JP5106515B2 - 取水装置及び取水装置において用いられる補助ゲート装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば、水力発電所において渓流等から取水するための取水装置、及び取水装置を構成し、開度が固定された取水口ゲートの機能を補助するための補助ゲート装置に関する。

従来より、水力発電所において渓流等から取水する場合に、電源がなく自動制御ができないときは、手動式の巻上機によって取水口ゲートの開度を調整し、所定の水量を取水している。電源がないことにより、取水口ゲートの開度は固定され、水位に応じた操作は実施していない。したがって、河川水位が上昇すると、取水量は増加し、河川水位が低下すると、取水量は減少する。

ところで、河川水の取水については、事前に水利使用許可を得ており、許可水量以上の取水は認められない。したがって、想定される最高水位でも取水量が許可水量を越えないように固定開度を設定する必要がある。したがって、通常の低水位時の取水量は僅かとなり、クリーンな水力エネルギーを有効に利用できないという問題がある。

このため、フロートによって水位上昇を検知し、巻上機によって、フロートの上昇とともに、取水口ゲートを降下させて、取水口を全閉とする技術が提案されている（例えば、特許文献１等参照。）。

特開２００４−３５３１９７号公報

しかしながら、上記従来技術では、取水口ゲート及びその巻上機の交換及び維持管理に、多大なコストを要するという問題点がある。

この発明は、前記の課題を解決し、低コストで、増水時でも取水量を確実に許可水量以下とすることができ、かつ、通常時には、十分な水量の取水を実施することができる取水装置及び取水装置において用いられる補助ゲート装置を提供することを目的としている。

前記の課題を解決するために、請求項１の発明は、水路に配置され、取水口からの流水量を制御するための取水装置であって、前記取水口に配置され、所定の開度に固定された取水口ゲートと、補助ゲート装置とを備え、前記補助ゲート装置は、前記取水口ゲートの上流側に配置され、前記取水口ゲートにおける開口からの流水量を制御する制御ゲートと、前記制御ゲートを、支持部材を介して昇降可能に支持するゲート支持手段と、前記ゲート支持手段に連結され、前記制御ゲートの変位の制止又は制止状態の解除を行うロック保持・解除手段と、所定の設定水位位置に配置されたフロートとを有し、前記ロック保持・解除手段は、前記フロートの上昇に連動して、前記制御ゲートの制止状態の解除を行い、前記制御ゲートを降下させて、前記開口からの流水量を制御させることを特徴としている。

請求項１の発明では、制御ゲートが取水口ゲートの上流側に配置され、所定の設定水位を越えると、ロック保持・解除手段は、フロートの上昇に連動して、制御ゲートの制止状態の解除を行い、制御ゲートを降下させて、取水口ゲートにおける開口からの流水量を制御させる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の取水装置であって、前記取水口ゲートの開度は、所定の設定水位までは所定の流水量以下となるように設定されていることを特徴としている。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の取水装置であって、前記制御ゲートの寸法は、前記開度に対応させて設定されていることを特徴としている。

請求項４の発明は、請求項１、２又は３に記載の取水装置であって、前記ゲート支持手段は、前記支持部材としての巻上ワイヤを巻き取って前記制御ゲートを上昇させる巻上機から構成されていることを特徴としている。

請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか１に記載の取水装置であって、前記制御ゲートを減速降下させるための減速手段を備えたことを特徴としている。

請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれか１に記載の取水装置であって、前記制御ゲートの少なくとも配置位置を示すための状態表示手段を備えたことを特徴としている。

請求項７の発明は、水路に配置され、取水口からの流水量を制御するための取水装置において用いられる補助ゲート装置であって、前記取水口に配置され、所定の開度に固定された取水口ゲートの上流側に配置され、前記取水口ゲートにおける開口からの流水量を制御する制御ゲートと、前記制御ゲートを、支持部材を介して昇降可能に支持するゲート支持手段と、前記ゲート支持手段に連結され、前記制御ゲートの変位の制止又は制止状態の解除を行うロック保持・解除手段と、所定の設定水位位置に配置されたフロートとを有し、前記ロック保持・解除手段は、前記フロートの上昇に連動して、前記制御ゲートの制止状態の解除を行い、前記制御ゲートを降下させて、前記開口からの流水量を制御させることを特徴としている。

請求項１の発明によれば、制御ゲートが取水口ゲートの上流側に配置され、所定の設定水位を越えると、ロック保持・解除手段は、フロートの上昇に連動して、制御ゲートの制止状態の解除を行い、制御ゲートを降下させて、取水口ゲートにおける開口からの流水量を制御させるので、低コストで、増水時でも取水量を確実に許可水量以下とすることができる。

請求項２の発明によれば、取水口ゲートの開度は、所定の設定水位までは所定の流水量以下となるように設定されているので、増水時に合わせて、その開度を設定する必要がないため、通常時には、十分な水量の取水を実施することができる。

請求項３の発明によれば、制御ゲートの寸法は、開度に対応させて設定されているので、取水口ゲートにおける開口を略閉塞可能な程度の寸法で足りるため、小型のものですみ、コストを抑えることができる。

請求項４の発明によれば、巻上機を用いることによって、手動で巻き上げることができる。

請求項５の発明によれば、減速手段を備えたので、制御ゲートの急激な降下を防止することができる。

請求項６の発明によれば、状態表示手段を備えたので、制御ゲートの位置等の状態を知ることができるため、円滑かつ適切に制御ゲートを巻き上げることができる。

請求項７の発明によれば、遮断ゲートが取水口ゲートの上流側に配置され、所定の水位を越えると、ロック保持・解除手段は、フロートの上昇による駆動ロッドの上昇に連動して、遮断ゲートの変位の制止状態の解除を行い、遮断ゲートを落下させて、取水口ゲートにおける開口からの水流を遮断させるので、低コストで、増水時でも取水量を確実に許可水量以下とすることができる。

この発明の実施の形態１である取水装置の構成及び機能を説明するための説明図であって、通常時の状態を示す図である。 同取水装置の構成及び機能を説明するための説明図であって、増水時の状態を示す図である。 同取水装置の補助ゲート装置の遮断ゲートの構成を示す平面図である。 同遮断ゲートの構成を示す背面図である。 同遮断ゲートの構成を示す側面図である。 同補助ゲート装置のゲート巻上機の構成を説明するための説明図である。 この発明の実施の形態２である取水装置の構成及び機能を説明するための説明図である。 同取水装置の状態表示器の構成を説明するための説明図である。

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）
図１は、この発明の実施の形態１である取水装置の構成及び機能を説明するための説明図であって、通常時の状態を示す図、図２は、同取水装置の構成及び機能を説明するための説明図であって、増水時の状態を示す図、図３は、同取水装置の補助ゲート装置の遮断ゲートの構成を示す平面図、図４は、同遮断ゲートの構成を示す背面図、図５は、同遮断ゲートの構成を示す側面図、図６は、同補助ゲート装置のゲート巻上機の構成を説明するための説明図である。

図１及び図２に示すように、この実施の形態の取水装置１は、例えば、水力発電所において渓流等から取水する際に、水路の取水口４からの流水量を制御するために配置され、開度が固定された主ゲート装置５と、増水時に遮断して主ゲート装置５を補助する補助ゲート装置６を備えている。この取水装置１は、無電源で機能するように構成されている。

主ゲート装置５は、取水口４に配置された取水口ゲート（扉体）７と、取水口ゲート７に取り付けられ、鉛直方向に沿って変位する操作シャフト８と、地表部２に配置され、手動ハンドルにより操作シャフト８を上下動させて取水口ゲート７の開度を調整するための主ゲート巻上機９とを備えている。

実施の形態では、取水口ゲート７下端と底部３との間の開口（開度）は、設定水位Ｌｂまでは、過取水とならないように設定されて、固定されている。すなわち、渓流の取水口ゲート７の寸法は、建設時及び維持管理時の作業が可能な寸法で製造されているため、例えば、略６０ｃｍ×６０ｃｍ以上とされるが、実際の取水量に対応させると、これより小さい寸法で十分である場合が多い。上記開口の大きさに対応させて、遮断ゲート１１（ゲート本体２１）の高さは、例えば、略２５ｃｍに設定されている。

補助ゲート装置６は、取水口ゲート７の直上流に配置され、水流を遮断する遮断ゲート１１と、設定水位Ｌｂ位置に配置されたフロート（浮子）１２と、フロート１２を下端部に垂下状態で取り付ける駆動ロッド１３と、遮断ゲート１１を吊り下げて支持する巻上ワイヤ１４と、地表部２に配置され、駆動ロッド１３の上方への変位によってそのロック機構が解除されて遮断ゲート１１を降下させるとともに、手動による遮断ゲート１１の巻上ワイヤ１４を介した巻上げが可能なゲート巻上機１５とを有している。遮断ゲート１１は、通常水位（例えば、流量０．５ｍ^３／ｓに対応）Ｌａでは、上記開口の上方に配置され、設定水位（例えば、流量０．９ｍ^３／ｓに対応）Ｌｂでは、降下して開口を略閉塞する。なお、図１及び図２中、Ｌｃは、洪水水位（最高水位）を示す。

遮断ゲート１１は、環状部材１９を貫通する案内ワイヤ１６を介して、昇降可能なように構成されている。巻上ワイヤ１４は、ローラ１７を介して適正な張力に調整される。ローラ１７は、調整機構（不図示）によって配置位置が調整される。案内ワイヤ１６も同様に適正な張力に調整される。また、駆動ロッド１３は、フロート１２とともに筒状部材１８に収納されている。

遮断ゲート１１は、図３乃至図５に示すように、例えば鋼鉄製のゲート本体２１と、ゲート本体２１の正面に設けられ、案内ワイヤ１６が貫通される環状部材１９と、ゲート本体２１の上面に設けられ、巻上ワイヤ１４が取り付けられる一対の環状部材２２ａ，２２ｂとを有している。ゲート本体２１の背面の下部及び上部には、取水口ゲート７に対する離合時の接触衝撃を緩和するための切欠き部２１ａ，２１ｂが形成されている。ゲート本体２１は、取水口ゲート７下の開口（開度）を略閉塞可能な程度の寸法とされる。この実施の形態では、ゲート本体２１の高さは、例えば、略２５ｃｍに設定され、その幅は、取水口ゲート７の幅よりも僅かに小さい程度の寸法（例えば、略６０ｃｍ）に設定されている。但し、ゲート本体２１の両側から若干の流入があっても、過取水とならないように設定されている。

ゲート巻上機１５は、図６に示すように、巻上ドラム２３と、巻上ドラム２３を軸支するドラム軸部の回動を制御するためのドラム制御部と、駆動軸部２４を制動する油圧ブレーキ（減速手段）とを有している。ドラム制御部は、上記ドラム軸部とチェーンＬを介して連動される駆動軸部２４と、駆動軸部２４と同軸で駆動軸部２４とともに回動するラチェットギア２５と、ラチェットギア２５の周縁に係合する係止爪部２６と、駆動ロッド１３の上端に固定された突当部１３ａによって駆動される可動腕部２７と、可動腕部２７に連結され係止爪部２６が取り付けられた可動腕部２８とを有している。なお、巻上げ時には、ドラム軸部に着脱可能なハンドルを装着して、手動操作が可能とされている。

可動腕部２７は、可動片２７ｍと可動片２７ｎとが互いの一端部で軸部材Ｍｅを介して連結され、可動片２７ｎには被突当部２７ａが形成されている。可動片２７ｍは、他端部で、筐体（又は筐体に固定された部材）に、軸部材Ｍａの周りに回動自在に支持され、可動片２７ｎは、他端部で、軸部材Ｍｂを介して可動腕部２８と連結される。可動腕部２８は、中央部で、筐体（又は筐体に固定された部材）に、軸部材Ｍｃの周りに回動自在に支持され、その一端部で、軸部材Ｍｄを介して係止爪部２６を支持し、他端部で、軸部材Ｍｂを介して可動腕部２７と連結される。また、係止爪部２６は、弾性部材（不図示）によってラチェットギア２５の周縁に係合するように付勢されている。なお、可動腕部２８は、他端部（軸部材Ｍｂが配置される側の端部）が、例えば引っ張りばねによって引っ張られて、時計周りに回転する向きに付勢されている。

次に、図１、図２及び図６を参照して、この実施の形態の取水装置の動作について説明する。遮断ゲート１１は、通常水位（例えば、流量０．５ｍ^３／ｓに対応）Ｌａでは、図６に示すように、係止爪部２６が、ラチェットギア２５の周縁に係合して、駆動軸部２４の回動が制止され、巻上ドラム２３の回動も制止される。この結果、遮断ゲート１１は、図１に示すように、取水口ゲート７における開口の上方に配置され、開口から取水される。

設定水位（例えば、流量０．９ｍ^３／ｓに対応）Ｌｂでは、図６に示すように、フロート１２が浮力を得て、駆動ロッド１３を押し上げ、突当部１３ａが被突当部２７ａを押し上げ、可動腕部２７がへの字形に変形し、可動腕部２８が軸部材Ｍｃの周りに時計周りに回転し、係止爪部２６が、ラチェットギア２５から離脱し、巻上ドラム２３の制止状態が解除されて、遮断ゲート１１がその自重によって降下し、図２に示すように、開口を略閉塞する。この際、油圧ブレーキによって、遮断ゲート１１は、減速降下する。

こうして、この実施の形態の構成によれば、増水時に設定水位Ｌｂ以上となると、遮断ゲート１１が、取水口ゲート７における開口を略閉塞するので、取水量を確実に許可水量以下とすることができ、法令遵守義務を完全に果たすことができる。しかも、取水口ゲート７は、増水時に合わせて、その開度を設定する必要がないので、通常時には、十分な（最大限の）水量の取水を実施することができる。したがって、クリーンエネルギーの有効利用を図ることができ、環境負荷軽減に寄与することができる。

また、遮断ゲート１１は、取水口ゲート７下の開口を略閉塞可能な程度の寸法で足りるので、小型のものですみ、巻上げ機も小型ですみ、かつ、汎用品を用いることができる。また、補助ゲート装置６全体としても、簡易な構成とすることができる。したがって、コストが嵩むこともなく、保守も容易である。すなわち、導入時に多大な設備投資を要せず、保守時の作業要員の増員も不要である。また、既設の取水口において、簡単に適用することができる。また、無電源で、増水時には自動的に遮断することができるので、電源確保が困難な場所でも、取水量を確実に許可水量以下とすることができる。

また、通常時には、十分な（最大限の）水量の取水を実施することができるので、小規模水力発電所において、発生電力量を増大させることができる。

（実施の形態２）
図７は、この発明の実施の形態２である取水装置の構成及び機能を説明するための説明図、図８は、同取水装置の状態表示器の構成を説明するための説明図である。この実施の形態の構成が上述した実施の形態１の構成と大きく異なるところは、遮断ゲートを保守作業時にロックワイヤを用いて所定の位置で支持可能なように構成した点、及び状態表示器を配設した点である。

図７及び図８に示すように、この実施の形態の遮断ゲート１１は、保守作業時には、取付部材３３を介して、水路の壁面に取り付けられた固定部材３２に固定される。遮断ゲート１１の上面には、ロックワイヤ３１の一端に固定されたフック部（ロックワイヤブロック）４２を係止する係止部（不図示）が設けられている。

また、図８に示すように、遮断ゲート１１の移動経路の上方の地表部２には、遮断ゲート１１の配置位置等を示すための状態表示器３４が配設されている。図８に示すように、状態表示器３４は、正面にストライカ窓（表示窓）３８ａが形成された筐体３６と、筐体３６内に駆動ロッド３５の鉛直方向に沿った上下運動によって変位可能なように支持され、複数の表示領域３７ａ，３７ｂ，…が形成された表示板３７とを有している。

例えば、図８において、表示領域３７ａには、白色地／黒色字で「遮断中」、表示領域３７ｂには、白色地／黒色字で「待機中」、表示領域３７ｃには、白色地／黄色字で「上限前注意」、表示領域３７ｄには、白色地／赤色字で「上限停止位置」、表示領域３７ｅには、赤色地／白色字で「保守作業ロック中」と表示される。なお、各表示領域３７ａ（３７ｂ，３７ｃ，…）には、位置合せ用目盛り３７ｐが表示されている。

また、筐体３６は、本体部と、本体部にヒンジ部３９ａ，３９ｂを介して開閉自在に結合された扉部３８とから構成され、扉部３８は、上述したストライカ窓３８ａと、設備銘板部３８ｂとを有している。また、駆動ロッド３５においては、その下端部が遮断ゲート１１の上端（フック部４２）に、上端部が表示板３７に突き当てられ、表示板３７近傍には、表示位置を調整するためのアジャスタ部４１が設けられている。

例えば、駆動ロッド３５の下端位置が、待機位置Ｎａのときは、状態表示器３４のストライカ窓３８ａにおいて、待機位置Ｎａに対応する「待機中」の表示が視認される。また、駆動ロッド３５の下端位置が、上限停止位置Ｎｂのときは、ストライカ窓３８ａにおいて、上限停止位置Ｎｂに対応する「上限停止位置」の表示が視認される。また、上限停止位置で、ロックワイヤ３１を用いて固定する際に、フック部４２に駆動ロッド３５を突き当てることにより、駆動ロッド３５がフック部４２の高さ分上方へ変位して、駆動ロッド３５の下端位置が保守作業ロック位置Ｎｃに達し、状態表示器３４のストライカ窓３８ａにおいて、「保守作業ロック中」の表示が視認される。

この実施の形態の構成によれば、上述した実施の形態１と略同一の効果を得ることができる。加えて、遮断ゲート１１の位置等の状態を知ることができるので、円滑かつ適切に遮断ゲート１１を巻き上げることができる。また、遮断ゲート１１は、保守作業時には、ロックワイヤ３１を介して、水路の壁面に取り付けられた固定部材３２に固定されるので、保守作業時に安全に作業を行うことができる。

以上、この発明の実施の形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの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、上述した実施の形態では、ゲート巻上機において、油圧ブレーキに、ドラム制御部の駆動軸部を制動させる場合について述べたが、油圧ブレーキを、巻上ドラムに作用させても良い。

また、減速手段として、油圧ブレーキのほか、ギア機構を用いても良い。また、遮断ゲートのゲート本体には、ある程度の流入を許す切欠きや小穴が形成されていても良い。また、実施の形態２で、駆動ロッドに、「遮断中」、「待機中」、「上限前注意」、「上限停止位置」、「保守作業ロック中」等の表示を施しても良い。また、単に、「遮断中」、「待機中」、「上限前注意」、「上限停止位置」、「保守作業ロック中」等に、黄色や赤色、青色等の表示色を対応付けて、表示させても良い。

主ゲート装置に併設する場合のほか、補助ゲート装置を単独で配設する場合に適用できる。

１ 取水装置
４ 取水口
５ 主ゲート装置
６ 補助ゲート装置
７ 取水口ゲート
１１ 遮断ゲート（制御ゲート）
１２ フロート
１３ 駆動ロッド
１４ 巻上ワイヤ（支持部材）
１５ ゲート巻上機（ゲート支持手段、ロック保持・解除手段、巻上機）
３４ 状態表示器（状態表示手段）

Claims (7)

1. 水路に配置され、取水口からの流水量を制御するための取水装置であって、
   前記取水口に配置され、所定の開度に固定された取水口ゲートと、補助ゲート装置とを備え、
   前記補助ゲート装置は、前記取水口ゲートの上流側に配置され、前記取水口ゲートにおける開口からの流水量を制御する制御ゲートと、前記制御ゲートを、支持部材を介して昇降可能に支持するゲート支持手段と、前記ゲート支持手段に連結され、前記制御ゲートの変位の制止又は制止状態の解除を行うロック保持・解除手段と、所定の設定水位位置に配置されたフロートとを有し、
   前記ロック保持・解除手段は、前記フロートの上昇に連動して、前記制御ゲートの制止状態の解除を行い、前記制御ゲートを降下させて、前記開口からの流水量を制御させる
   ことを特徴とする取水装置。
2. 前記取水口ゲートの開度は、所定の設定水位までは所定の流水量以下となるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の取水装置。
3. 前記制御ゲートの寸法は、前記開度に対応させて設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の取水装置。
4. 前記ゲート支持手段は、前記支持部材としての巻上ワイヤを巻き取って前記制御ゲートを上昇させる巻上機から構成されていることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の取水装置。
5. 前記制御ゲートを減速降下させるための減速手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の取水装置。
6. 前記制御ゲートの少なくとも配置位置を示すための状態表示手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１に記載の取水装置。
7. 水路に配置され、取水口からの流水量を制御するための取水装置において用いられる補助ゲート装置であって、
   前記取水口に配置され、所定の開度に固定された取水口ゲートの上流側に配置され、前記取水口ゲートにおける開口からの流水量を制御する制御ゲートと、前記制御ゲートを、支持部材を介して昇降可能に支持するゲート支持手段と、前記ゲート支持手段に連結され、前記制御ゲートの変位の制止又は制止状態の解除を行うロック保持・解除手段と、所定の設定水位位置に配置されたフロートとを有し、
   前記ロック保持・解除手段は、前記フロートの上昇に連動して、前記制御ゲートの制止状態の解除を行い、前記制御ゲートを降下させて、前記開口からの流水量を制御させる
   ことを特徴とする取水装置において用いられる補助ゲート装置。