(57)【要約】【課題】  風等の外部環境の影響を受けることがなく、しかも微弱な空気の流れも確実に検知することが可能な空気流動検出装置を提供することを目的とする。【解決手段】  貯留された水Ｗを導く導水路６の途中に接続され大気と連通する空気管１１の空気通路１２に、導水路６内への水Ｗの導入または導水路６からの水Ｗの排出に伴う導水路６内の空気の流れによって回転する風車２０を設ける。空気管１１の空気通路１２内の風車２０が回転しているか否かを確認することによって、導水路６内の水Ｗの流れの有無を把握することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯留された水を導く導水路の途中に接続され大気と連通する空気管の空気通路に、空気の流れによって回転する風車を設けたことを特徴とする空気流動検出装置。
【請求項２】
同一軸上で回転する二つの前記風車を有し、一方の風車は大気が前記導水路内に吸入されるときのみ回転し、他方の風車は前記導水路内の空気が大気側に排出されるときのみ回転することを特徴とする請求項１に記載の空気流動検出装置。
【請求項３】
前記空気管は大気開放側が二つに分岐され、該分岐された各空気管の空気通路内にそれぞれ前記風車が設けられており、一方の風車は大気が前記導水路内に吸入されるときのみ回転し、他方の風車は前記導水路内の空気が大気側に排出されるときのみ回転することを特徴とする請求項１に記載の空気流動検出装置。
【請求項４】
前記風車は、回転速度の相違によって色彩が変化して見えるように構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の空気流動検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ダムに貯留された水を発電所に導く導水路に関し、特に導水路からの水の排出または導水路内への水の導入時に生じる導水路内の空気の流動を検出する空気流動検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水力発電においては、ダムに貯留された水は取水塔から取水され、地下に設けられた導水路を経由して発電所に導かれる。導水路内は、発電時には常時水が流れているが、定期点検等においては導水路内の水は排出される。導水路内からの水の排出または導水路内への水の導入は、導水路に設けられたゲートの操作により行われる。導水路内の点検時等には、導水路内の水の流れる状況等を把握する必要があり、水の流れる状況等は取水塔に設けられた空気管内の空気の流れを確認することにより行われている。この空気管は、下端が取水塔の直下に位置する導水路に接続されており、上端は取水塔上部の大気側に開口している。導水路内の水を排出させる際には、導水路内が負圧になるので空気管を介して導水路内に大気が流入し、導水路内へ水を導入する際には、導水路内の残存空気が圧縮されて空気管を介して大気側に放出される。導水路の点検作業時には、取水塔の空気管末端部に軽量物（はたき等）をかざし、空気管末端部の空気の流動による軽量物の動きから、導水管内の水の状況を把握していた。なお、水力発電における導水路内の空気を利用する技術として、下記の特許文献１が知られている。この特許文献１のシステムでは、導水路内に生じる圧縮空気を空気圧機器の駆動源として利用している。
【特許文献１】特開平２０００−２５７５４４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、導水路内の点検作業等において、空気管末端部にかざした軽量物の微妙な動きから導水路内の状況を把握することは、風等の影響や作業者の検知精度に差があるため、導水管内の状況を正確に把握することが難しいという問題があった。
【０００４】
そこでこの発明は、風等の外部環境の影響を受けることがなく、しかも微弱な空気の流れも確実に検知することが可能な空気流動検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、貯留された水を導く導水路の途中に接続され大気と連通する空気管の空気通路に、空気の流れによって回転する風車を設けたことを特徴とする空気流動検出装置である。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の空気流動検出装置において、同一軸上で回転する二つの前記風車を有し、一方の風車は大気が前記導水路内に吸入されるときのみ回転し、他方の風車は前記導水路内の空気が大気側に排出されるときのみ回転することを特徴としている。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の空気流動検出装置において、前記空気管は大気開放側が二つに分岐され、該分岐された各空気管の空気通路内にそれぞれ前記風車が設けられており、一方の風車は大気が前記導水路内に吸入されるときのみ回転し、他方の風車は前記導水路内の空気が大気側に排出されるときのみ回転することを特徴としている。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の空気流動検出装置において、前記風車は、回転速度の相違によって色彩が変化して見えるように構成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、空気管の空気通路内に空気の流れによって回転する風車を設けたので、風車が回転しているか否かを確認することによって、導水路内の水の流れの有無を把握することができる。また、風車は空気管の空気通路内に設けられているので、風車は外部の風等の影響を受けることがなく、微弱な空気の流れを検出することができる。さらに、空気管の空気の流れは風車の回転で確認するので、はたき等の軽量物の動きによる従来の確認方法に比べて、作業者の検知精度に差がなくなり、熟練した作業者でなくとも導水路内の状況を正確に把握することができる。
【００１０】
請求項２および３に記載の発明によれば、一方の風車は大気が導水路内に吸入されるときのみ回転し、他方の風車は導水路内の空気が大気側に排出されるときのみ回転するので、導水路内からの水の排出または導水路への水の導入のいずれかであるかを容易に確認することができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明によれば、風車は回転速度の相違によって色彩が変化して見えるように構成されているので、回転している風車の色彩から空気通路の空気の速度を推定することができ、この空気通路の空気の速度に基づき導水路を流れる水の速度等を把握することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
つぎに、この発明の実施の形態について、図面を用いて詳しく説明する。
【００１３】
（実施の形態１）
図１ないし図４は、本発明の実施の形態１を示している。図１において、符号１はダムに貯留された水Ｗを取水するための取水塔を示している。取水塔1は、ダムの湖底に位置する地盤１５に固定された基礎部２を有している。基礎部２には、上方向に延びる取水塔本体部３が固定されており、取水塔本体部３の上部は水面Ｗ１から突出している。取水塔本体部３における水面Ｗ１の近傍には、水Ｗを吸い込むための取水口５が設けられている。取水塔本体部３は、取水口５からの水Ｗが流入するように内部が空洞になっている。取水塔本体部３の底部には、水平方向に延びるコンクリート製のトンネル４が接続されている。トンネル４内には、ダムに貯留された水Ｗを発電所（図示略）に導く導水路６が形成されている。導水路６の上流端は、取水口５からの水Ｗが流入する取水塔本体部３内の空洞部に開口している。導水路６の開口部には、取水塔１からの水Ｗを遮断するための第一のゲート７が設けられている。
【００１４】
第一のゲート７は、図４に示すように四角形のゲート本体７aを有している。ゲート本体７aの上方には、水平方向に延びる吊上げフレーム７ｂが設けられている。吊上げフレーム７ｂの上面には、二つの滑車７ｃが左右方向に所定の間隔をもって取付けられている。吊上げフレーム７ｂの下面側の左右端部には、水平方向に突出する連結ピン７ｄが取付けられている。ゲート本体７aの上端面側の左右端部には、連結部材７eが取付けられている。連結ピン７ｄは、連結部材７eに形成された上下方向に延びる長穴（図示略）に挿通されており、連結ピン７ｄと連結部材７eは上下方向に係合可能となっている。吊上げフレーム７ｂの中央には、下方に延びるロッド７ｆが取付けられている。ゲート本体７aの下部近傍には、取水塔本体部３内に流入した水Ｗを導水路６に流出させるための排水ゲート７ｇが設けられている。排水ゲート７ｇの開口部には、ロッド７ｆの端部に取付けられた弁体（図示略）が位置している。排水ゲート７ｇは、ロッド７ｆの上下動に伴う弁体の移動により開閉可能となっている。各滑車７ｃには、上下方向に延びるワイヤーロープ８が掛けられており、吊上げフレーム７ｂは、ワイヤーロープ８によって吊り下げられている。取水塔本体部３の頂部に設けられた建屋９内には、巻き上げ装置１０が配置されている。ワイヤーロープ８は、巻き上げ装置１０のドラムに巻き付けられている。吊上げフレーム７ｂおよびゲート本体７aは、巻き上げ装置１０のドラムの回転により昇降可能となっている。
【００１５】
取水塔本体部３の内壁面側には、図３に示すように、金属部材からなり上下方向に延びる空気管１１が設けられている。空気管１１の下端は、導水路６内の第一のゲート７の近傍に開口している。空気管１１は、導水路６から建屋９内までは垂直に延びており、建屋９内で水平方向に屈曲している。空気管１１は、上端部が建屋９から屋外に突出しており、上端開口部は雨水等の浸入を防止するため下方に向けられている。空気管１１内には、導水路６内の圧力の変化により空気が流れる空気通路１２が形成されている。図１に示すように、導水路６における発電所の近くには、第二のゲート１４が設けられている。第二のゲート１４は、第一のゲート７と同様に導水路６を流れる水Ｗを遮断する機能を有している。
【００１６】
図２に示すように、建屋９内に位置する空気管１１の一部は、透明パイプ１１´から構成されている。空気管としての透明パイプ１１´内には、空気管１１内の空気の流れを検知するプロペラ形の風車２０が設けられている。風車２０は、二つの支持部材２１と、支持軸２２と、中空軸２３と、ブレード２４とを有している。各支持部材２１は、透明パイプ１１´の内壁面に固定されており、透明パイプ１１´の軸方向に所定の間隔をおいて配置されている。各支持部材２１は、透明パイプ１１´内を流れる空気に対して空気抵抗が小となる形状に形成されている。支持軸２２は、各支持部材２１の間に配置されており、両端部が各支持部材２１に固定されている。中空軸２３には支持軸２２が挿通されており、中空軸２３は支持軸２２に対して軸心周りに回転自在に支持されている。中空軸２３には、二枚のブレード２４が取付けられている。二枚のブレード２４は、透明パイプ１１´内を流れる空気によって中空軸２３を中心として回転するようになっている。二枚のブレード２４は、矢印Ａ２方向に空気が流れると図２の矢印方向にのみ回転し、空気が矢印Ａ２方向と逆方向に流れるときは、図２の回転方向に対して逆方向に回転するようになっている。ブレード２４は、透明パイプ１１´を流れる空気の速度によって回転速度が変化するようになっている。二枚のブレード２４には、特定色の塗装が施されており、回転速度の相違によってブレード２４の色彩が変化して見えるように構成されている。
【００１７】
つぎに、実施の形態１における作用について説明する。第一のゲート７および第二のゲート１４が開いている状態では、ダムに貯留された水Ｗは取水口５から取水塔本体部３の空洞部に流入し、導水路６の第一のゲート７および第二のゲート１４を経由して発電所に供給される。ここで、定期点検等のために導水路６内の水Ｗを排出させる場合は、第一のゲート７が閉じられ、第二のゲート１４は開いたままとされる。第一のゲート７を閉じる際には、ワイヤーロープ８が巻きつけられた巻き上げ装置１０のドラムが回転し、吊上げフレーム７ｂとゲート本体７aが共に下降する。ゲート本体７aの下降により、ゲート本体７aの下端が取水塔本体部３の底面に着地した状態では、導水路６の開口部はゲート本体７aによって塞がれる。ここで、ゲート本体７aは、連結ピン７ｄおよび連結部材７eを介して吊上げフレーム７ｂと連結されているので、ゲート本体７aが完全に下降した状態であっても排出ゲート７ｇはまだ弁体（図示略）によって塞がれておらず、この状態では取水塔本体部３内の水Ｗは排出ゲート７ｇを介して導水路６に流入している。連結ピン７ｄが挿通される連結部材７eの長穴（図示略）は上下方向に延びているので、ゲート本体７aが取水塔本体部３の底面に着地した後も、吊上げフレーム７ｂは更に下降し続ける。吊上げフレーム７ｂが完全に下降した状態では、排出ゲート７ｇはロッド７ｆの下端に取付けられた弁体（図示略）によって塞がれる。これにより、導水路６への水Ｗの流入は停止され、図１に示すように、導水路６内に残留する水Ｗは矢印Ｆ１方向に流れ、第二のゲート１４を介して発電所側に排出される。
【００１８】
導水路６内に残存した水Ｗが発電所側に向かって流れる際は、導水路６内は水Ｗの排出に伴って圧力が大気圧よりも低くなり、大気が空気管１１の空気通路１２を介して導水路６内に導かれる。すなわち、導水路６内は水Ｗの排出によって負圧になるので、空気管１１の上端部から空気が吸入され、この空気は導水路６内に流入する。図１および図２の矢印Ａ２は、空気が導水路６に流入する際の空気通路１２における空気の流れ方向を示している。空気が矢印Ａ２方向に流れると、図２に示すように風車２０のブレード２４が矢印方向に回転し始める。支持部材２１は、空気抵抗が小となる形状になっているので、わずかな空気の流れであってもブレード２４は回転し、微弱な空気の流れを検知することが可能となる。また、ブレード２４には特定色の塗装が施されており、ブレード２４の回転速度の変化によって色が変化するので、空気通路１２を流れる空気の速度を推測することができ、この空気の速度から導水路６内の水Ｗの状況を把握することができる。なお、導水路６内に残存する水Ｗが完全に排出された状態では、導水路６内と大気との圧力差はなくなるので、空気通路１２には空気は流れず風車２０のブレード２４の回転は停止する。このように、水Ｗの流れが生じない場合は風車２０が回転しないので、水Ｗの流れの有無が容易に確認できる。
【００１９】
つぎに、導水路６の点検等が完了し、導水路６内に水Ｗを充満させる場合について説明する。水Ｗを導水路６内に充満させる際には、まず第二のゲート１４が閉じられ、その後、第一のゲート７が開とされる。第一のゲート７を開とする場合は、巻き上げ機１０が作動し、ワイヤーロープ８の巻上げにより吊上げフレーム７ｂが吊上げられる。吊上げフレーム７ｂが吊上げられると、ロッド７ｆの下端に取付けられた弁体（図示略）が持ち上げられ、排出ゲート７ｇが開とされる。これにより、第一のゲート７の開動作初期には、取水塔本体部３内の水Ｗは排出ゲート７ｇのみから導水路６へ流れる。排出ゲート７ｇは、流路断面積が小であるので、第一のゲート７の開動作初期における導水路６への水Ｗの供給量は小に抑えられ、水Ｗの流入による導水路６への衝撃を緩和することができる。吊上げフレーム７ｂが所定の位置まで吊上げられると、連結ピン７ｄと連結部材７eが上下方向に係合し、ゲート本体７aは吊上げフレーム７ｂと共に巻き上げ装置１０によって上昇される。これにより、ゲート本体７aは取水塔本体部３の底面から離れ、大量の水Ｗが導水路６内に導かれる。なお、排出ゲート７ｇまたはゲート本体７aは、その開度を調整しながら開けられる。
【００２０】
第二のゲート１４が閉じられた状態において、第一のゲート７から導水路６に大量の水Ｗが導入されると、導水路６内に残存する空気は圧縮され、導水路６内の空気の圧力は大気圧よりも高くなる。そのため、導水路６内の空気は空気管１１の空気通路１２を介して大気に放出される。図１の矢印Ａ１は、導水路６内の空気が大気側に流れる方向を示している。空気が矢印Ａ１方向に流れる場合は、風車２０のブレード２４は図２の回転方向に対して反対方向に回転する。したがって、ブレード２４の回転方向を確認することにより、水Ｗが導水路６内に導入されていることを把握することができる。また、ブレード２４の回転時における色の変化により空気通路１２内を流れる空気の速度を推測することができ、導水路６内の水Ｗの流れ状態を把握することができる。したがって、ブレード２４の色の変化に基づき第一のゲート７の開閉量を調整することが可能となり、導水路６へ流入する水Ｗの流量調整を行うことができる。
【００２１】
第二のゲート１４を遮断させた状態において、導水路６内が水Ｗで充満状態になった場合は、導水路６内に残存する空気は空気管１１を介して大気側に排出される。この状態では、空気管１１には水面Ｗ１と同じ高さまで水Ｗが浸入し、空気管１１内には空気は流れないので、風車２０のブレード２４の回転は停止する。ここで、風車２０のブレード２４の回転が停止したことは、導水路６内の水Ｗの流れが停止したことを意味する。したがって、ブレード２４の回転停止により、導水路６が水Ｗで充満状態であることが確認される。その後、第一のゲート７を全開とし第二のゲート１４が開とされ、ダムに貯留された水Ｗは導水路６を介して発電所側に供給される。
【００２２】
このように、導水路６から水Ｗを排出させる場合、または導水路６内へ水Ｗを導入させる場合は、導水路６内の圧力と大気圧との差によって空気管１１の空気通路１２内に空気が流れるので、風車２０のブレード２４が回転し、ブレード２４の回転方向および回転速度から導水路６内の水Ｗの流れ状況を把握することができる。したがって、従来方法に比べて風等の影響や作業者の検知精度の差が解消され、導水路６内の水Ｗの流れ状況を正確に把握することができる。
【００２３】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２を示しており、風車の変形例である。本実施の形態２が実施の形態１と異なるところは、風車の構造であり、その他の部分の構成は実施の形態１に準じるので、準じる部分に同一の符号を付すことにより準じる部分の説明を省略する。後述する他の実施の形態も同様とする。図５において、符号２０´は風車を示している。風車２０´は、実施の形態１の風車２０を同一軸上に二つ配置した構成であり、風車２０´は、大気が導水路６内に吸入されるときのみ第一のブレード２４ａが回転し、導水路６内の空気が大気側に排出されるときのみ第二のブレード２４ｂが回転するようになっている。すなわち、風車２０´においては、第一のブレード２４ａおよび第二のブレード２４ｂは、いずれも一方向にのみ回転可能となっており、逆方向には回転不可能となっている。第一のブレード２４ａは、空気通路１２内の空気の流れが図５の矢印Ａ２方向になった場合は、図５に示す方向に回転するようになっている。第二のブレード２４ｂは、空気通路１２内の空気の流れが図５の矢印Ａ１方向になった場合は、図５に示す方向に回転するようになっている。本実施の形態２では、第一のブレード２４ａおよび第二のブレード２４ｂを一方向にのみ回転させるために、例えばラチェット機構を採用している。
【００２４】
このように構成された実施の形態２においては、導水路６内から水Ｗを排出させている状態では、空気通路１２内の空気が図５の矢印Ａ２方向に流れるので、第一のブレード２４ａのみが回転し第二のブレード２４ｂは停止したままとなる。また、導水路６内へ水Ｗを導入させている状態では、空気通路１２内の空気が図５の矢印Ａ１方向に流れるので、第二のブレード２４ｂのみが回転し第一のブレード２４ａは停止したままとなる。このように、空気通路１２の空気の流れ方向は、第一のブレード２４ａまたは第二のブレード２４ｂのいずれかが回転しているかを確認することにより判るので、導水路６内の状況把握が容易になる。
【００２５】
（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３を示しており、空気管１１の変形例を示している。図６において、空気管１１における建屋９内に位置する部位は、二つに分岐されている。分岐された各空気管１１の途中には、透明パイプ１１´が設けられている。各透明パイプ１１´内には、風車２０がそれぞれ設けられている。一方の風車２０は、大気が導水路６内に吸入されるときのみ第一のブレード２４ａが回転するようになっている。他方の風車２０は、導水路６内の空気が大気側に排出されるときのみ第二のブレード２４ｂが回転するようになっている。本実施の形態３においても、第一のブレード２４ａおよび第二のブレード２４ｂを一方向にのみ回転させるために、ラチェット機構を採用している。
【００２６】
このように構成された実施の形態３においては、二つの風車２０が独立して設けられているので、実施の形態２に比べて空気通路１２の空気抵抗が少なく、各風車２０をよりよく回転させることができる。さらに、導水路６からの水Ｗの排出時には一方の風車２０のみが回転し、水Ｗを導水路６への導入時には他方の風車２０のみが回転することになるので、導水路６内の水Ｗの流れ状況の確認が更に容易になる。
【００２７】
以上、この発明の実施の形態１ないし３を詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、実施の態様１ないし３では、透明パイプ１１´内に設けられた風車２０の動きを外部から目視することで導水路６内の水Ｗの流れ状況を確認するようにしているが、風車２０に回転センサを連結し、回転センサからの信号に基づき、風車２０の回転方向および回転速度を検知し、導水路６内の水Ｗの流れ状況を確認する構成としてもよい。また、風車２０はプロペラ式を採用したが、これに限定されず他の原理により回転する風車を採用してもよい。さらに風車２０は垂直に延びる空気管内に配置する構成としたが、空気管１１内の水平に延びる部位に配置する構成としてもよく、空気管１１をトンネル４に設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態１に係わる空気流動検出装置を備えた取水塔の周辺における構造物の概要を示す断面図である。
【図２】図１の空気流動検出装置の断面図である。
【図３】図１における取水塔の断面図である。
【図４】図１における第一のゲートの正面図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係わる空気流動検出装置の断面図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係わる空気流動検出装置の断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１          取水塔
２          基礎部
３          取水塔本体部
４          トンネル
５          取水口
６          導水路
７          第一のゲート
７ａ        ゲート本体
７ｂ        吊上げフレーム
７ｄ        連結ピン
７ｅ        連結部材
８          ワイヤーロープ
９          建屋
１０        巻き上げ装置
１１        空気管
１１´      空気管（透明パイプ）
１２        空気通路
１４        第二のゲート
２０        風車
２０´      風車
２１        支持部材
２２        支持軸
２３        中空軸
２４        ブレード
Ｗ          水
【図１】
2008185382.tif 000003
【図２】
2008185382.tif 000004
【図３】
2008185382.tif 000005
【図４】
2008185382.tif 000006
【図５】
2008185382.tif 000007
【図６】
2008185382.tif 000008