JP2013127234A

JP2013127234A - 上掛け水車

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Publication number: JP2013127234A
Application number: JP2011277748A
Authority: JP
Inventors: Osamu Nagao; 納長尾
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-12-19
Filing date: 2011-12-19
Publication date: 2013-06-27
Anticipated expiration: 2031-12-19
Also published as: JP5146973B1

Abstract

【課題】水車の大型化を極力抑制しながら高出力が得られる上掛け水車を提供する。
【解決手段】水車羽根１５を回転方向とは逆方向に寝かせ、かつ、水車羽根１５の上部５ｂと下部１５ａのなす角を１３５度〜１５５度の範囲に設定し、上部１５ｂの回転方向の逆方向の寝かせ角を下部１５ａより大きくしてなる上掛け水車である。この上掛け水車においては、下部１５ａの取付角を放射軸線Ｌに対して７５度から５０度の範囲に設定するのがよく、また水車羽根１５の先端に水留め堰１７が設けられるのがよりよい。
【選択図】図１

Description

本発明は上掛け水車に関する。さらに詳しくは、高出力が得られる上掛け水車に関する。

従来より、落水を受けて回転し、その回転力を発電や製粉などに利用する上掛け水車が知られている。図４に、その一例を示す。

図４に示す水車では、対向する一対（図では一方のみを示す。）の輪板１の内周部に水車底板２が設けられ、水車底板２の周りに所要数の水車羽根３，３，３，・・・が放射軸線に対して等角度でそれぞれ等間隔に配設されて水車本体が形成され、水車本体は水車本体に設けられた支持部材５を介して回転軸６に固定されている。

輪板１、水車底板２および水車羽根３，３，３，・・・がかかる位置関係にて配設されているところから、輪板１と隣接する水車羽根３，３と水車底板２とによりバケット４が形成される。

しかして、前記構成の上掛け水車によると、落水によりバケット４に水が溜まると、落水力とバケット４に溜められた水の自重により、水車本体は落水方向に回転を始める。ついで、その回転とともに後続のバケット４に順次水が溜まり、同様の作用が繰り返されることで水車本体は回転を持続する。また、水車本体の回転につれて下方に移動したバケット４からは水が水路（図示省略）に放出され、その水量が減少していく。

なお、かかる上掛け水車の他の例が特許文献１に示されている。

しかしながら、前記従来の水車本体では、バケット４の貯留容積が小さいため、自重による回転力付与には限界が生じており、製粉などでは問題はないものの、大出力を必要とする発電用に適用するには無理があるという問題がある。

特開２００５−３３０９１９号公報

本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、水車の外形大型化を極力抑制しながら高出力が得られる上掛け水車を提供することを目的としている。

本発明の上掛け水車は、水車羽根を回転方向とは逆方向に寝かせ、かつ、水車羽根の上部と下部のなす角を１３５度〜１５５度の範囲に設定し、上部の回転方向の逆方向の寝かせ角を下部より大きくしてなることを特徴とする。

本発明の上掛け水車においては、下部の取付角を放射軸線に対して７５度から５０度の範囲に設定するのが好ましい。

また、本発明の上掛け水車においては、水車羽根の先端に水留め堰が設けられてなるのが好ましい。

さらに、本発明の上掛け水車においては、輪板がドーナツ板状とされ、その内径を小さくすることにより、バケットの貯留水量の増大が図られてなるのが好ましい。

本発明の上掛け水車は、前記の如く構成されているので、上掛け水車の外形の大型化を回避しながら、出力の増大が図られるという優れた効果が得られる。

水車羽根の先端に水留め堰が設けられた本発明の好ましい形態においては、バケット内の貯留水の減少を遅らせることができて、出力のより一層の増大が図られるという優れた効果が得られる。

本発明の一実施形態に係る上掛け水車の中央縦断面図である。本発明の他の例の水車羽根の概略図である。本発明のさらに他の例の水車羽根の先端部概略図である。従来の上掛け水車の図１相当図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではない。

図１に、本発明の一実施形態に係る上掛け水車（以下、単に水車という）の中央縦断面図を示す。

水車は、水車本体１０と、水車本体１０に一体的に配設された支持部材１１と、支持部材１１の中央に水車本体１０と直交方向に突出させて配設された回転軸１２とを主要構成要素として備えてなるものとされ、水車本体１０の回転に連れて回転軸１２が回転するようにされている。

水車本体１０は、対向する一対（図では一方のみを示す。）の輪板１３，１３と、水車底板１４と、等間隔で配設された所要数の水車羽根１５，１５，１５，・・・とを含むものとされる。

輪板１３は、例えばドーナツ円板状とされ、そのサイズは、所望出力が得られる貯留水量となるよう大型化されている。つまり、図示のように、内径を従来のものより小さくすることにより、輪板１３の外寸を従来と同様にしながら貯留水量の増大が図られている。ここで、内径／外径との比は、例えば２／５〜３／５の範囲となるようにされる。

水車底板１４は、例えば円筒状または多角形の筒状とされる。多角形の角数は、図示のように、水車羽根１５の数に一致させられている。この水車底板１４の両端部に輪板１３，１３が水密に嵌合される。

水車羽根１５は、基端が水車底板１４の外周に水密に接合され、側端が輪板１３内面に水密に接合され、それによりバケット１６が形成される。

水車羽根１５の枚数は、図示例では１８枚とされ、その各々が等角度で取り付けられている。

水車羽根１５の形状は、図示例では、中央から上半分が回転方向とは逆方向の寝かせ角度が大きくされて「く」の字状を呈するようにされている。ただし、水車羽根１５の形状は「く」の字状に限定されるものではなく、図２に示すように、角部が円弧状とされてもよい。

なお、上部１５ｂの寝かせ開始位置は、厳密に中央に限定されるものではなく、中央付近であれはよい。つまり、中央から前後一割程度の裕度を認めることができる。

上部１５ｂを寝かせる角度は、上部１５ｂと下部１５ａとのなす角θ２が、１４５度〜１５５度の範囲となるようにされている。また、下部１５ａの寝かせ角、つまり取付角θ１、つまり放射軸線Ｌに対するなす角が、４５度〜５５度の範囲となるようにされている。

図示は省略するが、水車羽根１５の枚数を１２枚とした場合には、上部１５ｂと下部１５ａとのなす角θ２が、１３５度〜１４５度の範囲となるようにされている。また、下部１５ａの寝かせ角θ１、つまり放射軸線Ｌに対するなす角が、６５度〜７５度の範囲となるようにされている。また、水車羽根１５の枚数を１６枚とした場合には、上部１５ｂと下部１５ａとのなす角θ２が、１４０度〜１５０度の範囲となるようにされている。また、下部１５ａの寝かせ角θ１、つまり放射軸線Ｌに対するなす角が、５０度〜６０度の範囲となるようにされている。

このようにするのは、落水の取り込みの効率の向上を図るとともに、貯留水の保持時間を長くするためである。

なお、水車羽根１５の数は偶数に限定されるものではなく、上部１５ｂと下部１５ａとのなす角θ２および下部１５ａの寝かせ角θ１、つまり放射軸線Ｌに対するなす角を適宜設定することにより、奇数枚とすることもできる。

さらに、放水の開始を遅らせるため、例えば図１に示すように、水車羽根１５の先端に接線方向（回転方向とは逆方向）に水留め堰１７を設けるようにされてもよい。この場合、水留め堰１７の幅（接線方向の長さ）は、バケット１６内に落水が容易に流入できるよう、隣り合う水車羽根１５，１５間の周端部間距離の三分の一程度とするのが好ましい。

しかして、例えば図１に示すような落水路１８からの落水によりバケット１６に水が貯留されると、落水力とバケット１６に貯留された水の自重により、水車本体１０は落水方向に回転を始める。その回転にともなって後続のバケット１６が順次貯留されて回転が持続される。

バケット１６は、前述したようにその容量が増大させられているので、バケット１６内の貯留水の自重も増加し、水車本体１０の回転力、つまり出力は増大することになる。そのとき、バケット１６内の貯留水量は、回転角度が増大し、その値が一定量以上になると減少し始める。しかしながら、水車羽根１５の上部１５ｂの寝かせ角が下部１５ａより大きくされているので、バケット１６内の貯留水量の減少は穏やかである。その結果、水車本体１０の出力の増大がより一層図られる。

水留め堰１７が設けられた本発明の好ましい実施形態においては、バケット１６内の貯留水の水位Ｓ２を水留め堰１７がない場合の水位Ｓ１に比して高くすることができるとともに、バケット１６内の貯留水の減水開始を送られせることができ、より一層の出力の増大が図られる。
したがって、この水車を発電機に接続すれば、発電量の増大が期待される。

以上、本発明を実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではなく、種々改変が可能である。

例えば、本実施形態では、輪板１３を水車底板１４に嵌合することにより一体化するようにされているが、水車底板１４の端面を輪板１３内面に水密に接合することにより一体化するようにされてもよい。

また、図３に示すように、水留め堰１７の水車羽根１５への取付部を円弧状とすることもできる。

本発明の上掛け水車は、高出力が得られるので、自然河川を利用した水力発電に適用が可能である。

１０水車本体
１３輪板
１４水車底板
１５水車羽根
１６バケット
１７水留め堰
Ｌ放射軸線
θ１下部の取付角
θ２下部と上部のなす角
Ｓ１，Ｓ２水位

本発明は、上掛け水車において、前記水車本体は、対向する一対の輪板の内周部に水車底板が設けられ、該水車底板の周りに所要数の水車羽根が放射軸線に対して等角度でそれぞれ等間隔に配設され、前記水車羽根を回転方向とは逆方向に寝かせ、かつ、前記水車羽根の内周端の取付角度と、前記水車羽根の内周端と外周端との間の中央部の取付角度とのなす角を１３５度〜１５５度の範囲に設定し、前記内周端の取付角を放射軸線に対して７５度から４５度の範囲に設定することを特徴とする。

Claims

上掛け水車において、水車羽根を回転方向とは逆方向に寝かせ、かつ、水車羽根の上部と下部のなす角を１３５度〜１５５度の範囲に設定し、上部の回転方向の逆方向の寝かせ角を下部より大きくしてなることを特徴とする上掛け水車。
下部の取付角を放射軸線に対して７５度から４５度の範囲に設定することを特徴とする請求項１記載の上掛け水車。
水車羽根の先端に水留め堰が設けられてなることを特徴とする請求項１記載の上掛け水車。
輪板がドーナツ板状とされ、その内径を小さくすることにより、バケットの貯留水量の増大が図られてなることを特徴とする請求項１記載の上掛け水車。