JPS622301Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、水車室内を負圧に保つことにより水
車室の水位を持ち上げてドラフト水頭を有効活用
するための空気導入装置を有する水車装置に関
し、特に空気導入装置を改良したものである。

一般に、ペルトン水車、ジラール水車、クロス
フロー水車など水車室内にて水を開放するように
した方式の水車装置では、水車より下流に存する
落差が無駄となるため、これが効率低下の原因と
なつている。一方、ドラフト水頭の有効利用を図
るため、フランシス水車やプラン水車などの水車
装置では特に、長く且つ大きなドラフト管（放水
管）を設けるようにしている。第１図は水車室内
にて水を開放する方式の水車装置の従来例を示
し、図中、１は上流せき、２はペンストツク、３
は水車、４は水車室を形成するカバー、５は水車
室を外気に連通させる空気孔、６は放水面であ
る。同図の水車装置では、有効落差Ｈは本来上部
水位HWから放水位TWまでの差であるが、洪水
時の放水面６の上昇などを考慮すると、必要機器
の設置等の兼ね合いから水車３をある高さに維持
しておかねばならず通常、放水高さＨ_Sを設け
る。そのため元来はＨであつた有効落差が実際に
はＨ−Ｈ_Sしか水車３に作用せず、放水高さＨ_S分
は全く無駄になつてしまうのである。一方、この
無駄な落差Ｈ_Sをも有効に利用するためカプラン
水車等では長く大きいドラフト管（放水管）を設
けねばならなくなつたのである。

そこで空気孔５を塞いで水車室を空気の流入に
対し密閉しておいた場合のことを第３図について
考える。第３図のように水車室からドラフト管７
が放水面６へ導出した場合は、自然状態ではドラ
フト管７内水位即ちドラフト水位は放水位TWと
一致している。一方、水が流れ始めると水車３か
ら出た水は放水位TWに落下して行くが、この時
の水は多くの気泡を含むため水車室内の空気は多
量に放水面６に放出されることとなり、前述の如
く水車室への空気流入は閉鎖されているため、水
車室内の空気が不足して内部が負圧となる。この
負圧により、ドラフト水位が放水位TWよりも上
昇すると共にペンストツク２から水を強制的に吸
い出すこととなり、この吸出し圧のため上流せき
１からの落差が大きくなつたと同様の効果が与え
られる。またドラフト管７も短くて済むことにな
る。しかしこの場合、水が流れた状態でのドラフ
ト水位は水車３が水に没さないぎりぎりの位置が
好ましく、また水車出力による水量の増減に関係
なくドラフト水位が一定であることが望ましいの
であり、そのため所定のドラフト水位の維持を要
する。

そこで水車室のカバー４に第２図の如きバネ作
動式の空気弁８を設けて水車室内の空気圧調整に
よりドラフト水位を維持することが考えられる
が、これには次のような〜の欠点があり特に
水車装置の無人化を目指す現状では及びの欠
点は致命的なものである。なお第２図において、
９は弁体、１０はバネ、１１はロツドである。

空気弁８の開閉動作条件はバネ圧で調整する
ため、バネ１０の設定が難しい。

バネ圧と水車室内の負圧との関係で空気弁８
が開閉するため、ドラフト水位の変動に対し開
閉動作に遅れが生ずる。

水車室内の空気圧は低のため、微妙な調整を
要し、洩れが多いと動作が不確実になり易い。

放水位TWは洪水時と渇水時とでは大幅に上
下するため、その都度バネ１０の調整をやり直
さねばならない。

水車出力の増減で水量を調整することになる
が、この水量調整によつて水車室内の圧力が変
動するためこの場合もその都度バネ１０を調整
し直さねばならない。

これに対し、フロート式の空気弁を採用するこ
とが考えられる。この場合はバネ式作動式の空気
弁８とは異なり、フロートで水車室の水位を直接
検出して弁装置が開閉するので、水車負荷の変動
や放水位TWの変化に伴う調整が不要となり、安
定性が高く且つ効率の良い水車装置を得られると
考えられる。つまり、フロート式の空気弁の採用
によつて、水車室内の水位を持ち上げてドラフト
水頭を有効活用することが実用になり、例えばペ
ルトン水車、ジラール水車、クロスフロー水車な
ど水車室内で水を開放させる方式の水車装置では
特に下流の落差（放水高さ）Ｈ_Sが無駄にならな
いことから、従来では放水高さＨ_Sを小さくしよ
うと出来るだけ機器を放水面６に近づけて設置し
たが、その必要がなくなり建設工事も容易となつ
て建設価格が下がり、また洪水時にも機器の浸水
の可能性が減るのである。

本考案は上述した観点に立つて案出したもので
あり、特にフロート式の空気弁を水車室内には格
別な制約を与えずしかも水車室内の水流や波立ち
にさほど影響されずに動作し且つ運転中にも動作
点設定の容易なものとすることにより、構造簡単
で動作確実な空気導入装置を有する水車装置の提
供を目的とする。

斯かる目的を達成する本考案の構成は、水車装
置の水車を収納し該水車に対する水の出入口を有
する水車室の内部が負圧に保たれて水車室内に水
位が持ち上げられている水車装置において、水車
室の外側に、空気連絡路を介して水車室内の空気
部分と上部が連通し且つ水連絡路を介して水車室
内の水部分と下部が連通する有底の弁筒を設け、
この弁筒内にフロートを設けると共にこのフロー
トに連結したロツドに螺着され且つ弁筒とで弁装
置を構成する弁体を当該弁筒の空気連絡路との連
通部分よりも先端部に設け、弁装置以外からの水
車室への空気流入は閉鎖してあることを特徴とす
る。以下、本考案の実施例を第３〜５図に基づい
て説明する。なお、図面中で第１図と同一部分に
は同一符号を付す。

第３図は本考案の一実施例の断面図であり、第
４図はその要部の斜視断面図である。図におい
て、１２は有底の弁筒、１３は空気連絡路、１４
は水連絡路、１５はフロート、１６は弁体であ
る。空気連絡路１３は水車室の空気部分の壁に連
設され、水連絡路１４は水部分の壁に連設され、
弁筒１２はその上部と下部とがそれぞれ空気連絡
路１３と水連絡路１４に連通されて水車室外に縦
に設置されている。フロート１５は弁筒１２内に
納められ、弁体１６はフロート１５に取り付けた
ネジ付きのロツドである接続ボルトに螺着され、
弁筒１２の上端面を弁座として対向・設置されて
いる。これによりタペツト式の弁装置Ａが形成さ
れる。１８はシールパツキンで、シール効果を向
上させて空気漏れを防止するように、弁体１６の
内側に取り付けられている。１９はフイン状のガ
イドで、弁体１６が円滑に上下動し且つ空気が自
由に流通できるように形成してあり、弁体１６に
取り付けられて弁筒１２内に挿入されている。２
０はロツクナツトで、弁体１６の取付け位置を固
定するために、接続ボルト１７に螺着されてい
る。２１はカバーで、通気穴付きの底板２１ａを
有し、弁体１６を覆つて弁筒１２の上端部に取り
付けられている。そして、ペンストツク２、カバ
ー４及びドラフト管７で形成された前記水車室へ
の空気流入は、弁装置Ａを通じて以外閉鎖されて
いる。なお、本実施例では弁筒１２を水位計とし
て使用できるように、弁筒１２全体あるいはフロ
ート部分を透明筒で形成し、目盛を付してある。

このように構成した水車装置では、弁装置Ａが
閉の間は水車室への空気流入が閉ざされるため、
水の流れ始めでは水車室の空気が水と一緒に吐出
して徐々に減り内圧が減少することから、水位
（ドラフト水位）は放水位TWから徐々に上昇す
る。この水位上昇が続いて水が水連絡路１４を通
つて弁筒１２内下部に浸入すると、フロート１５
が浮上しこれにより弁体１６が持ち上げられ、弁
装置Ａが開く。弁装置Ａが開くと、これを通して
空気が弁筒１２内に入り更に空気連絡路１３を経
て水車室に入り、水車室の水位上昇が止まる。以
後、水位の上下変動に応じてフロート１５が上下
動し、よつて弁装置Ａが開閉し又はその開度が変
化することにより水車室の水位は図示のLWの所
定位置に維持される。したがつて、水車室の水位
を持ち上げてドラフト水頭を有効活用することが
実用になり、例えばペルトン水車、ジラール水
車、クロスフロー水車など水車室内で水を開放さ
せる方式の水車装置では特に下流の落差（放水高
さ）Ｈ_Sが無駄にならないことから、従来では放
水高さＨ_Sを小さくしようと機器をできるだけ放
水面６に近づけて設置したが、本考案の採用によ
りその必要はなく建設工事が容易となつて建設価
格が下がり、また洪水時にも機器の浸水の可能性
が減る。しかもバネ作動式の空気弁８の場合とは
異つてフロート１５で直接水位を検知して弁装置
Ａを開閉させるため、水車負荷の変動や放水位
TWの変化に伴う調整は不要となり、安定性が高
く且つ効率の良い水車装置となる。

特に本考案の場合は、フロート１５や弁装置Ａ
は水車室外に設けられるので、水車室にはこれら
の設置スペース確保などの格別な制約が加わらな
い。またフロート１５は水車室外にてこの水車室
内の水と連通する弁筒１２内に収められたので、
水車室内の水流や波立ちの影響をさほど受けず平
均水位に追従して正確に動作する。なお、より正
確な動作を実現するには、水連絡路１４と水車室
との連通位置を水位LWよりできるだけ深い位置
に設定すると良い。つまり、深い位置に水連絡路
１４を選ぶと弁筒１２内の水位は水の流れや波立
ちによる水車室内水位の変動を受けずその平均的
な水位になるからである。これにより、弁筒１２
を水位計として用いる場合も実質に適した測深が
可能となり、効率の向上に寄与する。一方、水車
室の水位LWは水車３が水に没さないぎりぎりの
位置とするなど水車の形式によりそれぞれ適正な
位置があるが、水位LWは前述の如くフロート１
５の高さによつて定まるので、ロツクナツト２０
をゆるめて接続ボルト１７をそのつまみ１７ａで
回わし、弁体１６に対し接続ボルト１７を進めた
り或いは引き上げることによりフロート１５を上
下動できるため、水位LWの設定が運転中でも極
めて簡単である。

第５図は本考案の他の実施例の要部を示す斜視
断面図である。この例は、運転が正常であるか否
かの監視のために接点回路を設けたことが前の実
施例と異なり、他は同じである。即ち、２２はス
トライカで、弁体１６に取り付けられている。２
３，２４はそれぞれ上限用及び下限用のリミツト
スイツチで、カバー２１に取付けられている。ス
トライカ２２はフロート１５の上下に伴う弁体１
６の上下（開閉）によりリミツトスイツチ２３，
２４を動作させるが、下限用のリミツトスイツチ
２４は水位が未だ所定水位LWまで上昇していな
いとき即ち弁装置Ａが閉じているときに作動さ
れ、上限用のリミツトスイツチ２３は水位が異常
に上昇した時に作動されるように、これらの位置
関係が設定されている。この場合、通常状態で水
位が所定水位LWに維持されるには主に弁装置Ａ
は若干開いた状態でその開度が変化するものと考
えられ、水流や波立ちの影響を受けること等によ
り閉じることもあるがこれは一時的なものであ
る。また、通水開始時や水位の異常低下時にはリ
ミツトスイツチ２４は比較的長く作動するので、
一時的なリミツトスイツチ２４の作動を無視する
タイマー（図示せず）等を用いることにより、両
方のリミツトスイツチ２３，２４がともに作動し
ていないときは水車室水位が正常に保たれて円滑
に運転していることを示すことができる。なお、
他の動作については前の実施例と同じなので、そ
の説明を省略する。

以上実施例とともに具体的に説明したように、
本考案の空気導入装置を有する水車装置は、空気
導入装置をフロート式空気弁とししかもこのフロ
ート式空気弁を水車室外に設けたので、水車室内
には格別な制約が加わらずしかも水車室内の水流
や波立ちにさほど影響されずに正確に動作し且つ
動作点設定が容易であり、水車室内の水位を持ち
上げてドラフト水頭を有効活用するこの種の水車
装置の実用化に大きく寄与する。

【図面の簡単な説明】

第１図は通常の水車装置の一例を示す断面図、
第２図はバネ作動式の空気弁を参考のために示す
断面図、第３〜５図は本考案の水車装置に係り、
第３図は一実施例全体の断面図、第４図はその要
部の斜視断面図、第５図は他の実施例の要部の斜
視断面図である。 図面中、Ａは弁装置、Ｈは有効落差、Ｈ_Sは放
水高さ、HWは上部水位、LWは水車室内水位、
TWは放水位、１は上流せき、２はペンストツ
ク、３は水車、４は水車室を形成するカバー、６
は放水面、７はドラフト管、１２は弁筒、１３は
空気連絡路、１４は水連絡路、１５はフロート、
１６は弁体、１７は接続ボルト、１８はシールパ
ツキン、１９はガイド、２０はロツクナツト、２
１はカバー、２１ａはその通気穴付きの底板、２
２はストライカ、２３，２４はリミツトスイツチ
である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 水車を収納し該水車に対する水の出入口を有す
   る水車室の内部が負圧に保たれて水車室内に水位
   が持ち上げられた水車装置において、水車室の外
   側に、空気連絡路を介して水車室内の空気部分と
   上部が連通し且つ水連絡路を介して水車室内の水
   部分と下部が連通する有底の弁筒を設け、この弁
   筒とで弁装置を構成する弁体を当該弁筒の空気連
   絡路との連通部分よりも先端部に設けると共にこ
   の弁体と螺着するロツドに連結されたフロートを
   前記弁筒内に設け、弁装置以外からの水車室への
   空気流入はは閉鎖してあることを特徴とする空気
   導入装置を有する水車装置。