JP2010096132A

JP2010096132A - 水車装置

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Publication number: JP2010096132A
Application number: JP2008269143A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Kataoka; 弘樹片岡; Hiroaki Nishiono; 寛明西小野
Original assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Current assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Priority date: 2008-10-17
Filing date: 2008-10-17
Publication date: 2010-04-30
Anticipated expiration: 2028-10-17
Also published as: JP5401911B2

Abstract

【課題】外装部を着脱可能に構成しつつ、外装部の着脱部分からの水漏れを軽減させて、外装部の着脱を伴うメンテナンス性を向上させる水車装置を提供する。
【解決手段】水車装置は、水車ハウジング１０の一部に開口する水車室５２に配置され外部から圧力水の給水を受けることによって作動する水車部３０と、水車部３０を含めて水車ハウジング１０の水車室５２を包囲する位置に着脱可能に配置される外装部４０と、水車部３０から水が飛散する側における水車部３０と外装部４０とを遮る位置に設けられ、水車部３０から飛散した水を受ける水受部２０とを具備する。
【選択図】図２

Description

本発明は、水力で発生する動力を利用する水車装置に関する。

従来の水車装置として、特許文献１等に示されるように、ケースの内部が隔壁によって、水力で回転するクロスフロー水車が設けられる水車室と、発電機が設けられる発電機室との二室に区画されたケースからなる水車装置が知られている。
特開２００７−１８７０４２号公報

ところで、特許文献１に係る水車装置では、ケースの内部のクロスフロー水車等のメンテナンスを行う際にケースを開成させる必要があり、ケースを開成させた後に単にケースを装着しただけでは、水車からケースの着脱部分に水が飛散して、ケースの着脱部分の隙間から水漏れが発生する。

そこで、このような水車装置のメンテナンス終了後には、ケースの着脱部分の隙間から生じる水漏れを防止するために、ケースの着脱部分の隙間にシリコン樹脂等の密封部材を施して水漏れを防止する密封処理を行い、メンテナンス開始時には密封部材の除去を行う必要があった。特に水漏れを嫌う場所に水車装置を配置する際には、厳重に密封処理を行うため、メンテナンス時のこれらの処理負担が増大することが問題となっていた。

さらに、水車装置の製造コスト低下の要請により、ケースの材料に剛性の低い材料を用いたり、ケースの加工精度を低下させたりすると、ケースの着脱部分からの水漏れがより生じ易くなる問題があった。

さらに、飛散した水が直接ケース内面に衝突することが騒音発生の要因となっている問題もあった。

本発明の目的は、ケースの着脱容易性を確保しつつ、ケースの着脱部分からの水漏れを軽減させて、メンテナンス性を有効に向上させた水車装置を提供することである。

上記目的を達成するための本発明の一構成に係る水車装置は、水車ハウジングの一部に開口する水車室に配置され外部から圧力水の給水を受けることによって作動する水車部と、前記水車部を含めて前記水車ハウジングの水車室を包囲する位置に着脱可能に配置される外装部と、前記水車部から水が飛散する側における前記水車部と前記外装部とを遮る位置に設けられ、前記水車部から飛散した水を受ける水受部とを具備することを特徴とする。

このような構成によれば、水車部と外装部とを遮る位置に設けられた水受部は、水車部から飛散した水を受けることによって、水車部から飛散した水が外装部に直接飛散することを遮る。したがって、外装部と水車ハウジングとの隙間から生じる水漏れが解消ないし軽減され、その隙間を完全に密封処理する必要性を低減することができるため、外装部を着脱容易な取付構造にしてメンテナンス性を有効に向上させることができる。

さらに、水車部から飛散した水が外装部に衝突すると外部への騒音源となるが、本発明では水受部に当たることにより騒音が発生しても、外装部がこれらを含む水車室を包囲していること及び外装部に水が直接到達しないことによって、外部に伝わる騒音を低下させることができる。

水車部から放出される高圧水を水受部で適正に受ける構造と、外装部を水車ハウジングに対して着脱容易とする構造とを両立させるためには、前記外装部と前記水車ハウジングとの密着度が、前記水受部と前記水車ハウジングとの密着度よりも低く設定されている構成が有効である。これは相対的な関係を述べているだけであるから、例えば、水受部と水車ハウジングとの間を溶接や密封部材で密着させて隙間がない状態にし、外装部と水車ハウジングとの間に別段の処理を施さなければ、上記の密着度の関係が成立する。密着度は、このような手段によって高めることができるため、必ずしもボルト等で引き寄せて密着面の圧力を高める態様のみに限られない。

外装部の着脱容易性を妨げずに水受部を水車部の周囲に配置し、水車部のメンテナンスの便も確保するためには、前記水受部は、基端が前記水車ハウジングに取り付けられ、他端が自由端とされた片持ち状のものである構成が有効である。

外装部の着脱部分の隙間から生じる水漏れをより適切に軽減するためには、前記外装部は、水車ハウジングとの間に迷路状の隙間を形成しつつ当該着脱部分を着脱可能に封止する封止構造を有する構成が有効である。迷路状の隙間は、外装部の一部と水車ハウジングの一部との間を凹凸構造の下に嵌め合わせることによって形成してもよいし、Ｏリングなどの中間部材を介在させることによって形成してもよい。これらは、外装部を水車ハウジングに装着するだけでシール効果を得るためのものであり、例えばＯリングが圧潰されて隙間が殆ど視認されない状態となるもの等も含まれる。

高圧水を適正に受ける構造と、外装部を着脱容易とする構造とを低コスト化しつつ両立させるためには、前記外装部の剛性は、前記水受部の剛性よりも低く設定されている構成が有効である。

水受部に受けられた水が水車部に接触することによる水車部の作動効率の低下を適切に防止するためには、前記水受部に受けられた水を、前記水車部から遠ざかる方向に導く導水部を更に有する構成が有効である。

同様の趣旨で、前記水受部は、前記水車部よりも前記外装部に近い位置に配置されている構成も好適である。

具体的な実施の態様としては、前記水車ハウジングは、前記水車部で発生する動力を利用する動力利用部と、この動力利用部と前記水車部とを隔てる隔壁部と、前記水車部から放出される水を集水する集水部とを更に備え、前記外装部は、前記隔壁部及び前記集水部に着脱可能に構成されて、前記隔壁部とで前記水車部を含む水車室を包囲し、前記水受部は、前記隔壁部と着設されていると共に、前記隔壁部との着設部分の隙間は密封されているように構成されていることが挙げられる。

本発明は、以上説明したように、水車室の周囲のうち、特に水が飛散する側を水受部と外装部との二重構造としたため、飛散した水を水受部で遮断して外装部と水車ハウジングとの隙間からの水漏れの問題を有効に解消することができる。したがって、水漏れを嫌う場所でも有効に利用することができ、外装部も水車ハウジングとの間のシール構造を不要もしくは簡易化できることによって、着脱の容易な状態にしてメンテナンス性を有効に向上させることが可能となる。

また、水車部の周囲に水受部及び外装部からなる二重壁構造を採用し、水を内側の水受部で受けることにより、外部に伝わる騒音を低下させることが可能となる。

以下、本発明に係る水車装置の一実施形態を、図面を参照して説明する。

図１〜３に示す水車装置は、水車ハウジング１０と、水車部３０と、外装部４０とから構成されている。

水車ハウジング１０は、上方に開口１３ａを有した扁平筐状をなす集水部１３と、この集水部１３の側面に開口する排水部５１と、前記集水部１３の開口１３ａの隣接位置に立設した隔壁部１２とを備えている。集水部１３の開口縁からは、上方に向けて第１フランジ１３ｂが平面視コ字形をなすように３辺に沿って起立しており、また、隔壁部１２からは、直交方向（水平方向）に側面視下向き略コ字形をなす第２フランジ１２ａが立設していて、両フランジ１３ｂ、１２ａは連なって、全体が平面から立面に亘って周回するフランジ構造体を形成している。第２フランジ１２ａの頂部には給水部５０が設けられており、これら給水部５０、集水部１３及び隔壁部１２に臨む部位に水車室５２が形成されている。

また、隔壁部１２を挟んで水車室５２の反対側には、動力利用部１１が内設してある。この実施形態の動力利用部１１は、回転軸１１ａから入力される回転動力を電気的エネルギーに変換する発電機により構成されている。

水車部３０は、クロスフロー水車等により構成されるもので、隔壁部１２に支持させた回転軸３０ａに回転可能に取り付けられ、前記給水部５０から落下する水を回転軸３０ａから変位した翼車３０ｂの一部で受ける位置関係に配置されている。回転軸３０ａは、前述した回転軸１１ａと同一、又は途中をカップリング等を介して接続されたもので、これら回転軸を含む動力伝達部Ａが、隔壁部１２を貫通する部位において適宜のシール構造下に軸受支持されている。

外装部４０は、平面視コ字形をなす立壁４０ａの上部に頂壁４０ｂを一体的に設けたもので、下方及び一側方に開口する箱状をなしており、一般にカバー或いはケースと称される類のものである。そして、立壁４０ａの下縁近傍を前記第１フランジ１３ｂに一部重合させつつ先端を集水部１３の上面１３ｃに突き当て、立壁４０ａ及び頂壁４０ｂの側縁近傍を前記第２フランジ１２ａに一部重合させつつ先端を隔壁部１２の側面１２ｂに突き当てて、隔壁部１２等とともに水車室５２を包囲する位置に取り付けられるようにしている。

ここで、この水車装置の基本的な作動を説明する。

給水部５０は、水車室５２の上方から下方に向かって水車部３０に圧力水Ｗ０を給水する。水車部３０は、給水部５０からの給水を受け、回転軸３０ａを中心に回転することによって、動力を発生させる。この水車部３０の動力は、回転軸３０ａを主体とする動力伝達部Ａを介して動力利用部１１に伝達され、発電等に利用される。水車部３０から放出される水Ｗは、周辺に飛散した後に重力により落下して集水部１３に集まり、排水部５１を介して外部に排水される。

このような構成において、本実施形態は更に、前記水車部３０から水Ｗが飛散する側における前記水車部３０と前記外装部４０とを遮る位置に水受部２０を設けるとともに、水受部２０と水車ハウジング１０の隔壁部１２との突き当たり部ないしその近傍、および、前記外装部４０と水車ハウジング１０の集水部１３との突き当たり部ないしその近傍に、協働して水車装置全体のシール性とメンテナンス性を両立させるための構造を採用している。

先ず、水車部３０から水Ｗが飛散する側は、水車部３０の形状やその作動態様、給水方向等により種々異なるが、本実施形態においては、水車部３０の回転周方向が主となる。そこで、本実施形態の水受部２０は、図１〜２に示すように、水車部３０の下方を除くラジアル方向の三方を包囲すべく、板材を折り曲げて内立壁２０ａ及び内頂壁２０ｂからなる下向コ字形に形成され、内立壁２０ａ及び内頂壁２０ｂをそれぞれ外装部４０の立壁４０ａ及び頂壁４０ｂに沿って水車部３０と当該外装部４０との間を遮る位置に配置されている。取付構造は、基端を水車ハウジング１０の隔壁部１２に取り付けてなる片持ち支持構造である。このように水受部２０は片持ち支持であるため、自由端側は開口し、水車部３０はこの水受部２０の開口から回転軸３０ａの軸方向に表出している。水受部２０には、水車部３０から放出される高水圧Ｗ０に耐えうる程度の剛性が付与してある。

水受部２０の具体的な取付位置については、図１に示すように、水車部３０から距離Ｌ２だけ離れ、かつ外装部４０の立壁４０ａの内面から距離Ｌ１だけ離れた位置に配置されている。距離Ｌ１は距離Ｌ２よりも短い距離に設定されており、水受部２０は、水車部３０よりも外装部４０に近い位置に配置された状態にある。

また、外装部４０の剛性は、素材や厚み等の要素を通じて水受部２０の剛性よりも低く設定されている。

そして、外装部４０を水車ハウジング１０に対して着脱容易な構造とする一方、水受部２０を水車ハウジング１０に緊密に固定している。

先ず、外装部４０と水車ハウジング１０との着脱部分、具体的には、外装部４０の立壁４０ａの下縁と集水部１３の上面１３ｃないし第１フランジ１３ｂとの着脱部分、及び、外装部４０の立壁４０ａ及び頂壁４０ｂの側縁と隔壁部１２の側面１２ｂないし第２フランジ１２ａとの着脱部分には、全くシールを施さないか、或いは、図４（ａ）に示すように、断面がＯ型（円形）の封止用部材４２を設けてその隙間を着脱可能に封止する簡易な封止構造を採用している。封止用部材４２には、ゴム、断面が中空Ｏ型をした金属中空Ｏリング（メタル中空Ｏリング）や、テフロン（登録商標）等のプラスチックが挙げられる。勿論、封止用部材は、Ｏ型の封止用部材に限られるものではない。この場合、図４の（ｂ）に示すように、舌片や凹所を凹凸係合させても、着脱構造の下に簡易な封止構造を実現できる。これらの構造は何れも、着脱部分に矢印に示す方向に沿って迷路状の隙間δを形成しつつ、その着脱部分を封止する封止構造といえる。なお、図４の（ｂ）に示す嵌合構造は、図４の（ａ）に示すＯリングを用いた密封構造よりも密着度は低いが着脱のより容易なものとなる。

一方、水受部２０と水車ハウジング１０の隔壁部１２との取付部分（図２及び図３におけるＺ部分）は、取付強度と、その取付部分におけるシール性のみを考慮して、溶接等により完全に接合するか、或いは取付部分及びその周囲の隙間を塞ぐために、その隙間に対してシリコン樹脂等の密封部材を施す密封処理を行うようにしている。この処理により、水受部２０と隔壁部１２との取付部分の密着度を、外装部４０と水車ハウジング１０との着脱部分の密着度より高めて、水受部２０と隔壁部１２との取付部分の間に不必要な隙間が生じたり、水受部２０が不慮に外れたりして、水車部３０から放出される水Ｗが外装部４０に到達することを防止している。

なお、水車部３０が作動することが好ましくない場合には、回転が規制されることがある。この場合には、水車部３０が回転しないため、給水部５０から供給されて水車部３０に衝突した圧力水Ｗ０が、水車部３０の側方及び上方を中心に激しく飛散することになるので、これらの部位に重点的に補強、シールすることも有効である。

以上のように、本実施形態に係る水車装置は、水車ハウジング１０の一部に開口する水車室５２に配置され外部から圧力水の給水を受けることによって作動する水車部３０と、水車部３０を含めて水車ハウジング１０の水車室５２を包囲する位置に着脱可能に配置される外装部４０と、水車部３０から水が飛散する側における水車部３０と外装部４０とを遮る位置に設けられ、水車部３０から飛散した水を受ける水受部２０とを具備するものである。

このような構成によれば、水車部３０と外装部４０とを遮る位置に設けられた水受部２０は、水車部３０から飛散した水を受けることによって、水車部３０から飛散した水が外装部４０に直接飛散することを遮る。したがって、外装部４０と水車ハウジング１０との隙間から生じる水漏れが解消ないし軽減され、その隙間を完全に密封処理する必要性を低減することができるため、外装部４０を着脱容易な取付構造にしてメンテナンス性を有効に向上させることができる。

さらに、水車部３０から飛散した水が外装部に衝突すると外部への騒音源となるが、本実施形態では水受部２０に当たることにより騒音が発生しても、外装部４０がこれらを含む水車室５２を包囲していること及び外装部４０に水Ｗが直接到達しないことによって、外部に伝わる騒音を低下させることができる。

特に、外装部４０と水車ハウジング１０との密着度は相対的に低く、水受部２０と水車ハウジング１０との密着度は相対的に高く設定されているため、水車部３０から放出される高圧水を水受部２０で適正に受ける構造と、外装部４０を水車ハウジング１０に対して着脱容易とする構造とを有効に両立させることができる。

また、水受部２０を、基端が水車ハウジング１０に支持され、他端が自由端とされる片持ち支持構造にしているため、外装部４０を取り外せば水受部２０が水車ハウジング１０に取り付け可能であり、また自由端側の開口から水車部３０にアクセスすることができるため、外装部４０の着脱容易性を妨げずに水受部２０を水車部３０の周囲に配置し、水車部３０のメンテナンスの便も確保することができる。

さらに、本実施形態の構造により、外装部４０は、全くのシール構造なしで水車ハウジング１０に着脱可能に取り付けても水漏れを解消できる可能性を追求できるものではあるが、着脱部分に迷路状の隙間δを形成しつつ当該着脱部分を密封する簡易な密封構造を採用しても、外装部４０の着脱部分が水を進出させ難い迷路状の隙間δを介して封止される。したがって、着脱容易性を確保しつつ、外装部４０の着脱部分の隙間から生じる水漏れをより適切に防止することができる。

また、上記のように外装部４０に高いシール性と耐水圧性を必要としなくなることで、外装部４０の剛性を、水受部２０の剛性よりも低く設定し得ている。このため、水車部３０から放出される高圧水を適正に受ける構造と、外装部４０を水車ハウジング１０に対して着脱容易とする構造とを、当該外装部４０を薄肉にして材料を減らし、或いは高い加工精度を不要にする等の低コスト化を図りつつ有効に両立させることができる。

さらにまた、水受部２０を、水車部３０よりも外装部４０に近い位置に配置しており、水受部２０から水車部３０が遠くなるほど水受部２０に受けられた水が水車部３０に跳ね返って接触する可能性が低くなるため、水車部３０の回転を妨げて作動効率が低下することを適切に防止することができる。

そして、本実施形態の水車装置は、水車ハウジング１０が、水車部３０で発生する動力を利用する動力利用部１１と、この動力利用部１１と水車部３０とを隔てる隔壁部１２と、水車部３０から放出される水を集水する集水部１３とを更に備え、外装部４０が、隔壁部１２及び集水部１３に着脱可能に構成されて、隔壁部１２とで水車部３０を含む水車室５２を包囲し、水受部２０は、隔壁部１２と着設されていると共に、隔壁部１２との着設部分の隙間は密封されている。このような構成によれば、水車部３０の作動を止めた場合に起こる水車部３０から高水圧Ｗ０が飛散しても、水車部３０から外装部４０と隔壁部１２との着脱部分、ひいては動力利用部１１へ飛散する水を遮ることができ、全体として水車装置からの水漏れ、動力利用部１１における漏水事故の発生等を的確に防止することが可能となる。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、各部の具体的な構成は、上記の実施形態に限定されるものではない。

例えば、図５に示すように、水受部２０の一部に、その断面が円弧状に形成された導水部６０を形成してもよい。導水部６０は、水受部２０が受けた水を、その形状により水車部３０から遠ざかる方向に反射或いは流動させて導いている。なお、導水部６０は、水受部２０が受けた水をその形状により水車部３０から遠ざかる方向に導くものであれば、上記に限定されるものではない。例えば、その断面が直線状、階段状のものであってもよく、水平状態の板状部材を水受部２０に設け、水受部２０に受けられた水を水平方向に導くことにより、水車部３０から遠ざかる方向に導くものであってもよい。

このような構成によれば、水受部２０に受けられた水が跳ね返って水車部３０に接触することによる水車部３０の作動効率の低下を適切に防止することができる。

その他の構成も、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明の一実施形態に係る水車装置の模式的な側断面図。同水車装置の模式的な正断面図。同水車装置を示す斜視図。同実施形態における水車ハウジングと外装部との着脱部分の構造を示す断面図。本発明の変形例を示す図１に対応した断面図。

符号の説明

１０…水車ハウジング
１１…動力利用部
１２…隔壁部
１３…集水部
２０…水受部
３０…水車部
４０…外装部
４２…封止用部材
５０…給水部
５１…排水部
５２…水車室
６０…導水部

Claims

水車ハウジングの一部に開口する水車室に配置され外部から圧力水の給水を受けることによって作動する水車部と、
前記水車部を含めて前記水車ハウジングの水車室を包囲する位置に配置される外装部と、
前記水車部から水が飛散する側における前記水車部と前記外装部とを遮る位置に設けられ、前記水車部から飛散した水を受ける水受部と
を具備することを特徴とする、水車装置。
前記外装部と前記水車ハウジングとの密着度は、前記水受部と前記水車ハウジングとの密着度よりも低く設定されていることを特徴とする、請求項１に記載の水車装置。
前記水受部は、基端が前記水車ハウジングに取り付けられ、他端が自由端とされた片持ち状のものであることを特徴とする、請求項１〜２に記載の水車装置。
前記外装部は、水車ハウジングとの間に迷路状の隙間を形成しつつ当該着脱部分を着脱可能に封止する封止構造を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の水車装置。
前記外装部の剛性は、前記水受部の剛性よりも低く設定されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の水車装置。
前記水受部に受けられた水を、前記水車部から遠ざかる方向に導く導水部を更に有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の水車装置。
前記水受部は、前記水車部よりも前記外装部に近い位置に配置されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の水車装置。
前記水車ハウジングは、前記水車部で発生する動力を利用する動力利用部と、この動力利用部と前記水車部とを隔てる隔壁部と、前記水車部から放出される水を集水する集水部とを更に備え、
前記外装部は、前記隔壁部及び前記集水部に着脱可能に構成されて、前記隔壁部とで前記水車部を含む水車室を包囲し、
前記水受部は、前記隔壁部と着設されていると共に、前記隔壁部との着設部分の隙間は密封されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の水車装置。