JP2013130110A - 流体機械および流体プラント - Google Patents
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Abstract
【課題】 河川や用水路等の流れの運動エネルギーを、効果的に集水増速させ大幅な出力向上を可能とし、ダムや導水管等の工事が不要で設置が容易な、低コストかつ環境に優しい流体機械および流体プラントを実現する。
【解決手段】
相対流れのある流体中に配されるものであり、吸入口に対し排出口の幅方向を大きくした形状のディフューザケーシングと、このディフューザケーシング内側に配した動力発生装置とを具備する流体機械である。
【選択図】 図1
Description
前記両特許文献記載の発明は、水深が比較的浅く中低速の河川に設置して使用できる、高効率の流体機械や流体プラントには適していないという課題があった。
[請求項1〜5の発明]
相対流れのある流体中に配されたディフューザケーシングは、吸入口近傍の圧力が、排出口の圧力よりも低下する。排出口の圧力はディフューザケーシング外部の圧力とほぼ等しくなるため、吸入口近傍の流速は集水増速されてディフューザケーシング外部の流速よりも速くなる。
排出口に対し吸入口の断面積を大きくした形状のノズルを、ディフューザケーシング吸入口に備えることで、ディフューザケーシングのみの場合に比べ集水増速作用が向上する。
ディフューザケーシング排出口の外側の、全周または一部または複数部にフランジを備えることで、フランジによりディフューザケーシング排出口に低圧領域がより強く形成され、ディフューザケーシング吸入口の静圧がより低下することで増速効果が大きくなるため、ディフューザケーシングのみの場合に比べ増速作用が向上する。
排出口に対し吸入口の断面積を大きくした形状のノズルを、ディフューザケーシング吸入口に備え、ディフューザケーシング排出口の外側の、全周または一部または複数部にフランジを備えることで、ディフューザケーシングのみの場合に比べ大幅な集水増速効果が得られ、ノズルまたはフランジのみを付加した場合より集水増速効果は大きい。
流体発電装置単体では水深や流速により取り出せる流れのエネルギーに制限があるが、流体発電装置を複数個組み合わせて並列運転することで、流体プラントとして大容量のエネルギーを生成できる。
軸流羽根車に、最少摩擦係数および耐食性を実現するフッ素樹脂加工を施すことで、回転効率および耐食性が向上する。
ディフューザケーシングに繊維強化プラスチック材を用いることで、軽量、高強度、腐食防止を実現できる。
発電機として水中仕様の永久磁石発電機を適用することで、防水性能の大幅な向上および外部電源無しでの発電が実現できる。また、動力発生装置によって生じた動力エネルギーを伝達する動力伝達部(シャフト等)に、発電機を直接またはギアを介し結合することができるため、動力伝達機構が比較的簡単な構造となり、軽量化およびコスト低減が実現できるという利点もある。
これらの図に示すように、この流体機械(水車発電装置)21は、ディフューザケーシング1、ノズル2、フランジ3(図1と図2では上方向フランジ3a、幅方向フランジ3bより成る)により構成されるケーシング22内に、動力発生装置として複数個の羽根5から構成される軸流羽根車4、軸流羽根車4によって生じた動力を伝達する機構としてシャフトおよびシャフトを支持するベアリング等からなる第一動力伝達部9a、かさ歯車10、シャフトおよびシャフトを支持するベアリング等からなる第二動力伝達部9bを備え、ケーシング22の上方向6aに動力エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機11を有する。
(1) 第一の実施例の構成(ノズル無し(nozzle X)、フランジ無し(flange X))によると、1.72倍の増速(出力は5.1倍)。
(2) 第二の実施例の構成(ノズル有り(nozzle ○)、フランジ無し(flange X))によると、2.01倍の増速(出力は8.1倍)。
(3) 第三の実施例の構成(ノズル無し(nozzle X)、フランジ(flange) 200 [mm])によると、1.83倍の増速(出力は6.1倍)。
(4) 第四の実施例の構成(ノズル有り(nozzle ○)、フランジ(flange) 200 [mm])によると、2.34倍の増速(出力は12.8倍)。
いずれの場合も大幅に増速され、開水路等の流れエネルギーをケーシング22を用いることなく自然流下状態で増速せずに軸流羽根車4を回す場合に比べ、5.1〜12.8倍と大幅に出力が向上していることが分かる。
2 ノズル
3 フランジ
3a 上方向フランジ
3b 幅方向フランジ
3c 下方向フランジ
4 軸流羽根車
5 羽根
5a 羽根(翼)の断面形状
6a 上方向
6b 下方向
6c 幅方向
7a 吸入口
7b 排出口、排出側
8 排出口外側
9a 第一動力伝達部
9b 第二動力伝達部
10 かさ歯車
11 発電機
12 支脚
13 支柱
21 流体機械
22 ケーシング
Claims (23)
- 相対流れのある流体中に配されるものであり、吸入口に対し排出口の幅方向を大きくした形状のディフューザケーシングと、前記ディフューザケーシング内側に配した動力発生装置とを具備する流体機械。
- 相対流れのある流体中に配されるものであり、吸入口に対し排出側の高さを略一定とし、幅方向を大きくした形状のディフューザケーシングと、前記ディフューザケーシング内側に配した動力発生装置とを具備する流体機械。
- 相対流れのある流体中に配されるものであり、ディフューザケーシング内側に動力発生装置を備えた流体機械において、前記動力発生装置は、翼の断面形状が一方の面が対となる面に比べて膨らみが大きい断面形状である複数個の羽根を有する軸流羽根車であることを特徴とする、流体機械。
- 相対流れのある流体中に配されるものであり、吸入口に対し排出口の幅方向を大きくした形状のディフューザケーシングと、前記ディフューザケーシング内側に動力発生装置を備えた流体機械において、前記動力発生装置は、揚力を発生する複数個の羽根を有する軸流羽根車であることを特徴とする、流体機械。
- 相対流れのある流体中に配されるものであり、吸入口に対し排出側の高さを略一定とし、幅方向を大きくした形状のディフューザケーシングと、前記ディフューザケーシング内側に動力発生装置を備えた流体機械において、前記動力発生装置は、揚力を発生する複数個の羽根を有する軸流羽根車であることを特徴とする、流体機械。
- 排出口に対し吸入口の断面積を大きくした形状のノズルを、前記ディフューザケーシング吸入口に備えた、前記請求項1ないし5のいずれかに記載の流体機械。
- 相対流れのある流体中に配されるものであり、ディフューザケーシング内側に動力発生装置を備えた流体機械において、排出口に対し吸入側の高さを略一定とし幅方向を大きくした形状のノズルを、前記ディフューザケーシング吸入口に備えることを特徴とする、流体機械。
- 前記ディフューザケーシング排出口の外側の、全周または一部または複数部にフランジを備えた、前記請求項1ないし5のいずれかに記載の流体機械。
- 相対流れのある流体中に配されるものであり、ディフューザケーシング内側に動力発生装置を備えた流体機械において、前記ディフューザケーシング排出口の外側の、幅方向および上方向にフランジを備えることを特徴とする、流体機械。
- 相対流れのある流体中に配されるものであり、ディフューザケーシング内側に動力発生装置を備えた流体機械において、前記ディフューザケーシング排出口の外側の、幅方向および下方向にフランジを備えることを特徴とする、流体機械。
- 相対流れのある流体中に配されるものであり、ディフューザケーシング内側に動力発生装置を備えた流体機械において、前記ディフューザケーシング排出口の外側の、幅方向にフランジを備えることを特徴とする、流体機械。
- 相対流れのある流体中に配されるものであり、ディフューザケーシング内側に動力発生装置を備えた流体機械において、前記ディフューザケーシング排出口の外側の、上方向または下方向にフランジを備えることを特徴とする、流体機械。
- 排出口に対し吸入口の断面積を大きくした形状のノズルを、前記ディフューザケーシング吸入口に備え、前記ディフューザケーシング排出口の外側の、全周または一部または複数部にフランジを備えた、前記請求項1ないし5のいずれかに記載の流体機械。
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- 前記軸流羽根車がフッ素樹脂加工を施したものであることを特徴とする、前記請求項3ないし5のいずれかに記載の流体機械。
- 前記ディフューザケーシングが繊維強化プラスチック材であることを特徴とする、前記請求項6ないし7のいずれかに記載の流体機械。
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