JPH048869A - 衝動式水車 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、衝動式水車に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、衝動式水車は第１４図に示すように、ケーシング
１内に椀形状の受圧部を有する羽根車２が回転可能に支
持されるとともに、高圧の水が導かれる水圧管３の先端
にノズル４が組み付けられ、ノズル４からの噴流を羽根
車２に当て回転力を付与し、自然落下した水はケーシン
グｌの底面の流出口５から排出させている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、このような衝動式水車においては、流出した
水を自然落下させるためのスペースが必要となったりノ
ズル４を取り付けたりする必要があり、小型化の妨げと
なっていた。又、水車の効率を向上すべく噴流を羽根車
２の受圧面に有効に当てようとすると羽根のピッチを小
さくして羽根枚数を増やす必要があった。

この発明の目的は、簡単な構成にて水車の効率の向上及
び小型化を図ることができる衝動式水車を提供すること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

第１の発明は、ケーシング内に形成され、円形内周面を
有する羽根車収納室と、前記羽根車収納室において回転
軸を中心に回転可能に配設された羽根車と、前記羽根車
収納室に開口し、前記羽根車の受圧面を指向するノズル
孔と、前記ケーシングの羽根車収納室において羽根車の
回転軸方向に開口する水抜き用水路とを備えた衝動式水
車をその要旨とする。

第２の発明は、第１の発明における前記ケーシングを、
凹部を有する第１部材と、当該凹部内に嵌入され外周側
から高圧水か印加され、かつ円形内周面を有する第２部
材と、凹部内における第２部材より開口側に当該第２部
材と当接するように設けられた第３部材とにより構成し
たものである。

第３の発明は、第１の発明における羽根車はその外周部
に回転軸方向に貫通する貫通部を有するものとした。

第４の発明は、第１の発明における水抜き用水路は羽根
車収納室において羽根車の一方の回転軸方向にのみ開口
し、この封鎖した羽根車収納室側でのラジアル軸受の軸
方向両側室を連通ずる連通手段を有し、羽根車は中心部
にその回転軸方向に貫通する貫通孔を有するものである
。

〔作用〕

第１の発明は、円形内周面を有する羽根車収納室に羽根
車を隙間なく配設することにより羽根車収納室の体積を
極力小さくできる。又、高圧水がノズル孔から羽根車の
受圧面に噴出され、羽根車に回転力が付与される。この
際、水流が羽根車収納室の内周面に案内され、羽根車の
受圧面に有効に当たる。そして、水が羽根車の回転軸方
向の水抜き用水路から排出される。

第２の発明は、第１の発明の作用に加え、ケーシングの
第２部材に高圧水が印加され第２部材が凹部から抜けよ
うとする力が作用するか、第３部材により第２部材の移
動が規制される。

第３の発明は、第１の発明の作用に加え、羽根車収納室
の水が高速で旋回しても遠心力により生ずる背圧上昇が
貫通部を介して水抜き用水路から抜かれる。その結果、
羽根車のスラスト方向への力を緩和して水車の効率を向
上させることができる。

第４の発明は、第１の発明の作用に加え、羽根車にて区
画される羽根車収納室の水の中に気泡があると連通手段
を介して気泡が水抜き用水路に排出される。その結果、
ラジアル軸受の羽根車との摺動面には気泡が存在しな（
なり耐久性を向上させることができる。

〔第１実施例〕 以下、この発明を具体化した一実施例を図面に従って説
明する。

第１図は、本実施例の衝動式水車を用いた発電装置の断
面図であり、第２図は第１図のＡ−Ａ断面図である。

金属製のメインケーシンク１０には図面の上方に開口す
る凹部１１か形成されるとともに、その凹部１１に連通
ずる水圧路１２か形成されている。

又、凹部１１の底面には円形の連通口１３を介して水抜
き用水路１４が形成されている。凹部１１内には高分子
材料製の円筒材１５が配置され、この円筒材１５の下端
外周が連通口１３に全周接した状態で嵌入されるととも
に、上端外周に形成した鍔部１５ａＩＪ＜、凹部１１の
内周面と全周接した状態で嵌入されている。そして、円
筒材１５の回りには水圧路１２と連通して高圧となる環
状の高圧室１６が形成され、又、円筒材１５の内部には
円形内周面を有する羽根車収納室１７が形成されている
。円筒材１５にはノズル孔１８が４つ設けられ、このノ
ズル孔１８は円筒材１５の内周面に開口し、内周面の周
方向の接線方向に高圧水を噴出させるようになっている
。

よって、円筒材１５の鍔部１５ａ（大径部）が凹部１１
内に嵌入されるとともに円筒材１５の小径部外周に高圧
水が印加され、円筒材１５には凹部１１から抜けようと
する力が作用している。

羽根車収納室１７に設けられる高分子材料製の羽根車１
９は第３図に示すように、シャフト２０と羽根部２１と
が一体形成されている。この羽根部２１は径方向に広が
り、かつ、軸方向に湾曲した羽根面２１ｂを有する７枚
の羽根２１ａが設けられ、羽根２１ａの軸方向での外径
は等しくなっている。又、羽根部２１の羽根２１ａの上
端部には円盤状の背板２２が固定されている。この背板
２２と羽根２１ａの外径は円筒材１５の内径より僅かに
小径となっている。さらに、背板２２の上方での羽根部
２１には永久磁石２３が固定され、この磁石２３は羽根
車１９の円周方向にＳ、Ｎ極が交互に着磁されている。

尚、羽根２１ａの枚数は７枚以外の枚数でもよく、又、
ノズル孔１８の数も４個以外の個数でもよい。又、第９
図に示すように、羽根２１ａにおいて、羽根面２１ｂの
裏側に曲面２１Ｃを設けてもよい。

第１図に示すように、メインケーシング１０の凹部１１
の開口部には薄いステンレス鋼板よりなる仕切り部材２
４が配設されている。この仕切り部材２４は円筒材１５
の上面に当接するとともに、羽根車１９に固定された永
久磁石２３の外周を取り巻いている。又、羽根車１９の
シャフト２０の下端部は水抜き用水路１４途中に形成さ
れた凹部２５内に配置され、同端部は高分子材料製のス
ラスト軸受２６と高分子材料製のラジアル軸受２７にて
支持されている。さらに、羽根車１９のシャフト２０の
上端部はラジアル軸受２８を介して仕切り部材２４にて
支持されている。このように、羽根車１９は羽根車収納
室１７において同室１７の中心線が回転軸となるように
配設され、さらに、羽根車収納室１７において羽根車１
９の回転軸方向での下側に水抜き用水路１４が開口して
いる構造となっている。

又、仕切り部材２４の外周にはヨーク２９がネジ３０に
て仕切り部材２４を挟んだ状態でメインケーシングｌＯ
に固定されている。さらに、ヨーク２９内にコイル３１
を巻装したコイルボビン３２か配置されている。尚、仕
切り部材２４とメインケーシング１０との間にはＯリン
グ３３が配置されるとともに、ターミナル３４にてコイ
ル３１が外部機器と接続されている。

本実施例では、メインケーシングｌＯと円筒材１５と仕
切り部材２４とからケーシングが構成され、メインケー
シング１０を第１部材とし、円筒材１５を第２部材とし
、仕切り部材２４を第３部材としている。

次に、このように構成した衝動式水車を用いた発電装置
の作用を説明する。

高圧室１６の高圧の水は、ノズル孔１８を通して低圧の
円筒材１５の内面側（羽根車側）に噴流として吐出され
る。その噴流は、円筒材１５の周接線方向より流入して
円筒材１５の内面に沿って流れながら羽根車１９の受圧
面に当たる。このとき、羽根車１９で半径方向の速度成
分を生じることなく、羽根車１９に回転力が付与される
。つまり、ノズル孔１８からの噴流は円筒材１５の内面
に沿いながら進むため、噴流が羽根車１９の受圧面に当
たりやすい。

そして、羽根車１９に当たった後の水は水抜き用水路１
４から排出される。

又、羽根車１９の回転に伴い永久磁石２３が回転し、永
久磁石２３からヨーク２９に伝わる磁束の流れが変化し
、この変化を妨げる方向にコイル３１に電流が流れ発電
が行われる。

このように本実施例では、円形内周面を有する羽根車収
納室１７において同室１７の中心線が回転軸となるよう
に羽根車１９を配設するとともに、羽根車収納室１７に
開口して羽根車１９の受圧面を指向するノズル孔１８を
設け、さらに、羽根車収納室１７において羽根車１９の
回転軸方向に水抜き用水路１４を開口させた。その結果
、円形内周面を有する羽根車収納室１７に羽根車１９を
隙間なく配設することにより羽根車収納室１７の体積を
極力小さくできる。又、水流が羽根車収納室１７の内周
面に案内され、羽根車１９の受圧面に有効に当たる。さ
らに、羽根車１９の回転軸方向の一方にのみ水抜き用水
路１４を形成すればよいので小型化される。このように
して、簡単な構成にて効率の向上及び小型化を図ること
ができる。

又、ケーシングを、凹部１１を有するメインケーシング
１０（第１部材）と、凹部１１内に嵌入され外周側から
高圧水が印加される円形内周面を有する円筒材１５（第
２部材）と、凹部１１内における円筒材１５より開口側
に円筒材１５と当接するように設けられた仕切り部材２
４（第３部材）とにより構成した。その結果、円筒材Ｉ
５に高圧水が印加され円筒材１５が凹部１１から抜けよ
うとする力が作用するが、仕切り部材２４により円筒材
１５の移動が規制される。つまり、円筒材１５は高圧室
１６の水圧により第１図における上方向に移動し、ノズ
ル孔１８と羽根車１９との軸方向の相対位置が組み付は
時とは異なってしまう虞があるが、仕切り部材２４を第
１図における上方向より円筒材１５に当接させ、ネジ３
０で仕切り部材２４をメインケーシング１０と固定する
ことにより、簡素な方法でノズル孔１８と羽根車１９と
の軸方向の位置決め、及び、相対位置寸法の保持を行う
ことができる。

さらに、ノズルに関しても、従来装置ではノズルの構成
部品としては、水圧管、ノズル、それらを固定する部品
等が最小限必要であり、さらに、ノズルを複数とする多
対型衝動式水車では、それに伴いさらに部品点数が増す
ために、小型衝動式水車の低コスト化が、困難であった
が、本実施例では円筒材１５がノズル、水圧管壁面を兼
用しており、部品点数を大幅に少なくできる。

〔第２実施例〕 次に、第３の発明に対応する第２実施例を説明する。本
実施例は第１実施例に対し羽根車の形状が異なっている
以外同じである。

第４図に示すように、噴流の流れを拘束する背板２２の
周縁部に貫通部３５が設けられ、羽根車３６にて区画さ
れる羽根車収納室１７と水抜き用水路１４とを貫通部３
５を介して連通させている。

ここで、羽根車収納室１７と水抜き用水路１４により軸
方向両側室が構成され、貫通部３５が連通手段を成す。

このようにすると、羽根車３６にて区画される羽根車収
納室１７の水が高速で旋回しても遠心力により生ずる背
圧上昇を羽根車３６の外周部に形成した貫通部３５を介
して水抜き用水路１４に抜くことができ、羽根車３６の
スラスト方向への力を緩和して水車の効率を向上させる
ことができる。

この第２実施例の応用例としては、第５図に示すように
羽根車の背板２２を使用しないようにしてもよい。この
場合、スラスト力低減と同時に、構成の簡素化が図るこ
とができる。又、実質羽根車周縁部の貫通部３５がより
大きく確保されスラスト力をより有効に抑制できる。

〔第３実施例〕 次に、第４の発明に対応する第３実施例を説明する。本
実施例は第１実施例に対し羽根車を横置きタイプとする
とともに、羽根車の軸受構造を変更したものである。

第６図に示すように、羽根車３７のシャフト２０を水平
に配置し羽根車３７を横置きタイプとしている。又、第
７図に示すように、羽根車３７の一方のシャフト２０を
支持するラジアル軸受３８には貫通孔３９が羽根車３７
の回転軸方向に延設されている。さらに、第８図に示す
ように、羽根車３７の羽根部３７ａにはその中心付近に
貫通孔４０が羽根車３７の回転軸方向に延設されている
。

そして、このように構成した衝動式水車においては、羽
根車３７の回転に伴い水の旋回により羽根車３７の中心
程圧力が低くなり第６図での羽根部３７ａの左端より左
方での気泡は貫通孔３９゜４０から水抜き用水路１４に
排出される。即ち、同水車の組み付は時にラジアル軸受
３８よりも左方に気泡が溜まっていた場合や水流により
供給される気泡が羽根車３７の左方に溜まった場合に、
その気泡を排出することができる。

その結果、ラジアル軸受３８のシャフト２０の摺動面に
気泡があると、磨耗粉が偏って存在するために耐久性の
低下を招く虞があるが、そのようなことが未然に防止さ
れ、ラジアル軸受３８部分の耐久性を向上させることが
できる。又、羽根車３７を横置きタイプとすることによ
っても気泡の滞留を低減できる。

〔第４実施例〕 次に、第４実施例を説明する。本実施例は第１実施例に
対し羽根車の形状が異なっている以外同じである。

第１０．１１図に示すように、羽根車１９の羽根部２１
の下部に環状のリング部４１が一体的に形成されている
。このリング部４１は板状をなし、羽根車１９の回転軸
方向に延設された構造となっている。リング部４１の外
周面は円筒材１５の内周面より僅かに小径となっている
。このリング部４１は円筒材１５のノズル孔１８の開口
部より下方に配置されている。

又、羽根車１９の背板４２の下面部は、下方はど径が小
さくなるように斜状面４３となっている。

この斜状面４３はノズル孔１８の開口部より僅かに上方
位置に配置されている。

尚、羽根車１９における羽根部２１と背板４２とは別体
でも一体でもよい。又、背板４２の斜状面４３は直線的
に延びていても、曲線的に延びていてもよい。

さらに、羽根車１９の背板４２には外周部に貫通部４４
が形成されている。

そして、このように形成された衝動式水車においては、
リング部４１により、羽根車収納室１７内に流入した水
流が羽根車１９に有効に作用する前に、羽根車１９と羽
根車収納室１７の隙間４５に流入することが低減され、
羽根車１９を有効に作用することで水車の効率を向上さ
せることができる。又、背板４２に形成した斜状面４３
により、羽根車収納室１７内に流入した水流のよどみ領
域が少なくなり、ノズル孔１８から噴出した水流の方向
が羽根車１９内で効率よく回転軸方向に変換され水車効
率を向上させることができる。

つまり、円形内周面を有する羽根車収納室１７に羽根車
１９をその回転軸を中心に回転可能に配設し、ノズル孔
１８を羽根車収納室１７に開口して羽根車１９の受圧面
を指向させ、さらに、水抜き用水路１４を羽根車収納室
１７における羽根車１９の回転軸方向に開口した衝動式
水車において、羽根車１９におけるノズル孔１８からの
水流が当たる部分を除き外周部に環状のリング部４１を
設けることにより、効率の向上を図ることができる。

又、円形内周面を有する羽根車収納室１７に羽根車１９
をその回転軸を中心に回転可能に配設し、ノズル孔１８
を羽根車収納室１７に開口して羽根車１９の受圧面を指
向させ、さらに、水抜き用水路１４を羽根車収納室１７
における羽根車１９の一方の回転軸方向に開口した衝動
式水車において、羽根車１９の背板４２でのノズル孔１
８に接近した部分に、半径方向に傾斜した傾斜面４３を
形成することにより、効率の向上を図ることができる。

本実施例の応用としては、第１２図に示すように、背板
を設けることなくリング部４１を設けてもよい。この場
合、背板がないので構成の簡素化を図ることができる。

あるいは、第１３図に示すように、リンク部を設けるこ
となく、背板４２に斜状部４３を設けてもよい。

〔発明の効果〕

以上詳述したようにこの発明によれば、簡単な構成にて
効率の向上及び小型化を図ることができる優れた効果を
発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１実施例の衝動式水車を用いた発電装置の断
面図、第２図は第１図のＡ−Ａ断面図、第３図は羽根車
の斜視図、第４図は第２実施例の羽根車の斜視図、第５
図は第２実施例の応用例の羽根車の斜視図、第６図は第
３実施例の衝動式水車を用いた発電装置の断面図、第７
図は第６図のＢ−Ｂ断面図、第８図は第３実施例の羽根
車の斜視図、第９図は第１実施例の応用例の羽根車の斜
視図、第１０図は第４実施例の衝動式水車を用いた発電
装置の断面図、第１１図は衝動式水車の斜視図、第１２
図は第４実施例の応用例の羽根車の斜視図、第１３図は
第４実施例の応用例の羽根車の斜視図、第１４図は従来
の衝動式水車の断面図である。 １０はメインケーシング（第１部材）、１１は凹部、１
４は水抜き用水路、１５は円筒材（第２部材）、１７は
羽根車収納室、１８はノズル孔、１９は羽根車、２４は
仕切り部材（第３部材）、３５は貫通部、３７は羽根車
、３８はラジアル軸受：、３９は貫通孔、４０は貫通孔
。 特許出願人　　日本電装　　株式会社 代　理　人　弁理士　　恩１）博宣（ほか１名）３５・
・・鵞邂坐 第９図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ケーシング内に形成され、円形内周面を有する羽根
   車収納室と、 前記羽根車収納室において回転軸を中心に回転可能に配
   設された羽根車と、 前記羽根車収納室に開口し、前記羽根車の受圧面を指向
   するノズル孔と、 前記ケーシングの羽根車収納室において羽根車の回転軸
   方向に開口する水抜き用水路と を備えたことを特徴とする衝動式水車。 ２、ケーシングは、凹部を有する第１部材と、当該凹部
   内に嵌入され外周側から高圧水が印加され、かつ円形内
   周面を有する第２部材と、凹部内における第２部材より
   開口側に当該第２部材と当接するように設けられた第３
   部材とからなる請求項１に記載の衝動式水車。 ３、羽根車はその外周部に回転軸方向に貫通する貫通部
   を有する請求項１に記載の衝動式水車。 ４、水抜き用水路は羽根車収納室において羽根車の一方
   の回転軸方向にのみ開口し、この封鎖した羽根車収納室
   側でのラジアル軸受の軸方向両側室を連通する連通手段
   を有し、羽根車は中心部にその回転軸方向に貫通する貫
   通孔を有する請求項１に記載の衝動式水車。