(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水路内に、水路上部の支軸に首振り可能に取り付けられ、水路内の水を遮蔽してその上部から下部に向かう水流を作り出す遮蔽板と、
水路上部の支軸に首振り可能に取り付けられ、遮蔽板前面に設置された直線状のスクリーンおよびその前面を上下に昇降するように設置した降下式レーキと、
前記遮蔽板の下流側において水路上部の支軸に支持アームを介して首振り可能に取り付けられた発電用水車とを備え、
前記遮蔽板を該発電用水車の外形に応じた円弧状に形成するとともに、
前記スクリーンと円弧状の遮蔽板との間には、前記スクリーン前面から降下式レーキにより掻き下げられた塵芥を一時貯留するポケットが設けられており、前記遮蔽板、スクリーン及び発電用水車を振り上げて、前記ポケットに貯留した塵芥をその下部から流下させることを可能としたことを特徴とする遮蔽板、スクリーン及び発電用水車を備えた開放型重力式水車。
【請求項２】
前記降下式レーキは、軸部と掻き下げ板とで構成され、前記スクリーン前面から降下式レーキにより掻き下げ、かつ掻き下げ板を回転させてスクリーン下部から排出させた塵芥を、スクリーンと遮蔽板との間のポケットに一時貯留することを可能としたことを特徴とする請求項１に記載の遮蔽板、スクリーン及び発電用水車を備えた開放型重力式水車。
【請求項３】
前記スクリーンと遮蔽板との間のポケットに塵芥がある程度たまった段階においては、アクチュエータを駆動して前記発電用水車及びスクリーンと遮蔽板とを振り上げることにより、遮蔽板から分離した塵芥が遮蔽板と水路の底面の間の空間に放たれ、水の流れに乗って排除されるようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の遮蔽板、スクリーン及び発電用水車を備えた開放型重力式水車。
【請求項４】
下記の各手段を制御システムにおいてプログラムすることにより、開放型重力式水車の発電機構や除塵用スクリーンの除塵機構や振子運動による危険回避機構を自動的に維持させ、河川の本川において長期間使用可能で安全性が確保されるようにしたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の遮蔽板、スクリーン及び発電用水車を備えた開放型重力式水車。
１）前記水路内に配置した前記スクリーンの前面に塵芥が溜まると降下式レーキを下降させて塵芥を押し下げ、スクリーンと遮蔽板との間のポケットに貯留させることにより前記スクリーンの目詰まりを防止する手段
２）一定量の塵芥がスクリーンと遮蔽板との間のポケットに貯留した場合には遮蔽板、スクリーン及び発電用水車を下流側に向けて首振りさせ、塵芥をスクリーンと遮蔽板との間のポケットから水路底と遮蔽板の隙間を通じて強制排出させる手段
３）大雨や台風等で水路が増水した場合には、前記遮蔽板、スクリーン及び発電用水車を支軸を中心に水路の下流側に向けて振り上げて、それぞれ水面上に持ち上げる手段
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、遮蔽板、スクリーン及び発電用水車を備えた開放型重力式水車に係り、特に、塵芥を水面より上に掻き揚げることなくスクリーンから分離・排除し、除塵用スクリーンとしての機能を効率よく回復させることができ、開放型重力式水車を前記遮蔽板、スクリーン及び発電用水車を振子運動によって水面から昇降可能にしたことにより河川の本流に設置することができるようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の除塵装置はすべて、スクリーンで捕獲した塵芥をレーキで掻き揚げて別な場所に集積し、いわゆる産業廃棄物として処理していた。
【０００３】
しかしながら従来のレーキ掻き揚げ式のスクリーンの場合、以下の点が課題となる。
ａ．塵芥は、水面より上に掻き揚げた時点で産業廃棄物となり、再び水中に戻すことができなくなる。
ｂ．そのため塵芥の掻き揚げ装置の他に、掻き揚げた塵芥の移動集積装置が必要となり、集積された塵芥に対しては、産業廃棄物としての処理が必要となる。
【０００４】
そこで本発明者は先に、特願２００５−７５０号（特開２００６−１７７１３３号公報、特許文献１参照）において、昇降可能な可動スクリーンと、通常可動スクリーンの上部に位置しているレーキとを備え、レーキを可動スクリーンに沿って降下させて塵芥をスクリーンの下部に押しやるとともに、前記スクリーンを所定高さまで持ち上げて、可動スクリーンから分離した塵芥を可動スクリーンの下部から排出させるようにした除塵用スクリーンを提案した。
【０００５】
一方、通常の開放型水車による発電形態では「図７」に示すように、本線とは別にバイパス水路を設け、該バイパス水路の発電用水車の設置位置の前に除塵装置を配設して発電用水車に塵芥が入り込まないようにする必要があった。
そのため本発明者は先に、特願２０１１−２０８４７９号（特許第４９０２８０９号公報、特許文献２参照）において、図８において図示した、水路１０１の上部に設けられた支軸１０２に首振り可能に取り付けられ、かつ下部に遮蔽板１０４を取り付けることにより、前記水路において前記遮蔽板１０４上部から下部に向かう水流を作り出すスクリーン１０３と、該スクリーン１０３の前面（上流側）を昇降するよう設置した降下式レーキ１０５とを備えた除塵用スクリーンと、前記スクリーン１０３の背面側（下流側）において、前記支軸１０２に首振り可能に取り付けられた発電用水車１０６とを有する遮蔽板、スクリーン及び発電用水車を備えた開放型重力式水車を提案した。
【０００６】
図８において、降下式レーキ１０５によってスクリーン１０３の下方に押し下げられた塵芥１０７は、スクリーン１０３を振り上げることによって、図９に示すようにスクリーン１０３の下方から水路１０１内に放流されて、スクリーン１０３に係合していた塵芥１０７を、簡単に水路１０１内を放流させることができる。しかも洪水時には、全体を水面より上に振り上げて氾濫を回避することができる。
そしてこのように構成することにより、「図６」に示すように本川に設置することができるようになった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１７７１３３号公報
【特許文献２】特許第４９０２８０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記特願２０１１−２０８４７９号（特許第４９０２８０９号公報、特許文献２参照）の発明は、１つの動力を用いてレーキの掻き下げと遮蔽板、スクリーン及び発電用水車の上昇を行うため、円弧状のスクリーンを使用し、レーキの掻き下げも回転運動により行い、水車及び遮蔽板付きスクリーンの回転中心とは別な個所に回転の中心を設けていた。
しかし該機構では、レーキの回転運動により水車及び遮蔽板付きスクリーンを下から持ち上げるため、水車及び遮蔽板付きスクリーンの降下は自重やカウンターウェイトに頼ることとなり、強制的に押し下げて絶対の遮水性を得るには不向きな機構であった。
また、水車及び遮蔽板付きスクリーンを静かに上昇・下降させるのに求められる動力特性と、スクリーンに挟まった塵を強制的に掻き下げるために求められる拘束に強い動力特性とは同一ではなく、さらにスクリーンに挟まった塵等によるレーキのトラブルは直接水車全体の回転運動のトラブルにつながり、レーキを回転させる動力が故障したり、拘束されたりした場合には水車及び遮蔽板付きスクリーンを水面から上に上昇させることができなくなるなど、安全性確保の点からも問題が存在した。
【０００９】
そこでこの発明は、そうした問題を解決するため、スクリーンは、遮蔽板と分離させて直線化し、レーキの降下も直線運動として水車及び遮蔽板の回転運動とは切り離すこととした。また回転運動は水車とは回転軸の反対側に設けたピストン及びシリンダからなるアクチュエータにより行うこととした。
一方、掻き下げた塵に関してもそれらの持つ浮力等によって浮き上がってしまうことがあったため、分離した遮蔽板とスクリーンの間にポケットを設けて、そこにストックすることとした。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわちこの発明の除塵用スクリーンとその背後に水車を取り囲むように取り付けた遮蔽板及び発電用水車とを備えた開放型重力式水車は、水路内に、水路上部の支軸に首振り可能に取り付けられ、水路内の水を遮蔽してその上部から下部に向かう水流を作り出す遮蔽板と、水路上部の支軸に首振り可能に取り付けられ、遮蔽板前面に設置された直線状のスクリーンおよびその前面を上下に昇降するように設置した降下式レーキと、前記遮蔽板の下流側において水路上部の支軸に支持アームを介して首振り可能に取り付けられた発電用水車とを備え、前記遮蔽板を該発電用水車の外形に応じた円弧状に形成したことを特徴とするものである。
また、前記スクリーン前面から降下式レーキにより掻き下げられた塵芥をスクリーンと遮蔽板との間のポケットに一時貯留し、前記遮蔽板、スクリーン及び発電用水車を振り上げて、前記ポケットに貯留した塵芥をその下部から流下させるようにしたことを特徴とするものである。
【００１１】
またこの発明の遮蔽板、スクリーン及び発電用水車を備えた開放型重力式水車は、
１）前記水路内に配置した前記スクリーンの前面に塵芥が溜まると、降下式レーキを下降させて塵芥を押し下げることにより前記スクリーンの目詰まりを防止するとともにスクリーンと遮蔽板との間のポケットに一時貯留させ、かつ一定量の塵芥が前記ポケットに貯留した場合には、前記遮蔽板、スクリーン及び発電用水車を支軸を中心に水路の下流側に向けて振り上げて所定高さまで持ち上げ、塵芥を水路底と遮蔽板の隙間から強制排出させ、
２）大雨や台風等で水路が増水した場合には、前記遮蔽板、スクリーン及び発電用水車を支軸を中心に水路の下流側に向けて首振りさせることにより、それぞれ水面上に持ち上げて洪水時の安全の確保を可能としたことをも特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明の遮蔽板、スクリーン及び発電用水車を備えた開放型重力式水車によれば、以下のような効果を得ることができる。
Ａ．遮蔽板の上部からダムアップした水流が発電用水車に流入するので、小規模な河川でも発電に必要な位置エネルギーを得ることができ、出力の大きい開放型重力式水車を提供することができる。
Ｂ．河川が不意に増水しても、簡便な操作で遮蔽板、スクリーン及び発電用水車を水面より上に避難させることができ、水の流下の支障とならないようにすることができる。
Ｃ．塵芥をスクリーンから分離させてスクリーンと遮蔽板との間のポケットに集積させるため、長時間の連続運転が可能で、塵芥は産業廃棄物とならず、前記遮蔽板、スクリーン及び発電用水車を支軸を中心に水路の下流側に向けて振り上げて塵芥を強制排出させ、そのまま流下させることができる。
【００１３】
また、上記一連のプロセス、
１）前記水路内に配置した前記スクリーンの前面に塵芥が溜まると降下式レーキを下降させて塵芥を押し下げ、スクリーンと遮蔽板との間のポケットに貯留させることにより前記スクリーンの目詰まりを防止する。
２）一定量の塵芥がスクリーンと遮蔽板との間のポケットに貯留した場合には遮蔽板、スクリーン及び発電用水車を下流側に向けて首振りさせ、塵芥をスクリーンと遮蔽板との間のポケットから水路底と遮蔽板の隙間を通じて強制排出させる。
３）大雨や台風等で水路が増水した場合には、前記遮蔽板、スクリーン及び発電用水車を支軸を中心に水路の下流側に向けて振り上げて、それぞれ水面上に持ち上げる。
という工程を制御システムにおいてプログラムすることにより、開放型重力式水車の発電機構や除塵用スクリーンの除塵機構や振子運動による危険回避機構を自動的に維持させることができ、河川の本川において長期間使用可能で安全性の確保された遮蔽板、スクリーン及び発電用水車を備えた開放型重力式水車を提供することができる。
もちろん、塵芥を水中で処理するために産業廃棄物が発生せず、除塵システムを簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の遮蔽板、スクリーン及び発電用水車を備えた開放型重力式水車の１実施例において、除塵及び発電状況を示す概略図である。
【図２】除塵用スクリーンに溜まった塵芥を降下式レーキで掻き下ろす途中段階の概略図である。
【図３】除塵用スクリーンに溜まった塵芥を降下式レーキで掻き下ろしてスクリーンと遮蔽板との間のポケットに貯留した段階の概略図である。
【図４】発電用水車及びスクリーン、遮蔽板を振り上げて塵芥を河川下流に放流した状態の概略図である。
【図５】河川の増水時に氾濫や故障を防ぐため、発電用水車とスクリーン、遮蔽板とを振り上げた状態の概略図である。
【図６】発電用水車を本川に設置した場合の概略図である。
【図７】通常の水力発電形態におけるバイパス水路に設けた発電用水車の設置位置の前に除塵装置を配設した場合の概略図である。
【図８】従来の除塵用スクリーン及び発電用水車を備えた開放型重力式水車において、除塵用スクリーンに溜まった塵芥を降下式レーキで掻き下ろす段階の概略図である。
【図９】従来の除塵用スクリーン及び発電用水車を備えた開放型重力式水車において、除塵用スクリーンに溜まった塵芥を除塵用スクリーン及び発電用水車を持ち上げて下流側に流している段階の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下この発明の遮蔽板、スクリーン及び発電用水車を備えた開放型重力式水車の実施の形態を、図面に基いて詳細に説明する。
この発明の遮蔽板、スクリーン及び発電用水車を備えた開放型重力式水車の１実施例を示す図１において、例えば小規模な河川（本川）からなる水路１１の上部に、所定の間隔で設置された支柱や側壁等に差し渡して設けられた支軸１２に除塵用のスクリーン１３が首振り可能に取り付けられている。また該スクリーン１３はその下端と水路底とが所定の隙間を有するよう配設されている。
【００１６】
そして、前記スクリーン１３の下部の背面側位置には遮蔽板１４が別途配設されていて、前記水路１１の水流として矢印Ｆのような前記遮蔽板１４の上部から下部に向かう水流を作り出すようになっている。
前記遮蔽板１４は後述する発電用水車２１の外形に応じた円弧状に形成されている。
またスクリーン１３の前面に沿って昇降する降下式レーキ１５が、前記水路１１上の所定位置に取り付けられている。
したがって、前記スクリーン１３前面から降下式レーキ１５により掻き下げられた塵芥は、スクリーン１３の下端と水路底との間から遮蔽板１４まで達し、スクリーン１３と遮蔽板１４との間に形成したポケットによって一時貯留される。
【００１７】
前記降下式レーキ１５は、軸部１５ａと該軸部１５ａに取り付けられた掻き下げ板１６で構成されている。なお、掻き下げ板１６は前記降下式レーキ１５が水面上にある時には、水平に持ち上げた状態としておくことができる。
前記降下式レーキ１５の駆動は、電動モータ等で行われる。
【００１８】
その上で、前記スクリーン１３の背面側において、前記水路１１の上部に設けられた前記支軸１２には、発電用水車２１が首振り可能に取り付けられている。
すなわち、前記発電用水車２１は、前記支軸１２に首振り可能に取り付けた左右に一対の支持アーム２２間に差し渡され、かつ回転可能に取り付けた回転軸２３と、該回転軸２３に固定した左右に一対の円板２４と、両円板２４に取り付けられた梁２８間に差し渡して固定した羽根板２５とを備えたものである。
そして、前記羽根板２５を前記回転軸２３を中心として放射状となるよう配置している。２３ａは前記発電用水車２１によって駆動される駆動ベルトで、前記支持アーム２２上に設置した増速機２３ｂおよび発電機２３ｃを回転させるものである。
前記羽根板２５及び梁２８の素材や数、取付角度や形状等は、前記発電用水車２１の直径に応じ、また河川の水流の速さや水量等に応じて適宜決定することができる。
【００１９】
前記発電用水車２１を搭載した前記支持アーム２２の前記支軸１２の所定の位置には伝達アーム２７が設けられ、該伝達アーム２７にピストン及びシリンダからなるアクチュエータ２６が取り付けられている。
そして常態において前記支軸１２の前方位置（上流側）に配置され、前記発電用水車２１を下流方向に振り上げて水面より上に持ち上げる際には、アクチュエータ２６により支軸１２を中心に回転することができるようになっている。
もちろん、前記スクリーン１３、遮蔽板１４も同機構を用い、下流方向に振り上げて水面より上に持ち上げることができる。
なお、本実施例では前記伝達アーム２７を前記支持アーム２２の前記支軸１２の所定の位置に設けた場合について例示しているが、伝達アーム２２の取り付け部位は図示した場合に限定されるものではない。
【００２０】
この発明に係る遮蔽板、スクリーン及び発電用水車を備えた開放型重力式水車は、次のように操作される。
＜通常の水位の時＞
（ａ）ステップ１（図１参照）
除塵用スクリーンの主目的である除塵時は、前記スクリーン１３はその下端と水路底とが所定の間隔となるようセットされており、前記スクリーン１３の背面側下部に配設した遮蔽板１４が水路底に接触している。
そして、降下式レーキ１５は水面よりも上に引き揚げておく。
この状態においては前記遮蔽板１４により流水断面が遮蔽されてその上流が堰上がり、前記水路１１の水流として矢印Ｆのような前記遮蔽板１４の上部から下部に向かう水流が発生するので、該水流が羽根板２５を押し下げて回転力を生み、前記発電用水車２１が作動して発電する。
【００２１】
（ｂ）ステップ２（図２、図３参照）
使用中に前記スクリーン１３に溜まった塵芥３０を取り除く場合は、降下式レーキ１５を前記スクリーン１３に沿って水中に降下させて前記スクリーン１３が捕捉した塵芥３０を押し下げ、スクリーン１３の下部において掻き下げ板１６を回転させて塵芥３０を排出させ、前記スクリーン１３と遮蔽板１４との間のポケットに押し出す。したがって塵芥３０は、スクリーン１３と遮蔽板１４との間のポケットに一時的に貯留される。
このように降下式レーキ１５をスクリーン１３に沿って降下させ、塵芥３０をスクリーン１３と遮蔽板１４との間のポケットに押しやった状態では、上部の通水能力が回復するのでそのまま通水及び発電することができる。
【００２２】
（ｃ）ステップ３（図４参照）
前記スクリーン１３と遮蔽板１４との間のポケットに塵芥３０がある程度たまり、これを取り除く場合には、アクチュエータ２６を駆動して前記発電用水車２１及びスクリーン１３と遮蔽板１４も振り上げると、遮蔽板１４から分離した塵芥３０は、遮蔽板１４と水路１１の底面の間の空間に放たれ、水の流れに乗って排除される。
【００２３】
＜増水時＞
（ｄ）ステップ４（図４参照）
河川の増水時には、前記遮蔽板１４及びスクリーン１３と発電用水車２１とを、伝達アーム２７を介してアクチュエータ２６を駆動することにより、下流側にスイングさせる。
【００２４】
（ｅ）ステップ５（図５参照）
前記遮蔽板１４及びスクリーン１３と発電用水車２１を水面より上に上昇させると、増水時にも本発明の装置が水流の妨げになることがない。
【００２５】
（ｆ）ステップ６
増水が収まれば、最初の位置に前記遮蔽板１４及びスクリーン１３と発電用水車２１を降下させ、所定位置に降下式レーキ１５をセットし、再び発電及び除塵を開始する（ステップ１）。以上のプロセスを繰り返すことにより、スクリーンの除塵機能を維持しつつ、効率的に発電を行うことができる。
【００２６】
上記した（ａ）〜（ｆ）の一連のプロセスを制御システムにおいてプログラムすることにより、スクリーンにおける除塵機能を自動的に維持させつつ発電を継続することができ、また塵芥を水中で処理するために産業廃棄物が発生せず、装置全体を簡素化することができる。
なお、前記実施例ではスクリーン１３を直線状とした場合について説明したが、円弧状等の直線状でない形状であってもよい。
【００２７】
上記一連のプロセス、
１）前記水路内に配置した前記スクリーンの前面に塵芥が溜まると降下式レーキを下降させて塵芥を押し下げ、スクリーンと遮蔽板との間のポケットに貯留させることにより前記スクリーンの目詰まりを防止する。
２）一定量の塵芥がスクリーンと遮蔽板との間のポケットに貯留した場合には遮蔽板、スクリーン及び発電用水車を下流側に向けて首振りさせ、塵芥をスクリーンと遮蔽板との間のポケットから水路底と遮蔽板の隙間を通じて強制排出させる。
３）大雨や台風等で水路が増水した場合には、前記遮蔽板、スクリーン及び発電用水車を支軸を中心に水路の下流側に向けて振り上げて、それぞれ水面上に持ち上げる。
という工程を制御システムにおいてプログラムすることにより、開放型重力式水車の発電機構や除塵用スクリーンの除塵機構や振子運動による危険回避機構を自動的に維持させることができ、河川の本川において長期間使用可能で安全性の確保された遮蔽板、スクリーン及び発電用水車を備えた開放型重力式水車を提供することができる。
もちろん、塵芥を水中で処理するために産業廃棄物が発生せず、除塵システムを簡素化することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
この発明の遮蔽板、スクリーン及び発電用水車を備えた開放型重力式水車は、小規模な河川等に設置されるばかりでなく、用水路、その他に設けられた種々の水路にも使用することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１１  水路
１２  支軸
１３  スクリーン
１４  遮蔽板
１５  降下式レーキ
１５ａ  軸部
１６  掻き下げ板
２１  発電用水車
２２  支持アーム
２３  回転軸
２３ａ  駆動ベルト
２３ｂ  増速機
２３ｃ  発電機
２４  側板
２５  羽根板
２６  アクチュエータ
２７  伝達アーム
２８  梁
３０  塵芥
１０１  水路
１０２  支軸
１０３  スクリーン
１０４  遮蔽板
１０５  降下式レーキ
１０６  発電用水車
１０７  塵芥
【要約】      （修正有）【課題】遮蔽板、スクリーン及び発電用水車を備えた開放型重力式水車を提供する。【解決手段】開放型重力式水車は、水路内に、水路上部の支軸に首振り可能に取り付けられ、水路内の水を遮蔽してその上部から下部に向かう水流を作り出す円弧状の遮蔽板14と、水路上部の支軸に首振り可能に取り付けられ、遮蔽板前面に設置された直線状のスクリーン13およびその前面を上下に昇降するように設置した降下式レーキ15と、前記遮蔽板の下流側において水路上部の支軸に支持アーム22を介して首振り可能に取り付けられた発電用水車とを備えている。前記遮蔽板、スクリーン及び発電用水車を振り上げて、前記スクリーンと遮蔽板との間のポケットに貯留した塵芥をその下部から流下させる。大雨や台風等で水路が増水した場合にはスクリーン及び発電用水車を水面上に持ち上げて洪水時の安全の確保を可能とした。【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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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９】
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