(57)【要約】【課題】水車の羽根板が、回転に伴って水面上に出る際、並びに、水上に出た後に受ける負荷を減少させることにより、出力軸の回転効率の減少を極力防止し得る、水車式発電装置における水車機構を提供することを課題とする。【解決手段】発電機８に回転駆動力を出力するための出力軸２を備えた軸筒１と、軸筒１の周側面に取り付けられる複数の羽根板３と、出力軸２を軸支するスタンド５とから成り、羽根板３は、出力軸２対して傾けて固定されたヒンジ４を介し、軸筒１の周側面の羽根板取付面から所定角度までの間、自由に回動し得るように軸筒１の周側面に取り付けられる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機に回転駆動力を出力するための出力軸を備えた軸筒と、前記軸筒の周側面に取り付けられる複数の羽根板と、前記出力軸を軸支するスタンドとから成り、前記羽根板は、前記出力軸に対して傾けて固定されたヒンジを介し、前記軸筒周側面の前記羽根板取付面から所定角度までの間、自由に回動し得るように前記軸筒の周側面に取り付けられていることを特徴とする水車式発電装置における水車機構。
【請求項２】
前記出力軸に前記羽根板を備えた軸筒を複数並設した、請求項１に記載の水車式発電装置における水車機構。
【請求項３】
前記出力軸に前記羽根板を備えた軸筒を２つ配設し、前記各軸筒に設置される前記羽根板は、互いに下り傾斜状態にて対向するように設置した、請求項１又は２に記載の水車式発電装置における水車機構。
【請求項４】
一方の側の前記軸筒の羽根板と他方の側の前記軸筒の羽根板とが、回転方向に少しずれるように配置されている、請求項３に記載の水車式発電装置における水車機構。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の水車機構を複数、互いに連係動作するように流れ方向に沿って配置して成る、水車式発電装置における水車機構。
【請求項６】
前記出力軸にスプロケット又はプーリを設置し、前記スプロケット又はプーリにチェーン又はベルトを巻き掛けることにより前記連係動作を行わせる、請求項５に記載の水車式発電装置における水車機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水車式発電装置における水車機構に関するものであり、より詳細には、非常にシンプルな構成で手軽に設置でき、しかも非常に効率よく発電を行うことを可能にする水車式発電装置における水車機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
川の流れを利用して水車を回すことにより得られる動力によって発電を行う、小型でシンプルな構成の水車式発電装置は、従来より種々のものが提案されている（例えば、特開平９−４１３５０号公報、特開２００６−１３２３４４号公報、特開２０１０−１６３９７８号公報、実用新案登録第３１６５１０６号公報等）。
【０００３】
これらの装置においては、水流を受ける水車は、その回転軸（出力軸）より下の部分が水中に没するようにして設置され、水車の羽根板は、その回転駆動源である受圧面に受ける水流圧を無駄なく受けられるように、水の流れ方向に対して直交状態に配置される。その場合、水車の羽根は、下方垂直状態から上方に回転していくに従って、受ける水流圧が次第に減少していく一方、水面上に出ようとして受ける水圧、並びに、水上に出た後に羽根板上に残存する水の重量が負荷となり、この負荷により、回転駆動源となる水流圧が減殺されるため、出力軸の回転効率が落ちるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−４１３５０号公報
【特許文献２】特開２００６−１３２３４４号公報
【特許文献３】特開２０１０−１６３９７８号公報
【特許文献４】実用新案登録第３１６５１０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、従来の簡易な構造の水車式水力発電機の場合は、水車の羽根が水の流れ方向に対して直交状態に配置される結果、水面上に出ようとして受ける水圧、並びに、水上に出た後に羽根板上に残存する水の重量が負荷となって、出力軸の回転効率が落ちるという問題があった。
【０００６】
そこで本発明は、そのような問題のない、即ち、水車の羽根板が、回転に伴って水面上に出る際、並びに、水上に出た後に受ける負荷を減少させることにより、出力軸の回転効率の減少を極力防止し得る、水車式発電装置における水車機構を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、発電機に回転駆動力を出力するための出力軸を備えた軸筒と、前記軸筒の周側面に取り付けられる複数の羽根板と、前記出力軸を軸支するスタンドとから成り、前記羽根板は、前記出力軸に対して傾けて固定されたヒンジを介し、前記軸筒周側面の前記羽根板取付面から所定角度までの間、自由に回動し得るように前記軸筒の周側面に取り付けられていることを特徴とする水車式発電装置における水車機構である。
【０００８】
一実施形態においては、１本の前記出力軸に前記羽根板を備えた軸筒が複数並設される。また、一実施形態においては、前記出力軸に前記羽根板を備えた軸筒が２つ配設され、前記各軸筒に設置される前記羽根板が、互いに下り傾斜状態にて対向するように設置される。また、一方の側の前記軸筒の羽根板と他方の側の前記軸筒の羽根板とが、回転方向に少しずれるように配置されることがある。
【０００９】
更に一実施形態においては、上記水車機構のいずれかを複数、互いに連係動作するように流れ方向に沿って配置して構成される。その場合の連係動作は、前記出力軸にスプロケット又はプーリを設置し、前記スプロケット又はプーリにチェーン又はベルトを巻き掛けることにより行わせる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は上述したとおりであって、羽根板が、出力軸に対して傾けて固定されたヒンジを介し、軸筒周側面の羽根板取付面から所定角度までの間、自由に回動し得るように軸筒の周側面に取り付けられているため、水面から出ようとする際に受ける水圧を、その羽根板の傾斜面においてまともに受けることなくかわすことができるので、水からの抜けがよくなり、また、水上に出るに伴い、直ちに自重で下方に回動することと相俟って、羽根板上の水が滞留することなく直ちに流れ落ちる。かくして、出力を減殺することになる羽根板に対する負荷が減少するため、出力軸からの出力効率が向上するという効果がある。
【００１１】
また、本発明に係る水車式発電装置における水車機構は、簡易な構成にして上記作用効果を奏するため、安価にて各所に手軽に設置でき、例えば、鉄道信号回路その他のバッテリー充電用、夜間のＬＥＤ照明用、農園の保護管理用、その他種々の用途向けの小規模発電用として活用し得る、非常に有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る水車機構の一実施形態の構成を示す正面図である。
【図２】本発明に係る水車機構の一実施形態の構成を示す側面図である。
【図３】本発明に係る水車機構の一実施形態の作用を示す概略側面図である。
【図４】本発明に係る水車機構の一実施形態の使用状態を示す斜視図である。
【図５】本発明に係る水車機構の他の実施形態の構成を示す平面図である。
【図６】本発明に係る水車機構の他の実施形態の構成を示す側面図である。
【図７】本発明に係る水車機構の更に他の実施形態の構成を示す平面図である。
【図８】本発明に係る水車機構の更に他の実施形態の構成を示す平面図及びその場合におけるチェーンの巻き掛け方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明を実施するための形態について、図面に依拠して説明する。図１及び図２は、本発明に係る水車式発電装置における水車機構の基本的構成を示すもので、それは、発電機８に回転駆動力を出力するための出力軸２を備えた軸筒１と、軸筒１の周側面に取り付けられる複数の羽根板３と、出力軸２を軸支するスタンド５とから成り、羽根板３は、軸筒１の周側面に出力軸２に対して傾けて固定されたヒンジ４を介して軸筒１の周側面に取り付けられる。羽根板３は、通例、金属製又は強化樹脂製とされる。
【００１４】
軸筒１は円柱形状であってもよいが、通例、羽根板３の取り付けを容易にするために角柱形状とされ、羽根板３はその平坦な各周側面にヒンジ４を介して取り付けられる。図示した例では軸筒１は六角形状であるので、羽根板３は６枚設置されている。ヒンジ４は、出力軸２に対して所望角度α傾斜させて固定される（図１参照）。ヒンジ４は、羽根板３の回動角度を規制する。例えば、羽根板３はヒンジ４の作用で、その軸筒１周側面の羽根板取付面に対して略平行な状態から１００度程度までの間、自由に回動し得るように支持される。そして、羽根板３は、水流圧を受けている間、その最大回動可能角度まで回動した状態を保持するように支持される（図３参照）。
【００１５】
スタンド５は、軸筒１の両側に突出する出力軸２の端部を軸支するもので、水中又は陸上に立設される。スタンド５は、高さ調整可能であることが好ましい。出力軸２は、その一端又は両端が、陸上に配置される発電機８の入力軸に連結される。
【００１６】
上記構成の水車機構は、その出力軸２を水中又は陸上に立設したスタンド５に軸支させ、軸筒１が水面上に位置するようにして設置する（図４参照）。そして、出力軸２を発電機８の入力軸に連結する。かくして、羽根板３が流圧を受けることにより出力軸２が回転し、連結されている発電機８の入力軸を回転駆動して発電を行わせる。
【００１７】
この本発明に係る水車機構の場合、羽根板３は、出力軸２に対して角度α傾斜した状態に設置され、また、それが取り付けられる軸筒１の取付平面に対して略平行な状態から１００度程度までの間で、自由に回動し得るようにヒンジ４により支持されている。従って、各羽根板３は、軸筒１の回転に伴って水中に没しようとする際、自重で下方に回動し（図３（Ｂ）において符号Ｆを付した仮想線の羽根板３参照）、水中に没すると、流圧を受けて直ちに最大回動可能角度回動した状態となり（図３（Ｂ）において符号Ｆを付した実線の羽根板３参照）、その状態のまま流圧を受けて回転し続ける。
【００１８】
そして、羽根板３の回転が進むと、その受圧面において受ける流圧が次第に減少していく状態の中で、それにかかる水圧に打ち勝って水面から出ようとする。しかるに、羽根板３は、その際水平状態ではなく傾斜状態となっているので、水面から出ようとする際に受ける水圧を、まともに受けることなくその傾斜面に沿ってかわすことができるので、水からの抜けが、抵抗なくスムーズに進行する。また、羽根板３は、水上に出た後も傾斜状態を維持し、且つ、水上に出るに伴い直ちに自重で下方に回動することと相俟って、その上の水は直ちに流れ落ちて貯まることがなく、羽根板３の上方への回転の抵抗となることはない。
【００１９】
このように本発明に係る水車機構の場合は、出力軸２の回転に対して抵抗となってその出力効率を低下させる、上方への回転に対する抵抗が少ないために、出力効率がよいのである。なお、羽根板３は水中においても水の流れに対して垂直ではなく傾斜した状態となるため、羽根板が水の流れに対して垂直状態となっている従来の場合に比較して受圧効率は落ちるが、上記負荷の減少による出力効率の向上によるメリットの方が大となる。
【００２０】
図５乃至７は、上記構成の水車機構を複数用いる実施形態を示すものである。図５、図６に示す実施形態は、上記構成の水車機構を２つ、互いに連係動作するように流れ方向に沿って前後に配置するものである。例えば、互いに連係動作させるために、各出力軸２にスプロケット６が固定され、スプロケット６間にチェーン７が巻き掛けられる。スプロケット６とチェーン７の代わりに、ベルトとプーリ等の巻き掛け伝動手段を用いることとしてもよい。
【００２１】
この実施形態の場合は、通例、一方の出力軸２からのみ出力するようにされ、発電機８はその一方の出力軸２にのみ連結される。この場合は、２つの水車機構の回転駆動力が、１本の出力軸２に相乗的に作用することになる。
【００２２】
図７に示す実施形態は、１本の出力軸２に２つの軸筒１を配設した水車機構に関するものである。また、図７においては、この実施形態の発展例として、１本の出力軸２に２つの軸筒１を配設した水車機構を、上記実施形態におけるように、互いに連係動作するように流れ方向に沿って配置する構成が示されている。この場合の各軸筒１に設置される羽根板３は、互いに下り傾斜状態にて対向するように設置し、また、一方の側の羽根板３と他方の側の羽根板３とが、回転方向に少しずれるようにすることが好ましい。そのようにした場合は、一方の側の羽根板３に当たり、その傾斜に沿って流れる水流が他方の側の羽根板３に向けて誘導され、他方の側の羽根板３を付勢するように作用することになるので、一層出力効率が増大する。
【００２３】
図８に示す実施形態は、図７に示す実施形態におけるように、１本の出力軸２に２つの軸筒１を配設した水車機構を、互いに連係動作するように流れ方向に沿って３連配置したものである。この場合、中間に位置する水車機構のスプロケット６は、それに対するチェーン７の掛け方により、前後のスプロケットと同一方向に回転し、あるいは、逆方向に回転するようになる。
【００２４】
上記図５乃至８に示す実施形態の場合における作用効果は、基本的には図１乃至４に示す水車機構が単独の実施形態の場合と変わりはないが、複数の水車機構の相乗的効果により、単独の場合よりも出力効率が増大することは言うまでもない。
【００２５】
この発明をある程度詳細にその最も好ましい実施形態について説明してきたが、この発明の精神と範囲に反することなしに広範に異なる実施形態を構成することができることは明白なので、この発明は添付請求の範囲において限定した以外はその特定の実施形態に制約されるものではない。
【００２６】
即ち、上記のとおり本発明に係る水車機構は、シンプルな構成で安価にて供給でき、例えば、鉄道信号回路その他のバッテリー充電用、夜間のＬＥＤ照明用、農園の保護管理用、その他種々の用途向けの小規模発電用として手軽に設置活用し得るものとすることを第一義とするが、その発展的形態として、全体を大型サイズに構成して船舶のスクリュー後部に配置し、スクリューの推進から発生する反力を利用したり、潮流を利用したりする使用方法も可能なものである。
【符号の説明】
【００２７】
１      軸筒
２      出力軸
３      羽根板
４      ヒンジ
５      スタンド
６      スプロケット
７      チェーン
８      発電機
【図１】
2012225182.tif 000003
【図２】
2012225182.tif 000004
【図３】
2012225182.tif 000005
【図４】
2012225182.tif 000006
【図５】
2012225182.tif 000007
【図６】
2012225182.tif 000008
【図７】
2012225182.tif 000009
【図８】
2012225182.tif 000010