JP5833342B2

JP5833342B2 - 波動水車

Info

Publication number: JP5833342B2
Application number: JP2011112232A
Authority: JP
Inventors: 鈴木政彦
Original assignee: Bellsion KK
Current assignee: Bellsion KK
Priority date: 2011-05-19
Filing date: 2011-05-19
Publication date: 2015-12-16
Anticipated expiration: 2031-05-19
Also published as: JP2012241613A

Description

本発明は、波動水車に係り、特に、海や水路において、波動を効率良く利用して回転する波動水車に関する。

従来の水車は、水流によって一方向へ回転しており、水流の方向が変ると回転方向も逆回転をする。従って、水流の変化する場所において、水流の向きが変ると水車の回転方向が変り、水車による作動が停滞したり、或いは正常な作動をしなくなる。また特許文献１に記載の水力発電機は、堤防の内外の水位の変化を利用して水車を回転させるものである。

特開平１０−２７４１４６号公報

前記特許文献１に記載の水車は、水位差がなければ回転しないものであり、横軸のドラム型で水車の回転効率は一般的に低いとされている。
本発明は、波動の方向に関わりなく、水車の揚力型ブレードが一定方向へ回転するようにしたもので、高い回転効率が得られる。

本発明の具体的な内容は次の通りである。

（１）水路底に設けた左右方向に長い基盤の左右端に、前後に長い外側整流体を水路の上下方向に向けて長く、かつ垂直に立設し、その横幅間に所定の間隔置きに多数の整流体を平行に立設し、全整流体の上を横長の軸支持体で連結し、各対面する整流体間に、それぞれ縦軸水車の縦軸上端を軸支持体で支持して立設し、各縦軸に支持腕を介して、縦長で、かつ上下端部が縦軸方向へ傾斜する傾斜部を設けた揚力型ブレードを垂直に設けた波動水車。

（２）前記左右端部の外側整流体は、中間の整流体よりも長く、かつ前後端部よりも中央部が内側方向へ突出しており、当該中央部の上部に横長軸支持体の側端部が固定されている前記（1）に記載の波動水車。

（３）前記揚力型ブレードの内側面は、支持腕の半径方向に対して後縁を外向きに傾斜させてあり、上下端部の傾斜部は、その上下端部をブレードの内側面と直交する内側方向へ傾斜している前記（1）または（2）に記載の波動水車。

（４）前記各整流体の上面を連結するように固定された横長の軸支持体の上面に、各縦軸の上面とそれぞれ連結される発電機が配設されている前記（1）〜（5）のいずれかに記載の波動水車。

本発明によると、次のような効果が奏せられる。

前記（1）に記載の波動水車は、多数並設された前後に長い垂直の整流体の、隣同士の間に揚力型ブレードを備えた縦軸水車が立設されているので、海中などにおいて、整流体によって集められた波動が、高速化されて、縦軸水車の揚力型ブレードに当って、これを回転させる。上げ潮や引潮においても、波動は整流体によって縦軸水車に誘導され、上下端部に傾斜部を形成した揚力型ブレードは、波動の流動する方向に関わらず、同じ方向に高速回転するので、効率よく回転させることができる。

前記（2）に記載の波動水車は、並列されている左右外側端部の外側整流体が、中間の整流体よりも長く、かつ前後端部が外側方向へ反っているので、上げ潮や引潮における波動を、効率良く縦軸水車に誘導する事ができる。

前記（3）に記載の波動水車は、揚力型ブレードの上下端部が、内側面における前後線を基点として、これに直交して内側方向へ傾斜する傾斜部としているので、回転に伴い、ブレードに当る水流は、上下の傾斜部方向へ流動し、傾斜部の内側面に沿って斜め上下方向で、回転方向の後方向へ流動するため、その水流の反作用により回転効率を高める。
また、この揚力型ブレードを備えた縦軸水車は、回転時に突然逆方向から波動が来るようになっても、回転方向に変化が生じることなく回転し続ける。

前記（4）に記載の波動水車は、整流体の上面に架設する軸支持体の上面に、発電機が配設されているので、水流や波動の高さが変動しても、発電機が水没する虞がなく、メンテナンスが容易となる。

本発明に係る波動水車の実施例１の平面図である。図１の波動水車の正面図である。図１の波動水車を水路に配設した状態の平面図である。図１の波動水車における揚力型ブレードの正面図である。図４におけるV−V線横断平面図である。本発明の波動水車の実施例２の平面図である。本発明の波動水車の実施例３の平面図である。本発明の波動水車の実施例４の平面図である。本発明の波動水車の実施例５の正面図である。波動水車の縦軸と支持腕の関係を示す正面図である。

以下本発明を、実施例を参照して説明する。

波動水車１は、水底に構築する基盤１Ａ上に、一定の間隔をおいて左右方向に並設された多数の垂直の整流体２、２ａと、左右に隣り合う整流体２、２ａ間に立設された、揚力型ブレード８を備える多数の縦軸水車４、４とで構成されている。

左右の外側整流体２ａ、２ａは、中央部の整流体２よりも前後の長さが長く形成され、その前後端部は外反りに形成してある。各整流体２、２ａの上面間に跨って、帯状の軸支持体３が横架されている。

縦軸水車４は、図２に示すように、縦軸５に固定された板状の固定部材６に取付けた、水平の支持腕７の先端に、垂直の揚力型ブレード８を装着して構成されている。各揚力型ブレード８の上下端部は、縦軸５方向へ傾斜する、内向き傾斜部８Ａとされている。

前面から整流体２、２の間に流入して、波動水車１の回転する揚力型ブレード８に当る水流は、下流には抜けることはなく、上下の内向き傾斜部８Ａへと移動し、これに当ることによって、傾斜部８Ａの内面に沿って斜め下方及び斜め上方へ抜け、揚力型ブレード８を効率良く回転させる。

左右に隣り合う整流体２、２の間において、前記基盤１Ａ及び軸支持体３には、互いに対向する上下の軸受９、９が設けられ、上下の軸受９、９により、縦軸水車４の縦軸５の上端及び下端が支持されている。また、軸支持体３の上面には、各縦軸５の上端と連携された発電機10が固定されている。

図３は、水路11に波動水車１を配設した状態を示す平面図である。水路11を横断するように、波動水車１の一側端の整流体２を、水路11の１側内壁面に当接し、水路11の他側の側壁から一定間隔をフリーな水路11Ａとし、波動水車１が配設されている。

この波動水車１の上流側へ、フリーな水路11Ａ側の整流体２から、他側の上流側の水路側壁へかけて、弧状に塵埃除去体12が設けられている。塵埃除去体12は、例えば網状のものである。これによって、水路11に流れて来た塵埃は、塵埃除去体12に引っ掛かるか、これに沿って下流に流れ去ることになる。

図４は、図１における揚力型ブレード８の拡大正面図、図５は、図４におけるV−V線横断平面図である。図４に示すように、揚力型ブレード８の上下端部は、内側方向へ傾斜する傾斜部８Ａとされている。

図５に示すように、揚力型ブレード８の横断面において、内側面８Ｂは、前縁８Ｃから後縁８Ｄへかけて外側方向へやや傾斜している。この内側面８Ｂにおける前後線８ａを基点として傾斜する傾斜部８Ａは、前後線８ａと直交する内側方向（Ｘ矢示）へ傾斜されている。

図５において、上流から水流を受けると、縦軸水車４の揚力型ブレード８は、時計回りに回転する。図５においては、内側面８Ｂに水流を受けることにより、前縁８Ｃは前進する。その前進に伴い、前縁８Ｃに当る相対流（Ｙ矢示）は、外側面８Ｅに沿って流れる。

内側面８Ｂの長さよりも、外側面８Ｅの長さが長いが、前縁８Ｃから後縁８Ｄに達する時間は同じである。従って、内側面８Ｂよりも外側面８Ｅを通過する水流の速度が高速となって、負圧になるから、外側面８Ｅの後縁８Ｄ方向から、常圧の水流が押寄せて、揚力型ブレード８を、回転方向へ押すこととなる。

回転に伴い、揚力型ブレード８の外周域に遠心力に伴う負圧が生じ、揚力型ブレードの回転半径内の流体は、水圧の差により外側方向へ移動する。その結果、揚力型ブレード８の内面における流体は上下方向へ移動し、傾斜部８Ａの内側面に沿って、図４及び図５におけるＸ矢示方向へ抜けて、反動として回転速度が高まる。

図６は、波動水車の実施例２を示す平面図である。前例と同じ部材には、同じ符号を付して説明を省略する。整流体２は、前後方向の中央部における幅を大とし、その最大厚さ２Ａは、図６では前後方向の長さの約12％としてあるが、20％〜35％とする物もある。

前後方向の先端は細くしてあり、水流が、前後方向の何れから来ても、隣合う整流体２、２の最大厚部分２Ａの対向間は隘路となり、ここを波動が通過する際には加速され、縦軸水車４における揚力型ブレード８の回転速度を大とする。

図７は、本発明の波動水車１の実施例３の平面図である。前例と同じ部材には、同じ符号を付して説明を省略する。この実施例において、左右側端における整流体２ａ、２ａの上流側の端部を、外側方向へ傾斜させてある。

これにより、海等において、上流からの水流の多くを、縦軸水車４に誘導することができる。また図示するように、その外側端の整流体２ａを長くしておくことにより、より多くの水流を縦軸水車４へ誘導することができる。

図８は、本発明の波動水車１の実施例４を示す平面図である。前例と同じ部材には、同じ符号を付して説明を省略する。
この実施例の波動水車１においては、左右両側端にある整流体２ａ、２ａを前後に長くして、その両端部における内側面を、外側方向へ向かって湾曲するように傾斜させてある。

これにより、海において、上げ潮と引き潮の双方の波動を、広い範囲から縦軸水車４へと誘導することができる。その場合、この揚力型ブレード８は、何れの方向から波動が来ても、時計回りに回転し、停止するなどのロスが生じることはない。

図９は、波動水車１の実施例５を示す平面図である。前例と同じ部材には、同じ符号を付して、説明を省略する。この波動水車１では、縦軸水車４における１本の縦軸５に、揚力型ブレード８が多段（図では２段）に設けられている。

上下における揚力型ブレード８は、上下で重ならないように、位相を相違させてある。１段の揚力型ブレード８が２枚であれば、上下段で45度変位させる。１段の揚力型ブレード８が３枚であれば、上下段で30度変位させる。

図１０は、縦軸水車４における縦軸５と、支持腕７の関係を示す正面図である。縦軸５は、酸化を防止するために、心軸５Ａの表面を被覆層５Ｂで被覆してある。被覆層５Ｂの材質としては、カーボン繊維、ガラス繊維などを使用したＦＲＰが使用される。

固定部材６は、水平方向に２っ割状とし、ボルト６Ａにより固定してある。ボルト６Ａの表面には、図示しないＦＲＰの被覆層を形成してある。固定部材６の上面に、支持腕７の基部をボルト７Ａにより固定してある。

この波動水車を、海中に設置することにより、波動を利用した水力発電機に利用することができる。

１．波動水車
１Ａ．基盤
２．整流体
２Ａ．最大厚さ部
２ａ．外側の整流体
３．軸支持体
４．縦軸水車
５．縦軸
５Ａ．心軸
５Ｂ．被覆層
６．固定部材
６Ａ．ボルト
７．支持腕
７Ａ．ボルト
８．揚力型ブレード
８Ａ．内向き傾斜部
８Ｂ．内側面
８Ｃ．前縁
８Ｄ．後縁
８Ｅ．外側面
８ａ．前後線
９．軸受
１０．発電機
１１．水路
１１Ａ．フリー水路
１２．塵埃除去体

Claims

水路底に設けた左右方向に長い基盤の左右端に、前後に長い外側整流体を水路の上下方向に向けて長く、かつ垂直に立設し、その横幅間に所定の間隔置きに多数の整流体を平行に立設し、全整流体の上を横長の軸支持体で連結し、各対面する整流体間に、それぞれ縦軸水車の縦軸上端を軸支持体で支持して立設し、各縦軸に支持腕を介して、縦長で、かつ上下端部が縦軸方向へ傾斜する傾斜部を設けた揚力型ブレードを垂直に設けたことを特徴とする波動水車。
前記左右端部の外側整流体は、中間の整流体よりも長く、かつ前後端部よりも中央部が内側方向へ突出しており、当該中央部の上部に横長軸支持体の側端部が固定されていることを特徴とする請求項１に記載の波動水車。
前記揚力型ブレードの内側面は、支持腕の半径方向に対して後縁を外向きに傾斜させてあり、上下端部の傾斜部は、その上下端部をブレードの内側面と直交する内側方向へ傾斜していることを特徴とする請求項１または２に記載の波動水車。
前記各整流体の上面を連結するように固定された横長の軸支持体の上面に、各縦軸の上面とそれぞれ連結される発電機が配設されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の波動水車。