JP2018031374A

JP2018031374A - プロペラ装置

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Publication number: JP2018031374A
Application number: JP2017158505A
Authority: JP
Inventors: 國彰 ▲黄▼; Kuo-Chang Huang
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-08-23
Filing date: 2017-08-21
Publication date: 2018-03-01
Also published as: CN107762707A; TW201807305A; US10393087B2; CN207261152U; US20180058417A1

Abstract

【課題】土砂などの堆積物による磨耗が少なくて使用寿命がより長いプロペラ装置を提供する。
【解決手段】流入端から流出端まで延伸する管状本体１１を有し、内表面１３にリブ１２が複数突起し、且つ、該複数のリブ１２の間に収容空間１４が画成されたスリーブ手段１と、収容空間１４内に配置されているプロペラ部２２を有し、スリーブ手段１の管内を通過する流体により回転駆動されるローター手段２と、を備え、ローター手段２のプロペラ部２２は、前記流入端側が太く、そして前記流出端側が前記流入端側より細いせっ頭錐状になっており、ローター手段２と複数のリブ１２との間にある隙間２３は前記流入端側が狭く、そして前記流出端側が前記流入端側より広くなっているプロペラ装置。
【選択図】図１

Description

本発明はプロペラ装置に関し、特に水力発電に用いられるプロペラ装置に関する。

水力発電に用いられるプロペラ装置に関しては、例えば特許文献１に示されたものが挙げられる。
該従来のプロペラ装置は、管状本体を有すると共に、該管状本体の内表面に、該管状本体の延伸方向に沿って延伸する板状のリブが複数突起するように形成されたスリーブ手段と、中空で回転可能に前記スリーブ手段の管状本体内に配置され、且つその中空部分に流入する水を側面から排出して各リブに当たらせる導流通路が形成されるローター手段とを備え、水が各リブに当たる際における反力でローター手段を回転駆動することにより発電する構成になっている。

台湾実用新案登録第Ｍ５２６６２５号明細書

しかし、特許文献１に示された従来のプロペラ装置は、例えばダム式の水力発電に用いられる場合、土砂などの堆積物がスリーブ手段とローター手段との間に詰まると、ローター手段の磨耗や故障に繋がり、そして土砂などの堆積物が少ない、または堆積物の粒径が比較的細かい場所に該従来のプロペラ装置を適用するのは、積極的な解決方法とは言えない。
上記問題点に鑑みて、本発明は、土砂などの堆積物による磨耗が少なくて使用寿命がより長いプロペラ装置を提供する。

上記目的を達成すべく、本発明は、所定の中心軸に沿って、所定の直径で流入端から流出端まで延伸する管状本体を有すると共に、該管状本体の内表面に、前記流入端から前記流出端まで延伸する板状のリブが複数突起するように形成され、該複数のリブの間に略円柱状の収容空間が画成されているスリーブ手段と、前記中心軸に沿って延伸する軸棒及び前記軸棒に固定されていると共に、前記収容空間内に配置されているプロペラ部を有し、前記流入端から流出端まで前記スリーブ手段の管内を通過する流体により前記プロペラ部及び前記軸棒が駆動されて前記中心軸を回転軸として回転するローター手段と、を備え、前記ローター手段の前記プロペラ部は、前記流入端側が太く、前記流出端側が前記流入端側より細いせっ頭錐状になっており、前記ローター手段と前記複数のリブとの間にある隙間は前記流入端側が狭く、前記流出端側が前記流入端側より広くなっており、更に、前記ローター手段の前記プロペラ部には、前記軸棒の周りにおいて、前記流入端側に向かって開口する中央通路と、前記ローター手段の回転方向と略一致する円弧線に沿って該ローター手段の外周面から前記中央通路まで延伸する複数の外周通路とが画成されており、前記中心軸と直交する断面において、該複数の外周通路それぞれの前記ローター手段の外周面側において前記スリーブ手段の内表面に面する開口の傾きが、該開口に臨むリブの板面の法線方向に対して常に９０°以下の鋭角を成すことを特徴とするプロペラ装置を提供する。

上記本発明のプロペラ装置は、前記ローター手段と前記複数のリブとの間にある隙間は前記流入端側が狭く、前記流出端側が前記流入端側より広くなっているので、スリーブ手段内に進入する土砂などの堆積物は前記流入端側より広くなっている流出端側の隙間から効率的に排出することができるので、土砂などの堆積物による磨耗が少なくて使用寿命がより長いプロペラ装置を提供することができる。

本発明のプロペラ装置の構成が示されている分解斜視図である。本発明のプロペラ装置の構成が示されている横断面図である。本発明のプロペラ装置の構成が示されている縦断面図である。本発明のプロペラ装置を適用する水力発電システムの構成が示されている模式図である。土砂などの堆積物が本発明のプロペラ装置を通過する様子が示されている縦断面図である。本発明のプロペラ装置におけるローター手段の変化例が示されている斜視図である。

以下、添付図面を参照して本発明のプロペラ装置ついて詳しく説明する。
図１から図３に本発明のプロペラ装置の構成例が示されている。図１は本発明のプロペラ装置の構成が示されている分解斜視図であり、図２は本発明のプロペラ装置の構成が示されている横断面図であり、図３は本発明のプロペラ装置の構成が示されている縦断面図である。
図１に示されているように、本発明のプロペラ装置は、スリーブ手段１と、ローター手段２と、を備えたものである。

スリーブ手段１は、所定の中心軸Ｌに沿って、所定の直径で流入端（図中の上端）から流出端（図中の下端）まで延伸する管状本体１１を有すると共に、該管状本体１１の内表面１３に、流入端から流出端まで延伸する板状のリブ１２が中心軸Ｌに向けて複数突起するように形成され、該複数のリブ１２の間に略円柱状の収容空間１４が画成されている。更に、図３に示されているように、スリーブ手段１は、管状本体１１の流入端から更に延伸し、且つ直径が前記所定の直径より細い流入端延伸管部１１１と、管状本体１１の前記流出端から更に延伸し、且つ直径が前記所定の直径より細い流出端延伸管部１１２と、を更に有している。

このように管状本体１１の直径（所定の直径）が流入端延伸管部１１１及び流出端延伸管部１１２の直径より太い構成を採用することにより、流体が流入端延伸管部１１１に流入し管状本体１１を経由して流出端延伸管部１１２に流れる際、流出端延伸管部１１２における流体の流速を流入端延伸管部１１１より速くすることができる。
ローター手段２は、中心軸Ｌに沿って延伸する軸棒２１及び軸棒２１に固定されていると共に、収容空間１４内に配置されているプロペラ部２２を有している。ローター手段２は、流入端から流出端までスリーブ手段１の管内を通過する流体により、プロペラ部２２及び軸棒２１が駆動されて中心軸Ｌを回転軸として回転方向Ｔに回転する。

本発明において、ローター手段２は、流入端側が太く、そして流出端側が前記流入端側より細いせっ頭錐状になっており、一方、管状本体１１は一定の直径を有するので、前記ローター手段２と複数のリブ１２との間にある隙間２３は流入端側が狭く、前記流出端側が前記流入端側より広くなっている。この構成により、水などの流体と共に流入端から流出端へスリーブ手段１を通過する土砂などの堆積物は、ローター手段２と複数のリブ１２との間にある隙間２３の幅の流入端側と流出端側の差から生じる吸引力によって素早く流入端側から流出端側へ吸い出すことができるので、その堆積物の詰まりによる磨耗が少なくて使用寿命がより長いプロペラ装置を提供することができる。

更に、図１に示されているように、この実施形態において、ローター手段２のプロペラ部２２は、軸棒２１の流入端側に取付けられている環状の流入端リング２２１と、軸棒２１の流出端側に取付けられていて直径が流入端リング２２１より小さい円盤状の流出端止め板２２３と、中空のせっ頭錐状に形成されて流入端リング２２１と流出端止め板２２３との間に取付けられている錐状壁２２２と、を有している。
錐状壁２２２の中空部分で流入端側に向かって開口する中央通路２２４を画成し、そして該錐状壁２２２には、中央通路２２４から錐状壁の外周面２２７まで該錐状壁２２２を貫通する複数の外周通路２２５がそれぞれ形成されている。

また、上記錐状壁２２２の構成例としては、流入端リング２２１と流出端止め板２２３との間に複数のプロペラユニット２２６を、軸棒２１の回りに間隔を置いて並ぶように取付けることにより構成することができる。この実施形態において、これら複数のプロペラユニット２２６により、錐状壁２２２は中空のせっ頭錐状に形成され、複数の外周通路２２５は隣り合う２つのプロペラユニット２２６の間に画成され、中央通路２２４は全てのプロペラユニット２２６の間に画成されている。
即ち、図１及び図２に示されているように、本発明のプロペラ装置は、ローター手段２のプロペラ部２２には、軸棒２１の周りにおいて、流入端側に向かって開口する中央通路２２４と、ローター手段２の回転方向Ｔと略一致する円弧線に沿って該ローター手段２の外周面２２７から中央通路２２４まで延伸する複数の外周通路２２５とが画成されている。

更に、流入端リング２２１は各プロペラユニット２２６が取付けられると共に、各外周通路２２５を流入端に向かって開口させない略環状のカバー部分２２１Ａと、中央通路２２４を流入端に向かって開口させ、且つカバー部分２２１Ａの内側に画成された開口部分２２１Ｂと、カバー部分２２１Ａと軸棒２１とを繋ぐ３本の連結棒２２１Ｃとを有するように構成されており、流出端止め板２２３は軸棒２１により挿通される部分以外に開口を有しない円盤上に形成されている。この構成により、図３における矢印で示すように、管状本体１１の流入端から流入端リング２２１の開口部分２２１Ｂを経由して中央通路２２４内に流れ込む流体は外周通路２２５を経由してローター手段２と複数のリブ１２との間にある隙間２３に流れてから流出端に辿る流路が規定される。
なお、この実施形態において、各プロペラユニット２２６は、それぞれ重量を減らすため中空に形成されていると共に、流入端側から流出端側まで真っ直ぐに延伸する構成を採用している。各プロペラユニット２２６の重量を減らしてローター手段２全体の比重を１に近づけることにより、流体の流れにより回転駆動されるローター手段２の回転をよりスムーズすることができる。

更に、図２に示されているように、この実施形態において、外周通路２２５は、中心軸Ｌと直交する断面において中央通路２２４から隙間２３に近づくにつれて次第に細くなるように形成されているので、この構成も外周通路２２５を経由する流体の中央通路２２４から隙間２３への流速を上げることに寄与している。
上記構成により、ローター手段２のプロペラ部２２は、中心軸Ｌと直交する断面において、該複数の外周通路２２５のそれぞれのローター手段２２の外周面２２７側においてスリーブ手段１の内表面１３に面する開口の傾きが、該開口に臨むリブ１２の板面の法線方向に対して常に９０°以下の鋭角θを成すことで、スリーブ手段１の管内を通過して該複数の外周通路２２５を経由して中央通路２２４から隙間２３へ流れる流体がリブ１２の板面に当たることにより、各プロペラユニット２２６に作用する反力が生じてプロペラ部２２及び軸棒２１を中心軸Ｌを回転軸として回転方向Ｔに回転駆動することができる。
すなわち、図２に示すように、外周通路２２５は、一端がそれぞれ中央通路２２４に連通し、他端側はスリーブ手段１と隙間２３を介して連通しており、且つ流体はスリーブ手段１側に凹状に形成された円弧状の斜面を伝わってリブ１２の板面に流れるので、中央通路２２４から多くの流量を取り込みつつも、リブ１２の板面に対して勢い良く流体を当てることができ、土砂などの堆積物を抑制することもできる。

図４は本発明のプロペラ装置を適用する水力発電システムの構成が示されている模式図であり、図５は土砂などの堆積物が本発明のプロペラ装置を通過する様子が示されている縦断面図である。
図１〜図５に示されるように、本発明のプロペラ装置を適用する水力発電システムは、例えばダム９００から水を取り込む水圧管路９０１の下流側の発電機９０２に本発明のプロペラ装置を設置することができる。

本発明のプロペラ装置は水圧管路９０１からの水流を流入端から受け入れて水流により回転駆動されるローター手段２の軸棒２１が発電機９０２に接続することで発電機９０２で発電することができる。そして流出端から排出される水流は更に下流にある貯水池９０３に流入する。
そして図５に示されるように、土砂などの堆積物が水流と共に本発明のプロペラ装置を通過する際、ローター手段２と複数のリブ１２との間にある隙間２３の流入端側と流出端側の幅の差から生じる吸引力によって素早く流入端側から流出端側へ吸い出すことができるので、その堆積物の詰まりによる磨耗が少なくて使用寿命がより長いプロペラ装置を提供することができる。そして管状本体１１の直径（所定の直径）が流入端延伸管部１１１及び流出端延伸管部１１２の直径より太い構成を採用することにより、水流が流入端延伸管部１１１に流入し管状本体１１を経由して流出端延伸管部１１２に流れる際、流出端延伸管部１１２における流体の流速を流入端延伸管部１１１より速くして、水流及び堆積物に対する吸引力を更に高めることができる。

ちなみに、堆積物の粒径が大きすぎで中央通路２２４内に進入できるが外周通路２２５を通過できない場合を予想し、例えば水圧管路９０１においてろ過網などを設置して、プロペラ装置を通過する堆積物のサイズのある程度調整することが好ましい。ろ過網を設置する場合、ろ過網により通過が阻止されたサイズの大きい堆積物を定期的にまとめて除去することができる。

図６は本発明のプロペラ装置におけるローター手段２の変化例が示されている斜視図である。図示されているように、本発明のプロペラ装置におけるローター手段２における各プロペラユニット２２６は、それぞれ流入端側から流出端側まで、軸棒２１（中心軸Ｌ）の周りにらせん状に延伸するように構成することができ、そして各プロペラユニット２２６の表面は粗面に形成することも可能である。
以上は本発明の好ましい実施形態をについて説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更は可能である。

上記のように、本発明のプロペラ装置は、前記ローター手段と前記複数のリブとの間にある隙間は前記流入端側が狭く、前記流出端側が前記流入端側より広くなっているので、スリーブ手段内に進入する土砂などの堆積物は前記流入端側より広くなっている流出端側の隙間から効率的に排出することができるので、土砂などの堆積物による磨耗が少なくて使用寿命がより長いプロペラ装置を提供することができる。

１スリーブ手段
１１管状本体
１１１流入端延伸管部
１１２流出端延伸管部
１２リブ
１３内表面
１４収容空間
２ローター手段
２１軸棒
２２プロペラ部
２２１流入端リング
２２１Ａカバー部分
２２１Ｂ開口部分
２２１Ｃ連結棒
２２２錐状壁
２２３流出端止め板
２２４中央通路
２２５外周通路
２２６プロペラユニット
２２７外周面
２３隙間
Ｌ中心軸
Ｔ回転方向

Claims

所定の中心軸に沿って、所定の直径で流入端から流出端まで延伸する管状本体を有すると共に、該管状本体の内表面に、前記流入端から前記流出端まで延伸する板状のリブが前記所定の中心軸に向けて複数突起するように形成され、該複数のリブの間に略円柱状の収容空間が画成されているスリーブ手段と、
前記中心軸に沿って延伸する軸棒及び前記軸棒に固定されていると共に、前記収容空間内に配置されているプロペラ部を有し、前記流入端から流出端まで前記スリーブ手段の管内を通過する流体により前記プロペラ部及び前記軸棒が駆動されて前記中心軸を回転軸として回転するローター手段と、を備え、
前記ローター手段の前記プロペラ部は、前記流入端側が太く、前記流出端側が前記流入端側より細いせっ頭錐状になっており、前記ローター手段と前記複数のリブとの間にある隙間は前記流入端側が狭く、前記流出端側が前記流入端側より広くなっており、
更に、前記ローター手段の前記プロペラ部には、前記軸棒の周りにおいて、前記流入端側に向かって開口する中央通路と、前記ローター手段の回転方向と略一致する円弧線に沿って該ローター手段の外周面から前記中央通路まで延伸する複数の外周通路とが画成されており、
前記中心軸と直交する断面において、該複数の外周通路のそれぞれの前記ローター手段の外周面側において前記スリーブ手段の内表面に面する開口の傾きが、該開口に臨むリブの板面の法線方向に対して常に９０°以下の鋭角を成すことを特徴とするプロペラ装置。
前記ローター手段の前記プロペラ部は、
前記軸棒の前記流入端側に取付けられている環状の流入端リングと、
前記軸棒の前記流出端側に取付けられていて直径が前記流入端リングより小さい円盤状の流出端止め板と、
中空のせっ頭錐状に形成されて前記流入端リングと前記流出端止め板との間に取付けられている錐状壁と、を有しており、
前記錐状壁の中空部分が前記中央通路に該当し、前記複数の外周通路はそれぞれ前記中央通路から前記錐状壁の外周面まで該錐状壁を貫通していることを特徴とする請求項１に記載のプロペラ装置。
前記錐状壁は、前記流入端リングと前記流出端止め板との間に取付けられている複数のプロペラユニットにより構成されており、
前記複数のプロペラユニットにより、前記錐状壁は中空のせっ頭錐状に形成され、前記複数の外周通路は隣り合う２つの前記プロペラユニットの間に画成され、前記中央通路は全ての前記プロペラユニットの間に画成されていることを特徴とする請求項２に記載のプロペラ装置。
前記スリーブ手段は、
前記管状本体の前記流入端から更に延伸し、且つ直径が前記所定の直径より細い流入端延伸管部と、
前記管状本体の前記流出端から更に延伸し、且つ直径が前記所定の直径より細い流出端延伸管部と、を更に有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のプロペラ装置。
各前記プロペラユニットの表面は粗面になっていることを特徴とする請求項３に記載のプロペラ装置。
各前記プロペラユニットは、それぞれ前記流入端側から前記流出端側まで真っ直ぐに延伸することを特徴とする請求項３に記載のプロペラ装置。
各前記プロペラユニットは、それぞれ前記流入端側から前記流出端側まで、前記中心軸の周りにらせん状に延伸することを特徴とする請求項３に記載のプロペラ装置。
前記外周通路は、前記所定の中心軸と直交する断面において、前記中央通路から前記隙間に近づくにつれて次第に細くなるように形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のプロペラ装置。