JP2022178343A

JP2022178343A - 燃費削減船艇

Info

Publication number: JP2022178343A
Application number: JP2021085085A
Authority: JP
Inventors: 政彦鈴木; Masahiko Suzuki
Original assignee: Global Energy Co Ltd
Current assignee: Global Energy Co Ltd
Priority date: 2021-05-20
Filing date: 2021-05-20
Publication date: 2022-12-02
Anticipated expiration: 2041-05-20
Also published as: JP6975921B1

Abstract

【課題】本発明は、船艇のスクリユの後面に水力発電装置を配設し、スクリユにより流動する水流により発電する燃費削減船艇を提供することを目的としている。【解決手段】船艇７のスクリユ８の後面に、水力発電装置５における横軸ロータ２のブレード１の正面を対面させて、該水力発電装置５を船艇７後部に配設し、前記スクリユ８によって流動させられた流水により前記横軸ロータ２を回転させて発電するようになっている船艇７。【選択図】図１

Description

特許法第３０条第２項適用申請有り放送日：令和３年５月３日、放送番組：ＴＢＳＮスタ微風でもパワフル最新型風力発電とは？、公開者：株式会社ＴＢＳ

本発明は、船艇に係り、特にスクリユによって生じる流動水を利用して発電する燃費削減船艇に関する。

発電装置における横軸ロータとして、例えば特許文献１に記載されているような、横軸ロータがある。
この横軸ロータのブレードは、ブレードの長さの中間に流体を集合させて、纏めて流体を背面方向へ通過させるものである。

特開２０１８－４０３０４号公報

横軸ロータのロータブレードは例えば、船舶のスクリユや風車のブレードが一般的である。このブレードは枚数が少ないと回転トルクが小さく、またブレードの枚数が多いと回転に伴って水流の干渉が生じる。
また、船艇はスクリユで後方へ水流を流動させることによって前進しているもので、スクリユの後面に水力発電機を配設する事例はない。
本発明は、１個のハブに８枚以上のブレードを配設しても水流の干渉が生じず、回転速度も上昇する横軸ロータを備えた水力発電装置を、船艇のスクリユの後面に配設して、前記スクリユによって流動する流動水によって水力発電装置の発電機を駆動して発電し、燃費を削減させることの出来る燃費削減船艇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）船艇のスクリユの後面に、水力発電装置における横軸ロータの正面を対面させて、該水力発電装置を船艇後部に配設し、前記スクリユによって流動させられた流水により前記横軸ロータを回転させて発電するようになっている燃費削減船艇。

（２）前記水力発電装置は、船尾に支持柱で支持された発電筐体の内部に配設された発電機の前向きの回転軸に横軸ロータのハブが固定され、前記ハブ周面に多数のブレードが、その基部の前後方向をロータ軸に平行に固定してあり、翼端を上向きとした前記ブレードの正面視における垂直に立上がった回転前面は、高さの中間から大きく回転後方向へ屈曲し、回転後面は後縁が前記基部から回転後方向へ斜めに立上がり、翼端近傍で急に回転後方向へ屈曲し、横長の翼先端面と前記回転後面が前記正面から見えるように配設され、横断面において、前記回転後面は平担状で翼端へかけて次第に後縁を正面方へ傾斜させている前記（1）に記載の燃費削減船艇。

（３）前記ブレードにおける最大弦長部は、前記翼先端面近傍である前記（1）または（2）に記載の燃費削減船艇。

（４）前記ブレードにおける前記翼先端面は、平面視において、前縁端は前記ハブの正面より前に位置し、後縁端は、ブレード中心線Ｓの回転軌跡Ｔ上に位置するように傾斜している前記（1）～（3）に記載の燃費削減船艇。

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、船艇のスクリユの後面に、水力発電装置の横軸ロータの正面を対面させて配設したので、スクリユによって流動する水流によって横軸ロータが回転して発電することができるため、燃費から差し引区ことのできる発電量が燃費削減に繋がる。

前記（2）に記載の発明においては、水力発電装置における横軸ロータのブレードが、基部の前後をハブのロータ軸に平行に配設してあるので、ブレードの基部の正面に当る水流は通過しやすい。ブレードの回転後面が正面から見えるので、この回転後面に当る水流がブレードを回転方向に押すとともに、加圧することにより水圧が高まり、水圧の低い方へ水圧の差で高速で通過することにより、横軸ロータを効率よく回転させ発電効率を高める。
ブレードの翼先端面が正面から見えることは、正面方向へ傾斜しているもので、回転後面に当る水流を抱え込むようにして背面方向へ通過させるので回転効率が高まる。ブレードの正面から見える回転後面は、後縁が翼端へかけて次第に正面方向へ傾斜しているが、ロータ軸に沿うようになっているので、水流は高速で背面方向へ通過する。すなわち普通のプロペラの受流面は回転方向に平行に近いが、本ブレードはロータ軸方向に近い傾斜なので、水流はブレードの正面から背面方向へ通過しやすい。回転するとブレートの形状により生じるコアンダ効果によって、通過する水流は、スクリユから押し出される水流の流速よりも高速で通過するので、スクリユによって生じる推進力に加功することもできる。

前記（3）に記載の発明において、ブレードにおける最大弦長部は、前記翼先端面近傍であるので、回転遠心部での受流面積が大きく、回転効率が高まる。

前記（4）に記載の発明において、ブレードにおける翼先端面は、平面視において、前縁端はハブの正面より前に位置し、後縁端は、ブレード中心線Ｓの回転軌跡Ｔ上に位置するように傾斜しているので、翼先端面は正面から全部見えても、
傾斜して前縁端部が正面前方へ突出しているので、回転時には、この突出している前縁端部が水流を抱え込むようにして横側への散逸を抑止し、背面方向へ水流を高速で通過させる。

本発明のロータブレードの実施例１の正面図である。図１のロータブレードの平面図である。図１のロータブレードの左側面（回転前面）図である。図１におけるＩＶーＩＶ線断面図である。図１におけるＶーＶ線断面図である。図１におけるＶＩーＶＩ線断面図である。図１のロータブレードを使用した横軸ロータの正面図である。図７の横軸ロータを使用した水力発電装置の平面図である。図８の水力発電装置をスクリユの後部に配設した船艇の側面図である。水力発電装置の実施例２の側面図である。

本発明の一実施形態を、図面に基づいて説明する。図１は燃費削減船艇７に使用する水力発電装置５の、揚力型ロータブレード１の、翼端を上向きとした状態の正面図である。ロータブレード１（以下単にブレードという）は、横軸ロータ２のハブ３の周面に定間隔で複数枚が固定される。枚数は特定されないが、例えば８枚～１４枚など、従来は考えられない多数枚を使用することができる。

前記ブレード１は、図１に正面を示すように、ロータ軸心線Ｕを通るブレード中心線Ｓに沿うように、前縁１Ｂが基部１Ａから垂直に立上がり、翼長のほぼ中間から急激に回転後方（回転方向の逆方向）へ大きく屈曲して、翼先端面１Ｆは正面から横長に見えるように形成されている。

前記翼先端面１Ｆの弦長は、前記基部１Ａの前後幅の２．８倍～３倍となっており、ブレード１の最大弦長部分は、この翼先端面１Ｆ近傍となっている。また前記ブレード中心線Ｓから翼先端面１Ｆの後縁端１ｃまでの長さは、基部１Ａの厚さの約５．８倍の位置にあり、回転後面１Ｅの前縁１Ｂ部分で受ける水流を回転後方向へ案内するようになっている。

前記翼先端面１Ｆは、その前縁端１ｂの回転軌跡Ｒよりも後縁端１ｃが、ロータ軸４から遠ざかる外側に位置して、前縁１Ｂよりも後縁１Ｃが上向きに形成されており、前縁１Ｂ部分は厚く、後縁１Ｃは薄く正面視で鳥の嘴のように内向き（ロータ軸４の方）に湾曲している。

ブレード１の回転前面１Ｄは、図１に示すように基部１から翼長のほぼ中間までは垂直に立上がり、翼端へかけて回転後方へ大きく屈曲し、翼先端面１Ｆにおける弦長方向で前縁端１ｂから中間にかけて大きく膨出しており、翼先端面１Ｆにおける回転後面１Ｅは、前記前縁端１ｂの回転軌跡Ｒに対して前縁１Ｂ部分は内側（ロータ軸４側）にあり、後縁１Ｃ部分は外側になるように湾曲している。

これによって回転後面１Ｅの近傍で回転後面１Ｅに沿って通過する水流は、背面方向の外向きに高速で通過する。しかし図２に平面図を示すように、前記翼先端面１Ｆにおける後縁端１ｃは、ブレード１の基部１Ａの中心を通るブレード中心線Ｓの回転軌跡Ｔ上に有るが、翼先端面１Ｆの前縁端１ｂは、ハブ３の正面３Ａよりも正面前方に斜めに突出しているので、回転時に前縁端１ｂで水流を抱き込んで横側への散逸が抑止されるとともに、水流は後縁端１ｃ方の背面方向へ通過する。

図３はブレード１の左側面（回転前面）図である。図の右端に見える前縁１Ｂ部分は、基部１Ａから翼端方向へかけての部分が次第に正面寄り（図の右方）に傾斜して、翼先端面１Ｆの直近部分で急激に正面方向へ突出しており、翼先端面１Ｆは厚さの中央が半球面状に見えるのは、基部１Ａの前縁１Ｂ端の形状がそのまま翼端まで続いているためである。翼先端面１Ｆはほぼ平坦面とされ、ロータ軸心線Ｕに対して約６０°±５°の傾斜なので、正面から当る水流は背面方向へ通過しやすい。

また図３の左端に見える後縁１Ｃは、基部１Ａから垂直に立上っているが、翼長の中間から翼端へかけて急に大きく正面方（図の右方）へ傾斜しているため、翼端が薄くなっており、回転時において翼端部の水の抵抗が小さくなって、正面からの水流は背面の後縁１Ｃ方向へ通過しやすい。又回転時に正面に当る水流は正面方向へ突出した前縁端１ｂが囲い込むようにして横側への散逸を抑制する。

図４は図１におけるＩＶーＩＶ線断面図である。ロータ軸心線Ｕに対するブレード１の回転後面１Ｅは、１８°～２０°の傾斜をしており、正面から通過する水流は従来のプロペラよりは通過しやすいが、後縁１Ｃ部分を回転方向へ押すことになる。その押すことにより、その部分で水圧が高くなる。

図５は図１におけるＶーＶ線断面図である。ロータ軸心線Ｕに対するブレード１の回転後面１Ｅは、３３°～３５°の傾斜をしており、正面から通過する水流は、従来型のプロペラよりは通過しやすいが、後縁１Ｃ部分を回転方向へ強く押すことになり、回転効率を高め、その部分で水圧が高まる。

図６は図１におけるＶＩーＶＩ線断面図である。ロータ軸心線Ｕに対するブレード１の回転後面１Ｅは、４８°～５０°の傾斜をしており、正面から通過する水流は、従来型のプロペラよりは通過しやすいが、後縁１Ｃ部分を回転方向へ強く押すことになり、回転効率を高め、その部分で水圧が高まる。

図４～図６でわかるように、ブレード１の回転後面１Ｅは平面視でほぼ直線状であり、図１でわかるように、回転後面１Ｅは正面から全体が見えるように設定されている。正面から見えることは上流から水流を多く受けることが出来る。

正面で水流を受けることは一般的なプロペラと同じであるが、一般のプロペラは正面が回転方向に添うようになっているのに対して、本発明のブレード１は回転後面１Ｅがロータ軸心線Ｕに添うように傾斜をしていることにより、ブレード１の枚数を極端に多くしても、隣合うブレード１の間を正面方向から背面方向へ水流が通過しやすくなっている。しかし後縁１Ｃ部が回転後方向へ傾斜しているため、ここに当たる水流によってブレード１は回転方向へ押され、その部分の水圧が高まる。

図３はブレード１の回転前面１Ｄから見た図であり、回転前面１Ｄの前後幅は基部１Ａの前後の長さよりも長くなっている。そのことは回転抵抗が大きいことを示しているが、翼端へかけて細くなっているので回転時の遠心部においては回転抵抗が次第に小さくなっている。

また回転後面１Ｅが平坦面であるのに対して回転前面１Ｄは揚力型の特徴として大きく膨出しているので、この面に当たる水流はコアンダ効果で高速でかつ負圧となって通過する。

しかし図４～図６にブレード１の横断面を示すように、基部１Ａから翼端へかけて後縁１Ｃが次第に後縁１Ｃ方向へ傾斜を強くしている。このことは図３において幅広く見えても、後縁１Ｃが大きく傾斜しているので、回転前面１Ｄに当る水流は回転後方向へ抵抗が小さく通過することになる。

更に、回転前面１Ｄは図４～図６に示されているように、前縁１Ｂから後縁１Ｃにかけて大きく膨出しているため、回転時にこの回転前面１Ｄに沿って通過する水流は、コアンダ効果によって、前方から受ける水流の速度よりも高速でかつ負圧となって通過することになる。

従って、ブレード１は負圧になる回転前面１Ｄ方向へ水圧の差で引かれることになり、回転効率が高まる。同時に図１及び図３に示すように、翼先端面１Ｆ部分よりも、翼長の中間部は背面方向へ傾斜しているため、水流はハブ３の背面３Ｂ方向へ通過する。

一方、回転後面１Ｅは、図４～図６に示されているように、前縁１Ｂから後縁１Ｃへかけてほぼ直線状であるため、この回転後面１Ｅに当る水流は、ブレード１を回転方向へ押すことになり、その押すことにより水圧が高まる。ここでハブ３に多数配設されているブレード１、１同士の間において、図７と図８でわかるように、翼端に近い部分では間隙が大きくなっている。

そこで、ブレード１の回転後面１Ｅに沿って背面方向へ通過する水圧の高くなった水流は、回転前面１Ｄに沿って高速で負圧になって通過する水流に、水圧の差で吸引されて高速で横軸ロータ２の背面方向へ通過することになる。

図７において、ブレード１の回転後面１Ｅの全体が正面から見えるが、翼先端面１Ｆの後縁端１ｃ近傍で後縁１Ｃは内側へ傾斜しているので、翼先端面１Ｆで抱き込まれたように背面方へ通過する水流は、背面方のロータ軸心線Ｕ方向へ集束状に通過するため、水流の拡散がなく強い水流となって高速で通過する。

ここで普通のプロペラと大きく異なるのは、隣合う２枚のブレードの間を水流が正面方向から背面方向へ通過することであり、しかも、回転時に前に位置するブレードの回転後面に水圧がたかまり、そのことはブレード１の回転速度も高まることを意味し、横軸ロータ２の回転効率が高まる。

図９は本願発明の燃費削減船艇７の要部の側面図である。水力発電装置５は図８に示すものと同じものなので説明を省略する。船体７Ａの後端部において、スクリユ８の後面位置に、支持柱９を介して水力発電装置５が、その横軸ロータ２のブレード１の正面（回転後面１Ｅ）をスクリユ８の後面と対面させ、スクリユ軸８Ａと水力発電装置５におけるロータ軸心線Ｕとが同心状となるように配設されており、その後部に方向舵１０が配設されている。

水力発電装置５の発電筐体６の内部には図示しない発電機が配設され、発電された電気を回収するコードは、支持柱９の内部を通って船体７Ａ内の図示しない蓄電池に連結されている。前記発電機の前方に突出する図示しない回転軸に前記ハブ３が固定されている。符合６Ａはキヤップである。

上記の構成からなる船体７Ａにおいて、水中でスクリユ８を通常に回転させると、後方へ流動する水流によって水力発電装置５の横軸ロータ２が回転し、発電筐体６内の図示しない発電機が発電をするとともに、横軸ロータ２のブレード１を回転させて後方へ直線状に通過した水流によって、船体７Ａは通常の船艇のように前進することが出来る。

一般にスクリユ８によって押出された水流は、横側の方へ拡散する率も高いのでロスがある。そのスクリユ８で押し出された水流が、前記横軸ロータ２のブレード１の正面に当ると、抵抗なく後方へ直線的に高速で通過し、推進力にも大きく寄与することが確認された。

この横軸ロータ２の多数のブレード１の間を通過した水流は、スクリユ８によって押出された水流の流速よりも速くなっていることも確認された。
それは前記「００３０～００３５」に記載したように、ブレード１の形状によって必然的に生じるコアンダ効果による自然現象である。
すなわち、一定の気圧の中において、部分的に低気圧が生じると強力の竜巻が生じるのと同じ自然現象であり、又水の質量の運動力によるものである。

スクリユ８により押出されて流動する水流は、そのまま消滅するものであるが、その水流を利用して発電されると、その電力を燃費から差し引いた分が、燃費削減に当ることになり、エネルギーの再利用という大きな効果が得られる。

図１０は、水力発電装置５の実施例２を示す側面図である。この実施例２は、発電機１１を船体７Ａの内部に配設したもので、その回転軸１１Ａの先端に固定した伝動笠歯車１１Ｂと、支持柱９の内部に垂直に配設した伝動軸１２の上部の伝動笠歯車１２Ａとを噛合させてある。

前記伝動軸１２の下端部に固定した伝動笠歯車１２Ｂと、ロータ軸４の後端部に固定した伝動笠歯車４Ａとを噛合させてある。これによって、水力発電装置５の横軸ロータ２が回転すると、その回転力は伝動軸１２を介して発電機１１に伝動されて発電され、電力は図示しない蓄電池に蓄電される。

このようにスクリユ８によって押出された水流は、船艇７の推進力となった後はそのまま消滅するものであるが、その消滅する直前の水流を発電機の動力として利用するもので、放棄されるエネルギーを確実に再利用することが出来る。
しかもスクリユ８から出て水力発電装置５の横軸ロータ２の各ブレード１の間を高速で通過した水流は、流速が高くなって推進力にも寄与することが認められている。

本発明は、１個のハブに８枚以上のブレード１を配設しても水流の干渉が生じず、回転速度も上昇するブレード１を備えた水力発電装置５を、船艇７のスクリユ８の後面に配設して発電することの出来る船艇に広く利用される。

１．ロータブレード
１Ａ．基部
１Ｂ．前縁
１ｂ．前縁端
１Ｃ．後縁
１ｃ．後縁端
１Ｄ．回転前面
１Ｅ．回転後面
１Ｆ．翼先端面
２．横軸ロータ
３．ハブ
３Ａ．正面
３Ｂ．背面
４．ロータ軸
４Ａ．伝動笠歯車
５．水力発電装置
６．発電筐体
７．船艇
７Ａ．船体
８．スクリユ
９支持柱
１０．方向陀
１１．発電機
１１Ａ．回転軸
１１Ｂ．伝動笠歯車
１２．伝動軸
１２Ａ、１２Ｂ．伝動笠歯車
Ｒ．翼先端面の前縁端の回転軌跡
Ｓ．ブレード中心線
Ｔ．ブレード中心線Ｓの回転軌跡
Ｕ．ロータ軸心線

特開２０１８－４０３０４号公報

（１）船艇の後端部におけるスクリユと方向陀との間に、水力発電装置における横軸ロータの軸心と前記スクリユの軸心とを同心状にし、かつ前記横軸ロータにおけるブレードの正面を前記スクリユの後面に対面させて発電筐体を配設して成り、前記スクリユの回転によって流動させられた流水により前記横軸ロータを回転させて前記水力発電装置により発電させるとともに、前記横軸ロータのブレードを回転させて、該ブレードに沿って通過する流水が、前記船艇の推進力として使用されるようになっている燃費削減船艇。

（２）前記水力発電装置は、船尾に支持柱で支持された前記発電筐体の内部に配設された発電機の前向きの回転軸に前記横軸ロータのハブが固定され、前記ハブ周面に多数の前記ブレードが、その基部の前後方向をロータ軸に平行に固定してあり、翼端を上向きとした前記ブレードの正面視における垂直に立上がった回転前面は、高さの中間から大きく回転後方向へ屈曲し、回転後面の後縁は前記基部から回転後方向へ斜めに立上がり、前記翼端近傍で急に回転後方向へ屈曲し、横長の翼先端面と前記回転後面が前記正面から見えるように配設され、横断面において前記回転後面は平担状で、前記翼端へかけて次第に前記後縁を正面方向へ傾斜させている前記（1）に記載の燃費削減船艇。

（３）前記ブレードにおける最大弦長部は、前記翼先端面近傍である前記（2）に記載の燃費削減船艇。

（４）前記ブレードにおける前記翼先端面は、平面視において、前縁端は前記ハブの正面より前に位置し、後縁端は、ブレード中心線Ｓの回転軌跡Ｔ上に位置するように傾斜している前記（2）または（3）に記載の燃費削減船艇。

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、船艇のスクリユの後面に、水力発電装置の横軸ロータの正面を対面させて配設したので、スクリユによって流動する水流によって横軸ロータが回転して発電することができるため、燃費から差し引くことのできる発電量が燃費削減に繋がる。

また図３の左端に見える後縁１Ｃは、基部１Ａから垂直に立上っているが、翼長の中間から翼端へかけて急に大きく正面方向（図の右方）へ傾斜しているため、翼端が薄くなっており、回転時において翼端部の水の抵抗が小さくなって、正面からの水流は背面の後縁１Ｃ方向へ通過しやすい。又回転時に正面に当る水流は正面方向へ突出した前縁端１ｂが囲い込むようにして横側への散逸を抑制する。

正面で水流を受けることは一般的なプロペラと同じであるが、一般のプロペラは正面が回転方向に添うようになっているのに対して、本発明のブレード１は回転後面１Ｅがロータ軸心線Ｕに添うように傾斜をしていることにより、ブレード１の枚数を極端に多くしても、隣合うブレード１の間を正面方向から背面方向へ水流が通過しやすくなっている。しかし後縁１Ｃ部が回転後方向へ傾斜しているため、ここに当る水流によってブレード１は回転方向へ押され、その部分の水圧が高まる。

また回転後面１Ｅが平坦面であるのに対して、回転前面１Ｄは揚力型の特徴として大きく膨出しているので、この面に当る水流はコアンダ効果で高速でかつ負圧となって通過する。

しかし図４～図６にブレード１の横断面を示すように、基部１Ａから翼端へかけて後縁１Ｃが次第に後縁１Ｃ方向へ傾斜を強くしている。このことは図３において幅広く見えても、後縁１Ｃが大きく傾斜しているので、回転前面１Ｄに当る水流は、回転後方向へ抵抗が小さく通過することになる。

Claims

船艇のスクリユの後面に、水力発電装置における横軸ロータのブレードの正面を対面させて、該水力発電装置を船艇後部に配設し、前記スクリユによって流動させられた流水により前記横軸ロータを回転させて発電するようになっていることを特徴とする燃費削減船艇。
前記水力発電装置は、船尾に支持柱で支持された発電筐体の内部に配設された発電機の前向きの回転軸に横軸ロータのハブが固定され、前記ハブ周面に多数のブレードが、その基部の前後方向をロータ軸に平行に固定してあり、翼端を上向きとした前記ブレードの正面視における垂直に立上がった回転前面は、高さの中間から大きく回転後方向へ屈曲し、回転後面の後縁は前記基部から回転後方向へ斜めに立上がり、翼端近傍で急に回転後方向へ屈曲し、横長の翼先端面と前記回転後面が前記正面から見えるように配設され、横断面において前記回転後面は平担状で、翼端へかけて次第に後縁を正面方向へ傾斜させていることを特徴とする請求項１に記載の燃費削減船艇。
前記ブレードにおける最大弦長部は、前記翼先端面近傍であることを特徴とする請求項１または２に記載の燃費削減船艇。
前記ブレードにおける前記翼先端面は、平面視において、前縁端は前記ハブの正面より前に位置し、後縁端は、ブレード中心線Ｓの回転軌跡Ｔ上に位置するように傾斜していることを特徴とする請求項１～３に記載の燃費削減船艇。