JP5671769B1 - ２軸式上掛け水車 - Google Patents

Abstract

【課題】水平方向に放流した直後の水流を受止め可能とした２軸式上掛け水車。【解決手段】水路１１の斜路１２に沿って２軸１６の間をかけ回したエンドレスの一対の回転体１４と、回転体に固定された複数のバケット１５と、水路の水流放出部２１の水路底１１ａに適当な傾斜を持たせると同時に、放出部の直上流に設けた固定もしくは可動堰２２からなる放出直前の方向・流速および水面形をコントロールする手段と、堰の下流において水路底に開放可能に設けた底板２３と、底板の下流において前記回転体側に垂設した遮水板２４とを備え、発電時には水路勾配と堰とを用いて水流の方向・流速をコントロールしつつバケットに放流された流水を導入させ、非発電時には堰を用いて水流の水面形をコントロールしつつ回転体側に垂設した遮水板により回転体の逆回転を防ぐとともに、開放した底板部分から回転体と斜路の間の狭い空間に流水を導入する。【選択図】図１

Description

この発明は水平方向に放流した直後の水流を下記の機構によって効果的に受け止めることのできる２軸式上掛け水車に関するものである。

［小水力発電におけるゴミ対策の実情］
現在、除塵装置が不要な水車形式は、上掛け水車（通常落差ΔＨ＝６ｍ程度まで）に限られている。小さなゴミを問題としない機種はいくつか存在するものの、大きなゴミまで対処可能なものは、上掛け水車くらいしかないのが実情である。
しかるに、ひとたび除塵装置を設置するとなると大きな初期投資が必要になるばかりでなく、完成後の維持管理においても捕捉した塵を処理するための経費が将来にわたって掛かり続けることとなる。そのため小水力発電にとって、塵問題は採算性確保の上で、無視することのできない大きな課題である。

［課題の解決法］
そこで本発明者は落差１ｍ以上に適用可能で除塵装置を必要としない水車形式として、回転部を上下両端の２か所に持ち、その回転部をつなぐ一対の落差に応じた組数のチェーンや長さを有するベルトに、やはり落差に応じた数のバケットを固定し、ベルトコンベア状に旋回する開放型の２軸式上掛け水車を提案する。

２軸水車に関しては、これまで多くの形式が提案されてきたが、いずれもパイプ等から鉛直に落下する水をバケットで受け止めるもので、塵の流れる一般の開水路から水平方向に放出された水に対して適用することはできない。すなわち、一般の開水路で利用されている上掛け水車（１軸）と同様に、水平方向に放出されて放物線の弧を描いて落下する水流を放流口近くでバケットに受け止める形式のものはこれまで存在しなかったのである。例えば、落差ΔＨ＝１０ｍ前後の低落差発電において採算性を確保するためには、１ｍ³／ｓ（毎秒１立米）のような非常に大きな水量が必要となり、その大量の水を水路端の近くで効率よく受け止めるためには技術的に種々の工夫が必要となる。

実用新案登録第３１１４５６３号公報 実公昭０５−１４２５３号公報

そこで本発明者は、水平方向に放流した直後の水流を効果的に受け止めることのできる２軸式上掛け水車の開発に鋭意努めてきた。その１例を図５に示す。
図５の２軸式上掛け水車においては、回転体（ベルトもしくはチェーン）１０１に対してバケット１０２の上端付近を固定したものである。この場合、放流された水流が上側の回転軸１０３でターンしたバケット１０２の外壁（背中）によってはじかれてしまい、流水をスムースにバケット１０２の中に収めることが難しいという問題が見つかった。

以上の点に鑑み、本発明者は、水平方向に放流した直後の水流を下記の機構によって効果的に受け止めることのできる２軸式上掛け水車を開発したものである。
１）回転体（ベルトもしくはチェーン）に対してバケットの下端付近を固定した場合、上側の回転軸でターンしたバケットの外壁が放流された水流の下方より進入し、放流された水流下端の曲線にほぼ平行になるため、流水をスムースにバケットの中に収めることができるのである。
２）バケットの内壁の天端付近に返しを設置することにより、バケットの外壁に沿ってバケット内に流れ込んだ水が、その勢いによりそのままバケットの底でＵターンし、バケットの内壁に沿って移動してそのまま外に出てしまうことを防ぐことができる。
３）放出部の水路底に適当な傾斜を持たせると同時に、放出部直上流に小さな固定もしくは可動堰を設け、放流直前の方向・流速をコントロールし、放出された水がスムースにバケットの中に入るように調整する。
４）非発電時には、水路底に設定された開放可能な底板を開放したとき、前記堰により水面形が調整され、非発電時に水の通り道となる回転体（ベルトもしくはチェーン）と斜路の間の狭い空間に精度よく水を送り込むことができる。
この発明の２軸式上掛け水車では、前記開放可能な底板の下流において前記回転体側に垂設した遮水板をも備え、水路底を開放したとき流水がバケットにかかり、前記回転体が逆回転するのを防ぐ役割を果たしている。またそうした回転体と斜路との間に流水を導いているとき、回転体やバケット等のメンテナンス等を行うことができるのである。

すなわちこの発明の２軸式上掛け水車は、
水路の斜路に沿って２軸の間をかけ回したエンドレスの一対の回転体と、
該回転体に固定された複数のバケットと、
水路の水流放出部の水路底に適当な傾斜を持たせると同時に、放出部の直上流に設けた可動堰からなる放出直前の方向・流速および水面形をコントロールする手段と、
前記可動堰の下流において水路底に開放可能に設けた底板と、
前記底板の下流において前記回転体側に垂設した遮水板とを備え、
発電時には前記水路勾配と堰とを用いて水流の方向・流速をコントロールしつつ前記バケットに放流された流水を導入させ、非発電時には前記可動堰を用いて水流の水面形をコントロールしつつ前記回転体側に垂設した遮水板により前記回転体が逆回転するのを防ぐとともに、開放した底板部分から回転体と斜路の間の狭い空間に流水を導入するようにしたことを特徴とするものである。

この発明の２軸式上掛け水車において、前記バケットは、前記回転体に対してバケットの下端付近を固定することにより、上側の回転軸でターンしたバケットの外壁が水流下端の曲線にほぼ平行になり、放流された水流の下方より進入する際、放流された流水をスムースにバケット内に導入することができるようにしたことをも特徴とするものである。

この発明の２軸式上掛け水車において、前記バケットは、内壁の天端付近に返しを設けてあり、バケットの中に流れ込んだ水が、その勢いによりバケットの底でＵターンして、そのままバケットの外に出てしまうことを防ぐことができるようにしたことをも特徴とするものである。

この発明の２軸式上掛け水車によれば、次のような効果を奏することが期待される。
＜可動堰の効果＞
請求項１の２軸式上掛け水車によれば、発電時には可動堰によりバケットの流れ込む放出直前の流速をコントロールし、水をバケットに無駄なく導入することができる。
他方、非発電時には底板を開放して水の通り道となる回転体（ベルトもしくはチェーン）と斜路の間の狭い空間に精度よく水を送り込むことができるよう、前記可動堰により水面形を調整する。

請求項２の２軸式上掛け水車によれば、前記バケットは、前記回転体に対してバケットの下端付近を固定することにより、上側の回転軸でターンしたバケットの外壁が放流された水流の下方より進入する際、水流下端の曲線にほぼ平行になり、放流された流水をスムースにバケット内に導入することができる。

請求項３の２軸式上掛け水車によれば、前記バケットは、内壁の天端付近に返しを設けてあり、バケットの中に流れ込んだ水が、その勢いによりそのままバケットの外に出てしまうことを防ぐことができる。

この発明の２軸式上掛け水車の実施の形態を示す概略断面図である。 その要部拡大断面図である。 この発明の２軸式上掛け水車を構成する回転体部分を上流側から見た図である。 その要部拡大断面図である。 この発明の２軸式上掛け水車の参考例を示す概略断面図である。

以下、本発明の２軸式上掛け水車の１実施例を図面に基いて説明する。
図１ないし図４に示すように、この実施例における２軸式上掛け水車は、水路１１に設けた落差１ｍ以上、望ましくは２〜１５ｍの斜路１２の両側壁１２−１，１２−２上に２軸にて左右一対のガイド１３，１３を設置したものである。
その上で、上下２軸間のガイド１３，１３の周囲に沿ってエンドレスの回転体（ベルトもしくはチェーン）１４を張り渡し、前記軸に取り付けた歯車等を介して発電機に連結している。
該左右の回転体１４間には所定間隔で複数のバケット１５を差し渡し、前記回転体１４に下端付近において固定してある。
このように、回転体１４に対してバケット１５の下端付近を固定したことにより、スムースに放流された流水をバケット１５内に導入することができる。

他方、前記水路１１の水流放出部２１の水路底１１ａに適当な傾斜を持たせている。本例では放物線のような曲線を形成してある。
同時に水流放出部２１の直上流には可動堰２２からなる放出直前の流速をコントロールする手段が設けてある。すなわち、前記可動堰２２は角度が可変となるように首振り可能に構成されており、その角度を流速の調整をするために変えるのである。もちろん、前記可動堰２２を水路底に出没かつ高さ調整可能に設けてもよい。
また、前記回転体１４と斜路１２の間の狭い空間Ｎに流水を導入するために、前記可動堰２２の下流において水路底に設けた底板２３は開放可能としている。そして前記空間Ｎの回転体１４の上流側において、前記斜路１２に対向するよう遮水板２４が垂設してある。

したがって、発電時には前記可動堰２２の角度を調整し、適切な流速を維持するとともに前記底板２３を閉鎖しておくことにより、放流された流水をスムースにバケット１５内に導入することができる。
他方、非発電時には前記可動堰２２を起立させ、放出直前の水面形をコントロールするとともに前記底板２３を開放することにより、前記回転体１４の上流側において前記斜路１２に対向するよう垂設した遮水板２４に水流を当てて、前記回転体１４と斜路１２の間の狭い空間Ｎに流水を導入すれば、前記バケット１５を介して前記回転体１４を逆回転させることを回避することができる。
ちなみに、前記可動堰２２を起立させれば、放出直前の流水は該可動堰２２でせき止められる形となり、底板２３を開放した場合その上流側で前記可動堰２２を越流し、その後下向きとなる水面形を形成することができ、前記斜路１２に沿って流下させることができるようになるのである。

なお、前記バケット１５は前記回転体１４に対してバケット１５の下端付近を固定してあるので、上側の回転軸１６でターンしたバケット１５の外壁は、水流下端の放物線を描く曲線にほぼ平行になり、放流された水流の下方より進入する際、放流された流水をスムースにバケット１５内に導入することができる。
ちなみに、前記バケット１５には内壁の天端付近に返し１５ａが設けてあり、バケット１５の中に流れ込んだ水が、その勢いによりそのままバケット１５の外に出てしまうことを防ぐことができるようにしてある。

この発明の２軸式上掛け水車はその発明の要旨から逸脱しない限りにおいて、発電以外の種々の用途にも適用できることは言うまでもない。

１１ 水路
１１ａ 水路底
１２ 斜路
１２−１，１２−２ 側壁
１３，１３ ガイド
１４ 回転体
１５ バケット
１５ａ 返し
１６ 回転軸
２１ 水流放出部
２２ 可動堰
２３ 開放可能な底板
２４ 遮水板
１０１ 回転体（ベルトもしくはチェーン）
１０２ バケット
１０３ 回転軸
Ｎ 空間

Claims (3)

1. 水路の斜路に沿って２軸の間をかけ回したエンドレスの一対の回転体と、
   該回転体に固定された複数のバケットと、
   水路の水流放出部の水路底に適当な傾斜を持たせると同時に、放出部の直上流に設けた可動堰からなる放出直前の方向・流速および水面形をコントロールする手段と、
   前記可動堰の下流において水路底に開放可能に設けた底板と、
   前記底板の下流において前記回転体側に垂設した遮水板とを備え、
   発電時には前記水路勾配と堰とを用いて水流の方向・流速をコントロールしつつ前記バケットに放流された流水を導入させ、非発電時には前記可動堰を用いて水流の水面形をコントロールしつつ前記回転体側に垂設した遮水板により前記回転体が逆回転するのを防ぐとともに、開放した底板部分から回転体と斜路の間の狭い空間に流水を導入するようにしたことを特徴とする２軸式上掛け水車。
2. 前記バケットは、前記回転体に対してバケットの下端付近を固定することにより、上側の回転軸でターンしたバケットの外壁が水流下端の曲線にほぼ平行になり、放流された水流の下方より進入する際、放流された流水をスムースにバケット内に導入することができるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の２軸式上掛け水車。
3. 前記バケットは、内壁の天端付近に返しを設けてあり、バケットの中に流れ込んだ水が、その勢いによりバケットの底でＵターンして、そのままバケットの外に出てしまうことを防ぐことができるようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の２軸式上掛け水車。

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