JP2013000645A - Wind power water cleaning device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that it is impossible for a conventional wind power water cleaning device to efficiently use wind energy fluctuating with a place or time, the conventional wind power water cleaning device being equipped with a windmill unit for converting wind power to rotation power by a windmill and a water stream generating unit for rotating a screw by the rotation power to generate a water stream.SOLUTION: The screw 9 includes a blade supporter 40 which is rotated by a screw shaft 8 for transmitting the rotation power, and blades 42, 142 which are rotatably supported via a blade shaft 41 on the outer periphery of the blade supporter 40. The screw 9 further includes angle control mechanisms 38, 138 which automatically increase or decrease inclination angles 51, 151 between the blade 42 and the surface 53 of rotation of the screw 9 according to the rotation speed of the screw 9, and a cylindrical body 32 which forms a water passage 58 surrounding the screw 9 between the body itself and the blade supporter 40.

Description

本発明は、水域の水面上に浮かべて風車により風力を回転動力に変換する風車ユニットと、該回転動力によりスクリューを回転して水流を発生する水流発生ユニットとを備えた風力水浄化装置に関し、特に、風力の大きさに応じて安定した水流を発生可能な水流発生ユニットの構成に関する。   The present invention relates to a wind water purification apparatus provided with a wind turbine unit that floats on the surface of a water area and converts wind power into rotational power by the wind turbine, and a water flow generation unit that generates a water flow by rotating a screw with the rotational power, In particular, the present invention relates to a configuration of a water flow generation unit capable of generating a stable water flow according to the size of wind power.

従来より、湖沼、貯水池や海湾奥等の閉鎖系水域において、水が滞留してアオコや赤潮等が発生する場合には、電動モータやエンジンで駆動される水中ポンプやスクリュー等を使って水攪拌を行うが、省エネの観点から風の運動エネルギである風力エネルギを利用し、該風力エネルギを風車で回転エネルギに変えて回転動力を発生させ、該回転動力によって水中のスクリューを直接に回転駆動し、水流を発生させて水攪拌を行う技術が公知となっている(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, when water stays in a closed system such as lakes, reservoirs, and the back of sea bays, water agitation and red tide occur, water agitation is performed using an electric motor or an underwater pump or screw driven by an engine. However, from the viewpoint of energy saving, wind energy, which is the kinetic energy of the wind, is used to generate rotational power by converting the wind energy into rotational energy by the windmill, and the screw in water is directly driven to rotate by the rotational power. In addition, a technique for generating a water flow and performing water agitation is known (for example, see Patent Document 1).

特開2001−47084号公報JP 2001-47084 A

しかしながら、前記技術では、場所や時間によって大きく変動する風力エネルギを効率的に利用できない、という問題があった。
例えば、風力が小さい低風力状態の場合、スクリューの回転動力が、回転時にスクリューのブレードが水から受ける抗力よりも小さくなると、スクリューが回転起動できない。逆に、風力が大きい高風力状態の場合、スクリューの回転動力が、回転時にブレードの受ける抗力に比べて過大になると、スクリューが極めて高速で回転し、発生する大量の水流から受ける反力により、下降流では、風力水浄化装置が水面近くまで持ち上げられてバランスを崩して転倒し、逆に、上昇流では、風力水浄化装置が水中深くまで引き込まれて風車や動力伝達経路が浸水して故障する。このため、装置寿命が悪化すると共に、安定した水流発生が難しい、という問題があった。
そこで、このような回転起動性・設置安定性向上の観点から、ブレードとスクリュー回転面との成す角度(以下、「傾き角」とする)を初めから小さく設定することにより、風力の大小にかかわらず、ブレードの受ける抗力とブレードの押し出す水量を減少させておく対応が考えられる。しかしながら、それでは、せっかく風力が増加しても十分な量の水流が得られず、風力エネルギが無駄になる、という問題があった。
加えて、時間変動が大きい風力エネルギを利用するため、スクリューの回転動力が時間によって大きく変動し、発生する水流も脈流となりやすく、しかも、該スクリューの周囲はフロートが配置されているだけでほとんど開放状態にある。このため、発生した水流の大半は脈流となって周囲に分散され、十分な量の安定した水流が得られない、という問題もあった。
However, the above-described technology has a problem that it is not possible to efficiently use wind energy that varies greatly depending on location and time.
For example, when the wind power is low and the wind power is low, if the rotational power of the screw is smaller than the drag force that the blade of the screw receives from water during the rotation, the screw cannot be rotated. Conversely, when the wind power is high and the wind power is high, if the rotational power of the screw becomes excessive compared to the drag that the blade receives during rotation, the screw rotates at a very high speed, and the reaction force received from the large amount of water flow that is generated, In downflow, the wind water purification device is lifted to near the surface of the water and falls out of balance. To do. For this reason, there existed a problem that the lifetime of an apparatus deteriorated and it was difficult to generate | occur | produce the stable water flow.
Therefore, from the viewpoint of improving the rotation startability and installation stability, the angle between the blade and the screw rotation surface (hereinafter referred to as “inclination angle”) is set to be small from the beginning, so that the magnitude of the wind force is affected. First, it is conceivable to reduce the drag received by the blade and the amount of water pushed out by the blade. However, there has been a problem that even if wind power increases, a sufficient amount of water flow cannot be obtained, and wind energy is wasted.
In addition, since wind energy with large time fluctuations is used, the rotational power of the screw fluctuates greatly with time, and the generated water flow tends to be pulsating, and the surroundings of the screw are almost only provided with a float. It is in an open state. For this reason, most of the generated water flow becomes a pulsating flow and is dispersed to the surroundings, and there is a problem that a sufficient amount of a stable water flow cannot be obtained.

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
すなわち、請求項1においては、水域の水面上に浮かべて風車により風力を回転動力に変換する風車ユニットと、該回転動力によりスクリューを回転して水流を発生する水流発生ユニットとを備えた風力水浄化装置において、前記スクリューは、前記回転動力が伝達されるスクリュー軸によって回転するブレード支持体と、該ブレード支持体の外周にブレード軸を介して回動可能に支承されるブレードとを備えると共に、該ブレードとスクリューの回転面との成す傾き角を前記スクリューの回転速度に応じて自動的に増減させる角度制御機構と、前記スクリューを取り囲む水路をブレード支持体との間に形成する筒体とを設けたものである。
請求項2においては、前記角度制御機構は、前記スクリュー回転時の水の抗力中心を、ブレード軸の回転軸心から、スクリューの回転軸心方向に沿って流れる水流の上手側に偏移させるオフセット構造と、前記ブレード軸を軸周りに付勢して所定の初期位置に設定する戻しばねとを備えることにより、スクリューの回転速度の増加に応じて前記傾き角を増加させるものである。
請求項3においては、前記角度制御機構は、前記スクリュー回転時の水の抗力中心を、ブレード軸の回転軸心から、スクリューの回転軸心方向に流れる水流の下手側に偏移させるオフセット構造と、前記ブレード軸を軸周りに付勢して所定の初期位置に設定する戻しばねとを備えることにより、スクリューの回転速度の増加に応じて前記傾き角を減少させるものである。
請求項4においては、前記風車からの回転動力の不足分を補う補助動力機構を付設するものである。
The problem to be solved by the present invention is as described above. Next, means for solving the problem will be described.
That is, in Claim 1, the wind water provided with the windmill unit which floats on the water surface of a water area and converts wind power into rotational power by a windmill, and the water flow generation unit which rotates a screw with this rotational power and generates a water flow In the purification device, the screw includes a blade support that is rotated by a screw shaft to which the rotational power is transmitted, and a blade that is rotatably supported on the outer periphery of the blade support via the blade shaft. An angle control mechanism that automatically increases or decreases an inclination angle formed by the blade and the rotation surface of the screw according to the rotation speed of the screw, and a cylinder that forms a water channel surrounding the screw between the blade support and the blade body. It is provided.
The offset control mechanism according to claim 2, wherein the angle control mechanism shifts the drag center of water during the rotation of the screw from the rotation axis of the blade shaft to the upper side of the water flow flowing along the direction of the rotation axis of the screw. The tilt angle is increased in accordance with an increase in the rotational speed of the screw by providing a structure and a return spring that urges the blade shaft around the axis and sets the blade shaft to a predetermined initial position.
According to a third aspect of the present invention, the angle control mechanism includes an offset structure that shifts the drag center of water during the rotation of the screw from the rotation axis of the blade shaft toward the lower side of the water flow that flows in the direction of the rotation axis of the screw; The blade shaft is provided with a return spring that urges the blade shaft around the shaft to set the blade shaft at a predetermined initial position, thereby reducing the tilt angle in accordance with an increase in the rotational speed of the screw.
According to a fourth aspect of the present invention, an auxiliary power mechanism that supplements the shortage of rotational power from the windmill is attached.

本発明は、以上のように構成したので、以下に示す効果を奏する。
すなわち、請求項1において、低風力状態にあってスクリューの回転動力が小さい場合には、最初は傾き角を小さくすることにより、水中移動中のブレードにおいて水から抵抗を受ける部分の断面積(以下、「抵抗断面積」とする)を減少させて、ブレードの受ける抗力を減らすことができ、スクリューの回転起動性を向上できる。スクリューが回転起動してから安定回転中は、傾き角を大きくすることにより、ブレードの押し出す水量を増加させて、十分な水流が確保できる。高風力状態にあってスクリューの回転動力が大きい場合には、傾き角を小さくせずとも、スクリューを容易に回転起動でき、スクリューが回転起動した後も、十分な水流を確保できる。そして、時間とともに回転動力が増加してスクリューが高速で回転すると、傾き角を小さくすることにより、ブレードの押し出す水量を減少させ、風力水浄化装置が水流の反力により転倒・浸水することを防止して風力水浄化装置の設置安定性を向上できる。更に、前記筒体により、スクリューの周囲の水路を通過する間に、その流路抵抗によって脈流が緩和され、しかも途中で開放されることがなく無駄に周囲に分散されず、均一で十分な量の一連の水流を確保できる。このようにして、前記角度制御機構と筒体とにより、回転起動性・設置安定性・水流安定性を向上させることができ、風力エネルギの効率的な利用が可能となる。
請求項2により、オフセット構造と戻しばねとから成る簡単な構成によって、低風力状態においても、スクリューの回転起動性を向上させつつ、十分な水流を確保することができ、装置コストの低減・メンテナンス性の向上を図ることができる。
請求項3により、オフセット構造と戻しばねとから成る簡単な構成によって、高風力状態においても、風力水浄化装置の設置安定性を向上させることができ、装置コストの低減・メンテナンス性の向上を図ることができる。
請求項4により、極めて低風力状態にあってスクリューを回転駆動できない場合でも、補助動力機構からの回転動力によってスクリューを回転駆動することができ、風力水浄化装置の常時安定駆動が可能となる。
Since this invention was comprised as mentioned above, there exists an effect shown below.
That is, in the first aspect, when the rotational power of the screw is small in a low wind force state, by first reducing the inclination angle, the cross-sectional area of the portion that receives resistance from the water in the blade that is moving in water (hereinafter referred to as the cross-sectional area) , “Resistance cross-sectional area”) can be reduced, the drag received by the blade can be reduced, and the rotational startability of the screw can be improved. During the stable rotation after the screw starts rotating, the amount of water pushed out by the blade can be increased by increasing the tilt angle, and a sufficient water flow can be secured. When the rotational power of the screw is high in a high wind force state, the screw can be easily rotated without reducing the tilt angle, and a sufficient water flow can be secured even after the screw has been rotated and activated. And when the rotational power increases with time and the screw rotates at high speed, the amount of water pushed out by the blade is reduced by reducing the tilt angle, and the wind water purification device is prevented from falling over and flooding due to the reaction force of the water flow Thus, the installation stability of the wind water purification device can be improved. Further, the cylindrical body relaxes the pulsating flow due to the flow path resistance while passing through the water channel around the screw, and is not unnecessarily dispersed to the surroundings without being released halfway, and is uniform and sufficient. A series of water streams can be secured. In this manner, the angle control mechanism and the cylinder can improve the rotation startability, the installation stability, and the water flow stability, and the wind energy can be used efficiently.
According to the second aspect of the present invention, the simple structure including the offset structure and the return spring can ensure sufficient water flow while improving the rotational startability of the screw even in a low wind force state, and can reduce and maintain the apparatus cost. It is possible to improve the performance.
According to the third aspect of the present invention, the installation stability of the wind water purification apparatus can be improved even in a high wind force state by a simple configuration including the offset structure and the return spring, and the apparatus cost can be reduced and the maintainability can be improved. be able to.
According to the fourth aspect of the present invention, even when the screw cannot be rotationally driven in an extremely low wind force state, the screw can be rotationally driven by the rotational power from the auxiliary power mechanism, so that the wind water purification device can be always driven stably.

本発明に係わる風力水浄化装置の全体構成を示す側面図である。It is a side view which shows the whole structure of the wind-water purification apparatus concerning this invention. 風車の外観図であって、図2(a)は風車の平面図、図2(b)は同じく側面図である。It is an external view of a windmill, Comprising: Fig.2 (a) is a top view of a windmill, FIG.2 (b) is a side view similarly. 伝動支持装置の側面一部断面図である。It is side surface partial sectional drawing of a transmission support apparatus. スクリューの側面一部断面図である。It is side surface sectional drawing of a screw. 低風力状態に対応するスクリューの平面図である。It is a top view of the screw corresponding to a low wind force state. 同じく側面図であって、図6(a)はブレード初期位置におけるスクリューの側面図、図6(b)はブレード立ち上がり位置におけるスクリューの側面図、図6(c)はブレード初期位置復帰時のスクリューの側面図である。FIG. 6A is a side view of the screw at the blade initial position, FIG. 6B is a side view of the screw at the blade rising position, and FIG. 6C is the screw at the time of returning to the blade initial position. FIG. 高風力状態に対応するスクリューの平面図である。It is a top view of the screw corresponding to a high wind force state. 同じく側面図であって、図8(a)はブレード初期位置におけるスクリューの側面図、図8(b)はブレード略水平位置におけるスクリューの側面図、図8(c)はブレード初期位置復帰時のスクリューの側面図である。FIG. 8A is a side view of the screw at the blade initial position, FIG. 8B is a side view of the screw at the blade substantially horizontal position, and FIG. 8C is a view when the blade is returned to the initial position. It is a side view of a screw. フローガイドの側面図である。It is a side view of a flow guide. 同じく平面図である。It is also a plan view. 別形態の風力水浄化装置の全体構成を示す側面図である。It is a side view which shows the whole structure of the wind power purification apparatus of another form.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
まず、本発明に関わる風力水浄化装置1の全体構成について、図1乃至図3により説明する。
該風力水浄化装置1は、水域の水面4上に浮かべて風車5により風力を回転動力に変換する風車ユニット2と、該回転動力によりスクリュー9を回転して水流を発生する水流発生ユニット3とにより構成され、該水流発生ユニット3は前記風車ユニット2の下方に吊設されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
First, the whole structure of the wind water purification apparatus 1 concerning this invention is demonstrated with reference to FIG. 1 thru | or FIG.
The wind water purification apparatus 1 includes a wind turbine unit 2 that floats on a water surface 4 in a water area and converts wind power into rotational power by a wind turbine 5, and a water flow generation unit 3 that generates a water flow by rotating a screw 9 with the rotational power. The water flow generating unit 3 is suspended below the wind turbine unit 2.

前記風車ユニット2においては、ステンレス・プラスチック等の中空材や木材・発泡スチロール等の中実材から成る複数のフロート12上に、板状の基台本体11を載置固定することにより、基台7が形成され、該基台本体11の平面視略中央部には、伝動支持装置6が立設される。   In the wind turbine unit 2, a base 7 is mounted by fixing a plate-like base body 11 on a plurality of floats 12 made of a hollow material such as stainless steel or plastic, or a solid material such as wood or polystyrene foam. Is formed, and the transmission support device 6 is erected at a substantially central portion in plan view of the base body 11.

該伝動支持装置6は、前記基台本体11の上面に複数のボルト13によってフランジ部14aが締結固定されたパイプ14と、該パイプ14内側の上下部にそれぞれ嵌装されたボス15・16と、該ボス15・16によって回動可能に支持される伝達軸20とから構成される。   The transmission support device 6 includes a pipe 14 in which a flange portion 14a is fastened and fixed to the upper surface of the base body 11 by a plurality of bolts 13, and bosses 15 and 16 fitted to upper and lower portions inside the pipe 14, respectively. The transmission shaft 20 is rotatably supported by the bosses 15 and 16.

伝達軸20は、上軸部20aと下軸部20bとから構成される。そして、前記上軸部20aの下端の凹部20a1に下軸部20bの先細り部20b1を下から挿入した後、前記上軸部20aの半径方向に穿孔した螺孔に、前記パイプ14側面の開口部14bからボルト21・21を螺挿し、該ボルト21・21の先端を前記先細り部20b1の側面に押圧することにより、上軸部20aと下軸部20bとを一体的に連結するようにしている。   The transmission shaft 20 includes an upper shaft portion 20a and a lower shaft portion 20b. Then, after the tapered portion 20b1 of the lower shaft portion 20b is inserted into the concave portion 20a1 at the lower end of the upper shaft portion 20a from below, the opening portion on the side surface of the pipe 14 is inserted into the screw hole drilled in the radial direction of the upper shaft portion 20a. The bolts 21 and 21 are screwed from 14b and the top ends of the bolts 21 and 21 are pressed against the side surfaces of the tapered portion 20b1, thereby integrally connecting the upper shaft portion 20a and the lower shaft portion 20b. .

前記上軸部20aの上下端部を、それぞれ、前記ボス15の軸受け17とボス16の軸受け18によって回動可能に支持した上で、シール材19を介して、上下から、それぞれ蓋体22・23を覆設し、該蓋体22・23を、それぞれ前記ボス15・16に締結固定することにより、上軸部20aがボス15・16から脱着しないようにしている。   The upper and lower ends of the upper shaft portion 20a are rotatably supported by the bearing 17 of the boss 15 and the bearing 18 of the boss 16, respectively. 23, and the lids 22 and 23 are fastened and fixed to the bosses 15 and 16, respectively, so that the upper shaft portion 20a is not detached from the bosses 15 and 16.

すなわち、伝達軸20を複数の部材である上軸部20a・下軸部20bから構成すると共に、このうちの上軸部20aのみにパイプ14との軸受け17・18を設けて抜け止めが施されているので、パイプ14への伝達軸20の組み込みが容易となり、伝動支持装置6の組立性が向上する。そして、このような伝動支持装置6の伝達軸20の上端には、前記風車5が連結されている。   That is, the transmission shaft 20 is composed of a plurality of members, that is, an upper shaft portion 20a and a lower shaft portion 20b, and only the upper shaft portion 20a is provided with bearings 17 and 18 with the pipe 14 to prevent it from coming off. Therefore, it is easy to incorporate the transmission shaft 20 into the pipe 14 and the assembly of the transmission support device 6 is improved. The wind turbine 5 is connected to the upper end of the transmission shaft 20 of the transmission support device 6.

該風車5は、前記伝達軸20と同軸上で上方に延設された縦軸25と、該縦軸25に支持される一対の羽根26・26と、該羽根26・26の上下端を挟むように配置された円盤状の天板27・底板28とから構成される。   The wind turbine 5 sandwiches the vertical axis 25 extending coaxially and upward with the transmission shaft 20, the pair of blades 26 and 26 supported by the vertical axis 25, and the upper and lower ends of the blades 26 and 26. The disk-shaped top plate 27 and bottom plate 28 are arranged in this manner.

前記縦軸25の下端には、フランジ部25bが形成され、該フランジ部25bの上面に前記底板28を載置した上で、該底板28の上方から複数のボルト24を螺挿して、底板28、フランジ部25b、及び前記上軸部20a上端のフランジ部20a2を互いに締結する。   A flange portion 25b is formed at the lower end of the vertical axis 25. After the bottom plate 28 is placed on the upper surface of the flange portion 25b, a plurality of bolts 24 are screwed from above the bottom plate 28, and the bottom plate 28 is inserted. The flange portion 25b and the flange portion 20a2 at the upper end of the upper shaft portion 20a are fastened together.

縦軸25の上端にも、フランジ部25aが形成され、該フランジ部25aの下面に前記天板27を下から当接した上で、前記フランジ部25aの上方から複数のボルト24を螺挿して、フランジ部25aに天板27を締結する。   A flange portion 25a is also formed at the upper end of the vertical axis 25. After the top plate 27 is brought into contact with the lower surface of the flange portion 25a from below, a plurality of bolts 24 are screwed from above the flange portion 25a. The top plate 27 is fastened to the flange portion 25a.

そして、前記一対の羽根26・26は、これら天板27・底板28との間に配置される。該羽根26・26は、いずれも半割状であって、その凸部側が時計方向(以下、「正転方向」とする)Fに向かうようにして、平面視で前記縦軸25を挟んだ点対称位置に配置されると共に、その内側縁26a・26aが前記縦軸25の周りに固設される。   The pair of blades 26 and 26 are disposed between the top plate 27 and the bottom plate 28. The blades 26 and 26 are both halved, and sandwich the vertical axis 25 in a plan view so that the convex side is directed in a clockwise direction (hereinafter referred to as “forward rotation direction”) F. The inner edges 26 a and 26 a are fixed around the longitudinal axis 25 while being arranged at point symmetry positions.

前記羽根26・26の上下端は、それぞれ、天板27の下面と底板28の上面に固設されており、これにより、羽根26・26の剛性を高めることができ、たとえ高風力状態で羽根26・26が高速回転しても変形しないようにして、部品寿命の向上を図っている。   The upper and lower ends of the blades 26 and 26 are fixed to the lower surface of the top plate 27 and the upper surface of the bottom plate 28, respectively, whereby the rigidity of the blades 26 and 26 can be increased. The life of the parts is improved by preventing them from being deformed even if 26 and 26 rotate at high speed.

また、前記水流発生ユニット3においては、前記伝達軸20と同軸上にスクリュー軸8が延設される。該スクリュー軸8の上端には、フランジ部8aが形成され、該フランジ部8aが、前記下軸部20b下端のフランジ部20b2に、ボルト30によって締結されている。   In the water flow generation unit 3, a screw shaft 8 extends coaxially with the transmission shaft 20. A flange portion 8 a is formed at the upper end of the screw shaft 8, and the flange portion 8 a is fastened to the flange portion 20 b 2 at the lower end of the lower shaft portion 20 b by a bolt 30.

これにより、前記羽根26・26の凹部側が風を受けると風車5が正転方向Fに回転し、その回転動力は、回転方向を変えることなく、縦軸25が連結された伝達軸20からスクリュー軸8に伝達される。そして、このようなスクリュー軸8の下端には、後述のようにして、スクリュー9が連結されると共に、該スクリュー9と前記スクリュー軸8を取り囲むようにして、フローガイド10が配設される。   As a result, when the concave side of the blades 26 and 26 receives wind, the windmill 5 rotates in the forward rotation direction F, and the rotational power is not changed from the rotation direction to the screw from the transmission shaft 20 to which the vertical axis 25 is connected. Is transmitted to the shaft 8. A screw 9 is connected to the lower end of the screw shaft 8 as described later, and a flow guide 10 is disposed so as to surround the screw 9 and the screw shaft 8.

次に、前記スクリュー9について、図4乃至図6により説明する。
該スクリュー9において、その柱状のブレード支持体40の上面に、前記スクリュー軸8下端のフランジ部8bがボルト39によって締結されると共に、ブレード支持体40の上半部の外周側面には、複数の筒状の支持凹部40aが、ブレード支持体40の回転軸心46を中心とした放射状に、等間隔で形成される。更に、ブレード支持体40の下半部は、空洞化されてスクリュー9の軽量化が図られると共に、その下端は球面に形成されてスクリュー9の回転時の抵抗抑制が図られている。
Next, the screw 9 will be described with reference to FIGS.
In the screw 9, a flange portion 8 b at the lower end of the screw shaft 8 is fastened to the upper surface of the columnar blade support body 40 by a bolt 39, and a plurality of outer peripheral side surfaces of the upper half portion of the blade support body 40 are provided on the outer peripheral side surface. Cylindrical support recesses 40 a are formed at equal intervals radially around the rotation axis 46 of the blade support 40. Further, the lower half of the blade support 40 is hollowed to reduce the weight of the screw 9 and its lower end is formed into a spherical surface to suppress resistance during rotation of the screw 9.

前記支持凹部40a内では、軸支持体43の内半部を構成するねじ部43aが、座金45を介して、前記ブレード支持体40に螺挿固定されると共に、軸支持体43の外半部を構成する軸支持筒43bには、ブレード軸41の軸本体41aが回動可能に挿入されている。   In the support recess 40 a, a screw portion 43 a constituting the inner half of the shaft support 43 is screwed and fixed to the blade support 40 via a washer 45, and the outer half of the shaft support 43. The shaft main body 41a of the blade shaft 41 is rotatably inserted into the shaft support cylinder 43b constituting the shaft.

該軸本体41aでブレード支持体40の近傍には、外径が軸本体41aよりも大きく、かつ支持凹部40aの内径と略同径であるリング状のブレード受け41bが外嵌固定される。該ブレード受け41bには、前記軸支持筒43bの周囲に巻回した捩りコイル状の戻しばね44の一端の係止部44aが係止される一方、該戻しばね44の他端は、前記軸支持筒43bに係止されている。これにより、ブレード軸41が外部からの負荷により回転軸心47を中心に回動しても、戻しばね44の弾性力により、ブレード軸41は図6(a)に示す無負荷状態の初期位置49に戻る方向に常時付勢される。   A ring-shaped blade receiver 41b having an outer diameter larger than that of the shaft main body 41a and substantially the same as the inner diameter of the support recess 40a is fitted and fixed near the blade support 40 in the shaft main body 41a. The blade receiver 41b is engaged with a locking portion 44a at one end of a torsion coil-shaped return spring 44 wound around the shaft support cylinder 43b, while the other end of the return spring 44 is connected with the shaft. It is locked to the support cylinder 43b. As a result, even if the blade shaft 41 rotates around the rotation axis 47 due to an external load, the blade shaft 41 is moved to the initial position in the no-load state shown in FIG. It is always energized in the direction returning to 49.

更に、このような軸本体41aの外端には、固定ボルト41cが螺挿され、該固定ボルト41cと、前記ブレード受け41b内縁の階段状の凹部41b1との間に取付筒部42aが着脱可能に装着される。そして、該取付筒部42aを挟んで正転方向Fの前後に、扇形状の前翼42bと後翼42cを固設することにより、ブレード42が構成されている。   Further, a fixing bolt 41c is screwed into the outer end of the shaft main body 41a, and the mounting cylinder portion 42a is detachable between the fixing bolt 41c and the stepped recess 41b1 on the inner edge of the blade receiver 41b. It is attached to. The blade 42 is configured by fixing a fan-shaped front wing 42b and a rear wing 42c before and after the forward rotation direction F across the mounting cylinder portion 42a.

以上のようにして、前記ブレード支持体40の外周には、同一水平面上で等間隔に3個の前記支持凹部40aが形成され、該支持凹部40aには、前記ブレード42を取り付けたブレード軸41が、初期位置49に戻るように常時付勢された状態で、回動可能に支承されている。   As described above, the three support recesses 40a are formed at equal intervals on the same horizontal plane on the outer periphery of the blade support 40, and the blade shaft 41 to which the blade 42 is attached is formed in the support recesses 40a. However, it is supported so as to be rotatable in a state in which it is constantly urged to return to the initial position 49.

また、このような構成からなるスクリュー9が正転方向Fに回転すると、該正転方向Fに向かって回転する3枚の前記ブレード42により水が下方に押し出され、それに伴い、スクリュー9の回転軸心46の方向に沿って、下降流34が発生する。   Further, when the screw 9 having such a configuration rotates in the forward rotation direction F, water is pushed downward by the three blades 42 rotating in the forward rotation direction F, and accordingly, the rotation of the screw 9 is rotated. A downward flow 34 is generated along the direction of the axis 46.

ここで、前記ブレード42は、正転方向Fに向かって斜め上方に傾斜しており、初期位置49に戻るように付勢された状態で、側面視でブレード42の外周縁とスクリュー9の回転面53との成す傾き角が51に設定されている。そして、このようなブレード42が水から受ける抗力の中心(以下、「抗力中心」とする)Dは、ブレード軸41の回転軸心47から、下降流34の上手側に、長さ57だけ偏移させた位置に設定される。   Here, the blade 42 is inclined obliquely upward in the forward rotation direction F and is rotated so as to return to the initial position 49 and the outer periphery of the blade 42 and the rotation of the screw 9 in a side view. The inclination angle formed with the surface 53 is set to 51. The center D of the drag that the blade 42 receives from water (hereinafter referred to as “drag center”) D is offset by a length 57 from the rotation axis 47 of the blade shaft 41 toward the upper side of the downward flow 34. Set to the moved position.

このようなオフセット構造56は、本実施例の場合、図5に示すように、前翼42bの中心角54を後翼42cの中心角55よりも大きくして、前翼42bの面積を後翼42cの面積よりも拡大することにより、前記抗力中心Dを下降流34の上手側に偏移させる構成としている。なお、前翼42bと後翼42cの形状を変えることで抗力中心Dを調整するようにしてもよく、オフセット構造56の構成は特には限定されない。   In the case of the present embodiment, such an offset structure 56 is configured such that the center angle 54 of the front wing 42b is larger than the center angle 55 of the rear wing 42c, as shown in FIG. The drag center D is shifted to the upper side of the downward flow 34 by enlarging the area 42c. The drag center D may be adjusted by changing the shapes of the front wing 42b and the rear wing 42c, and the configuration of the offset structure 56 is not particularly limited.

また、このようなオフセット構造56と前記戻しばね44とを備える角度制御機構38の動作について説明する。
低風力状態にあってスクリュー9の回転動力が小さい場合には、図6(a)に示すように、初期の傾き角51を小さく設定することにより、ブレード42の抵抗断面積を減少させ、回転起動時に水から受ける抗力P0を減らすようにしている。これにより、低風力であっても、抗力P0を容易に上回り、スクリュー9を回転起動させることができる。
The operation of the angle control mechanism 38 including the offset structure 56 and the return spring 44 will be described.
When the rotational power of the screw 9 is small in a low wind force state, as shown in FIG. 6A, the initial inclination angle 51 is set small to reduce the resistance cross-sectional area of the blade 42 and rotate. The drag P0 received from the water at startup is reduced. Thereby, even if it is a low wind force, the drag P0 can be easily exceeded and the screw 9 can be rotationally started.

該スクリュー9が回転起動してから、風車5が安定回転し始めて回転速度が増加していくと、図6(b)に示すように、前記抗力中心Dに集中する抗力もPOからP1まで増加する。そして、該抗力P1によるブレード42の傾き角増加方向へのモーメントM1が、前記戻しばね44の弾性力によるブレード42の傾き角減少方向へのモーメントM2よりも大きくなると、ブレード42の傾き角は51から増加し、両モーメントM1・M2がバランスする傾き角52で安定する。これにより、ブレード42が前記初期位置49から立ち上がり位置50まで変化して、ブレード42の押し出す水量も増加し、発生する下降流も34から34Hまで増えて十分な水量が確保できる。なお、この水量は、前記戻しばね44の弾性力を調整して傾き角52を変えることにより、自在に調整することができる。   When the wind turbine 5 starts to rotate stably and the rotational speed increases after the screw 9 starts rotating, the drag concentrated on the drag center D increases from PO to P1, as shown in FIG. 6B. To do. When the moment M1 in the increasing direction of the inclination angle of the blade 42 due to the drag force P1 becomes larger than the moment M2 in the decreasing direction of the inclination angle of the blade 42 due to the elastic force of the return spring 44, the inclination angle of the blade 42 is 51. And stabilizes at an inclination angle 52 where both moments M1 and M2 are balanced. As a result, the blade 42 changes from the initial position 49 to the rising position 50, the amount of water pushed out by the blade 42 increases, and the generated downward flow also increases from 34 to 34H, thereby securing a sufficient amount of water. The amount of water can be freely adjusted by changing the inclination angle 52 by adjusting the elastic force of the return spring 44.

その後、図6(c)に示すように、風力が低下して抗力がP1から元のP0まで減少し、該抗力P0によるモーメントM1が、前記戻しばね44によるモーメントM2よりも小さくなると、ブレード42の傾き角も52から元の51まで減少する。これにより、ブレード42が立ち上がり位置50から初期位置49に戻ると、ブレード42の押し出す水量も減少し、発生する下降流も34Hから34に戻る。   Thereafter, as shown in FIG. 6C, when the wind force decreases and the drag decreases from P1 to the original P0, and the moment M1 due to the drag P0 becomes smaller than the moment M2 due to the return spring 44, the blade 42 Also, the inclination angle decreases from 52 to the original 51. Thus, when the blade 42 returns from the rising position 50 to the initial position 49, the amount of water pushed out by the blade 42 also decreases, and the generated downward flow also returns from 34H to 34.

次に、以上のようなスクリュー9の別形態のスクリュー9Aについて、図7、図8により説明する。
該スクリュー9Aは、前記スクリュー9のブレード42を抗力中心位置の異なるブレード142に変更することにより、風力水浄化装置1を高風力状態に対応可能としたものである。
Next, another type of screw 9A as described above will be described with reference to FIGS.
The screw 9A changes the blade 42 of the screw 9 to a blade 142 having a different drag center position so that the wind water purification apparatus 1 can cope with a high wind force state.

該スクリュー9Aにおいても、戻しばね44の弾性力により、ブレード軸41は、図8(a)に示す無負荷状態の初期位置149に戻る方向に常時付勢されている。   Also in the screw 9A, the blade shaft 41 is constantly urged in a direction to return to the initial position 149 in the no-load state shown in FIG.

更に、該ブレード軸41の軸本体41aには、ブレード142の取付筒部142aが着脱可能に装着され、該取付筒部142aを挟んで正転方向Fの前後に、扇形状の前翼142bと後翼142cを固設することにより、ブレード142が構成されている。   Further, a mounting cylinder part 142a of the blade 142 is detachably attached to the shaft main body 41a of the blade shaft 41. The blade 142 is configured by fixing the rear wing 142c.

これにより、前記ブレード支持体40の外周には、同一水平面上で等間隔に形成した3個の前記支持凹部40aが形成され、該支持凹部40aには、前記ブレード142を取り付けたブレード軸41が、初期位置149に戻るように常時付勢された状態で、回動可能に支承されている。   Accordingly, three support recesses 40a formed at equal intervals on the same horizontal plane are formed on the outer periphery of the blade support 40, and a blade shaft 41 to which the blade 142 is attached is formed in the support recess 40a. In a state of being always urged so as to return to the initial position 149, it is rotatably supported.

このような構成からなるスクリュー9Aは、前記スクリュー9と同様に、前記回転軸心46を中心にして正転方向Fに回転すると、該正転方向Fに向かって回転する3枚の前記ブレード142により水が下方に押し出され、それに伴い、スクリュー9の回転軸心46の方向に沿って、下降流34Aが発生する。   Similarly to the screw 9, the screw 9 </ b> A having such a configuration rotates in the normal rotation direction F around the rotation axis 46 and rotates the three blades 142 rotating in the normal rotation direction F. As a result, water is pushed downward, and a downward flow 34 </ b> A is generated along the direction of the rotational axis 46 of the screw 9.

ここで、前記ブレード142は、正転方向Fに向かって斜め上方に傾斜しており、図8(a)に示す初期位置149では、初期位置149に戻るように付勢された状態で、側面視でブレード142の外周縁とスクリュー9Aの回転面53との成す傾き角が151に設定されている。そして、このブレード142の抗力中心DAは、ブレード軸41の回転軸心47から、下降流34Aの下手側に、長さ157だけ偏移させた位置に設定される。   Here, the blade 142 is inclined obliquely upward in the forward rotation direction F, and at the initial position 149 shown in FIG. 8A, the blade 142 is biased so as to return to the initial position 149. The inclination angle formed by the outer peripheral edge of the blade 142 and the rotating surface 53 of the screw 9A is set to 151 as viewed. The drag center DA of the blade 142 is set at a position shifted by a length 157 from the rotational axis 47 of the blade shaft 41 to the lower side of the downward flow 34A.

このようなオフセット構造156は、本実施例の場合、図7に示すように、後翼142cの中心角155を前翼142bの中心角154よりも大きくして、後翼142cの面積を前翼142bの面積よりも拡大することにより、前記抗力中心DAを下降流34Aの下手側に偏移させる構成としている。なお、前翼142bと後翼142cの形状を変えることで抗力中心DAを調整するようにしてもよく、オフセット構造156の構成は特には限定されない。   In the case of this embodiment, such an offset structure 156 makes the center angle 155 of the rear wing 142c larger than the center angle 154 of the front wing 142b so that the area of the rear wing 142c is increased as shown in FIG. The drag center DA is shifted to the lower side of the downward flow 34A by enlarging the area of 142b. The drag center DA may be adjusted by changing the shapes of the front wing 142b and the rear wing 142c, and the configuration of the offset structure 156 is not particularly limited.

また、このようなオフセット構造156と前記戻しばね44とを備える角度制御機構138の動作について説明する。
高風力状態にあってスクリュー9Aの回転動力が大きい場合には、図8(a)に示すように、たとえ初期の傾き角151が小さく設定されていなくても、抗力PA0を上回り、スクリュー9Aを正転方向Fに容易に回転起動させ、十分な下降流34Aを確保することができる。
The operation of the angle control mechanism 138 including the offset structure 156 and the return spring 44 will be described.
When the rotational power of the screw 9A is high in a high wind force state, as shown in FIG. 8A, even if the initial inclination angle 151 is not set small, the drag PA0 exceeds the drag 9A. It is possible to easily start rotation in the forward rotation direction F and to secure a sufficient downward flow 34A.

該スクリュー9Aが回転起動してから、風車5の回転速度が増加して過大になると、図8(b)に示すように、前記抗力中心DAに集中する抗力もPAOからPA1まで増加する。そして、該抗力PA1によるブレード142の傾き角減少方向へのモーメントMA1が、前記戻しばね44の弾性力によるブレード142の傾き角増加方向へのモーメントMA2よりも大きくなると、ブレード142の傾き角は151から減少し、両モーメントMA1・MA2がバランスする傾き角152で安定する。これにより、ブレード142が前記初期位置149から略水平位置150まで変化し、ブレード42の押し出す水量が減少し、発生する下降流も34Aから34ALまで減り、風力水浄化装置1が水流の反力により転倒・浸水等するのを防止できる。   When the rotational speed of the windmill 5 increases after the screw 9A starts rotating, the drag concentrated on the drag center DA increases from PAO to PA1, as shown in FIG. 8B. When the moment MA1 in the direction of decreasing the tilt angle of the blade 142 due to the drag PA1 is greater than the moment MA2 in the direction of increasing the tilt angle of the blade 142 due to the elastic force of the return spring 44, the tilt angle of the blade 142 is 151. And stabilizes at an inclination angle 152 where both moments MA1 and MA2 balance. As a result, the blade 142 changes from the initial position 149 to the substantially horizontal position 150, the amount of water pushed out by the blade 42 decreases, the generated downward flow also decreases from 34A to 34AL, and the wind water purification apparatus 1 is caused by the reaction force of the water flow. Prevents falling and flooding.

その後、図8(c)に示すように、風力が低下して抗力がPA1から元のPA0まで減少し、該抗力PA0によるモーメントMA1が、前記戻しばね44によるモーメントMA2よりも小さくなると、ブレード142の傾き角は152から元の151まで増加する。これにより、ブレード142が略水平位置150から初期位置149に戻ると、ブレード42の押し出す水量も増加し、発生する下降流も34ALから34Aに戻り、十分な下降流34Aを確保できる。   Thereafter, as shown in FIG. 8C, when the wind force decreases and the drag decreases from PA1 to the original PA0, and the moment MA1 due to the drag PA0 becomes smaller than the moment MA2 due to the return spring 44, the blade 142 The tilt angle increases from 152 to the original 151. Thereby, when the blade 142 returns from the substantially horizontal position 150 to the initial position 149, the amount of water pushed out by the blade 42 also increases, and the generated downward flow also returns from 34AL to 34A, and a sufficient downward flow 34A can be secured.

次に、前記フローガイド10について、図1、図9、図10により説明する。
該フローガイド10は、前記基台本体11の下面より垂設されると共に円周上に互いに等間隔で離間して配置される複数のステー31と、該ステー31の下部を外周側面に固設した筒体32とから構成される。
Next, the flow guide 10 will be described with reference to FIGS.
The flow guide 10 is vertically suspended from the lower surface of the base body 11 and a plurality of stays 31 that are spaced apart from each other at equal intervals on the circumference, and a lower portion of the stay 31 is fixed to an outer peripheral side surface. The cylindrical body 32 is made up of.

該筒体32の平面視略中央に前記スクリュー軸8が配置され、該スクリュー軸8に前記ブレード支持体40、ブレード軸41、及びブレード42が設けられており、前記ブレード支持体40の外周面と筒体32の内周面との間に、平面視リング状で十分な長さの水路58が設けられている。   The screw shaft 8 is disposed substantially in the center of the cylindrical body 32 in plan view, and the blade support 40, the blade shaft 41, and the blade 42 are provided on the screw shaft 8, and the outer peripheral surface of the blade support 40 And a sufficiently long water channel 58 in a ring shape in plan view is provided between the cylindrical body 32 and the inner peripheral surface of the cylindrical body 32.

これにより、最初、筒体32上方で隣り合うステー31間の隙間から筒体32の上部開口に向かって断続的に吸い込まれた吸引流33は、前記水路58を下降流34となって通過する間に、その脈流が緩和され、筒体32の下端開口からは均一な吐出流35となって流出する。この一連の水流33・34・35は、時間が経過するに従い、全体が均一で十分な量の水流へと変化していく。なお、前記筒体32の長さ36は、前記スクリュー9の最大径である直径の長さ37以上に設定するのが好ましい。該長さ37よりも短いと、流路抵抗による脈流の緩和効果が小さくなり、均一で十分な量の水流33・34・35を確保できないからである。   As a result, the suction flow 33 first sucked intermittently from the gap between the adjacent stays 31 above the cylindrical body 32 toward the upper opening of the cylindrical body 32 passes through the water channel 58 as the downward flow 34. In the meantime, the pulsating flow is relaxed and flows out as a uniform discharge flow 35 from the lower end opening of the cylindrical body 32. The series of water streams 33, 34, and 35 changes to a uniform and sufficient amount of water as the time passes. The length 36 of the cylindrical body 32 is preferably set to a diameter length 37 or more which is the maximum diameter of the screw 9. This is because if the length is shorter than the length 37, the effect of reducing the pulsating flow due to the flow path resistance is reduced, and a uniform and sufficient amount of water flow 33, 34, 35 cannot be secured.

すなわち、以上の図1乃至図10に示すような構成により、水域の水面4上に浮かべて風車5により風力を回転動力に変換する風車ユニット2と、該回転動力によりスクリュー9を回転して水流33・34・35を発生する水流発生ユニット3とを備えた風力水浄化装置1において、前記スクリュー9・9Aは、前記回転動力が伝達されるスクリュー軸8によって回転するブレード支持体40と、該ブレード支持体40の外周にブレード軸41を介して回動可能に支承されるブレード42・142とを備えると共に、該ブレード42・142とスクリュー9の回転面53との成す傾き角51・151を前記スクリュー9・9Aの回転速度に応じて自動的に増減させる角度制御機構38・138と、前記スクリュー9・9Aを取り囲む水路58をブレード支持体40との間に形成する筒体32とを設けたので、低風力状態にあってスクリュー9の回転動力が小さい場合には、最初は傾き角を小さくして51とすることにより、抵抗断面積を減少させてブレード42の受ける抗力P0を減らすことができ、スクリュー9の回転起動性を向上できる。スクリュー9が回転起動してから安定回転中は、傾き角を51から大きくして52とすることにより、ブレード42の押し出す水量を増加させて、十分な水流が確保できる。高風力状態にあってスクリュー9Aの回転動力が大きい場合には、傾き角を小さくせずとも、スクリュー9Aを容易に回転起動でき、スクリュー9Aが回転起動した後も、十分な水流を確保できる。そして、時間とともに回転動力が増加してスクリュー9Aが高速で回転すると、傾き角を151から小さくして152とすることにより、ブレード142の押し出す水量を減少させ、風力水浄化装置1が水流の反力により転倒・浸水することを防止して風力水浄化装置1の設置安定性を向上できる。更に、前記筒体32により、スクリュー9の周囲の水路58を通過する間に、その流路抵抗によって脈流が緩和され、しかも途中で開放されることがなく無駄に周囲に分散されず、均一で十分な量の一連の水流33・34・35を確保できる。このようにして、前記角度制御機構38・138と筒体32とにより、回転起動性・設置安定性・水流安定性を向上させることができ、風力エネルギの効率的な利用が可能となる。   That is, with the configuration shown in FIGS. 1 to 10, the wind turbine unit 2 that floats on the water surface 4 in the water area and converts wind power into rotational power by the wind turbine 5 and the screw 9 is rotated by the rotational power to rotate the water flow. In the wind water purification apparatus 1 including the water flow generation unit 3 that generates 33, 34, and 35, the screws 9 and 9A include a blade support 40 that is rotated by a screw shaft 8 to which the rotational power is transmitted, Blades 42 and 142 are rotatably supported on the outer periphery of the blade support 40 via a blade shaft 41, and inclination angles 51 and 151 formed by the blades 42 and 142 and the rotation surface 53 of the screw 9 are set. Angle control mechanisms 38 and 138 that automatically increase and decrease according to the rotational speed of the screws 9 and 9A, and a water channel 58 that surrounds the screws 9 and 9A Since the cylindrical body 32 formed between the blade support 40 and the blade support 40 is provided, when the rotational power of the screw 9 is small in a low wind power state, the inclination angle is first reduced to 51, By reducing the resistance cross-sectional area, the drag P0 received by the blade 42 can be reduced, and the rotational startability of the screw 9 can be improved. During the stable rotation after the screw 9 starts rotating, by increasing the inclination angle from 51 to 52, the amount of water pushed out by the blade 42 can be increased and a sufficient water flow can be secured. When the rotational power of the screw 9A is high in a high wind force state, the screw 9A can be easily rotated without reducing the inclination angle, and a sufficient water flow can be secured even after the screw 9A is rotated. When the rotational power increases with time and the screw 9A rotates at a high speed, the inclination angle is decreased from 151 to 152, thereby reducing the amount of water pushed out by the blade 142, and the wind water purification apparatus 1 is counteracting the water flow. It is possible to improve the installation stability of the wind water purification apparatus 1 by preventing falling or flooding by force. Further, the cylindrical body 32 reduces the pulsating flow due to the flow path resistance while passing through the water channel 58 around the screw 9 and is not unnecessarily dispersed to the surroundings without being released halfway. A sufficient amount of water stream 33, 34, and 35 can be secured. In this manner, the angle control mechanisms 38 and 138 and the cylindrical body 32 can improve rotational startability, installation stability, and water flow stability, and wind energy can be used efficiently.

更に、前記角度制御機構38は、前記スクリュー9回転時の水の抗力中心Dを、ブレード軸41の回転軸心47から、スクリュー9の回転軸心46方向に沿って流れる水流である下降流34の上手側に長さ57だけ偏移させるオフセット構造56と、前記ブレード軸41を軸周りに付勢して所定の初期位置49に設定する戻しばね44とを備えることにより、スクリュー9の回転速度の増加に応じて前記傾き角を51から52に増加させるので、オフセット構造56と戻しばね44とから成る簡単な構成によって、低風力状態においても、スクリュー9の回転起動性を向上させつつ、十分な水流34を確保することができ、装置コストの低減・メンテナンス性の向上を図ることができる。   Further, the angle control mechanism 38 is a downward flow 34 that is a water flow that flows along the direction of the rotation axis 46 of the screw 9 from the rotation axis 47 of the blade shaft 41 to the drag center D of the water when the screw 9 rotates. The rotation speed of the screw 9 is provided by providing an offset structure 56 that shifts by a length 57 on the upper side of the screw and a return spring 44 that urges the blade shaft 41 around the axis and sets it to a predetermined initial position 49. The inclination angle is increased from 51 to 52 in accordance with the increase in the rotation angle, so that the simple structure including the offset structure 56 and the return spring 44 can sufficiently increase the rotational startability of the screw 9 even in a low wind force state. Therefore, the water flow 34 can be secured, and the apparatus cost can be reduced and the maintainability can be improved.

加えて、前記角度制御機構138は、前記スクリュー9A回転時の水の抗力中心DAを、ブレード軸41の回転軸心47から、スクリュー9Aの回転軸心46方向に流れる水流である下降流34Aの下手側に長さ157だけ偏移させるオフセット構造156と、前記ブレード軸41を軸周りに付勢して所定の初期位置149に設定する戻しばね44とを備えることにより、スクリュー9Aの回転速度の増加に応じて前記傾き角を151から152に減少させるので、オフセット構造156と戻しばね44とから成る簡単な構成によって、高風力状態においても、風力水浄化装置1の設置安定性を向上させることができ、装置コストの低減・メンテナンス性の向上を図ることができる。   In addition, the angle control mechanism 138 has a drag force center DA of the water when the screw 9A rotates, from a rotation axis 47 of the blade shaft 41 to a downward flow 34A that is a water flow flowing in the direction of the rotation axis 46 of the screw 9A. By providing an offset structure 156 that shifts by a length 157 on the lower side and a return spring 44 that biases the blade shaft 41 around the axis and sets it to a predetermined initial position 149, the rotational speed of the screw 9A can be reduced. Since the inclination angle is decreased from 151 to 152 in accordance with the increase, the installation stability of the wind water purification apparatus 1 can be improved even in a high wind state by a simple configuration including the offset structure 156 and the return spring 44. It is possible to reduce the apparatus cost and improve the maintainability.

なお、以上述べたスクリュー9・9Aでは、下降流34・34Aが発生するが、各ブレード42・142を、ブレード軸41の回転軸心47を中心にして上下反転させ、前記正転方向Fに向かって斜め下方に傾斜させることにより、上昇流を発生させることができる。そして、この場合も、前述した角度制御機構38・138と同様の構成と作用により、低風力状態におけるスクリューの回転起動性、高風力状態における風力水浄化装置1の設置安定性を向上させることができるのである。   In the screw 9 and 9A described above, the downflows 34 and 34A are generated, but the blades 42 and 142 are turned upside down around the rotation axis 47 of the blade shaft 41 in the forward rotation direction F. An upward flow can be generated by inclining obliquely downward. And also in this case, the rotational stability of the screw in the low wind state and the installation stability of the wind water purification apparatus 1 in the high wind state can be improved by the same configuration and action as the angle control mechanisms 38 and 138 described above. It can be done.

次に、以上のような風力水浄化装置1の別形態の風力水浄化装置1Aについて、図11により説明する。なお、図11の矢印Lで示す方向を風力水浄化装置1Aの左方向とし、以下で述べる各部材の位置や方向等はこの左方向を基準とするものである。   Next, another embodiment of the wind water purification apparatus 1A as described above will be described with reference to FIG. The direction indicated by the arrow L in FIG. 11 is the left direction of the wind water purification apparatus 1A, and the positions and directions of the members described below are based on the left direction.

該風力水浄化装置1Aは、前記風力水浄化装置1の風車ユニット2からの回転動力の不足分を、新たに設けた補助動力ユニット59からの回転動力により補ったものであり、水域の水面4上に浮かべて風車5によって風力を回転動力に変換する風車ユニット2Aと、スクリュー9を回転して水流を発生する前記水流発生ユニット3と、該水流発生ユニット3に対して補助の回転動力を供給する前記補助動力ユニット59とにより構成される。   The wind water purification apparatus 1A compensates the shortage of the rotational power from the wind turbine unit 2 of the wind water purification apparatus 1 by the rotational power from the newly provided auxiliary power unit 59, and the water surface 4 in the water area. A windmill unit 2A that floats upward and converts wind power into rotational power by the windmill 5; the water flow generation unit 3 that generates a water flow by rotating a screw 9; and auxiliary rotational power is supplied to the water flow generation unit 3 And the auxiliary power unit 59.

そして、前記風力水浄化装置1の複数のフロート12を右方に増設して連結し、その上に、拡張した基台本体11Aを載置固定することにより、基台7Aが形成され、該基台7A上の左右に、前記風車ユニット2Aと補助動力ユニット59とが並設されている。   A plurality of floats 12 of the wind water purification apparatus 1 are added and connected to the right, and an expanded base body 11A is placed and fixed thereon, thereby forming a base 7A. The windmill unit 2A and the auxiliary power unit 59 are juxtaposed on the left and right on the base 7A.

該補助動力ユニット59は、風車ユニット2Aの伝動支持装置6Aに補助の回転動力を出力する電動モータ62、該電動モータ62に電力を供給するバッテリ63、該バッテリ63に充電する電力を供給する発電機60・太陽光パネル61、及び前記電動モータ62・発電機60の駆動を制御するコントローラ64を備える。   The auxiliary power unit 59 includes an electric motor 62 that outputs auxiliary rotational power to the transmission support device 6A of the wind turbine unit 2A, a battery 63 that supplies electric power to the electric motor 62, and power generation that supplies electric power to charge the battery 63. And a controller 64 for controlling the driving of the electric motor 62 and the generator 60.

このうちの電動モータ62において、クラッチ66を介して左方に延設された出力軸67の先部にはベベルギア68が固設され、該ベベルギア68は前記伝達軸20に外嵌固定されたベベルギア65に噛合されており、電動モータ62から出力された回転動力が、出力軸67からベベルギア対65・68を介して、断接可能に伝達軸20に入力され、電動モータ62からの回転動力によっても、スクリュー軸8を介してスクリュー9を回転駆動できるようにしている。   In the electric motor 62, a bevel gear 68 is fixed to a tip portion of an output shaft 67 extending leftward via a clutch 66, and the bevel gear 68 is externally fixed to the transmission shaft 20. 65, and the rotational power output from the electric motor 62 is input to the transmission shaft 20 from the output shaft 67 through the bevel gear pair 65 and 68 so as to be connectable and disconnectable. In addition, the screw 9 can be rotationally driven via the screw shaft 8.

前記伝達軸20には、風車ユニット2Aによる回転動力の発生状況を検知するための回転数センサ70が設けられ、該回転数センサ70は前記コントローラ64に接続されており、該回転数センサ70からの回転数信号に基づいて、コントローラ64から電動モータ62に対して駆動・停止信号が送信されるようにしている。   The transmission shaft 20 is provided with a rotational speed sensor 70 for detecting the state of generation of rotational power by the windmill unit 2 </ b> A, and the rotational speed sensor 70 is connected to the controller 64. Based on the rotation number signal, a drive / stop signal is transmitted from the controller 64 to the electric motor 62.

更に、前記バッテリ63には、該バッテリ63の残存電力量を検知するための電力計71が設けられ、該電力計71も前記コントローラ64に接続されており、該電力計71からの残存電力信号に基づいて、コントローラ64から発電機60に対して発電・停止信号が送信されるようにしている。   Further, the battery 63 is provided with a wattmeter 71 for detecting the remaining power amount of the battery 63, and the wattmeter 71 is also connected to the controller 64, and a remaining power signal from the wattmeter 71 is provided. Based on the above, a power generation / stop signal is transmitted from the controller 64 to the generator 60.

このような構成において、回転数センサ70により高風力状態にあることが判明し、水流発生ユニット3に対して補助の回転動力を供給する必要がない場合は、コントローラ64からクラッチ66に対してクラッチ「切」信号を送信し、補助動力ユニット59と伝達軸20との接続を遮断して、風車ユニット2Aからの回転動力のみでスクリュー9を回転駆動させる。   In such a configuration, when it is determined by the rotational speed sensor 70 that there is a high wind power state and it is not necessary to supply auxiliary rotational power to the water flow generation unit 3, the controller 64 applies the clutch 66 to the clutch 66. An “OFF” signal is transmitted, the connection between the auxiliary power unit 59 and the transmission shaft 20 is cut off, and the screw 9 is driven to rotate only by the rotational power from the windmill unit 2A.

回転数センサ70により低風力状態にあることが判明し、水流発生ユニット3に対して補助の回転動力を供給する必要がある場合は、コントローラ64から前記クラッチ66にクラッチ「入」信号を送信すると共に、電動モータ62に対して駆動信号を送信し、補助動力ユニット59から伝達軸20に回転動力を伝達して、風車ユニット2A・補助動力ユニット59の両ユニットからの回転動力でスクリュー9を回転駆動させる。   When it is determined by the rotational speed sensor 70 that the wind force is low and it is necessary to supply auxiliary rotational power to the water flow generation unit 3, a clutch “ON” signal is transmitted from the controller 64 to the clutch 66. At the same time, a drive signal is transmitted to the electric motor 62, and rotational power is transmitted from the auxiliary power unit 59 to the transmission shaft 20, and the screw 9 is rotated by rotational power from both the wind turbine unit 2A and the auxiliary power unit 59. Drive.

前記電動モータ62の電源については、通常の場合は、太陽光パネル61からの電力だけでバッテリ63に十分な電力が充電されるようにしておく。そして、曇天・雨天時等のせいで必要な太陽光が得られず、しかも、バッテリ63の残存電力量が制限電力量を下回ったことが電力計71により判明した場合は、コントローラ64から発電機60に対して発電信号が送信されて発電機60が駆動され、バッテリ63に十分な電力が供給される。   About the power supply of the said electric motor 62, sufficient electric power is charged to the battery 63 only with the electric power from the solar panel 61 normally. If the wattmeter 71 reveals that the necessary sunlight cannot be obtained due to cloudy or rainy weather and the remaining power amount of the battery 63 is lower than the limit power amount, the controller 64 generates a generator. A power generation signal is transmitted to 60, the generator 60 is driven, and sufficient power is supplied to the battery 63.

なお、本実施例では、発電機60を設けているが、風力水浄化装置1Aを配置する水域の日照時間が十分に長い等のため、太陽光パネル61だけでバッテリ63に十分な電力を常時充電できる場合には、この発電機60を省略することができる。   In this embodiment, the generator 60 is provided. However, since the sunshine time of the water area where the wind water purification apparatus 1A is disposed is sufficiently long, sufficient power is always supplied to the battery 63 using only the solar panel 61. When the battery can be charged, the generator 60 can be omitted.

すなわち、前記風車5からの回転動力を補う補助動力機構である補助動力ユニット59を付設するので、極めて低風力状態にあってスクリュー9を回転駆動できない場合でも、補助動力ユニット59からの回転動力によってスクリュー9を回転駆動することができ、風力水浄化装置1Aの常時安定駆動が可能となる。   That is, since the auxiliary power unit 59 that is an auxiliary power mechanism that supplements the rotational power from the wind turbine 5 is attached, even if the screw 9 cannot be driven to rotate in an extremely low wind force state, the rotational power from the auxiliary power unit 59 The screw 9 can be rotationally driven, so that the wind water purification apparatus 1A can be always driven stably.

本発明は、水域の水面上に浮かべて風車によって風力を回転動力に変換する風車ユニットと、該回転動力によりスクリューを回転して水流を発生する水流発生ユニットとを備えた、全ての風力水浄化装置に適用することができる。   The present invention includes a windmill unit that floats on the water surface of a water area and converts wind power into rotational power by the windmill, and a water flow generation unit that generates a water flow by rotating a screw by the rotational power. It can be applied to the device.

1・1A 風力水浄化装置
2 風車ユニット
3 水流発生ユニット
4 水面
5 風車
9・9A スクリュー
8 スクリュー軸
32 筒体
33・34・35 水流
34・34A 下降流(水流)
38・138 角度制御機構
40 ブレード支持体
41 ブレード軸
42・142 ブレード
44 戻しばね
46 スクリューの回転軸心
47 ブレード軸の回転軸心
51・52・151・152 傾き角
53 回転面
56・156 オフセット構造
58 水路
59 補助動力ユニット(補助動力機構)
D・DA 抗力中心
1.1A Wind water purification device 2 Wind turbine unit 3 Water flow generation unit 4 Water surface 5 Wind turbine 9 / 9A Screw 8 Screw shaft 32 Cylindrical body 33/34/35 Water flow 34 / 34A Downflow (water flow)
38/138 Angle control mechanism 40 Blade support 41 Blade shaft 42/142 Blade 44 Return spring 46 Screw rotation axis 47 Blade shaft rotation axis 51/52/151/152 Inclination angle 53 Rotation surface 56/156 Offset structure 58 Waterways 59 Auxiliary power unit (auxiliary power mechanism)
D / DA Drag center

Claims (4)

水域の水面上に浮かべて風車により風力を回転動力に変換する風車ユニットと、該回転動力によりスクリューを回転して水流を発生する水流発生ユニットとを備えた風力水浄化装置において、前記スクリューは、前記回転動力が伝達されるスクリュー軸によって回転するブレード支持体と、該ブレード支持体の外周にブレード軸を介して回動可能に支承されるブレードとを備えると共に、該ブレードとスクリューの回転面との成す傾き角を前記スクリューの回転速度に応じて自動的に増減させる角度制御機構と、前記スクリューを取り囲む水路をブレード支持体との間に形成する筒体とを設けたことを特徴とする風力水浄化装置。   In the wind water purification apparatus comprising a wind turbine unit that floats on the surface of the water area and converts wind power into rotational power by the wind turbine, and a water flow generation unit that generates a water flow by rotating the screw by the rotational power, the screw is A blade support that is rotated by a screw shaft to which the rotational power is transmitted; and a blade that is rotatably supported on the outer periphery of the blade support via the blade shaft; An angle control mechanism that automatically increases or decreases an inclination angle formed by the screw according to a rotational speed of the screw, and a cylindrical body that forms a water channel that surrounds the screw between a blade support and a wind power Water purification device. 前記角度制御機構は、前記スクリュー回転時の水の抗力中心を、ブレード軸の回転軸心から、スクリューの回転軸心方向に沿って流れる水流の上手側に偏移させるオフセット構造と、前記ブレード軸を軸周りに付勢して所定の初期位置に設定する戻しばねとを備えることにより、スクリューの回転速度の増加に応じて前記傾き角を増加させることを特徴とする請求項1に記載の風力水浄化装置。   The angle control mechanism includes an offset structure that shifts the drag center of water when the screw rotates from the rotation axis of the blade shaft toward the upper side of the water flow that flows along the direction of the rotation axis of the screw, and the blade shaft. The wind power according to claim 1, wherein the inclination angle is increased in accordance with an increase in the rotational speed of the screw by providing a return spring that biases the shaft around the axis and sets the spring at a predetermined initial position. Water purification device. 前記角度制御機構は、前記スクリュー回転時の水の抗力中心を、ブレード軸の回転軸心から、スクリューの回転軸心方向に流れる水流の下手側に偏移させるオフセット構造と、前記ブレード軸を軸周りに付勢して所定の初期位置に設定する戻しばねとを備えることにより、スクリューの回転速度の増加に応じて前記傾き角を減少させることを特徴とする請求項1に記載の風力水浄化装置。   The angle control mechanism includes an offset structure that shifts the center of the drag force of the water when the screw rotates from the rotation axis of the blade shaft toward the lower side of the water flow that flows in the direction of the rotation axis of the screw, and the blade shaft. 2. The wind water purification according to claim 1, wherein the inclination angle is decreased according to an increase in the rotational speed of the screw by providing a return spring that is biased around and set to a predetermined initial position. apparatus. 前記風車からの回転動力の不足分を補う補助動力機構を付設することを特徴とする請求項1から請求項3のうちのいずれか一項に記載の風力水浄化装置。   The wind power purification apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising an auxiliary power mechanism that supplements a shortage of rotational power from the windmill.
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