JP4641911B2 - 取水口ゲートの開閉制御装置及び取水口ゲートの開閉制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、取水口ゲートの開閉制御装置及びその制御方法に関し、特に、水流から取り入れられた水が流れる導水路に設置された取水口ゲートの開閉を制御する装置及びその制御方法に関する。

水力発電所では、非特許文献１などに記載のように、河川の上流域から取水された水をその下流域へ落下させることにより生じる余剰位置エネルギーを利用して、下流域の水車を回転させて発電させている。具体的には、取水口から取り入れられた河川の水は、導水路内を通って水槽へ流動され、水槽から下流域へ落下して水車を回転させる。そのため、例えば、長期間に亘る日照りなどにより河川の水が減少すると、河川からの取水量が減少するために余剰位置エネルギーが小さくなる。このような場合、水車の回転速度が遅くなる、または、水車が回転しなくなってしまい、発電量の低下、または、発電不可を招来する。これらの不具合を解消するために、比較的天候等に左右されにくい山間部を流れる渓流などからも取水可能な構成をとっている場合が多く、これにより、常時、一定量以上の発電量を供給できる構成となっている。
http://www.energia.co.jp/energy/general/water/water1.html

ところで、河川や渓流には、水とともに、木片・木の葉・ゴミなどの浮遊物が流れている場合が多い。そして、取水された水に浮遊物が含まれていると、水車にゴミが詰まってしまい、水車の故障を招来する。また、故障しなくても、水車が回転しにくくなり、その結果、水車においてエネルギーロスが発生してしまう。よって、発電効率の低下を招来してしまう。そのため、取水口を塞ぐように鋼製の柵状部材（侵入防止部材）を敷設し、浮遊物を侵入防止部材の表面に付着させることにより導水路への混入を阻止している。

しかしながら、侵入防止部材は流れる水の方向と略垂直に配置されているため、その表面に付着した浮遊物は、流れる水の方向に逆らって流動することができず表面に付着されたままである。その結果、侵入防止部材で目詰まりが発生してしまう。よって、取水量の低下と侵入防止部材の破断を招来する虞がある。

また、侵入防止部材の交換や清掃を行えば、侵入防止部材における目詰まりを解消できるが、この効果を得るためには、これらの作業を非常に頻繁に行わなければならない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、取水量の低下や侵入防止部材の破断を招来することなく一定量の取水が可能である取水口ゲートの開閉制御装置及び取水口ゲートの開閉制御方法に関する。

本発明の取水口ゲートの開閉制御装置は、水流から取り入れられた水が流れる導水路に設置された取水口ゲートの開閉を制御する。そして、この制御装置は、水流の水位と侵入防止部材よりも導水路の下流側の水位との水位差の発生の有無をモニターするモニター手段と、モニター手段での水位差の発生があるとのモニターにより、取水口ゲートを閉鎖する閉門手段と、閉門手段による取水口ゲートの閉鎖後一定時間の経過により、取水口ゲートを開放する開門手段と、取水口ゲートの開閉作業が所定回数以上行われたと判断したときには、浮遊物が侵入防止部材の表面から取り除かれるまで取水口ゲートを閉鎖する手段とを備えている。なお、侵入防止部材は、水流から導水路への入り口に取り付けられており、水流中に浮遊している浮遊物の導水路内への侵入を防止する。

このような構成では、水位差が発生すると、取水口ゲートが閉鎖されて導水路への取水が制限される。よって、浮遊物が侵入防止部材に新たに付着することを防止できる。また、導水路への取水が制限されるため、水流中の水は、侵入防止部材に対して略平行にのみ流れる。よって、侵入防止部材の表面に付着していた浮遊物が、その流れにより、侵入防止部材から除去される。以上より、侵入防止部材の清掃を行うことができ、その結果、取水量の低下及び侵入防止部材の破断を防止できる。

また、モニター手段で発生の有無が確認されたら、閉門手段で閉門されるため、作業員の手を煩わせることなく、侵入防止部材の清掃を行うことができる。

また、上記の構成では、一定時間が経過すると、開門して取水口からの取水が再開される。これにより、取水量を略一定量に保ちながら、侵入防止部材を清掃することができる。

ここで、「水流」とは、河川・渓流などの自然界における水流のみならず、人工的に発生させてなる水流をも含む。また、ダムの場合には、水は、ダムに設けられた出口へ向かって流れるため、その出口へ向かう水の流れを意味する。

また、本発明の取水口ゲートの開閉制御装置では、さらに、開門手段による開門後、水位差の発生の有無を再度モニターする再モニター手段と、再モニター手段での水位差の発生があるとのモニターにより、取水口ゲートを再度閉鎖する再閉門手段とを備えていることが好ましい。このような構成では、一定時間閉門しても浮遊物が侵入防止部材に依然として付着しているときには、取水口ゲートを再び閉門する。これにより、浮遊物を侵入防止部材から完全に除去することができる。なお、「水位差が発生したままである」とは、閉門しても水位差が解消していないことを意味する。

また、本発明の取水口ゲートの開閉制御装置では、取水口ゲートは、水流から水力発電用の水を取り入れる取水口に設置されていてもよい。

本発明の取水口ゲートの開閉制御方法は、水流から取り入れられた水が流れる導水路に設置された取水口ゲートの開閉を制御する方法であり、水流から導水路への入り口には、水流中に浮遊している浮遊物の導水路内への侵入を防止する侵入防止部材が取り付けられている。そして、この制御方法では、水流の水位と侵入防止部材よりも導水路の下流側の水位との水位差の発生の有無をモニターするモニターステップと、モニターステップにおいて水位差があるとモニターされたときには、取水口ゲートを閉鎖する閉門ステップと、閉門ステップにおいて取水口ゲートが閉鎖されてから一定時間が経過したときに、取水口ゲートを開放する開門ステップと、取水口ゲートの開閉作業を所定回数以上行ったときには、浮遊物が侵入防止部材の表面から取り除かれるまで取水口ゲートを閉鎖するステップとを備えている。

また、本発明の取水口ゲートの開閉制御方法では、さらに、開門ステップの後、水位差を再度モニターする再モニターステップと、再モニターステップにおいて水位差があるとモニターされたときには、取水口ゲートを再度閉鎖する再閉門ステップとを備えていることが好ましい。

本発明によれば、取水量の低下や侵入防止部材の破断が招来されることなく、一定量の取水を行うことができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されることはない。

本実施形態では、図１乃至図４を用いて、取水口ゲート５１が水力発電所用の水が流れる導水路４内に設置されている場合を例として挙げて、水力発電所１の構成、取水口ゲート５１の構成、取水口ゲート５１の開閉制御装置５０の構成及び取水口ゲート５１の開閉を制御する方法を示す。

まず、図１を用いて、水力発電所１の構成、取水口ゲート５１の構成及び開閉制御装置５０の構成を示す。図１は、水力発電所の構成図である。図２は、取水口ゲート５１が開放されているときの河川等２における水の流れを模式的に示した図であり、図３は、取水口ゲート５１が閉鎖されているときの河川等２における水の流れを模式的に示した図である。

水力発電所１では、河川または渓流（以下、「河川等」と記す。）２に形成された取水口３から取り入れた水の落差を利用して、発電している。具体的には、水力発電所１では、図１に示すように、水は、河川等２の上流域に設けられた取水口３から取り入れられ、導水路４内を通って沈砂池５を通過して水槽６まで運ばれ、水槽６から水圧鉄管８内を通って下流域の発電部９へ落下されて、放水口１１から元の河川等２へ戻る。このとき、水槽６から発電部９への落下によりその高度差及び落下した水の重量に比例する位置エネルギーが生じ、その位置エネルギーにより発電部９内の水車（不図示）が回転し、その回転により発電する。

取水口３には、柵状のスクリーン（侵入防止部材）３１が取り付けられており、導水路４内には、取水口ゲート５１がスクリーン３１よりも下流側に設置されている。そのため、河川等２を流れる水は、スクリーン３１で木片・木の葉・ゴミなどの浮遊物４１が除去されて取水口３から導水路４内へ取り入れられ、取水口ゲート５１を通って沈砂池５へ流れる。そして、取水口ゲート５１には、開閉制御装置５０が接続されており、開閉制御装置５０は、モニター手段と、閉門手段と、開門手段と、再モニター手段と、再閉門手段とを備えている。

モニター手段は、河川等２の水位とスクリーン３１よりも下流側の水位との水位差の発生の有無を判断するように構成されている。そして、例えば、水位差が１００ｃｍ以上ある場合には、好ましくは水位差が７０ｃｍ以上ある場合には、より好ましくは水位差が５０ｃｍ以上ある場合には、開閉制御装置５０は水位差が発生していると判断する。

閉門手段は、モニター手段による水位差が発生しているとの判断を受けて、取水口ゲート５１を閉鎖するように構成されている。具体的には、川底から５０ｃｍ以下の隙間をあけて、好ましくは川底から２０ｃｍ以下の隙間をあけて、より好ましくは川底から０ｃｍの隙間をあけて、取水口ゲート５１が閉鎖される。すると、取水口３から取水される水量が少なくなる。そのため、図３に示すように、河川等２の水は、スクリーン３１の表面に対して略平行に流れるのみとなり、スクリーン３１の表面に付着していた浮遊物４１がその流れによって河川等２の下流に流される。

開門手段は、閉門手段による閉門後一定時間が経過すると、取水口ゲート５１を開放するように構成されている。具体的には、スクリーン３１の表面に付着していた浮遊物４１が除去されると、例えば、閉門後１０分が経過すると、好ましくは閉門後５分が経過すると、より好ましくは閉門後３分が経過すると、取水口ゲート５１が開放される。すると、図２に示すように、取水口３からの取水が再開される。

再モニター手段は、開門手段による取水口ゲート５１の開門の後、水位差の発生の有無を判断するように構成されており、モニター手段と略同一に構成されている。

再閉門手段は、再モニター手段による水位差が発生しているとの判断を受けて、取水口ゲートを閉鎖するように構成されており、閉門手段と略同一に構成されている。

また、開閉制御装置５０は、開閉作業が所定回数以上行われた場合には、具体的には、開閉作業が２０回以上、好ましくは１５回以上、より好ましくは１０回以上行われた場合には、取水口ゲート５１を閉鎖するように制御する。

このように、本実施形態の開閉制御装置５０は、モニター手段と閉鎖手段とを備えている。モニター手段は、水位差の発生があるか否かをモニターするように構成され、閉鎖手段は、モニター手段での水位差の発生があるとのモニターにより、取水口ゲート５１を閉鎖するように構成されている。そのため、水位差の発生があれば、取水口ゲート５１は閉鎖される。よって、河川等２における水は、スクリーン３１に略平行にのみ流れるため、浮遊物４１がスクリーン３１の表面に新たに付着することはないとともに、付着していた浮遊物４１がその流れに従って河川等２の下流側へ流される。これにより、スクリーン３１の清掃をすることができる。また、モニター手段により水位差の自動的モニターが実現できるため、自動的にスクリーンの清掃をすることができる。

また、開閉制御装置５０は、開門手段を備えている。開門手段は、閉門手段による取水口ゲート５１の閉門後一定時間が経過してから、取水口ゲート５１を開放するように構成されている。これにより、スクリーン３１の清掃が終了すれば、取水口ゲート５１は開放され、取水は再開される。また、一定時間とは、３分程度であるため、水力発電所１での発電量にそれほど影響を与えることなく、スクリーン３１を自動的に清掃することができる。

また、開閉制御装置５０は、再モニター手段と再閉鎖手段とを備えている。再モニター手段は、水位差を解消させるために取水口ゲート５１を閉鎖し、一定時間経過後取水口ゲート５１を開放した後に、水位差の発生があるか否かをモニターするように構成されており、再閉鎖手段は、再モニター手段での水位差の発生があるとのモニターにより、取水口ゲート５１を閉鎖するように構成されている。これにより、水位差が解消するまで取水口ゲート５１の開閉作業を行うため、確実にスクリーン３１を清掃することができる。

次に、図４を用いて、取水口ゲート５１の開閉を制御する方法を示す。図４は、取水口ゲート５１の開閉を制御する方法を示すフロー図である。

まず、スタートから、ステップＳ１へ進む。

ステップＳ１では、水位差が発生しているか否か、具体的には、水位差が７０ｃｍ以上であるか否か、好ましくは水位差が５０ｃｍ以上であるか否かを判断する。そして、水位差が発生していない（ＮＯ）と判断した場合には、スタートに戻る。一方、水位差が発生している（ＹＥＳ）と判断した場合には、浮遊物４１がスクリーン３１の表面に付着していると考えられ、ステップＳ２へ進む。

ステップＳ２では、取水口ゲート５１を閉鎖する。これにより、取水口３からの取水量を少なくすることができる。そして、ステップＳ３へ進む。

ステップＳ３では、閉門後一定時間が経過したか否か、具体的には、閉門後５分経過したか否か、好ましくは閉門後３分経過したか否か、を判断する。そして、一定時間が経過していない（ＮＯ）と判断した場合には、ステップＳ２へ戻って取水口ゲート５１の閉鎖状態を維持する。一方、一定時間が経過している（ＹＥＳ）と判断した場合には、浮遊物４１がスクリーン３１の表面から除去されたと考えられ、ステップＳ４へ進む。

ステップＳ４では、取水口ゲート５１を開く。これにより、取水口３からの取水を再開することができる。そして、ステップＳ５へ進む。

ステップＳ５では、水位差が発生しているか否かを判断する。そして、水位差が発生していない（ＮＯ）と判断した場合には、取水口ゲート５１が開いている状態を維持する。一方、水位差が発生している（ＹＥＳ）と判断した場合には、浮遊物４１がスクリーン３１の表面に依然として付着していると考えられ、ステップＳ６へ進む。

ステップＳ６では、開閉回数が所定回数以上であるか否か、具体的には、開閉回数が１５回以上であるか否か、好ましくは、開閉回数が１０回以上であるか否か、を判断する。そして、所定回数よりも少ない（ＮＯ）と判断した場合には、ステップＳ２へ進んで取水口ゲート５１を閉鎖する。一方、所定回数以上である（ＹＥＳ）と判断した場合には、取水口ゲート５１の開閉操作だけでは除去不可能な量または大きさの浮遊物４１がスクリーン３１表面に付着されていると考えられ、ステップＳ７へ進む。

ステップＳ７では、取水口ゲート５１を閉鎖する。そして、作業員がスクリーン３１の表面に付着した浮遊物４１を取り除く。そして、このように手動でスクリーン３１の清掃を行った場合には、ステップＳ１からの制御を可能とするように、開閉制御装置５０を操作する。

以上において、ステップＳ１では、水位差が発生しているか否かを判断しているが、この制御を行う開閉制御装置５０がモニター手段を構成している。また、ステップＳ２では、水位差が発生しているときに取水口ゲート５１を閉鎖しているが、この制御を行う開閉制御装置５０が閉門手段を構成している。また、ステップＳ６からステップＳ２へ進んだ場合には、ステップＳ２の制御を行う開閉制御装置５０が再閉門手段を構成している。また、ステップＳ４では、閉門後一定時間が経過すれば取水口ゲート５１を開いているが、この制御を行う開閉制御装置５０が開門手段を構成している。また、ステップＳ５では、取水口ゲート５１を開いてから水位差が発生しているか否かを再び判断しているが、この制御を行う開閉制御装置５０が再モニター手段を構成している。

本実施形態の開閉制御方法では、水位差が発生していると判断すれば、取水口ゲート５１を閉鎖する。そのため、取水口３での取水が制限されるため、浮遊物４１がスクリーン３１の表面に新たに付着することはない。また、取水口３での取水が制限されるため、河川等２における水は、スクリーン３１の表面に沿って流れるのみとなり、スクリーン３１の表面に付着している浮遊物４１は、この水の流れに従ってスクリーン３１の表面から除去されて河川等２の下流域に流される。よって、スクリーン３１の清掃をすることができる。

また、水位差のモニターにより、取水口ゲート５１の開閉が決定されるため、作業員の手を煩わせることなく自動的にスクリーン３１の清掃を行うことができる。

また、閉門後、一定時間が経過すれば、具体的には、スクリーン３１に付着された浮遊物４１が除去されるために充分な時間が経過すれば、開門される。これにより、取水口３からの取水を再開することができる。

また、一旦開門しても水位差が解消されていなければ、再度閉門する。そして、所定回数以内であれば、水位差が解消されるまで、取水口ゲート５１は開閉を繰り返す。これにより、スクリーン３１に付着された浮遊物４１を完全に除去することができる。

なお、本実施形態において、水位差の数値、閉門状態での川底から取水口ゲート３までの距離、取水口ゲート３の閉門時間及び取水口ゲート３の閉開回数は、何れも、上述の数値に限定されることはなく、取水口３の立地条件などを基にして、適宜、設定できる。

また、本実施形態において、河川等２の水が水力発電所１へ流れて発電に利用されるとしたが、例えば、人工的に建設されたため池やダムなどに貯水された水が水力発電所１へ流れて発電に利用されてもよい。

また、本実施形態において、水力発電所の構成は、以下に示す構成であってもよい。

取水方法の例としては、河川等２の水を貯水池などに貯める方法や、水力発電所の上下に貯水池を作る方法などを挙げることができる。そして、上下に貯水池を作る方法では、電気の消費が少ない夜間の電力を利用して下貯水池の水を上池へくみ上げておき、昼間、電力の必要量に応じて、上貯水池と下貯水池の落差を利用して発電する。

発電方法の例としては、川幅が狭く、両岸に岩が高く切り立ったような場所にダムを築き、水をせき止めてダムの水面と放水口との間に得られた落差を利用して発電する方法を挙げることができる。そして、開閉制御装置５０は、取水方法や発電方法などの相違に依存することなく、あらゆる水力発電所の取水口に設置された取水口ゲートを制御することができるとともに、いずれの水力発電所の取水口に適用させても上述の効果を得ることができる。

以上説明したように、本発明は、取水口ゲートの開閉制御装置及び取水口ゲートの開閉を制御する方法について有用である。

水力発電所の構成図である。 取水口ゲートが開いているときの水の流れの模式図である。 取水口ゲートが閉じているときの水の流れの模式図である。 取水口ゲートの開閉を制御する方法を示すフロー図である。

符号の説明

２ 河川等（水流）
４ 導水路
３１ スクリーン（侵入防止部材）
４１ 浮遊物
５０ 開閉制御装置
５１ 取水口ゲート

Claims (5)

1. 水流中の浮遊物が取水口を通って導水路内へ侵入することを防止する侵入防止部材よりも前記導水路の下流側に取り付けられた取水口ゲートの開閉を制御する装置であって、
   前記水流の水位と前記侵入防止部材よりも前記導水路の下流側の水位との水位差の発生の有無をモニターするモニター手段と、
   前記モニター手段での前記水位差の発生があるとのモニターにより、前記取水口ゲートを閉鎖する閉門手段と、
   前記閉門手段による前記取水口ゲートの閉鎖後一定時間の経過により、前記取水口ゲートを開放する開門手段と、
   前記取水口ゲートの開閉作業が所定回数以上行われたと判断したときには、前記浮遊物が前記侵入防止部材の表面から取り除かれるまで前記取水口ゲートを閉鎖する手段と
   を備えていることを特徴とする取水口ゲートの開閉制御装置。
2. 請求項１に記載の取水口ゲートの開閉制御装置において、
   さらに、
   前記開門手段による開門後、前記水位差の発生の有無を再度モニターする再モニター手段と、
   前記再モニター手段での前記水位差の発生があるとのモニターにより、前記取水口ゲートを再度閉鎖する再閉門手段と
   を備えていることを特徴とする取水口ゲートの開閉制御装置。
3. 請求項１または２に記載の取水口ゲートの開閉制御装置において、
   前記取水口ゲートは、前記水流から水力発電用の水を取り入れる取水口に設置されていることを特徴とする取水口ゲートの開閉制御装置。
4. 水流中の浮遊物が取水口を通って導水路内へ侵入することを防止する侵入防止部材よりも前記導水路の下流側に取り付けられた取水口ゲートの開閉を制御する方法であって、
   前記水流の水位と前記侵入防止部材よりも前記導水路の下流側の水位との水位差の発生の有無をモニターするモニターステップと、
   前記モニターステップにおいて前記水位差があるとモニターされたときには、前記取水口ゲートを閉鎖する閉門ステップと、
   前記閉門ステップにおいて前記取水口ゲートが閉鎖されてから一定時間が経過したときに、前記取水口ゲートを開放する開門ステップと、
   前記取水口ゲートの開閉作業を所定回数以上行ったときには、前記浮遊物が前記侵入防止部材の表面から取り除かれるまで前記取水口ゲートを閉鎖するステップと
   を備えていることを特徴とする取水口ゲートの開閉制御方法。
5. 請求項４に記載の取水口ゲートの開閉制御方法において、
   さらに、
   前記開門ステップの後、前記水位差を再度モニターする再モニターステップと、
   前記再モニターステップにおいて前記水位差があるとモニターされたときには、前記取水口ゲートを再度閉鎖する再閉門ステップと
   を備えていることを特徴とする取水口ゲートの開閉制御方法。

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