JP4721909B2

JP4721909B2 - 空気混入防止装置

Info

Publication number: JP4721909B2
Application number: JP2006004428A
Authority: JP
Inventors: 直福本
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2006-01-12
Filing date: 2006-01-12
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2026-01-12
Also published as: JP2007186869A

Description

この発明は、渓流から取水した流水を発電所などに通じる導水路に流す際に、気泡の混入を防ぐ空気混入防止装置に関する。

渓流から取水した水を利用する設備に水路式発電がある。水路式発電では、ダムで貯めた水を圧力導水路で発電所まで流して、発電所の水車を回して発電する。水路式発電には、ダムからの水を導水路などに一時的に貯め、貯めた水を一日の中で一定時間だけ流して発電するものがある。このとき、発電に利用する水はすべてダムからの水を利用するものではなく、例えば角落としゲートをダムに設けて導水路に流れる水の量を制限し、渓流から取水した水を利用する場合がある。

渓流取水では、図６に示すように、渓流から水Ｗを取水するための取水設備が取水路１１０と立坑１２０とを備え、取水路１１０が渓流からの水Ｗを立坑１２０に流す。なお、図６では、水Ｗは取水路１１０から立坑１２０の水面位置Ａまで流れる水脈を表している。立坑１２０を落下する水Ｗは、発電所に通じる導水路である本水路１３０に流れる。なお、立坑１２０の大部分および本水路１３０は地中に設置されている。こうした渓流取水では、例えばダムの水位と連動する水面位置Ａが低くなると、つまり、渓流から取水した水Ｗの落下高さが大きくなると、空気の混入が発生し、気泡となった空気を含む水が本水路１３０に流れ込む。これにより、空気塊が本水路１３０などの壁に当たるエアハンマーが発生する。また、発電を停止して水を貯めている間に気泡中の窒素が水に溶け込み、水中の窒素量が通常に比べて高くなる現象が発生する。水中の窒素量が高くなると、窒素病が魚に発生する。

こうした気泡を含む水が本水路１３０に流れることを防ぐための各種の技術がある（例えば、特許文献１参照）。その中の１つに、図７に示す空気混入防止装置がある。この空気混入防止装置は、立坑１２０の内側に導水路１４０を備えている。導水路１４０は取水路１１０からの水Ｗを取入口１４１からすべて取り入れ、導水路１４０の径は立坑１２０より小さく設定されている。これにより、導水路１４０は、満水状態で水を流し、かつ、取水路１１０からの水Ｗの落下高さが小さくなるので、落下する水Ｗが空気を取り込むことを防ぎ、空気の混入を防止している。
特開平１１−１１８０８９号公報

しかし、先に述べた空気混入防止装置には次の課題がある。通常、河川流量は、季節や天候などにより大きく変動するために、渓流取水による水の量も変動する。このために、図７に示す空気混入防止装置の場合、水Ｗの水量が少なくなると、導水路１４０を落下する水Ｗが満水状態ではなくなる。これにより、導水路１４０の取入口１４１の部分で渦流が発生し、取水路１１０からの水Ｗが導水路１４０を落下する際に、空気が取り込まれてしまう。この結果、空気の混入した水が導水路１４０の噴出し口１４２から本水路１３０に流れ込み、エアハンマーの発生や水中の窒素量が高くなる現象を抑えることができない。

また、ダムの貯水量が少なくなりダムの水位が下がった場合、図８に示すように、立坑１２０の水面位置Ａも下がる。このとき、取水路１１０を流れる水Ｗの水量が減少すると、水Ｗの落下による導水路１４０の水面位置Ｂが下がり、水Ｗの落下高さが大きくなってしまう。これにより、水面位置Ｂで空気が混入する量が増加して、エアハンマーが発生し水中の窒素量が高くなってしまう。

この発明の目的は、前記の課題を解決し、渓流から取水した水を、発電所などに通じる導水路に流す際に、空気の混入を減らし、また、空気の混入を防ぐことができる空気混入防止装置を提供することにある。

前記の課題を解決するために、請求項１の発明は、渓流から取水した水を流す取水路に対して連結された立坑内に、前記取水路からの水をすべて取り入れる第１の導水路を備える空気混入防止装置において、前記第１の導水路内に設置され、前記取水路からの水を複数の細流にして流す第２の導水路を備え、前記第２の導水路は、複数の導水管により形成され、かつ、前記取水路からの水を取り入れる前記各導水管の取入れ口が段差を形成するように配置されていることを特徴とする空気混入防止装置である。

請求項１の発明は、渓流から取水した水を取水路が流し、かつ、この取水路に立坑が連結されている取水設備に設置される。この取水設備の立坑には、従来、第１の導水路が設置され、この第１の導水路が、取水路からの水を流す。請求項１の発明は、この第１の導水路に対して、さらに第２の導水路を設置し、この第２の導水路が、取水路からの水を複数の細流にして流す。

請求項１の発明によれば、第２の導水路が取水路からの水を複数の細流にして流すので、取水路を流れる水の量が少なくなったときには、複数の細流に渦流が発生する。しかし、第１の導水路の取入れ口に比べて細流の径が小さいので、第１の導水路を用いて水を流す従来の場合に発生する渦流に比べると、細流に発生する渦流は小さくなる。この結果、各細流に混入される空気は、従来混入される空気の量に比べて少なくすることができ、例えば立坑からの水が流れ込む本水路にエアハンマーが発生することや、水中の窒素量が高くなることを抑えることができる。

また、第２の導水路が複数の導水管により形成されるので、第２の導水路中に小さい渦流を形成させるための構造を簡単なものにし、また、第２の導水路の設置を容易にすることができる。

さらに、取水路からの水を取り入れる各導水管の取入れ口が段差を形成するように配置されているので、取水路から落下してくる水の流量が少ない場合、水は、一番低い位置に在る導水管の取入れ口から取り込まれ、満水状態でこの導水管を流れる。もし、落下してくる水の量が導水管の取水能力を超えると、水は、次の段差の位置に在る導水管の取入れ口から取り込まれ、満水状態でこの導水管を流れる。このように、水は導水管の取水能力に応じて順次に導水管を満水状態で流れるので、各導水管に空気が混入することを防ぐことができ、例えば立坑からの水が流れ込む本水路にエアハンマーが発生することや、水中の窒素量が高くなることを抑えることができる。

次に、この発明の実施の形態について、図面を用いて詳しく説明する。

（実施の形態１）
この実施の形態による空気混入防止装置は、図６に示すような渓流取水設備に設置され、図１に示すように、第１の導水路１０と第２の導水路２０とを備えている。なお、この実施の形態では、先に説明した図６と同一または同一と見なされる構成要素には、それと同じ参照符号を付けてその説明を省略する。

第１の導水路１０は、図７の導水路１４０と同じものであり、取水路１１０から立坑１２０に流れ込む水Ｗを流すためのものであり、導水路１４０の取入口１４１および噴出し口１４２と同様に、取入れ口１１および噴出し口１２を備えている。

第２の導水路２０は、第１の導水路１０を流れる水Ｗを複数の細流にして流すものであり、直線状の導水管２１〜２３を備えている。なお、図１では、図面の複雑化を避けるために、導水管２１〜２３の断面を省略している。導水管２１〜２３は、第１の導水路１０内に流れ込んだ水Ｗを流すための流路をそれぞれ形成し、第１の導水路１０の取入れ口１１から噴出し口１２の間に設置されている。第１の導水路１０に第２の導水路２０を形成するために、導水管２１〜２３をそれぞれ第１の導水路１０に入れて固定する設置方式や、あらかじめ導水管２１〜２３を互いに固定した後、第１の導水路１０に入れて固定する設置方式などがある。導水管２１〜２３の一端は、図２に示すように、取水路１１０からの水Ｗを取り入れるための取入れ口２１Ａ〜２３Ａであり、取入れ口２１Ａ〜２３Ａは、第１の導水路１０の取入れ口１１から距離Ｌ１の位置にそれぞれ配置されている。つまり、取入れ口２１Ａ〜２３Ａはすべて同じ位置に配置されている。なお、図２では、取水路１１０を流れる水Ｗの記載を省略している。

こうした構造の空気混入防止装置では、取水路１１０の水Ｗが第１の導水路１０の取入れ口１１に流れ込み、さらに、導水管２１〜２３の取入れ口２１Ａ〜２３Ａが取入れ口１１から落下してくる水Ｗをそれぞれ取り入れる。このとき、落下してくる水Ｗの流量が多い場合、導水管２１〜２３の取入れ口２１Ａ〜２３Ａから取り入れられた水は満水状態で導水管２１〜２３をそれぞれ流れ、取入れ口２１Ａ〜２３Ａ付近で空気が混入することを防ぐことができる。

また、落下してくる水Ｗの流量が少ない場合には、水は満水状態で導水管２１〜２３を流れなくなり、導水管２１〜２３の取入れ口２１Ａ〜２３Ａ付近で渦流が発生する。しかし、第１の導水路１０の取入れ口１１に比べて導水管２１〜２３の取入れ口２１Ａ〜２３Ａの直径が小さいので、取入れ口２１Ａ〜２３Ａで発生する渦流は、従来のように取入れ口１１で発生するときの渦流に比較して小さいものになる。この結果、導水管２１〜２３のそれぞれに混入される空気は、第１の導水路１０を用いた従来の場合に混入される空気の量に比べて少なくすることができる。

また、夏季などでダムの貯水量が少なくなり、ダムの水位が下がった場合、立坑１２０の水面位置Ａが下がっても、第２の導水路２０の取入れ口２１Ａ〜２３Ａの設置位置は変化しないので、従来のように第１の導水路１０を用いた場合に混入される空気の量に比べて少なくすることができる。さらに、ダムの水位が下がった場合に、渓流から取水して取水路１１０を流れる水Ｗの量が少なくなったときも同様に、第２の導水路２０の取入れ口２１Ａ〜２３Ａの設置位置が固定されており、取水路１１０の水Ｗの落下高さが変化しないので、従来のように第１の導水路１０を用いた場合に混入される空気の量に比べて少なくすることができる。

こうして、この実施の形態により、渓流から取水して取水路１１０を流れる水Ｗの量が少なくなったとき、また、ダムの水位が下がって水面位置Ａが下がった場合に取水路１１０を流れる水Ｗの量が少なくなったとき、従来のように第１の導水路１０を用いた場合に混入される空気の量に比べて、空気の混入量を少なくすることができ、エアハンマーの発生や水中の窒素量が高くなる現象を従来に比べて低減することができる。

また、取入れ口１１から落下する水Ｗを細流にするために、直線状の導水管２１〜２３を第１の導水路１０の内部に設置すればよいので、導水管２１〜２３の設置工事も容易であり、しかも、第２の導水路２０の構造を簡単にすることができる。

（実施の形態２）
この実施の形態では、図３に示すように、実施の形態１による導水管２１〜２３の取入れ口２１Ａ〜２３Ａの設置位置を階段状にしている。この場合、この実施の形態では、図４に示すように、取水路１１０を流れる水Ｗの落下点、つまり落下する水Ｗの量が最多と想定される位置に導水管２１が在る場合、導水管２１の取入れ口２１Ａを、第１の導水路１０の取入れ口１１から距離Ｌ１１の位置に配置し、水Ｗの落下量が少なくなると想定される位置に導水管２２が在る場合、導水管２２の取入れ口２２Ａを、第１の導水路１０の取入れ口１１から距離Ｌ１２の位置に配置する。そして、水Ｗの落下量が最も少ないと想定される位置に導水管２３が在る場合、導水管２３の取入れ口２３Ａを、第１の導水路１０の取入れ口１１から距離Ｌ１３の位置に配置する。

さらに、距離Ｌ１１〜Ｌ１３を、
距離Ｌ１１＞距離Ｌ１２＞距離Ｌ１３
の関係となるように調整する。これにより、導水管２１の取入れ口２１Ａ、導水管２２の取入れ口２２Ａ、導水管２３の取入れ口２３Ａの順に、第１の導水路１０の取入れ口１１に対して近づくように、取入れ口２１Ａ〜２３Ａが段差を形成している。

こうした構造の空気混入防止装置では、取水路１１０の水Ｗが第１の導水路１０の取入れ口１１に流れ込むと、導水管２１〜２３の取入れ口２１Ａ〜２３Ａが取入れ口１１から落下してくる水Ｗを順に取り込む。このとき、落下してくる水Ｗの流量が多い場合、水Ｗはすべての導水管２１〜２３に取り入れられ、さらに、導水管２１〜２３の取入れ口２１Ａ〜２３Ａから取り入れられた水は満水状態で導水管２１〜２３をそれぞれ流れる。したがって、取入れ口２１Ａ〜２３Ａ付近で空気が混入することを防ぐことができる。

また、落下してくる水Ｗの流量が少ない場合、図５に示すように、まず、水Ｗは、段差の一番目つまり一番低い位置に在る導水管２１の取入れ口２１Ａから取り込まれ、満水状態で導水管２１を流れる。もし、落下してくる水Ｗの量が導水管２１の取水能力を超え、水面位置Ｃから水面位置Ｄに水が上昇すると、水は、段差の２番目の位置に在る導水管２２の取入れ口２２Ａから取り込まれ、満水状態で導水管２２を流れる。さらに、落下してくる水Ｗの量が導水管２１および導水管２２の取水能力を超え、水面位置Ｄから水面位置Ｅに水が上昇すると、水は、段差の３番目の位置に在る導水管２３の取入れ口２３Ａから取り込まれ、満水状態で導水管２３を流れる。つまり、取水路１１０から落下する水Ｗは導水管２１〜２３の取水能力に応じて順に導水管２１〜２３を満水状態で流れるので、導水管２１〜２３に空気が混入することを防ぐことができる。

また、夏季などでダムの貯水量が少なくなり、ダムの水位が下がった場合、立坑１２０の水面位置Ａが下がっても、第２の導水路２０の取入れ口２１Ａ〜２３Ａの設置位置が固定されており、取水路１１０の水Ｗの落下高さが変化しないので、空気の混入を防ぐことができる。さらに、ダムの水位が下がった場合に、渓流から取水して取水路１１０を流れる水Ｗの量が少なくなったときも同様に、取水路１１０の水Ｗの落下高さが変化しないので、空気の混入を防ぐことができる。

こうして、この実施の形態により、渓流から取水して取水路１１０を流れる水Ｗの量が少なくなったとき、また、ダムの水位が下がって水面位置Ａが下がった場合に取水路１１０を流れる水Ｗの量が少なくなったときでも、空気の混入を防ぐことができ、エアハンマーの発生や水中の窒素量が高くなる現象を防止することができる。

以上、この発明の実施の形態１、２を詳述してきたが、具体的な構成は各実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、第１の導水路１０の内部に設置する導水管の数は３本に限定されることはない。また、取水路１１０を流れる水Ｗの量に応じて、つまり、河川流量や流速に対応して、導水管の各本数を調整することができ、また、段差を形成するための導水管の配置を決めることができる。

この発明の実施の形態１による空気混入防止装置を示す断面図である。実施の形態１による導水管の配置を示す断面図である。この発明の実施の形態２による空気混入防止装置を示す断面図である。実施の形態２による導水管の配置を示す断面図である。取水の様子を示す断面図である。渓流取水設備を示す断面図である。従来の空気混入防止装置を示す断面図である。従来の空気混入防止装置による取水の様子を示す断面図である。

符号の説明

１０第１の導水路
２０第２の導水路
２１〜２３導水管
２１Ａ〜２３Ａ取入れ口
１１０取水路
１２０立坑
１３０本水路

Claims

渓流から取水した水を流す取水路に対して連結された立坑内に、前記取水路からの水をすべて取り入れる第１の導水路を備える空気混入防止装置において、
前記第１の導水路内に設置され、前記取水路からの水を複数の細流にして流す第２の導水路を備え、前記第２の導水路は、複数の導水管により形成され、かつ、前記取水路からの水を取り入れる前記各導水管の取入れ口が段差を形成するように配置されていることを特徴とする空気混入防止装置。