(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水面下にて鉛直方向に延設され、その頂部に取水口が開口された取水管と、
該取水管の頂部に一部が水面から突き出るように取り付けられ、水を整流して前記取水口に導く整水盤と、
該整水盤を吊り上げる吊上手段と、
前記整水盤の内部に設けられたヒーターを備え、
該ヒーターが、前記整水盤の側壁を構成する被加熱板と、該被加熱板の内面に沿って設けられた管体と、該管体に挿通された絶縁電線と、該絶縁電線に接続された交流電源とを備え、該交流電源により前記絶縁電線に交流電流を通電することで前記管体に誘導電流を生じさせて、前記管体を発熱するものであり、
前記管体が、前記整水盤の側壁の内周面に沿って環状に上下多段に或いは螺旋状に配置されて内周面に固定されており、前記整水盤の側壁を補強するフレームを兼用し、
前記整水盤が、中空で内部に水が浸入しない水密構造である、ことを特徴とする取水ゲートの凍結防止装置。
【請求項２】
前記管体が、前記絶縁電線を挿通するために一部が切り欠かれた環状に形成され、
かかる管体が、前記整水盤の側壁の内周面に、上下多段に切り欠き位置が周方向に異なるように配設された、ことを特徴とする請求項１に記載の取水ゲートの凍結防止装置。
【請求項３】
前記取水管が、スライド可能に重なり合った複数の取水管体を備え、これら取水管体の
スライドにより鉛直方向に伸縮するテレスコピック構造を有する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の取水ゲートの凍結防止装置。
【請求項４】
前記吊上手段が、水面の高さの変動に応じて、前記整水盤の側壁が水面に位置するように、前記整水盤の吊り上げ高さを制御する、ことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の取水ゲートの凍結防止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水面下にて鉛直方向に延設された取水管と、取水管の上方に水面から突き出るように設けられた整水盤とを備え、整水盤の周りの水が凍結することを防止した取水ゲートの凍結防止装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水道用水や農業用水等の水を貯留する取水ダムには、貯留された水を取り出すための取水ゲートが設けられている。取水ゲートとして、水面下にて鉛直方向（上下方向）に延設され頂部に取水口が開口された取水管と、取水管の上方に一部が水面から突き出るようにして設けられた整水盤とを備え、水面近傍の水（表層水）を整水盤で整流しつつ取水口から取り込むようにしたものが知られている（特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
かかる取水ゲートにおいては、冬季や厳冬期に、整水盤の周りの水が凍結すると、取水に支障を来す。そこで、従来、整水盤の下方のダム底に、空気を吹き出すエアーパイプを配設し、エアーパイプから吹き出された気泡がダム底から整水盤近傍の水面に浮上して水面で破裂するときの振動によって、整水盤の周りの水面が凍結することを防止していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−６８７２４号公報
【特許文献２】特開２００２−２７５８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、的確に整水盤周りの水面の凍結を防止するには、エアーパイプを整水盤の略真下のダム底に配設する必要がある。しかし、こうするとエアーパイプから整水盤近傍の水面に向けて浮上する気泡が、浮上の途中で、整水盤の下方に開口された取水口に吸い込まれる水流に巻き込まれ、水（取水）と共に取水口から吸い込まれてしまう可能性がある。吸い込まれた気泡は、エロージョン、キャビテーション等の原因となるおそれがある。
【０００６】
また、エアーパイプをダム底に配設するためには、空気の通路となる配管を地上からダムの提体の内部を通じてダム底まで敷設する必要があり、且つ空気を圧送するための送風機や圧縮機等も必要となる。このため、設備の複雑化を招き、コストアップが避けられない。
【０００７】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、取水口から気泡が吸い込まれることがなく、且つ設備を簡素化・小型化できる取水ゲートの凍結防止装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために創案された本発明に係る取水ゲートの凍結防止装置は、水面下にて鉛直方向に延設され、その頂部に取水口が開口された取水管と、取水管の頂部に一部が水面から突き出るように取り付けられ、水を整流して取水口に導く整水盤と、整水盤を吊り上げる吊上手段と、整水盤の内部に設けられたヒーターを備え、ヒーターが、整水盤の側壁を構成する被加熱板と、被加熱板の内面に沿って設けられた管体と、管体に挿通された絶縁電線と、絶縁電線に接続された交流電源とを備え、交流電源により絶縁電線に交流電流を通電することで管体に誘導電流を生じさせて、管体を発熱するものであり、管体が、整水盤の側壁の内周面に沿って環状に上下多段に或いは螺旋状に配置されて内周面に固定されており、整水盤の側壁を補強するフレームを兼用し、整水盤が、中空で内部に水が浸入しない水密構造である、ことを特徴とする。
【０００９】
管体が、絶縁電線を挿通するために一部が切り欠かれた環状に形成され、かかる管体が、整水盤の側壁の内周面に、上下多段に切り欠き位置が周方向に異なるように配設されていてもよい。
【００１０】
取水管が、スライド可能に重なり合った複数の取水管体を備え、これら取水管体のスライドにより鉛直方向に伸縮するテレスコピック構造を有していてもよい。
【００１１】
吊上手段が、水面の高さの変動に応じて、整水盤の側壁が水面に位置するように、整水盤の吊り上げ高さを制御してもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る取水ゲートの凍結防止装置によれば、整水盤に設けたヒーターによって整水盤を加熱することで、整水盤周りの水面の凍結を防止できる。よって、従来例のようにダム底に配設したエアーパイプから空気を吹き出す必要がなく、気泡が取水口に取り込まれることはない。
【００１３】
また、従来のエアーパイプ式のように、空気の通路となる配管を地上からダムの提体内部を通じてダム底まで敷設する必要が無く、且つ空気を圧送するための送風機や圧縮機等も不要となる。よって、設備を簡素化・小型化でき、コストダウンを推進できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る取水ゲートの凍結防止装置を示す部分破断側面図である。
【図２】（ａ）は図１の要部拡大断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】図２（ａ）のＹ−Ｙ線矢視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１６】
本発明の一実施形態に係る取水ゲートの凍結防止装置１を図１〜図３を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る凍結防止装置１が組み込まれた取水ゲート２及びダムの提体３を表す側面断面図、図２（ａ）は図１の要部拡大断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＸ−Ｘ線断面図、図３は図２（ａ）のＹ−Ｙ線矢視図である。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態に係る取水ゲート２の凍結防止装置１は、水面Ｗの下方において鉛直方向（上下方向）に延設された取水管４と、取水管４の上方に一部が水面Ｗから突き出るように設けられた整水盤（整流盤）５とを備え、水面Ｗ近傍の水（表層水）を整水盤５で整流しつつ取水管４の頂部に開口された取水口４１から取り込む取水ゲート４の整水盤５にヒーター６を設けることで、冬季や厳冬期等に整水盤５の周りの水面Ｗが凍結することを防止するようにしたものである。なお、図１にてＩは水面Ｗの氷である。
【００１８】
以下、本実施形態に係る取水ゲート２の凍結防止装置１を構成要素毎に説明する。
【００１９】
（取水管）
取水管４は、鉛直方向にスライド可能に重なり合った複数の取水管体４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ、４２ｅを備えており、これら取水管体４２ａ〜４２ｅのスライドによって上下方向に伸縮するテレスコピック構造を有している。なお、取水管体４２ａ〜４２ｅの段数は５段に限られないことは勿論である。各取水管体４２ａ〜４２ｅの上端及び下端には、段差状のストッパ４３が設けられており、各ストッパ４３同士が係合することで、取水管体４２ａ〜４２ｅ同士が抜け落ちないように構成されている。
【００２０】
最上段の取水管体４２ａの頂部には、ダムの水を取り込むための取水口４１が開口されている。取水口４１は、上方に向かうほど開口面積が大きくなるように、フレア状に形成されている。最下段の取水管体４２ｅの底部は、ダム底７に固定されており、その取水管体４２ｅの側部には、取水口４１から取り込まれた取水管４内の水を取り出すための排出管４４が設けられている。
【００２１】
取水管４は、上述したテレスコピック構造を有しているので、ダムの水面Ｗの高さが変動しても、その変動に応じて上下に伸縮することで、常に表層水を取水することができる。また、取水管４の長さを縮めることで、ダムの中層水又は底部近傍の水を取水することも可能となる。
（整水盤）
【００２２】
最上段の取水管体４２ａの頂部には、ロッド（吊りロッド）８を介して整水盤５が取り付けられている。整水盤５は、図２（ａ）、図２（ｂ）及び図３にも示すように、逆さ円錐状に形成された下部５１と、円柱状に形成された上部５２とを有し、中空で内部に水が進入しない水密構造となっている。下部５１の円錐状の部分は、取水口４１のフレア状の部分と共同することで、ダムの水面Ｗ近傍の水（表層水）を整流して取込口４１に導く。
【００２３】
図２（ａ）に示すように、吊りロッド８は、整水盤５と最上段の取水管体４２ａのフレア部分とを貫通して鉛直方向に延設され、上端８１が整水盤５の上部５２に固定され、下端８２が取水管体４２ａの側部に設けられた固定金具４５に固定されている。吊りロッド８は、図３に示すように、本実施形態では円柱状に形成された整水盤５の上部５２の周方向に９０度間隔を隔てて４本配設されているが、配設本数は何本でも構わない。
【００２４】
整水盤５は、吊上手段９によって吊り上げられている。吊上手段９は、整水盤５の上面に取り付けられたシーブ９１に巻き掛けられたロープ（ワイヤ）９２を巻き上げ下げすることで、整水盤５の吊り上げ高さを変更する。整水盤５の吊り上げ高さの変更に伴って、各取水管体４２ａ〜４２ｅが鉛直方向にスライドし、取水管４が伸縮する。ダムの水面Ｗの高さの変動に対応して表層水を取水する場合、吊上手段９によって、整水盤５の上部５２の側壁５３の略中央が水面Ｗに位置するように、整水盤５の吊り上げ高さを制御する。
【００２５】
（ヒーター）
整水盤５の内部には、ヒーター６が設けられている。ヒーター６は、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、整水盤５の上部５２の側壁５３を構成する被加熱板６１と、被加熱板６１の内面にその周方向に沿って設けられた管体６２と、管体６２に挿通された絶縁電線６３と、絶縁電線６３に接続された交流電源６４とを備えている。この構成によれば、交流電源６４により絶縁電線６３に交流電流を通電することで、管体６２に誘導電流が生じて管体６２が発熱し、その熱で被加熱板６１を加熱することができる。
【００２６】
被加熱板６１は、円筒状に形成されており、整水盤５の上部５２の側壁５３（ケーシング）を兼ねる。被加熱板６１の材質には、防錆を考慮してステンレスが用いられる。但し、ステンレスは非磁性体であり誘導電流が生じ難いため、誘導電流が生じ易い炭素鋼（ＳＳ４００等）を用いてもよい。被加熱板６１に炭素鋼を用いた場合には、水と接触する被加熱板６１の外周面に防錆用塗装が施される。なお、整水盤５は水密構造となっているため、整水盤５内のヒーター６の各構成部品が浸水することはない。
【００２７】
管体６２は、被加熱板６１の内周面に沿って略環状に配設されており、整水盤５の側壁５３を補強するフレームを兼ねる。本実施形態では、管体６２は、上下に３段重ねられているが、段数は限定されず１段、２段や４段以上でも構わない。管体６２の材質には、誘導電流が生じ易い材質として、磁性体（ＳＧＰ、ＳＴＫ、ＳＴＫＮ等の炭素鋼の他、コバルト、ニッケル等）が用いられている。本実施形態では、管体６２に鋼管（ＳＧＰ管：配管用炭素鋼管）を用いている。
【００２８】
ところで、管体６２は、絶縁電線６３を挿通するために一部が切り欠かれた略環状に形成されており、その切れ込み位置に相当する部分では、被加熱板６１を加熱することはできない。よって、管体６２を上下に複数段重ねる場合には、上下の管体６２で切れ込み位置の部分を周方向に異ならせ、発熱しない部分が周方向の特定位置に集中しないようにしている。なお、１本の管体６２を円筒状の被加熱板６１の内周面に沿って螺旋状に巻き上げるように配設してもよい。この場合、管体６２に切れ込みがないので、その内部に挿通された絶縁電線６３に交流電流を通電することで被加熱板６１を均等に加熱できる。
【００２９】
管体６２は溶接（仮止め溶接）によって被加熱板６１の内周面に取り付けられ、管体６２と被加熱板６１との隙間には、伝熱セメント（図示せず）が充填されている。伝熱セメントは、粉末状の炭素、セラミック、珪酸ソーダ、カルシウムシリケイト等から構成されており、管体６２と被加熱板６１とを繋ぐことで、誘導電流により発熱した管体６２の熱を効率よく被加熱板６１に伝導する。
【００３０】
管体６２には絶縁電線６３が挿通されており、絶縁電線６３には交流電源６４が接続されている。交流電源６４には、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの商用周波数の交流電源を用いてもよいが、これに限られるものではない。絶縁電線６３は、管体６２に挿通されているため、水分や鋭利な突起等から防護される。加えて、絶縁電線６３は、管体６２に引き抜き可能に挿通されており、数年から数十年毎に行われるメンテナンス時に、管体６２から引き抜かれる。
【００３１】
絶縁電線６３には、耐熱絶縁電線が用いられている。絶縁電線６３に交流電流を通電した際、管体６２が発熱するため、その熱によって絶縁電線６３が熱損傷することを回避する必要があるからである。なお、絶縁電線６３は、絶縁性を有しているため、交流電流を通電した際、その交流電流が絶縁電線６３から管体６２を介して被加熱板６１へ漏電することを防止できることは勿論である。
【００３２】
（作用・効果）
本発明に係る取水ゲート４の凍結防止装置１は、ダムの表層水を取水するために一部が水面Ｗから突き出されて取水口４１の真上に配置された整水盤５を利用し、この整水盤５にヒーター６を設けて構成されている。かかる凍結防止装置１によれば、ヒーター６によって整水盤５を加熱することで、整水盤５周りの水面Ｗの凍結を防止できる。よって、従来例のようにダム底７に配設したエアーパイプ（図示せず）から空気を吹き出す必要がなく、気泡が取水口４１に取り込まれることはない。
【００３３】
また、従来のエアーパイプ式のように、空気の通路となる配管（図示せず）を地上からダムの提体３の内部を通じてダム底７まで敷設する必要が無く、加えて空気を圧送するための送風機や圧縮機等（図示せず）も不要となる。よって、空気配送用の機器が不要となり、全体として電気系統のみの設備で足り、設備を簡素化・小型化できる。この結果、コストダウンを推進できる。
【００３４】
ヒーター６を構成する被加熱板６１は、整水盤５の側壁５３を兼用し、ヒーター６を構成する管体６２は、整水盤５を補強するフレームを兼用している。すなわち、ヒーター６は、整水盤５を加熱するのみならず、整水盤５の構造材及び補強材にもなっている。よって、ヒーター６が組み込まれた整水盤５を、低廉で堅牢な構造とすることができる。
【００３５】
また、絶縁電線６３を管体（鋼管）６２から引き抜くことでメンテナンスも容易にできる。但し、ヒーター６は、整水盤５の側壁５３を加熱できればどのような加熱方式でもよく、電気加熱式ヒーターであっても構わない。
【００３６】
以上、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した各実施形態に限定されないことは勿論であり、特許請求の範囲に記載された範疇における各種の変更例又は修正例についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、水面下にて上下方向に延設された取水管と、取水管の頂部に水面から突き出るように設けられた整水盤とを備え、整水盤の周りの水が凍結することを防止した取水ゲートの凍結防止装置に利用できる。
【符号の説明】
【００３８】
１  凍結防止装置
２  取水ゲート
３  提体
４  取水管
４１  取水口
４２ａ〜４２ｅ  取水管体
５  整水盤
５３  側壁
６  ヒーター
６１  被加熱板
６２  管体
６３  絶縁電線
６４  交流電源
９  吊上手段
９１  シーブ
９２  ロープ
Ｗ  水面
Ｉ  氷
【図１】
0005710409.tif 000002
【図２】
0005710409.tif 000003
【図３】
0005710409.tif 000004