JP6681662B2

JP6681662B2 - 水車装置

Info

Publication number: JP6681662B2
Application number: JP2015050227A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　政彦; 政彦鈴木
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2015-03-13
Filing date: 2015-03-13
Publication date: 2020-04-15
Anticipated expiration: 2035-03-13
Also published as: JP2016169670A

Description

本発明は、小水路における設置が容易であり、かつ発電効率の高い水車装置に関する。

フロートによって水車を吊設する水力発電機は、特許文献１に開示されており公知である。

特開２０１２−１３２３３５号公報

特許文献１に記載の水力発電機は、ロータの前部にダクトを装着し、ダクトの内外周面に沿って流れる流体を、ブレードの傾斜部に当てて、回転効率を高めるものである。
この水力発電機の水車筐体を流水中にそのまま沈設すると、水車筐体の前部から上面に沿って流れる流体が、水車筐体の上部で上方向へ盛りあがり、その部分の流速が低下するため、ロータの回転効率が上りにくい。
また、小水路において、水力発電機を設置するには、水路の両側壁の間に架橋して、これに水力発電機を吊設するのが一般的であり、架橋の作業手間と、橋上から水力発電機を吊下して設置するという作業手間がかかる。
本発明は、水路への設置が容易で、小水路等において、効率の良い発電を可能とした、水車装置を提供することを目的としている。

本発明の具体的な内容は、次のとおりである。

（１）水車装置における、前後に長く底部下面が水平に形成された浮力を有する水車吊体の底部下面において、ロータを備えた長尺の筒状の水車筐体を、前記底部下面の後部の長さよりも前部の長さを長く開けて管体状の吊支体を介して水平に吊設し、前記水車筐体は、前記吊支体の固定された部位が最大高さ部分として、そこから前部及び後端へかけて下り勾配の曲面とし、前記吊支体の長さを水車筐体の高さより短く、かつ水車筐体の高さの半分よりも長くして、前記水車筐体の上面へ乗り上げて通過する水流の盛上がりを、前記水車吊体の底部下面で抑止して、該底部下面と前記水車筐体の上面との間の隘路を前記水車筐体の後部へ高速にして通過させるようにし、該水車筐体内に配設した発電機に連係され、かつ水車筐体の後方へ突出するロータ軸の後端にロータが固定され、該ロータにおけるブレードの先端は、上流方向へ傾斜する傾斜部とされ、前記水車吊体は、ロータよりも後方の底部下面を水平に維持して、かつロータにおける前記ブレードの後部から、少なくともロータの直径以上の長さを有するようにして、揺動時に水車吊体の底部下面の後部に空気が入り込む虞をなくす構成としてなる水車装置。

（２）前記水車吊体は、底部下面の正面における左右側端部に、水車筐体の側面を囲むように下方向に突出する下向突部が、その下面は前記水車筐体に支持されるロータの軸心線よりも下になるように、水車吊体の前後方向に長く形成され、該下向突部の下端外側部に、小型のもの複数の重錘が、前記下向突部の長さ方向に沿って長く、かつ外部から着脱可能に埋設されている前記（1）に記載の水車装置。

（３）前記水車吊体の本体の左右側部に、側添体を着脱可能に連結するとともに、前記側添体の外側下端部が内側よりも下方へ突出した下向突部としてなる前記（1）に記載の水車装置。

（４）前記各下向突部には、底部内に重錘が埋設されている前記（３）に記載の水車装置。

本発明によると、次のような効果が奏せられる。

前記（1）に記載の水車装置は、水車吊体に、吊支体を介して筒状の水車筐体を、水車筐体の高さ以内の間隔を開けて配設し、水車筐体の、高寸の大な部分の上面に、吊支体を固定してあるので、水車筐体の上面に沿って、盛上がりながら通過する水流を、水車吊体の底部下面で盛上がりを抑止し、流速を高めて通過させ、ロータを効率よく回転させることができる。
前記水車筐体の高寸の大きな部分の上面に、吊支体が固定されると、その直前の水流が加圧されて、水圧が高まり、後方へ高速で通過し、ロータの回転効率が高められる。また水車装置は、水車吊体を水路にそのまま降下させて、繋留索等で水路に繋留させるだけで設置することが可能であり、作業性に優れ、作業コストを低減させることができる。
前記水車吊体におけるブレードより後方の底部下面の長さを、水平を維持して、ブレードの後部から少なくともロータの直径以上の長さとするので、波浪によって水車吊体が揺れて、水車吊体の底部下面に後方から空気が入って水圧に変化が生じたとしても、ロータに当たる水流に変化が生じず、ロータの回転速度が低下する虞がない。

前記（2）に記載の水車装置は、水車吊体の底部下面の両側端部に、下向突部が形成されているので、波浪による横揺れ等が緩和される。
また下向突部の底部に重錘が着脱可能に埋設されているので、波浪による横揺れが緩和される。

前記（3）に記載の水車装置は、水車吊体の本体の左右側部に、側添体を着脱可能に連結するので、側添体を連結しない時は、運搬や設置の作業性に優れており、現場で水路幅などに合わせて側添体を連結することによって、水上における水車吊体の横揺れ等が緩和され、波浪が高くなっても、水車装置の水平安定性を保持させることができる。
また、側添体の底面両側部に下向突部が形成されているので、全体の幅が広くなっても、波浪による横揺れを緩和させることが出来る。

前記（4）に記載の水車装置は、各下向突部の底部内に重錘が埋設されているので、横揺れしにくく安定性が維持出来る。

本発明の水車装置の実施例１の縦断側面図である。図１における水車装置を、左方から見た正面図である。本発明の水車装置の実施例２の正面図である。図３における水車装置の縦断側面図である。本発明の水車装置の実施例３の正面図である。本発明の水車装置の実施例４の正面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

図１に示すように、本発明の水車装置１においては、水車吊体２の底部下面２Ａから、前後方向を向く、長尺の筒状の水車筐体３が、吊支体４を介して水平に吊設されている。水車吊体２は、金属製あるいはFRP製の中空体、あるいは船型、若しくは発泡樹脂成形体等、任意に形成されている。

水車吊体２の底部下面２Ａは、側面視で前後に長い水平面とし、水車吊体２の前端面は、上面２Ｂから下部後方向へ向く湾曲面としてあり、上面２Ｂの前後端に、繋留索６を繋ぐ複数の繋留フック５、５が固定されている。

水車吊体２内部には、蓄電池７や、図示しないコントローラ等が配置されている。
吊支体４は、前後方向に長く、左右方向へ扁平な筒状態で、前縁が左右方向に厚く、後端へかけて次第に薄く形成されて、水車筐体３の最高部分に固定されている。

吊支体４の内部には、水車筐体３内に配設されている発電機８から、水車吊体２内の蓄電池７へ送電するコード９が配設されている。吊支体４は、着脱可能として水車筐体３と水車吊体２とに、それぞれ上下端部が連結されている。

吊支体４の高さは、水車筐体３の最大高さ以内としてある。これによって、水車吊体２の底部下面２Ａと、水車筐体３の高寸の中央部分との間隔は、水車筐体３の高さ以内となり、この間を通る水流は、高さの低い狭間を通過することになって、流速が高められる。

前記水車筐体３は、前後に長く、中央部が太く、前後端部へかけて次第に細く形成されている。水車筐体３の内部に、水平に支持されたロータ軸10の前端部は、発電機８に連結され、水車筐体３の後方向に突出されたロータ軸10の後端部には、ロータ11が装着されている。
水流によりロータ11が回転すると、発電機８が回転して発電する。ロータ11は、水車筐体３の前端部に装着してもよいし、前後に１対装着してもよい。

ロータ11は、ハブ12の周面に、複数の揚力型ブレード13（以下単にブレードという）を、放射方向へ向けて固定してある。ブレード13の先端部は、上流方向へ向かって傾斜する傾斜部13Ａとされている。

水車筐体３を固定した水車吊体２を水路Ｒに浮かべ、水路Ｒの両岸間に架設した吊桁14のフック15に、水車吊体２を繋留索６で繋留して設置位置決めをする。
吊桁14は、水車吊体２の長さに応じて、例えば１ｍ置きなど複数を設置する。

水面下にある水車筐体３の周面に沿って流下する流水は、ブレード13の前面に当り、ブレード13を回転させながら、遠心力でブレード13の先端へ移動し、傾斜部13Ａに当って、図１におけるＢ矢示方向へ抜けながら、反作用でブレード13を回転させる。

図２に正面視を示すように、水車吊体２の底部下面２Ａは水平で幅が広いので、水車吊体２の前面に当った水流は、水車吊体２の下に入り、必然的に水車吊体２で加圧されることになり、水車筐体３よりも長い距離を通過して、水車筐体３の上面との間を通過する。

この時、水車筐体３の前面に当り、上方へ突出した上面を通過する水流と合流して、吊支体４部分の隘路を通過し、コアンダ効果により速度を高めてブレード13に当り、回転効率を高める。

この場合、吊支体４部分よりも、水車筐体３の後端部分と水車吊体２の底部下面２Ａとの距離が長いので後方へ抜けやすく、後方へ拡散するので、ブレード13の傾斜部13Ａが、遠心方向へ拡散する水流を捉えて回転力となるので回転効率が高まる。

上記のように構成された水車装置１は、図２に示すように、水路Ｒの両岸に架け渡した吊桁14から繋留索６で吊り降ろして、水車吊体２の底部下面２Ａが水平に水没するように設置される。これによって、水車装置１を設置する作業性が向上する。

図１において、水車筐体３の中央部分は、直径が大きく、前後端部よりも高寸となっている。そのため、前方から流下する流水は、コアンダ効果によって水車筐体３の周面形状に沿って流れ、Ａ矢示状に、前端部分から中央部分へ上ることとなり、水車筐体３の中央部分で水の嵩が高まって、盛上がることとなる。

この流水の盛上がりは、上流から下る水流が、水車筐体３の中央部分で、周面に沿って遠心方向へ拡散するもので、下流へ流れる流速が必然的に低下する。
そのため、水車吊体２の底部下面２Ａを、水車筐体３の軸心線Ｓと平行とし、水車筐体３の上部に設けたことによって、その部分で、水の盛上りが抑止され、隘路の作用をし、加圧されて、下流方向への流速を高めることができる。

また、図１に示すように、水車筐体３の大きく膨らんだ中央部分に、吊支体４が設けられているため、水車筐体３の上面においては、前部から水車筐体３の表面に沿って、中央部分に上る水流と、吊支体４の前面に激突する水流が、盛上ることになる。

本発明の水車装置１においては、水車吊体２の底部下面２Ａによって、水車筐体３の上面を通過する水流の、盛上りが抑止されるため、その部分での水量が増加し、水圧が高まり、吊支体４の側面に沿って、高速となって後部へ通過する。

水車筐体３の後部は、中央部分よりも小径となっているため、水車吊体２の底部下面２Ａとの間の間隔が、水車筐体３の中央部分よりも後部は大となり、吊支体４の、前面部分における流水の水圧と比較して、後部は低水圧になる。

従って、吊支体４の側面に沿って通過する水流は、水車筐体３の低水圧の後方へ高速で通過し、吊支体４の前部の水流を、水圧の差によって後方向へ強く吸引して、流速度を高め、ロータ11の回転効率を高めることができる。

前記水車吊体２の後部の底部下面２Ａは、ブレード13の後方を、少なくともロータ14の直径以上に、可及的に長くすることが好ましい。これが短い場合には、水車吊体２が揺れた時に、後部から空気が水車吊体２の底部下面２Ａに入りこむと、水圧に変化が生じ、前部から来る水流の流速に変化が生じ、ロータ11の回転速度が低下することがあるが、その虞れが解消される。

図３は、水車装置の実施例２を示す正面図で、図４は、その縦断側面図である。前例と同じ部材には同じ符号を付して説明を省略する。
この実施例２においては、水車吊体２の底部両端部に、水車筐体３の側面を囲むように、下向きに突出する下向突部２Ｃが形成されている。

下向突部２Ｃの高さは、少なくとも水車筐体３の側面にかかる以上に長く、かつ水車吊体２の前後長さとされる。下向突部２Ｃの下部の内部に適応する重錘２Ｄが埋設されている。重錘２Ｄは、小型のものを複数とし、外部から着脱可能にすることで、重量を調節することができる。

これによって、水車吊体２の底部下面２Ａに沿って流れる水流は、左右の下向突壁２Ｃによって側方へ逸散せずに水車筐体３に当り、水車筐体３の中央部分が太くなっていて、側方向へ水流が膨らんでも、コアンダ効果によって速度を速めてブレード13にあたるので、回転効率を高められる。また水車吊体２が揺れても、その底部下面２Ａの下に空気が入り込んで、ロータ14の回転速度を低下させることが防止される。

図５は、水車装置の実施例３を示す正面図である。前例と同じ部材には、同じ符号を付して、説明を省略する。
この実施例３の水車装置１は、水車吊体２の本体の左右側面に、それぞれ側添体16を、連結具17で着脱可能に連結したものである。

水車吊体２に、水車筐体３を固定した状態で運搬し、水路Ｒ等に設置するには、水車吊体２の体積が小さな方が、作業性に優れている。
図５における側添体16は、水車吊体２の本体の両側面に、設置現場において任意の連結具17をもって、着脱可能に連結されるものである。

この側添体16の大きさは、現場の状況に合わせて選択される。側添体16の前後の長さは、水車吊体２より長くても、或いは短くても構わない。これによって、水路Ｒにおける水車筐体３の横揺れが緩和される。

図６は、水車装置の実施例４を示す正面図である。前例と同じ部材には同じ符号を付して説明を省略する。この実施例４の水車装置１における側添体16の外側の下部を、内側よりも長く下方に突出させた下向突部16Ａが突設されている。

これにより、波浪による横揺れがしにくくなり、かつ側方へ寄りにくくなる。また下向突部16Ａの下内部に、重錘16Ｂを着脱可能に嵌設することにより、横揺れしにくくなり、水平安定性が保持される。

本発明の水車装置１においては、水車吊体２の底板部２Ａの下面と、水車筐体の頂部との間隔が水車筐体の高さ以内としてあるので、水車筐体の上面に盛上がる水流が抑制されて、高速流として流下させることができ、小水路において、ロータ11を効率良く回転させる水力発電装置とすることができる。

１．水車装置
２．水車吊体
２Ａ.底部下面
２Ｂ.上面
２Ｃ.下向突部
２Ｄ.重錘
３．水車筐体
４．吊支体
５．繋留フック
６．繋留索
７．蓄電池
８．発電機
９．コード
10．ロータ軸
11．ロータ
12．ハブ
13、揚力型ブレード
13Ａ．傾斜部
14．吊桁
15．フック
16．側添体
16Ａ．下向突部
16Ｂ.重錘
17．連結具
Ｒ．水路
Ｓ．軸心線
Ｗ．水面

Claims

水車装置における、前後に長く底部下面が水平に形成された浮力を有する水車吊体の底部下面において、ロータを備えた長尺の筒状の水車筐体を、前記底部下面の後部の長さよりも前部の長さを長く開けて管体状の吊支体を介して水平に吊設し、
前記水車筐体は、前記吊支体の固定された部位が最大高さ部分として、そこから前部及び後端へかけて下り勾配の曲面とし、前記吊支体の長さを水車筐体の高さより短く、かつ水車筐体の高さの半分よりも長くして、前記水車筐体の上面へ乗り上げて通過する水流の盛上がりを、前記水車吊体の底部下面で抑止して、該底部下面と前記水車筐体の上面との間の隘路を前記水車筐体の後部へ高速にして通過させるようにし、該水車筐体内に配設した発電機に連係され、かつ水車筐体の後方へ突出するロータ軸の後端にロータが固定され、該ロータにおけるブレードの先端は、上流方向へ傾斜する傾斜部とされ、前記水車吊体は、ロータよりも後方の底部下面を水平に維持して、かつロータにおける前記ブレードの後部から、少なくともロータの直径以上の長さを有するようにして、揺動時に水車吊体の底部下面の後部に空気が入り込む虞をなくす構成としてなることを特徴とする水車装置。
前記水車吊体は、底部下面の正面における左右側端部に、水車筐体の側面を囲むように下方向に突出する下向突部が、その下面は前記水車筐体に支持されるロータの軸心線よりも下になるように、水車吊体の前後方向に長く形成され、該下向突部の下端外側部に、小型のもの複数の重錘が、前記下向突部の長さ方向に沿って長く、かつ外部から着脱可能に埋設されていることを特徴とする請求項１に記載の水車装置。
前記水車吊体の本体の左右側部に、側添体を着脱可能に連結するとともに、前記側添体の外側下端部が内側よりも下方へ突出した下向突部としてなることを特徴とする請求項１に記載の水車装置。
前記各下向突部には、底部内に重錘が埋設されていることを特徴とする請求項３に記載の水車装置。