JP6388263B2 - 取水装置および発電装置 - Google Patents

Description

本発明は、水路内に設置される取水装置および発電装置に関する。

現在、温暖化対策、低炭素化の実現に向けて、自然エネルギーの利用拡大が不可欠な状況となっている。また、我が国では、２０１１年に再生可能エネルギー特別措置法が可決されるなど自然エネルギーの利用拡大に向けた取り組みが強化されている。自然エネルギーによる発電の中でも、流水が少なくても地域内に豊富に存在し傾斜地の多い日本の中山間地域では、安定性や信頼性の面から小水力発電装置の利用が有用である。小水力発電装置のうち水路に設置する水車発電機は、高効率化に向けて研究開発が進められている。高効率化を実現するためには、水路内に流入する塵芥が、水車発電機の詰まりや水車発電機の破損の原因となるため、塵芥の除去が必要不可欠である。現状の小水力発電における一般的な塵芥の除去方法としては、水車手前に金網や格子状の除塵器具を設置する方法が用いられているが、流下する塵芥によって除塵器具が頻繁に詰まるという問題や詰まりが原因で水路外へ流水が越流するという問題が生じている。そのため、水車発電機の管理者は、清掃作業や保守・点検作業に多大な労力を費やしている。また、このことが小水力発電普及の妨げの一因となっている。
ところで、除塵用にスクリーンを用いた取水装置が既に提案されている。
特許文献１は、スクリーンによって谷川から水とともに流れて来る枯れ葉や木屑を除去し、きれいな水を貯水池に溜める構成を提案している。
特許文献２は、河床に取水槽を形成し、取水槽の上部開口をスクリーンで塞いだ構成を提案している。
特許文献３は、水路中に上下２段構造の分流装置を設置し、下段水槽を水路よりも低い位置に形成し、下段水槽の上面にスクリーンを配置する取水装置を提案している。

実願昭５６−１１８０３４号（実開昭５８−２５３２３号）のマイクロフィルム 特開２００４−１８３２９２号公報 特開２０１２−１４０８４５号公報

しかし、特許文献１では、岩石や樹木の枝等もスクリーンに導かれることを前提とした構成であり、特許文献１は、そもそも水路内に設置する取水装置ではない。
特許文献２についても、特許文献１と同様にスクリーンに岩石や樹木の枝等が導かれる可能性があり、また水路内に設置する取水装置ではない。
特許文献３は、水路中に設置する取水装置であるが、スクリーン上を全ての塵芥が通過するために、土砂塵芥が通過することによってスクリーンが損傷することもある。

本発明は、スクリーンの上面を流れる水の流量を調整して水路内を流れる水の流量が少ない場合でも貯留槽を満水状態に保ち、落ち葉などの塵芥をスクリーンに堆積させない取水装置を提供することを目的とする。
更に本発明は、落ち葉などの塵芥と、比重の大きな土砂塵芥とを分離し、比重の大きな土砂塵芥はスクリーンに導かれないようにすることでスクリーンの破損を防止できる取水装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の本発明の取水装置は、水路内に設置される取水装置であって、前記水路内の上流側に配置する上流堰板と、前記水路内の下流側に配置する下流堰板と、前記上流堰板の上部と前記下流堰板の上部との間に配置するスクリーンと、前記下流堰板に形成する出水口とを備え、前記スクリーンには、落ち葉などの塵芥を通さない通水開口部を形成し、前記上流堰板、前記下流堰板、および前記スクリーンによって貯留槽を形成し、前記貯留槽には、前記通水開口部から水が流入し、前記貯留槽に流入した前記水は前記出水口から流出し、前記出水口には、前記出水口の開口面積を調整することで前記スクリーンの上面を流れる前記水の流量を調整する開口調整機構を設けたことを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の取水装置において、前記スクリーンの前記上面には側面板を設け、前記側面板によって、前記スクリーンの前記上面に形成する流水幅を前記水路の幅よりも狭くしたことを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項２に記載の取水装置において、前記側面板によって、上流より下流の前記流水幅を狭くしたことを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の取水装置において、前記スクリーンの下方に導水板を設けたことを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の取水装置において、前記上流堰板には、比重の大きな土砂塵芥を通過させる塵芥開口部と、前記塵芥開口部を開閉する遮蔽板とを設けたことを特徴とする。
請求項６記載の本発明は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の取水装置を用いた発電装置であって、前記出水口から流出させる前記水を用いて発電を行うことを特徴とする。

本発明によれば、比重の大きな土砂塵芥は上流堰板で堰き止めてスクリーン上面に流さないことでスクリーンの破損を防止でき、開口調整機構によってスクリーンの上面を流れる水の流量を調整することで、落ち葉などの塵芥をスクリーンに堆積させずにスクリーン上面を流れる水とともに流すことができる。これにより、塵芥と水を効率的に分離し、塵芥を含まない水を利用できるようになる。

本発明の一実施例による取水装置を水路内に設置した状態を示す斜視概念図 同取水装置の上面図、側面図および要部上面図 同取水装置に用いる下流堰板および発電機器を示す斜視図、上面図、および側面図 同取水装置を用いた発電装置の上面図および側面図 本発明の他の実施例による取水装置を、段差工を設けた水路内に設置した状態を示す側面図

本発明の第１の実施の形態による取水装置は、水路内の上流側に配置する上流堰板と、水路内の下流側に配置する下流堰板と、上流堰板の上部と下流堰板の上部との間に配置するスクリーンと、下流堰板に形成する出水口とを備え、スクリーンには、落ち葉などの塵芥を通さない通水開口部を形成し、上流堰板、下流堰板、およびスクリーンによって貯留槽を形成し、貯留槽には、通水開口部から水が流入し、貯留槽に流入した水は出水口から流出し、出水口には、出水口の開口面積を調整することでスクリーンの上面を流れる水の流量を調整する開口調整機構を設けたものである。本実施の形態によれば、開口調整機構によってスクリーンの上面を流れる水の流量を調整することで、水路内を流れる水の流量が少ない場合でも貯留槽を満水状態に保つことができる。貯留槽を満水状態に保つことで、スクリーンの表面の負圧が小さくなり、落ち葉などの塵芥がスクリーンの上面に貼り付くことが少なく、塵芥をスクリーンに堆積させずにスクリーン上面を流れる水とともに流すことができる。

本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態による取水装置において、スクリーンの上面には側面板を設け、側面板によって、スクリーンの上面に形成する流水幅を水路の幅よりも狭くしたものである。本実施の形態によれば、流水幅を水路の幅よりも狭くすることでスクリーン上面を流れる水位を高くすることができ、流水が少ない水路においても塵芥をスクリーンに堆積させることなく取水を行うことができる。

本発明の第３の実施の形態は、第２の実施の形態による取水装置において、側面板によって、上流より下流の流水幅を狭くしたものである。本実施の形態によれば、スクリーンの上面を流れる水の流速を、幅を狭くしない場合と比較して下流側で高めることができ、スクリーン上面への塵芥の堆積を防止できる。

本発明の第４の実施の形態は、第１から第３のいずれかの実施の形態による取水装置において、スクリーンの下方に導水板を設けたものである。本実施の形態によれば、通水開口部から貯留槽に流れ込む水の流れ方向を下流側に向けることができ、スクリーン上面の塵芥付着量をより軽減できる。

本発明の第５の実施の形態は、第１から第４のいずれかの実施の形態による取水装置において、上流堰板には、比重の大きな土砂塵芥を通過させる塵芥開口部と、塵芥開口部を開閉する遮蔽板とを設けたものである。本実施の形態によれば、比重の大きな土砂塵芥は上流堰板で堰き止めてスクリーン上面に流れないため、スクリーンの破損を防止でき、上流堰板で堰き止めた比重の大きな土砂塵芥を、塵芥開口部を開いて下流に流すことで、土砂塵芥の堆積を取り除くことができる。

本発明の第６の実施の形態は、第１から第５のいずれかの実施の形態による取水装置を用いた発電装置であって、出水口から流出させる水を用いて発電を行うものである。本実施の形態によれば、塵芥を取り除いた水を発電に用いることができ、発電装置を安定して継続運転することができる。

以下本発明の一実施例による取水装置について説明する。
図１は本実施例による取水装置を水路内に設置した状態を示す斜視概念図、図２は同取水装置の上面図、側面図、および要部上面図、図３は同取水装置に用いる下流堰板および発電機器を示す斜視図、上面図、および側面図、図４は同取水装置を用いた発電装置の上面図および側面図である。

図１に示すように、本実施例による取水装置は、水路１０内に設置されて用いられる。
取水装置は、水路１０内の上流側に配置する上流堰板２０と、水路１０内の下流側に配置する下流堰板３０と、上流堰板２０の上部と下流堰板３０の上部との間に配置するスクリーン４０と、下流堰板３０に形成する出水口３１とを備えている。

スクリーン４０には、落ち葉などの塵芥１１を通さない通水開口部を形成している。スクリーン４０は、例えば、流れ方向に少なくとも２本のサポートロッドを配置し、このサポートロッドに対して垂直方向に多数のワイヤーバーをサポートロッド上に配置して構成され、これらのワイヤーバーの間に形成されるスリットによって通水開口部を形成する。ワイヤーバーは、長手方向に垂直な断面を逆三角形状とすることが好ましい。スクリーン４０には、例えば日本エンヂニヤ株式会社製の取水スクリーンを用いることができる。

上流堰板２０、下流堰板３０、およびスクリーン４０によって貯留槽５０が形成される。貯留槽５０には、スクリーン４０に形成された通水開口部から水が流入する。貯留槽５０に流入した水は出水口３１から流出させる。出水口３１には、出水口３１の開口面積を調整する開口調整機構３２を設けている。開口調整機構３２によって出水口３１の開口面積を調整することで、スクリーン４０の上面を流れる水の流量を調整することができる。

本実施例によれば、開口調整機構３２によってスクリーン４０の上面を流れる水の流量を調整することで、水路１０内を流れる水の流量が少ない場合でも貯留槽５０を満水状態に保つことができる。貯留槽５０を満水状態に保つことで、スクリーン４０の表面の負圧が小さくなり、落ち葉などの塵芥１１がスクリーン４０の上面に貼り付くことが少なく、塵芥１１をスクリーン４０に堆積させずにスクリーン４０上面を流れる水とともに流すことができる。

上流堰板２０には、比重の大きな土砂塵芥１２を通過させる塵芥開口部２１と、塵芥開口部２１を開閉する遮蔽板２２とを設けている。塵芥開口部２１は、上流堰板２０の下端から所定高さの位置まで開口している。遮蔽板２２は上下方向にスライド移動することで、塵芥開口部２１を開閉する。
本実施例によれば、比重の大きな土砂塵芥１２は上流堰板２０で堰き止めてスクリーン４０上面に流れないため、スクリーン４０の破損を防止できる。
また本実施例によれば、上流堰板２０で堰き止めた比重の大きな土砂塵芥１２を、塵芥開口部２１を開いて下流に流すことで、土砂塵芥１２の堆積を取り除くことができる。
このように、本実施例では、塵芥開口部２１は、通常状態においては閉鎖して比重の大きな塵芥を上流堰板２０の上流側に堆積させることができ、必要に応じて塵芥開口部２１を開口して土砂塵芥１２を流すことができる。

また本実施例によれば、塵芥開口部２１を開いて水を下流に流すことで、スクリーン４０上に堆積、付着した塵芥１１を取り除くことができる。水量が極めて少なくなった場合に、貯留槽５０内を満水状態に保てず、スクリーン４０上に、特にスクリーン４０の上流部（上流堰板２０から溢水する場所）付近に塵芥１１が堆積して付着することがある。この場合に、上流堰板２０の開口部２１を開くことで、上流堰板２０で堰止められていた水が一気に流入することで、スクリーン４０の下方からスクリーン４０の上方に水が溢れ出すため、スクリーン４０上で堆積、付着していた塵芥１１をスクリーン４０から離脱させて下流に流すことができる。

スクリーン４０の上面には側面板６０を設けている。そして、側面板６０によって、スクリーン４０の上面に形成する流水幅を水路１０の幅よりも狭くしている。また、側面板６０によって、幅を狭くしない場合と比較して下流の流水幅を狭くしている。なお、本実施例では、一対の側面板６０を用いている。
本実施例によれば、流水幅を水路１０の幅よりも狭くすることでスクリーン４０上面を流れる水位を高くすることができ、流水が少ない水路１０においても塵芥１１をスクリーン４０に堆積させることなく取水を行うことができる。
また本実施例によれば、幅を狭くしない場合と比較して下流の流水幅を狭くすることで、スクリーン４０の上面を流れる水の流速を、上流側より下流側で高めることができ、スクリーン４０上面への塵芥１１の堆積を防止できる。

スクリーン４０の下方には導水板７０を設けている。本実施例では、導水板７０の上流端は、上流堰板２０の上端または上流堰板２０の上端近傍に位置し、導水板７０の下流端は上流堰板２０から下流堰板３０までの距離の半分よりも上流側に位置している。また、導水板７０は、下流側を低くなるように傾斜させた第１底面７１と、スクリーン４０に平行な第２底面７２と、第１底面７１および第２底面７２の両側に配置する一対の側板７３、７４とで構成している。
本実施の形態によれば、特に上流堰板２０近傍におけるスクリーン４０の通水開口部から貯留槽５０に流れ込む水の流れ方向を下流側に向けることができる。
なお、本実施例では導水板７０を、上流堰板２０から下流堰板３０までの距離の半分よりも上流側に配置した場合を示したが、水路１０との状況に応じて導水板７０の位置、角度を変えることで、スクリーン４０への塵芥付着を軽減できる。

下流堰板３０の下流側には、スクリーン４０の上面を流れる水を下流に導く導水路８０を設けている。そして、導水路８０の下方空間に、水車９１と発電機９２とを配置している。

図２を用いて本実施例による取水装置の具体的な構成を説明する。
スクリーン４０は底面枠体１００の上面に配置される。底面枠体１００の上流には上流堰板２０を垂下している。また、底面枠体１００の上流下方には、導水板７０を取り付けている。
底面枠体１００の両側部には、一対の側板１１０を設けている。一対の側板１１０の間には、一対の側面板６０が配置される。一対の側面板６０の下流側端部には、間隔調整棒６１を有している。間隔調整棒６１は、保持部材６２の長孔６３に挿通されている。間隔調整棒６１を長孔６３内でスライドさせることで、側面板６０の下流側端部の位置を変更することができる。側面板６０の下流側端部の位置を変更することで、一対の側面板６０の間隔を変更することができる。間隔調整棒６１を長孔６３内で所定位置にスライドさせた後に、ナットなどの締結部材を用いて間隔調整棒６１を保持部材６２に固定する。
なお、水路１０の用水路幅が、本実施例による取水装置の幅と同じ場合には、水路１０の用水路幅を形成する側壁を、一対の側板１１０として利用することができる。また、図2において、一対の側板１１０は水路１０の用水路幅を形成する側壁を利用する場合を例示しており、側板１１０は底面枠体１００より上部のみ設置している。
図２（ｃ）において、破線引き出し線で示す部材の位置は、破線引き出し線で示す部材の位置に対して、一対の側面板６０の間隔を狭めた状態を示している。
本実施例では、下流堰板３０を導水路８０の前端で垂下させているが、底面枠体１００の後端で垂下させてもよい。

図３を用いて本実施例による取水装置の下流堰板について説明する。
出水口３１は、下流堰板３０の下端から所定高さの位置まで開口している。出水口３１の両側部には、一対のガイダー３３が形成されている。開口調整板３４は、一対のガイダー３３の間に配置され、一対のガイダー３３に沿って上下方向にスライド移動する。開口調整板３４には、開口調整ねじ３５に対応するナット部３６を備えている。開口調整ねじ３５は、保持部３７によって下流堰板３０に保持されている。開口調整ねじ３５によって開口調整板３４の高さを調整することができる。開口調整機構３２は、少なくとも開口調整板３４を含み、例えば、開口調整ねじ３５、ナット部３６、保持部３７によって構成され、出水口３１の開口面積を調整する。

出水口３１の下流側には一対の取水導出板９３を設けている。一対の取水導出板９３は、下流堰板３０と水車９１との間に配置している。一対の取水導出板９３によって、出水口３１から導出する水を、水車９１のブレードに導いている。

図４は本実施例による取水装置を発電装置に適用した構成を示している。ここでも一対の側板１１０は水路１０の用水路幅を形成する側壁を利用する場合を例示しており、側板１１０は底面枠体１００より上部のみ設置している。
水車９１は、発電機９２とともに、下流堰板３０の下流側であって、導水路８０の下方空間に配置される。
一対の側板１１０に沿って補強側板１２０が更に配置される。発電取付部材９４は、補強側板１２０に固定され、導水路８０の側方空間に一対の吊り下げ部材９５を備えている。水車９１および発電機９２は、吊り下げ部材９５によって吊り下げられている。
水車９１および発電機９２を吊り下げ固定する発電取付部材９４は、補強側板１２０から取り外すことができ、塵芥開口部２１を開いて土砂塵芥１２を下流に流す場合には、出水口３１を開放するとともに、発電取付部材９４を引き上げることで、土砂塵芥１２を下流に流すことができる。

本実施例による取水装置を用いた発電装置は、出水口３１から流出させる水を用いることで、塵芥１１を取り除いた水を発電に用いることができ、発電装置を安定して継続運転することができる。

なお、本実施例では、下流堰板３０の下方に出水口３１を設けて水車９１の下方に取水を導くものを示したが、下流堰板３０の上方に出水口３１を設けて水車９１の上方に取水を導くものであってもよい。
また、本実施例では水車９１を水路１０内に配置したものを示したが、水路１０の底面よりも下方位置に水車９１を配置してもよく、更には出水口３１からの取水を配管によって取り出して水車９１に導いてもよい。

以下本発明の他の実施例による取水装置について説明する。
図５は本実施例による取水装置を、段差工を設けた水路内に設置した状態を示す側面図である。なお、上記実施例と同一部材には同一符号を付して説明を一部省略する。

図５に示すように、本実施例による取水装置は、段差工を設けた水路１０内に設置されて用いられる。そして、本実施例による取水装置では、段差部２０Ａが上流堰板２０に相当する。段差部２０Ａは、高位面２０Ｂと低位面２０Ｃとで形成される。
従って、スクリーン４０は、段差部２０Ａの高位面２０Ｂと下流堰板３０の上部との間に配置する。

本実施例による取水装置では、上流堰板２０として用いる段差部２０Ａ、下流堰板３０、およびスクリーン４０によって貯留槽５０が形成される。貯留槽５０には、スクリーン４０に形成された通水開口部から水が流入する。貯留槽５０に流入した水は出水口３１から流出させる。出水口３１には、出水口３１の開口面積を調整する開口調整機構３２を設けている。開口調整機構３２によって出水口３１の開口面積を調整することで、スクリーン４０の上面を流れる水の流量を調整することができる。

本実施例によれば、開口調整機構３２によってスクリーン４０の上面を流れる水の流量を調整することで、水路１０内を流れる水の流量が少ない場合でも貯留槽５０を満水状態に保つことができる。貯留槽５０を満水状態に保つことで、スクリーン４０の表面の負圧が小さくなり、落ち葉などの塵芥１１がスクリーン４０の上面に貼り付くことが少なく、塵芥１１をスクリーン４０に堆積させずにスクリーン４０上面を流れる水とともに流すことができる。

なお、本実施例においても、スクリーン４０の上面には側面板６０を設け、側面板６０によって、スクリーン４０の上面に形成する流水幅を水路１０の幅よりも狭くできる。
また、本実施例においても、出水口３１から水車（図示せず）の下方に取水を導く構成とすることができ、下流堰板３０の上方に出水口３１を設けて水車（図示せず）の上方に取水を導く構成とすることができる。水車は、水路１０内の低位面２０Ｃ、または水路１０の低位面２０Ｃよりも下方位置に配置できる。また、出水口３１からの取水を配管によって取り出して水車に導いてもよい。

本発明による取水装置は、発電装置に用いられる他、飲料水用、農業用水用、工業用水用、または生活用水用にも用いることができる。

１０ 水路
１１ 塵芥
１２ 土砂塵芥
２０ 上流堰板
２１ 塵芥開口部
２２ 遮蔽板
３０ 下流堰板
３１ 出水口
３２ 開口調整機構
４０ スクリーン
５０ 貯留槽
６０ 側面板
７０ 導水板
９１ 水車
９２ 発電機

Claims (6)

1. 水路内に設置される取水装置であって、
   前記水路内の上流側に配置する上流堰板と、
   前記水路内の下流側に配置する下流堰板と、
   前記上流堰板の上部と前記下流堰板の上部との間に配置するスクリーンと、
   前記下流堰板に形成する出水口と
   を備え、
   前記スクリーンには、落ち葉などの塵芥を通さない通水開口部を形成し、
   前記上流堰板、前記下流堰板、および前記スクリーンによって貯留槽を形成し、
   前記貯留槽には、前記通水開口部から水が流入し、
   前記貯留槽に流入した前記水は前記出水口から流出し、
   前記出水口には、前記出水口の開口面積を調整することで前記スクリーンの上面を流れる前記水の流量を調整する開口調整機構を設けたことを特徴とする取水装置。
2. 前記スクリーンの前記上面には側面板を設け、
   前記側面板によって、前記スクリーンの前記上面に形成する流水幅を前記水路の幅よりも狭くしたことを特徴とする請求項１に記載の取水装置。
3. 前記側面板によって、上流より下流の前記流水幅を狭くしたことを特徴とする請求項２に記載の取水装置。
4. 前記スクリーンの下方に導水板を設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の取水装置。
5. 前記上流堰板には、比重の大きな土砂塵芥を通過させる塵芥開口部と、前記塵芥開口部を開閉する遮蔽板とを設けたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の取水装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の取水装置を用いた発電装置であって、前記出水口から流出させる前記水を用いて発電を行うことを特徴とする発電装置。