JPS6331608B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、水圧構造体の堰（weirs）に関し、
特にダムの余水路（spillway）に関する。

本発明は、ヘツドワーク（head work）を通
過する水から浮遊性のごみを除いてきれいにし且
つダムの下流でその水を曝気することにその用途
を見出すことができる。

貯水池の水を曝気するように設計され、複数の
多孔管を貯水池のほぼ底部に配置してその多孔管
を通して空気と水の混合物が排出されるようにな
つている曝気システムは技術分野に於て知られて
いる（1967年１月20日公告の米国特許第3461674
号分類61−Ｚ及び1973年10月19日公告の米国特許
第3893924号分類210−220参照）。空気と水の混合
物は、貯水池の底部における圧力を実質的に越え
る圧力の下で管内へ送られる。これは、空気と水
が空気コンプレツサーと水圧ポンプにより夫々供
給される所の空気・水混合装置（米国特許第
3461674号参照）によるか、又は大気の空気がポ
ンプにより作られた水ゼツトの中へ移される所の
空気・液体噴流曝気装置（米国特許第3893924号
参照）によるか、の何れかにより与えられる。

然しながら、これらのシステムは何れも、曝気
されている貯水池（basin）の底部層の中へ大気
の空気を押し入れるために、空気コンプレツサー
と水力ポンプを駆動するための外部動力源を必要
とする。これらのシステムの運転の間欠的な方法
によつて、１年のような与えられた期間の間にこ
れらを運転するために消費される動力の量は、全
く大したものとなる。更に、前述のシステムは、
それをダムの余水路としても用い得る構造上の特
徴を欠いている。

吐出された水の速度水頭がその水の中へ空気を
移すために用いられ、この速度水頭が前方隔室と
後方隔室との間の落水個所の転移の結果である所
のダム余水路（1969年４月４日公告のソ連発明者
証第348648号、分類E02B8／06参照）は公知であ
る。大気と連通する導管の出口が、上述の余水路
システム中に合体されると共に余水路表面より実
質的に下に置かれ、空気は、余水路の表面に沿つ
て移動する水の質量により生じた負圧
（underpressure）によつて水の流れの中へ移され
る。溢流水の運動エネルギを利用することによつ
て、このシステムは、余水路の表面の損傷をなく
するのみならず、水流の曝気をも与え、これが酸
素によるその飽和を高めるように作用する。然し
ながら、この公知のシステムは開いた余水路シス
テムであるので、水流中の静圧が大気圧に近く、
空気供給導管の出口に生じた負圧は無視しうる。
水流中へ移される大気の空気の消費は少なく、そ
の結果落下する水の運動エネルギの利用が僅かと
なる。通過する水の流れにより大気の空気を圧縮
するための手段を包含する所の、貯水池からダム
を通して下流へ水を通過させる様に設計されたダ
ム余水路が更に知られている（1971年１月４日公
告のソ連発明者証第340735号、分類E02B7／00参
照）。水流の運動エネルギは、ここではより有効
に利用される。その理由は、この余水路システム
は、大気と連通する事実上配置された混合室と水
平に位置決めされた拡散室とにより画成された水
導管を特徴とし、この水導管が大気の空気を圧縮
するための手段となるからである。溢流の過程に
於て、落下する水は、大気と連通するその導管を
経て大気の空気を混合室の中へ移すように作用す
る。その結果、落下する水の運動エネルギの一部
は、このようにして移された空気へ伝達される。
水流の全部が空気のトラツピング（trapping）の
中に巻き込まれるので、このようにして捕えられ
た空気の量は、混合室の出口に空気と水の混合物
を形成するのに十分である。落下する水のエネル
ギは、拡散室内に移された空気へ更に伝達され、
拡散室内において、空気と水の混合物は、混合物
及び従つてその中に含まれている空気の圧力が大
気圧を越えるという結果を生じさせる所の制動作
動（ａ braking action）を受ける。これが、空
気と水の混合物の中に含まれている空気を、下流
の或る深さへ押しやることを可能とする。空気と
水の混合物の空気の泡は、浮遊性の固体を下流の
表面へそれと一緒に運びながら上方へ浮く傾向が
ある。それ故、落下する水の運動エネルギを利用
することによつて、この余水路システムは、水に
よる空気の圧縮と、その曝気従つて酸素による飽
和を与える。

然しながら、このシステムには、空気と水の混
合物の形成と空気の泡による浮遊性汚染物の浮遊
との効果が、下流の水をきれいにするために用い
られないという欠点がある。

本発明は、ダムを通過する水から浮遊性の汚染
物質を取除いてきれいにすると共に、通過する水
により移された曝気空気を圧縮するための手段に
より生じた正圧（overpressure）を利用すること
によつて後方隔室内の水を更に曝気することを可
能とするように、配列されたダム余水路を提供す
ることを目的としている。

本発明は、通過する水により大気の空気を圧縮
するための手段を包含する所の、前方隔室から後
方隔室へ水を通過させるためのダム余水路に於
て、本発明に従つて、滑らかな凹曲線の形状の下
部壁を有し且つ大気の空気を圧縮するための手段
と連通するように適合された泡分離拡大凹所を合
体している浮遊室と、後方隔室の水位より実質的
に上で泡分離凹所の上方部分に設けられ且つ泡分
離凹所に面するスロツトを有する管状の泡除去装
置と、泡除去装置上に固定され且つ前方隔室と連
通する泡抑制噴霧器の組立体と、後方隔室内に配
置され且つ噴霧器組立体に隣接した泡除去装置の
上方部分へ結合された有孔空気導管と、を包含す
ることを特徴とするダム余水路に存する。

空気と水の混合物の浮揚能力を高めるため空気
の泡を更に破砕するために、余水路は、泡分離凹
所への入口に位置決めされた複数の縦棒格子
（racks）を備えることが好ましい。

前方隔室と後方隔室の水位の変動が生ずると
き、浮遊室の操作を最適化するために、泡除去装
置は、締切弁を備えるのが好ましい。

永久ダム３により分離された前方隔室１（第１
図）と後方隔室２とを連通するように意図された
ここに開示されている余水路は、ダム３の本体内
に継続的に配列された、通過する水の流れと浮遊
室とにより大気の空気を圧縮するための手段を包
含している。水により大気の空気を圧縮するため
の手段は、水の入口用の開口部４と、空気導管６
を経て大気と連通する前方室５と、混合室７と、
拡散室８とを包含する。浮遊室は、拡散室８の出
口と連通する泡分離拡大凹所９と、泡除去装置１
０と、噴霧器組立体１１と、有孔空気導管１２と
を合体している。非流線型（non−streamlined）
の要素から構成された複数の縦棒格子（racks）
１３が、泡分離凹所９のほぼ入口に配置されてい
る。泡分離凹所９の上部壁１４は、水流の下流の
方へ向つて上昇しているが、然るにその下部壁１
５は凹曲線の輪郭を有する。泡除去装置１０は、
泡分離凹所９の本質的に上方部分に配置されてい
る。それは、また後方隔室２の水位より実質的に
上に配置されることもできる。泡除去装置１０
は、縦スロツト１６を有する管の形を有し、スロ
ツト１６は、水位に平行であると共に泡分離凹所
９に面している。

水供給導管１７によつて前方隔室１と連通する
ように適合された水散布泡抑制噴霧器の組立体１
１が、泡除去装置１０に固定されている。後方隔
室２内に置かれた有孔空気導管１２は、噴霧器組
立体１１（第２図）を接続している泡除去装置１
０の上方部分へ結合されている。泡除去装置１０
の出口部分は締切弁１８を収容し、泡除去装置１
０は、沈澱容器１９の方へ向つて傾斜されてい
る。

前方隔室１からダム３を通り後方隔室２の中へ
流入する水の通過は、隔室１と２の中の水位の差
から生ずる圧力水頭によつて行なわれる。この圧
力水頭の作用に基いて、水は取入開口部４へ入れ
られ、水は、そこで速度を得ると共に、前方室５
の中へ流入してそこに負圧（underpressure）を
生じさせる所の別々の噴流に解散され、この負圧
が、大気の空気が導管６を経て前方室５の中へ流
入するように大気の空気を誘導する働きをする。
前方室５内の結合的移動に基いて、水と空気は密
接な接触に入るが、この接触は、水の曝気の始ま
りを意味する。水の噴流は、このようにして捕捉
された空気を、前方室５から混合室７の中へ運
び、そこで噴流は、分散されて混合され、空気と
水の混合物を形成する。この激しい曝気の結果と
して、酸素による水の活動的な飽和（即ち、空気
中に含まれている酸素が水の中へ溶解すること）
と、酸化を通して浄化され得るこれら汚染物質の
酸化とが起る。混合室７内で形成された空気と水
の混合物体は、次に拡散室８へ入る。拡散室８内
の制動に基いて、空気の水混合物のエネルギの大
部分は、失われないが、然し圧力エネルギに変換
され、その結果、拡散室８の出口に於て、空気・
水混合物の静圧とその中に含まれている空気の静
圧とが大気圧より以上に上昇する。それと共に、
酸素による水の飽和と酸化による汚染物質の浄化
をが続けられる。その後、正圧（overpressure）
を有する空気・水混合物は、拡散室８から泡分離
凹所９へ流入する。若干の量の正圧が、複数の縦
棒格子（racks）１３を通る空気・水混合物の通
過のために消費されて、泡分離凹所９へ入口の所
で微細に分散された空気・水混合物を形成し（微
細な空気の泡の形成を促進し）、これがその浮揚
性を高める。凹所９に入る混合物中の微細な気泡
は、表面活性汚染物質を吸収すると共に、水中に
含まれている浮遊性のごみへ付着する。泡分離凹
所の特殊な輪郭のために、及び凹んだ下部壁１５
の所で生ずるアルキメデスの作用と遠心力に基い
て、気泡は、それと一緒に汚染物質を運びながら
上方へ浮揚させられる。その結果、汚染物質を含
む泡は、上方へ傾斜した凹所９の壁１４により画
成された凹所９の上方部分に集められる。酸素で
飽和されたきれいな水は、凹所９の下部壁１５に
沿つて後方隔室２へ流入する。泡分離凹所９内の
正圧の作用に基いて、汚染物質を運び且つ水の密
度よりはるかに小さい密度を有する泡は、泡除去
装置１０の方へ上昇させられて、そのスロツト１
６の中へ入る。泡の増大した圧力と低い密度のた
めに、泡除去装置１０（第２図）は、後方隔室２
内の水位より実質的に上に置くことが可能であ
り、特に、泡除去装置１０の出口の下に在る沈澱
容器１９内の水位が後方隔室２内の水位よりも更
に高くなり得る高さに置くことが可能である。泡
除去装置に沿つて移動する泡は、噴霧器組立体１
１により散布される水により抑制される。泡を抑
制する水の消費を最小にするために、噴射器は、
より広い分散角度を与える遠心型とするのが好ま
しい。噴霧器組立体１１は、導管１７（第２図）
に沿つて移動する前方隔室１（第１図）から取ら
れる水により給水され、噴霧器組立体１１が配置
されている高さと前方隔室１（第１図）内の水位
との間の差によつて噴霧される。泡が抑制された
後、高濃度の汚染物質をもつ水は、調整可能の締
切弁１８を通して沈澱容器１９の中へ自重により
排出される。これは、泡除去装置１０を沈澱容器
より上にそれに対して角度をなして配置すること
により可能である。沈澱容器１９内の水位は後方
隔室２内の水位より高いので、沈澱容器１９内の
清澄水は、後方隔室２内へ自重により排出される
ことができる。泡分離凹所９から後方隔室２へ入
る水を更に曝気するために、泡抑制から解放され
て若干の正圧を有する空気が、泡除去装置１０か
ら後方隔室２の底部に配置された有孔空気導管１
２へ導かれる。泡分離凹所９から処理された水に
より運ばれる微細に分散された空気と一緒に、孔
からきれいにされた水の中へ入る追加の気泡は、
ダム３から相当な距離の所に流されることがで
き、これが、溶解された酸素と協働して、水の自
己清浄（self−cleaning）のための生物学的能力
を回復し且つ維持することを可能とする。

ここに提案している余水路の構造に於て、浮遊
性汚染物質からの水の浄化と後方隔室２内の浄化
された水の追加の曝気とが、ダム３を通して流れ
る水により大気の空気を圧縮する手段の本質的に
背後に浮遊室（floatation chamber）を配置す
ることによつて行なわれる。拡大する泡分離凹所
９の特殊な構造により、その凹んだ下部壁１５の
所に生ずるアルキメデスの作用と遠心力に基い
て、拡散室８から出る空気・水混合物を、後方隔
室２へ流入するきれいにされた水と、浮遊性汚染
物質を一緒に運び且つ凹所９の上部に集まる泡
と、に分離することが可能である。ダムを通過す
る水により大気の空気を圧縮するための手段によ
り、閉じられた泡分離凹所９の中に発生した正圧
によつて、泡は、上昇させられて泡除去装置１０
の中へ入る。泡の密度は水の密度よりはるかに小
さいので、泡除去装置１０を沈澱容器１９（第２
図）の実質的に上に固定することを可能とする所
の相当な高さに泡を上昇させることが可能であ
り、沈澱容器１９内の水位は、後方隔室２内の水
位よりも実質的に高く維持することができる。ま
た、泡除去装置１０を通つて移動する泡の抑制
が、泡除去装置１０の所に噴霧器組立体１１を配
置することにより可能となり、噴霧器は、泡の固
まりの上に水を散布する働きをする。前記散布
は、前方隔室１内の水位と噴霧器組立体が位置決
めされている高さとの差の作用に基いて、前方隔
室１（第１図）から噴霧器へ供給する水の取入れ
を通して可能となる。更に、泡除去装置１０を沈
澱容器１９（第２図）内の水位よりも実質的に上
に且つそれに対して角度をなして位置決めするこ
とにより、泡抑制の結果として汚染物質を運ぶ水
は、自重により沈澱容器１９内へ排出される。こ
の水は、沈澱容器１９内での清澄化の後、同様に
自重により後方隔室２へ排出されることができ
る。その理由は、前記沈澱容器内の水位を後方隔
室２内の水位より実質的に上に維持しうるからで
ある。泡抑制後に開放された空気は、正圧を有
し、それ故、後方隔室２の底部に横たえられた有
孔空気導管１２から逃げることにより、きれいに
された水の追加の曝気をするために、後方隔室２
の中へ導くことができる。

泡分離凹所９への入口の所に、非流線型要素
（non−streamlined elements）から構成された
複数の縦棒格子１３（第１図）を配置することに
より、泡分離凹所９に入る空気・水混合物の中の
気泡を更に分散させることが可能となる。好まし
くは、縦棒格子１３は、空気・水混合物の流れに
対し相次いで横断して配置されると共に、相互に
横断方向に変位させることが可能である。縦棒格
子１３は、泡分離凹所９内の正圧を若干減少させ
るように作用するけれども、それにも拘らずその
設置は、空気・水混合物の浮揚能力を改良すると
いう観点から正当化される。それに加えて、泡分
離凹所９内の圧力の若干の減少は、ここに提案し
ている構造においては許し得る。その理由は、泡
分離凹所９内の微小な正圧でさえも、泡が上昇し
て泡除去装置１０へ入るのに十分なためである。

泡除去装置１０の出口部分に装着することので
きる締切弁１８（第２図）を制御することによ
り、泡分離凹所９（第１図）内の正圧の値を変え
ることが可能であり、これが、前方隔室１と後方
隔室２内の水位が変わるとき浮遊室の作用を最適
化させる結果をもたらす。

上述の提案している構造の余水路は、ダムを通
る水の通過と共に水により大気の空気を圧縮する
ための手段の背後に浮遊室を配置することによつ
て、水流により大気の空気を圧縮するための手段
により空気・水混合物内の正圧に変換される所の
前方と後方の隔室１と２の間の落下により発生さ
れた圧力水頭のみを用いて通過する水から浮遊性
の汚染物質を除いて浄化することを可能ならし
め、これら汚染物質を含む泡を集めることにより
浮遊性汚染物質を除いて通過する水をきれいにす
ることを可能ならしめ、泡を抑制すると共に汚染
物質が自重により沈澱容器１９（第２図）内へ排
出されることを保証することを可能ならしめ、及
び泡抑制後に解放された空気を利用することによ
り後方隔室２（第１図）内のきれいにされた水を
追加的に曝気することを可能とする。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるダム余水路の縦断面図
を示す。第２図は、後方隔室から見たときの、本
発明による泡除去装置の構造を示す。 １……前方隔室、２……後方隔室、９……泡分
離凹所、１０……泡除去装置、１１……水を散布
する泡抑制噴霧器の組立体、１２……有孔空気導
管、１３……泡分離凹所への入口の所に配列され
た複数の縦棒格子、１５……泡分離凹所９の下部
壁、１６……泡除去装置１０内の縦スロツト、１
８……泡除去装置１０の締切弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 前方隔室１から後方隔室２へ水を通過させる
   ためのダム余水路であつて、通過する水により大
   気の空気を圧縮する手段を包含するダム余水路に
   於て、滑らかな凹曲線の輪郭の下部壁１５をもち
   且つ大気の空気を圧縮するための手段へ結合され
   た拡大泡分離凹所９を合体している浮遊室と、後
   方隔室２内の水位より実質的に上で泡分離凹所９
   の上方部分に配置され且つ凹所９の内側に面する
   縦スロツト１６をもつ管状部材の形状を有する泡
   除去装置１０と、泡除去装置１０上に固定され且
   つ前方隔室１と連通するように適合された水散布
   泡抑制噴霧器の組立体１１と、後方隔室２内に配
   置され且つ噴霧器組立体１１に隣接する泡除去装
   置１０の上方部分へ結合された有孔空気導管１２
   と、を包含することを特徴とするダム余水路。 ２ 非流線型要素から構成され且つ泡分離凹所９
   の入口部分に配置された複数の縦棒格子１３を更
   に包含することを、特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載のダム余水路。 ３ 泡除去装置１０が締切弁１８を備えているこ
   と、を特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２
   項に記載のダム余水路。