(57)【要約】【課題】流体エネルギの回収効率を向上させる。【解決手段】水力発電機１００は、内部を流体が流通するケーシング１１であって、流体が流入する入側開口１４と、流体が流出する出側開口１５とを有するケーシング１１と、ケーシング１１の内部に配置されるとともに、流体によって回転させられる回転翼２０と、回転翼２０に接続し、回転翼２０の回転による運動エネルギを回収するエネルギ回収機構４０及び発電機構５０とを備え、ケーシング１１は、出側開口１５に隣接する部分に流体案内部１１ａを有し、流体案内部１１ａは、流体が流通する左側Ｌに設けられ、ケーシング１１への流体の流入方向Ｄに対してケーシング１１の内側に向かって傾斜する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を流体が流通するケーシングであって、前記流体が流入する入側開口と、前記流体が流出する出側開口とを有するケーシングと、
前記ケーシングの前記内部に配置されるとともに、前記流体によって回転させられる回転翼と、
前記回転翼に接続し、前記回転翼の回転による運動エネルギを回収する回収手段とを備え、
前記ケーシングは、前記出側開口に隣接する部分に流体案内部を有し、
前記流体案内部は、前記流体が流通する流体流通側に設けられ、前記ケーシングへの前記流体の流入方向に対して前記ケーシングの内側に向かって傾斜する流体エネルギ回収装置。
【請求項２】
前記流体案内部は、前記出側開口に隣接する第１の端部を有し、
前記ケーシングは、前記流体流通側の反対側に設けられかつ前記出側開口に隣接する第２の端部を有し、
前記第１の端部は前記第２の端部よりも下流側に位置する請求項１に記載の流体エネルギ回収装置。
【請求項３】
前記ケーシングは前記第２の端部に向かって延びる開口拡張部を有し、
前記開口拡張部は、前記流体流通側の前記反対側に設けられ、前記ケーシングへの前記流体の流入方向に対して前記ケーシングの外側に向かって傾斜する請求項２に記載の流体エネルギ回収装置。
【請求項４】
前記ケーシングの底面は、前記回転翼の下流側の領域が下方に開放されるように形成される請求項１〜３いずれか一項に記載の流体エネルギ回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、流体エネルギ回収装置に関し、特に流体の持つ運動エネルギを回収する流体エネルギ回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、流体によって回転翼を回転させ、回転翼と連結された回収部で流体の持つ運動エネルギを回収する流体エネルギ回収装置が記載されている。略箱形状の流体エネルギ回収装置の入側開口から流入した流体は、２つの案内板によって回転翼の羽根に当たるように案内され、回転翼を回転させた後、出側開口から流出する。この際、流体によって回転させられる回転翼の運動エネルギは回収部によって回収される。すなわち流体が有する速度エネルギ等の流体エネルギは、流体エネルギ回収装置を介して電気エネルギに変換される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１１７３１４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に記載されているような従来の流体エネルギ回収装置としての水力発電機２００を図５に模式的に示す。図５に示すように、水力発電機２００の流路Ｆ’を導水板３１’，３２’に案内されて流通する流体は、主にケーシング１１’と回転翼２０’との距離が近づく領域Ｘ’において回転翼２０’に当たり、回転翼２０’に回転のための力を作用させる。しかしながら、領域Ｘ’を通過した後の水は矢印Ｗ６のように拡散して、もはや回転翼２０’に力を作用させることなく、すぐに出側開口１５’から流出してしまう。従って、その分流体エネルギの回収効率が低くなっていた。
【０００５】
この発明は、このような問題を解決するためになされたもので、流体エネルギの回収効率を向上させることができる流体エネルギ回収装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、この発明に係る流体エネルギ回収装置は、内部を流体が流通するケーシングであって、流体が流入する入側開口と、流体が流出する出側開口とを有するケーシングと、ケーシングの内部に配置されるとともに、流体によって回転させられる回転翼と、回転翼に接続し、回転翼の回転による運動エネルギを回収する回収手段とを備え、ケーシングは、出側開口に隣接する部分に流体案内部を有し、流体案内部は、流体が流通する流体流通側に設けられ、ケーシングへの流体の流入方向に対してケーシングの内側に向かって傾斜する。
これによって、流体は流体案内部において回転翼に力を加え続けながら流通する。
【０００７】
また、この発明に係る流体エネルギ回収装置の流体案内部は、出側開口に隣接する第１の端部を有し、ケーシングは流体流通側の反対側に設けられかつ出側開口に隣接する第２の端部を有し、第１の端部は前記第２の端部よりも下流側に位置してもよい。
さらに、ケーシングは第２の端部に向かって延びる開口拡張部を有し、開口拡張部は、流体流通側の反対側に設けられ、ケーシングへの流体の流入方向に対してケーシングの外側に向かって傾斜してもよい。
【０００８】
また、この発明に係る流体エネルギ回収装置のケーシングの底面は、回転翼の下流側の領域が下方に開放されるように形成されてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係る流体エネルギ回収装置によれば、流体エネルギの回収効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態に係る流体エネルギ回収装置の使用状態を示す平面図である。
【図２】図１に示す流体エネルギ回収装置の外観形状を示す斜視図である。
【図３】図１に示す流体エネルギ回収装置を平面方向から見た断面図であり、当該流体エネルギ回収装置の内部構造を模試的に示す図である。
【図４】図１に示す流体エネルギ回収装置の左側面図であり、当該流体エネルギ回収装置の内部構造を模式的に破線で示す図である。
【図５】従来の例に係る流体エネルギ回収装置を平面方向から見た断面図であり、当該流体エネルギ回収装置の内部構造を模試的に示す図である。
【００１１】
以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
図１に示すように、この実施の形態に係る流体エネルギ回収装置としての水力発電機１００は、河川や用水路等の水路Ｃの途中に設けられて使用される。ここで、水路Ｃにおいて水が流れてくる側を上流側、水が流れていく側を下流側とする。水力発電機１００は、内部に後述する回転翼２０、エネルギ回収機構４０及び発電機構５０を収容する略箱形状のケーシング１１と、ケーシング１１に一体的に取り付けられる略長方形の板状の取付枠１３とを有している。水路Ｃには、水路Ｃの水の流通方向を横断して仕切り板４が固定して設けられており、水力発電機１００のケーシング１１は取付枠１３を介して仕切り板４に取り付けられる。水力発電機１００は、上流側に入側開口１４を、下流側に出側開口１５を有しており、仕切り板４には水力発電機１００の入側開口１４に合わせて開口（図示せず）が設けられている。すなわち、水路Ｃの上流から流れてくる流体である水は、入側開口１４から流入し、ケーシング１１内部を流通して出側開口１５から流出することができるようになっている。このように、水路Ｃの水が水力発電機１００の内部を流通することにより、水の持つ位置エネルギや速度エネルギが、ケーシング１１内部の回転翼２０、エネルギ回収機構４０及び発電機構５０によって回収され、電気エネルギに変換される。
なお、水力発電機１００の入側開口１４に流入する前の流体の流通方向を、ケーシング１１への流体の流入方向Ｄとする。一般的にこの流入方向Ｄは、水力発電機１００が設置される水路Ｃの水が流れる方向に該当する。
【００１２】
次に、水力発電機１００の外観形状について、図２を参照して説明する。ここで、以下の説明において、上流側から水力発電機１００を見て右手側を右側Ｒ、左手側を左側Ｌとする。
ケーシング１１の上部は、エネルギ回収機構４０及び発電機構５０（図４参照）を収容する発電部２を構成し、ケーシング１１の下部は回転翼２０を収容するとともに水が流通する流路部３を構成する。ケーシング１１の流路部３において、上流側に入側開口１４が、下流側に出側開口１５が形成される。ケーシング１１の内部の流路部３の出側開口１５寄りの箇所には複数の羽根部２１を有する略円筒形状の回転翼２０が配置されている。また、ケーシング１１の下流に面する左側Ｌの角部にあたる部分、すなわち出側開口１５に隣接する部分の左側Ｌには、流体の流入方向Ｄに対してケーシング１１の内側に向かって傾斜する流体案内部１１ａが形成されている。流体案内部１１ａは、ケーシング１１内部の回転翼２０との間に距離を保ちつつ、回転翼２０の外周に沿うように形成される（図３参照）。また、ケーシング１１の下流に面する右側Ｒにあたる部分、すなわち出側開口１５に隣接する部分の右側Ｒには、流体の流入方向Ｄに対してケーシング１１の外側に向かって傾斜する開口拡張部１１ｂが形成されている。ここで、流体案内部１１ａの下流側において出側開口１５に隣接する端部を第１の端部である第一端部１１ｅとする。また同様に、開口拡張部１１ｂの下流側において出側開口１５に隣接する端部を第２の端部である第二端部１１ｆとし、開口拡張部１１ｂは上流側から下流側へ第二端部１１ｆに向かって延びている。第一端部１１ｅは第二端部１１ｆよりも下流側に位置する。そして、ケーシング１１の底面１１ｄにおいて出側開口１５に隣接する辺である湾曲部１１ｃは、一端が第一端部１１ｅに位置するとともに他端が第二端部１１ｆに位置し、ケーシング１１の内側に向かって緩やかに湾曲するように延びている。ここで、ケーシング１１の底面１１ｄには湾曲部１１ｃが形成されていることにより、回転翼２０の下流側の領域Ｚは底面１１ｄによって覆われていない。すなわち、ケーシング１１の底面１１ｄは、領域Ｚが下方に開放されるように形成されている。
【００１３】
次に、水力発電機１００の内部構造について、図２及び３を参照して説明する。
ケーシング１１の内部には、水を入側開口１４から回転翼２０まで案内する導水板３１，３２が設けられている。また、ケーシング１１の流路部３において、導水板３１，３２の上部に位置する領域には天井面１１ｇが形成されている。ここで、導水板３１，３２、底面１１ｄ及び天井面１１ｇに囲まれた空間は、水の流路Ｆの一部を構成する。導水板３１，３２の間隔は入側開口１４から回転翼２０に至る過程で徐々に狭くなるように形成されている。また、天井面１１ｇも入側開口１４から回転翼２０に至る過程で徐々に高さが低くなるように、緩やかな曲面として形成される。すなわち、ケーシング１１内部の水の流路Ｆの縦断面面積は、入側開口１４から回転翼２０に向かうにつれて、徐々に小さくなる。また、導水板３１，３２は、水が回転翼２０の左側Ｌ寄りに流れ込むように左手に向かって、それぞれ緩やかに湾曲している。特に左側Ｌの導水板３１は、回転翼２０の左側部に回り込むように延びている。なお、ケーシング１１の内部において水が回転翼２０に流れ込んで流通する側を流体流通側とし、この実施の形態においてはケーシング１１内部の左側Ｌが該当する。また、この実施の形態におけるケーシング１１の内部の右側Ｒは、流体流通側の反対側に該当する。また、流路Ｆは、導水板３１，３２、底面１１ｄ及び天井面１１ｇに囲まれた空間を含め、入側開口１４から出側開口１５まで貫通して水が流通する領域をいう。
【００１４】
回転翼２０は複数の羽根部２１を有しており、羽根部２１の各々は断面が円弧形状の細長い金属板である。羽根部２１は、円弧形状の凹部によって水の流れを受ける向きに配置され、全体で円筒形状をなすように配列されている。また、羽根部２１の上端及び下端は一対の羽根取付板２３に固定されている。さらにまた、回転翼２０の上部にはエネルギ回収機構４０が接続されている。エネルギ回収機構４０は、発電機構５０と機械的に接続する。エネルギ回収機構４０及び発電機構５０は回収手段を構成する。
【００１５】
次に、水力発電機１００の動作とケーシング１１内部での水の流れについて、図３及び４を参照して説明する。
まず、図３に示すように、水流は流入方向Ｄより入側開口１４を流通してケーシング１１内部に流入する。そして、水は導水板３１，３２、底面１１ｄ及び天井面１１ｇによって画定されている流路Ｆを流通し（Ｗ１）、回転翼２０の左側Ｌ寄りの部分、すなわち流体流通側に流れ込む（Ｗ２）。この時、前述のように流路Ｆの断面面積は入側開口１４から回転翼２０に向かうにつれて小さくなっているため、回転翼２０に流れ込む水流Ｗ２の流速は、入側開口１４付近の水流Ｗ１の流速より速くなる。そして、導水板３１と回転翼２０とに挟まれた領域Ｘにおいて、回転翼２０に流れ込んだ水流Ｗ３を回転翼２０の各々の羽根部２１が円弧形状の凹部によって受けている。これにより、回転翼２０は矢印Ａ方向、即ち時計回りに回転する。次に、流体案内部１１ａと回転翼２０とに挟まれた領域Ｙにおいて、水流Ｗ４は流体案内部１１ａに沿って流れつつ、羽根部２１に更に力を加え続ける。すなわち、回転翼２０において、水流Ｗ４が力を加える位相角は領域Ｙの分だけ大きくなる。その後、水流Ｗ５は回転翼２０の回転方向に伴い、右側Ｒ寄りの方向へ出側開口１５から吐出され水路Ｃに流れ落ちる。
なお、回転翼２０が回転すると、エネルギ回収機構４０が回転し、発電機構５０に回転翼２０の回転による運動エネルギを伝達して、電気エネルギに変換する。
【００１６】
以上より、この実施の形態に係る水力発電機１００のケーシング１１は、出側開口１５に隣接する部分に流体案内部１１ａを有し、流体案内部１１ａは、流体流通側すなわち左側Ｌに設けられ、流体の流入方向Ｄに対してケーシング１１の内側に向かって傾斜する。この結果、水力発電機１００のエネルギ回収効率が向上する。すなわち、流体案内部１１ａが存在することにより、図５の水流Ｗ６のように水が回転翼２０に力を作用させずに拡散してしまう事態を防ぐことができる。そのため、流体案内部１１ａに沿って流通する水は、領域Ｙにおいて回転翼２０に力を加え続けて流れ、回転翼２０の回転による運動エネルギを増大させる。
【００１７】
またここで、図５に示すような従来の例に係る水力発電機２００の場合、回転翼２０’の回転に伴って右側Ｒ寄りに拡散した水の一部は、矢印Ｗ７に示すように、ケーシング１１’の側壁に当たり跳ね返される。従って、その分、回転翼２０’の回転に対する抵抗も大きくなってしまう。一方、水力発電機１００では、流体案内部１１ａの出側開口１５に隣接する第一端部１１ｅが、流体流通側と反対側すなわち右側Ｒにおけるケーシング１１の出側開口１５に隣接する第二端部１１ｆよりも下流側に位置するように形成されている。従って、この実施の形態に係る水力発電機１００では、水流Ｗ５が流出する方向に障害となるケーシング１１の側壁等が形成されておらず、図５の水流Ｗ７のように水がケーシング１１の側壁に当たり反射してしまうという事態を防ぐことができる。よって、回転翼２０の回転に対する抵抗を低減することができ、水力発電機１００のエネルギ回収効率が向上する。
また、水力発電機１００のケーシング１１は第二端部１１ｆに向かって延びる開口拡張部１１ｂを有し、開口拡張部１１ｂは右側Ｒにおいて、流体の流入方向Ｄに対してケーシング１１の外側に向かって傾斜する。この開口拡張部１１ｂにより出側開口１５が右側Ｒ寄りに拡張されるため、回転翼２０の回転に対する抵抗はさらに小さくなり、水力発電機１００のエネルギ回収効率がより向上する。
【００１８】
さらにまた、図５に示す水力発電機２００の場合、回転翼２０’を通過した後の水流Ｗ５は、回転翼２０’の下流側の底面１１ｄ’を伝わり出側開口１５’からケーシング１１’の外部に流出する。この時、底面１１ｄ’は、水力発電機２００の流路Ｆ’から下方の水路Ｃに流れ落ちる水流に対して抵抗となる。そのため、回転翼２０’の回転に対する抵抗も大きくなってしまう。一方、この実施の形態に係る水力発電機１００のケーシング１１の底面１１ｄには湾曲部１１ｃが形成されていることにより、回転翼２０の下流側の領域Ｚが下方に開放されている。そのため、出側開口１５から水路Ｃに流れ落ちる水流に対して働く抵抗が小さくなる。よってその分、回転翼２０の回転に対する抵抗をも低減することができ、水力発電機１００のエネルギ回収効率が向上する。
【符号の説明】
【００１９】
１１  ケーシング、１１ａ  流体案内部、１１ｂ  傾斜部、１１ｄ  底面、１１ｅ  第一端部（第１の端部）、１１ｆ  第二端部（第２の端部）、１４  入側開口、１５  出側開口、２０  回転翼、４０  エネルギ回収機構（回収手段）、５０  発電機構（回収手段）、１００  水力発電機（流体エネルギ回収装置）、Ｄ  流入方向、Ｆ  流路、Ｌ  左側（流体流通側）、Ｒ  右側（流体流通側の反対側）、Ｚ  回転翼の下流側の領域。
【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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