JP4833328B2 - 流体エネルギ回収装置 - Google Patents

Description

この発明は、流体の流速の低減を軽減して流体エネルギを効率よく回収することができる流体エネルギ回収装置に関するものである。

従来の流体エネルギ回収装置は、入水側開口部から排水側開口部へ向かって貫通する水路を有し、流れの生じている水中に水没させて用いるケーシング部材と、各回転軸とそれぞれ一体的に固定されかつケーシング部材の水路内に配置された複数の羽根部を有する一対の回転翼と、回転軸の一端部側に設けられた発電機と、ケーシング部材の入水側開口部に設けられ、その開口端の面積を下流側に向かって徐々に減少させるように形成された水流増速部とを備えたものである（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−１７７７９７号公報

従来の流体エネルギ回収装置は、開口端の面積を下流側に向かって徐々に減少される水流増速部を備えているが、開口端側から回転翼に向かうにつれて流体の流速が低下して流体エネルギの回収効率が低減するという問題点があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、流体の流速の低減を軽減して流体エネルギの回収効率を向上することができる流体エネルギ回収装置を提供することを目的とする。

この発明は、入側開口部から出側開口部へ貫通する流路を有し、流体中に流路を浸漬させて用いるケーシングと、
ケーシングの流路内に配置された複数の羽根部を有する一対の回転翼と、
一対の回転翼の上部側に設けられ流体エネルギを羽根部で受けることにより得られた回転翼の回転エネルギを回収する回収部とを備え、
ケーシングには、流路の入側開口部側から一対の回転翼側までに至る縦断面面積が一対の回転翼に向かって小さくなる流体案内部と、
流体案内部内を流路の流体の流れる方向と同一方向で仕切るように配設された一対の導流体板とが形成され、
一対の導流体板の間隔は、入側開口部側端の間隔および一対の回転翼側端の間隔より入側開口部から一対の回転翼までの間の間隔が広く形成されている。

この発明の流体エネルギ回収装置は、入側開口部から出側開口部へ貫通する流路を有し、流体中に流路を浸漬させて用いるケーシングと、
ケーシングの流路内に配置された複数の羽根部を有する一対の回転翼と、
一対の回転翼の上部側に設けられ流体エネルギを羽根部で受けることにより得られた回転翼の回転エネルギを回収する回収部とを備え、
ケーシングには、流路の入側開口部側から一対の回転翼側までに至る縦断面面積が一対の回転翼に向かって小さくなる流体案内部と、
流体案内部内を流路の流体の流れる方向と同一方向で仕切るように配設された一対の導流体板とが形成され、
一対の導流体板の間隔は、入側開口部側端の間隔および一対の回転翼側端の間隔より入側開口部から一対の回転翼までの間の間隔が広く形成されているので、
一対の導流体板の間に流体が流れ、流体案内部内において一対の導流体板により流れが整流されるため、流体の流速の低減を軽減して流体エネルギを効率よく回収することができる。

この発明の実施の形態１の流体エネルギ回収装置の構成を示す上面図である。 図１に示した流体エネルギ回収装置の構成を示す側面図および正面図である。 図１に示した流体エネルギ回収装置の回転翼の構成を示す背面図である。 図１に示した流体エネルギ回収装置と従来の流体エネルギ回収装置との流体の流れを説明するための図である。

実施の形態１．
以下、本願発明の実施の形態について説明する。図１はこの発明の実施の形態１における流体エネルギ回収装置の構成を示す上面図、図２は図１に示した流体エネルギ回収装置の構成を示す側面図および正面図、図３は図１に示した流体エネルギ回収装置の回転翼の構成を示す図、図４は図１に示した流体エネルギ回収装置と従来の流体エネルギ回収装置との流体の流れを説明するための図である。

図において、入側開口部１２ａから出側開口部１２ｂへ貫通する流路１３を有し、流体中に流路１３を浸漬させて用いるケーシング１２と、ケーシング１２の流路１３内に配置された複数の羽根部３を有する一対の回転翼１０、１１と、一対の回転翼１０、１１の上部側に設けられ流体エネルギを羽根部３で受けることにより得られた回転翼１０、１１の回転エネルギを回収する回収部４とを備えている。そして、ケーシング１２には、流路１３の入側開口部１２ａ側から一対の回転翼１０、１１側までに至る縦断面面積が一対の回転翼１０、１１に向かって小さくなる流体案内部１４と、流体案内部１４内を流路１３の流体の流れる方向と同一方向で仕切るように配設された一対の導流体板１５とが形成されている。

一対の導流体板１５の間隔は、入側開口部側端１５ａの間隔Ｈ１および一対の回転翼側端１５ｂの間隔Ｈ３より入側開口部１２ａから一対の回転翼１０、１１までの間の間隔Ｈ２が広く流線形にて形成されている。また、導流体板１５は、一対の回転翼側端１５ｂが一対の回転翼１０、１１間に至るように形成されている。そして、流体案内部１４および導流体板１５は、入側開口部側端１４ａ、１５ａの高さｈ１が回転翼１０、１１の高さｈ３より高く形成され、一対の回転翼側端１４ｂ、１５ｂの高さｈ２、ｈ３が回転翼１０、１１の高さｈ４と同様の高さ位置にて形成されている。

そして、各回転翼１０、１１は図３に示すように、それぞれ以下のように構成されている。第１の中心点Ｘを中心として回動自在に形成され円板にて形成されている上部板体１と、上部板体１と平行にかつ第１の中心点Ｘと第２の中心点Ｙが対向位置となるように配設され第２の中心点Ｙを中心として回動自在に形成され、円板の中央部に開口部２ａを有する下部板体２と、上部板体１に上端３ａが下部板体２に下端３ｂがそれぞれ固着された羽根部３を上部板体１および下部板体２の周方向に等間隔にて複数個有している。羽根部３は流体を受けやすいように、横断面が半円形状にて形成されている。そして、各羽根部３はこの半円形状の凹部方向が周方向において同一方向となるように配設されている。

そして、この一対の回転翼１０、１１間に流体が流れ込むように形成されている。このため、一対の回転翼１０、１１の羽根部３は、回転翼１０は矢印Ｂの方向に、回転翼１１は矢印Ａの方向であり、各方向の流体を受けることができる向きに半円形状が配設されている。尚、この形状はこれに限られることはなく、他の形状でも流体を受けることが可能である形状であればよく、本流体エネルギ回主装置が使用される流体の流れに応じて強度などで適宜決定されるものである。

上記のように構成された実施の形態１の流体エネルギ回収装置は、ケーシング１２の流路１３が河川などに浸漬される。そして、流体としての水が流路１３を流れる。この際、ケーシング１２の入側開口部１２ａ側では、流体案内部１４内に水が流れる。この水は、流体案内部１４が入側開口部１２ａ側から一対の回転翼１０、１１側までに至る縦断面面積が一対の回転翼１０、１１に向かって小さくなるテーパ状にて形成されているため、一対の回転翼１０、１１の間に集められて流れる。さらに、流体案内部１４内では、一対の導流体板１５の間においても水が流れ、一対の回転翼１０、１１の間に水が流れ込む。そして、一対の回転翼１０、１１の羽根部３がそれぞれ水の流れを受けて回転するこれに伴い、上部板体１および下部板体２は第１および第２の中心点Ｘ、Ｙを中心に回転する。そして、この上部板体１の回転エネルギを回収部４にて回収して、発電等を行う。そして、ケーシング１２の出側開口部１２ｂから水は排出される。

この際、本発明は導流体板１５が存在するため、一対の回転翼１０、１１の間を通過する流体の速度の低減することを抑制することができる。このことについて図４を用いて説明する。図４（ａ）は従来の流体エネルギ回収装置の横断面図、図４（ｂ）は本発明の流体エネルギ回収装置の横断面図である。図４（ａ）の従来の流体エネルギ回収装置は導流体板１５が存在しないもので、他の構成は実施の形態１の流体エネルギ回収装置と同様であるため、同一符号を付して説明を省略する。

図４（ａ）のような従来の流体エネルギ回収装置の構成の場合には、流体案内部１４内の流れは白矢印で示すように、流体案内部１４の中央部に流体の流れが集中して、一対の回転翼１０、１１間に至る。このように、流体の全ての流れが中央に集中するため、流体がぶつかり合い、流体の流速および流体圧を低減する。これにより、回転翼１０、１１の流体エネルギが減少し、流体エネルギの回収が低減する。

これに対し、図４（ｂ）のような本発明の流体エネルギ回収装置の構成の場合には、流体案内部１４内の流体の流れは白矢印で示すように、流体案内部１４の側壁に沿って流れ、一対の回転翼１０、１１間に至る。また、一対の導流体板１５内の流体の流れは、黒矢印で示すように、流体案内部１４内の他の流体の流れに左右されることなく、ほぼ直線的に進み、一対の回転翼１０、１１間に至る。このように、一対の導流体板１５の間隔が入側開口部側端１５ａの間隔Ｈ１および一対の回転翼側端１５ｂの間隔Ｈ３より入側開口部１２ａから一対の回転翼１０、１１までの間の間隔Ｈ２が広く流線形にて形成されていることによって、流体案内部１４の白矢印の流れはいったん流体案内部１４の側壁側に移行されて整流され、最終的に一対の回転翼１０、１１間に流れ込む。このため、従来の場合より、流体の流速および流体圧が低減することを防止できる。また、一対の導流体板１５間を流れる流体は、その流速および流体圧がほとんど低減されることなく、一対の回転翼１０、１１間に至る。これらにより、回転翼１０、１１の流体エネルギがほとんど減少することなく、流体エネルギの回収がほとんど低減することなく行うことができる。

尚、一対の導流体板１５の間隔が広く形成されている間隔Ｈ２の入側開口部１２ａからの形成位置は、図１に示した箇所以外であってもよく、例えば、流体が流れ込んだ後に、流体案内部１４の側壁側に移行されて整流され、最終的に一対の回転翼１０、１１間に流れ込むような位置であれば、他の位置に形成されていたとしても、上記実施の形態１と同様な効果を得ることができる。一般的には、一対の導流体板１５の間隔が広く形成されている間隔Ｈ２の入側開口部１２ａからの形成位置は、入側開口部１２ａの近辺位置に形成される場合の方が、流体を流体案内部１４の側壁側に移行させやすく、整流を確実に効率よく行うことができる。

また、一対の導流体板１５の一対の回転翼側端１５ｂは上記実施の形態１においては、一対の回転翼１０、１１間に至る位置に形成する例を示したが、これに限られることはなく、例えば、一対の導流体板１５の一対の回転翼側端１５ｂから流れ出した流体が、一対の回転翼１０、１１間に流れ込むような位置であれば、他の位置に形成されていたとしても、上記実施の形態１と同様な効果を得ることができる。

上記のように構成された実施の形態１の流体エネルギ回収装置によれば、入側開口部から出側開口部へ貫通する流路を有し、流体中に流路を浸漬させて用いるケーシングと、ケーシングの流路内に配置された複数の羽根部を有する一対の回転翼と、一対の回転翼の上部側に設けられ流体エネルギを羽根部で受けることにより得られた回転翼の回転エネルギを回収する回収部とを備え、ケーシングには、流路の入側開口部側から一対の回転翼側までに至る縦断面面積が一対の回転翼に向かって小さくなる流体案内部と、流体案内部内を流路の流体の流れる方向と同一方向で仕切るように配設された一対の導流体板とが形成され、一対の導流体板の間隔は、入側開口部側端の間隔および一対の回転翼側端の間隔より入側開口部から一対の回転翼までの間の間隔が広く形成されているので、流体の速度を導流体板により、減速することを最小限にとどめることができるため、流体エネルギ伝達効率が向上する。

また、導流体板は、一対の回転翼側端が一対の回転翼間に至るように形成されているので、流体の流れの速度を、一対の回転翼の近傍まで減速することなく衝突させることができるため、流体エネルギ伝達効率がさらに一層向上する。

また、流体案内部および導流体板は、入側開口部側端の高さが一対の回転翼側端の高さより高く形成され、一対の回転翼側端の高さが一対の回転翼の高さと同様の高さ位置にて形成されているので、流体の流量を回転翼に多く集めることができるため、流体エネルギ伝達効率がより一層向上する。

また、回転翼は、第１の中心点を中心として回動自在に形成された上部板体と、上部板体と平行にかつ第１の中心点と第２の中心点が対向位置となるように配設され第２の中心点を中心として回動自在に形成された下部板体とを備え、羽根部は、上部板体に上端が下部板体に下端がそれぞれ固着され上部板体および下部板体の周方向に複数個形成されているので、上部板体と下部板体との間に主軸を有しないため、主軸による流体の流れの阻害がなく、流体エネルギ伝達効率が一層向上する。

尚、上記実施の形態１においては、主軸を有しない回転翼を用いる例を示したが、これに限られることはなく、主軸を有する回転翼を用いても、導流体板により、流速の速度の減速を低減することができる。よって、流体の流量などに応じて適宜回転翼の形状は選択することが可能である。

１ 上部板体、２ 下部板体、２ａ 開口部、３ 羽根部、３ａ 上端、３ｂ 下端、４ 回収部、１０，１１ 回転翼、１２ ケーシング、１２ａ 入側開口部、
１２ｂ 出側開口部、１３ 流路、１４ 流体案内部、
１４ａ，１５ａ 入側開口部側端、１４ｂ，１５ｂ 出側開口部側端、１５ 導流体板、Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３ 間隔、ｈ１，ｈ２，ｈ３，ｈ４ 高さ、Ｘ 第１の中心点、
Ｙ 第２の中心点。

Claims (4)

1. 入側開口部から出側開口部へ貫通する流路を有し、流体中に上記流路を浸漬させて用いるケーシングと、
   上記ケーシングの上記流路内に配置された複数の羽根部を有する一対の回転翼と、
   上記一対の回転翼の上部側に設けられ流体エネルギを上記羽根部で受けることにより得られた上記回転翼の回転エネルギを回収する回収部とを備え、
   上記ケーシングには、上記流路の上記入側開口部側から上記一対の回転翼側までに至る縦断面面積が上記一対の回転翼に向かって小さくなる流体案内部と、
   上記流体案内部内を上記流路の流体の流れる方向と同一方向で仕切るように配設された一対の導流体板とが形成され、
   上記一対の導流体板の間隔は、上記入側開口部側端の間隔および上記一対の回転翼側端の間隔より上記入側開口部から上記一対の回転翼までの間の間隔が広く形成されていることを特徴とする流体エネルギ回収装置。
2. 上記導流体板は、上記一対の回転翼側端が上記一対の回転翼間に至るように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の流体エネルギ回収装置。
3. 上記流体案内部および上記導流体板は、上記入側開口部側端の高さが上記一対の回転翼側端の高さより高く形成され、上記一対の回転翼側端の高さが上記一対の回転翼の高さと同様の高さ位置にて形成されていること特徴とする請求項１または請求項２に記載の流体エネルギ回収装置。
4. 上記回転翼は、
   第１の中心点を中心として回動自在に形成された上部板体と、
   上記上部板体と平行にかつ上記第１の中心点と第２の中心点が対向位置となるように配設され上記第２の中心点を中心として回動自在に形成された下部板体とを備え、
   上記羽根部は、上記上部板体に上端が上記下部板体に下端がそれぞれ固着され上記上部板体および上記下部板体の周方向に複数個形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の流体エネルギ回収装置。

Images