(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
取水堰にせき止められた水を下流に位置する水力発電所へ供給する取水路の途中に設けられ、河川を流れる水の一部を前記取水路に補給する補給水用取水装置であって、
前記河川と前記取水路とを連通する連通路と、
前記取水路を流れる水の水位の変化に伴って上下動するフロートによって前記河川から前記連通路を介して前記取水路へ流入する水の流量を機械的に調整する取水量調整部と、
を備え、
前記取水量調整部は、前記連通路の内壁面に摺動可能に保持され上部が前記河川側に位置するとともに前記フロートが設けられる下部が前記取水路内に位置する筒部と、前記筒部の外周面に固定され前記取水路の水位が前記所定範囲を下回る場合は前記連通路の上流端と当接し前記筒部の下方への移動を阻止するストッパと、を有しており、前記取水路の水位が所定範囲にある場合は、前記取水路の水位に応じた水量を前記河川から前記取水路へ補給し、前記取水路の水位が前記所定範囲を下回る場合は、許容される最大の水量を前記河川から前記取水路へ補給し、前記取水路の水位が前記所定範囲を超える場合は、前記河川からの前記取水路への水の補給を阻止する、
ことを特徴とする補給水用取水装置。
【請求項２】
前記取水量調整部は、前記河川の水の一部が導かれる導水プールに配置されていることを特徴とする請求項１に記載の補給水用取水装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、河川を流れる水の一部を水力発電所の取水路に補給するための補給水用取水装置に関し、とくに取水路の水位の変化に応じて河川からの取水量を自動で調整することが可能な補給水用取水装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水力発電においては、渓流などの河川を流れる水の一部を水力発電所の取水路に補給するための補給水用取水装置が設けられている。補給のための河川からの取水は、ダムから水力発電所に供給される水量が最大値を下回る際に可能となっており、かつ渓流からの取水量は所定の流量内に限定されている。
【０００３】
従来から、ダムの水位の変動に対して自動的に追随して取水するフロート式選択取水設備が知られている（例えば、特許文献１参照。）。このフロート式選択取水設備は、取水口を囲む水上フロートに昇降機が取付けられており、上下方向に多段に設けられた複数の水中フロートを昇降機によって水中で昇降させることにより、遮水カーテンを上下方向に移動させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３００６９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、渓流を流れる水の一部を水力発電所の取水路に補給するための補給水用取水装置は、水利使用許可に基づき渓流からの取水量を調整する必要があり、渓流からの許可取水量以内の取水をするためには、取水量の計算や最大取水を超過しないための自動制御を行う必要がある。そのため、取水装置の構成が複雑となり、多額の費用を要するという問題がある。すなわち、取水量の調整を電気制御で行う場合は、電動ゲートの設置、電動ゲートの自動制御装置の設置、これらを運転するための電源の確保が必要となるが、これらの機器類や電源を渓流がある山間部に敷設することは、多額の費用を要する。
【０００６】
特許文献１の取水設備は、電動ウインチなどから構成される昇降機が必要となるので、渓流などの山間部で用いる場合は、同様に新たに電源を確保する必要がある。したがって、電気制御を用いることなく簡易な構成で、渓流などの河川からの取水量を自動で調整することが可能な補給水用取水技術の開発が望まれる。
【０００７】
そこで本発明は、電気制御を用いることなく簡易な構成で取水路の水位の変化に応じて河川からの取水量を自動で調整することが可能な補給水用取水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】
【０００８】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、取水堰にせき止められた水を下流に位置する水力発電所へ供給する取水路の途中に設けられ、河川を流れる水の一部を前記取水路に補給する補給水用取水装置であって、前記河川と前記取水路とを連通する連通路と、前記取水路を流れる水の水位の変化に伴って上下動するフロートによって前記河川から前記連通路を介して前記取水路へ流入する水の流量を機械的に調整する取水量調整部と、を備え、前記取水量調整部は、前記連通路の内壁面に摺動可能に保持され上部が前記河川側に位置するとともに前記フロートが設けられる下部が前記取水路内に位置する筒部と、前記筒部の外周面に固定され前記取水路の水位が前記所定範囲を下回る場合は前記連通路の上流端と当接し前記筒部の下方への移動を阻止するストッパと、を有しており、前記取水路の水位が所定範囲にある場合は、前記取水路の水位に応じた水量を前記河川から前記取水路へ補給し、前記取水路の水位が前記所定範囲を下回る場合は、許容される最大の水量を前記河川から前記取水路へ補給し、前記取水路の水位が前記所定範囲を超える場合は、前記河川からの前記取水路への水の補給を阻止する、ことを特徴とする補給水用取水装置である。
【０００９】
この発明によれば、取水量調整部のフロートの上下動によって河川から連通路を介して取水路へ流入する水の流量が機械的に調整され、取水路の水位の変化に応じて河川から取水路への取水量を自動で調整することが可能となる。具体的には、取水路の水位が所定範囲を下回る場合は、許容される最大の水量が河川から取水路へ補給され、取水路の水位が所定範囲を超える場合は、河川からの取水路への水の補給が阻止される。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の補給水用取水装置において、前記取水量調整部は、前記河川の水の一部が導かれる導水プールに配置されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、取水量調整部のフロートの上下動によって河川から連通路を介して取水路へ流入する水の流量を機械的に調整することができ、電源の確保が難しい渓流などの山間部でも、電源を用いることなく取水路の水位の変化に応じて河川からの取水量を自動で調整することができる。これにより、水利使用許可を超える取水を確実に防止することできる。また、フロートの上下動によって河川から取水路に流入する水を調整しているので、電気を用いた自動制御に比べて構成が簡易となり、装置の敷設費用を低減することができる。
【００１３】
また、連通路の内壁面に摺動可能に保持される筒部にフロートが設けられているので、筒部の上下動によって取水量を自動で調整することができ、取水量調整部の構造をさらに簡素化することができ、装置の信頼性を高めることができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、取水量調整部は、河川の水の一部が導かれる導水プールに配置されているので、取水量調整部を河川自体に配置する場合に比べて、補給水用取水装置の保守および管理が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１に係わる補給水用取水装置が設けられる取水路および河川近傍の平面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図３】図１の補給水用取水装置が設けられる取水路および河川の拡大断面図である。
【図４】図１の補給水用取水装置における取水量調整部の断面図である。
【図５】図１の補給水用取水装置によって河川から取水路への水の補給が阻止された状態を示す断面図である。
【図６】図１の補給水用取水装置によって河川から取水路への水の補給の自動調整が行われる状態を示す断面図である。
【図７】図１の補給水用取水装置によって許容される最大の水量を河川から取水路へ補給する状態を示す断面図である。
【図８】図１の補給水用取水装置が設けられる取水路の概要を示す断面図である。
【図９】図１の図１の補給水用取水装置における取水路の水位と河川からの取水量との関係を示す特性図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係わる補給水用取水装置によって河川からの取水が阻止された状態を示す断面図である。
【図１１】図１０の補給水用取水装置によって河川から取水路への取水が行われている状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
（実施の形態１）
図１ないし図９は、本発明の実施の形態１を示している。図８に示すように、取水堰１００は、水力発電のための水Ｗ１をせき止め、発電出力に応じた水量を取水路１０１を介して下流側の水力発電所１０２に供給している。この実施の形態１においては、取水堰１００と水力発電所１０２との距離は、約７Ｋｍとなっている。水力発電所１０２の最大取水量は、例えば１０ｍ３/秒に設定されている。この実施の形態１においては、取水路１０１による取水堰１００からの許容最大取水量も１０ｍ３/秒に設定されており、取水堰１００からの取水量の変化によって取水路１０１を流れる水Ｗ２の水位が変化する。取水路１０１には、取水堰１００からの取水量が１０ｍ３/秒を下回る場合は、河川としての渓流１０３を流れる水Ｗ３の一部を補給することが可能であり、その補給水量は後述する補給水用取水装置１によって自動調整可能となっている。この実施の形態１においては、渓流１０３を流れる水Ｗ３の取水路１０１への最大補給量（最大取水量）は、１ｍ３/秒に設定されている。
【００１８】
図１および図２に示すように、取水路１０１は、地中Ｇに形成されており、渓流１０３の流れ方向と交差している。補給水用取水装置１は、取水路１０１の途中に設けられており、この実施の形態１においては、取水堰１００と水力発電所１０２とのほぼ中間地点に設けられている。取水路１０１は、補給水用取水装置１が配置される場所では、渓流１０３の直下に位置している。渓流１０３は、両側に堤防１０３ａ、１０３ｂを有しており、これによって渓流１０３を流れる水Ｗ３は所定方向に導かれるようになっている。渓流１０３の左右中央部には、ゲート（図示略）を保持する複数のゲート保持基礎部１０３ｄが形成されている。ゲート保持基礎部１０３ｄは、川底１０３ｃから上方に延びている。
【００１９】
堤防１０３ｂの外側には、平面形状が長方形の導水プール１０４が形成されている。導水プール１０４には、堤防１０３ｂ側に形成された開口部１０４ａを介して渓流１０３の水Ｗ３の一部が導かれている。開口部１０４ａは、渓流１０３を流れる流木などの異物が導水プール１０４内に流入するのを防止する防護柵（図示略）を有している。導水プール１０４の水Ｗ３の水位は、一定値または一定値以下に保たれるようになっている。
【００２０】
図１に示すように、補給水用取水装置１は、導水プール１０４に配置されている。補給水用取水装置１は、渓流１０３と取水路１０１とを連通する連通路２と、渓流１０３から連通路２を介して取水路１０１へ流入する水Ｗ３の流量を機械的に調整する取水量調整部１０とから構成されている。連通路２は、横断面形状が円形であり、上下方向に直線状に延びている。図３に示すように、連通路２は、上流側が導水プール１０４の底面１０４ａに開口しており、下流側が取水路１０１内に開口している。取水量調整部１０は、連通路２に対して上下方向に移動可能に取付けられている。
【００２１】
図４は、取水量調整部１０の詳細を示している。取水量調整部１０は、筒部１１、流入部１２、フロート１３、ストッパ１４から構成されている。筒部１１は、円筒形に形成されており、例えば耐食性に優れたステンレス鋼から構成されている。筒部１１の内側には、導水プール１０４の水Ｗ３が通過可能な補給流路１５が形成されている。筒部１１は、外周面１１ａが連通路２の内壁面と摺動可能に保持されている。筒部１１の上端には、ステンレス鋼からなる環状の流入部１２が取付けられている。流入部１２は、断面形状が略円弧状に形成されており、内径側端部１２ａが筒部１１の上端１１ｃと溶接によって接続されている。流入部１２の外径側端部１２ｃは、自由端となっており、上下方向の位置が内径側端部１２ａと一致している。内径側端部１２ａと外径側端部１２ｃとの間は、水Ｗ３が円滑に流入するために湾曲部１２ｂに形成されている。
【００２２】
筒部１１の下端側には、環状に形成されたフロート１３が設けられている。フロート１３は、取水路１０１を流れる水Ｗ２の水位の変化に伴って筒部１１と一体になって上下動するようになっている。フロート１３の下端１３ａと上端１３ｂは、筒部１１の外周面１１ａに接合されている。フロート１３には、空気が封入される空洞部１３ｃが形成されている。フロート１３は、取水路１０１を流れる水Ｗ２の水面Ｗ２ａに露出するようになっており、取水路１０１の水Ｗ２の水位が上昇すると、その変化に伴って筒部１１を上方向に移動させる浮力を有している。また、フロート１３は、取水路１０１の水Ｗ２の水位が低下すると、その変化に伴って筒部１１を確実に下方向に移動させる重量を有している。筒部１１の外周面１１ａには、環状のストッパ１４が固定されている。ストッパ１４は、図７に示すように、取水路１０１の水位が所定範囲を下回る場合は、連通路２の上流端２ａと当接し筒部１１の下方への移動を阻止する機能を有している。
【００２３】
図４に示すように、取水量調整部１０は、流入部１２の上端からフロート１３の下端までの距離がＨ１に設定されている。また、取水量調整部１０は、フロート１３の下端からストッパ１４の下面までの距離がＨ２に設定されている。そして、取水量調整部１０は、ストッパ１４の下面から流入部１２の上端までの距離がＨ３に設定されている。このように各部の位置関係を適宜設定することにより、取水路１０１の水Ｗ２の水位の変化に応じて渓流１０３側からの取水路１０１への水Ｗ３の取水量を最適に調整することが可能となっている。
【００２４】
図５に示すように、取水量調整部１０は、取水路１０１の水位Ｌ１が所定範囲を超える場合は、渓流１０３から導水プール１０４に導かれた水Ｗ３の取水路１０１への補給を阻止する機能を有している。図６に示すように、取水量調整部１０は、取水路１０１の水位Ｌ２が所定範囲にある場合は、取水路１０１の水Ｗ２の水位に応じた水量を導水プール１０４から取水路１０１へ補給する機能を有している。図７に示すように、取水量調整部１０は、取水路１０１の水Ｗ２の水位Ｌ３が所定範囲を下回る場合は、許容される最大の水量を導水プール１０４から取水路１０１へ補給する機能を有している。
【００２５】
図９は、取水路（本川）１０１を流れる水Ｗ２の水位と取水路１０１へ補給される水量との関係を示している。図９に示すように、領域Ａにおいては、取水路１０１の取水量が最大取水量１０ｍ３/秒を超過しているため、渓流（支川）１０３からの取水は停止されるようになっている。領域Ｂにおいては、渓流１０３からの取水は可能であり、取水路１０１の水Ｗ２の水位に応じて渓流１０３からの取水量が調整可能となっている。領域Ｃにおいては、渓流１０３から取水路１０１へ最大水量１ｍ３/秒の水Ｗ３を継続して取水することが可能となっている。
【００２６】
つぎに、補給水用取水装置１の動作および作用について説明する。
【００２７】
図８に示すように、取水堰１００にせき止められた水Ｗ１は、矢印Ｆに示すように、取水路１０１を介して下流側の水力発電所１０２に供給され、水力発電所１０では取水路１０１からの水Ｗ２によって発電が行われる。ここで、取水路１０１の最大取水量１０ｍ３/秒に設定されているので、取水路１０１を流れる水Ｗ２が最大取水量１０ｍ３/秒を超える場合は、図５に示すように、渓流１０３から導水プール１０４に導かれた水Ｗ３の取水路１０１への補給は阻止される。すなわち、取水堰１００からの最大取水量は１０ｍ３/秒であり、渓流１０３からの取水量は最大１ｍ３/秒であるので、取水路１０１を流れる水量は１０ｍ３/秒を超える場合がある。この状態では、取水路１０１の水位Ｌ１は所定範囲を超えるので、渓流１０３からの取水路１０１への水Ｗ３の補給は、図５に示すように取水量調整部１０によって阻止される。なお、水力発電所１０２の取水量は、最大取水量は１０ｍ３/秒に制限されているので、取水路１０１の超過水量は水力発電には使用されずに捨てられる。
【００２８】
つぎに、取水堰１００から取水路１０１への取水量が低下し、図６に示すように、取水路１０１を流れる水Ｗ２の水位Ｌ２が所定範囲にある場合は、取水路１０１の水位に応じた水量が導水プール１０４から取水路１０１へ補給される。すなわち、取水路１０１を流れる水Ｗ２の水位が低下した場合は、フロート１０３の下降に伴って筒部１１の流入部１２の位置が下がることになり、導水プール１０４の水Ｗ３は流入部１２から補給流路１５に流入し、取水路１０１に向けて落下することになる。この実施の形態１においては、渓流１０３側からの水Ｗ３の取水路１０１への取水は、最大水量１ｍ３/秒に設定されているので、図６においては、補給水用取水装置１による取水調整は、取水路１０１を流れる水Ｗ２の流量が９ｍ３/秒〜１０ｍ３/秒の間で行われる。
【００２９】
図７に示すように、取水堰１００から取水路１０１への取水量がさらに低下し、取水路１０１を流れる水Ｗ２の水位Ｌ３が所定範囲を下回る場合は、筒部１１に取付けられたストッパ１４が連通路２の上流端２ａと当接し、筒部１１の下方への移動が阻止される。ここで、導水プール１０４の水Ｗ３の水位は、一定値また一定値以下に設定されているので、許容される最大の水量である１ｍ３/秒の水Ｗ３を導水プール１０４から取水路１０１へ補給することが可能となる。例えば、取水路１０１を流れる水Ｗ２の水量が８．５ｍ３/秒である場合は、渓流１０３側から最大１ｍ３/秒の水Ｗ３を取水路１０１に補給することができ、水力発電所１０２へ供給する水量を９．５ｍ３/秒とすることが可能となる。
【００３０】
このように、本発明においては、取水量調整部１０のフロート１３の上下動によって導水プール１０４から連通路２に設けられた取水量調整部１０を介して取水路１０１へ流入する水Ｗ３の流量を機械的に調整することができる。したがって、電源の確保が難しい山間部でも、電源を用いることなく取水路１０１の水位の変化に応じて渓流１０３からの取水量を自動で調整することができる。これにより、水利使用許可を超える渓流１０３からの取水を確実に防止することできる。また、フロート１３の上下動によって渓流１０３から取水路１０１に流入する水を調整しているので、電気を用いた自動制御に比べて装置の構成を簡素化でき、補給水用取水装置１の敷設費用を低減することができる。
【００３１】
また、連通路２の内壁面に摺動可能に保持される筒部１１にフロート１３が設けるようにしているので、筒部１３の上下動によって渓流１０３側からの取水量を自動で調整することができ、取水量調整部１０の構造をさらに簡素化することができ、補給水用取水装置１の信頼性を高めることができる。さらに、取水量調整部１０は、渓流１０３の水の一部が導かれる導水プール１０４に配置されているので、補給水用取水装置１を渓流１０３自体に配置する場合に比べて、補給水用取水装置１の保守および管理が容易となる。
【００３２】
（実施の形態２）
図１０および図１１は、本発明の実施の形態２を示している。実施の形態２が実施の形態１と異なるところは、連通路のおよび取水量調整部の形状であり、その他の部分は実施の形態１に準じるので、準じる部分に実施の形態１と同一の符号を付すことにより、順ずる部分の説明を省略する。
【００３３】
図１０および図１１に示すように、取水量調整部２０は、筒部２１、フロート２２、ストッパ２３から構成されている。筒部２１は、円錐台状に形成されており、例えば耐食性に優れたステンレス鋼から構成されている。筒部２１は、外周面が連通路２´の内壁面と密着可能に保持されている。筒部２１の外側には、導水プール１０４の水Ｗ３が通過可能な補給流路が形成可能となっている。筒部２１の上端面には、連通路２´の径よりも径が大となる金網状のストッパ２３が取付けられている。ストッパ２３は、筒部２３の下方への過度の動きを規制し、かつ導水プール１０４の水Ｗ３を連通路２´に流入させる機能を有している。
【００３４】
筒部２１の下端側には、フロート２２が設けられている。フロート２２は、取水路１０１を流れる水Ｗ２の水位の変化に伴って筒部２１と一体になって上下動するようになっている。フロート２２は、取水路１０１を流れる水Ｗ２の水面に浮かぶようになっており、取水路１０１の水Ｗ２の水位が上昇すると、その変化に伴って筒部２１を上方向に移動させる浮力を有している。また、フロート２２は、取水路１０１の水Ｗ２の水位が低下すると、その変化に伴って筒部２１を確実に下方向に移動させる重量を有している。
【００３５】
このように構成された実施の形態２においては、取水量調整部２０は、取水路１０１の水位が所定範囲を超える場合は、図１０に示すように、筒部２１によって連通路２０´が塞がれ、導水プール１０４に導かれた水Ｗ３の取水路１０１への補給が阻止される。そして、図１１に示すように、取水量調整部２０は、取水路１０１の水位が所定範囲にある場合は、取水路１０１の水Ｗ２の水位に応じた水量が導水プール１０４から取水路１０１へ補給される。取水量調整部２０は、取水路１０１の水Ｗ２の水位が所定範囲を下回る場合は、ストッパ２３が導水プール１０４の底面１０４ａに当接し、許容される最大の水量が導水プール１０４から取水路１０１へ補給される。
【００３６】
以上、この発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は上記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、実施の形態１、２では、渓流１０３の水Ｗ３を導水プール１０４に導く構成としているが、渓流１０３をバイパスする流路を形成し、この流路に取水量調整部１０、２０を配置し、取水路１０１の水位の変化に応じて渓流１０３の水Ｗ３の一部を取水路１０１に補給する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１                補給水用取水装置
２                連通路
１０              取水量調整部
１１              筒部
１２              流入部
１３              フロート
１４              ストッパ
１５              補給流路
２０              取水量調整部
１００            取水堰
１０１            取水路
１０２            水力発電所
１０３            渓流（河川）
１０４            導水プール
【図１】
0005358616.tif 000002
【図２】
0005358616.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0005358616.tif 000009
【図９】
0005358616.tif 000010
【図１０】
0005358616.tif 000011
【図１１】
0005358616.tif 000012