JP2002371946A

JP2002371946A - 流体エネルギ回収装置

Info

Publication number: JP2002371946A
Application number: JP2001182288A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ishida; 啓石田; Takeshi Takachi; 健高地; Hideji Okai; 秀司大貝
Original assignee: LWJ KK
Current assignee: LWJ KK
Priority date: 2001-06-15
Filing date: 2001-06-15
Publication date: 2002-12-26

Abstract

(57)【要約】【課題】水中に設置することができ、かつ、流れの方向
に関係なく回転トルクを抽出できる流体エネルギ回収装
置の提供すること。【解決手段】本発明に係る流体エネルギ回収装置として
の水車10は、軸部材11と、軸部材11に中心を一致させて
半径方向に延在するように装着した延在部としての２枚
の円盤12、13と、円盤12、13に円周方向等間隔に配設した
複数（例えば、９枚）の羽部材15と、羽部材15の受圧面
が円周接線方向に沿って配設される（受圧面の法線が軸
心を向く）ように羽部材15を弾性支持する弾性支持機構
17とを備えている。この水車10は、水の抵抗を受けて羽
部材の傾きが変化し、水の流れ方向が変化しても羽部材
15で水力を受けて、軸部材を一定方向に回転させて回転
トルクを出力することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は川の流れ、波、風な
どの流体のエネルギを回収する流体エネルギ回収装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の流体エネルギ回収装置としては、
川の流れを受けて回転する水車や、風を受けて回転する
風車がある。

【０００３】水車90は、図９に示すように、軸91に円周
方向等間隔に複数の羽92を配設したもので、水93の流れ
方向に対して直角に軸91を配設して、軸91の片側の羽92
で水力を受けて一定の方向に軸91が回転するようになっ
ている。水車90を設置する場合は、軸91を水面上に設置
し、軸91の下側の羽92のみが水力を受けるように設置し
てある。

【０００４】仮に、このような水車全体を水中に設置す
ると、水の流れ方向とは逆方向に進もうとする上側の羽
は軸の回転に対する抗力を水から受けることになり、軸
に正逆両方の回転トルクが掛かるため、水車が回らなか
ったり、水車が水の抵抗を受けて壊れたりすることがあ
る。このため、この種の水車は水面上に水車の片側を露
出させて設置してある。

【０００５】また、増水時など水の勢いが大きい場合、
水車が大きな力を受けて壊れてしまうことがあった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、水車を
川に設置する場合は、水面上に水車の片側が露出するた
めに景観が損なわれるという問題があった。

【０００７】また、水の流れ方向が一様でない海洋波の
ような波のエネルギを回収することができる水車を提供
するためには、流れの方向に関係なく一定の方向の回転
トルクを出力できることが必要である。流れの方向に関
係なく一定の方向の回転トルクを出力できるようにした
いとの要請は、水車に限らず、風車においても同様の課
題がある。

【０００８】また、増水時などの水勢が大きい場合でも
水車が壊れることを防止すべく安全性を改善することが
必要である。

【０００９】そこで、本発明は、水中に設置することが
でき、かつ、流れの方向に関係なく回転トルクを抽出で
きる流体エネルギ回収装置を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の流体エ
ネルギ回収装置は、軸部材に複数の羽部材が取り付けら
れ、前記羽部材で受けた流体エネルギを軸部材の回転ト
ルクとして出力する流体エネルギ回収装置において、前
記羽部材が、前記軸部材に弾性的に回動可能に取り付け
られており、かつ、前記各羽部材における流体エネルギ
が作用する作用点が、前記羽部材の回動軸よりも前記軸
部材の円周方向の一方側に隔たっていることを特徴とす
る。この流体エネルギ回収装置によれば、羽部材が弾性
的に回動可能に支持されているので、例えば、水車を構
成した場合は、羽部材が水の流れに逆らって回転する場
合に、羽部材が受ける水の抵抗が少なくなるから、水の
抵抗が少なくなり水中に設置することができる。また、
羽部材において、軸部材の回転方向後方に流体エネルギ
が作用する作用点が在るから、水の流れの方向に関係な
く一定方向に回転トルクを受け、軸部材から常に一定方
向の回転トルクを出力することができる。

【００１１】請求項２に記載の流体エネルギ回収装置
は、前記複数の羽部材が、軸部材に円周方向等間隔に配
設されていることを特徴とする。

【００１２】請求項３に記載の流体エネルギ回収装置
は、前記軸部材の半径方向に延在した延在部に、前記羽
部材の回動軸を軸方向に延在させて取り付けたことを特
徴とする。この流体エネルギ回収装置は、軸部材の半径
方向の流れに対して、流れ方向に関係なく、一定の方向
に回転トルクを出力することができる。

【００１３】請求項４に記載の流体エネルギ回収装置
は、さらに、前記軸部材が配設された軸線を中心とし、
延在部に羽部材の回動軸を取り付けた位置までの距離を
半径とする円周を考えた場合に、前記羽部材の作用面が
前記円周の接線方向に延在するように、羽部材の回動が
弾性的に支持されていることを特徴とする。

【００１４】請求項５に記載の流体エネルギ回収装置
は、前記軸部材に、前記羽部材の回動軸を半径方向に延
在させて取り付けたことを特徴とする。この流体エネル
ギ回収装置は、軸部材の軸方向に平行な流れに対して、
流れ方向に関係なく、一定の方向に回転トルクを出力す
ることができる。

【００１５】請求項6に記載の流体エネルギ回収装置
は、さらに、前記羽部材の作用面が軸方向に向くよう
に、羽部材の回動が弾性的に支持されていることを特徴
とする。

【００１６】流体エネルギ回収装置は、請求項７に記載
するように、流体エネルギが所定以上である場合に、前
記羽部材を回動自在な状態にすることにより、例えば、
水車においては、水勢が大きい場合に羽部材が水の流れ
から受ける抵抗が最小になるように回動するから、水の
抵抗を受けて壊れるのを防ぐことができる。

【００１７】流体エネルギ回収装置は、請求項８に記載
するように、前記羽部材が回動軸が配設された軸線上に
重心を有することにより、遠心力の影響を少なくするこ
とができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態に係る
流体エネルギ回収装置を図面に基づいて説明する。

【００１９】第1実施形態は、本発明に係る流体エネル
ギ回収装置としての水車である。この水車10は、図１及
び図２に示すように、軸部材11と、軸部材11に中心を一
致させて半径方向に延在するように装着した延在部とし
ての２枚の円盤12、13と、円盤12、13に円周方向等間隔に
配設した複数（例えば、９枚）の羽部材15と、羽部材15
の受圧面が円周接線方向に沿って配設される（受圧面の
法線が軸心を向く）ように羽部材15を弾性支持する弾性
支持機構17とを備えている。この水車10は、水中に設置
することができ、水の流れ方向が変化しても羽部材15で
水力を受けて一定方向に回転し、水力エネルギを軸部材
11の回転トルクとして出力することができる。以下、こ
の水車10を詳細に説明する。

【００２０】軸部材11は、図１に示すように、回転トル
クを出力する部材で、両側を軸受21、22で回転自在に支
持してある。この実施形態では、水中に設置した基台23
に下側の軸受22を設置し、軸部材11を水中に鉛直に立設
させて設置している。

【００２１】2枚の円盤12、13は、羽部材15を取り付ける
ために、軸部材11から半径方向に延在した部材であっ
て、円盤12、13の中心に軸装着穴31、32を設けて軸部材11
に装着している。2枚の円盤12、13の外径側には、円周方
向等間隔に複数の羽部材15を装着するための羽装着穴3
3、34を羽部材15の数と同じ数形成している。また、上側
の円盤12の上面には、羽装着穴33のそれぞれ半径方向内
径側の位置に、後述する弾性支持機構17の構成部材たる
ばね51を係合させるためのばね係合ピン35が取り付けて
ある。ばね係合ピン35は、ばね51を係合させるためのば
ね係合部35aを備えている。なお、2枚の円盤12、13は、
後述するように羽部材15を取り付けたアッセンブリ状態
で軸部材11に装着する。

【００２２】羽部材15は、図３(a)(b)に示すように、厚
さが一定の矩形の平板状の部材であり、矩形の作用面の
図心Xを通る軸方向の軸線L1から幅方向に所定距離ずれ
た軸方向の軸線L2に沿って上下両側に、羽部材15を円盤
12、13に装着するための回動軸41、42が取り付けてある。
上側の回動軸41は、図１に示すように、上側の円盤12を
貫通して延在するようになっており、上側の円盤12の上
方に延在した部分に、後述する弾性支持機構17の構成部
材たるばね装着部材43を取り付けるようになっている。
ばね装着部材43は、羽部材15から内径側に向け、羽部材
15の面に対して直交させて固定的に取り付けてある。ば
ね装着部材43には、後述する弾性支持機構17の構成部材
たるばね51を係合させるばね係合部43aが設けてある。
２枚の円盤12、13に対する羽部材15の取り付けは以下の
ように行う。

【００２３】まず、下側の円盤13を水平に配設し、円盤
13の各羽装着穴35に羽部材15の回動軸42を装着し、円盤
13に羽部材15を回動自在に立設させる。このとき、羽部
材15の回動軸42の摺動性を高めるため、円盤13の羽装着
穴35に摺動性を高める鍔付きブッシュ46を装着し、鍔つ
きブッシュ46の内周面に羽部材15の下側の回動軸42を装
着する。

【００２４】次に、各羽部材15の上側の回動軸41に円盤
12の各はね装着穴34を装着し、円盤12を水平に装着す
る。このとき、羽部材15の回動軸41の摺動性を高めるた
め、円盤12の羽装着穴34に摺動性を高める鍔付きブッシ
ュ47を装着し、鍔付きブッシュ47の内周面に羽部材15の
上側の回動軸41を装着する。

【００２５】円盤12、13は、上記のように羽部材15を組
み付けたアッセンブリ状態で軸部材11に装着し、固定部
材48、49、50で軸部材11に固定する。

【００２６】次に、弾性支持機構17について説明する。
弾性支持機構17は、図１及び図２に示すように、円盤12
の内径側に取り付けたばね係合ピン35と、羽部材15に取
り付けたばね装着部材43と、両者の間に少し伸ばした状
態で取り付けるばね51とを構成部材として備えている。
弾性支持機構17の取り付けは、まず羽部材15を回動軸4
1、42を設けた回動中心をなす軸線L2で分けた場合に、面
積が大きい側の面と面積が小さい側の面の向きが、各羽
部材15において円周方向に一様になるように羽部材15の
向きを揃える。この状態で、上側の円盤12の上方に延在
する羽部材15の上側の回動軸41に、羽部材15の面に対し
て直角で、かつ、内径側に向けて、ばね装着部材43を取
り付ける。そして、上側の円盤12の内径側に取り付けた
ばね係合ピン35のばね係合部35aと、羽部材15に取り付
けたばね装着部材43のばね係合部43aとの間に、ばね51
を伸長させた状態で取り付けてある。

【００２７】羽部材15は、弾性支持機構17のばね51の弾
性力により、軸部材11を配設した軸線L3を中心とし、こ
の軸線L3から羽部材15の回動軸41までの半径方向距離を
半径とする円C1を考えた場合に、かかる円C1の円周接線
方向に沿って羽部材15の作用面が延在するように弾性的
に支持された状態になっている。

【００２８】さらに、各羽部材15の回動中心をなす軸線
L2で羽部材15を円周方向に分けた場合に、各羽部材15の
面積の大きい側と面積が小さい側との向きを揃えてい
る。これは、各羽部材15に作用する水力の作用点となる
作用面の図心Xが存在する面積の大きい側の面の向き
を、円周方向において揃えるためである。なお、このよ
うに羽部材15の向きを揃えることにより、水車10が水力
を受けて回転する方向は、円周方向において羽部材15の
作用点が配設された側が、常に水車10の回転方向の後ろ
側になる。

【００２９】以下、この水車10が水の流れを受けて回転
し、その流体のエネルギを軸部材11の回転トルクとして
出力する作用を説明する。

【００３０】水の流れがない状態では、図４に示すよう
に、弾性支持機構17の作用により、羽部材15の作用面は
円C1の円周接線に沿って延在している。水の流れがある
と、図５に示すように、羽部材15には、主に羽部材15が
水の流れを変化させることによる反力（Ｆ1〜Ｆ6）が作
用して、回動軸41、42が設けてある軸線L2を回動中心と
して各羽部材15が回動する。羽部材15の傾きは、この水
の作用によって羽部材15の回動中心（L2）に生じるモー
メントと、羽部材15が内径側又は外径側に傾くことによ
り伸ばされるばね51の弾性反力によって羽部材15の回動
中心（L2）に生じるモーメントとが釣り合う傾きに定ま
る。そして、水力は、羽部材15の作用面の図心Ｘ（L1）
を水力の作用点として、羽部材15の作用面に対して直角
方向に作用する。

【００３１】以下、便宜上、羽部材15の公転軌道におけ
る水の流れに対する最上流の位置を０°とし、軸部材11
に対して反時計回り方向を正の方向として羽部材15の回
転角を規定して説明する。

【００３２】羽部材15が水の流れの最上流（0°）の位
置から90°の位置までの間にあるときは、図５において
15aで示すように、羽部材15aの外径側の作用面に水力Ｆ
2が作用し、羽部材15aが円周接線よりも内径側に傾く。
羽部材15aに作用する水力Ｆ2は、同図に矢印で示すよう
に、羽部材15aの作用面の図心X（L1）を作用点とし、内
径側に向けて羽部材15aの作用面に対して直角に作用す
る。この水力Ｆ2は、羽部材15a及び円盤12、13を介し
て、軸部材11に反時計回り方向の回転トルクを作用させ
る。また、羽部材15aが円周接線よりも内径側に傾くこ
とにより、円周接線方向に延在している場合に比べて、
水の流れに対する羽部材15aの外径側の面が増大する。
このため、羽部材15aが円周接線方向に延在している場
合に比べて、羽部材15aにより大きな水力Ｆ2が作用し、
軸部材11により大きな回転トルクが生じると考えられ
る。

【００３３】なお、羽部材15aが最上流（0°）の位置か
ら90°の位置に移動するにつれて、水の流れに対する羽
部材15aの外径側の作用面の面積が減少し、その分、羽
部材15aに作用する水力Ｆ2が減少する。このため、羽部
材15aは次第に円周接線方向に近づいていく。そして、
羽部材15aが90°の位置に移動すると、図5において15b
で示すように、羽部材15bは略円周接線方向に延在する
ようになり、水の流れ方向に略平行になる。このとき、
羽部材15bの内径側及び外径側のいずれの作用面にもほ
とんど水力が作用しない。

【００３４】次に、羽部材15が90°の位置から最下流
（180°）の位置までの間にあるときは、図５において1
5cで示すように、羽部材15cの内径側の作用面に水力Ｆ3
が作用し、羽部材15cは円周接線よりも外径側に傾く。
羽部材15cに作用する水力Ｆ3は、同図に矢印で示すよう
に、羽部材15cの作用面の図心X（L1）を作用点とし、外
径側に向けて羽部材15cの作用面に対して直角に作用す
る。この水力Ｆ3は、羽部材15c及び円盤12、13を介し
て、軸部材11に反時計回り方向の回転トルクを作用させ
る。また、羽部材15cが円周接線よりも外径側に傾くこ
とにより、円周接線方向に延在している場合に比べて、
水の流れに対する羽部材15cの内径側の作用面の面積が
増大する。このため、羽部材15cが円周接線方向に延在
している場合に比べて、羽部材15cにより大きな水力Ｆ3
が作用し、軸部材11により大きな回転トルクが生じると
考えられる。

【００３５】次に、羽部材15が流れの最下流（180°）
の位置から270°の位置までの間にあるときは、図５に1
5dで示すように、羽部材15dの内径側の作用面に水力F5
が作用し、羽部材15dは円周接線よりも外径側に傾く。
羽部材15dに作用する水力F5は、同図に矢印で示すよう
に、羽部材15dの作用面の図心X（L1）を作用点とし、内
径側に向けて羽部材15dの作用面に対して直角に作用す
る。この水力F5は、羽部材15d及び円盤12、13を介して、
軸部材11に反時計回り方向の回転トルクを作用させる。
ただし、羽部材15dが円周接線よりも外径側に傾くこと
により、円周接線方向に延在している場合に比べて、水
の流れに対する羽部材15dの内径側の作用面の面積が減
少する。このため、羽部材15dが円周接線方向に延在し
ている場合に比べて、羽部材15dに作用する水力Ｆ5が小
さくなり、軸部材11に作用する回転トルクも小さいと考
えられる。

【００３６】なお、羽部材15dが最下流（180°）の位置
から270°の位置に移動するにつれて、水の流れに対す
る羽部材15dの内径側の作用面の面積が減少し、その
分、羽部材15dに作用する水力F5が減少する。このた
め、羽部材15dは次第に円周接線方向に近づいていく。
そして、羽部材15dが270°の位置に移動すると、図５に
おいて15eで示すように、羽部材15eの傾きは略円周接線
方向に延在するようになり、水の流れ方向に略平行にな
る。このとき、羽部材15eの内径側及び外径側のいずれ
の作用面にもほとんど水力が作用しない。

【００３７】次に、羽部材15が270°の位置から最上流
（360°）の位置までの間にあるときは、図５において1
5fで示すように、羽部材15fの外径側の作用面に水力F6
が作用し、羽部材15fは円周接線よりも内径側に傾く。
羽部材15fに作用する水力F6は、同図に矢印で示すよう
に、羽部材15fの図心(L1)を作用点とし、内径側に向け
て羽部材15fの作用面に対して直角に作用する。この水
力F6は、羽部材15f及び円盤12、13を介して軸部材11に反
時計回り方向の回転トルクを作用させる。ただし、羽部
材15fが円周接線よりも内径側に傾くことにより、円周
接線方向に延在している場合に比べて、水の流れに対す
る羽部材15fの外径側の作用面の面積が減少する。この
ため、羽部材15fが円周接線方向に延在している場合に
比べて、羽部材15fに作用する水力F6が小さくなり、軸
部材11に作用する回転トルクも小さいと考えられる。

【００３８】また、水の流れ方向に沿って回転する0°
から180°の間と、水の流れ方向に逆らって回転する180
°から360°（０°から−180°）の間の羽部材15の角度
と水力との関係を比較してみると、0°から90°では羽
部材15aが内径側に傾き、水の流れに対する羽部材15aの
外径側の作用面の面積が増えてより大きな回転トルクが
得られるようになっている。これに対して、0°から−9
0°では羽部材15fが内径側に傾き、水の流れに対する羽
部材15fの外径側の作用面の面積が減少して羽部材15fが
水から受ける抵抗が小さくなるようになっている。ま
た、90°から180°では羽部材15cが外径側に傾き、水の
流れに対する羽部材15cの内径側の作用面の面積が増え
てより大きな回転トルクが得られるようになっている。
これに対して、−90°から−180°では羽部材15dが外径
側に傾き、水の流れに対する内径側の作用面の面積が減
少して羽部材15dが水から受ける抵抗が小さくなるよう
になっている。これにより、この水車10は、水の流れ方
向に沿って回転する0°から180°の間では、より流体エ
ネルギが受けられるようになっており、反対に水の流れ
方向に逆らって回転する−０°から−180°の間では、
水の抵抗が少なくなるようになっている。このため、全
体として効率よく水力を受けて回転するようになってい
る。

【００３９】この水車10は、水の流れが軸方向である場
合を除き、水の流れの方向に関係なく回転するようにな
っている。また、円周方向において羽部材15の回動軸
（L2）より水力の作用点がある側が、常に水車の回転方
向の後ろ側になる。例えば、この水車10は、羽部材15で
囲まれた円筒領域から外側に流れ出る水流によっても、
回転方向のトルクを得ることができ、そのときの回転方
向は、円周方向において羽部材15の回動軸よりも水力の
作用点がある側が回転方向の後ろ側になる。

【００４０】以上、本発明の第1実施形態に係る水車10
を説明したが、上記の水車10は、以下のように改良する
ことができる。

【００４１】例えば、羽部材15は、上記の形状に限定さ
れない。羽部材15は図心Xに水力が作用するようになっ
ており、図心Xと回動軸（L2）との距離に応じてモーメ
ントが大きくなり、ばね51に生じる弾性反力が大きくな
る。このため、図心Xと回動軸（L2）との距離を小さく
すれば、ばね51の負担を小さくすることができる。例え
ば、回動軸（L2）は、羽部材15の回転方向の一端に設け
ても良い。また、羽部材15は、平板状の部材に限定され
ず、湾曲しているものや、断面翼形状のものを採用して
も良い。この場合は、水の流れに沿って投影的に観察さ
れる羽部材の作用面の図心が水力の作用点となると考え
られる。

【００４２】また、水車10が回転すれば羽部材15に遠心
力が作用する。例えば、上記の羽部材15のように図心X
と重心の位置が一致しているものでは、水車10の回転が
速くなると遠心力の作用により羽部材15がより外径側に
傾く可能性がある。この遠心力の作用を最小にするた
め、羽部材15の重心を回動軸（L2）に一致させ、又は、
回動軸（L2）の近くに設定することが好ましい。

【００４３】また、所定の場合に羽部材15を回動自在と
する回動制限解除機構を備えることにより、例えば、水
の勢いが想定よりも大きくなった場合に、回動制限解除
機構により羽部材15を回動自在として、水車10に対する
水の抵抗を最小にして、水車10が壊れるのを防ぐように
しても良い。このような回動制限解除機構は、例えば、
水の流速を測る流速センサと、羽部材15の回動規制を解
除する解除機構（例えば、上記のばね51の一端の係合を
解除する機構）と、水の流速が所定の流速を超えた時に
解除機構を動作させる制御手段とを備えたものとするこ
とができる。

【００４４】次に、弾性支持機構17は、上記の形態にお
いてばね51を空気ばね（例えば、エアシリンダ）として
も良い。この場合、上記の解除機構はエアシリンダを開
放状態とする機構とすることができ、回動制限解除後
に、エアシリンダに空気を供給すれば、いつでも弾性支
持機構17を復帰させることができる。これにより、弾性
支持機構17を復帰させる作業を低減させることができ
る。

【００４５】また、弾性支持機構17は上記の形態に限定
されず、例えば、羽部材15の上下の回動軸41、42をトー
ションバーやコイルばねとし、一端を円盤12、13の羽装
着穴33、34に固定して、羽部材15が水力を受けた場合に
弾性的に回動するようにしても良い。

【００４６】また、円盤12、13は、軸部材11から半径方
向に延在し、羽部材15を支持する部材であるので、羽部
材15を設ける位置に向けて半径方向に延在していれば足
りる。これにより、円盤12、13の一部を開口させて、水
車10に対する上下方向の流れに対して羽部材15で囲まれ
た円筒領域に水を取り込み、円筒領域から外側に流れ出
る水流で回転するようにしても良い。

【００４７】次に、本発明の第２実施形態の水車を説明
する。

【００４８】この水車60は、図6に示すように、軸部材6
1と、軸部材61の半径方向において円周方向等間隔に回
動自在に配設した羽部材63と、羽部材63の回動軸を外径
側で支持する枠部材64と、羽部材63の回動を弾性的に支
持する弾性支持機構65とを備えている。この水車60は、
軸方向の流れに対して一定方向に回転し、水力エネルギ
を軸部材61の回転トルクとして出力することができる。
以下、この水車60を詳細に説明する。

【００４９】軸部材61は水の流れ方向に平行に（例え
ば、上下方向に水の流れがある場合は、軸部材61を鉛直
方向に）配設する。軸部材61には、羽部材63を取り付け
るための固定部材62が取り付けてある。

【００５０】羽部材63は、扇形の部材で軸部材61に回動
自在に装着する部材で、羽部材63に水力が作用する作用
点（図心）から円周方向に所定距離ずれた位置に、内径
方向及び外径方向に延在した回動軸71、72を備えてい
る。羽部材63の内径側の回動軸71は軸部材61に設けた固
定部材62に取り付け、羽部材63の外径側の回動軸72は羽
部材63の外径側に配設された円筒形状の枠部材64に取り
付ける。この実施形態では、羽部材63は、4枚の羽部材6
3が円周方向等間隔に配設され、それぞれ軸部材61の固
定部材62から半径方向に延在し、さらに、羽部材63の作
用点（作用面の図心）が回動軸よりも円周方向左側に位
置するように、羽部材63の向きを揃えて取り付けてあ
る。

【００５１】弾性支持機構65は、作用面が軸方向に向い
て、羽部材63が水平に延在するように羽部材65の回動を
弾性的に支持する機構である。弾性支持機構65は、例え
ば、各羽部材63の内径側の回動軸71をトーションバーと
して、軸部材61の固定部材62にそれぞれ固定したもので
も良い。また、弾性支持機構65は、図7に示すように、
羽部材63の内径側の回動軸71にコイルばね73を装着し、
羽部材63の作用面を軸方向に向けた状態で、回動軸71を
回動自在に固定部材62に取り付け、コイルばね73の一端
73aを固定部材62に取り付け、コイルばね73の他端73aを
羽部材63の内径側の端部に取り付けた構造とし、コイル
ばね73の弾性力により、羽部材63が円周方向に水平に延
在するようにしても良い。

【００５２】この水車は、軸部材に平行な方向の水の流
れにより、水力の作用で回転する。例えば、図8(a)に示
すように、羽部材63に対して下から上に流れる水の流れ
がある場合、羽部材63が上側に傾き、同図に矢印で示す
ように、羽部材63の図心を作用点とし、上方に向けて羽
部材63の作用面に対して直角に水力Ｆが作用する。この
水力Ｆは、羽部材63及び回動軸71を介して反時計回り方
向の回転トルクを軸部材61に作用させる。このときの羽
部材63の角度は、水力Fが羽部材63の回動軸71に作用さ
せるモーメントと、弾性支持機構（例えば、トーション
バー）が羽部材63の回動軸71に反作用させるモーメント
とが釣り合う角度となる。

【００５３】また、羽部材63に対して上から下に流れる
水の流れがある場合は、羽部材63が下側に傾き、同図に
矢印で示すように、羽部材63の図心を作用点とし、下方
に向けて羽部材63に対して直角に水力Fが作用する。こ
の水力Fは、羽部材63及び回動軸71を介して反時計回り
方向の回転トルクを軸部材61に作用させる。

【００５４】このように、この水車60は、羽部材63に対
する上下いずれの方向の水の流れに対しても反時計回り
方向に回転することができる。

【００５５】以上、第2実施形態の水車60を説明した
が、第2実施形態の水車60は上記に限定されるものでは
ない。

【００５６】例えば、羽部材63が内径側の回動軸71によ
って軸部材61の固定部材62に、十分な安全性を備えて取
り付けられていれば、枠部材64及び外径側の回動軸72は
省略できる。

【００５７】第2実施形態の水車60は、軸部材61にさら
に上記の第1実施形態の水車10を組み付ければ、3次元的
にどの方向の水の流れに対しても軸部材61を一定の方向
に回転させる水車を実現することができる。この場合、
第1実施形態の水車10と第2実施形態の水車60によって、
軸部材61に作用する回転トルクの方向を揃えて、第1実
施形態の水車10と第2実施形態の水車60を組み付ける。
例えば、第1実施形態の水車10の羽部材15に作用する水
力の作用点の位置が回動軸よりも円周方向左側になるよ
うに各羽部材15の向きを揃えて、軸部材61に反時計回り
の回転トルクが作用するように組み付け、これに合わせ
て、第2実施形態の水車10も、羽部材63に作用する水力
の作用点の位置が回動軸71よりも円周方向左側になるよ
うに各羽部材63の向きを揃えて、軸部材61に反時計回り
の回転トルクが作用するように組み付ける。

【００５８】これにより、軸方向の水の流れに対して
は、第２実施形態の水車60により軸部材61に反時計回り
の回転トルクが作用し、半径方向の水の流れに対して
は、第1実施形態の水車10により軸部材61に反時計回り
の回転トルクが作用するようになる。この水車によれ
ば、軸方向及び半径方向のいずれの方向の水の流れに対
しても、軸部材61に反時計回りの回転トルクを作用させ
ることができるので、この水車は、流れの方向が一様で
ない波の海洋波エネルギを回収する水車とすることがで
きる。また、上下方向の水の流れを回収することができ
るので、防波堤などの岸壁に設置し、防波堤にあたって
上下に流動する波のエネルギを効率良く回収することが
できる。

【００５９】この水車で回転トルクとして回収したエネ
ルギは、種々の用途において駆動源としてりようするこ
とができ、例えば、発電用のタービンを廻すことがで
き、発電装置の駆動源として利用することができる。

【００６０】以上、本発明に係る流体エネルギ回収装置
を水車に適用した実施形態を説明したが、本発明の流体
エネルギ回収装置は、水車に限定されず、軽量化を図る
ことにより、風車を構成することもできる。

【００６１】

【発明の効果】請求項１に記載の流体エネルギ回収装置
は、羽部材が、軸部材に弾性的に回動可能に取り付けて
あるので、羽部材が流体の流れに逆らって回転する場合
に、羽部材が流体の抵抗を受けて流体の抵抗が少なくな
るように回動し、流体から受ける抵抗が少なくなる。例
えば、水車を構成した場合には、羽部材が水の流れに逆
らって回転する場合に、羽部材が水の抵抗を受けて水の
抵抗が少なくなるように回動し、羽部材が受ける水の抵
抗が少なくなる。これにより、水車を水中に設置するこ
とができる。

【００６２】また、羽部材に流体エネルギが作用する作
用点が、羽部材の回動軸よりも軸部材の円周方向一方に
隔たっているので、軸部材において水の流れの方向に関
係なく、回動軸よりも作用点がある側を回転方向後ろ側
とする一定方向の回転トルクを軸部材に作用させること
ができ、軸部材から常に一定方向の回転トルクを出力さ
せることができる。

【００６３】請求項２に記載の流体エネルギ回収装置
は、前記複数の羽部材が軸部材に円周方向等間隔に配設
されているので、流体から受ける流体エネルギが安定
し、軸部材が安定した回転トルクを出力することがな
い。さらに、羽部材の枚数を増やすことにより、軸部材
が出力する回転トルクの脈動がより少なくなる。

【００６４】請求項３に記載の流体エネルギ回収装置
は、前記軸部材の半径方向に延在した延在部に、前記羽
部材の回動軸を軸方向に延在させて取り付けたので、軸
部材に対して半径方向に流れる流体のエネルギを受け
て、流体の流れ方向に関係なく、軸部材から一定の方向
に回転トルクを出力することができる。

【００６５】請求項４に記載の流体エネルギ回収装置
は、さらに、前記軸部材が配設された軸線を中心とし、
延在部に羽部材の回動軸を取り付けた位置までの距離を
半径とする円周を考えた場合に、前記羽部材の作用面が
前記円周の接線方向に延在するように、羽部材の回動が
弾性的に支持されているので、羽部材が流体に逆らって
回転する場合に、羽部材の作用面が流体の流れに平行に
なり、流体から受ける抵抗が少なくなる。

【００６６】請求項５に記載の流体エネルギ回収装置
は、前記軸部材に、前記羽部材の回動軸を半径方向に延
在させて取り付けたので、軸部材に対して軸方向に流れ
る流体のエネルギを受けて、流れ方向に関係なく、軸部
材から一定の方向に回転トルクを出力することができ
る。

【００６７】請求項6に記載の流体エネルギ回収装置
は、さらに、前記羽部材の作用面が軸方向に向くよう
に、羽部材の回動が弾性的に支持されているので、軸部
材の回転方向に対する抵抗が少なくなる。

【００６８】請求項７に記載の流体エネルギ回収装置
は、流体エネルギが所定以上である場合に、前記羽部材
を回動自在な状態になるので、例えば、水車において
は、水勢が大きい場合に羽部材が水の流れから受ける抵
抗が最小になるように回動して、水の抵抗を受けて壊れ
るのを防ぐことができる。

【００６９】請求項８に記載の流体エネルギ回収装置
は、羽部材が回動軸が配設された軸線上に重心を有して
いるので、遠心力の影響が少なくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第1実施形態に係る水車の縦断正面
図。

【図２】本発明の第1実施形態に係る水車の平面図。

【図３】（a）は羽部材の側面図、(b)は羽部材の正面
図。

【図４】本発明の第1実施形態に係る水車の概略図。

【図5】水の流れがある状態における本発明の第1実施
形態に係る水車の概略図。

【図６】本発明の第2実施形態に係る水車の平面図。

【図７】本発明の第2実施形態に係る水車の弾性支持
機構を示す図。

【図８】（a）及び(b)は、それぞれ水の流れがある状
態における本発明の第2実施形態に係る水車の羽部材を
示す図である。

【図９】従来の水車を示す側面図。

【符号の説明】

10 水車 11 軸部材 12、13 円盤 15 羽部材 17 弾性支持機構 21、22 軸受 23 基台 31、32 軸装着穴 33、34 羽装着穴 35 ばね係合ピン 35a ばね係合部 41、42 回動軸 43 ばね装着部材 43a ばね係合部 46、47 鍔付きブッシュ 51 ばね 60 第2実施形態に係る水車 61 軸部材 63 羽部材 64 枠体 65 弾性支持機構 71、72 回動軸 73 コイルばね

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大貝秀司大阪市西淀川区佃３丁目16番22号エル・ダブリュー・ジェイ株式会社内Ｆターム(参考） 3H072 AA13 AA26 BB08 BB15 BB26 CC42 CC53 3H078 AA06 AA21 BB01 BB12 CC04 CC52 CC64

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軸部材に複数の羽部材が取り付けられ、前
記羽部材で受けた流体エネルギを軸部材の回転トルクと
して出力する流体エネルギ回収装置において、前記羽部材が、前記軸部材に弾性的に回動可能に取り付
けられており、かつ、前記各羽部材における流体エネル
ギが作用する作用点が、前記羽部材の回動軸よりも前記
軸部材の円周方向の一方側に隔たっていることを特徴と
する流体エネルギ回収装置。
【請求項２】前記複数の羽部材が、軸部材に円周方向等
間隔に配設されていることを特徴とする請求項１に記載
の流体エネルギ回収装置。
【請求項３】前記軸部材の半径方向に延在した延在部
に、前記羽部材の回動軸を軸方向に延在させて取り付け
たことを特徴とする請求項１に記載の流体エネルギ回収
装置。
【請求項４】さらに、前記軸部材が配設された軸線を中
心とし、延在部に羽部材の回動軸を取り付けた位置まで
の距離を半径とする円周を考えた場合に、前記羽部材が前記円周の接線方向に延在するように、羽
部材の回動が弾性的に支持されていることを特徴とする
請求項3に記載の流体エネルギ回収装置。
【請求項５】前記軸部材に、前記羽部材の回動軸を半径
方向に延在させて取り付けたことを特徴とする請求項１
に記載の流体エネルギ回収装置。
【請求項6】さらに、前記羽部材の作用面が軸方向に向
くように、羽部材の回動が弾性的に支持されていること
を特徴とする請求項５に記載の流体エネルギ回収装置。
【請求項７】流体エネルギが所定以上である場合に、前
記羽部材を回動自在な状態にすることを特徴とする請求
項１乃至請求項6に記載の流体エネルギ回収装置。
【請求項８】前記羽部材が回動軸が配設された軸線上に
重心を有することを特徴とする請求項１乃至６に記載の
流体エネルギ回収装置。