JP2016014360A - 水車装置、およびそれを利用した小規模発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】 個人が、簡単に運搬、設置、利用、撤去および保管できる程度に十分に小型・軽量化し、構造が簡素で少量の水量であっても効率的に発電可能な上、耐久性に秀でた新たな水車技術を提供する。
【解決手段】 台型ベース２に天面水槽２１および排水路２３を確保し、該天面水槽２１には、円形器状内壁３０の中心に軸受け座４を設け、落水口３３を開口したケーシング３を埋設し、同ケーシング３遠心周壁３４回りに、複数の誘導管路５，５，……供給端５１，５１，……を接続し、同各誘導管路５，５，……の吸入口５０，５０，……を、該ケーシング３遠心周壁３４周りの同じ向きに揃う接線近似遠心方向に向け、当該天面水槽２１に露出開口するよう配し、当該軸受け座４には、翼輪６の主軸６０を回転自在に軸着した水車装置１、および、該翼輪６の主軸６０にダイナモ９の入力軸９０を接続してなる小規模発電機８である。
【選択図】 図１

Description

この発明は、液体の位置エネルギーを回転エネルギーに変換可能とするエネルギー変換技術に関連するものであり、特に、大規模発電施設や大型発電機に留まらず、充分に小型・軽量化して簡易的に設置し、直ちに利用可能な水車装置、およびそれを利用した小規模発電機を製造、提供する分野は勿論のこと、その輸送、保管、組み立ておよび設置に必要となる設備、器具類を提供、販売する分野から、それら資材や機械装置、部品類に必要となる素材、例えば、木材、石材、各種繊維類、プラスチック、各種金属材料等を提供する分野、それらに組み込まれる電子部品やそれらを集積した制御関連機器の分野、各種計測器の分野、当該設備、器具を動かす動力機械の分野、そのエネルギーとなる電力やエネルギー源である電気、オイルの分野といった一般的に産業機械と総称されている分野、更には、それら設備、器具類を試験、研究したり、それらの展示、販売、輸出入に係わる分野、将又、それらの使用の結果やそれを造るための設備、器具類の運転に伴って発生するゴミ屑の回収、運搬等に係わる分野、それらゴミ屑を効率的に再利用するリサイクル分野などの外、現時点で想定できない新たな分野までと、関連しない技術分野はない程である。

（着目点）
可搬型の所謂ポータブル発電機は、従前より、ガソリンエンジン、カセットボンベ、ＬＰガス、ソーラーパネルから得られる熱エネルギーや光エネルギーを電力に変換するものが主流となっているが、ガスの燃焼エネルギーを利用するものは、排気ガスにより自然環境への悪影響が懸念されるという理由から、特に、キャンプや屋外レジャーに利用する場合などには、利用を控えるユーザーが増加しており、また、ソーラーパネルを利用した発電機は、高価な上、大発電量を求めると大型化し、重量の増大を招き、曇天など天候によって発電量が不安定になるという欠点があり、風力発電も同様に、風力の変動によって発電量が大きく左右されるという欠点を残すものであった。

（従来の技術）
こうした状況を反映し、その打開策となるような提案もこれまでに散見されない訳ではない。
例えば、下記の特許文献１（１）に提案されているものに代表されるように、フロートに設けた水流の下流方向に傾いた下向きの回転軸に水車を取り付け、該フロートに係留索を取り付け、橋又は川岸から流れの中央に向けて流し、回転軸の上部において該回転軸によって発電機を駆動するようにしたものや、下記の特許文献１（２）に見られるように、回転軸の周囲に、凹形の受面と凸形の背面とを有する複数枚の可動翼を起倒自在状に軸着し、該回転軸を水流に対し垂直の姿勢に没した場合、各可動翼の受面に水流を受けると、水圧によって自動的に起立し、各可動翼の背面に水流を受けると、その水圧によって自動的に倒れ込むように閉じながらセルフクリーニング可能なものとし、水流の運動エネルギーを回転軸の回転力に変換可能としてなるもの、また、同特許文献１（３）ないし同１（６）のように、河川底や海底など固定的に設置し、河川水流や海水流、波動などの運動エネルギーを軸回転力に変換可能としたものなどが散見される。

しかし、前者特許文献１（１）に示されているようなフロートを河川の流れに浮かばせるよう設置するものは、ある程度の水深をもつ河川に設置する必要があり、渇水などによって浅くなってしまった場合には使用不可能となり、増水している川に設置するのは危険を伴うという懸念があり、特許文献１（２）のように、可動翼を有するものは、異物の進入などによって動作不良を生じたり、破損してしまったりする虞があり、構造の複雑化が、動作の安定性や耐久性を損ねる原因となる虞があり、また、後者特許文献１（３）ないし同１（６）に示されるような、河川底や海底など固定的に設置するものは、増水や高波などによって容易に倒壊しない程度に充分な強度をもって設置する必要があり、したがって簡便に取り外すことが難しく、しかも個人的に設置できる環境も少なく、ポータブル発電機として利用することが困難なものであった。
（１）特開２００１−２８９１４５号公報 （２）特開２０１３−２１７３６１号公報 （３）特開２００９−３６１１３号公報 （４）特開２０１１−７４９２１号公報 （５）特表２０１３−５４１６７５号公報 （６）特開２０１４−１５９２３号公報

（問題意識）
上述したとおり、従前までに提案のある各種水車や、それを利用した水力圧電機などは、何れも、河川や海の水深や天候などによって利用が難しい場合や、設置および利用に危険を伴う虞がある場合などがあり、また、河川底や海底に固定的に設置するものは、充分な水量の河川や海域などに設置しなければならず、個人が利用したいときに気軽に設置して、利用後に簡単に撤去できるものではなく、主に国や地方団体、企業などが設置し、管理、利用するのに適するものであるという事情から、小川や、沢などから導管などを通じて分岐させた水流、住宅排水口からの生活排水、または、雨樋から排出される雨水などのように、身近で少ない水流の位置エネルギーを、効率的に、他の有益なエネルギーに変換・利用可能とし、一般家庭でも気軽に設置、利用可能とする技術について更なる改善の可能性を痛感するに至ったものである。

（発明の目的）
そこで、この発明は、個人が、簡単に運搬、設置、利用、撤去および保管できる程度に十分に小型・軽量化し、構造が簡素で少量の水量であっても効率的に発電可能な上、耐久性に秀れる新たな水車技術の開発はできないものかとの判断から、逸速くその開発、研究に着手し、長期に渡る試行錯誤と幾多の試作、実験とを繰り返してきた結果、今回、遂に新規な構造の水車装置、およびそれを利用した新規な構造の小規模発電機を実現化することに成功したものであり、以下では、図面に示すこの発明を代表する実施例と共に、その構成を詳述することとする。

（発明の構成）
図面に示すこの発明を代表する実施例からも明確に理解されるように、この発明の水車装置は、基本的に次のような構成から成り立っている。
即ち、台型ベースの上部に天面水槽、およびその下部に排水路を確保し、該天面水槽には、円形器状内壁の中心に軸受け座を設け、同軸受け座近傍に、該排水路に通じる落水口を開口したケーシングを埋設し、同ケーシング遠心周壁回りに、複数の誘導管路の各供給端を接続し、同各誘導管路の吸入口を、該ケーシング遠心周壁周りの同じ向きに揃う接線近似遠心方向に向け、当該天面水槽に露出開口するよう配し、当該軸受け座には、翼輪の主軸を回転自在に軸着してなるものとした構成を要旨とする水車装置である。

これを換言すれば、台型ベースの上部に天面水槽、およびその下部に排水路を確保し、該天面水槽には、円形器状内壁の中心に軸受け座を設け、同軸受け座近傍に、該排水路に通じる落水口を開口したケーシングを埋設し、同ケーシング遠心周壁回りに、複数の誘導管路の各供給端を接続し、同各誘導管路の吸入口を、該ケーシング遠心周壁周りの同じ向きに揃う接線近似遠心方向に向け、当該天面水槽に露出開口するよう配し、当該軸受け座には、各誘導管路を通じて略接線方向よりケーシング内に流入する水を受ける複数枚の翼を植設した翼輪の主軸を回転自在に軸着し、同翼輪の主軸に、ダイナモの入力軸用の接続機構を設けてなるものとした構成を要旨とした水車装置となる。

この基本的な構成からなる水車装置は、より具体的なものとして示すと、台型体の天面壁周囲に水密周囲壁を突設し、適宜深さの天面水槽とし、該天面水槽底壁下に略水平方向に排水可能な排水路を確保したベースを有し、該ベース天面壁である天面水槽底壁の中央適所に、円形器状内壁を有し、同内壁底部中心に軸受け座を設けると共に、同内壁底部中心の軸受け座近傍周囲に均衡状配置となり、当該ベース排水路に通じる１または複数何れか一方の落水口を開口したケーシングを天面開口状に埋設し、当該ベース天面水槽底面下となる該ケーシング遠心周壁回りに均衡状配置となる複数の流入口を開口し、それら複数の流入口には、各流入口に対応する口径および適宜長さとした各誘導管路の、該ケーシング遠心周壁の同じ向きに揃う接線近似遠心方向に向け、当該天面水槽底壁上に露出開口するよう配した各吸入口から、夫々接線近似求心方向に向け、当該天面水槽底面下に下り勾配をもって埋設状とした供給端を接続した上、当該軸受け座には、各誘導管路を通じて略接線方向よりケーシング内に流入する水を受ける複数枚の翼を植設した翼輪の主軸を回転自在に軸着してなるものとした構成からなる水車装置と云える。

これを、表現を変えて示すと、１人で運搬可能な軽量素材製台型体の天面壁周囲に水密周囲壁を突設し、適宜深さの天面水槽とし、該天面水槽底壁下に略水平方向に排水可能な排水路を確保したベースを有し、該ベース天面壁である天面水槽底壁の中央適所に、円形器状内壁を有し、同内壁底部中心に軸受け座を設けると共に、同内壁底部中心の軸受け座近傍周囲に均衡状配置となり、当該ベース排水路に通じる１または複数何れか一方の落水口を開口したケーシングを天面開口状に埋設し、当該ベース天面水槽底面下となる該ケーシング遠心周壁回りに均衡状配置となる複数の流入口を開口し、それら複数の流入口には、各流入口に対応する口径および適宜長さとした各誘導管路の、該ケーシング遠心周壁の同じ向きに揃う接線近似遠心方向に向け、当該天面水槽底壁上に露出開口するよう配した各吸入口から、夫々接線近似求心方向に向け、当該天面水槽底面下に下り勾配をもって埋設状とした供給端を接続した上、当該軸受け座には、各誘導管路を通じて略接線方向よりケーシング内に流入する水を受ける複数枚の翼を植設した翼輪の主軸を回転自在に軸着し、同翼輪の主軸に、ダイナモの入力軸用の接続機構を設けてなるものとした構成からなる水車装置となる。

（関連する発明１）
上記した水車装置に関連し、この発明には、それを利用した小規模発電機も包含している。
即ち、台型ベースの上部に天面水槽、およびその下部に排水路を確保し、該天面水槽には、円形器状内壁の中心に軸受け座を設け、同軸受け座近傍に、該排水路に通じる落水口を開口したケーシングを埋設し、同ケーシング遠心周壁回りに、複数の誘導管路の各供給端を接続し、同各誘導管路の吸入口を、該ケーシング遠心周壁周りの同じ向きに揃う接線近似遠心方向に向け、当該天面水槽に露出開口するよう配し、当該軸受け座には、翼輪の主軸を回転自在に軸着した上、適所に固定したダイナモの入力軸を、該翼輪の主軸に対し、直接か、または、接続機構を介するかの何れか一方にて接続してなるものとした、この発明の基本をなす前記水車装置を利用した小規模発電機である。

以上のとおり、この発明の水車装置によれば、従前までのものとは違い、上記したとおりの固有の特徴ある構成から、燃料を一切必要とせず、自然環境に優しく、天面水槽に必要量の水、またはそれに変わる液体を適量ずつ連続的に共有するだけで、効率的且つ安定して回転エネルギーを得ることができるから、危険を冒して河川などの流水中や河川底、海底などに設置する必要がなく、地上の安全な場所に設置し、配管などを通じて引き込んだ水を供給するだけで、安定した回転力を取り出すことができ、干ばつなどによって河川水が減少した場合にも、少量の水によって効率的に動作し、天候に左右されず、安定したエネルギー供給を実現化し、小型・軽量化し、１人でも運搬および設置可能なものとすることができ、ダイナモと組み合わせることによって、経済的な小規模発電機を実現化することができるという秀でた特徴が得られるものである。

加えて、ケーシングにカバーを着脱自在に装着してなるものは、ケーシング内に流入した水が、外に溢れ出すのを確実に防止し、水の位置エネルギーを、より効率的に、翼輪の回転エネルギーに変換可能なものとする上、外部からの異物の進入を防止し、信頼性および耐久性を一段と高めたものとすることができる。
また、翼輪各翼の上端縁間を閉塞するよう整流ディスクを一体化してなるものは、各翼に受ける水が、上方に逃げるのを阻止するよう整流し、エネルギー損失を最小限度に留めるものとし、エネルギー変換効率を格段に高めたものとすることができる。

そして、ベース天面水槽底壁の、各誘導管路各吸入口に臨む位置に、夫々下り勾配の誘導溝を凹設してなるものは、天面水槽から各誘導管路各吸入口に流入する水の流れを、より低抵抗且つ高速化し、摩擦抵抗による運動エネルギーの損失を大幅に削減し、格段に効率的に回転エネルギーに変換できるものとすることができる。
さらにまた、各誘導管路が、吸入口から供給端に向けてケーシング寄りに湾曲するよう円弧管路状のものとし、翼輪の各翼が、各受翼面を凹面形に湾曲してなるものは、各誘導管路から翼輪の各翼に向かう水の流路を連続曲線状のものとし、流速を格段に高めるよう加速し易くし、エネルギー変換効率を大幅に高めたものとすることができる。

この発明の水車装置を利用した小規模発電機によれば、危険を冒して河川などの流水中や川底、海底などに設置する必要がなく、地上の安全な場所に設置し、配管などを通じて引き込んだ水を供給するだけで、自然環境を破壊することなく安定した電力を得ることができ、干ばつなどによって河川水が減少した場合にも、少量の水によって効率的に発電することができるから、天候に左右されず、安定した電力供給を可能とし、大型化して大規模な発電に利用することができる上、小型・軽量化して１人でも運搬および設置可能なものとすることにより、一般家庭用や屋外活動、キャンプ用、および、災害などの緊急時用などとしての発電機として幅広く利用することができ、使用しないときには、簡単に撤去し、収納、保管することができるものになるというという大きな効果を奏することになる。

上記したとおりの構成からなるこの発明の実施に際し、その最良もしくは望ましい形態について説明を加えることにする。
ベースは、この発明の水車装置、およびそれを利用した小規模発電機の少なくとも何れか一方の主要な本体部分となり、目標位置に安定的に据置設置可能とし、ケーシングや翼輪など、それ以外の主要部品類を一体化するよう組み込み可能とする機能を担い、下部に設けた排水路よりも上部に天面水槽を配するよう台型のものとしなければならず、その天面壁上を適宜深さの天面水槽とし、該天面水槽底壁の中央適所にケーシングを天面開口状に埋設し、該天面水槽底壁下に略水平方向に排水可能な排水路を確保したものとすべきであり、当該ベースの略全体が、鉄筋製や鉄筋コンクリート製などの重厚長大な大型水車施設の本体部分とすることができる外、後述する実施例に示すように、人が１人で容易に運搬、設置することができる程度に軽量な、例えば発泡樹脂製や、その他の合成樹脂製、繊維強化樹脂製、木製などのものとすることができる。

ベースの天面水槽は、該ベースの天面壁上に、同天面壁に埋設したケーシング内翼輪を、回転駆動するに充分な水量を収容可能な水深を確保可能とする機能を担い、過剰な水量を収容可能な容量とすべきではなく、必要最小限か、それに近い水量を収容可能な容積を確保したものとするのが良く、ベース天面壁周囲に一定高さの水密周囲壁を突設し、適宜深さを確保し、ケーシング周囲を包囲し、充分な防水加工を施すなどして漏水しない水槽状としたものとすべきである。

ベースの排水路は、天面水槽から各誘導管路を通じてケーシング内に流入した水が、同ケーシング落水口を通じ、当該天面水槽底壁下に排水することとなり、同天面水槽底壁下に落下した水を、ベースの周囲方向へ円滑に排水可能とする機能を担い、ベース天面水槽底壁下に、ケーシング落水口を塞がない配置とした複数の支持柱や支持脚などを配し、それら支持柱・脚類間の空間を、排水路とすることができる外、ブロック状としたベースの上下肉厚寸法内に、ケーシング落水口に通じる暗渠状の管路を設けたものとすることができ、少なくとも一方向に排水可能なものとし、必要に応じて分岐、合流する配管路からなるものとすることが可能であり、その末端開口には、配管接続用のネジ部など適宜接続機構を設けたり、開閉バルブを設けたりしたものとすることが可能であり、より具体的には、後述する実施例に示すように、独立発泡樹脂製の軽量素材からなるブロック状ベースの上下肉厚寸法内に、略水平方向に貫通状とした配管路を配し、その管路中途部をケーシング落水口に連通するようにしたものとすることができる。

ケーシングは、翼輪を適宜姿勢に収容可能とし、ベース天面水槽からの水を周回りに均衡する遠心方向より効率良く流入し、同内壁底部中心付近の落水口を通じて円滑に排水可能とする機能を担い、円形器状内壁の中心に軸受け座を設け、同軸受け座近傍に、該排水路に通じる落水口を開口したものとしなければならず、より具体的には、円形器状内壁を有し、同内壁底部中心に軸受け座を設けると共に、同内壁底部中心の軸受け座近傍周囲に均衡状配置となり、当該ベース排水路に通じる１または複数何れか一方の落水口を開口し、ベース天面水槽底壁に対し、天面開口状に埋設したものとするのが良く、ベース天面壁と同一素材且つ一体のものとすることができる外、硬質合成樹脂製や繊維強化樹脂製、金属製、陶器製、コンクリート製などベース天面壁とは別素材製且つ別体部品からなり、ベース天面壁である天面水槽底壁の中央適所に、一体化するよう設けたものとすることが可能であり、後述する実施例に示すように、その遠心周壁と翼輪の主軸回りとの間の天面開口を水密状に隠蔽可能な、伏せた円形器状内壁を有し、該ケーシング遠心周壁に水密状に着脱自在な接続周縁部、および、翼輪の主軸を回転自在に縦貫可能な軸孔部を設けたカバーを着脱自在に装着してなるものとすることができる。

軸受け座は、翼輪の主軸を所定位置および所定支持角度に回転自在に支持可能とする機能を担い、ケーシングの内壁底部中心に配したものとしなければならず、主軸を支持位置に規制可能な座部を有するものとすべきであり、軸受け可能に凹設したもの、または、棒状や筒状の軸部を立設したものなどとするのが良く、適宜軸受け機構を組み込んだものや、ラジアル軸受け、スラスト軸受けなどのベアリング類を適宜組み込み可能としたものなどとすることができ、また、翼輪の主軸を立設し、該主軸の周囲に、筒状の翼輪を回転自在に軸支可能なものに置き換えることが可能であり、後述する実施例にも示しているように、ケーシングの内壁底部に固着したものとするのが望ましいが、ケーシングの上がわに支持骨格やカバーなどを設け、該支持骨格やカバーなどに対して設け、実質的にケーシングの内壁底部中心に配したものとすることが可能であり、この場合には、翼輪の主軸を吊り下げ状に回転支持可能なものとすることができる。

ケーシングの落水口は、同ケーシング遠心周壁から求心方向に向けて流入する水を、台型体天面水槽底壁下の排水路に向けて円滑に落下・排水可能とする機能を担っており、同ケーシングの内壁底部中心に配した軸受け座近傍開口したものとしなければならず、より具体的には、同ケーシングの内壁底部中心に配した軸受け座近傍周囲に均衡状配置となり、ベース排水路に通じるように１または複数の何れか一方を開口したものとするのが良く、同ケーシングの各吸入口を通じて流入する水量を、遅滞なく円滑に排水可能な開口面積および配置・開口形状のものとするのが望ましい。

ケーシングの流入口は、ベース天面水槽の水を、同ケーシング遠心周壁の周回りに均衡する位置から、同ケーシング求心がわの落水口に向け、円滑に流入可能とする機能を担い、同ケーシング遠心周壁回りに均衡状配置となる複数を開口したものとすべきであり、落水口を通じて排水する水量に略等しい量の水を遅滞なく円滑に供給可能な開口面積および配置・開口形状のものとするのが望ましいと言える。

誘導管路は、ベース天面水槽の水を、ケーシング遠心周壁周回りの均衡する複数箇所より、各落水口を通じて、同ケーシング内に、円滑に供給可能とする機能を担い、各流入口に対応する口径および適宜長さとし、同ケーシング遠心周壁の同じ向きに揃う接線近似遠心方向に向け、当該天面水槽底壁上に露出開口するよう配した各吸入口から、夫々接線近似求心方向に向け、当該天面水槽底面下に下り勾配をもって埋設状とした供給端を接続してなるものとすべきであり、吸入口から供給端に掛けた全長が同一の管路内径のものとすることができる外、吸入口から供給端に向けて管路内径を次第に縮小するよう設定したものとすることが可能であり、後述する実施例に示すように、求心方向に向け僅かに湾曲した円弧管路状のものとし、各吸入口に臨む天面水槽底壁に、夫々下り勾配の誘導溝を凹設してなるものとすることができる。

ケーシングのカバーは、同ケーシング内に流入した水が、天面開口より溢れ出ないようにすると共に、同ケーシング天面開口から異物が進入しないよう包囲する機能を分担しており、同ケーシングが、その遠心周壁と翼輪の主軸回りとの間の天面開口を水密状に隠蔽可能となる伏せた円形器状内壁を有し、該ケーシング遠心周壁に水密状に着脱自在な接続周縁部、および、翼輪の主軸を回転自在に縦貫可能な軸孔部を設けたものとすべきであり、閉鎖・固定状態を維持可能とする仮止め機構などを設けたものとするのが良い。

翼輪は、ケーシング内に流入した水を受けて効率的に回転し、水の位置エネルギーを回転エネルギーに変換可能とする機能を担い、軸受け座に回転自在に軸着可能な主軸を有するものとしなければならず、軸受け座に軸着可能な主軸の周囲に、複数枚の翼を植設してなるものとすべきであり、翼は、平板状、曲面板状、器状など様々な形状のものとすることが可能であり、また、軸受け座がわに主軸を立設し、該主軸に軸着可能な筒状部を有し、同筒状部の周囲に、複数枚の翼を植設してなるものに置き換えることが可能であり、後述する実施例に示すように、各翼は、水を受ける面を凹曲面形とし、各翼の上端縁間を閉塞する整流ディスクを一体化してなるものとすることができ、各翼は、主軸に対し、１枚ずつ着脱交換可能なものとすることが可能である。

小規模発電機のダイナモは、翼輪主軸の回転エネルギーを受けて発電可能とする機能を担い、翼輪主軸に同心状に入力軸を接続したものや、変則機構を介して接続したもの、または、軸受け座下に配して、翼輪主軸下端に入力軸を接続したもの、さらにまた、軸受け座や、翼輪主軸内に該ダイナモの全体またはローター部などの一部を内蔵したものなどとすることが可能である。

ベース天面水槽に供給する水は、その位置エネルギーを、翼輪の回転力に効率良く変換可能とする機能を担うこととなり、位置エネルギーを回転エネルギーに効率的に変化できるよう、適度な重量、動粘性の流体とすべきであり、経済的に入手および安全に廃棄または再利用可能な雨水、貯留水、沢水、河川水、海水、生活排水、水道水、工業用水などの水とすることができ、また、パイプ輸送過程の液薬、燃料、飲料、その他の液体とすることができる外、安定動作可能な場合には、液体と同様の流動性を確保可能な粒状体や粉状体などに置き換えることができる。
以下では、図面に示すこの発明を代表する実施例と共に、その構造について詳述することとする。

図面は、この発明の水車装置、およびそれを利用した小規模発電機の技術的思想を具現化した代表的な幾つかの実施例を示すものである。
水車装置を利用した小規模発電機を示す図２中のＡ−Ａ断面図である。 水車装置を利用した小規模発電機を示す平面図である。 図２中Ｂ−Ｂ線部分を示す断面図である。 カバーおよび翼輪を取り除いた水車装置を示す平面図である。 ケーシングを示す平面図である。 図５中Ｃ−Ｃ線部分を示す断面図である。 ケーシングを示す下面図である。 翼輪を示す下面図である。 図８中Ｄ−Ｄ線部分を示す断面図である。 カバーを示す平面図である。 図１０中Ｅ−Ｅ線部分を示す断面図である。

図１ないし図１１に示している事例は、台型ベース２に天面水槽２１を設け、同天面水槽２１底壁２０下に排水路２３を確保し、該天面水槽２１底壁２０の中央適所には、天面開口・円形器状内壁３０の底部３１中心に軸受け座４を設け、同軸受け座４周囲に、当該ベース２排水路２３に通じる落水口３３を開口したケーシング３を埋設し、当該ベース２天面水槽２１底面２０下となる同ケーシング３遠心周壁３４回りに複数の流入口３５，３５，……を開口し、それら流入口３５，３５，……には各誘導管路５，５，……の供給端５１，５１，……を接続し、同各誘導管路５，５，……の吸入口５０，５０，……を、該ケーシング３遠心周壁３４周りの同じ向きに揃う接線近似遠心方向に向けて、当該天面水槽２１底壁２０上に露出開口するよう配し、当該軸受け座４には、複数枚の翼６４，６４，……を植設した翼輪６の主軸６０を回転自在に軸着した上、ダイナモ９の入力軸９０を、該翼輪６の主軸６０に接続してなるものとした、この発明の水車装置を利用した小規模発電機における代表的な一実施例を示すものである。

それら各図からも明確に把握できるとおり、この発明の水車装置１は、独立発泡合成樹脂製、幅約４０ｃｍ、奥行き約４０ｃｍ、上下厚さ約１０ｃｍとし、１人で容易に運搬できる重さの矩形台型体からなるベース２を有し、該ベース２の天面壁２０周囲に、高さ約２．５ｃｍの水密周囲壁２２を突設し、適宜深さ約２．５ｃｍの天面水槽２１を設け、該天面水槽２１底壁２０下となるベース２上下肉厚約１０ｃｍ間に、水平方向に貫通する暗渠状の排水路２３を確保し、該ベース２天面壁２０である天面水槽２１底壁２０平面視中央の右寄りとなる位置には、直径約２２ｃｍの円形器状内壁３０を有するケーシング３を、その天面開口全周縁３２が、天面水槽２１底壁２０より約１ｃｍ突出する水平姿勢に埋設・一体化し、同ケーシング３内壁３０の底部３１中心に、直径約７ｃｍ、高さ約１．５ｃｍ、短六角柱形の台部４２、および同台部４２上に、直径約６ｃｍ、高さ約３ｃｍであって、円形上端周縁を座部４０とした筒型軸部４１を同心上に一体化した軸受け座４を垂直且つ回転不能固着状に立設し、該内壁３０底部３１の軸受け座４台部４２周囲に均衡状配置となる合計８箇所夫々に、外径約１２ｃｍの座部４０相当部分を除いた扇形の落水口３３，３３，……を、当該ベース２排水路２３に通じるよう開口し、当該ベース２天面水槽２１底面２０下となる該ケーシング３遠心周壁３４回りに均衡状配置となる合計４個の流入口３５，３５，……を開口したものである。

ケーシング３遠心周壁３４回りの各流入口３５，３５，……には、各流入口３５，３５，……に対応する口径約２ｃｍ、長さ約１０ｃｍとし、該ケーシング３遠心周壁３４の同じ向きに揃う接線近似遠心方向に向け、当該天面水槽２１底壁２０上に各吸入口５０，５０，……を露出状に開口し、各吸入口５０，５０，……から各供給端５１，５１，……に向け、ケーシング３寄りに緩やかに湾曲する円弧パイプ状のものとした各誘導管路５，５，……の、当該天面水槽２１底面２０下に下り勾配をもって埋設状としてなる各供給端５１，５１，……を水密状に接続した上、当該ベース２天面水槽２１底壁２０の、各誘導管路５，５，……各吸入口５０，５０，……に臨む位置に、夫々下り勾配を有する誘導溝２４，２４，……を凹設してなるものとしてある。

当該軸受け座４に軸着する翼輪６は、内径約６ｃｍ、深さ約２．５ｃｍの軸着筒部６１、および、該軸着筒部６１上に内径約４．２ｃｍ、高さ約４ｃｍ、筒状の接続機構６２をなす接続筒部６２を同心状一体化し、該軸着筒部６１上端と接続筒部６２下端との段差部分が、当該軸受け座４座部４０に、回転自在に装着可能となる軸規制段部６３とするよう寸法設定した主軸６０を有し、該主軸６０の周囲には、当該軸受け座４および軸着した主軸６０を除くケーシング３内壁３０の内部空間断面形に、僅かな隙間をもつ投影形状であって、各誘導管路５，５，……を通じて略接線方向よりケーシング３内に流入する水Ｗを受けるよう、各受翼面６７，６７，……の求心植端６５，６５，……から遠心翼先端６６，６６，……にかけて凹面形に湾曲した合計１２枚の翼６４，６４，……を植設し、各翼６４，６４，……の上端縁間を閉塞する環状円板形の整流ディスク６８を一体化したものである。

当該軸受け座４に翼輪６を軸着した、ケーシング３天面開口３２には、その遠心周壁３４と翼輪６の主軸６０回りとの間を水密状に隠蔽可能な、伏せた円形器状内壁７０を有し、該ケーシング３遠心周壁３４開口縁３２に水密状に着脱自在な接続周縁部７１、および、翼輪６の主軸６０を回転自在に縦貫可能な軸孔部７２を設けたカバー７を、図示しない複数の仮固定金具などを介して着脱自在に装着したものとしてある。

以上のような構造とした、この発明の水車装置１は、それを利用して以下のように、この発明に包含する小規模発電機８を得ることが可能であり、該小規模発電機８は、ベース２の上部適所間に掛け渡した支持脚９１，９１によってケーシング３軸受け座４直上に垂下支持したダイナモ９の入力軸９０を、翼輪６主軸６０の接続機構６２に同心状に連結し、翼輪６の回転を、該入力軸９０に伝達するものとしてある。

（実施例１の作用・効果）
以上のとおりの構成からなるこの発明の水車装置１、およびそれを利用した小規模発電機８は、図１および図２の二点鎖線白抜き矢印に示すように、ベース２天面水槽２１の左寄りに確保してある給水位置２５（図２に二点鎖線円で示す）に、連続的供給または循環供給し、該天面水槽２１水槽周囲壁２２から外に溢れないよう、単位時間当たり適量の水Ｗを連続的に供給すると、ケーシング３周囲に下り勾配をもって配した合計４本の各誘導管路５，５，……各吸入口５０，５０，……から、同各供給端５１，５１，……（流入口３５，３５，……）に向けて流下し、このとき各吸入口５０，５０，……の入り口付近では、各誘導溝２４，２４，……が、水流Ｗをより円滑に誘導するものとなる。

各誘導管路５，５，……を流下した水流Ｗは、軸受け座４および翼輪６主軸６０を中心とした渦流をなすよう加速しながらケーシング３内に流入し、軸受け座４周囲の各落水口３３，３３，……に落下するまでの過程中に、翼輪６各翼６４，６４，……の受翼面６７，６７，……に、図１および図３の実線矢印に示す方向の流水圧Ｗを加え、翼輪６主軸６０、およびそれに接続したダイナモ９入力軸９０を回転駆動し、ダイナモ９が発電するものとなる。

翼輪６上部の環状円板形整流ディスク６８は、水流Ｗを無駄なく、各翼６４，６４，……に供給するよう、各翼６４，６４，……上縁がわを閉塞状とするものとなり、位置エネルギーの損失を格段に低減し、一段と効率的に発電可能とし、カバー７が、ケーシング３内への異物の進入を阻止して、翼輪６の不用意な停止や、破損、故障などを未然に防止可能なものとなる。

各落水口３３，３３，……から落下した排水Ｗは、図１および図４の二点鎖線白抜き矢印に示してあるように、水平方向外がわに淀みなく排水するものとなり、該排水Ｗは、図示しないポンプなどを用いて、ベース２天面水槽２１よりも高所の図示しない水槽などに揚水・貯水しておき、電力を利用するときに、図１の二点鎖線白抜き矢印、および図２の二点鎖線円に示すとおり、再び給水位置２５に供給して発電を行うよう循環利用することが可能である。

（結 び）
叙述の如く、この発明の水車装置、およびそれを利用した小規模発電機は、その新規な構成によって所期の目的を遍く達成可能とするものであり、しかも製造も容易で、従前からの燃料を要するポータブル発電機技術に比較して全く燃料を必要とせず、自然環境に悪影響を及ぼすことなく、格段に効率的にエネルギー変換・利用および発電を可能とするものとなり、原動機や太陽光パネルなどを必要とせず、構造が簡素で耐久強度を大幅に高めたものとし、軽量且つ低廉化して遥かに経済的なものとすることができる上、運搬、設置、利用、撤去および保管などの作業性を大幅に改善し得るものとなることから、従前までは、設置、利用の困難さや、河川水や海水利用の安全性や安定性などに疑問を抱き、水力利用をためらっていたような一般家庭は固よりのこと、ポータブル発電機の販売を促進したい発電機製造・販売業界や、大・中規模の発電施設を施工、管理、運営する発電業界においても高く評価され、広範に渡って利用、普及していくものになると予想される。

１ 水車装置
２ ベース
２０ 同 水槽底壁（水槽底面、ベース天面壁）
２１ 同 天面水槽
２２ 同水槽周囲壁
２３ 同 排水路
２４ 同 誘導溝
２５ 同 給水位置
３ ケーシング
３０ 同 内壁
３１ 同 内壁底部
３２ 同 天面開口（開口全周縁）
３３ 同 落水口
３４ 同 遠心周壁
３５ 同 流入口
４ 軸受け座
４０ 同 座部
４１ 同 筒型軸部
４２ 同 台部
５ 誘導管路
５０ 同 吸入口
５１ 同 供給端
６ 翼輪
６０ 同 主軸
６１ 同 軸着筒部
６２ 同 接続機構（接続筒部）
６３ 同 軸規制段部
６４ 同 翼
６５ 同 求心植端
６６ 同 遠心翼先端
６７ 同 受翼面
６８ 同 整流ディスク
７ カバー
７０ 同 内壁
７１ 同 接続周縁部
７２ 同 軸孔部
８ 小規模発電機
９ ダイナモ
９０ 同 入力軸
９１ 同 支持脚
Ｗ 水（液体、水流、流水圧、排水）

この発明は、液体の位置エネルギーを回転エネルギーに変換可能とするエネルギー変換技術に関連するものであり、特に、大規模発電施設や大型発電機に留まらず、充分に小型・軽量化して簡易的に設置し、直ちに利用可能な水車装置、およびそれを利用した小規模発電機を製造、提供する分野は勿論のこと、その輸送、保管、組み立ておよび設置に必要となる設備、器具類を提供、販売する分野から、それら資材や機械装置、部品類に必要となる素材、例えば、木材、石材、各種繊維類、プラスチック、各種金属材料等を提供する分野、それらに組み込まれる電子部品やそれらを集積した制御関連機器の分野、各種計測器の分野、当該設備、器具を動かす動力機械の分野、そのエネルギーとなる電力やエネルギー源である電気、オイルの分野といった一般的に産業機械と総称されている分野、更には、それら設備、器具類を試験、研究したり、それらの展示、販売、輸出入に係わる分野、将又、それらの使用の結果やそれを造るための設備、器具類の運転に伴って発生するゴミ屑の回収、運搬等に係わる分野、それらゴミ屑を効率的に再利用するリサイクル分野などの外、現時点で想定できない新たな分野までと、関連しない技術分野はない程である。

（着目点）
可搬型の所謂ポータブル発電機は、従前より、ガソリンエンジン、カセットボンベ、ＬＰガス、ソーラーパネルから得られる熱エネルギーや光エネルギーを電力に変換するものが主流となっているが、ガスの燃焼エネルギーを利用するものは、排気ガスにより自然環境への悪影響が懸念されるという理由から、特に、キャンプや屋外レジャーに利用する場合などには、利用を控えるユーザーが増加しており、また、ソーラーパネルを利用した発電機は、高価な上、大発電量を求めると大型化し、重量の増大を招き、曇天など天候によって発電量が不安定になるという欠点があり、風力発電も同様に、風力の変動によって発電量が大きく左右されるという欠点を残すものであった。

（従来の技術）
こうした状況を反映し、その打開策となるような提案もこれまでに散見されない訳ではない。
例えば、下記の特許文献１（１）に提案されているものに代表されるように、フロートに設けた水流の下流方向に傾いた下向きの回転軸に水車を取り付け、該フロートに係留索を取り付け、橋又は川岸から流れの中央に向けて流し、回転軸の上部において該回転軸によって発電機を駆動するようにしたものや、下記の特許文献１（２）に見られるように、回転軸の周囲に、凹形の受面と凸形の背面とを有する複数枚の可動翼を起倒自在状に軸着し、該回転軸を水流に対し垂直の姿勢に没した場合、各可動翼の受面に水流を受けると、水圧によって自動的に起立し、各可動翼の背面に水流を受けると、その水圧によって自動的に倒れ込むように閉じながらセルフクリーニング可能なものとし、水流の運動エネルギーを回転軸の回転力に変換可能としてなるもの、また、同特許文献１（３）ないし同１（６）のように、河川底や海底など固定的に設置し、河川水流や海水流、波動などの運動エネルギーを軸回転力に変換可能としたものなどが散見される。

しかし、前者特許文献１（１）に示されているようなフロートを河川の流れに浮かばせるよう設置するものは、ある程度の水深をもつ河川に設置する必要があり、渇水などによって浅くなってしまった場合には使用不可能となり、増水している川に設置するのは危険を伴うという懸念があり、特許文献１（２）のように、可動翼を有するものは、異物の進入などによって動作不良を生じたり、破損してしまったりする虞があり、構造の複雑化が、動作の安定性や耐久性を損ねる原因となる虞があり、また、後者特許文献１（３）ないし同１（６）に示されるような、河川底や海底など固定的に設置するものは、増水や高波などによって容易に倒壊しない程度に充分な強度をもって設置する必要があり、したがって簡便に取り外すことが難しく、しかも個人的に設置できる環境も少なく、ポータブル発電機として利用することが困難なものであった。
（１）特開２００１−２８９１４５号公報 （２）特開２０１３−２１７３６１号公報 （３）特開２００９−３６１１３号公報 （４）特開２０１１−７４９２１号公報 （５）特表２０１３−５４１６７５号公報 （６）特開２０１４−１５９２３号公報

（問題意識）
上述したとおり、従前までに提案のある各種水車や、それを利用した水力圧電機などは、何れも、河川や海の水深や天候などによって利用が難しい場合や、設置および利用に危険を伴う虞がある場合などがあり、また、河川底や海底に固定的に設置するものは、充分な水量の河川や海域などに設置しなければならず、個人が利用したいときに気軽に設置して、利用後に簡単に撤去できるものではなく、主に国や地方団体、企業などが設置し、管理、利用するのに適するものであるという事情から、小川や、沢などから導管などを通じて分岐させた水流、住宅排水口からの生活排水、または、雨樋から排出される雨水などのように、身近で少ない水流の位置エネルギーを、効率的に、他の有益なエネルギーに変換・利用可能とし、一般家庭でも気軽に設置、利用可能とする技術について更なる改善の可能性を痛感するに至ったものである。

（発明の目的）
そこで、この発明は、個人が、簡単に運搬、設置、利用、撤去および保管できる程度に十分に小型・軽量化し、構造が簡素で少量の水量であっても効率的に発電可能な上、耐久性に秀れる新たな水車技術の開発はできないものかとの判断から、逸速くその開発、研究に着手し、長期に渡る試行錯誤と幾多の試作、実験とを繰り返してきた結果、今回、遂に新規な構造の水車装置、およびそれを利用した新規な構造の小規模発電機を実現化することに成功したものであり、以下では、図面に示すこの発明を代表する実施例と共に、その構成を詳述することとする。

（発明の構成）
図面に示すこの発明を代表する実施例からも明確に理解されるように、この発明の水車装置は、基本的に次のような構成から成り立っている。
即ち、周囲に水槽周囲壁を突設して適宜深さで、該周囲壁で囲む上方を開放した天面水槽とする上部と、該天面水槽の下で略水平方向に排水可能な排水路にした下部とからなり、１人で運搬可能な軽量素材製とした台型ベベースを有し、該台型ベース天面水槽の水槽底壁中央適所には、円形器状内壁を有し、同内壁底部中心に軸受け座を設けると共に、同内壁底部中心の軸受け座近傍周囲に均衡状配置で、当該排水路に通じる１または複数何れか一方の落水口を開口したケーシングを、上方がわが開口して埋没状に設置するようにしてなるものとし、該ケーシングには、その遠心周壁外側に均衡状配置となるようにした複数の流入口を開口し、それら複数の流入口からは、各流入口に対応する口径および適宜長さとした夫々個別の誘導管路が、夫々の位置でその遠心周壁に対して同じ方向となる仮想接線に近似した遠心方向に向けると共に、その吸入口から同供給端までが当該天面水槽底面下に下り勾配をもって埋設状となるように接続したものとした上、当該軸受け座には、各誘導管路を通じて略接線方向よりケーシング内に流入する水を受ける複数枚の翼を植設した翼輪の主軸を回転自在に軸着してなるものとした構成からなる水車装置と云える。

これを、表現を変えて示すと、周囲に水槽周囲壁を突設して適宜深さで、該周囲壁で囲む上方を開放した天面水槽とする上部と、該天面水槽の下で略水平方向に排水可能な排水路にした下部とからなり、１人で運搬可能な軽量素材製とした台型ベベースを有し、該台型ベース天面水槽の水槽底壁中央適所には、円形器状内壁を有し、同内壁底部中心に軸受け座を設けると共に、同内壁底部中心の軸受け座近傍周囲に均衡状配置で、当該排水路に通じる１または複数何れか一方の落水口を開口したケーシングを、上方がわが開口して埋没状に設置するようにしてなるものとし、該ケーシングには、その遠心周壁外側に均衡状配置となるようにした複数の流入口を開口し、それら複数の流入口からは、各流入口に対応する口径および適宜長さとした夫々個別の誘導管路が、夫々の位置でその遠心周壁に対して同じ方向となる仮想接線に近似した遠心方向に向けると共に、その吸入口から同供給端までが当該天面水槽底面下に下り勾配をもって埋設状となるように接続したものとした上、当該軸受け座には、各誘導管路を通じて略接線方向よりケーシング内に流入する水を受ける複数枚の翼を植設した翼輪の主軸を回転自在に軸着し、同翼輪の主軸に、ダイナモの入力軸用の接続機構を設けてなるものとした構成からなる水車装置となる。

（関連する発明１）
上記した水車装置に関連し、この発明には、それを利用した小規模発電機も包含している。
即ち、周囲に水槽周囲壁を突設して適宜深さで、該周囲壁で囲む上方を開放した天面水槽とする上部と、該天面水槽の下で略水平方向に排水可能な排水路にした下部とからなり、１人で運搬可能な軽量素材製とした台型ベベースを有し、該台型ベース天面水槽の水槽底壁中央適所には、円形器状内壁を有し、同内壁底部中心に軸受け座を設けると共に、同内壁底部中心の軸受け座近傍周囲に均衡状配置で、当該排水路に通じる１または複数何れか一方の落水口を開口したケーシングを、上方がわが開口して埋没状に設置するようにしてなるものとし、該ケーシングには、その遠心周壁外側に均衡状配置となるようにした複数の流入口を開口し、それら複数の流入口からは、各流入口に対応する口径および適宜長さとした夫々個別の誘導管路が、夫々の位置でその遠心周壁に対して同じ方向となる仮想接線に近似した遠心方向に向けると共に、その吸入口から同供給端までが当該天面水槽底面下に下り勾配をもって埋設状となるように接続したものとした上、当該軸受け座には、翼輪の主軸を回転自在に軸着した上、適所に固定したダイナモの入力軸を、該翼輪の主軸に対し、直接か、または、接続機構を介するかの何れか一方にて接続してなるものとした、この発明の基本をなす前記水車装置を利用した小規模発電機である。

以上のとおり、この発明の水車装置によれば、従前までのものとは違い、上記したとおりの固有の特徴ある構成から、燃料を一切必要とせず、自然環境に優しく、天面水槽に必要量の水、またはそれに変わる液体を適量ずつ連続的に共有するだけで、効率的且つ安定して回転エネルギーを得ることができるから、危険を冒して河川などの流水中や河川底、海底などに設置する必要がなく、地上の安全な場所に設置し、配管などを通じて引き込んだ水を供給するだけで、安定した回転力を取り出すことができ、干ばつなどによって河川水が減少した場合にも、少量の水によって効率的に動作し、天候に左右されず、安定したエネルギー供給を実現化し、小型・軽量化し、１人でも運搬および設置可能なものとすることができ、ダイナモと組み合わせることによって、経済的な小規模発電機を実現化することができるという秀でた特徴が得られるものである。

加えて、ケーシングにカバーを着脱自在に装着してなるものは、ケーシング内に流入した水が、外に溢れ出すのを確実に防止し、水の位置エネルギーを、より効率的に、翼輪の回転エネルギーに変換可能なものとする上、外部からの異物の進入を防止し、信頼性および耐久性を一段と高めたものとすることができる。
また、翼輪各翼の上端縁間を閉塞するよう整流ディスクを一体化してなるものは、各翼に受ける水が、上方に逃げるのを阻止するよう整流し、エネルギー損失を最小限度に留めるものとし、エネルギー変換効率を格段に高めたものとすることができる。

そして、台型ベース天面水槽底壁の、各誘導管路各吸入口に臨む位置に、夫々下り勾配の誘導溝を凹設してなるものは、天面水槽から各誘導管路各吸入口に流入する水の流れを、より低抵抗且つ高速化し、摩擦抵抗による運動エネルギーの損失を大幅に削減し、格段に効率的に回転エネルギーに変換できるものとすることができる。
さらにまた、各誘導管路が、吸入口から供給端に向けてケーシング寄りに湾曲するよう円弧管路状のものとし、翼輪の各翼が、各受翼面を凹面形に湾曲してなるものは、各誘導管路から翼輪の各翼に向かう水の流路を連続曲線状のものとし、流速を格段に高めるよう加速し易くし、エネルギー変換効率を大幅に高めたものとすることができる。

この発明の水車装置を利用した小規模発電機によれば、危険を冒して河川などの流水中や川底、海底などに設置する必要がなく、地上の安全な場所に設置し、配管などを通じて引き込んだ水を供給するだけで、自然環境を破壊することなく安定した電力を得ることができ、干ばつなどによって河川水が減少した場合にも、少量の水によって効率的に発電することができるから、天候に左右されず、安定した電力供給を可能とし、大型化して大規模な発電に利用することができる上、小型・軽量化して１人でも運搬および設置可能なものとすることにより、一般家庭用や屋外活動、キャンプ用、および、災害などの緊急時用などとしての発電機として幅広く利用することができ、使用しないときには、簡単に撤去し、収納、保管することができるものになるというという大きな効果を奏することになる。

上記したとおりの構成からなるこの発明の実施に際し、その最良もしくは望ましい形態について説明を加えることにする。
台型ベースは、この発明の水車装置、およびそれを利用した小規模発電機の少なくとも何れか一方の主要な本体部分となり、目標位置に安定的に据置設置可能とし、ケーシングや翼輪など、それ以外の主要部品類を一体化するよう組み込み可能とする機能を担い、下部に設けた排水路よりも上部に天面水槽を配するよう台型のものとしなければならず、その天面壁上を適宜深さの天面水槽とし、該天面水槽底壁の中央適所にケーシングを天面開口状に埋設し、該天面水槽底壁下に略水平方向に排水可能な排水路を確保したものとすべきであり、当該台型ベースの略全体が、鉄筋製や鉄筋コンクリート製などの重厚長大な大型水車施設の本体部分とすることができる外、後述する実施例に示すように、人が１人で容易に運搬、設置することができる程度に軽量な、例えば発泡樹脂製や、その他の合成樹脂製、繊維強化樹脂製、木製などのものとすることができる。

台型ベースの天面水槽は、該台型ベースの天面壁上に、同天面壁に埋設したケーシング内翼輪を、回転駆動するに充分な水量を収容可能な水深を確保可能とする機能を担い、過剰な水量を収容可能な容量とすべきではなく、必要最小限か、それに近い水量を収容可能な容積を確保したものとするのが良く、台型ベース天面壁周囲に一定高さの水密周囲壁を突設し、適宜深さを確保し、ケーシング周囲を包囲し、充分な防水加工を施すなどして漏水しない水槽状としたものとすべきである。

台型ベースの排水路は、天面水槽から各誘導管路を通じてケーシング内に流入した水が、同ケーシング落水口を通じ、当該天面水槽底壁下に排水することとなり、同天面水槽底壁下に落下した水を、台型ベースの周囲方向へ円滑に排水可能とする機能を担い、台型ベース天面水槽底壁下に、ケーシング落水口を塞がない配置とした複数の支持柱や支持脚などを配し、それら支持柱・脚類間の空間を、排水路とすることができる外、ブロック状とした台型ベースの上下肉厚寸法内に、ケーシング落水口に通じる暗渠状の管路を設けたものとすることができ、少なくとも一方向に排水可能なものとし、必要に応じて分岐、合流する配管路からなるものとすることが可能であり、その末端開口には、配管接続用のネジ部など適宜接続機構を設けたり、開閉バルブを設けたりしたものとすることが可能であり、より具体的には、後述する実施例に示すように、独立発泡樹脂製の軽量素材からなるブロック状ベースの上下肉厚寸法内に、略水平方向に貫通状とした配管路を配し、その管路中途部をケーシング落水口に連通するようにしたものとすることができる。

ケーシングは、翼輪を適宜姿勢に収容可能とし、ベース天面水槽からの水を周回りに均衡する遠心方向より効率良く流入し、同内壁底部中心付近の落水口を通じて円滑に排水可能とする機能を担い、円形器状内壁の中心に軸受け座を設け、同軸受け座近傍に、該排水路に通じる落水口を開口したものとしなければならず、より具体的には、円形器状内壁を有し、同内壁底部中心に軸受け座を設けると共に、同内壁底部中心の軸受け座近傍周囲に均衡状配置となり、当該ベース排水路に通じる１または複数何れか一方の落水口を開口し、ベース天面水槽底壁に対し、天面開口状に埋設したものとするのが良く、ベース天面壁と同一素材且つ一体のものとすることができる外、硬質合成樹脂製や繊維強化樹脂製、金属製、陶器製、コンクリート製などベース天面壁とは別素材製且つ別体部品からなり、ベース天面壁である天面水槽底壁の中央適所に、一体化するよう設けたものとすることが可能であり、後述する実施例に示すように、その遠心周壁と翼輪の主軸回りとの間の天面開口を水密状に隠蔽可能な、伏せた円形器状内壁を有し、該ケーシング遠心周壁に水密状に着脱自在な接続周縁部、および、翼輪の主軸を回転自在に縦貫可能な軸孔部を設けたカバーを着脱自在に装着してなるものとすることができる。

軸受け座は、翼輪の主軸を所定位置および所定支持角度に回転自在に支持可能とする機能を担い、ケーシングの内壁底部中心に配したものとしなければならず、主軸を支持位置に規制可能な座部を有するものとすべきであり、軸受け可能に凹設したもの、または、棒状や筒状の軸部を立設したものなどとするのが良く、適宜軸受け機構を組み込んだものや、ラジアル軸受け、スラスト軸受けなどのベアリング類を適宜組み込み可能としたものなどとすることができ、また、翼輪の主軸を立設し、該主軸の周囲に、筒状の翼輪を回転自在に軸支可能なものに置き換えることが可能であり、後述する実施例にも示しているように、ケーシングの内壁底部に固着したものとするのが望ましいが、ケーシングの上がわに支持骨格やカバーなどを設け、該支持骨格やカバーなどに対して設け、実質的にケーシングの内壁底部中心に配したものとすることが可能であり、この場合には、翼輪の主軸を吊り下げ状に回転支持可能なものとすることができる。

ケーシングの落水口は、同ケーシング遠心周壁から求心方向に向けて流入する水を、台型体天面水槽底壁下の排水路に向けて円滑に落下・排水可能とする機能を担っており、同ケーシングの内壁底部中心に配した軸受け座近傍開口したものとしなければならず、より具体的には、同ケーシングの内壁底部中心に配した軸受け座近傍周囲に均衡状配置となり、ベース排水路に通じるように１または複数の何れか一方を開口したものとするのが良く、同ケーシングの各吸入口を通じて流入する水量を、遅滞なく円滑に排水可能な開口面積および配置・開口形状のものとするのが望ましい。

ケーシングの流入口は、ベース天面水槽の水を、同ケーシング遠心周壁の周回りに均衡する位置から、同ケーシング求心がわの落水口に向け、円滑に流入可能とする機能を担い、同ケーシング遠心周壁回りに均衡状配置となる複数を開口したものとすべきであり、落水口を通じて排水する水量に略等しい量の水を遅滞なく円滑に供給可能な開口面積および配置・開口形状のものとするのが望ましいと言える。

誘導管路は、ベース天面水槽の水を、ケーシング遠心周壁周回りの均衡する複数箇所より、各落水口を通じて、同ケーシング内に、円滑に供給可能とする機能を担い、各流入口に対応する口径および適宜長さとし、同ケーシング遠心周壁の同じ向きに揃う接線近似遠心方向に向け、当該天面水槽底壁上に露出開口するよう配した各吸入口から、夫々接線近似求心方向に向け、当該天面水槽底面下に下り勾配をもって埋設状とした供給端を接続してなるものとすべきであり、吸入口から供給端に掛けた全長が同一の管路内径のものとすることができる外、吸入口から供給端に向けて管路内径を次第に縮小するよう設定したものとすることが可能であり、後述する実施例に示すように、求心方向に向け僅かに湾曲した円弧管路状のものとし、各吸入口に臨む天面水槽底壁に、夫々下り勾配の誘導溝を凹設してなるものとすることができる。

ケーシングのカバーは、同ケーシング内に流入した水が、天面開口より溢れ出ないようにすると共に、同ケーシング天面開口から異物が進入しないよう包囲する機能を分担しており、同ケーシングが、その遠心周壁と翼輪の主軸回りとの間の天面開口を水密状に隠蔽可能となる伏せた円形器状内壁を有し、該ケーシング遠心周壁に水密状に着脱自在な接続周縁部、および、翼輪の主軸を回転自在に縦貫可能な軸孔部を設けたものとすべきであり、閉鎖・固定状態を維持可能とする仮止め機構などを設けたものとするのが良い。

翼輪は、ケーシング内に流入した水を受けて効率的に回転し、水の位置エネルギーを回転エネルギーに変換可能とする機能を担い、軸受け座に回転自在に軸着可能な主軸を有するものとしなければならず、軸受け座に軸着可能な主軸の周囲に、複数枚の翼を植設してなるものとすべきであり、翼は、平板状、曲面板状、器状など様々な形状のものとすることが可能であり、また、軸受け座がわに主軸を立設し、該主軸に軸着可能な筒状部を有し、同筒状部の周囲に、複数枚の翼を植設してなるものに置き換えることが可能であり、後述する実施例に示すように、各翼は、水を受ける面を凹曲面形とし、各翼の上端縁間を閉塞する整流ディスクを一体化してなるものとすることができ、各翼は、主軸に対し、１枚ずつ着脱交換可能なものとすることが可能である。

小規模発電機のダイナモは、翼輪主軸の回転エネルギーを受けて発電可能とする機能を担い、翼輪主軸に同心状に入力軸を接続したものや、変則機構を介して接続したもの、または、軸受け座下に配して、翼輪主軸下端に入力軸を接続したもの、さらにまた、軸受け座や、翼輪主軸内に該ダイナモの全体またはローター部などの一部を内蔵したものなどとすることが可能である。

ベース天面水槽に供給する水は、その位置エネルギーを、翼輪の回転力に効率良く変換可能とする機能を担うこととなり、位置エネルギーを回転エネルギーに効率的に変化できるよう、適度な重量、動粘性の流体とすべきであり、経済的に入手および安全に廃棄または再利用可能な雨水、貯留水、沢水、河川水、海水、生活排水、水道水、工業用水などの水とすることができ、また、パイプ輸送過程の液薬、燃料、飲料、その他の液体とすることができる外、安定動作可能な場合には、液体と同様の流動性を確保可能な粒状体や粉状体などに置き換えることができる。
以下では、図面に示すこの発明を代表する実施例と共に、その構造について詳述することとする。

図面は、この発明の水車装置、およびそれを利用した小規模発電機の技術的思想を具現化した代表的な幾つかの実施例を示すものである。
水車装置を利用した小規模発電機を示す図２中のＡ−Ａ断面図である。 水車装置を利用した小規模発電機を示す平面図である。 図２中Ｂ−Ｂ線部分を示す断面図である。 カバーおよび翼輪を取り除いた水車装置を示す平面図である。 ケーシングを示す平面図である。 図５中Ｃ−Ｃ線部分を示す断面図である。 ケーシングを示す下面図である。 翼輪を示す下面図である。 図８中Ｄ−Ｄ線部分を示す断面図である。 カバーを示す平面図である。 図１０中Ｅ−Ｅ線部分を示す断面図である。

図１ないし図１１に示している事例は、台型ベース２に天面水槽２１を設け、同天面水槽２１底壁２０下に排水路２３を確保し、該天面水槽２１底壁２０の中央適所には、天面開口・円形器状内壁３０の底部３１中心に軸受け座４を設け、同軸受け座４周囲に、当該ベース２排水路２３に通じる落水口３３を開口したケーシング３を埋設し、当該ベース２天面水槽２１底面２０下となる同ケーシング３遠心周壁３４回りに複数の流入口３５，３５，……を開口し、それら流入口３５，３５，……には各誘導管路５，５，……の供給端５１，５１，……を接続し、同各誘導管路５，５，……の吸入口５０，５０，……を、該ケーシング３遠心周壁３４周りの同じ向きに揃う接線近似遠心方向に向けて、当該天面水槽２１底壁２０上に露出開口するよう配し、当該軸受け座４には、複数枚の翼６４，６４，……を植設した翼輪６の主軸６０を回転自在に軸着した上、ダイナモ９の入力軸９０を、該翼輪６の主軸６０に接続してなるものとした、この発明の水車装置を利用した小規模発電機における代表的な一実施例を示すものである。

それら各図からも明確に把握できるとおり、この発明の水車装置１は、独立発泡合成樹脂製、幅約４０ｃｍ、奥行き約４０ｃｍ、上下厚さ約１０ｃｍとし、１人で容易に運搬できる重さの矩形台型体からなる台型ベース２を有し、該台型ベース２の天面壁２０周囲に、高さ約２．５ｃｍの水密周囲壁２２を突設し、適宜深さ約２．５ｃｍの天面水槽２１を設け、該天面水槽２１底壁２０下となる台型ベース２上下肉厚約１０ｃｍ間に、水平方向に貫通する暗渠状の排水路２３を確保し、該台型ベース２天面壁２０である天面水槽２１底壁２０平面視中央の右寄りとなる位置には、直径約２２ｃｍの円形器状内壁３０を有するケーシング３を、その天面開口全周縁３２が、天面水槽２１底壁２０より約１ｃｍ突出する水平姿勢に埋設・一体化し、同ケーシング３内壁３０の底部３１中心に、直径約７ｃｍ、高さ約１．５ｃｍ、短六角柱形の台部４２、および同台部４２上に、直径約６ｃｍ、高さ約３ｃｍであって、円形上端周縁を座部４０とした筒型軸部４１を同心上に一体化した軸受け座４を垂直且つ回転不能固着状に立設し、該内壁３０底部３１の軸受け座４台部４２周囲に均衡状配置となる合計８箇所夫々に、外径約１２ｃｍの座部４０相当部分を除いた扇形の落水口３３，３３，……を、当該台型ベース２排水路２３に通じるよう開口し、当該ベース２天面水槽２１底面２０下となる該ケーシング３遠心周壁３４回りに均衡状配置となる合計４個の流入口３５，３５，……を開口したものである。

ケーシング３遠心周壁３４回りの各流入口３５，３５，……には、各流入口３５，３５，……に対応する口径約２ｃｍ、長さ約１０ｃｍとし、該ケーシング３遠心周壁３４の同じ向きに揃う接線近似遠心方向に向け、当該天面水槽２１底壁２０上に各吸入口５０，５０，……を露出状に開口し、各吸入口５０，５０，……から各供給端５１，５１，……に向け、ケーシング３寄りに緩やかに湾曲する円弧パイプ状のものとした各誘導管路５，５，……の、当該天面水槽２１底面２０下に下り勾配をもって埋設状としてなる各供給端５１，５１，……を水密状に接続した上、当該ベース２天面水槽２１底壁２０の、各誘導管路５，５，……各吸入口５０，５０，……に臨む位置に、夫々下り勾配を有する誘導溝２４，２４，……を凹設してなるものとしてある。

当該軸受け座４に軸着する翼輪６は、内径約６ｃｍ、深さ約２．５ｃｍの軸着筒部６１、および、該軸着筒部６１上に内径約４．２ｃｍ、高さ約４ｃｍ、筒状の接続機構６２をなす接続筒部６２を同心状一体化し、該軸着筒部６１上端と接続筒部６２下端との段差部分が、当該軸受け座４座部４０に、回転自在に装着可能となる軸規制段部６３とするよう寸法設定した主軸６０を有し、該主軸６０の周囲には、当該軸受け座４および軸着した主軸６０を除くケーシング３内壁３０の内部空間断面形に、僅かな隙間をもつ投影形状であって、各誘導管路５，５，……を通じて略接線方向よりケーシング３内に流入する水Ｗを受けるよう、各受翼面６７，６７，……の求心植端６５，６５，……から遠心翼先端６６，６６，……にかけて凹面形に湾曲した合計１２枚の翼６４，６４，……を植設し、各翼６４，６４，……の上端縁間を閉塞する環状円板形の整流ディスク６８を一体化したものである。

当該軸受け座４に翼輪６を軸着した、ケーシング３天面開口３２には、その遠心周壁３４と翼輪６の主軸６０回りとの間を水密状に隠蔽可能な、伏せた円形器状内壁７０を有し、該ケーシング３遠心周壁３４開口縁３２に水密状に着脱自在な接続周縁部７１、および、翼輪６の主軸６０を回転自在に縦貫可能な軸孔部７２を設けたカバー７を、図示しない複数の仮固定金具などを介して着脱自在に装着したものとしてある。

以上のような構造とした、この発明の水車装置１は、それを利用して以下のように、この発明に包含する小規模発電機８を得ることが可能であり、該小規模発電機８は、台型ベース２の上部適所間に掛け渡した支持脚９１，９１によってケーシング３軸受け座４直上に垂下支持したダイナモ９の入力軸９０を、翼輪６主軸６０の接続機構６２に同心状に連結し、翼輪６の回転を、該入力軸９０に伝達するものとしてある。

（実施例１の作用・効果）
以上のとおりの構成からなるこの発明の水車装置１、およびそれを利用した小規模発電機８は、図１および図２の二点鎖線白抜き矢印に示すように、台型ベース２天面水槽２１の左寄りに確保してある給水位置２５（図２に二点鎖線円で示す）に、連続的供給または循環供給し、該天面水槽２１水槽周囲壁２２から外に溢れないよう、単位時間当たり適量の水Ｗを連続的に供給すると、ケーシング３周囲に下り勾配をもって配した合計４本の各誘導管路５，５，……各吸入口５０，５０，……から、同各供給端５１，５１，……（流入口３５，３５，……）に向けて流下し、このとき各吸入口５０，５０，……の入り口付近では、各誘導溝２４，２４，……が、水流Ｗをより円滑に誘導するものとなる。

各誘導管路５，５，……を流下した水流Ｗは、軸受け座４および翼輪６主軸６０を中心とした渦流をなすよう加速しながらケーシング３内に流入し、軸受け座４周囲の各落水口３３，３３，……に落下するまでの過程中に、翼輪６各翼６４，６４，……の受翼面６７，６７，……に、図１および図３の実線矢印に示す方向の流水圧Ｗを加え、翼輪６主軸６０、およびそれに接続したダイナモ９入力軸９０を回転駆動し、ダイナモ９が発電するものとなる。

翼輪６上部の環状円板形整流ディスク６８は、水流Ｗを無駄なく、各翼６４，６４，……に供給するよう、各翼６４，６４，……上縁がわを閉塞状とするものとなり、位置エネルギーの損失を格段に低減し、一段と効率的に発電可能とし、カバー７が、ケーシング３内への異物の進入を阻止して、翼輪６の不用意な停止や、破損、故障などを未然に防止可能なものとなる。

各落水口３３，３３，……から落下した排水Ｗは、図１および図４の二点鎖線白抜き矢印に示してあるように、水平方向外がわに淀みなく排水するものとなり、該排水Ｗは、図示しないポンプなどを用いて、ベース２天面水槽２１よりも高所の図示しない水槽などに揚水・貯水しておき、電力を利用するときに、図１の二点鎖線白抜き矢印、および図２の二点鎖線円に示すとおり、再び給水位置２５に供給して発電を行うよう循環利用することが可能である。

（結 び）
叙述の如く、この発明の水車装置、およびそれを利用した小規模発電機は、その新規な構成によって所期の目的を遍く達成可能とするものであり、しかも製造も容易で、従前からの燃料を要するポータブル発電機技術に比較して全く燃料を必要とせず、自然環境に悪影響を及ぼすことなく、格段に効率的にエネルギー変換・利用および発電を可能とするものとなり、原動機や太陽光パネルなどを必要とせず、構造が簡素で耐久強度を大幅に高めたものとし、軽量且つ低廉化して遥かに経済的なものとすることができる上、運搬、設置、利用、撤去および保管などの作業性を大幅に改善し得るものとなることから、従前までは、設置、利用の困難さや、河川水や海水利用の安全性や安定性などに疑問を抱き、水力利用をためらっていたような一般家庭は固よりのこと、ポータブル発電機の販売を促進したい発電機製造・販売業界や、大・中規模の発電施設を施工、管理、運営する発電業界においても高く評価され、広範に渡って利用、普及していくものになると予想される。

１ 水車装置
２ 台型ベース
２０ 同 水槽底壁（水槽底面、ベース天面壁）
２１ 同 天面水槽
２２ 同水槽周囲壁
２３ 同 排水路
２４ 同 誘導溝
２５ 同 給水位置
３ ケーシング
３０ 同 内壁
３１ 同 内壁底部
３２ 同 天面開口（開口全周縁）
３３ 同 落水口
３４ 同 遠心周壁
３５ 同 流入口
４ 軸受け座
４０ 同 座部
４１ 同 筒型軸部
４２ 同 台部
５ 誘導管路
５０ 同 吸入口
５１ 同 供給端
６ 翼輪
６０ 同 主軸
６１ 同 軸着筒部
６２ 同 接続機構（接続筒部）
６３ 同 軸規制段部
６４ 同 翼
６５ 同 求心植端
６６ 同 遠心翼先端
６７ 同 受翼面
６８ 同 整流ディスク
７ カバー
７０ 同 内壁
７１ 同 接続周縁部
７２ 同 軸孔部
８ 小規模発電機
９ ダイナモ
９０ 同 入力軸
９１ 同 支持脚
Ｗ 水（液体、水流、流水圧、排水）

Claims (9)

1. 台型ベースの上部に天面水槽、およびその下部に排水路を確保し、該天面水槽には、円形器状内壁の中心に軸受け座を設け、同軸受け座近傍に、該排水路に通じる落水口を開口したケーシングを埋設し、同ケーシング遠心周壁回りに、複数の誘導管路の各供給端を接続し、同各誘導管路の吸入口を、該ケーシング遠心周壁周りの同じ向きに揃う接線近似遠心方向に向け、当該天面水槽に露出開口するよう配し、当該軸受け座には、翼輪の主軸を回転自在に軸着してなるものとしたことを特徴とする水車装置。
2. 台型ベースの上部に天面水槽、およびその下部に排水路を確保し、該天面水槽には、円形器状内壁の中心に軸受け座を設け、同軸受け座近傍に、該排水路に通じる落水口を開口したケーシングを埋設し、同ケーシング遠心周壁回りに、複数の誘導管路の各供給端を接続し、同各誘導管路の吸入口を、該ケーシング遠心周壁周りの同じ向きに揃う接線近似遠心方向に向け、当該天面水槽に露出開口するよう配し、当該軸受け座には、各誘導管路を通じて略接線方向よりケーシング内に流入する水を受ける複数枚の翼を植設した翼輪の主軸を回転自在に軸着し、同翼輪の主軸に、ダイナモの入力軸用の接続機構を設けてなるものとしたことを特徴とする水車装置。
3. 台型体の天面壁周囲に水密周囲壁を突設し、適宜深さの天面水槽とし、該天面水槽底壁下に略水平方向に排水可能な排水路を確保したベースを有し、該ベース天面壁である天面水槽底壁の中央適所に、円形器状内壁を有し、同内壁底部中心に軸受け座を設けると共に、同内壁底部中心の軸受け座近傍周囲に均衡状配置となり、当該ベース排水路に通じる１または複数何れか一方の落水口を開口したケーシングを天面開口状に埋設し、当該ベース天面水槽底面下となる該ケーシング遠心周壁回りに均衡状配置となる複数の流入口を開口し、それら複数の流入口には、各流入口に対応する口径および適宜長さとした各誘導管路の、該ケーシング遠心周壁の同じ向きに揃う接線近似遠心方向に向け、当該天面水槽底壁上に露出開口するよう配した各吸入口から、夫々接線近似求心方向に向け、当該天面水槽底面下に下り勾配をもって埋設状とした供給端を接続した上、当該軸受け座には、各誘導管路を通じて略接線方向よりケーシング内に流入する水を受ける複数枚の翼を植設した翼輪の主軸を回転自在に軸着してなるものとしたことを特徴とする水車装置。
4. １人で運搬可能な軽量素材製台型体の天面壁周囲に水密周囲壁を突設し、適宜深さの天面水槽とし、該天面水槽底壁下に略水平方向に排水可能な排水路を確保したベースを有し、該ベース天面壁である天面水槽底壁の中央適所に、円形器状内壁を有し、同内壁底部中心に軸受け座を設けると共に、同内壁底部中心の軸受け座近傍周囲に均衡状配置となり、当該ベース排水路に通じる１または複数何れか一方の落水口を開口したケーシングを天面開口状に埋設し、当該ベース天面水槽底面下となる該ケーシング遠心周壁回りに均衡状配置となる複数の流入口を開口し、それら複数の流入口には、各流入口に対応する口径および適宜長さとした各誘導管路の、該ケーシング遠心周壁の同じ向きに揃う接線近似遠心方向に向け、当該天面水槽底壁上に露出開口するよう配した各吸入口から、夫々接線近似求心方向に向け、当該天面水槽底面下に下り勾配をもって埋設状とした供給端を接続した上、当該軸受け座には、各誘導管路を通じて略接線方向よりケーシング内に流入する水を受ける複数枚の翼を植設した翼輪の主軸を回転自在に軸着し、同翼輪の主軸に、ダイナモの入力軸用の接続機構を設けてなるものとしたことを特徴とする水車装置。
5. ケーシングが、その遠心周壁と翼輪の主軸回りとの間の天面開口を水密状に隠蔽可能な、伏せた円形器状内壁を有し、該ケーシング遠心周壁に水密状に着脱自在な接続周縁部、および、翼輪の主軸を回転自在に縦貫可能な軸孔部を設けたカバーを着脱自在に装着してなる、請求項１ないし４何れか一記載の水車装置。
6. 翼輪が、各翼の上端縁間を閉塞する整流ディスクを一体化してなる、請求項１ないし５何れか一記載の水車装置。
7. ベース天面水槽底壁が、各誘導管路の各吸入口に臨む位置に、夫々下り勾配の誘導溝を凹設してなる、請求項１ないし６何れか一項記載の水車装置。
8. 各誘導管路が、吸入口から供給端に向けてケーシング寄りに湾曲するよう円弧管路状のものとし、翼輪の各翼が、各受翼面を凹面形に湾曲してなる、請求項１ないし７何れか一記載の水車装置。
9. 台型ベースの上部に天面水槽、およびその下部に排水路を確保し、該天面水槽には、円形器状内壁の中心に軸受け座を設け、同軸受け座近傍に、該排水路に通じる落水口を開口したケーシングを埋設し、同ケーシング遠心周壁回りに、複数の誘導管路の各供給端を接続し、同各誘導管路の吸入口を、該ケーシング遠心周壁周りの同じ向きに揃う接線近似遠心方向に向け、当該天面水槽に露出開口するよう配し、当該軸受け座には、翼輪の主軸を回転自在に軸着した上、適所に固定したダイナモの入力軸を、該翼輪の主軸に対し、直接か、または、接続機構を介するかの何れか一方にて接続してなるものとした、請求項１ないし８何れか一記載の水車装置を利用した小規模発電機。

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