水車羽根型発電装置
【課題】回転体及び羽根等を支持する軸受の負担を軽減して軸受の長寿命化を図ることができる水車羽根型発電装置を提供する。
【解決手段】発電機３０に動力を伝達する回転軸４と、回転軸４に固定された回転体１と、回転体１の外周に設けられ、流体の流れを受けて回転体１を回転させる羽根１０と、回転体１の下方部に位置する羽根１０に流体を導くように上方より回転体１の下方に向けて傾斜した流体ガイド板２４が設けられ、羽根１０は回転体１に回動自在に配設され、流体受け部１２と、流体受け部１２より短いストッパ部１１とが形成され、流体受け部１２が流体通路の流体の上流方向に配設され、回転体１の外周には回転軸４を回転自在に支承する軸受２２とを備えた水車羽根型発電装置である。回転体１内には、内部に気体を密封して密閉気体室４０を形成した密閉中空枠体４１が回転軸４に固定されている。
【解決手段】発電機３０に動力を伝達する回転軸４と、回転軸４に固定された回転体１と、回転体１の外周に設けられ、流体の流れを受けて回転体１を回転させる羽根１０と、回転体１の下方部に位置する羽根１０に流体を導くように上方より回転体１の下方に向けて傾斜した流体ガイド板２４が設けられ、羽根１０は回転体１に回動自在に配設され、流体受け部１２と、流体受け部１２より短いストッパ部１１とが形成され、流体受け部１２が流体通路の流体の上流方向に配設され、回転体１の外周には回転軸４を回転自在に支承する軸受２２とを備えた水車羽根型発電装置である。回転体１内には、内部に気体を密封して密閉気体室４０を形成した密閉中空枠体４１が回転軸４に固定されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば河川や海等の水流や海流等を利用して水力発電を得る水車羽根型発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水車羽根型発電装置として、特許文献１が挙げられる。この構造は、発電機に動力を伝達する回転軸と、この回転軸に固定された回転体と、この回転体の外周に設けられ、流体の流れを受けて前記回転体を回転させる羽根とを備えており、回転軸は装置枠体の側板に軸受を介して回転自在に支承されている。前記羽根は前記回転体に回動自在に配設された流体受け部と、この流体受け部より短いストッパー部とがＬ字形状に形成され、かつ前記流体受け部が前記流体通路の流体圧を受ける側で、前記ストッパー部が前記流体受け部の起立を維持するように配設されている。
【特許文献１】特開２０１０−１５１１１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
回転軸は装置枠体の側板に軸受を介して回転自在に支承されているので、軸受には回転体及び該回転体に設けられた多数の羽根等の重量が加わる。また本装置は水中又は海中に設置するのでステンレス材よりなっている。回転体が小型の場合には問題とならないが、例えば回転体の回転ドラムが直径１ｍ程度、幅１．８ｍ程度で、羽根の流体受け部の長さが０．４ｍ程度である場合には、回転体、羽根の重量は約４５０Ｋｇとなり、この重量が回転軸を介して軸受に加わる。このように軸受には重荷重が加わるので、軸受の寿命が短くなるという問題があった。
【０００４】
本発明の課題は、回転体及び羽根等を支持する軸受の負担を軽減して軸受の長寿命化を図ることができる水車羽根型発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するための本発明の請求項１は、発電機に動力を伝達する回転軸と、この回転軸に固定された回転体と、この回転体の外周に設けられ、流体の流れを受けて前記回転体を回転させる羽根とを備え、前記回転体の下方部に位置する前記羽根に流体を導くように上方より前記回転体の下方に向けて傾斜した流体ガイド板が設けられ、前記羽根は前記回転体に回動自在に配設され、流体受け部と、この流体受け部より短いストッパー部とがＬ字形状に形成され、かつ前記流体受け部が前記流体通路の流体の上流方向に配設され、前記回転体の外周には、前記羽根の回転を妨げなく、該回転体を囲むように羽根通路枠体が設けられた水車羽根型発電装置であって、前記回転体内には、内部に気体を密封して密閉気体室を形成した密閉中空枠体が前記回転軸に固定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
回転体の内部に気体を密封した密閉気体室を形成すると、この密閉気体室によって浮力が生じ、回転体及び該回転体に設けられた羽根等の重量が軸受２に加わる荷重を軽減することができる。密閉気体室の体積は、回転体の重量と該回転体に設けられた羽根等の重量に合致する浮力を得る大きさにするのが好ましいが、これに限定されるものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本実施の形態は、本願出願人の特願２０１０−１７０６７８号に改良を加えたものである。そこで、まず前記出願の構成について説明し、その後に本願発明の特徴とする構成について説明する。
【０００８】
図３及び図４に示すように、回転体１は、外周が１２面体に形成されたドラム体２と、このドラム体２の両側面にそれぞれ固定された側板３とからなっており、側板３の外径はドラム体２の外径より大きく形成されている。側板３は回転軸４に固定具５で固定されている。側板３のドラム体２より上方に突出した部分には１２面体にそれぞれ対応して軸受６が固定されている。
【０００９】
回転体１には、図５に示す羽根１０が取付けられている。羽根１０は、短い長さのストッパ部１１と、このストッパ部１１より立ち上がった流体受け部１２とからなり、流体受け部１２は流体上流側に配設されている。羽根１０の支軸１３は固定具１４により固定されており、支軸１３の両端部は、相対向して配設された前記軸受６に回転自在に支承されている。流体受け部１２は、ストッパ部１１が回転体１のドラム体２に当接して起立した時は、流体を多く受けるように、流体受け面側はＲ形状に窪んだ形状となっている。また流体受け部１２は、図１に示すように、羽根１０が倒れた場合、倒れる側の羽根１０のストッパ部１１と流体受け部１２の下方部を覆う長さとなっている。
【００１０】
図１及び図２に示すように、羽根１０が取付けられた回転体１の回転軸４は、底板２０の両側に固定された側板２１に軸受２２を介して回転自在に支承されている。また両方の側板２１上には天板２３が固定されている。即ち、底板２０、側板２１及び天板２３で装置の枠体を構成している。天板２３の前端部には、内側に傾斜して流体ガイド板２４が固定されている。ここで、流体ガイド板２４は、流体流れ方向Ａの流体を回転軸４より下方の羽根１０に導くように傾斜した長さとなっている。
【００１１】
天板２３上には、発電機３０の入力軸３１が回転軸４と平行になるように発電機３０が固定されている。回転軸４の一端部及び入力軸３１にはそれぞれ歯車３２、３３が固定されており、歯車３２、３３にはチェーン３４が掛け渡されている。
【００１２】
次に作用について説明する。流体ガイド板２４が流体流れ方向Ａに向くように、本装置を水中又は海中の所定位置に固定すると、流体ガイド板２４に導かれた流体及び流体ガイド板２４の下方を流れる流体は、回転軸４より下方の羽根１０（１０１〜１０５）の流体受け部１２に当たり、回転体１及び回転軸４は矢印Ｂ方向に回転させられる。回転軸４の回転は、歯車３２、３３及びチェーン３４を介して入力軸３１に伝達され、発電機３０によって発電される。
【００１３】
また流体受け部１２はストッパ部１１より長くて重いので、回転軸４より上方の羽根１０（１０７〜１１２）は自重により自然に倒れる。即ち、羽根１０が倒れると、羽根１０の流体を受ける流体受け面積が著しく小さくなるので、復動側では抵抗が軽減する。また羽根１０が倒れた場合、流体受け部１２が次の羽根１０のストッパ部１１と流体受け部１２の下方部を覆うので、流体受け部１２がストッパ部１１に当接する。この点からも復動側では羽根１０の流体に対する抵抗は軽減される。
【００１４】
本装置は、上記効果の他に次のような効果も得られる。流体ガイド板２４によって流体は回転体１の下方側に流れるので、水車（回転体１、羽根１０等）の中に川の中の泥、砂、ゴミ等が溜まらない。また回転体１は単純な形状よりなり、更にストッパ部１１及び流体受け部１２は同一部材で製作できるので、装置の大幅なコストダウンが図れる。
【００１５】
次に本願発明の特徴とする構成について説明する。本実施の形態においては、ドラム体２と両側板３、３とで構成する回転体１の内部には、密閉気体室４０を形成するように円筒形状でステンレス材よりなる密閉中空枠体４１が回転軸４に固定されている。密閉気体室４０内には空気を密封するか、または浮力の大きい窒素ガス、炭酸ガス等のガスを密封する。
【００１６】
このように、回転体１の内部に気体を密封した密閉気体室４０を形成すると、この密閉気体室４０によって浮力が生じ、回転体１及び該回転体１に設けられた羽根１０等の重量が軸受２２に加わる荷重を軽減することができる。密閉気体室４０の体積は、回転体１の重量と該回転体１に設けられた羽根１０等の重量に合致する浮力を得る大きさにするのが好ましい。例えば回転体１と該回転体１に設けられた羽根１０等の重量が４５０Ｋｇの場合においては、体積を０．４５ｍ3 （０．４５のメートルの３乗）程度にする。しかし、本実施の形態は、軸受２２に加わる荷重と密閉気体室４０による密閉気体室浮力を合致させる必要はない。というのは、要するに軸受２２に加わる荷重を軽減すればよい。
【００１７】
なお、上記各実施の形態においては、ドラム体２を１２面として１２個の羽根１０を設けたが、羽根１０の数は特に限定されるものではない。またドラム体２は角型ではなく円形状に形成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の水車羽根型発電装置の一実施の形態の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１の正面図である。
【図３】回転体の側面図である。
【図４】図３の断面図である。
【図５】羽根を示し、（ａ) は側面図、（ｂ）は正面図である。
【符号の説明】
【００１９】
１ 回転体
２ ドラム体
３ 側板
４ 回転軸
１０ 羽根
１１ ストッパ部
１２ 流体受け部
１３ 支軸
２１ 側板
２２ 軸受
３０ 発電機
４０ 密閉気体室
４１ 密閉中空枠体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば河川や海等の水流や海流等を利用して水力発電を得る水車羽根型発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水車羽根型発電装置として、特許文献１が挙げられる。この構造は、発電機に動力を伝達する回転軸と、この回転軸に固定された回転体と、この回転体の外周に設けられ、流体の流れを受けて前記回転体を回転させる羽根とを備えており、回転軸は装置枠体の側板に軸受を介して回転自在に支承されている。前記羽根は前記回転体に回動自在に配設された流体受け部と、この流体受け部より短いストッパー部とがＬ字形状に形成され、かつ前記流体受け部が前記流体通路の流体圧を受ける側で、前記ストッパー部が前記流体受け部の起立を維持するように配設されている。
【特許文献１】特開２０１０−１５１１１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
回転軸は装置枠体の側板に軸受を介して回転自在に支承されているので、軸受には回転体及び該回転体に設けられた多数の羽根等の重量が加わる。また本装置は水中又は海中に設置するのでステンレス材よりなっている。回転体が小型の場合には問題とならないが、例えば回転体の回転ドラムが直径１ｍ程度、幅１．８ｍ程度で、羽根の流体受け部の長さが０．４ｍ程度である場合には、回転体、羽根の重量は約４５０Ｋｇとなり、この重量が回転軸を介して軸受に加わる。このように軸受には重荷重が加わるので、軸受の寿命が短くなるという問題があった。
【０００４】
本発明の課題は、回転体及び羽根等を支持する軸受の負担を軽減して軸受の長寿命化を図ることができる水車羽根型発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するための本発明の請求項１は、発電機に動力を伝達する回転軸と、この回転軸に固定された回転体と、この回転体の外周に設けられ、流体の流れを受けて前記回転体を回転させる羽根とを備え、前記回転体の下方部に位置する前記羽根に流体を導くように上方より前記回転体の下方に向けて傾斜した流体ガイド板が設けられ、前記羽根は前記回転体に回動自在に配設され、流体受け部と、この流体受け部より短いストッパー部とがＬ字形状に形成され、かつ前記流体受け部が前記流体通路の流体の上流方向に配設され、前記回転体の外周には、前記羽根の回転を妨げなく、該回転体を囲むように羽根通路枠体が設けられた水車羽根型発電装置であって、前記回転体内には、内部に気体を密封して密閉気体室を形成した密閉中空枠体が前記回転軸に固定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
回転体の内部に気体を密封した密閉気体室を形成すると、この密閉気体室によって浮力が生じ、回転体及び該回転体に設けられた羽根等の重量が軸受２に加わる荷重を軽減することができる。密閉気体室の体積は、回転体の重量と該回転体に設けられた羽根等の重量に合致する浮力を得る大きさにするのが好ましいが、これに限定されるものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本実施の形態は、本願出願人の特願２０１０−１７０６７８号に改良を加えたものである。そこで、まず前記出願の構成について説明し、その後に本願発明の特徴とする構成について説明する。
【０００８】
図３及び図４に示すように、回転体１は、外周が１２面体に形成されたドラム体２と、このドラム体２の両側面にそれぞれ固定された側板３とからなっており、側板３の外径はドラム体２の外径より大きく形成されている。側板３は回転軸４に固定具５で固定されている。側板３のドラム体２より上方に突出した部分には１２面体にそれぞれ対応して軸受６が固定されている。
【０００９】
回転体１には、図５に示す羽根１０が取付けられている。羽根１０は、短い長さのストッパ部１１と、このストッパ部１１より立ち上がった流体受け部１２とからなり、流体受け部１２は流体上流側に配設されている。羽根１０の支軸１３は固定具１４により固定されており、支軸１３の両端部は、相対向して配設された前記軸受６に回転自在に支承されている。流体受け部１２は、ストッパ部１１が回転体１のドラム体２に当接して起立した時は、流体を多く受けるように、流体受け面側はＲ形状に窪んだ形状となっている。また流体受け部１２は、図１に示すように、羽根１０が倒れた場合、倒れる側の羽根１０のストッパ部１１と流体受け部１２の下方部を覆う長さとなっている。
【００１０】
図１及び図２に示すように、羽根１０が取付けられた回転体１の回転軸４は、底板２０の両側に固定された側板２１に軸受２２を介して回転自在に支承されている。また両方の側板２１上には天板２３が固定されている。即ち、底板２０、側板２１及び天板２３で装置の枠体を構成している。天板２３の前端部には、内側に傾斜して流体ガイド板２４が固定されている。ここで、流体ガイド板２４は、流体流れ方向Ａの流体を回転軸４より下方の羽根１０に導くように傾斜した長さとなっている。
【００１１】
天板２３上には、発電機３０の入力軸３１が回転軸４と平行になるように発電機３０が固定されている。回転軸４の一端部及び入力軸３１にはそれぞれ歯車３２、３３が固定されており、歯車３２、３３にはチェーン３４が掛け渡されている。
【００１２】
次に作用について説明する。流体ガイド板２４が流体流れ方向Ａに向くように、本装置を水中又は海中の所定位置に固定すると、流体ガイド板２４に導かれた流体及び流体ガイド板２４の下方を流れる流体は、回転軸４より下方の羽根１０（１０１〜１０５）の流体受け部１２に当たり、回転体１及び回転軸４は矢印Ｂ方向に回転させられる。回転軸４の回転は、歯車３２、３３及びチェーン３４を介して入力軸３１に伝達され、発電機３０によって発電される。
【００１３】
また流体受け部１２はストッパ部１１より長くて重いので、回転軸４より上方の羽根１０（１０７〜１１２）は自重により自然に倒れる。即ち、羽根１０が倒れると、羽根１０の流体を受ける流体受け面積が著しく小さくなるので、復動側では抵抗が軽減する。また羽根１０が倒れた場合、流体受け部１２が次の羽根１０のストッパ部１１と流体受け部１２の下方部を覆うので、流体受け部１２がストッパ部１１に当接する。この点からも復動側では羽根１０の流体に対する抵抗は軽減される。
【００１４】
本装置は、上記効果の他に次のような効果も得られる。流体ガイド板２４によって流体は回転体１の下方側に流れるので、水車（回転体１、羽根１０等）の中に川の中の泥、砂、ゴミ等が溜まらない。また回転体１は単純な形状よりなり、更にストッパ部１１及び流体受け部１２は同一部材で製作できるので、装置の大幅なコストダウンが図れる。
【００１５】
次に本願発明の特徴とする構成について説明する。本実施の形態においては、ドラム体２と両側板３、３とで構成する回転体１の内部には、密閉気体室４０を形成するように円筒形状でステンレス材よりなる密閉中空枠体４１が回転軸４に固定されている。密閉気体室４０内には空気を密封するか、または浮力の大きい窒素ガス、炭酸ガス等のガスを密封する。
【００１６】
このように、回転体１の内部に気体を密封した密閉気体室４０を形成すると、この密閉気体室４０によって浮力が生じ、回転体１及び該回転体１に設けられた羽根１０等の重量が軸受２２に加わる荷重を軽減することができる。密閉気体室４０の体積は、回転体１の重量と該回転体１に設けられた羽根１０等の重量に合致する浮力を得る大きさにするのが好ましい。例えば回転体１と該回転体１に設けられた羽根１０等の重量が４５０Ｋｇの場合においては、体積を０．４５ｍ3 （０．４５のメートルの３乗）程度にする。しかし、本実施の形態は、軸受２２に加わる荷重と密閉気体室４０による密閉気体室浮力を合致させる必要はない。というのは、要するに軸受２２に加わる荷重を軽減すればよい。
【００１７】
なお、上記各実施の形態においては、ドラム体２を１２面として１２個の羽根１０を設けたが、羽根１０の数は特に限定されるものではない。またドラム体２は角型ではなく円形状に形成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の水車羽根型発電装置の一実施の形態の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１の正面図である。
【図３】回転体の側面図である。
【図４】図３の断面図である。
【図５】羽根を示し、（ａ) は側面図、（ｂ）は正面図である。
【符号の説明】
【００１９】
１ 回転体
２ ドラム体
３ 側板
４ 回転軸
１０ 羽根
１１ ストッパ部
１２ 流体受け部
１３ 支軸
２１ 側板
２２ 軸受
３０ 発電機
４０ 密閉気体室
４１ 密閉中空枠体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機に動力を伝達する回転軸と、この回転軸に固定された回転体と、この回転体の外周に設けられ、流体の流れを受けて前記回転体を回転させる羽根とを備え、前記回転体の下方部に位置する前記羽根に流体を導くように上方より前記回転体の下方に向けて傾斜した流体ガイド板が設けられ、前記羽根は前記回転体に回動自在に配設され、流体受け部と、この流体受け部より短いストッパ部とがＬ字形状に形成され、かつ前記流体受け部が前記流体通路の流体の上流方向に配設され、前記回転体の外周には、前記羽根の回転を妨げなく、該回転体を囲むように羽根通路枠体が設けられた水車羽根型発電装置であって、前記回転体内には、内部に気体を密封して密閉気体室を形成した密閉中空枠体が前記回転軸に固定されていることを特徴とする水車羽根型発電装置。
【請求項１】
発電機に動力を伝達する回転軸と、この回転軸に固定された回転体と、この回転体の外周に設けられ、流体の流れを受けて前記回転体を回転させる羽根とを備え、前記回転体の下方部に位置する前記羽根に流体を導くように上方より前記回転体の下方に向けて傾斜した流体ガイド板が設けられ、前記羽根は前記回転体に回動自在に配設され、流体受け部と、この流体受け部より短いストッパ部とがＬ字形状に形成され、かつ前記流体受け部が前記流体通路の流体の上流方向に配設され、前記回転体の外周には、前記羽根の回転を妨げなく、該回転体を囲むように羽根通路枠体が設けられた水車羽根型発電装置であって、前記回転体内には、内部に気体を密封して密閉気体室を形成した密閉中空枠体が前記回転軸に固定されていることを特徴とする水車羽根型発電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２０２２６４（Ｐ２０１２−２０２２６４Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６５９５７（Ｐ２０１１−６５９５７）
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（５９８０３０２３８）日本システム企画株式会社 (16)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（５９８０３０２３８）日本システム企画株式会社 (16)
【Ｆターム（参考）】
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