JP2015208709A - 立型沈砂池 - Google Patents

Abstract

【課題】小型の水力発電所のように比較的敷地が狭い場合に好適な沈砂池を提供する。【解決手段】立型沈砂池は、取水口及び排出口を有する円筒状内面を備えた沈砂槽と、前記取水口を介して前記沈砂槽に接続された取水流路と、前記排出口を介して前記沈砂槽に接続された排出流路と、を有し、前記取水口は前記排出口より低い位置に設けられ、前記取水流路の中心軸線は前記沈砂槽の円形断面の接線方向に沿って延びており、前記取水口を介して前記沈砂槽に導かれた水は旋回流となって前記排出口に排出される。【選択図】 図５

Description

本発明は、沈砂池に関し、特に、小型水力発電所用に好適な沈砂池に関する。

水力発電所では、取水設備と発電機の間の水路に沈砂池が設けられる。沈砂池では、水の流速を減速させて、砂等の異物を沈降させる。従来、水力発電所用の沈砂池として、河川形状のものが用いられる。特許文献１には川幅を広くすることによって流速を減少させ、沈砂を行うように構成された沈砂池の例が記載されている。特許文献２及び３には、川幅を一定とし、川底を深くすることによって流速を減少させ、沈砂を行うように構成された沈砂池の例が記載されている。

特開2002-348839号公報 特開2009-148679号公報 特開2009-150091号公報

従来の沈砂池は、大型の水力発電所のように比較的敷地が広い場合には好適であるが、小型の水力発電所のように比較的敷地が狭い場合には利用できない。

本発明の目的は、小型の水力発電所のように比較的敷地が狭い場合に好適な沈砂池を提供することにある。

本発明によると、立型沈砂池は、取水口及び排出口を有する円筒状内面を備えた沈砂槽と、前記取水口を介して前記沈砂槽に接続された取水流路と、前記排出口を介して前記沈砂槽に接続された排出流路と、を有し、前記取水口は前記排出口より低い位置に設けられ、前記取水流路の中心軸線は前記沈砂槽の円形断面の接線方向に沿って延びており、前記取水口を介して前記沈砂槽に導かれた水は旋回流となって前記排出口に排出される。

本実施形態によると、前記立型沈砂池において、前記沈砂槽は土砂排出口を備え、該土砂排出口を介して前記沈砂槽に土砂排出流路が接続されてよい。

本実施形態によると、前記立型沈砂池において、前記土砂排出流路の中心軸線は前記沈砂槽の円形断面の接線方向に沿って延びてよい。

本実施形態によると、前記立型沈砂池において、前記沈砂槽の底面は、該底面の高さが前記土砂排出口から反対側の縁まで増加するように、傾斜してよい。

本実施形態によると、前記立型沈砂池において、前記沈砂槽の底面は円錐面を有し、前記土砂排出口は前記円錐面の中心に設けられてよい。

本実施形態によると、前記立型沈砂池において、前記排出流路の中心軸線は前記沈砂槽の半径方向に沿って延びてよい。

本実施形態によると、前記立型沈砂池において、前記沈砂槽の内径はＤ＝３〜８ｍ、高さはＨ＝４〜１５ｍ、高さと内径の比はＨ／Ｄ＝１．０〜３．０であってよい。

本発明によれば、小型の水力発電所のように比較的敷地が狭い場合に好適な立型沈砂池を提供することができる。

図１は、本実施形態に係る立型沈砂池の外観の例を説明する図である。 図２は、本実施形態に係る立型沈砂池の縦断面構成の例を説明する図である。 図３Ａは、図１の線Ｂ−Ｂ及び線Ｃ−Ｃに沿った本実施形態に係る立型沈砂池の横断面構成の例を説明する図である。 図３Ｂは、本実施形態に係る立型沈砂池の横断面構成の他の例を説明する図である。 図４Ａは、図１の線Ｄ−Ｄに沿った本実施形態に係る立型沈砂池の横断面構成の例を説明する図である。 図４Ｂは、本実施形態に係る立型沈砂池の横断面構成の他の例を説明する図である。 図５は、本実施形態に係る立型沈砂池における沈砂の作用を説明する図である。 図６Ａは、本実施形態に係る立型沈砂池に設けられた土砂排出路の構造の例を説明する図である。 図６Ｂは、本実施形態に係る立型沈砂池に設けられた土砂排出路の構造の他の例を説明する図である。

以下、本発明に係る立型沈砂池の実施形態に関して、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中、同一の要素に対しては同一の参照符号を付して、重複した説明を省略する。

図１は、本実施形態に係る立型沈砂池の外観を示す。本実施形態の立型沈砂池は、沈砂槽１１、取水流路２２、排出流路３２、及び、土砂排出路４２を有する。沈砂槽１１は、円形断面を有する円筒状の容器であり、コンクリート製であってよい。図示の例では、沈砂槽１１の外形は円柱形状であるが、四角柱形状であってもよい。又、図示の例では、沈砂槽１１は、天井が開放された開放構造であるが、天井によって覆われた構造物であってもよい。沈砂槽１１が天井によって覆われた構造の場合には、沈砂槽１１の上端部にオーバーフロー排出口が設けられてよい。取水流路２２及び排出流路３２は、断面が円形又は矩形のコンクリート管又は金属管であってよい。土砂排出路４２は断面が矩形のコンクリート管であってよい。

一般に、水力発電所では、ダム又は堰からの水は、下流の取水設備を介して沈砂池に送られ、更に下流のヘッドタンクに送られる。図示のように、取水流路２２は、取水設備の水圧管２３に接続されている。比較的高所の取水設備からの水は、水圧管２３、及び、取水流路２２を介して沈砂槽１１に導かれる。沈砂槽１１にて沈砂された水は、排出流路３２を経由して比較的低所のヘッドタンクに供給される。

図２を参照して本実施形態に係る立型沈砂池の内部構造を説明する。本実施形態の沈砂槽１１は円筒状の形状を有する。取水流路２２は取水口１２を介して沈砂槽１１に接続され、排出流路３２は排出口１３を介して沈砂槽１１に接続されている。取水口１２の高さは排出口１３の高さより低い。即ち、取水口１２の上縁１２Ａは排出口１３の下縁１３Ｂより低い。上述のように、比較的高所の取水設備からの水は、取水流路２２を経由して沈砂槽１１に導かれる。取水流路２２の流量は、上流の取水設備の水面と沈砂槽１１の水面１１５の間の高低差（ヘッド）によって決まる。沈砂槽１１からの水は排出流路３２を経由して比較的低所のヘッドタンクに供給される。排出流路３２の流量は、沈砂槽１１の水面１１５の水面と下流のヘッドタンクの水面の間の高低差（ヘッド）によって決まる。沈砂槽１１の底面１８には土砂１１２が堆積される。沈砂槽１１には、土砂１１２を排出するための土砂排出路４２（図１）が設けられているが、これについては後に説明する。

沈砂槽１１の内径はＤ＝２〜１０ｍ、高さはＨ＝３〜１８ｍであってよく、好ましくは内径Ｄ＝３〜８ｍ、高さＨ＝４〜１５ｍである。高さと内径の比Ｈ／Ｄは、少なくとも１より大きく、好ましくは、Ｈ／Ｄ＝１．０〜３．０である。取水口１２の上縁１２Ａと排出口１３の下縁１３Ｂの間の距離はｈ＝１〜８ｍであってよく、好ましくはｈ＝２〜６ｍである。例えば、沈砂槽１１の内径はＤ＝５ｍ、高さはＨ＝８．５ｍ、高さと内径の比Ｈ／Ｄ＝１．７、距離ｈ＝４ｍであってよい。

図３Ａを参照して沈砂槽１１における水の流れを説明する。図３Ａの左半分は図１の線Ｂ−Ｂの沿って見た断面を示し、図３Ａの右半分は図１の線Ｃ−Ｃに沿って見た断面を模式的に示す。図の矢印は水の流れを模式的に示す。取水流路２２の中心軸線は、沈砂槽１１の円形断面の接線方向に沿って延びている。一方、排出流路３２の中心軸線は、沈砂槽１１の円形断面の半径方向に沿って延びている。

取水流路２２から取水口１２を介して沈砂槽１１に流れ込む水は、沈砂槽１１の円筒状内面に沿って流れ、旋回する。こうして沈砂槽１１にて形成された旋回流の一部が排出口１３を介して排出流路３２に排出される。沈砂槽１１における水の流れ及び沈砂機能は、以下に図５を参照して詳細に説明する。

図３Ｂは沈砂槽１１の他の例を示す。図３Ａの例では、取水流路２２の中心軸線と排出流路３２の中心軸線は互いに平行に延びている。図３Ｂの例では、取水流路２２の中心軸線と排出流路３２の中心軸線は互いに直交するように延びている。尚、取水流路２２に対する排出流路３２の位置は、周囲の敷地の形状等によって決まり、特に限定されない。排出流路３２の中心軸線は沈砂槽１１の円形断面の接線方向に沿って延びてもよい。

図４Ａを参照して土砂排出路４２を説明する。図４Ａは図１の線Ｄ−Ｄの沿って見た断面を示す。土砂排出路４２は、土砂排出口１４を介して沈砂槽１１に接続されている。本実施形態では、土砂排出路４２の中心軸線は、沈砂槽１１の円形断面の接線方向に沿って延びている。ここでは、沈砂槽１１の底面１８は平面とする。土砂排出路４２の底面は、沈砂槽１１の底面１８と同一高さに設けてよい。尚、沈砂槽１１の底面１８の構造の他の例は、後に図６Ａ及び図６Ｂを参照して説明する。土砂排出路４２には、土砂排出用のバルブ又はゲート４４が設けられている。沈砂槽１１の底面１８に堆積した土砂等は適宜、土砂排出路４２を介して排出される。

図４Ｂは土砂排出路４２の他の例を示す。図４Ｂの例では、土砂排出路４２の中心軸線は、沈砂槽１１の円形断面の半径方向に沿って延びている。

図５を参照して沈砂槽１１における水の流れと沈砂機能を説明する。取水流路２２から沈砂槽１１に導かれた水には、砂等の異物が混入している。そこで、沈砂槽１１に導かれた水は、減速させて砂等の異物を沈降させる。水が取水口１２から排出口１３まで移動する間に、砂等の異物が完全に除去されることが好ましい。

上述のように、取水口１２を介して沈砂槽１１に導かれた水は旋回流となる。一方、取水口１２の高さは排出口１３の高さより十分低い。従って、取水口１２から導入された水は、排出口１３に到達するまでの間に、旋回しながら、上昇する。本実施形態では、水は、取水口１２から排出口１３に到達するまでの間に比較的長い螺旋状の経路に沿って移動する。取水口１２の高さと排出口１３の高さの差を大きくすることによって、螺旋状の経路の長さを十分に大きくすることができる。

ここで旋回流が最も大きくなる沈砂槽１１の内壁付近の流速を考察する。旋回流の流速（ベクトル）をＵとする。旋回流の流速Ｕを水平成分Ｕｈと垂直成分Ｕｖにベクトル分解する。通常、沈砂池における流速は、０．３ｍ／秒以下である。本実施形態では、水平成分Ｕｈと垂直成分Ｕｖは、０．３ｍ／秒より十分に小さくなる。特に、垂直成分Ｕｖは０．３ｍ／秒より十分に小さい。本実施形態では、０．３ｍ／秒より十分に小さい垂直成分Ｕｖによって、沈砂作用を促進することができる。従って、少なくとも粒径１ｍｍ程度の土砂は完全に沈降する。本実施形態では、沈砂槽１１において、比較的長い螺旋状の経路に沿って、比較的小さい水平成分Ｕｈ及び垂直成分Ｕｖを有する旋回流が形成されるから、水に含まれる砂等の異物１１１を完全に沈砂させることができる。水に混入した砂等の異物１１１は、水が移動中に完全に下方に落下する。

図６Ａを参照して沈砂槽１１の底面の構造と土砂排出路４２による土砂排出機能の例を説明する。本実施形態では、沈砂槽１１の底面１８は傾斜している。即ち、沈砂槽１１の底面１８の高さは、土砂排出口１４から反対側の縁まで増加している。尚、土砂排出路４２の底面は水平であってもよいが傾斜してもよい。沈砂槽１１の底面１８に堆積した土砂１１２を排出するときは、バルブ又はゲート４４を開けばよい。水圧によって、土砂１１２は土砂排出口１４及び土砂排出路４２を経由して排出される。

図６Ｂを参照して沈砂槽１１の底面の構造と土砂排出路４２による土砂排出機能の例を説明する。本実施形態では、沈砂槽１１の底面１８は円錐面に形成されている。底面１８の円錐面の中央に、土砂排出口１４が開口されている。土砂排出口１４から土砂排出路４２が下方に延びている。本実施形態では、沈砂槽１１の底面１８に堆積した土砂１１２は、円錐面に沿って土砂排出口１４に移動する。土砂１１２を排出するときは、バルブ又はゲート４４を開けばよい。水圧によって、土砂１１２は土砂排出口１４及び土砂排出路４２を経由して排出される。

以上、本実施形態に係る立型沈砂池について説明したが、これらは例示であって、本発明の範囲を制限するものではない。当業者が、本実施形態に対して容易になしえる追加・削除・変更・改良等は、本発明の範囲内である。本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の記載によって定められる。

１１…沈砂槽、１２…取水口、１３…排出口、１４…土砂排出口、１８…底面、２２…取水流路、２３…水圧管、３２…排出流路、４２…土砂排出路、４４…ゲート、１１１…異物、１１２…土砂、１１５…水面

Claims (7)

1. 取水口及び排出口を有する円筒状内面を備えた沈砂槽と、前記取水口を介して前記沈砂槽に接続された取水流路と、前記排出口を介して前記沈砂槽に接続された排出流路と、を有し、
   前記取水口は前記排出口より低い位置に設けられ、前記取水流路の中心軸線は前記沈砂槽の円形断面の接線方向に沿って延びており、
   前記取水口を介して前記沈砂槽に導かれた水は旋回流となって前記排出口に排出されることを特徴とする立型沈砂池。
2. 請求項１記載の立型沈砂池において、
   前記沈砂槽は土砂排出口を備え、該土砂排出口を介して前記沈砂槽に土砂排出流路が接続されていることを特徴とする立型沈砂池。
3. 請求項２記載の立型沈砂池において、
   前記土砂排出流路の中心軸線は前記沈砂槽の円形断面の接線方向に沿って延びていることを特徴とする立型沈砂池。
4. 請求項２記載の立型沈砂池において、
   前記沈砂槽の底面は、該底面の高さが前記土砂排出口から反対側の縁まで増加するように、傾斜していることを特徴とする立型沈砂池。
5. 請求項２記載の立型沈砂池において、
   前記沈砂槽の底面は円錐面を有し、前記土砂排出口は前記円錐面の中心に設けられていることを特徴とする立型沈砂池。
6. 請求項１記載の立型沈砂池において、
   前記排出流路の中心軸線は前記沈砂槽の半径方向に沿って延びていることを特徴とする立型沈砂池。
7. 請求項１記載の立型沈砂池において、
   前記沈砂槽の内径はＤ＝３〜８ｍ、高さはＨ＝４〜１５ｍ、高さと内径の比はＨ／Ｄ＝１．０〜３．０であることを特徴とする立型沈砂池。

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