(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
既設用水路の構造物として造られた段差工の下流側に堰を設けて水槽を構成し、該水槽内の水を利用して利水する既設用水路の段差工を利用した利水設備であって、
前記堰は、前記段差工をその下流側から囲繞するように、かつ、当該堰の天端が前記段差工の高さよりも低くなるように設けられ、
前記水槽は、前記堰と、前記段差工の立壁とにより構成されることを特徴とする既設用水路の段差工を利用した利水設備。
【請求項２】
請求項１において、
前記利水設備は、前記水槽内に水中発電機を備えた水力発電設備であることを特徴とする既設用水路の段差工を利用した利水設備。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記段差工は、前記既設用水路の河床を横断するように造られた落差工であることを特徴とする既設用水路の段差工を利用した利水設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、既設用水路における未利用の段差エネルギーを有効利用することが可能な既設用水路の段差工を利用した利水設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、既設用水路（例えば、既設の農業用水路や灌漑用水路など）の段差工を利用して、取水や発電などの利水を行う技術がある。かかる技術においては、従来、段差工の上流側に堰を設けて水位差を確保し、この水位差によって生じた段差エネルギーを利用して利水を行うのが通常である（例えば、特開２００３−２６９３１５号公報，特開２００５−３２０８８３号公報参照）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来技術の如く、段差工の上流側に堰を設けて利水する場合には、水位差を十分に確保するために段差工周辺において大幅な改修工事を施す必要があり、その結果、利水設備の設置費用が増大するなどの問題がある。【０００４】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、既設用水路に大幅な改修工事を施すことなく、未利用の段差エネルギーを有効利用することが可能な既設用水路の段差工を利用した利水設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明は、既設用水路の構造物として造られた段差工の下流側に堰を設けて水槽を構成し、該水槽内の水を利用して利水する既設用水路の段差工を利用した利水設備であって、前記堰は、前記段差工をその下流側から囲繞するように、かつ、当該堰の天端が前記段差工の高さよりも低くなるように設けられ、前記水槽は、前記堰と、前記段差工の立壁とにより構成されることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明において、前記利水設備は、前記水槽内に水中発電機を備えた水力発電設備であることとしてもよい。【０００７】
また、本発明において、前記段差工は、前記既設用水路の河床を横断するように造られた落差工であることとしてもよい。【０００８】
以上の構成によれば、段差工の下流側に堰を設けているので、段差工の上流側に堰を設けて水位差を確保した従来の構成と異なり、既設用水路に大幅な改修工事を施す必要がない。また、段差工を囲繞するように堰を設けて水槽を構成したので、この水槽内に未利用の段差エネルギーが貯留されることとなり、かかる段差エネルギーを利水のために有効利用することが可能となる。【０００９】
＜関連文献とのクロスリファレンス＞
本願は、２００６年７月１３日付けで出願した日本国特願２００６−１９３０５７号に基づく優先権を主張する。この文献を本明細書に援用する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】本発明の第１実施形態に係る水力発電設備の説明図であり、本発明の適用前の状況を示す斜視図である。
【図１Ｂ】本発明の第１実施形態に係る水力発電設備の説明図であり、本発明の適用後の状況を示す斜視図である。
【図２Ａ】本発明の第２実施形態に係る水力発電設備の説明図であり、本発明の適用前の状況を示す斜視図である。
【図２Ｂ】本発明の第２実施形態に係る水力発電設備の説明図であり、本発明の適用後の状況を示す斜視図である。
【図３Ａ】本発明の第３実施形態に係る水力発電設備の説明図であり、本発明の適用前の状況を示す斜視図である。
【図３Ｂ】本発明の第３実施形態に係る水力発電設備の説明図であり、本発明の適用後の状況を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００１１】
１  段差工
３  水中発電機
１０  既設用水路
１１  堰
１００  水槽
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明の各実施形態について説明する。【００１３】
＜第１実施形態＞
図１Ａ，図１Ｂは本発明の第１実施形態に係る水力発電設備の説明図であり、図１Ａは本発明の適用前の状況を、図１Ｂは本発明の適用後の状況を、それぞれ示す斜視図である。【００１４】
図１Ｂに示す水力発電設備は、図１Ａに示す段差工１の下流側に堰１１（１１ａ，１１ｂ）を設けて水槽１００を構成したものである。堰１１の形状は、例えば、平面視コの字型やＵ字型等が好ましい。【００１５】
段差工１は、既設用水路１０の構造物として造られたものであり、既設用水路１０の一部を構成し、その上流側はトンネル５に通じている。この段差工１には、急激な勾配が形成されている。図１Ａ，図１Ｂにおいて、段差工１の下流側に水槽１００を構成するには、段差工１に架けられた橋２を撤去しておき、その後、段差工１の下流側に堰１１ｂを設け、さらに堰１１ｂに堰１１ａを組み合わせて水槽１００を構成する。【００１６】
水槽１００内の底部には、水中発電機３が設けられており、この水中発電機３は排出路４を介して堰１１に連接している。なお、図１Ａ，図１Ｂにおいては、排出路４を堰１１と一体にコンクリートで構築し、排出路４の排出口４ａとは反対側の端部に水中発電機３を設置することで、堰１１、排出路４、及び水中発電機３を一体にユニット化している。水中発電機３としては、例えば、イームル工業株式会社製の水中タービン発電機などが挙げられる。【００１７】
以上の構成によれば、水槽１００内に一定の水量が確保され、これによって段差エネルギーが水槽１００内に貯留されることとなる。水中発電機３は、この水槽１００内に貯留された段差エネルギーを利用して水力発電を行うため、図１Ａに示す段差工１において未利用となっていた段差エネルギーを有効利用することが可能となる。また、前述したように、段差工１の下流側に水槽１００を構成するには、段差工１に架けられた橋２を撤去した後に堰１１を設ければ足りるので、段差工１の周辺において大幅な改修工事を施す必要はない。従って、本実施形態に係る水力発電設備によれば、既設用水路１０に大幅な改修工事を施すことなく、未利用の段差エネルギーを有効利用することが可能となる。【００１８】
なお、堰１１及び水槽１００の構成は、堰１１の側壁の長さが長くなるように設計し、或いは水槽１００の断面積が大きくなるように設計したものが好ましい。かかる構成とした場合には、堰１１の越流長が伸長し、水中発電機３が不調となった非常時において、水槽１００の側壁を越えて溢れる水の水深ｈが小さくなるので（詳細は後述の関係式：Ｑ＝ＣＢｈ３/２を参照）、段差工１の上流側の既設用水路１０から水が溢れたり、或いはトンネル５が満水となったりするのを防止することができる。【００１９】
＜第２実施形態＞
図２Ａ、図２Ｂは本発明の第２実施形態に係る水力発電設備の説明図であり、図２Ａは本発明の適用前の状況を、図２Ｂは本発明の適用後の状況を、それぞれ示す斜視図である。但し、以下の説明では、図１Ａ，図１Ｂと同一若しくは類似の箇所には同一の符号を付し、第１実施形態と異なる箇所を中心に説明している。【００２０】
図２Ｂに示す水力発電設備は、図２Ａに示す段差工１の下流側に、当該段差工１の立壁を囲繞するように堰１１を設けて水槽１００を構成したものである。水槽１００内の底部には、図１と同様の水中発電機３が設けられている。また、段差工１の立壁は、既設用水路１０の構造物として造られたものであり、既設用水路１０の上流側に水を貯留する機能を有する。段差工１の底部側からは、水が流れ出るようになっている。【００２１】
以上の構成によれば、第１実施形態と同様、水槽１００内に一定の水量が確保され、これによって段差エネルギーが水槽１００内に貯留されることとなる。水中発電機３は、この水槽１００内に貯留された段差エネルギーを利用して水力発電を行うため、図２Ａに示す段差工１において未利用となっていた段差エネルギーを有効利用することが可能となる。また、本実施形態でも、段差工１の立壁を利用して水槽１００を構成しており、段差工１の周辺において大幅な改修工事を施す必要はない。従って、本実施形態に係る水力発電設備においても、既設用水路１０に大幅な改修工事を施すことなく、未利用の段差エネルギーを有効利用することが可能となる。【００２２】
なお、堰１１及び水槽１００の構成は、第１実施形態と同様に、堰１１の側壁の長さが長くなるように設計し、或いは水槽１００の断面積が大きくなるように設計したものが好ましい。かかる構成とした場合にも、前述した如く堰１１の越流長が伸長して水深ｈが小さくなるので、既設用水路１０から水が溢れるのを防止することができる。【００２３】
＜第３実施形態＞
図３Ａ，図３Ｂは本発明の第３実施形態に係る水力発電設備の説明図であり、図３Ａは本発明の適用前の状況を、図３Ｂは本発明の適用後の状況を、それぞれ示す斜視図である。但し、以下の説明では、図１Ａ，図１Ｂ及び図２Ａ，図２Ｂと同一の箇所には同一の符号を付し、第１,２実施形態と異なる箇所を中心に説明している。【００２４】
図３Ｂに示す水力発電設備は、図３Ａに示す段差工１の下流側に、当該段差工１を囲繞するように堰１１を設けて水槽１００を構成したものである。水槽１００内の底部には、図１Ａ，図１Ｂ及び図２Ａ，図２Ｂと同様の水中発電機３が設けられている。【００２５】
段差工１は、既設用水路１０の構造物として造られたものであり、より具体的には、既設用水路１０の河床を横断するように造られた落差工である。【００２６】
堰１１は、その平面形状がクランク型であり、この堰１１及び段差工１の立壁で囲まれた領域に水槽１００が構成されている。堰１１の天端は、段差工１の高さよりも若干低く設定しておくことが好ましい。この場合には、水槽１００内に貯留した水がこの水槽１００から溢れ出したとしても、既設用水路１０を流れる水が堰１１から越流するので、既設用水路１０の側壁から水が溢れにくくなる。【００２７】
ところで、堰１１の平面形状は、本実施形態の形状に限定されるものではなく、例えば、凹型、凸型、ラビリンス型、直線状などであってもよい。より具体的に説明すると、凹型若しくは凸型の場合には、それぞれ既設用水路１０の下流側若しくは上流側に向けて凸となるように堰１１を設け、他方、ラビリンス型の場合には、例えばＷ字状となるように堰１１を設けることとする。【００２８】
以上の構成によれば、水槽１００内に一定の水量が確保され、これによって段差エネルギーが水槽１００内に貯留されることとなる。水中発電機３は、この水槽１００内に貯留された段差エネルギーを利用して水力発電を行うため、図３Ａに示す段差工１において未利用となっていた段差エネルギーを有効利用することが可能となる。また、本実施形態においては、段差工１の立壁を利用して水槽１００を構成しており、段差工１の周辺において大幅な改修工事を施す必要はない。従って、本実施形態に係る水力発電設備によれば、既設用水路１０に大幅な改修工事を施すことなく、未利用の段差エネルギーを有効利用することが可能となる。【００２９】
なお、堰１１の平面形状が、上記の形状のうちクランク型、凹型、凸型、ラビリンス型などの場合には、直線状の場合と比べると、水力発電機３が不調となった非常時において、既設用水路１０から水が溢れにくくなるという優れた機能を有する。【００３０】
すなわち、図３Ｂに示す水力発電設備において、堰１１の底部には、前述したように水中発電機３に連通する排出路４が設けられており、水中発電機３が順調に作動している通常時には、この排出路４を介して水が堰１の下流側に流出するようになっている。しかし、水中発電機３が不調となった非常時には、排出路４から水が流出せず、水の流れが堰１１で堰き止められる。そして、堰き止められた水量が増大すると、水が堰１１を越流し始める。その際、堰１１を越えて流れる水の越流量をＱとし、堰１１の越流長をＢ、堰１１を越える水深をｈとすると、一般的に、Ｑ＝ＣＢｈ３/２（Ｃは定数；約１．８４）の関係にある。かかる関係式において、越流量Ｑが一定の場合に、堰１１を越える水深ｈが高くなってしまうと、既設用水路１０の側壁などから水が溢れやすくなる。特に、堰１１の平面形状が直線状の場合には、堰１１の越流長Ｂが最短となっており、堰１１を越える水深ｈが高くなるので、既設用水路１０のから水が溢れやすくなってしまう。しかし、本実施形態の如く堰１１の平面形状が上記の場合（例えば、図３Ｂのクランク型）には、堰１１の越流長Ｂが伸長し、その結果、堰１１を越える水深ｈが低くなるので、既設用水路１０から水が溢れにくくなる。
【産業上の利用の可能性】
【００３１】
本発明によれば、既設用水路の段差工を利用した利水設備において、既設用水路に大幅な改修工事を施すことなく、未利用の段差エネルギーを有効利用することが可能となる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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