JP2010096043A - 螺旋水車及び該螺旋水車を用いた発電設備 - Google Patents

Abstract

【課題】水のエネルギを効果的に利用し得る螺旋水車及びこれを用いた発電設備の提供
【解決手段】発電設備１の二軸螺旋水車２は、円筒状の第一の軸４１Ａ及び該第一の軸のまわりに左回りの螺旋状に延びた第一のスクリュ５０Ａを備えた第一の螺旋水車素体５Ａと、前記第一の軸と平行な円筒状の第二の軸４１Ｂ及び該第二の軸のまわりに右回りの螺旋状に延び前記第一の螺旋水車素体を構成する前記第一のスクリュと相互に嵌り合った第二のスクリュ５０Ｂを備えた第二の螺旋水車素体５Ｂと、横断面が繭形で第一及び第二の螺旋水車素体を取囲むケース１０とを有し、第一及び第二の螺旋水車素体の上端側に流れ込み該第一及び第二の螺旋水車素体の下端側に向かって流れる水Ｗに応じて第一の螺旋水車素体が第一の軸のまわりで右回りＴＡに回転し、第二の螺旋水車素体が第二の軸のまわりで左回りＴＢに回転するように構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は水車及び該水車を用いた発電設備に係り、より詳しくは、一種の螺旋水車及び該螺旋水車を用いた発電設備に係る。

円筒状の軸及び該軸のまわりに螺旋状に延びたスクリュを有し、該スクリュに当たる流水によって軸を回転させるようにした螺旋水車は、古くから知られている（例えば、特許文献１及び２）。螺旋水車の軸の回転を利用して、発電を行うことも知られている。

ところが、螺旋水車の場合、スクリュに沿って螺旋状の流路があることから、スクリュに当たった流水が該螺旋状の流路に沿って逃げる。このような水の流れの変化（転向）は、スクリュに当たった水の運動量の変化分が螺旋水車の回転に寄与する限りにおいては有効に機能しているけれども、その後の螺旋流路に沿った流れがスクリュの周囲の壁に当たって転向されて螺旋水車の回転にほとんど寄与しない場合には、（流水の落差分の位置エネルギが回転エネルギの変換されることを前提とする）重力水車の観点で見ると、該流水が螺旋水車を回転させるエネルギの一種の散逸が生じていることになり、その分だけ回転効率が低下することになる（例えば、特許文献２は螺旋水車の下流側部分が螺旋水車の回転の抵抗になってしまう程度を低減すべく螺旋水車の下流部分で該水車のスクリュの螺旋のピッチを小さくすることを提案している）。従って、ある程度以上の変換効率を得ようとすると、流量（単位時間当たりの体積流量又は質量流量）に応じてスクリュの数や形状等を適宜設計することが求められる。

一方、螺旋水車とは全く別の働きをするものであって、「円筒状の第一の軸及び該第一の軸のまわりに左回りの螺旋状に延びた第一のスクリュからなる第一の螺旋水車素体と、前記第一の軸と平行な円筒状の第二の軸及び該第二の軸のまわりに右回りの螺旋状に延び前記第一の螺旋水車素体を構成する前記第一のスクリュと相互に嵌り合った第二のスクリュからなる第二の螺旋水車素体と、第一及び第二の螺旋水車素体を取囲む横断面が繭形のケースとを有する」タイプの装置は、流動体を加圧下で送る圧搾機や汚泥脱水機や射出装置の分野では、二軸圧搾機や二軸対向スクリュー式汚泥脱水機や二軸射出装置として、知られている（例えば、特許文献３〜５）。

このタイプの装置（圧搾機や汚泥脱水機や射出装置）は、広義には、水車とは動作を逆転させた種類の流体機械に対応するけれども、従来は、このタイプの装置が、水車として効果的に用いられ得るとは、予想すらされていない。

本発明者は、螺旋水車における上述のような非効率性を改善するためには、スクリュの間の螺旋状の流路を少なくとも部分的に閉じる（塞ぐ）ことに思い至り、該部分的な閉塞を効果的に行うためには、別の螺旋状の羽根でこの螺旋状の流路を動的に閉じればよいことに思い至って、二軸螺旋水車の発明をなした。

しかも、このようにして達した二軸螺旋水車は、驚くべきことに、効果的に軸を高速回転させ得（従来の典型的な重力水車（水の位置エネルギの変化をそのまま回転に用いる開放型水車）である上掛け水車や胸掛け水車や下掛け水車の場合と比較して、軸の回転速度を格段に高め得）、電磁的な発電機本体を回転駆動させるに際して増速系をほとんど要しないことがわかって、本発明を完成した。
大正１１年実用新案公告第１０５４６号公報 特開２００７−１５４８６２号公報 特公平７−８００６６公報 特開２０００−２４６２９５号公報 特開平７−１８６２１３号公報

本発明は前記諸点に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、水のエネルギを効果的に利用することを可能にし得る螺旋水車及び該螺旋水車を用いた発電設備を提供することにある。

本発明の螺旋水車は、前期目的を達成すべく、円筒状の第一の軸及び該第一の軸のまわりに左回りの螺旋状に延びた第一のスクリュ（螺旋羽根）からなる第一の螺旋水車素体と、前記第一の軸と平行な円筒状の第二の軸及び該第二の軸のまわりに右回りの螺旋状に延び前記第一の螺旋水車素体を構成する前記第一のスクリュと相互に嵌り合った第二のスクリュ（螺旋羽根）からなる第二の螺旋水車素体と、第一及び第二の螺旋水車素体を取囲む横断面が繭形のケースとを有し、第一及び第二の螺旋水車素体の一端側に流れ込む水に応じて第一の螺旋水車素体が第一の軸のまわりで右回りに回転し、第二の螺旋水車素体が第二の軸のまわりで左回りに回転するように構成された二軸螺旋水車からなる。

本発明の二軸螺旋水車では、「第一の軸と平行な円筒状の第二の軸及び該第二の軸のまわりに右回りの螺旋状に延び前記第一の螺旋水車素体を構成する前記第一のスクリュと相互に嵌り合った第二のスクリュからなる第二の螺旋水車素体と、第一及び第二の螺旋水車素体を取囲む横断面が繭形のケースとを有し、」且つ「第一及び第二の螺旋水車素体の一端側に流れ込む水に応じて第一の螺旋水車素体が第一の軸のまわりで右回りに回転し、第二の螺旋水車素体が第二の軸のまわりで左回りに回転するように構成されている」ので、第一の螺旋水車素体の第一のスクリュに当たった水が、該第一のスクリュによって形成された第一の螺旋状流路に沿って流れ去ってしまうのを該第一のスクリュと相互に嵌り合った第二のスクリュが抑制し、該水の流れが必然的に第二のスクリュを押して第二の螺旋水車素体を第二の軸のまわりで回転させる。逆に、第二のスクリュを押した後で該第二のスクリュによって形成された第二の螺旋状流路に沿って流れ去ろうとする水を該第二のスクリュと相互に嵌り合った第一のスクリュが抑制し、該水の流れが必然的に第一のスクリュを押して第一の螺旋水車素体を第一の軸のまわりで回転させる。従って、本発明の二軸螺旋水車では、水のエネルギを効果的に軸の回転として取り出すことが可能になる。

ここで、相互に嵌り合った一対の螺旋水車素体のうち右回りの螺旋状に延びたスクリュを有する方の螺旋水車素体を、説明の簡明化のために便宜上、第一の螺旋水車素体と呼び、他方の螺旋水車素体を第二の螺旋水車素体と呼んでいる。

なお、本発明の二軸螺旋水車では、ゴミその他の固形物によって動作が妨害され易いので、水車のうちの水の流入側に固形異物の流入を防ぐフィルタその他の手段を設けることが好ましい。

本発明の二軸螺旋水車では、典型的には、第一の軸に取付けられた第一の歯車と第二の軸に取付けられた第二の歯車とが噛合するように構成され、該第一及び第二の歯車のうちのいずれか一方から出力が取り出されるように構成される。

この場合、一方の軸の回転が他方の軸の回転を促すので、二つの軸が同期して回転され得る。

本発明の二軸螺旋水車では、典型的には、第一及び第二のスクリュが同一の内径及び外径を有する。

この場合、両螺旋水車素体が均等な負荷を受けて回転するので、バランスを取り易い。但し、両スクリュの外径と内径との差が実際上同程度（典型的には、実際上同一）であれば、内径及び外径が異なっていてもよい。

本発明の二軸螺旋水車では、典型的には、第一及び第二のスクリュの（螺旋羽根の）軸方向厚さが、該スクリュの全長にわたって一定で且つ相互に同一である。

この場合、第一及び第二の螺旋水車素体の回転に応じて、実際上、一定量の水が、上流側から下流側に流され得る。但し、例えば、第一のスクリュの（螺旋羽根の）軸方向厚さと第二のスクリュの（螺旋羽根の）軸方向厚さとが異なっていてもよい。また、第一のスクリュの（螺旋羽根の）軸方向厚さが、該スクリュの長手方向の部位によって異なっていてもよい。例えば、下流側程厚さが厚くなっていてもよい。同様に、第二のスクリュの（螺旋羽根の）軸方向厚さが、該スクリュの長手方向の部位によって異なっていてもよい。例えば、下流側程厚さが厚くなっていてもよい。

本発明の二軸螺旋水車では、典型的には、第一及び第二のスクリュが、夫々、全長にわたって、一定のピッチの螺旋状形状を有する。

この場合、螺旋水車素体の形成が容易に行われ得る。但し、所望ならば、螺旋水車素体のスクリュは、例えば、その下流側端部に近付く程、ピッチが小さくなっていてもよい。

本発明の二軸螺旋水車では、典型的には、第一及び第二の螺旋水車素体が、第一及び第二のスクリュの相互噛み合い部分の夫々について、一ピッチ毎に形成される領域が、相互に、分離されるように構成される。

なお、ここで、二つの螺旋水車素体の回転を抑制する虞れがないように、各螺旋水車素体とケースとの間、及び各螺旋水車素体のスクリュと他方の螺旋水車素体の回転軸及びスクリュとの間に最低限の間隙（例えば、１〜２ｍｍ程度）を残すことは、排除されないか又はむしろ好ましいことであり得る。

この場合、分離された各領域内に入った水が上から下に移動するに従って、第一及び第二の螺旋水車素体が回転される。従って、この領域の容積と回転数との積が流量に対応することになる。例えば、流量が一定の場合、容積が小さい程回転数が大きくなる。

但し、本発明の二軸螺旋水車において、第一及び第二の螺旋水車素体が、第一及び第二のスクリュの相互噛み合い部分の夫々について、一ピッチ毎に形成される領域が、相互に、連通されるように構成されいてもよい。

この場合、連通部分を形成する間隙を介して流れ落ちる水自体が、第一及び第二のスクリュを回転させ、第一及び第二の螺旋水車素体を回転させるのに、寄与する場合もあり得る。

このような連通を許容する間隙は、例えば、第一及び第二のスクリュのうちの一方のスクリュが他方のスクリュのうち対応する軸の延在方向に隣接する螺旋部分の間の間隙であったり、第一及び第二のスクリュのうちの夫々のスクリュの外周面と他方のスクリュに対応する軸の外周面との間の間隙であったり、第一及び第二のスクリュのうちの夫々のスクリュの外周面とケースの対向面との間の間隙であったりし得る。

本発明の二軸螺旋水車では、典型的には、第一及び第二の螺旋水車素体並びにケースからなる二軸螺旋水車本体への水の流入部に対して、加圧状態で水を導入する水供給部を有する。

この場合、二軸螺旋水車の第一及び第二の螺旋水車素体がスクリュの形状やサイズに起因して低抵抗で通過を許容する水量に限度があっても、該水車素体の流入側に圧力をかけて、通過する水量を高め得る。なお、水供給部は、塔状に延びた配管部からなっていてもよく、その場合、二軸螺旋水車本体の水の流入部に圧力をかけるようになっていても該該配管部の上側から流入または落下する水を受けるようになっていてもよい。落下水を受けるときは、場合によっては、該配管部は塔状に高く延びていなくてもよい。

本発明の発電設備は、典型的には、上述のような二軸螺旋水車と、該水車のうちの前記第一及び第二の軸のうちの一方の回転に応じて回転される発電機本体とを有する。

この場合、水の流れを利用して、効果的に、マイクロ発電を行い得る。

すなわち、本発明の発電設備を構成する本発明の二軸螺旋水車では、該二軸螺旋水車を構成する各螺旋水車素体に注目してみた場合、各螺旋水車素体のスクリュによって形成される螺旋状溝ないし螺旋状流路が、各時点では、他方の螺旋水車素体のスクリュによって少なくとも相当程度塞がれた状態になるので、水が螺旋状水路に沿って逃げてしまうことがないから、水の流量当りの軸の回転が高められ易い。また、従来の上掛け水車や胸掛け水車や下掛け水車のような重力水車と比較して、軸の一回転に要する水量が少なくなるので、水量当りの回転数を高め得る。

すなわち、水量当りの軸の回転数が高くなるので、実際上増速することなく又は中間の増速を最低限にして発電機本体を回転させ得る。

但し、本発明の二軸螺旋水車は、発電に用いられる代わりに、その機械的エネルギをそのまま利用して、従来の水車のように、各種の機械的仕事の駆動源として用いられてもよい。

本発明の好ましい一実施の形態を添付図面に示した好ましい一実施例に基づいて説明する。

図１に示したように、本発明の好ましい一実施例の発電設備１は、本発明の好ましい一実施例の二軸螺旋水車２と、発電機本体３とを有する。

二軸螺旋水車２は、図１に加えて図２の（ａ）〜（ｃ）並びに図３に示したように、ケース４と、第一及び第二の螺旋水車素体５Ａ，５Ｂとを有する。

ケース４は、螺旋水車本体ケース１０と、取水口形成ケース２０Ｅと、排水口形成ケース２０Ｆと、発電機本体ケース３０とを含む。

取水口形成ケース２０Ｅは、図１に具体的な一例を示し図２の（ｃ）に模式的に示したように、二軸螺旋水車２の二軸螺旋水車本体部６の最上流部６ａに水Ｗを与えるべく該最上流部６ａにつながった取水室２１Ｅを形成する取水室形成部２２Ｅと、取水室２１Ｅに水Ｗを導入する流入路２３Ｅを含み上流端に流入口２４Ｅを備える流入路形成部２５Ｅとを有する。

なお、流入路２３Ｅや取水口形成ケース２０Ｅの形状や構造は他のどのようなものでもよい。二軸螺旋水車本体部６への水の流入部６ａに対して、加圧状態で水Ｗを導入し得るように、流入口２４に水Ｗを与える水供給部７を有する。水供給部７は、流入口２４に高所から水Ｗを与える水落下流路であっても、水を所定高さに蓄えて流入口２４に所定加圧落差の水圧を与える溜め部又は塔状部であってもよい。後者の塔状部は、例えば、図９において示すような塔状部８６であってもよい（但し、現場では、後述のポンプ８３や配管８４，８５ａはない）。

水供給部７または取水口形成ケース２０Ｅの少なくとも一方には、異物が二軸螺旋水車本体部６に入り込むのを禁止するフィルタが設けられる。

排水口形成ケース２０Ｆも、図１に具体的な一例を示し図２の（ｃ）に模式的に示したように、二軸螺旋水車２の二軸螺旋水車本体部６の最下流部６ｂに水Ｗを与えるべく該最下流部６ｂにつながった排水室２１Ｆを形成する排水室形成部２２Ｆと、排水室２１Ｆの水を排出する流出路２３Ｆを含み下流端に流出口２４Ｆを備える流出路形成部２５Ｆとを有する。

取水室形成部２２Ｅと排水室形成部２２Ｆとは、同様に、構成されており、以下では、両者を総称するとき又は区別しないときには、取水口本体又は排水口本体として、符号２２で表し、後述するように、図８の（ａ）〜（ｃ）に詳しい構造が例示されている。

発電機本体ケース３０は、取水口形成ケース２０に一体的につながっている。

螺旋水車本体ケース１０は、図２の（ａ）〜（ｃ）に加えて図６の（ａ）〜（ｅ）に詳細に例示したように、全体の横断面が繭形の側壁を形成する一対の側壁部１２Ｃ，１２Ｄからなるガイドパイプ１１を有する（図６の（ｄ））。側壁部１２Ｃ，１２Ｄは鏡映対称な形状を有するので、以下では、両者を区別する必要がない限り、総称して符号１２で表す。図６の（ａ）からわかるように、側壁部１２は、両端部１２ａ，１２ｂの夫々に、中央切欠部１３ａ，１４ａ並びに両側切欠部１３ｂ，１４ｂ及び１３ｃ，１４ｃを有し、一方の切欠部１３ａ，１３ｂの間及び１３ａ，１３ｃの間に円弧状突出側壁部１３ｄ及び１３ｅを有し、他方の切欠部１４ａ，１４ｂの間及び１４ａ，１４ｃの間に円弧状突出側壁部１４ｄ及び１４ｅを有する。

側壁部１１を構成する各側壁部１２Ｃ，１２Ｄは、両端１２ａ，１２ａ及び１２ｂ，１２ｂの円弧状突出側壁部１３ｄ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｅ及び１４ｄ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｅで、流入側及び排出側のガイドパイプ固定用プレート１５Ｅ，１５Ｆ（両者を総称するとき又は区別しないときには符号１５で表す）の穴部１６Ｅ，１６Ｆ（両者を総称するとき又は区別しないときには符号１６で表す）の対応する溝部１６ａ，１６ａ，１６ｂ，１６ｂに係合し、円弧状突出側壁部１３ｄ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｅ及び１４ｄ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｅがガイドパイプ固定用プレート１５Ｅ，１５Ｆを貫通・突出する。

ガイドパイプ固定用プレート１５は、より詳しくは、図７の（ａ）〜（ｃ）に例示したような形状ないし構造を有する。従って、側壁部１２Ｃ，１２Ｄがガイドパイプ固定用プレート１５Ｅ，１５Ｆに嵌合する際、溝部１６ａ，１６ａ，１６ｂ，１６ｂ間の凸部１６ｃ，１６ｄ，１６ｃ，１６ｄが、側壁部１２の上流側端部１２ａの切欠部１３ｂ，１３ｃ，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ａ又は側壁部１２の下流側端部１２ｂの切欠部１４ｂ，１４ｃ，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ａに嵌り込む。

これによって、側壁部１２Ｃ，１２Ｄが繭形ガイドパイプ１１を形成し螺旋水車本体ケース１０を形成するように、ガイドパイプ固定用プレート１５Ｅ，１５Ｆによって位置決め固定される。

取水室形成部２２Ｅ又は排水室形成部２２Ｆすなわち取水口本体又は排水口本体２２は、図１並びに図２の（ａ）及び（ｃ）からわかるように、流入側及び排出側のガイドパイプ固定用プレート１５Ｅ，１５Ｆの外側に配置され、例えば、図８の（ａ）〜（ｃ）に示したような構造を有する。

取水口本体ないし排水口本体２２は、角筒２６と、該角筒２６の両端に固定された切り抜き板２７，２８とからなる。この例では、切り抜き板２７，２８は同一形状を有し、図８の（ｂ）では、板２７のみが示されているけれども、この図はそのまま板２８にも当てはまる。角筒２６の対向する二側壁２６ａ，２６ｂには、繭形側壁１１が対応する突出壁部１３ｄ，１３ｅ，１３ｄ，１３ｅ又は１４ｄ，１４ｅ，１４ｄ，１４ｅにおいて丁度貫通する繭形孔２６ｃ，２６ｄが形成されている。切り抜き板２７，２８には、夫々、流入路２３Ｅ又は排出路２３Ｆに連通する開口２７ａ，２８ａが形成されている。なお、図１に示した例では、開口２７ａ，２８ａは、一方のみでよい。

ケース４のうち、取水口形成ケース２０Ｅ及び排水口形成ケース２０Ｆの両側には、図１や図２に加えて各種板ないしプレートについて詳しく示した図３からわかるように、繭形ガイドパイプ１１の両端の長手方向位置及び横断方向位置を位置決めすべく、端部プレート１７Ｅ，１７Ｆ及び位置決めプレート１８Ｅ，１８Ｆが設けられている。

上流側及び下流側の端部プレート１７Ｅ及び１７Ｆは、繭形ガイドパイプ１１の上流側突出端部１３ｄ，１３ｅ，１３ｄ，１３ｅ及び１４ｄ，１４ｅ，１４ｄ，１４ｅの端面に当接して、繭形ガイドパイプ１１の長手方向位置を規定する。一方、上流側及び下流側の位置決めプレート１８Ｅ及び１８Ｆは、夫々、対応する端部プレート１７Ｅ及び１７Ｆの内側面に取り付けられ、上流側及び下流側の位置決めプレート１８Ｅ，１８Ｆが、その繭形外周縁１８ａ，１８ｂで、上流側突出端部１３ｄ，１３ｅ，１３ｄ，１３ｅ及び１４ｄ，１４ｅ，１４ｄ，１４ｅに嵌り込んで、繭形ガイドパイプ１１の長手方向に対して垂直な面内での位置（横断方向位置）を規定する。なお、ここで、繭形ガイドパイプ１１の上流側突出端部１３ｄ，１３ｅ，１３ｄ，１３ｅ及び１４ｄ，１４ｅ，１４ｄ，１４ｅは、夫々、対応する取水口本体２２Ｅの繭形孔２６ｃ及び排水口本体２２Ｆの繭形孔２６ｃ内に、丁度嵌り込んでいる。

端プレート１７Ｅ，１７Ｆの外側には、ピローブロックの形態の軸受３１Ｅ，３１Ｅ，３１Ｆ，３１Ｆが取付けられて、螺旋水車素体５Ａ，５Ｂの回転軸４１Ａ，４１Ｂを回転自在に支持すると共に、軸４１Ａ，４１Ｂの周囲を実際上水密にシールしている。

軸４１Ａ，４１Ｂのうち発電機本体ケース３０内に突出した軸部３２，３３には、相互に噛合する同一形状（同一径で同一歯数）の歯車３４，３５が取り付けられている。また、軸３２の先端側には同軸に別の歯車３６が取り付けられ、これに噛合する歯車３７が発電機素体３８の軸３９に取り付けられている。歯車３６と歯車３７とは、多少（例えば、２割程度）増速結合している。但し、増速の程度はより大きくても、増速や減速がなくても（増速比が１（減速比が１））、出力軸として働く軸３２の回転数（回転速度）が十分に大きくて発電出力が十分に得られる場合には出力側の機械的負荷による影響を受け難いように多少減速されるようになっていてもよい。

二軸螺旋水車２の第一及び第二の螺旋水車素体５Ａ，５Ｂは、図１から図３に加えて図４及び図５に示したように、相互に平行な回転軸４１Ａ，４１Ｂと、該回転軸４１Ａ，４１Ｂの外周に沿って形成された相互に逆向きの螺旋羽根ないしスクリュ５０Ａ，５０Ｂとを有する。図示の例では、第一の螺旋水車素体５Ａの第一の螺旋羽根ないしスクリュ５０Ａが第一の回転軸４１Ａのまわりで左回りの螺旋状に延び、第二の螺旋水車素体５Ｂの第二の螺旋羽根ないしスクリュ５０Ｂが第二の回転軸４１Ｂのまわりで右回りの螺旋状に延びている。但し、逆であってもよい。

この例では、第一の回転軸４１Ａの羽根は、外径が４ｃｍ程度で、長さが１２０ｃｍ程度である。第一のスクリュ５０Ａは、ピッチが１４〜１５ｃｍ程度で、厚さが６ｃｍ程度である。スクリュ５０Ａの羽根の厚さは、径方向の位置に係らずほぼ一定である。第二の回転軸４１Ｂは第一の回転軸４１Ａと同じサイズで、第二のスクリュ５０Ｂのピッチ及びその羽根の厚さは、第一のスクリュ５０Ａのピッチ及びその羽根の厚さと同じである。

第一のスクリュ５０Ａは、図４や図５からわかるように、上流側螺旋状面５１Ａと、下流側螺旋状面５２Ａと、円筒に沿った螺旋状周面５３Ａとを有し、螺旋状周面５３Ａにおいて、外周間隙ＧａＡを介して、ガイドパイプ１１の内周面１１ａに対面する。上流側螺旋状面５１Ａは、外縁５４Ａで螺旋状周面５３Ａと交わり、内縁５５Ａで回転軸４１Ａの外周面４２Ａと交わる。また、下流側螺旋状面５２Ａは、外縁５６Ａで螺旋状周面５３Ａと交わり、内縁５７Ａで回転軸４１Ａの外周面４２Ａと交わる。

この第一の螺旋水車素体５Ａでは、第一の回転軸４１Ａと第一のスクリュ５０Ａとの間に、左回りの第一の螺旋状の間隙６０Ａが形成されている。第一の螺旋状の間隙６０Ａは、厚さが８〜９ｃｍ程度で、そのピッチは、第一のスクリュ５０Ａのピッチに一致し、１４〜１５ｃｍ程度である。

第二のスクリュ５０Ｂは、第一のスクリュ５０Ａと同様に、上流側螺旋状面５１Ｂと、下流側螺旋状面５２Ｂと、円筒に沿った螺旋状周面５３Ｂとを有し、螺旋状周面５３Ｂにおいて、外周間隙ＧａＢを介して、ガイドパイプ１１の内周面１１ａに対面する。上流側螺旋状面５１Ｂは、外縁５４Ｂで螺旋状周面５３Ｂと交わり、内縁５５Ｂで回転軸４１Ｂの外周面４２Ｂと交わる。また、下流側螺旋状面５２Ｂは、外縁５６Ｂで螺旋状周面５３Ｂと交わり、内縁５７Ｂで回転軸４１Ｂの外周面４２Ｂと交わる。

この第二の螺旋水車素体５Ｂでも、第一の螺旋水車素体５Ａと同様に、第二の回転軸４１Ｂと第二のスクリュ５０Ｂとの間に、右回りの第二の螺旋状の間隙６０Ｂが形成されている。第二の螺旋状の間隙６０Ｂも、厚さが８〜９ｃｍ程度で、そのピッチが、第二のスクリュ５０Ｂのピッチに一致し、１４〜１５ｃｍ程度である。

第一の螺旋水車素体５Ａの第一のスクリュ５０Ａと第二の螺旋水車素体５Ｂの第二のスクリュ５０Ｂとは、相互に、嵌り合う。すなわち、第一の螺旋水車素体５Ａのスクリュ５０Ａが外周面５３Ａで第二の螺旋水車素体５Ｂの回転軸４１Ｂの外周面４２Ｂに実際上接する程度に対向間隙ＧｂＡを介して近接し、第二の螺旋水車素体５Ｂのスクリュ５０Ｂが外周面５３Ｂで第一の螺旋水車素体５Ａの回転軸４１Ａの外周面４２Ａに実際上接する程度に対向間隙ＧｂＢを介して近接するように、第一及び第二の螺旋水車素体５Ａ，５Ｂの回転軸４１Ａ，４１Ｂが相互に近接せしめられた状態において、第一の螺旋水車素体５Ａのスクリュ５０Ａが第二の螺旋水車素体５Ｂの螺旋状間隙６０Ｂに嵌り込み、第二の螺旋水車素体５Ｂのスクリュ５０Ｂが第一の螺旋水車素体５Ａの螺旋状間隙６０Ａに嵌り込む。この相互嵌合状態ないし相互噛合い状態において、第一の螺旋状水車素体５Ａの第一のスクリュ５０Ａの下流側螺旋状面５２Ａが噛合い間隙ＧｃＡを介して第二の螺旋状水車素体５Ｂの第二のスクリュ５０Ｂの上流側螺旋状面５１Ｂに対面し、第二の螺旋状水車素体５Ｂの第二のスクリュ５０Ｂの下流側螺旋状面５２Ｂが噛合い間隙ＧｃＢを介して第一の螺旋状水車素体５Ａの第一のスクリュ５０Ａの上流側螺旋状面５１Ａに対面する。

この相互嵌合状態は、第一の螺旋水車素体５Ａがその回転軸４１Ａの回転中心軸線ＣＡの周りで右回りＴＡに回転し、それに同期して、第二の螺旋水車素体５Ｂがその回転軸４１Ｂの回転中心軸線ＣＢの周りで左回りＴＢに回転する限り、維持される。

以上の如く構成された二軸螺旋水車２では、該二軸螺旋水車２のうち流入路形成部２５Ｅのある端部側が流出路形成部２５Ｆのある端部側よりも鉛直方向上方に位置するように該二軸螺旋水車２が配置された状態で、流入路形成部２５Ｅの流入口２４Ｅから水Ｗが流入すると、該水Ｗが流入路形成部２５Ｅを介して取水口形成ケース２０Ｅの取水室形成部２２Ｅの取水室２１Ｅ内に入り、更に、該取水室２１Ｅを介して、螺旋水車本体ケース１０内に入る。螺旋水車本体ケース１０内では、繭形ガイドパイプ１１を形成する側壁部１２Ｃ，１２Ｄに囲まれた繭形パイプ室Ｒ内で第一及び第二の螺旋水車素体５Ａ，５Ｂの間の領域Ｓ、即ち、繭形パイプ１１を形成する側壁部１２Ｃ，１２Ｄに囲まれた室Ｒ内で、第一の螺旋水車素体５Ａの回転軸４１Ａ及び第一のスクリュ５０Ａ並びに第二の螺旋水車素体５Ｂの回転軸４１Ｂ及び第二のスクリュ５０Ｂによって規定された水車内室Ｓに、水Ｗが入る。

ここで、スクリュ５０Ａ，５０Ｂは、実際上相互に噛み合った状態であって、隙間（即ち、外周間隙ＧａＡ，ＧａＢ，対向間隙ＧｂＡ，ＧｂＢ，噛合い間隙ＧｃＡ，ＧｃＢ）が比較的小さいので、大まかには、第一の螺旋水車素体５Ａのスクリュ５０Ａの螺旋状間隙６０Ａは、第二の螺旋状水車素体５Ｂのスクリュ５０Ｂによって、嵌合部ないし噛合い部で閉じられる。同様に、大まかには、第二の螺旋水車素体５Ｂのスクリュ５０Ｂの螺旋状間隙６０Ｂは、第一の螺旋状水車素体５Ａのスクリュ５０Ａによって、嵌合部ないし噛合い部で閉じられる。その結果、外周側がケース本体１０の側壁１１によって規定され内周側が回転軸４１Ａ，４１Ｂの外周面４２Ａ，４２Ｂによって規定された螺旋状間隙６０Ａ，６０Ｂは、噛合い部毎に実際上分断された螺旋状室ＳＡ，ＳＢ，ＳＡ，ＳＢ，・・・になっている。

最上流側の螺旋状小室ＳＡに入った水Ｗは、第一の螺旋水車素体５Ａの左巻きのスクリュ５０Ａの上流側螺旋面５１Ａを押して該スクリュ５０Ａを回転軸４１ＡのまわりでＴＡ方向に回転させる。なお、回転軸４１ＡのＴＡ方向回転に伴い歯車３４，３５を介して相互に連結された回転軸４１ＢはＴＢ方向に回転される。同様に、最上流側の螺旋状小室ＳＢに入った水Ｗは、第二の螺旋水車素体５Ｂの右巻きのスクリュ５０Ｂの上流側螺旋面５１Ｂを押して該スクリュ５０ Ｂを回転軸４１ＢのまわりでＴＢ方向に回転させる。また、回転軸４１ＢのＴＢ方向回転に伴い歯車３５，３４を介して相互に連結された回転軸４１ＡはＴＡ方向に回転される。

なお、螺旋状小室ＳＡ又はＳＢに入った水Ｗが、螺旋状間隙６０Ａ，６０Ｂに沿って下流側に逃げようとしてもその螺旋状の流れは、該間隙６０Ａ，６０Ｂに嵌り込んだ他方のスクリュ５０Ｂ，５０Ａによって対向間隙ＧｃＡ，ＧｃＢでほぼ堰き止められる。その結果、螺旋状小室ＳＡ又はＳＢに入った水Ｗは、大まかには、螺旋水車素体５Ａ，５ＢをＴＡ，ＴＢ方向に回転させつつ、上流側から下流側に向かって、Ｊ１方向に進んでいく。

小室ＳＡ，ＳＢの大きさ及び形状が同じである場合、水Ｗが入る小室ＳＡ，ＳＢの数が増える程回転駆動が増す。例えば、径やピッチが同じであるとすると、他の条件が変わらなければ、段数が多いほど回転駆動力が増す。なお、ピッチが過度に小さい場合、スクリュ５０Ａ，５０Ｂの表面に加わる圧力の回転方向（周方向）成分が小さくなるので、圧力が回転力として有効に取出し難くなり、ピッチが過度に大きいと、螺旋の段数が過度に少なくなるので、圧力が回転力として有効に取出し難くなる。

全ての小間隙に水が入った状態では、流量が増すほど、小間隙の中の水の割合が増す（空気の割合が減る）。これによって、回転駆動力が増し、回転速度（回転数）が上がる。

一方、全ての小室ＳＡ，ＳＢが実際上、水Ｗで満たされるようになると、下流側の小室ＳＡ，ＳＢに満たされた水Ｗが、スクリュ５０Ａ，５０Ｂの下流側螺旋面５２Ａ，５２Ｂに逆向きの圧力を及ぼして、ＴＡ，ＴＢ方向の回転駆動を多少なりとも相殺する働きをする。

但し、少なくとも各螺旋状小室ＳＡ，ＳＢ内において、その小室ＳＡ，ＳＢの高さに相当する圧力差による分だけ正方向の回転駆動力が逆方向の回転駆動力を上回る。いずれにしても、螺旋水車素体５Ａ，５Ｂを構成する各部の形状に起因して、上流端に流入する水が、実際上、速度ゼロである場合に、この二軸螺旋水車２の回転軸４１Ａ，４１Ｂが達し得る回転速度には、上限がある。

従って、この二軸螺旋水車２において、回転軸４１Ａ，４１Ｂの回転速度を更に高めるためには、取水口形成ケース２０Ｅの取水室形成部２２Ｅに圧力をかける必要がある。

そのためには、例えば、二軸螺旋水車２の流入口２４に、上方から水を落下させる。その場合、この流入口２４に落ちてくる落差すなわち加圧落差Ｈａ（図９の試験例参照）に応じて、最上流部の螺旋状小室ＳＡ又はＳＢにおいて、螺旋水車素体５Ａ，５Ｂのスクリュ５０Ａ，５０ＢにかかるＴＡ，ＴＢ方向の回転力が高まり、二軸螺旋水車２においてより大きな回転力を取り出せる。

水の粘性を無視し難くなって螺旋水車素体５Ａ，５Ｂの回転が妨げられるようなことがない限り、外周間隙ＧａＡ，ＧａＢ、対向間隙ＧｂＡ，ＧｂＢ及び噛合い間隙ＧｃＡ，ＧｃＢが小さくなればなる程、流れ去る水の割合が減るので、流れる水量当たりの発電効率は高められる。

但し、所与の水の流れの条件下で、螺旋水車２を相対的に小型に保ったまま発電量を上げるためには、外周間隙ＧａＡ，ＧａＢ、対向間隙ＧｂＡ，ＧｂＢ及び噛合い間隙ＧｃＡ，ＧｃＢのうちの一部、例えば、噛合い間隙ＧｃＡ，ＧｃＢを多少残しておいて、該噛合い間隙ＧｃＡ，ＧｃＢから一部の水が流れ得るようにして動的な流れを維持することにより、該水流が螺旋水車素体５Ａ，５Ｂに回転力を付与し得る場合もあり得る。同様に、例えば、代替的に又は付加的に対向間隙ＧｂＡ，ＧｂＢを多少残しておいて、該対向間隙ＧｂＡ，ＧｂＢから一部の水が流れ得るようにして動的な流れを維持することにより、該水流が螺旋水車素体５Ａ，５Ｂに回転力を付与し得る場合もあり得る。

スクリュ５０Ａ，５０Ｂについては、その径を一定にしたままであっても、各種の変形が可能である。

スクリュ５０Ａ，５０Ｂのピッチを増加させても、減少させてもよい。なお、スクリュ５０Ａ，５０Ｂの傾斜（軸線に対して垂直な平面に対して成す角度）は、典型的には、４５度程度になるように選択されるけれども、より大きくても、より小さくてもよく、それに応じて、ピッチが変更され得る。

螺旋水車素体５Ａ，５Ｂのピッチに対する羽根の厚さの割合が、変更されてもよい。この試験例の螺旋水車素体５Ａ，５Ｂでは、スクリュ５０Ａ，５０Ｂが比較的厚い。その結果、噛合い間隙ＧｃＡ，ＧｃＢを小さくすることが比較的容易であるけれども、ケース１０内で水が占める体積領域が比較的小さく、流量が比較的小さくなるのを避け難い。従って、スクリュ５０Ａ，５０Ｂの素材を比較的薄くして、流量を上げ、これにより、発電量を上げることが期待され得る。

なお、以上においては、螺旋水車素体５Ａ，５Ｂを構成するスクリュ５０Ａ，５０Ｂが相互に逆向きの螺旋を描く点を除いて実際上全く同一の形状を有するとして、説明したけれども、例えば、二つのスクリュ５０Ａ，５０Ｂの厚さが相互に異なっていてもよい。

また、スクリュの径方向の実効長が実際上同程度である限り、回転軸４１Ａ，４１Ｂの太さ（外径の大きさ）が異なっていてもよい。

次に、以上の如く構成された二軸螺旋水車２を用いた発電設備１の実施試験例について、図１〜図３に加えて、図９の実施試験概要図及び図１０の実施試験結果（表）を参照しつつ具体的に説明する。

［実施試験例］
図９の模式的な配置ないし構成図からわかるように、螺旋水車２をその螺旋水車素体５Ａ，５Ｂの回転軸４１Ａ，４１Ｂが水平方向に対して角度αだけ傾斜した状態で支持枠ないし支持フレーム８１によって支持する（図９では支持フレーム８１の基台部分は省略）と共に、排水口形成ケース２０Ｆの排水路形成部２５Ｆの流出口２４Ｆの下に水槽８２を配置して水の溜め部とした。

一方、水槽８２の水を、ポンプ８３及び配管８４並びに大径配管８５を介して螺旋水車２の取水口形成ケース２０Ｅに送り、流入路（取水路）形成部２５Ｅの流入口２４Ｅから取水室形成部２２Ｅを介して、螺旋水車本体ケース１０内の流入部６ａに水Ｗを送り込んだ。この例では、大径配管８５は、上下方向延在配管部分８５ａと、水平方向延在配管部分８５ｂとを有する。この例では、実際には、大径配管部８５が水車本体ケース１０の両側（図９でいえば、図表示面の手前側と奥側）にあり、各大径配管部８５，８５が、夫々、上下方向延在配管部分８５ａ，８５ａと、水平方向延在配管部分８５ｂ，８５ｂとを備え、水平方向延在配管部８５ｂ，８５ｂは、両側から取水室形成部２２Ｅにつながっていた。以下では、説明の簡明化のために、一方の配管８５に多数のポンプ８３及び配管８４が繋がっているとして説明する。

ポンプ及び該ポンプに直接つながった配管は複数あり、ポンプを、符号８３ａ，８３ｂ，・・・，８３ｎで表し、夫々のポンプ８３ａ，８３ｂ，・・・，８３ｎにつながった配管を、符号８４ａ，８４ｂ，・・・，８４ｎで表す。ここで、ポンプ８３ａ，８３ｂ，・・・，８３ｎを複数個用いたのは、この実施試験で利用したポンプの場合には流量を広範囲に連続的に変動させて螺旋水車２及びこれを用いた発電設備１の性能をテストするためには複数個必要であったことによる（一台のポンプ８３で連続的に流量の調整が可能であれば、ポンプは一台でもよかった）。従って、ポンプ８３ａ，８３ｂ，・・・，８３ｎを総称するとき又は相互に区別する必要がないときは、符号８３で表し、その配管８４ａ，８４ｂ，・・・，８４ｎも総称するとき又は相互に区別する必要がないときは同様に符号８４で表す。

また、水平に延びた大径配管部分８５ｂに対してその上方に塔状配管部８６を形成したのは、高所から落差を持って取水口形成ケース２０Ｅに水を送り込んで螺旋水車２の螺旋水車素体５Ａ，５Ｂを強制的にＴＡ，ＴＢ方向に回転させる場合に、高所に相当する高さに水を蓄える一種の塔に代替させるためである。ここで、塔状配管部８６は、流入口２４Ｅに加圧状態で水を導入する水供給部として働く。

以上において、螺旋水車素体５Ａ，５Ｂのスクリュ５０Ａ，５０Ｂの外径が１５ｃｍ、回転軸４１Ａ，４１Ｂの外径が４．２ｃｍでその実効長（スクリュ５０Ａ，５０Ｂのある部分の長さ）が１２０ｃｍ（スクリュ長さ）、回転軸４１Ａ，４１Ｂの軸間距離（中心軸線ＣＡ，ＣＢ間の距離）が９．８ｃｍ、断面繭形のケース１１の二つの円の夫々の内径が１５．５２ｃｍ、傾斜角度αが４５度であり、二軸螺旋水車本体部６の最上流部６ａと最下流部６ｂとの高さの差すなわち基本水車落差Ｈｏが、１ｍ（１００ｃｍ）であった。

従って、スクリュ５０Ａ，５０Ｂの外周面５３Ａ，５３Ｂとケース１１の対応する内周面１１ａとの間隔すなわち外周間隙ＧａＡ，ＧａＢはいずれも２．６ｍｍ程度、各螺旋水車素体５Ａ，５Ｂのスクリュ５０Ａ，５０Ｂの外周面５３Ａ，５３Ｂと並設された螺旋水車素体５Ａ，５Ｂの回転軸４１Ｂ，４１Ａの外周面４２Ａ，４２Ｂとの間隔すなわち対向間隙ＧｂＡ，ＧｂＢはいずれも２ｍｍ程度であった。

但し、この実施試験では、スクリュ５０Ａ，５０Ｂの螺旋羽根本体部は、基本の樹脂製の螺旋構造にゴム層を螺旋状に重ねて形成したものであったことから、間隙ＧａＡ，ＧａＢ，ＧｂＡ，ＧｂＢはいずれも厳密には一定ではなく相当程度ばらつきがあり、且つ螺旋羽根本体の厚さ方向における各間隙ＧａＡ，ＧａＢ，ＧｂＡ，ＧｂＢのばらつきも比較的大きかった。なお、この二軸螺旋水車２の螺旋水車素体５Ａ，５Ｂ又はスクリュ５０Ａ，５０Ｂは、実際には、例えば、鋼その他の金属又は機械的強度の高い樹脂で製造され得る。

以上のような構造・形状条件下で、実施試験を行った。その結果は、図１０において、表として示した通りである。

試験結果を示す図１０の表において、水量Ｑは、発電設備１を無負荷状態で運転させた場合において螺旋水車２を通過する水Ｗの流量Ｑ（リットル／秒（即ち、１０^３ｃｍ^３／秒））を指す。ここで、発電設備１について、無負荷状態とは、発電機素体３８の出力側を開路にして出力電流をゼロにした状態で螺旋水車２の出力側の歯車３６によって該歯車３６に噛合した歯車３７を介して電磁的な発電機本体（発電機素体）３８の回転軸３９を回転駆動させる状態をいう。水量Ｑは、該状態を実現するに要したポンプ８３ａ，８３ｂ，・・・，８３ｎの数（水量Ｑが少ない範囲では、ポンプ１台あたり、３．４×１０^３ｃｍ^３／秒）から求めた。

この実施試験では、水量Ｑが、リットル／秒（即ち、１０^３ｃｍ^３／秒）単位で、６．８，１０．２，１３．６，１７．０，２４．０の場合の結果を図１０に示す。

なお、ここで、水量Ｑが、６．８×１０^３ｃｍ^３／秒から１３．６×１０^３ｃｍ^３／秒の範囲では、取水室２１Ｅ側の流入口２４での水位は実際上一定に保たれた。

一方、水量Ｑが、約１３．６×１０^３ｃｍ^３／秒を超える場合、塔状配管部８６内の水位を上げて加圧水位Ｈａを与えた。

夫々の場合における発電機素体３８の被動軸３９の回転数Ｎは、無負荷回転数Ｎｆとして示した通りで、夫々、回転／分（ｒｐｍ）単位で、２００，３００，４９０，６７０，１１４０であった。

また、夫々の場合において、水Ｗの流れた発電機素体３８に対して与え得るエネルギは、理論発電量Ｐｉ（効率１００％の場合）として示したとおりであって、Ｗ単位で、約６７，１００，１３３，３８３，８９４程度であった。

一方、発電機素体３８を負荷状態においた場合を、「水車出力軸３２を負荷状態の発電機本体（発電機素体）３８に接続」として、表に示す。発電量は、発電機素体３８の出力側に負荷をつないだ場合における出力電圧及び出力電流を夫々測定し、該測定電圧値及び測定電流値から算出したものである。また、負荷時回転数Ｎａは、該負荷状態においたときの回転数である。

負荷状態での実験結果の概要は、次の通りである。
流量Ｑが６．８×１０^３ｃｍ^３／秒の場合、負荷としては電球１個（１００Ｖで１００Ｗの電球）を用いた。このとき、発電量Ｐａは、２７Ｗであった。なお、この負荷条件下では、回転数Ｎが、Ｎｆ＝２００ｒｐｍからＮａ＝８０ｒｐｍに落ちた。
同様に、流量Ｑが１０．２×１０^３ｃｍ^３／秒の場合、負荷としては電球（１００Ｖで１００Ｗの電球）を２個並列に用いた。このとき、発電量Ｐａは、４３Ｗであった。なお、この負荷条件下では、回転数Ｎが、Ｎｆ＝３００ｒｐｍからＮａ＝１３０ｒｐｍに落ちた。
流量Ｑが１３．６×１０^３ｃｍ^３／秒の場合も、負荷としては電球（１００Ｖで１００Ｗの電球）を２個並列に用いた。このとき、発電量Ｐａは、６０Ｗであった。なお、この負荷条件下では、回転数Ｎが、Ｎｆ＝４９０ｒｐｍからＮａ＝２２０ｒｐｍに落ちた。
更に、加圧落差を与えた際についていえば、加圧落差１．３ｍの条件下で流量Ｑが１７×１０^３ｃｍ^３／秒の場合、負荷としては電球（１００Ｖで１００Ｗの電球）を３個並列に用いた。このとき、発電量Ｐａは、１８１Ｗであった。なお、この負荷条件下では、回転数Ｎが、Ｎｆ＝６７０ｒｐｍからＮａ＝３４０ｒｐｍに落ちた。
また、加圧落差２．８ｍの条件下で流量Ｑが２４×１０^３ｃｍ^３／秒の場合、負荷としては電球（１００Ｖで１００Ｗの電球）を５個並列に用いた。このとき、発電量Ｐａは、４３８Ｗであった。なお、この負荷条件下では、回転数Ｎが、Ｎｆ＝１１４０ｒｐｍからＮａ＝６８０ｒｐｍに落ちた。

以上の試験結果において、負荷状態での実際の発電量Ｐａは、夫々Ｗ単位で、２７，４３，６０，１８１，４３８であり、発電効率Ｅｐ（＝（実際の発電量Ｐａ）／（理論発電量Ｐｉ））は、夫々％単位で、約４０，４３．４５，４７，４９程度であった。

以上のような試験結果から、流量Ｑの増大につれて、回転数Ｎが高められ得ることが確認された。無負荷時とはいえ、加圧落差Ｈａが、１．３ｍで有効（実効）落差Ｈが２．３ｍの場合には、回転数Ｎｆが６７０ｒｐｍに達し、加圧落差Ｈａを２．８ｍとし有効（実効）落差Ｈを３．８ｍとすると、回転数Ｎｆが１１４０ｒｐｍに達し得、通常の電磁式の発電機に十分な速度の回転を与え得ることが確認された。加圧落差Ｈａが１．３ｍ，２．８ｍの場合、負荷時においても、回転数Ｎａは、夫々、３４０ｒｐｍ，６８０ｒｐｍに達し、通常の上掛け、胸掛け又は下掛け水車の場合とは異なり、実際上増速系がなくても、軸３９を十分な速度で回転させ得ることが確認された。

また、この二軸螺旋水車２に特有の現象として、加圧落差Ｈａがゼロの状態では、水量Ｑ（二軸螺旋水車２を通って流れ得る水の流量）に上限があることが、確認された。この上限Ｑｃは、この二軸螺旋水車２の場合、１３．６×１０^３ｃｍ^３／秒程度であった。逆に言えば、この上限流量Ｑｃより少ない水量の場合、水Ｗと共に空気が流れていること、水量Ｑの増加と共に空気の割合が減り、上限流量Ｑｃでは実際上水Ｗのみの流れになることが確認された。

以上において、上限値Ｑｃは、スクリュ５０Ａ，５０Ｂとケース１０と回転軸４１Ａ，４１Ｂとによって形成される領域Ｓが、スクリュ５０Ａ，５０Ｂの一ピッチ毎に小室ＳＡ，ＳＢに分離される程度に依存する。即ち、上限値Ｑｃは、外周間隙ＧａＡ，ＧａＢの大きさ、対向間隙ＧｂＡ，ＧｂＢの大きさ、及び噛合い間隙ＧｃＡ，ＧｃＢの大きさ及び形状に依存する。

本発明の好ましい一実施例の二軸螺旋水車を備えた本発明の好ましい一実施例の発電設備の斜視説明図。 図１の二軸螺旋水車の概要を断面で示したもので、（ａ）は正面断面説明図、（ｂ）は（ａ）のＩＩＢ−ＩＩＢ線断面説明図、（ｃ）は（ａ）のＩＩＣ−ＩＩＣ線断面説明図（但し、螺旋水車本体ケースの手前側部分を最大径部まで破断した状態の図）。 図１の二軸螺旋水車を構成する部品の配置について示した図２の（ａ）と同様な断面説明図。 図１の二軸螺旋水車を構成する二つの螺旋水車素体の噛合い構造について詳しく示した説明図。 図４の噛合い構造の一部を拡大して示した説明図。 図１の螺旋水車の繭形ケース本体を示したもので、（ａ）は、正面説明図（なお、形状を見やすくするために、ハッチングをつけてある）、（ｂ）は（ａ）のＶＩＢ−ＶＩＢ線断面説明図、（ｃ）は（ａ）のＶＩＣ−ＶＩＣ線断面（ガイドパイプ固定用プレートと嵌り合った状態で示している）、（ｄ）は（ａ）のＶＩＤ−ＶＩＤ線断面説明図、（ｅ）は（ａ）のＶＩＥ−ＶＩＥ線断面説明図。 図１の螺旋水車のガイドパイプ固定用プレートを示したもので、（ａ）は（ｂ）のＶＩＩＡ−ＶＩＩＡ線断面説明図、（ｂ）は（ａ）のＶＩＩＢ−ＶＩＩＢ線断面説明図、（ｃ）は（ｂ）のＶＩＩＣ−ＶＩＩＣ線断面説明図。 図１の螺旋水車の取水ケースないし排水ケースを示したもので、（ａ）は、（ｃ）のＶＩＩＩＡ−ＶＩＩＩＡ線断面説明図、（ｂ）は（ａ）のＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢ線断面説明図、（ｃ）は（ａ）のＶＩＩＩＣ−ＶＩＩＩＣ線断面説明図。 図１の二軸螺旋水車を用いた図１の発電設備の試験例を示した断面説明図。 図９の二軸螺旋水車及び発電設備の発電試験結果を示した表。

符号の説明

１ 発電設備
２ 二軸螺旋水車
３ 発電機本体
４ ケース
５，５Ａ，５Ｂ 螺旋水車素体。
６ 二軸螺旋水車本体部
６ａ 最上流部
６ｂ 最下流部
７ 水供給部
１０ 螺旋水車本体ケース
１１ 繭形ガイドパイプ
１１ａ ガイドパイプの内面
１２，１２Ｃ，１２Ｄ 側壁部
１２ａ 上流側端部
１２ｂ 下流側端部
１３ａ，１４ａ 中央切欠部
１３ｂ，１３ｃ，１４ｂ，１４ｃ 両側切欠部
１３ｄ，１３ｅ，１４ｄ，１４ｅ 円弧状突出壁部
１５，１５Ｅ，１５Ｆ ガイドパイプ固定用プレート
１６，１６Ｅ，１６Ｆ 穴部
１６ａ，１６ｂ 溝部
１６ｃ，１６ｄ 凸部
１７，１７Ｅ，１７Ｆ 端部プレート
１８，１８Ｅ，１８Ｆ 位置決めプレート
１８ａ，１８ｂ 繭形外周縁（外周面）
２０ 取水口形成ケース又は排水口形成ケース
２０Ｅ 取水口形成ケース
２０Ｆ 排水口形成ケース
２１Ｅ 取水室
２１Ｆ 排水室
２２ 取水口本体又は排水口本体
２２Ｅ 取水室形成部
２２Ｆ 排水室形成部
２３Ｅ 流入路
２３Ｆ 流出路
２４Ｅ 流入口
２４Ｆ 流出口
２５Ｅ 流入路形成部
２５Ｆ 流出路形成部
２６ 角筒
２６ａ，２６ｂ 側壁
２６ｃ，２６ｄ 繭形孔
２７，２８ 切り抜き板
２７ａ，２８ａ 開口
３０ 発電機本体ケース
３１Ｅ，３１Ｆ 軸受
３２，３３ 軸部
３４，３５ 歯車
３６，３７ 歯車
３８ 発電機素体
３９ 軸
４１，４１Ａ，４１Ｂ 回転軸
４２，４２Ａ，４２Ｂ 外周面
５０，５０Ａ，５０Ｂ スクリュ（螺旋羽根）
５１，５１Ａ，５１Ｂ 上流側螺旋状面
５２，５２Ａ，５２Ｂ 下流側螺旋状面
５３，５３Ａ，５３Ｂ 螺旋状周面
５４，５４Ａ，５４Ｂ 外縁
５５，５５Ａ，５５Ｂ 内縁
５６，５６Ａ，５６Ｂ 外縁
５７，５７Ａ，５７Ｂ 内縁
６０，６０Ａ，６０Ｂ 螺旋状間隙
８１ 支持フレーム
８２ 水槽
８３，８３ａ，８３ｂ，・・・，８３ｎ ポンプ
８４，８４ａ，８４ｂ，・・・，８４ｎ 配管
８５ 大径配管
８５ａ 上下方向延在配管部分
８５ｂ 水平方向延在配管部分
８６ 塔状配管部
ＣＡ，ＣＢ 回転中心軸線
Ｅｐ 発電効率
ＧａＡ，ＧａＢ 外周間隙
ＧｂＡ，ＧｂＢ 対向間隙
ＧｃＡ，ＧｃＢ 噛合い間隙
Ｈａ 加圧落差
Ｈｏ 基本水車落差
Ｈｅｆｆ 有効落差（実効落差）
Ｊ１ 水の移動方向
Ｎ 回転数
Ｎａ 負荷時回転数
Ｎｆ 無負荷時回転数
Ｐａ 発電量
Ｐｉ 理論発電量
Ｑ 水の流量
Ｒ 繭形ガイドパイプ室
Ｓ 水車内室
ＳＡ，ＳＢ 螺旋状小室
ＴＡ，ＴＢ 回転方向
Ｗ 水
α 傾斜角度

Claims (9)

1. 円筒状の第一の軸及び該第一の軸のまわりに左回りの螺旋状に延びた第一のスクリュを備えた第一の螺旋水車素体と、
   前記第一の軸と平行な円筒状の第二の軸及び該第二の軸のまわりに右回りの螺旋状に延び前記第一の螺旋水車素体を構成する前記第一のスクリュと相互に嵌り合った第二のスクリュを備えた第二の螺旋水車素体と、
   横断面が繭形で第一及び第二の螺旋水車素体を取囲むケースと
   を有し、
   第一及び第二の螺旋水車素体の上端側に流れ込み該第一及び第二の螺旋水車素体の下端側に向かって流れる水に応じて第一の螺旋水車素体が第一の軸のまわりで右回りに回転し、第二の螺旋水車素体が第二の軸のまわりで左回りに回転するように構成された二軸螺旋水車。
2. 第一の軸に取付けられた第一の歯車と第二の軸に取付けられた第二の歯車とが相互に噛合するように構成され、該第一及び第二の歯車の回転軸のうちのいずれか一方の回転軸から出力が取り出されるように構成された請求項１に記載の二軸螺旋水車。
3. 第一及び第二のスクリュが同一の内径及び外径を有する請求項１又は２に記載の二軸螺旋水車。
4. 第一及び第二のスクリュの軸方向厚さが、該スクリュの全長にわたって一定で且つ相互に同一である請求項１から３までのいずれか一つの項に記載の二軸螺旋水車素体。
5. 第一及び第二のスクリュが、夫々、全長にわたって、一定のピッチの螺旋状形状を有する請求項１から４までのいずれか一つの項に記載の二軸螺旋水車。
6. 第一及び第二の螺旋水車素体が、第一及び第二のスクリュの相互噛み合い部分の夫々について、一ピッチ毎に形成される領域が、相互に、分離されるように構成された請求項１から５までのいずれか一つの項に記載の二軸螺旋水車。
7. 第一及び第二の螺旋水車素体が、第一及び第二のスクリュの相互噛み合い部分の夫々について、一ピッチ毎に形成される領域が、相互に、連通されるように構成された請求項１から５までのいずれか一つの項に記載の二軸螺旋水車。
8. 第一及び第二の螺旋水車素体並びにケースからなる二軸螺旋水車本体への水の流入部に対して、加圧状態で水を導入する水供給部を有する請求項１から７までのいずれか一つの項に記載の二軸螺旋水車。
9. 請求項１から８までのいずれか一つの項に記載の二軸螺旋水車と、該水車のうちの前記第一及び第二の軸のうちの一方の回転に応じて回転される発電機本体とを有する発電設備。

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