(57)【要約】【課題】流れる過程で自由落下を生じるような流路を流れる液体に、その流量の変動にかかわらず空気が混入することを抑制可能な空気混入抑制装置を簡易な構成で提供する。【解決手段】空気混入抑制装置１０は、水平方向に延長する渓流取水路３０から、垂直下方向に延長する立坑４０内の水面４２までの間に、渓流取水路３０の端部３２から流出し垂直方向への流下を始める渓流水を水面４２まで誘導する樋を有し、樋は、渓流取水路３０の端部３２からの水流の流出方向に凸形状部１２を有し、樋の凸形状部１２が、樋内を流下する水流の重量に応じて凸形状を解消する方向に撓むものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略水平な水平路と、当該水平路端部に垂直下方に接続された垂直路とからなる流路における液体流への空気混入を抑制する装置であって、
前記水平路の端部から前記垂直路における液面までの間に、前記水平路端部から流出し垂直方向への流下を始める前記液体流を前記液面まで誘導する樋を有し、
前記樋は、前記水平路端部からの液体流の流出方向に凸形状部を有し、
前記凸形状部は、樋内を流下する前記液体流の重量に応じて凸形状を解消する方向に撓むものである、
ことを特徴とする空気混入抑制装置。
【請求項２】
前記樋が、非自由落下での液体流誘導を行うものであることを特徴とする請求項１に記載の空気混入抑制装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水平方向から垂直方向に変化する流路内を流れる液体に、空気が混入することを抑制する空気混入抑制装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水力発電所では、発電用水車を回転させるための動力源である水を、渓流などの多くの水系から導水管を通じて集水している。
【０００３】
図４は、発電用水を渓流水源から本水路５０に集水するための水路２０の一例を示す断面図である。
【０００４】
図４に示すように、渓流から取水された水は、水平方向に延長する渓流取水路３０から、垂直下方向に延長する立坑４０内を通過して、本水路５０に集水される。このような集水過程では、水が渓流取水路３０の端部３２から立坑４０内に溜まる水面４２へと自由落下し、前記水面４２にて多量の空気が水中に混入して、混入された空気が水とともに本水路５０内に連行され、発電用水車へ移送されてしまうことがある。その結果、エアーハンマー現象によって発電用水車のランナを破損するおそれがあるばかりでなく、発電効率も低下させてしまうので、極力、発電用水車に導入する水には空気が混入されていないことが望ましい。
【０００５】
一方、従来より、このような垂直落差が生じるような流路で配管される配管中を流れる液体に対して空気混入を抑制する装置が開示されている（例えば、特許文献１）。
【０００６】
特許文献１に記載される空気混入抑制装置は、垂直落差が生じるような形状で配管される垂直管路の上部上流に越流堰を有する槽体を設け、垂直管路内に主分割流路と副分割流路とに分割する仕切部材と設置したものである。なお、この仕切り板は、その上端に、副分割流路へ流れ込む液体を槽内で一定の水深まで堰き止める堰部材を有し、主分割流路は、主分割流路内を流れる液体の流量が槽体の越流堰から越流する流量よりも少なくなるように流路断面積を有するように設定されている。これは、越流堰から越流する液体を垂直管路の主分割流路内で溜めることにより垂直落差をなくして空気混入を防止し、また仕切り板の堰部材を越流して副分割流路内に流れる液体の流量を少なくして空気混入量を低減するためのものである。
【特許文献１】特開平１１−１１８０８９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示される空気混入抑制装置では、空気混入のおそれがある垂直管路に対して、越流堰を有する槽体を設置する必要があるため、その設置が大掛かりなものなって、導入コストを要する。
【０００８】
また、例えば、槽体内の越流堰を越流する液体の流量が、減少する方に変動して主分割流路を流れる流量よりも少なくなる場合には、主分割流路内に液体が溜まらなくなって垂直落差が生じることになり、空気混入の抑制効果は低下する。一方、越流する液体の流量が増加する方に変動する場合には、仕切り板の堰部材を越流して副分割流路内に流れる液体の流量が増加することにより、堰部材から越流して副分割流路内に自由落下する液体流量も多くなるので、同様に空気混入の抑制効果は低下する。
【０００９】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、流れる過程で自由落下を生じるような流路を流れる液体に、その流量の変動にかかわらず空気が混入することを抑制可能な空気混入抑制装置を簡易な構成で提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するため、本発明は、略水平な水平路と、当該水平路端部に垂直下方に接続された垂直路とからなる流路における液体流への空気混入を抑制する装置であって、
前記水平路の端部から前記垂直路における液面までの間に、前記水平路端部から流出し垂直方向への流下を始める前記液体流を前記液面まで誘導する樋を有し、
前記樋は、前記水平路端部からの液体流の流出方向に凸形状部を有し、
前記凸形状部は、樋内を流下する前記液体流の重量に応じて凸形状を解消する方向に撓むものである、
ことを特徴とする（第１の発明)。
【００１１】
本発明による空気混入抑制装置によれば、空気混入の防止が必要な流路において、特許文献１に記載されるような槽体や越流堰などの大掛かりな設備を設ける必要がないので、導入コストを低減できる。
【００１２】
また、空気混入抑制装置内を通過する液体の流量が一定量以下である場合には、水平路の端部から垂直路における液面までの間に設けられる樋の形状が、水平路端部からの液体流の流出方向に凸形状部を有することにより、液体を、水平路からその流れを円滑に変更させながら垂直路内の液面まで誘導することができるので、液中への空気混入を抑制できる。
【００１３】
さらに、流量が多い場合でも、樋の凸形状部が、樋内を流下する液体流の重量に応じて凸形状を解消する方向に撓むことにより、樋内を流れる液体が垂直路内に溜まる液面に流入する角度が緩やかになるので、空気混入の抑制効果を向上させることができる。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明において、前記樋が、非自由落下での液体流誘導を行うものであることを特徴とする。
【００１５】
本発明による空気混入抑制装置によれば、樋内の液体を、水平路端部から垂直路の液面に到達するまでの間において樋から離間することなく誘導できるので、液中への空気混入を抑制できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、流れる過程で自由落下を生じるような流路を流れる液体に、その流量の変動にかかわらず空気が混入することを抑制可能な空気混入抑制装置を簡易な構成で提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面に基づき詳細に説明する。  
本実施形態の空気混入抑制装置は、例えば、渓流水を、水力発電用水車を回転させるための動力の一部として用いるために、本水路へと導水する水路に設置される。
【００１８】
図１は、本実施形態に係る空気混入抑制装置１０の、図４で示した水路２０への設置状況を示す立面図であり、図２は、空気混入抑制装置１０の長手方向を横切る断面形状を示す斜視図である。なお、下記に示す説明において、図４と同様の構成を用いたものと対応する部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【００１９】
図１に示すように、空気混入抑制装置１０は、渓流取水路３０の端部３２と立坑４０内の水面４２との間に設置される。
【００２０】
空気混入抑制装置１０は、長手方向を横切るような断面に、例えば、略Ｕ字型の形状を有する樋である（図２参照）。また長手方向には渓流取水路３０の端部３２からの水流の流出位置において凸形状部１２を有し、渓流水を、渓流取水路３０の端部３２から立坑４０内の水面４２まで、緩傾斜面から急傾斜面へと徐々に滑り落とすようにして誘導する。
【００２１】
また、空気混入抑制装置１０は、例えば、ゴム等の弾性材料で構成されており、樋内を流れる渓流水の重量に応じて撓むようになっている。
【００２２】
次に、渓流水の流量に応じて変形する空気混入抑制装置１０の形状について説明する。  
図３は、樋内を流れる渓流水の流量に応じた空気混入抑制装置１０の形状を示し、同図（ａ）はその流量が一定量以下のときの立面図、同図（ｂ）はその流量が一定量以上のときの立面図である。
【００２３】
図３（ａ）に示すように、樋内を流れる渓流水の流量が一定量以下である場合には、空気混入抑制装置１０の長手方向の形状は、図１で説明した凸形状部１２の形状を保持し、渓流水を渓流取水路３０の端部３２から立坑４０内の水面４２まで誘導する。
【００２４】
一方、図３（ｂ）に示すように、樋内を流れる渓流水の流量が一定量以上である場合には、空気混入抑制装置１０の長手方向の形状は、樋内を流れる渓流水の重量によって凸形状部１２の凸形状を解消するように下方へ撓む。これにより空気混入抑制装置１０内を流れる渓流水の立坑４０内の水面４２への流入角度が緩やかになる。
【００２５】
なお、図３（ａ）及び図３（ｂ）のいずれの場合においても、樋内を流れる渓流水は非自由落下での水流誘導を行うもの、すなわち、渓流水を樋から離間させることなく、樋をつたわせながら渓流取水路３０の端部３２から立坑４０内の水面４２へと誘導するように設計されている。
【００２６】
この設計に際しては、例えば、樋内を流れる水流の平均水量時と梅雨時など高水量時とでそれぞれ水流の単位重量（樋の単位底面積あたりにかかる重量）をまず求めておく。そして、平均水量時にはその際の単位重量に抗して前記凸形状部１２の自己形状を維持可能とする剛性と、高水量時にはその際の単位重量に抗わずに前記凸形状部１２を撓み変形させ、高水量時から平均水量時に遷移すると前記撓み変形から復帰して前記自己形状を再び維持する弾性とを算定し、ここで算定した剛性と弾性を具備する素材、形状、寸法を選定する。
【００２７】
また、前記平均水量時の自己形状（上述した凸形状部１２の形状）は、平均水量時の水流が前記端部３２から流出する角度に略合致した湾曲を樋底面が備えるよう設計する。また、前記撓み変形時の形状については、前記端部３２から流出しようとした高水量時の水流が、対向する立坑４０の内面にそのまま衝突しないよう流出方向を下方に変更し、更に、前記変更した流出方向の角度に略合致した湾曲を樋底面が備えるよう設計する。こうした形状設計を行うことで、樋内の水流が樋底面から離間せずに樋底面の形状に沿って前記水面４２まで流下することとなる。
【００２８】
以上説明したように、本実施形態による空気混入抑制装置１０は、水平方向に延長する渓流取水路３０から、垂直下方向に延長する立坑４０内の水面４２までの間に、渓流取水路３０の端部３２から流出し垂直方向への流下を始める渓流水を水面４２まで誘導する樋を有し、樋内を通過する渓流水の流量が一定量以下である場合には、前記凸形状部１２を保ちつつ、渓流水の流下角度を円滑に変更させながらの誘導を、渓流取水路３０から立坑４０内の水面４２まで実行することができ、水中への空気混入を抑制できる。
【００２９】
また、前記樋内を流れる渓流水の流量が多い場合でも、樋の凸形状部１２が、樋内を流下する水流の重量に応じて凸形状を解消する方向に撓むことにより、樋内を流れる渓流水が立坑４０内に溜まる水面４２に流入する角度が緩やかになるので、空気混入の抑制効果を向上させることができる。
【００３０】
また、本実施形態による空気混入抑制装置１０によれば、樋が非自由落下での水流誘導を行えるように設計されることにより、渓流水を、渓流取水路３０から立坑４０内の水面４２に到達するまでの間において樋から離間することなく誘導できるので、水への空気混入を抑制できる。
【００３１】
また、本実施形態による空気混入抑制装置１０によれば、上記説明した特許文献１に記載されるような槽体や越流堰などの大掛かりな設備を設ける必要がないので、導入コストを低減できる。
【００３２】
なお、本実施形態による空気混入抑制装置１０によれば、渓流水を、水力発電用水車を回転させるための動力の一部として用いるために、本水路５０へと導水する水路２０に設置するものとしたが、これに限ることなく、河川等に設置される堰のような、水が堰を越流して自由落下するような構造を有する所においても適用できる。
【００３３】
また、本実施形態による空気混入抑制装置１０によれば、空気混入を抑制する対象が水であったが、これに限らず、液体であればどのようなものにでも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本実施形態に係る空気混入抑制装置１０の水路２０への設置状況を示す立面図である。
【図２】空気混入抑制装置１０の長手方向を横切る断面形状を示す斜視図である。
【図３】樋内を流れる渓流水の流量による空気混入抑制装置１０の形状を示し、同図（ａ）はその流量が一定量以下のときの立面図、同図（ｂ）はその流量が一定量以上のときの立面図である。
【図４】発電用水を渓流水源から本水路５０に集水するための水路２０の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０  空気混入抑制装置
１２  凸形状部
２０  水路
３０  渓流取水路
３２  端部
４０  立坑
５０  本水路
【図２】
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【図１】
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【図３】
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【図４】
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