(57)【要約】      （修正有）【課題】ガイドプレートにより流体の比重増大と流速の倍増が発生し、水車エネルギーの増大が可能となる。【解決手段】用水路に、固定フレーム架台１・水上流止水板２・下部にガイド傾斜板３・を取り付ける。水車は水車円板６・水車軸７・水車羽根８・軸受け９・チエン歯車１１Ａの部品で組立てる。１の架台下部に水車軸受台フレーム５・を取り付ける。５の軸受台と９の軸受けを組立てる。伝導軸１０・の受台を架台に取付ける。伝導軸にチェン歯車１１Ｂを組立てる。チェン歯車２個に伝導チェン１２・を掛け、水車軸出力を伝導軸に伝達する。水は水深高さｈｏで流れ、上流止水板２・の下部からガイド傾斜板３・通路入口から出口まで天井は、入口から２０°下り傾斜の通路長さで、通路入出口の断面積は減少し、流速は倍増で、出口から流体帯状で水車羽根に圧力を受け、水車軸に出力増大と回転数が倍増する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガイドプレート付水車の、固定フレーム架台（１）は、全体荷重を受け持つ架台を水路構造物の基礎に固定する。１の架台上流側面水路幅の下部に、上流止水板（２）を組立て、下部の上流側面から下流測定線と水路底面からの測定線との交差点が、ガイド傾斜板（３）の下流終点です。下流終点から上昇２０°で通路入口まで３傾斜板で上部面が構成され、通路入口の断面積から下流終点口の断面積は縮小され水流は圧縮され、流体と流速が倍増する構造になっている。幅の両側にガイド両側板（４）で通路を囲う。１の架台下流測下部に水車を取り付ける水車軸受台フレーム（５）を組立てる。水車の水車円板（６）水車軸（７）水車羽根（８）軸受け（９）チェン歯車（１１Ａ）を組立てる。１の架台上部には伝導軸（１０）を取りつけチェン歯車（１１Ｂ）を組立て伝導チェン（１２）を掛け水車軸出力を伝達するガイドプレート付水車です。
【請求項２】
ガイドプレート付水車の構造部品（１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、）を組立て、用水路の一部分構造物に固定フレーム架台を固定し、上流からの水流は水路底面から水深高さで流れている。上流止水板下部からガイド傾斜板の通路入口に変わり、上部面を２０°下降傾斜角短管で入口断面積から終点断面積は縮小され、この区間で水流は圧縮され、流体比重と流速に分かれ倍増し、終点以降ガイド両側板の囲いの中で放流した流体は、終点から倍増速度の帯状状態で、移動時間により速度が減少し水深の高さに戻る。囲いの中で帯状移動した上部に溜り移動をしている。水車の取り付け位置は、水車出力の発生量に大きな変化を生じ、ガイド傾斜板の終点と高さから下に、水車直径の最低位置との間隔及び終点から水車直径円周との間隔を求め、流体倍増力を水車羽根に加圧し水車を回転させ水車軸からエネルギーを発生させる装置を併用する請求項１記載のガイドプレート付水車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、用水路の一部分で水流通路の断面積を傾斜板で減少させ、いる水流を圧縮し流体流速を倍増させ、水車羽根に圧力を掛け水車出力を増大させる。
【背景技術】
【０００２】
【０００３】
【０００４】
【特許文献１】
【特許文献２】
【非特許文献１】
【非特許文献２】
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  用水路の水車出力を、同用水路に設置する機械の稼動力に利用できないものかと、下掛け水車を利用し検証したが、水車を設置した用水路施設機械では、稼動力が不足で利用出来ず、国内では売電を使用している。
【課題を解決する為の手段】
【０００６】  ガイドプレート付水車の、固定フレーム架台（１）は、全体荷重を受け持つ架台を水路構造物の基礎に固定する。１架台上流側面水路幅の下部に、上流止水板（２）を組立て、下部の上流側面から下流測定線と水路底面からの側定線との交差点が、ガイド傾斜板（３）の下流終点です。下流終点から上昇２０°で通路入口まで３傾斜板で上部面が構成され、通路入口の断面積から下流終点口の断面積は縮小され水流も圧縮され、流体と流速が倍増する構造になっている。幅の両側はガイド両測板（４）で通路を囲う。
１架台下流側下部に水車を取り付ける水車軸受台フレーム（５）を組立てる。水車の水車円板（６）水車軸（７）水車羽根（８）軸受け（９）チェン歯車（１１Ａ）を組立てる。１架台上部には伝導軸（１０）を取り付けチェン歯車（１１Ｂ）を組立て伝導チェン（１２）を掛け水車軸出力を伝達するガイドプレート付水車。
【発明の効果】
【０００７】  一般開きょ用水路の水流平均流速は、１〜３ｍ／Ｓで使用され水路の底面から水深の高さＨで、水路の断面における速度分布平均流速高さは０．６Ｈで計算されに使用されている。下掛け水車の工法は、水車直径Ｄは水路幅Ｂの０．３６Ｂ＝Ｄと、水車直径で水面から沈める深さは０．２５Ｄ＝Ｈｇで、水路の水面から沈む深さは０．４Ｈ同様で平均流速線から水面までの間隔で、水車羽根の加圧流速は減少し、水車軸出力も減少する。ガイドプレート付水車の設計対応に、水路壁にはセメントモルタルで流速を２〜３ｍ／Ｓの基準を考慮すると共にガイドプレートに流速を倍増する装置を付け、部分流速を可能に出来ないものかと、水車外水理模型実験をし成功した。水路構造物の一部分に固定フレーム架台を固定させ、架台上流側下部に、上流止水板の下部に続き、通路入口天井としてガイド傾斜板を下流方向に２０°下り傾斜で終点まで進み終点の高さを、水路底面から０．５５ｈｏ＝ｈ１の高さを基準とする．水路底面から通路入口の断面積から終点断面積は縮小し水流は圧縮され、流体の増大と流速の倍増し、終点から圧力を水車羽根に伝達し水車を回転させ水車軸の最大出力を発生させる。実験の結果、下掛け水車とガイドプレート付水車の対照は、水車軸出力１：４．５水車回転１：２合成動力１：９．４と水路の流量が同じでも大きな成果が得られる。
【発明を実地するための最良の形態】
【０００８】  現在する用水路に使用できる下掛け水車は、水車円板（６）Ｄの下部から０．２５Ｄを水流の中に沈め、水車羽根（８）に設計流速を与え、水車軸出力と回転数の合成動力は持っているが、水車を設置した水路に機械を設置しても、水車の稼動力は不足で使用皆無です。ガイドプレート付水車は、水路の上に基部礎を設置、固定フレーム架台（１）を基礎に取り付ける。１のフレーム架台の下面上流側に、水路幅Ｂの０．９６４Ｂを持つ上流止水板（２）下部に、ガイド傾斜板（３）の下面を、上流側から下に２０°の傾斜を水平測定で６の円板Ｄ（０．３５７Ｂ＝Ｄ）の０．６Ｄの位置で下流側に垂直線を引き水車中心として、水路底面から０．５５Ｈの高さに印をつけ、３の下流下面の終点で水路断面における最大流速位置に成る。更に終点上部の０．４５Ｈの水量を上流から２０°の傾斜押え板の下に送水させ、水路断面積が縮小することで、比重の増大と流速の速度が早くなり、下流終点口から速度を持ち放流するが短距離で平常に戻る。これがガイドプレートの設計流速が倍増流速になる原理です。又放流する水流を散乱しないように、ガイド両側板（４）の長さは、３の上流側より下流終点迄が６の水車円板の０．６Ｄと下流終点から水車軸中心垂直線までが６の円板の０．６Ｄと中心垂直線から下流側なで６の円板の０．５Ｄで加算すると６の円板の１．７Ｄが全長です。高さは１のフレーム架台の下面から３の下流終点まの高さと、３の終点から底面まで６の円板の０．５Ｄとを加算した高さ４面で組立て水流の散乱をふさぎ放流距離を伸ばし、水車の効率を上げるのが目的です。水車の設置は、１の固定フレーム架台の上流側下面から３の下流終点水平線までの高さを測定をし、３の終点から６の円板の０．６Ｄに７の水車軸中心垂直線を引き水平線と交差する。水平線から上部に６の円板の０．２５ｄ交差点は７の水車軸中心の水平線です。７の水車軸の両側に固定９の軸受け取り付け位置に合せ、１のフレーム架台下面から水車軸中心までの高さを測定し、水車軸受けフレーム台（５）を合せ水車を取り付ける。３の下流終点水平線から水車下までは、６の円板の０．２５Ｄで終点口から速度を持つ放流水が８の水車羽根に加圧し水車軸出力と回転数の合成出力を発表とする。
【実施例１】
【０００９】  用水路に使用する下掛け水車の理論公式については誌上に発表されていますが、ガイドプレート付水車は、開発中で、水路の水流で設計流速の中に使用している水路の一部分に、機械を置き内部装置で流速を早くし機械の効率を上げたいと、水路幅Ｂ＝０．５ｍ水深ｈｏ＝０．３５ｍの水路で゛実験模型を繰り返し実験の結果完成する。その理論公式を作成する為、株式会社フロンティア技研の実験室に依頼し、水車外水理模型実験業務を完成する。しかし理論公式は論文を提出し認定を取らなければ公式には使用出来ず、下掛け水車の理論の解答と実験指数を組合せ、暫定公式を完成。水路での実験用製品で運転観察と軸出力と回転数を計測機で検査確認した。【００１０】  ガイドプレート付水車の暫定公式で実験用製品を、水路の高さＨ＝１．８５ｍ、水路幅Ｂ＝３．８６ｍ、水深ｈｏ＝１．５５５ｍ、通水断面積Ａ＝５．０８７ｍ２  水路勾配ｉ＝０．０００３３３、粗度係数ｎ＝０．０１５、平均流速υ＝１．１ｍ／Ｓ、流量Ｑ＝６．５８８ｍ３／Ｓ、実験する水路です。
ガイドプレート付水車の設計による計算
［ガ１］軸出力：Ｐ＝５．２５０・Ａ・υ３（ｈｇ÷ｈｏ＋１．５１３）９
Ａ＝０．５１４３ｍ２  ｈｇ＝０．６９９
Ｐ＝５．２５×０，５１４×１．１３（０．６９９÷１．５５５＋１．５１３）９＝１５５１（Ｗ）    １．５５１（Ｋｗ）
［ガ２］回転数：Ｎ＝２．６２６・υ・（ｈｇ÷ｈｏ＋１．５１３）３÷Ｄ
Ｎ＝２．６２６×１．１×（０．６９９÷１．５５５＋１．５１３）１．５１３）３÷１．３７４＝１５．９（回／ｍｉｎ）
［ガ３］合成出力：Ｐｗ＝１．５５１×１５．９＝２４．６６
［実験］暫定公式の実験に、暫定公式設計・実験用製品を製作し、用水路で実験中に水車軸を測定器で測定した。
軸出力：１．７０１（Ｋｗ）  回転数：Ｎ＝１８．３（回／ｍｉｎ）
合成出力：Ｐｗ＝１．７０１×１８．３＝３１．１２
下掛け水車、同上公式設計による計算
［下１］軸出力：Ｐ＝ａ・ωｏ・Ａ・υ・（υ−ｕ）・ｕ／ｇ
水車幅は水路幅の％：Ｂｒ＝８０％  出力係数：ａ＝９７．３７％
プレード面積：Ａ＝１．０６４（ｍ２）粗度係数けｕ＝０．５５
重力加速度：ｇ＝９．８
Ｐ＝０．９７３×１０００×１．０６４×１．１×（１．１−０．５５）×０．５５÷９．８＝３５．１５（ｗ）
電力変換：ＱＲ＝３５．１５÷１０１．９７＝０．３４４（Ｋｗ）
［下２］回転数：Ｎ＝６０／（πＤ／υ）＝６０÷（π×１．３７４÷０．５５）＝７．６４（回／ｍｉｎ）
［下３］合成動力：Ｐｗ＝０．３３４×７．６４＝２．５５１
ガイド水車  軸出力１．５５１  回転数１５．９  合成出力２４．６６０
下掛け水車  軸出力０．３４４  回転数  ７．６  合成出力  ２．６１４
倍      率        ４．５０８          ２．１            ９．４８７
【産業上の利用可能性】
【００１１】
【００１２】  用水路の使用に合せ、設計流速の水流を利用し下掛け水車を採用したが、水路の施設機械は動力不足のため賣電を使用している。ガイドプレート付水車は、機械内部で設計流速を倍増させ、下掛け水車の合成出力より１０倍の合成動力となり、施設機械の動力は十分に利用できる。又、用水路に水車の間隔を空けて数台設置し発電装置などにも使用できる。現在、経済産業省では、地球温暖化対策の一環として、出力５００Ｋｗ以上千Ｋｗ以下の小規模水力発電の導入促進に向け、発電量を電力会社に販売するか否か検討を始めました。この水力発電に水路の利用化、既存ダムのすその原野等を利用化するには、水路を使用する水力発電に於ては、ガイドプレート付水車は採用されるものと確信します。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】Ａ−Ａ正面断面図、〔符号の説明〕  ガイドプレート付水車の全体構造と機構図です。固定フレーム架台（１）は、全体構造を支える骨組架台と水路構造物の基礎に固定する架台です。上流止水板（２）は、水路幅に上流の水流を止め通路に送る止水板。ガイド傾斜（３）は、止水板の下部と水路底面の間には、通路入口上面から２０°下降傾斜下流終点迄の傾斜板。ガイド両側板（４）は、水路壁に沿うて放流水を囲う両側板。水車軸受台フレーム（５）は水車組立て荷重と水車羽根に受ける放流圧力荷重との合成荷重を受け持つ構造フレーム２基。水車円板（６）・水車軸（７）・水車羽根（８）・軸受け（９）水車部品。伝導軸（１０）・チェン歯車２個（１１）・伝導チェン（１２）水車軸出力伝導部品。
【図２】Ｂ−Ｂ平面断面図  〔符号の説明〕  水車の水平断面図で、水路の両壁・上流止水板（２）・ガイド傾斜板（３）・ガイド両側板（４）・水車円板（６）・水車軸（７）・水車羽根（８）・軸受け（９）・チェン歯車（１１）。
【図３】平面図、〔符号の説明〕  固定フレーム架台の骨組以下平面図です。固定フレーム架台骨組（１）・ガイド傾斜板（３）ガイド両側板（４）水車軸受台フレーム（５）・伝導軸（１０）・チェン歯車（１１）・伝導チェンの構造部品と水車軸出力伝導部品。
【図４】上流側面図  〔符号の説明〕  上流側面からの水流通路の構造が理解できます。固定フレーム架台（１）・上流止水板（２）・ガイド傾斜板（３）・水車・の構造部品。
【図５】下流側面図  〔符号の説明〕  下流側面から水車の構造が理解できます。固定フレーム架台（１）・ガイド両側板（４）・水車軸受台フレーム（５）・水車円板（６）・水車軸（７）・水車羽根（８）・軸受け（９）・チェン歯車（１１）・伝導チェン（１２）・の構造部品と水車軸出力伝導部品です。
【符号の説明】
【００１４】１    固定フレーム架台    水路構造物の上部基礎に、機械の固定主体架台で、各構造及び水車機構を構成している。
２    上流止水板          上流から流れる水流を通路に導く構造止水板。
３    ガイド傾斜上流板    水路の底面から水深高さの中で通路上部面傾斜板
４    ガイド両側板        水路の通路終点流速倍増放流の囲いと水車効率。
５    水車軸受台フレーム  固定主体架台から水車を吊り下げるフレーム。
６    水車円板            水車の回転板。
７    水車軸              水車の回転軸と水車軸出力伝達。
８    水車羽根            回転板の羽根に流速倍増圧力を受け回転数倍増。
９    軸受け              水車回転構造を全部受け持つ受台。
１０  伝導軸              水車軸から発生出力を受け伝達する軸。
１１  チェン歯車Ａ・Ｂ    水車軸にＡ・伝達軸にＢ取り付ける。
１２  伝導チェン          Ａ・Ｂの歯車にチェンを掛け出力を伝達する。
【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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