(57)【要約】【課題】  豊富な流水量が確保できても、低落差領域の流水からは、該流水が包含しているエネルギーを効率良く回転運動における運動エネルギーに変換し、トルクを得て発電機の回転駆動力源として利用する水車は積極的には普及してはいない。流水のもつ運動エネルギーの利用に適した型式の水車は各種あるが、低落差領域の豊富な流水を主として利用するに適した水車は少なく、既存型式の水車利用においては効率も悪いという問題がある。【解決手段】  ランナとして、回転体の外周長さ、及び該回転体の半径内寸法を流水の受圧面体の形成に応用する事で、コンパクトな円筒体形状に大きな流水受圧面積を含むランナを構成する事ができ、筒の内面形状が楕円に類似した形状のケーシングと共に、低落差領域の豊富な流水に対応できる支点可動型揺動ベーン水車を構成する。【選択図】図６
2007170412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端に支軸を備えた主軸の周囲に、該主軸の軸心から同一半径で且つ、該軸心を中心とする円周を４等分した４箇所に軸の中心を定め、該軸を主軸の軸心方向と平行に配置するが、該軸は、主軸の外面に接する側に切欠き孔を設けた１枚の板を含む、２枚の板を利用し、該２枚の板を、主軸の軸心方向と平行に、板面間隔を一定にして主軸外面上に配置し固定する事で形成される、主軸の外面から半径方向に開口した溝に納められ、該溝に支持されながら半径方向で出没できる板の一端に、該板と一体に成形された板付き軸であり、以上の両端に支軸を備えた主軸、該主軸の外面上に固定し、各２枚の板で形成された４箇所の溝、そして該溝から出没できる４個の板付き軸とから成る回転体本体と、該板付き軸の軸を中心として、回転体本体の外周の外側において揺動するベーン体として、薄肉円筒体を利用し、該薄肉円筒体を中心方向から４等分割して得られる曲面板の片側曲面端に、前記回転体本体側の板付き軸の軸を把持する開口部を設けた円筒形の軸受けを備えた４個の軸受け付き曲面板とから構成し、４箇所に配置された軸受け付き曲面板は、板付き軸の軸を軸受けで把持しながら、該板付き軸の溝部への没入と共に、回転体本体の外周に閉じる事で、４箇所に配置された軸受け付き曲面板で形成する外形形状が、円筒体外形面と同様の円曲面を形成する事を特徴とする支点可動型揺動ベーン付き回転体。
【請求項２】
板付き軸と溝底部との間に押しバネとしてのスプリングを、さらに、軸受け付き曲面板の軸受け端と溝を形成する一方の板との間に、引きバネとしてのスプリングを配置し、支軸の一方を出力軸とした請求項１の支点可動型揺動ベーン付き回転体をランナとして利用し、内面形状が楕円に類似した形状の筒から成るケーシングの内部に、さらに、支点可動型揺動ベーン付き回転体の軸心を、ケーシングの中心から楕円の短軸上において偏心配置し、該偏心配置によるケーシング内面と、円曲面を形成した支点可動型揺動ベーン付き回転体の外形面との対面間隔の広い側に、該支点可動型揺動ベーン付き回転体の軸心を中心とした円の４分の１円弧の長さをわずかに超える円弧で設定された、密閉作動区間の範囲をケーシング内面に形成し、対面間隔の狭い側には、ケーシング内面側から先端をランナの回転方向に向けながら、該先端を軸受け付き曲面板に接触させて板状弾性体を配置し、さらに、排水口側に、密閉作動区間の範囲を通過し終えた受圧面体の軸受け付き曲面板の回転体本体の外周への閉じる動作、及び板付き軸の溝内への没入動作を誘導する案内ローラーを設定配置し、ケーシング側にランナの回転方向に従い、注水口、密閉作動区間の範囲、排水口及び、板状弾性体の順に各要素を設定、及び配置した事を特徴とする支点可動型揺動ベーン水車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は水力発電に利用する水車に関する。さらに詳しくは、水車のランナに対応する回転体として、流水受圧面積の大きい受圧面体を備えた回転体をランナとして利用する。即ち、揺動するベーン体の、支点部が可動型の揺動ベーン付き回転体をランナとして利用し、内面形状が、楕円に類似した形状の筒から成るケーシングと共に水車を構成し、発電機の回転駆動力源とする水車に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来の水車は、衝動水車の代表としてペルトン水車、反動水車としてフランシス水車、プロペラ水車、及び斜流水車等がある。各種の水車と適用落差との関係に示されているように、利用できる単位時間当たりの水量と共に、水源位置と水車の設置位置との有効落差は、水車出力を決定する大切な要素である。低落差領域においては、６〜７メートル以下の領域に適用される縦軸プロペラ水車、及び横軸プロペラ水車、そして３メートル以下の低落差領域に適用されるクロスフロー水車等がある。河川の中流域、あるいは下流域における低落差領域ながら豊富な流水量を利用して、流水のエネルギーを回転運動の運動エネルギーに効率良く変換し、トルクを発生させる手段があれば極めて有効である。【０００３】
【特許文献１】  公開特許公報（Ａ）  昭５６−１５９５０６
【特許文献２】  公開特許公報（Ａ）  昭６０−６０２０１
【特許文献３】  公開特許公報（Ａ）  平１−１７８７０１
【特許文献４】  公開特許公報（Ａ）  特開２００１−２５４６６５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  従来の発電用水車においては、高所に位置する水源の位置エネルギーを運動エネルギーに変換して利用するのが一般的である。有効落差が１メートル以下の低落差領域の流水においては、流水の包含するエネルギーの中で運動エネルギーの割合は小さいので、従来型式の水車の適用は、常時、豊富な流水量が確保できても難しく、適用しても高い水車効率を得る事も難しい。【０００５】  本発明は、かかる事情に鑑み、有効落差が１メートル以下の低落差領域の流水であっても、常時、豊富な流水量が確保できる条件においては、該豊富な流水量が包含しているエネルギーを効率良く回転運動における運動エネルギーに変換しトルクを得るため、水車のランナとして、コンパクトな円筒体形状に、流水受圧面積の大きな受圧面体を包含する回転体と、内面形状が楕円に類似した形状の筒から成るケーシングと共に構成した、水車効率の高い水車を提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  支点可動型揺動ベーン水車について、その概要を説明すると、水車のランナとして、流水受圧面積の大きな受圧面体を備えた回転体を形成するため、回転体本体の外周長さ、及び該回転体本体の半径内寸法の両要素を受圧面体の形成に応用する。即ち、回転体本体の外周長さの利用として、両端に支軸を備えた主軸の周囲に、該主軸の軸心から同一半径で、且つ該軸心を中心とする円周を等分した複数箇所に軸の中心を定め、該軸を主軸の軸心方向と平行に配置した回転体本体と、該回転体本体の外周長さと関連した薄肉円筒体を利用し、該薄肉円筒体を中心方向から等分割して得られる曲面板の片側曲面端に、前記主軸の軸心方向と平行に配置した軸を把持する、開口部を設けた円筒形の軸受けを備えた複数の軸受け付き曲面板とから構成され、軸受け付き曲面板は、該軸受けで軸を把持しながら回転体本体の外周の外側へ揺動する事で流水受圧面積を形成する。さらに、半径内寸法の利用として、前記主軸の軸心方向と平行に配置した軸自体が、回転体本体側に設けられた溝から半径方向において、回転体本体の外周より出没動作を行う板の一端に固定する事で、該板付き軸の回転体本体の外周から突出した板面によっても流水受圧面積を形成する事ができる。さらに、軸受け付き曲面板が、板付き軸が溝内に没入した状態と共に回転体本体の外周に閉じる事により、複数の軸受け付き曲面板で形成する外形形状が、円筒体外形面と同様の円曲面を形成するという、前記２種類の受圧面体を含む支点可動型の揺動ベーン付き回転体を構成する。該支点可動型揺動ベーン付き回転体をランナとして利用し、内面形状が楕円に類似した形状の筒から成るケーシングの内部に、さらに、支点可動型揺動ベーン付き回転体の軸心を、ケーシングの中心から楕円の短軸上において偏心して配置した水車を構成する。該水車のケーシングは、流水量に応じた注水口、及び排水口を備え、ケーシング内部においては、大きな流水受圧面積を形成した状態の受圧面体が通過できる流水通路口を備えている。ケーシング内部を通過する流水は、一定区間を、一定の大きな流水受圧面積を維持しながら、密閉された状態で受圧面体に作用しながら移動するので、流水のエネルギーを効率良く回転運動における運動エネルギーに変換し、安定した水車出力を発生させる事ができる。【０００７】  流水の受圧面体を４箇所に配置した支点可動型揺動ベーン付き回転体についての構成を示す。【０００８】  支点可動型揺動ベーン付き回転体は、両端に支軸を備えた主軸の周囲に、該主軸の軸心から同一半径で且つ、該軸心を中心とする円周を４等分した４箇所に軸の中心を定め、該軸を主軸の軸心方向と平行に配置するが、該軸は、主軸の外面に接する側に切欠き孔を設けた１枚の板を含む、２枚の板を利用し、該２枚の板を、主軸の軸心方向と平行に、板面間隔を一定にして主軸外面上に配置し固定する事で形成される、主軸の外面から半径方向に開口した溝に納められ、該溝に支持されながら半径方向で出没できる板の一端に、該板と一体に成形された板付き軸であり、以上の両端に支軸を備えた主軸、該主軸の外面上に固定し、各２枚の板で形成された４箇所の溝、そして該溝から出没できる４個の板付き軸とから成る回転体本体と、該板付き軸の軸を中心として回転体本体の外周の外側において揺動するベーン体として、薄肉円筒体を利用し、該薄肉円筒体を中心方向から４等分割して得られる曲面板の片側曲面端に、前記回転体本体側の板付き軸の軸を把持する開口部を設けた円筒形の軸受けを備えた４個の軸受け付き曲面板とから構成し、４箇所に配置された軸受け付き曲面板は、板付き軸の軸を軸受けで把持しながら、該板付き軸の溝部への没入と共に、回転体本体の外周に閉じる事で、４箇所に配置された軸受け付き曲面板で形成する外形形状が円筒体外形面と同様の円曲面を形成する事を特徴とする。【０００９】  前記支点可動型揺動ベーン付き回転体をランナとした支点可動型揺動ベーン水車の構成について説明する。【００１０】支点可動型揺動ベーン水車は、板付き軸と溝底部との間に押しバネとしてのスプリングを、さらに、軸受け付き曲面板の軸受け端と溝を形成する一方の板との間に、引きバネとしてのスプリングを配置し、支軸の一方を出力軸とした前記支点可動型揺動ベーン付き回転体をランナとして利用し、内面形状が楕円に類似した形状の筒から成るケーシングの内部に、さらに、支点可動型揺動ベーン付き回転体の軸心を、ケーシングの中心から楕円の短軸上において偏心配置し、該偏心配置によるケーシング内面と、円曲面を形成した支点可動型揺動ベーン付き回転体の外形面との対面間隔の広い側に、該支点可動型揺動ベーン付き回転体の軸心を中心とした円の４分の１円弧の長さをわずかに超える円弧で設定された、密閉作動区間の範囲をケーシング内面に形成し、対面間隔の狭い側には、ケーシング内面側から先端をランナの回転方向に向けながら、該先端を軸受け付き曲面板に接触させて板状弾性体を配置し、さらに、排水口側に、密閉作動区間の範囲を通過し終えた受圧面体の軸受け付き曲面板の回転体本体の外周への閉じる動作、及び板付き軸の溝内への没入動作を誘導する案内ローラーを設定配置し、ケーシング側にランナの回転方向に従い、注水口、密閉作動区間の範囲、排水口、及び板状弾性体の順に各要素を設定、及び配置した事を特徴とする。【００１１】  受圧面体を４箇所に配置した支点可動型揺動ベーン付き回転体の作用を前記構成に基づき説明すると、回転体本体側の４箇所の板付き軸の軸に配置された軸受け付き曲面板は、該軸を中心として回転体本体の外周の外側で自在に揺動動作を行う事で流水受圧面積を変化させ、さらに、板付き軸の板自体が、溝内から該回転体本体の外周の外側へ出没する事で、該板面によっても流水受圧面積を変化させる。揺動するベーン体としての軸受け付き曲面板の該曲面板は、薄肉円筒体を中心方向から等分割した曲面板を利用しているので、４箇所に配置された軸受け付き曲面板が、板付き軸の溝内への没入動作と共に回転体本体の外周に閉じる事で、４箇所の軸受け付き曲面板による外形形状が円筒体外形面と同様の円曲面を形成する。【００１２】  受圧面体を４箇所に配置して構成した支点可動型揺動ベーン付き回転体をランナとする水車の作用を、前記構成に基づき説明すると、ケーシング側の注水口からの流水の流入により、密閉作動区間の範囲を回転移動中の板付き軸と軸受け付き曲面板とから成る受圧面体は、流水からの作用を受け、トルクを発生して回転体本体の主軸に伝達しながら該回転体本体と共に回転する。前記密閉作動区間の範囲は、ケーシング内面と円曲面を形成した支点可動型揺動ベーン付き回転体の外形面との対面間隔が広く、且つ一定間隔なので、十分に揺動した軸受け付き曲面板と突出した板付き軸とから成る受圧面体は、大きな流水受圧面積を形成し、維持しながら回転移動を行い、単位時間当たり一定量の流水から作用を受ける事で、一定の回転速度、及び一定のトルクの発生となり主軸に伝える。さらに、ケーシング内面の密閉作動区間の範囲は、ランナの軸心を中心とした円の４分の１円弧を僅かに超えた範囲として設定しているので、前方の受圧面体が密閉作動区間の範囲を通過し終える前に、後続の受圧面体が該密閉作動区間の範囲に進入する事で、安定したランナの連続回転が維持される。対面間隔の狭い側では、ケーシング内面側からランナの回転方向に先端を向け、軸受付き曲面板に該先端を接触させて配置された板状弾性体が、弾性体自体の弾性による作用、及び流水からの作用をも受け、絶えず軸受け付き曲面板側へ先端を移動し接触する事で流水を遮り、この位置から排水口側への漏水を防止する。ランナとしての支点可動型揺動ベーン付き回転体の受圧面体が対面間隔の狭い位置を通過後、回転方向に従い対面間隔の広い側へ回転移動をしてゆく際、初期動作として、板付き軸の溝内からの突出動作は、該板付き軸と溝底部との間に配置した押しバネとしてのスプリングの作用により、また軸受け付き曲面板の初期揺動動作は、軸受け付き曲面板の軸受け端と溝を形成する一方の板との間に配置した引きバネとしてのスプリング、及び該スプリングと前記板付き軸の突出動作との共同作用によるが、さらに、流水からの作用をも受けて軸受け付き曲面板に十分な揺動動作が生じる。次に、密閉作動区間の範囲を通過し終えた受圧面体としての板付き軸の溝内への没入動作、及び軸受け付き曲面板の回転体本体外周側に閉じる動作は、排水口側に設定配置した案内ローラーによりスムーズに誘導される。【００１３】  受圧面体の利用配置数は、４箇所に限らず複数箇所の利用配置が考えられ、その場合、ケーシング内部における密閉作動区間の範囲の決定は、受圧面体数をＮとすれば、ランナの軸心を中心とする円のＮ分の１円弧をわずかに超える範囲を、ランナの回転方向に従って、注水口位置から排水口位置までケーシング内面円周方向に設定する。【００１４】  用語の定義、及び意味を説明する。
楕円は、長軸の長さ、即ち、長径と、短軸の長さ、即ち、短径とで表されるが、短径の両端側は大きな円となり、長径の両端側は小さい円となっている。楕円に類似した形状の筒とは、楕円の短径の片方の端側の大きな円を真円の円弧と置換して形成した形状を筒の内面形成に利用したものをいう。
短軸と長軸の交点、即ち、楕円の中心をケーシングの中心とし、偏心配置とは、支点可動型揺動ベーン付き回転体の軸心を、ケーシングの中心から楕円の短軸上において偏心して配置するという意味である。
支点可動型揺動ベーン付き回転体において、回転体本体とは、揺動するベーン体としての軸受け付き曲面板を除く要素の全て、即ち、両端に支軸を備えた主軸、溝形成の２枚の板、板付き軸、及び２種類のスプリング等で構成された部分を言う。ただし、２種類のスプリングは水車のランナとして利用する場合にだけ加える要素である。
回転体本体の外周は、溝内に板付き軸を没入させた状態における２点間の寸法として、主軸の軸心から半径方向へ最も離れた板付き軸の軸端までの寸法を半径とする主軸の軸心を中心とした円の円周である。
名称としての密閉作動区間の範囲の意味を説明すると、ケーシング内面とランナとの対面間隔の広い側において、注水口から流入する流水が排水口に到るまでの間、ケーシング内面、軸受け付き曲面板、板付き軸、溝を形成している一方の板、主軸の外面、ケーシング両端の蓋、及び流水の漏洩防止器具である板状弾性体等により、流水がケーシング内において密閉された状態で、最も大きな流水受圧面積を形成した状態の受圧面体に作用しながら移動し、流水の含むエネルギーを回転運動における運動エネルギーに変換しトルクを発生する、支点可動型揺動ベーン付き回転体の軸心を中心とした円の円弧で形成され、ケーシング内面の円周方向に設定された区間の範囲である。
受圧面体とは、流水からの作用を受圧面に受けて、トルクの発生に寄与する板付き軸と軸受け付き曲面板を指す。
対面間隔の広い側において、受圧面体による流水受圧面積が一定とは、密閉作動区間の範囲におけるケーシング内面を形成する円弧の中心を、ランナとしての支点可動型揺動ベーン付き回転体の軸心と同一とする事に基づく。
支点可動型揺動ベーン付き回転体を水車のランナとして利用する場合、対面間隔の狭い側において、回転移動に伴い、回転体本体の外周に閉じられている軸受け付き曲面板の初期揺動動作を生じさせるために、該軸受け付き曲面板の軸受け端と溝を形成している板との間に揺動動作を補助する引きバネとしてのスプリングを配置し、さらに溝の底部と板付き軸との間に配置した押しバネとしてのスプリングの作用で板付き軸を突出させると共に、該突出動作と前記引きバネとしてのスプリングとの共同作用によりさらに大きく軸受け付き曲面板を揺動させる事で、軸受け付き曲面板と板付き軸の初期動作を確保する。
支点可動型揺動ベーン付き回転体は、支軸を通じて外部より回転駆動力を与えての利用、例えば、ポンプやブロワーの回転子として利用する場合は、遠心力等によって板付き軸の突出動作や、軸受付き曲面板の揺動動作が生じるので前記の初期動作、即ち、板付き軸の突出動作に必要な押しバネとしてのスプリングや軸受付き曲面板の揺動動作を補助する引きバネとしてのスプリング等の設定配置は不要である。
排水口側に設定、配置した案内ローラーは、十分に突出した板付き軸と揺動した軸受け付き曲面板が、密閉作動区間の範囲を通過し終えた後、対面間隔の狭い側へ移動するにつれて、軸受け付き曲面板の閉じる動作と板付き軸の溝への没入動作とを誘導するための器具である。
溝を形成する２枚の板は、２枚の同一形状の正方形、又は２枚の同一形状の長方形の板を利用するが、２枚の板に挟まれ、該板面と摺動出没する板付き軸の板の動作に伴う溝底部側の水の吸排水口用の孔を２枚の板の一方に、主軸の外面と接する箇所側に切欠き孔として設けておく。
ケーシングの両側は支軸を支える軸受けを備えた蓋で密閉する。
【発明の効果】
【００１５】  支点可動型揺動ベーン付き回転体について効果を説明すると、円曲面を形成している支点可動型揺動ベーン付き回転体の外形面は、４箇所に配置された軸受け付き曲面板が、回転体本体の外周に全て閉じる事により形成する事から、曲面板の受圧面積を決定する２辺の長さの内の１辺は、回転体本体の外周長さを４等分した長さの利用でもあるが、このように等分数を少なくする事で、流水受圧面積の大きなベーン体を形成できる。軸受け付きベーン体は、回転体本体側の板付き軸の軸を中心に、回転体本体の外周の外側に揺動する事で流水受圧面積を形成し、さらに、回転体本体側の溝内に納められている板付き軸は、回転体本体の外周より突出する事で板付き軸の板によっても流水受圧面積を形成する。このように、回転体本体の外周長さと該回転体本体の半径内寸法を流水受圧面積の形成に利用し、２要素を重ねる事で大きな流水受圧面積を得る事ができ、さらに、板付き軸の溝内への没入動作と共に、軸受け付きベーン体が回転体本体の外周へ閉じる事によって外形形状が円曲面を形成したコンパクトな回転体となる。【００１６】  支点可動型揺動ベーン水車について効果を説明すると、流水受圧面積の大きな軸受け付きベーン体を利用した支点可動型揺動ベーン付き回転体をランナとした支点可動型揺動ベーン水車においては、流水からの作用を受けて受圧面体が密閉作動区間の範囲を回転移動する際は、流水は密閉された状態で、流水受圧面積が最も大きい状態の受圧面体に作用しながら移動するので、流水のもつエネルギーを効率良く回転運動の運動エネルギーに変換する事ができる。ランナの受圧面体が密閉作動区間の範囲に進入する前に、２種類のスプリングの作用により軸受け付き曲面板の十分な初期揺動動作、及び板付き軸の突出動作が確保されるので回転始め、軸受け付きベーン体である軸受け付き曲面板、及び板付き軸が任意の状態から遠心力による初期揺動動作、及び突出動作によらず安定した回転の起動が確保できる。ランナの受圧面体が、密閉作動区間の範囲を通過し終えると、受圧面体を形成している軸受け付き曲面板の閉じる動作と、板付き軸の没入動作とが、案内ローラーによりスムーズに誘導される。以上の各要素により、有効落差が１メートル以下の低落差領域であっても、豊富な流水量が包含しているエネルギーを利用し、効率良く水車を回転させ、発生したトルクを発電機の回転駆動力源として利用する事ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】  実施形態１として、水車のランナとして利用する、受圧面体を４箇所に備えた支点可動型揺動ベーン付き回転体の構成を図１から図５に基づいて説明する。【００１８】  図４に示すように、主軸１の軸心Ｐから同一半径で、且つ該主軸１の軸心Ｐを中心とした円周を４等分した４箇所Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に軸１０の中心を定め、図１に示すように主軸１の軸心方向と平行に配置するが、図３に示すように、該軸１０は主軸１の外面上に該主軸１の軸心方向と平行に長方形の２枚の板４、４’を板面間隔一定にして配置する事で形成される主軸１の外面から半径方向に開口した溝８内に納められ、該溝８に支持されながら半径方向で出没する板９の一端に、該板９と一体に成形された板付き軸として４箇所の溝８内に配置し回転体本体を形成する。揺動するベーン体としては、図２、及び図４に示すように、薄肉円筒体を利用し、該薄肉円筒体を中心方向から４等分割して得られる曲面板１３の片側曲面端に前記軸１０を把持する開口部を設けた円筒形の軸受け１２を備えた軸受け付き曲面板を軸受け付きベーン体として形成する。図１〜５に示すように、軸１０を軸受け１２で把持し４箇所に配置する事で支点可動型揺動ベーン付き回転体を構成する。図５に示すように、軸受け１２の開口幅寸法Ｘは、軸１０の直径寸法Ｙよりも小さくしておく。図３に示すように、溝８を形成する板４の底部に切欠き孔を加工し、吸排水口７として設けておく。図３〜５に示すように、軸受け付き曲面板の軸受け端と溝８を形成する板４’の上部にそれぞれ支持具１４及び支持具６を設け、スプリング１５を配置する。溝８底部と板付き軸との間のスプリング１６は、図３に示すように、孔１１を板付き軸の板９に加工し、該孔１１に納めて配置する。【００１９】  実施形態２として、受圧面体を４箇所に備えた支点可動型揺動ベーン付き回転体をランナとして利用した水車の構成を図６〜１３に基づいて説明する。【００２０】  ケーシング内面円の形成について、図８に示すように、中心をＦとする楕円Ｄの短径の一方の端側の大きな円を、中心をＰとする円Ａの円弧Ｑ’Ｒ’１８と置換し合成して形成した、楕円に類似した形状のケーシング内面円を形成する。ランナをケーシングの内部に、さらに、図７及び図８に示すように、ランナとしての支点可動型揺動ベーン付き回転体の軸心Ｐを、ケーシングの中心、即ち楕円Ｄの中心Ｆから楕円Ｄの短軸上において偏心配置し、該偏心配置によるケーシング内面と、図２で示されているように、円曲面を形成した支点可動型揺動ベーン付き回転体の外形面との対面間隔の狭い側に、図１２に示すように板状弾性体として板バネ１９をケーシング内面側から、該板バネ１９の先端をランナの回転方向に向けながら軸受け付き曲面板に接触させて配置する。図７に示すように、対面間隔の広い側のケーシング内面側には、注水口２６と排水口２７との間に、ランナの軸心でもあるＰを中心とする円弧Ｑ’Ｒ’１８で示す密閉作動区間の範囲Ｓ’を形成する。排水口２７側に、案内ローラー２５を設定配置する。設定配置位置は受圧面体が密閉作動区間の範囲Ｓ‘を通過し終えた後で且つ、揺動した状態の軸受け付き曲面板を閉じるように図７に示すように、中心をＰとする円Ｚ���で案内ローラー２５と軸受け付き曲面板が接触する位置とする。
主軸両端の支軸２，３の一方を出力軸２とする。【００２１】  実施形態１の支点可動型揺動ベーン付き回転体の構成に基づきその作用について説明すると、板９と軸１０とから形成された板付き軸は、溝底部との間に配置されたスプリング１６の作用により、２枚の板４，４’で形成された溝８に支持されながら、回転体本体の外周から突出した板付き軸の板９により流水受圧面積を形成する。揺動するベーン体として、軸受け１２と曲面板１３とから成る軸受け付き曲面板は、該軸受け端に設けた支持具１４と溝を形成している板４’に設けた支持具６との間に、引きバネとしてのスプリング１５を配置する事で、該スプリング１５自体の作用と、スプリング１５と押しバネのスプリング１６の作用を受けた板付き軸の突出動作との共同作用により、軸１０を中心として揺動し、流水受圧面積を形成する。全ての板付き軸の溝８内への没入と共に、軸受け付き曲面板が回転体本体の外周へ閉じる事で、４箇所に配置した軸受け付き曲面板により図２に示すように、外形形状は円筒体外形面と同様の円曲面を形成する。【００２２】  実施形態２の支点可動型揺動ベーン水車の構成に基づきその作用について説明すると、スプリング１６の作用で突出した板付き軸の板９と、該板付き軸の軸１０を中心としてスプリング１５等の作用で揺動した軸受け付きベーン体との、合わせて最も大きな流水受圧面積を形成した状態の受圧面体が、注水口から流入する流水の作用を受けて、密閉作動区間の範囲Ｓ‘を、流水受圧面積が一定の状態で回転移動しトルクを発生する。図９に示すように、前方の受圧面体が密閉作動区間の範囲Ｓ’を通過し終える前に、後続の受圧面体が該密閉作動区間の範囲Ｓ’に進入するので安定した連続回転が維持される。対面間隔の狭い側では、ケーシング内面側に、先端をランナの回転方向Ｅに向けながら、軸受け付き曲面板に接触させて配置された板バネ１９は、該板バネ１９自体の弾性による作用、及び流水からの作用をも受けて、板バネ１９の先端を軸受け付き曲面板側へ移動させ、接触を強める事で流水を遮り、この位置から排水口側２７への流水の漏洩を防止する。受圧面体が、ランナの回転方向Ｅに従い、対面間隔の狭い側から広い側への回転移動に伴い、板付き軸のスプリング１６による突出動作と、該突出動作とスプリング１５との共同作用、スプリング１５自体による作用、及び流水からの作用をも受けて、軸受け付き曲面板の揺動動作が生じる。排水口側に設定配置された案内ローラー２５により、密閉作動区間の範囲Ｓ’を通過し終えた、受圧面体としての、軸受け付き曲面板の回転体本体外周への閉じる動作と、板付き軸の溝８内への没入動作とが、スムーズに誘導される。【００２３】  回転体本体を形成する板付き軸の板９には、該板付き軸を溝８から突出させるスプリング１６の位置を定めるため孔１１を加工してある。該板９は溝８内に納められ、該溝８を形成する２枚の板４，４’の板面と摺動しながら出没動作が可能である。水車のランナとして用いた場合は溝８の両端が蓋２３，２４により密閉されるので板付き軸の溝８内からの出没動作に伴う溝８底部側における水の吸入、排出用の吸排水口７を、溝８を形成する一方の板４に切欠き孔として加工しておく。
【産業上の利用可能性】
【００２４】  支点可動型揺動ベーン付き回転体は、流体を扱うポンプ、及びブロワーの回転子としても利用可能であり、その特徴はコンパクトな円筒形の回転体に大きい流体受圧面積の受圧面体を包含している事にあるので、一回転当りの流体の吐出量が大きく低速回転でも大量の流体を吐出できる。
支点可動型揺動ベーン水車を利用する事で、豊富な流水量が確保できる場所ならば、有効落差が１メートル以下の低落差領域の流水であっても、流水量が包含しているエネルギーを効果的に回転の運動エネルギーに変換し利用できるので、農村地帯における農業用水、工業地帯における工業用水、あるいは、下水処理施設における処理用水等から支点可動型揺動ベーン水車を利用してトルクを得て、発電機を駆動し容易に電力を発生させる事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】は、支点可動型揺動ベーン付き回転体の受圧面体としての板付き軸、及び軸受け付き曲面板が動作した状態の斜視図である。
【図２】は、板付き軸が溝に没入した状態と共に、軸受け付き曲面板が回転体本体の外周に閉じて、円曲面を形成した支点可動型揺動ベーン付き回転体の斜視図を示す。
【図３】は、水車のランナとして利用した支点可動型揺動ベーン付き回転体の構成要素を示した分解斜視図である。
【図４】は、図２の支点可動型揺動ベーン付き回転体の主軸の軸心方向からの側面図に、スプリング１６の状態を加えた図である。
【図５】は、受圧面体としての板付き軸の突出と共に揺動した軸受け付き曲面板の状態に、スプリング１６の状態を加えて示した、主軸の軸心方向からの側面図である。
【図６】は、支点可動型揺動ベーン水車の外観を示した分解斜視図である。
【図７】は、ケーシングを含む主軸の軸心方向からの支点可動型揺動ベーン水車の側面図である。
【図８】は、ケーシング内面円の形成を示す説明図である。
【図９】は、ケーシング内におけるランナの受圧面体の動作を示す主軸の軸心方向からの側面図である。
【図１０】は、ケーシング内におけるランナの受圧面体の動作を示す主軸の軸心方向からの側面図である。
【図１１】は、ケーシング内におけるランナの受圧面体の動作を示す主軸の軸心方向からの側面図である。
【図１２】は、流水漏洩防止器具の板バネ１９の取り付けを示す図７のＢに示す要部拡大図である。
【図１３】は、穴Ｈ加工を施した板バネ１９の斜視図である。
【符号の説明】
【００２６】  １      主軸
２      支軸（出力軸）
３      支軸
４      板
４’    板
５      補強部材
６      支持具
７      吸排水口
８      溝
９      板
１０      軸
１１      孔
１２      軸受け
１３      曲面板
１４      支持具
１５      スプリング
１６      スプリング
１７      ケーシング
１８      円弧Ｑ’Ｒ’
１９      板バネ
２０      ボルト、ナット
２１      フランヂ（出力軸側）
２２      フランヂ
２３      蓋（出力軸側）
２４      蓋
２５      案内ローラー
２６      注水口
２７      排水口
Ａ      円
Ｂ      板バネ１９の取り付け拡大範囲
Ｃ１    軸１０の中心
Ｃ２    軸１０の中心
Ｃ３    軸１０の中心
Ｃ４    軸１０の中心
Ｄ      楕円
Ｅ      ランナの回転方向
Ｆ      楕円Ｄの中心、及びケーシングの中心
Ｈ      穴
Ｐ      支点可動型揺動ベーン付き回転体（ランナ）の軸心、主軸１の軸心及び円Ａの中心
Ｑ      円Ａの４分の１円弧の開始位置
Ｑ’    密閉作動区間の範囲Ｓ’の開始位置
Ｒ      円Ａの４分の１円弧の終了位置
Ｒ’    密閉作動区間の範囲Ｓ’の終了位置
Ｓ      円Ａの４分の１円弧分の密閉作動区間の範囲
Ｓ’    密閉作動区間の範囲
Ｘ      軸受けの開口幅寸法
Ｙ      軸１０の直径寸法
Ｚ      中心をＰとする円
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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