設定回転数（閾値）を下回っていると判断すると（ステップＳ３）、所定時間、駆動装置５１を介してドラムスクリーン１１を強制的に回転させる（ステップＳ４，ステップＳ５）。具体的には、制御装置８１は、モーター５３を起動させ、さらに電磁クラッチ６１を入りの状態にする。これによりモーター５３とドラムスクリーン１１とが動力伝達機構５５を介して連結され、ドラムスクリーン１１がモーター５３により強制回転させられる。

制御装置８１は、ドラムスクリーン１１を所定時間、例えば１０分間程度強制回転させた後に、駆動装置５１によるドラムスクリーン１１の回転を停止すべく、駆動装置５１とドラムスクリーン１１とを切り離す（ステップＳ５）。具体的には、制御装置８１は、モーター５３をオフとし、さらに電磁クラッチ６１を切りの状態にする。これによりモーター５３とドラムスクリーン１１とが切り離され、ドラムスクリーン１１は、水車３１による回転に戻る（ステップＳ１）。

水車３１を介して回転しているドラムスクリーン１１に対して多量の塵芥ｄが流れ込むと、除塵が追い付かなくなりドラムスクリーン１１の上流側に多量の塵芥ｄが堆積する。ドラムスクリーン１１の上流側に多量の塵芥ｄが堆積すると、水車３１に対する水ｗの勢いが低下し、ドラムスクリーン１１の回転数が低下し、極端な場合は、ドラムスクリーン１１の回転が停止する。このとき水位は、ドラムスクリーン１１の上流側に堆積した多量の塵芥ｄが抵抗となるため、ドラムスクリーン１１の下流側の水位が低下する（図４（ｂ）参照）。

駆動装置５１によりドラムスクリーン１１を強制的に回転させると、ドラムスクリーン１１は、水車３１により回転していた状態に比較して高速で回転するためドラムスクリーン１１の上流側に堆積した多量の塵芥ｄが除去される（ステップＳ４）。

水車３１による回転で十分な除塵が行えるならば駆動装置５１によりドラムスクリーン１１を強制的に回転させる必要はない。このため所定の時間、駆動装置５１によりドラムスクリーン１１を強制的に回転させた後は、ドラムスクリーン１１は水車３１による駆動に戻される（ステップＳ５、ステップＳ１）。

上記のようにドラムスクリーン１１が所定の回転数以上で回転していれば、通常、発電に必要な水ｗが水力発電所１１１に十分に送水される。しかしながらドラムスクリーン１１のスクリーン１９に塵芥ｄが付着し目詰まりを起こすと、駆動装置５１によりドラムスクリーン１１が十分に回転している場合でも、目詰まりを起したドラムスクリーン１１が抵抗となるためドラムスクリーン１１の下流側の水位が低下する（図４（ｃ）参照）。これにより水力発電所１１１への送水量も不十分となる。

制御装置８１は、ドラムスクリーン１１の上流・下流の水位差が設定値ＬＬ以下であると判断すると（ステップＳ６）、発電機制御装置１１３に発電機の停止指令を送信する。これにより発電機が停止する（ステップＳ８）。ここで上流・下流の水位差の設定値ＬＬは、発電に必要な送水量を確保できない水位差である。この状態となれば、現地に出向きドラムスクリーン１１を清掃後、復帰させることとなる。

以上のように除塵装置１は、通常時は、水ｗの流れによりドラムスクリーン１１が回転・除塵するため省エネルギーであり好ましい。一方で出水等により一度に多量の塵芥ｄが導水路１０１内に流れ込んだ場合であっても、制御装置８１がドラムスクリーン１１の状態を監視し、必要に応じドラムスクリーン１１を駆動装置５１により強制回転させるため発電所１１１に十分な送水が行える。

除塵装置１は、ドラムスクリーン１１を駆動装置５１により強制回転させた場合でも、一度の駆動時間が比較的短時間に設定されているので、不必要にドラムスクリーン１１が駆動装置５１により強制回転させられることはなく省エネルギーの点で好ましい。

さらに制御装置８１は、例えばドラムスクリーン１１に目詰まりが発生し、水力発電所１１１に十分な送水を行えないと判断すると、発電機制御装置１１３に発電機の停止指令を送信するので、発電機を適切に停止させることができる。よって除塵装置１は、装置の信頼性が高く、流入する塵芥量の変動に対しても適切に対応することができるエネルギー消費量が少ない除塵装置ということができる。

図５は、本発明の第２実施形態の除塵装置２の配置を示す平面図である。図１から図４に示す本発明の第１実施形態の除塵装置１と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

除塵装置２は、除塵装置１と基本構成を同じくするが、除塵装置２と除塵装置１とでは除塵機の第１駆動手段である水車の構成、配置が異なる。除塵装置１では、除塵機であるドラムスクリーン１１と水車３１とが一体化されているが、除塵装置２では、除塵機であるドラムスクリーン１２と水車３２とが分離し、水車３２は、動力伝達機構５６を介してドラムスクリーン１２と連結する。

ドラムスクリーン１２は、板状部材１５の幅を除き、他の構成は第１実施形態のドラムスクリーン１１と同じである。ドラムスクリーン１２の板状部材１５の幅は、ドラムスクリーン１１の板状部材１５の幅に比較し狭くなっている。これはドラムスクリーン１２においては、板状部材１５を水車の羽根として利用する必要がないことによる。但し、ドラムスクリーン１２の板状部材１５の幅を、ドラムスクリーン１１の板状部材１５の幅と同一としてもよい。

水車３２は、放射状に配置された複数枚の羽根３４と回転軸３６とを備え、回転軸３６が導水路１０１の側壁１０２に設置された軸受３８に回転自在に支持されている。水車３２は、ドラムスクリーン１２、スクレーパ４１の下流側に設置されている。これにより水車３２には、基本的に塵芥ｄを含まない水ｗが衝突するため塵芥対策は特に必要ない。よって水車３２には公知の水車を使用することができる。

動力伝達機構５６は、水車の回転軸３６に取付けられたスプロケット６４と、ドラムスクリーン１２の回転軸２３に取付けられたスプロケット６６と、この２つのスプロケット６４、６６に掛け渡された無端チェーン６８とで構成される。

上記のように除塵装置２と除塵装置１とでは除塵機の第１駆動手段である水車３１、３２の構成、配置が異なるが、除塵装置２の運転要領、作用効果は、除塵装置１と変わりない。

以上、第１及び第２実施形態の除塵装置１、２により本発明に係る除塵装置を説明したが、本発明に係る除塵装置は上記実施形態に限定されるものではなく要旨を変更しない範囲で変更し使用することができる。

第１及び第２実施形態の除塵装置１、２では、除塵機がドラムスクリーン１１、１２である例を示したが、本発明に係る除塵装置において除塵機には、複数枚の円盤を並べこれをスクリーンとする回転式のディスクスクリーン、無端状のスクリーンを回転させるスクリーン移動式除塵機など回転式の除塵機を使用することができる。

上記実施形態では固定式のスクレーパ４１を示したが、スクレーパは可動式のスクレーパでもよい。また本実施形態とは異なる形態、構造の固定式のスクレーパであってもよい。

上記実施形態では、モーター５３と除塵機とを着脱する装置として電磁クラッチ６１を使用する例を示したが、電磁クラッチ以外のクラッチであってもよく、制御装置８１の指令を受け、確実にモーター５３と除塵機とを連結し又は切り離すことができる装置、機構であれば他のものであってもよい。また動力伝達機構５５、５６も他のものを使用することができる。

上記実施形態において制御装置８１は、除塵機の回転数が設定回転数以上で、除塵機の上流・下流の水位差が設定値ＬＬ以下のときに発電機制御装置１１３に発電機の停止指令を送信するが、以下のように変更してもよい。

制御装置８１は、除塵機の回転数に依らず、除塵機の上流・下流の水位差が設定値ＬＬ以下のときに発電機制御装置１１３に発電機の停止指令を送信するようにしてもよい。これにより除塵機に故障が発生し、除塵機が回転不能となったような場合、あるいは出水等により一度に大量の塵芥が流入しモーター５３が過負荷で停止したような異常事態にも対応することができる。

上記実施形態において制御装置８１は、除塵機の上流・下流の水位差に基づき発電機制御装置１１３に発電機の停止指令を送信するが、除塵機の下流側水位に基づき発電機制御装置１１３に発電機の停止指令を送信するようにしてもよい。また除塵機の回転数データ、除塵機の上流側水位データ、下流側水位データを送信し、発電機制御装置１１３がこれらデータを使用し発電機の運転を制御するようにしてもよい。

以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、当業者であれば、本明細書を見て、自明な範囲内で種々の変更及び修正を容易に想定するであろう。従って、そのような変更及び修正は、請求の範囲から定まる発明の範囲内のものと解釈される。

１、２ 除塵装置
１１、１２ ドラムスクリーン
１５ 板状部材
１９ スクリーン
３１、３２ 水車
４１ スクレーパ
５１ 駆動装置
５３ モーター
５５ 動力伝達機構
６１ 電磁クラッチ
６３ スプロケット
６５ スプロケット
６７ チェーン
７１ 回転計
７３ 上流水位計
７５ 下流水位計
８１ 制御装置
１０１ 導水路
１０３ 水槽
１１１ 水力発電所
１１３ 発電機制御装置
ｗ 河川水
ｄ 塵芥

Claims (4)

1. 水路を流れる水に含まれる塵芥を取り除く回転式の除塵機と、
   前記除塵機を回転させる、前記水路を流れる水を駆動源とする第１駆動手段と、
   モーター、前記モーターと前記除塵機とを連結又は離脱させる着脱手段を備え、前記除塵機を回転させる第２駆動手段と、
   前記除塵機の回転数を検出する回転検出手段と、
   前記除塵機の回転数に応じて前記第２駆動手段を制御する制御装置と、
   を備えることを特徴とする除塵装置。
2. 前記制御装置は、前記除塵機の回転数が閾値を下回ると前記第２駆動手段と前記除塵機とを連結させ前記除塵機を予め設定された時間だけ強制的に回転させ、その後前記第２駆動手段と前記除塵機とを切り離すように制御することを特徴とする請求項１に記載の除塵装置。
3. 前記水路が、水力発電所の導水路であることを特徴とする請求項１又は２に記載の除塵装置。
4. さらに前記除塵機の上流・下流の水位差を検出可能な水位検出手段を備え、
   前記制御装置は、前記除塵機の上流・下流の水位差に基づき前記水力発電所に指令又はデータを送信することを特徴とする請求項３に記載の除塵装置。

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