JP4856283B1 - 水力回転装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 水流を利用して回転運動を得る水力回転装置を、簡易な構成で、かつ安価に提供できるようにする。
【解決手段】 円筒状の胴部１０の先端部１１には水流流入部２０が設けられている。胴部１０の先端部１１には、その直径方向に亘って連結部３０が形成されている。連結部３０の中央部には軸受３１が設けられるとともに、軸受３１の両側には偏流翼３２、３３が形成されている。軸受３１には回転軸部４０が軸支されている。回転軸部４０の端部には自在継手５０が連結され、自在継手５０に回転翼６０が連結されている。回転翼６０は、全体形状が木の葉状に形成されている。一方の面は僅かに膨らんだ凸面６１となり、他方の面は僅かに窪んだ凹面６２となっている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、河川、海、排水管等に流れる水流を利用して回転運動を得る水力回転装置に関するものである。

近年、地球温暖化への危機意識が高くなり、太陽光、風力、地熱、水力等を利用するエコ発電が注目されて来た。しかしながら、従来提案されてきたエコ発電装置は、何れも構造が複雑なものや、高価なものであった。そこで、簡易かつ安価に提供できるエコ発電装置が求められており、例えば、螺旋タービンブレードを自在継手を介して発電機に連結し、螺旋タービンブレードを水流により回転させ、この回転を発電機の動力として使用する水力発電装置が提案されていた（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１０−１０６８２３号公報

しかしながら、上述した従来の水力発電装置は、長尺の螺旋タービンブレードを用いなければならず、装置が大型化するものであった。
本発明は、以上の問題点を解決し、小型化でき、しかも十分に発電することが出来る水力回転装置を提供することを目的とする。

請求項１に係る水力回転装置は、円筒状の胴部と、該胴部の先端部において直径上に形成された連結部と、該連結部の中央に設けられた軸受と、該軸受の両側に設けられた偏流翼と、該軸受に回転自在に軸支された回転軸部と、該回転軸部に連結された自在継手と、該自在継手に連結された回転翼とを有し、前記偏流翼は、軸受を挟んで連結部の一方の側端に形成されるとともに他方の側端に形成された２枚からなり、かつ斜め後方に角度を持って形成されており、前記回転翼は、木の葉状に形成されるとともに、一方の面が凸面に形成され、他方の面が凹面に形成されていることを特徴として構成されている。

請求項２に係る水力回転装置は、胴部の先端部に水流流入部が設けられ、該水流流入部が、所定間隔の直径を有する複数の同心円状の円筒部材からなり、先端に行くに従って小径の円筒部材が配置されていることを特徴として構成されている。

請求項３に係る水力回転装置は、胴部が、中央部において径が小さくなった鼓状に形成されていることを特徴として構成されている。

請求項４に係る水力回転装置は、胴部の径が最も小さい部位と、前記回転翼の横幅が最も長い部位とが近接していることを特徴として構成されている。

請求項１に係る水力回転装置においては、水力回転装置を河川、排水パイプ等の水流のある個所に設置すると、水流が胴部の先端部から胴部内部に流入した後、胴部内部を通過して後端部から胴部外へ排出される。この時、胴部内へ流入した水流は偏流翼に当接し、その流れ方向が変化する。すなわち、偏流翼は、軸受を挟んで連結部の一方の側端に形成されるとともに他方の側端に形成された２枚からなっているので、偏流翼に当接した水流は、胴部の軸線に略平行な流れから胴部の円周方向へ変化させられ、その結果、偏流翼を通過した水流は軸線に対して斜め後方への流れとなる。さらに、偏流翼は点対称に形成されているので、同一の円周方向への斜め後方の流れとなる。

以上のように、偏流翼を通過した水流は、渦巻きに近似した流れとなり、この水流により回転翼が回転させられる。すなわち、回転翼は、自在継手に連結され、また、木の葉状に形成されるとともに、一方の面が凸面に形成され、他方の面が凹面に形成されているので、渦巻き状の水流、及び回転翼の両面間の圧力差等により回転することとなる。この時、回転翼は、自在継手を中心とした略円錐状に回転するが、水流の速さ等の条件により、その中心の角度が約３０度以下の円錐状に回転するようになっている。この回転翼の回転は自在継手を介して回転軸部に伝達され、回転軸部が回転することになる。したがって、回転軸部の回転を歯車等により外部に取り出せば発電機の動力源として利用することが出来る。

請求項２に係る水力回転装置においては、所定間隔の直径を有する複数の同心円状の円筒部材からなり、先端に行くに従って小径の円筒部材が配置された水流流入部が胴部の先端部に設けられているので、流入する水流を均一な流れとすることが出来る。すなわち、河川、海流等においては、均一な流れではなく、うねりがある不均一な流れの場合があり、このようなうねりがある水流の場合、偏流翼で均一な渦巻き状とすることが困難となり、効率よく回転翼を回転させることが困難になる。したがって、うねりがある水流であっても、複数の円筒部材間の間隙を通過させることにより、うねりを除去して均一な流れとすることが出来る。また、魚、漂流物等の異物が胴部内に侵入するのを防止することができる。したがって、以上のような水流流入部は、河川、海流等に設置する場合に特に好ましいものである。

請求項３に係る水力回転装置においては、胴部が、中央部において径が小さくなった鼓状に形成されているので、胴部に導入された水流は、中央部においてその流速が大きくなり、その結果、より大きな回転力を回転翼に付与することが出来る。

請求項４に係る水力回転装置においては、胴部の径が最も小さい部位と、前記回転翼の横幅が最も長い部位とが近接しているので、より効率よく回転翼に回転力を付与することが出来る。

本発明による水力回転装置の一実施例の側面図 本発明による水力回転装置の一実施例の先端側から見た図 本発明による水力回転装置の一実施例の後端側から見た図 本発明による水力回転装置の一実施例の胴部を一部切り欠いた状態の側面図 本発明による水力回転装置の一実施例の胴部を一部切り欠いた状態の平面図 図１中Ａ−Ａ線断面図 本発明による水力回転装置の一実施例に用いる回転翼の側面図 本発明による水力回転装置の一実施例に用いる回転翼の平面図 図７中Ｂ−Ｂ線断面図

本願発明の水力回転装置の一実施例を図面を参照して説明する。
図１は水力回転装置の側面図、図２は同上先端側から見た図、図３は同上後端側から見た図、図４は同上胴部を一部切り欠いた状態の側面図、図５は同上胴部を一部切り欠いた状態の平面図、図６は図１中Ａ−Ａ線断面図、図７は回転翼の側面図、図８は同上平面図、図９は図７中Ｂ−Ｂ線断面図である。

これらの図において、１０は円筒状の胴部で、先端部（図１中左側端部）１１と後端部（図１中右側端部）１２の内径が略同一長さに形成されるとともに、その略中間部１３において内径が小さく形成され、全体として略鼓状の内部空間を持つように形成されている。

胴部１０の先端部１１には水流流入部２０が設けられており、この水流流入部２０は、所定間隔で径が小さく形成された複数の円筒体２１からなり、先端側から順次径の大きい円筒体２１が若干重なった状態で配置され、全体として円錐状に形成されている。したがって、隣合う円筒体２１の間には間隙２２が形成され、この間隙２２から水が流入できるようになっている。また、これらの円筒体２１は９０度の間隔で配置された連結棒２３により一体に固定されており、連結棒２３の基端を胴部１０の先端部１１に固着することにより、胴部１０先端に固定されている。

胴部１０の先端部１１には、その直径方向に亘って連結部３０が形成されており、この連結部３０の中央部（先端部１１の中心点に相当）には軸受３１が設けられるとともに、軸受３１の両側には偏流翼３２、３３が形成されている。この偏流翼３２、３３は後端部１２方向に向かって斜めに形成されているが、互いに逆方向に斜めに形成されている。すなわち、偏流翼３２は連結部３０の一方の側端縁から外側後方へ向かって斜めに形成され、偏流翼３３は連結部３０の他方の側端縁から外側後方へ向かって斜めに形成されている。

前記軸受３１には回転軸部４０が軸支されており、この回転軸部４０の端部には自在継手５０が連結され、この自在継手５０に回転翼６０が連結されている。したがって、回転翼６０は自在継手５０を介して回転軸部４０に対して、任意の方向に動くことが出来る。この回転翼６０は、全体形状が木の葉状に形成されており、その一方の面は僅かに膨らんだ凸面６１となり、他方の面は僅かに窪んだ凹面６２となっている。凸面６１は、長手方向の中心線部６３が最も膨らんでおり、中心線部６３から側縁部６４に行くに従ってなだらかに膨らみが小さくなっている。また、基端部６５から先端部６６にかけて、基端部６５近傍において最も膨らんだ後、先端部６６に行くにしたがってなだらかに膨らみが小さくなっている。

回転翼６０の基端部６５には連結杆６７が固着されており、この連結杆６７が前記自在継手５０に連結されている。したがって、回転翼６０は、自在に回転出来るとともに、自在継手５０を中心とした円錐状の空間において、自在に動くことが出来るようになっている。

以上のような水力回転装置の動作について説明する。
まず、水流の発生している個所、例えば河川の中において、水流流入部２０を上流側、胴部１０を下流側に配置して設置する。すると、水流は水流流入部２０の各円筒体２１の間隙２２から水流流入部２０へ浸入し、その後、連結部３０及び偏流翼３２、３３に当る。偏流翼３２、３３に当った水流は、図６に示すように、その流れが円周方向へ若干変更された状態で流れる。したがって、偏流翼３２、３３を経た水流は、若干渦巻き状態で流れて行き、回転翼６０を巻き込むことになる。この時、回転翼６０は自在継手５０で可動状態となっているので、安定した状態に位置取りするとともに、凸面６１側と凹面６２側との水圧の違いによりそれ自体回転することとなる。この時、回転翼６０は、自在継手５０を中心として略円錐状に回転しているが、この円錐状の中心角αは、最大約３０度となっており、水流の速度等により変化（速度が速い場合、中心角αは大きくなる。）するものである。また、胴部１０は、先端部１１から中間部１３にかけて窄まっているので、中間部１３において最も流速が速くなっており、かつ、中間部１３に対向する部位の回転翼６０が最も幅広となっているので、回転翼６０を効率よく回転させることが出来る。

本発明の水力回転装置は、回転力を動力として利用できる各種装置に利用することができ、例えば、発電機がある。

１０ 胴部
２０ 水流流入部
２１ 円筒体
２２ 間隙
３０ 連結部
３１ 軸受
４０ 回転軸部
５０ 自在継手
６０ 回転翼

Claims (4)

1. 円筒状の胴部と、該胴部の先端部において直径上に形成された連結部と、該連結部の中央に設けられた軸受と、該軸受の両側に設けられた偏流翼と、該軸受に回転自在に軸支された回転軸部と、該回転軸部に連結された自在継手と、該自在継手に連結された回転翼とを有し、前記偏流翼は、軸受を挟んで連結部の一方の側端に形成されるとともに他方の側端に形成された２枚からなり、かつ斜め後方に角度を持って形成されており、前記回転翼は、木の葉状に形成されるとともに、一方の面が凸面に形成され、他方の面が凹面に形成されていることを特徴とする水力回転装置。
2. 前記胴部の先端部に水流流入部が設けられ、該水流流入部が、所定間隔の直径を有する複数の同心円状の円筒部材からなり、先端に行くに従って小径の円筒部材が配置されていることを特徴とする請求項１記載の水力回転装置。
3. 前記胴部が、中央部において径が小さくなった鼓状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の水力回転装置。
4. 前記胴部の径が最も小さい部位と、前記回転翼の横幅が最も長い部位とが近接していることを特徴とする請求項３記載の水力回転装置。