(57)【要約】【課題】羽根による回転体を用いた水力発電装置を河川や水路に設置する場合は、落ち葉やビニール等の流下物の付着障害が発生し易い。一方、回転翼を用いた風力発電装置は強風に耐えられる支柱により回転翼を支えねばならず、設置コストが増嵩する。そのため、羽根が不要であり壁掛け形式の回転体を考案する。【解決手段】回転体として、流体の流入口として中央部が開口した上流円板と閉じた下流円板の間に斜めに仕切り板を複数配置した構成とし、上流円板、下流円板、および二枚の仕切り板に囲まれた複数の流出口部から流体が流出する時に各流出口部に作用する推力により回転体を回転させる。流出口数を少なくし流出口断面を広く確保することにより流下物の付着障害が抑制される。また、流出口の方向は、流入方向に対して側方を向いていることから壁掛け形式の設置が可能である。【選択図】図１
0003169592.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
筒の中心軸と直交する断面における当該筒の外周部に中心軸に対して直角ねじれ方向に向いた流出口がその向きが同一回り方向となるように等間隔に二つ以上配置されており、当該筒の中央部から取り込まれた流体が当該流出口から流出する時に流出口部に反力として作用する推力を利用して中心軸回転する筒状の回転体であって、流体の流出において、一枚は上流側にあって流体を流入させるために中央部が開口したドーナツ状の上流円板と、一枚は下流側にあって閉じた下流円板よりなる相対する二枚の円板の間を内側から外側へ斜め放射状から外円周接線方向に流出させるものとし、当該上流円板の内円周および外円周に対する複数の等角度間隔の放射線の交点により内円周および外円周が当該流出口の数で等分されるように複数の等分点を与え、内円周と外円周の任意の直近の等分点どうしを結んだ線を一つの流出口の位置とし、外円周の当該等分点と一つ隣の内円周の等分点を放物線等の曲線で結んだ線が上流円板と下流円板とに亘る仕切り板の断面線となるように二枚の円板の間に仕切り板を配置し、同様にして順次各仕切り板を配置し、上流円板と下流円板および前後する二枚の仕切り板により管断面として流出口部を形成させた点対称構造の回転体。ただし、流出口の数が５以上で内円周径に対する外円周径が相対的に大きくなる場合は、内円周近傍の放物線等が流出口から流出する流体を遮るように孕み出ることから、流出口の向きを斜め外側へ修正する。また、複数の流出口の合計面積は、内円周と外円周の半径の差と上流円板と下流円板の間の距離を調整することにより、流体を取り込むため開口した上流円板中央部の面積と同程度とする。
【請求項２】
前記上流円板と前記下流円板の何れかあるいは双方において流出口および仕切り板より外側の円板部を切り欠くこと、当該下流円板の中央に円錐状の突起を配置すること,当該下流円板の中央部を開口させ壁により流体を遮ること、および当該上流円板の開口部を除く前面に傾斜翼を取り付けることの何れかあるいは全てを施した請求項１に記載の回転体。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、流体の流出時に流出口部に反力として作用する推力により軸回転する回転体に関するものである。水力発電装置あるいは風力発電装置における回転体として利用する。
【背景技術】
【０００２】
水力発電や風力発電では、流体のエネルギーを物体の回転エネルギーに変換し、その回転エネルギーを発電機に伝えて発電を行っている。流体のエネルギーを物体の回転エネルギーに変換する方法は、水力発電に用いられる水車やタービンあるいは風力発電に用いられる回転翼を備えた回転体で流体のエネルギーを受け取り回転体を回転させる方法が一般的である。これらはいずれも羽根を有し、流体が羽根に及ぼす作用力により回転するものである。
【０００３】
羽根を利用する水力発電装置を河川や水路に設置する場合、落ち葉やビニール等の流下物の回転羽根への付着障害が発生し易い。そのため、流下物が付着しにくい回転体が求められるが、現時点ではそのような有効な回転体はない。
【０００４】
風力発電装置では、回転翼を取り付けるための強風に耐えられる支柱の設置が必要であり、設置コストの増嵩となっているため、支柱の不要な風力発電装置が求められるが、現時点ではそのような有効な風力発電装置はない。
【０００５】
流体のエネルギーを物体の回転エネルギーに変換する方法として、流体が流出する時に流出口部に反力として作用する推力を利用することが考えられる。この場合、回転羽根を用いることなく回転体を形成できることから羽根への流下物の付着障害を抑制できる。しかし、推力により流体のエネルギーを物体の回転エネルギーに変換して行う発電方法は現時点では実現化されていない。
【０００６】
風力発電装置が支柱を必要とするのは、回転翼を突き抜ける風を利用するために回転翼の上下流部に風が通る広い空間を確保する必要があるためである。回転体部で風の向きを直角に変えられれば回転体の下流部は壁面でも良くなり、支柱の変わりに壁面を利用した風力発電装置の設置が可能となるが、現時点ではそのような有効な回転体はない。
【０００７】
推力による回転を利用した装置として、スプリンクラーがある。こらは広範囲に水を散布することを目的としており、遠くまで水を飛ばすための所定の水圧を確保するために噴出口は細められ、噴出用のノズルが用いられている。また、スプリンクラーは発電を目的としたものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許願  ２０１１１０２５７６
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００９】
推力により流体のエネルギーを物体の回転エネルギーに変換するための効率的な回転体の構造を考案することが課題である。その際に、水力発電装置に関しては河川流下物の付着障害対応のための配慮が必要である。
【００１０】
推力により流体のエネルギーを物体の回転エネルギーに変換するに当たり、流体の流れる方向が回転体により直角に変更されるように図ることが必要である。
【００１１】
回転体としての構造において、強度を確保した上で簡潔にし、コストに配慮するとともに効率的な製造を可能とすることが課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
推力を多く得るためには、流出口から排出される流体量を多くすることと流速を高めることであるが、回転体に取り込んだ河川や水路のような落差が無く流れる水の流速あるいは風の速度を流出口で高めることは困難である。よって、推力を多く得るために、障害物を少なくし流出口を広く確保し、取り込んだ流体を速やかに流出口から排出して流体量を多くする方法による。また、推力が回転体に及ぼすトルクは、推力の方向線と回転軸との最短距離長に比例する。よって、回転体としてエネルギーを多く生産するために、推力の方向にも配慮し前記最短距離長をなるべく長くする方法による。
【００１３】
上記方法を考慮して課題を解決する具体的な回転体の構造は、筒の中心軸と直交する断面における当該筒の外周部に中心軸に対して直角ねじれ方向に向いた流出口がその向きが同一回り方向となるように等間隔に二つ以上配置されており、当該筒の中央部から取り込まれた流体が当該流出口から流出する時に流出口部に反力として作用する推力を利用して中心軸回転する筒状の回転体であって、流体の流出において、一枚は上流側にあって流体を流入させるために中央部が開口したドーナツ状の上流円板と、一枚は下流側にあって閉じた下流円板よりなる相対する二枚の円板の間を内側から外側へ斜め放射状から外円周接線方向に流出させるものとし、当該上流円板の内円周および外円周に対する複数の等角度間隔の放射線の交点により内円周および外円周が当該流出口の数で等分されるように複数の等分点を与え、内円周と外円周の任意の直近の等分点どうしを結んだ線を一つの流出口の位置とし、外円周の当該等分点と一つ隣の内円周の等分点を放物線等の曲線で結んだ線が上流円板と下流円板とに亘る仕切り板の断面線となるように二枚の円板の間に仕切り板を配置し、同様にして順次各仕切り板を配置し、上流円板と下流円板および前後する二枚の仕切り板により管断面として流出口部を形成させた点対称構造の回転体。ただし、流出口の数が５以上で内円周径に対する外円周径が相対的に大きくなる場合は、内円周近傍の放物線等が流出口から流出する流体を遮るように孕み出ることから、流出口の向きを斜め外側へ修正する。また、複数の流出口の合計面積は、内円周と外円周の半径の差と上流円板と下流円板の間の距離を調整することにより、流体を取り込むため開口した上流円板中央部の面積と同程度とする。
【考案の効果】
【００１４】
本考案による回転体構造は、複数の流出口の合計面積が流体の取り込み部の面積と同程度に確保されていることから推力に寄与する流体量を最大限利用していることと、流出口の方向に関して回転軸と直角ねじれ方向にあり回転軸との最短距離が長く確保されていることから、流体のエネルギーを効率良く回転エネルギーに変換することができる。
【００１５】
本考案による回転体構造において、流出口の数を少なくすれば一つの流出口の面積は広く確保できることから、水力発電装置としての利用において落ち葉やビニール等の付着障害を抑制できる利点がある。
【００１６】
本考案による回転体構造を風力発電装置に利用する場合において、回転体に流入する風は回転体側方へ排出されることから、回転翼を突き抜ける風を利用する通常の風力発電装置の様に支柱により取り付けることなく、壁への設置も可能となる利点がある。
【００１７】
本考案による回転体は、構造が単純であり、わずかなパーツ組み立てによる製造が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本考案における代表的実施形態１の全体的概要を示す立体図である。
【図２】本考案における代表的実施形態１の概要を示す正方断面図（Ａ−Ａ断面）である。
【図３】本考案における代表的実施形態１の概要を示す側方断面図（Ｂ−Ｂ断面）である。
【図４】本考案における代表的実施形態２の全体的概要を示す立体図である。
【図５】本考案における代表的実施形態２の概要を示す正方断面図（Ｃ−Ｃ断面）である。
【図６】本考案における代表的実施形態２の概要を示す側方断面図（Ｄ−Ｄ断面）である。
【図７】本考案の回転体構造の構成手順を説明する図である。
【図８】本考案において流出口数を２とした場合の回転体の概要を示す立体図である。
【図９】図8において、傾斜翼を取り付けた概要を示す立体図である。
【考案を実施するための形態】
【００１９】
本考案は、推力を利用した回転体に関するものであり、水力発電装置における水車やタービンあるいは風力発電装置の回転翼に替えて流体のエネルギーを物体の回転エネルギーに変換するために利用できる。
【００２０】
（代表的実施形態１）
図１〜図３は、本考案の利用として発電機の回転軸に取り付ける代表的実施形態１としての回転体１ａを示す立体図、正方断面図、および側方断面図である。上流円板２は、流体の流入口部３として開口した中央部４を設けている。下流円板５は閉じた板でありその中心で回転軸６と固定される。上流円板２と下流円板５の間は、開口した中央部４より外周側に設けられた複数の仕切り板７により仕切られて複数の流出口部８を形成している。
【００２１】
流入口部３より回転体１ａに流入した流体９は、仕切り板７により仕切られた複数の流出口部８から流出１０し、その時に流出口部８に反力として生じる推力１１により回転体１ａを軸回転させる。なお、回転体１ａを通常の風力発電装置の回転翼の替わりとして支柱に設置することは可能であるが、本考案の回転体１の特徴は壁面１２に設置することが可能であることである。
【００２２】
（代表的実施形態２）
図４〜６には、本考案の他の代表的実施形態２を説明する立体図、正方断面図、および側方断面図である。図に示すように、回転体１ｂの下流側に壁１２がある場合は、下流円板５の中央部１３を上流円板２の中央部３と同様に開口させて、壁１２に固定したコロ回転可能な複数の水平回転梁１４により回転体１ｂを設置することが可能である。なお、回転を安定させるために、適宜ローラー支床１５を配置する。また、回転体１ｂをカバー１６（図中では破線で表示）で覆うことにより、景観上の安心感を与えることができる。なお、流入流体９の放射方向への整流を目的として、下流円板５の中央部１３に円錐突起２８を配置している。
【００２３】
（回転体構造の構成手順）
回転体１の構造は、以下の構成手順による。先ず、図７に示すように、開口した中央部４を設けた上流円板２の内円周１７と外円周１８とを同じ複数の放射線１９により流出口部８の数で等分して内円周１７の等分点２０および外円周１８の等分点２１を与える。図４の場合は流出口部８の数は４としてある。任意の放射線２２の内円周１７との交点２３（等分点の一つ）と外円周１８との交点２４（等分点の一つ）を結び流出口３の断面線２５とする。一つとなりの内円周の交点２６と交点２４の間を交点２４において外円周と接する放物線により結び、上流円板２と下流円板５との間に亘る仕切り板７の断面線２７とする。以上の手順で、上流円板２、下流円板５、および複数の仕切り板７により回転体１は構成される。
【００２４】
図８は、流出口数を２とした場合の回転体形状の概要を示す立体図であり、流出口部８の断面積を広く確保できている。なお、本図では、上流円板２および下流円板５において流出口部８および仕切り板７より外側の部分を削除した構造としている。
【００２５】
図９は、図８で示した回転体１において、上流円板２の開口部を除く前面に支持部材２９により傾斜翼３０を取り付けたものである。推力として利用できない開口部より外側の流体エネルギーを傾斜翼３０に作用させて回転エネルギーを追加する効果がある。
【実施例】
【００２６】
（実施例１）
風力発電において、支柱を使用せずに、本考案による回転体を用いて構造物の壁等を利用して装置を設置する。
【００２７】
（実施例２）
落ち葉やビニール等が流下する河川や水路における水力発電装置に本考案の回転体を用いて、流下物の付着障害を抑制する。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本考案による回転体は、支柱を用いることなく壁面を利用して設置することが可能である。このことは、設置費用を安価にできるだけではなく、人工構造物や自然地形を利用した壁面に設置することにより独立したタワーとして目立つことが控えられ、周囲の景観に配慮することができる。また、流入口の開口さえ確保されれば回転部を覆うことにより危険防止を図ることができる。その結果、設置箇所の選択が広がり、風力エネルギーの利用が促進される。
【００２９】
本考案による回転体は、流下物の付着障害を抑制できることから、付着障害のために水力発電装置の導入が控えられていた箇所においても水力発電が可能となる。その結果、河川や水路における水力エネルギーの利用が促進される。
【符号の説明】
【００３０】
１  回転体
1a  回転体（代表的実施形態１）
１b  回転体（代表的実施形態２）
２  上流円板
３  流入口部
４  中央部（上流円板）
５  下流円板
６  回転軸
７  仕切り板
８  流出口部
９  流入流体
１０  流出流体
１１  推力
１２  壁
１３  中央部（下流円板）
１４  水平回転梁
１５  ローラー支床
１６  カバー
１７  内円周
１８  外円周
１９  放射線
２０  内円周と放射線の交点
２１  外円周と放射線の交点
２２  任意の放射線
２３  任意の放射線と内円周の交点
２４  任意の放射線と外円周の交点
２５  流出口の断面線（位置）
２６  ２３の１つとなりの内円周と放射線の交点
２７  仕切り板の断面線（位置）
２８  円錐突起
２９  支持部材
３０  傾斜翼
【図１】
0003169592.tif 000003
【図２】
0003169592.tif 000004
【図３】
0003169592.tif 000005
【図４】
0003169592.tif 000006
【図５】
0003169592.tif 000007
【図６】
0003169592.tif 000008
【図７】
0003169592.tif 000009
【図８】
0003169592.tif 000010
【図９】
0003169592.tif 000011