JP2020101151A

JP2020101151A - 水車装置

Info

Publication number: JP2020101151A
Application number: JP2018241139A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　政彦; Masahiko Suzuki; 政彦鈴木
Original assignee: Global Energy Co Ltd
Current assignee: Global Energy Co Ltd
Priority date: 2018-12-25
Filing date: 2018-12-25
Publication date: 2020-07-02
Anticipated expiration: 2038-12-25
Also published as: JP6501966B1

Abstract

【課題】本発明は、水路に設置することができ、更に既設の水道管に容易に連結することができ、回転効率の高いロータを備えた水車装置を提供する。【解決手段】水車筐体の小径の前筒部の後端に、外側へ広がる垂直段差面の外径と連続し、前径が大径で後端が小径とした後筒部を形成し、前筒部には吊支体を介して軸受筐体を吊設し、その後部におけるロータが前記垂直段差面の後部に、該ロータにおける揚力型ブレードの、前向端部における垂直に形成した前端面を、前記垂直段差面と対面させて配設した。【選択図】図１

Description

本発明は、回転性能が優れたロータを有し、水路内に設置したり、あるいは水道管に連結したりすることの出来る高能率の水車装置に関する。

縦長ブレードを備える風力発電装置は、例えば特許文献１に記載されている。この縦長ブレードは、平板を曲げたもので縦軸周りに複数枚が固定されているものである。

特開２０１２−００２０６９号公報

特許文献１に記載されている縦長ブレードは、板状のものであり、かつ回転時の内面は、上から下まで同じ迎角とされている。
そのため、縦長ブレードの上部と下部を通過する気流は、コアンダ効果によって、縦長ブレードの中心方向へ集まり、回転力が無駄になる。
本発明は、このような欠点を改善し、軽量で高速回転をする軽快翼を備え、低風速でも回転起動性に勝れ、かつ回転トルクが高く、強風時にも破損する虞の小さな水車装置を提供することを目的としている。

本発明は前記課題を解決するために、次のような技術的手段を講じた。

（１）水車筐体の前後に貫通する通水孔の前筒部は小径とし、その後端に形成された、外側へ広がる垂直段差面の外径と連続し、前端が大径で、後端が小径となる傾斜面とした後筒部を形成し、前筒部には吊支体を介して、後端部にロータを備えた軸受筐体を、ロータが前記段差面の後部の後筒部に位置するように吊設するとともに、該ロータにおける揚力型ブレードは、径方向の中間から先を前向湾曲部とし、その前向端部における垂直の前端面を、前記前筒部後端の垂直段差面と対面させて、前筒部を通過する水流が、垂直段差面の直後で、揚力型ブレードの前端面より内側の前向湾曲部の正面に当るようにしてなる水車装置。

（２）前記水車筐体の後筒部の前上部に、垂直段差面の直後に溜まる空気を抜くための空気抜装置を配設してなる前記（1）に記載の水車装置。

（３）前記水車筐体は、前筒部の前端外側面及び後筒部の後端外側面に外向フランジを有し、前筒部の直後の垂直段差面の外側下面を、前後の外向フランジの下面と同じ水準としてなる前記（1）または（2）に記載の水車装置。

（４）前記揚力型ブレードにおける前向端部の前端面は、前記水車筐体の前筒部における内径よりも、外側になるようにしてなる前記（1）〜（3）のいずれかに記載の水車装置。

本発明によると、次のような効果が奏せられる。

前記（1）に記載の発明においては、水車筐体における小径の前筒部の後端と後筒部の境界に、外方向へ向かって垂直段差面が形成されているので、前筒部を通過する水流は、垂直段差面を越えると、その直後部分で水圧が低下する。
前筒部に吊設されている軸受筐体の後部に装着されているロータは、揚力型ブレードの前向湾曲部の主部の先にある前向端部における垂直の前端面を、前記段差面に対面させてあるので、ロータが回転する時に、前記前向端部は、垂直段差面の直後に生じる水圧の低下する位置にあるため、回転抵抗が低く回転効率があがる。また前筒部を通過する水流は、前記前端面には当たらず、前記前向端部の正面に当たるが、その部分は弦長も長く、受水率も大であるので、このロータの回転効率は高いものとなり、効率のよい水力発電をする。水車筐体は水路に配置し、あるいは水道管に連結することにより広く利用することができる。

前記（2）に記載の発明においては、前記水車筐体の後筒部の前上部に、垂直段差面の直後に溜まる空気を抜くための空気抜装置が配設されているので、垂直段差面の直後に空気が溜まらないように空気を抜くことができる。

前記（3）に記載の発明においては、前記水車筐体は、前筒部の前端外側面及び後筒部の後端外側面に外向フランジが形成され、前筒部の直後の垂直段差面の外側下面は、前後の外向フランジの下面と同じ水準としてあるので、水路底に配設する時に安定して配置することができる。

前記（4）に記載の発明において、前記揚力型ブレードにおける前向端部の前端面は、前記水車筐体の前筒部の後端における内径よりも、外側になるように配設されているので、前筒部を通過する水流がブレードの前端面にあたり乱流を生じさせることはない。

本発明の水車装置の縦断側面図であり、左方が前方である。図１における水車装置の水車筐体部分の横断平面図である。本発明の水車装置のロータの正面図である。図３におけるIＶ−ＩＶ線断面図である。図３におけるＶ−Ｖ線断面図である。図３におけるＶI−ＶI線断面図である。

本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。
図１に示すように、水車装置１における水車筐体２は、前後に貫通する、前筒部３とこれに連続する後筒部４とからなる通水孔５が形成されている。図では一体となっているが、前筒部３と後筒部４とを分離して着脱可能にすることができる。

前筒部３は、正面視において正円形であり、その後端は後筒部４の前部よりも小径とされ、その前筒部３の後端に、外側方向へ拡がる垂直段差面３Ａが形成されている。該垂直段差面３Ａの径方向の寸法は、後記する揚力型ブレード１３（以下単にブレードという）における前端面１３Ｅの径方向の厚さよりやや長くされている。

前記垂直段差面３Ａの外径と連続して、後方へ向かって次第に小径となる後筒部４の前端が連なっており、後筒部４の後端部の内径は、前筒部３の直径とほぼ同じとされている。図１に示すように、後筒部４の前端で垂直段差面３Ａの直後の部分は、前筒部３よりも大径となっているため、前筒部３を通過する水流は、後筒部４に入ると水圧が低下し、その部分に位置しているブレード１３の前向端部１３Ｄの回転抵抗は低下する。

前記後筒部４の前外部で、前記垂直段差面３Ａの後部において、内外に貫通する気道６Ａを設けたその先に、垂直段差部３Ａの後部に溜まる空気を抜くための空気抜装置６が配設されている。空気が溜まると、ブレードの回転効率が低下する。また水車筐体２の、前筒部３の先端外周面及び後筒部４の後端外周面に、それぞれ外向フランジ２Ａ、２Ｂが突設されている。

各外向フランジ２Ａ、２Ｂには、図示しない前後方向に貫通するボルト孔が複数設けられ、水車筐体２は、外向フランジ２Ａ、２Ｂを介して、既設の水道管に連結することができる。また、各外向フランジ２Ａ、２Ｂの下面は、水路底に設置する時の支台となるので、前記垂直段差面３Ａ部分の外下面は、外向フランジ２Ａ、２Ｂの下面と同じ水準とされている。

前記前筒部３の内部に、吊支体７を介して軸受筐体８が吊設されている。吊支体７の内部に設けた伝動軸９の上端は、軸受筐体８の外部に突出されて、その先端部は発電機１０に連係されている。

前記軸受筐体８の内部に横架されたロータ軸１１の前端部は、伝動歯車１１Ａ、９Ａを介して伝動軸９に連係されている。またロータ軸１１の後端部は、軸受筐体８の後端外に突出され、その後端にロータ１２が装着されている。
ロータ１２のハブ１２Ａの周面に複数（図では５枚）のブレード１３が、均等間隔で固定されている。符号１２Ｂはキャップである。

前記ブレード１３は、図３に正面を示し、図４に図３におけるIＶ−IＶ線断面を示すように、経方向の中間点１３Ａから基端方向を主部１３Ｂとし、翼端方向を、先端面を前方向きに向けて、大きく湾曲する前向湾曲部１３Ｃとしてある。
前筒部３を通過する水流Ｘは、図４において前向湾曲部１３Ｃの正面１３Ｌに当たるので、この位置は、弦長が大で受流面積が大であるので回転効率が高い。

前記ブレード１３の正面視において、主部１３Ｂの基部は弦長が短く、その断面も図５に示すように、ほぼ円形であり、図４に示すように、主部１３Ｂから前向湾曲部１３Ｃにかけて、前縁部はほぼ同じ厚さとされている。

正面視では、ブレード１３の主部１３Ｂの後縁部１３Ｇに、切欠部１３Ｈが形成され、その翼端方向へ向かって次第に弦長を大とし、最大弦長は、ブレード１３の回転半径の約５０％に設定されている。

前向湾曲部１３Ｃの先端の、前向端部１３Ｄは水平に近くなり、その前端面１３Ｅは垂直に形成されている。従って、図３に示すように正面視において、前記前端面１３Ｅは前縁１３Ｆ部が厚い略魚形であり、かつ前縁１３Ｆと後縁１３Ｇは同一の回転軌跡Ｔ上にある。

図４に示すように、ブレード１３の側面視において、主部１３Ｂの背面１３Ｋは回転軸心線Ｇに対して直交とし、その前面１３Ｌは、前縁１３Ｆから後縁１３Ｇへかけて、次第に背面１３Ｋ方向へ傾斜しており、かつ図４に示すように、主部１３Ｂの基部から、前向湾曲部１３Ｃにおける前向端部１３Ｄの前端面１３Ｅにかけて、次第に厚さが薄くなって、前端面１３Ｅの最大厚さは、主部１３Ｂの厚さのほぼ２分の1になっている。

その結果、ブレード１３は堅固であって強い水流にも破損せず、また表面を、前縁１３Ｆから後縁１３Ｇへ向かって通過する流体の、コアンダ効果に伴う高速流が、その反作用としてロータ１の回転速度を能率良く高め、効率のよい水力発電等をすることができる。

図３、図４によりわかるように、ブレード１３は、主部１３Ｂにおいては、回転軸心線Ｇと直交するように、コアンダ効果によって高速となった水流の反作用が、ブレード１３の回転効率を高め、更に前向湾曲部１３Ｃにおける前向端部１３Ｄの内外面を通過する水流は、回転軸心線Ｇの軸周りを、コアンダ効果により、高速で通過して、反作用でブレード１３を効率良く回転させ、このようにして一っのブレード１３で二方向を向くコアンダ効果を合わせて発揮されるもので、高性能が維持される。

ブレードの剛性が高く、ロータの回転効率が優れ、かつ水路内に設置したり、あるいは水道管に連結したりすることが出来る水車装置であり、簡易な水力発電に効果的に利用することができる。

１．水車装置
２．水車筐体
２Ａ、２Ｂ．外向フランジ
３．前筒部
３Ａ．垂直段差面
４．後筒部
５．通水孔
６．空気抜装置
６Ａ．気道
７．吊支体
８．軸受筐体
９．伝動軸
９Ａ．伝動歯車
１０．発電機
１１．ロータ軸
１１Ａ．伝動歯車
１２．ロータ
1２Ａ．ハブ
１２Ｂ．キャップ
１３．揚力型ブレード
１３Ａ．中間点
１３Ｂ．主部
１３Ｃ．前向湾曲部
１３Ｄ．前向端部
１３Ｅ．前端面
１３Ｆ．前縁
１３Ｇ．後縁
１３Ｈ．切欠部
１３Ｋ．背面
１３Ｌ．正面
Ｘ．前筒部の水流

Claims

水車筐体を前後に貫通する通水孔の前筒部は小径とし、その後端に形成された、外側へ広がる垂直段差面の外径と連続し、前端が大径で、後端が小径となる傾斜面とした後筒部を形成し、前筒部には吊支体を介して、後端部にロータを備えた軸受筐体を、ロータが前記垂直段差面の後部の後筒部に位置するように吊設するとともに、該ロータにおける揚力型ブレードは、縦方向の中間から先を前向湾曲部とし、その前向端部における垂直の前端面を、前記前筒部後端の垂直段差面と対面させて、前筒部を通過する水流が、垂直段差面の直後で、揚力型ブレードの前端面より内側の前向湾曲部の正面に当るようにしてなることを特徴とする水車装置。
前記水車筐体の後筒部の前上部に、垂直段差面の直後に溜まる空気を抜くための空気抜装置を配設してなることを特徴とする請求項１に記載の水車装置。
前記水車筐体は、前筒部の前端外側面及び後筒部の後端外側面に外向フランジを有し、前筒部の直後の垂直段差面の外側下面を、前後の外向フランジの下面と同じ水準としてあることを特徴とする請求項１または２に記載の水車装置。
前記揚力型ブレードにおける前向端部の前端面は、前記水車筐体の前筒部における内径よりも、外側になるようにしてな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装置。