JP6361850B2

JP6361850B2 - 羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置

Info

Publication number: JP6361850B2
Application number: JP2013193452A
Authority: JP
Inventors: 泰行西; 伯夫菊池
Original assignee: 株式会社茨城製作所
Priority date: 2013-08-30
Filing date: 2013-08-30
Publication date: 2018-07-25
Anticipated expiration: 2033-08-30
Also published as: JP2015048844A

Description

発明の詳細な説明

本発明は、羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置に関し、特に水深が比較的浅く中低速の河川や用水路等の開水路流れの相対流れのある流体中に設置する羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置に関する。

本発明は、流体の流れを増速することで高出力のエネルギーを生成する羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置に関し、相対流れのある流体中に流体機械のケーシングを設置している。ケーシングは、ノズル部および入口部に対し出口部の幅方向を大きくしたディフューザ部を備えている流体は例えば水であり、ケーシングの羽根車収容部の動力発生装置である軸流羽根車が配置された水車および水力発電機である。

羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置に関する出願人の発明した先行技術について述べる。羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置のケーシングは、相対流れのある流体中、例えば水中に設置され、入口部に対し出口部の幅方向を大きくしたディフューザ部を有し、ケーシングのディフューザ部は入口部の高さから出口部までの高さをほぼ一定にしている。流体機械のケーシングは、ディフューザ部の出口部にフランジを備え、このフランジは増速プレートとして流体の流れを増速させる機能を有している。

上述の羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置は、ケーシングの羽根車収容部に配置された動力発生装置として、翼の断面形状が一方の面が対となる面に比べてふくらみが大きい断面形状である揚力を発生する３枚の羽根を有する軸流羽部車を採用している。ケーシングの吸込口から流入した流体が軸流羽根車に作用し、動力を発生させる。軸流羽根車で生じた動力エネルギーを、それぞれが流体にさらされた第一動力伝達部、歯車部、第二動力伝達部からなる動力伝達部系を介して、発電機に伝達作用させ、電気エネルギーに変換している。

羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置において、流体の圧力によってケーシングが変形して、例えば羽根車の羽根がケーシングのディフューザ部に接触する不都合が生じているため、ケーシングの変形を防止することが望まれていた。

羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置において、ケーシングが流体の圧力で変形しかつ動力伝達部系とケーシングとの分離が不十分で、動力伝達系に不具合が生じるため、ケーシングの変形を防止することが望まれていた。

羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置において、動力伝達部系からの熱が発電機等に伝達し、発電機等の性能が低下するため、動力伝達部系からの熱発生および熱伝達を最少にして発電機等の性能を向上することが望まれていた。

羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置において、動力伝達部系とケーシングの接続が不十分であり、また羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置の構造体全体の強度が不十分であるため構造体全体の強度を高めることが望まれていた。

羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置において、発電機の自重によるケーシングの変形を防止することが望まれていた。

羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置において、歯車部の摩擦により品質の低下があり、歯車部の摩擦による品質低下の改善、歯車部の摩擦損失の低減および歯車部の静音効果を向上することが望まれていた。

羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置において、羽根車を高速で回転し、動力伝達部系で効果的に減速して高出力の発電を行なうことが望まれていた。

羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置において、ケーシングの変形によるゆがみをなくし、ケーシングの吸込口周辺からのケーシングの外周への流体漏れをなくし、流体のスムーズ流れを得ることが望まれていた。

羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置において、ケーシングに収容された羽根車がケーシングの吸込口をふさぐことなく、羽根車を通過する流体の十分な流量を確保することが望まれていた。

羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置において、歯車部の噛み合い精度を高くして、振動や騒音を減少し、抑制することが望まれていた。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的は流体の圧力によってケーシングが変形して、例えば羽根車の羽根がケーシングのノズル部、羽根車収納部またはディフューザ部に接触する不都合が生じることなく、ケーシングの変形を防止することができる羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置にある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的は動力伝達部系とケーシングの分離がなされて、ケーシングの変形を防止することができる羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置にある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的は動力伝達部系からの熱の伝達を低減し、発電機等の性能の低下を防止することできる羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置にある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的は動力伝達部系とケーシングの接続が良好であり、羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置の構造体全体の強度の向上することができる羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置にある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的は発電機の自重によるケーシングの変形を防止することができる羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置にある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的は歯車部の摩擦による品質低下の改善、歯車部の摩擦損失の改善、歯車部の静音効果を上げることができる羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置にある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的は羽根車を高速で回転し、動力伝達部系で効果的に減速して高出力の発電を行なうことができる羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置にある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的はケーシングの変形によるゆがみがなく、ケーシングの吸込口周辺からのケーシングの外周への流体漏れがなく、流体のスムーズな流れを達成することができる羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置にある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的はケーシングに収容された羽根車がケーシングの吸込口をふさぐことのなく、羽根車を通過する流体の十分な流量を確保することができる羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置にある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的は歯車部の噛み合い精度が高く、振動や騒音を減少し、抑制することができる羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置にある。

本発明は、相対流れのある流体中に配置される吸込口と排出口を備えてディフューザ部を有するケーシング、前記ケーシングの羽根車収納部に配置された羽根車を有する流体機械において、前記ケーシングの前記ディフューザ部の上外周、前記ケーシングの前記ディフューザ部の前記流体が流れる内部および前記ケーシングの前記ディフューザ部の下外周を貫通する前記ケーシングの前記ディフューザ部の前方に配置される前支柱体、前記前支柱体は、前記前支柱体の上部先端に設けられた前支柱体上固定具と前記前支柱体の下部先端に設けられた前支柱体下固定具を有し、前記ケーシングの前記ディフューザ部の前記上外周、前記ケーシングの前記ディフューザ部の前記流体が流れる前記内部および前記ケーシングの前記ディフューザ部の前記下外周を貫通する前記ケーシングの前記ディフューザ部の後方に配置される後支柱体、前記後支柱体は、前記後支柱体の上部先端に設けられた後支柱体上固定具と前記後支柱体の下部先端に設けられた後支柱体下固定具を有し、前記ケーシングの前記ディフューザ部の前記上外周に配置される上プレート体、前記ケーシングの前記ディフューザ部の前記下外周に配置される下プレート体を備え、前記上プレート体と前記下プレート体を対向させて配置した二重プレート構造としたこと特徴とした羽根車を有する流体機械にある。

本発明は、相対流れのある流体中に配置される吸込口と排出口を備えてディフューザ部を有するケーシング、前記ケーシングの羽根車収納部に配置された羽根車を有する流体機械において、前記ケーシングの前記ディフューザは、入口部に対し出口部の幅方向を大きく、前記入口部の高さから前記出口部の高さまでの高さをほぼ一定にした構造であり、前記ケーシングの前記排出口に設けられたフランジ、前記ケーシングの前記ディフューザ部の上外周、前記ケーシングの前記ディフューザ部の前記流体が流れる内部および前記ケーシングの前記ディフューザ部の下外周を貫通する前記ケーシングの前記ディフューザ部の前方に配置される前支柱体、前記前支柱体は、前記前支柱体の上部先端に設けられた前支柱体上固定具と前記前支柱体の下部先端に設けられた前支柱体下固定具を有し、前記ケーシングの前記ディフューザ部の前記上外周、前記ケーシングの前記ディフューザ部の前記流体が流れる前記内部および前記ケーシングの前記ディフューザ部の前記下外周を貫通する前記ケーシングの前記ディフューザ部の後方に配置される後支柱体、前記後支柱体は、前記後支柱体の上部先端に設けられた後支柱体上固定具と前記後支柱体の下部先端に設けられた後支柱体下固定具を有し、前記ケーシングの前記ディフューザ部の前記上外周に配置される上プレート体、前記ケーシングの前記ディフューザ部の前記下外周に配置される下プレート体を備え、前記上プレート体と前記下プレート体を対向させて配置した二重プレート構造としたこと特徴とした羽根車を有する流体機械にある。

本発明は、相対流れのある流体中に配置される吸込口と排出口を備えてディフューザ部を有するケーシング、前記ケーシングの羽根車収納部に配置された羽根車、前記羽根車によって生じた動力を伝達する第一動力伝達部、前記第一動力伝達部の後部に配置された歯車部、前記歯車部の後部に配置された第二動力伝達部および前記ケーシングの前記ディフューザ部の上部に配置された発電機を有する流体機械を備えた流体発電装置において、前記ケーシングの前記ディフューザ部の上外周、前記ケーシングの前記ディフューザ部の前記流体が流れる内部および前記ケーシングの前記ディフューザ部の下外周を貫通する前記ケーシングの前記ディフューザ部の前方に配置される前支柱体、前記前支柱体は、前記前支柱体の上部先端に設けられた前支柱体上固定具と前記前支柱体の下部先端に設けられた前支柱体下固定具を有し、前記ケーシングの前記ディフューザ部の前記上外周、前記ケーシングの前記ディフューザ部の前記流体が流れる前記内部および前記ケーシングの前記ディフューザ部の前記下外周を貫通する前記ケーシングの前記ディフューザ部の後方に配置される後支柱体、前記後支柱体は、前記後支柱体の上部先端に設けられた後支柱体上固定具と前記後支柱体の下部先端に設けられた後支柱体下固定具を有し、前記ケーシングの前記ディフューザ部の前記上外周に配置される上プレート体、前記ケーシングの前記ディフューザ部の前記下外周に配置される下プレート体を備え、前記上プレート体と前記下プレート体と対向させて配置した二重プレート構造としたこと特徴とした流体機械を備えた流体発電装置にある。

本発明は、相対流れのある流体中に配置される吸込口と排出口を備えてディフューザ部を有するケーシング、前記ケーシングの羽根車収納部に配置された動力発生装置、前記動力発生装置によって生じた動力を伝達する第一動力伝達部、前記第一動力伝達部の後部に配置された歯車部、前記歯車部の後部に配置された第二動力伝達部および前記ケーシングの前記ディフューザ部の上部に配置された発電機を有する流体機械を備えた流体発電装置において、前記ケーシングの前記ディフューザは、入口部に対し出口部の幅方向を大きく、前記入口部の高さからと前記出口部までの高さをほぼ一定にした構造であり、前記ケーシングの前記排出口に設けられたフランジ、前記ケーシングの前記ディフューザ部の上外周、前記ケーシングの前記ディフューザ部の前記流体が流れる内部および前記ケーシングの前記ディフューザ部の下外周を貫通する前記ケーシングの前記ディフューザ部の前方に配置される前支柱体、前記前支柱体は、前記前支柱体の上部先端に設けられた前支柱体上固定具と前記前支柱体の下部先端に設けられた前支柱体下固定具を有し、前記ケーシングの前記ディフューザ部の前記上外周、前記ケーシングの前記ディフューザ部の前記流体が流れる前記内部および前記ケーシングの前記ディフューザ部の前記下外周を貫通する前記ケーシングの前記ディフューザ部の後方に配置される後支柱体、前記後支柱体は、前記後支柱体の上部先端に設けられた後支柱体上固定具と前記後支柱体の下部先端に設けられた後支柱体下固定具を有し、前記ケーシングの前記ディフューザ部の前記上外周に配置される上プレート体、前記ケーシングの前記ディフューザ部の前記下外周に配置される下プレート体を備え、前記上プレート体と前記下プレート体を対向させて配置した二重プレート構造としたこと特徴とした流体機械を備えた流体発電装置にある。

本発明によれば、流体の圧力によってケーシングが変形して、羽根車の羽根がケーシングのノズル部に接触する不都合をなくし、ケーシングの変形を防止することができる羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置が得られた。

本発明によれば、動力伝達部系とケーシングの分離が十分になされ、ケーシングの変形を防止することができる羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置が得られた。

本発明によれば、動力伝達部系からの熱を低減し、発電機等の性能の低下を防ぐことができる羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置が得られた。

本発明によれば、動力伝達部系とケーシングの接続が良好で、羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置の構造体全体の強度を向上することができる羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置が得られた。

本発明によれば、発電機の自重によるケーシングの変形を防止することができる羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置が得られた。

本発明によれば、羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置において、歯車部の摩擦による品質低下の改善、歯車部の摩擦損失を低減し、歯車部の静音効果を上げることができる羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置が得られた。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的は羽根車を高速で回転でき、動力伝達部系で効果的に減速して高出力の発電を行なうことができる羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置にある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的はケーシングのゆがみがなく、ケーシングの吸込口周辺からのケーシングの外周への流体漏れがなく、流体のスムーズな流れを達成することができる羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置にある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的はケーシングに収容された羽根車がケーシングの吸込口をふさぐことがなく、ケーシングの内部に異物がつまりにくくし、かつ水路から流体が溢れにくくし、羽根車を通過する流体の十分な流量を確保することができる羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置にある。

図１は、本発明の一実施例を示す羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置の断面図である。図２は、本発明の一実施例を示す羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置の正面図である。図３は、本発明の一実施例を示す羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置の背面図である。図４は、本発明の一実施例を示す羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置の上面図である。図５は、本発明の一実施例を示す羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置の底面図である。図６は、本発明の一実施例を示す羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置の上カバープレートの飾り板を取り除いた上面図である。図７は、本発明の一実施例を示す羽根車を有する流体機械および流体機械を備えた流体発電装置の前支柱体の本体部の一部を切り欠いた図である。

以下、本発明の一実施例である羽根車を有する流体機械および流体機械を備ディフューザ部４から構成されている。

また、流体機械Ａは、図１、図２および図３に示すように、主としてケーシング１の羽根車収容部に配置された動力発生装置である軸流羽根車５、ケーシング１のディフューザ部４の出口部の外周に取り付けられたフランジ６で構成される。このフランジ６は、上下２個の横長のフランジサポート板７で固定、支持されている。流体機械Ａのケーシング１は、ノズル部２とディフューザ部４とを有している。ノズル部２の先端に吸入口８、ケーシング１のディフューザ部４の後端に排出口９を有している。

本発明の一実施例である流体機械Ａのフランジ６は、増速プレートの役割を果たす機能を有する。ケーシング１のディフューザ部４の出口部に低圧領域がより強く形成され、ケーシング１の吸入口８の圧力がより低下するので、流体の大きな増速効果が得られる。

流体機械Ａのケーシング１の羽根車収容部３に配置された軸流羽根車５は、図２に示すように、２枚の羽根を備えている。軸流羽根車５の２枚の羽根は、翼の断面形状が一方の面が対となる面に比べてふくらみが大きい断面形状を有し、揚力を発生する。ケーシング１のノズル部２の入口部の断面積は、ノズル部２の出口部の断面積よりも大きくしている。

本発明の一実施例の流体機械Ａのケーシング１のディフューザ部４は、ディフューザ部４の入口部に対し出口部の高さをほぼ一定とし幅方向を大きくした形状またはディフューザ部４の入口部の高さから出口部までの高さをほぼ一定とし、ディフューザ部４の入口部に対し出口部の幅方向を大きくした形状を有している。

ノズル部２、羽根車収容部３、ディフューザ部４を一体的に形成したケーシング１は、繊維強化プラスチック材料またはＳＵＳ材料等を用いて製作されている。ケーシング１の軸流羽根車５は２枚の羽根を有し、例えばアルミニウム材料、ＳＵＳ材料、フッ素系樹脂加工を施したアルミニウム材料等を用いて製作されている。

流体機械Ａは、ケーシング１のディフューザ部４の上平面にディフューザ部４の上中央部から後部に延びる上カバープレート１０およびケーシング１のディフューザ部４の下平面部にディフューザ部４の下中央から後部に延びる下プレート１１をそれぞれ対向して配置している。図４および図５に示すように、上カバープレート１０および下プレート１１は、後方側の幅が前方側の幅より広くなる末広がり四面形状構造体である。上カバープレート１０および下プレート１１はアルミニウム製で錆びにくく、熱伝導率を向上させ、冷却効果を高める材料を採用し、軽量化を計っている。下プレート１１は、図５に示すように下部中央に貫通孔１１ａを設けて材料の低減をはかり、下プレート１１の軽量化を計っている。

流体機械Ａは、上カバープレート１０、ケーシング１のディフューザ部４および下プレート１１を貫通して垂直方向に延びる２個の前支柱体１２を有している。また、流体機械Ａは、上カバープレート１０、ケーシング１のディフューザ部４および下プレート１１を貫通して垂直方向に延びる２個の後支柱体１３を有している。２個の前支柱体１２および２個の後支柱体１３は中実のほぼ円柱形のアルミニウム製で錆びにくく、熱伝導率を向上させ、冷却効果を高める材料を採用し、軽量化を計っている。

流体機械Ａの後支柱体１３間の距離は、前支柱体１２間の距離より大きい。流体の流れに対し右側に配置される前支柱体１２と後支柱体１３と流体の流れに対し左側に配置される前支柱体１２と後支柱体１３とはそれぞれ対称的に配置されている。

流体機械Ａの上カバープレート１０の上部に、図１、図２、図３、図４および図６に示すように、アルミニウム製の前方から後方に立ち上がる右上がりの傾斜面（角度ほぼ３０度の傾斜）、上面、底面、側面および後面を有する本体部と、この本体部の上面にアルミニウム製の前方から後方に立ち上がる右上がりの傾斜面（角度ほぼ３０度の傾斜）を有する飾り板１０ａを取り付けている。右上がりの傾斜面を形成したので、流体が上カバープレート１０の外形に沿ってスムーズに流れる。上カバープレート１０の本体部の後面はフランジ６の前面壁まで延びている。

流体機械Ａの前支柱体１２の上部は、ケーシング１のディフューザ部４の上外周から突出して、前支柱体上固定具（ナット）１４によって、ディフューザ部４の上外周に固定される。前支柱体１２は、ケーシング１のディフューザ部４の上外周を貫通し、ケーシング１のディフューザ部４の内部を通る。さらに、前支柱体１２は、ケーシング１のディフューザ部４の下外周を貫通し、下プレート１１を貫通して、下プレート１１から突出する。前支柱体１２の下部は、前支柱体下固定具（ナット）１４によって、下プレート１１を挟む形でケーシング１のディフューザ部４の下外周に固定される。

流体機械Ａの後支柱体１３の上部は、ケーシング１のディフューザ部４の上外周から突出して、後支柱体上固定具（ナット）１６によって、ディフューザ部４の下外周に固定される。後支柱体１３は、ケーシング１のディフューザ部４の下外周を貫通し、ケーシング１のディフューザ部４の内部を通る。後支柱体１３は、ケーシング１のディフューザ部４の下外周を貫通し、下プレート１１を貫通して、下プレート１１から突出している。後支柱体１３の下部は、後支柱体下固定具（ナット）１６によって、下プレート１１を挟む形でケーシング１のディフューザ部４の下外周に固定される。

流体機械Ａの上カバープレート１０の本体部の上部には、図６に示すように、２個の前支柱体上固定具（ナット）１４を取り付ける貫通孔、２個の後支柱体上固定具（ナット）１６を取り付ける貫通孔、後述する６個の第一動力伝達部支持体固定具（ナット）２６を取り付ける貫通孔、および後述する発電機２４を載置する凹みが設けられている。上カバープレート１０の右上がりの傾斜面を除いた本体部の高さ（厚み）はほぼ一定である。

流体機械Ａの上カバープレート１０の飾り板１０ａの下方に、図１に示すように、前支柱体１２の２個の前支柱体上固定具１４、後支柱体１３の２個の後支柱体上固定具１６を配置している。従って、上カバープレート１０はこれらの固定具１４、１６は飾り板１０ａで覆って（カバーして）上カバープレート１０に配置されている。

流体機械Ａの第一動力伝達部支持体２５は、図１および図６に示すように、上部カバープレート１０の内部に配置される６個の第一動力伝達部支持体固定具（ナット）２６で固定され、支持される。このように、第一動力伝達部支持体固定具２６も上部カバープレート１０に配置されている。

このように、前支柱体１２の前支柱体上固定具１４、後支柱体１３の後支柱体上固定具１６および第一動力伝達部支持体２５の第一動力伝達部支持体固定具２６はそれぞれ、上カバープレート１０に配置され、上カバープレート１０によって覆われる（カバーされる）ので、これらの各種固定具１４、１６、２６は流体の流れに直接さらされることはない。上カバープレート１０には、図６に示すように、ＳＵＳ棒をねじ込んで流体機械Ａおよび流体発電機装置Ｂを懸架できる４個の懸架部材（吊り部材）１８を設けている。

本発明の一実施例である前支柱体１２および後支柱体１３の構成について説明する。前支柱体１２および後支柱体１３は同一構成のものを用いており、アルミニウム製の中実の座付き両ねじボルトを採用している。ここでは、前支柱体１２の構成について説明する。図７に示すように、前支柱体１２は、本体部１２ａの上部に座部１２ｂ１とこの座部１２ｂ１より上方に突出する本体部１２ａと一体に設けられたねじ部１２ｃ１を有している。また、前支柱体１２は、本体部１２ａの下部に座部１２ｂ２とこの座部１２ｂ２より下方に突出する本体部１２ａと一体に設けられたねじ部１２ｃ２を有している。

図１および図７に示すように、前支柱体１２の前支柱体上固定具１４であるナットは、前支柱体１２のねじ部１２ｃ１に嵌入され、上カバープレート１０の飾り板１０ａによって覆われている（カバーされている）。上カバープレート１０の底面は、前支柱体１２の座部１２ｂ１に載置されている。ケーシングのディフューザ部４は、上カバープレート１０の底面に位置されられている。下プレート体１１の上面は前支柱体１２の座部１２ｂ２の下面に載置されている。ケーシング１のディフューザ部４は、下プレート体１１の上面に位置させられている。

上述したように、アルミニウム製の中実の座付き両ねじボルトを採用した２個の前支柱体１２および２個の後支柱体１３によって、上カバープレート１０と下プレート体１１を直接固定、支持でき、上カバープレート１０と下プレート１１の距離を一定に保つことができる。上カバープレート１０と下プレート１１に挟まれたケーシング１のディフューザ部４の変形や振動を阻止できる。ケーシング１のディフューザ部４は、２個の前支柱体１２および２個の後支柱体１３の合計４個の支柱体１２、１３のそれぞれの高さは一定であり、流体中に所定の確定した位置に独立して配置されるので、ケーシング１のディフューザ部４の変形は生じにくい。

上述したように、アルミニウム製の中実の座付き両ねじボルトを採用した２個の前支柱体１２および２個の後支柱体１３によって、流体発電装置Ｂの動力駆動系は、ケーシング１のディフューザ部４とは明確に分離独立した構成である。従って、ケーシング１のディフューザ部４が例え水圧で変形しても、流体発電装置Ｂの動力伝達系に影響を与えることはない。

次に、羽根車を有する流体機械を備えた流体発電装置Ｂについて説明する。上記したように本発明の一実施例である羽根車を有する流体機械Ａである水車は、主としてノズル部２、羽根車収容部３とディフューザ部４を有するケーシング１、軸流羽根車５、フランジ６、上カバープレート１０および下プレート体１１、２個の前支柱体１２および２個の後支柱体１３等で構成されている。

流体発電装置Ｂである水力発電機は、羽根車を有する流体機械Ａの上記構成要素に加えて、動力発生装置である軸流羽根車５によって生じた動力を伝達する水平方向に延びる第一動力伝達部２１、この第一動力伝達部２１の後方に配置された密閉ボックス形歯車部２２、密閉ボックス形歯車部２２に連結され垂直方向に配置された第二動力伝達部２３およびケーシング１のディフューザ部４の上外周の上カバープレート１０の上平面に配置された発電機（永久磁石発電機）２４で構成されている。

流体発電装置Ｂの第一動力伝達部２１、密閉ボックス形歯車部２２および第二動力伝達部２３は、ケーシング１のディフューザ部４の内部に収容、配置されている。発電機２４は、軸流羽根車５によって生じた動力エネルギーを電気エネルギーに変換する。発電機２４として、水中仕様の永久磁石発電機を適用したので、防水性能の大幅な向上および外部電源無しでの発電が実現できた。

流体発電装置Ｂの第一動力伝達部２１は、軸流羽根車５によって生じた動力エネルギーを伝達する機構としてシャフトおよびシャフトを支持するベアリング等によって構成されている。密閉ボックス形歯車部２２は、垂直方向に配置される密閉ボックス形歯車部２２に内蔵、収容されているかさ歯車（ギヤ）および水平方向に配置される密閉ボックス形歯車部２２に内蔵、収容されているかさ歯車の２個のかさ歯車群等で構成されている。第二動力伝達部２３は、軸流羽根車５によって生じた動力エネルギーを伝達する機構としてシャフトおよびシャフトを支持するベアリング等によって構成されている。

流体発電装置Ｂにおいて、第一動力伝達部２１、密閉ボックス形歯車部２２、第二動力伝達部２３の位置する箇所の上方には、上カバープレート１０が位置し、第一動力伝達部２１、密閉ボックス形歯車部２２、第二動力伝達部２３の位置する箇所の下方には下プレート体１１が位置されている。発電機２４は、上カバープレート１０の上部に載置されている。

流体発電装置Ｂは、ケーシング１のディフューザ部４の内部のほぼ中央上部に、第一動力伝達部２１を吊り下げ支持する第一動力伝達部支持体２５を設けている。第一動力伝達部支持体２５は、図１および図６に示すように、ケーシング１のディフューザ部４の上方に位置するカバープレート１０の内部に配置された６個の第一動力伝達部支持体固定具（ナット）２６によって取り付けられ、支持されている。

このように本発明の一実施例の流体機械Ａでは、２個の前支柱体１２の上部および２個の後支柱体１３の上部は、ケーシング１のディフューザ部４の外周上平面に固定され、支持されている。２個の前支柱体１２の下部および２個の後支柱体１３の下部は、下プレート１１を介して、ケーシング１のディフューザ部４の外周平面に固定され、支持されている。２個の前支柱体１２および２個の後支柱体１３は、下プレート１１によってケーシング１のディフューザ部４の下外周と連続的に接続されているので、ケーシング１のディフューザ部４の変形を防止し、流体機械Ａの構造体全体で強度が向上した。

本発明の一実施例である流体発電装置Ｂでは、ケーシング１のディフューザ部４の出口部を後支柱体１３の直後に位置させているので、ケーシング１のディフューザ部４の流体の流れ方向の長さ（水平方向長さ）が短縮でき、ケーシング１の重量の低減がはかれ、小形の流体発電装置Ｂが得られた。

流体発電装置Ｂでは、上カバープレート１０および下プレート１１で構成される２重プレート構造を採用している。このように、上下の２重のアルミニウム製上カバープレート１０および下プレート１１の装備によって冷却効果が向上し、熱による発電機２４等の性能の低下を防ぐことができた。

また、上下の２重のアルミニウム製の上カバープレート１０および下プレート体は、ケーシング１のディフューザ部４の上外周および下外周と連続的に接続されているので、ケーシング１のディフューザ部４の変形を防止でき、軸流羽根車５を有する流体機械Ａの構造体全体の強度を向上することができた。

流体発電装置Ｂでは、上下の２重のアルミニウム製の上カバープレート１０および下プレート１１構造によって、発電機２４の自重によるケーシング１のディフューザ部４の変形を防止することができ、また密閉ボックス形歯車部２２の摩擦による品質の低下が防止でき、歯車の摩擦損失の低下が果たされ、静音効果を向上することができた。

流体発電装置Ｂでは、第一動力伝達部２１の先端部は、２個の前支柱体１２の前方に位置されている。また、第一動力伝達部支持体２６は、２個の前支柱体１２の後方に位置されている。密閉ボックス形歯車部２２および第二動力伝達部２３は、２個の後支柱体１３の前方に位置されている。いいかえれば、第一動力伝達部支持体２５、密閉ボックス形歯車部２２および第二動力伝達部２３は、２個の前支柱体１２と２個の後支柱体１３の中間に配置されている。

流体発電装置Ｂでは、密閉ボックス形歯車部２２および第二動力伝達部２３の直後に配置された２個の後支柱体１３は、ケーシング１のディフューザ部の出口部の直前に配置されている。このため、流体発電装置Ｂのケーシング１のディフューザ部４の流体の流れ方向の長さ（水平方向長さ）が短縮できた。

次に、本発明の一実施例である上述の流体機械Ａの動作を説明する。軸流羽根車５を有する流体機械Ａを相対流れのある流体中に設置されたケーシング１、軸流羽根車５、フランジ６により構成される流体機械Ａ内にケーシング１の吸入口８から流入した流体が軸流羽根車５に作用し動力を発生させる。

流体機械Ａは、流体が保有する流水エネルギー（運動エネルギー）を効率よく利用する。ケーシング１の吸入口８近傍の圧力が排出口９の圧力よりも低下する。ケーシング１の排出口９の圧力は、ケーシング１のディフューザ部４の外部の圧力とほぼ等しくなるため、ケーシング１の吸入口８近傍の流体の流速よりも増速されて速くなる箇所に、流れエネルギーの取り出し位置に軸流羽根車５を配置した。

流体機械Ａで生じた動力を流体発電装置Ｂの第一動力伝達部２１、密閉ボックス形歯車部２２、第二動力伝達部２３の動力伝達系を介して減速させて発電機２４に伝達作用させ、電気エネルギーに変換している。

上述した本発明の一実施例の流体機械Ａおよび流体発電装置Ｂでは、流体の流速がほぼ１．７５ｍ／ｓｅｃの場合、軸流羽根車５の２個の羽根は３８０ｍｍの大きさのものを採用した。また、軸流羽根車５の回転数は１、０７０／ｒｐｍ、発電機２４の回転数は、軸流羽根車５の回転数の２／３倍と第一動力伝達部２１、密閉ボックス形歯車部２２、第二動力伝達部２３の動力伝達系を介して減速して７１３／ｒｐｍとなり、発電機２４の出力はほぼ１９０Ｗ（ワット）であった。

１・・・ケーシング２・・・ノズル部３・・・羽根車収容室４・・・ディフューザ部５・・・軸流羽根車６・・・フランジ７・・・フランジサポート板８・・・吸入口９・・・排出口１０・・・上カバープレート１０ａ・・・飾り板１１・・・下プレート１１ａ・・・貫通孔１２・・・前支柱体１２ａ・・・本体部１２ｂ１、１２ｂ２・・・座部１２ｃ１、１２ｃ２・・・ねじ部１３・・・後支柱体１４・・・前支柱体上固定具１５・・・前支柱体下固定具１６・・・後支柱体上固定具１７・・・後支柱体下固定具１８・・・懸架部材２１・・第一動力伝達部２２・・・密閉ボックス形歯車部２３・・・第二動力伝達部２４・・・発電機２５・・・第一動力伝達部支持体２６・・・第一動力伝達部支持体固定具Ａ・・・流体機械Ｂ・・・流体発電装置

Claims

河川や水路に設置可能な水力発電装置において、排出口の断面積に対し吸入口の断面積を大きくしたノズルと前記ノズルの下流に設けられたディフューザ部とを有するケーシング、前記ディフューザ部の吸入口の形状は前記ノズルの前記排出口と同一形状とし、前記ディフューザ部の高さを略一定にするとともに前記ディフューザ部の前記吸入口よりも前記ディフューザ部の排出口の幅方向を大きくし、前記ディフューザ部の羽根車収容部に配置された前記羽根車を備え、前記ディフューザ部の上外周、前記ディフューザ部の水が流れる内部および前記ディフューザ部の下外周を貫通する前記ディフューザ部の前方側に配置される前支柱体、前記前支柱体は前記前支柱体の上部に設けられた前支柱体上固定具と前記前支柱体の下部に設けられた前支柱体下固定具を有し、前記ディフューザ部の前記上外周、前記ディフューザ部の前記水が流れる内部および前記ディフューザ部の前記下外周を貫通する前記ディフューザ部の後方側に配置される後支柱体、前記後支柱体は前記後支柱体の上部に設けられた後支柱体上固定具と前記後支柱体の下部に設けられた後支柱体下固定具を有し、前記ディフューザ部の前記上外周に配置される上プレート、前記ディフューザ部の前記下外周に配置される下プレートを備え、前記上プレートと前記下プレートを対向させて配置した二重プレート構造としたことを特徴とする水力発電装置。
河川や水路に設置可能な水力発電装置において、排出口の断面積に対し吸入口の断面積を大きくしたノズルと前記ノズルの下流に設けられたディフューザ部とを有するケーシング、前記ディフューザ部の吸入口の形状は前記ノズルの前記排出口と同一形状とし、前記ディフューザ部の高さを略一定にするとともに前記ディフューザ部の前記吸入口よりも前記ディフューザ部の排出口の幅方向を大きくし、前記ディフューザ部の前記排出口に設けられたフランジを備え、前記ディフューザ部の上外周、前記ディフューザ部の水が流れる内部および前記ディフューザ部の下外周を貫通する前記ディフューザ部の前方側に配置される前支柱体、前記前支柱体は前記前支柱体の上部に設けられた前支柱体上固定具と前記前支柱体の下部に設けられた前支柱体下固定具を有し、前記ディフューザ部の前記上外周、前記ディフューザ部の前記水が流れる内部および前記ディフューザ部の前記下外周を貫通する前記ディフューザ部の後方側に配置される後支柱体、前記後支柱体は前記後支柱体の上部に設けられた後支柱体上固定具と前記後支柱体の下部に設けられた後支柱体下固定具を有し、前記ディフューザ部の前記上外周に配置される上プレート、前記ディフューザ部の前記下外周に配置される下プレートを備え、前記上プレートと前記下プレートを対向させて配置した二重プレート構造としたことを特徴とする水力発電装置。
河川や水路に設置可能な水力発電装置において、排出口の断面積に対し吸入口の断面積を大きくしたノズルと前記ノズルの下流に設けられたディフューザ部とを有するケーシング、前記ディフューザ部の吸入口の形状は前記ノズルの前記排出口と同一形状とし、前記ディフューザ部の高さを略一定にするとともに前記ディフューザ部の前記吸入口よりも前記ディフューザ部の排出口の幅方向を大きくし、前記ディフューザ部の羽根車収容部に配置された前記羽根車、前記羽根車によって生じた動力を伝達する第一動力伝達部、前記第一動力伝達部の後部に配置された歯車部、前記歯車部の後部に配置された第二動力伝達部および前記ディフューザ部の上部に配置された発電機を備え、前記ディフューザ部の上外周、前記ディフューザ部の水が流れる内部および前記ディフューザ部の下外周を貫通する前記ディフューザ部の前方側に配置される前支柱体、前記前支柱体は前記前支柱体の上部に設けられた前支柱体上固定具と前記前支柱体の下部に設けられた前支柱体下固定具を有し、前記ディフューザ部の前記上外周、前記ディフューザ部の前記水が流れる内部および前記ディフューザ部の前記下外周を貫通する前記ディフューザ部の後方側に配置される後支柱体、前記後支柱体は前記後支柱体の上部に設けられた後支柱体上固定具と前記後支柱体の下部に設けられた後支柱体下固定具を有し、前記ディフューザ部の前記上外周に配置される上プレート、前記ディフューザ部の前記下外周に配置される下プレートを備え、前記上プレートと前記下プレートを対向させて配置した二重プレート構造としたことを特徴とする水力発電装置。
河川や水路に設置可能な水力発電装置において、排出口の断面積に対し吸入口の断面積を大きくしたノズルと前記ノズルの下流に設けられたディフューザ部とを有するケーシング、前記ディフューザ部の吸入口の形状は前記ノズルの前記排出口と同一形状とし、前記ディフューザ部の高さを略一定にするとともに前記ディフューザ部の前記吸入口よりも前記ディフューザ部の排出口の幅方向を大きくし、前記ディフューザ部の羽根車収容部に配置された前記羽根車を備え、前記羽根車によって生じた動力を伝達する第一動力伝達部、前記第一動力伝達部の後部に配置された歯車部、前記歯車部の後部に配置された第二動力伝達部および前記ディフューザ部の上部に配置された発電機、前記ディフューザ部の前記排出口に設けられたフランジを備え、前記ディフューザ部の上外周、前記ディフューザ部の水が流れる内部および前記ディフューザ部の下外周を貫通する前記ディフューザ部の前方側に配置される前支柱体、前記前支柱体は前記前支柱体の上部に設けられた前支柱体上固定具と前記前支柱体の下部に設けられた前支柱体下固定具を有し、前記ディフューザ部の前記上外周、前記ディフューザ部の前記水が流れる内部および前記ディフューザ部の前記下外周を貫通する前記ディフューザ部の後方側に配置される後支柱体、前記後支柱体は前記後支柱体の上部に設けられた後支柱体上固定具と前記後支柱体の下部に設けられた後支柱体下固定具を有し、前記ディフューザ部の前記上外周に配置される上プレート、前記ディフューザ部の前記下外周に配置される下プレートを備え、前記上プレートと前記下プレートを対向させて配置した二重プレート構造としたことを特徴とする水力発電装置。