JP2013139761A

JP2013139761A - 笠被り水車

Info

Publication number: JP2013139761A
Application number: JP2012013506A
Authority: JP
Inventors: Masahito Saito; 雅人斉藤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-01-05
Filing date: 2012-01-05
Publication date: 2013-07-18

Abstract

【課題】わが国に最も適した、再生可能エネルギーである、海流、潮流および流水による発電を行う為に、適した、水車が存在せず、従って、海流、潮流による発電は現段階では実用として存在しない状況にある。流水による発電も、実用化されているとは言いがたい。この問題を解決する事は、国家的、重要事項である。
【解決手段】図２に示す様に、回転中心軸を有する、円筒状の回転体の外側に、ヒンジを中心として回転可能な円弧状水受羽根を設置し、頂上部での逆転トルクを減少させると共に、水受羽根が流水に対行する側では閉じ、流水に巡行する側では流水に垂直な位置で固定される様、ストッパーを設置する事により、流水を効果的に受け止め、高効率な水車とする事が可能となる、と共に、海流や潮流及び流水中で動力を得る事を可能とした水車。頂点で、円弧状水車羽根が、水車に被る様な形となる為、笠被り水車と命名する。
【選択図】図２

Description

本発明は、水車に関するものであり、水受羽根の形状と、水受羽根を水車本体へ取付ける方法に工夫を加える事によって、水車の活用範囲を大幅に拡大する事を可能としたものである。

水車には、一般に、ペルトン型、フランシス型、カプラン型等があり、夫々の、使用目的と条件により使い分けられている。また、風杯風速計のように、流体受羽根の表裏の抵抗差を利用して、回転力を得る様なものもあるが、強い出力を得る事には不向きで、主に計測器等に利用されている。

従来の水車では、落差や流量により設置条件が厳しく制約を受け、海流や潮流、流水に対して、効果的な動力取出し能力を期待する事は出来ない。本発明は、再生可能エネルギーとしての、海流や潮流および流水より、効果的に大きなエネルギーを取出す事を課題とする。特に、潮流の場合、干潮、満潮によって、流れが逆転する場合でも、同一方向回転を維持する事が重要である。

問題を解決するための手段

この課題を解決する為の請求項１の発明は、水車の水受羽根と水車本体の取付け部にヒンジを取付け、水受羽根がヒンジの軸を中心に回転する様にしたものである（図１参照）。これにより、水受羽根は、Ａ矢印方向の水流に対し、時計方向回転の水車の場合、水車の右側（流水に順行する側）では垂直に対応し、水流のエネルギーを効果的に水車に伝える事により、効果的に動力を得る事を可能とし、左側（流水に逆行する側）では平行となって、逆流による抵抗が水車の効率を低下させる事を避け、効果的な回転トルクを得ることを可能とする。また、水受羽根の取付け方向を逆にすると、反時計方向回転の水車となり、作動原理は時計方向回転水車の逆となるだけで、同様の結果を得ることが出来る。また、この水車は、他の、既存の水車のように、ケーシング等の、特別な付属装置を必要とせず、流水中に入れるだけで、効果的な運転が可能であり、流量や流速に対する制約もなく、且つ、水流の方向が変化しても、一定方向の回転が得られる。

本水車は水受羽根の取付け方によって、時計方向回転または反時計方向回転とする事が可能であるが、ここでは、別段の断りのない限り、時計方向回転について記述するものとする。

また、請求項２の発明は、水受羽根の形状を円弧とすることにより、水受羽根が平板の場合に比較して、水受羽根が水車の頂点を過ぎ、水車の左側から右側へ（反時計方向回り水車の場合は、右側から左側へ）移動する際に、逆転トルクを受ける事を低減し、効率的に回転トルクを生じる事を可能としたものである（図２参照）。

また、請求項３の発明は、図１に示すように、水受け羽根が、流水を受け止める際に、最も効果的な角度を保持する事を可能とするものである。

また、請求項４の発明は、水車の回転を確実にする為のものである。

また、請求項５の発明は、流水が水車を押し流そうとする力を軽減する為のものである。

発明の効果

本発明により、わが国に最も適した再生可能エネルギーであるにも係わらず、従来の水車では困難であった、海流、潮流、流水による実用的な発電をする事が可能となる。

図１は、流体中の水車を、水車軸方向から見たものであり、原理の理解を容易にする為、主要機構のみを図示し、水受羽根展開装置等の補助機構は省略されている。同図に示す様に、Ａ矢印方向からの流水に対し、水受羽根は、ヒンジ（１）（請求項１）により、左側（流水に対し、逆行する側）では閉じ、右側（流水に対し、順行する側）では展開して、ストッパー（５）（請求項２）により、確実に固定され、流水のエネルギーを効率よく動力に転換する。

図２は、水受羽根の形状が円弧である場合（請求項３）の優利性を説明するものである。もし、図中の（２’）に点線で示すように、水受羽根が平板であれば、矢印Ａの水流により、逆転トルクを生じ、水車の回転を、著しく阻害するが、円弧状（２）であれば、その影響は軽減され、水車の回転を阻害する恐れは実用上、解消される。

また、図２の中で、（９）（１０）（１５）及び（１１）は、請求項４の主要部分であり、（９）は、先端部（１０）及び矢羽根状ガイド板（１５）と一体構造で、矢羽根状ガイド板（１５）により、流水の方向に従って、車軸（７）の回りを、回転する構造となっている。水受羽根は、水流に逆行している間は、図の左側の様に閉じているが、右側に来た場合には、出来るだけ速やかに展開する必要がある。通常は、図４に示す水受羽根の形状と方向性により、右側では、自然に展開するが、より確実に、且つ、速やかに展開させる為に、（９）は常に、矢羽根ガイド板（１５）によって、頂上部を１２時とすれば、先端部（１０）を、１時３０分の位置付近に保っていて、この位置で、水受羽根の展開ピン（１１）を押止める様に作動し、水受羽根を、確実に展開させる。

図３は側面図で、図２のＢ−Ｃ断面図であり、ストッパー（５）、水受羽根展開機構先端部（１０）、水受羽根展開ピン（１１）、水受羽根根元展開補助板（１３）及び水車本体側面との、位置関係をしめしている。また、図で分かる様に、流水中に設置した場合、防水上の問題のある発電機部分を、水上に設置することが可能であり、発電装置として、有利であることを示している。

図４は、水受羽根の構造であり、（２）（５）（１１）（１２）（１３）は一体となって動く構造となっており、ヒンジ（１）を中心として回転する様になっている。又、（１２）と（１３）は展開補助機構の一員であり、（９）とは独立して、流水の影響を受け、自然に、水受羽根が展開する事を、補助する為のものである。

図５は、展開補助装置（９）の先端部（１０）の詳細図で、Ｅ方向からの障害物から受ける力には対抗し、Ｆ方向からの障害物から受ける力は、バネ（１６）の働きにより、逃がす構造となっている。

潮流発電の場合、潮流の方向が逆転する事に対応しなければならない、いま図２において、水流Ａが逆方向から流れ始めた場合、展開補助機構（９）も１８０度転換するが、この時、反時計回転で転換すれば、左側の水受羽根を展開させながらの転換で問題は発生しないが、時計回転で転換しようとすれば、閉じようとする右側水受羽根展開ピンとの間で軋轢を生ずる恐れがある。水車が回転していれば、問題は少ないが、転換時、通常水車は停止しており、回転が再開するのを待っているのは褒められない。したがって、（９）の先端部の（１６）と（１７）の働きにより、右側の水受羽根の展開ピンの影響を避け、（９）の転換が逸早く終了する為の機構である。

請求項５の発明は、水受羽根が頂上部に来た場合、流水により大きな抵抗圧をうけ水車全体を下流へ押し流そうとする、これを減少させる為に、水受羽根にベントホール（２０）を明けるとともに、水受羽根が展開して、水力を動力に転換しようとする時に、水流を漏洩させない様に逆止弁（１９）を設置する。同様に、水車本体にも、水車本体ベントホールを設置し、流水抵抗を減少させる。また、水車本体は、対エロージョン性と高抗張力を備えた線状素材であれば、スケルトン構造とする事も可能である。

本発明に関わる水車は、わが国に最適の再生可能エネルギーである、海流発電や潮流発電、更には流水発電に幅広く利用可能であり、産業上の利用可能性を有する。

本発明による水車の原理を説明する為のものであり、水受羽根展開機構等の、付属装置は省略されている。（２’）に示す点線は、水受羽根が平板である場合（仮定）を示している。また水受羽根展開機構本体（９）と水受羽根に付属する展開ピンおよびストッパーの位置と、作動原理を説明するものである。（３）は展開前の水受羽根、（４）は展開後の、同水受羽根を表す。図２に対する側面図であり、図２のＢ−Ｃ断面図を示しており、流体中に設置した一例を示すと同時に、水受羽根展開機構先端部（１０）と水受羽根展開ピン（１１）及び水車本体側面との位置関係を示す。水受羽根自体が備えている、展開機構の形状と機能を説明するものである。水受羽根展開機構（９）の先端部（１０）の詳細図であり、潮流の流れが逆転し、未だ、水車が回転を開始しない時でも、（９）が所定位置に速やかに移動することを可能とする為の、機構と原理を説明する為のものである。水車の一部の図であり、水受羽根に設置した、ベントホールと逆止弁の、機能を説明するものである。水受羽根が水車頂上部では、逆止弁が開いて、水流を逃がす事によって流水抵抗を減少させ、水流を受とめるべき位置（３時の方向）では閉じて、効果的な、動力転換を行う事が可能となる。

１ヒンジ
２水受羽根１
２’ 平板型水受羽根（仮想）
３水受羽根２（展開前）
４水受羽根２（展開後）
５ストッパー
６水車本体
７水車軸
８発電機
９水受羽根展開機構本体
１０水受羽根展開機構先端部
１１水受羽根展開ピン
１２水受羽根先端展開補助板
１３水受羽根根元展開補助板
１４流水表面
１５水受羽根展開機構矢羽根
１６水受羽根展開機構先端部バネ
１７水受羽根展開機構先端レバー
１８水車本体ベントホール
１９逆止弁
２０水受羽根ベントホール

Claims

水車の水受羽根と水車本体をヒンジで取付け、水受羽根が水車本体上で、ヒンジを中心として、回転する様に可動できる構造とした水車。
水受羽根が、水流の方向に対し垂直となる時（水受羽根が流水を受け止める時）に、水受羽根のヒンジによる可動を止める様に設置したストッパー。および、ストッパーに取付けた、自動展開補助板。
水車の水受羽根の形状を、水車本体に沿う様に弧状とし、更に、水受羽根の先端に、自動展開補助板を取付けた水受羽根。
図２の（９）に示す様に、水受羽根が水車の頂点（水車が水流を受ける最上部を頂点、反対側を底点と称する事とする）を過ぎ、水受羽根が水流を受け始める時、水受羽根を、水受状態に展開させる為の補助装置（９）（１０）と水受羽根展開ピン（１１）。
水受羽根に設置した、流水抵抗減少用ベントホール（２０）と逆止弁（１９）、及び水車本体の流水抵抗を減少させる為の、水車本体ベントホール（１８）。