JP2007231889A

JP2007231889A - 動力取出装置

Info

Publication number: JP2007231889A
Application number: JP2006057186A
Authority: JP
Inventors: Noboru Omori; 昇大森
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-03-03
Filing date: 2006-03-03
Publication date: 2007-09-13

Abstract

【課題】例えば河川や海等での水流や海流もしくは風等の流体の流動推力を利用して水力発電や風力発電用の動力等を得るための動力取出装置に係り、羽根車の羽根板の戻り側の抵抗が増大することなく、より高い回転速度や回転トルクを得る。
【解決手段】回転軸２０上に設けた回転円板２１〜２３間に複数枚の羽根板２４等を設けた羽根車２を、回転軸２０を介して支持部材１上に回転自由に支持させ、水等の流体の流動推力で羽根車２を回転させて動力を得る動力取出装置であって、上記回転円板間に、放射方向に複数枚１組の羽根板２４を周方向に複数組設け、その各羽根板をそれに隣接する一方の回転円板に起倒可能に取付けると共に、他方の回転円板に各羽根板を起立状態に係止するストッパを設け、放射方向に設けた複数枚１組の羽根板が起立したとき、それと隣接する回転円板とでバケット状の凹部が形成されるように構成したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば河川や海等での水流や海流もしくは風等の流体の流動推力を利用して水力発電や風力発電用の動力等を得るための動力取出装置に関する。

上記のような水力もしくは風力発電用の動力は、一般に羽根車を用いた動力取出装置によって、水力や風力を羽根車の回転力に変換して取り出し、その回転力で発電機のロータを回動して発電するもので、上記の羽根車としては、従来種々の構成のものが提案され、実用化されている。例えば風力発電機用の羽根車としては、空中に設置するだけで回転力が得られるプロペラ形の羽根車が多く用いられ、構成や施工が比較的容易であることから広く利用されている。

一方、水力発電用の羽根車としては、例えばダム等から落ちる水の落差を利用して発電する大型のタービンを用いるものや、水車のように水面付近の水の流れを利用するものは古くから使用されているが、水中に設置して水流や海流で回転させる小型で簡便な水力発電用の羽根車は、施工例が少なく、未だ充分に開発され利用されているとは言えないのが実情である。

その理由の１つとして、例えば風力発電用のプロペラ形の羽根車をそのまま水中に設置しても必ずしも効率よく発電できない等の不具合がある。それは空気に比べ水の抵抗は非常に大きく、その抵抗で羽根車の回転力が抑制されて充分な回転速度やトルクが得られないためである。

そこで、下記特許文献１〜３においては、羽根車を構成する羽根板を回動可能に構成することによって、水流等の流体圧を受けながら羽根車が流れとほぼ同方向に回動する往動側では羽根板の板面が流れとほぼ直交する方向に向くようにして流体圧をより多く受けられるようにすると共に、流れと反対方向、即ち流れに逆らって回動する戻り側（復動側）では羽根板の板面が流れとほぼ平行になるようにして抵抗を少なくすることが提案されている。

しかしながら、上記従来の羽根板は通常ほぼ平らか或いは往動側に位置したとき流体が溜まるように僅かに湾曲させた構成であるから、その往動側の羽根板に作用した流体の多くは板面の側方に流失して充分な回転力が得られない等の不具合があった。そこで、上記羽根板の湾曲を大きく、すなわち湾曲の窪みを大きく若しくは深くして流体の側方への流失を少なくすることが考えられるが、羽根板の湾曲を大きくすると戻り時の抵抗が増大して発電効率が低下する等の不具合があった。

特開平８−１５９００８号公報特開２００２−１５５８４９号公報特開２００３−３０７１７３号公報

本発明は上記の問題点に鑑みて提案されたもので、戻り側の抵抗が増大することなく流体の流動推力を有効に利用して充分な回転速度や回転トルクを得ることのできる動力取出装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明による動力取出装置は、以下の構成としたものである。即ち、回転軸と、その回転軸上に一体的に設けた少なくとも一対の回転円板と、隣り合う回転円板間に設けた複数枚の羽根板等からなる羽根車を、上記回転軸を介して支持部材上に回転自由に支持させると共に、水等の流体の流動推力で上記羽根車を回転させて動力を得る動力取出装置であって、上記回転円板間に、放射方向に複数枚１組の羽根板を周方向に複数組設け、その各羽根板をそれに隣接するいずれか一方の回転円板に起倒可能に取付けると共に、他方の回転円板に上記各羽根板を起立状態に係止するストッパを設け、上記放射方向に設けた複数枚１組の羽根板が起立したとき、それらの羽根板と、それに隣接する回転円板とでバケット状の凹部が形成されるように構成したことを特徴とする。

上記のように各羽根板をそれに隣接する回転円板に起倒可能に取付けると共に、放射方向に設けた複数枚１組の羽根板が起立したとき、それらの羽根板と、それに隣接する回転円板とでバケット状の凹部が形成されるように構成したから、各羽根板が戻り方向に回動するときは回転円板側に倒れて流体の抵抗を軽減し、各羽根板が流体の流れとほぼ同じ方向に回動する往動側では、回転円板とでバケット状の凹部が形成されて流体の流動推力を良好に確保して充分な回転速度や回転トルクを得ることが可能となるものである。

以下、本発明を水力発電用の動力取出装置に適用した場合を例にして、図に示す実施形態に基づいて具体的に説明する。図１（ａ）は本発明による動力取出装置の一実施形態を示す平面図、同図（ｂ）はその正面図、図２は図１（ｂ）におけるII−II拡大断面図である。

本実施形態の動力取出装置Ａは、支持部材１としての上下一対の支持板１１・１１間に羽根車２を設けたもので、上記両支持板１１・１１は、それを貫通する複数本の間隔保持ロッド１２と、その両端雄ねじ部１２ａにねじ込んだナット１３とで所定の間隔をおいた状態に保持されている。図中、１４は上記の動力取出装置Ａを水中の所定の位置に係留する際にワイヤ等をつなぐための連結ロッドで、該連結ロッド１４は、その両端雄ねじ部１４ａを上記支持板１１に貫通させてナット１５をねじ込むことによって上記支持板１１に固定されている。

上記羽根車２は、回転軸２０と、その回転軸２０上に一体的に設けた少なくとも一対の回転円板（図の場合は３枚の回転円板）２１〜２３と、その隣り合う回転円板２１・２２、２２・２３間に設けた複数枚の羽根板２４等で構成され、その羽根車２は上記回転軸２０を介して前記の支持部材１としての上下一対の支持板１１・１１に回転自由に支持されている。図中、２５は上記回転円板２１〜２３を所定の間隔に保つための間隔保持用の固定ボルトで、その固定ボルト２５にねじ込んだ互いに対をなすナット２６・２６間に各回転円板２１〜２３を挟んで締め付け固定した構成である。

上記羽根板２４は、上記回転軸２０または回転円板２１〜２３の放射方向に複数枚１組として周方向に複数組設けたもので、本実施形態は図２に示すように八角柱状の回転軸２０の周囲に、それと連続するように放射方向に３枚１組の羽根板２４を周方向に８組設けたものである。なお、上記回転軸２０の両端部２０ａは丸棒状に形成され、前記一対の支持板１１・１１にベアリング等の軸受部材１６を介して回転自由に挿通保持されている。

上記各羽根板２４は、それに隣接するいずれか一方の回転円板２１，２３にヒンジ２７により起倒可能に取付けると共に、他方の回転円板２２に各羽根板２４を起立状態に係止するストッパ２８を設け、前記の放射方向に設けた複数枚１組の羽根板２４が起立したとき、それらの羽根板２４と、それに隣接する回転円板とでバケット状の凹部が形成されるようにしたもので、図の場合は図２に示すように平面略船底形の凹部が形成されるように構成されている。

上記の構成において、上記の動力取出装置Ａを用いて水力発電用の動力を得るに当たっては、上記の動力取出装置Ａを河川や海等の自然水流や海流が生じる水中に配置するもので、例えば川底や海底もしくは岸辺等に打設したアンカーや杭等にワイヤ等を介して前記連結ロッド１４を連結する。それによって、図１に示すように矢印ａ方向に流れる水等の流体に対して上記連結ロッド１４が上流側に位置するようにして上記の動力取出装置Ａを所定の位置に配置固定することができる。

なお、必要に応じて例えば上記連結ロッド１４または前記間隔保持ロッド１２もしくはその両方の下端を下側の支持板１１よりも下方に延長突出させ、その突出部を土中に押し込むようにすれば、上記の動力取出装置Ａをより確実に固定することが可能となり、水圧や水流等で上記装置Ａが揺動または移動したり、流失するのを防ぐことができる。

上記のようにして動力取出装置Ａを水中の所定の位置に配置固定すると、上記矢印ａ方向に流れて来た流体によって、本実施形態においては、図１（ｂ）で奥側に位置する羽根板２４が図２に示すように回転円板２１〜２３とほぼ平行な方向に倒れ、手前側に位置する羽根板２４は回転円板２１〜２３とほぼ直角方向に起立した状態でストッパ２８に当接して、その羽根板２４が上記流体の圧力を受けて図中矢印ｒ方向に回転する。

すなわち、上記各羽根板２４は、その回動位置に応じて流体の圧力等で起倒するもので、先ず図１（ｂ）で奥側に位置した状態、つまり上記矢印ａ方向に流れる流体に逆らって上流側に移動（回動）する位置では、図２および図３（ａ）に示すように上記矢印ａ方向に流れてきた流体によって羽根板２４が回転円板２１〜２３とほぼ平行な方向に退避回動する。それによって、流体に対する抵抗を軽減することができる。

次いで、上記各羽根板２４が上記図１（ｂ）で奥側から図で左側の最上流部位置を経て手前側に回動する際には、図３（ｂ）の鎖線示のように羽根板２４の自由端側が次第に流れの上流側に向いて上記流体の圧力で羽根板２４がヒンジ２７を支点に回動し、上記自由端側がストッパ２８に当接したところで上記羽根板２４が図２および図３（ｂ）の実線示のように回転円板２１〜２３とほぼ直角に起立する。

それによって、上記羽根板２４が前記流体の圧力を受けて回転円板２１〜２３および回転軸２０とともに羽根車２全体が回転するもので、特に本発明においては放射方向に設けた複数枚１組の羽根板２４が起立したとき、それらの羽根板２４と、それに隣接する回転円板２１〜２３とでバケット状の凹部が形成されるようにしたので、流体の流動推力を良好に確保して、より高い回転速度や回転トルクを得ることができる。

次に、上記各羽根板２４が図１（ｂ）で手前側から図で右側の最下流部側を経て奥側に回動する際には、各羽根板２４のストッパ側の圧力が増して前記図３（ａ）のように再び羽根板２４が回転円板２１〜２３とほぼ平行な方向に退避回動するもので、これを繰り返すことによって上記羽根車２を所定の速度で回転駆動させることができる。そして上記羽根車２の回転軸２０に図に省略した発電機のロータを連結して回転させれば、その回転速度や回転トルクに応じた容量の電力を発電することができるものである。

なお、上記実施形態は、各羽根板２４を図３に示すように外側の回転円板２１，２３に取付けたが、図４に示すように内側の回転円板２２に取付けるようにしてもよい。その場合、上記回転円板２２は必ずしも板状もしくは面状である必要はなく、上記各羽根板２４を取付けることができれば形状は適宜である。例えば上記回転円板２２の代わりに、回転軸２０の周囲に、その回転軸から前記放射方向に配設した羽根板２４の取付部に沿って延びる複数本の角棒状の放射体等を設け、その放射体等の上下両側に回転円板２１側の羽根板２４と回転円板２３側の羽根板２４とをそれぞれヒンジ２７等で起倒可能に取付けるようにしてもよい。

また上記実施形態の羽根車２は、３枚の回転円板２１〜２３と、それらの回転円板間に設けた羽根板２４等で構成したが、例えば２枚の回転円板２１，２２と、その間に設けた羽根板２４等のみで構成することもできる。さらに回転円板を４枚以上設けてその各回転円板間に羽根板２４等を設けることもできる。また羽根板２４の配置個数や形状および大きさ等は適宜である。

さらに上記のような羽根車２を複数個設けて、その各羽根車２の回転軸２０を連結して使用するようにしてもよい。図の実施形態は回転軸２０の両端部２０ａに互いに周り止め嵌合する角軸状の凸部２０ｂとそれに嵌合する凹溝２０ｃとを形成することによって、連結時は一方の羽根車２の回転軸２０に設けた角軸状の突部２０ｂを、他方の羽根車２の回転軸２０に設けた角溝２０ｃに嵌合すれば容易に連結できる構成であり、このようにして複数個の羽根車２を連結して使用すれば、より大きな回転トルクを得ることができる。

以上のように本発明による動力取出装置は、羽根板２４の上流方向への戻り回動時の回転円板２１，２３側への倒れ退避回動で流体の抵抗を極力少なくした上で、流体の流れ方向への往動時に、起立した羽根板２４と回転円板２１〜２３とで形成されるバケット状の凹部によって、より多くの流動推力を確保して高い回転速度や回転トルクを得ることが可能となるもので、上記実施形態のような水力発電用の動力取出装置に限らず、風力発電用もしくは他の各種動力機器の駆動用動力等としても使用することができる。

（ａ）は本発明による動力取出装置の一実施形態を示す平面図、（ｂ）はその正面図。図１（ｂ）におけるII−II拡大断面図。（ａ）および（ｂ）は上実施形態における羽根板の動作説明図。（ａ）および（ｂ）は変更例における羽根板の動作説明図。

符号の説明

Ａ動力取出装置
１支持部材
１１支持板
１２間隔保持ロッド
１３ナット
１４連結ロッド
１５ナット
２羽根車
２０回転軸
２１〜２３回転円板
２４羽根板
２５固定ボルト
２６ナット
２７ヒンジ
２８ストッパ

Claims

回転軸と、その回転軸上に一体的に設けた少なくとも一対の回転円板と、隣り合う回転円板間に設けた複数枚の羽根板等からなる羽根車を、上記回転軸を介して支持部材上に回転自由に支持させると共に、水等の流体の流動推力で上記羽根車を回転させて動力を得る動力取出装置であって、
上記回転円板間に、放射方向に複数枚１組の羽根板を周方向に複数組設け、その各羽根板をそれに隣接するいずれか一方の回転円板に起倒可能に取付けると共に、他方の回転円板に上記各羽根板を起立状態に係止するストッパを設け、上記放射方向に設けた複数枚１組の羽根板が起立したとき、それらの羽根板と、それに隣接する回転円板とでバケット状の凹部が形成されるように構成したことを特徴とする動力取出装置。