(57)【要約】      （修正有）【課題】水車に向かって落下する水を効率よく利用して回転させる構造を有した水車を提供する。【解決手段】バケット５の、水車の外円周部分に位置し、該水車に水を供給する水供給機構からの水流に対向する前面部５３の外側には、水供給機構から供給された水のうちバケット５の貯水部５０に入らない水を受けるための水受け部５００を設け、前面部５３の少なくとも外側面が、前面部５３の側端間方向に山部と谷部が交互に連続する波型に形成する。【選択図】図２
0003177966.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
バケットの、水車の外円周部分に位置し、該水車に水を供給する水供給機構からの水流に対向する前面部の外側には、水供給機構から供給された水のうち前記バケットの貯水部に入らない水を受けるための水受け部を設けたことを特徴とする水車。
【請求項２】
前記水受け部は前記バケットから外方に板体を突出させて設けたことを特徴とする請求項１に記載の水車。
【請求項３】
前記バケットは、底面部と、該底面部から立上り、水車の対向する両側面部に位置する一対の側面部と、前記底面部から立上り、水車の外円周部分に位置し、水供給機構からの水流に対向する前面部を備えて構成され、前記水受け部は前記底面部を外方に延設すると共に、前記底面部の外側端から内側に前記前面部を立設して設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の水車。
【請求項４】
前記前面部の少なくとも外側面が、前記前面部の側端間方向に山部と谷部が交互に連続する波型に形成されたことを特徴とする請求項１から３のうち何れか１項に記載の水車。
【請求項５】
前記前面部は板体で形成し、前記前面部の側端間方向に山部と谷部が交互に連続する波型であって、前記前面部の上端は直線状であると共に、前記前面部の下端は前記貯水部方向に凹んだ湾曲状の凹部が並んだ波型の形状とし、前記前面部の上端から前記前面部の下端方向に向けて前記山部の高さが高くなると共に前記谷部の深さは深くなるよう形成されていることを特徴とする請求項４に記載の水車。
【請求項６】
上記請求項１から５のうち何れか１項に記載の水車と、該水車を回転自在に支持する支持体と、該水車に水を供給する水供給機構を備えたことを特徴とする水車装置。
【請求項７】
前記水供給機構は、水車へ向けて放水する射水管を備え、該射水管は前記前面部の谷部に対向させて設けたことを特徴とする請求項６に記載の水車装置。
【請求項８】
前記射水管は上下方向に２段以上を設けたことを特徴とする請求項７に記載の水車装置。
【請求項９】
前記請求項６から８のうち何れか１項に記載の水車装置と、前記水車の回転運動を電力に変換する発電機構を備えたことを特徴とする水力発電用の水車装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は水車及び水車装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、水力発電のために様々な形状、方式の水車が用いられている。そして、近年では、自然エネルギーへの回帰や災害時の備えとして、水車の有用性が再認識されるようになり、発電用の小型の水車装置の開発が進められている（例えば、特許文献１〜３参照。）。
【０００３】
このような水車には、水路の水流に水車の下部を設置した下射式や、下射式より効率がよい上射式等がある。上射式は、水車の上又は横から水を流して一面が開口した箱状のバケットに水を溜め、水の重みで水車を回転させる水車である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−８４５８６号公報
【特許文献２】実用新案登録第３１４８５６９号公報
【特許文献３】実用新案登録第３１７２７８１号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】
このような上射式の水車においては、下射式に比べて効率がよいものの、水流の位置によっては、水車の上方又は横から流れてきた水はバケット内部に落下し、バケットに溜められるものと、水流に対向するバケットの前面に当り、バケット外に落下するものとがあった。
【０００６】
このバケットの前面に当り、バケット外に落下する水は、水車の回転に寄与せず、水流を効率よく利用出来ていないという問題点があった。
【０００７】
そこで、本考案は、水車に向かって落下する水を効率よく利用し、水車を効率よく回転させることを目的とする。又、水車を効率よく回転させることにより、効率よく水力発電を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上のような課題を解決するための本考案は、バケットの、水車の外円周部分に位置し、該水車に水を供給する水供給機構からの水流に対向する前面部の外側には、水供給機構から供給された水のうち前記バケットの貯水部に入らない水を受けるための水受け部を設けたことを特徴とする水車である。
【０００９】
又、上記水車において、前記水受け部は前記バケットから外方に板体を突出させて設けたことを特徴とする水車である。
【００１０】
又、上記水車において、前記バケットは、底面部と、該底面部から立上り、水車の対向する両側面部に位置する一対の側面部と、前記底面部から立上り、水車の外円周部分に位置し、水供給機構からの水流に対向する前面部を備えて構成され、前記水受け部は前記底面部を外方に延設すると共に、前記底面部の外側端から内側に前記前面部を立設して設けたことを特徴とする水車である。
【００１１】
又、上記水車において、前記前面部の少なくとも外側面が、前記前面部の側端間方向に山部と谷部が交互に連続する波型に形成されたことを特徴とする水車である。
【００１２】
又、上記水車において、前記前面部は板体で形成し、前記前面部の側端間方向に山部と谷部が交互に連続する波型であって、前記前面部の上端は直線状であると共に、前記前面部の下端は前記貯水部方向に凹んだ湾曲状の凹部が並んだ波型の形状とし、前記前面部の上端から前記前面部の下端方向に向けて前記山部の高さが高くなると共に前記谷部の深さは深くなるよう形成されていることを特徴とする水車である。
【００１３】
又、上記何れかの水車と、該水車を回転自在に支持する支持体と、該水車に水を供給する水供給機構を備えたことを特徴とする水車装置である。
【００１４】
又、上記水車装置において、前記水供給機構は、水車へ向けて放水する射水管を備え、該射水管は前記前面部の谷部に対向させて設けたことを特徴とする水車装置である。
【００１５】
又、上記水車装置において、前記射水管は上下方向に２段以上を設けたことを特徴とする水車装置である。
【００１６】
又、上記何れかの水車装置と、前記水車の回転運動を電力に変換する発電機構を備えたことを特徴とする水力発電用の水車装置である。
【考案の効果】
【００１７】
以上のような本考案によれば、水車に向かって落下する水を効率よく利用し、水車を効率よく回転させることが出来た。又、水車を効率よく回転させることにより、効率よく水力発電を行うことが出来た。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明水車装置一実施例側面図
【図２】本発明水車装置一実施例部分拡大側面図
【図３】本発明水車一実施例バケット部分斜視図
【図４】本発明水車一実施例バケット部分平面図
【図５】本発明水車他実施例バケット部分平面図
【図６】水車の動作を示す連続状態図
【考案を実施するための形態】
【００１９】
以下、本考案の実施の形態を図を参照して説明する。本考案の水車装置１は、図１に示すように、支持体２と支持体２に回転自在に支持された水車３と水車３に水を供給する水供給機構４とを備えて構成されている。図示はしないが、水車３の回転運動を電力に変換する公知の発電機構を備えることにより、水車装置１は水力発電用に用いることが出来る。
【００２０】
支持体２は、水車３及び水供給機構４を支持するためのものであり、特に限定されないが、鉄等の金属製のアングルで構成した枠体で構成することが出来る。支持体２の上部アングル２１には水車３の軸３１を枢支する軸受２２が設置されている。
【００２１】
水車３は、図１〜図３に示すように、鉄製の部材を用いて形成し、軸３１が、軸３１と同軸の中心パイプ３０に、中心パイプ３０の長手方向端部から軸３１の両端部を突出させて固定され、又、中心パイプ３０の両端部の周上にバケット５を支持する支柱３３が溶接して固定され、中心パイプ３０から延びる対向する２本の支柱３３にバケット５が溶接して固定されて、円周上に複数のバケット５が設置されて構成されている。尚、中心パイプ３０の両端部には中心パイプ３０の長手方向と直交する外方向にフランジ３４を延設して、支柱３３を中心パイプ３０及びフランジ３４に溶接して固定して、固定強度を高めることが好ましい。又、支柱３３間や支柱３３とバケット５間には補強梁９を架設して水車３の強度を高めることが好ましい。又、水車３は、鉄以外の材質で形成してもよい。
【００２２】
バケット５は、図２に示すように、水供給機構４から供給された水を受けて水車３を回転させるための部材であり、底面部５１と、底面部５１から立上り、水車３の対向する両側面部に位置する一対の側面部５２と、底面部５１から立上り、水車３の外円周部分に位置し、水供給機構４からの水流に対向する前面部５３を備えて構成され、水を貯留可能な貯水部５０を備えている。バケット５は、一実施例として図３に示すように、夫々板状の部材を用いて形成した、方形の底面部５１と、底面部５１の対向する側辺上に立設された三角形状の一対の側面部５２及び正面視四角形の前面部５３で、一面が四角形状に開口して形成され、水を溜める貯水部５０が略三角柱を横にした形状で形成されている。
【００２３】
尚、バケット５の貯水部５０の形状は、水を貯留できれば特に限定されず、略三角柱を横にした形状に限定されず、前面部５３に対向する後面部を設けて略四角柱を横にした形状や、半球状等に形成してもよい。尚、貯水部５０の形状を半球状とした場合でも、底面部から立上り、バケット５の水車３の外円周部分に位置し、水供給機構４からの水流に対向する部分を前面部という。又、バケット５の設置数は特に限定されず、水車の直径、幅、水量等に応じて設置すればよいが、例えば直径１４００ｍｍの水車３の場合、１４個程度のバケットを設置すればよい。
【００２４】
バケット５の前面部５３の外側、言い換えれば軸３１と反対側には水受け部５００が設けられている。水受け部５００は水供給機構４から供給された水のうち、貯水部５０に入らない水を受けるための構成である。水受け部５００は、バケット５とは別体として、例えばバケット５を支持する２本の支柱３３間に所定幅の板体を架橋して設けてもよいが、バケット５と一体に設けてもよい。
【００２５】
水受け部５００をバケット５と一体に設ける場合、バケット５の前面部５３から外方、即ち軸３１方向とは反対方向に板体を突出させて設けることが出来る。図３に示す実施例においては前面部５３の下端から外方に水受け部５００が延設されている。
【００２６】
このような構成とすることで、水受け部５００は水供給機構４から供給された水のうち、貯水部５０に入らない水が直接水受け部５００に当り、又は前面部５３の外側に当り、前面部５３を伝わり水受け部５００に当り、バケット５を下方に押圧して水車３を回転させる。従って、水供給機構４から供給された水のうち、貯水部５０に入らない水を水車３を回転させるために使用でき、水流を効率よく利用出来、水車３を効率よく回転させることが出来る。
【００２７】
水受け部５００は、底面部５１を外方、即ち軸３１方向とは反対方向に延設すると共に、底面部５１の外側端５１１から内側、即ち軸３１方向に所定の距離をおいた位置に前面部５３を立設して形成することが出来る。底面部５１は貯水部５０を構成する部分と、水受け部５００を構成する部分を備えることとなる。この場合、側面部５２は底面部５１の外側端５１１から立ち上がらせることが好ましい。
【００２８】
尚、水受け部５００は、底面部５１の貯水部５０を構成する部分と一平面上に構成してもよいが、底面部５１の貯水部５０を構成する部分との角度が１８０°以外の角度としてもよい。又、底面部５１は、貯水部５０を構成する部分と水受け部５００を構成する部分とで別体で構成して溶接等により固定して形成してもよい。又、水受け部５００を底面部５１から延設させるのではなく、水受け部５００を底面部５１とは別部材で形成した場合、前面部５３の下端より上方の位置から外方へ延設してもよい。
【００２９】
又、前面部５３の形状は、図５（ｄ）に示すように、平面形状としてもよいが、図３及び図４に示すように、少なくとも外側面を、側端５３９間方向に山部８１と谷部８２が交互に連続する波型に形成してもよい。前面部５３の内側面は平面としてもよいが、前面部５３を薄板体で形成して外側面及び内側面の両面が波型としてもよい。尚、山部８１の高さ及び谷部８２の深さは上端５３１から下端５３２にかけて同一とすることが出来る。又、山部８１及び谷部８２は湾曲状に形成されたものでも、頂点に角が形成される三角形状に形成されたものでもよい。更に、山部８１と谷部８２の側端５３９間方向の幅は同一でもよいが、谷部８２の幅を広くしてもよい。
【００３０】
更に、前面部５３は、図３及び図４に示すように、板体で形成し、前面部５３の側端５３９間方向に山部８１と谷部８２が交互に連続する波型であって、前面部５３の上端５３１は直線状であると共に、前面部５３の下端５３２は貯水部５０方向に凹んだ湾曲状の４個の凹部８０が並んだ波型の形状とし、上端５３１から下端５３２方向に向けて山部８１の高さが高くなると共に谷部８２の深さは深くなるよう形成されている形状とすることが出来る。このような構成とすると、水受け部５００は４個の湾曲状の凹部８０が並列した形状となる。
【００３１】
尚、前面部５３の形状を、４個の谷部８２が並んだ形状としているのは、図４に示すように、後述する水供給機構４の射水管４３の設置数に対応させるためである。前面部５３をこのような形状とすることで、前面部５３の外側に当った水を効率よく水受け部５００に当てることが出来、水流を効率よく利用出来、水車３を効率よく回転させることが出来る。
【００３２】
又、前面部５３の形状は、図３及び図４に示す上記形状に限定されず、射水管４３の設置数に対応させて凹部８０、谷部８２の設置数を変えて、図５（ａ）に示すように、上端５３１は直線で、下端５３２を３個の湾曲状の凹部８０が並んだ形状としたり、図５（ｂ）に示すように、上端５３１は直線で、下端５３２を２個の湾曲状の凹部８０が並んだ形状としたり、図５（ｃ）に示すように、上端５３１は直線で、下端５３２を１個の湾曲状の凹部８０が形成された形状としてもよい。尚、前面部５３の形状を、図５（ｄ）に示すように、平面形状とした場合、射水管４３の設置数は特に限定されない。又、下端５３２の湾曲状の凹部８０の数は、射水管４３の設置数に対応させなくてもよい。
【００３３】
水供給機構４は、水車３を回転させるための水を貯留すると共に、水車３に向けて水を放出するための機構であり、図１に示すように、支持体２の上部アングル２１上に設置された貯水槽４１と、図示しない河川、湖沼、貯水池等の水源から水を貯水槽４１に供給する送水管４２、貯水槽４１から水を水車３へ向けて放水する射水管４３を備えて構成されている。射水管４３の先端にはノズルを備えて、放水する水の水圧を高めることが好ましい。尚、水供給機構４は、水車３に水を供給できればよく、必ずしも水を貯留する構成を備えなくてもよく、水源が近くにある場合や水源が射水管４３より高所にある場合には、水供給機構４は、貯水槽４１を備えず、送水管４２を直接射水管４３に接続して構成することも可能である。
【００３４】
水源から貯水槽４１への水の送りは、水源が貯水槽４１より低所にある場合には送水管４２を用いてサイフォンの原理により行うことが出来る。又、射水管４３は貯水槽４１の下部に設置することにより、貯水槽４１内部に貯留された水の水圧により放水することが出来る。尚、射水管４３からの水の放出は射水菅４３に設けたコック４７で調節することが出来る。
【００３５】
射水管４３の設置は、水平方向には、バケット５の前面部５３の形状の応じて、前面部５３が貯水部５０方向に凹んだ谷部８２の数と同数を並列させ、夫々の射水管４３を夫々の谷部８２に対向させて設けることが好ましい。このような構成とすることで、効率よく水車にトルクを与えることができる。更に、射水管４３は上下方向に２段以上を設けることが好ましい。
【００３６】
又、射水管４３を上下方向に２段設ける場合、軸３１から水平方向の直近の上下に位置するバケット５の夫々に水を供給できる位置に設置することが好ましい。このような構成とすることで、効率よく水車にトルクを与えることができる。
【００３７】
尚、射水管４３は、図１及び図４に示す実施例では、水受け部５００が４個の略半円形状が並列した形状であるので、水平方向には４個、上下方向には２段で設置しているが、この構成に限定されず、水平方向には、１〜３個又は５個以上、上下方向には１段或いは３段以上を設けてもよい。又、射水管４３を複数本を設ける場合、貯水槽４１にコック４７を備えた元栓を１個以上設けると共に、元栓から複数の射水管４３を枝分かれさせて設置してもよい。
【００３８】
尚、水車３及び貯水槽４１を含む水供給機構４は、１体に形成された支持体２に支持されているが、必要に応じて、水車３と水供給機構４は別個の支持体に支持させてもよい。又、水車装置１には、１個の水車３が設置されているが、貯水槽４１への水の供給量や貯水槽４１の容積に応じて、２個以上の水車３を設置してもよい。この場合、水車３は上下方向に配置してもよいし、水平方向に設置してもよく、又、上下方向と水平方向を組み合わせて配置してもよい。
【００３９】
次に水車装置１の動作について説明する。先ず、図示しない河川、湖沼、貯水池等の水源から送水管４２を用いて水を貯水槽４１に供給し、貯留する。そして、コック４７を開いて射水管４３から水を放水する。図６に示すように、射水管４３から放水された水は、矢印Ｙ１に示すようにバケット５の水受け部５００に当り、水車３を矢印Ｘ１方向へ回転させる（図６（ａ））。そして、回転した水車３の前面部５３に、射水管４３から放水された水が、矢印Ｙ２に示すように当り、矢印Ｙ３に示すように前面部５３を下方に流れて水受け部５００に当り、水車３を矢印Ｘ２方向へ回転させる（図６（ｂ））。更に、回転した水車３のバケット５の貯水部５０には、射水管４３から放水された水が、矢印Ｙ４に示すように入り、貯水部５０に水が溜まり、その重さで水車３を矢印Ｘ３方向へ回転させる（図６（ｃ））。更に下方へ回転したバケット５の貯水部５０から水がこぼれ落ち、貯水部５０は空になり、水車３の回転に伴い上方へ移動する。
【００４０】
このようにして、図２にも示すように、矢印Ｙで示す水は、常に、直接或いは前面部５３の外側を介してバケット５の水受け部５００に当るか貯水部５０内に貯留されて、常に水車３にトルクを与えている。特に、射水管４３を上下方向には２段或いは３段以上設けることで、複数のバケット５に設けられた水受け部５００に水を当てることが出来、より効率よく水車３を回転させることが出来る。
【００４１】
尚、水車３の軸３１にＶベルト等を介して発電機を接続することにより、水車３の回転により発電機が作動して発電がされる。そして、上記のような水車３を用いた水車装置１により効率よく発電をすることが出来る。
【符号の説明】
【００４２】
１      水車装置
２      支持体
２１    上部アングル
２２    軸受
３      水車
３０    中心パイプ
３１    軸
３３    支柱
４      水供給機構
４１    貯水槽
４２    送水管
４３    射水管
４７    コック
５      バケット
５０    貯水部
５００  水受け部
５１    底面部
５１１  底面部の外側端
５２    側面部
５３    前面部
５３９  前面部の側端
８０    凹部
８１    山部
８２    谷部
９      補強梁
【図１】
0003177966.tif 000003
【図２】
0003177966.tif 000004
【図３】
0003177966.tif 000005
【図４】
0003177966.tif 000006
【図５】
0003177966.tif 000007
【図６】
0003177966.tif 000008