JP3242157U

JP3242157U - 水車及び水車発電機

Info

Publication number: JP3242157U
Application number: JP2023000272U
Authority: JP
Inventors: 豊中村; 陽一郎東出
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2023-02-01
Filing date: 2023-02-01
Publication date: 2023-05-31
Anticipated expiration: 2033-02-01

Abstract

【課題】水量の増減に柔軟に対応して、適切な水車駆動を行うことができる水車発電機を提供する。【解決手段】水は、水車１００の筐体１３０の水洞１３２に入り、ランナ１５０の方向に落下する。このとき、ガイドベーン１４０で２つの水流に分けられてランナ１５０の羽根１６０に当たり、回転軸１０２が回転する。この回転は、カップリング３０を介して発電機２００の回転軸２０２に伝達され、発電機２００が回転して発電が行われる。ランナ１５０は、水量に応じて厚みを増減したり、設置数を増減する。この場合に、筐体１３０では、中間枠１８０の積層数を増減することで、ランナ１５０を収納する空間を確保できる。【選択図】図１

Description

本考案は、水車及び水車発電機にかかり、特に、比較的小規模の水力発電に好適な水車の改良に関する。

比較的小規模の水車発電機としては、各種のものが知られており、落差のある水流によって回転する水車と、この水車の回転によって発電する発電機とを備えているが、従来の水車の羽根車のランナ部分は、一般的に溶接によって組立てが行われている。例えば、下記特許文献１には、ライナ溶接部外側表面近傍の溶接材をマルテンサイト系ステンレス鋼とするとともに、溶接部外側表面より下部の内側表面に至る部分の溶接材をオーステナイト系ステンレス鋼とした点が開示されている。下記特許文献２には、分割ランナユニットの分割面を互いに接合するとともに、接合部を溶接してランナを組み立てる点が開示されている。

特開昭53-92058号公報特開昭54-23048号公報

ところで、水力発電所のような大規模な水車発電機では、ダムに貯水された水を利用して水車を回転させるため、比較的安定した発電が可能である。従って、水車のランナ部分の仕様を変更せず、溶接で組み立てても、特に不都合は生じない。これに対し、比較的小規模な水車発電機では、水量の変動が比較的大きく、該変動に対応する必要がある。

本考案は、以上の点に着目したもので、水量の増減に柔軟に対応して、適切な水車駆動を行うことができる水車及び水車発電機を提供することを、その目的とする。

本考案の水車は、筐体の開口から導入された水によって、筐体内に設けられたランナが回転する水車であって、前記筐体を、多数の板材による積層構造としたことを特徴とする。主要な形態の一つによれば、前記板材の積層方向が、前記ランナの回転軸方向であることを特徴とする。他の形態によれば、前記ランナを、前記回転軸方向に複数並べて設けたことを特徴とする。あるいは、前記ランナの回転軸方向の厚みを、水量に対応して設定した厚みとしたことを特徴とする。更には、前記ランナの水の導入側にガイドベーンが設けられており、該ガイドベーンを、前記筐体と同様の積層構造としたことを特徴とする。ランナを回転軸方向の積層構造とすることで、水車の筐体の空間を増減することができ、ランナの厚みを増減したり、設置数を増減することができる。

本考案の水車発電機は、前記いずれかの水車と、この水車のランナの回転によって発電する発電機とを備えたことを特徴とする。本考案の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。

本考案によれば、水車の筐体を、ランナの回転軸方向に板材を積層した構造としたので、水量の増減に柔軟に対応して、適切な水車駆動を行うことができる。

図１(A)は、本実施例にかかる水車発電機の外観を一部破断して示し、同図の＃１Ｂ－＃１Ｂ線に沿って矢印方向に見た断面を同図(B)に示す。図１(A)の矢印Ｆ２方向から見た様子を、一部破断して示す。ランナ部分を分解して示し、同図(A)を＃３Ｂ－＃３Ｂ線に沿って矢印方向に見た断面を同図(B)に示す。前記水車発電機の使用状態を示す。水量の増減に対応するランナ部分の他の構成を示す。

以下、本考案を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。

図１(A)には本考案にかかる水車発電機の外観が示されており、同図の＃１Ｂ－＃１Ｂ線に沿って矢印方向に見た断面が同図(B)に示されている。また、図１(A)の矢印Ｆ２方向から見た様子が図２に示されている。図３には、水車のランナ部分が示されている。これらの図において、水車発電機１０は、水車１００と発電機２００が設置台（あるいは地面）２０上に、取付プレート４０，４２，４４を介して設置されており、水車１００の回転軸１０２と発電機２００の回転軸２０２がカップリング３０によって結合されている。

水車１００は、横方向から水を導入する導入路１１０が設けられており、導入路１１０は、開閉弁機構１２０を介して筐体１３０に接続している。前記導入路１１０は水が導入される開口１１２を備えており、前記開閉弁機構１２０は図示しない開閉弁を備えており、開閉レバー１２２を操作することで水の導入・遮断や導入量を調整できるようになっている。

次に、水車１００の筐体１３０は、前記導入路１１０に接続して水が導入される水洞１３２を上部に備えており、水によって回転駆動されるランナ（羽根車）１５０を下部に備えている。水洞１３２には、図１(B)に示すように、ガイドベーン１４０が設けられており、これによって水流が２分割され、クロスフロー方式で効率よくランナ１５０が駆動されるようになっている。

図３には、ランナ１５０が分解して示されており、同図(A)の＃３Ｂ－＃３Ｂ線に沿って矢印方向に見た断面が同図(B)に示されている。これらに示すように、ランナ１５０は、アルミ一体物１６０に側板１５６を設けた構成となっている。アルミ一体物１６０は、溶接を行うことなく一体に形成されている。すなわち、軸継手１６０Ａ，側板１６０Ｂ，羽根１６０Ｃが、いわゆる削り出しによって一体に製作されており、軸継手１６０Ａの貫通孔１６２と他方の側板１５６の貫通孔１５８に対してボルト・ナット手段（図示せず）を使用することで、ランナ１５０を組み立てた構成となっている。軸継手１６０Ａは、回転軸１０２に固定されており、キー及びキー溝などの手段で、ランナ１５０の回転が回転軸１０２に伝達されるようになっている。なお、図３の例では、軸継手１６０Ａ，側板１６０Ｂ，羽根１６０Ｃを削り出しで一体に製作したが、例えば、軸継手１６０Ａと羽根１６０Ｃを一体に構成し、これに側板１６０Ｂ，１５６をボルト・ナット手段で取り付けるようにしてもよく、適宜の製造方法を適用してよい。

ランナ１５０の回転軸１０２は、筐体１３０に対してシール材１７０により水密となっており、更に筐体１３０の外側であって設置台２０の上に設けた軸受け１７２により回転可能に支持されている。回転軸１０２は、上述したように、カップリング３０を介して発電機２００の回転軸２０２に結合しており、水車１００のランナ１５０の回転が発電機２００に伝達されるようになっている。

ところで、本実施例では、筐体１３０を、複数の板材による中間枠１８０を重ね合わせるとともに、その端部を閉板１８２，１８４で閉じた構成となっている。中間枠１８０は、図１(B)に示すように、上部に水洞１３２を構成する空間１８０Ａを備えており、下部にランナ１５０を収納するための空間１８０Ｂを備えている。この中間枠１８０を回転軸１０２の方向に複数枚重ねる。そして、水の導入側には開閉弁機構１２０を介して導入路１１０を更に設けるとともに閉板１８２を設け、発電機２００側には閉板１８４を設け、それら全体をボルト・ナット手段１８６で結合することで、上部に水洞１３２用の空間１８０Ａが形成され、下部にランナ１５０用の空間１８０Ｂが形成される。空間１８０Ｂには、底面の取付プレート４０及び設置台２０を貫通して排水口１９０が設けられている。

なお、ガイドベーン１４０については、水洞１３２の回転軸方向の厚みを有するものをボルト・ナット手段１８８で取り付けてもよいが、中間枠１８０と同じ厚さのものを必要数重ねるようにしてもよい。

次に、本実施例の動作を説明する。水車１００の導入路１１０には、例えば、図４に示すように、タンク５０に貯めた水が、水路５２から水が供給される。タンク５０には、例えば川などから水が溜められるが、川の水量が変動しても、タンク５０から供給される水量の変動は抑制されるようになる。
水は、水車１００の筐体１３０の水洞１３２に入り、ランナ１５０の方向に落下する。このとき、ガイドベーン１４０で２つの水流に分けられてランナ１５０の羽根１６０Ｃに水が当たり、回転軸１０２が回転する。この回転は、カップリング３０を介して発電機２００の回転軸２０２に伝達され、発電機２００が回転して発電が行われるようになる。ランナ１５０を回転させた水は、排水口１９０から外部に排水される。

この場合において、水量が豊富なときは、図５(A)に示すランナ１５０の回転軸方向の厚みを、同図(B)に示すランナ１５０Ａのように厚くするか、同図(C)に示すように同図(A)のランナ１５０を複数回転軸方向に設けるようにする。同図(B)の筐体１３０Ａも、同図(C)の筐体１３０Ｂも、中間枠１８０の積層数を増やすことで、筐体内にランナ１５０Ａないし複数のランナ１５０を収納することができる。

以上のように、本実施例によれば、ランナを収納する筐体を中間枠１８０を積層して構成することとしたので、積層数を増減することで、ランナの厚さの変更や、複数のランナの設置が可能となり、水量の変動に柔軟に対応することができる。

＜他の実施例＞本考案には数多くの実施例があり、以上の開示に基づいて多様に改変することが可能である。例えば、次のようなものも含まれる。
(1)前記実施例では、水車側の回転軸と発電機側の回転軸を直接接合したが、必要に応じて、ギア機構やベルト機構による回転数調整を行うようにしてよい。
(2)前記実施例では、ガイドベーンを設けてクロスフロー方式で水車を駆動することとしたが、ガイドベーンのない他の各種の方式としてよい。
(3)前記実施例で示した形状・寸法は一例であり、同様の作用を奏するように設計変更可能である。各部の素材も、アルミ以外のものを使用してよい。
(4)前記実施例では、軸継手，側板，羽根を削り出しによる一体物としたが、ランナを構成する部材のうちいずれを一体物とするかは、必要に応じて適宜決めてよい。
(5)本考案の適用例としては、養魚場やキャンプ場などの小規模な水流があるが、例えば、ビル・マンションなどの建物の屋上に降った雨を集めて得た水流に対しても適用可能である。建物の屋上には、太陽電池パネルが設置されることがあるが、雨天では発電量が低下する。しかし、雨を集めて水力発電を行えば、太陽電池による発電量の低下を補うことができる。
(6)図５には、ランナを回転軸方向に複数配列した例を示したが、図１に示した水車発電機１０を複数台用意し、水を分流して使用するようにしてもよい。
(7)前記実施例は、本校案の水車を発電に適用したものであるが、発電以外の用途に適用することを妨げるものではない。

本考案によれば、水車の筐体を、ランナの回転軸方向に板材を積層した構造としたので、水量の増減に柔軟に対応して、適切な水車駆動を行うことができ、水量変動のある小規模の水車発電機に好適である。

１０：水車発電機
２０：設置台
３０：カップリング
４０，４２，４４：取付プレート
５０：タンク
５２：水路
１００：水車
１０２：回転軸
１１０：導入路
１１２：開口
１２０：開閉弁機構
１２２：開閉レバー
１３０，１３０Ａ，１３０Ｂ：筐体
１３２：水洞
１４０：ガイドベーン
１５０，１５０Ａ：ランナ
１５６：側板
１５８：貫通孔
１６０：アルミ一体物
１６０Ａ：軸継手
１６０Ｂ：側板
１６０Ｃ：羽根
１６２：貫通孔
１７０：シール材
１７２：軸受け
１８０：中間枠
１８０Ａ，１８０Ｂ：空間
１８２，１８４：閉板
１８６，１８８：ボルト・ナット手段
１９０：排水口
２００：発電機
２０２：回転軸

Claims

筐体の開口から導入された水によって、筐体内に設けられたランナが回転する水車であって、
前記筐体を、多数の板材による積層構造としたことを特徴とする水車。
前記ランナを構成する部材の一部を削り出しで一体に製作したことを特徴とする請求項１記載の水車。
前記板材の積層方向が、前記ランナの回転軸方向であることを特徴とする請求項１記載の水車。
前記ランナを、前記回転軸方向に複数並べて設けたことを特徴とする請求項２記載の水車。
前記ランナの回転軸方向の厚みを、水量に対応して設定した厚みとしたことを特徴とする請求項３記載の水車。
前記ランナの水の導入側にガイドベーンが設けられており、該ガイドベーンを、前記筐体と同様の積層構造としたことを特徴とする請求項３記載の水車。
請求項１～６のいずれか一項に記載の水車と、この水車のランナの回転によって発電する発電機とを備えたことを特徴とする水車発電機。