JPS6140464A - 下掛水車 - Google Patents
下掛水車Info
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- JPS6140464A JPS6140464A JP16073484A JP16073484A JPS6140464A JP S6140464 A JPS6140464 A JP S6140464A JP 16073484 A JP16073484 A JP 16073484A JP 16073484 A JP16073484 A JP 16073484A JP S6140464 A JPS6140464 A JP S6140464A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- impeller
- water
- foundation
- blades
- blade
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
- F03B17/00—Other machines or engines
- F03B17/06—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head"
- F03B17/062—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head" with rotation axis substantially at right angle to flow direction
- F03B17/063—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head" with rotation axis substantially at right angle to flow direction the flow engaging parts having no movement relative to the rotor during its rotation
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/20—Hydro energy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Hydraulic Turbines (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
この発明は、極めて簡単な構成にして電力や揚水を手軽
にしかも効率良く得るのに使用することができる下掛水
車の改良に関するものである。
にしかも効率良く得るのに使用することができる下掛水
車の改良に関するものである。
(従来技術)
近代科学文明と共に発達した巨大な中央集権型商業電力
システムも、発電所や送配電線網の建設に要する英太な
先行投資の関係で、Hs在電力消費!”:、、% 密度が低く、企業性に乏しい過疎地への適用は極めてむ
づかしく、第三世界はもとより、先進国に於ても多くの
無電力地域が残存し、またわが国の高い電気料金や袈線
費は、低廉な海外産品の攻勢に悩む農業などの近代化の
障害となり、この様な地域や地場産業の発展には、現在
の商業電力システムの小型化よりも、設置や取扱いが簡
単で、長期連続使用に耐える小型発電装置により、個々
としては僅かな電力需要を個別的に賄う、分散自給型の
ローカルエネルギーシステムが適している。
システムも、発電所や送配電線網の建設に要する英太な
先行投資の関係で、Hs在電力消費!”:、、% 密度が低く、企業性に乏しい過疎地への適用は極めてむ
づかしく、第三世界はもとより、先進国に於ても多くの
無電力地域が残存し、またわが国の高い電気料金や袈線
費は、低廉な海外産品の攻勢に悩む農業などの近代化の
障害となり、この様な地域や地場産業の発展には、現在
の商業電力システムの小型化よりも、設置や取扱いが簡
単で、長期連続使用に耐える小型発電装置により、個々
としては僅かな電力需要を個別的に賄う、分散自給型の
ローカルエネルギーシステムが適している。
従来、このようなローカルエネルギーシステムとしては
、風力、水力、地熱、太陽熱などを利用したものが考え
られており、水力を利用するものにあっては下掛水車を
用いる構造のものがある。
、風力、水力、地熱、太陽熱などを利用したものが考え
られており、水力を利用するものにあっては下掛水車を
用いる構造のものがある。
下掛水車とは、古くから農山村などの動力として使われ
ていた旧式水車のうち、流水が羽根車の下部の羽根に当
り羽根車を回す方式を言い;第1図は、説明用として一
般的な下掛水車の羽根車の要点のみを図示した簡略断面
図である。
ていた旧式水車のうち、流水が羽根車の下部の羽根に当
り羽根車を回す方式を言い;第1図は、説明用として一
般的な下掛水車の羽根車の要点のみを図示した簡略断面
図である。
羽根車の外周は、2枚のリング状側板1と、この間に等
間隔で放射状に配置した多数の平板状羽根2よりなり、
等角度で放射状に配置した等長条 数のスポーク4に
て水車軸3に組付けられている。
間隔で放射状に配置した多数の平板状羽根2よりなり、
等角度で放射状に配置した等長条 数のスポーク4に
て水車軸3に組付けられている。
5は羽根車の下部を浸漬し流れる水流の水面であり、矢
印は水流の方向を表している。
印は水流の方向を表している。
したがって、羽根車下部の全部あるいは一部が流水中に
ある羽根は夫々、羽根車の回転による羽根と水流との相
対速度に応じて動圧を受けることになり、羽根車はこれ
らの動圧が軸3に作用するトルクで回されるが、この効
率は低い、また1羽根2の断面を凹状にした羽根車もあ
るが、何れも出力を羽根2の動圧のみに依存している点
は変わらず、効率の低いものである。
ある羽根は夫々、羽根車の回転による羽根と水流との相
対速度に応じて動圧を受けることになり、羽根車はこれ
らの動圧が軸3に作用するトルクで回されるが、この効
率は低い、また1羽根2の断面を凹状にした羽根車もあ
るが、何れも出力を羽根2の動圧のみに依存している点
は変わらず、効率の低いものである。
(発明の目的)
この発明は、上記した下掛水車の欠点を解消すべく鋭意
研究を進めた結果完成されたもので、簡単な構成であり
ながら性能の著しく優れた下掛水車を提供することを目
的とするものである。
研究を進めた結果完成されたもので、簡単な構成であり
ながら性能の著しく優れた下掛水車を提供することを目
的とするものである。
(発明の構成)
この発明による下掛水車は、羽根車の羽根の断面を置型
とし、回転に伴う羽根の位置により、水力を羽根の動圧
としてのみならず、揚抗力としても利用しうるような構
成としたことを特徴とするものである。すなわち、この
発明は、上記したように、ローカルエネルギー用として
比較的エネルギー不足地に多い河川や導水路の急流部や
潮海流による小水力を利用した発電装置を提供せんとす
るもので、例えば、■河川や導水路などの定常流の水面
に投入撃留および、■潮の干満などによる正逆変化を伴
う水流の水面に投入撃留するだけで付帯工事や環境破壊
もなく発電可能な清水型発電装置、■砂防堤や貯水池ダ
ムとの組合わせによる定置型発電装置、を提供せんとす
るものであり。
とし、回転に伴う羽根の位置により、水力を羽根の動圧
としてのみならず、揚抗力としても利用しうるような構
成としたことを特徴とするものである。すなわち、この
発明は、上記したように、ローカルエネルギー用として
比較的エネルギー不足地に多い河川や導水路の急流部や
潮海流による小水力を利用した発電装置を提供せんとす
るもので、例えば、■河川や導水路などの定常流の水面
に投入撃留および、■潮の干満などによる正逆変化を伴
う水流の水面に投入撃留するだけで付帯工事や環境破壊
もなく発電可能な清水型発電装置、■砂防堤や貯水池ダ
ムとの組合わせによる定置型発電装置、を提供せんとす
るものであり。
何れも無公害であって発電機をポンプに変えれば揚水ポ
ンプともなるものである。
ンプともなるものである。
以下、この発明をさらに詳細に説明する。
82図は、本発明を適用した新型下掛水車の羽根車(以
下単に羽根車と称す)の説明用として、その要点のみを
図示した簡略断面図であるが、第1図との重要な相違点
は、平板状の羽根2を翼型断面の羽根6に代えた点で、
その他の点は第1図の説明をそのまま提供出来るので省
略し、羽根6に関する流体力学上の説明に移る。
下単に羽根車と称す)の説明用として、その要点のみを
図示した簡略断面図であるが、第1図との重要な相違点
は、平板状の羽根2を翼型断面の羽根6に代えた点で、
その他の点は第1図の説明をそのまま提供出来るので省
略し、羽根6に関する流体力学上の説明に移る。
第2図に示す羽根車は、回転する置型羽根6の位置によ
り、水力を羽根の動圧としてのみならず、揚抗力として
も利用する関係で、流水中にある羽根のうち動圧をうけ
る軸3−より上流の羽根の作用のみに依存する在来の羽
根車と異なり、羽根車内を通過する水流により上流およ
び下流の羽根に生ずる揚抗力をも併せて利用し性能向上
を図っている点に特長があり、またこれにより羽根車を
通過する流水の流量および流速低下も改善され、下流の
水力回復距離も短縮される結果、同一水路により多くの
下掛水車を設置することが出来る。
り、水力を羽根の動圧としてのみならず、揚抗力として
も利用する関係で、流水中にある羽根のうち動圧をうけ
る軸3−より上流の羽根の作用のみに依存する在来の羽
根車と異なり、羽根車内を通過する水流により上流およ
び下流の羽根に生ずる揚抗力をも併せて利用し性能向上
を図っている点に特長があり、またこれにより羽根車を
通過する流水の流量および流速低下も改善され、下流の
水力回復距離も短縮される結果、同一水路により多くの
下掛水車を設置することが出来る。
第3図(A) (B) (C)は羽根6に用いる方向性
のないyt型例であり、(A)は上面7が曲面、下面8
が平面状、(B)は上面2、下面10とも曲面状、(C
)は上下対称曲面の大型であり、夫々のR型の縁11.
12は何れも丸みを持ち、水流が剥離しにくい様配慮し
である。また(A) (B) (C)何れも中心線15
に関し左右対称形であるため、左右何れの縁が上流に向
いても性能曲線は同一となる関係上、方向性のない大型
と称した次第である。
のないyt型例であり、(A)は上面7が曲面、下面8
が平面状、(B)は上面2、下面10とも曲面状、(C
)は上下対称曲面の大型であり、夫々のR型の縁11.
12は何れも丸みを持ち、水流が剥離しにくい様配慮し
である。また(A) (B) (C)何れも中心線15
に関し左右対称形であるため、左右何れの縁が上流に向
いても性能曲線は同一となる関係上、方向性のない大型
と称した次第である。
第3図(D)は航空機などに用いられる大型の1例で、
中心線15に関し左右対称でなく、前縁13は丸みを持
つが後縁14は刃状となり大型の向きに依り性能は異な
る。
中心線15に関し左右対称でなく、前縁13は丸みを持
つが後縁14は刃状となり大型の向きに依り性能は異な
る。
上記羽根車の羽根6に対する水流は、羽根車の回転によ
る羽根の位置で異なり、上流側は羽根車の外側から内側
へ、下流側は羽根車の内側より外側へ向かって流れる関
係で、羽根車2の羽根6の大型としては方向性のない大
型(A) (B) (C)が一般的であるが、上流側、
あるいは下流側の揚抗力を大きく採った方が出力増大に
結びつく場合は大型(D)の如き方向性のあるものを用
いることも出来る。
る羽根の位置で異なり、上流側は羽根車の外側から内側
へ、下流側は羽根車の内側より外側へ向かって流れる関
係で、羽根車2の羽根6の大型としては方向性のない大
型(A) (B) (C)が一般的であるが、上流側、
あるいは下流側の揚抗力を大きく採った方が出力増大に
結びつく場合は大型(D)の如き方向性のあるものを用
いることも出来る。
第4図は流水中で回転する羽根車の羽根6の揚抗力に関
し翼素理論に基づいた説明用として軸3より上流にある
羽根6に関し、要点のみ図示した前略図であり、第5図
は同様に軸3より下流にある羽根6に関するものである
。この場合、図示の符号は次の意味で用いている。
IV二合成流速 Um:水流の平均流速 UOτ=羽根車の回転による羽根の外側縁の切線速度 UOv:UOTの垂直分速度=UorcosβUOH:
UOTの水平分速度=UorsinβC:羽根翼型の弦
長 R:羽根半型 β:羽根中心と軸3を結ぶ線が水面となす角度 θ:羽根取付角 a:合成流と水面となす角度 U1τ二羽根車の回転による羽根の内側縁の切線速度 U、v:U、τの垂直分速度=U1rcosβU、H:
UOTの水平分速度=U1 rsinβα:大型の迎角
寓β−a+θ そこで、第4図の上流の羽根6に関しては、Ump =
Um−U OHとすれば。
し翼素理論に基づいた説明用として軸3より上流にある
羽根6に関し、要点のみ図示した前略図であり、第5図
は同様に軸3より下流にある羽根6に関するものである
。この場合、図示の符号は次の意味で用いている。
IV二合成流速 Um:水流の平均流速 UOτ=羽根車の回転による羽根の外側縁の切線速度 UOv:UOTの垂直分速度=UorcosβUOH:
UOTの水平分速度=UorsinβC:羽根翼型の弦
長 R:羽根半型 β:羽根中心と軸3を結ぶ線が水面となす角度 θ:羽根取付角 a:合成流と水面となす角度 U1τ二羽根車の回転による羽根の内側縁の切線速度 U、v:U、τの垂直分速度=U1rcosβU、H:
UOTの水平分速度=U1 rsinβα:大型の迎角
寓β−a+θ そこで、第4図の上流の羽根6に関しては、Ump =
Um−U OHとすれば。
V= (UmF2+Uov2)’
tan a=Uo v/Umuよりaを計算し。
α=β−a+θよりαが得られる。
他方、第5図の下流に於る羽根6の場合は、水流に羽根
の前線はR−Cの位置になるのでの関係となる。
の前線はR−Cの位置になるのでの関係となる。
Uma=Um−UI H
V= (UnR2+U、v2)’
tan a=U、v/Umaよりaを求めα=β−a−
θが求められる。
θが求められる。
第6図は大型の性能曲線の1例であり、この性能曲線は
翼をにより変わるが傾向としては同じである。
翼をにより変わるが傾向としては同じである。
この様にして求めたβとαとの関係をもとに、水車に使
用しているgR壓の性能より揚力係数Cz、効力係数C
xを求め、次式によりスポークに直角な切線分力係数C
τを計算する。
用しているgR壓の性能より揚力係数Cz、効力係数C
xを求め、次式によりスポークに直角な切線分力係数C
τを計算する。
Cr=Czcos α+cxgin aそして、軸3に
作用する羽根のトルクをTとすγ:水の質量 g:重力の加速度 F:羽根の面積 ”r:軸3より羽根のC工作用点までの半径となり、T
を夫々の羽根について求め、合計すれば揚抗力を利用す
る羽根の総トルクが得られる。
作用する羽根のトルクをTとすγ:水の質量 g:重力の加速度 F:羽根の面積 ”r:軸3より羽根のC工作用点までの半径となり、T
を夫々の羽根について求め、合計すれば揚抗力を利用す
る羽根の総トルクが得られる。
次にCτ=0よりαを求めβを求めると、羽根車の外周
と角度βとの交点が羽根車の吃水上限となり、これ以上
水車を流水中に沈めてもCτく0の羽根が増加するだけ
で、羽根車の出力は減少する。
と角度βとの交点が羽根車の吃水上限となり、これ以上
水車を流水中に沈めてもCτく0の羽根が増加するだけ
で、羽根車の出力は減少する。
Cτ;0の位置(吃水上限)は大型の種類、流速、羽根
車回転数に依り変化してβが12°〜22゛0の範囲と
なるが、出力最大の回転数より22°前後となる場合が
多い。
車回転数に依り変化してβが12°〜22゛0の範囲と
なるが、出力最大の回転数より22°前後となる場合が
多い。
大型は迎角αの増加と共にCz、Cxも増加するが、α
が一定角度を超えるとCzは急激に減少する。
が一定角度を超えるとCzは急激に減少する。
これは翼の上面の流れが剥離し失速状態となるためで、
羽根の位置をβで表すと、おおむね45°となり、水流
を羽根の揚抗力として利用出来る範囲は、22°≦β≦
45°となる。β〉45°即ち、羽根が失速点を通過し
た後は、大型の如何にかかわらず流体力学上は流水中の
平板羽根と等しく動圧利用となり、在来の羽根車と流水
の関係になる。
羽根の位置をβで表すと、おおむね45°となり、水流
を羽根の揚抗力として利用出来る範囲は、22°≦β≦
45°となる。β〉45°即ち、羽根が失速点を通過し
た後は、大型の如何にかかわらず流体力学上は流水中の
平板羽根と等しく動圧利用となり、在来の羽根車と流水
の関係になる。
第7図は以上の関係を図示したもので、16は羽根6が
失速開始する深さhlの位置、17は羽根車の吃水量H
の位置、h2=H−hl 、矢印は水流の方向、υmは
hユの範囲の流速、Pはhlの範囲の動圧を表している
。
失速開始する深さhlの位置、17は羽根車の吃水量H
の位置、h2=H−hl 、矢印は水流の方向、υmは
hユの範囲の流速、Pはhlの範囲の動圧を表している
。
この様な次第で、羽根車は回転に依る羽根6の位置によ
り揚抗力による効果と、動圧に呵る効果が自動的に切替
り、全体としては両効果を同時に併用し、性能向上を図
った羽根車となっている。
り揚抗力による効果と、動圧に呵る効果が自動的に切替
り、全体としては両効果を同時に併用し、性能向上を図
った羽根車となっている。
水流の上層部、即ちβ≦45°の範囲の水流は前述の如
く夫々の羽根がff1ffiとして作用するた −め、
その抵抗は第6図の翼を性能曲線の抗力係数Cxにもと
づくもので流速低下は少なく、β〉45″の動圧作用部
を加えても全体の流速低下量は在来の羽根車に比べ少な
く、短距離で回復するため同一水路において多くの下掛
水車を設置することができるなどの従来にない非常に優
れた効果がもたらされる。
く夫々の羽根がff1ffiとして作用するた −め、
その抵抗は第6図の翼を性能曲線の抗力係数Cxにもと
づくもので流速低下は少なく、β〉45″の動圧作用部
を加えても全体の流速低下量は在来の羽根車に比べ少な
く、短距離で回復するため同一水路において多くの下掛
水車を設置することができるなどの従来にない非常に優
れた効果がもたらされる。
(実施例)
次に羽根車の実施例について述べる。
第8図(A)’+!羽根車を11で使用する場合、(B
)は2連、(C)は3連の羽根車の例であり、以下何連
でも同様の思想で増加することが出来る。
)は2連、(C)は3連の羽根車の例であり、以下何連
でも同様の思想で増加することが出来る。
説明の都合で羽根車の羽根数を8枚とすれば、軸3を中
心とし、隣接の羽根となす角度は360°÷8=45”
、12枚で30°となる。
心とし、隣接の羽根となす角度は360°÷8=45”
、12枚で30°となる。
2連目の羽根車の羽根数も同じであり、羽根車を2gあ
るいは3連とした場合各連の羽根を一直線に配置しても
良いが2連目の羽根車の羽根の取1連目の羽根の中間に
2連目がある様にまた、3根、さらに同じ角度口した位
置に3連目の羽根を取付けると、次の如き長所のある羽
根車となる。
るいは3連とした場合各連の羽根を一直線に配置しても
良いが2連目の羽根車の羽根の取1連目の羽根の中間に
2連目がある様にまた、3根、さらに同じ角度口した位
置に3連目の羽根を取付けると、次の如き長所のある羽
根車となる。
羽根車のトルクは流水中の於ける羽根の位置で若干変化
する関係上、水車1回転につき羽根の数と同数だけ変動
し1羽根車の回転数を毎秒n回転とすると8枚羽根の羽
根車のトルクの変動数は8n、12枚では12nとなる
。
する関係上、水車1回転につき羽根の数と同数だけ変動
し1羽根車の回転数を毎秒n回転とすると8枚羽根の羽
根車のトルクの変動数は8n、12枚では12nとなる
。
大型断面の羽根6の間隔を狭め1枚数を増加すると振動
数は羽根数と比例して増大し、トルク変動の振巾は逆比
例して減少するが、羽根の流体力学的特性は相互干渉に
依り低下し、トルクは減少する。
数は羽根数と比例して増大し、トルク変動の振巾は逆比
例して減少するが、羽根の流体力学的特性は相互干渉に
依り低下し、トルクは減少する。
また、羽根の強度、剛性、組立、修理、清掃などの面で
も問題が多くなり1羽根数の増加には限界がある。
も問題が多くなり1羽根数の増加には限界がある。
羽根車を第2図のリング状側板1、スポーク4と同様な
構造の隔板18で2等分、あるいは3等分し、羽根の取
付を前述の如く配分すると、羽根の間隔を狭めることな
く、またトルク減少もなく変動数は2倍あるいは3倍に
なり、変動の振巾は減少し、羽根車の回転は円滑になり
、ひいては発電電力の質も向上する。 − また1羽根の巾はl/2または1/3となり、強度、剛
性も大幅に増大する。
構造の隔板18で2等分、あるいは3等分し、羽根の取
付を前述の如く配分すると、羽根の間隔を狭めることな
く、またトルク減少もなく変動数は2倍あるいは3倍に
なり、変動の振巾は減少し、羽根車の回転は円滑になり
、ひいては発電電力の質も向上する。 − また1羽根の巾はl/2または1/3となり、強度、剛
性も大幅に増大する。
第8図ではリング状側板1、スポーク4の構造を隔板1
8を含め円板状としであるが、この様に完全に分断する
と2連以上の羽根車内を通過する夫々の水流の隔板位置
に於ける相互干渉は断たれ、またアスペクトレシオ(A
SPECT RATIO)の小さい筒型羽根の翼端板
として1羽根の性能向上に効果がある。
8を含め円板状としであるが、この様に完全に分断する
と2連以上の羽根車内を通過する夫々の水流の隔板位置
に於ける相互干渉は断たれ、またアスペクトレシオ(A
SPECT RATIO)の小さい筒型羽根の翼端板
として1羽根の性能向上に効果がある。
この発明のさらに特徴とするところは、以上の羽根車と
羽根車や発電機などを支承する浮体基礎あるいは定置型
基礎との組合せによる相乗効果に関するものである。
羽根車や発電機などを支承する浮体基礎あるいは定置型
基礎との組合せによる相乗効果に関するものである。
この発明による羽根車の設置は開水路でも良いが、羽−
根車の直前より上流を長方形断面の管路(以下長方管路
と略称)とすることにより、その出力は一層増大される
。長方管路は長尺の必要はなく、これに続く上流側は開
水路や円形管路などであってもよく、その形状は任意で
ある。
根車の直前より上流を長方形断面の管路(以下長方管路
と略称)とすることにより、その出力は一層増大される
。長方管路は長尺の必要はなく、これに続く上流側は開
水路や円形管路などであってもよく、その形状は任意で
ある。
第9図はこの発明による羽根車と定置型基礎の長方管路
を組合せた実施例の説明用として、要点のみを図示した
簡略断面図である。
を組合せた実施例の説明用として、要点のみを図示した
簡略断面図である。
すなわち、羽根車が自由に回転するように轟該羽根車の
巾より僅かに広い巾と所要吃水量より僅かに大きい水深
を有する長方管路24の、天板25は側板1、軸3、羽
根6などにて構成されている羽根車の直前までであって
、それより下流側は羽根車の設置と水流の側方への流出
防止のため、天板25のない両側壁19を高くじた溝形
開水路23となり、総体的に下り傾斜に設置した方が流
速が稼げる。なお、20は支柱、21はせき、22は取
水孔である。
巾より僅かに広い巾と所要吃水量より僅かに大きい水深
を有する長方管路24の、天板25は側板1、軸3、羽
根6などにて構成されている羽根車の直前までであって
、それより下流側は羽根車の設置と水流の側方への流出
防止のため、天板25のない両側壁19を高くじた溝形
開水路23となり、総体的に下り傾斜に設置した方が流
速が稼げる。なお、20は支柱、21はせき、22は取
水孔である。
第10図は管路効果の説明用として、第9図に示した実
施例の羽根車およびその前後を抜粋して要点のみを示し
た簡略図であり、Hは管路の内側高さ、hは羽根車の最
低位置の水深(羽根車の吃水量)、hlは羽根6の失速
点16までの水深、h2=h−h□、h3=H−h、2
6は水底、Pは動圧を表している。
施例の羽根車およびその前後を抜粋して要点のみを示し
た簡略図であり、Hは管路の内側高さ、hは羽根車の最
低位置の水深(羽根車の吃水量)、hlは羽根6の失速
点16までの水深、h2=h−h□、h3=H−h、2
6は水底、Pは動圧を表している。
ところで、自由水面は流速の増大と共に波状化し波高も
増大するが、管路の場合は天板、25との接触により波
状水面は強制的に平旦化され、羽根車は極めて安定した
計画通りの吃水で廻される。
増大するが、管路の場合は天板、25との接触により波
状水面は強制的に平旦化され、羽根車は極めて安定した
計画通りの吃水で廻される。
そして、管路24の内側中をBとすれば、h、部の流f
iQt =B ht Umh2部の流量Q2=Bh2U
m となる、今、η=羽根車の回転数/羽根車の無負荷回転
数とし、hl部の羽根車を通過出来る流量をQ3.通過
出来ない流量をQ4とすれば、Q3 =’7Q2 =?
7Bh2 Um、Q4 = (1−η) Q2 = (
1?+) Bh2 Unとなる。
iQt =B ht Umh2部の流量Q2=Bh2U
m となる、今、η=羽根車の回転数/羽根車の無負荷回転
数とし、hl部の羽根車を通過出来る流量をQ3.通過
出来ない流量をQ4とすれば、Q3 =’7Q2 =?
7Bh2 Um、Q4 = (1−η) Q2 = (
1?+) Bh2 Unとなる。
第1図の一般的下掛水車の羽根車と流水の関係は上記h
2の場合に該当し、Q4は羽根車上流の水位上昇を引起
すが、この発明による羽根車の場合はh2ffに於ける
羽根の角度と天板25によりQ4は主としてhlの水流
に合流し、その流量で羽根車内を通過し、上流および下
流の羽根に作用する。
2の場合に該当し、Q4は羽根車上流の水位上昇を引起
すが、この発明による羽根車の場合はh2ffに於ける
羽根の角度と天板25によりQ4は主としてhlの水流
に合流し、その流量で羽根車内を通過し、上流および下
流の羽根に作用する。
また、
hl =Rsin 45’ −Rsin 22°=0
.3325Rh2 =R−Rsin 45°=0.29
29Rηは一般的下掛水車ではおおむねl/2である。
.3325Rh2 =R−Rsin 45°=0.29
29Rηは一般的下掛水車ではおおむねl/2である。
そこで、
0.3325
= 1.44
となり、hl暦の羽根の揚抗力は流速の二乗に比例し2
.07倍となる。
.07倍となる。
第11図は流水面を滑走し、水位変化に関係なく常に羽
根車の吃水量を一定に保持する河用盤浮体基礎に羽根車
を組合すた河川型水車の実施例の要点のみを図示した簡
易外形図であり、第11図(a)は斜め前上方よりの俯
観図、第11図(b)は斜め下前方よりの俯仰図である
。
根車の吃水量を一定に保持する河用盤浮体基礎に羽根車
を組合すた河川型水車の実施例の要点のみを図示した簡
易外形図であり、第11図(a)は斜め前上方よりの俯
観図、第11図(b)は斜め下前方よりの俯仰図である
。
図において滑走板27は底面左右に固着した2枚の保護
板28と共に羽根車の前方に逆溝形溝を構成し、滑走板
27の下面に沿−って流下する水流は、この逆溝形溝を
通過する際、底面により流速と共に増大する流水面の波
形が消去された後羽根車に作用する。
板28と共に羽根車の前方に逆溝形溝を構成し、滑走板
27の下面に沿−って流下する水流は、この逆溝形溝を
通過する際、底面により流速と共に増大する流水面の波
形が消去された後羽根車に作用する。
したがって羽根車は常に所要の吃水量と平滑水面の水流
で廻される。
で廻される。
また、この逆溝形溝は自由水面が無く、更に2枚の保護
板28の下縁を結ぶ平面は水の非圧縮性と水底の影響で
水分子の出入のない仮想壁面に該畠、これにより逆蓋形
溝は長方形断面の管路に相当し、軸受30で支承された
側板11羽根6よりなる羽根車は第1O図と全く同じ相
乗効果による出力増大が得られる。なお、図において、
22は羽根車の取付に必要な滑走板27後部の矩形状孔
、38は牽引索、37は繋止金具、31は羽根車軸に取
付けた大型スプロケット、32はチェイン、33は小型
スプロケット、3斗は増速ギヤーボックス、35は伝導
軸、36は発電機であ第12図は潮流型浮体基礎に羽根
車を組合せた潮流型水車実施例の要点のみを図示した筒
路外形図であり、これにより潮流の如き正進水流に対し
送電線などの捻水防止のため浮体基礎の方向転換を行わ
ずに対処し得ること以外はその効果は前記組合せと同様
のため省略する。この場合羽根6のR型は一般に対称j
f![第3図(C)]を使用する。
板28の下縁を結ぶ平面は水の非圧縮性と水底の影響で
水分子の出入のない仮想壁面に該畠、これにより逆蓋形
溝は長方形断面の管路に相当し、軸受30で支承された
側板11羽根6よりなる羽根車は第1O図と全く同じ相
乗効果による出力増大が得られる。なお、図において、
22は羽根車の取付に必要な滑走板27後部の矩形状孔
、38は牽引索、37は繋止金具、31は羽根車軸に取
付けた大型スプロケット、32はチェイン、33は小型
スプロケット、3斗は増速ギヤーボックス、35は伝導
軸、36は発電機であ第12図は潮流型浮体基礎に羽根
車を組合せた潮流型水車実施例の要点のみを図示した筒
路外形図であり、これにより潮流の如き正進水流に対し
送電線などの捻水防止のため浮体基礎の方向転換を行わ
ずに対処し得ること以外はその効果は前記組合せと同様
のため省略する。この場合羽根6のR型は一般に対称j
f![第3図(C)]を使用する。
(発明の効果)
以上説明してきたように、この発明による下掛水車では
、゛下掛水車の羽根の断面を翼壁とし、回転に伴う羽根
の位置により、水力を羽根の動圧としてのみならず、揚
抗力として利用する構成とし、この発明の実施態様にお
いては、例えば、羽根車に作用する水流が管路の水流と
なる基礎を用い、前記羽根車との組合わせにより大幅に
増速されて、当該羽根車の出力増大をもたらす相乗効果
を得る構成としたから、簡単な構造でありながら性能の
著しく優れた下掛水車であり、ローカルエネルギー源と
して著しく発電効率の高い下掛水車として利用すること
ができ、無公害であるのみならず、下流の水力回復距離
も短縮されるため、同一水路により多くの下掛水車を設
置することができるなどの非常に優れた効果を発揮する
ものである。
、゛下掛水車の羽根の断面を翼壁とし、回転に伴う羽根
の位置により、水力を羽根の動圧としてのみならず、揚
抗力として利用する構成とし、この発明の実施態様にお
いては、例えば、羽根車に作用する水流が管路の水流と
なる基礎を用い、前記羽根車との組合わせにより大幅に
増速されて、当該羽根車の出力増大をもたらす相乗効果
を得る構成としたから、簡単な構造でありながら性能の
著しく優れた下掛水車であり、ローカルエネルギー源と
して著しく発電効率の高い下掛水車として利用すること
ができ、無公害であるのみならず、下流の水力回復距離
も短縮されるため、同一水路により多くの下掛水車を設
置することができるなどの非常に優れた効果を発揮する
ものである。
尚、羽根車出力増大のため定置型、河川型、潮流型基礎
の何れに於いても羽根車前方の管路又は管路該当部を上
流に向はラッパ状の開放形とし羽根車に作用する流水の
流速増加を図る場合もある。
の何れに於いても羽根車前方の管路又は管路該当部を上
流に向はラッパ状の開放形とし羽根車に作用する流水の
流速増加を図る場合もある。
第1図は一般的下掛水車における羽根車の簡略断面図、
第2図はこの発明の一実施態様による下掛水車における
羽根車の簡略断面図、第3図(A)(B)(C)は方向
性のない置型例、第3図(D)は方向性のある翼を例を
それぞれ示す説明図、第4図は羽根車の軸より上流の羽
根に関し、流体力学特性の説明用として要点のみ図示し
た簡略図、第5図は同じく軸より下流の羽根に関し同様
説明のため要点のみ図示した簡略図、第6図は円型性能
曲線の1例を示す説明図、第7図は羽根車の揚抗力作用
範囲と動圧作用範囲を水深で示した簡略図、第8図(A
)はl連、(B)は2連、(C)は3連の羽根車の斜視
図、第9図は長方形管路の実施例を示す断面説明図、第
10図は管路効果の説明図、第11図(a)(b)およ
び第12図(a)(b)は清水式の実施例を示す斜面説
明図である。 1・・・羽根車側板、 2・・・羽根、 3・・・軸、 4・・・スポーク、 5・・・水面、 6・・・翼型羽根、 7・・・翼壁の上面(凸を上面)、 8・・・Effiの下面(平面下面)、2・・・翼壁の
上面(凸盤上面)、 10・・・翼壁の下面(凹型下面)、 11・・・翼壁の左1&(円型左縁)、12・・・翼壁
の右縁(円型右縁)、 13・・・大型の左縁(円形在線)2.14・・・大型
の右縁(刃型右縁) 15・・・大型中心線、 16・・・羽根の失速水深、 17・・・羽根車の最低水深、 18・・・隔板、 12・・・溝型開水路の側壁、 20・・・支柱、 21・・・せき、 22・・・取水孔、 23・・・溝型開水路、 24・・・長方管路。 25・・・天板、 26・・・底面、 27・・・滑走板、 28・・・保護板、 22・・・矩形状切欠又は孔、 30・・・軸受、 31・・・大型スプロケット、 32・・・チェイン、 33・・・小型スプロケット、 34・・・増速ギヤーボックス、 35・・・伝導軸。 36・・・発電機(又はポンプ)、 37・・・整正金具、 38・・・繋留索。 特許出願人 1) 上 正 代理人弁理士 小 塩 豊
1第1図 512図 第3図 第4図 第5図 第6図 8 4 0 4 B +2 162024d第7図 第9図 第1O図 第11図 手続補正書 昭和59年08月24日 特許庁長官 志 賀 学 殿 −1゜事件の表示 昭和59年特許lA%L60734号 2、発明の名称 下掛水車 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 氏名(名称) 1)上 正 4、代理人 住所(居所)〒104東京都中央区銀座二丁目8#r9
号木挽館銀座ビル 電話03(567)27fi1番(
代表)6、補正により増加する発明の数 7、補正の対象 1、明細書第18頁第17行〜第18行の「河川型浮体
基板」を「河川型浮体基板」に補正する。 2、同第19頁第12行の「逆蓋形溝」を「透溝形溝」
に補正する。 3、同第20頁第5行の「捻水防止」を「捻れ防止」に
補正する。 以上
第2図はこの発明の一実施態様による下掛水車における
羽根車の簡略断面図、第3図(A)(B)(C)は方向
性のない置型例、第3図(D)は方向性のある翼を例を
それぞれ示す説明図、第4図は羽根車の軸より上流の羽
根に関し、流体力学特性の説明用として要点のみ図示し
た簡略図、第5図は同じく軸より下流の羽根に関し同様
説明のため要点のみ図示した簡略図、第6図は円型性能
曲線の1例を示す説明図、第7図は羽根車の揚抗力作用
範囲と動圧作用範囲を水深で示した簡略図、第8図(A
)はl連、(B)は2連、(C)は3連の羽根車の斜視
図、第9図は長方形管路の実施例を示す断面説明図、第
10図は管路効果の説明図、第11図(a)(b)およ
び第12図(a)(b)は清水式の実施例を示す斜面説
明図である。 1・・・羽根車側板、 2・・・羽根、 3・・・軸、 4・・・スポーク、 5・・・水面、 6・・・翼型羽根、 7・・・翼壁の上面(凸を上面)、 8・・・Effiの下面(平面下面)、2・・・翼壁の
上面(凸盤上面)、 10・・・翼壁の下面(凹型下面)、 11・・・翼壁の左1&(円型左縁)、12・・・翼壁
の右縁(円型右縁)、 13・・・大型の左縁(円形在線)2.14・・・大型
の右縁(刃型右縁) 15・・・大型中心線、 16・・・羽根の失速水深、 17・・・羽根車の最低水深、 18・・・隔板、 12・・・溝型開水路の側壁、 20・・・支柱、 21・・・せき、 22・・・取水孔、 23・・・溝型開水路、 24・・・長方管路。 25・・・天板、 26・・・底面、 27・・・滑走板、 28・・・保護板、 22・・・矩形状切欠又は孔、 30・・・軸受、 31・・・大型スプロケット、 32・・・チェイン、 33・・・小型スプロケット、 34・・・増速ギヤーボックス、 35・・・伝導軸。 36・・・発電機(又はポンプ)、 37・・・整正金具、 38・・・繋留索。 特許出願人 1) 上 正 代理人弁理士 小 塩 豊
1第1図 512図 第3図 第4図 第5図 第6図 8 4 0 4 B +2 162024d第7図 第9図 第1O図 第11図 手続補正書 昭和59年08月24日 特許庁長官 志 賀 学 殿 −1゜事件の表示 昭和59年特許lA%L60734号 2、発明の名称 下掛水車 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 氏名(名称) 1)上 正 4、代理人 住所(居所)〒104東京都中央区銀座二丁目8#r9
号木挽館銀座ビル 電話03(567)27fi1番(
代表)6、補正により増加する発明の数 7、補正の対象 1、明細書第18頁第17行〜第18行の「河川型浮体
基板」を「河川型浮体基板」に補正する。 2、同第19頁第12行の「逆蓋形溝」を「透溝形溝」
に補正する。 3、同第20頁第5行の「捻水防止」を「捻れ防止」に
補正する。 以上
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 (1)下掛水車の羽根の断面を翼型とし、回転に伴う羽
根の位置により、水力を羽根の動圧としてのみならず、
揚抗力としても利用する構成としたことを特徴とする下
掛水車。 (2)羽根車に作用する水流が管路の水流となる基礎を
用い、前記羽根車との組合わせにより大幅に増速されて
、当該羽根車の出力増大をもたらす相乗効果を得る構成
とした特許請求の範囲第(1)項記載の下掛水車。 (a)前記基礎は、先端底面が上方に湾曲し、後端また
は後端に近い中心線上に、前記羽根車の下部を所要吃水
量だけ底面より突出して回転し得る切欠又は孔を設けた
左右対称な平板状滑走板と、この滑走板の底面の左右側
に、上端内面を夫々前記切欠又は孔の左右辺に合わせて
固着した一対の保護板にて、滑走下面に逆溝形溝を有す
る滑水浮体基礎を構成せしめ流水面を牽引することによ
り、滑水浮体基礎の浮力、平板状滑走板底面による水面
滑走性、消波性、滑走板下面逆溝形溝による管路効果を
利用し、これと羽根車との組合わせにより当該羽根車の
性能を一層増大する相乗効果を発揮せしめた河川型浮体
基礎である特許請求の範囲第(2)項記載の下掛水車。 (4)前記基礎は、前記羽根車を設置する長方形開水路
の羽根車直前より上流側を長方形管路とし、羽根車の性
能向上に相乗効果を発揮せしめた定置型基礎である特許
請求の範囲第(2)項記載の下掛水車。 (5)前記基礎は、平板状滑走板の前端および後端を共
に上方に湾曲せしめ、前後方向中心線上のほぼ中央に、
前記羽根車の下掛を所要吃水量だけ底面より突出して回
転し得る孔を設けた左右対称な平板状滑走板と、この滑
走板の底面の左右両側に固着した一対の保護板にて、滑
走板下面に逆溝形溝を有する滑水浮体基礎を構成せしめ
、潮流の干満により発生する正逆両方向の潮流に適応し
単に羽根車が正逆回転するだけで当該羽根車の性能を一
層増大する相乗効果を発揮せしめた潮流型浮体基礎であ
る特許請求の範囲第(2)項記載の下掛水車。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16073484A JPS6140464A (ja) | 1984-07-31 | 1984-07-31 | 下掛水車 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16073484A JPS6140464A (ja) | 1984-07-31 | 1984-07-31 | 下掛水車 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6140464A true JPS6140464A (ja) | 1986-02-26 |
Family
ID=15721298
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP16073484A Pending JPS6140464A (ja) | 1984-07-31 | 1984-07-31 | 下掛水車 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6140464A (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1995028564A1 (fr) * | 1994-04-18 | 1995-10-26 | Han Sol Kang | Roue hydraulique installee dans un cours d'eau |
US5735665A (en) * | 1994-04-18 | 1998-04-07 | Kang; Han Sol | Reaction hydraulic turbine |
FR2901850A1 (fr) * | 2006-06-01 | 2007-12-07 | Ronald Pierre Patrick Portier | Ensemble hydraulique creant sa propre chute d'eau en vue de fabriquer de l'energie |
FR2983538A1 (fr) * | 2011-12-06 | 2013-06-07 | Jean Bertucat | Hydrolienne ou eolienne denommee hydro-eolienne permettant de recuperer l'energie des marees, des courants ou du vent |
JP2015516535A (ja) * | 2013-03-08 | 2015-06-11 | 杭州林黄丁新能源研究院有限公司 | 水力タービン |
WO2015186086A1 (en) * | 2014-06-04 | 2015-12-10 | Cos.B.I. Costruzione Bobine Italia S.R.L. | Hydroelectric turbine with horizontal axis |
KR101717467B1 (ko) * | 2016-02-26 | 2017-03-17 | 박병억 | 수차용 블레이드 |
-
1984
- 1984-07-31 JP JP16073484A patent/JPS6140464A/ja active Pending
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1995028564A1 (fr) * | 1994-04-18 | 1995-10-26 | Han Sol Kang | Roue hydraulique installee dans un cours d'eau |
US5735665A (en) * | 1994-04-18 | 1998-04-07 | Kang; Han Sol | Reaction hydraulic turbine |
CN1077230C (zh) * | 1994-04-18 | 2002-01-02 | 康杭苏鲁 | 反作用水轮机 |
FR2901850A1 (fr) * | 2006-06-01 | 2007-12-07 | Ronald Pierre Patrick Portier | Ensemble hydraulique creant sa propre chute d'eau en vue de fabriquer de l'energie |
FR2983538A1 (fr) * | 2011-12-06 | 2013-06-07 | Jean Bertucat | Hydrolienne ou eolienne denommee hydro-eolienne permettant de recuperer l'energie des marees, des courants ou du vent |
JP2015516535A (ja) * | 2013-03-08 | 2015-06-11 | 杭州林黄丁新能源研究院有限公司 | 水力タービン |
WO2015186086A1 (en) * | 2014-06-04 | 2015-12-10 | Cos.B.I. Costruzione Bobine Italia S.R.L. | Hydroelectric turbine with horizontal axis |
KR101717467B1 (ko) * | 2016-02-26 | 2017-03-17 | 박병억 | 수차용 블레이드 |
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