(57)【要約】【課題】既存の落差工や堰に容易に配置でき、しかも水車効率を向上できる落差工・堰用水車設備を提供することである。【解決手段】落差工または堰の垂直壁面に沿わせて貫流水車を設置し、ランナ１３を上流側水路または堰堤頂の高さに近づけて設置する。取水口１６は水平か、下流方向へ下がる勾配を付け、ランナ１３からの噴流の放出角度がほぼ下を向くようにノズル位置を決める。ランナ室２０の出口をランナ外径よりも狭い幅に縮めた整流部２１から下流側に放流する。また、ランナ室内にランナに近接した位置から始まる仕切壁を設けて、ランナ室２０の上部に気相エリア２４を形成し、気相エリア２４への空気量を調節することによりランナ室内の圧力を調節して水車効率を向上させる。【選択図】  図１
2011021578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
落差工または堰の垂直壁に沿って上流側水路近くにランナが配置された貫流水車と、
前記落差工または堰を流れる水の一部を取水して前記貫流水車に供給する取水口を有し前記貫流水車のランナを内蔵したランナ室と、
前記取水口から取水した水を前記貫流水車のランナに導かれるようにしたノズルと、
前記ランナ室上部に空気を供給し前記ランナ内の主軸に流れが衝突することを防止するための気相エリアに空気を供給する空気供給配管と、
前記ランナ室の出口部に設けられ前記ランナで仕事を終えた水をランナ径よりも狭い幅に整流して落差工または堰の下流部に放流する整流部とを備えたことを特徴とする落差工・堰用水車設備。
【請求項２】
前記ランナ室内の、ランナから見てノズルと反対側の前記ランナに近接した位置から、ランナから放出される噴流の流れを邪魔しない方向に延伸して設けられ気相エリアを形成するための仕切壁を設けたことを特徴とする請求項１記載の落差工・堰用水車設備。
【請求項３】
前記整流部の下部に設けられ前記整流部で整流された水流を所定の広がり角で吸い出し落差工または堰の下流部に放流する吸出し管を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の落差工・堰用水車設備。
【請求項４】
前記仕切壁で形成された気相エリア内の気相の圧力低下量を調べるために前期ランナ室の上部と下部をつないだ水位計を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の落差工・堰用水車設備。
【請求項５】
前記取水口の上部に、前記落差工または堰を流れる水の方向に沿って前記ランナのランナ翼の間隔よりも狭いピッチで棒状部材を並べたスクリーンを設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の落差工・堰用水車設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、用水路の落差工または河川の堰に設置されて流水を利用する落差工・堰用水車設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化対策としては再生可能エネルギーの利用が有効である。そこで、小水力発電が注目されているが、この小水力発電を行う場合、製造、設置、運転、保守に渉り化石燃料の利用を抑え、安価に実施される必要がある。この点で、既存の落差工または堰への水車設置は有効である。
【０００３】
例えば、農業用水路などの落差工や、河川の堰は、流水の持つエネルギーを低減させることで水路等の水勢を抑えるための構造物である。この落差工や堰は各地にあるものの、そのほとんどが落水のエネルギーを有効利用していない。この落差工や堰に水車を設置して水車を駆動し、水車に連結された発電機を回転させて発電することで汎用的に利用できるエネルギーである電力を生成することができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このような農業用水や河川では、上流から流れてきた落葉や石、木の枝などが水車内部に詰まり、効率低下や機器故障の不具合を生じさせることがあるので、これら異物の流入対策のために、水車上流部にスクリーンなどを設置したものもある（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
また、低落差ではランナから放水面までの位置エネルギーが有効落差に占める割合が大きくなる。これを有効利用するために、水を水圧管により上方から導くと共に、吸出し管を設けた構造の貫流水車が提案されている。ここでは、主軸への流れの衝突を防ぐための空気相をランナ内に形成できる限り、ランナ室内の水位を高めることでランナ室の圧力を下げ、吸出し効果を高める方法が採用されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００６】
ランナ室上部に気相エリアを形成することによりランナ内へ空気が取り込まれ、ランナ内の主軸への流れの衝突を防ぐことができる。水を上方から水圧管により導水する形式の貫流水車について、このランナ内への空気の取り込みを容易にし、ランナ内に空気相を形成させる目的と、ランナ室上部の圧力を下げて吸出し効果を高めて出力を増加させる目的で、貫流水車のランナ室内に仕切壁を垂直に設ける方法が提案されている（非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１９９４７１号公報
【特許文献２】特開２００８−１２１６５２号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】日本機械学会論文集（Ｂ偏）６１巻５８５号（１９９５−５）、論文Ｎｏ．９４−１４０３  社団法人日本機械学会
【非特許文献２】ターボ機械協会誌、第１８巻第２号（１９９０−２）、ｐ７３〜ｐ７８、ターボ機械協会
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
既存の落差工または堰が設けられた地点の落差は数メートル以下と小さい場合がほとんどであり、この場合はランナから放水面までの水流の持つ位置エネルギーの有効落差に対する割合が大きくなる。特許文献１、２のように落差工の上流側高さ近くに吸出し管を設けていない水車のランナを設置する場合、水車のランナ出口から放水面までの落差を有効に利用することが難しい。
【００１０】
そこで、これを無駄にしないためには吸出し管を設けることが望ましいが、一般に、吸出し管を設けている従来の貫流水車ではランナの水中での回転抵抗を避けるために、ランナ室内への空気供給量を多くし、ランナ室内の水位がランナ下端付近に位置するようにするため、吸出し効果が低減し、ランナ室内圧力が増加してしまっていることが多い。しかし、特に低落差ではこの圧力低下による実質的有効落差が増加する割合が大きいので、ランナ室内の水位を高くして、吸出し管の吸出し効果を増加させる方が有効である。
【００１１】
また、ランナ室内の水位がランナ下端よりも低い場合にはランナからの放水位置がランナの下端よりも高い位置にあるほど、ランナに仕事を与えることができる位置エネルギーを残したまま水を放出してしまうことになる。また、その放出流の向きも吸出し管の軸方向を向かなくなるので、ランナ室内で転向させる必要があり、このためにランナ室の容積を大きくする必要がある。さらに、貫流水車の吸出し管は従来上から下まで断面積を広く取っているので広い領域が大きく渦をまいた止水域となり、ランナからの噴流は広がらずその一部のみを通過して流速が速いまま吸出し管から流出し、吸出し管の出口で流水の持つ多くの運動エネルギーを廃棄してしまっている。
【００１２】
吸出し効果を高めるためにランナ室内の圧力を下げようと、ランナ室内への供給空気量を絞ってランナ室内水位を高くしすぎると、ランナがランナ室内の水中に没し、ランナ内への空気の供給が阻害される。これによりランナ内の空気相が小さくなり流れが主軸に衝突して、流れが乱れて大きな損失が生じてしまうため、返って効率が低下してしまう。
【００１３】
既存の水路あるいは河川の堤は想定される最大流量時に溢水しないよう設計されている。この水路や河川に流水の抵抗になる構造物を設けると、これよりも上流の水位が上昇してしまい、最大流量時に溢水しないという条件を満たせなくなる場合がある。従って、水車を設置することが水路や河川の流水の抵抗になることは好ましくない。
【００１４】
通常の水車のように水圧管を通して水車に水を導く場合は、取水口などの土木構造物を新設する必要もあり、費用を安価に抑えるという前述の目的に叶わない。また、水路または河川を流れる水のできるだけ多くを水車に取り込むことで出力を増加させ、発電単価を抑えることができるが、水圧管を通す場合は水圧管径の制限により、取り込む水の流量に限界が生じてしまう。
【００１５】
また、貫流水車のランナの翼ピッチ間隔は他の形式の水車に比べて狭いため、これを通過できないサイズの異物を水車内に流入させないようにする必要があるが、取水口に単にフィルターを設けても時間が経つにつれてフィルターに落ち葉などのゴミが貯まり、流れの閉塞や効率の低下を起こしてしまう。
【００１６】
本発明の目的は、上記の課題を解決しつつ既存の落差工や堰に容易に設置でき、しかも水車効率を向上できる落差工・堰用水車設備を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
請求項１の発明に係わる落差工・堰用水車設備は、落差工または堰の垂直壁面に沿わせて貫流水車を設置し、このランナを上流側水路または堰堤頂の高さに近づけて設置する。貫流水車のランナの幅は、水路または河川の幅とほぼ同じ幅とすることが望ましい。これは、水路または河川の幅の流水がほぼ全て取り込めるようにするためである。
【００１８】
貫流水車のランナはランナ室に内蔵されている。水路または河川を流れる水の多くが、取水口からノズルを通ってランナに供給される。例えば、水路または河川からの流れは、水路底面または堰堤頂面から続く適度な半径を持った円弧状に曲がった曲面壁により向きを変え、ランナからの放水角度がほぼ下を向くような位置に設けたノズルに導水する。また、取水口は水平にするか、下流方向へ下がる勾配を付けることが望ましい。
【００１９】
ランナで仕事を終えた水は、ランナ室の出口部に設けたランナ外径よりも狭い幅に形成された整流部により整流されて落差工または堰の下流側に放流される。
【００２０】
一方、ランナ室の下部に吸出し管を設ける場合には、ランナで仕事を終えた水をランナ外径よりも狭い幅の整流部で整流してから吸出し管に流入させる。その後、所定の広がり角を持った吸出し管を通過して、落差工または堰の下流側に放流する。所定の広がり角は１０°〜２０°程度であることが望ましい。
【００２１】
ランナに対してノズルと反対側のランナに近接した位置から始まる仕切壁によりランナ室内を上下2分割すると、ランナ室上部の水はランナから流出する噴流によって仕切壁より下側のランナ室へ引き込まれるので、ランナ室の仕切壁から上部を空気相に、下部を液相に容易に分離することができる。
【００２２】
また、仕切壁で区切られたランナ室の上部と下部を透明管でつないだ構造の水位計を設けた場合には、水位計で計測された水位によりランナ室内上部の気相の圧力の低下量を調べることが可能となる。
【００２３】
さらに、取水口の上部に落差工を流れる水の方向に沿って、ランナ翼の成す流路の最小幅よりも狭いピッチで棒状部材を並べたスクリーンを設けた場合には、ランナ室内に侵入した石や木の枝等の異物によりランナの回転が阻害されることを防止できる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、落差工または堰の垂直壁に沿って貫流水車を配置するので、既存の落差工や堰に大きく手を加えることなく貫流水車を設置できる。また、水圧管を必要としないので、ユニット化した水車発電設備とすることができ、工場から運搬して設置するだけで済むのでコストの削減を図れる。
【００２５】
また取水口から取水した水をノズルにより、貫流水車のランナから出て行く水の放出角度がほぼ下を向くような位置に導くことができるので、吸出し管にスムーズに水を流入させることができ、流れの転向による損失の発生を防ぐことができる。このことはランナ室を小型化できコストの削減にも繋がる。また、落差工または堰の下流側に放流する前に、水流を整流部で整流するので廃棄損失となる流水の運動エネルギーを減らすことができる。
【００２６】
また、ランナ室の下部に吸出し管を設けた場合には、吸出し管に流入する前に流れを整流部で整流しておくため、吸出し管内での剥離を防止でき、その後の吸出し管内での所定の広がり角による拡大で流速を低下させ、廃棄損失となる運動エネルギーを減らすことができる。
【００２７】
貫流水車に水を導くための水圧管を設ける必要がないため、構造を簡潔にでき、取水口とランナとの幅を一致させることで、水路または河川の多くの流量を水車に取り込むことが可能となる。
【００２８】
ランナ室を仕切壁により分割して、ランナ室上部への供給空気量を調節することにより、ランナ室上部を気相エリアに保ったまま、仕切板が無い場合にランナが水没するまでランナ室内水位を上昇させた場合に得られるランナ室内圧力よりも、さらにランナ室内圧力を下げることが出来る。これは仕切壁の下端の下を流れて行く噴流のエントレインメント（引き込み）効果による。これにより、高い吸出し効果を得ながら、噴流のランナ内の主軸への衝突を防止できる。また、ランナ周りの液相を減らすことができるため、ランナの回転抵抗を減らすことができる。
【００２９】
また、仕切壁により形成されたランナ室上部の、下部に対する圧力低下量を計測するための水位計を設けた場合には、水位計で計測された水位を見ながらランナ室上部に供給する空気量を、ランナ室上部が気相に保たれた状態で圧力が最も低くなるように調節できる。これは上述のようにランナ室上部と下部の圧力差を維持しているのが噴流のエントレインメントに因るところが大きく、ランナ室下部の圧力に対して上部圧力がどれだけ低下しているかが重要になるからである。これにより、従来行っていた圧力調整弁を用いる必要が無く、確実にしかも安価に気相エリアの圧力を調整できる。
【００３０】
取水口の上部に、上流側水路または河川を流れてくる水流の方向と平行に、スクリーンを構成する棒材を設けた場合には、水路または河川からの水の流れを大きく阻害することなく石や木の枝などの異物が貫流水車のランナに侵入することを防止できる。水流の一部をノズルの上部から越流させることで、異物を下流へ通過させることができるので、異物が貯まり閉塞するような不具合を防ぐことができる。また、水面上に流れがあるため、ノズルに引き込まれる水流による吸込み渦を生成する角運動量の蓄積が生じず、吸込み渦の生成を防いで、空気の吸入による吸い出し効果の悪化や、水力効率の低下、騒音の発生を防ぐことができる。
【００３１】
さらには、貫流水車の多くの部分がノズルを越流する水の下に隠すことが可能になるので、景観に対する悪影響や違和感を抑えることができる。また、ランナの軸方向に垂直な断面上で同一形状となる貫流水車を採用することで、流路幅が増加した場合の流量の増大には、ランナ及びノズルの幅を同じように増加させることで対応できるので、どのような落差工や堰の落差、流量に対しても、ランナ径と回転数を適した組み合わせに選定することにより、高効率で運転できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態に係わる落差工水車設備の実施例１を示す構成図。
【図２】本発明の実施の形態に係わる落差工水車設備の実施例２を示す構成図。
【図３】本発明の実施の形態に係わる落差工水車設備の実施例３を示す構成図。
【図４】本発明の実施の形態に係わる落差工水車設備の実施例４を示す構成図。
【図５】本発明の実施の形態に係わる落差工水車設備の実施例５を示す構成図。
【図６】本発明の実施例５におけるスクリーンの平面図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態に係わる落差工水車設備の実施例１を示す構成図である。以下の説明では、落差工に貫流水車を設けた場合について説明する。
【００３４】
落差工または堰１１は用水路あるいは河川に段差を設けて形成され、段差の上側から下側に向けて水が流れる。この落差工または堰１１の垂直壁面１２に近接して、ランナ１３が上流側水路または堰堤頂の高さに近づけて取り付けられた貫流水車が設置されている。ランナ１３は、主軸１４が中心を貫通する円板部材間に複数個の円弧状のランナ翼１５が取り付けられて構成されている。そして、取水口１６およびノズル１７の幅は、多くの流水が取り込めるように、ランナ１３の幅とほぼ同じに形成されている。
【００３５】
水路または河川からの水は下流に向けて矢印ａ方向に流れる。取水口１６は水平にするか、または下流方向へ下がる多少の勾配を付けて配置されているので、その多くの水は、取水口１６から矢印ａ１方向に貫流水車のノズル１７に向けて流れ、他の水は取水口１６を越流して矢印ａ２、ａ３方向に流れる。案内板１８は水路底面または堰堤頂面から始まり、適度な半径を持った円弧状に曲がった曲面を経てランナ外周まで続く。取水口１６から取り込まれた水は、案内板１８及び案内壁１９の内面により構成されるノズル１７に導かれる。ノズル１７は、ランナ１３から出る水の放水角度がほぼ下を向くような位置に設置される。これにより、ランナから出た噴流を吸出し管の軸にほぼ平行に吸出し管へ流れ込ませることができる。
【００３６】
ランナ１３はランナ室２０に内蔵され、ノズル１７からの水はランナ１３のランナ翼１５に作用してランナ１３を回転駆動する。ノズル１７は、取水口１６から取水した水が漏水なくランナ１３のランナ翼１５間流路に導かれるように、ノズル１７とランナ翼１５との間の隙間は小さく形成されている。これにより、取水口１６からのほとんどの水流はランナ１３に導かれ、ランナ１３内を通過してエネルギーを与えた後に、ランナ室２０から落差工または堰１１下流側に放流される。
【００３７】
ランナ室２０の出口部にはランナ１３で仕事を終えた水をランナ径よりも狭い幅に整流してから落差工または堰１１に放流する整流部２１が形成されている。整流部２１は落差工または堰１１の下流側の放水面２２より下方に位置する。ランナ室出口が広いと、噴流が通過しない領域にランナ室出口下流側にまたがって大きな渦が形成され、噴流がこれに押されて噴流幅は返って狭くなってしまう。水流を整流部で整流してから落差工または堰１１の下流側に放流することにより、噴流幅を広げることができるので、廃棄損失となるここでの運動エネルギーを減らすことができる。
【００３８】
ランナ室２０の上部には、バルブ２５を有した空気供給配管２６により外気が供給され、気相エリア２４が形成されている。なお、図１の符号２７はランナ室２０内の水面を示す。この気相エリア２４の空気は、ランナ１３内の噴流に働く遠心力の効果により、さらにランナ１３内に吸い込まれて、ノズル１７からランナ１３内に流入した噴流に沿って自由表面２８が形成される。噴流の流れが主軸１４に衝突しなくなるので、噴流の衝突による効率の低下を防ぐことができる。空気供給配管２６のバルブ２５を絞りすぎると、気相エリア２４には水が満たされ、水流が主軸１４に衝突して内部の圧力は上昇する。従って、良好な状態になる空気量を空気供給配管２６のバルブ２５により調整することになる。
【００３９】
このように、落差工または堰１１の垂直壁１２に沿って貫流水車を配置し、水平、または下流方向へ下がる多少の勾配を付けて配置された取水口１６から貫流水車のランナ１３に取水するので、水圧管を必要としない。従って、既存の落差工または堰１１に大きく手を加えることなく貫流水車を設置できコストの削減を図れる。
【００４０】
また、案内板１８及び案内壁１９から成るノズル１７の位置を、ランナ１３から出る水の放水角度がほぼ下を向くように置くことで、ランナ室内での流れの転向による損失を防ぐことができるとともに、ランナ室２０の小型化が図れコストの削減に繋がる。
【００４１】
次に、図２は本発明の実施の形態に係わる落差工または堰用水車設備の実施例２を示す構成図である。この実施例２は、図１に示した実施例１に対し、ランナ室内にランナに対してノズルと反対側のランナ１３に近接した位置から始まる仕切壁２３を設けたものである。図１と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００４２】
図２に示すように、ランナ室２０には、ノズル１７からの噴流がランナ１３を通過して出てくるが、ランナから見てノズル１７の反対側になるランナ室内の、ランナ１３に近接し、かつこの噴流の境界付近から、ランナから放出された噴流の流れを邪魔しない方向に仕切壁２３が設けられ、ランナ室を上下に２分割している。
【００４３】
また、気相エリア２４内に残った水、または空気はランナ１３出口付近の噴流によるエントレイメント（引き込み）効果により、ランナ室２０の下部側に吸い出されようとするので、空気供給配管２６のバルブにより空気供給量を調節することで、気相エリア２４の圧力を低くし、かつ空気相で満たされる状態にできる。これにより吸い出し効果を高め、ランナ１３周りの水による回転抵抗を減らし、貫流水車の出力を上昇させることができる。またランナ室上部を空気相に下部を液相に容易に区分けすることができる。
【００４４】
気相エリア２４への空気供給量は圧力調整のバルブ２５で行われている。空気供給配管２６のバルブ２５を絞りすぎると、気相エリア２４には水が満たされ、水流が主軸１４に衝突して、エントレイメント効果も得られなくなり、内部の圧力は上昇する。従って、良好な状態になる空気量を空気供給配管２６のバルブ２５により調整することになる。
【００４５】
実施例２によれば、実施例１の効果に加え、仕切壁２３を設けることで、ランナ室内の圧力をより低下させてもランナ室上部を空気相に保つことが出来るので、吸い出し効果の増加、ランナ周りの水による回転抵抗の低減、主軸の流れへの衝突の防止ができる。
【００４６】
次に、図３は本発明の実施の形態に係わる落差工または堰用水車設備の実施例３を示す構成図である。この実施例３は、図２に示した実施例２に対し、整流部２１で整流された水流を所定の広がり角で吸い出す吸出し管２９を整流部２１の下部に追加して設けたものである。図２と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００４７】
図３に示すように、ランナ室２０の下部の整流部２１の下部には所定の広がり角を有した吸出し管２９が設けられている。図１に示した実施例１より、落差工または堰１１が高い場合にこの吸出し管２９を設ける。ランナ１３で仕事を終えた水は吸出し管２９で吸い出され落差工または堰１１の下流部に放流される。
【００４８】
ランナ１３内を通過してエネルギーを与えた後の水は、ランナ室２０の整流部２１を通過して、ランナ室２０の下部に設けられた吸出し管２９に導かれる。すなわち、ランナ室２０の出口は、ランナ径よりも狭い幅の整流部２１を有し、この整流部２１により、ランナ室出口幅が広い場合よりもランナ室出口流れの偏りを防ぎ整流することができる。そして、所定の広がり角、例えば１０°〜２０°程度の広がり角を有した吸出し管２９に導かれ、吸出し管２９の中での水流の剥離を防止する。
【００４９】
このように、吸出し管２９は下流に向かって流路断面積が拡大しているが、入口で整流していることにより剥離が抑えられ、出口での流速が低減され、廃棄損失となる運動エネルギーを減らすことができる。
【００５０】
以上の説明では、図２に示した実施例２に対し、吸出し管２９を設けた場合について説明したが、図１に示した実施例１に対し、吸出し管２９を設けるようにしてもよい。
【００５１】
実施例３によれば、実施例１、２の効果に加え、落差工または堰１１が高い場合には、必要に応じて吸出し管２９を設けて実施例１の落差工または堰用水車設備を設置できるので適用範囲が広がる。
【００５２】
次に、図４は本発明の実施の形態に係わる落差工または堰用水車設備の実施例４を示す構成図である。この実施例４は、図３に示した実施例３に対し、仕切壁２３で形成された気相エリア２４内の気相の圧力が仕切壁より下部のエリアに対してどれだけ低下するかを調べるための水位計３０を設けたものである。図３と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００５３】
図４に示すように、水位計３０は透明管による水位計であり、仕切壁より上部の気相域と仕切壁より下部の液相域との間をつないで設けられている。水位計３０により計測される水位は、仕切壁よりも下部の圧力に対する仕切壁よりも上部の圧力の低下量を表している。なお、仕切壁よりも下部の圧力は、放水面からの高さと吸出し管効率によりほぼ決まり、流量やランナ回転数、落差が変わらないのであればほぼ一定となるため、気液混相流となる流水の密度に影響が出るほど大量に空気を供給しない限り、この点の圧力に対する空気供給量の影響は少ない。したがって空気量以外の運転条件を一定にした状態では、水位が高くなるほどランナ室内の圧力が大気圧に対しても低くなる。
【００５４】
空気供給配管２６のバルブ２５により空気供給量を調節することで、気相エリア２４の圧力を低くし、かつ空気相で満たされる状態にできる。気相エリア２４の圧力が低くなるほど水位計３０の水位が高くなるので、水位計３０の計測値を読み取ることで、気相エリア２４がどの程度低圧になっているかを判断することができる。
【００５５】
空気供給配管２６のバルブを絞りすぎると、気相エリア２４には水が満たされ、ランナ１３の主軸１４に流れが衝突して、エントレイメント効果も得られなくなり、内部の圧力は上昇するので、水位計３０の水位は低下する。従って、この水位計３０の水位の高さを目安にして、良好な状態になる空気量を空気供給配管２６のバルブ２５により調整することができる。
【００５６】
以上の説明では、図３に示した実施例３に対し、水位計３０を設けた場合について説明したが、図１に示した実施例１や図２に示した実施例２に対し、水位計３０を設けるようにしてもよい。
【００５７】
実施例４によれば、実施例１、２、３の効果に加え、水位計３０の水位の高さを目安にして、気相エリア２４の空気量を空気供給配管２６のバルブ２５により調整できるので、ランナ１３内に流れの主軸との衝突を防止するための気相が形成される状態を保ちながらランナ室２０内の圧力を限界近くまで下げる調整が可能となる。従って、ランナ室２０内の圧力をより下げることが可能となり、その分の吸出し効果を利用でき、水車設備の出力を増加させることができる。
【００５８】
次に、図５は本発明の実施の形態に係わる落差工または堰用水車設備の実施例５を示す構成図、図６は実施例５におけるスクリーン３１の平面図である。この実施例５は、図４に示した実施例４に対し、取水口１６に、落差工または堰１１を流れる水の方向に沿ってランナ１３のランナ翼１５間の流路の間隔よりも狭いピッチで棒状部材を並べて形成したスクリーン３１を設けたものである。図４と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００５９】
図６に示すように、スクリーン３１は、落差工または堰１１の垂直壁面１２の上端から続く案内板１８と、案内板１８とともにノズル１７を形成する案内壁１９との間に複数個の棒状部材３２を橋絡して形成されている。複数個の棒状部材３２は水流の方向に沿って平行に配置して設けられ、その棒状部材３２間の間隔ｄはランナ翼１５の成す流路幅の最小間隔よりも狭い間隔で並べられている。
【００６０】
図５において、このスクリーン３１は、取水口１６に設けられる。その場合、棒状部材３２が落差工または堰１１を流れる水の方向に沿うように配置される。落差工または堰１１の上流部の矢印ａの水流は、取水口１６によりランナ１３に取り込まれる矢印ａ１の水流と、取水口１６を通り超えて直接的に落差工または堰１１の下流部に流れる矢印ａ２の水流とに分かれる。矢印ａの水流とともに落ち葉などの異物が流れてきたとき、棒状部材３２間の間隔ｄはランナ翼１５の間隔よりも狭い間隔で並べられているので、スクリーン３１により、ランナ翼１５から成る流路幅の間隔よりも大きな石や木の枝、落ち葉などの異物がランナ１３に流れ込むことを防止する。従って、これらの異物はスクリーン３１の上部に取り残されることになる。
【００６１】
また、スクリーン３１の棒状部材３２は水流の方向に並べられているので、水路または河川からの矢印ａ２の水流が下流に流れることを阻害することがなく、スクリーン３１の上部に取り残された石や木の枝などの異物は、取水口１６を通り超えて直接的に落差工または堰１１の下流側に流れる矢印ａ３の水流により落差工または堰１１の下流側に流し落とされる。
【００６２】
ここで、棒状部材３２は、角柱棒状部材及び円柱棒状部材のいずれでもよいが、石や木の枝などの異物と接する面が平面である角柱棒状部材が望ましい。これは、異物と接する面が平面である場合には、異物を円滑に下流に流すことができるからである。また、五角以上の多角柱棒状部材よりは、四角柱棒状部材や三角柱棒状部材が望ましい。
【００６３】
これは、四角柱棒状部材や三角柱棒状部材の場合には、その一平面を上面として配置したときは、その一平面に接する隣りの平面が隣の部材と構成する流路は、平行流路か広がり流路となるため、異物はこの流路へ入り込まないか通過するかのいずれかになり、流路の途中に引っかかる確立は低くなるからである。
【００６４】
以上の説明では、図４に示した実施例４に対し、スクリーン３１を設けた場合について説明したが、図１に示した実施例１、図２に示した実施例２、図３に示した実施例３に対し、スクリーン３１を設けるようにしてもよい。
【００６５】
この実施例５によれば、実施例１、２、３、４の効果に加え、水路または河川からの水の流れを阻害することなく石や木の枝などの異物がランナ翼１５の間の流路に侵入することを防止できる。従って、ランナ１３内に異物が流入することがなく、貫流水車の効率低下や機器故障などの不具合を防止できる。
【符号の説明】
【００６６】
１１…落差工または堰、１２…垂直壁面、１３…ランナ、１４…主軸、１５…ランナ翼、１６…ノズル、１７…取水口、１８…案内板、１９…案内壁、２０…ランナ室、２１…整流部、２２…放水面、２３…仕切壁、２４…気相エリア、２５…バルブ、２６…空気供給配管、２７…ランナ室内水面、２８…自由表面、２９…吸出し管、３０…水位計、３１…スクリーン、３２…棒状部材
【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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