JPS6347657Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は、水車室の水位を持ち上げてドラフト
水頭を有効に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。

〈従来の技術〉 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、フランシス水車やカ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４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Ａを形成するカバー、５は水
車室Ａ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の代りに、第５図に示すような
フロート式空気弁による空気導入装置７を用いる
ことにより、水車室Ａ内の水位LWを持ち上げて
ドラフト水頭を有効活用することが行われてい
る。第５図に示す従来の水車装置は実開昭56−
150866号公報で開示されたものであり、同図中、
１は上流せき、２はペンストツク、３は水車、４
は水車室形成用のカバー、４ａはドラフト管、６
は放水面、７は空気導入装置、HWは上部水位、
LWは水車室内水位（ドラフト水位）、TWは放水
位、Ｈは有効落差である。空気導入装置７は有底
の筒体８、空気連絡路９、水連絡路１０、フロー
ト１１及び弁体１２を備える。空気連絡路９は水
車室Ａのうち空気部分の壁に連設され、水連絡路
１０は水部分の壁に連設され、筒体８はその上部
と下部とがそれぞれ空気連絡路９と水連絡路１０
に連通されて縦に配置されている。フロート１１
は筒体８内に納められ、弁体１２はフロート１１
のネジ付きロツド１３に螺着されて弁筒８上端面
を弁座として配置されている。これによりタペツ
ト式弁装置Ｂが形成され、水車室Ａへの空気流入
はこの弁装置Ｂを通じて以外閉鎖されている。な
お、１３ａはフロート位置調整用つまみ、１４は
シールパツキン、１５はフイン状ガイド、１６は
ロツクナツト、１７は弁装置のカバー、１７ａは
カバー１７の通気孔付き底板である。

第５図の水車装置の如く水車室Ａからドラフト
管４ａが放水面６へ導出した場合は、水が流れて
いない状態ではドラフト管４ａ内水位即ちドラフ
ト水位は放水位TWと一致している。次いで、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
ることとなる。この場合ドラフト水位LWが低い
間は空気導入装置７から水車室Ａへの空気流入は
閉鎖されているため、水車室Ａ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LW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４ａも短くて済むことになる。この場
合、水が流れた状態でのドラフト水位LW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。そのためのド
ラフト水位LWの維持は次のように行われる。ま
ず、前述の如く弁装置Ｂが閉の間は水車室Ａ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、ドラフト水位LW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１０を通つて筒体８内下部に浸入す
ると、フロート１１が浮上しこれにより弁体１２
が持ち上げられ、弁装置Ｂが開く。弁装置Ｂが開
くと、これを通して空気が筒体８内に入り更に空
気連絡路９を経て水車室Ａに入り、水車室Ａの水
位上昇が止まる。以後、水位LWの上下変動に応
じてフロート１１が上下動し、よつて弁装置Ｂが
開閉し又はその開度が変化することにより水車室
Ａ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。このことから、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、空気導入装置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。
またフロート１１で直接水位を検知して弁装置Ｂ
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。

〈考案が解決しようとする問題点〉 ところで第５図の空気導入装置７を用いた場
合、水車室Ａの水面に波立ちがあると、波立ちに
よりフロート１１が上下して弁装置Ｂの開閉が急
峻になるため、フロート１１及び弁装置Ｂの動揺
が激しくなることが判つた。この動揺を抑制する
方法としては、筒体８内への水の出入口である水
連絡路１０を絞り、筒体８内での水位の上下を緩
やかにする方法が一般的である。しかし、波立ち
の影響を有効に抑えられる程強力な絞りを設ける
と、空気導入装置７の水位追従が絞りによつて遅
れすぎること、水中の異物などで絞りが閉塞され
ること、等の実用上の障害が生じた。

また第５図の空気導入装置７では、弁装置Ｂの
外側が大気圧であるのに対し、内側が負圧である
から、内外の差圧による弁体１２の推力のため必
要な弁操作力が大きくなり、フロート１１ひいて
は空気導入装置７全体を大形化せざるを得なかつ
た。

本考案は上述した従来技術の問題点を解消し、
水面の波立ちの影響を受け難く、更に大きな弁操
作力を必要としない、空気導入装置を有する水車
装置を提供することを目的とする。

〈問題点を解決するための手段・作用〉 上述した目的を達成する本考案の水車装置の構
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外側に設けた筒体と、
この筒体を水車室の水部分に連通する水連絡路
と、上記筒体を水車室の空気部分に連通する空気
連絡路と、上記筒体内のフロートと、側面に空気
孔を有し上記筒体の上部に連通する弁筒と、この
弁筒内に設けられ弁頭部に空気室を形成すると共
に弁筒の空気孔を側面で開閉する弁体と、この弁
体をフロートに連結するロツドと、水車室若しく
は上記筒体の空気部分を弁頭部の空気室に連通す
るパイプ及び絞りと、を具備した空気導入装置を
有することを特徴とする。

〈実施例〉 第１図〜第３図により本考案に係る空気導入装
置を有する水車装置の一実施例を説明する。第１
図は空気導入装置の具体例を示す断面図、第２図
は弁筒の外観図、第３図は空気導入装置が空気を
吸込んでいる状態での水車装置の断面図である
（但し、パイプ２７と絞り２８は図示省略）。

第１図〜第３図において、１８は空気導入装置
であり、縦置きの筒体１９と、この筒体１９をド
ラフト管等水車ケース２０の水部分に連通する水
連絡路２１と、筒体１９を水車ケース２０の空気
部分に連通する空気連絡路２２と、筒体１９内に
挿入されたフロート２３と、側面に空気孔２４ａ
を有し筒体１９の上部に連通する有蓋の弁筒２４
と、弁筒２４内に摺動可能に挿入され弁頭部Ｃに
空気室を形成すると共に弁筒２４の空気孔２４ａ
を側面で開閉する円柱状若しくは有蓋円筒状の弁
体２５と、弁体２５をフロート２３に連結するた
めのネジ付きロツド２６と、水車ケース２０若し
くは筒体１９の空気部分を弁頭部の空気室Ｃに連
通するパイプ２７と、このパイプ２４に設けた絞
り２８と、によつて構成されている。

なお、第１図、第２図中、２９，３０は弁体２
５を連結ロツド２６に固定するためのナツト及び
蝶ナツト、３１は絞り量調整つまみ、３２は遮音
カバー、３２ａはその空気孔である。また必要に
応じて保護カバ、エアフイルターが設けられる。

動作を説明する。今、水位が低くフロート２３
が下つている場合は弁筒２４の空気孔２４ａは弁
体２５によつて閉じられ、従つて水車室への空気
流入は無く、水流によつて水車室内の空気が持ち
去られて負圧になつて水位が設定値まで上昇す
る。水位が設定値より上るとフロート２３が浮き
上り、同時に弁体２５が上つて弁筒２４の空気孔
２４ａから空気が流れ込み、水車室の圧力を一定
に保つてドラフト水位を一定に保つ。この場合、
弁頭部の空気室Ｃは空気孔２４ａの開度に無関係
であり、弁筒２４と弁体２５でピストン・シリン
ダ構造となつており、空気室Ｃ内の空気の出入り
は連結パイプ２７による。つまり、フロート部分
の水位変動に対してフロート２３と弁体２５が上
下動するには連結パイプ２７を通つて空気が出入
りする必要があり、これを絞り２８によつて絞る
ことにより、ダンパー効果が与えられる。ここで
得られるダンパー効果は筒体１９への水の出入り
を直接絞るよりも、空気の出入りを絞ることから
水中の異物などによる閉塞の障害が全なく、また
水位追従に対する時間遅れが少ない。一方、弁頭
部の空気室Ｃは筒体１９のフロート室Ｄと連通す
ることから、正常運転時には両室Ｃ，Ｄの圧力が
バランスし、よつて円滑な運転が可能になると共
に、弁操作力が小さくてすむからフロート２３ひ
いては全体構造を小形化することが可能である。

ここで本実施例では、弁筒２４の空気孔２４ａ
の形状を第２図に示す逆三角形状やＵ字形状な
ど、弁体２５の上下動に対し開度が非線形に変化
する形状としてある。これにより水位が適正であ
る場合は水位の変動に対して空気吸込量を抑えて
水位変動と空気吸込量とがバランスしやすくな
り、一方、水位が大きく上昇した場合は急速に空
気を吸込めるようにしてある。空気孔２４ａの大
きさは水車によつて空気の流出量が異なるので大
水量の水車では大孔にし、小水量の水車では小孔
にするなど、水車に応じて形状・大きさを決め
る。また、弁筒２４の空気孔２４ａは中心対称に
設けることにより、空気の流入時に弁体２５が真
直ぐ円滑に移動できるようになつている。なお、
弁体２５と弁筒２４との隙間は弁体２５が円滑に
摺動できる範囲で狭い方が良く、また必要に応じ
てシールを設けて良い。

〈考案の効果〉 本考案では、弁の開閉を側面に空気孔を有する
弁筒とこの空気孔を開閉する弁体とで行う構造と
し、フロート室と弁頭部の空気室とを連絡し、こ
の連絡途中に絞りを設けてある。従つて、弁筒側
面の空気孔を任意の形状に選ぶことができ、フロ
ートの上下に対して非線形の開度が得られる構造
とすることにより、フロートの安定性が向上し
た。また、フロート室と弁頭部空気室との圧力が
バランスし、差圧による弁押力をフロート浮力で
押し返す必要がなくなり、フロートひいては全体
構造が小形化できる。更に、フロート室と弁頭部
空気室の連通途中に絞りを設けたことにより、水
面の動揺、空気及び水の出入りなどに起因する脈
動のため生ずるフロートの上下動に対し、有効な
ダンパー効果が得られ、極めて安定した運転が可
能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る空気導入装置の一実施例
の断面図、第２図は弁筒の外観図、第３図は第１
図の空気導入装置を有する水車装置を空気吸込状
態で示す断面図、第４図は通常の水車装置の断面
図、第５図は従来の空気導入装置を有する水車装
置の断面図である。 図面中、１８は空気導入装置、１９は筒体、２
０は水車室、２１は水連絡路、２２は空気連絡
路、２３はフロート、２４は弁筒、２４ａは空気
孔、２５は弁体、２６はロツド、２７はパイプ、
２８は絞りである。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 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外側に設けた筒体と、この
   筒体を水車室の水部分に連通する水連絡路と、上
   記筒体を水車室の空気部分に連通する空気連絡路
   と、上記筒体内のフロートと、側面に空気孔を有
   し上記筒体の上部に連通する弁筒と、この弁筒内
   に設けられ弁頭部に空気室を形成すると共に弁筒
   の空気孔を側面で開閉する弁体と、この弁体をフ
   ロートに連結するロツドと、水車室若しくは上記
   筒体の空気部分を弁頭部の空気室に連通するパイ
   プ及び絞りと、を具備した空気導入装置を有する
   水車装置。