JP4545476B2 - 水力発電用導水路 - Google Patents

Description

本発明は、河川から水力発電用の水を水力発電所に導入するために設けられる導水路に係り、特に、流水量を著しく低下させることなく塵芥を効果的に除去できるようにした水力発電用導水路に関する。

水路式発電所では、河川の上流に取水堰を造って水を取り入れ、この水を緩い勾配の水路（導水路）により下流まで導き、河川との間に落差を設けて発電する。図７（ａ）（ｂ）は水路式発電方式の説明図で、符号１は河川、２は取水堰、３は取水口、４は沈砂池、５は導水路、６は水槽、７は余水路、８は水圧鉄管、９は発電所、１０は放水口をそれぞれ示す。

このような導水路５は、通常、取水口上流の山間より流下してくる落葉や土砂等の塵芥が流水中に混入するため、これを除去するために、取水口３及び水槽６に塵芥除去スクリーンを配設していた。

その塵芥除去スクリーンは、塵芥の通過を阻止できる程度に所定の隙間を設けて平鋼を組み、導水路５の底部から水路側壁天端までの高さを有し、導水路５の幅方向に差し渡されるように配設される。なお、導水路の内面に水中生物が付着するのを抑制するようにした提案が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−９２３１８号公報

しかしながら、従来の導水路５では、塵芥が塵芥除去スクリーンを覆うように堆積して目詰まり状態となり、必要な通水断面を確保できなくなって流水量が低下し、これにより、発電出力が低下するような不具合がしばしば発生していた。

このようなときには、導水路５までその都度赴き、人力により塵芥を取り除くか、発電機を一旦停止させて塵芥除去スクリーンに堆積した塵芥を余水路に放出するようにしていた。しかし、塵芥除去スクリーンの下部に堆積した塵芥は土砂が含まれて重くて除去しにくいため、塵芥除去作業には、多くの人手と長い時間を要していた。

このような人力による塵芥除去作業は、通常、三日に一度行われていたが、落葉期には一日一回行われた。また、通常とは別に出力が低下する度毎に、その都度、人力による塵芥除去作業を行うか、発電所を一旦停止させて堆積した塵芥を余水路に放出する作業を実施しなければならなかった。従って、そのための労務費が嵩むだけでなく、発電出力の低下が頻発するという問題があった。

本発明は、このような実情に鑑みてなされ、塵芥を効果的に除去でき、メンテナンスが容易で安定した発電出力を確保できる水力発電用導水路を提供することを目的とする。

本発明に係る水力発電用導水路は、河川から水力発電用の水を水力発電所に導入するために設けられる導水路にあって、
前記導水路の底部から少なくとも水面に達する高さを有する塵芥除去スクリーンが、前記導水路の幅方向に差し渡されるように配設されると共に、前記塵芥除去スクリーンよりも上流側の位置には、前記導水路の下部を流過する水中に混在する塵芥を捕集するために前記導水路の底部に幅方向に差し渡される塵芥捕集用金網を配設している。

このような構成によれば、塵芥除去スクリーンの上流側で、塵芥捕集用金網によって、導水路の下部を流過する水中に混在する塵芥を捕集することができるため、塵芥除去スクリーンの下部に堆積する塵芥が少なくなり、目詰まり状態の発生を効果的に抑えることができる。これにより、通水断面を確保しやすくなる。

このような水力発電用導水路では、前記塵芥捕集用金網は、その下流端が、前記導水路の底部に位置固定かつ回動自在に掛止される一方、その上流端が、連結部材を介して、地上に設けた高さ調整機に連結され、前記高さ調整機を操作することにより、前記塵芥捕集用金網の傾斜角度を調整できるように構成する。このようにすれば、周囲の状況に応じて、塵芥捕集用金網の傾斜角度を適切に調整することで、塵芥の捕集効果を向上させることができる。

さらに、前記導水路の側壁に、余水路に連通する開口を形成し、かつ、前記塵芥捕集用金網よりも上流側の位置に、前記導水路内を流過する水面に浮遊する塵芥を捕集して外部に放出するために、前記導水路内を流過する水の流れ方向に対して傾斜方向に水面を切るように立設される塵芥誘導板を配設し、前記塵芥誘導板の下流端を、前記開口に臨ませるように構成する。このようにすれば、塵芥捕集用金網よりも上流側の位置に設けた塵芥誘導板によって水面に浮遊する塵芥を捕集して外部に放出することができ、かつ、塵芥捕集用金網によって導水路の下部を流過する水中に混在する塵芥を捕集することができるため、塵芥除去スクリーンへの塵芥の堆積をさらに少なくすることができる。これにより、通水断面をより一層確保しやすくなる。

また、前記導水路の側壁に、余水路に連通する開口を形成し、かつ、前記塵芥除去スクリーンと前記塵芥捕集用金網の間の位置に、前記導水路内を流過する水面に浮遊する塵芥を捕集して外部に放出するために、前記導水路内を流過する水の流れ方向に対して傾斜方向に水面を切るように立設される塵芥誘導板を配設し、前記塵芥誘導板の下流端を、前記開口に臨ませるように構成する。このようにすれば、塵芥除去スクリーンと塵芥捕集用金網の間の位置に設けた塵芥誘導板によって水面に浮遊する塵芥を捕集して外部に放出することができ、かつ、塵芥捕集用金網によって導水路の下部を流過する水中に混在する塵芥を捕集することができるため、塵芥除去スクリーンへの塵芥の堆積をさらに少なくすることができる。これにより、通水断面をより一層確保しやすくなる。

本発明に係る水力発電用導水路は、塵芥除去スクリーンよりも上流側の位置には、前記導水路の下部を流過する水中に混在する塵芥を捕集するために前記導水路の底部に幅方向に差し渡される塵芥捕集用金網を配設したので、塵芥除去スクリーンの上流側で、塵芥捕集用金網によって、導水路の下部を流過する水中に混在する塵芥を捕集することができるため、塵芥除去スクリーンの下部に堆積する塵芥が少なくなり、目詰まり状態の発生を抑えることができる。これにより、通水断面をより一層確保しやすくなるため、メンテナンスも容易となり、また、安定した発電出力を確保しやすくなる。

以下に、本発明の最良の実施の形態に係る水力発電用導水路について図面を参照しつつ詳細に説明する。
〔実施の形態１〕

図１は導水路（本発明の水力発電用導水路）５Ａの断面図、図２は平面図を示す。これらの図にて、符号１１は塵芥除去スクリーンで、この塵芥除去スクリーン１１は、落ち葉や土砂等の塵芥の通過を阻止できる程度の間隔（例えば、隙間間隔１６ｍｍ程度）に配列した縦桟（平鋼）１１ａに横桟１１ｂを組み合わせて形成され、導水路５Ａの底部から少なくとも水面に達する高さを有して、やや下流側に傾斜した状態（傾斜角度α＝５７°）で導水路５Ａの幅方向に差し渡されるように配設され、その上部両側を導水路５Ａの側壁に突設した凸部５ａに当接させた状態で着脱自在に取り付けられる。このような塵芥除去スクリーン１１により、その下流側にある水圧鉄管への塵芥の進入を阻止することができる。

１４は、塵芥除去スクリーン１１の上流側に配設される塵芥捕集用金網で、導水路５Ａの下部を流過する塵芥を捕集するために導水路５Ａの底部に幅方向に差し渡される。この塵芥捕集用金網１４は、塵芥の通過を阻止できる程度の目合いを有する金網からなり、その周囲は、剛性のある金属枠で囲まれて補強が施されており、その下流端が、導水路５Ａ底部に設けた掛止部材１５に位置固定かつ回動自在に掛止される一方、その上流端が、連結部材１６を介して、地上に設けた高さ調整機１７に連結され、そのハンドル１７ａを操作することにより、塵芥捕集用金網１４の傾斜角度を適宜に調整できるように構成されている。そして、その塵芥捕集用金網１４の直上流側の底部には、下部を流過する塵芥を捕集するための段差５ｄを形成している。なお、図２では、連結部材１６と高さ調整機１７の図示を省略している。

このように構成される導水路５Ａでは、まず、底部に設けた段差５ｄによって、下部を流過する塵芥を捕集することができる。そして、段差５ｄで捕集されなかった塵芥が塵芥捕集用金網１４によって捕集される。このように二段構えで導水路５Ａの底部を流過する比較的に重い塵芥を効果的に捕集することができる。従って、塵芥除去スクリーン１１の下部に堆積する塵芥がきわめて少なくなり、目詰まり状態の発生を抑えることができ、これにより、充分な通水断面を確保することができ、メンテナンスも容易となり、また、安定した発電出力を確保しやすくなる。なお、塵芥捕集用金網１４によって捕集された塵芥を除去する際には、塵芥捕集用金網１４を持ち上げれば、容易に除去することができる。

図３は、発電に必要な流水量を確保するための条件を求める計算式に適用する説明図で、水深Ｈは、水面から塵芥捕集用金網１４の上端までの深さとする。また、導水路５Ａの幅は１ｍ、流速は０．１４ｍ／ｓである。この導水路５Ａ内を流過する水の流量Ｑ（ｍ³ ／ｓ），流積Ａ（ｍ² ），流速Ｖの間には、Ｑ＝Ａ×Ｖの関係式が成立する。
（ａ） 最大電力７３ｋｗを発電するためには、使用水量（流量）Ｑ：０．１５３ｍ³ ／ｓが必要とされる。この流量を確保するためには、通水断面（流積）Ａ：１．１ｍ² が必要とされる。従って、塵芥捕集用金網１４が目詰まり状態になっていると、Ｈ＝１１０ｃｍ（傾斜角度θ＝０）にしなければならない。なお、塵芥捕集用金網１４が目詰まりしていない場合には、Ｈ≦１１０ｃｍであっても最大出力を得ることができる。
（ｂ） 最低電力２５ｋｗを発電するためには、使用水量（流量）Ｑ：０．０５ｍ³ ／ｓが必要とされる。この流量を確保するためには、通水断面（流積）Ａ：０．３６ｍ² が必要とされる。従って、塵芥捕集用金網１４が目詰まり状態になっていると、Ｈ≧３６ｃｍに設定しなければならない。
（ｃ） そこで、塵芥捕集用金網１４が目詰まり状態になっても、最大出力の２／３程度の発電が可能となるように運用するためには、水深Ｈ＝（７３．３ｃｍ程度→）７０ｃｍ程度に設定すればよいことが判る。このような設定で運用することによって、塵芥捕集用金網１４が目詰まり状態になっても発電出力の低下を低く抑えることができる。

〔実施の形態２〕
図４及び図５に示す導水路５Ｂでは、塵芥捕集用金網１４よりも上流側の位置に、導水路５Ｂ内を流過する水面に浮遊する塵芥を捕集して外部に放出するために、導水路５Ｂ内を流過する水の流れ方向に対して傾斜方向に水面を切るように立設される塵芥誘導板１８を配設し、その下流端を、余水路１９に連通する導水路５Ｂの側壁に形成した開口５ｅに臨ませている。

このようにすれば、塵芥誘導板１８によって水面に浮遊する塵芥を捕集して余水路１９に放出することができ、かつ、塵芥捕集用金網１４によって導水路５Ｂを流過する水の下部に混在する塵芥を捕集することができるため、塵芥除去スクリーン１１への塵芥の堆積をさらに少なくすることができる。これにより、通水断面をより一層確保しやすくなり、メンテナンスも容易となり、また、安定した発電出力を確保しやすくなる。なお、塵芥誘導板１８は、防錆塗装を施した鉄板又はプラスチック板等を用いることができる。

〔実施の形態３〕
図６に示す導水路５Ｃでは、塵芥除去スクリーン１１と塵芥捕集用金網１４の間の位置に、導水路５Ｃ内を流過する水面に浮遊する塵芥を捕集して外部に放出するために、導水路５Ｃ内を流過する水の流れ方向に対して傾斜方向に水面を切るように立設される塵芥誘導板１８を配設し、その塵芥誘導板１８の下流端を、余水路１９に連通する導水路５Ｃの側壁に形成した開口５ｅに臨ませてもよい。

このようにすれば、塵芥除去スクリーン１１と塵芥捕集用金網１４の間の位置に設けた塵芥誘導板１８によって水面に浮遊する塵芥を捕集して外部に放出することができ、かつ、塵芥捕集用金網１４によって導水路５Ｃを流過する水の下部に混在する塵芥を捕集することができるため、塵芥除去スクリーン１１への塵芥の堆積をさらに少なくすることができる。これにより、通水断面をより一層確保しやすくなり、メンテナンスも容易となり、また、安定した発電出力を確保しやすくなる。

なお、本発明は、実施の形態に限定されることなく、発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、使用条件や環境条件の変化に応じて、適宜、改良、変更は自由であり、その構成や形式の如何を問わない。

は本発明の実施の形態１に係る導水路の断面図である。 同平面図である。 同導水路の模式図である。 は本発明の実施の形態２に係る導水路の平面図である。 同断面図である。 は本発明の実施の形態３に係る導水路の平面図である。 は発電所のレイアウトを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。

符号の説明

５Ａ，５Ｂ，５Ｃ…導水路、５ｅ…開口、１１…塵芥除去スクリーン、１４…塵芥捕集用金網、１６…連結部材、１７…高さ調整機、１８…塵芥誘導板、１９…余水路

Claims (5)

1. 河川から水力発電用の水を水力発電所に導入するために設けられる導水路であって、
   前記導水路の底部から少なくとも水面に達する高さを有する塵芥除去スクリーンが、前記導水路の幅方向に差し渡されるように配設されると共に、
   前記塵芥除去スクリーンよりも上流側の位置には、前記導水路を流過する水の下部に混在する塵芥を捕集するために前記導水路の底部に幅方向に差し渡される塵芥捕集用金網を配設し、
   前記塵芥捕集用金網は、その下流端が、前記導水路の底部に位置固定かつ回動自在に掛止される一方、その上流端が、連結部材を介して、地上に設けた高さ調整機に連結され、前記高さ調整機を操作することにより、前記塵芥捕集用金網の傾斜角度を調整できるように構成したことを特徴とする水力発電用導水路。
2. 河川から水力発電用の水を水力発電所に導入するために設けられる導水路であって、
   前記導水路の底部から少なくとも水面に達する高さを有する塵芥除去スクリーンが、前記導水路の幅方向に差し渡されるように配設されると共に、
   前記塵芥除去スクリーンよりも上流側の位置には、前記導水路を流過する水の下部に混在する塵芥を捕集するために前記導水路の底部に幅方向に差し渡される塵芥捕集用金網を配設し、
   前記導水路の側壁に、余水路に連通する開口を形成し、かつ、前記塵芥捕集用金網よりも上流側の位置に、前記導水路内を流過する水面に浮遊する塵芥を捕集して外部に放出するために、前記導水路内を流過する水の流れ方向に対して傾斜方向に水面を切るように立設される塵芥誘導板を配設し、前記塵芥誘導板の下流端を、前記開口に臨ませたことを特徴とする水力発電用導水路。
3. 前記導水路の側壁に、余水路に連通する開口を形成し、かつ、前記塵芥捕集用金網よりも上流側の位置に、前記導水路内を流過する水面に浮遊する塵芥を捕集して外部に放出するために、前記導水路内を流過する水の流れ方向に対して傾斜方向に水面を切るように立設される塵芥誘導板を配設し、前記塵芥誘導板の下流端を、前記開口に臨ませたことを特徴とする請求項１に記載の水力発電用導水路。
4. 河川から水力発電用の水を水力発電所に導入するために設けられる導水路であって、
   前記導水路の底部から少なくとも水面に達する高さを有する塵芥除去スクリーンが、前記導水路の幅方向に差し渡されるように配設されると共に、
   前記塵芥除去スクリーンよりも上流側の位置には、前記導水路を流過する水の下部に混在する塵芥を捕集するために前記導水路の底部に幅方向に差し渡される塵芥捕集用金網を配設し、
   前記導水路の側壁に、余水路に連通する開口を形成し、かつ、前記塵芥除去スクリーンと前記塵芥捕集用金網の間の位置に、前記導水路内を流過する水面に浮遊する塵芥を捕集して外部に放出するために、前記導水路内を流過する水の流れ方向に対して傾斜方向に水面を切るように立設される塵芥誘導板を配設し、前記塵芥誘導板の下流端を、前記開口に臨ませたことを特徴とする水力発電用導水路。
5. 前記導水路の側壁に、余水路に連通する開口を形成し、かつ、前記塵芥除去スクリーンと前記塵芥捕集用金網の間の位置に、前記導水路内を流過する水面に浮遊する塵芥を捕集して外部に放出するために、前記導水路内を流過する水の流れ方向に対して傾斜方向に水面を切るように立設される塵芥誘導板を配設し、前記塵芥誘導板の下流端を、前記開口に臨ませたことを特徴とする請求項１に記載の水力発電用導水路。

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