(57)【要約】【課題】  本発明は、ロータブレードの前部に配設されるダクトの内壁周面に、水流を回転させるためのライフリングを施条した、水力発電装置のダクトを提供することを目的としている。【解決手段】  水車のロータブレードの前部に配設されるダクト１の内径を、前部から後部へかけて次第に小径とするとともに、ダクトの内壁周面に、通過する水流を回転させるための複数条のライフリング２を形成し、かつ内壁面を後端部がロータブレード７の前向傾斜部７Ａの前面と対向させてある。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水車のロータブレードの前側に配設されるダクトの内径を、前端部から後端部へかけて次第に小径とするとともに、ダクトの内壁周面に、通過する水流を回転させるための、複数条のライフリングを形成し、かつ内壁面の後端部をロータブレードの経方向先端に設けた前向傾斜部の前面と対向させるようにされてなることを特徴とする水力発電装置のダクト。
【請求項２】
前記ライフリングの旋条方向は、旋条に沿う水流が揚力型ロータブレードの斜前方向から当たるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の水力発電装置のダクト。
【請求項３】
前記ライフリングは、ダクトの内壁に設けた周方向に傾斜する複数の段差面からなっていることを特徴とする請求項１または２に記載の水力発電装置のダクト。
【請求項４】
前記ライフリングは、ダクトの内周面に周方向に一定間隔をもって配設される複数の凸条からなっていることを特徴とする請求項１または２に記載の水力発電装置のダクト。
【請求項５】
前記ライフリングは、ダクトの内周面の周方向に、一定間隔で配設されている複数の凹条からなっていることを特徴とする請求項１または２に記載の水力発電装置のダクト。
【請求項６】
前記ダクトの後端外周面に、内部にロータを配した管体の前端に設けた外向フランジと結合するための外向フランジを形成してあることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の水力発電装置のダクト。
【請求項７】
前記請求項６に記載のダクトの後端部に形成された外向きフランジと、内部に発電機のロータを備える管体の前部の外周面に形成されている外向フランジとを結合させて一体化させ、かつダクトの内周面の後端部を、ロータブレードの傾斜部の前面と対向させてあることを特徴とする水力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水力発電装置におけるロータの前部に配設されるダクトと、そのダクトを備える水力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水車ロータの前部にダクトを配設することは、例えば特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１１２１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の発明は、長寸のダクト内に、水車のロータを配設したものであり、ダクトの前端をラッパ管状に大径としてあるが、前端が大径であっても、通過する水量が大量になる訳では無い。
本発明は、ダクトの内壁周面にライフリングを形成することによって、ダクトの内部を通過する水流を回転させて、流水を早くするとともに、水の回転する力を、ロータブレードに当てて、回転効率を高めるようにした水力発電装置のダクトと、そのダクトを備える水力発電装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、前記課題を解決するために、次のような技術的手段を講じた。具体的な内容は次の通りである。                      
【０００６】
（１） 水車のロータブレードの前側に配設されているダクトの内径を、前端部から後端部へかけて次第に小径とするとともに、ダクトの内壁周面に、通過する水流を回転させるための、複数条のライフリングを形成し、かつ内壁面の後端部を、ロータブレードの経方向先端に設けた前向傾斜部の前面と対向させてある水力発電装置のダクト。
【０００７】
（２）前記ライフリングの旋条方向は、水流が揚力型ロータブレードの回転方向と逆向きに当たるように形成されている前記（1）に記載の水力発電装置のダクト。
【０００８】
（３）前記ライフリングは、ダクトの内壁に設けた周方向に傾斜する複数の段差からなっている前記（1）または（2）に記載の水力発電装置のダクト。
【０００９】
（４）前記ライフリングは、ダクトの内周面に周方向に定間隔をもって配設されている複数の凸条からなっている前記（1）または（2）に記載の水力発電装置のダクト。
【００１０】
（５）前記ライフリングは、ダクトの内周面に、周方向に一定間隔で配設されている複数の凹条から成っている前記（1）または（2）に記載の水力発電装置のダクト。
【００１１】
（６）前記ダクトの後端外周面に、内部にロータを配した管体の前端に設けた外向フランジと結合するための外向フランジを形成してある前記（1）〜（5）のいずれかに記載の水力発電装置のダクト。
【００１２】
（７）前記６に記載のダクトの後端部に形成された外向きフランジと、内部に発電機のロータを備える管体の前部の外周面に形成されている外向フランジとを結合させて一体化させ、かつダクトの内周面の後端部を、ロータブレードの傾斜部の前面と対向させてなる水力発電装置。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、次のような効果が奏せられる。
【００１４】
前記（1）に記載の発明においては、ダクトの内径を、前部から後部へかけて次第に小径とするとともに、管内壁面に複数条のライフリングを形成しているので、水路においてダクト内に入る水流は、次第に圧力が高まり、かつライフリングによって、一定方向に回転しながら通過する。
またダクトの後端部が、ロータブレードの前向き傾斜部の前面と対向するようになっているので、回転する水流が、ダクトの内壁面の後端部から、ロータブレードの前向傾斜部の前面に当たると、その水流の回転力と水圧によって、ロータブレードの回転効率は高められる。
【００１５】
前記（2）に記載の発明においては、ダクト内のライフリングの旋条の方向は、揚力型ロータブレードの逆回転方向に従っているので、ダクトを通過する水流は、ライフリングに沿って回転しながら吐出し、その回転力を、ロータブレードにおける前向傾斜部の前縁の前面に伝えるので、水の流速とライフリングによる回転力とによって、ロータは効率よく回転する。
【００１６】
前記（3）に記載の発明においては、ライフリングは、ダクトの内壁に設けた周方向に傾斜する複数の段差からなっているので、水流は、ライフリングに沿って旋回し、効率の良い回転をしながら通過する。
【００１７】
前記（4）に記載の発明においては、ライフリングは、ダクトの内周面に周方向に定間隔をもって配設されている複数の凸条からなっているので、ダクトの中を通過する水流は、複数の凸条に沿って回転しながら通過し、ロータブレードの前向傾斜部の前面に当り、これを効率良く回転させる。     
【００１８】
前記（5）に記載の発明においては、ライフリングは、ダクトの内周面に一定間隔で配設されている複数の凹条からなっているので、ダクトの中を通過する水流は、複数の凹条に沿って回転しながら通過し、ロータブレードの前向傾斜部の前面に当り、これを効率よく回転させる。  
【００１９】
前記（6）に記載の発明においては、内部にロータを配設した管体の前端に設けた外向フランジと結合するための外向フランジが、ダクトの後端外周面に形成されているので、両方を結合すると、ダクト内を通過する水流が、管内周面に形成されたライフリングによって回転しながら通過し、水圧と回転力とが、後部に結合されている管体内のロータブレードの前向傾斜部の前面に当り、これを効率よく回転させ、発電効率を高める。
【００２０】
前記（7）に記載の発明においては、ダクトの内部をライフリングに沿って回転しながら後部の管体に入り、内設されているロータのロータブレードにおける傾斜部の前面に回転する水流があたるので、効率良くロータブレードを回転させることができ、発電効率が高められる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のダクトの一実施形態を示す正面図である。
【図２】図１におけるII−II線断面図の後方に、ロータを配設した状態の側面図である。
【図３】図２におけるIII−III線断面図である。
【図４】本発明のダクトの別の実施形態を示す正面図である。
【図５】本発明のダクトの更に別の実施形態を示す正面図である。
【図６】本発明のダクトを備える水力発電装置の縦断側面図である。
【図７】ダクトの旋条の向きと揚力型ロータブレードの関係を示す概略平面図である。
【図８】ダクトの旋条の向きと抗力型ロータブレードの関係を示す概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図１において、水力発電装置のダクト１は、正面視においては、円形をなし、側面視においては、前端部１Ａの内径が、後端部１Ｂの内径よりもやや大きくなっている。
【００２３】
この前後の直径の差は、軸心線に対して内壁面が２°程度、求心方向へ傾斜する程度で十分であるが、内部後縁において隘路が形成されて、後端部１Ｂは大きく開いていて水流を高速で通過させる。  
【００２４】
ダクト１の内周面には、通過水流と平行をなす軸線まわりに回転させるための、複数の軸線方向に捩回するライフリング２、２が、一定間隔に、かつロータブレード７の回転を増速させる方向へ向けて、段差を付けて施条されている。
【００２５】
図１及び図１におけるII−II線断面を示す図２においては、前端部１Ａ方向から後端部１Ｂ方向の右方向へ向かって深くなるように傾斜する多数の螺旋溝２Ａが、帯状に形成されており、このライフリング２に沿う水流は前方から見て左廻りとなる。図３は図２におけるIII−III線断面図で、内径が小となっているので落差があると水圧が高まり高速となる。 
【００２６】
ダクト１の内壁面にライフリング２を形成してあり、かつ、後部１Ｂの内径が前部１Ａの内径よりも小であるため、ライフリング２に沿う通過水流は、コアンダ効果によってライフリング２の凹凸に沿って高速となって進み、回転水流となるとともに、高圧となる。
【００２７】
ダクト１の内壁面の延長線は、ロータブレード７の前向傾斜部７Ａの前面と対面するようになっている。そのため、ダクト１の内壁面に沿って回転しつつ排出される水流は、ロータブレード７の遠心部分である前向傾斜部７Ａの前面に当たり、ブレード７を回転させる。
【００２８】
図２に示すように、ダクト１の後端１Ｂの直後の軸線上には、若干の間隔を設けて、水車のロータ３が配設されている。ロータ３のロータ軸４は、軸受筐体５に支持されており、軸受筐体５は、水路に架設されている、図示しない吊枠体に垂設された吊杆６によって吊設される。吊杆６の上端面には、図示しない発電機が連結されている。
【００２９】
ロータ軸４の前端部に固定されているハブ３Ａの周面に、複数のロータブレード７が固定されており、その翼端は、前向傾斜部７Ａとされている。
ダクト１の内壁面の後端部１Ｂは、ロータブレード７の前向傾斜部７Ａの前面に対面する位置に設定されて、ダクト１の内壁面の後端部１Ｂから吐出する水流は、前向傾斜部１Ａの前縁の前面に斜め方向から当り、ロータブレード７の表面に沿ってコアンダ効果により高速で通過する水流は、反作用としてロータブレード７を効率良く回転させるようになっている。
【００３０】
図２に示すように、ダクト１内を通過する水流は、内周面のライフリング２に沿って左廻りの回転をしながら、ロータブレード７の前向傾斜部７Ａの前面に当り、その水圧とライフリング２によって生起された回転流は、ロータブレード７の遠心部となる前向傾斜部７Ａの前面に、回転方向への強い回転力を与える。そのためロータブレード７は効率良く回転し、発電効率は高められる。
【００３１】
すなわち、ダクト１内を通過する水流の全体が、ライフリング２によって管内で回転させられるのではなく、ライフリング２に沿って向きが変えられて、内壁周面に沿う外側流のみが、流れの向きが変えられて、ロータブレード７の前向傾斜部７Ａの前面に当ることとなる。
【００３２】
図４は、本発明の別の形状のライフリングを備えるダクト１の正面図である。前例と同じ部材には、同じ符号を付して説明を省略する。
ダクト１の内周面に、正面視左廻り状に傾斜する凹条２Ｂからなるライフリング２が形成されている。  
【００３３】
各ライフリング２の凹条２Ｂの幅は一定でもよく、または大小の幅の凹条２Ｂ
を交互に形成してもよい。このライフリング２により、図１のライフリング２と同じく、管内を通過する水流の、ライフリング２に沿う部分は、コアンダ効果によって回転させられることとなる。  
【００３４】
図５は、ライフリングの別の形状を示すダクトの正面図である。前例と同じ部材には、同じ符号を付して説明を省略する。
ダクト１の内周面において、正面視で左廻り状に傾斜する放射状の凸条２Ｃからなるライフリング２が形成されている。
【００３５】
各凸条２Ｃの幅は同じでもよいし、大小の幅のものを交互に形成してもよい。このライフリング２により、図１のライフリング２と同様に、ダクト１の内壁面に沿って通過する水流の、内周面に沿う部分の水流は回転させられることとなる。
【００３６】
なお、ライフリング２の傾斜の方向は、図７に示すように揚力型ロータブレード７に対しては、その回転方向の逆向きとして、すなわち水流が図７におけるロータブレード７の前縁７Ｂ方向から前面に当たるようにすると、コアンダ効果によってブレード７の表面に沿って通過する流体の反作用によって、回転効率が高まる。
また抗力型ブレード８に対しては、図８に示すように、後縁８Ｂの斜後方向から水流が当たるようにすることにより、抗力型ブレードのの特徴が活かされる。
【００３７】
図６は、ダクト１の後端外周面に、外向フランジ２Ｄを形成した別の実施態様を示す縦段側面図である。外向フランジ２Ｄの後面には、前記ロータを内設した管体９の前部外示有面に形成された外向フランジ９Ａの前面と当接させて結合させる。この場合ダクト１の内周面の後端部は、ロータブレード７の前向傾斜部７Ａの前面に対向するように配設され、これによって水力発電装置１０が形成される。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
ダクト１の内周面に、軸線方向を向く複数のライフリング２が形成されているので、この内部を通過する水流は、ライフリング２に沿って回転しながら通過し、この水流の水圧と回転力がロータブレード７に当たると、ロータは効率良く回転をするので、水力発電装置に効果的に利用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１．ダクト                
１Ａ．前端部
１Ｂ．後端部
２．ライフリング
２Ａ．螺旋溝
２Ｂ．凹条
２Ｃ．凸条
２Ｄ．外向フランジ
３．ロータ
３Ａ．ハブ
４．ロータ軸
５．軸受筐体
６．吊杆
７．揚力型ロータブレード
７Ａ．前向傾斜部  
７Ｂ．前縁
７Ｃ．後縁
８．抗力型ロータブレード
８Ａ．前縁
８Ｂ．後縁
９．管体
９Ａ．外向フランジ
１０．水力発電装置
【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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【図８】
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