JP4659917B1 - 水車羽根型発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】往動側では羽根への水圧の抵抗が軽減され、かつ水車の中に泥、砂、ゴミ等が溜まらないと共に、装置のコストダウンが図れる。
【解決手段】発電機３０に動力を伝達する回転軸４と、回転軸４に固定された回転体１と、回転体１の外周に設けられ、流体の流れを受けて回転体１を回転させる羽根１０とを備えている。羽根１０は回転体１に回動自在に配設され、短いストッパ部１１と、ストッパ部１１より立ち上がって該ストッパ部１１より長い流体受け部１２とが形成され、流体受け部１２は、羽根１０が倒れた場合、倒れる側の羽根１０のストッパ部１１を覆う長さに形成されている。装置の枠体を構成する天板２３には、回転体１の回転軸４より下方の羽根１０に流体を導くように内側に傾斜した流体ガイド板２４が固定されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば河川や海等の水流や海流等を利用して水力発電を得る水車羽根型発電装置に関する。

水車羽根型発電装置として、本願出願人は特許文献１の図１７及び図１８の構造のものを提案している。この構造は、発電機に動力を伝達する回転軸と、この回転軸に固定された回転体と、この回転体の外周に設けられ、流体の流れを受けて前記回転体を回転させる羽根とを備えている。そして、前記回転体の下方には、流体通路を形成するように流体通路枠体が設けられ、前記羽根は前記回転体に回動自在に配設された流体受け部と、この流体受け部より短いストッパー部とがＬ字形状に形成され、かつ前記流体受け部が前記流体通路の流体圧を受ける側で、前記ストッパー部が前記流体受け部の起立を維持するように配設されている。

前記回転体の外周には、前記羽根の回転を妨げなく、該回転体を囲むように羽根通路枠体が設けられている。また前記流体受け部には、流体受け部側と反対面側に錘が設けられるか、又は前記流体受け部は、基部の流体受け部と、この先端に固定された錘とからなっている。前記回転体の外周は、前記羽根の回転支軸の部分より流体受け部の先端が当接する部分の外側が大きく円弧形状に形成され、更に回転体には、ストッパ部側に円弧部がストッパ部されている。
特願２００９−１０４５９１

流体は水車（回転体、羽根等）の下方を流れるので、水車の中に川の中の泥、砂、ゴミ等が溜まらない。また復動側では羽根が倒れるので、復動時における抵抗が軽減されるという特徴を有する。しかし、回転体には、流体の抵抗を軽減するために、羽根取付け面が円弧状に形成され、また羽根の起立を容易にするためにストッパ部側にも円弧部が形成されている。また羽根の流体受け部には錘を設けるか、又は先端に錘を固定している。このように回転体及び羽根は複雑な構造であるので高価になる。

本発明の課題は、往動側では羽根への水圧の抵抗が軽減され、かつ水車の中に泥、砂、ゴミ等が溜まらないと共に、装置のコストダウンが図れる水車羽根型発電装置を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明の請求項１は、発電機に動力を伝達する回転軸と、この回転軸に固定された回転体と、この回転体の外周に設けられ、流体の流れを受けて前記回転体を回転させる羽根とを備えた水車羽根型発電装置において、前記羽根は前記回転体に回動自在に配設され、短いストッパ部と、このストッパ部より立ち上がって該ストッパ部より長い流体受け部とが形成され、前記流体受け部は、羽根が倒れた場合、倒れる側の羽根のストッパ部を覆う長さに形成され、装置の枠体を構成する天板には、前記回転体の回転軸より下方の羽根に流体を導くように内側に傾斜した流体ガイド板が固定され、前記回転体は、ドラム体と、このドラム体の両側にそれぞれ固定された側板とからなり、前記ドラム体は、羽根が取付けられる支軸単位に分割された複数個のトレーよりなり、前記トレーは、四角形状の底板より前記側板に固定されるように折り曲げられて形成された側板固定部と、前記底板より隣接するトレーに固定されるように折り曲げられて形成されたトレー固定部とからなり、前記側板固定部と前記側板及び前記トレー固定部と隣接するトレー固定部とは、それぞれボルトとナットで固定されていることを特徴とする。

請求項１の構成によれば、流体受け部はストッパ部より長くて重いので、回転軸より上方の羽根は自重により自然に倒れる。即ち、羽根が倒れると、羽根の流体を受ける流体受け面積が著しく小さくなり、復動側では抵抗が軽減する。また羽根が倒れた場合、流体受け部が次の羽根のストッパ部と流体受け部の下方部を覆うので、流体受け部がストッパ部に当接する。この点からも復動側では羽根の流体に対する抵抗は軽減される。また流体ガイド板によって流体は回転体の下方側に流れるので、水車（回転体、羽根等）の中に川の中の泥、砂、ゴミ等が溜まらない。また回転体は単純な形状よりなり、更にストッパ部及び流体受け部は同一部材で製作できるので、装置の大幅なコストダウンが図れる。

またトレーは側板固定部が側板に、またトレー固定部同士が固定されるので、強度が増し、水圧にも十分に耐えられる。また側板固定部及びトレー固定部は折り曲げて形成されるので、加工が簡単で安価に製作できる。またトレーと側板及びトレー同士は、ボルトとナットの結合で固定される。即ち、ステンレスは溶接であると組成が変化して赤錆劣化するが、ボルトとナット結合であるので、酸化劣化しない。

本発明の水車羽根型発電装置の一実施の形態を図により説明する。図３及び図４に示すように、回転体１は、外周が１２面体に形成されたドラム体２と、このドラム体２の両側面にそれぞれ固定された側板３とからなっており、側板３の外径はドラム体２の外径より大きく形成されている。側板３は回転軸４に固定具５で固定されている。側板３のドラム体２より上方に突出した部分には１２面体にそれぞれ対応して軸受６が固定されている。

回転体１には、図５に示す羽根１０が取付けられている。羽根１０は、短い長さのストッパ部１１と、このストッパ部１１より立ち上がった流体受け部１２とからなり、支軸１３に固定具１４により固定されている。支軸１３の両端部は、相対向して配設された前記軸受６に回転自在に支承されている。流体受け部１２は、ストッパ部１１が回転体１のドラム体２に当接して起立した時は、流体を多く受けるように、流体受け面側はＲ形状に窪んだ形状となっている。また流体受け部１２は、図１に示すように、羽根１０が倒れた場合、倒れる側の羽根１０のストッパ部１１と流体受け部１２の下方部を覆う長さとなっている。

図１及び図２に示すように、羽根１０が取付けられた回転体１の回転軸４は、底板２０の両側に固定された側板２１に軸受２２を介して回転自在に支承されている。また両方の側板２１上には天板２３が固定されている。即ち、底板２０、側板２１及び天板２３で装置の枠体を構成している。天板２３の前端部には、内側に傾斜して流体ガイド板２４が固定されている。ここで、流体ガイド板２４は、流体流れ方向Ａの流体を回転軸４より下方の羽根１０に導くように傾斜した長さとなっている。

天板２３上には、発電機３０の入力軸３１が回転軸４と平行になるように発電機３０が固定されている。回転軸４の一端部及び入力軸３１にはそれぞれ歯車３２、３３が固定されており、歯車３２、３３にはチェーン３４が掛け渡されている。

次に作用について説明する。流体ガイド板２４が流体流れ方向Ａに向くように、本装置を水中又は海中の所定位置に置固定すると、流体ガイド板２４に導かれた流体及び流体ガイド板２４の下方を流れる流体は、回転軸４より下方の羽根１０（１０１〜１０５）の流体受け部１２に当たり、回転体１及び回転軸４は矢印Ｂ方向に回転させられる。回転軸４の回転は、歯車３２、３３及びチェーン３４を介して入力軸３１に伝達され、発電機３０によって発電される。

また流体受け部１２はストッパ部１１より長くて重いので、回転軸４より上方の羽根１０（１０７〜１１２）は自重により自然に倒れる。即ち、羽根１０が倒れると、羽根１０の流体を受ける流体受け面積が著しく小さくなるので、復動側では抵抗が軽減する。また羽根１０が倒れた場合、流体受け部１２が次の羽根１０のストッパ部１１と流体受け部１２の下方部を覆うので、流体受け部１２がストッパ部１１に当接する。この点からも復動側では羽根１０の流体に対する抵抗は軽減される。

本装置は、上記効果の他に次のような効果も得られる。流体ガイド板２４によって流体は回転体１の下方側に流れるので、水車（回転体１、羽根１０等）の中に川の中の泥、砂、ゴミ等が溜まらない。また回転体１は単純な形状よりなり、更にストッパ部１１及び流体受け部１２は同一部材で製作できるので、装置の大幅なコストダウンが図れる。

図６はドラム体の製作の一実施の形態を示す。前記実施の形態は、ステンレス板を１２面体に形成した場合を図示して説明した。本実施の形態はドラム体２を１２個のトレー４０で構成したものである。トレー４０は、四角形状の底板４１の短辺側の両側より側板３に固定させるように直角に折り曲げられた側板固定部４２と、長辺側の両側より隣のトレー４０に固定されるように斜め外側に傾斜して折り曲げられたトレー固定部４３とが形成されている。側板固定部４２には側板３にボルトとナットで固定する複数個のボルト挿入穴４４と、支軸１３が挿入される支軸挿入穴４５が形成されている。トレー固定部４３にも隣接するトレー４０同士をボルトとナットで固定する複数個のボルト挿入穴４６が形成されている。なお、図示しないが、側板３にはボルト挿入穴４４に対応してボルト挿入穴が形成されている。また側板３に固定された軸受６は、トレー４０を側板３に固定した場合、支軸挿入穴４５に対応して形成されている。

次にドラム体２の組立について説明する。トレー４０の側板固定部４２のボルト挿入穴４４と側板３のボルト挿入穴を合わせ、側板固定部４２のボルト挿入穴４４と側板３のボルト挿入穴にボルトを挿入してナットで固定する。このようにして１２個のトレー４０を側板３に固定する。その後、隣接するトレー４０同士のボルト挿入穴４６にボルトを挿入してナットで固定する。これにより、１２個のトレー４０が側板３に固定されると共に、トレー４０同士が固定されて回転体１が構成される。その後は、支軸１３をトレー４０の支軸挿入穴４５に挿入した後、支軸１３の両端部に軸受６を取付け、軸受６を側板３に固定する。続いて図５に示すように、支軸１３に羽根１０を固定具１４で固定する。

このように、ドラム体２は羽根１０が取付けられる支軸１３単位に形成された１２個のトレー４０よりなり、トレー４０には側板３に固定される側板固定部４２とトレー４０同士を固定するトレー固定部４３が形成されている。即ち、トレー４０は側板固定部４２が側板３に、またトレー固定部４３同士が固定されるので、強度が増し、水圧にも十分に耐えられる。また側板固定部４２及びトレー固定部４３は折り曲げて形成されるので、加工が簡単で安価に製作できる。またトレー４０と側板３及びトレー４０同士は、ボルトとナットの結合で固定される。即ち、ステンレスは溶接であると組成が変化して赤錆劣化するが、ボルトとナット結合であるので、酸化劣化しない。

本装置の大きさは本発明の特徴とする構成でないので限定されないが、実験的に次の大きさで試作品を製作した。以下、主な寸法のみ記載する。ドラム体２の外径は１００ｃｍ、両方の側板３間の長さは１８０ｃｍ。羽根１０の主な寸法は、ストッパ部１１の長さ８ｃｍ、流体受け部１２の長さ４０ｃｍ、ストッパ部１１及び流体受け部１２は幅１７５ｃｍ、厚さ２ｍｍ、ストッパ部１１から流体受け部１２の直線部の角度は１０２. ２７度。流体ガイド板２４は、天板２３に対して角度θは３５. ４７度、長さ１６０ｃｍで製作した。本装置は、水中は海中に設置されるので、殆どの部材は錆びにくいステンレス材で製作した。このように製作した本装置を水中で実験した結果、非常に良好な結果が得られた。

図７は羽根の他の実施の形態を示す。前記実施の形態における羽根１０（図５参照）は、流体受け部１２の流体受け面側がＲ形状に窪んだ形状となっている。図７（ａ）は流体受け面側をＶ字形状に形成し、図７（ｂ）は台形形状に形成したものである。このように形成しても、前記実施の形態と同様に流体を多く受けるので好ましい。図７（ｃ）は流体受け部１２の流体受け面側は直線の平面となっている。この場合は、図５、図７（ａ）、図７（ｂ）の羽根のような効果は得られないが、本装置の効果は得られる。

なお、上記各実施の形態においては、ドラム体２を１２面として１２個の羽根１０を設けたが、羽根１０の数は特に限定されるものではない。またドラム体２は角型ではなく円形状に形成しても良い。また流体ガイド板２４の天板２３に対する角度θは、３０度〜４５度が好ましい。

本発明の水車羽根型発電装置の一実施の形態の概略構成を示す断面図である。 図１の正面図である。 回転体の側面図である。 図３の断面図である。 羽根を示し、（ａ) は側面図、（ｂ）は正面図である。 ドラム体の製作の一実施の形態を示し、（ａ) はドラム体を構成するトレーの斜視図、（ｂ）はドラム体の組立を示す斜視図である。 羽根の他の実施の形態を示す側面図である。

１ 回転体
２ ドラム体
３ 側板
４ 回転軸
１０ 羽根
１１ ストッパ部
１２ 流体受け部
１３ 支軸
２１ 側板
２３ 天板
２４ 流体ガイド板
３０ 発電機
３２、３３ 歯車
３４ チェーン
４０ トレー
４１ 底板
４２ 側板固定部
４３ トレー固定部
４４ ボルト挿入穴
４５ 支軸挿入穴
４６ ボルト挿入穴

Claims (1)

1. 発電機に動力を伝達する回転軸と、この回転軸に固定された回転体と、この回転体の外周に設けられ、流体の流れを受けて前記回転体を回転させる羽根とを備えた水車羽根型発電装置において、前記羽根は前記回転体に回動自在に配設され、短いストッパ部と、このストッパ部より立ち上がって該ストッパ部より長い流体受け部とが形成され、前記流体受け部は、羽根が倒れた場合、倒れる側の羽根のストッパ部を覆う長さに形成され、装置の枠体を構成する天板には、前記回転体の回転軸より下方の羽根に流体を導くように内側に傾斜した流体ガイド板が固定され、前記回転体は、ドラム体と、このドラム体の両側にそれぞれ固定された側板とからなり、前記ドラム体は、羽根が取付けられる支軸単位に分割された複数個のトレーよりなり、前記トレーは、四角形状の底板より前記側板に固定されるように折り曲げられて形成された側板固定部と、前記底板より隣接するトレーに固定されるように折り曲げられて形成されたトレー固定部とからなり、前記側板固定部と前記側板及び前記トレー固定部と隣接するトレー固定部とは、それぞれボルトとナットで固定されていることを特徴とする水車羽根型発電装置。