JP3114563U - 調帯に羽根列を具備する水車 - Google Patents

Abstract

【課題】渓流や既存の用水路、放水路など、低落差の開渠を利用して容易に架設し、移設可能な仮設用途に適用する小型・軽量構成であって、然も、水流エネルギー受容量の大きい小規模の低落差型水力源を得ること。
【解決手段】水路底Ｂｓに沿って敷設した敷板１の両側に立設したブラケット軸受４，４に、水流Ｕの上位を横切り、出力軸２と遊転軸３とを軸架し、両軸の両側部に軸止した歯付調車５，５に、該調車幅より広い幅の歯付調帯６，６を掛架し、同調帯の、調車との噛合位より外側の周縁全周に亘り、多数の羽根板７，・・・７を桟状に横設しており、水流に沿って羽根板列を駆動し、出力軸へ回転力を伝動可能とした。
【選択図】図１

Description

本考案は、小規模低落差型の水力原動用水車に関する。

技術背景

小規模の水力原動用水車は、所謂、マイクロ水力発電機と称し、比較的高落差の水圧管路ないし導水管に連通するプロペラ型、カプラン型、クロスフロー型、フランシス型及びペルトン型などの高落差型水車は、取水、除塵並びに導水の各設備や制御装置などの施設が必要であり、また、低落差型水車は、渓流、用水路、放水路などの低落差の開渠を利用する、所謂、開放型水車として、１〜２ｍ程度の落差相等直径の水車架設工事が必要であるが、何れも、分散型の小規模クリーン・エネルギー源として注目されている。

従来の小規模の水車、所謂、マイクロ水力発電用の水車において、高落差型水車は、水圧管路ないし導水管に連通し、前記のように、取水、除塵並びに導水の各設備や制御装置などの施設が必要であり、機体が比較的大型で、設備の占有容積が大きく、恒久的設備工事、運用並びに保守体系の整備が必要であって、臨時の期間必要に応じて設置・撤去を行う仮設用途には不適当であり、また、魚類保護のためには、魚道や魚梯を併設する必要があり、低落差型水車は、渓流や既存の用水路、放水路など、低落差の開渠を利用する開放型水車として、架設工事は比較的容易であるが、機体の外形及び重量が大きく、解体・移設工事には相当の手間を要し、移設可能な仮設用途には適用し難い問題点がある。

本考案は、水圧管路ないし導水管に連通する高落差型水車を対象外とし、低落差型水車において解決しようとする課題として、渓流や既存の用水路、放水路など、低落差の開渠を利用して容易に架設し、移設可能な仮設用途に適用するため、軽量、且つ、小型に構成し、然も、水流エネルギー受容量の大きい水力源を提供しようとするものである。

本考案は、水路底に沿って敷設した敷板両側に立設したブラケット軸受に、水流の上位を横切り、出力軸と遊転軸とを軸架し、両軸の両側部に軸止した歯付調車に、該調車幅より広い幅の歯付調帯１対を掛架し、同調帯の、調車との噛合位より外側の周縁全周に亘り、多数の羽根板を桟状に横設しており、水流に沿って該羽根板列を駆動し、出力軸へ回転力を伝動可能として上記の課題を解決している。

また、上記構成のものにおいて、多数の羽根板を横設するため、羽根板には、両端付近にヒンジを形設し、該ヒンジの固設側を、同調帯の周縁に止着し、同ヒンジの可動側を一体的に形設したフランジに、山形状に受圧板を形設してなり、羽根板の受圧板に水流の圧力を受けるとき、受圧板及びフランジは、ヒンジ回りに傾動してフランジをヒンジの固設側へ当接し、受圧板を水流に正対して支持し、また、受圧板に水流の圧力を受けないとき、受圧板及びフランジは、ヒンジの固設側の拘束を受けることなく、羽根板をヒンジ回りに傾動自在とすることを特徴としている。

上記、敷板が、アンカーにより水路底に碇止され、上面が平滑、且つ、流線形状の緩やかな凸面に形設されており、水路底の凹凸粗面による水流の乱れを防ぎ、羽根板列へ平滑な流れを供給して羽根板列を駆動し、水流エネルギーの受容を促すこととしている。

本考案の調帯に羽根列を具備する水車は、水路両側に沿い、１対の調帯を掛架し、該調帯径間には、調帯の全外周に亘り、多数の羽根板を桟状に横設しており、機体の全高を抑え、小型・軽量の構成として、架設施工を容易にすると共に、渓流や既存の用水路、放水路など比較的低落差の開渠の設置場所に応じて容易に移設可能であって、臨時の期間、必要に応じて架設し、移設を伴う仮設用途に適用することができる。

羽根板は、比較的低落差の水路幅に応じて、横幅を最大限水路幅内法付近まで拡大設定が可能であって、また、水流に沿い、調帯の掛架長さを適宜拡縮して羽根板の配列枚数を増減することにより、水流の受圧に対して最適の縦横寸法及び形状仕様を設定し、水流エネルギー受容量を確保することができる。

そして、水路の状態により異なる有効落差と、出力軸・遊転軸間の高低差、即ち、調帯掛架下辺、駆動側の高低差とを、ほぼ等しく設定することにより、同調帯掛架下辺と羽根列との傾斜角を設定し、羽根列に沿い、敷板により整流した水流を供給し、羽根板列を円滑に駆動して水流エネルギーを効率よく受容し、出力軸へ回転力を伝動することができる。

上記、水路底に敷設した敷板は、水路底の凹凸祖面を覆い、平滑な流線型状の緩やかな凸面により、水流を整流して羽根板列に沿う平滑な流れを供給し、羽根板列の駆動効率を向上することができる。

本考案は、前記のように、小型・軽量の構成としているが、水流の諸条件に応じて羽根板の寸法、形状、羽根板枚数、羽根板列長さ並びに傾斜角度などの仕様を設定することにより、小規模の水車としては、比較的大容量の水流エネルギー受容量を確保することができる。

渓流や既存の用水路、放水路など、低落差の開渠を利用して容易に架設し、移設可能な仮設用途に適用する小型・軽量構成であって、然も、水流エネルギー受容量の大きい小規模の低落差型水力源を得る目的を、水路を横切り、両側に軸架した調車に掛架する調帯の全外周に亘り、多数の羽根板を、桟状に横設してなる調帯に羽根列を具備する水車により実現している。

添付図面の、図１及び図２に示す実施例において、水路底Ｂｓに沿って敷設した敷板１両側に立設したブラケット軸受４，４に、水流Ｕの上位を横切り、出力軸２と遊転軸３とを軸架し、両軸の両側部に軸止した歯付調車５，５に、該調車幅ｂｓより広い幅ｂの歯付調帯６，６の１対を掛架し、調車との噛合位より外側、即ち、調帯幅ｂと、調車幅ｂｓとの差に相等する周縁ｂｅの全周に亘り、多数の羽根板７，・・・７を桟状に横設し、該羽根板には、周縁へ止着するためのフランジ７ｂに、水流圧力を受ける受圧板７ｃを山型状に形設しており、水流Ｕに沿って羽根板列を駆動し、出力軸へ回転力を伝動可能としている。

添付図面の、図３及び図４に示す実施例は、実施例１の構成のものにおいて、多数の羽根板７，・・・７には、両端付近にヒンジ７ａを形設し、該ヒンジの固設側を、同調帯の周縁ｂｅに止着し、同ヒンジの可動側を一体的に形設したフランジ７ｂに、山形状に受圧板７ｃを形設してなり、受圧板に水流Ｕの圧力を受けるとき、受圧板及びフランジは、ヒンジ回りに傾動してフランジをヒンジの固設側へ当接し、受圧板を水流Ｕに正対して支持し、また、受圧板に水流の圧力を受けないときは、受圧板及びフランジは、ヒンジの固設側の拘束を受けることなく、羽根板をヒンジ回りに傾動自在にするることを特徴としている。

そして、添付図面の、図５は、歯付調帯６の上辺、即ち、弛み側における倒伏状の羽根板７の側面より視る要部詳細の立面図を示し、図６は、図５の平面図、図７は、歯付調帯６の下辺、即ち、張り側の側面より視る羽根板７の起立位における要部詳細の立面図を示し、図８は、図７のＣより視る立面図であって、図７のＵ矢方向の水流に対して、受圧板７ｃは、圧力を受け、フランジ７ｂは、ヒンジ７ａの固設側に当接して羽根板を起立位に支持し、また、水流Ｕが逆方向のとき、及び水流のないとき、羽根板７のフランジ７ｂは、ヒンジ７ａの固設側に拘束されることなく、受圧板７ｃと共に傾動自在となり、図５に示すように、調帯上辺、弛み側の羽根板７は、作動中に遠心力を受けることなく、倒伏状となり、水流飛沫の抵抗を受け流し、水流中の繊維状芥屑類も羽根板への絡着が少なく、また、機体が水没状態にあっても、調帯上辺の弛み側と下辺の張り側との羽根板列の水流抵抗差により、継続運転が可能である利点がある。

上記、実施例１及び実施例２のものにおいて、多数の羽根板７，・・・７は、横幅Ｗを水路幅内法付近まで拡大可能であって、調車５，５の軸距、即ち、調帯６下辺の掛架長さＬは適宜拡縮設定可能としており、水路の諸条件に応じて、羽根板の形状・寸法及び配列枚数などの仕様を適宜設定することにより、水流Ｕの流速と圧力とに対応して、有効な水流エネルギー受容量を確保することとしている。

図１及び図３において、水車設置場所の水路状態により異なる水流Ｕの有効落差Ｈと、出力軸２と遊転軸３間の高低差、即ち、調帯６上辺の張り側両端の高低差とを、ほぼ等しく設定することにより、同調帯張り側羽根列の傾斜角θを設定し、又は、有効落差Ｈと調帯６張り側の掛架長さＬとの比Ｈ／Ｌの逆正弦に相等する傾斜角θを設定することにより、羽根列に沿い、敷板１により整流した水流Ｕを供給し、羽根列を円滑に駆動して出力軸２へ回転力を伝動することとしている。

そして、出力軸２には直結型の発電機８を付設したが、動力取出軸として、他の回転機器の駆動源に適用してもよい。

また、実施例１及び実施例２における、各部構成部材は、自然環境において、発錆、腐蝕及び劣化の少ない、ステンレス鋼、アルミニュム合金、銅合金、ゴム及びプラスチックスなどの耐候性材料より適宜選定する。

上記、実施例１及び実施例２のものにおいて、敷板１は、アンカー９により水路底Ｂｓに碇止され、上面が平滑、且つ、流線形状の緩やかな凸面に形設されており、水路底の凹凸粗面による水流の乱れを防ぎ、羽根板列７，・・・７へ平滑な流れを供給し、羽根板列の水流への追従を促して水流エネルギーを効率よく受容することとしている。

実施例１の代替実施例として、調車５の替わりにスプロケットを、また、調帯６の替わエンドレス・チェンを適用するとき、添付図面の、図９及び図１０において、水路底Ｂｓに沿って敷設した敷板１両側に立設したブラケット軸受４，４間に、水流上位を横切り、出力軸２と遊転軸３とを軸架し、両軸の両側部に、各１対のスプロケット５，５を軸止して１対のエンドレス・チェン６，６を掛架し、両側チェンの全外周に亘り対称的に配設した多数のベントアタッチメント６ａに、多数の羽根板７，・・・７を桟状に横設しており、実施例１と同等の代替機能を提供している。

本考案の連鎖状羽根列を具備する水車は、可搬型水車ないし、臨時の期間必要に応じて設置・撤去を行う仮設用途の水力源に適用するほか、浮具に添設し、また、波打ち際付近に碇設し、波浪の往復水流による往復動型水力源にも適用できる。

本考案の請求項１に係る調帯に羽根列を具備する水車の、側方より視る立面図である。（実施例１，実施例３） 図１のＡ矢より視る平面図である。（実施例１） 本考案の請求項２に係る調帯に羽根列を具備する水車の、側方より視る立面図である。（実施例２，実施例３） 図３のＢ矢より視る平面図である。（実施例２） 図３の調帯上辺、即ち、弛み側における倒伏位の羽根板側方より視る要部詳細立面図である。（実施例２） 図５の平面図である。（実施例２） 図３の調帯下辺、即ち、張り側における起立位の羽根板側方より視る要部詳細立面図である。（実施例２） 図７のＣ矢より視る要部詳細立面図である。（実施例２） 実施例１の代替例として、実施例４側面の立面図である。（実施例４） 図９Ｄ矢より視る平面図である。（実施例４）

符号の説明

１ 敷板
２ 出力軸
３ 遊転軸
４ ブラケット軸受
５ 歯付調車（単に調車と略称する）
６ 歯付調帯（単に調帯と略称する）
６ａ ベントアタッチメント（チェンの）
７ 羽根板
７ａ ヒンジ
７ｂ フランジ
７ｃ 受圧板
８ 発電機
９ アンカー
Ｂｓ 水路底
Ｌ 軸距（出力軸と遊転軸との）
Ｗ 横幅（羽根板の）
Ｈｅ 落差（有効落差）
Ｕ 水流
ｂ 歯付調帯の幅
ｂｓ 歯付調車の幅
ｂｅ 周縁の幅（調帯と調車との噛合位より外側の）

Claims (3)

1. 水路底（Ｂｓ）に沿って敷設した敷板（１）の両側に立設したブラケット軸受（４，４）に、水流（Ｕ）の上位を横切り、出力軸（２）と遊転軸（３）とを軸架し、両軸の両側部に軸止した歯付調車（５，５）に、該調車幅（ｂｓ）より広い幅（ｂ）の歯付調帯（６，６）１対を掛架し、同調帯の、調車との噛合位より外側の周縁（ｂｅ）全周に亘り、多数の羽根板（７，・・・７）を桟状に横設してなり、水流に沿って羽根板列を駆動すると共に、出力軸へ回転力を伝動可能とすることを特徴とする調帯に羽根列を具備する水車。
2. 水路底（Ｂｓ）に沿って敷設した敷板（１）両側に立設したブラケット軸受（４，４）に、水流（Ｕ）の上位を横切り、出力軸（２）と遊転軸（３）とを軸架し、両軸の両側部に軸止した歯付調車（５，５）に、該調車幅（ｂｓ）より広い幅（ｂ）の歯付調帯（６，６）１対を掛架し、同調帯の、調車との噛合位より外側の周縁（ｂｅ）全周に亘り、多数の羽根板（７，・・・７）を桟状に横設するため、該羽根板には、両端付近にヒンジ（７ａ）を形設し、該ヒンジの固設側を、同調帯の周縁（ｂｅ）に止着し、同ヒンジの可動側を一体的に形設したフランジ（７ｂ）に、山形状に受圧板（７ｃ）を形設してなり、受圧板に水流（Ｕ）の圧力を受けるとき、受圧板及びフランジは、ヒンジ回りに傾動してフランジをヒンジの固設側へ当接し、受圧板を水流に正対して支持し、また、受圧板に水流（Ｕ）の圧力を受けないとき、受圧板及びフランジは、ヒンジの固設側の拘束を受けることなく、羽根板を、ヒンジ回りに傾動自在とすることを特徴とする調帯に羽根列を具備する水車。
3. 敷板（１）が、アンカー（９）により水路底に碇止され、上面が平滑、且つ、流線形状の緩やかな凸面に形設されてなり、水路底の凹凸粗面による水流の乱れを防ぎ、羽根板列（７，・・・７）へ平滑な水流（Ｕ）を供給することを特徴とする請求項１及び請求項２記載の調帯に羽根列を具備する水車。

Images