JPS62168970A - 水流の運動エネルギ−を利用した動力発生装置 - 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 本発明は河川流、潮流又は海流の水流のもつ運動エネル
ギーを利用して、動力を発生させる装置に関するもので
ある。

従来の技術 水流の運動エネルギーを機械運動に換える動力変換表は
は回転軸について分類すると Ａ、水平軸型 流れの方向と水車回転軸のそれとが一敗したもので、オ
ーブンプロペラ水車方式、ダクト内力ブラン水車方式、
ダクト内変形買付き水車方式（特公昭５７−１６２６３
号公報記載）などがあげられる。

Ｂ、垂直軸型 流れに直角な水車回転軸をもった方式で、フォイトシュ
ナイダープロペラ方式、倉掛方式（特公昭５２−１４４
５４８号公報記載）、サーボニアスロータ一方式（この
方式を用いたものとして例えば特公昭５５−６９７６８
号公報記載のもの）、パドル付き水車方式、ダリウスロ
ータ一方式などがあげられる。

その他、環状のロープに多数のパラシュートをつないだ
セール・キャノピ一方式、流れの中で翼を振動させる方
式などがあげられる。

発明が解決しようとする問題点 河川流、潮流、海流の有する運動エネルギーの総量は真
人である。しかし、河川流においては季節および年によ
り流量が変動する。潮流においてはしかも流れの向きが
周期的に逆転する。また海流においては季節および年に
より、また冷水塊の存在によりその流軸および流速を変
え、しかも流速は比較的遅くエネルギー密度は低い、ま
た河川流、ｌＷＩ流、ｔｒＢ流の鉛直方向の速度分布は
一様ではない。

上記の問題点を整理すると下記の如く分類される。

（イ）流速の変動 （ロ）流軸の変動 （ハ）低いエネルギー密度 （ニ）鉛直方向の速度分布の非一様性 水平軸型の動力変換装置では、（イ）の問題に対してζ
可変ピッチ翼の採用によって常に水車の最大効率が狙え
、（ロ）の問題に対して方向安定板の採用によって回転
軸を常に主流方向に向けることができ、（ハ）の問題に
対してディフューザーの採用によって空間的に水流のエ
ネルギー密度を高めることができるが、（ニ）の問題に
対しては水車直径が大型化するにつれ水車の効率低下が
起きる。

一方１重直軸型の動力変換装置では、（イ）の問題に対
してフオイトシュナイダープロペラ方式は翼ピツチを変
えることができる機構をもっているが、その他の方式は
持っていない、（ロ）の問題に対してフオイトシュナイ
ダープロペラ方式以外は無方向性で特別の装置を必要と
しない、（ハ）の問題に対してこれまで全ての方式にわ
たって装置は考えられていない、（ニ）の問題に対して
ダリウスロータ一方式やフォイトシュナイダープロペラ
方式は深度方向の速度分布に応じて深度方向の翼形状を
設計することが可能である。

本発明は（イ）、（ロ）、（ハ）、（ニ）のすべての問
題を解決する装置の開発を目的として、前記各種水車の
中から垂直軸型水車のうちフォイトシュナイダープロペ
ラ方式を採用する。しかし、その方式は（ロ）と（ハ）
に関して問題点を有している。

問題点を解決するための手段 前記問題点を解決するための手段を、実施例に対応する
第１〜４図を用いて以下に説明する。

一回転する毎に一往復のピッチング運動する複数の羽根
（３）を持ち、羽根のピッチ角を水流の流入方向に直角
に配置した偏心軸（奪）によって設定するフォイトシュ
ナイダープロペラ方式垂直軸型水車を用いて、 Ａ、各々の偏心軸（会）が相向かい合うように二台配置
し。

Ｂ、二台の水車（２ａ）、（２ｂ）の周外側に二枚の固
定Ｒ（１）をその間の水流の流入面積が流出面積より小
さくなるように対称に配置する。

という技術的手段を講じている。

作用 上記Ａの技術的手段によって水車一台の場合に有してい
た装置の自己回転性がなくなり、上記Ｂの技術的手段に
よって流向追従性が得られ、かつ流入流速が増加する。

いま二二で水車一台当りの出力係数ｃｐと周速比τＳＲ
の関係をみる。ここで。

Ｃｐ　　＝　　２ｚ　　ｎＱ／　０．５ｐ　　１ｓＤＴ
ＳＲ＝　＊ｎＤ／Ｖ　　　　　　　　トする。ただし、
πは円周率、ｎは水車の回転（ｒ、ｐ、ｓ、）、Ｑは水
車一台当りに作用するトルク、ｐは流体密度、Ｓは水面
下の羽根の長さ、Ｖは水流の流速、０は水車直径である
０図５に出力係数と周速比の関係図を示す、ここで、実
線（１４）は水車一台のみの場合。

点線（１５）は水車二台の場合、一点鎖線（１６）は二
台の水車に固定翼が付いた場合である。

技術的手段Ａによって１図５に示すように出力係数の最
大値はほとんど変わらないが出力係数が最大となる周速
比の値が大きくなり水流の運動エネルギーを吸収可能な
周速比領域が広がる。

技術的手段Ｂによって、水流の運動エネルギーを吸収可
能な周速比領域がさらに広がるばかりでなく、出力係数
の最大値が増大する。言い換えれば、水流のエネルギー
密度が高められたということになる。

これらは水槽実験および海上実験によって確かめられて
いる。これらの技術的手段によって、フオイトシュナイ
ダープロペラ方式垂直軸型水車の欠点である（口）と（
ハ）の問題が解決されるに至るのである。

実施例 以下、図面に基づいて本発明について更に詳しく説明す
る。

第１図は本発明による水流の運動エネルギーを利用した
動力発生装置の平面図を示す、第２図はその立面図を示
す、第３図は水車の羽根のピッチ制御部の平面図を、第
４図はその立面図を示す。

二台の水車（２ａ）、（２ｂ）の面外側に、二枚の固定
１　（１）が対称に配置されている。しかも、固定翼（
１）回りに失速が起こらない程度に、固定翼（１）の間
の水流の流入面積を流出面積より小さくなるように固定
翼（１）に迎角を付けている。

固定＃（４）によって空間的に固定される二台の水車の
偏心軸（１３）は、水流の流入方向に直角に、しかも相
向かい合うように配置されている。

水車の羽根（３）の回転軸（１１）は連結棒（１２）に
よって偏心軸（１３）と連結されており、水車の半径方
向の偏心軸（１３）の位置によって羽根（３）のピッチ
角の大きさが決まる１羽根（３）は連結棒（１２）に直
角に設定される。

次にこの実施例の動作を説明する。水流がこの装置に流
入すると、下流に向かって左の水車（２ａ）は反時計回
りに右の水車（２ｂ）は時計回りに、起動トルクを必要
とせず回転する。水車のそれぞれの羽根（３）は、水車
（２ｍ）、（２ｂ）が一回転する毎に一往復のピッチン
グ運動をする。

各々の水車（２ａ）、（２ｂ）の羽根（３）に加わる回
転トルクがかさ歯車（５）に伝達され、連結軸（７）を
通して二台の水車からの回転トルクが合成されて外部へ
動力が伝達される。

図６、図７およびＩｉ！ｉ８は本発明による水流の運動
エネルギーを利用した動力発生装置の使用例を示してい
る。

図６は水車の回転軸を海面或は水面の鉛直方向にとり本
発明装置を海面或は河川の水面上に浮遊させ、海底或は
河川の水底に係留した場合を示す。

これは固定翼（１）に浮力を持たせ装置全体の重量と釣
り合わせ、しかも装置全体の重心を下げメタセンターを
重心より高い位１；持ってくることによって可能となる
。

図７は装置を海面下或は水面下に没水させ、海底或は河
川の水底に係留する場合を示す０図５と違って水車の回
転軸は海面或は水面に平行に設置しである。この場合は
、水車を波浪の影響から避ける時や船舶の航行の障害と
なる時有効である。

図８は海底或は河川の水底に固定した場合を示す、この
場合は、水深が浅い場合や船舶の航行の障害となる時有
効である。

発明の効果 本発明装置は河川流、潮流、海流の持つ自然エネルギー
を効率よくしかもそれらのエネルギー密度を高くして、
浮遊又は固定の状態で設置して発電装置として或は回転
トルクを必要とする流体機械一般として使用されうる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す水流の運動エネルギーを
利用した動力発生装置の平面図、第２図はその立面図で
ある。第３図はフォイトシュナイダープロペラ方式垂直
軸型水車の羽根のピッチ制御機構部の平面図、第４図は
その立面図である。 第５図は本発明における装置の水流の運動エネルギーの
吸収効果を説明するための出力係数と周速比の関係図で
ある。第６〜８図は本発明の使用例を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 水流の流入方向に垂直な回転軸を有し、一回転する毎に
   一往復のピッチング運動する複数の羽根を持ち、羽根の
   ピッチ角を水流の流入方向に直角に配置した偏心軸によ
   って設定するフォイトシュナイダープロペラ方式垂直軸
   型水車において、（１）各々の偏心軸が相向かい合うよ
   うに二台の前記水車を配置し、それらの両外側に対称に
   二枚の固定翼を配置したことを特徴とする水流の運動エ
   ネルギーを利用した動力発生装置。 （２）前記の二枚の固定翼の間の水流の流入面積をその
   流出面積より狭く設けてなる特許請求範囲第一項に記載
   の水流の運動エネルギーを利用した動力発生装置。