JP2020146673A - 流体取り込みシステム及び発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】ストレーナ内への落葉等の異物の混入を防ぐとともにストレーナに付着した異物を容易に取り除くことが可能な流体取り込みシステム等の提供。【解決手段】本発明の実施形態に係る流体取り込みシステムは、ストレーナ部、流量調整部、制御部を具備する。流量調整部は、ストレーナ部を経由して流路に流入する液体の流量を調整する。制御部は、流量に相関する値が基準範囲外の値になったことを契機として流量調整部を制御し、前記流量を減少させる。【選択図】図５

Description

本発明は、流体取り込みシステム及び発電システムに関する。

発電システムにおいて、河川や水槽等から水を吸引する際に、水中の汚泥、塵芥浮遊物等を吸い込むことにより、発電機のプロペラが目詰まりすることがある。この目詰まりを防止するため、ストレーナ（パンチングメタルのような複数の貫通孔が形成された器具）が吸込口に取り付けられる。しかし、この場合も、ストレーナの貫通孔の目詰まりが発生するため、発電機を停止して、人力でストレーナの貫通孔から異物を撤去する必要がある。

特許文献１には、区画された一部の領域に流入する液体の一部を戻す戻し流路が形成された円筒状のストレーナと、このストレーナを回転させながら液体を吸引することで、吸引される液体の一部を、戻し流路を通して戻しつつ、ストレーナの全周に亘って網目等に詰まったヘドロや浮遊物等を除去する取水システムが開示されている。

特許文献２には、導水管の先端に取り付けられ導水管に連通する開口が複数箇所に設けられるストレーナ本体と、ストレーナ本体の外側に被嵌されて、ストレーナ本体に対して相対移動可能であるとともに、ストレーナ本体の開口を相対移動量に応じた開度に調整可能な開度調整部材を相対移動させる取水システムが開示されている。

特許文献１に開示された技術では、ストレーナを回転させる機構が必要となる。また、ストレーナ内に区画を設け液体の一部を戻す戻し流路を形成する必要があり、ストレーナの構成が複雑になる。特許文献２に開示された技術では、開口を調整するための部材や調整する機構が必要となるため、やはり複雑な機構のストレーナとなる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ストレーナに付着した落葉等の異物を容易に取り除くことが可能な流体取り込みシステム及び発電システムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ストレーナ部と、前記ストレーナ部を経由して流路に流入する液体の流量を調整する流量調整部と、前記流量に相関する値が基準範囲外の値になったことを契機として前記流量調整部を制御し、前記流量を減少させる制御部と、を具備する流体取り込みシステムである。

本発明によれば、ストレーナ内への落葉等の異物の混入を防ぐとともにストレーナに付着した異物を容易に取り除くことが可能な流体取り込みシステム及び発電システムを実現することができる。

図１は、本発明の第一の実施形態に係る取水システム１の構成を説明するための図である。 図２は、監視装置５のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。 図３は、本実施形態に係る監視装置５に関する機能ブロック図である。 図４は、流量監視部５ａによって監視された配管３内の流体の流量の時間的変化の一例を示したグラフである。 図５は、第一の実施形態に係る取水システム１によって実現される、流量制御を含む取水処理の流れを説明するためのフローチャートである。 図６は、第二の実施形態に係る取水システム１によって実現される、流量制御を含む取水処理の流れを説明するためのフローチャートである。 図７は、本発明の技術的思想を発電システムに適用した実施形態を説明するための図である。 図８は、変形例に係る取水システム１の構成を示した図である。 図９は、ストレーナ部２の一例を示した図である。 図１０は、ストレーナ部２の他の例を示した図である。 図１１は、ストレーナ部２の他の例を示した図である。 図１２は、ストレーナ部２の他の例を示した図である。 図１３は、中空羽根車を有する水力発電装置の側面図である。 図１４は、中空羽根車の横断面図である。

（第一の実施形態）
以下、添付図面を参照しながら、本発明の第一の実施形態に係る取水システムについて説明する。図１は本発明の第一の実施形態に係る取水システム１の構成を説明するための図である。同図に示す取水システム１は、例えば、一般河川から取水するためのシステムであり、ストレーナ部２、配管３、流量計４、監視装置５、流量調整部６を具備している。なお、取水システム１の河川側から見て下流側には、発電機７が接続されている。また、取水システム１と発電機７とで、本実施形態に係る発電システムを構成する。

ストレーナ部２は、取水システム１の配管３へ水などの流体を取り込むための取水口に、流体から固形成分を取り除くためのストレーナを設けたものである。ストレーナ部２は、全体が流体中に沈むよう例えば河川の上流に設置される。河川を流れる水に落葉等の異物が入っている場合、このストレーナ部２により、配管３への落葉等の異物の混入を防止することができる。

配管３は、ストレーナ部２から取り込まれた流体を発電機７まで輸送するための流路を形成する。

流量計４は、ストレーナ部２と発電機７との間の配管３上に設けられ、配管３内を流れる流体の流量に相関する値（例えば流量、水圧等）を計測する。なお、本実施形態おいては、説明を具体的にするめ、流量計４は基準時間当たりの流量を計測するものとする。

監視装置５は、流量計４から得た流量を示す信号を逐次受け取り、配管３内の流体の流量を監視する。監視装置５は、配管３内の流体の流量の監視結果に基づいて、流量調整部６の制御信号を出力する。この監視装置５のハードウェア構成、機能構成については、後で詳しく説明する。

流量調整部６は、配管３内を流れる流体の流量を調整するバルブである。流量調整部６は、流量調整弁を備えており、監視装置５から出力される制御信号を基に電動で動作する。取水元が河川である場合は、流量調整部６を通過した流水は、発電機７内を通過し再び河川へと放流される。

発電機７は、例えば管路内にプロペラを有しており、水の圧力エネルギーによりプロペラを回し、その力を発電用モータに伝えることで発電を行う水力発電機である。

このように構成された取水システム１において、ストレーナ部２を通過した流水の一部は配管３を通じて流量計４、流量調整部６を通じて発電機７に流れ込む。ストレーナ部２から配管３への導水は、河川等の高低差の利用やサイフォン方式による取水などで可能である。しかしながら、当該例に限定する趣旨ではなく、取水のためのポンプを別途設けるようにしてもよい。

図２は、監視装置５のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。同図に示す様に、監視装置５は、コンピュータによって構築されており、ＣＰＵ５０１、ＲＯＭ５０２、ＲＡＭ５０３、ＨＤ５０４、ＨＤＤ(Hard Disk Drive)コントローラ５０５、ディスプレイ５０６、外部機器接続Ｉ／Ｆ(Interface)５０８、ネットワークＩ／Ｆ５０９、データバス５１０、キーボード５１１、ポインティングデバイス５１２、ＤＶＤ−ＲＷ(Digital Versatile Disk Rewritable)ドライブ５１４、メディアＩ／Ｆ５１６を備えている。

これらのうち、ＣＰＵ５０１は、監視装置５全体の動作を制御する。また、ＣＰＵ５０１は、専用のプログラムをＲＡＭ５０３上で実行することで、本実施形態に係る取水処理（詳細は後述）を実行する。ＲＯＭ５０２は、ＩＰＬ等のＣＰＵ５０１の駆動に用いられるプログラムを記憶する。特に、ＲＯＭ３０２は、後述する取水処理を実行するためのプログラムを記憶する。ＲＡＭ５０３は、ＣＰＵ５０１のワークエリアとして使用される。

ＨＤ５０４は、プログラム等の各種データを記憶する。ＨＤＤコントローラ５０５は、ＣＰＵ５０１の制御にしたがってＨＤ５０４に対する各種データの読み出し又は書き込みを制御する。ディスプレイ５０６は、カーソル、メニュー、ウィンドウ、文字、又は画像などの各種情報を表示する。外部機器接続Ｉ／Ｆ５０８は、各種の外部機器を接続するためのインターフェースである。この場合の外部機器は、例えば、ＵＳＢ(Universal Serial Bus)メモリやプリンタ等である。ネットワークＩ／Ｆ５０９は、通信ネットワークを利用してデータ通信をするためのインターフェースである。バスライン５１０は、図２に示されているＣＰＵ５０１等の各構成要素を電気的に接続するためのアドレスバスやデータバス等である。

また、キーボード５１１は、文字、数値、各種指示などの入力のための複数のキーを備えた入力手段の一種である。ポインティングデバイス５１２は、各種指示の選択や実行、処理対象の選択、カーソルの移動などを行う入力手段の一種である。ＤＶＤ−ＲＷドライブ５１４は、着脱可能な記録媒体の一例としてのＤＶＤ−ＲＷ５１３に対する各種データの読み出し又は書き込みを制御する。なお、ＤＶＤ−ＲＷに限らず、ＤＶＤ−Ｒ等であってもよい。メディアＩ／Ｆ５１６は、フラッシュメモリ等の記録メディア５１５に対するデータの読み出し又は書き込み（記憶）を制御する。

図３は、本実施形態に係る監視装置５に関する機能ブロック図である。同図に示す様に、監視装置５は、流量監視部５ａ、制御部５ｂ、表示部５ｃとしての機能を有する。なお、図３は、本実施形態に係る監視装置５が有する機能のうち、本発明に関わる機能を便宜上図示したものである。

流量監視部５ａは、流量計４から得た流量を示す信号を定期的に受け取り、配管３内の流体の流量をリアルタイムで監視する。

制御部５ｂは、流量監視部５ａが監視する流量に相関する値（今の場合、基準時間当たりの流量）が基準値以下になったことを契機として、流量調整部６を制御し、配管３内の流体の流量を減少させる。すなわち、制御部５ｂは、流量監視部５ａが監視する流量が基準値以下になったタイミングで、ストレーナ部２への落葉等の異物の付着の有無を判定する。そして、落葉等の付着が有りと判定した場合には、制御部５ｂは、流量調整部６の弁を一定期間閉じた後、開く開閉制御を実行する。

図４は、制御部５ｂによる流量調整部６の弁の開閉制御を説明するための図であり、流量監視部５ａによって監視された配管３内の流体の流量の時間的変化の一例を示したグラフである。

例えば、図１に示した取水システム１による取水処理中に、一般河川を流れる落葉等の異物によりストレーナ部２が目詰まりを起こす場合がある。係る場合、図４に示す様に、配管３内の流体の流量が時間の経過に伴って減少する。制御部５ｂは、配管３内の流体の流量が閾値ｆｔに到達したことを契機として、例えば時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間Ｔにおいて配管３内の流体の流量がゼロとなるように、流量調整部６を制御する（弁を閉める）。また、制御部５ｂは、時刻ｔ１から期間Ｔが経過した時刻ｔ２において、配管３内の流体の流量が通常値ｆｎとなるように、流量調整部６を制御する（弁を開ける）。

表示部５ｃは、流量監視部５ａが監視する流量が基準値以下になった場合には、その旨を知らせるためのアラーム（異常を示す情報）を出力する出力部である。この表示部５ｃは、ディスプレイ５０６と、ディスプレイ５０６を制御するＣＰＵ５０１とによって実現される。

また、本実施形態では、流量監視部５ａ、制御部５ｂの各々の機能は、ＣＰＵ３０１が専用のプログラムをＲＡＭ３０３上で実行することで実現される。しかしながら、当該例に限定されず、流量監視部５ａ、制御部５ｂの一部又は全部を、同様の各機能を実行するように設計された専用のハードウェア、例えばＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＤＳＰ（digital signal processor）、ＦＰＧＡ（field programmable gate array）等の半導体集積回路や従来の回路モジュール等によって実現するようにしてもよい。

（ストレーナ部２に付着した異物の除去を含む取水処理）
次に、取水システム１によって実現される、ストレーナ部２に付着した異物の除去を含む取水処理（以下、単に「本実施形態に係る取水処理」と呼ぶ）について説明する。本実施形態に係る取水処理は、例えば流水の上流にあるストレーナ部２に落葉等の異物が付着し、配管３内を流れる流体の流量が低下した場合に、監視装置５からの制御信号により流水調整部６を閉じて、ストレーナ部２からの水の流入を積極的に止める。その結果、ストレーナ部２に付着した落葉等の異物は、河川の流れ等によりストレーナ部２から離れ、除去される。

図５は、第一の実施形態に係る取水システム１によって実現される取水処理の流れを説明するためのフローチャートである。取水システム１の電源がＯＮされると、例えば図示していないモータが駆動し、ストレーナ部２を通じて配管３内に流体が流入される。制御部５ｂは待機状態となり（ステップＳ１）、流量計４は、配管３内の流量を計測し、定期的に(例えば１０秒に1度)計測した流量の値（流量信号）を制御部５ｂに送信する。制御部５ｂは、定期的に送信される流量信号を受信する（ステップＳ２）。

制御部５ｂは、受信した流量信号に基づいて、配管３内の流体の現在の流量が正常範囲か又は異常範囲か（例えば、流量が図４のｆｔ以上の正常範囲であるか又はｆｔ以下の異常範囲であるか）を判定する（ステップＳ３）。ステップＳ３の判定の結果、現在の流量が正常範囲である場合には（ステップＳ３の「正常範囲」）、制御部５ｂは、ステップＳ１乃至Ｓ３の処理を繰り返すことで、流量の監視を継続する。

一方、ステップＳ３の判定の結果、現在の流量が異常範囲である場合には（ステップＳ３の「異常範囲」）、制御部５ｂは、現在の流量が異常範囲となったのは、落葉等がストレーナ部２に付着したことが要因か否かを判定する（ステップＳ４）。なお、この「現在の流量が異常範囲である要因は、落葉等のストレーナ部２への付着か否か」の判定は、例えば流量の値の低下、水圧の低下、流量や水圧の変化量（変化率）、別途設けられた監視カメラによるストレーナ部２への落葉等の異物の付着の検出によって実現することができる。

制御部５ｂは、ステップＳ４において落葉の付着が要因でないと判定した場合、アラーム動作を実行する（ステップＳ５ａ）。このアラーム動作は、典型的には、配管３内の流量が異常であることを知らせる情報を表示部５ｃにさせる動作、警告音をスピーカ等から出力させる動作が挙げられるが、特に限定されない。

一方、制御部５ｂは、ステップＳ４において落葉等の異物の付着が要因であると判定した場合、流水調整部６に対し弁を閉じるための制御信号を送信する。流水調整部６は、制御部５ｂから受信した制御信号に基づいて流量調整弁を閉める。制御部５ｂは、例えば予め設定された一定時間の経過後、流水調整部６に対し弁を開けるための制御信号を送信する。流水調整部６は、制御部５ｂから受信した制御信号に基づいて流量調整弁を開ける。これによって、配管３内の流量に基づいて、ストレーナ部２へ付着した落葉等の異物を除去するための流量調整部６の弁の開閉制御が実施される（ステップＳ６）。

なお、本実施形態においては、制御部５ｂからの制御信号に基づいて流量調整部６の弁を完全に閉める（流量をゼロにする）場合を例とした。しかし、当該例に限定されない。すなわち、流量調整部６の弁を必ずしも完全に閉める必要はなく、ストレーナ部２へ付着した落葉等が除去できる程度に配管３内の流量が減少するように、流量調整部６の弁を制御する構成であればよい。

以上説明した様に、本発明の第一の実施形態に係る取水システム１によれば、ストレーナ部を経由して流路に流入する液体の流量に相関する値が基準値以下になったことを契機として、流量調整部を制御し、流路内の流体の流量を減少させる。従って、例えば、流水の流れ方向に対し上流にあるストレーナ部に落葉が付着した場合、流路内の流体の流量を減少させることで、河川からストレーナ部を通じて配管内に流入する水の流れを減少させることができる。その結果、ストレーナ部に付着した落葉等の異物はストレーナ部から浮き（剥がれ）、取水元となる河川の流水によりストレーナ部に付着した異物が取り除かれる（流される）。すなわち、ストレーナが目詰まりを起こすと、流量に相関する値が基準値以下になる。このことを契機として、流量調整部を制御し、流路内の流体の流量を減少させることで、ストレーナの目詰まりを自動的に排除できる。

また、取水システム１によれば、流量に相関する値をリアルタイムに監視し、その変化に基づいて流量調整弁の開閉を行うのみで、ストレーナ部の目詰まりを自動的に排除することができる。従って、本実施形態に係る取水システム１を実現するためには、新たな装置や機構を必要とせず、既存の監視装置に上述した流量制御を含む取水処理を実現するプログラムをインストールするだけでよい。その結果、簡易且つ低コストにてストレーナ部の目詰まりを自動的に排除することができる。なお、取水元については特に制限されず、内部を流体が流れる配管など、流体による流れがある箇所であればどこでもよい。また、本実施形態においては、流体が水である場合について説明したが、水以外の空気などであってもよい。

（第二の実施形態）
次に、本発明の第二の実施形態に係る取水システム１又は発電システムについて説明する。本実施形態に係る取水システム１は、第一の実施形態に係る取水システム１において、ストレーナ部への落葉付着が流量減少の要因であると判定し、積極的に流量調整弁の開閉制御を行う場合には、アラーム動作の基準を一時的に変更し、アラームを出力しないものである。

図６は、第二の実施形態に係る取水システム１によって実現される、流量制御を含む取水処理の流れを説明するためのフローチャートである。同図において、ステップＳ１乃至ステップＳ４までの各処理は、図５に示した対応する各処理と同様であるので、その説明を省略する。

制御部５ｂは、ステップＳ４において落葉の付着が要因でないと判定した場合、アラーム動作を実行する（ステップＳ５ａ）。一方、制御部５ｂは、ステップＳ４において落葉の付着が要因であると判定した場合、アラーム機能自体を停止させる（ステップＳ５ｂ）。そして、制御部５ｂは、流水調整部６に対し弁を閉じるための制御信号を送信する。流水調整部６は、制御部５ｂから受信した制御信号に基づいて流量調整弁を閉める。制御部５ｂは、例えば予め設定された一定時間の経過後、流水調整部６に対し弁を開けるための制御信号を送信する。流水調整部６は、制御部５ｂから受信した制御信号に基づいて流量調整弁を開ける。これによって、配管３内の流量に基づいて、アラーム機能が一時的に停止した状態での流量調整弁の開閉制御が実施される（ステップＳ６）。

制御部５ｂは、流量のモニタリングに戻り、流量計４から定期的に送信される流量信号を再受信する（ステップＳ７）。制御部５ｂは、受信した流量信号に基づいて、配管３内の流体の現在の流量が正常の範囲に戻ったか否か（例えば、図４のｆｔ以上の値であるか又はｆｔ以下の値であるか）を判定する（ステップＳ８ａ）。ステップＳ３の判定の結果、現在の流量が正常範囲である場合には（ステップＳ８ａの「正常範囲」）、制御部５ｂは、アラーム機能を再開させ（ステップＳ１０）、ステップＳ１乃至Ｓ３の処理を繰り返す。

一方、ステップＳ３の判定の結果、現在の流量が異常範囲である場合には（ステップＳ８ａの「異常範囲」）、制御部５ｂは、ステップＳ８ａにおいて「正常範囲」と再判定されるまで、ステップＳ６乃至Ｓ８の処理を繰り返し実行する。また、ステップＳ８ａにおいて「正常範囲」と再判定されるまでの上記繰り返しは、例えば３回までとし、ステップＳ８ｂにおいて４回目に「異常範囲」と判定された場合には、制御部５ｂはアラーム機能を再開しアラーム動作を実施する(ステップＳ９、Ｓ１１)。

以上説明した様に、本発明の第二の実施形態に係る取水システム１によれば、例えば流量計の信号が示す流量が、設定されたある範囲内の値から逸脱した場合には、原則としてアラームにより配管内を流れる流体の異常を知らせることに加えて、流量計の信号が示す流量が、設定されたある範囲内の値から逸脱した原因がストレーナ部２に付着した落葉等による場合には、アラームとして配管内を流れる流体の異常を検出する機能を一時的に除外する。これにより、不要なアラームの発生を防止することができる。

（第三の実施形態）
図７は、本発明の技術的思想を発電システムに適用した実施形態を説明するための図である。同図に示す様に、第三の実施形態に係る発電システムは、配管３、流量計４、監視装置５、流量調整部６、発電機７を具備している。

発電機７は、流体の流れに沿って流量調整部６の下流側の配管３に接続されて流路の一部を形成している。取水部８から取り込まれ配管３を流れる流体に落葉等の異物が入った場合に、この発電機７のプロペラに異物が絡む形で、流路が閉塞する場合がある。

監視装置５の制御部５ｂは、第一の実施形態又は第二の実施形態と同様の取水処理を実行することで、発電機７のプロペラに付着した異物を排除できる場合がある。

すなわち、配管３内の水量が低下し発電機内のプロペラへの落葉の付着が検出されると、制御部５ｂは、流量調整部６に対し弁を閉じるよう制御信号を送信する。流量調整部６が制御信号に従って流水調整弁を閉じると、発電機７内への流体の流入が停止する。流体の流入が止まると、流入による圧力でプロペラに付着していた落葉が浮力で浮くようになる。その結果、プロペラからの落葉の離れ排除が実現される。

（変形例１）
上述した第一又は第二の実施形態においては、流量計４によって計測される流量、水圧を流量に相関する値として説明した。しかしながら、流量に相関する値を計測するのに流量計４は必須ではない。例えば、発電機７の出力電圧、出力電流、出力電流（交流）の周波数、回転数、振動量等（以下、「回転数情報」と呼ぶ）は、配管３内を流れる流体流量に相関する値とすることができる。そのため、相関する値の基準値以下が異常範囲となる場合もあれば、相関する値の基準値以上が異常範囲となる場合もある。

図８は、変形例に係る取水システム１の構成を示した図である。同図において、発電機７は、自身の回転数情報を検出するための検出デバイス（例えば、インバーター装置からの出力部、パルスセンサー、振動センサー等）を有している。監視装置５は、発電機７の検出デバイスから回転数情報を定期的に取得し、その監視結果に基づいて流量調整部４の弁を開閉制御する構成でも、第一又は第二の実施形態に係る取水システムと同様の効果を実現することができる。

（変形例２）
上述した第一又は第二の実施形態においては、流水調整弁を開閉制御するタイミングは、流量が一定値以下となった場合とした。しなしながら、当該例に限定されず、ストレーナ部２に落葉等の異物の付着を例えば監視カメラや人為的手法により検出したタイミング、一定時間ごとのサイクル（例えば、１２時間毎（一日に２回））といったタイミングで流水調整部６の弁を開閉制御するようにしてもよい。

（変形例３）
上記核実施形態に係る取水システム１に必要なストレーナ部２は、落葉等の異物の混入を防ぐとともに、ストレーナ部２に付着した落葉等の異物を容易に取り除くことが出来る必要がある。また、ストレーナ部２は、一般的に表面積が広いほど吸水孔の目詰まりによる影響を受けにくい。

以上の事情を踏まえ、上記核実施形態に係る取水システム１では、例えば図９乃至図１４に示すストレーナ部２を採用することができる。

図９は、円筒形状の筐体の側面に吸水孔２１が一定のピッチで形成されたストレーナ部２の側面図である。図９の例では、円筒の長さＬが長いほど、吸水効率のよいストレーナ部となる。

図１０は、円錐台形状（又は、円錐形状）の凹部を有し、その壁面に形成された吸水孔２１から吸水するストレーナ部２の断面図である。同図中の矢印は、ストレーナが目詰まりしていない状態の流水の流れである。図１０に示したストレーナ部２の場合、吸水孔に落葉等の異物が付着すると、流体が円錐台形状の凹部内に停滞することがある。このため、流量調整部６の弁を閉じてストレーナに付着した落葉を浮かしたとしても、河川の流れで自動的に取り除くことが出来ない場合がある。従って、図９に示した円筒形状のストレーナ部２の方が、好ましい形態であると言える。

図１１（ａ）は、直方体形状の筐体のストレーナ部２の外観を、図１１（ｂ）は、側面を台形とする直方体形状（又は、底面を台形とする四角柱形状）の筐体のストレーナ部２の外観を、それぞれ示した図である。同図中の矢印は、ストレーナが目詰まりしていない状態の流水の流れである。図１１（ａ）、図１１（ｂ）の例であっても、比較的表面積が広く吸水孔２１の目詰まりによる影響を受けにくいストレーナ部２を実現することができる。

図１２は、半球形状のストレーナ部２の側面図である。ストレーナ部２、同図に示したような半球形状のものであってもよい。図１２では、半球面が河川の流水が流れる方向に沿った状態で設置されている。しかしながら、半球形状のストレーナ部２の場合、流水の流れる方向に対抗する向きに設置してもよい。

また、図９乃至図１２に示したいずれの例においても、落葉等の異物がストレーナ部２の内に混入すると取り除くことが困難である。そのため、吸水孔２１は大きすぎないほうが良い。吸水孔２１を大きくしたい場合には、ストレーナ部２の周囲をメッシュカバーで覆う構造としても良い。メッシュカバーによりストレーナ部２内に落葉等が進入することを防止することができる。

（変形例４）
各実施形態に係る取水システム又は発電システムにおいて、発電機７について特に限定はなく、一般的な水力発電モータを採用することができる。しかしながら、より好ましい実施形態として、例えば、中空羽根車を有する水力発電装置を用いることができる。以下、図１３、図１４を参照しながら、中空羽根車を有する水力発電装置について詳しく説明する。

図１３は、中空羽根車を有する水力発電装置の側面図である。図１４は、中空羽根車の横断面図である。図１３に示した発電装置は，円管内のプロペラ（羽根）を水流により駆動して発電機を回すマイクロ水力発電装置である。中空羽根車は、第一の管１２と第二の管１４と環状体２０とを有している。第一の管１２の一方の端部は、第二の管１４の一方の端部に対向して配置されている。第一の管１２と第二の管１４は、同軸に配置された同径の円管である。環状体２０は、第一の管１２および第二の管１４と同軸に配置された円管である。環状体２０の径は、第一の管１２および第二の管１４とほぼ同じである。

第一の管１２と第二の管１４と環状体２０とは、たとえば金属あるいは樹脂で形成されている。第一の管１２と第二の管１４と環状体２０は、たとえば小型・軽量でコストが安い直径２００ｍｍの硬質塩ビパイプである。第一の管１２と第二の管１４と環状体２０は、たとえば全長５００ｍｍ程度とする。

第一の管１２の端部には、図示しないフランジが設けられている。環状体２０の端部には、図示しないフランジが設けられている。第一の管１２の端部と環状体２０の端部とは、該二つのフランジが互いに引っかかるように対向し、ベアリングを介して結合されている。ベアリングは、水の流れの方向、すなわち軸方向の荷重、および半径方向の荷重に耐えられるものとする。第二の管１４の端部と環状体２０の他方の端部とも同様の構造で結合されている。したがって、環状体２０は、第一の管１２および第二の管１４の端部に、回転可能に支持されている。第一の管１２および第二の管１４は、たとえば地面、水底などに固定されている。

環状体２０の内面には、羽根２２が固定されている。羽根２２は、第一の管１２の内部を図１の矢印４０の方向に流れる水によって環状体２０に回転力を付与する。また、環状体２０の上流側の第一の管１２の内面には、内部を流れる水に旋回方向の運動量を与えるガイドベーン１６が固定されている。羽根２２およびガイドベーン１６は、たとえば金属製である。羽根２２およびガイドベーン１６は、水の流れを有効に活用するため、翼型であることが好ましい。

羽根２２は、たとえば図示しないボルトで環状体２０の内面に固定されている。ボルトは、たとえば１枚の羽根２２に対して２以上設ける。ボルトは、たとえば環状体２０の外面から内面に貫通する孔を通して羽根２２にねじ込まれる。羽根２２を、ボルトなどを用いて環状体２０に着脱可能に設けておくことにより、メンテナンスが容易でメンテナンスコストが小さくなる。

発電装置は、この中空羽根車と発電機３０とベルト３４とを有している。発電機３４は、シャフト３２の回転によって発電する。ベルト３４は、発電機３４のシャフト３２あるいはそのシャフト３２に取り付けられたボスに架け渡されている。ベルト３４は、中空羽根車の環状体２０の回転を発電機３０に伝達する。ベルト３４は、たとえば合成ゴム製である。あるいはベルト３４を、金属で形成してもよい。中空羽根車は、たとえば流れを有する水中に沈められる。発電機３０は、たとえば水上に配置される。

このような発電装置では、図１３の矢印４０の方向に流れる水が羽根２２にぶつかることによって環状体２０に回転力が与えられる。この回転力によって環状体２０は回転し、ベルト３４を動かす。ベルト３４を介して、環状体２０の運動エネルギーは伝達されて、発電機３０のシャフト３２が回転する。これにより発電機３０が発電して電気エネルギーに変換される。

また、このような発電装置を各実施形態に係る取水システム又は発電システムに用いれば、環状体２０の内周に羽根２２を取付け、水が流れる第一の管１２および第二の管１４の端部に、羽根２２とともに回転する環状体２０を、ベアリングによって支持している。環状体２０の回転はベルト３４により発電機３０に伝えられる。発電機２０のシャフト３２およびそれに取り付けたボスなどを水流中以外の別の場所に移動することにより、円管の有効断面積が飛躍的に増大する。つまり、環状体２０、第一の管１２および第二の管１４の中央に発電機などを配置する必要がないため、上流から流れる異物を下流側に円滑に素通りさせることができる。したがって、羽根２２に異物が巻き込まれる、異物によって流路が閉塞される等の可能性が低減される。また、エネルギー収支比を向上させることができる。

なお、本変形例に係る中空羽根車を有する水力発電装置は、例えば特許第５６９６２９６号公報に詳しい。

(変形例５)
各実施形態において、流量計４によって定期的に計測された流量値、又は流量監視部５ａが監視する経時的な流量値に関する情報を、例えばネットワークＩ／Ｆ５０９からネットワークに接続された外部サーバに自動転送し、蓄積するようにしてもよい。メーカや保守業者は、外部サーバに蓄積された経時的な流量値に関する情報を解析ソフト、機械学習モデル、人為的手段等によって分析することができる。また、外部サーバに蓄積された経時的な流量値に関する情報は、正常範囲と異常範囲の双方を含むデータとなっており、機械学習の学習データとして用いることも可能である。さらに、上記経時的な流量値に関する情報をリアルタイムで解析し「異常範囲」と判定した場合には、ネットワークを介した制御に従って監視装置５にアラーム動作を実行させることにより、遠隔監視を実現できる。

１ 取水システム
２ ストレーナ部
３ 配管
４ 流量計
５ 監視装置
５ａ 流量監視部
５ｂ 制御部
５ｃ 表示部
６ 流量調整部
７ 発電機
１２ 第一の管
１４ 第二の管
１６ ガイドベーン
２０ 環状体
２２ 羽根
３０ 発電機
３２ シャフト
３４ ベルト
５０１ ＣＰＵ
５０２ ＲＯＭ
５０３ ＲＡＭ
５０４ ＨＤ
５０６ ディスプレイ
５０８ 外部機器接続Ｉ／Ｆ
５０９ ネットワークＩ／Ｆ
５１０ バス
５１１ キーボード
５１２ ポインティングデバイス
５１３ ＤＶＤ−ＲＷ
５１４ ＤＶＤ−ＲＷドライブ
５１５ ＳＤカード
５１６ メディアＩ／Ｆ

特開２０１７−１０６３７４号公報 特開２００９−５６４０７号公報

Claims (9)

1. ストレーナ部と、
   前記ストレーナ部を経由して流路に流入する流体の流量を調整する流量調整部と、
   前記流量に相関する値が基準範囲外の値になったことを契機として前記流量調整部を制御し、前記流量を減少させる制御部と、
   を具備する流体取り込みシステム。
2. 前記流量に相関する値は、前記流路の基準時間当たりの流量又は前記流路の流体圧力である請求項１に記載の流体取り込みシステム。
3. 前記制御部は、前記流量に相関する値が基準範囲外の値になったことを契機として前記流量調整部を制御する場合には、異常を示す情報を出力部に出力させない請求項１又は２に記載の流体取り込みシステム。
4. 前記制御部は、前記流量に相関する値をネットワーク上のサーバに送信する請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の流体取り込みシステム。
5. 前記制御部は、前記流量に相関する値が基準値以下になったことを契機として前記流量調整部を制御する場合には、サーバからネットワークを経由して送信される制御信号に基づいて、異常を示す情報を出力部に出力させる請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の流体取り込みシステム。
6. 前記ストレーナ部は、は、円筒形状、半円形状、直方体形状のいずれかの筐体を有する請求項１乃至５のうちいずれか一項に記載の流体取り込みシステム。
7. ストレーナ部と、
   前記ストレーナ部を経由して流路に流入する液体の流量を調整する流量調整部と、
   前記流量に相関する値が基準値以下になったことを契機として前記流量調整部を制御し、前記流量を減少させる制御部と、
   前記流路に流入する液体を用いて発電する発電装置と、
   を具備する発電システム。
8. 前記流量に相関する値は、前記流路の基準時間当たりの流量、前記流路の流体圧力、前記発電装置の出力電圧、出力電流、出力周波数、回転数、振動量のいずれかである請求項７に記載の発電システム。
9. 前記発電装置は、
   第１の端部から延びる第１の管と、
   前記第１の端部に回転軸を中心に回転可能に支持された外環状体と、前記外環状体の内
   面に密接する外面を持ち前記外環状体に固定された内環状体と、を備えた環状体と、
   前記内環状体の内面から前記回転軸に向かって突出して前記回転軸方向の長さが前記内
   環状体より短く前記回転軸と前記内環状体の内面とが連通するように前記内環状体と一体
   成型されて前記第１の管を流れる流体によって前記環状体に回転力を付与する羽根と、
   前記環状体の回転によって発電する発電機と、を有する
   請求項７又は８に記載の発電システム。

Images