(57)【要約】【課題】  既存の設備を大きくする必要がなく、また、大掛かりな設備を必要とせずに流水に混入する空気を効果的に防除することができる導水路における混入空気の防除装置を提供する。【解決手段】  導水路１に対して取水した水を落差をもって注入する立抗２が接続された合流構造物において、立抗２が接続された部位より下流側に位置する導水路の上部に障壁５を設けると共に立抗２と障壁５との間に位置する導水路１の上部に排気管６を接続し、さらに立抗２の直下又はその近傍に位置する導水路１の下部に導水路内へ突出する突出部７を設ける。立抗２内に、注入される水の貫入深さを小さくする減勢機構を設けるようにしてもよい。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導水路に対して取水した水を落差をもって注入する立抗が接続された合流構造物に設けられる導水路における混入空気防除装置であって、
前記立抗が接続された部位より下流側に位置する前記導水路の少なくとも上部に障壁を設けると共に前記立抗と前記障壁との間に位置する前記導水路の上部に排気管を接続し、さらに前記立抗の直下又はその近傍に位置する前記導水路の下部に該導水路内へ突出する突出部を設けたことを特徴とする導水路における混入空気防除装置。
【請求項２】
導水路に対して取水した水を落差をもって注入する立抗が接続された合流構造物に設けられる導水路における混入空気防除装置であって、
前記立抗に、注入される水の貫入深さを小さくする減勢機構を設けたことを特徴とする導水路における混入空気防除装置。
【請求項３】
前記減勢機構は、立抗内へ突出して水脈を受ける複数の突出体を立抗の上下にずらして複数設けて構成したことを特徴とする請求項２記載の導水路における混入空気防除装置。
【請求項４】
前記減勢機構は、立抗内を上下に仕切る仕切壁を設け、この仕切壁に通孔を設けて構成したことを特徴とする請求項２記載の導水路における混入空気防除装置。
【請求項５】
前記減勢機構は、立抗内の水面に浮遊するフロートによって構成されていることを特徴とする請求項２記載の導水路における混入空気防除装置。
【請求項６】
前記減勢機構は、立抗の内壁に取水した水を螺旋状に流下させる手段を設けて構成したことを特徴とする請求項２記載の導水路における混入空気防除装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水力発電所等の圧力導水路へ取水した水を注入合流させる合流構造物に設けられる混入空気防除装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水力発電所においては、集水地域の効果的な水の利用のために渓流取水を行い、この取水した水を圧力導水路へ注入合流させるようにしている設備（ダム水路式発電所等）がある。
【０００３】
例えば、図３及び図４に示される設備においては、圧力導水路１が本水路１ａとこの本水路１ａをバイパスして取水した水を注入合流する支水路１ｂとによって構成され、支水路１ｂに注入合流される取水した水は、支水路１ｂに接続された立抗２を介して落差をもって注入されるようになっている。
【０００４】
このような合流構造物においては、立抗２の流入口２ａから自由落下して高速となった水３が水面に貫入すると、図５にも示されるように、多量の空気４が導水路の流水中に混入し、この混入した空気によって、導水路中にエアポケットが形成されて水頭損失を招いたり、危険なエアハンマー作用を発生させたり、水車の効率を低下させる等の不都合が懸念されている。
【０００５】
また、圧力導水路１に渓流取水を合流させる場合において、空気の連行により水路及び水車に著しい損傷を与えるおそれがないようにすることは法令の要請するところでもある（「発電用水力設備に関する技術基準を定める省令」第２９条４号ロ参照）。
【０００６】
したがって、このような合流構造物を利用する場合には、以上のような現象を防ぐために、渓流取水量を制限しなければならなくなるため、有効な水利用ができなくなり、また、電力量増加に対応できなくなる不都合が懸念されている。
【０００７】
これに対する施策として、下記する非特許文献に示されるように、（ａ）気泡の自由浮上による除去方法、（ｂ）水圧の作用下において空気を除去する方法、（ｃ）水と空気が一緒に落下しないようにする方法を採用することも有効である。
【０００８】
ここで、（ａ）の気泡の自由浮上による除去方法は、立抗の断面積を大きくとり、自由落下する水脈とともに連行されて水中に進入する気泡を自由浮上させることにより除去する方法であり、（ｂ）の水圧の作用下において空気を除去する方法は、水路断面を大きくした気泡除去室を設けて水と空気の混合流の流速を低下させ、気泡を浮上させて排気管から排気する方法であり、（ｃ）の水と空気が一緒に落下することがないようにする方法は、立抗内の流れを常に満管流状態にして自由落下による気泡の混入をなくすか、取水した水を真空中を自由落下させるようにし、空気を混入を遮断する方法である。
【非特許文献１】千秋信一著，「発電水力演習」，第７版，株式会社学献社，１９８８年２月１０日, ｐ２６５−２７１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述した（ａ）の施策においては、気泡の浮上速度が気泡の混入率によって異なるため、気泡を除去するために立抗の断面積を大きくする必要があり、また、（ｂ）の施策においては、水路断面を大きくした気泡除去室を設ける必要があるので、設備が大きくなり、また、自由落下する水脈の変動によっても左右される不都合がある。さらに、（ｃ）の施策においては、立抗内を取水した水で満たすか真空状態にしなければならず、設備が大掛かりとなり、廉価な設備で対応できなくなる不都合がある。
【００１０】
本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、既存の設備を大きくする必要がなく、また、大掛かりな設備を必要とせずに流水に混入する空気を効果的に防除する
ことが可能な導水路における混入空気防除装置を提供することを主たる課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を達成するために、この発明に係る導水路における混入空気防除装置は、導水路に対して取水した水を落差をもって注入する立抗が接続された合流構造物に設けられる装置であって、前記立抗が接続された部位より下流側に位置する前記導水路の少なくとも上部に障壁を設けると共に前記立抗と前記障壁との間に位置する前記導水路の上部に排気管を接続し、さらに前記立抗の直下又はその近傍に位置する前記導水路の下部に該導水路内へ突出する突出部を設けたことを特徴としている（請求項１）。
【００１２】
したがって、取水した水が立抗を介して落下し、水面に貫入すると、多量の空気が流水中に混入するが、この混入した空気は、導水路の下部に設けられた突出部により上方へ案内されるので、気泡を導水路の上部へ導き、導水路上部の障壁より手前に設けられた排気管から除去されることになる。
【００１３】
また、上記課題を達成するために、導水路における混入空気防除装置は、導水路に対して取水した水を落差をもって注入する立抗が接続されている合流構造物に設けられる装置であって、前記立抗に、注入される水の貫入深さを小さくする減勢機構を設けるようにしてもよい（請求項２）。
【００１４】
したがって、注入された水の勢いが減勢機構によって減衰されるので、水面に貫入する水の勢いが低減され、水脈の貫入深さを小さくすることで水に混入する空気量を無くすこと又は少なくすることが可能となる。
【００１５】
より具体的には、前記減勢機構を、立抗内へ突出して水脈を受ける複数の突出体を立抗の上下にずらして複数設けることで構成し（請求項３）、落下水脈を突出体に順次衝突させることで減勢させ、これにより貫入速度を小さくして貫入深さを小さくするようにしてもよい。また、減勢機構を、立抗内を上下に仕切る仕切壁を設けると共に、この仕切壁に通孔を設けて構成し（請求項４）、落下水脈を仕切壁に衝突させることで減勢させ、しかる後に通孔を介して流下させることで貫入速度を小さくして貫入深さを小さくするようにしてもよい。
【００１６】
さらに、減勢機構を立抗内の水面に浮遊するフロートによって構成し（請求項５）、落下水脈をフロートに衝突させて減勢させ、水面に貫入する水の速度を小さくして貫入深さを小さくするようにしても、また、減勢機構を立抗の内壁に取水した水を螺旋状に流下させる手段を設けて構成し（請求項６）、水脈を螺旋状に流下させることで減勢させ、水面の貫入深さを小さくするようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
以上述べたように、請求項１に係る発明によれば、導水路に接続された立抗より下流側で導水路の上部に障壁を設けると共に立抗と障壁との間の導水路の上部に排気管を接続し、さらに立抗の直下又はその近傍に位置する導水路の下部に導水路内へ突出する突出部を設けるようにしたので、水脈の貫入に伴い空気が流水に混入しても、混入した空気を突出部で導水路の上部へ導き排気管から排気させることが可能となるので、既存の設備を大きくする必要がなく、また、大掛かりな設備を必要とせずに混入する空気を効果的に除去することが可能となる。
【００１８】
また、請求項２乃至６に係る発明によれば、導水路に接続される立抗に、減勢機構を設けて注入された水の勢いを減衰されて水脈の貫入深さを小さくしたので、既存の設備を大きくする必要がなく、また、大掛かりな設備を必要とせずに混入する空気を無くすこと又は少なくすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、この発明の最良の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１において、圧力導水路１に立設された立抗２から渓流取水を注入合流させる合流構造物が示されている。
この例においては、合流構造物は、圧力導水路１の立抗２が接続された部位より下流側に位置する導水路１の上部に浮上した気泡が下流側へ流れることを阻止する障壁５を設け、この障壁５と立抗２との間に位置する導水路１の上部に障壁５の上流側に溜められた空気を排気する排気管６が接続されている。また、立抗の直下又はその近傍に位置する導水路の下部に導水路内へ突出する突出部７が設けられ、この突出部７により導水路１内の流水の向きを上方へ向けるようにしている。
【００２１】
ここで、突出部７は、導水路の下部に装着されたブロック状の突設体であっても、導水路の下部を隆起させて一体に形成されるものであってもよい。さらに、導水路の下部に設けられる突出部７は、１つであっても複数であってもよい。この例においては、突出部７を導水路１の立抗２の直下とその下流側近傍の２箇所に設けられている。
【００２２】
このような構成においては、立抗２を自由落下して高速となった水３が水面に貫入すると、多量の空気が流水中に混入することになるが、この混入した空気は、導水路１の底部に設けられた突起部７により上方へ流れが変更された流水と共に導水路１の上部へ導かれ、障壁５の上流側に溜められ、この障壁上流側に接続された排気管６から排気されることになる。
【００２３】
したがって、気泡を除去するために立抗２の断面積を大きくする必要がなくなり、また、導水路断面を大きくした気泡除去室を設ける必要もなくなるので、設備を大きくする必要がなく、また、気泡が流水に混入することを前提としているので、自由落下する水脈の変動によっても左右される不都合がなくなる。さらに、上述の構成によれば、導水路内の施策で対応することが可能となるので、設備が大掛かりになることもなく、廉価な設備で対応することが可能となる。
【００２４】
以上の構成は、導水路１内での施策によって混入空気を効果的に除去する構成であったが、立抗２内の構造を改良することで、対応するようにしてもよい。即ち、立抗内に、上部から注入される取水が自由落下して水面に直接貫入しないような機構、換言すれば、取水の貫入深さを小さくする減勢機構を設けるようにしてもよい。
【００２５】
図２にそのような減勢機構の構成例が示され、図２（ａ）に示される減勢機構は、立抗２の内壁に水脈を受ける複数の突出体８を立抗２の上下にずらして複数（本構成例においては２つ）設けて構成されている。即ち、立抗２の通路断面を小さくするように内壁から略垂直に突出する突出体８を上下方向にずらして複数設け、上下方向で隣り合う突設体を抗内に互い違いに突出させることで、それぞれの突出体８によって絞られた通路部分が立抗２の軸方向に投影した場合に重ならないようにしている。最上部の突出体にあっては、立抗２の流入口から流下した水３が直接衝突する位置に形成されている。
【００２６】
したがって、立抗２の上部から流入される取水した水３は、最上部の突出体８に衝突し、その後、この突出体８によって通路断面が狭められた部分を通って下方へ落下し、再び下方の突出体８に衝突し、この突出体８によって通路断面が狭められた部分を通って水面に流れ落ちる。このため、水面に貫入する水脈の速度を突出体８によって遅くすることが可能となり、これにより水脈の貫入深さを小さくすることができ、流水に混入する空気４を少なくすることが可能となる。
【００２７】
図２（ｂ）に示される減勢機構は、立抗内を上下に仕切る仕切壁９を設け、この仕切壁９に通孔９ａを設けて構成されている。この通孔９ａは、立抗２の流入口から流下した水３が直接入らないような位置に形成されており、この例においては、中央に通孔９ａを形成した仕切壁９を立抗２の中程に固定することによって構成されている。
【００２８】
したがって、立抗２の上部から流入される取水した水３は、仕切壁９に衝突し、その後、中央の通孔９ａを通って流下し、水面に流れ落ちる。このため、水面に貫入する水脈の速度を仕切壁９によって遅くすることが可能となり、これにより水脈の貫入深さを小さくすることができ、流水に混入する空気４を少なくすることが可能となる。
【００２９】
図２（ｃ）に示される減勢機構は、立抗内の水面に浮遊するフロート１０によって構成されている。即ち、立抗内の水面上に立抗２の内壁よりも径の小さい球状のフロート１０を浮遊させ、上方から流下する水をこのフロート１０に当てるようにしている。
【００３０】
このような構成においては、フロート１０を人為的に固定しなくても、「ベルヌーイの定理」により、フロート１０を水流の真下に自動的に置くことができるので、流下した水３は、このフロート１０に衝突して水面に流れ落ちることになる。このため、水面に貫入する水脈の速度をフロート１０によって遅くすることが可能となり、これにより水脈の貫
入深さを小さくすることができ、流水に混入する空気４を少なくすることが可能となる。
【００３１】
図２（ｄ）に示される減勢機構は、立抗２の内壁に取水した水を螺旋状に流下させる手段を設けて構成されている。この螺旋状に流下させる手段は、立抗２の内壁に螺旋状のガイドを設けておき、この螺旋状のガイドに渓流取水を導くようにするものであっても、立抗２の流入口を立抗の接線方向に略水平に設け、内壁に沿って渓流取水を勢いよく噴出させるようにするものであってもよい。
【００３２】
したがって、このような構成においては、立抗２の上部から流入される取水した水３は、立抗２の内壁を沿って螺旋状に流下して水面に到達するので、水面に貫入する水脈の速度を遅くすることが可能となり、これにより水脈の貫入深さを小さくすることができ、流水に混入する空気４を少なくすることが可能となる。
【００３３】
尚、図２（ａ）に示される突出体８や図２（ｂ）に示される仕切壁９は、立抗２の内壁に固定されたものであっても、渓流取水の流入量の変動に伴う水面の変動に対応するため、常に水面の上方に位置させるように水面の変動に伴って上下動させるようにしてもよい。また、上述した導水路内の施策と立抗に設けた減勢機構を組み合わせて用いるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、圧力導水路に立抗が立設された合流構造物の導水路内の構造を改良した構成例を示す断面図である。
【図２】図２は、圧力導水路に立抗が立設された合流構造物の立抗内に設けられた減勢機構を示す図であり、図２（ａ）は立抗の内壁に突出体を設けた構成例を示す断面図、図２（ｂ）は立抗内に仕切壁を設けた構成例を示す断面図、図２（ｃ）は立抗内にフロートを浮遊させた構成例を示す断面図、図２（ｄ）は立抗の内壁に取水を螺旋状に流下させる構成例を示す断面図である。
【図３】図３は、圧力導水路に設けられる合流構造物の一例として本水路をバイパスする支水路に立抗を設けた構成例を示す構成図であり、図３（ａ）はその平断面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【図４】図４は、図３で示す合流構造物の従来の構成例を示す斜視図である。
【図５】図５は、図４で示される立抗に取水が注入されている状態の概略を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  導水路
２  立抗
５  障壁
６  排気管
７  突起部
８  突出体
９  仕切壁
９ａ  通孔
１０  フロート
【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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