(57)【要約】【課題】簡単かつ廉価な構成によって、機器故障などの異常時においても通常の動作時と同様の用水路の流水状態を維持でき、増水時等においても溢水などの異常が発生しないように水位を制御できる小規模の水力発電システムを提案すること。【解決手段】水力発電システム１において、取水ゲート７が取水位置７Ａの状態で、水力発電装置５に流水が取り込まれ、発電動作が行われる。機器故障などの異常時に、取水ゲート７が放水位置７Ｂに切り替わり、水力発電装置５への取水が止まる。この状態では、落差工３と水力発電装置５の間を通る迂回水路である落下水路１０が開く。落差工３から導水函６に導かれた流水は取水ゲート７のゲート開口部７ｂから落下水路１０に自然落下して下流側に流れ、水力発電装置が流水の障害物となることがない。【選択図】図２
2014084809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
用水路（２）に設置した落差工（３）と、
前記落差工（３）に対して、当該落差工（３）の自然落水範囲以上の距離だけ、下流側に後退した位置に設置された水力発電装置（５）と、
前記落差工（３）から前記水力発電装置（５）の水車室（５ｂ）に流水を導くために、前記落差工（３）および前記水力発電装置（５）の間に架け渡された導水函（６）と、
前記導水函（６）の底部に配置され、前記水車室（５ｂ）へ取水を行う取水位置（７Ａ）および取水を停止する放水位置（７Ｂ）に切り替え可能な取水ゲート（７）と、
を有し、
前記取水ゲート（７）が前記放水位置（７Ｂ）に切り替わると、当該取水ゲート（７）のゲート開口部（７ｂ）から前記落差工（３）と前記水力発電装置（５）の間に自然落下して前記落差工（３）の下流側の放水路（４）に流れる迂回水路が形成されることを特徴とする水力発電システム（１、１Ａ、１Ｂ）。
【請求項２】
請求項１において、
前記取水ゲート（７）は、前記導水函（６）の底面に沿う状態に起立した前記取水位置（７Ａ）から垂直に垂れ下がる状態に倒伏した前記放水位置（７Ｂ）までの間を回動可能な起伏式取水ゲートである水力発電システム（１、１Ａ、１Ｂ）。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記導水函（６）に流入する塵芥を除去するためのスクリーン（１１）が、４５°未満の取付角度で取り付けられている水力発電システム（１、１Ａ、１Ｂ）。
【請求項４】
請求項１ないし３のうちのいずれか一つの項において、
前記落差工（３）が設置されている用水路（２）の部位には、前記導水函（６）に水を集める集水位置（１２Ａ）および集水を止める放水位置（１２Ｂ）に切り替え可能な集水ゲート（１２）が配置されている水力発電システム（１、１Ａ、１Ｂ）。
【請求項５】
請求項４において、
前記落差工（３）における取水位が予め定めた設定値を超えると、前記集水ゲート（１２）および前記取水ゲート（７）のうちの少なくとも一方は、前記放水位置（１２Ｂ、７Ｂ）に切り替わる水力発電システム（１、１Ａ、１Ｂ）。
【請求項６】
請求項１ないし５のうちのいずれか一つの項において、
停電発生および前記水力発電装置の異常発生を検出する異常検出装置（１５）、および、異常発生時に電力供給を行う制御用蓄電池（１６）を有し、
前記集水ゲート（１２）および前記取水ゲートのうちの少なくとも一方は、前記異常検出装置（１５）によって異常が検出されると、前記放水位置（１２Ｂ、７Ｂ）に切り替わる水力発電システム（１、１Ａ、１Ｂ）。
【請求項７】
請求項６において、
前記取水ゲート（７）は、前記導水函（６）の底面に沿う状態に起立した前記取水位置（７Ａ）から垂直に垂れ下がる状態に倒伏した前記放水位置（７Ｂ）までの間を回動可能な起伏式取水ゲートであり、
前記異常検出装置（１５）によって異常が検出されると、前記取水ゲート（７）は前記放水位置（７Ｂ）に切り替わる水力発電システム（１、１Ａ、１Ｂ）。
【請求項８】
用水路（２）に設置した落差工（３）、および、前記落差工（３）に設置された水力発電装置（５０）を有し、
前記水力発電装置（５０）は、前記落差工（３）に対して水流方向の上流側の取水位置（５０Ａ）および下流側の放水位置（５０Ｂ）に移動可能であり、
前記取水位置（５０Ａ）は、前記水力発電装置（５０）の水車室（５ｂ）に前記落差工（３）から直接に取水可能な位置であり、
前記放水位置（５０Ｂ）は、前記落差工（３）に対して、当該落差工の自然落水範囲以上の距離だけ、下流側に後退した位置であることを特徴とする水力発電システム（１Ｃ）。
【請求項９】
請求項８において、
前記水力発電装置（５０）の水車室（５ｂ）に流入する塵芥を除去するためのスクリーン（１２）が、４５°未満の取付角度で取り付けられている水力発電システム（１Ｃ）。
【請求項１０】
請求項８または９において、
前記落差工（３）が設置されている用水路（２）の部位には、前記水力発電装置（５０）に水を集める集水位置（１２Ａ）および集水を止める放水位置（１２Ｂ）に切り替え可能な集水ゲートが配置されている水力発電システム（１Ｃ）。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記水力発電装置（５０）を移動させる移動機構を有し、
前記落差工（３）における取水位が予め定めた設定値を超えると、前記集水ゲート（１２）は前記放水位置（１２Ｂ）に切り替わり、前記水力発電装置（５０）は、前記移動機構によって、前記放水位置（５０Ｂ）に切り替わる水力発電システム（１Ｃ）。
【請求項１２】
請求項１１において、
停電発生および前記水力発電装置（５０）の異常発生を検出する異常検出装置（１５）、および、異常発生時に電力供給を行う制御用蓄電池（１６）を有し、
前記集水ゲート（１２）および前記水力発電装置（５０）のうちの少なくとも一方は、前記異常検出装置（１５）によって異常が検出されると、前記放水位置（１２Ｂ、５０Ｂ）に切り替わる水力発電システム（１Ｃ）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、農業用水路等の用水路の落差工に設置される小規模の水力発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水力発電システムとして、農業用水路等の用水路に設けた落差工に設置される小規模の水力発電システムが提案されている。このような水力発電システムは、用水路の障害物にならないように設置することが必要である。また、農業用水路の落差工に設置する場合には、灌漑期および非灌漑期を通じて定められた一定量の水を継続して流すことが必要である。さらに、配電線の停電、水力発電装置の水車、発電機などの機器の故障、または、急な豪雨等による増水などといった異常時においても、農業用水の断水、減水あるいは用水路天端からの溢水等の弊害が発生しないようにする必要がある。
【０００３】
農業用水路に設置される小規模の水力発電システムとしては、特許文献１において提案されている農業用水路等の落差工に設置する水力発電装置がある。この水力発電装置では、異常時に、自動的に水車のガイドベーンを全開にして、流水を下流側に流すための流路を確保している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３２０８８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、上記の特許文献１に開示の水力発電装置では、異常時においても、水力発電装置の内部を通る流路に沿って水が流れる。ガイドベーンを全開状態にすることで流路抵抗は小さくなるものの、水力発電装置が水流の障害になっていることに変わりはない。また、ガイドベーンを全開状態に切り替えるための駆動装置を配置する必要があり、構成が複雑化し、製造コストの上昇を招くおそれがある。さらに、水力発電装置の水車、発電機などの機器の異常時には、水車の入口弁などを閉じる等の操作を行って、装置内部の水を払う必要がある。
【０００６】
本発明の課題は、このような点に鑑みて、簡単かつ廉価な構成によって、機器故障などの異常時においても障害物とならずに用水路の流水状態を維持でき、増水時等においても溢水などの異常が発生しないように水位を制御できる小規模の水力発電システムを提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明の水力発電システムは、
用水路に設置した落差工と、
前記落差工に対して、当該落差工の自然落水範囲以上の距離だけ、下流側に後退した位置に設置された水力発電装置と、
前記落差工から前記水力発電装置の水車室に流水を導くために、前記落差工および前記水力発電装置の間に架け渡された導水函と、
前記導水函の底部に配置され、前記水車室へ取水を行う取水位置および取水を停止する放水位置に切り替え可能な取水ゲートと、
を有し、
前記取水ゲートが前記放水位置に切り替わると、当該取水ゲートのゲート開口部から前記落差工と前記水力発電装置の間に落下して前記落差工の下流側の放水路に流れる迂回水路が形成されることを特徴としている。
【０００８】
本発明の水力発電システムにおいては、機器故障などの異常時に、取水ゲートが放水位置に切り替わり、水力発電装置への取水が止まる。この状態では、落差工と水力発電装置の間を通る迂回水路が開く。落差工から導水函に導かれた流水は取水ゲートのゲート開口部から迂回水路に自然落下して下流側に流れる。すなわち、水力発電装置を迂回して下流側に流れるので、水力発電装置が流水の障害物となることがない。
【０００９】
また、取水ゲートは水車の入口弁としても機能する。すなわち、取水ゲートを開くと（取水位置に切り替えると）、水力発電装置の取水が止まり、放水状態になる。この結果、水力発電装置内の水が下流側に流れ出し、内部の水が払い出された状態になる。よって、入口弁を省略でき、その分、製造コストを下げることができるので経済的である。また、水が払い出された状態で、水力発電装置の構成機器の保守点検作業を効率良く行うことができる。
【００１０】
さらに、迂回水路は水力発電装置を経由しない流路であるので、水が速やかに通過する。よって、増水時等において、上昇した水位を効率良く低下させることができる。
【００１１】
本発明において、前記取水ゲートは、前記導水函の底面に沿う状態に起立した前記取水位置から垂直に垂れ下がる状態に倒伏した前記放水位置までの間を回動可能な起伏式取水ゲートである。
【００１２】
取水を停止して放水状態に切り替える場合は、機器故障、増水等の異常発生時である。したがって、取水ゲートを取水位置から放水位置に切り替える動作は最も高い動作信頼度が要求される。起伏式取水ゲートは、取水位置から放水位置への切り替え時に、垂直に垂れ下げる状態に倒伏する。起伏式取水ゲートには、この倒伏方向に、導水函を流れる水の重量が加わる。よって、起伏式取水ゲートの倒伏方向への回動には水の重力も加わるので、確実に行うことができるという利点がある。また、このために、大きな駆動容量の駆動機構を起伏式取水ゲートに付設する必要がないので、設備の簡素化、コスト低減化に有利である。
【００１３】
本発明においては、前記導水函に流入する塵芥を除去するためのスクリーンが、４５°未満の取付角度で取り付けられている。
【００１４】
小規模の水力発電装置にとって、上流から流れてくる塵芥などは最も厄介な代物である。塵芥を除去するために、通常は、取水口の前面にバースクリーンなどのスクリーンを置いて塵芥を捕捉し、捕捉された塵芥は人力でスクリーンから除去される。一般的にはスクリーンの取付角度（傾斜角度）は７０°程度である。本発明では、保守の容易さを考慮して、４５°未満の緩い傾斜角度にしている。例えば、２５°の取付角度としている。取付角度がきついと、塵芥がスクリーンに張り付いてしまう傾向があり、人力での除去作業が大変になる。本発明によれば、スクリーンの取付角度が緩いので、スクリーンからの塵芥の除去作業が容易になる。また、流水のスクリーン流入面積も増やすことができる。
【００１５】
本発明において、前記落差工が設置されている用水路の部位には、前記導水函に水を集める集水位置および集水を止める放水位置に切り替え可能な集水ゲートが配置される。
【００１６】
この場合には、用水路の上流地域での豪雨等による増水時などにおいて、前記落差工における取水位が予め定めた設定値を超えると、前記集水ゲートおよび前記取水ゲートが、それぞれ、前記放水位置に切り替わるように構成される。これにより、用水路水位の異常上昇を確実に防止でき、また、上昇した水位を迅速に低下させることができる。
【００１７】
本発明において、停電発生および前記水力発電装置の異常発生を検出する異常検出装置、および、異常発生時に電力供給を行う制御用蓄電池を有し、前記取水ゲートおよび前記集水ゲートのうちの少なくとも一方は、前記異常検出装置によって異常が検出されると、前記放水位置に切り替わる。
【００１８】
駆動電力が遮断された場合においても、制御用蓄電池から電力が供給されるので、停電時における水力発電装置の機器故障に対処することができる。
【００１９】
この場合、本発明では、前記取水ゲートは、前記導水函の底面に沿う状態に起立した前記取水位置から垂直に垂れ下がる状態に倒伏した前記放水位置までの間を回動可能な起伏式取水ゲートであり、前記異常検出装置によって異常が検出されると、前記取水ゲートは前記放水位置に切り替わる。
【００２０】
このように、異常発生時には、取水ゲートを強制的に倒伏させることにより、異常発生に対して、迅速に対応することができる。
【００２１】
次に、本発明の水力発電システムは、
用水路に設置した落差工、および、前記落差工に設置された水力発電装置を有し、
前記水力発電装置は、前記落差工に対して水流方向の上流側の取水位置および下流側の放水位置に移動可能であり、
前記取水位置は、前記水力発電装置の水車室に前記落差工から直接に取水可能な位置であり、前記放水位置は、前記落差工に対して、当該落差工の自然落水範囲以上の距離だけ、下流側に後退した位置であることを特徴としている。
【００２２】
水力発電装置を放水位置まで後退させると、水力発電装置が水路流水の障害物となることが確実に回避される。例えば、用水路の底に配置した走行レールに沿って水力発電装置を移動可能にしておき、走行レールに沿って水力発電装置を、移動機構により、あるいは、人力により、移動させることができる。
【００２３】
この場合においても、前記水力発電装置の水車室に流入する塵芥を除去するためのスクリーンが、４５°未満の取付角度で取り付けられていることが望ましい。
【００２４】
また、前記落差工が設置されている農業用水路の部位には、前記水力発電装置に水を集める集水位置および集水を止める放水位置に切り替え可能な集水ゲートが配置されていることが望ましい。
【００２５】
さらに、前記水力発電装置を移動させる移動機構を有し、当該移動機構は、前記落差工における取水位が予め定めた設定値を超えると、前記集水ゲートは前記放水位置に切り替わり、前記水力発電装置は前記移動機構によって前記放水位置に切り替わることが望ましい。
【００２６】
また、停電発生および前記水力発電装置の異常発生を検出する異常検出装置、および、異常発生時に電力供給を行う制御用蓄電池を有し、前記集水ゲートおよび前記水力発電装置のうちの少なくとも一方は、前記異常検出装置によって異常が検出されると、前記放水位置に切り替えられることが望ましい。
【００２７】
さらに、前記異常検出装置によって異常が検出されると、前記移動機構は、前記水力発電装置を前記放水位置に移動させることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明を適用した水力発電システムの一例を示す全体構成図である。
【図２】図１の水力発電システムの概略平面図、概略側面図、および下流側から見た場合の概略端面図である。
【図３】図１の水力発電システムの灌漑期および非灌漑期の状態を示す説明図である。
【図４】図１の水力発電システムの水力発電装置の主要部分を示す概略構成図である。
【図５】図１の水力発電システムの起伏式取水ゲートの動作を示す説明図である。
【図６】図１の水力発電システムの起伏式取水ゲートに代えてスライド式取水ゲートを配置した場合の説明図である。
【図７】図１の水力発電システムにチロリアン取水方式を採用した場合の説明図である。
【図８】本発明を適用した水力発電システムの別の例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した水力発電システムの実施の形態を説明する。
【００３０】
［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１に係る水力発電システムを示す全体構成図である。図２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、図１の水力発電システムの概略平面図、概略側面図、および下流側から見た場合の概略端面図である。
【００３１】
水力発電システム１は、農業用水路２に設置した落差工３と、農業用水路２における落差工３の下流側の放水路４に設置された水力発電装置５とを備えている。水力発電装置５は、落差工３の自然落水範囲以上の距離Ｗ（図２（ｃ）参照）だけ、水流方向Ａの下流側に後退した位置に設置されている。また、落差工３から水力発電装置５に流水を導くために、落差工３から水力発電装置５に向けて、略水平に、導水函６が架け渡されている。導水函６は、上流側の端が上流側に開口していると共に、上方に開口している溝形断面の函である。
【００３２】
導水函６において、落差工３の端から水力発電装置５までの間の底面部分は、取水ゲート７となっている。取水ゲート７は、導水函６を流れる水を水力発電装置５に取水する取水位置と、取水を停止する放水位置に切り替え可能である。本例の取水ゲート７は起伏式取水ゲートである。図２（ｃ）から分かるように、取水ゲート７は、矩形のゲート開口部７ｂを開閉する矩形の扉７ａを備えている。扉７ａは、その水流方向Ａの下流側の縁端部を回動中心として、導水函６の底面に沿う状態に起立した水平な取水位置７Ａから垂直に垂れ下がる状態に倒伏した放水位置７Ｂまでの間を回動可能である。扉７ａはチェーン式の巻き上げ装置８によって開閉される。巻き上げ装置８は、水力発電装置５の上端に水平に配置されている保守架台９に搭載されている。
【００３３】
取水ゲート７のゲート開口部７ｂが封鎖されている取水位置７Ａの状態では、導水函６に導入された水流は水力発電装置５に取り込まれる。取り込まれた水流が水力発電装置５内を落下して内部の水車５ａが回転駆動される。回転駆動する水車５ａにより発電機５ｂが回転駆動して発電動作が行われる。発電電流は不図示の配電線を経由して所定の場所に送電される。
【００３４】
これに対し、取水ゲート７のゲート開口部７ｂが開放される放水位置７Ｂの状態では、導水函６に導入された水流は、ゲート開口部７ｂから自然落下する。図２（ｃ）から分かるように、ゲート開口部７ｂの下側には落下水路１０が形成されている。落下水路１０は、落差工３の立壁端面３ｂと、これに対峙している水力発電装置５の矩形筒状の装置筐体５ｃの端面５ｄとの間に形成されており、その水流方向Ａの幅は、落差工３からの流水の自然落下範囲以上の距離Ｗとなっている。水力発電装置５の装置筐体５ｃの川底部分は前後左右に開口しており、落下水路１０は下流側の放水路４に繋がっている。したがって、流水は、ゲート開口部７ｂから落下水路１０を落下して下流側の放水路４に至る迂回水路を流れる。すなわち、水力発電装置５を迂回して下流側に流れる。
【００３５】
導水函６には、当該導水函６に流入する水流から塵芥を除去するためのスクリーン１１、例えば、バースクリーンが取り付けられている。スクリーン１１は、導水函６の底面の上流側の端から下流側に向かって、水平な底面に対して上方に４５°未満傾斜した取付角度で、当該導水函６に取り付けられている。例えば、２５°前後の取付角度で取り付けられている。
【００３６】
落差工３が設置されている農業用水路２の部位には、導水函６に水を集めるための集水ゲート１２が取り付けられている。集水ゲート１２は起伏式集水ゲートであり、下端を回転中心として回動可能な矩形輪郭の集水板１２ａを備えている。集水板１２ａは、農業用水路２の一方の側壁２ａから導水函６の側板６ａまでの間に架け渡されている。集水板１２ａは、農業用水路２の側壁２ａの天面に設置されたチェーン式の巻き上げ装置１３によって回動する。
【００３７】
ここで、図３（ａ）は集水ゲート１２が集水位置の状態にある場合を示す説明図であり、図３（ｂ）は集水ゲート１２が放水位置の状態にある場合を示す説明図である。図３（ａ）に示すように、集水ゲート１２は、その集水板１２ａが垂直に起立した集水位置１２Ａの状態では、上流側から落差工３に流れ込む水が堰き止められて、導水函６の側に集められる。農業用水路２の場合には、非灌漑期においては、流水量が少ないので（図２（ｃ）に示すように、低い水位Ｌ１となるので）、集水ゲート１２により集水が行われる。
【００３８】
これに対して、図３（ｂ）に示すように、集水板１２ａが下流側に水平に倒伏した放水位置１２Ｂの状態では、上流側から落差工３に流れ込む水の一部のみが導水函６に導入されて水力発電装置５に取水され、残りの水は落差工３から下流側の放水路４に自然落下して流れ込む。農業用水路２の場合には、灌漑期においては、流水量が多いので（図２（ｃ）に示すように、高い水位Ｌ２となるので）、集水ゲート１２は放水位置の状態とされる。
【００３９】
次に、保守架台９にはコントロールボックス１４が設置されている。コントロールボックス１４内には制御盤１５および制御用蓄電池１６が配置されている。制御盤１５には、水力発電装置５の水車５ａを駆動制御する水車制御部１５ａ、発電機５ｂを駆動制御する発電機制御部１５ｂ、停電発生および水力発電装置５の異常発生を検出する異常検出部１５ｃ、取水位検出部１５ｄ、異常発生時に各部の制御を司る異常時制御部１５ｅ等が含まれている。
【００４０】
本例の異常時制御部１５ｅは制御用蓄電池１６によって駆動し、異常検出部１５ｃによって停電、水力発電装置５の構成機器の故障等の異常が検出されたときに、集水ゲート１２および取水ゲート７を、それぞれ、放水位置１２Ａ、７Ａに切り替える制御動作を実行する。また、取水位検出部１５ｄによって、落差工３における取水位が予め定めた設定値を超えた異常上昇水位になると、集水ゲート１２および取水ゲート７を、それぞれ、放水位置１２Ｂ、７Ｂに切り替える制御動作を実行する。これらの一方のみを放水位置に切り替える制御動作を行うことも可能である。また、これらの制御動作においては、異常時制御部１５ｅは、集水ゲート１２および取水ゲート７を放水位置１２Ｂ、７Ｂに切り替える動作を行わせる。なお、通常動作時における集水ゲート１２、取水ゲート７の動作速度（第１速度）よりも速い動作速度（第２速度）で、集水ゲート１２および取水ゲート７を放水位置１２Ｂ、７Ｂに切り替える動作を行わせることも可能である。
【００４１】
図４は水力発電装置５の一例を示す概略構成図である。水力発電装置５は、矩形筒状の装置筐体５ｃの内部に、上側から同軸状に、発電機５ｂおよび水車５ａがこの順序で配置されている。導水函６から水力発電装置５に取り込まれる水は、矢印で示すように、装置筐体５ｃの上半部分に形成されている水槽５ｅに流れ込み、ここから下側の水車５ａに流下して、水車５ａを回転駆動する。水車５ａを通過して流れ落ちた水は、下流側にＬ状に湾曲して延びるドラフト管５ｆを通って下流側の放水路４に流れ出す。
【００４２】
水槽５ｅの中心に配置されている発電機５ｂは円筒状ケース５ｇに内蔵されている。水車５ａの回転軸と発電機５ｂの入力軸の間は、ベルト・プーリー式の回転力伝達機構５ｈを介して連結されている。
【００４３】
（動作説明）
以下に、上記構成の水力発電システム１の動作を纏めて説明する。まず、水力発電装置５に水を集める集水ゲート１２は、原則として、非灌漑期には集水位置１２Ａに切り替えられる。すなわち、図３（ａ）に示すように、集水板１２ａが起立して水力発電装置５に集水する。また、集水ゲート１２は、原則として、灌漑期には放水位置１２Ｂに切り替えられ、図３（ｂ）に示すように、集水板１２ａが倒伏してゲート開放状態になる。
【００４４】
次に、図５を参照して説明すると、水力発電装置５の運転状態においては、取水ゲート７が取水位置７Ａにセットされ、その扉７ａが起立してゲート開口部７ｂを封鎖している。導水函６に流れ込んだ水は、水力発電装置５に取り込まれて、その水槽５ｅに流れ込み、ここから水車５ａを取って落下し、ドラフト管５ｆを通って流れて、下流側の放水路４に抜ける。水槽５ｅから放水路４に向かう水流は、水車５ａおよび発電機５ｂを回して発電動作を行わせる。導水函６によって取水口から水槽までの水路が規定されており、この途中に狭い水路、管路あるいは入口弁等がないので、水流損失なく効率的に発電動作が行われる。
【００４５】
水力発電装置５の運転を停止するには、取水ゲート７を放水位置７Ｂに切り替える。これにより、取水ゲート７の扉７ａが倒伏してゲート開口部７ｂが開放される。導水函６に流れ込んだ水は、水力発電装置５に取り込まれることなく、ゲート開口部７ｂから落下水路１０に落下し、放水路４に抜ける。同時に、水槽５ｅおよび水車５ａ内の水も抜け、水車５ａ、発電機５ｂは停止する。
【００４６】
このように、水車５ａの運転・停止を司るのは、取水ゲート７のみであり、水槽５ｅの取水口に入口弁等を配置して切り替え動作を行う必要がない。換言すると、取水ゲート７は、水力発電装置５の運転停止状態において水流を迂回させることにより、入口弁としても機能する。よって、水力発電装置５の簡素化・コンパクト化を達成できる。
【００４７】
次に、配電線の停電、水車等の機器故障の異常時には、異常が制御盤１５の異常検出部１５ｃによって検出される。異常を検出すると、異常検出部１５ｃは異常制御信号を出力する。異常制御信号が出力されると、取水ゲート７は、強制的に、放水位置７Ｂに切り替わる。この場合には、扉７ａが起立状態から倒伏状態に回動する。これにより、速やかに、水流が水力発電装置５を迂回する状態が形成されて、その運転が停止する。なお、扉７ａを倒伏させる操作を、バックアップ手段として、手動操作により行うことができるようにしてもよい。また、異常を検出した場合に、通常の動作速度よりも速い速度で、扉７ａを起立状態から倒伏状態に回動させることも可能である。
【００４８】
また、農業用水路２の上流側での豪雨等によって水位が異常に上昇した場合、すなわち、設定水位を超えた場合には、取水位検出部１５ｄによって、水位の異常上昇が検出される。この場合にも異常制御信号が出力される。異常検出信号によって、集水ゲート１２および取水ゲート７は、強制的に、放水位置１２Ｂ、７Ｂに切り替わる。この場合にも、集水板１２ａ、扉７ａが起立状態から倒伏状態に回動する。これにより、速やかに、全水流が落差工３を介して下流側に流れ、水位の上昇が迅速に抑制される。なお、集水ゲート１２および取水ゲート７の一方のみを放水位置に切り替えることも可能である。また、この場合にも、通常の動作速度よりも速い速度で、集水板１２ａ、扉７ａを起立状態から倒伏状態に回動させることも可能である。
【００４９】
以上説明したように、本例の水力発電システム１では、農業用水路２の落差工３に設置した二組の起伏式ゲート（７、１２）を制御することにより、水力発電装置５自体が水路の障害物とならないようにできる。また、農業用水を常に一定量、確保することができる。さらに、配電線の停電、水車・発電機等の機器故障の異常時でも、農業用水の断水、減水または用水路天端からの溢水等の支障が発生することを確実に回避できる。
【００５０】
（取水ゲートの別の例）
上記の実施の形態では、取水ゲート７として起伏式ゲートを採用している。この代わりに、スライド式（水平開閉式）取水ゲートを用いることもできる。
【００５１】
図６は、スライド式取水ゲート７０を備えた水力発電システム１Ａを示す全体構成図である。基本構成は上記の水力発電システム１と同一であるので、対応する部位には同一の符号を付し、それらの説明は省略する。
【００５２】
スライド式取水ゲート７０は、導水函６の底面部分に取り付けられており、当該底面部分に沿った方向にスライド可能なスライド扉７０ａを備えている。スライド扉７０ａを閉じると取水位置７０Ａの状態になり、スライド扉７０ａを開けるとゲート開口部７０ｂが開き放水位置７０Ｂの状態に切り替わる。スライド式取水ゲート７０の切り替えの運用は、上記の起伏式ゲート７の場合と同様である。なお、図６の例では、発電機５ｂが水車５ａに対して同軸ではなく、側方に離れた位置に配置された構成となっている。
【００５３】
（取水方式の別の例）
上記の実施の形態では、水力発電装置５の設置場所が全農業用水路の中流部に位置し、比較的塵芥が少ない場合を想定して、一般的な取水形式を採用している。塵芥の多い上流部に水力発電装置５を設置する場合には、チロリアン取水方式を採用することが望ましい場合がある。
【００５４】
図７は、チロリアン取水方式を採用した場合の取水部分を示す説明図である。この図に示す水力発電システム１Ｂの全体構成は上記の水力発電システム１と同一である。この場合には、用水路底面の幅全体に亘ってバースクリーン１１Ａが配置され、この下側に集水ダクト（函）６Ａが配置される。集水ダクト６Ａにおける一方の端部の底面部分に、取水ゲート７（あるいは図６に示す取水ゲート７０）が取り付けられる。
【００５５】
［実施の形態２］
次に、図８は、本発明を適用した実施の形態２に係る水力発電システムを示す説明図である。水力発電システム１Ｃの全体的な構成は、上記の水力発電システム１と同様であるので、対応する箇所には同一の符号を付し、それらの説明は省略する。異なる点は、移動式の水力発電装置５０が備わっていることである。
【００５６】
すなわち、水力発電システム１Ｃは、農業用水路２に設置した落差工３と、落差工３に設置された水力発電装置５０とを備えている。水力発電装置５０は、落差工３に対して水流方向Ａの上流側の取水位置５０Ａから下流側の放水位置５０Ｂまでの間を移動可能である。
【００５７】
水力発電装置５０の取水位置５０Ａは、図８（ａ）に示すように、当該水力発電装置５０の水車５ａの水槽５ｅに、落差工３から直接に取水可能な位置である。放水位置５０Ｂは、図８（ｂ）に示すように、落差工３に対して、当該落差工３の自然落水範囲以上の距離Ｗだけ、下流側に後退した位置である。
【００５８】
水力発電装置５０の装置筐体の下端、例えば、四隅には、４本の筐体支柱５１を備えている。これらの筐体支柱５１の下端には走行輪５２が取り付けられている。農業用水路２の放水路４の川底には、２条の走行レール５３が設置されており、左右の走行輪５２は左右の走行レール５３に沿って水流方向Ａの前後に転動可能となっている。
【００５９】
水力発電装置５０には不図示の移動機構が付設されている。コントロールボックス内の制御盤（図示せず）からの指令に基づき、移動機構は、水力発電装置５０を取水位置５０Ａおよび放水位置５０Ｂのいずれかに移動させる。
【００６０】
取水位置５０Ａにおいては、水力発電装置５０に取水されて発電動作が行われる。放水位置５０Ｂでは、水力発電装置５０が障害物とならずに、全水流が下流側に流れる。簡素な構成によって、水力発電システムを構築できる。
【符号の説明】
【００６１】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ  水力発電システム
２  農業用水路
３  落差工
４  放水路
５  水力発電装置
５ａ  水車
５ｂ  発電機
５ｃ  筐体
５ｄ  筐体の端面
５ｅ  水槽
５ｆ  ドラフト管
５ｇ  円筒状ケース
５ｈ  回転力伝達機構
６    導水函
６ａ  側板
６Ａ  集水ダクト
７    取水ゲート
７Ａ  取水位置
７Ｂ  放水位置
７ａ  扉
７ｂ  ゲート開口部
８    巻き上げ装置
９    保守架台
１０  落下水路
１１、１１Ａ  スクリーン
１２  集水ゲート
１２Ａ  集水位置
１２Ｂ  放水位置
１２ａ  集水板
１３  巻き上げ装置
１４  コントロールボックス
１５  制御盤
１５ａ  水車制御部
１５ｂ  発電機制御部
１５ｃ  異常検出部
１５ｄ  取水位検出部
１５ｅ  異常時制御部
１６  制御用蓄電池
５０  水力発電装置
５０Ａ  取水位置
５０Ｂ  放水位置
５１  支柱
５２  走行輪
５３  走行レール
７０  スライド式取水ゲート
７０ａ  スライド扉
７０ｂ  ゲート開口部
【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１】
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【図３】
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