JP2001165027A

JP2001165027A - 揚水水車

Info

Publication number: JP2001165027A
Application number: JP35537499A
Authority: JP
Inventors: Toshio Maruyama; 敏雄丸山
Original assignee: Marsima Aqua System Corp
Current assignee: Marsima Aqua System Corp
Priority date: 1999-12-15
Filing date: 1999-12-15
Publication date: 2001-06-19

Abstract

(57)【要約】【課題】揚程に応じて効率良く水を汲み上げる一方
で、直径に対する設計の自由度の高い揚水水車を提供す
る。【解決手段】水流を受けて回転する車輪１２と水を汲
み上げる柄杓車１４とを車軸１６に装着固定して水車１
０を構成した。柄杓車１４は、中心の円筒部３０の周囲
に渦巻き状に延びる柄杓３２を接合した構成とした。円
筒部３０には、各柄杓３２に対応する部屋３８を周方向
に区画形成し、これを円筒部３０の外壁３４ｂに形成さ
れる開口４０を通じて柄杓内部と連通させた。また、円
筒部３０の各部屋３８は溝部２に向かってのみ開口させ
た。これにより、柄杓車１４が回転して柄杓３２により
水が汲み上げられると、この水が上記円筒部３０に向か
って水車１０の径方向内側に案内され、円筒部３０の部
屋３８を通って溝部２に流出するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水田の灌漑用など
に用いられる揚水水車に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】上記のような揚水水車（以下、単に水車
という）として、例えば図１４に示すような水車８１が
一般に知られている。この図に示ように、水車８１は車
軸８２により回転可能に支持される車輪８４を有し、こ
の車輪８４の回りに設けられた羽車板８６により水路８
０の流れを受けて回転するように構成されている。

【０００３】車輪８４の側面には、その周縁部分に周方
向にわたって一定の間隔で柄杓８８が取付けられてい
る。この柄杓８８は箱型（底を有する筒状）に形成され
ており、車輪８４の回転に伴ない水路８０の水を汲み上
げる一方、車輪８４の頂上部分に達するに伴い下向きに
反転して汲み上げた水を水車８１の側方に配置された樋
９０に流し込むようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の水
車８０は、上述のように柄杓８８によって汲み上げた水
を樋９０に落下させる構成であるため、必要な高さ（揚
程Ｐｈ）以上に水車８１を大きくすると（すなわち直径
を大きくすると）、次のような問題がある。柄杓８８からの水の流出位置（高さ）と樋９０との
高低差Ｈが大きくなることにより、風等の影響を受けて
樋外に水が落下したり、あるいは一旦樋９０に入った水
が跳ね上がって樋９０から零れるなどし、その結果、水
の汲み上げ効率が低下する。樋９０への水の落下音が大きくなるため、これが騒
音になる虞れがある。必要な揚程Ｐｈ以上に水を汲み上げる（持ち上げ
る）こととなるため無駄なエネルギーが必要となる。

【０００５】従って、従来の水車８１では、必要な揚程
Ｐｈが決まると上記〜の問題等との関係で、例えば
水車８１の頂上部分が樋９０よりも適度に高くなるよう
に水車８１の直径が自ずと定ってしまい、例えば水車８
１の直径を極端に大きくするようなことはできなかっ
た。しかし、最近では、河川の水を公園等の水路に汲み
上げて流す場合等、水車が公園のモニュメントを兼ねて
設置される場合も多く、このような場合には揚程Ｐｈに
拘わらず直径の大きな水車を構成したい場合が多い。

【０００６】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであり、揚水水車において、揚程に応じて効率よく水
を汲み上げる一方で、直径に対する設計の自由度の高い
揚水水車を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、車軸を介して回転可能に支持される車輪
と、この車輪に連動して車軸回りに回転変位する複数の
柄杓部材とを備え、水流による車輪の回転に伴ない柄杓
部材により水を汲み上げながら所定の水受け部に流し込
む揚水水車において、汲み上げた水を回転変位に伴ない
その汲み上げ位置よりも水車の径方向内側の位置に案内
して水受け部に流出させるように上記柄杓部材を構成し
たものである（請求項１）。

【０００８】この構成によると、水車の径方向外側の位
置で汲み上げた水を同径方向内側に案内して流出させる
ため、水車の直径の範囲内において柄杓部材からの水の
流出位置（高さ）を任意の高さに設定することができ
る。換言すれば、揚程に基づいて水の流出位置を決定し
てこの位置に水を案内するように柄杓部材を構成しさえ
すれば、水車の直径を上記流出位置に制限されることな
く大きく設定することができる。

【０００９】この場合、水の汲み上げ位置と流出位置と
が大きく離れている場合には、案内中に水が零れる虞れ
がある。そのため、このような場合には、上記柄杓部材
を水の取込口と流出口とを備えた筒状に形成するのが好
ましい（請求項２）。

【００１０】なお、汲み上げた水を水車の径方向外側か
ら同径方向内側にスムーズに案内するには、上記柄杓部
材を、車軸近傍から水車の径方向外側に向かって渦巻き
状に延びる形状とするのが好ましい（請求項３）。

【００１１】また、一般的な水車では、車軸の軸方向に
おいて車輪の側部に樋等の水受け部を設ける場合が多い
ため、柄杓部材は、汲み上げた水を車軸の軸方向に向か
って流出させるように構成するのが好ましい（請求項
４）。なお、このようにすれば、汲み上げた水を完全に
水車の側方に流出させることができるため、樋等の水受
け部を車軸方向に水車（車輪）から完全に離した状態で
設置することが可能となる。

【００１２】また、柄杓部材は、汲み上げた水を上記車
軸よりも低い位置で流出させるように構成するのが好ま
しい（請求項５）。この構成によると必然的に水車の車
軸が水受け部の上方に位置することとなるため、水車を
取り外す際に水受け部を取り外す必要がなくなる。その
ためメンテナンス性が向上する。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を用いて説明する。

【００１４】図１及び図２は、本発明に係る揚水水車の
一例を概略的に示している。これらの図において符号の
１、２は、それぞれ水路とその側方に形成された溝部
（水受け部）をそれぞれ示しており、揚水水車１０（以
下、水車１０と略す）は、水路１の水流を受けて回転し
ながらその水を汲み上げて溝部２に流し込むように構成
されている。

【００１５】水車１０は、水流を受けるための車輪１２
と、水を汲み上げる柄杓車１４とを有している。車輪１
２および柄杓車１４は、水路１を横断するように配置さ
れた共通の車軸１６に装着、固定されている。この車軸
１６は、水路１の両岸において支持台１８に回転可能に
支持されており、これにより車輪１２および柄杓車１４
が一体的に回転可能な状態で水路１内に支持されてい
る。

【００１６】上記車輪１２は、図３に示すように車軸１
６から放射状に延びる日脚（ひのあし）と称する複数の
スポーク状部材２０を蜘蛛手（くもで）と称する連結部
材２２により周方向に互いに連結し、各スポーク状部材
２０の先端に羽根板２４を固定した構成となっている。
そして、上記各羽根板２４により水流（図中白抜き矢印
で示す）を受けることにより水路１の上流側から下流側
に向かって同図中実線矢印で示す方向に回転するように
構成されている。

【００１７】上記柄杓車１４は、図４に示すように車軸
１６に固定される円筒部３０を有し、この円筒部３０の
周囲に複数の柄杓３２を接合した構成となっており、当
実施の形態では４つの柄杓３２が円筒部３０の周囲に接
合されている。

【００１８】各柄杓３２は、同図に示すように円筒部３
０を中心として水車１０の径方向外側に向かって渦巻き
状に延びるように形成されており、その断面は、図５に
示すように円筒部３０側に向かって開口するコ字型に形
成されている。これにより柄杓車１４の回転に伴ない水
路１の水を汲み上げるとともにその水を柄杓車１４の回
転に伴ない円筒部３０に向かって水車１０の径方向外側
から内側へと徐々に案内するようになっている。

【００１９】一方、円筒部３０は、図１および図２に示
すようにその先端（図１で右側端）が上記溝部２の上方
に望むように設けられている。

【００２０】円筒部３０は、図４に示すように内壁３４
ａと外壁３４ｂとを有した二重筒構造とされ、同図に示
すように上記内壁３４ａと外壁３４ｂとにより車軸１６
ｂの回りに円鐶状の空間を形成している。そして、円筒
部３０の上記先端部において内壁３４ａの内側の部分が
蓋体３１ａにより閉塞される一方、後端部が底板３１ｂ
（図７に示す）により塞がれることにより、上記円鐶状
の空間部分のみが溝部２側に開口した構成となってい
る。なお、上記車軸１６は蓋体３１ａと円筒部３０の底
板３１ｂとを貫通している。

【００２１】円筒部３０の上記円鐶状の空間は、車軸１
６を中心として渦巻き状に形成された仕切壁３６により
周方向に４つの部屋３８に区画されている。そして、図
６及び図７に示すように、外壁３４ｂの各部屋３８に対
応する位置に開口４０が形成されるとともに上記各柄杓
３２がこの開口４０に対応するように外壁３４ｂの外側
に接合されている。これにより上記各柄杓３２の内部と
部屋３８とが連続した渦巻き状の水の流路を構成してお
り、各柄杓３２により汲み上げて上述のように柄杓車１
４の回転に伴ない円筒部３０側に案内された水は、図６
及び図７中に白抜き矢印で示すように上記開口４０を通
じて円筒部３０の各対応する部屋３８内に導入され、そ
の後、仕切壁３６により進路を車軸１６の軸方向に９０
°だけ変換されながら円筒部３０の各部屋３８から溝部
２側に流出されるようになっている。つまり、当実施の
形態においては、上記柄杓３２、円筒部３０の部屋３８
および仕切壁３６等によって本発明の柄杓部材が構成さ
れている。

【００２２】なお、円筒部３０に対する柄杓３２の接合
部分は、図６に示すように、柄杓３２の底面と仕切壁３
６とが円弧状に連続するように接合されており、こうす
ることにより柄杓３２の水が柄杓車１４の回転に伴ない
円筒部３０内へスムーズに導入されるように構成されて
いる。また、図面上は詳しく説明していないが、仕切壁
３６は例えば開口４０から溝部２側に向かって適度に捻
じれた形状とされており、こうすることにより柄杓３２
から部屋３８に導入される水の流れをスムーズに変えて
溝部２に案内し得るように構成されている。

【００２３】以上のように構成された水車１０による
と、水路１の流水を受けて車輪１２が回転するとともに
これと一体的に柄杓車１４が回転し、この回転に伴ない
図８（ａ）に示すように柄杓３２の先端が水中に侵入し
て水路１の水を汲み上げる（図８（ｂ））。なお、図
中、ハッチング部分は汲み上げられた水を示している。

【００２４】汲み上げられた水は、図８（ｃ）に示す如
く柄杓車１４の回転に伴ない柄杓３２に沿って柄杓車１
４の中心に向かって移動し、さらに柄杓車１４が回転す
ると、上述のように柄杓３２から円筒部３０の部屋３８
へと流入し、ここから溝部２へと流出することとなる
（図８（ｄ））。こうして柄杓３２により汲み上げられ
た水は、車軸１６よりも低い位置で全て溝部２に流出さ
れることとなる。

【００２５】以上のように構成された水車１０によると
次のような効果を得ることができる。まず、水車１０の直径に対する設計の自由度が高い
という効果がある。すなわち、上記の水車１０では、汲
み上げた水をその汲み上げ位置よりも水車１０の径方向
内側の位置に案内してから溝部２に流出させるので、揚
程Ｐｈ（図１に示す）に基づいて水の流出位置（高さ位
置）を決定し、汲み上げた水をこの位置に案内するよう
に柄杓３２等を構成しさえすれば、水車１０の直径を自
由に設定できる。従って、揚程がさほど大きくない場合
でも直径の大きな水車１０を構成することができる。

【００２６】因みに、図１に示す程度の揚程Ｐｈの場
合、従来の水車であれば、水車の頂上部分が溝部２の僅
かに上方、たとえば水路１から頂上部分が僅かに上方に
突出する程度の小さな（直径の小さな）水車しか得るこ
とができないが、上記水車１０によると、同図に示すよ
うに水路１から水車１０の大部分が上方に突出する極め
て大きな（直径の大きな）水車を構成することができ
る。そのため、揚程がさほど大きくない場合、例えば公
園等にモニュメントを兼ねて水車を設置するような場合
でも、十分に大きな水車を設置することが可能となる。

【００２７】なお、水の汲み上げについては、上述のよ
うに揚程Ｐｈに基づいて水の流出位置を決定しておく、
すなわち、従来技術で説明した各問題（解決課題の〜
の問題）を回避し得るように決定するので、効率的に
行うことができる。次に、水車１０の回転負荷が従来の水車に比べて少
なく、効率よく水車１０を回転させることができるとい
う効果がある。

【００２８】すなわち、従来の水車は、一般に、一箇所
が開口した箱型の柄杓を用い、水車の回転に伴い柄杓を
水中に沈めることにより上記開口部から水を柄杓内に取
り込むようにしている。そのため、水中に柄杓が侵入す
る際に柄杓内の空気が十分に排出されない場合があり、
この場合には残存空気による浮力が柄杓に生じ、これが
回転負荷となる。これに対して上記の水車１０の柄杓３
２は、車軸１６側の全体が大きく開口した溝型に形成さ
れており、しかも円筒部３０の部屋３８を通じて外部に
連通しているので柄杓３２内に空気が溜まる余地がな
い。従って、柄杓３２内に空気が溜って水車１０に回転
負荷がかかることがない。

【００２９】また、水車においては、柄杓によって汲み
上げた水の重みにより回転方向と逆回りのモーメントが
作用し、これが回転負荷となる。従来の水車の場合、こ
のモーメントの腕の長さ（車軸から荷重（柄杓）位置ま
での距離）は水車の半径に等しいため一定であるが、上
記水車１０では、回転に伴ない水が車軸側に移動するた
めモーメントの腕の長さは回転に伴い水車１０の半径よ
りも短くなる。しかも、上記水車１０では、上述のよう
に汲み上げた水を車軸下方で全て流出させ、水車１０の
頂上部分まで運ぶことがない。そのため、上記の水車１
０では、上記モーメントによる回転負荷が従来の水車に
比べて極めて小さい。

【００３０】このように上記水車１０では、従来の水車
に比べて回転負荷が少なく、従って、その分従来の水車
に比べて効率よく水車を回転させることができる。また、汲み上げた水を車軸１６よりも低い位置で流
出させるためメンテナンス性がよいという効果もある。

【００３１】すなわち、従来の水車は、頂上部分で柄杓
を反転させて汲み上げた水を落下させ、これを車軸上方
に配置した樋で受け止めるため、車軸を含む水車全体を
取り外す場合には必ず樋を取り外す必要がある。これに
対して上記の水車１０では、車軸１６よりも低い位置で
水を流出させるため必然的に樋等の水受け部（当例では
溝部２）は車軸１６よりも下側に配置される。そのた
め、水車全体を取り外す場合でも、水受け部を取り外す
必要がなくメンテナンス性がよい。

【００３２】なお、上記水車１０によると、上述のよう
に汲み上げた水を完全に水車の側方に流出させることが
できるため、樋等の水受け部（当例では溝部２）を車軸
方向に柄杓車１４から完全に離した状態で設置すること
が可能となるため、この点もメンテナンスの上で有利と
なる。すなわち、従来の水車では、柄杓から落下する水
を受けるために樋を柄杓の移動経路下側に配置する必要
があり、水車と樋とが車軸方向に多少オーバーラップし
た構成となっている。そのため水車を取り外す際には樋
が邪魔であった。これに対して水車１０では、水受け部
を水車から完全に離した状態で（すなわち柄杓車１４か
ら完全に離した状態で）設置することができるため、水
車１０の取外しの際などに水受け部が邪魔になることが
全くない。

【００３３】ところで、以上説明した水車１０は、本発
明に係る揚水水車の一の実施の形態であって、その具体
的な構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更
可能である。例えば、以下のような構成を採用すること
もできる。（１）上記水車１０の柄杓車１４において、図９に示す
ように円盤状の補強板４２を柄杓車１４に付設し、これ
により柄杓３２を補強するようにしてもよい。この場
合、円筒部３０の底板３１ｂや柄杓３２の一部をこの補
強板により構成してもよい。（２）柄杓３２の具体的な形状や数は、水車１０の大き
さ（直径の大きさ）や汲み上げる水の量等に応じて適宜
設ければよく、例えば、直径の大きいものでは、図１０
に示すようにより多数の柄杓３２を設けた水車１０を構
成してもよい。この場合、直径の大きな水車１０では、
汲み上げた水が案内中に零れる虞れがあるため、例え
ば、柄杓３２における水の汲み上げ部分以外の全体を筒
状に構成するのが好ましい。（３）上記水車１０では、柄杓３２によって汲み上げた
水を円筒部３０を通じて溝部２に流し込んでいるが、例
えば円筒部３０を省略し、柄杓３２から直接溝部２に水
を流出させるように構成してもよい。この場合、例えば
柄杓３２の車軸側の端部に溝部２に向かって水を案内す
る案内部を設けたり、あるいは柄杓３２の全体を筒状に
構成して溝部２に向かって水を案内するようにすればよ
い。なお、柄杓３２の全体を筒状にする構成としては、
例えば、図１１に示すような構成を採ることができる。
以下、この水車について簡単に説明する。

【００３４】この図に示す水車１０には、柄杓車１４は
設けられておらず、同図に示すような柄杓４４が直接車
輪１２に組み込まれている。この柄杓４４は、全体が筒
状に構成されており、水の取込口４４ａが羽根板２４の
下流面側（水流を受ける面の裏面側）に設けられる一
方、流出口４４ｂが車軸１６の近傍において車軸１６の
軸方向外側（図１１では右側）に向かって設けられてい
る。なお、この水車１０の車輪１２では、同図に示すよ
うに車軸１６の軸方向両側に２つ一組のスポーク条部材
２０を有しており、これら一組のスポーク条部材２０に
跨って羽根板２４が取付けられた構成となっている。

【００３５】この水車１０によると、車輪１２の回転に
伴い柄杓４４の取込口４４ａから水が取り込まれる。そ
して、車輪１２がさらに回転すると、これに伴い柄杓４
４の内部を通じて車軸１６側へと水が案内されて流出口
４４ｂから樋等の水受け部（図示せず）に流出する。な
お、この構成の場合には、柄杓４４により本発明に係る
柄杓部材が構成されることとなる。（４）また、図１１に示した水車１０の変形例として、
図１２に示すような水車１０を構成することもできる。
以下、この図の水車について説明する。

【００３６】この図に示す水車１０では、上記柄杓４４
に代えて次のような柄杓４６を備えている。

【００３７】柄杓４６は、同図および図１３に示すよう
に、水の取込口４６ａと流出口４６ｂとを備えた箱型の
形状を有している。取込口４６ａは、車軸１６側に向か
って開口しているとともに水車１０の回転方向にやや細
長に形成されている。一方、流出口４６ｂは、取込口４
６ａよりも僅かに水車１０の径方向内側に設けられ、車
軸１６の軸方向前方（図１３では下方）に向かって水を
流出するように形成されている。そして、流出口４６ｂ
から取り込んだ水を水車１０の回転に伴い流出口４６ｂ
に案内し得るように柄杓４６の全体が丸身をおびた形状
に形成されている。

【００３８】この水車１０によると、車輪１２の回転に
伴い柄杓４６が水中に侵入して取込口４６ａから水が取
り込まれる。そして、車輪１２がさらに回転すると、こ
れに伴い柄杓４６内の水が流出口４６ｂに向かって水車
１０の径方向内側へと柄杓内を移動し、柄杓４６が水車
１０の頂上近傍に到達すると流出口４６ｂを通じて水が
流出し、車軸１６の上部に配置された樋３に流れ込むこ
ととなる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、揚水水
車において、汲み上げた水を回転に伴ないその汲み上げ
位置よりも水車の径方向内側の位置に案内して水受け部
に流出させるように柄杓部材を構成するようにしたの
で、柄杓部材からの水の流出位置（高さ）を水車の直径
の範囲で任意の高さに設定することができる。そのた
め、必要な揚程に基づいて水の流出位置を決定してこの
位置に水を案内するように柄杓部材を構成しさえすれ
ば、水車の径を揚程によって制限されることなく大きく
設定することができる。従って、従来の水車のように揚
程との関係で水車の直径が制限されるようなことがなく
揚水水車の設計の自由度を高めることができるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る揚水水車の一例を示す正面図であ
る。

【図２】揚水水車を示す側面図（一部断面図）である。

【図３】車輪の構成を示す図１のＡ−Ａ断面図である。

【図４】柄杓車の構成を示す図１のＢ−Ｂ断面図であ
る。

【図５】柄杓の形状を示す図４のＣ−Ｃ断面図である。

【図６】柄杓車の構成を示す図１のＤ−Ｄ断面図であ
る。

【図７】柄杓車の構成を示す図４のＥ−Ｅ断面図であ
る。

【図８】柄杓車の回転に伴なう水の移動状態を示す模式
図である。

【図９】本発明に係る揚水水車の変形例を示す模式図で
ある。

【図１０】本発明に係る揚水水車の変形例を示す模式図
である。

【図１１】本発明に係る揚水水車の変形例を示す模式図
である。

【図１２】本発明に係る揚水水車の変形例を示す模式図
である。

【図１３】柄杓を示す図１２のＦ矢視図である。

【図１４】従来の揚水水車の一例を示す側面図略図であ
る。

【符号の説明】

１水路２溝部（水受け部）１０水車１２車輪１４柄杓車１６車軸２０日脚２２蜘蛛手２４羽根板３０円筒部３２柄杓３２ａ底面３４ａ内壁３４ｂ外壁３６仕切壁３８部屋

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車軸を介して回転可能に支持される車輪
と、この車輪に連動して上記車軸回りに回転変位する複
数の柄杓部材とを備え、水流による上記車輪の回転に伴
ない上記柄杓部材により水を汲み上げながら所定の水受
け部に流し込む揚水水車において、汲み上げた水を回転
変位に伴ないその汲み上げ位置よりも水車の径方向内側
の位置に案内してから上記水受け部に流出させるように
上記柄杓部材が構成されていることを特徴とする揚水水
車。
【請求項２】上記柄杓部材は、水の取込口と流出口と
を備えた筒状に形成されていることを特徴とする請求項
1記載の揚水水車。
【請求項３】上記柄杓部材は、車軸近傍から水車の径
方向外側に向かって渦巻き状に延びる形状とされている
ことを特徴とする請求項１または２記載の揚水水車。
【請求項４】上記柄杓部材は、汲み上げた水を上記車
軸の軸方向に向かって流出させるように構成されている
ことを特徴する請求項１乃至３のいずれかに記載の揚水
水車。
【請求項５】上記柄杓部材は、汲み上げた水を上記車
軸よりも低い位置で流出させるように構成されているこ
とを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の揚水
水車。