(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水路の流れを制御するためのゲートに付帯され、前記ゲートにより仕切られる一方の水路から他方の水路に排水を行うために用いられるポンプ設備であって、幅方向が水路の流れに対して略直交するように配設されてゲートを開閉する扉体に排水用のポンプが内蔵されているとともに、ポンプを経て水が逆流することを防止するためのフラップ弁が、開閉方向が扉体の幅方向に直角となり、かつ、動作範囲が扉体から外側にはみ出さないような態様で扉体に内蔵され、扉体が開閉動作をする際の動作範囲において、フラップ弁が外部と干渉を起こさないように構成されていることを特徴とするゲート内蔵式ポンプ設備。
【請求項２】
前記フラップ弁を、２以上の弁体を備えた構成とすることにより、フラップ弁全体としての動作範囲を小さくしたことを特徴とする請求項１記載のゲート内蔵式ポンプ設備。
【請求項３】
前記ポンプが動作することにより水が吸い込まれる吸込口と、前記フラップ弁の配設位置が、略同一レベルにあることを特徴とする請求項１又は２記載のゲート内蔵式ポンプ設備。
【請求項４】
扉体内に複数のポンプが配設されており、かつ、各ポンプには、それぞれ、開閉方向が扉体の幅方向に直角となり、かつ、動作範囲が扉体から外側にはみ出さないような態様で、フラップ弁が配設されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のゲート内蔵式ポンプ設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中小河川などの水路の流れを制御するゲートに付帯される排水用のポンプ設備に関し、詳しくは、ゲートを構成する扉体内に排水用のポンプと、水の逆流を防止するためのフラップ弁が内蔵されたゲート内蔵式ポンプ設備に関する。
【０００２】
【関連する技術及び発明が解決しようとする課題】
中小河川などの水路の流れを制御するゲートに付帯される排水用のポンプ設備５０は、通常、図５，図６に示すように、支川（以下単に「水路」ともいう）５１と本川５２の合流点の支川５１側に、支川５１の流れ方向に対して略直角に配置される。
【０００３】
また、ゲート内蔵式ポンプ設備５０は、通常、支川５１の全幅に一枚、又は複数枚の扉体５３（図６）を配設することにより形成されている。なお、複数枚の扉体を設置する場合には、扉体は直列に連設されることになる。
【０００４】
そして、支川５１に配設されたゲート内蔵式ポンプ設備５０により、支川５１から水を汲み上げるにあたっては、扉体５３を完全に下げた状態で河川水を塞き止め、ポンプ５４の機能で支川５１の河川水を下流の本川５２に汲み上げている。
【０００５】
ところで、中小河川などの水路の流れを制御するゲートに付帯される排水用のポンプ設備においては、通常、ポンプ設備の不測の事態などでポンプ運転が急に停止した場合を想定して、ポンプ作用により加圧された揚水が逆流することを防止する目的で、フラップ弁５５（図６）や逆止弁が設置されている。
【０００６】
そして、扉体にポンプを内蔵したゲート内蔵式ポンプ設備においても、同様に、急激にポンプ運転が停止された場合に、ゲート（扉体）によって仕切られた前後の水位差、すなわち圧力差により水の逆流が発生する場合があるため、これを防止する目的でフラップ弁や逆止弁が必要とされている。
【０００７】
例えば、特開２００１−３２２４６に実施例として開示されたボルテックスポンプゲートは、図７に示すように、２台の同一規格のユニット型ボルテックスポンプ１１０を並列に接続固定し、その両側に枠部材１４０を取り付けることにより構成されおり、２台のユニット型ボルテックスポンプ１１０にそれぞれ１台ずつ取り付けられている排水用のポンプとしてボルテックスポンプＶが使用されている。
【０００８】
そして、ユニット型ボルテックスポンプ１１０の吐出流路１３１の吐出口１２５にはフラップ弁（逆流防止弁）１２７が取り付けられている。
しかし、この特開２００１−３２２４６のボルテックスポンプゲートにおいては、フラップ弁１２７の動作範囲分だけゲート厚み（扉体厚み）が厚くなり、設備が大型化するという問題点がある。また、ゲート構造が複雑になり、製作コストが上昇するという問題点がある。さらに、扉体の重心が止水面から離れることになるため、止水効果を減少させるという問題点がある。
【０００９】
また、本願の出願人は、排水量が羽根幅に比例し、水が羽根内を２度通過するように構成された貫流羽根車を用いてなる貫流ポンプを、貫流羽根車の回転軸がゲート（扉体）の厚み方向（すなわち水路の流れ方向）と直交するような態様で、ゲート（扉体）内に内蔵したゲート内蔵式ポンプ設備を提案している（本願の出願時においては未公開の特願２０００−０８３６５７）。
【００１０】
このゲート内蔵式ポンプ設備は、図８に示すように、内部に還流ポンプ６１が配設されたゲート（扉体）６２の、下流側の面に吐出口６３が設けられ、かつ、吐出口６３に、矢印Ａで示す方向に開閉動作を行うフラップ弁６４が配設された構造を有している。
【００１１】
しかし、この特願２０００−０８３６５７のゲート内蔵式ポンプ設備の場合、フラップ弁６４がゲート（扉体）６２からはみ出すことになり、フラップ弁６４の廻りにゴミが絡んだ場合などに、弁体６４ａが開口したままで固定され、ゲート（扉体）６２の昇降時にフラップ弁６４が他の部材などと接触したり、ゲート（扉体）６２の昇降動作が不確実になったりする場合も考えられ、さらに信頼性を向上させる見地から改善の余地がないわけではないのが実情である。
【００１２】
また、特開平１０−３１７３５８号に実施例として開示されたポンプ一体化ゲート設備用のポンプは、図９に示すように、吸込カバー７６Ａと、羽根車７６Ｂ、案内羽根７６Ｃ及び羽根車駆動用のポンプ駆動源７６Ｄを備えた立軸ポンプ７６を、ゲート（扉体）７１の、排水用コラム７５の下部に設置するとともに、立軸ポンプ７６の上部（案内羽根７６Ｃの下流側）に逆止弁７８を設けた構成を有している。
【００１３】
しかし、この特開平１０−３１７３５８号の構成では、逆止弁７８の開口部面積を大きくすることが困難であり、開口部面積が小さい状態で、吐出量を大きくすると吐出し流速が大きくなり、損失揚程が大きくなるという問題点がある。
【００１４】
また、逆止弁７８の開閉は、水流が、閉止時には水平の姿勢にあり、全重量が便座にかかっている弁体７８Ｂの重量にうち勝ち、弁体７８Ｂを押し退けることによって行われるように構成されているため、フラップ弁方式の場合と比較すると開閉の際の損失揚程が増大するという問題点がある。
【００１５】
さらに、この従来例の構成の場合、吸込口７９と逆止弁７８（あるいは吐出口８０）のレベルに差があるため、通常時、ゲート（扉体）７１を閉めた状態では支川８１から本川８２への自然流下が、起こりにくいのでゲート（扉体）７１の上下動作の管理を頻繁に行うことが必要になるという問題点がある。
【００１６】
本発明は、上記問題点を解決するものであり、ゲートを構成する扉体の昇降動作を妨げることなく、かつ、逆流を確実に防止することが可能で、ゲート内蔵式であることの特徴を十分に生かすことが可能なゲート内蔵式ポンプ設備を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明（請求項１）のゲート内蔵式ポンプ設備は、水路の流れを制御するためのゲートに付帯され、前記ゲートにより仕切られる一方の水路から他方の水路に排水を行うために用いられるポンプ設備であって、幅方向が水路の流れに対して略直交するように配設されてゲートを開閉する扉体に排水用のポンプが内蔵されているとともに、ポンプを経て水が逆流することを防止するためのフラップ弁が、開閉方向が扉体の幅方向に直角となり、かつ、動作範囲が扉体から外側にはみ出さないような態様で扉体に内蔵され、扉体が開閉動作をする際の動作範囲において、フラップ弁が外部と干渉を起こさないように構成されていることを特徴としている。
【００１８】
ポンプと逆流防止用のフラップ弁を扉体に内蔵するとともに、フラップ弁を、開閉方向が扉体の幅方向に直角（すなわち、水路の流れに対して略直角）となり、かつ、動作範囲が扉体から外側にはみ出さないような態様で、扉体内に配設することにより、扉体が開閉動作をする際の動作範囲において外部と干渉を起こすことを防止するとともに、扉体の厚みを薄くすることが可能になる。
【００１９】
したがって、フラップ弁が外部と干渉を起こして、扉体の昇降動作を妨げたり、フラップ弁が損傷したりすることを確実に回避して、フラップ弁を確実に動作させることが可能で、ゲート内蔵式であることの特徴を十分に生かすことができるゲート内蔵式ポンプ設備を提供することが可能になる。
また、扉体の厚みを薄くすることが可能で、扉体の重心を止水面に近づけることができるため、止水効果を向上させることが可能になる。
【００２０】
また、請求項２のゲート内蔵式ポンプ設備は、前記フラップ弁を、２以上の弁体を備えた構成とすることにより、フラップ弁全体としての動作範囲を小さくしたことを特徴としている。
【００２１】
フラップ弁を、２以上の弁体を備えた構成とすることにより、各弁体の寸法を小さくして、その動作範囲を小さくし、フラップ弁全体としての動作範囲を大きくすることなく、フラップ弁の開口部面積を大きくすることが可能になり、フラップ弁が外部と干渉を起こして、扉体の昇降動作を妨げたり、フラップ弁が損傷したりすることを確実に回避しつつ、損失揚程の増大を抑えることが可能になる。
【００２２】
また、請求項３のゲート内蔵式ポンプ設備は、前記ポンプが動作することにより水が吸い込まれる吸込口と、前記フラップ弁の配設位置が、略同一レベルにあることを特徴としている。
【００２３】
吸込口と、フラップ弁（すなわち吐出口）を、略同一レベルとすることにより、扉体を上下方向に動作させることにより行われるゲートの開閉を行うことなく、水路の自然流下を促すことが可能になり、本発明をさらに実効あらしめることができる。
【００２４】
また、請求項４のゲート内蔵式ポンプ設備は、扉体内に複数のポンプが配設されており、かつ、各ポンプには、それぞれ、開閉方向が扉体の幅方向に直角となり、かつ、動作範囲が扉体から外側にはみ出さないような態様で、フラップ弁が配設されていることを特徴としている。
【００２５】
複数のポンプを扉体内に配設するとともに、各ポンプには、開閉方向が、扉体の幅方向に直角となり、かつ、動作範囲が扉体から外側にはみ出さないような態様でフラップ弁を配設することにより、水路の幅などに応じて、所望の排水性能を備えたゲート内蔵式ポンプ設備を構成することが可能になる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示して、その特徴とするところをさらに詳しく説明する。
図１は、本発明の一実施形態にかかる、２台の斜流式羽根車ポンプを備えたゲート内蔵式ポンプ設備の構成を示す一部切り欠き斜視図であり、図２はその要部（一つのポンプ及びその近傍の構成）を示す正面断面図である。
【００２７】
この実施形態のゲート内蔵式ポンプ設備は、図１及び図２に示すように、水路の流れを制御するためのゲートＧに付帯され、ゲートＧにより仕切られる一方の水路２１（図１）である支川から、他方の水路２２（図１）である本川に排水を行うために用いられるゲート内蔵式ポンプ設備であり、インペラ１２，軸受８，軸受台９，モータ台１０、モータ１１などを備えた排水用の２台の斜流式羽根車ポンプ（以下、単に「ポンプ」という）１と、各ポンプ１により排出される水の吐出通路２の端部の吐出口３に配設された逆流防止用のフラップ弁４がゲートＧを構成する扉体５に内蔵されている。
また、扉体５には、水の吸込口６と排出口７が配設されている。
【００２８】
そして、この実施形態のゲート内蔵式ポンプ設備においては、ポンプ１により排出される水の吐出通路２が、扉体５の幅方向（図１の矢印Ｗの方向）に略平行な方向、すなわち、一方の水路２１の流れ方向に対し直角方向に設けられているとともに、フラップ弁４が、その開閉方向が、扉体５の幅方向（図１の矢印Ｗの方向）に直角になるように、すなわち、一方の水路２１の流れ方向に対し直角方向になるように設けられており、扉体５が開閉動作をする際の動作範囲において、フラップ弁４が外部と干渉を起こさないように構成されている。
【００２９】
また、フラップ弁４を通過した水は、扉体５の内側の空間をとおって、扉体に形成されたの排出口７から、他方の水路（本川）２２に排出されるように構成されている。
【００３０】
なお、フラップ弁４の下流側に、略直角に曲げた曲管を配設することにより、フラップ弁４を通過した水を、扉体５の排出口７からスムーズに排出できるように構成することも可能である。
【００３１】
なお、この実施形態のゲート内蔵式ポンプ設備においては、２台のポンプ１が用いられており、各ポンプに対応する２つのフラップ弁４（図１では、一方のフラップ弁４のみが示されている）は、それぞれ、扉体５の互いに対向する側面に対向するように配設されている。
【００３２】
また、フラップ弁４としては、基本的な構造が既存のものと同様で、上部及び下部の２枚の弁体４ａ，４ｂ（図２）を備えたフラップ弁４が用いられており、フラップ弁４の全体としての動作範囲が、１枚の弁体からなる構成とした場合よりも小さくなるように構成されている。
但し、フラップ弁４の弁体の数は、２枚に限られるものではなく、３枚以上とすることも可能であり、また、場合によっては１枚とすることも可能である。
【００３３】
さらに、この実施形態のゲート内蔵式ポンプ設備においては、扉体５に配設された吸込口６と、フラップ弁４の（すなわち、水の吐出通路２の端部の吐出口３）が、略同一レベル（図示せず。）に配設されている。
【００３４】
上述のように構成されたゲート内蔵式ポンプ設備においては、ポンプ１とフラップ弁４を扉体５に内蔵するとともに、フラップ弁４を、開閉方向が扉体５の幅方向（矢印Ｗの方向）に直角となり、かつ、動作範囲が扉体５から外側にはみ出さないような態様で、扉体５内に配設しているので、扉体５が開閉動作をする際の動作範囲においてフラップ弁４が外部と干渉を生じて、扉体５の昇降動作を妨げたり、フラップ弁４が損傷したりすることを回避することができる。
【００３５】
また、フラップ弁４を、開閉方向が扉体５の幅方向（矢印Ｗの方向）に直角になるように配設しているので、扉体５の厚みＴ（図１）を薄くすることが可能になり、扉体５の重心を止水面に近づけることができるため、止水効果を向上させることができる。
【００３６】
また、扉体５に配設された水の吸込口６と、フラップ弁４の（すなわち、水の吐出通路２の端部の吐出口３）が、略同一レベル（図示せず。）に配設されているフラップ弁４が配設された、ポンプ１により排水される水の吐出口７が、略同一レベルに配設されているので、扉体５を上下方向に動作させることにより行われるゲートＧの開閉を行うことなく、水路（河川）の自然流下を促すことができる。
【００３７】
なお、上記実施形態では、ポンプ１として、斜流式羽根車ポンプを用いた場合を例にとって説明したが、本発明においては、図３、図４(ａ)，(ｂ)に示すような貫流羽根車を搭載したポンプを用いることも可能である。
なお、図３は、貫流羽根車内の水の流れ状態を示す図であり、図４(ａ)は貫流式羽根車を用いたポンプの正面断面図、図４(ｂ)は貫流羽根車を用いたポンプの側面断面図である。
【００３８】
図３及び図４(ａ)，(ｂ)に示すように、貫流羽根車３１は、一対の円形の側板３２ａ，３２ｂ（図４(ａ)，(ｂ)）間に、一方の側板３２ａから他方の側板３２ｂに達する羽根３３を、側板３２ａ，３２ｂの外周に沿って、略放射状に所定の間隔をおいて多数枚取り付けることにより形成されており、各羽根３３は、回転方向に対して前向きに、いくらか湾曲した状態で取り付けられている。
そして、側板３２ａ，３２ｂには、駆動手段により回転駆動されるシャフト３４が取り付けられている。
【００３９】
このように構成された貫流羽根車３１が矢印Ｙの方向に回転すると、図３に示すように、各羽根３３の近傍に、貫流羽根車３１を貫通する流れが生ずる。これは、貫流羽根車３１の内部負圧の吸引作用によって、流れの軸対称性が崩れ、円周上の一部分で内部に向かう流れ（渦）３５が生じることによるものである。
【００４０】
そして、流体工学における連続の法則により、流入した量と同量の水が、残りの円周部分から外部に流れ出る（すなわち、水が羽根内を２度通過する）ことになり、結果として、水を吸い込み側から吐出側へ排出するポンプとしての作用を果たすことになる。
この貫流羽根車３１を用いた貫流ポンプは、軸流ポンプや斜流ポンプに比べて圧力係数を大きく取ることができるため、同一ヘッドでは、回転数が同じ場合に羽根車直径が小さくて済むという特徴を有している。
【００４１】
また、上述の貫流ポンプに用いられている貫流羽根車３１の場合、羽根３３の枚数が多いため、異物が流入しにくく、また、羽根内を２度通過することにより、流入しても排出しやすいという作動機構上の特徴を有している。
【００４２】
このような貫流ポンプを用いることにより、
(1)ポンプを扉体に内蔵しやすくなるとともに、ポンプを構成する貫流羽根車における水の流れ方向を、水路の流れ方向と一致させることが可能になり、水路の幅を有効に利用して貫流羽根車の直径を小さくし、重量の軽減を図ることが可能になる、
(2)貫流羽根車を用いたポンプにおいては、圧力係数を大きく取ることができるため、同一ヘッドでは貫流羽根車の直径を小さくすることが可能になる、
(3)貫流羽根車は、羽根枚数を多くして、羽根間通路を狭くすることが可能で、異物が流入しにくく、流入しても排出しやすい作動機構とすることが可能であるため、閉塞しにくい信頼性の高いゲート内蔵式ポンプ設備を得ることが可能になる
というような効果を得ることができる。
【００４３】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、ポンプの配設数、ポンプの種類、フラップ弁の具体的な構成、扉体の形状や構造、扉体に配設される吸水口や排出口の具体的な形状や配設位置などに関し、発明の要旨の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
【００４４】
【発明の効果】
上述のように本発明（請求項１）のゲート内蔵式ポンプ設備は、ポンプと逆流防止用のフラップ弁を扉体に内蔵するとともに、フラップ弁を、開閉方向が扉体の幅方向に直角（すなわち、水路の流れに対して略直角）となり、かつ、動作範囲が扉体から外側にはみ出さないような態様で、扉体内に配設することにより、扉体が開閉動作をする際の動作範囲において外部と干渉を起こすことを防止するとともに、扉体の厚みを薄くすることが可能になる。したがって、フラップ弁が外部と干渉を起こして、扉体の昇降動作を妨げたり、フラップ弁が損傷したりすることを確実に回避して、フラップ弁を確実に動作させることが可能で、ゲート内蔵式であることの特徴を十分に生かすことができるゲート内蔵式ポンプ設備を提供することが可能になる。また、扉体の厚みを薄くすることが可能で、扉体の重心を止水面に近づけることができるため、止水効果を向上させることが可能になる。
【００４５】
また、請求項２のゲート内蔵式ポンプ設備のように、フラップ弁を、２以上の弁体を備えた構成とすることにより、各弁体の寸法を小さくして、その動作範囲を小さくし、フラップ弁全体としての動作範囲を大きくすることなく、フラップ弁の開口部面積を大きくすることが可能になり、フラップ弁が外部と干渉を起こして、扉体の昇降動作を妨げたり、フラップ弁が損傷したりすることを確実に回避しつつ、損失揚程の増大を抑えることができる。
【００４６】
また、請求項３のゲート内蔵式ポンプ設備のように、吸込口と、フラップ弁（すなわち吐出口）を、略同一レベル（図示せず。）とすることにより、扉体を上下方向に動作させることにより行われるゲートの開閉を行うことなく、水路の自然流下を促すことが可能になり、本発明をさらに実効あらしめることができる。
【００４７】
また、請求項４のゲート内蔵式ポンプ設備のように、複数のポンプを扉体内に配設するとともに、各ポンプには、開閉方向が、扉体の幅方向に直角となり、かつ、動作範囲が扉体から外側にはみ出さないような態様でフラップ弁を配設することにより、水路の幅などに応じて、所望の排水性能を備えたゲート内蔵式ポンプ設備を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる、２台の斜流式羽根車ポンプを備えたゲート内蔵式ポンプ設備の構成を示す一部切り欠き斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかるゲート内蔵式ポンプ設備の要部（一つのポンプ及びその近傍の構成）を示す正面断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態にかかるゲート内蔵式ポンプ設備において用いられている貫流羽根車内の水の流れ状態を示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態にかかるゲート内蔵式ポンプ設備において用いられている貫流羽根車を示す図であって、(ａ)は正面断面図、(ｂ)は側面断面図である。
【図５】ゲートポンプ設備の配設態様の一例を示す図である。
【図６】従来のゲートポンプの構成を示す図である。
【図７】従来のゲート内蔵式ポンプ設備の一例を示す図である。
【図８】本発明が関連するゲート内蔵式ポンプ設備を示す図である。
【図９】従来のゲート内蔵式ポンプ設備の他の例を示す図である。
【符号の説明】
１        ポンプ（斜流式羽根車ポンプ）
２        水の吐出通路
３        吐出口
４        フラップ弁
４ａ，４ｂ    弁体
５        扉体
６        吸込口
７        排出口
８        軸受
９        軸受台
１０      モータ台
１１      モータ
１２      インペラ
２１      一方の水路（支川）
２２      他方の水路（本川）
３１      貫流羽根車
３２ａ，３２ｂ    一対の円形の側板
３３      羽根
３４      シャフト
３５      渦
Ｇ        ゲート
Ｔ        扉体の厚み
Ｗ        扉体の幅方向
Ｙ        貫流羽根車の回転方向
【図１】
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【図２】
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【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】
0004601210.tif 000009
【図９】
0004601210.tif 000010