説明

発電用水車

【課題】 構造が簡単で出力トルクが大きく、しかも流速が小さい水流から効率良く発電できる新規な水車を提供する。
【解決手段】 水車の出力軸7に、一対の支持アーム3、3からなり全体の形状が外側に開いたコ字形の駆動枠8を放射状に設け、各駆動枠8の自由端に駆動板9の一端を上記出力軸と平行な回動軸の周りを回動可能に支承し、他方、各駆動枠8の少なくとも一方の支持アーム3に、駆動板の支持アームと平行な側端縁と係合するストッパー4を形成し、駆動板がこのストッパーと係合したとき、駆動板9をストッパー4に押圧する方向の水流により出力軸にトルクを生ぜしめる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、発電用水車(以下単に水車という)に係り、特に、構造が簡単で出力トルクが大きく、しかも流速が小さい水流から効率良く発電が可能な新規な水車に関する。
【背景技術】
【0002】
水車には、噴流による衝動水車であるペルトン水車、水の圧力を利用する代表的な反動水車であるフランシス水車、或いはプロペラ様の羽根車であるカプラン水車等種々のものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【特許文献1】 特開平06−137253
【特許文献2】 特開2001−186663
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
上記した従来の水車は、特許文献1或いは2に記載されているように、概して大型で構造も複雑であり、しかも流量、流速が大きい水流でないと発電効率が悪い、等未だ改良の余地がある。
【0004】
そこで、この発明は、構造が簡単で出力トルクが大きく、しかも流速が小さい水流から効率良く発電できる新規な水車を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記の目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、水車の出力軸の1か所に、n(nは3以上の正整数)本の支持アームを放射状に、かつ、各支持アームが出力軸に垂直になるように結合して第1支持アーム群を形成し、一方、上記第1支持アーム群とは出力軸の長さ方向において所定の間隔を保って、上記第1支持アーム群と同様の構成の第2支持アーム群を出力軸に結合し、出力軸周りの角度位置を同じくする一対の支持アームにより駆動枠を構成すると共に、各駆動枠の自由端に駆動板の一端を上記出力軸と平行な回動軸の周りを回動可能に支承し、他方、各駆動枠の少なくとも一方の支持アームに、駆動板の支持アームと平行な側端縁と係合するストッパーを形成し、駆動板がこのストッパーと係合したとき、駆動板をストッパーに押圧する方向の水流により出力軸にトルクを生ぜしめるようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0006】
上記のように構成された請求項1に記載の水車は、水流により押圧される駆動板とは対照的な角度位置にある駆動板は水流により駆動枠から引き剥がされており、この引き剥がされた駆動板が出力軸に呈する抵抗トルクは駆動板の表面における水の粘性抵抗と、支持アームの長さの水流に垂直な方向の成分の積のみであるので、水車は大きなトルクで回転する。
【0007】
また、水車を回そうとするトルクは、駆動板の面積と水流の圧力の積に、支持アームの長さの約半分を掛けた量で、このトルクは、水流の流速が小さくてもかなり大きくなり、たとえば河川の河口付近の緩やかな流れや、海の波からも効率の良い発電が可能となる。
【0008】
更にまた、後に述べるように、この水車は出力軸に垂直なあらゆる方向の水流に対し同じ方向に回転するので、複雑な水流の流れから効率良くエネルギーを取り出すことができる、等種々の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】 第1支持アーム集合体の平面図。
【図2】 水車の側面図で、図面を明瞭にするため駆動板を1枚のみ示して他の図示を省略する。
【図3】 駆動板の拡大平面図。
【図4】 その側面図。
【図5】 水車の線図的平面図で、支持アームが十字形になった状態を示す。
【図6】 図5と同様な線図的平面図で、駆動板の過渡状態を示す。
【図7】 図5と同様な線図的平面図で、図5から時計方向に少し回動した状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【0010】
水車の出力軸に、一対の支持アームからなり全体の形状が外側に開いたコ字形の駆動枠を放射状に設け、各駆動枠の自由端に駆動板の一端を上記出力軸と平行な回動軸の周りを回動可能に支承し、他方、各駆動枠の少なくとも一方の支持アームに、駆動板の支持アームと平行な側端縁と係合するストッパーを形成し、駆動板がこのストッパーと係合したとき、駆動板をストッパーに押圧する方向の水流により出力軸にトルクを生ぜしめるようにした。
【実施例1】
【0011】
以下、この発明の一実施例を図面を参照して説明する。
図1において符号1は第1支持アーム集合体を示し、この第1支持アーム集合体1は、例えば少し厚めのステンレス板を、例えばプレス加工によって、全体の形状が略十字形になるように打ち抜き、中心の出力軸孔2の周りに複数(図示の実施例では4本)の第1支持アーム群3、3を放射状に形成した板状体である。
【0012】
上記支持アーム3の数は、2本だと出力軸の回転に思案点が生じるから3以上が望ましいが、数が例えば6以上だと後述の駆動板が小さくなって出力トルクが小さくなるので、3〜5が好適である。
【0013】
また、上記各第1支持アーム3の一対の側端縁の内、図1で第1支持アーム集合体1が出力軸孔1の周りを時計方向に回動するとき先行する側端縁のほぼ中央の一部が下方に折り曲げられ、後述の駆動板のストッパー4を形成している(図2参照)。
【0014】
一方、図2において符号5は第1支持アーム集合体1と平面図形がほぼ同一の第2支持アーム集合体を示し、この第2支持アーム集合体5の形状は、ストッパー4を除いて第1支持アーム集合体1と同じである。
【0015】
異なるところは、この第2支持アーム集合体5のストッパー4が第1支持アーム3方向に切り起こされていることと、第1支持アーム3に相当する第2支持アームを特定する符号が6となっている(図2参照)ことである。
【0016】
他方、上記第1及び第2支持アーム集合体1、5は、出力軸7周りの角度位置を同じくするようにして相互の角度位置関係を固定されるが、そのとき出力軸周りの角度位置を同じくする第1及び第2支持アーム3、6の一対の支持アームにより駆動枠8が構成される。
【0017】
そして、各駆動枠8の先端(自由端)に駆動板9(図2参照)の一端が、上記出力軸7と平行な回動軸11の周りを回動可能に支承されている。
【0018】
図示の実施例における駆動板9は、図3及び図4に示すように、一端(図3で左端)を厚くして回動軸12が挿通する軸孔を形成できるようにした、例えば硬質合成樹脂製の板材である。
【0019】
図示の実施例においては、回動軸11と付番しない上記軸孔の嵌合は所謂締り嵌めとし、上記軸孔に回動軸12を圧入した後、第1又は第2支持アーム3、6の先端に形成された軸穴12(図1参照)を上方又は下方に突き抜けた回動軸の端部を、止め輪溝13に図示しない止め輪を嵌着することにより、駆動板9を駆動枠8の先端に回動可能に装着する。
【0020】
上記のように構成された複数(図示の実施例では4個)の駆動枠8、8を出力軸7に結合するには、第1及び第2支持アーム集合体1、5に4枚の駆動板9、9を接続した状態で、第1及び第2支持アーム集合体1、5の前記出力軸孔2に出力軸7を共通に挿通させた後、出力軸7と集合体1、5とを結合する。
【0021】
図示の実施例では、治具により第1及び第2支持アーム集合体1、5の間隔を所定値に固定した後、出力軸孔2と出力軸7とを溶接により固定する。
【0022】
或いは、出力軸7の長さ方向に沿って所定の間隔の一対のフランジを形成し(図示せず)このフランジに第1及び第2支持アーム集合体1、5を突き当てた後、両者をねじ止め或いは溶接により固定する。
【0023】
上記のように構成されたこの発明の一実施例による水車は、その回動の一瞬図5に示すように支持アーム集合体1、5が十字形になったとする。このとき、図5で太い矢印で示すように水流は下方から上方に流れ、水車は図5で時計方向に回動する。
【0024】
この状態では水流は駆動板9を駆動枠8のストッパー4に押し付ける方向に押圧する一方、時計盤面に換算して3時の角度位置にある支持アーム3(6)から水流によって駆動板9が駆動枠8から引き剥がされていている。
【0025】
そのため、図5で時計盤面に換算して9時の角度位置にある支持アーム3(6)に押し付けられている駆動板9は緩やかな水流でも大きな圧力を受けているので、水車は時計方向に大きなトルクを受ける一方、時計盤面に換算して3時の角度位置にある支持アーム3(6)に支承されている駆動板が出力軸7に呈する反時計方向のトルクは、駆動板9と水流との間に生じる粘性抵抗に支持アームの長さを掛けたものであるからごく小さい。
【0026】
そのため、水車は、往時の外輪船の車軸が水面上にあると同じ理由により、円滑に、かつ大きなトルクを出力軸7に与えつつ回動する。
【0027】
図5で時計盤面に換算して9時の角度位置にある支持アーム3(6)が時計盤面に換算して12時の角度位置にくると、図6に示すように、水流が駆動板9を時計方向に回動させ始め、やがて、図5及び図6において時計盤面に換算して3時の角度位置に来ると、駆動板9は支持アーム1(3)と直角になって抵抗がゼロに近くなる。
【0028】
水車が図5、図6に示す角度位置から時計方向に30度回動すると図7に示すようになり、図7において時計盤面に換算して4時の角度位置にある支持アーム3(6)が6時の角度位置付近に来ると、図6において時計盤面に換算して6時の角度位置にある支持アーム3(6)の下端に支承されている駆動板9が、水流によって反時計方向に駆動され、図5に示すようにストッパー4に押圧される結果、駆動板9は時計方向に大きなトルクを水車に供給するようになる。
【0029】
なお、ここで注目すべきは、図5乃至図7から明らかなように、固定された出力軸7に対する水流の相対角度位置が変化しても出力軸の回転方向は変わらない。
【0030】
ということは、この発明による水車は、水流の方向の如何に依らず、同じように回動する。但し、出力軸と平行な水流に対しては反応しない。
【0031】
また、長い出力軸にその長さ方向に沿って複数の駆動枠及び駆動板の組みを装着することができるので、例えば長い海岸線に沿ってこの水車を配設し、出力軸を単一の発電機に接続すれば、簡単な構造で大出力の波動発電装置の構築が容易である。
【0032】
更にまた、上記のようにして複数の駆動枠及び駆動板を連設した出力軸を束にして各出力軸を発電機に接続すれば、これの多数を海岸線に沿って配設することにより、津波の運動エネルギーを電力に変換しての津波減衰装置の構築が可能である。
【符号の説明】
【0033】
1 第1支持アーム集合体
2 出力軸孔
3 第1支持アーム
4 ストッパー
5 第2支持アーム集合体
6 第2支持アーム
7 出力軸
8 駆動枠
9 駆動板
11 回動軸
12 軸穴
13 止め輪溝

【特許請求の範囲】
【請求項1】
水車の出力軸の1か所に、n(nは3以上の正整数)本の支持アームを放射状に、かつ、各支持アームが出力軸に垂直になるように結合して第1支持アーム群を形成し、一方、上記第1支持アーム群とは出力軸の長さ方向において所定の間隔を保って、上記第1支持アーム群と同様の構成の第2支持アーム群を出力軸に結合し、出力軸周りの角度位置を同じくする一対の支持アームにより駆動枠を構成すると共に、各駆動枠の自由端に駆動板の一端を上記出力軸と平行な回動軸の周りを回動可能に支承し、他方、各駆動枠の少なくとも一方の支持アームに、駆動板の支持アームと平行な側端縁と係合するストッパーを形成し、駆動板がこのストッパーと係合したとき、駆動板をストッパーに押圧する方向の水流により出力軸にトルクを生ぜしめるようにしたことを特徴とする発電用の水車。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【公開番号】特開2013−2437(P2013−2437A)
【公開日】平成25年1月7日(2013.1.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−148663(P2011−148663)
【出願日】平成23年6月16日(2011.6.16)
【出願人】(510204219)
【出願人】(502343218)有限会社 アイ技研 (2)
【Fターム(参考)】