(57)【要約】【課題】水源の水が持つエネルギーの回収度の向上と建設費用の抑制との両立を図ることができる水車装置を提供する。【解決手段】水車装置１は従来例に対して吸出し側接続管２を用いる。この吸出し側接続管２は、水７９が吸出し側接続管２から吐出される吐出端４の部分に、半円形の形状でその底部と吐出端４との間に、吸出し側接続管２の直管状部分の内径Ｄとほぼ同等値の垂直方向長さＬを有する。そうして、押込み部３の底部から吐出端４に連なる部位では水７９は重力に抗して通流し、吐出端４から上方に向かって大気中に吐出される。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸出し管の出口部分に接続された吸出し側接続管を介して放水施設に水を吐出する水車装置において、
前記吸出し側接続管は前記水を吐出する吐出端部分にこの水を重力に抗して通流させる押込み部を有することを特徴とする水車装置。
【請求項２】
請求項１に記載の水車装置において、前記押込み部は大気の前記吸出し側接続管への侵入を生じさせない垂直方向長さを有することを特徴とする水車装置。
【請求項３】
請求項２に記載の水車装置において、前記垂直方向長さは２００ｍｍ程度もしくはそれ以上であることを特徴とする水車装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は水車装置に係わり、水源の水が持つエネルギーの回収度の向上と建設費用の抑制との両立を図ることができる吸出し側接続管の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
放水面よりも高い位置に設置された水車を備える水車装置では水源が持つ落差を無駄無く回収するために、吸出し管の出口部分に接続された吸出し側接続管の水を吐出する吐出端は、多くの場合に放水路などの放水施設の放水面以下の位置に配置されている。このような水車装置の従来例の概要を、図２を用いて説明する。図２は従来の一例の水車装置およびその設置状態の概要を示す構成図である。図２において、７は水７９の供給源である水源（ダムなど）、８は放水路などの放水施設である。また９は、水車９１，水圧管９２，吸出し管９３，吸出し側接続管９４などを備えた従来例の水車装置である。なお、吸出し管と吸出し側接続管とを一体に取り扱い、合わせて吸出し管と呼ばれる場合もある。
【０００３】
水車装置９では水源７の水７９は、水圧管９２の取水口９２１から取入れられて水車９１を駆動した後に、吸出し管９３および吸出し側接続管９４を経て、吸出し側接続管９４の水７９を吐出する吐出端９４１から放水施設８に吐出される。吸出し側接続管９４は、吸出し管９３の水７９の出口部分に接続され、この事例の場合には、その吐出端９４１は放水施設８の水７９に挿入されて、放水面８１以下の水中部分に配置されている。したがってこの場合の水車装置９に対する落差Ｈは、水源７の取水面７１と放水施設８の放水面８１との高低差に等しくなり、また吐出端９４１は放水面８１から十分な寸法の挿入深さｈ（ｈは図２を参照）を確保できている。ところが何らかの事情で吐出端９４１に十分な挿入深さを取れなかった場合、あるいは、何らかの理由で放水面８１が図２の細い鎖線で示した位置まで低下してしまった場合などには、吐出端９４１の放水面８１からの挿入深さはｈＡ　（ｈＡ　は図２を参照）に減少する。
【０００４】
吐出端９４１の放水面８１からの挿入深さが浅いｈＡ　になると、吐出端９４１から勢いよく吐出される水７９により放水面８１が波打つようになるので、大気の吐出端９４１から吸出し側接続管９４への流入が発生する。このような場合には吸出し側接続管９４内が大気圧になるため、いわゆる吸出し管効果が途切れてしまうことで、水車装置９に対する落差が落差ＨＡ　（ＨＡ　＝取水面７１位置−水車９１の回転中心軸位置。ＨＡ　は図２を参照）に減少するという問題が発生する。吐出端９４１からの吸出し側接続管９４への大気の流入を防止するためには、吸出し側接続管９４内の圧力を常に正圧にする必要がある。発明者らの経験によれば、吐出端９４１から吐出される水７９によっての放水面８１の波打ちの影響を受けないようにするためには、２００ｍｍ程度の挿入深さｈが必要であった。
【０００５】
吸出し側接続管９４が設置される付近の放水施設８の底面が浅いために、吐出端９４１の位置が放水面８１から２００ｍｍ程度の挿入深さｈを安定して確保できない場合には、吸出し側接続管９４が設置される部位の放水施設８の底面に掘込み部を設けることが行われている。図３は放水施設の底面に掘込み部を設ける場合の従来の異なる例の水車装置およびその設置状態の概要を示す構成図である。なお以後の説明に用いる図中には、図２に示した従来例の水車装置などと同一部分には同じ符号を付しその説明を省略すると共に、図２で付した符号については極力代表的な符号のみを記すようにする。図３において８Ａは、吸出し側接続管９４が設置される付近の底面８９に掘込み部８２が設けられた放水施設であり、掘込み部８２が設けられることで、底面８９が浅い放水施設８であっても、放水面８１から２００ｍｍを越える深さの挿入深さｈを安定して確保できる。そうしてこの場合の水車装置９も、図２による水車装置９と同一の落差Ｈとなる。
【０００６】
また底面８９が浅い放水施設８に水車装置を設置する場合の異なる従来例を図４を用いて説明する。図４は従来のさらに異なる例の水車装置およびその設置状態の概要を示す構成図である。図４において９Ａは、図２に示した従来例の水車装置９に対して、吸出し側接続管９４に代えて吸出し側接続管９４Ａを用いるようにした水車装置である。この吸出し側接続管９４Ａは、吐出端９４１が放水施設８の放水面８１よりも高い位置に配置されている。この水車装置９Ａは放水施設８の底面８９に掘込み部を設けることができない場合などに採用されている。しかしながら、水車装置９Ａでは大気が吐出端９４１から吸出し側接続管９４Ａの内部に流入してしまうので、吸出し側接続管９４内は大気圧になる。このため水車装置９Ａに対する落差Ｈ９Ａは、落差Ｈ９Ａ＝取水面７１位置−水車９１の回転中心軸位置になり（図４を参照）、図３による水車装置９の落差Ｈ場合よりもかなり減少する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来技術による水車装置の内、多くの場合に放水施設８の底面８９が浅いために、図３および図４に示した水車装置９または水車装置９Ａが主に採用され使用されている。ところで、これらの水車装置には次記する問題点がありその解決が望まれている。すなわち、
▲１▼図３による水車装置９の場合には、放水施設８の吸出し側接続管９４が設置される付近の底面８９に掘込み部８２が設けられる必要があるが、掘込み部８２の掘削を行うには現場に重機を持ち込むことが必要になると共に、掘込み部８２にコンクリート打ちが必要になるので、掘込み部８２の形成に要する建設費用（主として土木費用）がかなり高価になる。また、放水施設８が設置される場所や地形によっては、重機を持ち込むことができないために、掘込み工事を行えない場合もある。
【０００８】
▲２▼図４による水車装置９Ａの方式は、装置自体や装置設置状態を極力簡素化する必要がある小容量の水車装置に多く採用されている方式である。この方式は図３に示した掘込み部８２を形成するための土木費用を削減できるが、水車９１の回転中心軸位置と放水面８１との間の落差に相当するエネルギーを利用できないために、水源７の水７９が持つエネルギーの回収度が低い。
【０００９】
この発明は、前述の従来技術の問題点に鑑みなされ、その目的は、水源の水が持つエネルギーの回収度の向上と建設費用の抑制との両立を図ることができる水車装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明では前述の目的は、
１）吸出し管の出口部分に接続された吸出し側接続管を介して放水施設に水を吐出する水車装置において、
前記吸出し側接続管は前記水を吐出する吐出端部分にこの水を重力に抗して通流させる押込み部を有すること、または、
２）前記１項に記載の手段において、前記押込み部は大気の前記吸出し側接続管への侵入を生じさせない垂直方向長さを有すること、さらにまたは、
３）前記２項に記載の手段において、前記垂直方向長さは２００ｍｍ程度もしくはそれ以上であることにより達成される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は、この発明の実施の形態の一例による水車装置およびその設置状態の概要を示す構成図である。図１において、１は、図２に示した従来例による水車装置９に対して、吸出し側接続管９４に代えて吸出し側接続管２を用いるようにした水車装置である。吸出し側接続管２は、水７９が吸出し側接続管２から吐出される吐出端４の部分に、この事例の場合には半円形の形状を持つ押込み部３を有している。この事例の押込み部３では、その底部と吐出端４との間に、吸出し側接続管２の直管状部分の内径Ｄ（２００ｍｍを十分に越えることが一般である）とほぼ同等値の垂直方向長さＬ（Ｌは図１を参照）を持たせている。そうして、押込み部３の底部から吐出端４に連なる部位では水７９は重力に抗して通流し、吐出端４から上方に向かって大気中に吐出されることが従来例に対するこの発明の特長である。
【００１２】
図１に示すこの発明の実施の形態の一例による水車装置１では前述の構成としたので、押込み部３の底部は垂直方向長さＬからこの部分（底部から吐出端４までの部分）の流体損失水頭を差し引いた値の正圧になる。したがって、水車９１の回転中心軸位置から押込み部３の底部にわたるほぼ直管状の部分（図１にＨ０　で示した部分）の吸出し側接続管２の内部は正圧になり、この部分に大気は流入しない。この結果、この水車装置１では吸出し管効果の途切れは発生せず、その落差Ｈ１　は水源７の取水面７１と吸出し側接続管２の吐出端４との高低差と等しくなり、図３による水車装置９の落差Ｈよりも若干小さくはなるが、図４による水車装置９Ａの落差Ｈ９Ａよりも大幅に増大する。
【００１３】
しかも、放水面８１が放水施設８の底面８９にほとんど接近するような状態になっても、水車装置１の落差Ｈ１　は何らの影響も受けず極めて安定である。そうして水車装置１を用いる場合には、放水施設８に図３に示したような掘込み部８２を設ける必要が無いのでその分の建設費用を削減できる。すなわち水車装置１は、水源の水が持つエネルギーの回収度の向上と建設費用の抑制との両立を図ることができる。また、放水施設８に掘込み部８２を設ける必要が無いことで、重機などを放水施設８の設置場所に運込む必要が無くなるので、放水施設８の設置場所の選定に際して重機などの運込みのことを考慮する必要が無くなるので、その分だけ自由度が増す。
【００１４】
さらに、図２や図３に示した従来例の水車装置９では、異常気象による異常な渇水などによって放水面８１の水位が異常に低下し、設計で想定していた放水面水位の下限値を割り込むような事態の発生が考えられる。この発明の水車装置１による構造方式はこのような場合の対処策としても好適である。すなわち、既設の吸出し側接続管９４の吐出端９４１に、水７９を重力に抗して通流させる押込み部（例えば、押込み部３）を追加するだけで対処ができ、放水施設８への掘込み部８２の新設や，既設の掘込み部８２の掘り下げなどが不要であり、工費の低減および工期の短縮に極めて有効である。
【００１５】
前述の説明では、水車装置１の吸出し側接続管２が持つ押込み部３の形状は半円形状であるとしてきたが、これに限定されるものではなく、吐出端部分に水７９を重力に抗して通流させることができる流路が形成できるならば、例えば、Ｕ字状などの適宜の形状を採用することができる。また前述の説明では、押込み部３の垂直方向長さＬは吸出し側接続管２の内径Ｄとほぼ同等であるとしてきたが、これに限定されるものではなく、垂直方向長さＬは２００ｍｍ程度（図２による水車装置９に対する説明で述べた、吐出端９４１から吐出される水７９によっての放水面８１の波打ちの影響を受けないようにするために必要な吐出端９４１の挿入深さｈの値に対応）もしくはそれ以上であればよい。
【００１６】
【発明の効果】
この発明による水車装置では、前記課題を解決するための手段の項で述べた構成とすることで、水車装置の落差は掘込み部を持つ放水施設を用いた従来例の場合にほぼ近い値を得られると共に、従来例の場合に要していた掘込み部を掘削するための建設費用を削減できる。すなわち、この発明による水車装置では、水源の水が持つエネルギーの回収度の向上と建設費用の抑制との両立を図ることが可能になるとの効果を得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態の一例による水車装置およびその設置状態の概要を示す構成図
【図２】従来の一例の水車装置およびその設置状態の概要を示す構成図
【図３】従来の異なる例の水車装置およびその設置状態の概要を示す構成図
【図４】従来のさらに異なる例の水車装置およびその設置状態の概要を示す構成図
【符号の説明】
１　　水車装置
２　　吸出し側接続管
３　　押込み部
４　　吐出端
７９　水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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