JP6721953B2

JP6721953B2 - 水車の導水ダクト

Info

Publication number: JP6721953B2
Application number: JP2015146456A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　政彦; 政彦鈴木
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2015-07-24
Filing date: 2015-07-24
Publication date: 2020-07-15
Anticipated expiration: 2035-07-24
Also published as: JP2017025831A

Description

本発明は、水路の水流を効率良く利用することのできる、水車の導水ダクトに関する。

ダクト内に水車を配設する技術は、例えば特許文献１に開示されている。

特開２０００−９０１２号公報

前記、特許文献１に記載の発電装置は、管径が一定な長いダクト内に、多数の発電機が配設されている。このようなダクトを、例えば水路に設置すると、発電機が抵抗となって、ダクト内を通過する流水は、その外側の流水よりも低速の流水となり、発電効率は低下する。
本発明は、ダクトで用水路を塞ぐように配設し、高くなる水圧を利用することのできる水車の導水ダクト（以下単にダクトという）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、次の通りである。

（１）正面視四角形の角管状で、用水路を塞ぐように、水路内に埋設する前後に長いダクトの、前後に貫通する導水路の底面前部を、中央縦断側面において、前縁を前下端部からそれに続く前坂の後部の最高部へかけて球面状とし、該最高部をダクトの前後の中間よりも前寄りとしてかつ最高部の高さをロータの上下長さ寸法より高くするとともに、該最高部からダクトの後端へかけて次第に下降する弧曲面とし、前記最高部とその上方のダクトの上内壁面との間に隘路を形成し、該隘路の前記前坂の後部の最高部より高い位置で、ロータのプロペラ式揚力型ブレードの正面が上流方向を向くように水車筐体を配設する水車の導水ダクト。

（２）前記ダクトの側面視における前端面が、上面から下面へかけて、下端が上面より前に出るように傾斜面に形成され、前記ダクトの底面における前下部の前下端が、前記ダクトの前端面と合わせてあり、用水路の水路内に埋設したときに該用水路の底層流を、前記球面状としたダクトの底面の前板、最高部を経てダクトの後端へかけて次第に下降する弧曲面を、コアンダ効果により高速で通過させるようにした前記（1）水車の導水ダクト。

（３）前記ダクトの左右の側壁板の外側面に、外部から内部へかけて、且つ上面から下部ヘかけて切込みを形成し、該切込みに、平面視で用水路の壁面と前記ダクトの側壁板との間を堰止める板状の止水材の外端部を用水路の壁面に接し、該止水材の基端部をダクトの側壁板における切込み内に着脱可能に嵌装する前記（1）又は（2）に記載の水車の導水ダクト。

（４）前記ダクトはＦＲＰで形成し、前後に貫通する導水路における底面前部を、中央縦断側面において、前縁を前下端部からそれに続く前坂からその後部の最高部へかけて球面状とし、該最高部をダクトの前後の中間よりも前寄りとし、該最高部の高さをロータの上下長さ寸法より高く設定するとともに、該最高部からダクトの後端へかけて次第に下降する弧曲面とし、前記導水路における底面の下部内を中空体とし、注水可能としてなる前記（1）〜（3）のいずれかに記載の水車の導水ダクト。

本発明によると、次のような効果が奏せられる。

前記（1）に記載の発明は、前後に貫通する導水路の底面が、縦断側面視で、前縁が球面状で、最高部から後端へかけて次第に降下する弧曲面とされているので、この導水路に入った水流は、底層流が前縁を擦り上がり、最高部から速度を上げながら、後部の緩やかな勾配の弧曲面坂を高速で下る。
導水路の底面の最高部分は隘路にあたるので、ここに水車を配設すると、効率のよい高速回転をし、発電をさせることができる。

前記（2）に記載の発明は、ダクトの側面視で、上部よりも下部が前方へ突出しているので、導水路の底面を前方へ突出させ、水圧のかかっている用水路の底層流を、導水路の前端面に導き易い。

前記（3）に記載の発明は、平面視で、ダクトの外側面に止水材が装着されているで、水路の側壁面とダクトの外側面との間に間隙があっても、止水材によってダクトの外側面と、水路の側壁面との間の隙間を塞いで、ダクト内に水流が高い水圧で入り易くすることができる。

前記（4）に記載の発明は、ダクトはＦＲＰで形成し、導水路の底面の下部内を中空体とし、注水可能としてあるので、中空体に注水することにより、ダクトを用水路に沈設することが出来る。

本発明水車の導水ダクトの縦断側面図である。本発明水車の導水ダクトの正面である。本発明水車の導水ダクトの平面図である。

以下本発明を、図面を参照して説明する。
図１において、水車の導水ダクト１（以下単にダクトという）は、側面視でほぼ台形に形成されている。

ダクト１の前面２から後面３へかけて貫通する導水路４が形成され、その上内壁面４Ａは上方に位置して、前後の中央部分が下に突出する弧曲面に形成されている。また底面４Ｂの前後端部は、水路底面ｒに接するほど下位にあり、縦断側面図における前縁は、球面状とし、最高部４Ｃから後端へかけて下り坂の弧曲面とされている。

前面２は、上部から下面へかけて前方へ斜めに突出している。これによって導水路４の底面４Ｂの前下部４Ｄを前に突出させて、水路底面ｒから底層流を内部の最高部４Ｃへ、効率良く案内することができる。

導水路４の底面４Ｂは、揚力型翼の断面よりも膨出が大なので、この底面４Ｂに沿って通過する水流は、コアンダ効果によって高速となって通過する。また最高部４Ｃにおいては隘路となっているので、この部分の流速が１番早くなる。
従って、この最高部４Ｃに水車５のロータ６を配設すると、効率のよい発電をさせることができる。

水車５は、水車筐体５Ａ内部に支持されたロータ軸６Ａの先端に、ロータ６が装着されており、ロータ６の揚力型ブレード７は、先端を前方へ傾斜された傾斜部７Ａとされている。

水車筐体５Ａは、ダクト１を貫通して上に突出した吊体８に支持され、吊体８の上端は、吊桁９に固定された発電機10に連結されている。吊体８の内部には、ロータ軸６Ａと連結された図示しない伝動軸が内装されて、伝動軸は発電機10の主軸に連結されて、ロータ６の回転により発電機10が発電する。

ダクト１が流されて移動しないように、用水路Ｒの両岸に架設した支持桁11から、固定手段12がダクト１の上面を抑えている。固定手段12は、公知のどのようなものでもかまわないが、図１においては、手回しのネジ棒が示してある。
ダクト１の底面４Ｂの内部には、必要に応じて、着脱可能に重錘13を装着する。

図３に示すように、必要に応じて、ダクト１の両側部に、斜め前外側から後内方へ深く、かつ上から下へ貫通する切込み14、14を形成し、板状の止水材15、15を嵌装する。止水材15は、用水路Ｒの側壁とダクト１の外側との間隙に合わせて、適宜長さを合わせる。

これによってダクト１は用水路Ｒの堰のような役割を果たし、堰止められた流水は、ダクト１の上面を越えて流下し、水圧のかかった流水がダクト１の導水路４に入り、高速で通過し、水車５を効率良く回転させる。

ダクト１の前面２には、必要に応じて、図１に示す塵除16を取着ける。塵除16は縦縞格子状、簀の子状その他、適宜の物を、下端を前方に斜めにすることにより、これに当接した塵埃は上方へ上がり、ダクト１の上面を通過する。

ダクト１の材質は任意であるが、例えば、芯部を発泡樹脂で形成し、表面をＦＲＰの表層とする。これにより、ある程度大きなダクトでも容易に成形することができ、また軽量なので搬送や設置が容易である。当然に、ＦＲＰの中空体とし、中空部に水を満たすことによって水路Ｒに沈設する。

製造方法として、図１に示すダクト１を上下に２分割した形で成形し、上部部材に水車５を取着ける。その後、上下の部材を重ねて接合させる。
あるいは四角筒をＦＲＰか金属で形成し、その内面に、発泡樹脂で成形した内部部材を貼り付ける。

設置する時は、用水路Ｒの水源を閉塞し、ダクト１を水路底面ｒに固定する。吊体８の長さを調整して、吊桁９に支持される発電機10に、内部の伝動軸を接続させる。

用水路Ｒに水が流れると、底層流はダクト１の前下部４Ｄから、導水路４の前坂４Ｅを登って最高部４Ｃに達し、上層流と合流して、コアンダ効果によって高速となって後方へ通過し、その過程で水車５のロータ６を効率良く回転させる。

また、導水路４の上内壁面４Ａにおいても、前後の中央部が下向きに膨出しているので、コアンダ効果によって、この中央部分で水流は高速となって通過する。
ロータ６の揚力型ブレード７に当る高速水流は、遠心方向へ移動し、傾斜部７Ａで拡散が抑止され、回転効率が高まる。

このダクト１は、水流を集めて通過させるというだけではなく、導水路４の底面４Ｂの縦断面で、中間が高くなった弧曲面としてあるため、コアンダ効果によって、ダクト１の底面４Ｂにおいて、水圧のかかっている底層流が、高速で通過する点に特長がある。

また、ダクト１を用水路Ｒを塞ぐように配設すると、ダクト１で水流を堰止める作用が生じ、水圧がダクト１にかかるので、導水路４内に生じるコアンダ効果は、ロータ６を効率高く回転させる。

なお、図３における止水材１５を硬質な物とし、例えば用水路Ｒの側壁に、図示しないコ字状の枠体を装着し、その溝部に止水材１５の先端部を嵌装させることによって、ダクト１の固定と堰板の役割をさせることができる。

この発明は、ダクト内の隘路と、コアンダ効果を合わせて導水路内の高速流を生じさせるので、流速の遅い用水路等における水力発電に利用して、高い効果が得られる。

１．水車の導水ダクト
２．前面
３．後面
４．導水路
４Ａ．上内壁面
４Ｂ．底面
４Ｃ．最高部
４Ｄ．前下部
４Ｅ．前坂
４Ｆ．側壁板
５．水車
５Ａ．水車筐体
６．ロータ
６Ａ．ロータ軸
７．揚力型ブレード
７Ａ．傾斜部
８．吊体
９．吊桁
10. 発電機
11．支持桁
12．固定手段
13．重錘
14．切込み
15．止水材
16．塵除
Ｒ．用水路
ｒ．水路底面

Claims

正面視四角形の角管状で、用水路を塞ぐように、水路に埋設する前後に長いダクトの、前後に貫通する導水路の底面前部を、中央縦断側面において、前縁を前下端部からそれに続く前坂の後部の最高部へかけて球面状とし、該最高部をダクトの前後の中間よりも前寄りとしてかつ最高部の高さをロータの上下長さ寸法より高くするとともに、該最高部からダクトの後端へかけて次第に下降する弧曲面とし、前記最高部とその上方のダクトの上内壁面との間に隘路を形成し、該隘路の前記前坂の後部の最高部より高い位置で、ロータのプロペラ式揚力型ブレードの正面が上流方向を向くように水車筐体を配設することを特徴とする水車の導水ダクト。
前記ダクトの側面視における前端面が、上面から下面へかけて、下端が上面より前に出るように傾斜面に形成され、前記ダクトの底面における前下部の前下端が、前記ダクトの前端面と合わせてあり、用水路の水路内に埋設したときに該用水路の底層流を、前記球面状としたダクトの底面の前板、最高部を経てダクトの後端へかけて次第に下降する弧曲面を、コアンダ効果により高速で通過させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の水車の導水ダクト。
前記ダクトの左右の側壁板の外側面に、外部から内部へかけて、且つ上面から下部ヘかけて切込みを形成し、該切込みに、平面視で用水路の壁面と前記ダクトの側壁板との間を堰止める板状の止水材の外端部を用水路の壁面に接し、該止水材の基端部をダクトの側壁板における切込み内に着脱可能に嵌装することを特徴とする請求項１又は２に記載の水車の導水ダクト。
前記ダクトはＦＲＰで形成し、前後に貫通する導水路における底面前部を、中央縦断側面において、前縁を前下端部からそれに続く前坂からその後部の最高部へかけて球面状とし、該最高部をダクトの前後の中間よりも前寄りとし、該最高部の高さをロータの上下長さ寸法より高く設定するとともに、該最高部からダクトの後端へかけて次第に下降する弧曲面とし、前記導水路における底面の下部内を中空体とし、注水可能としてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の水車の導水ダクト。