(57)【要約】【課題】  放流水の取水位置を任意に選択できる機能を備える取水設備を提供する。【解決手段】  選択的に取水を行うための複数のサイホン水路を備えるゲートレス取水設備において、同一形状の３個以上の断面逆Ｖ字型のサイホン床を、その断面軸が共通の直線を形成し、かつ、一定間隔となるように積み重ねることで、サイホン水路の取水側の隣接する開口の間に隙間の生じない連続サイホンを形成する（図６（ｂ））。サイホン床１８は、断面逆Ｖ字型を構成する上流足板２０及び下流足板２１と、前記上流足板及び前記下流足板の間でその下側に設けられた導水板２２とを備える（図６（ａ））。【選択図】              図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
取水設備などに用いられる連続サイホンであって、同一形状の３個以上の断面逆Ｖ字型のサイホン床を、その断面軸が共通の直線を形成し、かつ、一定間隔となるように積み重ねることにより、サイホン水路の取水側の隣接する開口の間に隙間を生じないことを特徴とする連続サイホン。
【請求項２】
前記サイホン床は、断面逆Ｖ字型を構成する上流足板及び下流足板と、前記上流足板及び前記下流足板の間でその下側に設けられた導水板とを備え、前記上流足板は取水側に設けられ、前記下流足板は断面逆Ｖ字型の頂点付近で前記上流足板に接し、前記上流足板及び前記下流足板は断面軸に対してそれぞれλ１及びλ２の角度で交差し、前記導水板は前記上流足板及び前記下流足板それぞれに滑らかに接していることを特徴とし、
前記導水板の断面を円弧状又は直線状とするか、あるいは前記導水板を省略し、
断面逆Ｖ字型の頂点付近において前記上流足板及び前記下流足板の端部を円弧状又は直線状とし、
前記上流足板及び前記下流足板の断面軸に対する角度λ１及びλ２を同じにするか、又は異ならせたことを特徴とする請求項１記載の連続サイホン。
【請求項３】
選択的に取水を行うための複数のサイホン水路と、前記サイホン水路の頂部近傍に接続された給排気管と、前記サイホン水路を閉じるために前記給排気管を通じて前記サイホン水路に空気を注入する注入手段と、前記サイホン水路を開けるために前記給排気管を通じて空気を排気する排気手段とを備えるゲートレス取水設備において、
同一形状の３個以上の断面逆Ｖ字型のサイホン床を、その断面軸が共通の直線を形成し、かつ、一定間隔となるように積み重ねることにより、前記サイホン水路の取水側の隣接する開口の間に隙間の生じない連続サイホンを形成したことを特徴とする取水設備。
【請求項４】
前記サイホン床は、断面逆Ｖ字型を構成する上流足板及び下流足板と、前記上流足板及び前記下流足板の間でその下側に設けられた導水板とを備え、前記上流足板は取水側に設けられ、前記下流足板は断面逆Ｖ字型の頂点付近で前記上流足板に接し、前記上流足板及び前記下流足板は断面軸に対してそれぞれλ１及びλ２の角度で交差し、前記導水板は前記上流足板及び前記下流足板それぞれに滑らかに接していることを特徴とし、
前記導水板の断面を円弧状又は直線状とするか、あるいは前記導水板を省略し、
断面逆Ｖ字型の頂点付近において前記上流足板及び前記下流足板の端部を円弧状又は直線状とし、
前記上流足板及び前記下流足板の断面軸に対する角度λ１及びλ２を同じにするか、又は異ならせたことを特徴とする請求項３記載の取水設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は取水設備に関し、特に、貯水池等で用いる空気を利用したゲートレス選択取水設備の機能改善に関わる。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特許第３３３９０２３号公報  図１は従来の空気を利用して取水口の開閉を行うゲートレス取水設備の全体図を表し、図２は図１の設備の開閉機構を示す。図１は特許第３３３９０２３号の公報に於ける図５の引用であり、同特許の発明を示している。
【０００３】
従来のゲートレス取水設備は、図１（ａ）に示す利水最高水位１と利水最低水位２の間で選択的に取水を行うのに必要な個数だけ逆Ｕ字型取水管(以後はＵ字管と呼ぶ)３を取水塔に配置し、貯水池と塔槽４の水位差を利用して取水するものである。Ｕ字管の開閉は次のようにして行われる。図２に示す圧搾機５で蓄圧槽６に蓄えた空気を注入弁７を開くことにより給排気管８を通してＵ字管３に送り込むことにより、空気９が水１０を押し下げ、水面１１が形成されることによりＵ字管が閉じられる。以後はこの状態を空気ロック状態と呼ぶ。注入弁７が閉じた状態で解除弁１２を開くと、Ｕ字管３内の空気９が大気中に放出され、水面１１が消滅し、Ｕ字管３は開いた状態となり、もし貯水池と塔槽４内の水位に差があれば通水が始まる。
【０００４】
解除弁１２を開いても、貯水池の水位が低くて、空気９が抜けきらずに水面１１が解消しない時は、真空ポンプ１３を作動させて空気９を完全に抜き取る。以上の操作を実行する為に水面１１の高さを常時把握する必要があり、機械室１４に引き込まれた給排気管８に水面センサー１５が取り付けられる。給排気管８内の圧力は空気９の圧力に等しいので、センサー１５で空気圧を計測し、水面１１の高さを知ることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発明が解決しようとする課題について図３〜図５を参照して説明を加える。図３〜図５は図１の設備が持つ技術的問題点を説明する為のもので、図３は貯水池内の水温と濁度の分布、図４は本発明において機能の改善目標とする円形多段式取水設備、図５は図１の設備の機能的限界を示す図である。
【０００６】
従来のゲートレス取水設備には次のような問題点がある。
１．貯水池の深さ方向の取水位置の選択自由度が制約される。
貯水池の深さ方向の取水位置はＵ字管３の位置で定まり、例えば、Ｕ字管とＵ字管の中間位置で取水することができない。選択取水のニーズは様々である。最も一般的なニーズは水質対策で、その中身には濁水対策、冷水対策、温水対策、富栄養化対策、鉱毒対策などの例がある。図３は貯水池の水質の例で、aが夏季の水温分布、bが洪水時の濁度分布であり、貯水池の水深方向に大きく変化して分布することを示している。水質対策の基本的考え方は貯水池からの放流水質をその時点で貯水池に流入する河川水質に近づけることである。流入水質、貯水池の水質分布、及び、貯水位は刻々と変化するので、それに応じて、放流水の取水位置を任意に選択できる機能が取水設備に求められることがある。図４はその様な機能を持つ円形多段式取水設備を示す。取水設備の呑み口１６は、テレスコープ状の円形多段式ゲート１７の伸縮により、自由に位置を選ぶことができる。しかしながら、この様な機能を従来のゲートレス取水設備に期待することはできない。図５はＵ字管３の呑み口を貯水池の深さ方向に配置する場合の密度的限界を示す。従来のゲートレス取水設備では、その構造上、図５のＸに示すように隣接するＵ字管３とＵ字管３の間に間隙が生じるためである。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、放流水の取水位置を任意に選択できる機能を備える取水設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、選択的に取水を行うための複数のサイホン水路と、前記サイホン水路の頂部近傍に接続された給排気管と、前記サイホン水路を閉じるために前記給排気管を通じて前記サイホン水路に空気を注入する注入手段と、前記サイホン水路を開けるために前記給排気管を通じて空気を排気する排気手段とを備えるゲートレス取水設備において、
同一形状の３個以上の断面逆Ｖ字型のサイホン床を、その断面軸が共通の直線を形成し、かつ、一定間隔となるように積み重ねることにより、前記サイホン水路の取水側の隣接する開口の間に隙間の生じない連続サイホンを形成したものである。
なお、前記連続サイホンはゲートレス取水設備に適用可能であるが、これに限らず流体又はこれに準ずる物体を取入側（取水側）から取り入れて他方へ送り出すという用途にも適用可能である。
【０００９】
断面軸とは、サイホン床の基準となる軸である。断面軸と上流足板２０との角度はλ１であり、下流足板２１との角度はλ２である。複数のサイホン床を重ねたときに、各サイホン床の断面軸は同一直線上に位置する。
【００１０】
具体的には、前記サイホン床は、断面逆Ｖ字型を構成する上流足板及び下流足板と、前記上流足板及び前記下流足板の間でその下側に設けられた導水板とを備え、前記上流足板は取水側に設けられ、前記下流足板は断面逆Ｖ字型の頂点付近で前記上流足板に接し、前記上流足板及び前記下流足板は断面軸に対してそれぞれλ１及びλ２の角度で交差し、前記導水板は前記上流足板及び前記下流足板それぞれに滑らかに接しているものである。
【００１１】
前記サイホン床を次のように構成してもよい。
（１）前記導水板の断面を円弧状又は直線状とするか、あるいは前記導水板を省略する。
（２）断面逆Ｖ字型の頂点付近において前記上流足板及び前記下流足板の端部を円弧状又は直線状とする。
（３）前記上流足板及び前記下流足板の断面軸に対する角度λ１及びλ２を同じにするか、又は異ならせる。
上記（１）〜（３）を任意に組み合わせるようにしてもよい。
【００１２】
なお、取水口側となるサイホン床に導流部を設け、前記導流部に連続するように前記上流足板を設けてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
発明の実施の形態１．
発明の実施の形態に係るゲートレス取水設備について図面を参照して説明を加える。
図６（ａ）は本願の発明によるサイホン床の断面形状を示し、図６（ｂ）はサイホン床を用いて連続サイホンを形成する場合のサイホン床の重ね方を表す。
【００１４】
図６（ａ）において、サイホン床１８は、断面図の左側から順番に、直線と円弧からなる導流部１９、上流足板２０、円弧からなる導水板２２、及び下流足板２１とから構成される。上流足板２０と下流足板２１は逆Ｖ字を形成するように交差し、断面軸２３に対して、それぞれ、図の様にλ１及びλ２の傾斜角度を持ち、同図の例ではλ１とλ２が等しい。図６（ｂ）において、同一形状の３個以上のサイホン床１８を、（１）断面軸２３が共通の直線を形成し、かつ、（２）一定間隔となるように積み重ねて、呑み口２４、サイホン頂部２５、吐き口２６を経由するサイホン水路を複数持つ連続サイホン２７を形成する。
【００１５】
図６（ｂ）に示すように、図６（ａ）のサイホン床１８を積み重ねることにより、隣接するサイホン床１８とサイホン床１８の間にサイホン水路を形成する。このサイホン水路が従来のＵ字管３に対応する。図６（ｂ）を図５と比較すればわかるように、図６の構造によれば、図５のＸ部分（間隙）が生じない。したがって、図６の構造では取水位置を連続とすることができ、放流水の取水位置を任意に選択できることになる。
【００１６】
図６（ａ）について補足する。上流足板２０と下流足板２１の間に導水板２２が位置する。導水板２２は、上流足板２０と下流足板２１にそれぞれ滑らかに接している。導流部１９の下側、上流足板２０の下側、円弧からなる導水板２２の下側及び下流足板２１の下側は、サイホン水路の上面（天井）を構成する。導流部１９の上側、上流足板２０の上側及び下流足板２１の上側は、サイホン水路の下面（床）を構成する。このように、サイホン床１８を構成する要素１９〜２２がサイホン水路の天井と床の両方の機能を果たすので、サイホン水路の間に間隙が生じない。なお、上流足板２０の下側、円弧からなる導水板２２の上側及び下流足板２１の下側で囲まれる断面略三角形の部分（取水管の頭頂部分）は、例えばエアーダクトとして用いることができる。
なお、サイホン床１８は図示しない支持部材で支持されるとともにその側面は密閉され、隣接する２つのサイホン床１８によりサイホン水路が形成されるようになっている。
【００１７】
図７〜図１０は連続サイホンの貯水池への設置の仕方を事例的に示し、図１１は比較的高速度で取水する場合の導水部の形状を事例的に示す。
【００１８】
図７は連続サイホン２７を貯水池の堤体２８の前面に設置した例を示し、図８は連続サイホン２７を貯水池の堤体２８の内部に設置した例を示し、図９は連続サイホン２７を貯水池内に設けられた独立取水塔２９に設置した例を示し、図１０は連続サイホン２７を貯水池内の地山に設けられた斜樋３０に設置した例を示す。
【００１９】
図１１は、呑み口２４の流入速度が速くて、流水の不安定性と大きな水頭損失が懸念される場合の導流部１９の形状と構造の例を示す。尚、流速が小さくて安定性と大きな水頭損失の懸念がない場合は導流部１９を直線形状としたり、また、取水設備の目的によっては導流部１９を欠く場合もある。
【００２０】
図１１において、導流部１９の先端（開放端）が曲線をなして広がっている（例えばラッパ状に広がっている）。そのため、一部に間隙が生じているが、開口面は連続しているので取水位置を任意に選択できる。
【００２１】
発明の実施の形態１によれば次のような作用効果を奏する。
【００２２】
１．貯水池の深さ方向の取水位置が、実用上、自由に選択できる。
図６（ｂ）に示されるように、連続サイホン２７においては呑み口２４は深さ方向に連続的に並ぶので、図７のように、必要高さ範囲に十分な段数の連続サイホン２７を設置することにより、貯水池の常時満水位から最低水位迄の範囲から取水することが可能である。
【００２３】
図４に示す円形多段式ゲート１７は貯水池の表層から最低水位迄の任意の深さから取水できる機能を持つが、水質対策ニーズに限って見ると、
（ア）図３（ａ）に示す表層の水温は流入河川水より水温が高いため、この部分を選択的に取水しなければならない理由はない。
（イ）図３（ａ）は水温分布、同図（ｂ）は濁度分布を示すが、これらに対する取水位置の適正深さはかなりの幅があるのが通常である。従って、連続サイホン２７の段数が十分に確保されていれば、二一ズを満たすような取水位置の選択が可能である。
【００２４】
図６（ａ）において、λ１及びλ２が大き過ぎると、連続サイホン２７の段数は増加するが、サイホン床１８の断面形状が横方向に長くなるので好ましなく、また、逆に小さいと、サイホン床１８の断面形状は横方向に短くなるが、連続サイホン２７の段数が減少するので好ましくない。λ１及びλ２の最適値は、条件により変わってくると考えられるが、何ケースかの試算から、図７の様に連続サイホン２７を垂直方向に重ねた場合はλ１=λ２=３０°程度、図１０の様に４５°程度傾斜して重ねた場合はλ１=λ２=１５°程度と考えられる。
【００２５】
２．建設コストが、円形多段式ゲートに比較して、著しく低減する。
図４に示す在来形式の円形多段式ゲート１７の取水位置選択の自由度は本発明の場合と比較して実用上同一であるが、連続サイホン２７を用いた取水設備の建設コストは円形多段式ゲート１７の１/３〜４/５程度である。スクリーン面積の少なさ、動く構造物と機械の少なさ、市販標準機器の使用など、本発明に直撃関わりのない要因も含めて達成されるコストであるが、本発明に関わる図６のサイホン床１８と連続サイホン２７のコストが低い要因を示す。
【００２６】
(１)図６（ｂ）において呑み口２４、サイホン頂部２５、吐き口２６を経由するサイホン水路のサイホン床１８が下段サイホン水路の天井を兼ねている。
(２)図６（ｂ）において呑み口２４が連続的に配置されているので、取水量が大きい時は複数段の呑み口からの取水が可能であり、設備が小型化できる。
(３)図６（ａ）に示すサイホン床１８は、下記の理由で、施工のために必要な最小板厚の部材で構成できる。
（ア）作用荷重の大きさは、水平方向が貯水位と図１の塔槽４内の水位差に等しく、上下方向が空気が排除した水の量に等しいので、条件的に穏やかである。
（イ）図６のaに示すサイホン床１８の断面が作用荷重を運ぶ梁の断面であり、断面剛性が大きい。
(４)サイホン床１８は動かない構造物であり、加工精度が低くてよい。
【００２７】
発明の実施の形態２．
図１２〜図１５はＶ字管（連続サイホン）の工事コストを低減する為の実施例である。
図１２においては、導水板２２を直線断面とした例である。図１３は、図１２から導水板２２を取り去った例である。図１４は、図１３の上流足板２０と下流足板２１を直線断面に変えた例である。図１５においては、断面軸２３を挟む二つの角度λ１、λ２に異なった値を与えた例である。
【００２８】
図１２〜図１４はサイホン水路内の流速が比較的に小さい場合に適する実施例であり、流れによるエネルギー損失を犠牲にして部材形状の単純化によりコスト低減をはかるものである。図１２は直線状の導水板２２の採用で損失水頭は若干増加するが、部材の単純化によるコスト低減が実現する。図１３は導水板２２の省略に伴うコスト低減が実現する。サイホン水路の断面形状が大きく変化するので、図１２に比較して損失水頭は増加する。図１４は上流足板２０と下流足板２１の形状単純化でコスト低減が実現する。図１３に比較して損失水頭が更に大きくなる。
【００２９】
図１５は水理的な改善により連続サイホンの小型化をはかる実施例である。図のように、λ１＜λ２である場合は下流足内の流速が低下し、水頭損失の減少で連続サイホンの小型化がはかれる可能性があり、λ１＞λ２である場合は上流足内の水面上昇量の減少で連続サイホンの小型化がはかれる可能性がある。図１２〜１５の例を組み合わせで、それなりにコスト低減をはかることもできる。
【００３０】
本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】空気を利用して取水口の開閉を行う従来のゲートレス取水設備の全体図である。
【図２】図１の設備の開閉機構を示す図である。
【図３】図３は貯水池内の水温と濁度の分布を示す図である。
【図４】図４は従来の円形多段式取水設備の全体図である。
【図５】図１の設備の機能的限界（呑み口の密度的限界）の説明図である。
【図６】図６（ａ）は発明の実施の形態１に係るサイホン床の断面形状を示し、同図（ｂ）は同図（ａ）のサイホン床を用いて連続サイホンを形成する場合のサイホン床の重ね方の説明図（断面図）である。
【図７】発明の実施の形態１に係る連続サイホンを貯水池の堤体の前面に設置した例を示す図である。
【図８】発明の実施の形態１に係る連続サイホンを貯水池の堤体の内部に設置した例を示す図である。
【図９】発明の実施の形態１に係る連続サイホンを貯水池内に設けられた独立取水塔に設置した例を示す図である。
【図１０】発明の実施の形態１に係る連続サイホンを貯水池内の地山に設けられた斜樋に設置した例を示す図である。
【図１１】発明の実施の形態１に係る連続サイホンを、呑み口の流入速度が速くて、流水の不安定性と大きな水頭損失が懸念される場合の導流部に適用する場合の例を示す図である。
【図１２】発明の実施の形態２に係るサイホン床（導水板を直線断面とした例）を示す図である。
【図１３】発明の実施の形態２に係るサイホン床（導水板を取り去った例）を示す図である。
【図１４】発明の実施の形態２に係るサイホン床（上流足板と下流足板を直線断面に変えた例）を示す図である。
【図１５】発明の実施の形態２に係るサイホン床（断面軸を挟む二つの角度λ１、λ２に異なった値を与えた例）を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１    利水最高水位
２    利水最低水位
３    Ｕ字管
４    塔槽
５    圧搾機
６    蓄圧槽
７    注入弁
８    給排気管
９    Ｕ字管頂部の空気
１０    Ｕ字管内の水
１１    空気９の存在により生じる水１０の水面
１２    解除弁
１３    真空ポンプ
１４    機械室
１５    水面センサー
１６    円形多段式取水設備の呑み口
１７    円形多段式取水設備の円形多段式ゲート
１８    サイホン床
１９    導流部
２０  上流足板
２１  下流足板
２２  導水板
２３  断面軸
２４  呑み口
２５  サイホン頂部
２６  吐き口
２７  連続サイホン
【図１】
2006207180.tif 000003
【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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【図１０】
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【図１１】
2006207180.tif 000013
【図１２】
2006207180.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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