JP5714683B1 - Umbrella type spiral turbine - Google Patents

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Abstract

【課題】縦向きに設置して設置面積をコンパクト化しながら、水車全体において流水から効率良く回転力を得られる、傘型螺旋水車を提供する。【解決手段】円錐形の回転胴11と、該回転胴11の外周面へ螺旋状に設けられた複数枚の回転羽根12とを有する。回転羽根12は、回転胴11の外周面から水平外方に延在しており、上方から下方にかけて徐々に傾斜角度が緩やかとなっている。回転羽根12の外縁には、上方へ立設するガイド壁13も設けることが好ましい。回転胴11の頂部を上方にして回転軸を縦向きに設置し、上方から落下してくる流水圧を受けて回転する。【選択図】図5An umbrella-type spiral water turbine is provided which can be installed vertically and can obtain a rotational force efficiently from flowing water in the entire water turbine while reducing the installation area. A rotating cylinder 11 having a conical shape and a plurality of rotating blades 12 spirally provided on an outer peripheral surface of the rotating cylinder 11 are provided. The rotary blades 12 extend horizontally outward from the outer peripheral surface of the rotary drum 11, and the inclination angle gradually decreases from the upper side to the lower side. A guide wall 13 is preferably provided on the outer edge of the rotary blade 12 so as to stand upward. The rotating shaft 11 is installed vertically with the top of the rotating drum 11 facing upward, and rotates by receiving flowing water pressure falling from above. [Selection] Figure 5

Description

本発明は、回転胴と、該回転胴の外周面へ螺旋状に設けられた回転羽根とを有し、上方から流れてくる流水圧を受けて回転する螺旋水車に関する。   The present invention relates to a spiral turbine having a rotating drum and rotating blades spirally provided on the outer peripheral surface of the rotating drum and rotating under a flowing water pressure flowing from above.

この種の螺旋水車として、例えば下記特許文献1が提案されている。特許文献1の螺旋水車は、中空円筒形の回転胴と、該回転胴の外周面へ螺旋状に設けられた回転羽根とを有する。ここでの回転羽根は、回転胴の外周面から径方向外方に向けて延在しており、上方の始端から下方の終端にかけて全体的に螺旋の傾斜角度は同じである。すなわち、始端から終端にかけて回転羽根は同じ螺旋ピッチで設けられている。一方、回転胴の下端部のみは、その他の部位と比べて小径となっている。そのうえで、斜面とされた水路上へ螺旋水車を斜め横置きに設置し、斜面の上方から流れてくる流水圧を回転羽根が受けることで、螺旋水車が回転する構成となっている。   As this type of spiral water wheel, for example, the following Patent Document 1 has been proposed. The spiral water wheel of Patent Document 1 includes a hollow cylindrical rotating drum and rotating blades provided spirally on the outer peripheral surface of the rotating drum. Here, the rotating blades extend radially outward from the outer peripheral surface of the rotating drum, and the spiral inclination angle is generally the same from the upper start end to the lower end. That is, the rotary blades are provided at the same spiral pitch from the start end to the end. On the other hand, only the lower end portion of the rotating drum has a smaller diameter than the other parts. In addition, the spiral water turbine is installed obliquely on the sloped waterway, and the rotating turbine blades are rotated by receiving the flowing water pressure flowing from above the slope.

特開2013−174198号公報JP 2013-174198 A

特許文献1では、螺旋水車の回転力を生み出す水の流れを斜面によって確保し、螺旋水車は基本的に横置きとしているので、十分な水の流れを作るための高低差を設けるには比較的大きな設置面積を必要とする。これでは、狭小な敷地や屋内等に螺旋水車を設けるには不向きである。   In Patent Document 1, the flow of water that generates the rotational force of the spiral water turbine is secured by the slope, and the spiral water turbine is basically horizontally placed. Therefore, in order to provide a height difference for creating a sufficient water flow, Requires a large footprint. This is not suitable for installing a spiral water wheel in a narrow site or indoor.

この問題を解決するには、単純には水を自由落下させ螺旋水車を縦向きに設置することが考えられる。しかしながら、このような螺旋水車を単に縦向きに設置すると、次のような問題が生じる。先ず、このように衝動式の縦型螺旋水車とした場合、流水が回転羽根を伝うことで水の位置エネルギーが螺旋水車の運動(回転)エネルギーに変換されることになるが、このとき、螺旋水車を回転させるには流水速度がある程度速くなければならない。具体的には、流水速度が回転軸方向の水車螺旋面の移動速度より速ければ水の位置エネルギーが螺旋水車の回転力として作用するが、流水速度が回転軸方向の水車螺旋面の移動速度と同等であれば、水は単に螺旋水車と一体となって流動(落下)していくのみであり、螺旋水車の回転力は生じない。さらに、流水速度が回転軸方向の水車螺旋面の移動速度よりも小さいと、水が上方の螺旋面を回転と反対向きに押すように作用してしまう。ここで、回転軸方向の水車螺旋面の移動速度は、回転羽根が回転軸を一巻きする間の回転軸方向距離と回転速度の積である。   In order to solve this problem, it is possible to simply drop the water freely and install the spiral water turbine vertically. However, if such a spiral turbine is simply installed vertically, the following problems arise. First, in the case of the impulse type vertical spiral turbine as described above, the potential energy of the water is converted into the kinetic (rotational) energy of the spiral turbine by flowing water through the rotating blades. In order to rotate the water wheel, the water flow speed must be high to some extent. Specifically, if the flowing water speed is higher than the moving speed of the water turbine spiral surface in the rotation axis direction, the potential energy of water acts as the rotational force of the spiral water wheel. If they are equivalent, the water simply flows (drops) together with the spiral turbine, and the rotational force of the spiral turbine does not occur. Furthermore, if the flowing water speed is smaller than the moving speed of the water wheel spiral surface in the direction of the rotation axis, the water acts to push the upper spiral surface in the direction opposite to the rotation. Here, the moving speed of the water wheel spiral surface in the direction of the rotation axis is the product of the rotation axis direction distance and the rotation speed while the rotating blades make one rotation of the rotation axis.

ここで、螺旋水車を縦向きに設置した場合、螺旋水車の上部では流水速度が速いが、水の位置エネルギーが螺旋水車の回転エネルギーとして利用されることで、回転羽根を伝って下方へ流動して行くにしたがって流水速度は徐々に減衰していく特性を有する。したがって、単に螺旋水車を縦向きに設置したところで、流水圧を受けて回転力を生み出しているのは螺旋水車の上部のみであり、中間部や下方部では水が螺旋水車と一体的に流動したり螺旋水車の外方へ飛び出したりするだけで、回転力は生み出されないおそれがある。これでは、回転羽根の始端から終端にかけて全体的に水の位置エネルギーを有効利用できず非効率であるばかりか、螺旋水車をコンパクト化する意味においても無駄が生じてしまう。   Here, when the spiral turbine is installed vertically, the flowing water speed is high in the upper part of the spiral turbine, but the potential energy of water is used as the rotational energy of the spiral turbine, and flows downward through the rotating blades. The flowing water velocity has a characteristic of gradually decreasing as it goes on. Therefore, when the spiral water turbine is simply installed vertically, only the upper part of the spiral water turbine generates rotational force by receiving the flowing water pressure, and the water flows integrally with the spiral water turbine in the middle part and the lower part. Or just jumping out of the spiral turbine, there is a risk that no rotational force will be generated. This not only makes it impossible to effectively use the potential energy of the water from the beginning to the end of the rotating blades, but is also inefficient, and also wastes in terms of downsizing the spiral turbine.

そこで、上記課題に鑑みて本発明者らが鋭意検討の結果、螺旋水車を縦向きに設置して設置面積のコンパクト化を図りながら、当該螺旋水車を末広がりなテーパー形状とし、且つ回転羽根の螺旋ピッチを変更することで上記課題を解決できることを知見し、本発明を完成させるに至った。   Accordingly, as a result of intensive studies by the present inventors in view of the above-mentioned problems, the spiral turbine has a divergent taper shape while installing the spiral turbine in a vertical direction to reduce the installation area, and the spiral of the rotating blades. It has been found that the above-mentioned problems can be solved by changing the pitch, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明は上記課題を解決するものであって、縦向きに設置して設置面積をコンパクト化しながら、回転羽根の全体において流水から効率良く回転力を得られる、傘型螺旋水車を提供することを目的とする。   That is, the present invention solves the above-described problem, and provides an umbrella-type spiral turbine that can be installed vertically and can efficiently obtain a rotational force from running water in the entire rotating blade while reducing the installation area. For the purpose.

そのための手段として、本発明の螺旋水車(水車装置のランナ)は、回転胴と、該回転胴の外周面へ螺旋状に設けられた回転羽根とを有し、前記回転胴が円錐形となった傘型を呈する。前記回転羽根は、前記回転胴の外周面から径方向外方に向けて設けられており、上方から下方にかけて徐々に螺旋の傾斜角度が緩やかとなっている。すなわち、上方から下方にかけて回転羽根の螺旋ピッチ(上下に重なる回転羽根間の距離)が徐々に小さくなっている。そして、前記回転胴の頂部を上方にして回転軸を縦向きに設置したうえで水を上方から落下させ、その流水圧を受けて回転する構成となっている。   As a means for this, the spiral water turbine of the present invention (runner of the water turbine device) has a rotating drum and rotating blades provided spirally on the outer peripheral surface of the rotating drum, and the rotating drum has a conical shape. It has an umbrella shape. The rotating blades are provided radially outward from the outer peripheral surface of the rotating drum, and the spiral inclination angle gradually decreases from the upper side to the lower side. That is, the spiral pitch of the rotating blades (the distance between the rotating blades that overlap each other) gradually decreases from the upper side to the lower side. Then, the rotating shaft is installed vertically with the top of the rotating drum facing upward, and then water is dropped from above and rotated by receiving the flowing water pressure.

本発明では、螺旋水車の回転軸を縦向きにして回転羽根が上下に重なるように設置したうえで、水を上方から落下させていることで、螺旋水車ないしこれを使用した水車装置の設置面積を従来よりも大幅に小さくすることができる。   In the present invention, the rotational axis of the spiral water turbine is set vertically and the rotary blades are installed so as to overlap vertically, and the water is dropped from above, so that the installation area of the spiral water turbine or the water turbine device using the spiral water turbine is reduced. Can be made significantly smaller than before.

この場合、螺旋水車に衝突して回転羽根を伝い流れる流水速度は、螺旋水車の下方へ行くほど遅くなる特性を有する。このとき、流水速度が遅くなると水の流水断面の増加に伴う乱流が発生し水の粘性摩擦により運動エネルギーの損失が大きくなる。したがって、流水圧を受けて螺旋水車の回転力を得るには、流水速度の低下に伴い流水断面(水が流れる軌跡の直径)を大きくする必要がある。例えば、流水速度が1/4となれば、4倍の流水断面が必要となる。そこで、本発明では回転胴を円錐形としたうえで、その外周面に回転羽根を設けているので、回転羽根も含めた螺旋水車全体の外形が末広がりな傘型となっている。これにより、下方へ行くほど流水断面が大きくなり、回転羽根全体で無駄なく回転力を得ることができる。   In this case, the flowing water velocity which collides with the spiral water turbine and flows along the rotary blades has a characteristic that it becomes slower toward the lower side of the spiral turbine. At this time, when the flowing water speed becomes slow, a turbulent flow is generated as the water flow cross section increases, and the loss of kinetic energy increases due to the viscous friction of water. Therefore, in order to obtain the rotational force of the spiral turbine by receiving the flowing water pressure, it is necessary to increase the flowing water cross section (the diameter of the trajectory through which water flows) as the flowing water speed decreases. For example, if the running speed is 1/4, a running water cross section four times as large is required. Therefore, in the present invention, since the rotating drum is conical and the rotating blades are provided on the outer peripheral surface thereof, the entire outer shape of the spiral water turbine including the rotating blades is an umbrella shape. Thereby, a flowing water cross section becomes large so that it goes below, and a rotational force can be obtained without waste in the whole rotary blade.

また、下方へ行くほど流水速度が遅くなることに伴い、回転軸方向の水車螺旋面の移動速度も下方に行くほど遅くする必要がある。その理由は上述のとおりである。そこで本発明では、回転羽根の傾斜角度を、上方では急角度にし、下方に行くに従い徐々に緩やかな角度として、下方へ行くほど螺旋ピッチが小さくしている。これにより、螺旋水車の上部では回転軸方向の水車螺旋面の移動速度は速いが、下方へ行くほど回転軸方向の水車螺旋面の移動速度が遅くなり、上部から下部にかけて螺旋水車のどの位置でも回転軸方向の水車螺旋面の移動速度より流水速度のほうが速くなり、回転羽根全体において流水圧から無駄なく回転力を得ることができる。   In addition, as the flowing speed decreases as it goes downward, the moving speed of the water wheel spiral surface in the direction of the rotation axis also needs to be decreased as it goes downward. The reason is as described above. Therefore, in the present invention, the angle of inclination of the rotary blade is made steep at the upper side, and gradually becomes gentler as it goes downward, and the helical pitch is made smaller toward the lower side. As a result, the moving speed of the water turbine spiral surface in the rotation axis direction is fast at the upper part of the spiral water turbine, but the moving speed of the water wheel spiral surface in the rotation axis direction becomes slower as it goes downward, and at any position of the spiral water turbine from the top to the bottom. The flowing water speed is faster than the moving speed of the water wheel spiral surface in the direction of the rotation axis, and the rotational force can be obtained without waste from the flowing water pressure in the entire rotating blade.

上記構成によって、螺旋水車に衝突した水は、基本的には回転羽根上を円滑に流動していくことになるので、回転胴から径方向外方へ延在する回転羽根のみでも十分な回転力を得ることができる。しかし、回転羽根のみでは水が螺旋水車の外方へ飛散することもある。これでは、エネルギーの損失が生じる。そこで、回転羽根に加えてその外縁から立設するガイド壁も設けておけば、水の飛散量を大幅に減少することができ、エネルギー損失の低減を図ることができる。しかも、ガイド壁も流水圧を受けることで、当該ガイド壁においても回転力を得ることができる。   With the above configuration, the water that has collided with the spiral water turbine basically flows smoothly on the rotating blades, so that even with only the rotating blades extending radially outward from the rotating drum, sufficient rotational force can be obtained. Can be obtained. However, with only the rotating blades, water may be scattered outside the spiral turbine. This causes energy loss. Therefore, if a guide wall standing from the outer edge is provided in addition to the rotating blades, the amount of scattered water can be greatly reduced, and energy loss can be reduced. In addition, since the guide wall also receives flowing water pressure, a rotational force can be obtained also in the guide wall.

前記回転羽根を複数枚並行して設けていれば、得られる回転力を向上することができる。また、水が複数枚の羽根に分かれて流入すると1枚あたりの流入量が小さくなるため、流量に対して水車体積を小さくすることができる。   If a plurality of the rotating blades are provided in parallel, the rotational force obtained can be improved. In addition, when the water is divided into a plurality of blades and flows in, the inflow amount per sheet is reduced, so that the water turbine volume can be reduced with respect to the flow rate.

本発明の傘型螺旋水車によれば、縦向きに設置して設置面積をコンパクト化しながら、回転羽根の全体において流水から効率良く回転力を得られる。   According to the umbrella-type spiral water turbine of the present invention, the rotational force can be efficiently obtained from the flowing water in the entire rotary blade while being installed in the vertical direction to reduce the installation area.

実施形態1の斜視図である。1 is a perspective view of Embodiment 1. FIG. 実施形態1の平面図である。1 is a plan view of Embodiment 1. FIG. 実施形態1の縦断面図である。1 is a longitudinal sectional view of Embodiment 1. FIG. 傘型螺旋水車を使用した水力発電装置の断面図である。It is sectional drawing of the hydroelectric power generator using an umbrella type spiral water turbine. 実施形態2の斜視図である。6 is a perspective view of Embodiment 2. FIG. 実施形態2の平面図である。10 is a plan view of Embodiment 2. FIG. 実施形態3の側面図である。10 is a side view of Embodiment 3. FIG. 実施形態4の斜視図である。It is a perspective view of Embodiment 4.

(実施形態1)
本実施形態1の螺旋水車10は、図1〜3に示すように、回転ベースとなる回転胴11と、回転胴11の外周面へ螺旋状に設けられた回転羽根12とを有し、全体としては末広がりな傘型となっている。回転胴11は円錐形を呈し、上方から衝突する水を各回転羽根12へ効率よく分水するため、最頂部は尖っている。回転胴11の下面には、水力発電の発電機等に連結される連結棒等が接続されることになる。
(Embodiment 1)
As shown in FIGS. 1 to 3, the spiral turbine 10 according to the first embodiment includes a rotating drum 11 serving as a rotating base, and rotating blades 12 spirally provided on the outer peripheral surface of the rotating drum 11. It has become an umbrella type that spreads out. The rotating drum 11 has a conical shape, and the top portion is pointed in order to efficiently divide water colliding from above into each rotating blade 12. A connecting rod or the like that is connected to a hydroelectric generator or the like is connected to the lower surface of the rotating drum 11.

回転羽根12は、回転胴11の頂部から下端部にかけて複数枚(本実施形態では6枚)並行して設けられている。回転羽根12が回転胴11の頂部から始まっていることで、螺旋水車10へ水が衝突した直後から回転力を得ることができる。また、回転羽根12が複数枚並設されていることで、単位水量に対して得られる回転力が大きくなる。なお、回転羽根12の外方張り出し寸法は、上方の始端から下方の終端にかけてほぼ同じである。   A plurality of rotating blades 12 (six in this embodiment) are provided in parallel from the top to the lower end of the rotating drum 11. Since the rotary blade 12 starts from the top of the rotary drum 11, a rotational force can be obtained immediately after water collides with the spiral turbine 10. Moreover, the rotational force obtained with respect to unit water quantity becomes large because the rotating blade 12 is arranged in multiple numbers. The outward projecting dimension of the rotary blade 12 is substantially the same from the upper start end to the lower end.

また、回転羽根12は、回転胴11の外周面から径方向外方に向けて設けられている。本実施形態1では、図3に示すように、回転羽根12は回転胴11の外周面から径方向外方へ向けて水平に延在しており、回転軸に対して直角に設けられている。回転羽根12が回転軸に対して鋭角(やや上向き)に設けられていると、水が回転羽根12上を流動していく際に回転軸(内側)に向かって流動することで、運動エネルギーの損失が生じる。一方、回転羽根12が回転軸に対して鈍角(やや下向き)に設けられていると、水が回転羽根12上を流動していく際に外向に向かって流動することで、やはり運動エネルギーの損失が生じる。これに対し、回転羽根12を回転軸に対して直角に設けていれば、上記のような運動エネルギーの損失は生じ難い。回転羽根12は、回転胴11の接線方向に対して常に外側へ向けて延びている。   Further, the rotary blade 12 is provided from the outer peripheral surface of the rotary drum 11 outward in the radial direction. In the first embodiment, as shown in FIG. 3, the rotating blade 12 extends horizontally outward from the outer peripheral surface of the rotating drum 11 and is provided at a right angle to the rotating shaft. . If the rotating blade 12 is provided at an acute angle (slightly upward) with respect to the rotating shaft, the water flows toward the rotating shaft (inside) when the water flows on the rotating blade 12, so that the kinetic energy is reduced. Loss occurs. On the other hand, when the rotating blade 12 is provided at an obtuse angle (slightly downward) with respect to the rotation axis, water flows outward when the water flows on the rotating blade 12, so that kinetic energy is lost. Occurs. On the other hand, if the rotary blade 12 is provided at right angles to the rotation axis, the loss of kinetic energy as described above is unlikely to occur. The rotary blade 12 always extends outward with respect to the tangential direction of the rotary drum 11.

また、回転羽根12は、螺旋水車10の上部から下部にかけて徐々に傾斜角度が小さくなっている。すなわち、回転羽根12は、上方の始端から下方の終端にかけて徐々に螺旋ピッチが小さくなっている。本実施形態1では、図1に示すように、螺旋水車10の上部Puでの傾斜角度は急角度(本実施形態では約80°)となっており、螺旋水車10の中間部Pmでの傾斜角度は上部Puより少し緩やか(本実施形態では約60°)となっており、螺旋水車10の下部Prでの傾斜角度は最も緩やか(本実施形態では約45°)で、3段階で緩やかになっている。本実施形態1では、複数枚の短寸な小片を繋ぎ合わせて回転羽根12を形成している。   Further, the rotation angle of the rotary blade 12 gradually decreases from the upper part to the lower part of the spiral water turbine 10. That is, the rotary blade 12 has a helical pitch that gradually decreases from the upper start end to the lower end. In the first embodiment, as shown in FIG. 1, the inclination angle at the upper portion Pu of the spiral turbine 10 is a steep angle (about 80 ° in the present embodiment), and the inclination at the intermediate portion Pm of the spiral turbine 10 is set. The angle is a little gentler than the upper Pu (about 60 ° in the present embodiment), and the inclination angle at the lower Pr of the spiral turbine 10 is the most gradual (about 45 ° in the present embodiment), and is gentle in three stages. It has become. In the first embodiment, the rotating blade 12 is formed by connecting a plurality of short pieces.

当該螺旋水車10は回転軸が縦向きとなるように設置され、水は螺旋水車10の上方から自由落下させればよい。このような構成の螺旋水車10は、典型的には水力発電装置に適用することができる。そこで、当該螺旋水車10を使用した水力発電装置の一例を図4に示す。図4に示すように、水力発電装置100は、縦向きに設置された螺旋水車10が内部に収容されたケーシング101と、ケーシング101の上方へ連続する自由落下部102と、自由落下部102の上方に設けられた水槽103とを有する。ケーシング101内には、螺旋水車10が回転自在に設けられており、当該螺旋水車10の下方に発電機105が設けられている。符号106は、水力発電に使用した水の排水管である。水槽103内には水力発電に使用するための水が貯留されており、自由落下部102内を水が自由落下していくことになる。符号107は、水槽103に水を供給する給水管である。なお、水槽103の排水口直下には、ハニカム状の細孔を有する整流器108が設けられている。これにより、水が自由落下していく際に外方へ拡散することが防止される。また、水槽103の排水口及び整流器108の中心と螺旋水車10の回転軸とは同軸上にあり、自由落下する水は螺旋水車10の回転胴11の頂部を中心に衝突するよう設計されている。   The spiral water turbine 10 is installed such that the rotation axis is in the vertical direction, and the water may be freely dropped from above the spiral water turbine 10. The spiral water turbine 10 having such a configuration can be typically applied to a hydroelectric power generation apparatus. An example of a hydroelectric power generation apparatus using the spiral water turbine 10 is shown in FIG. As shown in FIG. 4, the hydroelectric power generation apparatus 100 includes a casing 101 in which a spiral water turbine 10 installed in a vertical orientation is housed, a free fall portion 102 that continues upward from the casing 101, and a free fall portion 102. And a water tank 103 provided above. A spiral turbine 10 is rotatably provided in the casing 101, and a generator 105 is provided below the spiral turbine 10. Reference numeral 106 denotes a water drain pipe used for hydroelectric power generation. Water for use in hydroelectric power generation is stored in the water tank 103, and the water falls freely in the free fall part 102. Reference numeral 107 is a water supply pipe for supplying water to the water tank 103. Note that a rectifier 108 having honeycomb-shaped pores is provided immediately below the drainage port of the water tank 103. This prevents water from diffusing outward when it falls freely. Further, the drain port of the water tank 103 and the center of the rectifier 108 and the rotating shaft of the spiral water turbine 10 are coaxial, and the free-falling water is designed to collide with the top of the rotating drum 11 of the spiral water wheel 10 as the center. .

この水力発電装置100によれば、給水管107を通して供給された水力発電に使用するための水Wは、一旦水槽103に貯留されることで、排水口における水圧の変動が調整される。螺旋水車10へ流入する水の径と流速は、水槽103内の貯水量や整流器108の細孔径等によって調整することができる。整流器108を介して自由落下した水Wは、整流されていることで、外方へ拡散することなく1本のきれいな柱状となって落下していき、縦向きに設置した螺旋水車10の頂部へ衝突する。このとき、自由落下する水Wは下方へいくほど(落下距離が大きくなるほど)落下速度が速くなるため、水柱の直径は徐々に小さくなる。そのうえで、水(位置エネルギー)の損失を無くすため、回転羽根12の始端の外形寸法(外径)は、自由落下する水柱の直径より大きくしておくことが好ましい。   According to this hydroelectric power generation device 100, the water W used for hydropower generation supplied through the water supply pipe 107 is temporarily stored in the water tank 103, whereby the fluctuation of the water pressure at the drain outlet is adjusted. The diameter and flow velocity of water flowing into the spiral water turbine 10 can be adjusted by the amount of water stored in the water tank 103, the pore diameter of the rectifier 108, and the like. The water W that has fallen freely via the rectifier 108 has been rectified, and thus falls into one clean column without diffusing outward, and to the top of the spiral water turbine 10 installed vertically. collide. At this time, as the free-falling water W moves downward (the falling distance increases), the falling speed increases, so the diameter of the water column gradually decreases. In addition, in order to eliminate the loss of water (potential energy), it is preferable that the outer dimension (outer diameter) of the starting end of the rotary blade 12 be larger than the diameter of the free-falling water column.

螺旋水車10に衝突した水Wは、衝突直後に頂部において各回転羽根12へ分水され、図2に示すように、各回転羽根12が流水圧を受けて螺旋水車10が水Wの流動方向と反対方向に回転する。このとき、各回転羽根12を回転胴11の頂部から下端部にかけて設けたうえで、螺旋水車10を末広がりな傘型となっていること、及び各回転羽根12の傾斜角度が上方から下方にかけて徐々に緩やかとなることで、エネルギー損失が少なく螺旋水車10全体で回転力を効率良く得られる。各回転羽根12を抜け落ちた水Wは、排水管106から排水されていく。   The water W that has collided with the spiral turbine 10 is diverted to the rotary blades 12 at the top immediately after the collision, and the rotary turbine 12 receives the flowing water pressure as shown in FIG. Rotate in the opposite direction. At this time, after each rotating blade 12 is provided from the top to the lower end of the rotating drum 11, the spiral water turbine 10 has an umbrella-shaped configuration, and the inclination angle of each rotating blade 12 gradually increases from the top to the bottom. As a result, the rotational force can be efficiently obtained in the entire spiral turbine 10 with less energy loss. The water W that has passed through each rotary blade 12 is drained from the drain pipe 106.

(実施形態2)
上記実施形態1では、回転胴11へ外方に延在する回転羽根12のみを設けたが、図5,6に示す実施形態2のように、回転羽根12の外縁へ、上方へ立設するガイド壁13を設けることもできる。これによれば、ガイド壁13によって回転羽根12上を流動していく水が外方へ飛散することを防止し、エネルギー損失を低減できる。しかも、流水圧がガイド壁13にも作用することで、当該ガイド壁13においても回転力を得ることができ、単位水量当たりの回転力がさらに向上する。そのため、本実施形態2では、回転羽根12を実施形態1のように回転軸に対して直角に設けるのみならず、回転軸に対して鈍角(やや下向き)に設けることもできる。その他は実施形態1と同様なので、同じ部材に同じ符号を付してその説明を省略する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, only the rotary blade 12 extending outward is provided on the rotary drum 11. However, as in the second embodiment shown in FIGS. 5 and 6, the rotary blade 12 is erected upward at the outer edge. A guide wall 13 can also be provided. According to this, water flowing on the rotary blade 12 by the guide wall 13 can be prevented from splashing outward, and energy loss can be reduced. Moreover, since the flowing water pressure also acts on the guide wall 13, a rotational force can be obtained also on the guide wall 13, and the rotational force per unit water volume is further improved. Therefore, in the second embodiment, the rotary blade 12 can be provided not only at a right angle to the rotation axis as in the first embodiment but also at an obtuse angle (slightly downward) with respect to the rotation axis. The other parts are the same as those in the first embodiment, and the same members are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.

(実施形態3)
また、上記実施形態1では回転羽根12を6枚並設したが、回転羽根12の並設枚数は6枚に限られず、2枚〜8枚程度の範囲で適宜設計できる。または、図7に示す実施形態3の螺旋水車20のように、回転羽根22を回転胴21の外周面へ1枚のみ設けることもできる。また、回転羽根22の螺旋の傾斜角度も、上記実施形態1のような角度に限定されない。例えば実施形態3では、螺旋水車20の上部Puにおける回転羽根22の傾斜角度は約85°、中間部Pmでは約45°、下部Prでは約30°としている。その他、実施形態3における基本的構成やこれに基づく作用効果等は実施形態1と同様なので、その説明を省略する。
(Embodiment 3)
In the first embodiment, six rotating blades 12 are arranged side by side, but the number of rotating blades 12 arranged in parallel is not limited to six, and can be appropriately designed in the range of about two to eight. Alternatively, only one rotary blade 22 may be provided on the outer peripheral surface of the rotary drum 21 as in the spiral turbine 20 of the third embodiment shown in FIG. Further, the inclination angle of the spiral of the rotary blade 22 is not limited to the angle as in the first embodiment. For example, in the third embodiment, the inclination angle of the rotary blade 22 in the upper portion Pu of the spiral turbine 20 is about 85 °, the intermediate portion Pm is about 45 °, and the lower portion Pr is about 30 °. In addition, since the basic configuration in the third embodiment and the operational effects based on this are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.

(実施形態4)
なお、実施形態3の螺旋水車20にも、図8に示す実施形態4のように、回転羽根22の外縁へ、上方に立設するガイド壁23を設けることができる。
(Embodiment 4)
Note that the spiral water turbine 20 of the third embodiment can also be provided with a guide wall 23 that stands up on the outer edge of the rotary blade 22 as in the fourth embodiment shown in FIG.

(その他の変形例)
以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、これらに限られることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、さらに種々の変形が可能である。例えば、回転羽根の傾斜角度(螺旋ピッチ)は、上方の始端から下方の終端にかけて徐々に緩やかとなっていれば、上記実施形態1〜4のように3段階で傾斜角度を変えるほか、2段階で変えてもよいし、4段階以上に細かく分けて変えることもできる。または、傾斜角度の明確な変更点を設けず、一連一体の回転羽根の傾斜角度を流線的に変わっていくよう形成することもできる。
(Other variations)
As mentioned above, although typical embodiment of this invention was described, it is not restricted to these, A various deformation | transformation is possible further in the range which does not deviate from the summary of this invention. For example, if the inclination angle (spiral pitch) of the rotary blade is gradually gentle from the upper start end to the lower end, the inclination angle is changed in three steps as in the first to fourth embodiments, and the two steps. It can be changed in 4 steps or more. Alternatively, the tilt angle of the series of rotating blades can be changed in a streamline manner without providing a clear change point of the tilt angle.

回転胴の内部は、中実でもよいし、中空でも良い。中空円錐形としていれば、内部空間に発電機を収容するなど有効利用することもできる。回転羽根は、必ずしも回転胴の頂部から下端部にかけて全体的に配す必要はなく、頂部及び/又は下端部から所定量隔てた位置から回転羽根を設けることもできる。また、回転胴の頂部はかならずしも尖っている必要はなく、頂部が平坦な円錐台形とすることもできる。   The inside of the rotating drum may be solid or hollow. If it is made into a hollow cone shape, it can also be used effectively such as accommodating a generator in the internal space. The rotating blades do not necessarily have to be disposed entirely from the top to the lower end of the rotating drum, and the rotating blades can be provided from a position separated from the top and / or the lower end by a predetermined amount. Further, the top of the rotating drum does not always need to be pointed, and can be a truncated cone having a flat top.

10・20 螺旋水車
11・21 回転胴
12・22 回転羽根
13・23 ガイド壁
100 水力発電装置
103 水槽
108 整流器
W 水

10/20 Spiral turbine 11/21 Rotating drum 12/22 Rotating blade 13/23 Guide wall 100 Hydroelectric generator 103 Water tank 108 Rectifier W Water

Claims (2)

回転胴と、該回転胴の外周面へ螺旋状に設けられた回転羽根とを有し、
前記回転胴は円錐形であり、
前記回転羽根は、前記回転胴の外周面から径方向外方に向けて設けられ、上方から下方にかけて徐々に螺旋の傾斜角度が緩やかとなっており、
前記回転羽根の外縁に、上方へ立設するガイド壁が設けられており、
前記回転胴の頂部を上方にして回転軸を縦向きに設置し、上方から落下してくる流水圧を受けて回転する、傘型螺旋水車。
A rotating drum and a rotating blade provided spirally on the outer peripheral surface of the rotating drum;
The rotating drum is conical;
The rotating blades are provided radially outward from the outer peripheral surface of the rotating drum, and the spiral inclination angle gradually decreases from the upper side to the lower side,
On the outer edge of the rotating blade, a guide wall is provided to stand upward,
An umbrella-type spiral turbine in which a rotating shaft is installed vertically with the top of the rotating drum facing upward, and rotates by receiving flowing water pressure falling from above.
前記回転羽根が複数枚並設されている、請求項1に記載の傘型螺旋水車。


The umbrella-type spiral water turbine according to claim 1, wherein a plurality of the rotating blades are arranged side by side.


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