(57)【要約】【課題】簡易な構成で、流れる過程で落差を生じるような流路を流れる液体に、その流量の変動にかかわらず空気が混入することを防止可能な空気混入防止装置を提供する。【解決手段】空気混入防止装置１０は、複数本のロープを、立坑上端４１から、立坑４０内の水面４２までの間に垂下したものであり、渓流取水路３０の端部３２から流出し鉛直方向へ落下し始めた渓流水と接触し、水面４２まで伝わせながら誘導する。【選択図】図１
2009014104.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略水平な水平路と、当該水平路の端部に接続された略鉛直方向下向きの鉛直路とからなる流路を流れる液体への空気混入を防止する装置であって、
前記水平路の端部から流出して前記鉛直路内を落下する前記液体と接触し、前記接触した液体を前記鉛直路における所定の位置まで伝わせながら誘導する索体を、前記鉛直路の上端から垂下したことを特徴とする空気混入防止装置。
【請求項２】
前記索体を、前記鉛直路の上端から前記液面に達するように垂下したことを特徴とする請求項１に記載の空気混入防止装置。
【請求項３】
前記索体を、一本又は複数本垂下したことを特徴とする請求項１又は２に記載の空気混入防止装置。
【請求項４】
前記索体は、ロープ、ワイヤー、チェーン又は鎖樋からなることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の空気混入防止装置。
【請求項５】
前記索体は、当該索体を伝って流下する液体の水流を弱めるための減勢体を備えることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の空気混入防止装置。
【請求項６】
前記減勢体は、前記索体を伝って流下する前記液体をその頂部で分散させ、前記分散させた液体をその表面に伝わせながら流下させる上向きに凸の曲面状の上面を有することを特徴とする請求項５に記載の空気混入防止装置。
【請求項７】
前記減勢体は、前記索体に沿って上下に複数個設けられ、
前記複数個の減勢体は、上側の減勢体の前記上面を伝った後に落下した液体が、その下側の前記減勢体の前記上面上に落下するように、上方から下方に向かうにつれて、前記上面の領域が次第に大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項６に記載の空気混入防止装置。
【請求項８】
前記減勢体は、前記曲面上を伝って流下する液体の荷重によって、前記曲面状の上面の勾配が急峻になるように変形することを特徴とする請求項６又は７に記載の空気混入防止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水平方向から鉛直方向に変化する流路内を流れる液体に、空気が混入することを防止する空気混入防止装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水力発電所では、発電用水車を回転させるための動力源である水を、渓流などの多くの水系から導水管を通じて集水している。
【０００３】
図４は、発電用水を渓流水源から本水路５０に集水するための水路２０の一例を示す断面図である。
【０００４】
図４に示すように、渓流から取水された水は、水平方向に延長する渓流取水路３０から、鉛直下方向に延長する立坑４０内を通過して、本水路５０に集水される。このような集水過程では、水が渓流取水路３０の端部３２から立坑４０内の水面４２へと自由落下し、前記水面４２にて多量の空気が水中に混入して、混入された空気が水とともに本水路５０内に連行され、発電用水車へ移送されてしまうことがある。その結果、エアーハンマー現象によって発電用水車のランナを破損するおそれがあるばかりでなく、発電効率も低下させてしまうので、極力、発電用水車に導入する水には空気が混入されていないことが望ましい。
【０００５】
一方、従来より、このような鉛直落差が生じるような流路で配管される配管中を流れる液体に対して空気混入を防止する装置が開示されている（例えば、特許文献１）。
【０００６】
特許文献１に記載される空気混入防止装置は、鉛直落差が生じるような形状で配管される鉛直管路の上部上流に越流堰を有する槽体を設け、鉛直管路内に主分割流路と副分割流路とに分割する仕切部材と設置したものである。なお、この仕切り板は、その上端に、副分割流路へ流れ込む液体を槽内で一定の水深まで堰き止める堰部材を有し、主分割流路は、主分割流路内を流れる液体の流量が槽体の越流堰から越流する流量よりも少なくなるように流路断面積を有するように設定されている。これは、越流堰から越流する液体を鉛直管路の主分割流路内で溜めることにより鉛直落差をなくして空気混入を防止し、また仕切り板の堰部材を越流して副分割流路内に流れる液体の流量を少なくして空気混入量を低減するためのものである。
【特許文献１】特開平１１−１１８０８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示される空気混入防止装置では、空気混入のおそれがある鉛直管路に対して、越流堰を有する槽体を設置する必要があるため、設備が大掛かりなものなって、導入コストを要するおそれがある。
【０００８】
また、例えば、槽体内の越流堰を越流する液体の流量が、減少する方に変動して主分割流路を流れる流量よりも少なくなる場合には、主分割流路内に液体が溜まらなくなって鉛直落差が生じることになり、空気混入の防止効果は低下する。一方、越流する液体の流量が増加する方に変動する場合には、仕切り板の堰部材を越流して副分割流路内に流れる液体の流量が増加することにより、堰部材から越流して副分割流路内に自由落下する液体流量も多くなるので、同様に空気混入の防止効果は低下する。
【０００９】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で、流れる過程で落差を生じるような流路を流れる液体に、その流量の変動にかかわらず空気が混入することを防止可能な空気混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】
【００１０】
上記の目的を達成するため、本発明は略水平な水平路と、当該水平路の端部に接続された略鉛直方向下向きの鉛直路とからなる流路を流れる液体への空気混入を防止する装置であって、
前記水平路の端部から流出して前記鉛直路内を落下する前記液体と接触し、前記接触した液体を前記鉛直路における所定の位置まで伝わせながら誘導する索体を、前記鉛直路の上端から垂下したことを特徴とする（第１の発明)。
【００１１】
本発明による空気混入防止装置によれば、空気混入の防止が必要な流路において、特許文献１に記載されるような槽体や越流堰など大掛かりな設備を設けたりする必要がなく、簡易な構成で施工できるので、導入コストを低減できる。
【００１２】
また、本発明による空気混入防止装置によれば、索体に、水平路の端部から流出された液体を接触させ、その後、液体を索体に伝わせて流下させるうちにその流れを弱め、鉛直路内の液面に誘導することができるので、液体への空気混入を防止することができる。
【００１３】
また、本発明による空気混入防止装置によれば、索体は鉛直路の上端から所定の位置まで一定の長さを有して垂下されるので、流路内を流通する液体の流量が少ない場合には、水平路の端部から流出された液体は索体の下方と接触し、多い場合には、索体の上方と接触することになる。すなわち、いずれの場合においても、接触後の液体を索体に伝わせて鉛直路内の液面に誘導するので、流量の変動にかかわらず液体への空気混入を防止することができる。
【００１４】
さらに、本発明による空気混入防止装置によれば、水平路の端部から流出する液体の勢いが強過ぎて、液体が鉛直路の壁面に衝突してしまうような場合においても、索体が壁面に衝突する前に液体の勢いを緩衝して、鉛直路内の液面に誘導するので、液体への空気混入を防止することができる。
【００１５】
なお、本発明において、略水平とは、厳密に水平であることに限らず緩勾配を含む。また、略鉛直とは、厳密に鉛直であることに限らず、水平路を流れる水流が水平路端部から流出する際に、端部から離間して鉛直路に落下する程度に急勾配であることを含む。
【００１６】
第２の発明は、第１の発明において、前記索体を、前記鉛直路の上端から前記液面に達するように垂下したことを特徴とする。  
本発明による空気混入防止装置によれば、水平路の端部から流出し索体に接触した液体を、鉛直路における液面までその流れを弱めて円滑に誘導するので、効果的に液体への空気混入を防止することができる。
【００１７】
第３の発明は、第１又は２の発明において、前記索体を、一本又は複数本垂下したことを特徴とする。  
本発明による空気混入防止装置によれば、施工コストや空気混入の防止効果の向上等の条件によって、設置する数を一本又は複数本に選択できる。
【００１８】
第４の発明は、第１〜３の何れかの発明において、前記索体は、ロープ、ワイヤー、チェーン又は鎖樋からなることを特徴とする。  
本発明による空気混入防止装置によれば、具体的に索体としてロープ、ワイヤー、チェーン又は鎖樋を用いてもよい。
【００１９】
第５の発明は、第１〜４の何れかの発明において、前記索体は、当該索体を伝って流下する液体の水流を弱めるための減勢体を備えることを特徴とする。  
本発明による空気混入防止装置によれば、索体を伝って流下する液体の流れが減勢体によってさらに弱められ、液体の液面に着水する際の流速が減速されることになるので、液体への空気混入を防止することができる。
【００２０】
第６の発明は、第５の発明において、前記減勢体は、前記索体を伝って流下する前記液体をその頂部で分散させ、前記分散させた液体をその表面に伝わせながら流下させる上向きに凸の曲面状の上面を有することを特徴とする。
【００２１】
第７の発明は、第６の発明において、前記減勢体は、前記索体に沿って上下に複数個設けられ、前記複数個の減勢体は、上側の減勢体の前記上面を伝った後に落下した液体が、その下側の前記減勢体の前記上面上に落下するように、上方から下方に向かうにつれて、前記上面の領域が次第に大きくなるように形成されていることを特徴とする。  
本発明による空気混入防止装置によれば、複数の減勢体によって流下する液体の水流を幾度も弱めることができ、液体の液面に着水する際の流速が減速されることになるので、液体への空気混入を防止することができる。
【００２２】
第８の発明は、第６又は７の発明において、前記減勢体は、前記曲面上を伝って流下する液体の荷重によって、前記曲面状の上面の勾配が急峻になるように変形することを特徴とする。  
本発明による空気混入防止装置によれば、減勢体の曲面を伝って流下する液体の流量が増加しても、曲面上かかる液体の荷重が増加して曲面の勾配が急峻になるように変形し、減勢体の曲面を伝った液体を水平方向に広がらせることなく、その減勢体の下方に位置する減勢体の曲面上に確実に落下させることができるので、液体を複数の減勢体に伝わせてその勢いを弱めることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、簡易な構成で、流れる過程で落差を生じるような流路を流れる液体に、その流量の変動にかかわらず空気が混入することを防止可能な空気混入防止装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面に基づき詳細に説明する。
【００２５】
本実施形態の空気混入防止装置は、例えば、渓流水を、水力発電用水車を回転させるための動力の一部として用いるために、例えば、図４で示したような本水路５０へと導水する水路２０に設置される。
【００２６】
なお、図４で示した水路２０では、渓流取水路３０が水平方向に延長しているが、これに限らず、緩勾配を有する流路でもよい。また、立坑４０についても鉛直方向に延長しているが、渓流取水路３０内を流れる水流が、端部３２から離間して立坑４０内に落下する程度の急勾配を有する流路であってもよい。
【００２７】
図１は、第一の実施形態に係る空気混入防止装置１０の水路２０への設置状況を示す立面図である。なお、図４と同様の構成を用いたものと対応する部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【００２８】
図１に示すように、空気混入防止装置１０は、複数本のロープ１２を、立坑上端４１から、立坑４０内の水面４２まで垂下したものであり、渓流取水路３０の端部３２から流出し鉛直方向へ落下し始めた渓流水と接触して水面４２まで伝わせながら誘導する。
【００２９】
これらロープ１２の配置に際しては、例えば、水路２０を流れる渓流水の平均水量時をまず求めておき、平均水量時における渓流取水路３０の端部３２から流出し、立坑４０内を落下する渓流水が、渓流取水路３０の端部３２と水面４２との中央部でロープ１２と接触するようにロープ１２を立坑上端４１から垂下する。
【００３０】
図２は、空気混入防止装置１０が設置された水路２０内を流れる渓流水の水量による水の流れを示す立面図であり、同図（ａ）は減水時、同図（ｂ）は増水時を示す。
【００３１】
図２（ａ）に示すように、水路２０を流れる渓流水の水量が平均水量よりも少ない場合には、渓流水はロープ１２下方で接触し、図２（ｂ）に示すように渓流水の水量が平均水量よりも多い場合には、渓流水はロープ１２上方で接触することで、その後、空気混入防止装置１０は渓流水をロープ１２に伝わせて水面４２まで誘導する。
【００３２】
なお、水路２０を流れる渓流水が大量となり、ロープ１２が、渓流取水路３０の端部３２から流出落下した渓流水と接触し、その勢いによりロープ１２が水平方向に押され、立坑４０の内壁に接触するような場合には、それを防止するための錘を夫々のロープ１２下端に取り付けてもよい。
【００３３】
また、ロープ１２には、渓流取水路３０の端部３２から流出した水流と直角に接触する面を有するもの、或いは凹型の断面を有し凹型の内面に端部３２から流出した水流を接触するように配置されたものを用いてもよい。  
また、ロープ１２は1本でもよく、ロープ１２に代替してワイヤー、チェーン又は鎖樋を用いてもよい。
【００３４】
図３は、第二の実施形態に係る空気混入防止装置１００の水路２０への設置状況を示す立面図である。
【００３５】
図３に示すように、本実施形態の空気混入防止装置１００は、例えば、１本のロープ１２に、ロープ１２を伝って流下する液体の水流を弱めるための減勢体１４を上方から下方へ複数個連続して設けたものである。
【００３６】
減勢体１４は、その上面が例えば上向きに凸の曲面状に形成された釣鐘形状をなすものであり、その中央頂部がロープ１２と接続され、ロープ１２を伝って流下する液体をその曲面で放射状に分散させる。
【００３７】
また、減勢体１４の中央頂部で分散され、その曲面を伝った後に落下した渓流水が、その下方の減勢体１４の曲面上に落下するように、夫々の減勢体１４は上方から下方に向かうにつれて、その曲面の形状が次第に大きくなるように形成されている。
【００３８】
また、減勢体１４は、例えば、ゴム、ビニール或いは合成樹脂等の弾力性を有するものからなり、曲面上を伝って流下する液体の荷重よって、その曲面の勾配が急峻になるように変形するようになっている。
【００３９】
以上説明した第一の実施形態の空気混入防止装置１０によれば、複数本のロープ１２を、立坑上端４１から、立坑４０内の水面４２まで垂下する構成であり、第二の実施形態の空気混入防止装置１００によれば、１本のロープ１２に、ロープ１２を伝って流下する液体の水流を弱めるための減勢体１４を上方から下方へ複数連続して設けた構成であることにより、両装置とも大掛かりな設備を設ける必要がなく、簡易な構成で施工できるので、導入コストを低減できる。
【００４０】
また、ロープ１２又は減勢体１４に、渓流取水路３０の端部３２から流出された水を接触させ、その後、水をロープ１２又は減勢体１４に伝わせて流下させるうちにその流れを弱め、水面４２に円滑に誘導することができるので、水への空気混入を防止することができる。
【００４１】
また、ロープ１２は立坑上端４１から水面４２まで垂下されるので、水路２０内を流通する渓流水の流量が少ない場合には、渓流取水路３０の端部３２から流出された渓流水はロープ１２の下方と接触し、多い場合にはロープ１２の上方と接触することになる。すなわち、いずれの場合においても、接触後の水をロープ１２又は減勢体１４に伝わせて立坑
４０内の水面４２に誘導するので、流量の変動にかかわらず水への空気混入を防止することができる。
【００４２】
さらに、渓流取水路３０の端部３２から流出する水の勢いが強過ぎて、水が立坑４０の壁面に衝突してしまうような場合においても、ロープ１２又は減勢体１４が壁面に衝突する前に水の勢いを緩衝して立坑４０内の水面４２に誘導するので、水への空気混入を防止することができる。
【００４３】
また、第二の実施形態の空気混入防止装置１００によれば、ロープ１２を伝って流下する渓流水の水流が複数の減勢体１４によって幾度も弱められることにより、水の水面４２に着水する際の流速が減速されることになるので、液体への空気混入を防止できる。
【００４４】
また、第二の実施形態の空気混入防止装置１００によれば、減勢体１４がゴムや合成樹脂等の弾性体からなり、その曲面上を伝って流下する渓流水の荷重によって曲面の勾配が急峻になるように変形することにより、水路２０を流れる渓流水の流量が多くなり、減勢体１４の曲面を伝って流下する水の流量も増加しても、曲面上にかかる水の荷重が増加して曲面の勾配が急峻になるように変形し、減勢体１４の曲面を伝った水を水平方向に広がらせることなく、その減勢体１４の下方に位置する減勢体１４の曲面上に確実に落下させることができるので、水を複数の減勢体１４に伝わせてその勢いを弱めることができる。
【００４５】
なお、第一及び第二の実施形態の空気混入防止装置では、立坑４０内のロープ１２を、立坑上端４１から水面４２まで垂下するものとしたが、これに限らず、立坑上端４１から、渓流取水路３０の端部３２と水面４２との間の位置まで垂下するものとしてもよい。この場合、水路２０を流れる渓流水の平均水量時における渓流取水路３０の端部３２から流出する渓流水が、ロープ１２の中央部に接触するようにロープ１２を立坑上端４１に設置する。
【００４６】
また、第二の実施形態の空気混入防止装置１００では、１本のロープ１２に、ロープ１２を伝って流下する液体の水流を弱めるための減勢体１４を上方から下方へ複数個連続して設けた構成としたが、これに限らず、複数のロープ１２に減勢体１４を設ける構成にしてもよい。これにより、立坑４０内を流下する渓流水の流れを弱める効果を向上できる。
【００４７】
また、第二の実施形態の空気混入防止装置１００では、ロープ１２に上方から下方へ曲面の形状が次第に大きくなるように形成された減勢体１４が複数個連続して設けられるとしたが、これに限らず、曲面の形状が同一の減勢体１４を複数個連続して設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】第一の実施形態に係る空気混入防止装置１０の水路２０への設置状況を示す立面図である。
【図２】空気混入防止装置１０が設置された水路２０内を流れる渓流水の水量による水の流れを示す立面図であり、同図（ａ）は減水時、同図（ｂ）は増水時を示す。
【図３】第二の実施形態に係る空気混入防止装置１００の水路２０への設置状況を示す立面図である。
【図４】発電用水を渓流水源から本水路５０に集水するための水路２０の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０、１００  空気混入防止装置
１２  ロープ
１４  減勢体
２０  水路
３０  渓流取水路
３２  端部
４０  立坑
４１  立坑上端
４２  水面
５０  本水路
【図１】
2009014104.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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