JP2017025831A

JP2017025831A - 水車の導水ダクト

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Publication number: JP2017025831A
Application number: JP2015146456A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　政彦; Masahiko Suzuki; 政彦鈴木
Original assignee: Bellsion KK
Current assignee: Bellsion KK
Priority date: 2015-07-24
Filing date: 2015-07-24
Publication date: 2017-02-02
Anticipated expiration: 2035-07-24
Also published as: JP6721953B2

Abstract

【課題】本発明は、用水路に配設して効率のよい発電効果が得られる水車の導水ダクトを提供することを目的としている。
【解決手段】前後に貫通する導水路４の底面４Ｂを、中央縦断面において、前後の中央部分が、上方へ弧曲状に盛り上り、最高部４Ｃから後端へかけて次第に下降する弧曲面とされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、水路の水流を効率良く利用することのできる、水車の導水ダクトに関する。

ダクト内に水車を配設する技術は、例えば特許文献１に開示されている。

特開２０００−９０１２号公報

前記、特許文献１に記載の発電装置は、管径が一定な長いダクト内に、多数の発電機が配設されている。
このようなダクトを、例えば水路に設置すると、発電機が抵抗となって、ダクト内を通過する流水は、その外側の流水よりも低速の流水となり、発電効率は低下する。
本発明は、ダクトで用水路を塞ぐように配設し、高くなる水圧を利用することのできる水車の導水ダクト（以下単にダクトという）を提供することを目的としている。

本発明の具体的な内容は、次の通りである。

（１）前後に貫通する導水路の底面を、中央縦断側面において、前縁を球面状とし、最高部から後端へかけて次第に下降する弧曲面とされているる水車の導水ダクト。

（２）前記導水路の上内壁面を、前後の中央部分が下がる弧曲面としてある前記（1）に記載の水車の導水ダクト。

（３）側面視で、前面が上面から下前部へ斜めに形成されている前記（1）または（2）に記載の水車の導水ダクト。

（４）導水路の前口は、正面視で四角形である前記（1）〜（3）のいずれかに記載の水車の導水ダクト。

（５）前記通水路における底面の最高部に水車を配設する前記（1）〜（4）のいずれかに記載の水車の導水ダクト。

（６）平面視で、側面に止水材が装着される前記（1）〜（5）のいずれかに記載の水車の導水ダクト。

（７）素材は発泡樹脂の芯体にＦＲＰの表層を形成した前記（1）〜（6）のいずれかに記載の水車の導水ダクト。

（８）上部には、ダクトを水底に固定するための固定手段が配設されている前記（1）〜（7）のいずれかに記載の水車の導水ダクト。

本発明によると、次のような効果が奏せられる。

前記（1）に記載の発明は、前後に貫通する導水路の底面が、縦断側面視で、前縁が球面状で、最高部から後端へかけて次第に降下する弧曲面とされているので、この導水路に入った水流は、底層流が前縁を摺り上がり、最高部から速度を上げながら、後部の緩やかな勾配の弧曲面坂を高速で下る。
導水路の底面の最高部分は隘路にあたるので、ここに水車を配設すると、効率のよい高速回転をし、発電をさせることができる。

前記（2）に記載の発明は、導水路の上内壁面が、前後の中央部分で下に突出する弧曲面としてあるので、コアンダ効果によって中央部分に高速流が生じるため、底面の最高部とで隘路効果を増大させる。

前記（3）に記載の発明は、側面視で、上部よりも下部が前方へ突出しているので、導水路の底面を前方へ突出させ、水圧のかかっている用水路の底層流を、導水路の前端面に導き易い。

前記（4）に記載の発明は、前口が正面視で四角形なので、水路幅に合わせて配設されていると、水路の幅いっぱいの流水を、導水路内の水車へ誘導することができる。

前記（5）に記載の発明は、導水路の底面の最高部分に水車を配設するので、その部分は隘路であり、高速流が通過するため、効率の良い発電をさせることができる。

前記（6）に記載の発明は、平面視で、側面に止水材が装着されているで、水路の側壁面とダクトの外側面との間に間隙があっても、止水材によってダクトの外側面と、水路の側壁面との間の隙間を塞いで、ダクト内に水流が高い水圧で入り易くすることができる。

前記（7）に記載の発明は、ＦＲＰで形成するので、水路の堰のようなダクトも容易に製造することができ、軽量なので運搬や設置作業性に優れている。

前記（8）に記載の発明は、上部にダクトを水底に固定するための固定手段が配設されているので、ダクトが移動しないように水底に固定することができる。増水した時は、ダクトの上面を乗り越えて流れる。

本発明水車の導水ダクトの縦断側面図である。本発明水車の導水ダクトの正面である。本発明水車の導水ダクトの平面図である。

以下本発明を、図面を参照して説明する。
図１において、水車の導水ダクト１（以下単にダクトという）は、側面視でほぼ台形に形成されている。

ダクト１の前面２から後面３へかけて貫通する導水路４が形成され、その上内壁面４Ａは上方に位置して、前後の中央部分が下に突出する弧曲面に形成されている。また底面４Ｂの前後端部は、水路底面ｒに接するほど下位にあり、縦断側面図における前縁は、球面状とし、最高部４Ｃから後端へかけて下り坂の弧曲面とされている。

前面２は、上部から下面へかけて前方へ斜めに突出している。これによって導水路４の底面４Ｂの前下部４Ｄを前に突出させて、水路底面ｒから底層流を内部の最高部４Ｃへ、効率良く案内することができる。

導水路４の底面４Ｂは、揚力型翼の断面よりも膨出が大なので、この底面４Ｂに沿って通過する水流は、コアンダ効果によって高速となって通過する。また最高部４Ｃにおいては隘路となっているので、この部分の流速が１番早くなる。
従って、この最高部４Ｃに水車５のロータ６を配設すると、効率のよい発電をさせることができる。

水車５は、水車筐体５Ａ内部に支持されたロータ軸６Ａの先端に、ロータ６が装着されており、ロータ６の揚力型ブレード７は、先端を前方へ傾斜された傾斜部７Ａとされている。

水車筐体５Ａは、ダクト１を貫通して上に突出した吊体８に支持され、吊体８の上端は、吊桁９に固定された発電機10に連結されている。吊体８の内部には、ロータ軸６Ａと連結された図示しない伝動軸が内装されて、伝動軸は発電機10の主軸に連結されて、ロータ６の回転により発電機10が発電する。

ダクト１が流されて移動しないように、用水路Ｒの両岸に架設した支持桁11から、固定手段12がダクト１の上面を抑えている。固定手段12は、公知のどのようなものでもかまわないが、図１においては、手回しのネジ棒が示してある。
ダクト１の底面４Ｂの内部には、必要に応じて、着脱可能に重錘13を装着する。

図３に示すように、必要に応じて、ダクト１の両側部に、斜め前外側から後内方へ深く、かつ上から下へ貫通する切込み14、14を形成し、板状の止水材15、15を嵌装する。止水材15は、用水路Ｒの側壁とダクト１の外側との間隙に合わせて、適宜長さを合わせる。

これによってダクト１は用水路Ｒの堰のような役割を果たし、堰止められた流水は、ダクト１の上面を越えて流下し、水圧のかかった流水がダクト１の導水路４に入り、高速で通過し、水車５を効率良く回転させる。

ダクト１の前面２には、必要に応じて、図１に示す塵除16を取着ける。塵除16は縦縞格子状、簀の子状その他、適宜の物を、下端を前方に斜めにすることにより、これに当接した塵埃は上方へ上がり、ダクト１の上面を通過する。

ダクト１の材質は任意であるが、例えば、芯部を発泡樹脂で形成し、表面をＦＲＰの表層とする。これにより、ある程度大きなダクトでも容易に成形することができ、また軽量なので搬送や設置が容易である。当然に、ＦＲＰの中空体とし、中空部に水を満たすことによって水路Ｒに沈設する。

製造方法として、図１に示すダクト１を上下に２分割した形で成形し、上部部材に水車５を取着ける。その後、上下の部材を重ねて接合させる。
あるいは四角筒をＦＲＰか金属で形成し、その内面に、発泡樹脂で成形した内部部材を貼り付ける。

設置する時は、用水路Ｒの水源を閉塞し、ダクト１を水路底面ｒに固定する。吊体８の長さを調整して、吊桁９に支持される発電機10に、内部の伝動軸を接続させる。

用水路Ｒに水が流れると、底層流はダクト１の前下部４Ｄから、導水路４の前坂４Ｅを登って最高部４Ｃに達し、上層流と合流して、コアンダ効果によって高速となって後方へ通過し、その過程で水車５のロータ６を効率良く回転させる。

また、導水路４の上内壁面４Ａにおいても、前後の中央部が下向きに膨出しているので、コアンダ効果によって、この中央部分で水流は高速となって通過する。
ロータ６の揚力型ブレード７に当る高速水流は、遠心方向へ移動し、傾斜部７Ａで拡散が抑止され、回転効率が高まる。

このダクト１は、水流を集めて通過させるというだけではなく、導水路４の底面４Ｂの縦断面で、中間が高くなった弧曲面としてあるため、コアンダ効果によって、ダクト１の底面４Ｂにおいて、水圧のかかっている底層流が、高速で通過する点に特長がある。

また、ダクト１を用水路Ｒを塞ぐように配設すると、ダクト１で水流を堰止める作用が生じ、水圧がダクト１にかかるので、導水路４内に生じるコアンダ効果は、ロータ６を効率高く回転させる。

なお、図３における止水材１５を硬質な物とし、例えば用水路Ｒの側壁に、図示しないコ字状の枠体を装着し、その溝部に止水材１５の先端部を嵌装させることによって、ダクト１の固定と堰板の役割をさせることができる。

この発明は、ダクト内の隘路と、コアンダ効果を合わせて導水路内の高速流を生じさせるので、流速の遅い用水路等における水力発電に利用して、高い効果が得られる。

１．水車の導水ダクト
２．前面
３．後面
４．通水路
４Ａ．上内壁面
４Ｂ．底面
４Ｃ．最高部
４Ｄ．前下部
４Ｅ．前坂
５．水車
５Ａ．水車筐体
６．ロータ
６Ａ．ロータ軸
７．揚力型ブレード
７Ａ．傾斜部
８．吊体
９．吊桁
10. 発電機
11．支持桁
12．固定手段
13．重錘
14．切込み
15．止水材
16．塵除
Ｒ．用水路
ｒ．水路底面

Claims

前後に貫通する導水路の底面を、中央縦断側面において、前縁を球面状とし、最高部から後端へかけて次第に下降する弧曲面とされていることを特徴とする水車の導水ダクト。
前記導水路の上内壁面を、前後の中央部分が下がる弧曲面としてあることを特徴とする請求項１に記載の水車の導水ダクト。
側面視で前面が上面から下前部へ斜めに形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の水車の導水ダクト。
導水路の前口は、正面視で四角形であ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の導水ダクト。
前記通水路における底面の最高部に、水車を配設す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の導水ダクト。
平面視で、側面に止水材が装着され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の導水ダクト。
素材は発泡樹脂の芯体にＦＲＰの表層を形成したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の水車の導水ダクト。
上部には、ダクトを水底に固定するための固定手段が配設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の導水ダクト。