JP5155990B2 - 流体エネルギ回収装置 - Google Patents

Description

この発明は、流体の溜まりを軽減して、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において、さらに効率よく流体を回転翼に送り込むためには、一対の回転翼間に至る仕切りを設ける必要がある。しかしながら、このように構成すると流体がケーシングの側壁と仕切りとの間に溜まり、流体の流れが阻害され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、流体の溜まりを低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回転翼と、
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、
ケーシングに形成された流路の入側開口部側から回転翼側までに至る縦断面面積が回転翼の羽根部の流体を受ける側に向かって小さくなる流体案内部とを備え、
流体の流れ込む側の相反する側のケーシングの側壁は、流体案内部が形成されている箇所と対応する箇所に開口部を備えたものである。

また、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回転翼と、
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、
ケーシングに形成された流路の入側開口部側から回転翼側までに至る縦断面面積が回転翼の羽根部の流体を受ける側に向かって小さくなる流体案内部とを備え、
回転翼の流体が流れ込む側とケーシングの側壁との幅方向の間隔より、回転翼の流体が流れ込む側の相反する側とケーシングの側壁との幅方向の間隔が広く形成され、
流体の流れ込む側の相反する側のケーシングの側壁は、流体案内部が形成されている箇所と対応する箇所に開口部を備えたものである。

また、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、
ケーシングに形成された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を備え、
各回転翼とケーシングの側壁とのそれぞれの幅方向の間隔は、一対の回転翼間のケーシングの幅方向の半分位置からのそれぞれの幅方向の間隔より広く形成され、
ケーシングの側壁は、流体案内部が形成されている箇所と対応する箇所にそれぞれ開口部を備えたものである。

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回転翼と、
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、
ケーシングに形成された流路の入側開口部側から回転翼側までに至る縦断面面積が回転翼の羽根部の流体を受ける側に向かって小さくなる流体案内部とを備え、
流体の流れ込む側の相反する側のケーシングの側壁は、流体案内部が形成されている箇所と対応する箇所に開口部を備えたので、ケーシング内の流体の溜まりを低減して、流体エネルギ伝達効率が向上する。

また、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回転翼と、
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、
ケーシングに形成された流路の入側開口部側から回転翼側までに至る縦断面面積が回転翼の羽根部の流体を受ける側に向かって小さくなる流体案内部とを備え、
回転翼の流体が流れ込む側とケーシングの側壁との幅方向の間隔より、回転翼の流体が流れ込む側の相反する側とケーシングの側壁との幅方向の間隔が広く形成され、
流体の流れ込む側の相反する側のケーシングの側壁は、流体案内部が形成されている箇所と対応する箇所に開口部を備えので、ケーシング内の流体の溜まりを低減して、流体エネルギ伝達効率が向上する。

また、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、
ケーシングに形成された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を備え、
各回転翼とケーシングの側壁とのそれぞれの幅方向の間隔は、一対の回転翼間のケーシングの幅方向の半分位置からのそれぞれの幅方向の間隔より広く形成され、
ケーシングの側壁は、流体案内部が形成されている箇所と対応する箇所にそれぞれ開口部を備えたので、一対のケーシング内の流体の溜まりを低減して、流体エネルギ伝達効率が向上する。

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図である。 この発明の実施の形態１の他の流体エネルギ回収装置の構成を示す上面図である。 この発明の実施の形態２の流体エネルギ回収装置の構成を示す上面図である。 図５に示した流体エネルギ回収装置の構成を示す斜視図である。 この発明の実施の形態２の他の流体エネルギ回収装置の構成を示す上面図である。

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を有する回転翼１１と、回転翼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側から回転翼１１側までに至る縦断面面積が回転翼１１の羽根部３の流体を受ける側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導流体板１５とが形成されている。

そして、回転翼１１の回転は矢印Ａの方向であり、回転翼１１の羽根部３は、この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。そして、回転翼１１の羽根部３が流体の流れ込む側とケーシング１２の側壁１２ｃとの幅方向の間隔Ｈ１より、回転翼１１の流体の流れ込む側の相反する側とケーシング１２の側壁１２ｄとの幅方向の間隔Ｈ２が広く形成されている。

そして、回転翼１１は図３に示す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。

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と導流体板１５と間に水が流れる。この水は、流体案内部１４が入側開口部１２ａ側から回転翼１１側までに至る縦断面面積が回転翼１１の羽根部３の流体を受ける側に向かって小さくなるテーパ状にて形成されている。そして、回転翼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。

このように、ケーシング１２内の水の流れは図１において矢印にて示すように、出側開口部１２ｂから排出されるが、一部の水は回転翼１１の羽根部３の回転によりそのままケーシング１２内を移動して、ケーシング１２の流体案内部１４の流体の流れ込む側の相反する側の溜まり部分Ｚに至る場合がある。その際、溜まり部分Ｚに水が残存すると、回転翼１１の回転に支障となる。しかしながら、本発明は、回転翼１１の流体が流れ込む側とケーシング１２の側壁１２ｃとの幅方向の間隔Ｈ１より、回転翼１１の流体が流れ込む側の相反する側とケーシング１２の側壁１２ｄとの幅方向の間隔Ｈ２が広く形成されている。よって、回転翼１１の流体の流れ込む側とケーシング１２の側壁１２ｃとの間を流れることができる水の量より、回転翼１１の流体の流れ込む側の相反する側とケーシング１２の側壁１２ｄとの間を流れることができる水の量の方が多い。このため、溜まり部分Ｚに至った水は、回転翼１１の流体の流れ込む側の相反する側とケーシング１２の側壁１２ｄと間から排出されやすい。よって、溜まり部分Ｚに水が残存することによる回転翼１１の回転に支障が生じることを防止することができる。

また、ここでは１つの回転翼１１を備える例を示したが、これに限られることはなく、例えば図４に示すように、一対の回転翼１０、１１をケーシング１２内に備えた場合においても同様に構成することができる。図４において、上記実施の形態１と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。流体案内部１４０は、ケーシング１２に形成された流路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ように形成されている。回転翼１０は矢印Ｂの方向に回転するものである。そして、各回転翼１０、１１とケーシング１２の側壁１２ｃ、１２ｄとのそれぞれの幅方向の間隔Ｈ３、Ｈ４は、一対の回転翼１０、１１間のケーシング１２の幅方向の半分位置Ｑからのそれぞれの幅方向の間隔Ｈ５、Ｈ６より広く形成されている。

そして、導流体板１５０は、流体案内部１４０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ものである。一対の導流体板１５０の間隔は、入側開口部１２ａ側の間隔および一対の回転翼１０、１１側の間隔より入側開口部１２ａから一対の回転翼１０、１１までの間の間隔が広く流線形にて形成されている。また、導流体板１５０は、一対の回転翼１０、１１側の端部が一対の回転翼１０、１１間に至るように形成されている。

よって、上記実施の形態１と同様に、水の流れは図４に示す矢印のようになる。そして、一対の回転翼１０、１１間を流れることができる水の量より、各回転翼１０、１１とケーシング１２の側壁１２ｅ、１２ｆとの間を流れることができる水の量の方が多い。このため、溜まり部分Ｚに至った水は、各回転翼１０、１１とケーシング１２の側壁１２ｅ、１２ｆと間から排出されやすい。よって、溜まり部分Ｚに水が残存することによる回転翼１０、１１の回転に支障が生じることを防止することができる。

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回転翼と、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、ケーシングに形成された流路の入側開口部側から回転翼側までに至る縦断面面積が回転翼の羽根部の流体を受ける側に向かって小さくなる流体案内部とを備え、回転翼の流体が流れ込む側とケーシングの側壁との幅方向の間隔より、回転翼の流体が流れ込む側の相反する側とケーシングの側壁との幅方向の間隔が広く形成されており、または、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、ケーシングに形成された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を備え、各回転翼とケーシングの側壁とのそれぞれの幅方向の間隔は、一対の回転翼間のケーシングの幅方向の半分位置からのそれぞれの幅方向の間隔より広く形成されているので、ケーシング内の流体の溜まりを低減して、流体エネルギ伝達効率が向上する。

実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２における流体エネルギ回収装置の構成を示す上面図、図６は図５に示した流体エネルギ回収装置の構成を示す斜視図である。図において、上記実施の形態１と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。流体の流れ込む側の相反する側のケーシングの側壁１２ｄは、流体案内部１４が形成されている箇所と対応する箇所に開口部１２０が形成されている。

上記のように構成された実施の形態２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と導流体板１５と間に水が流れる。この水は、流体案内部１４が入側開口部１２ａ側から回転翼１１側までに至る縦断面面積が回転翼１１の羽根部３の流体を受ける側に向かって小さくなるテーパ状にて形成されている。そして、回転翼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。

このように、ケーシング１２内の水の流れは図５において矢印にて示すように、出側開口部１２ｂから排出されるが、一部の水は回転翼１１の羽根部３の回転によりそのままケーシング１２内を移動して、ケーシング１２の流体案内部１４の流れと反する側の溜まり部分Ｚに至る場合がある。その際、溜まり部分Ｚに水が残存すると、回転翼１１の回転に支障となる。しかしながら、本発明は、回転翼１１の流体が流れ込む側とケーシング１２の側壁１２ｃとの幅方向の間隔Ｈ１より、回転翼１１の流体が流れ込む側の相反する側とケーシング１２の側壁１２ｄとの幅方向の間隔Ｈ２が広く形成されている。よって、回転翼１１の流体の流れ込む側とケーシング１２の側壁１２ｃとの間を流れることができる水の量より、回転翼１１の流体の流れ込む側の相反する側とケーシング１２の側壁１２ｄとの間を流れることができる水の量の方が多い。このため、溜まり部分Ｚに至った水は、回転翼１１の流体の流れ込む側の相反する側とケーシング１２の側壁１２ｄと間から排出されやすい。さらに、本発明は、ケーシング１２の側壁１２ｄに開口部１２０が形成されているため、溜まり部分Ｚに至った水は、この開口部１２０からケーシング１２外に排出される。よって、溜まり部分Ｚに水が残存することはほぼなくなり回転翼１１の回転に支障が生じることをより一層防止することができる。

また、ここでは１つの回転翼１１を備える例を示したが、これに限られることはなく、例えば図７に示すように、一対の回転翼１０、１１をケーシング１２内に備えた場合においても同様に構成することができる。図７において、上記実施の形態１と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。ケーシング１２の側壁１２ｅ、１２ｆは、流体案内部１４０が形成されている箇所と対応する箇所にそれぞれ開口部１２１、１２２が形成されている。

よって、上記実施の形態２と同様に、水の流れは図７に示す矢印のようになる。そして、一対の回転翼１０、１１間を流れることができる水の量より、各回転翼１０、１１とケーシング１２の側壁１２ｅ、１２ｆとの間を流れることができる水の量の方が多い。このため、溜まり部分Ｚに至った水は、各回転翼１０、１１とケーシング１２の側壁１２ｅ、１２ｆと間から排出されやすい。さらに、本発明は、ケーシング１２の側壁１２ｅ、１２ｄに開口部１２１、１２２が形成されているため、溜まり部分Ｚに至った水は、この開口部１２１、１２１からケーシング１２外に排出される。よって、溜まり部分Ｚに水が残存することはほぼなくなり回転翼１０、１１の回転に支障が生じることをより一層防止することができる。

尚、各開口部１２０、１２１、１２２の形状はこれに限られることはなく、他の形状であっても、流体の排出を行うことが可能であれば同様の効果を奏するものであり、ケーシングの強度および流体の流れの強さなどにより、開口部の形状、および大きさなどは適宜設定するものである。

上記のように構成された実施の形態２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回転翼と、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、ケーシングに形成された流路の入側開口部側から回転翼側までに至る縦断面面積が回転翼の羽根部の流体を受ける側に向かって小さくなる流体案内部とを備え、または、回転翼の流体が流れ込む側とケーシングの側壁との幅方向の間隔より、回転翼の流体が流れ込む側の相反する側とケーシングの側壁との幅方向の間隔が広く形成され、または、流体の流れ込む側の相反する側のケーシングの側壁は、流体案内部が形成されている箇所と対応する箇所に開口部を備え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、ケーシングに形成された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を備え、各回転翼とケーシングの側壁とのそれぞれの幅方向の間隔は、一対の回転翼間のケーシングの幅方向の半分位置からのそれぞれの幅方向の間隔より広く形成され、ケーシングの側壁は、流体案内部が形成されている箇所と対応する箇所にそれぞれ開口部を備えたので、ケーシング内の流体の溜まりを一層低減して、流体エネルギ伝達効率がより一層向上する。

尚、上記実施の形態２においては、ケーシングの側壁に開口部を備え、かつ、回転翼の上記流体が流れ込む側とケーシングの側壁との幅方向の間隔より、回転翼の流体が流れ込む側の相反する側とケーシングの側壁との幅方向の間隔が広く形成されている、または、各回転翼とケーシングの側壁とのそれぞれの幅方向の間隔は、一対の回転翼間のケーシングの幅方向の半分位置からのそれぞれの幅方向の間隔より広く形成されているように、間隔を調整する例を示したがこれに限られることはなく、ケーシングの側壁に開口部のみを備えるようにしても開口部による流体の排出による効果を得ることはできるものである。

また、上記各実施の形態においては、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。

３ 羽根部、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、１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ 側壁、
１３ 流路、１４，１４０ 流体案内部、１２０，１２１，１２２ 開口部、
Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４，Ｈ５，Ｈ６ 間隔、Ｑ 半分位置。

Claims (3)

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回転翼と、
   上記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、
   上記ケーシングに形成された上記流路の上記入側開口部側から上記回転翼側までに至る縦断面面積が上記回転翼の上記羽根部の上記流体を受ける側に向かって小さくなる流体案内部とを備え、
   上記流体の流れ込む側の相反する側の上記ケーシングの側壁は、上記流体案内部が形成されている箇所と対応する箇所に開口部を備えたことを特徴とする流体エネルギ回収装置。
2. 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回転翼と、
   上記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、
   上記ケーシングに形成された上記流路の上記入側開口部側から上記回転翼側までに至る縦断面面積が上記回転翼の上記羽根部の上記流体を受ける側に向かって小さくなる流体案内部とを備え、
   上記回転翼の上記流体が流れ込む側と上記ケーシングの側壁との幅方向の間隔より、上記回転翼の上記流体が流れ込む側の相反する側と上記ケーシングの側壁との幅方向の間隔が広く形成され、
   上記流体の流れ込む側の相反する側の上記ケーシングの側壁は、上記流体案内部が形成されている箇所と対応する箇所に開口部を備えたことを特徴とする流体エネルギ回収装置。
3. 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、
   上記ケーシングに形成された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を備え、
   上記各回転翼と上記ケーシングの側壁とのそれぞれの幅方向の間隔は、上記一対の回転翼間の上記ケーシングの幅方向の半分位置からのそれぞれの幅方向の間隔より広く形成され、
   上記ケーシングの側壁は、上記流体案内部が形成されている箇所と対応する箇所にそれぞれ開口部を備えたことを特徴とする流体エネルギ回収装置。

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