(57)【要約】【課題】目詰まりが発生することなく、且つ、手間及びコストをかけることなく固形物を含む水から固形物を分離させることができる。【解決手段】本発明の取水構造３０は、水流から水を取り入れる取水口３３と、該取水口３３に取り付けられ、固形物４１を含む水から該固形物４１を分離させる分離材３５とを備えた取水構造である。そして、分離材３５は、取水口３３の外側に突出した状態で水流中に配置され、水流の方向と実質的に平行であり、且つ、水を内部へ流入させる一方、固形物４１の内部への侵入を阻止する分離部３５ａを備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水流から水を取り入れる取水口と、該取水口に取り付けられ、固形物を含む水から該固形物を分離させる分離材とを備えた取水構造であって、
前記分離材は、
前記取水口の外側に突き出した状態で前記水流中に配置されており、
前記水流の方向と実質的に平行であり、且つ、水を内部へ流入させる一方、前記固形  物の内部への侵入を阻止する分離部を備えていることを特徴とする取水構造。
【請求項２】
請求項１に記載の取水構造において、
前記分離部の表面には、前記固形物より小さい開口部が形成されていることを特徴とする取水構造。
【請求項３】
請求項２に記載の取水構造において、
前記分離部の表面は、網目構造を有していることを特徴とする取水構造。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一つに記載の取水構造において、
前記分離材は、筒状に形成されており、
前記筒の側面が、前記分離部であることを特徴とする取水構造。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一つに記載の取水構造において、
前記取水口は、前記水流から水力発電用の水を取り入れる取水口であることを特徴とする取水構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水流から水を取り入れる取水口と、その取水口に取り付けられ、固形物を含む水から固形物を分離させる分離材とを備えた取水構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
水力発電所では、非特許文献１などに記載のように、河川の上流域から取水された水をその下流域へ落下させることにより生じる余剰位置エネルギーを利用して、下流域の水車を回転させて発電させている。具体的には、取水口から取り入れられた河川の水は、導水路内を通って水槽へ流動され、水槽から下流域へ落下して水車を回転させる。そのため、例えば、長期間に亘る日照りなどにより河川の水が減少すると、河川からの取水量が減少するために余剰位置エネルギーが小さくなる。このような場合、水車の回転速度が遅くなる、または、水車が回転しなくなってしまい、発電量の低下、または、発電不可を招来する。これらの不具合を解消するために、比較的天候等に左右されにくい山間部を流れる渓流などからも取水可能な構成をとっている場合が多く、これにより、常時、一定量以上の発電量を供給できる構成となっている。
【非特許文献１】http://www.energia.co.jp/energy/general/water/water1.html
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、河川や渓流には、水とともに、木片・木の葉・ゴミなどの固形物が流れている場合が多い。そして、取水された水に固形物が含まれていると、水車にゴミが詰まってしまい、水車の故障を招来する。また、故障しなくても、水車が回転しにくくなり、その結果、水車においてエネルギーロスが発生してしまう。よって、発電効率の低下を招来してしまう。そのため、取水口を塞ぐように鋼製の柵状部材（スクリーン）を敷設し、固形物をスクリーン表面に付着させることにより導水路への混入を阻止している。
【０００４】
しかしながら、スクリーンは水流方向と略垂直に配置されているため、その表面に付着した固形物は水流に逆らって流動することができず表面に付着されたままである。その結果、スクリーンにおいて、目詰まりが発生してしまう。よって、取水量は少なくなるため、充分な発電量を確保できない。
【０００５】
また、スクリーンの交換や清掃を行えば、取水口における目詰まりを解消できるが、この効果を得るためには、これらの作業を３日に１回程度の割合で行わなければならない。そのため、手間や人件費がかかってしまう。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、目詰まりが発生することなく、且つ、手間及びコストをかけることなく固形物を含む水から固形物を分離させることができる取水構造にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の取水構造は、水流から水を取り入れる取水口と、該取水口に取り付けられ、固形物を含む水から該固形物を分離させる分離材とを備えた取水構造であって、前記分離材は、前記取水口の外側に突き出した状態で前記水流中に配置されており、前記水流の方向と実質的に平行であり、且つ、水を内部へ流入させる一方、前記固形物の内部への侵入を阻止する分離部を備えている。
【０００８】
上記の構成では、分離部が水流の方向と実質的に平行であるため、分離部により侵入を阻止された固形物は、分離部の表面から離れて流動する。従って、分離部における目詰まりの発生を阻止できる。また、目詰まりが発生しないため、分離部表面に付着した固形物を除去する必要はなく、その結果、その除去に要する作業・費用を省くことができる。
【０００９】
なお、「固形物」とは、河川や渓流などの水中に漂っている物、具体的には、木片・木の葉・ごみなどを意味する。
【００１０】
また、「水流」とは、河川・渓流などの自然界における水流のみならず、人工的に発生させてなる水流をも含む。また、ダムの場合には、水は、ダムに設けられた出口へ向かって流れるため、その出口へ向かう水の流れを意味する。
【００１１】
また、「分離部が水流の方向に実質的に平行である」とは、分離部が水流の方向と厳密に平行に配置されている場合のみならず、若干その平行からずれて配置されている場合も含む。自然界では、水流は、厳密に一方向であるわけではなく、時々刻々と変化するためである。
【００１２】
また、「分離材が取水口の外側に突き出した状態で前記水流中に配置されている」とは、分離材の一部が取水口の外側に配置されており、分離材の残りの部分が取水堰内などに配置されていることを意味する。具体的には、分離材の５０％以上が取水口の外側に配置されていることが好ましく、分離材の７５％以上が取水口の外側に配置されていればさらに好ましい。
【００１３】
本発明の取水構造では、前記分離部の表面には、前記固形物より小さい開口部が形成されていることが好ましい。さらに好ましくは、前記分離部の表面は、網目構造を有している。
【００１４】
上記の構成により、固形物が分離材の内部に混入してしまうことはない。従って、固形物を完全に分離できる。
【００１５】
また、本発明の取水構造では、前記分離材は、筒状に形成されており、前記筒の側面が、前記分離部であることが好ましい。
【００１６】
上記の構成によれば、筒状部材の側面に実質的に垂直な方向に、開口部を形成すればよい。よって、分離材の構成は、簡易である。
【００１７】
ここで、「筒状」とは、数学的に厳密な「筒状」のみならず、横断面の大きさが不均一であってもよく、若干曲がっていてもよい。また、横断面の形状は、特に限定されない。さらに、分離材は、ステンレス製であってもよく、プラスチック製であってもよいが、水流中に配置しても錆びない材質からなることが好ましい。具体的には、「ネトロン（商標名）パイプ」であることが好ましく、「ネトロン（商標名）パイプ」とは、無数の開孔部を円周上均一に有する独特な網目構造のポリエチレン製暗渠パイプである。
【００１８】
そして、分離材が筒状部材である場合には、取水口の外側の水流に突き出している分離材の長さは、５０ｃｍ以上であることが好ましく、さらに好ましくは１ｍ以上である。この長さが長ければ長いほど、分離効率が上昇するため好ましいが、取水口の立地条件などを考慮に入れると、５ｍ以下であることが好ましい。
【００１９】
また、本発明の取水構造では、前記取水口は、前記水流から水力発電用の水を取り入れる取水口であることが好ましい。
【００２０】
上記の構成によれば、固形物は、水力発電所の導水路へ混入されてしまうことはなく、その結果、水車の回転に悪影響を与えない。従って、水力発電所における発電効率の低下を防止できる。
【００２１】
また、本発明の取水構造では、分離材は、前記水流中に２個以上配置されていることが好ましい。
【００２２】
上記の構成により、１個の分離材が水流中に配置されている場合に比べて、水と接する表面積が大きくなるため、固形物の分離効率が向上する。このとき、２個以上の分離材は、互いに、鋼線などを用いて連結されていてもよいし、連結されることなく水流中に配置されていてもよいが、水と接する表面積を大きくするためには、互いに連結されていない方が好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の取水構造では、目詰まりが発生することなく、且つ、手間及びコストをかけることなく固形物を分離できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されない。
【００２５】
本実施形態においては、水力発電所１の構成及び取水構造３０を示す。図１は、水力発電所１の構成図である。図２は、取水口３と分離材３５とで構成される取水構造３０を示す図である。図３は、分離材３５，１３５の斜視図である。
【００２６】
水力発電所１では、河川または渓流（以下、「河川等」と記す。）２に設けた取水堰３から取り入れた水の落差を利用して、発電している。具体的には、水力発電所１では、図１に示すように、水は、河川等２の上流域に設けられた取水堰３の取水口３３（図２に図示）から取り入れられ、導水路４内を通って沈砂池５を通過して第１水槽７まで運ばれ、第１水槽７から下流域の発電部９へ落下されて、放水口１３から元の河川等２へ戻る。このとき、第１水槽７から発電部９への落下によりその高度差及び落下した水の重量に比例する位置エネルギーが生じ、その位置エネルギーにより発電部９内の水車（不図示）が回転し、その回転により発電する。
【００２７】
取水堰３は、図２に示すように、川底２１上に設置されており、河川等２の幅方向に配置されている部分と上流から下流へ向かうように延びている部分とで構成されている。川幅方向の略中央付近には、テーパー状の切り欠き溝３１が形成されている。また、上流から下流へ向かう部分は空洞に形成されており、その空洞の開口部が取水口３３である。
【００２８】
取水口３３には、数個の土嚢３９，…が収容されているとともに、３本の分離材３５，…が貫通している。土嚢３９は、布製の袋に、石・土・砂（不図示）などが内包されてなる。
【００２９】
各分離材３５は、パイプであり、図２に示すように、互いに長手方向を揃えて河川等２に配置されている。一方の各端部は、取水口３３の内部に収容されて、導水路４と連結されている。他方の各端部は、その端部がステンレス製の網蓋３５ｂにより蓋されて取水口３３の外部に配置されており、川底２１に固定された２本の木材３７，３７に挟持されている。そして、網蓋３５ｂの網目は、固形物４１より小さい。また、他方の各端部側の取水口３３から突き出している長さは、５０ｃｍ以上であることが好ましく、１ｍ以上であればさらに好ましく、長ければ長いほど水に接する分離材３５の面積が大きいために好ましいが、取水口３３の立地条件などを考慮に入れると、５ｍ以下であることが好ましい。なお、木材３７，３７同士は、鋼線など３７ａ，３７ａを用いて連結されていることが好ましいが、分離材３５，３５同士、並びに、分離材３５と木材３７とは連結されていなくても連結されていてもよい。そして、分離効率上昇の目的で水と接する表面積を大きくするためには、分離材３５，３５同士、並びに、分離材３５と木材３７とは連結されていないことが好ましい。
【００３０】
また、各分離材３５は、固形物４１を含む水から固形物４１を分離させる部材であり、図３（ａ）に示すように、側面（分離部）３５ａに複数個の円形状の開口部３６が形成されたパイプである。なお、図３（ａ）に示す分離材３５の代わりに、図３（ｂ）に示す分離材１３５を用いても構わない。この分離材１３５は、側面に網目構造が形成されてなり、その結果、側面には複数個の菱形状の開口部１３６が形成されたパイプである。そして、いずれの場合も、その開口部３６，１３６は、河川等２に含まれている木片・葉っぱ・ゴミなどの固形物４１よりも小さい。
【００３１】
このように、分離材３５は、他方の端面がステンレス製の網蓋３５ｂで蓋され、側面３５ａには複数個の開口部３６が形成されている。そして、網蓋３５ｂの網目及び側面３５ａの開口部３６は、固形物４１よりも小さい。そのため、水は分離材３５の内部へ流入する一方、固形物４１はその内部への侵入を阻止される。また、分離材３５の側面３５ａは水流の方向と実質的に平行に配置されているため、固形物４１はその側面３５ａ表面に付着されることなく水流によって押し流され、分離材３５の内部への侵入を阻止される。従って、分離材３５の側面３５ａにおいて、固形物４１による目詰まりは発生しない。そして、分離材３５の内部へ流入した水（固形物４１が除去された水）は、導水路４内を通って沈砂池５へ運ばれる。
【００３２】
沈砂池５では、網蓋３５ｂの網目や側面３５ａの開口部３６よりも小さなゴミ、例えば土砂などが沈む。そして、土砂などが取り除かれた水は、導水路４内を通って第１水槽７へ運ばれる。
【００３３】
第１水槽７では、発電用の水が貯められている。そして、第１水槽７から放出された水は、水圧鉄管８内を通って下流域の発電部９へ落下され、放水口１３から元の河川等２へ戻る。この水の落下により余剰位置エネルギーが生じ、その余剰位置エネルギーにより発電部９内の水車が回転して発電する。なお、第１水槽７には、余水路１０を介して第２水槽１１が連結されており、余剰の水が余水路１０内を通って元の河川等２へ戻る構成となっている。
【００３４】
ここで、比較のため、従来の取水構造７０を説明する。
【００３５】
従来の取水構造７０は、図４に示すように、取水口７３とスクリーン７５と呼ばれる柵状部材とで構成されている。以下に、従来の取水構造７０を簡単に示す。
【００３６】
取水堰６３は、取水堰３と略同一であり、川底８１上に設置されており、河川等６２の川幅方向に配置されている部分と上流から下流へ向かうように延びている部分とで構成されている。川幅方向の略中央付近には、テーパー状の切り欠き溝７１が形成されている。また、上流から下流へ向かう部分は空洞に形成されており、その空洞の開口部が取水口７３である。
【００３７】
そして、取水口７３はスクリーン７５により蓋されており、スクリーン７５における隣接柵間隔は固形物４１より小さい。よって、スクリーン７５の表面が、水を内部へ流入させる一方、固形物４１の内部への侵入を阻止する分離部である。そのため、従来の取水構造７０では、水流の方向と実質的に垂直な部分において、固形物４１を分離している。従って、固形物４１は、スクリーン７５の表面へ付着されることにより導水路４内部への侵入を阻止され、一旦その表面に付着されるとその表面から離れない。なぜならば、その表面から離れるためには、河川等２の水流に逆って移動する必要があり、葉っぱや木片などの比較的軽い物体が水流に逆って移動することは不可能だからである。従って、図４に示すように、侵入を阻止された固形物４１は、スクリーン７５の表面から離れることなく付着されたままである。その結果、取水口７３において水が流入可能な部分はしだいに狭くなるため、取水量が減少し、それ故に発電量の低下及び発電不可を招来する。
【００３８】
なお、取水構造７０が上記の構成であっても、取水口７３に付着した固形物４１をこまめに取り除くなどの作業を行えば発電量の低下などの事態を回避できるが、回避するためにはこの作業を３日に１回行う必要があり、手間及びコストがかかってしまう。
【００３９】
一方、本実施形態における取水構造３０では、水流の方向と実質的に平行な部分（側面３５ａ）において、固形物４１を分離している。そのため、固形物４１は、水と共に移動しながら分離され、側面３５ａの表面に付着されることはない。従って、側面３５ａにおける開口が狭くなることはなく、取水量の低下を招来しない。よって、発電量の低下及び発電不可を招来することはない。
【００４０】
また、分離材３５における分離部は、その側面３５ａである。よって、分離材３５の本数や形状などを変更することにより、分離部の表面積の大きさを容易に変更できる。他方、従来のスクリーン７５における分離部は、スクリーン７５の表面である。よって、スクリーン７５の表面積を変更するためにはスクリーン７５の形状を変更しなければならない。そのため、スクリーン７５の表面積の変更は、分離材３５の表面積の変更に比べて容易ではない。以上より、分離材３５の方が、スクリーン７５に比べて、分離部の面積を調整しやすく、容易に分離効率を上昇させることができる。
【００４１】
さらに、導水路４へ供給される水は固形物４１を含んでいないため、水車の故障や水車の回転速度の低下を招来することはない。従って、過剰なエネルギーロスが生じることなく発電できるため、発電効率の低下を阻止できる。
【００４２】
そのうえ、各分離材３５は、他方の端部のみが木材３７，３７で挟持されているにすぎないため、水流に従って流動可能である。よって、分離部３５ａは、絶えず変化する水流に対して、実質的に平行に配置できる。そのため、固形物４１は、水流の流れに依らず、分離材３５により分離される。
【００４３】
そして、分離材３５により分離された固形物４１は、大雨などによる河川等２の増水により、取水堰３を越えて下流域へと流動する。
【００４４】
なお、分離材３５の網蓋３５ｂは、水流の方向と垂直に配置されている。そのため、固形物４１が、網蓋３５ｂの表面に付着する虞がある。しかし、網蓋３５ｂの表面積よりも側面３５ａの表面積の方が非常に大きいため、大部分の水は、側面３５ａの開口部３６を通って分離材３５の内部に侵入し、導水路４へ送られる。そのため、スクリーン７５のように、取水量の大幅な低下を招来することはなく、発電量を確保できる。
【００４５】
以上、分離材３５及び分離材３５が取り付けられた取水構造３０を示したが、分離材３５は以下に示す構成であってもよい。
【００４６】
分離材３５は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す構造に限定されることはない。水が内部へ流入する一方、固形物４１が内部へ流入しないような構成であればよく、工業的には、ネトロン（商標名）パイプであることが好ましい。また、分離材３５の外形は円柱に限定されず、角柱であってもよく、錐であってもよく、それ以外の形状であってもよい。そして、分離材３５が筒状でない場合には、水流と実質的に平行な部分に開口部３６が形成されていればよい。
【００４７】
また、分離材３５は、水流の方向に対して実質的に平行となるように、水流中に配置されていることが好ましいが、その長手方向は、水流の方向に対して、４０°程度傾いていてもよい。そして、その角度は、３０°以下であることが好ましく、２０°以下であれば更に好ましく、１０°以下であればなおさら好ましい。
【００４８】
分離材３５の本数は、３本に限定されず、それ以外の本数であってもよい。また、取水口３３には分離材３５，…と土嚢３９，…とが配置されているとしたが、分離材３５のみが配置されていてもよい。分離材３５のみが配置されている方が、側面の表面積が大きくなり、その結果、分離効率を向上させることができるため好ましい。なお、分離材３５を収容させるスペースを変更しない場合には、比較的径の小さいパイプを複数本収容させることにより、分離効率を向上させることができる。
【００４９】
分離材３５の製造方法を特に記載していないが、例えば、開口部３６が設けられた一枚板を筒状に形成することにより製造してもよいし、ドリルなどを用いて筒状部材の側面に開口部３６を形成することにより製造してもよい。分離材１３５も同様の方法で製造することができる。
【００５０】
また、水力発電所１の構成は、上記実施形態に限定されない。
【００５１】
取水方法の例としては、河川等の水を貯水池などに貯める方法や、水力発電所の上下に貯水池を作る方法などを挙げることができる。そして、上下に貯水池を作る方法では、電気の消費が少ない夜間の電力を利用して下貯水池の水を上池へくみ上げておき、昼間、電力の必要量に応じて、上貯水池と下貯水池の落差を利用して発電する。
【００５２】
発電方法の例としては、川幅が狭く、両岸に岩が高く切り立ったような場所にダムを築き、水をせき止めてダムの水面と放水口との間に得られた落差を利用して発電する方法を挙げることができる。そして、取水構造３０は、取水方法や発電方法などの相違に依存することなく、あらゆる水力発電所の取水口に適用させることができるとともに、いずれの水力発電所の取水口に適用させても上述の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
以上説明したように、本発明は、水流から水を取り入れる取水口と、その取水口に取り付けられ、固形物を含む水から固形物を分離させる分離材とを備えた取水構造に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】水力発電所１の構成図である。
【図２】取水構造３０を示す図である。
【図３】分離材３５，１３５の斜視図である。
【図４】従来例における取水構造７０を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１    水力発電所
２，６２    河川または渓流（水流）
３０，７０    取水構造
３３，７３    取水口
３５，１３５    分離材
３５ａ    側面（分離部）
３６，１３６    開口部
４１    固形物
【図１】
2006336207.tif 000003
【図２】
2006336207.tif 000004
【図３】
2006336207.tif 000005
【図４】
2006336207.tif 000006