(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水力発電のための水を取り入れる取水口を横断するように配置され、下部が前記取水口の底部に保持される変位可能な可動堰と、
前記取水口に流入する水に混在する土砂を検出する土砂流入検出手段と、
前記土砂流入検出手段からの信号に基づき、前記取水口に流入する土砂の量が所定値を超えたと判断した場合は、前記可動堰を上方に変位させつつ、前記水力発電に必要な水を前記可動堰を乗り越えて下流側に流す可動堰制御手段と、
を備えたことを特徴とする土砂侵入防止装置。
【請求項２】
前記可動堰制御手段は、前記取水口に流入する水の水位の変化に応じて前記可動堰の高さを調整することを特徴とする請求項１に記載の土砂侵入防止装置。
【請求項３】
前記可動堰は、前記取水口のスクリーンの下流側に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の土砂侵入防止装置。
【請求項４】
前記土砂流入検出手段は、前記取水口に流入する水の濁りの度合いを検出する濁度濃度検出器と前記取水口に流入する水に混在する土砂の衝突数を検出する土砂検出器が並列に接続されて構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の土砂侵入防止装置。
【請求項５】
前記可動堰は、作動流体の供給または排出によって少なくとも上下方向に変位可能なゴム製チューブから構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の土砂侵入防止装置。
【請求項６】
前記作動流体は、空気または水であることを特徴とする請求項５に記載の土砂侵入防止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水力発電のための水を取り入れる取水口に配置される土砂侵入防止装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
流れ込み式の水力発電所は、河川の水の一部を取水口から引き込んで発電を行うものであり、河川の水量の変化に伴い取水口に流入する水量も変化する。流れ込み式の水力発電所では、豪雨出水時には大量の土砂が混在した濁水が取水口に流入することになる。取水口に大量の土砂が流入すると、下流側に位置する導水路内への土砂が堆積するという問題や、発電設備である水圧鉄管、水管系統、ケーシング、水車などに対して磨耗等の悪影響を及ぼすという問題がある。
【０００３】
従来から水門における土砂の流入を抑制する技術が知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。特許文献１の技術は、水門に傾倒可能な起伏ゲートを設け、増水時には起伏ゲートを下流側に倒すようになっている。また、特許文献２の技術は、取水口に大量の土砂を含む水が流入する場合は、土砂を検出するセンサからの信号に基づき取水門を自動的に閉塞するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３０２９２７号公報
【特許文献２】特開２００４−２３２４３２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、特許文献１の技術は、増水時には起伏ゲートを下流側に倒すようにしているため、増水時に水に混在している多量の土砂は、起伏ゲートの下流側に流れることになり、土砂の下流側への流出を阻止することができない。また、特許文献２の技術は、取水口に大量の土砂を含む水が流入する場合は、取水門を自動的に閉塞するので、取水停止によって水力発電所側に発電のための水を供給することができなくなり、発電を中止せざるを得ないという問題がある。したがって、大量の土砂が混在する増水時であっても、水力発電に支障を及ぼすことなく取水口への大量の土砂の流入を防止することが可能な技術の開発が望まれる。
【０００６】
そこで本発明は、大量の土砂が混在する増水時であっても、水力発電に支障を及ぼすことなく取水口への大量の土砂の流入を防止することが可能な土砂侵入防止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】
【０００７】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、水力発電のための水を取り入れる取水口を横断するように配置され、下部が前記取水口の底部に保持される変位可能な可動堰と、前記取水口に流入する水に混在する土砂を検出する土砂流入検出手段と、前記土砂流入検出手段からの信号に基づき、前記取水口に流入する土砂の量が所定値を超えたと判断した場合は、前記可動堰を上方に変位させつつ、前記水力発電に必要な水を前記可動堰を乗り越えて下流側に流す可動堰制御手段と、を備えたことを特徴とする土砂侵入防止装置である。
【０００８】
この発明によれば、取水口に流入する水に混在する土砂は、水よりも比重が大であるので、取水口の底部に沿って流れる。取水口に流入する土砂の量が所定値を超えた場合は、可動堰が上方に変位するので、取水口の底部に沿って流れる多量の土砂は可動堰によってせき止められることになる。また、可動堰を乗り越えて下流側に流れる水は、土砂の混在量が著しく少ないので、水力発電設備に与える影響がほとんどなく、水力発電を継続することが可能となる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の土砂侵入防止装置において、前記可動堰制御手段は、前記取水口に流入する水の水位の変化に応じて前記可動堰の高さを調整することを特徴としている。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の土砂侵入防止装置において、前記可動堰は、前記取水口のスクリーンの下流側に配置されていることを特徴としている。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の土砂侵入防止装置において、前記土砂流入検出手段は、前記取水口に流入する水の濁りの度合いを検出する濁度濃度検出器と前記取水口に流入する水に混在する土砂の衝突数を検出する土砂検出器が並列に接続されて構成されていることを特徴としている。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の土砂侵入防止装置において、前記可動堰は、作動流体の供給または排出によって少なくとも上下方向に変位可能なゴム製チューブから構成されていることを特徴としている。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の土砂侵入防止装置において、前記作動流体は、空気または水であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、取水口に流入する土砂の量が所定値を超えたと判断した場合は、可動堰を上方に変位させるようにしているので、取水口への大量の土砂の流入を防止することができ、土砂の流入による水車等の発電設備の磨耗、損傷を回避することができる。また、可動堰を乗り越えて下流側に流れる水は、土砂の混在量が著しく少ないので、従来技術のように取水を停止する必要がなく、継続して水力発電が可能となる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、可動堰制御手段は、取水口に流入する水の水位の変化に応じて前記可動堰の高さを調整するので、水力発電に必要な流量の水を十分に確保することができ、水力発電の出力低下を回避することができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、可動堰は取水口のスクリーンの下流側に配置されているので、取水口に流入した流木などの異物を可動堰に衝突する前にスクリーンで除去することができ、可動堰を異物の衝突から保護することができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、土砂流入検出手段は、濁度濃度検出器と土砂検出器が並列に接続されて構成されているので、一方の検出器が故障した場合でも、土砂の流入を確実に把握することができ、装置の信頼性を高めることができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明によれば、可動堰は作動流体の供給または排出によって少なくとも上下方向に変位可能なゴム製チューブから構成されているので、鋼製の可動堰に比べて構成が簡素化できるとともに、現場での設置工事も容易となり、コストを低減することができる。
【００１９】
請求項６に記載の発明によれば、ゴム製チューブからなる可動堰に供給される作動流体は、空気または水であるので、作動流体が取水口に漏れ出した場合でも、周囲に悪影響を及ぼすことはなく、周囲の環境の汚染防止を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１に係わる土砂侵入防止装置の制御ブロック図である。
【図２】図１の土砂侵入防止装置における平常時の可動堰の動作を示す断面図である。
【図３】図１の土砂侵入防止装置における増水時の可動堰の動作を示す断面図である。
【図４】図１の土砂侵入防止装置の可動堰が設けられる場所を示す平面図である。
【図５】図１の土砂侵入防止装置の可動堰の上方への変位前の状態を示す正面図である。
【図６】図１の土砂侵入防止装置の可動堰の上方への変位後の状態を示す正面図である。
【図７】図１の土砂侵入防止装置の制御回路図である。
【図８】図７の制御回路による可動堰の制御手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
図１ないし図８は、本発明の実施の形態を示している。図４に示すように、流れ込み式の水力発電では、河川１を流れる水Ｗのうち一部の水Ｗ１を第１の導水路２を介して取水口３に引き込むようにしている。取水口３から取り入れた水Ｗ３は、取水門６および第２の導水路７を介して水力発電所８の水車８ａに導かれる。発電機８ｂは、水車８ａによって所定の回転数で回転駆動され、発電を行うようになっている。取水口３には、流木などの異物を除去するスクリーン１１が設けられている。第１の導水路２におけるスクリーン１１の近傍には、排砂門４を介して流路５が接続されている。排砂門４は、取水口３の上流側に溜まった土砂を流路５を介して水Ｗ２と共に河川１側に流す機能を有している。
【００２３】
図２および図３に示すように、排砂門４は、取水口３の底部３ａよりも下方に位置している。排砂門４は、昇降部４ｂを介して吊下げられており、上方に位置するモータ４ａによって昇降可能となっている。取水門６は、取水口３におけるスクリーン１１の下流側に位置している。取水門６は、昇降部６ｂを介して吊下げられており、上方に位置するモータ６ａによって昇降可能となっている。取水口３に流入した水Ｗ１のうち水力発電所８側に供給される水Ｗ３の流量は、取水門６の昇降によって調整可能となっている。この実施の形態においては、取水門６の流路の幅は、後述する可動堰２１の幅よりも狭くなっている。
【００２４】
図１に示すように、土砂侵入防止装置２０は、可動堰２１と、土砂流入検出手段３０と、可動堰制御手段４０とを有している。図２および図４に示すように、可動堰２１は、取水口３におけるスクリーン１１と取水門６との間に配置されており、図５および図６に示すように、取水口３を横断するように配置されている。可動堰２１は、例えば作動流体Ｒの供給または排出によって少なくとも上下方向に変位可能なゴム製チューブ（ゴム引布製チューブ）から構成されている。ゴム製チューブは、引張り強度の高い繊維を用いた布袋にゴムをコーティングしたものであり、高い気密性および水密性を有している。可動堰２１は、内部に作動流体Ｒを供給することにより、風船のように膨らむようになっている。
【００２５】
可動堰２１は、下部２１ａが取水口３の底部３ａに保持されている。可動堰２１は、膨らんだ状態でも下部２１ａが平面状を保つように形成されており、下部２１ａは取水口３の底部３ａと常時密着している。すなわち、可動堰２１は、膨らんだ状態では上方および幅方向に変位するようになっており、上部２１ｂが水面Ｗａに近づくようになっている。また、図６に示すように、可動堰２１は、膨らんだ状態では取水口３の右側壁３ｂおよび左側壁３ｃに密着するようになっている。この実施の形態においては、ゴム製チューブからなる可動堰２１に供給される作動流体Ｒは、取水口３に流入する水Ｗ１としているが、作動流体Ｒを空気とする構成にしてもよい。
【００２６】
土砂流入検出手段３０は、取水口３のスクリーン１１の近傍に設けられている。土砂流入検出手段３０は、この実施の形態においては、濁度濃度検出器３１と土砂検出器３２が並列に接続されたものから構成されている。濁度濃度検出器３１は、取水口３に流入する水Ｗ１の濁り度合いを検出する機能を有している。濁度濃度検出器３１は、水Ｗ１の濁り度合いが高くなった場合は、水Ｗ１に混在している土砂Ｚの割合が高くなっていることを間接的に検出するようになっており、水Ｗ１の濁り度合いが所定値以上である場合は、信号Ｓ１を可動堰制御手段４０の制御部４２へ出力するようになっている。土砂検出器３２は、取水口３に流入する水Ｗ１に混在する土砂（砂粒）Ｚの衝突数を検出する機能を有している。同様に、土砂検出器３２は、水Ｗ１に混在する土砂Ｚの衝突数が多くなった場合は、水Ｗ１に混在している土砂Ｚの割合が高くなっていることを間接的に検出するようになっており、水Ｗ１に混在する土砂Ｚの衝突数が所定値以上である場合は、信号Ｓ２を可動堰制御手段４０の制御部４２へ出力するようになっている。
【００２７】
可動堰制御手段４０は、図１および図７に示すように、ポンプ４１と制御部４２とから構成されている。ポンプ４１は、可動堰２１に作動流体Ｒを供給することにより、可動堰２１を膨張させることが可能となっている。また、ポンプ４１は、可動堰２１から作動流体Ｒを排出することにより、可動堰２１を収縮させることが可能となっている。ポンプ４１は、ポンプ本体４１ａと、モータ４１ｂとから構成されている。ポンプ本体４１ａは、モータ４１ｂによって正転または逆転方向に回転可能となっている。
【００２８】
図７に示すように、ポンプ本体４１ａの一方には、取水口３に流入する作動流体Ｒとしての水Ｗ１を吸込むための管路４１ｃが接続されている。ポンプ本体４１ａの他方には、吸込んだ水Ｗ１を可動堰２１内に供給する管路４１ｄが接続されている。管路４１ｄの一部は、図５および図６に示すように、取水口３の左側壁３ｃに沿って形成された収納溝３ｄに収納されている。管路４１ｃおよび管路１４ｄは、可動堰２１を膨らませる場合は作動流体Ｒの供給流路として機能し、可動堰２１を収縮させる場合は作動流体Ｒの排出流路として機能する。可動堰制御手段４０は、濁度濃度検出器３１からの信号Ｓ１、または土砂検出器３２からの信号Ｓ２に基づき、取水口３に流入する土砂Ｚの量が所定値を超えたと判断した場合は、作動流体Ｒの供給によって可動堰２１を上方に変位させるとともに、水力発電所８で必要な流量の水Ｗ１を可動堰２１を乗り越えて下流側に流す機能を有している。
【００２９】
土砂侵入防止装置２０は、可動堰２１の上方への変位量を電気的に検出する変位検出手段４３と、取水口３に流入する水Ｗ１の水位を電気的に検出する水位検出手段４４を有している。変位検出手段４３からの信号Ｓ３および水位検出手段４４からの信号Ｓ４は、可動堰制御手段４０の制御部４２へ入力されている。可動堰制御手段４０は、取水口３に流入する水Ｗ１の水位の変化に応じて可動堰２１の高さを調整するようになっている。
【００３０】
可動堰制御手段４０の制御部４２には、商用電源ＳＯが接続されている。商用電源ＳＯからの電力は、制御部４２を介してポンプ本体４１ａを駆動するためのモータ４１ｂに供給可能となっている。モータ４１ｂは、制御部４２からの指令に基づいて正転または逆転方向に回転するようになっている。この実施の形態においては、図６に示すように、上方に変位した状態の可動堰２１の高さＨ４は、水力発電所８が必要とする流量の水Ｗ１を確実に確保できるように、可動堰制御手段４０の制御部４２によって制御されている。
【００３１】
つぎに、土砂侵入防止装置２０の動作順序および作用について説明する。
【００３２】
図２および図５に示すように、平常時には可動堰２１は扁平状態に収縮しており、可動堰２１の高さはＨ３となっている。この状態では、取水口３に流入する水Ｗ１の水位はＨ１となっている。可動堰２１を通過した水Ｗ１は、取水門６によって流量が調整され、流量が調整された水Ｗ３が水力発電所８側に供給される。
【００３３】
図８は、可動堰２１の制御手順を示すフローチャートを示している。図８に示すように、ステップＳ５１で制御が開始され、ステップＳ５２では、河川１から取水口３に導かれた水Ｗ１について、濁度濃度検出器３１による濁度濃度と、土砂検出器３２による土砂Ｚの衝突数が判定される。豪雨出水時には取水口３に流入する水Ｗ１の水位が高さＨ２に上昇するとともに、水Ｗ１に混在する土砂Ｚの量も増加することになる。ステップＳ５２において、水Ｗ１の濁度濃度が所定値（○○％）以上である場合、または土砂Ｚの衝突数が所定値（○○％）以上であると判断された場合は、ステップＳ５３に進む。
【００３４】
ステップＳ５３においては、ポンプ４１によってゴム製チューブからなる可動堰２１に作動流体Ｒである水Ｗ１が供給（作動流体Ｒが空気の場合は、可動堰２１には空気が供給される。）され、可動堰２１を起伏させる。すなわち、可動堰２１は、ポンプ４１による水Ｗ１の供給によって上方へ変位し、図６に示すように、取水口３の底部３ａからの高さがＨ４となる。可動堰２１が上方へ変位した状態では、可動堰２１の上流側がスクリーン１１側に膨らみ可動堰２１はスクリーン１１に密着した状態となる。ここで、取水口３に流入する水Ｗ１に混在する土砂Ｚは、水Ｗ１よりも比重が大であるので、矢印Ｆ２に示すように、取水口３の底部３ａに沿って流れようとするが、取水口３の底部３ａには可動堰２４が密着した状態で保持されているので、取水口３の底部３ａに沿って流れる多量の土砂Ｚは可動堰２１によってせき止められることになり、可動堰２１の下流側への土砂Ｚの流出が阻止される。
【００３５】
一方、可動堰２１が上方に変位した状態では、可動堰２１を乗り越えて下流側に流れる水Ｗ１には、土砂Ｚはほとんど混在しないので、取水門６を介して水力発電所８側に供給される水Ｗ３は、豪雨出水時にも関わらず良質なものとなる。ここで、可動堰２１を乗り越えて下流側に流れる水Ｗ１の流量は、可動堰制御手段４０の制御部４２による可動堰２１の高さ調整によって、取水門６を通過する水Ｗ３の流量よりも大に確保されるので、水力発電所８の運転に支障をきたすことはない。すなわち、可動堰２１の上部２１ｂから水面Ｗａまでの高さはＨ５に確保されるので、可動堰２１を乗り越えて下流側に流れる水Ｗ１の流量は、水力発電所８が必要な流量を十分超えており、水力発電所８の運転に支障をきたすことはない。
【００３６】
可動堰２１が上方に変位した後は、ステップＳ５４に進み、取水口３に流入する水Ｗ１について、濁度濃度検出器３１による濁度濃度と、土砂検出器３２による土砂Ｚの衝突数が判定される。ステップＳ５４において、水Ｗ１の濁度濃度が所定値（○○％）以下である場合、または土砂Ｚの衝突数が所定値（○○％）以下であると判断された場合は、ステップＳ５５に進む。ステップＳ５５では、ゴム製チューブからなる可動堰２１内に供給された水Ｗ１がポンプ４１によって取水口３へ排出され、可動堰２１は図２および図５に示すように、収縮して扁平状態となり、可動堰２１の制御が完了する。すなわち、取水口３に流入する水Ｗ１に土砂Ｚがほとんど混在しなくなった場合は、水力発電所８の運転に影響がないので、取水口３に流入した水Ｗ１は、可動堰２１にせき止められることなく、水力発電所８側に供給される。
【００３７】
可動堰２１によってせき止められた土砂Ｚは、排砂門４の近傍に滞留することになるが、定期的に排砂門４を開くことにより、滞留していた土砂Ｚを排砂門４を介して水Ｗ２と共に河川１側に排出することが可能となる。
【００３８】
このように、土砂侵入防止装置２０は、取水口３に流入する土砂Ｚの量が所定値を超えたと判断した場合は、可動堰２１を上方に変位させるようにしているので、取水口３への大量の土砂Ｚの流入を防止することができる。これにより、第２の導水路７内への土砂Ｚの堆積が回避できるとともに、土砂Ｚの流入による水車８ａ等の発電設備の磨耗、損傷を回避することができる。また、可動堰２１を乗り越えて下流側に流れる水Ｗ１は、土砂Ｚの混在量が著しく少ないので、従来技術のように取水を停止する必要がなく、継続して水力発電が可能となる。
【００３９】
また、可動堰制御手段４０は、取水口３に流入する水Ｗ１の水位の変化に応じて可動堰２１の高さを調整するので、水力発電に必要な流量の水Ｗ１を十分に確保することができ、水力発電の出力低下を回避することができる。そして、可動堰２１は、作動流体Ｒの供給または排出によって少なくとも上下方向に変位可能なゴム製チューブから構成されているので、鋼製の可動堰に比べて構成が簡素化できるとともに、現場への設置も容易となり、コストを低減することができる。さらに、可動堰２１は取水口３のスクリーン１１の下流側に配置されているので、取水口３に流入した流木などの異物を可動堰２１に衝突する前にスクリーン１１で除去することができ、ゴム製チューブからなる可動堰２１を異物の衝突から保護することができる。
【００４０】
土砂流入検出手段３０は、濁度濃度検出器３１と土砂検出器３２が並列に接続されて構成されているので、一方の検出器が故障した場合でも、土砂Ｚの流入を確実に把握することができ、装置の信頼性を高めることができる。また、ゴム製チューブからなる可動堰２１に供給される作動流体Ｒは、空気または水であるので、作動流体Ｒが取水口に漏れ出した場合でも、周囲に悪影響を及ぼすことはなく、周囲の環境の汚染防止を図ることができる。
【００４１】
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、この実施の形態においては、可動堰２１は、作動流体Ｒとしての水や空気によって変位可能なゴム製チューブから構成されているが、外部からの指令によって起伏動作ができるものであれば、ゴム製チューブに限定されず、鋼製のゲートからなる可動堰であってもよい。また、可動堰２１は、取水口３におけるスクリーン１１の下流側に配置されているが、取水口３におけるスクリーン１１の上流側に配置する構成としてもよい。
【００４２】
さらに、土砂流入検出手段３０は、濁度濃度検出器３１と土砂検出器３２から構成しているが、例えば取水口３に流入する水Ｗ１の状態をデジタルカメラで撮影し、この撮影された画像を解析し、土砂Ｚの流入を検知する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１                河川
３                取水口
４                排砂門
６                取水門
７                導水路
８                水力発電所
８ａ              水車
２０              土砂侵入防止装置
２１              可動堰
３０              土砂流入検出手段
３１              濁度濃度検出器
３２              土砂検出器
４０              可動堰制御手段
４１              ポンプ
４２              制御部
４３              変位検出手段
４４              水位検出手段
Ｒ                作動流体
【図１】
0005247845.tif 000002
【図２】
0005247845.tif 000003
【図３】
0005247845.tif 000004
【図４】
0005247845.tif 000005
【図５】
0005247845.tif 000006
【図６】
0005247845.tif 000007
【図７】
0005247845.tif 000008
【図８】
0005247845.tif 000009