JP5468649B2 - 水力駆動除塵装置 - Google Patents

Description

この発明は、流れる水に混在している塵芥を水力により回収する水力駆動除塵装置に関し、とくに駆動力を発生させる水車の故障に対する装置の信頼性を高めることが可能な水力駆動除塵装置に関する。

水力発電所の取水口の上流側には、取水口に流入する水に混在している塵芥を除去するための除塵装置が設けられている。除塵装置によって塵芥が除去された水は、取水口から水圧管を介して発電機を駆動する水車に供給される。

従来から水に混在している塵芥を除去するための除塵技術の一例として、下記の技術が知られている（例えば、特許文献１〜４参照。）。特許文献１の移動除塵機は、貨物自動車のクレーンに取付けられた回転式熊手を用いて河川に浮遊する藻類を集め、この藻類を貨物自動車に荷揚げすることが可能となっている。特許文献２の水力駆動型除塵装置は、農業用水路を流れる水を利用して塵芥を掻き揚げ、この掻き揚げた塵芥をコンベアで水路から離れた集積場所に集めるようにしている。特許文献３のトンネル型ジェット水流スクリーンは、捕獲した夾雑物を水面より上方に上げることなく分離し、夾雑物を水流に乗せて水路の外に運搬するようにしている。特許文献４の昇降式自動除塵機は、スクリーンを水路に対して昇降自在としたものであり、昇降の際にスクリーンと排出コンベア等との干渉を回避するようにしている。

特開２００４−１７６３２０号公報 特開２００６−３３６３９８号公報 特開２００８−２２２４号公報 実開平６−３４０３２号公報

ところで、除塵装置は水路や発電所の取水口に設けられており、流れる水のエネルギーを利用して除塵装置を駆動することができれば、除塵のための電力が不要となり、省エネルギーに寄与することになる。上述の特許文献２の水力駆動型除塵装置は、農業用水路を流れる水を利用して塵芥を掻き揚げ、この掻き揚げた塵芥をコンベアで水路から離れた集積場所に集めるようにしており、電力を用いることなく塵芥の回収が可能であるが、塵芥が詰まって除塵機が過負荷になった場合には、水車も回転できなくなるとともに、コンベアも動かなくなり、除塵機能を果たせなくなる。例えば、除塵装置における塵芥の詰まりが原因で、水力発電所の取水口の上流に設けられる除塵装置の除塵機能が失われた場合は、取水口のスクリーンが目詰りし、発電のための所定の流量の水を供給できなくなるという問題がある。上述の特許文献２では、水車が例えば異物等との干渉により回転できなくなった場合も、除塵装置が機能しなくなるので、特許文献２の技術を水力発電に適用することは、装置の信頼性の面で問題がある。

そこで本発明は、流れる水に混在している塵芥を水力により回収することができ、かつ水車の故障に対する装置の信頼性を高めることが可能な水力駆動除塵装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、水の流れによって連動して回転する第１の水車および第２の水車と、前記第１の水車と前記第２の水車の回転力を上方に位置する駆動軸に伝達する動力伝達手段と、前記駆動軸に連結され、前記駆動軸の回転駆動力によって前記第１の水車および前記第２の水車を通過した水に混在する塵芥を除去する除塵機と、前記駆動軸に連結され、前記駆動軸の回転駆動力によって前記除塵機から排出される前記塵芥を所定の場所に運搬する搬送コンベアと、前記第１の水車と前記第２の水車の回転力の差が所定値を超えた場合に、前記第１の水車と前記第２の水車との連動を中止する第１の過負荷保護手段と、を備えたことを特徴とする水力駆動除塵装置である。

この発明によれば、第１の水車と第２の水車のうちいずれかの水車が異常によって回転できなくなった場合は、正常な水車のみを第１の過負荷保護手段によって回転させることができ、除塵機および搬送コンベアは継続して稼働することが可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の水力駆動除塵装置において、前記除塵機の駆動するための回転トルクが所定値を超えた場合に、前記駆動軸からの前記除塵機への動力伝達を停止する第２の過負荷保護手段を備えたことを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の水力駆動除塵装置において、前記第１の過負荷保護手段は、遠隔操作によって動力伝達の入切りを行う噛合いクラッチを有しており、前記噛合いクラッチは、遠隔操作により前記第１の水車と前記第２の水車の回転力の差にかかわらず、前記第１の水車と前記第２の水車のうちいずれかの水車の回転力の前記駆動軸への動力伝達を中止することを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の水力駆動除塵装置において、前記搬送コンベアの終端には、前記搬送コンベアによって搬送された前記塵芥を貯留し、車両へ前記塵芥を供給する塵芥貯留槽が設けられていることを特徴としている。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の水力駆動除塵装置において、前記除塵機は、水力発電所の取水口に設けられたスクリーンの上流側に配置されていることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、第１の水車と第２の水車のうちいずれか一方の水車が異常によって回転できなくなった場合でも、第１の過負荷保護手段によって他方の水車は回転を継続することが可能となるので、除塵機および搬送コンベアは他方の水車からの動力伝達により運転することができ、装置の信頼性を高めることができる。

請求項２に記載の発明によれば、除塵機の駆動するための回転トルクが所定値を超えた場合に、駆動軸からの除塵機への動力伝達を停止する第２の過負荷保護手段を備えているので、除塵機に過大な負荷がかかるのを防止することができ、除塵機の損傷を未然に防止することができる。

請求項３に記載の発明によれば、噛合いクラッチの遠隔操作によって第１の水車と第２の水車を空回りさせることができ、第１の水車と第２の水車をそれぞれ交互に高速回転させることができる。これにより、各水車に付着した木の葉などの塵芥を遠心力により離脱させることができ、各水車の自動清掃が可能となる。

請求項４に記載の発明によれば、搬送コンベアの終端には、搬送コンベアによって搬送された塵芥を貯留する塵芥貯留槽を設けるようにしたので、回収した塵芥を保管することができるとともに、塵芥を車両に供給することができ、塵芥の管理および塵芥の外部への運搬が容易となる。

請求項５に記載の発明によれば、除塵機を水力発電所の取水口に設けられたスクリーンの上流側に配置するようにしたので、スクリーンの塵芥による目詰まりを防止することができ、スクリーンの目詰まりによる発電出力の低下を回避することができる。

本発明の実施の形態に係わる水力駆動除塵装置の全体概要図である。 図１の水力駆動除塵装置における水車から除塵機および搬送コンベアまでの動力伝達順序を示す動力伝達系統図である。 図１の水力駆動除塵装置における水車から除塵機への動力伝達順序を示す側面図である。 図１の水力駆動除塵装置における水車から搬送コンベアへの動力伝達順序を示す側面図である。

つぎに、この発明の実施の形態について、図面を用いて詳しく説明する。

図１ないし図４は、本発明の実施の形態を示しており、とくに水力発電所の取水口に適用した場合を示している。図３および図４は、水力発電所の取水口１００を示している。取水口１００には、流れる水Ｗに混在している塵芥Ｇが水圧管１０２側に流入するのを防止するスクリーン１０１が設けられている。スクリーン１０１は、上下方向に延びる金属製のスクリーンバー（図示略）を有しており、塵芥Ｇはスクリーンバーとの干渉によって水圧管１０２側へ流入するのが防止されている。

取水口１００におけるスクリーン１０１の上流側には、水力駆動除塵装置１が設けられている。水力駆動除塵装置１は、主として、第１の水車１１と、第２の水車１２と、第１の動力伝達手段１５と、第２の動力伝達手段１６と、駆動軸１７と、除塵機３０と、搬送コンベア４０と、塵芥貯留槽５０と、を有している。

第１の水車１１と第２の水車１２は、隣接して配置されている。第１の水車１１と第２の水車１２は、軸心に挿通された支持軸１３に対して回転自在に支持されており、支持軸１３に対して互いに独立して回転することが可能となっている。第１の水車１１および第２の水車１２は、放射状に配置された複数の羽を有している。各水車１１、１２の羽は、例えばステンレス鋼やガラス繊維強化プラスチックなど耐食性に優れた部材から構成されている。第１の水車１１および第２の水車１２は、下側のみが水Ｗに浸漬されており、大部分が水面Ｗ１よりも上方に位置している。

第１の水車１１および第２の水車１２は、上流側から取水口１００に向かって流れる水Ｗの運動エネルギーによって連動して回転するようになっている。この実施の形態においては、第１の水車１１は、上述した除塵機１７と搬送コンベア４０の双方を同時に駆動することができる駆動力を得られるように、直径および軸方向の長さが設定されている。同様に、第２の水車１２は、上述した除塵機１７と搬送コンベア４０の双方を同時に駆動することができる駆動力を得られるように、直径および軸方向の長さが設定されている。

第１の水車１１および第２の水車１２の回転力は、動力伝達手段としての第１の動力伝達手段１５および第２の動力伝達手段１６を介して上方に位置する駆動軸１７に伝達されるようになっている。第１の動力伝達手段１５は、スプロケット１５ａ、１５ｂおよびローラチェーン１５ｃとから構成されている。一方のスプロケット１５ａは、支持軸１３側に回転可能に支持されており、他方のスプロケット１５ｂは、駆動軸１７に固定されている。ローラチェーン１５ｃは、スプロケット１５ａとスプロケット１５ｂとを連結している。第２の動力伝達手段１６は、スプロケット１６ａ、１６ｂおよびローラチェーン１６ｃとから構成されている。一方のスプロケット１６ａは、支持軸１３側に回転可能に支持されており、他方のスプロケット１６ｂは、駆動軸１７に固定されている。ローラチェーン１６ｃは、スプロケット１６ａとスプロケット１６ｂとを連結している。

支持軸１３上には、第１の過負荷保護手段１４が設けられている。第１の過負荷保護手段１４は、第１の過負荷保護クラッチ１４ａと、第２の過負荷保護クラッチ１４ｂと、第３の過負荷保護クラッチ１４ｃと、から構成されている。第１の過負荷保護クラッチ１４ａは、第１の水車１１と第２の水車１２との間に配置されている。第１の過負荷保護クラッチ１４ａは、第１の水車１１と第２の水車１２を連結しており、第１の水車１１と第２の水車１２の回転力の差が所定値を超えた場合に、摩擦面が滑ることによって第１の水車１１と第２の水車１２との連動を中止する機能を有している。第２の過負荷保護クラッチ１４ｂは、第１の水車１１とスプロケット１５ａとを連結しており、第１の水車１１と第２の水車１２の回転力の差が所定値を超えた場合に、摩擦面が滑ることによって第１の水車１１と第２の水車１２との連動を中止する機能を有している。第３の過負荷保護クラッチ１４ｃは、第２の水車１２とスプロケット１６ａとを連結しており、第１の水車１１と第２の水車１２の回転力の差が所定値を超えた場合に、摩擦面が滑ることによって第１の水車１１と第２の水車１２との連動を中止する機能を有している。

第１の過負荷保護手段を構成する各過負荷保護クラッチ１４ａ〜１４ｃは、遠隔操作によって動力伝達の入切りを行う噛合いクラッチ（図示略）を有している。噛合いクラッチは、遠隔操作により第１の水車１１と第２の水車１２の回転力の差にかかわらず、第１の水車１１と第２の水車１２のうちいずれかの水車の回転力の駆動軸１７への動力伝達を中止する機能を有している。各過負荷保護クラッチ１４ａ〜１４ｃにおける噛合いクラッチの遠隔操作は、動力伝達ワイヤ、リンク機構、空圧または油圧などの機械的な動力伝達を用いて行うことが可能となっている。

駆動軸１７における除塵機３０側には、第３の動力伝達手段２５が連結されている。第３の動力伝達手段２５は、スプロケット２５ａ、２５ｂおよびローラチェーン２５ｃとから構成されている。一方のスプロケット２５ａは、駆動軸１７に対して回転可能に支持されており、他方のスプロケット２５ｂは、除塵機３０と連結される除塵機側伝達軸２７に固定されている。ローラチェーン２５ｃは、スプロケット２５ａとスプロケット２５ｂとを連結している。駆動軸１７上には、第１の動力伝達手段１５のスプロケット１５ｂと第３の動力伝達手段２５のスプロケット２５ａとを連結する第２の過負荷保護手段２２が設けられている。第２の過負荷保護手段２２も過負荷保護クラッチから構成されており、除塵機３０を駆動するための回転トルクが所定値を超えた場合に、摩擦面が滑ることによって駆動軸１７からの除塵機３０への動力伝達を停止する機能を有している。

駆動軸１７における搬送コンベア４０の駆動側には、第４の動力伝達手段２６が連結されている。第４の動力伝達手段２６は、スプロケット２６ａ、２６ｂおよびローラチェーン２６ｃとから構成されている。一方のスプロケット２６ａは、駆動軸１７に固定されており、他方のスプロケット２６ｂは、搬送コンベア４０と連結される搬送コンベア側伝達軸２８に固定されている。ローラチェーン２６ｃは、スプロケット２６ａとスプロケット２６ｂとを連結している。

除塵側伝達軸２７は、除塵機３０の上端に位置する駆動スプロケット３１に連結されている。図３に示すように、除塵機３０の下端には、従動スプロケット３２が位置している。駆動スプロケット３１と従動スプロケット３２は、ローラチェーンで連結されており、ローラチェーンにはレーキ３３が取付けられている。すなわち、レーキ３３は、駆動スプロケット３１および従動スプロケット３２によって支持されており、駆動スプロケット３１の回転駆動力によって上下方向に移動可能となっている。除塵機３０では、スクリーン１０１のスクリーンバーの間の空間にレーキ３３の歯が入り込むことで、スクリーン１０１に付着した塵芥Ｇを効率よく掻き出すことが可能となっている。

搬送コンベア側伝達軸２８には、第５の動力伝達手段２９が連結されている。第５の動力伝達手段２９は、スプロケット２９ａ、２９ｂおよびローラチェーン２９ｃとから構成されている。一方のスプロケット２９ａは、搬送コンベア側伝達軸２８の端部に固定されており、他方のスプロケット２９ｂは、搬送コンベア４０を駆動するための傘歯車（べベルギア）４５側に連結されている。ローラチェーン２９ｃは、スプロケット２９ａとスプロケット２９ｂとを連結している。傘歯車４５は、噛合い可能な小ギア４５ａと大ギア４５ｂとから構成されている。小ギア４５ａは、第５の動力伝達手段２９のスプロケット２９ｂと連結されている。傘歯車４５における小ギア４５ａの軸心と大ギア４５ｂの軸心は直交している。

傘歯車４５の大ギア４５ｂは、搬送コンベア４０の駆動ローラ４１に連結されている。搬送コンベア４０の他方には、従動ローラ４２が位置している。駆動ローラ４１と従動ローラ４２は、搬送ベルト４３を介して連動している。すなわち、搬送ベルト４３は、駆動ローラ４１および従動ローラ４２によって支持されており、駆動ローラ４１が傘歯車４５を介して回転駆動されることにより、水平方向に移動可能となっている。搬送コンベア４０では、除塵機３０から排出される塵芥Ｇが搬送ベルト４３上に落下することで、スクリーン１２に付着した塵芥Ｇを効率よく所定の場所に搬送することが可能となっている。

図１に示すように、搬送コンベア４０の終端には、搬送コンベア４０によって搬送された塵芥Ｇを貯留する塵芥貯留槽５０が設けられている。塵芥貯留槽５０は、第１の貯留槽５０ａと第２の貯留槽５０ｂを有している。第１の貯留槽５０ａと第２の貯留槽５０ｂに貯留された塵芥Ｇは、下部排出口５０ｃから車両６０の荷台に供給可能となっている。下部排出口５０ｃは、下端に開閉蓋５０ｄを有している。開閉蓋５０ｄは、塵芥貯留槽５０を支持する支柱５１に設けられたウインチ５２の操作により開閉可能となっている。また、貯留槽５０ｂの側面を開閉式の扉構造とし、この扉を開放することで塵芥Ｇを車両６０の荷台に供給することが可能となっている。

つぎに、水力駆動除塵装置１による塵芥Ｇの回収手順および作用について説明する。

図１に示すように、第１の水車１１および第２の水車１２は、上流側から取水口１００に向かって流れる水Ｗの運動エネルギーによって連動して回転するようになっている。第１の水車１１および第２の水車１２の回転力は、第１の動力伝達手段１５および第２の動力伝達手段１６を介して上方に位置する駆動軸１７に伝達される。図２に示すように、駆動軸１７の一端には、第３の動力伝達手段２５が連結されているので、駆動軸１７の回転駆動力は第３の動力伝達手段２５および除塵側伝達軸２７を介して除塵機３０に伝達される。除塵機３０は、除塵側伝達軸２７による駆動スプロケット３１の回転によりレーキ３３が上下方向に移動し、スクリーン１０１に付着している塵芥Ｇは、レーキ３３の動きにより上方（矢印Ｆ１方向）に掻き上げられる。

また、図２に示すように、駆動軸１７の回転駆動力は、第４の動力伝達手段２６を介して搬送コンベア側伝達軸２８に伝達される。搬送コンベア側伝達軸２８に伝達された回転駆動力は、第５の動力伝達手段２９を介して搬送コンベア４０を駆動するための傘歯車４５側に伝達される。傘歯車４５の小ギア４５ａの軸心と大ギア４５ｂの軸心は直交しているので、駆動軸１７の軸心に対して搬送コンベア４０の駆動ローラ４１の軸心を直交させることができ、搬送ベルト４３の移動方向を駆動軸１７の軸心と一致させることができる。これにより、除塵機３０による塵芥Ｇの掻き出し方向と搬送コンベア４０による塵芥Ｇの搬送方向を直交させることができ、除塵機３０の頂部から矢印方向Ｆ２に落下した塵芥Ｇは、除塵機３０から離れる方向（矢印方向Ｆ３）に搬送される。

そして、除塵機３０から排出された塵芥Ｇは、搬送コンベア４０によって所定の場所まで搬送され、矢印Ｆ４に示すように、搬送コンベア４０の終端で塵芥貯留槽５０に向かって落下する。塵芥貯留槽５０に落下した塵芥Ｇは、塵芥貯留槽５０に一時的に保管される。塵芥貯留槽５０の直下の地面ＧＬ側には、車両６０が駐車可能となっており、塵芥貯留槽５０に貯留された塵芥Ｇは、ウインチ５２による開閉蓋５０ｄの開動作により、下部排出口５０ｃから車両６０の荷台に供給される。

ここで、第１の水車１１と第２の水車１２のうちいずれかの水車が異常によって回転できなくなった場合は、第１の過負荷保護手段１４を構成する各過負荷保護クラッチ１４ａ〜１４ｃの摩擦面が滑ることにより、正常な水車のみが回転を継続することが可能となり、除塵機３０および搬送コンベア４０は正常に機能し続けることになる。

このように、第１の水車１１と第２の水車１２のうちいずれか一方の水車が異常によって回転できなくなった場合でも、第１の過負荷保護手段１４を構成する各過負荷保護クラッチ１４ａ〜１４ｃによって他方の水車は回転を継続することが可能となるので、除塵機３０および搬送コンベア４０は他方の水車からの動力伝達により運転することができ、装置の信頼性を高めることができる。また、除塵機３０の駆動するための回転トルクが所定値を超えた場合に、駆動軸１７からの除塵機３０への動力伝達を停止する第２の過負荷保護手段２２を備えているので、除塵機３０に過大な負荷がかかるのを防止することができ、除塵機３０の損傷を未然に防止することができる。

この実施の形態においては、各過負荷保護クラッチ１４ａ〜１４ｃは、遠隔操作によって動力伝達の入切りを行う噛合いクラッチを有しており、噛合いクラッチは、遠隔操作により第１の水車１１と第２の水車１２の回転力の差にかかわらず、第１の水車１１と第２の水車１２のうちいずれかの水車の回転力の駆動軸１７への動力伝達を中止すること可能となる。これにより、第１の水車１１と第２の水車１２を空回りさせることができ、第１の水車１１と第２の水車１２をそれぞれ交互に高速回転させることができる。したがって、木の葉など各水車１１、１２に付着した塵芥Ｇを遠心力により離脱させることができ、各水車１１、１２の自動清掃が可能となる。

また、搬送コンベア４０の終端には、搬送コンベア４０によって搬送された塵芥Ｇを貯留する塵芥貯留槽５０を設けているので、回収した塵芥Ｇを保管することができるとともに、塵芥Ｇを車両６０に供給することができ、塵芥Ｇの管理および塵芥Ｇの外部への運搬が容易となる。さらに、この実施の形態においては、除塵機３０を水力発電所の取水口１００に設けられたスクリーン１０１の上流側に配置するようにしたので、スクリーン１０１の塵芥による目詰まりを防止することができ、スクリーン１０１の目詰まりによる発電出力の低下を回避することができる。

以上、この発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、この実施の形態においては、水力発電所の取水口１００に適用した場合を示したが、用途は水力発電所の取水口１００に限定されず、河川または水路に適用することも可能である。

１ 水力駆動除塵装置
１１ 第１の水車
１２ 第２の水車
１３ 支持軸
１４ 第１の過負荷保護手段
１４ａ 第１の過負荷保護クラッチ
１４ｂ 第２の過負荷保護クラッチ
１４ｃ 第３の過負荷保護クラッチ
１５ 第１の動力伝達手段（動力伝達手段）
１６ 第２の動力伝達手段（動力伝達手段）
１７ 駆動軸
２２ 第２の過負荷保護手段
３０ 除塵機
３３ レーキ
４０ 搬送コンベア
４５ 傘歯車
５０ 塵芥貯留槽
１００ 取水口
１０１ スクリーン
Ｇ 塵芥
Ｗ 水

Claims (5)

1. 水の流れによって連動して回転する第１の水車および第２の水車と、
   前記第１の水車と前記第２の水車の回転力を上方に位置する駆動軸に伝達する動力伝達手段と、
   前記駆動軸に連結され、前記駆動軸の回転駆動力によって前記第１の水車および前記第２の水車を通過した水に混在する塵芥を除去する除塵機と、
   前記駆動軸に連結され、前記駆動軸の回転駆動力によって前記除塵機から排出される前記塵芥を所定の場所に運搬する搬送コンベアと、
   前記第１の水車と前記第２の水車の回転力の差が所定値を超えた場合に、前記第１の水車と前記第２の水車との連動を中止する第１の過負荷保護手段と、
   を備えたことを特徴とする水力駆動除塵装置。
2. 前記除塵機の駆動するための回転トルクが所定値を超えた場合に、前記駆動軸からの前記除塵機への動力伝達を停止する第２の過負荷保護手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の水力駆動除塵装置。
3. 前記第１の過負荷保護手段は、遠隔操作によって動力伝達の入切りを行う噛合いクラッチを有しており、前記噛合いクラッチは、遠隔操作により前記第１の水車と前記第２の水車の回転力の差にかかわらず、前記第１の水車と前記第２の水車のうちいずれかの水車の回転力の前記駆動軸への動力伝達を中止することを特徴とする請求項１または２に記載の水力駆動除塵装置。
4. 前記搬送コンベアの終端には、前記搬送コンベアによって搬送された前記塵芥を貯留し、車両へ前記塵芥を供給する塵芥貯留槽が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の水力駆動除塵装置。
5. 前記除塵機は、水力発電所の取水口に設けられたスクリーンの上流側に配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の水力駆動除塵装置。

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