JP4840890B1 - 上掛式水車 - Google Patents

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Abstract

【課題】落水の受け入れ水量を増大させることで、水車本体の高速回転化と小型化を実現するとともに、発電機の高出力化をも可能にすること。
【解決手段】対向する一対の輪板間の内周に水車底板を取り付け、当該水車底板の回りには等角度で等間隔に多数の水受け板を取り付けた上掛け式の水車において、輪板１３の板幅を水車軸方向に拡幅し、各水受け板１５を、その取付基部と取付周端部の間の輪板１３の中間位置でくの字に屈曲させ、その取付基部から前記中間位置までの板部分の取付角度を水車の放射軸線Ｌに対して７５°〜５０°に設定するとともに、水受け板１５の屈曲角度を１３５°〜１５５°に設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、上掛け式水車の改良に関する。
落水を受けて回転し、その回転力を発電や製粉等に利用する上掛け式水車は種々提案され、実用化されている。その一例を図２に示す。この水車では、対向する一対（図では一方のみ表示。）の輪板１の内周部に水車底板２が設けられ、この水車底板２の回りに、多数の水受け板３が放射軸線Ｌに対して等角度でそれぞれ等間隔に取り付けられている。そして、隣り合う水受け板３，３と水車底板２によりそれぞれバケット４を構成している。このような構成の水車は支持部材５等を介して回転軸６に固定されている。なお、このような上掛け式水車の他の例を特許文献１に示す。
上記構成の上掛け式水車によると、落水によりバケット４に水が溜まると、落水力とバケット４に溜められた水の自重により落水方向に回転を始める。その回転と共に後続のバケット４に順次水が溜まり、同様の作用が繰り返されることで水車は回転する。そして、この回転に応じて、バケット４内の水は順次減水していく。
特開２００５−３３０９１９
ところが、上記従来の水車では、バケット４の溜め水容積が小さいため、自重による回転力付与には限界が生じており、製粉等では問題はないものの、高速回転を必要とする発電には適さない。
本発明は、水車の高速回転化と小型化を目的とするものである。
上記目的を達成するため本発明は、対向する一対の輪板間の内周に水車底板を取り付け、当該水車底板の回りには等角度、等間隔で多数の水受け板を取り付けた水車において、前記輪板の放射軸方向の板幅を水車軸に向けて延設し、各水受け板をその取付基部と取付周縁部の間の前記輪板の中間位置でくの字に屈曲し、その取付基部から前記中間部までの板部分の取付角度を水車の放射軸線に対して反回転方向に７５°〜５０°に設定するとともに、前記くの字の屈曲角度を反回転方向に１３５°〜１５５°に設定したことを特徴とする。
落水の受け入れ水量を増大させることで、水車本体の高速回転化と小型化を実現するとともに、発電機の高出力化をも可能にした。
本発明による上掛け式水車の中央縦断面図である。 従来の上掛け式水車の中央縦断面図である。
図１には、本発明の実施例の一つが中央縦断面図として示されている。符号１０は水車本体、１１は支持部材、１２はこの支持部材１１と直結する水車軸であり、水車本体１０の回転により水車軸１２が回転するようになっている。
水車本体１０は、一対の輪板１３（一方のみを表示。）、水車底板１４及び水受け板１５により構成されている。輪板１３は、その放射軸方向の板幅を水車軸１２に向けて延設されており、水車底板１４は、水車軸１２側に延設された輪板１３の内周に取り付けられている。
そして、水車底板１４回りには、水受け板１５が本実施例では１８枚、等間隔、等角度で取り付けられている。この水受け板１５は、各々、取付基部１５ａと取付周縁部１５ｂの間の輪板１３の中間位置Ｃでくの字に屈曲させて取り付けられており、取付基部１５ａから中間位置Ｃまでの板部分は、放射軸線Ｌに対する取付角度θ１が反回転方向に５０°±５°に設定され、屈曲部分の屈曲角度θ２は反回転方向に１５０°±５°に設定されている。また、図示はしないが、水受け板１５を等間隔、等角度で１２枚取り付けた場合では、取付角度θ１を７０°±５°、屈曲角度θ２を１４０°±５°に、同じく１６枚の場合は、取付角度θ１を５５°±５°、屈曲角度θ２を１４５°±５°に設定するのが好ましい。さらに、等間隔、等角度であれば、水受け板１５を奇数枚とすることもでき、この場合の枚数に合わせて取付角度と屈曲角度を設定すればよい。
輪板１３の水車軸１２に向けた放射軸方向への延設と水受け板１５の屈曲取り付けにより、隣り合う水受け板１５，１５、向かい合う輪板１３及び水車底板１４とで構成されるバケット１６の溜め水容積は、輪板の延設分ほど増大したことになる。
また、水車本体１０の回転によるバケット１６内の溜め水の減水を回転の下方位置にきても極力抑制するため、水受け板１５の周端部には、水留め堰１７を連成するのが好ましい。この場合、水留め堰１７の幅は、バケット１６内に落水が容易に流入できるよう、隣り合う水受け板１５間の周端部間距離の三分の一ほどにするのが良い。
例えば傾斜した落水路１８からの落水によりバケット１６に水が溜まると、落水力とバケット１６に溜められた水の自重により、水車本体１０は落水方向に回転を始める。その回転と共に後続のバケット１６には順次水が溜まり、同様の作用が繰り返されることで水車は回転する。バケット１６はその容積が増大しているので、バケット１６内の水の自重も増えて、水車本体１０の回転力は増すことになる。そのとき、バケット１６内の水の水位Ｓ１は、回転に従い減水して低下していくが、減水時間が長くなるため、水車本体１０の回転力が引き上げられ、高速回転が可能となる。したがって、この水車本体１０に例えば発電機が接続されていれば、発電性能は大幅に向上することになる。
さらに、水受け板１５の周端部に水留め堰１７が連成された水車本体１０の場合には、この水留め堰１７により、バケット１６内の水の水位Ｓ２が高くなり、さらに水が溜まるのでその自重もさらに増し、これが連成されていない前記の水車本体１０以上の高速回転が可能となる。また、バケット１６内の水の水位Ｓ２は、水受け板１５が水平より低い位置にきても水を少量ながら保持でき保持時間が長く保てることで、この水車本体１０の小型化も可能となる。また、これを発電機に接続することで、高出力発電が可能となる。
本発明の上掛け式水車は、高速回転による高出力発電が可能であるため、自然河川を利用した水力発電システムの発電源として利用されることが期待される。そして、この水力発電は動力が自然エネルギーであるので、二酸化炭素を発生させず地球温暖化防止にも役立つことになる。
１０ 水車本体
１３ 輪板
１４ 水車底板
１５ 水受け板
１６ バケット
１７ 水留め堰
Ｌ 放射軸線
θ１ 取付角度
θ２ 屈曲角度
Ｓ１，Ｓ２ 水位

Claims (2)

  1. 対向する一対の輪板間の内周に水車底板を取り付け、当該水車底板の回りには等角度、等間隔で多数の水受け板を取り付けた水車において、前記輪板の放射軸方向の板幅を水車軸に向けて延設し、各水受け板をその取付基部と取付周縁部の間の前記輪板の中間位置でくの字に屈曲し、その取付基部から前記中間部までの板部分の取付角度を水車の放射軸線に対して反回転方向に７５°〜５０°に設定するとともに、前記くの字の屈曲角度を反回転方向に１３５°〜１５５°に設定したことを特徴とする上掛け式水車。
  2. 前記各水受け板の取付周端部には、水留め堰が設けられている請求項１に記載の上掛式水車。
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