(57)【要約】【課題】簡単な構造で安定した運転を継続し得、且つ効率向上を図り得る撥ね上げ水車を提供する。【解決手段】水路１の内部に、発電機２に接続される中心回転軸３を鉛直方向へ延びるよう回転自在に設置し、中心回転軸３からその半径方向へ放射状に延びるよう複数の横軸４を配設し、水路１の内部における水流を受けるよう横軸４から水車翼５を吊り下げ配置し、中心回転軸３の回転方向に対し逆回転する方向にのみ横軸４を中心として吊下位置から水流により水車翼５が撥ね上げられるようにする。【選択図】図１
2015183566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水路の内部に鉛直方向へ延びるよう回転自在に設置される中心回転軸と、
該中心回転軸からその半径方向へ放射状に延びるよう配設される複数の横軸と、
前記水路の内部における水流を受けるよう前記横軸から吊り下げ配置され且つ前記中心回転軸の回転方向に対し逆回転する方向にのみ前記横軸を中心として吊下位置から水流により撥ね上げられる水車翼と
を備えたことを特徴とする撥ね上げ水車。
【請求項２】
前記中心回転軸から水車翼の下部に張り出すよう配設され、且つ前記中心回転軸の回転に伴う横軸の旋回位置に応じて、前記水車翼を水流に抗して吊下位置に保持する一方、前記水車翼の水流による撥ね上げを許容するストッパを備えた請求項１記載の撥ね上げ水車。
【請求項３】
前記横軸を水面より上に設置することにより、前記水車翼が水流を受けて撥ね上げられた際、水車翼の少なくとも一部が水面より上に出るようにした請求項１又は２記載の撥ね上げ水車。
【請求項４】
前記横軸と水車翼からなる構造が上下方向へ複数段設置され、上の段の水車翼のストッパは下の段の横軸を兼ねる請求項２記載の撥ね上げ水車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撥ね上げ水車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、農業用水や河川等、落差の小さい水源に設置される水力発電装置においては、水の流れのエネルギを利用する抗力型の水車の研究が進められている。
【０００３】
この種の従来の水車としては、例えば、サボニウス型水車が知られており、これは、水路の内部に鉛直方向へ延びるよう回転自在に設置される中心回転軸に、円筒を半割とした形状のバケットを水車翼として放射状に複数配設し、該バケットにより水流を受けることで前記中心回転軸を回転させ、発電を行うようにしたものがある。
【０００４】
前記バケットがその凹面で水流を受ける際に中心回転軸を回転（正回転）させるトルクは、前記バケットがその凸面で水流を受ける際に中心回転軸を回転（逆回転）させるトルクより大きくなるため、中心回転軸は回転（正回転）する。
【０００５】
しかし、前記水車翼としてのバケットがその凸面で水流を受ける際に中心回転軸を回転（逆回転）させるトルクは、当然のことながら、中心回転軸を回転（正回転）させる際の抵抗となるため、抗力型の水車の効率が低い要因となっていた。
【０００６】
このため、前記バケットを中心回転軸と平行な縦軸を中心に回動自在な複数の羽に分割し、前記バケットが凹面で水流を受ける際には前記羽が閉じる一方、前記バケットが凸面で水流を受ける際には前記羽が縦軸を中心に開くようにすることにより、中心回転軸を回転（正回転）させる際の抵抗を減少させ、効率を高めるようにした水車がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−１７７２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示されている従来の水車では、構造が複雑で、分割された羽の間にゴミが挟まりやすく、該羽が開いたままになってしまう虞があった。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなしたもので、簡単な構造で安定した運転を継続し得、且つ効率向上を図り得る撥ね上げ水車を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、水路の内部に鉛直方向へ延びるよう回転自在に設置される中心回転軸と、
該中心回転軸からその半径方向へ放射状に延びるよう配設される複数の横軸と、
前記水路の内部における水流を受けるよう前記横軸から吊り下げ配置され且つ前記中心回転軸の回転方向に対し逆回転する方向にのみ前記横軸を中心として吊下位置から水流により撥ね上げられる水車翼と
を備えたことを特徴とする撥ね上げ水車にかかるものである。
【００１１】
前記撥ね上げ水車においては、前記中心回転軸から水車翼の下部に張り出すよう配設され、且つ前記中心回転軸の回転に伴う横軸の旋回位置に応じて、前記水車翼を水流に抗して吊下位置に保持する一方、前記水車翼の水流による撥ね上げを許容するストッパを備えることが好ましい。
【００１２】
又、前記撥ね上げ水車においては、前記横軸を水面より上に設置することにより、前記水車翼が水流を受けて撥ね上げられた際、水車翼の少なくとも一部が水面より上に出るようにすることが好ましい。
【００１３】
更に又、前記撥ね上げ水車においては、前記横軸と水車翼からなる構造が上下方向へ複数段設置され、上の段の水車翼のストッパは下の段の横軸を兼ねるようにすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の撥ね上げ水車によれば、簡単な構造で安定した運転を継続し得、且つ効率向上を図り得るという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の撥ね上げ水車の実施例を示す側面図である。
【図２】本発明の撥ね上げ水車の実施例における水車翼が水流を受けて撥ね上げられた状態を示す側面図である。
【図３】本発明の撥ね上げ水車の実施例の運転前の状態を示す斜視図である。
【図４】本発明の撥ね上げ水車の実施例の運転時の状態を示す斜視図である。
【図５】本発明の撥ね上げ水車の実施例における水車翼の変形例を示す斜視図であって、（ａ）は水車翼を平板とした例を示す斜視図、（ｂ）は水車翼をバケットとした例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００１７】
図１〜図４は本発明の撥ね上げ水車の実施例であって、水路１の内部に、発電機２に接続される中心回転軸３を鉛直方向へ延びるよう回転自在に設置し、該中心回転軸３からその半径方向へ放射状に延びるよう複数の横軸４を配設し、前記水路１の内部における水流を受けるよう前記横軸４から水車翼５を吊り下げ配置したものである。そして、前記中心回転軸３の回転方向に対し逆回転する方向にのみ前記横軸４を中心として吊下位置から水流により前記水車翼５が撥ね上げられるようにして水車を構成し、これを撥ね上げ水車と称する。
【００１８】
本実施例の場合、前記中心回転軸３から水車翼５の下部に張り出すようストッパ６を配設し、該ストッパ６により、前記中心回転軸３の回転に伴う横軸４の旋回位置に応じて、前記水車翼５を水流に抗して吊下位置に保持する一方、前記水車翼５の水流による撥ね上げを許容するよう構成してある。
【００１９】
具体的には、図１に示す如く、前記中心回転軸３の回転方向を上方から見て時計回りに設定する場合に、該中心回転軸３を基準として水流方向上流側を０°とし且つ水流方向下流側を１８０°とすると、前記横軸４が９０°の位置に来た時に水車翼５が水流を最大限受ける形となる。そして、前記横軸４が０°の位置を過ぎ９０°の位置を経て１８０°の位置に到達するまでは、前記中心回転軸３の回転方向の前側（水流方向下流側）にストッパ６が位置して、水流により前記水車翼５の下端部がストッパ６に当接し、該水車翼５が吊下位置に保持され、水流を受けて中心回転軸３を回転させるようにしてある。
【００２０】
一方、図２に示す如く、前記横軸４が２７０°の位置に来た時にも水車翼５が水流を最大限受ける形となる。しかし、前記横軸４が１８０°の位置を過ぎ２７０°の位置を経て０°の位置に到達するまでは、前記ストッパ６は水車翼５に対し中心回転軸３の回転方向の前側ではあるが水流方向ではその上流側に位置するため、水流により前記水車翼５がストッパ６に当接せずに撥ね上げられるようにしてある。
【００２１】
又、本実施例の場合、前記中心回転軸３の中間部及び下端部には、平断面が正方形となる直方体形状のブロック７，８を設けてある。そして、前記横軸４及びストッパ６はいずれもボルトを利用し、該各ボルトを前記ブロック７，８の外周における四面にねじ込むことにより、四本の横軸４及び四本のストッパ６がそれぞれ前記中心回転軸３の上下に間隔をあけて周方向同一箇所に位置するよう、９０°ピッチで中心回転軸３から水平方向へ張り出す形にしてある。
【００２２】
更に又、本実施例の場合、前記水車翼５は、矩形形状の平板の上端部を屈曲させてフランジ部５ａを形成したものとし、Ｕボルト９で前記横軸４をくわえ込むようにしつつ該Ｕボルト９の先端部を前記フランジ部５ａに貫通させてナット１０で締め付けることにより、前記横軸４から水車翼５が吊り下げられるようにしてある。
【００２３】
次に、上記実施例の作用を説明する。
【００２４】
図１に示す如く、前記横軸４が０°の位置を過ぎ９０°の位置を経て１８０°の位置に到達するまでは、前記中心回転軸３の回転方向の前側（水流方向下流側）にストッパ６が位置して、水流により前記水車翼５の下端部がストッパ６に当接するため、該水車翼５が吊下位置に保持され、水流を受けて中心回転軸３を回転させる。
【００２５】
ここで、前記ストッパ６は中心回転軸３から水車翼５の下部に張り出すように配設してあるため、該ストッパ６により、前記水車翼５を水流に抗して吊下位置に確実に保持することが可能となる。
【００２６】
一方、図２に示す如く、前記横軸４が１８０°の位置を過ぎ２７０°の位置を経て０°の位置に到達するまでは、前記ストッパ６は水車翼５に対し中心回転軸３の回転方向の前側ではあるが水流方向ではその上流側に位置するため、水流により前記水車翼５がストッパ６に当接せずに撥ね上げられる。
【００２７】
この結果、中心回転軸３を回転させる際の抵抗が減少し、効率を高めることが可能となる。
【００２８】
因みに、図１及び図２では、水車翼５が完全に水没している状態を示しているが、水面の高さが図１及び図２の実線で示す位置よりも低く相対的に仮想線で示す位置となるよう、前記横軸４を水面より上に設置することにより、前記水車翼５が水流を受けて撥ね上げられた際、水車翼５の少なくとも一部が水面より上に出るようにしても良い。この場合、前記中心回転軸３を回転させる際の抵抗が更に減少し、効率をより高めることが可能となる。
【００２９】
又、従来の水車では、実際に水が流れている水路１に設置する際、水車翼５が抵抗となり、設置に大きな労力を要していた。しかし、本実施例では、水車翼５を全て撥ね上げた状態で水路１に設置し、運転開始時に水車翼５を下ろすことにより、設置が容易になる。一方、水車を水路１から撤去する際にも同様に、水車翼５を全て撥ね上げた状態で水路１から引き上げることにより、従来の水車よりも容易に取り外しができる。これにより、水車の設置、撤去時の負担を大幅に軽減することが可能となる。
【００３０】
更に、農業用水や河川に水車を設置する場合、水車翼５に草やビニール等のゴミが引っ掛かることが問題となる。しかし、本実施例では、仮に水車翼５の端部等にゴミが付着したとしても、該ゴミは水車翼５が撥ね上げられる際に外れて下流側へ流れやすくなるため、ゴミの引っ掛かりに対処する上でも有効となる。
【００３１】
しかも、本実施例の撥ね上げ水車は、水車翼５として平板を用い、横軸４及びストッパ６をボルトとし、横軸４に対する水車翼５の吊り下げをＵボルト９で行っているため、特許文献１に開示されている従来の水車と比べ、構造が簡単で、分割された羽の間にゴミが挟まるようなこともなく、運転が安定して行える。更に、製作コストを抑えることも可能となる。
【００３２】
こうして、簡単な構造で安定した運転を継続し得、且つ効率向上を図り得る。
【００３３】
尚、前記水車翼５の枚数については、四枚に限定されるものではなく、互いの水車翼５が干渉しなければ、二枚以上何枚でも良い。
【００３４】
又、前記水車翼５は上下方向には一段のみであるが、上下方向へ複数段設置することも可能である。この場合、撥ね上げ水車の設置場所の水深や流量変化等を考慮して最適な段数を選定することにより、効率の更なる向上が望める。しかも、上の段の水車翼５のストッパ６は、下の段の横軸４を兼ねることができるため、部品点数の増加が抑えられ、構造が複雑化する心配もない。
【００３５】
図５は本発明の撥ね上げ水車の実施例における水車翼５の変形例を示す斜視図であって、図中、図１〜図４と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、図５（ａ）に示す如く、水車翼５を平板としたり、或いは、図５（ｂ）に示す如く、水車翼５を円筒を半割とした形状のバケットとしたりすることもできる。
【００３６】
図５（ｂ）に示すバケットは一般にサボニウス型水車に用いられる水車翼５として知られており、このようなバケットが水から受ける力は、
Ｆ＝１／２・Ｃｄ・ρ・Ａ・Ｖ２
但し、Ｃｄ：抗力係数
ρ：水の密度
Ａ：水車翼５の前面投影面積
Ｖ：水路１の内部における水流の流速
で表される。
【００３７】
一般的なサボニウス型水車の場合、バケットの凹面で水流を受ける場合の抗力係数は２．３程度であり、バケットの凸面で水流を受ける場合の抗力係数は１．２程度である。従って、抗力係数１．１（＝２．３−１．２）が両者の差として水車全体に働く抗力係数となる。但し、凹面で水流を受けるバケットと凸面で水流を受けるバケットの相互作用により、凹面で水流を受けるバケットには凸面で水流を受けるバケットによってより速い流れが当たると考えられるため、前記抗力係数は１．１より若干大きくなると予想される。
【００３８】
これに対し、図５（ｂ）に示すバケットを水車翼５として用い、図１〜図４に示す実施例のように構成した場合、凹面で水流を受けるバケットの抗力係数は前述と同様に２．３程度であるが、凸面で水流を受けるバケットが撥ね上げられて水面より上に出れば、該バケットは水からは力を受けないため、理論上、抗力係数は０と考えることができる。実際には、バケットを撥ね上げるための力が必要となるため、厳密には０とはならないが、それでも２．０以上の抗力係数は得られると考えられる。
【００３９】
上記のことから、図５（ｂ）に示すバケットを水車翼５として用いた撥ね上げ水車の効率は最大で二倍程度になるものと予想される。尚、図１〜図４に示す実施例のように水車翼５を平板で構成した撥ね上げ水車にて試験を実施したところ、水車翼５全体が水没した状態で一般的なサボニウス型水車に対して、効率が１．４倍となったことを本発明者等は確認している。
【００４０】
因みに、上記の構造は、風を風車翼で受ける風車に適用できることは言うまでもない。
【００４１】
尚、本発明の撥ね上げ水車は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００４２】
１      水路
２      発電機
３      中心回転軸
４      横軸
５      水車翼
６      ストッパ
【図１】
2015183566.tif 000003
【図２】
2015183566.tif 000004
【図３】
2015183566.tif 000005
【図４】
2015183566.tif 000006
【図５】
2015183566.tif 000007