JP6273409B1 - 密閉高圧力型水車タービン - Google Patents

Abstract

【課題】 水の流れを利用した発電効率に優れる水車タービンを提供する。【解決手段】 少なくとも略右半部に円弧状の外周壁１１と一対の側壁を有する外殻体１０と、外殻体１０の略前半部に設けた回転軸２１を中心にして回転する円形状で、外殻体１０の略右半部において、外殻体１０の外周壁１１に近接することによって、外殻体１０との間で略密閉状の水溜室２２を形成し、その下方に、同じく密閉状の水受け室２３を連続して複数形成し、発電機に接続された回転体２０と、回転体２０の上端部の略直上に略密閉状態で設けられ、水溜室２２よりも上位に配置されて水溜室２２に水を供給する注水筒３０と、注水筒３０よりも上位に配置されて注水筒３０に密閉状態で連通し、注水筒３０に水を供給する送水パイプ４０と、送水パイプ４０の上流側に設けられ、送水パイプ４０に水を供給する取水タンク５０とで構成する。【選択図】 図１

Description

本発明は、自然の流水を利用した密閉高圧力型の水車タービンに関する。

従来から、水の流れを利用した水車タービンが創案されている（例えば、特許文献１参照）。

この文献１に記載の水車タービンは、開放状態にある回転体の外周面に、複数のバケツ体を同じく開放状態で連続的に配置し、そのバケツ体に水を落下させ、当該水の重量で回転体を回転させて発電を行うものである。

特表２００２−５０３３０９号公報

しかし、こうした従来の水車タービンは、発電効率が悪いと言った問題がある。すなわち、当該水車タービンは、開放状態にある複数のバケツ体に水を落下させるので、多くの水が開放部分から溢れ出てしまい、回転体に加わるべきトルクが低減してしまうからである。

本発明はこうした問題に鑑み創案されたもので、水の流れを利用した水車タービンにおいて、その発電効率が優れるものを提供することを課題とする。

図１乃至図５を参照して説明する。請求項１に記載の密閉高圧型水車タービン１は水の流れを利用したタービンであり、水平回転軸２１に軸支した回転体２０の上から下への回転面を「正面側」と決めると共に、下から上への回転面を「背面側」と決め、少なくとも略前半部に円弧状の外周壁１１と左右の側壁１２ａ，１２ｂを有する外殻体１０と、
外殻体１０のやや前半部寄りに設けた左右方向の水平回転軸２１を中心にして回転する円形状で、前記外殻体１０の略前半部において、前記外殻体１０の外周壁１１に近接することによって、当該外殻体１０との間で略密閉状の水溜室２２を形成すると共に、その下方に，同じく略密閉状の水受け室２３を連続して複数形成し、発電機９０に接続させた回転体２０と、
側壁１２ａ，１２ｂの内面の後部，上部，前部に亘って固着した摺動用硬質樹脂製案内ガイド１６ａ，１６ｂの案内溝１７ａ，１７ｂに回転体２０の左右のサイド板２６ａ，２６ｂの外周近くに外横向きに形成された左右のタービンリング２８ａ，２８ｂと、
回転体２０の上端部の略直上に略密閉状態で設けられ、前記水溜室２２よりも上位に配置されて該水溜室２２に水を供給する筒状の注水筒３０と、
前記注水筒３０よりも上位に配置されて該注水筒３０に密閉状態で連通し、当該注水筒３０に水を供給する筒状の送水パイプ４０とを備え、
左右の案内ガイド１６ａ，１６ｂの上部は注水筒３０から水受け室２３に向かって幅狭となる傾斜面２９ａ，２９ｂを形成する。

ここで、水溜室２２は、回転体２０が外殻体１０に近接して、注水筒３０と外殻体１０と回転体２０によって囲まれた状態となるため略密閉状となる。また、水受け室２３は、回転体２０が外殻体１０に近接して、当該外殻体１０に囲まれた状態となるので同じく略密閉状となる。

請求項２に記載の密閉高圧力型水車タービン１は、水の流れを利用した密閉高圧型の水車タービンであり、水平回転軸２１に軸支した回転体２０の上から下への回転面を「正面側」と決めると共に、下から上への回転面を「背面側」と決め、少なくとも略前半部及び中央部に円弧状の外周壁１１と左右の側壁１２，１２を有する外殻体１０と、
外殻体１０のやや前半部寄りに設けた左右方向の水平回転軸２１を中心にして回転する円形状で、前記外殻体１０の略前半部において、前記外殻体１０の外周壁１１に近接することによって、当該外殻体１０との間で略密閉状の水溜室２２を形成すると共に、その下方に、同じく密閉状の水受け室２３を連続して複数形成し、発電機９０に接続された回転体２０と、
側壁１２ａ，１２ｂの内面の後部，上部，前部に亘って固着した摺動用硬質樹脂製案内ガイド１６ａ，１６ｂの案内溝１７ａ，１７ｂに回転体２０の左右のサイド板２６ａ，２６ｂの外周近くに外横向きに形成された左右のタービンリング２８ａ，２８ｂと、
回転体２０の上端部の略直上に略密閉状態で設けられ、前記水溜室２２よりも上位に配置されて該水溜室２２に水を供給する筒状の注水筒３０と、
前記注水筒３０よりも上位に配置されて該注水筒３０に密閉状態で連通し、当該注水筒３０に水を供給する筒状の送水パイプ４０と、前記送水パイプ４０の上流側に設けられ、当該送水パイプ４０に水を供給する取水タンク５０とを備え、
左右の案内ガイド１６ａ，１６ｂの上部は注水筒３０から水受け室２３に向かって幅狭となる傾斜面２９ａ，２９ｂを形成する。

請求項３に記載に密閉高圧力型水車タービン１は、請求項１または２に記載の発明において、水溜室２２をさらなる密閉状態とすべく、注水筒３０の下流側部分において、前記注水筒３０と外殻体１０と回転体２０との間に第一密閉部材７０を設け、水受け室２３をさらなる密閉状態とすべく、前記回転体２０の背面側に臨む、外殻体１０と前記回転体２０との間に第二密閉部材６０を設けたことを特徴とする。

請求項１に記載の密閉高圧力型水車タービン１は、発電機９０に接続された回転体２０と外殻体１０との間に略密閉状の水溜室２２および複数の水受け室２３を形成し、水溜室２２には略密閉状の注水路を流れてきた水を、同じく略密閉状の注水筒３０を介して供給するので、当該水受け室２３に高圧の水圧を作用させることができる。

すなわち、注水路を流れてきた全ての水を外部に溢れ出させることなく水溜室２２に供給し、かつ高圧力化することができる。従って、回転体２０に大きなトルクを作用させて大きな回転力を与えることができる。その結果、発電機９０の発電効率を大幅に高めることができる。

また、この密閉高圧力型水車タービン１は、外殻体１０および回転体２０などの簡易な構成の部材を組み合わることによって形成することができるので、全体構成が簡易であり、製造コストも抑えることができ、経済性に優れる。

請求項２に記載の密閉高圧力型水車タービン１は、請求項１に記載の発明と同様に、発電機９０の発電効率を大幅に高めることができると共に、経済性に優れる。また、送水パイプ４０の上流側に取水タンク５０を設けているので、当該取水タンク５０から連続的に安定して水を供給することができる。これによっても、発電機９０の発電効率をさらに安定して高めることができる。

請求項３に記載に密閉高圧力型水車タービン１は、請求項１または２に記載の発明と同様に発電機９０の発電効率を大幅に高めることができると共に経済性に優れる。また、第一密閉部材７０を設けて水溜室２２をさらなる密閉状態とし、第二密閉部材６０を設けて水受け室２３をさらなる密閉状態としたので、当該水溜室２２および水受け室２３から水が溢れ出るのを確実に防止し、かつ水溜室２２と水受け室２３の水をより効果的に高圧力化することができる。これにより、回転体２０にさらに大きなトルクを与えることができ、発電機９０の発電効率をさらに高めることができる。なお、第一密閉部材７０によって、注水筒３０から供給された水が逆流するのを防止することができる。

本発明の実施形態に係る密閉高圧力型水車タービンを示す側面図である。 図１に示す密閉高圧力型水車タービンの概略正面図である。 図２に示す密閉高圧力型水車タービンの要部切欠正面図で、図６のＹ−Ｙ切断図である。 図３の一部取外し正面図である。 図１に示す密閉高圧力型水車タービンの要部一部切欠側面図である。 右側壁を内面側から見た側面図である。 他の実施形態に係る密閉高圧力型水車タービンの一部切欠側面図である。

本発明に係る密閉高圧力型水車タービン１の実施形態を、図１乃至図７に示す。これは、自然界における河川の水を利用したタービンであり、外殻体１０、回転体２０、注水筒３０、送水パイプ４０、および取水タンク５０を備える。

外殻体１０は不動に固定された円形状であり、その円形状を形成する外周壁１１と、その外周壁１１の後側端部を除くほぼ前半部及び中央部に、当該外周壁１１を挟持した状態で左右に対向して設けられた一対の略楕円形状の左右の側壁１２ａ，１２ｂを有する。従って、この一対の側壁１２ａ，１２ｂは、外殻体１０の後半部側を除く部分のみに設けられ、当該後半部側には開口部１４が形成とされている。

また、外殻体１０の下端部には、回転体２０を回転させた水が外部に排出される排出筒１３が設けられる。この排出筒１３によって、使用した水を外部の所定箇所に案内して円滑に排出することができる。

回転体２０は、外殻体１０の左右両側側壁１２ａ，１２ｂで枢支した水平回転軸２１を軸にして回転する円形状で、外殻体１０の前部において前記外殻体１０の外周壁１１に近接させ、これによって、回転体２０の上方側に、当該外殻体１０および注水筒３０との間でほぼ密閉状の水溜室２２を形成すると共に、その下方側に、ほぼ密閉状の水受け室２３を連続して形成する。

相平行する二枚のサイド板２６，２６間に進行方向に対して上昇傾斜した羽根板２４，・・・，２４が等角度間隔で配置固着されバケツ体２７が形成されている。２５はバケツ体２７のバケツ底である。２１はバケツ体２７の中心部に配置する回転軸で、バケツ体２７を中間に挟んで固着した円板型のサイド板２６，２６の中心が固着支持されている。サイド板２６の外周近くにはタービンリング２８が外横向きに形成されている。外殻体１０の左右の側壁１２ａ，１２ｂには、摺動用硬質樹脂製の案内ガイド１６ａ，１６ｂが突出形成されており、案内ガイド１６ａ，１６ｂの案内溝１７ａ，１７ｂにタービンリング２８が嵌り込んで、両者間の隙間からの水洩れを少なくするように構成されている。

なお、本実施形態では、回転体２０の注水筒３０の上流側部分において、注水筒３０と外殻体１０と回転体２０（複数の水受け室２３）との間に略円弧状の第一密閉部材７０を設けて、ほぼ密閉状態であった水溜室２２の開放部分を削減してさらなる密閉状態としている。なお、この第一密閉部材７０を設けたことで、注水筒３０から供給された水が逆方向に流れてしまうのを確実に防止することができる。

また、回転体２０の背面側に臨む、外殻体１０と、回転体２０（複数の水受け室２３）との間に略円弧状の第二密閉部材６０を設けることによって、回転体２０の略前半部においてほぼ密閉状態であった水受け室２３の開放部分を削減してさらなる密閉状態としている。

第一密閉部材７０および第二密閉部材６０は、回転体２０との摺接を考慮して、摺動用硬質樹脂材で構成する。なお、この回転体２０は、回転軸２１を介して発電機９０に接続される。８０は外周壁１１の下部から後部にかけて設けた摺動性硬質合成樹脂製のガイドリングで回転体１１が近接して移動する。

本実施形態の回転体２０は、円形状で左右に対向して配置された一対のサイド板２６，２６と、当該サイド板２６，２６よりも小径で、当該サイド板２６，２６の間に同心状に設けられたバケツ底２５よりなる筒壁とで形成される空間部にほぼ等間隔で設けた複数の羽根板２４とを備える。この空間部を羽根板２４で隔てることによって、複数の水受け室２３（バケツ型）を形成している。

注水筒３０は筒状であり、回転体２０の上端部のほぼ直上にほぼ密閉状態で設けられる。すなわち、この注水筒３０は外殻体１０の上端部において外周壁１１を貫通する状態で設けられ、当該外周壁１１と一対の側壁１２ａ，１２ｂとの間にほぼ密閉状態で配置される。なお、この注水筒３０は、水溜室２２の上位に配置されて当該水溜室２２に水を供給する。

また、この注水筒３０は、図５に示すように、ほぼ４５°の傾斜角度で設けることができるし、また、図７示すように、ほぼ９０°の角度で設けることもできる。その場合、送水パイプ４０の下流端部４０ａを垂直にすることにより、回転体２０に供給する水の圧力をさらに高めることができる。さらに、この注水筒３０は、４５°〜９０°の範囲でいずれの角度にも設定することができる。

この注水筒３０の設置角度に対応して、回転体２０の羽根板２４の設置角度を設定することができる。すなわち、羽根板２４の設置角度は、注水筒３０から供給される水がほぼ直角に衝突するように設定することが好ましい。

送水パイプ４０は長尺状の筒形状であり、注水筒３０よりも上位（上流側）に設けられ、当該注水筒３０に密閉状態で連通し、当該注水筒３０に水を連続的に供給する。

取水タンク５０は、送水パイプ４０の上流側に設けられるタンク形状であり、当該送水パイプ４０と密閉状態で連通し、当該送水パイプ４０に水を連続的に供給する。この取水タンク５０には自然界の水が流入し、そこで一旦、溜められる。この取水タンク５０の高さ位置を調節することによって、回転体２０に供給される水の圧力を自在に変えることができる。

本実施形態に係る密閉高圧力型水車タービン１は、次のように作動する。まず、河川から引き入れた取水タンク５０の水を、送水パイプ４０を通して注水筒３０に供給する。この際、送水パイプ４０および注水筒３０は共に筒状であり密閉状態であるため、取水タンク５０からの水は溢れ出すことなく注水筒３０に達する。

注水筒３０に達した水は、そこから水溜室２２を介して回転体２０の水受け室２３に供給される。この際、当該水は複数の水受け室２３を形成するそれぞれの区画壁２４にほぼ直角に衝突するため、その力によって回転体２０が回転する。また、水溜室２２および水受け室２３はほぼ密閉状態であるため、供給された水は外部に溢れ出すことなく羽根板２４に強い圧力で衝突する。

さらに、水溜室２２は第一密閉部材７０によってさらなる密閉状態を形成し、水受け室２３は第二密閉部材６０によってさらなる密閉状態を形成するので、水溜室２２および水受け室２３からの水の溢れ出しがより未然に防止され、当該水溜室２２および水受け室２３の水がさらに圧縮される。従って、回転体２０にはさらに大きなトルクが作用させることができ、これにより当該回転体２０を効率的に回転させ、その結果、当該回転体２０に接続されている発電機９０を効率的に回転させることができる。

水受け室２３に供給され、回転体２０を回転させた水は、回転体２０の回転と共に下方に移動して水受け室２３から流出し、排出筒１３を通って外部に排出されて河川に戻される。この作用を連続的に繰り返すことによって回転体２０を回転させ、それに接続されている発電機９０を回転させて発電する。

本実施形態に係る密閉高圧型水車タービン１は、以下の効果を発揮する。
［１］発電機９０に接続された回転体２０と外殻体１０との間に略密閉状の水溜室２２および複数の水受け室２３を形成し、水溜室２２にはほぼ密閉状の送水パイプ４０を流れてきた水を、同じくほぼ密閉状の注水筒３０を介して供給するので、当該水受け室２３に高圧力の水圧を作用させることができる。これにより、回転体２０に大きなトルクを作用させて大きな回転力を与えることができ、その結果、発電機９０の発電効率を大幅に高めることができる。

［２］このタービン１は、外殻体１０および回転体２０などの簡易な構成の部材を組み合わることによって形成することができるので、全体構成が簡易であり、製造コストも抑えることができて経済性に優れる。

［３］送水パイプ４０の上流側に取水タンク５０を設けているので、当該取水タンク５０から連続的に安定して水を供給することができる。これにより、発電機９０の発電効率をさらに安定して高めることができる。

［４］第一密閉部材７０と第二密閉部材６０を設けて、水溜室２２と水受け部をさらなる密閉状態としたので、当該水溜室２２および水受け室２３から水が溢れ出るのを確実に防止し、かつ水溜室２２と水受け室２３の水をより効果的に高圧力化することができる。これにより、回転体２０にさらに大きなトルクを与えることができ、発電機９０の発電効率をさらに高めることができる。

［５］第一密閉部材７０を設けたので、注水筒３０から供給された水が逆流するのを確実に防止することができる。これによっても、回転体２０にさらに大きなトルクを与えて、発電機９０の発電効率をさらに高めることができる。

［６］取水タンク５０を設けたことにより、水溜室２２および水受け室２３に連続的に高圧力化された水を供給することができるので、回転体２０に連続して安定的に大きなトルクを与えることができる。これにより、発電機９０の発電効率をさらに高めることができる。

［７］河川の水を利用して回転体２０を回転させ（発電し）、その水を全て河川に戻すので自然環境を破壊しない。

１ 水車タービン
１０ 外殻体
１１ 外周壁
１２ａ，１２ｂ 側壁
１３ 排出筒
１４ 空隙
１６ａ，１６ｂ 案内ガイド
１７ａ，１７ｂ 案内溝
２０ 回転体
２１ 水平回転軸
２２ 水溜室
２３ 水受け室
２４ 羽根板
２５ 筒壁
２６ サイド板
２７ バケツ体
２８ タービンリング
２９ａ，２９ｂ 傾斜面
３０ 注水筒
４０ 送水パイプ
４０ａ 下流端部
５０ 取水タンク
６０ 第二密閉部材
７０ 第一密閉部材
８０ ガイドリング
９０ 発電機

Claims (3)

1. 水の流れを利用した密閉高圧力型の水車タービンであって、水平回転軸（２１）に軸支した回転体（２０）の上から下への回転面を「正面側」と決めると共に、下から上への回転面を「背面側」と決め、
   少なくとも略前半部に円弧状の外周壁（１１）と左右の側壁（１２ａ，１２ｂ）を有する外殻体（１０）と、
   前記外殻体のやや前半部寄りに設けた左右方向の水平回転軸（２１）を中心にして回転する円形状で，前記外殻体の略前半部において，前記外殻体の外周壁に近接することによって，該外殻体との間で略密閉状の水溜室（２２）を形成すると共に，その下方に，同じく略密閉状の水受け室（２３）を連続して複数形成し，発電機（９０）に接続された回転体（２０）と、
   側壁（１２ａ，１２ｂ）の内面の後部，上部，前部に亘って固着した摺動用硬質樹脂製案内ガイド（１６ａ，１６ｂ）の案内溝（１７ａ，１７ｂ）に回転体（２０）の左右のサイド板（２６ａ，２６ｂ）の外周近くに外横向きに形成された左右のタービンリング（２８ａ，２８ｂ）と、
   回転体の上端部の略直上に密閉状態で設けられ，前記水溜室よりも上位に配置されて該水溜室に水を供給する筒状の注水筒（３０）と、
   前記注水筒よりも上位に配置されて該注水筒に密閉状態で連通し，該注水筒に水を供給する筒状の送水パイプ（４０）とを備え、
   左右の案内ガイド（１６ａ，１６ｂ）の上部は注水筒（３０）から水受け室（２３）に向かって幅狭となる傾斜面（２９ａ，２９ｂ）を形成したことを特徴とする密閉高圧力型水車タービン。
2. 水の流れを利用した密閉高圧力型の水車タービンであって、水平回転軸（２１）に軸支した回転体（２０）の上から下への回転面を「正面側」と決めると共に、下から上への回転面を「背面側」と決め、少なくとも略前半部に円弧状の外周壁（１１）と一対の側壁（１２ａ，１２ｂ）を有する外殻体（１０）と、
   前記外殻体のやや前半部に設けた左右方向の水平回転軸（２１）を中心にして回転する円形状で，前記外殻体の略前半部において，前記外殻体の外周壁に近接することによって，該外殻体との間で略密閉状の水溜室（２２）を形成すると共に，その下方に，同じく略密閉状の水受け室（２３）を連続して複数形成し，発電機（９０）に接続された回転体（２０）と、
   側壁（１２ａ，１２ｂ）の内面の後部，上部，前部に亘って固着した摺動用硬質樹脂製案内ガイド（１６ａ，１６ｂ）の案内溝（１７ａ，１７ｂ）に回転体（２０）の左右のサイド板（２６ａ，２６ｂ）の外周近くに外横向きに形成された左右のタービンリング（２８ａ，２８ｂ）と、
   前記回転体の上端部の略直上に密閉状態で設けられ，前記水溜室よりも上位に配置されて該水溜室に水を供給する筒状の注水筒（３０）と、
   前記注水筒よりも上位に配置されて該注水筒に密閉状態で連通し，該注水筒に水を供給する筒状の送水パイプ（４０）と、前記送水パイプの上流側に設けられ，該送水パイプに水を供給する取水タンク（５０）とを備え、
   左右の案内ガイド（１６ａ，１６ｂ）の上部は注水筒（３０）から水受け室（２３）に向かって幅狭となる傾斜面（２９ａ，２９ｂ）を形成したことを特徴とする密閉高圧力型水車タービン。
3. 水溜室（２２）をさらなる密閉状態とすべく、注水筒（３０）の下流側部分において、前記注水筒と外殻体（１０）と回転体との間に第一密閉部材（７０）を設け、水受け室（２３）をさらなる密閉状態とすべく、前記回転体の背面側に臨む、外殻体と前記回転体との間に第二密閉部材（６０）を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の密閉高圧力型水車タービン。

Images