(57)【要約】【課題】電気設備がない無電源方式で河川の流量および水位の変化に対応して所定の取水量を得ることができる無電源式ゲート制御装置を提供する。【解決手段】無電源式のゲート制御装置１０は、水路８の水位の上下変動を検出する水路８の水位検出手段２０と、取水口ゲートの開閉動力を発生させるための水車３０と、水路８内を流れる水を導いて水車３０を回転させる導水手段４０と、水流切替手段５０と、水車３０により発生した動力を取水口ゲートへ伝達する動力伝達手段７０とを備えている。水流切替手段５０は、水位検出手段２０の検出水位が上がる場合には取水口ゲートの開度が小さくなるように水車３０の回転方向を制御するように、導水手段４０からの水流の方向を変え、検出水位が下がる場合には取水口ゲートの開度が大きくなるように水車３０の回転方向を制御するように、導水手段４０からの水流の方向を変える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
取水口ゲートを経て水路へ取水する取水量を所定値に保つため、前記水路の水位の変動に応じて前記取水口ゲートの開度を制御する無電源式ゲート制御装置であって、
前記水路の水位の上下変動を検出する前記水路の水位検出手段と、
前記取水口ゲートの開閉動力を発生させるための水車と、
前記水路内を流れる水を導いて前記水車を回転させる導水手段と、
水流切替手段と、
前記水車により発生した動力を前記取水口ゲートへ伝達する動力伝達手段と、
を備え、
前記水流切替手段は、前記水路の水位検出手段の検出水位が上がる場合には前記取水口ゲートの開度が小さくなるように前記水車の回転方向を制御するように、前記導水手段からの水流の方向を変え、前記検出水位が下がる場合には前記取水口ゲートの開度が大きくなるように前記水車の回転方向を制御するように、前記導水手段からの水流の方向を変えることを特徴とする無電源式ゲート制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の無電源式ゲート制御装置であって、
前記水路の水位検出手段は前記水路から導いた水を貯める水槽と、この水槽内の水面に浮かぶフロートを備え、前記フロートが前記水位検出手段の検出水位を示すことを特徴とする無電源式ゲート制御装置。
【請求項３】
請求項２記載の無電源式ゲート制御装置であって、
前記水流切替手段は前記フロートの上下動に従って横方向に移動する第１容器を備え、
前記容器の底には水が落下する孔が形成され、
前記横方向は前記水車の回転軸と直交する方向であり、
前記第１容器は前記導水手段から導かれた水を受けて、前記孔から前記水を落下させ、
前記フロートの上下動に従って前記第１容器の孔から落下する水の位置を前記横方向に移動させて、前記落下する水により前記水車を回転させることを特徴とする無電源式ゲート制御装置。
【請求項４】
請求項３記載の無電源式ゲート制御装置であって、
前記第１容器と前記水車との間に第２容器が配置され、
前記第２容器は前記第１容器の孔から落下した水を受け、
前記第２容器の底には第１孔および第２孔が形成され、
前記第１孔と第２孔は前記水車の回転軸を通る鉛直面に関して互いに反対の側に形成され、
前記第１孔および第２孔から落下する水が前記水車を回転させることを特徴とする無電源式ゲート制御装置。
【請求項５】
請求項３または４記載の無電源式ゲート制御装置であって、
前記水路の水位検出手段の検出水位が前記水路の最大取水量に対応するときは、
前記第１容器の孔から落下する水が前記水車の動力とならないようにすることを特徴とする無電源式ゲート制御装置。
【請求項６】
請求項５記載の無電源式ゲート制御装置であって、
前記前記第１容器の孔から落下する水を受けて水車の外部に導く樋が設けられていることを特徴とする無電源式ゲート制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、発電や灌漑などのため河川などから取水している施設の取水量を制御する箇所に使用する無電源式ゲート制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の取水方法には、取水口ゲートの開度を一定に固定するもの、ソフトウエアを組み込んだゲートの自動制御によるものがある。
また、無電源式ゲートも公開されている（例えば特許文献１参照）。この場合、河川の高水位側に配置されたフロートの浮力による第１ロッドの上下移動を、減速機構を備えた変換装置により第２ロッドの上下移動に変換して、その第２ロッドでゲートの開度調整を行っている。
【特許文献１】特開２００４−３５３１９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上述の従来例では、河川の流量もしくは水位の変化に対して、河川からの取水量が変動し、取水した水を流す水路の水位計が示す水位と取水口ゲートの開度との関係が一義的に定まるものではないので、河川の流量もしくは水位が変化しても取水量を所定の値に保つには、現場での取水ゲートの操作が必要になる。
また、取水口ゲートにおいて自動制御装置の導入、開閉装置の電動化、電源工事等のシステム構築などをする場合には、そのための投資が大きいので、小規模ゲートでは投資額に見合った効果が得られにくいという問題があった。
そこで、本願発明の課題は、上述の従来例の問題点を解決し、電気設備がない無電源方式で河川の流量および水位の変化に対応して所定の取水量を得ることができる無電源式ゲート制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、取水口ゲートを経て水路へ取水する取水量を所定値に保つため、前記水路の水位の変動に応じて前記取水口ゲートの開度を制御する無電源式ゲート制御装置であって、前記水路の水位の上下変動を検出する前記水路の水位検出手段と、前記取水口ゲートの開閉動力を発生させるための水車と、前記水路内を流れる水を導いて前記水車を回転させる導水手段と、水流切替手段と、前記水車により発生した動力を前記取水口ゲートへ伝達する動力伝達手段と、を備え、前記水流切替手段は、前記水路の水位検出手段の検出水位が上がる場合には前記取水口ゲートの開度が小さくなるように前記水車の回転方向を制御するように、前記導水手段からの水流の方向を変え、前記検出水位が下がる場合には前記取水口ゲートの開度が大きくなるように前記水車の回転方向を制御するように、前記導水手段からの水流の方向を変えることを特徴とする無電源式ゲート制御装置である。
請求項１記載の発明により、導水手段が水路から水を導いて水車を回転させ、水位検出手段が水路の水位の上下変動を検出し、水流切替手段が前記水位が上がる場合には前記取水口ゲートの開度が小さくなるように前記水車の回転方向を制御するように、前記導水手段からの水流の方向を変え、前記検出水位が下がる場合には前記取水口ゲートの開度が大きくなるように前記水車の回転方向を制御するように、前記導水手段からの水流の方向を変えるので、水車は水流切替手段に制御されて回転し、水車の回転動力は動力伝達手段により伝達されて前記取水口ゲートの開閉動力となる。このため、取水口ゲートから水路への取水量を所定値に保つことができる。
【０００５】
さらに、請求項２記載の発明は、請求項１記載の無電源式ゲート制御装置であって、前記水路の水位検出手段は前記水路から導いた水を貯める水槽と、この水槽内の水面に浮かぶフロートを備え、前記フロートが前記水位検出手段の検出水位を示すことを特徴とする無電源式ゲート制御装置である。
請求項２記載の発明により、水路の水位検出手段は前記水路から導いた水を貯める水槽内の水面に浮かぶフロートにより水路の水位を検出することができる。
【０００６】
さらに、請求項３記載の発明は、請求項２記載の無電源式ゲート制御装置であって、前記水流切替手段は前記フロートの上下動に従って横方向に移動する第１容器を備え、前記第１容器の底には水が落下する孔が形成され、前記横方向は前記水車の回転軸と直交する方向であり、前記第１容器は前記導水手段から導かれた水を受けて、前記孔から前記水を落下させ、前記フロートの上下動に従って前記第１容器の孔から落下する水の位置を前記横方向に移動させて、前記落下する水により前記水車を回転させることを特徴とする無電源式ゲート制御装置である。
請求項３記載の発明により、水流切替手段の第１容器は前記フロートの上下動に従って前記水車の回転軸と直交する横方向に移動し、前記導水手段から導かれた水が第１容器の底の孔から落下し、この落下する水が前記横方向に移動するので、この落下する水により回転させられる水車の回転方向を制御することができる。
【０００７】
さらに、請求項４記載の発明は、請求項３記載の無電源式ゲート制御装置であって、前記第１容器と前記水車との間に第２容器が配置され、前記第２容器は前記第１容器の孔から落下した水を受け、前記第２容器の底には第１孔および第２孔が形成され、前記第１孔と第２孔は前記水車の回転軸を通る鉛直面に関して互いに反対の側に形成され、前記第１孔および第２孔から落下する水が前記水車を回転させることを特徴とする無電源式ゲート制御装置である。
請求項４記載の発明により、前記第１容器と前記水車との間に配置された第２容器は前記第１容器の孔から落下した水を受け、前記第２容器の底の前記水車の回転軸を通る鉛直面に関して互いに反対の側に形成された第１孔および第２孔から落下する水により水車を回転させるので、第１孔から落下する水による水車の回転方向と第２孔から落下する水による水車の回転方向は互いに反対方向になる。
【０００８】
さらに、請求項５記載の発明は、請求項３または４記載の無電源式ゲート制御装置であって、前記水路の水位検出手段の検出水位が前記水路の最大取水量に対応するときは、前記第１容器の孔から落下する水が前記水車の動力とならないようにすることを特徴とする無電源式ゲート制御装置である。
請求項５記載の発明により、前記水路の水位検出手段の検出水位が前記水路の最大取水量に対応するときは、水車の回転を止めることができる。
【０００９】
さらに、請求項６記載の発明は、請求項５記載の無電源式ゲート制御装置であって、
前記前記第１容器の孔から落下する水を受けて水車の外部に導く樋が設けられていることを特徴とする無電源式ゲート制御装置である。
請求項６記載の発明により、前記第１容器の孔から落下する水を受けて水車の外部に導く樋により水車の回転を止めることができる。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載の発明に係る無電源式ゲート制御装置によれば、電気設備がない無電源方式で河川の流量および水位の変化に対応して所定の取水量を得ることができる。
さらに、請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の効果とともに、水路の水位を容易に検出することができる。
さらに、請求項３記載の発明によれば、請求項２記載の発明の効果とともに、水路の水位による水車の回転方向の制御が容易になる。
さらに、請求項４記載の発明によれば、請求項３記載の発明の効果とともに、水車の回転方向を反対にすることが容易になる。
さらに、請求項５記載の発明によれば、請求項３または４記載の発明の効果とともに、水路への最大取水量を決めることができる。
さらに、請求項６記載の発明によれば、請求項５記載の発明の効果とともに、水路への最大取水量を容易に決めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明における実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態に係る無電源式ゲート制御装置の概略の平面を示し、図２は図１のＡ−Ａ断面を示し、図３は図１の主要部の正面を示し、図４は図１の主要部の右側面を一部破断して示し、図５は図１の無電源式ゲート制御装置により制御される取水口ゲートを示す。
【００１２】
図１に示す無電源式ゲート制御装置１０は、図５に示す河川１の取水口２のゲート３を経て水路８へ取水する取水量を所定値に保つため、水路８の水位の変動に応じてゲート３の開度を制御する装置である。
図１に示すように、無電源式ゲート制御装置１０は、水路８の水位の上下変動を検出する水路の水位検出手段２０と、ゲート３（図５参照）の開閉動力を発生させるための水車３０と、水路８内を流れる水を導いて水車３０を回転させる導水手段４０と、水流切替手段５０と、水車３０により発生した動力をゲート３へ伝達する動力伝達手段７０とを備えている。
【００１３】
具体的には、無電源式ゲート制御装置１０の枠体１１には、水位検出手段２０、水車３０および水流切替手段５０が取り付けられている。なお、図３に示すように、枠体１１は第１側板１２および第２側板１３を備えている。
【００１４】
図１に示すように、水路８の水位検出手段２０は水路８から導水ホース２２を経由して導いた水を貯める水槽２１と、この水槽２１内の水面に浮かぶフロート２３を備えている。そして、図４に示すように、フロート２３が水位検出手段２０が検出した水位２６を示す。この水位２６は水路８（図１参照）の水位と同じである。なお、水槽２１内には上側ストッパ２４と下側ストッパ２５が配設され、両ストッパ２４、２５の間にフロート２３が配置されている。
【００１５】
また、図１に示すように、水車３０は回転軸３１を備え、回転軸３１は横軸（図３参照）である。そして、回転軸３１に羽根３２が取り付けられている。羽根３２に水が落下すると、羽根３２が回転し、第１プーリー７１が回転する。
【００１６】
また、図１および図２に示すように、導水手段４０は、第１導水管４１、水槽４３および第２導水管４４を備えている。図５に示すように、第１導水管４１はその吸水口４１ａが水路８内のゲート３近傍の位置から吸水し、図２の水槽４３に導く。ここで、吸水口４１ａは、第１導水管４１に水路８内の水を導水する際のゴミ詰まりを低減するために、第１導水管４１の側面側に設けてある。
そして、図１に示すように、水槽４３に溜まった水は第２導水管４４により水車３０に導かれる。このように、第１導水管４１と第２導水管４４を設け、その双方を水槽４３でつなぐようにしている理由は、水車３０への落差確保のため各導水管４１、４４を極力直線的に配置したほうが有利であるためと、第１導水管４１に侵入する砂の沈砂升として作用させるためである。
なお、第１導水管４１には三方弁４２が付設されている。三方弁４２は第１導水管４１内の水を水路８に戻す状態と、第１導水管４１内の水を水槽４３に導く状態を切り替えることができる。ここで、矢印９は水の流れる方向を示している。
【００１７】
図１に示す水流切替手段５０は、水路８の水位検出手段２０の検出水位が上がる場合にはゲート３（図５参照）の開度が小さくなるように水車３０の回転方向を制御するように、導水手段４０からの水流の方向を変え、前記検出水位が下がる場合にはゲート３の開度が大きくなるように水車３０の回転方向を制御するように、導水手段４０からの水流の方向を変える。
【００１８】
図４に示すように、水流切替手段５０はフロート２３の上下動に従って横方向に移動する第１容器５３を備え、第１容器５３の底には水が落下するスリット状の孔５３ａ（図１参照）が形成され、前記横方向は水車３０の回転軸３１と直交する方向であり、第１容器５３は導水手段４０から導かれた水を受けて、孔５３ａから前記水を落下させ、フロート２３の上下動に従って第１容器５３の孔５３ａから落下する水の位置を前記横方向に移動させて、前記落下する水により水車３０を回転させる。
【００１９】
具体的には、第１ロープ５１が水位検出手段２０のフロート２３と第１容器５３の一端とを連結し、第２ロープ５４が第１容器５３の他端と錘５６（図３参照）を連結している。なお、錘５６の重量はフロート２３の重量・浮力とのバランスにより設定され、フロート２３の上下方向の位置により第１容器５３の前記横方向の位置が決まるように設定されている。また、第１ロープ５１は複数のローラ５２により方向を変えられている。また、第２ロープ５４は枠体１１の孔５５を挿通することにより方向が変えられている。
また、図１に示すように、第１容器５３の両側には第１張出部５３ｂおよび第２張出部５３ｃが形成され、各張出部５３ｂ、５３ｃには第１容器５３を支える合計４個の車輪５３ｄが付設されている。そして、図４に示すように、各車輪５３ｄは枠体１１の横桟１４上を回転する。
【００２０】
図４に示すように、第１容器５３と水車３０との間に第２容器５７が配置され、第２容器５７は第１容器５３の孔５３ａから落下した水を受ける。そして、第２容器５７の底には第１孔５７ａおよび第２孔５７ｂが形成され、第１孔５７ａと第２孔５７ｂは回転軸３１を通る鉛直面に関して互いに反対の側に形成され、第１孔５７ａおよび第２孔５７ｂから落下する水が水車３０を回転させる。
なお、第２容器５７には第１仕切５７ｃおよび第２仕切５７ｄが設けられている。そして、第２容器５７内の第１仕切５７ｃより第２容器５７の一端側部分には第１孔５７ａが形成され、第２容器５７内の第２仕切５７ｄより第２容器５７の他端側部分には第２孔５７ｂが形成されている。
【００２１】
なお、水路８の水位検出手段２０の検出水位が水路８の最大取水量に対応するときは、第１容器５３の孔５３ａから落下する水が水車３０の動力とならないようにする。
具体的には、第１容器５３の孔５３ａから落下する水を受けて水車３０の外部に導く樋６０（図１参照）が設けられている。なお、樋６０は、第２容器５７内の第１仕切５７ｃと第２仕切５７ｄの間の部分に接続されている。
また、水位検出手段２０の検出水位２６が水路８の最大取水量に相当する水位より低い場合には、図４の第１容器５３が図示右方に移動し、第１容器５３の孔５３ａから落下する水は第２容器５７の第１仕切５７ｃより図示右側部分で受けられ、第1孔５７ａから落下し、ゲート３の開度を大きくする方向に水車３０を回転させる。
一方、水位検出手段２０の検出水位２６が水路８の最大取水量に相当する水位より高い場合には、図４の第１容器５３が錘５６に引かれて図示左方に移動し、第１容器５３の孔５３ａから落下する水は第２容器５７の第２仕切５７ｄより図示左側部分で受けられ、第２孔５７ｂから落下し、ゲート３の開度を小さくする方向に水車３０を回転させる。
【００２２】
また、図１に示す動力伝達手段７０は、水車３０の回転軸３１の端に取り付けられた第１プーリー７１と、図５のゲート３を開閉する開閉装置４の第２プーリー７２と、両プーリー７１、７２間に掛けられたロープ７３を備えている。そして、水車３０の回転により第１プーリー７１が回転すると、第２プーリー７２が回転する。第２プーリー７２を回転させてゲート３の開度を変えることができる。
なお、図５に示す開閉装置４の縦軸５はねじ状であり、縦軸５の下端はゲート３の上端に連結されている。そして、第２プーリー７２の回転により縦軸５が下方に移動すると、ゲート３が下方に移動し、ゲート３の開度が小さくなり、第２プーリー７２の回転により縦軸５が上方に移動すると、ゲート３が上方に移動し、ゲート３の開度が大きくなる。
【００２３】
以上の構成の無電源式ゲート制御装置１０は以下の動作をする。
導水手段４０が水路８から水を導いて水車３０を回転させ、水位検出手段２０が水路８の水位の上下変動を検出し、水流切替手段５０が前記水位が上がる場合にはゲート３の開度が小さくなるように水車３０の回転方向を制御するように、導水手段４０からの水流の方向を変え、前記検出水位が下がる場合にはゲート３の開度が大きくなるように水車３０の回転方向を制御するように、導水手段４０からの水流の方向を変えるので、水車３０は水流切替手段５０に制御されて回転し、水車３０の回転動力は動力伝達手段７０により伝達されてゲート３の開閉動力となる。このため、取水口２のゲート３から水路８への取水量を所定値に保つことができる。
【００２４】
さらに、水路８の水位検出手段２０は水路８から導いた水を貯める水槽２１内の水面に浮かぶフロート２３により水路８の水位を検出することができる。
さらに、水流切替手段５０の第１容器５３はフロート２３の上下動に従って水車３０の回転軸３１と直交する横方向に移動し、導水手段４０から導かれた水が第１容器５３の底の孔５３ａから落下し、この落下する水が前記横方向に移動するので、この落下する水の位置が回転軸３１を通る鉛直面に関してどちらの側になるかにより回転させられる水車３０の回転方向を制御することができる。
【００２５】
さらに、第２容器５７は第１容器５３の孔５３ａから落下した水を受け、第２容器５７の底の回転軸３１を通る鉛直面に関して互いに反対の側に形成された第１孔５７ａおよび第２孔５７ｂから落下する水により水車３０を回転させるので、第１孔５７ａから落下する水による水車３０の回転方向と第２孔５７ｂから落下する水による水車３０の回転方向は互いに反対方向になる。
【００２６】
さらに、水路３０の水位検出手段２０の検出水位が水路８の最大取水量に対応するときは、水車３０の回転を止めることができる。
具体的には、第１容器５３の孔５３ａから落下する水を受けて水車３０の外部に導く樋６０により水車３０の回転を止めることができる。
【００２７】
このため、本発明の無電源式ゲート制御装置１０は、僅かな水量の水の流れによる運動エネルギーを動力源としているので、電源設備がない山間地でも設置可能である。
また、河川の流量（水位）の変化に追従して取水口２のゲート３の開度が変わるため、過取水や取水不足を発生させない。これは、河川１の流量（水位）の変化に伴う、水路８の水位の変化（取水量の過不足）をフロート２３で検出し、水車３０の回転方向を正転又は反転に切り替え、常に取水量の過不足を解消する方向にゲート３が自動的に開閉するためである。
また、本発明の無電源式ゲート制御装置１０は、その全体の構造が簡易でかつ安価であるにもかかわらず、ソフトウエアを組み込んだ従来の自動制御装置と同等の取水の過不足を発生させない機能を有している。
【００２８】
なお、上記実施の形態において、動力伝達手段７０として第１および第２プーリー７１、７２とロープ７３を使用しているが、これに限定されず、たとえば、歯車と歯車にかみ合うチェーンとの組み合わせ等を使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態に係る無電源式ゲート制御装置の概略の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面を示す断面図である。
【図３】図１の主要部の正面図である。
【図４】図１の主要部の右側面を一部破断して示す右側面図である。
【図５】図１の無電源式ゲート制御装置により制御される取水口ゲートを示す説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  河川
２  取水口
３  ゲート
８  水路
１０  無電源式ゲート制御装置
２０  水位検出手段
２１  水槽
２３  フロート
２６  水位
３０  水車
４０  導水手段
５０  水流切替手段
５３  第１容器
５３ａ  孔
５７  第２容器
５７ａ  第１孔
５７ｂ  第２孔
６０  樋
７０  動力伝達手段
【図１】
2008133653.tif 000003
【図２】
2008133653.tif 000004
【図３】
2008133653.tif 000005
【図４】
2008133653.tif 000006
【図５】
2008133653.tif 000007