(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水路に堰を設けて利水を行う水路を利用した利水設備であって、
前記堰は、前記水路内を屈曲しながら横断するように設けられ、前記利水設備としての水力発電設備が、前記堰における、前記堰の側壁面に挟まれる箇所若しくは前記堰の側壁面と前記水路の側壁面とに挟まれる箇所に設けられ、前記堰の横断方向に沿った長さ及び前記堰の高さは、前記水力発電設備の不調により前記水路の水流が前記堰によって堰き止められた状態で前記堰を越流する水の水深が、前記水路の側壁の高さと前記堰の高さとの差よりも小さくなるように設定されていることを特徴とする利水設備。
【請求項２】
請求項１に記載の水路を利用した利水設備において、
前記堰の平面形状は、クランク型、凹型、凸型、ラビリンス型のいずれかであることを特徴とする水路を利用した利水設備。
【請求項３】
水路に堰を設けて利水を行う水路を利用し、前記堰を、前記水路内を屈曲しながら横断するように設ける水路を利用した利水方法であって、
前記利水設備としての水力発電設備を、前記堰における、前記堰の側壁面に挟まれる箇所若しくは前記堰の側壁面と前記水路の側壁面とに挟まれる箇所に設け、前記堰の横断方向に沿った長さ及び前記堰の高さを、前記水力発電設備の不調により前記水路の水流が前記堰によって堰き止められた状態で前記堰を越流する水の水深が、前記水路の側壁の高さと前記堰の高さとの差よりも小さくなるように設定することを特徴とすることを特徴とする水路を利用した利水方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水路から水が溢れにくい水路を利用した利水設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水路（例えば、既設の農業用水路や灌漑用水路）を利用して、取水や発電などの利水を行う利水設備があり、例えば、水路に堰を設けて水位を上昇させてから取水を行い、或いは堰を設けて生じた水位差を利用して発電を行うものがある。かかる利水設備にあっては、従来、図３Ａ，図３Ｂに示す如く、水路１０を横断するように直線状の堰１を設けていた。【０００３】
なお、これに関連する先行文献として、特開２００３−２６９３１５号公報、特開２００５−３２０８８３号公報などがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記の水路を利用した利水設備では、取水効率若しくは発電効率を向上させるために堰の天端が高く設計されている。そのため、取水機や発電機などに不調が生じると、堰き止められた水量が増大して水が堰を越流し、水路から水が溢れやすくなる。特に、従来の利水設備の如く水路に直線状の堰を設けた場合には、堰の越流長が短いので、堰を越える水深が高くなり（越流長Ｂと水深ｈとの関係は、図３Ａ，図３Ｂ及び後述の関係式：Ｑ＝ＣＢｈ３/２を参照）、水路から水が溢れやすい。【０００５】
例えば、図３Ａ，図３Ｂに示す利水設備において、堰１の底部付近には、発電機３に連通する排出路４が設けられており、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、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１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１を越流し始める。その際、堰１を越える水深ｈが高くなってしまうと、水路１０の側壁２から水が溢れやすくなる。そして、上記の通り、従来の水路１０には直線状の堰１が設けられ、堰１の越流長Ｂが最短となっているため、堰１を越える水深ｈが高くなって、水路１０の側壁２などから水が溢れやすいのである。【０００６】
そこで、かかる従来の利水設備においては、水路１０から水が溢れるのを防止すべく、水路１０の側壁２を嵩上げしたり、或いは堰１にゲートを設けるなど、特別の設備を別途設けていた。しかし、そのような設備を設けると、コスト増を招いてしまう。また、たとえゲートなどの設備を設けたとしても、設備操作の対応が遅れたり、或いは設備不調の場合も懸念され、水路１０から水が溢れる可能性を排除できない。【０００７】  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、特別の設備を設置することなく、利水設備の不調時に水路から水が溢れるのを防止することが可能な水路を利用した利水設備及び利水方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は、水路に堰を設けて利水を行う水路を利用した利水設備であって、前記堰は、前記水路内を屈曲しながら横断するように設けられ、前記利水設備としての水力発電設備が、前記堰における、前記堰の側壁面に挟まれる箇所若しくは前記堰の側壁面と前記水路の側壁面とに挟まれる箇所に設けられ、前記堰の横断方向に沿った長さ及び前記堰の高さは、前記水力発電設備の不調により前記水路の水流が前記堰によって堰き止められた状態で前記堰を越流する水の水深が、前記水路の側壁の高さと前記堰の高さとの差よりも小さくなるように設定されていることを特徴とする。
【０００９】
前記堰の平面形状は、クランク型、凹型、凸型、ラビリンス型のいずれかであることが好ましい。また、前記利水設備として、例えば水力発電設備を設けてもよい。【００１０】
以上の構成によれば、従来の如く水路に直線状の堰を設けた場合と比べると、堰の越流長が長くなる。そのため、堰を越える水深が低くなって、水路から水が溢れにくくなる。従って、特別の設備を設置することなく、利水設備の不調時に水路から水が溢れるのを防止することが可能となる。【００１１】
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２００６−１９３０５６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】
【００１２】
【図１Ａ】本発明の実施形態における水路を利用した、堰の平面形状がクランク型の水力発電設備の概略を示す上方平面図である。
【図１Ｂ】本発明の実施形態における水路を利用した、堰の平面形状が凹型の水力発電設備の概略を示す上方平面図である。
【図１Ｃ】本発明の実施形態における水路を利用した、堰の平面形状が凸型の水力発電設備の概略を示す上方平面図である。
【図１Ｄ】本発明の実施形態における水路を利用した、堰の平面形状がラビリンス型の水力発電設備の概略を示す上方平面図である。
【図２】水力発電設備の詳細を示す斜視図である。
【図３Ａ】従来技術における水力発電設備を説明するための上方平面図である。
【図３Ｂ】図３ＡのＶ−Ｖ線矢視図である。
【符号の説明】
【００１３】
１、１１〜１４  堰
２  側壁
３  発電機
４  排出路
１０  水路
１００  水力発電設備
Ｑ  堰を越えて流れる水の越流量
Ｂ  堰の越流長
ｈ  堰を越える水深
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図１Ａ〜図１Ｄ及び図２を参照しつつ、利水設備として水力発電設備を例に挙げながら本発明の実施形態について説明する。図１Ａ〜図１Ｄは本実施形態における水力発電設備の概略を示す上方平面図、図２は水力発電設備の詳細を示す斜視図である。なお、図１Ａ〜図１Ｄ及び図２において、図３Ａ，図３Ｂと同一若しくは類似の箇所には同一の符号を付し、異なる箇所にのみ新たな符号を付している。【００１５】
図１Ａ〜図１Ｄに示す水力発電設備１００ａ〜１００ｄは、既設の水路１０にそれぞれ平面形状の異なる堰１１〜１４を設け、これによって生じた水位差を利用して発電を行う設備であり、各堰１１〜１４には底部付近に排出路４が設けられ、さらにこの排出路４を介して発電機３が設けられている。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が挙げられる。なお、図２の例では、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発電機３を設置することで、堰１１、排出路４、及び発電機３を一体にユニット化した構成としている。【００１６】
堰１１〜１４は、水路１０内を屈曲しながら横断するように設けられ、その平面形状は、それぞれクランク型（図１Ａ及び図２参照）、凹型（図１Ｂ参照）、凸型（図１Ｃ参照）、ラビリンス型（図１Ｄ参照）である。より具体的には、図１Ａ及び図２に示すクランク型の場合、堰１１は水路１０内を２回屈曲している。一方、図１Ｂ及び図１Ｃに示す凹型若しくは凸型の場合には、それぞれ水路１０の下流側若しくは上流側に向けて凸となるように構成されており、いずれも水路１０内を最低４回以上屈曲している。また、図１Ｄに示すラビリンス型の場合には、水路１０内を最低１回以上屈曲しＷ字状に構成されている。ただし、本発明において、堰の構成は図１Ａ〜図１Ｄに示すものに限らず、要するに、堰が水路内を屈曲しながら横断するように設けられていればよい。また、排水路４の向きも図１Ａ〜図１Ｄに示すものに限らず、適宜設定することが可能である。【００１７】
以上のように、堰１１〜１４は、いずれの場合にも水路１０内を屈曲しながら横断するように設けられているので、同一の水路１０に直線状の堰１（従来技術の図３Ａ，図３Ｂ参照）を設けた場合と比べると、各堰１１〜１４の越流長Ｂａ〜ｄが長くなる。そのため、発電機３が不調となった非常時においても、従来の場合と比べると、堰１１〜１４を越える水深ｈが低くなり、水路１０から水が溢れにくくなる。【００１８】
すなわち、図１Ａ〜図１Ｄ及び図２に示す水力発電設備において、堰１の底部付近には、前述したように発電機３に連通する排出路４が設けられており、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、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１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１を越流し始める。その際、堰１１〜１４を越えて流れる水の越流量をＱとし、堰１１〜１４の越流長をＢａ〜ｄ、堰１１〜１４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（図３Ｂ参照）。かかる関係式において、越流量Ｑが一定の場合、上記のように越流長Ｂａ〜ｄを長くしたときには、堰１１〜１４を越える水深ｈが低くなる。そして、水深ｈが低くなると、水路１０の側壁２などから水が溢れにくくなる（図３Ｂ参照）。【００１９】
そこで、本実施形態では、側壁２の高さと堰１１〜１４を越える水の高さとの差（＝クリアランス）が十分に確保されるように水深ｈの最大値を設定し、次いで水深ｈがこの値以下となるように越流長Ｂａ〜ｄを長くしておく。かかる場合には、たとえ水路１０を流れる水が堰１１〜１４を越流したとしても、水路１０の側壁２を越流することはないので、水路１０から水が溢れにくくなる。そのため、図１Ａ〜図１Ｄ及び図２に示す水力発電設備１００ａ〜ｄにおいては、水路１０の側壁２を嵩上げしたり、或いは堰１１〜１４にゲートを設けたり特別の設備を設置する必要がない。従って、以上の水力発電設備１００ａ〜ｄによれば、特別の設備を設置することなく、利水設備の不調時に水路から水が溢れるのを防止することが可能となる。【００２０】
ところで、水路１０を流れる水は、屈曲する堰１１〜１４の側壁面によって絞り込まれながら下流側に流れる（図１Ａ〜図１Ｄの矢印参照）。そのため、同一の水路１０に直線状の堰１（図２参照）を設けた場合と比べると、各堰１１〜１４にはいずれも水位差が大きくなる箇所が生じる。従って、各堰１１〜１４のうち当該箇所に発電機３を設けておくことにより、発電効率を向上させることも可能となる。【００２１】
なお、本発明の利水設備は、上述した水力発電設備に限定されるものではなく、例えば、発電機３及び排出路４の代わりに取水用ポンプを設けた取水設備を含むことは勿論である。
【産業上の利用の可能性】
【００２２】
本発明によれば、水路を利用した利水設備において、特別の設備を設置することなく、利水設備の不調時に水路から水が溢れるのを防止することができる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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