JP4916429B2 - 空気混入抑制装置 - Google Patents

Description

本発明は、落差を有する流路の下流側に接続された管路へ流れ込む水に、当該流路からの水の流入に伴って空気が混入するのを抑制するための空気混入抑制装置に関する。

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水路を通じて集水している。

図５は、発電用水を渓流水源等の標高の高い箇所から取水するための水路２０の一例を示す断面図である。

図５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、下流側管路５０に流れ込む。このような流水過程では、水が渓流取水路３０の端部３２から立坑４０内を落下して、立坑４０内の水面４２に到達する際に、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下流側管路５０内から発電用水車へ導入されてしまうことがある。その場合、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。

一方、従来より、図５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水に対して空気混入を抑制する装置が開示されている（例えば、特許文献１）。

特許文献１に記載される空気混入抑制装置は、鉛直管路の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板と設置したものである。この仕切板の上端は、副分割流路へ流れ込む水を槽内で一定の水深まで堰き止める堰板となっており、主分割流路の断面積は、主分割流路内を流れる水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設定されている。これにより、越流堰から越流する水を鉛直管路の主分割流路内で満水になるように溜めることで鉛直落差をなくして空気混入を抑制し、また仕切板上端の堰板を越流して副分割流路内に流れる水の流量を少なくして空気混入量を低減することができる。
特開平１１−１１８０８９号公報

しかしながら、特許文献１に開示される空気混入抑制装置では、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、設備として大掛かりなものとなって、導入コストが嵩んでしまう。

また、鉛直管路における主分割流路内では、満水状態にすることにより水への空気混入を抑制しているが、水が槽内の越流堰を越流して、仕切板上部の堰材によって堰き止められた水の水面に流れ込むとき、又は水が仕切板上部の堰板を越流して副分割流路内の水面に流れ込むときに水に空気が混入するおそれがある。また、水量が少ない場合では、主分割流路の流入口に渦流が発生することも想定され、その場合、主分割流路内に空気が吸い込まれて水に空気が混入してしまう。これらの結果、空気を含む水がその下流側に接続される管路を通じて発電用水車へ導入されるおそれがある。

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、落差を生じるような流路を通過し、その下流側に接続された管路に流れ込む水に空気が混入するのを抑制することが可能な空気混入抑制装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記のような問題を解決するために、以下のような手段を採用している。
すなわち、本発明は、落差を有する流路から、前記落差を通じて前記落差の下流側に接続された管路へ流れ込む水に、当該落差からの水の流入に伴って空気が混入するのを抑制するための空気混入抑制装置であって、前記落差に設けられるとともに、前記落差を通じて前記管路へ流れ込む水が全て流入するように構成され、前記落差を下方に延びた後、前記落差の下部の水面より低い位置にて上向き又は斜め上向きに向きを変えて、端部が当該水面より低い位置に開口する導水管を備えたことを特徴とする。

本発明空気混入抑制装置によれば、空気混入の抑制が必要な落差のある流路において、落差に、落差を通じて管路へ流れ込む水が全て流入するように構成され、落差を下方に延びた後、落差の下部の水面より低い位置にて上向き又は斜め上向きに向きを変えて、端部が当該水面より低い位置に開口する導水管を設置することにより、落差の下流側に接続された管路へ流れ込む水に空気が混入するのを抑制できる。
従って、槽体や越流堰等の大掛かりな設備を設置する必要はなく、簡単な構成の導水管を設置すればよいので、容易に施工することができ、導入コストを低減させることができる。

また、落差を通じて管路内へ流れ込む水の全てが導水管内に流入し、導水管によって落差を下方に誘導された後に、落差の下部の水面より低い位置にて上向き又は斜め上向きに向きが変えられ、当該水面より低い位置に排出される。
従って、流路から落差を通じて導水管内に流入する水に空気が混入しても、その水は導水管を通じて落差の下部の水面よりも低い位置の水中に上向き又は斜め上向きに排出されることになるので、その水内に混入された空気をその水の上昇流とともに落差の下部の水面へ浮上するように排出させることができる。これにより、水内に混入された空気が管路内に流れ込むのを抑制できる。

第２の発明は、第１の発明において、前記導水管の前記端部は、前記管路の流入口よりも高い位置で開口していることを特徴とする。

本発明の空気混入抑制装置によれば、導水管の端部から水とともに排出される空気が、管路の流入口から管路内に流れ込むのを、より一層に抑制することできる。

本発明の空気混入抑制装置によれば、落差に、落差を通じて管路へ流れ込む水が全て流入するように構成され、落差を下方に延びた後、落差の下部の水面より低い位置にて上向き又は斜め上向きに向きを変えて、端部が当該水面より低い位置に開口する導水管を設置することにより、落差の下流側に接続された管路へ流れ込む水に空気が混入するのを抑制できる。従って、槽体や越流堰等の大掛かりな設備を設置する必要はなく、簡単な構成の導水管を設置すればよいので、容易に施工することができ、導入コストを低減させることができる。
また、流路から落差を通じて導水管内に流入する水に空気が混入しても、その水は導水管を通じて落差の下部の水面よりも低い位置の水中に上向き又は斜め上向きに排出されることになるので、その水内に混入された空気をその水の上昇流とともに落差の下部の水面へ浮上するように排出させることができる。従って、水内に混入された空気が管路内に流れ込むのを抑制できる。

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。

本実施形態の空気混入抑制装置１０は、例えば、図５で示したような発電用水を渓流水源等の標高の高い箇所から取水するための水路２０に設けられる。

なお、図５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、水面４２に流れ込む水に空気が混入するような急勾配を有する流路でもよい。

また、以下説明に用いる図面において、図５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。

図１は、第一の実施形態に係る空気混入抑制装置１０の水路２０への設置状況を示す断面図であり、図２は図１の斜視図である。

図１及び図２に示すように、空気混入抑制装置１０は、渓流取水路３０に流れる水が全て流入し、立坑４０内を下方に延びた後、立坑４０下部の水面４２よりも低い位置にて上向きに向きを変えて、端部１２が水面４２より低い位置にて開口する導水管１１を備える。ここで、導水管１１の端部１２は、下流側管路５０の流入口５１の上端よりも高い位置に設けられる。

図２に示すように、渓流取水路３０の立坑４０との接続部には、渓流取水路３０の底面を立坑４０の内部へ延長する底板１１２と、底板１１２の端縁に立設され、渓流取水路３０を封鎖する壁板１１６とが設けられている。底板１１２には、取水孔１１４が設けられている。そして、取水孔１１４に、Ｊ字状に屈曲したＪ字管１２０の上端が接続されている。

Ｊ字管１２０は、底板１１２の取水孔１１４から流れ込んだ水を、立坑４０内の水面４２より下方に誘導する垂下部１２２と、誘導した水の流れを上向きに反転させて立坑４０下部の水中へ排出する屈曲部１２４とからなる。

空気混入抑制装置１０がこのような構成であることにより、渓流取水路３０を流れる水は、壁板１１６によりすべてせき止められ、底板１１２の取水孔１１４に流れ込む。次に、Ｊ字管１２０により、取水孔１１４に流れ込んだ水は、立坑４０の下部の水面４２よりも低い位置にまで誘導され、その後、その流れの向きを上向きに変えられて立坑４０内の水中へ排出される。

図３は、第二の実施形態に係る空気混入抑制装置１００の水路２０への設置状況を示す斜視図である。

図３に示すように、空気混入抑制装置１００は、略Ｊ字状に屈曲するＪ字仕切板１３０と、鉛直仕切板１４０とからなる。これらの仕切板１３０及び１４０は、その幅方向の縁部が立坑４０内の対向する内壁４４の夫々に接し、またＪ字仕切板１３０の上端が立坑４０の天井面４１と接し、鉛直仕切板１４０の下端が立坑４０の底面４３と接するように設けられている。

これにより、これらＪ字仕切板１３０、鉛直仕切板１４０、底面４３、内壁４４、及び内壁４５に囲まれたＪ字状の導水管１３が形成されている。また、このＪ字状の導水管１３の先端部１２が、下流側管路５０の流入口５１の上端よりも高い位置になるように設計されている。したがって、渓流取水路３０を流れる水は、導水管１３にすべて流れ込んで立坑４０下部まで誘導された後、上方に流れを変更されて水中へ排出される。

すなわち、第二の実施形態に係る空気混入抑制装置１００は、立坑４０の内面を利用して導水管１３を形成させるものであり、第一の実施形態と同様の水の流れを形成することができる。

また、第一及び第二の実施形態に係る空気混入抑制装置１０又は１００が適用される水路は、特に管状の流路に限定されるものではなく、図４に示すように上部が開放する流路２２であってもよい。

以上説明したように、第一及び第二の実施形態に係る空気混入抑制装置１０及び１００によれば、渓流取水路３０に流れる水が全て流入し、立坑４０内を下方に延びた後、立坑４０下部の水面４２よりも低い位置にて上向きに向きを変えて、端部１２が水面４２より低い位置にて開口する導水管１１又１３を備えることにより、立坑４０に流れ込む水に空気が混入しても、その水は、立坑４０の下部の水中へ上向きに排出されるので、水内に混入された空気も水の上昇流とともに水面４２へ浮上するように排出される。これにより、水内に混入された空気が下流側管路５０に空気が流れ込むのを抑制することできる。

また、空気混入の抑制が必要な落差のある水路２０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の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。

また、導水管１１又は１３の端部１２は、下流側管路５０の管路の流入口５１の上端よりも高い位置に設けられることにより、導水管１１の端部１２から排出される水に混入する空気が、流入口５１から下流側管路５０に空気が流れ込むのを、より効果的に抑制することできる。ただし、導水管１１の端部１２を、下流側管路５０の流入口５１の上端よりも低い位置に設けたとしても、導水管１１を流れる水は端部１２から上向きに排出され、水に混入された空気も水の上昇流とともに水面４２へ浮上するように排出されるので、下流側管路５０に空気が流れ込むのを抑制する効果を得ることができる。

なお、第一及び第二の実施形態に係る空気混入抑制装置１０及び１００では、導水管１１又は１３は、立坑４０内を下方に延びた後、立坑４０下部の水面４２よりも低い位置にて上向きに向きを変えるとしたが、これに限らず、斜め上向きにその方向を変えてもよい。

また、第一の実施形態に係る空気混入抑制装置１０では、Ｊ字管１２０の断面形状は矩形であるが、これに限らず、丸管状であってもよい。

また、第一及び第二の実施形態に係る空気混入抑制装置１０又は１００が設置される立坑４０には、立坑内に放出された空気を排出ための空気抜孔等を設けてもよい。

第一の実施形態に係る空気混入抑制装置１０の水路２０への設置状況を示す断面図である。 第一の実施形態に係る空気混入抑制装置１０の水路２０への設置状況を示す斜視図である。 第二の実施形態に係る空気混入抑制装置１００の水路２０への設置状況を示す斜視図である。 上部が開放された落差の有する流路に下流側管路５０が接続された水路２０への空気混入抑制装置１００の設置状況を示す断面図である。 発電用水を渓流水源から下流側管路５０に導水するための水路２０の一例を示す断面図である。

符号の説明

１０、１００ 空気混入抑制装置
１１、１３ 導水管
１２ 端部
２０ 水路
３０ 渓流取水路
４０ 立坑
４２ 水面
５０ 下流側管路
５１ 流入口
１１２ 底板
１１４ 取水孔
１１６ 壁板
１２０ Ｊ字管
１３０ Ｊ字仕切板
１４０ 鉛直仕切板

Claims (2)

1. 落差を有する流路から、前記落差を通じて前記落差の下流側に接続された管路へ流れ込む水に、当該落差からの水の流入に伴って空気が混入するのを抑制するための空気混入抑制装置であって、
   前記落差に設けられるとともに、前記落差を通じて前記管路へ流れ込む水が全て流入するように構成され、前記落差を下方に延びた後、前記落差の下部の水面より低い位置にて上向き又は斜め上向きに向きを変えて、端部が当該水面より低い位置に開口する導水管を備えたことを特徴とする空気混入抑制装置。
2. 前記導水管の前記端部は、前記管路の流入口よりも高い位置で開口していることを特徴とする請求項１に記載の空気混入抑制装置。