JPH09195914A

JPH09195914A - 流体駆動装置

Info

Publication number: JPH09195914A
Application number: JP8009753A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Iwanaga; 茂岩永
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-01-24
Filing date: 1996-01-24
Publication date: 1997-07-29

Abstract

(57)【要約】【課題】流体の力を利用して駆動する水車に関し、小
型コンパクト、高効率、低コスト化を実現する。【解決手段】径方向に延びる複数の羽根５６とこれら
羽根５６の間に形成した羽根間通路５８とこれら羽根５
６を径方向中心側で支持する羽根基部５７を有する水車
５５と、羽根５６外周部に対向して局所的に配置し周方
向に駆動流体を噴出させる駆動ノズル５９と、羽根中心
部に対向配置した流出孔６３と、駆動ノズル５９に対向
する部分の羽根間通路５８は羽根５６の外周部および羽
根５６の軸方向側面を固定壁６０に設けた近接壁６１で
接近して囲った貫流流路６２と、固定壁６０に設け水車
５５を支持する支持軸６４とを有し、羽根５６は駆動ノ
ズル５９からの噴出流の流れ方向を反転する反転受圧部
６６と内周側に設けた流動案内部６７を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は流体の力を利用して
駆動する流体駆動装置に関し、更に詳しくは、集合住宅
等の住棟セントラル給湯あるいは給湯暖房方式のように
各住戸に強制循環される高温の熱媒を動力源とする循環
ポンプ等に利用するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の水車により駆動するポンプとし
て、例えば特開平３−２７９５２１号公報に示されるよ
うに図１５の構成がある。

【０００３】図１５は、河川から河川水を取水し、河川
水の流れを利用した水車により駆動するポンプで、軸流
ランナ１を有する横軸チューブラ型の水車２と単段イン
ペラ３を備えた横軸斜流型のポンプ４とが増速機５を介
して一軸上に結合され、ケーシング６内に収納されてい
る。

【０００４】この構成において、取水路上流の河川水は
その落差により吸込管７から流入して水車２を稼働させ
るとともに、増速機５を介して水車２で駆動されるポン
プ４によってその一部が加圧され送水管８を経て送水さ
れ、水車２を稼働させた河川水の大部分は取水路下流へ
放出されて河川下流へ流出する。

【０００５】また、従来の水車により駆動するポンプの
他の例として、実開昭５８−１９５６４４号公報に示さ
れる図１６、図１７の構成がある。

【０００６】図１６、図１７は、配管系統を流れる流体
の力で接線流羽根車型の水車を回してローラポンプ等の
定量吐出装置を駆動し、微量の薬液を吸引吐出して上記
配管系統に注入するポンプで、配管系統９内を流れる流
体の流量に比例した回転力を得る羽根車群１０で構成し
た水車の出力軸１１を配管系統外へ貫通突出させてポン
プ部１２の駆動軸１３とを連結したもので、出力軸１１
は軸受１４、１５で支持されるとともに軸シール部材１
６でシールを行っている。

【０００７】この構成において、配管系統９内を流れる
流体の力で羽根車群１０を流体の流量に比例して回転さ
せて水車を稼働させ、出力軸１１を介して直結されたポ
ンプ部１２を駆動し、薬液タンク１７より薬液１８をチ
ューブ１９を通して吸引し配管系統内に吐出注入するも
のである。

【０００８】また、従来の水車の例として実開昭５６−
８５０７２号公報に示される図１８、図１９の構成があ
る。

【０００９】図１８、図１９は、羽根車であるランナ２
０と、その外周部に設けた駆動流体の流入路となる渦巻
きケーシング２１と、ステーベーン２２およびガイドベ
ーン２３をランナ２０の外周部に設けている。

【００１０】この構成において、渦巻きケーシング２１
に流入した駆動流体はステーベーン２２およびガイドベ
ーン２３により整流されるとともにランナ２０の外周全
域より羽根車内に流入し、ランナ２０を回転させるとと
もに中心側より流出する。

【００１１】また、従来の住棟セントラル用給湯暖房装
置の例としては図２０に示すものがある。すなわち、熱
媒（高温湯）を各住戸に向けて循環させ各住戸にて熱媒
と給水管からの低温水とを熱交換し、給湯、暖房するも
ので、住棟セントラル用熱源機２４に住棟の各階および
各住戸に向けて熱媒往管２５が配設されるとともに、熱
媒往管２５の端部にて連結される熱媒復管２６が配設さ
れ熱源側熱媒系路２７を形成し、この熱源側熱媒系路２
７に熱媒循環ポンプ２８を設けている。

【００１２】各住戸の給湯暖房装置２９は、熱媒往管２
５と熱媒給湯往管３０を接続し、第一制御弁３１と熱媒
給湯復管３２を経て熱媒復管２６に接続して給湯一次側
系路３３を形成し、入口側にて給水管３４に連通し出口
側の先端に給湯栓３５を有する給湯二次側系路３６とを
熱交換関係にした給湯熱交換器３７を備えている。熱媒
給湯往管３０と熱媒給湯復管３２に対して並列に熱媒暖
房往管３８、第二制御弁３９と熱媒暖房復管４０にて形
成する暖房一次側系路４１を設け、入口側にてシスター
ン４２よりの暖房往管４３に連通し出口側に暖房用放熱
器４４、暖房復管４５の順に配設して循環系路を形成す
る暖房二次側系路４６とを熱交換関係にした暖房熱交換
器４７を備えている。さらに、風呂追い焚き往管４８、
シスターン４２に内蔵した風呂追い焚き用熱交換器４
９、風呂追い焚き復管５０の順に配設して構成した風呂
追い焚き系路５１を浴槽５２に接続している。また、暖
房往管４３の系路に暖房用ポンプ５３を、風呂追い焚き
系路５１に風呂用ポンプ５４を設けたものである。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の住
棟セントラル用として各住戸に設ける給湯暖房装置２９
の構成では、暖房および風呂追い焚き時に暖房用ポンプ
５３と風呂用ポンプ５４を運転することになる。これら
は、いずれも電気モータにて駆動するポンプである。従
って、これら両ポンプはイニシャルコストが高い、寸法
が大きくなる、重量が大きい、さらに電気を消費するた
めランニングコストが高くつくなどの課題があった。

【００１４】ポンプの駆動動力を流体の流動力で行う方
法があるが、上記図１５に示した従来の構成では、水車
の回転数が低く水車自身でポンプ駆動に要求される回転
数が得られないため途中に増速機を設ける必要があり、
イニシャルコストが高価で一般家庭用に使用できるもの
ではなく、また水車駆動流体とポンプにより搬送される
流体は分離されておらず全く同一であり、集合住宅等の
住棟セントラル給湯等に利用するには安全、衛生上の課
題があった。

【００１５】また、図１６、図１７で示した従来の構成
では、駆動側流体とポンプで搬送される流体はポンプ部
で軸シール部材で仕切られて構成されるものの、住棟セ
ントラル給湯等に利用するには万一の時の駆動側とポン
プ側の流体の混入防止が不確実であり信頼性上の課題が
あり、さらに軸シール部材のため水車の出力軸の回転抵
抗が大きく、住棟セントラル給湯あるいは暖房等に利用
するにはポンプ側の流量が過小であり流量特性上の課題
があった。

【００１６】また、図１８、図１９で示した従来の構成
では、駆動流体の必要流量が大きくなり過ぎて上記した
住棟セントラル給湯用などに実用するには駆動流量上の
課題があった。

【００１７】そこで、発明者らは特開平６−１８５４８
９号公報に示される流体駆動ポンプを提案し改良を進め
た。その結果、駆動側流体の限られた駆動力を有効に活
かすには水車およびポンプの各効率を改善することが重
要であり、なかでも特に少流量の駆動流体でも効率良く
作動する水車を開発することが大きな課題であった。

【００１８】本発明は上記課題を解決するもので、駆動
流体流量の少ない場合に利用でき、また、駆動流体の圧
力損失や回転抵抗の小さい小型コンパクトな流体駆動装
置を提供することを目的としたものである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の流体駆動装置
は、駆動ノズルから噴出する流体の力によって回転する
水車において、駆動ノズルに対向する部分の水車の羽根
開通路は羽根の外周部および羽根の軸方向側面を固定壁
に設けた近接壁で囲った環流流路とし、羽根は駆動ノズ
ルからの噴出流の流れ方向を反転する反転受圧部と内周
側に設けた流動案内部とを備えているものである。

【００２０】本発明によれば大きな回転駆動力を取り出
すことができ、また流量損失が低減するので効率が向上
できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明は上記目的を達成するた
め、径方向に延びる複数の羽根とこれら羽根の間に形成
した羽根間通路とこれら羽根を径方向中心側で支持する
羽根基部を有する水車と、前記羽根外周部に対向して局
所的に配置し周方向に駆動流体を噴出させる駆動ノズル
と、羽根中心部に対向配置した流出孔と、前記駆動ノズ
ルに対向する部分の羽根間通路は羽根の外周部および羽
根の軸方向側面を固定壁に設けた近接壁で接近して囲っ
た貫流流路と、前記固定壁に設け前記水車を支持する支
持軸とを有し、前記羽根は駆動ノズルからの噴出流の流
れ方向を反転する反転受圧部と内周側に設けた流動案内
部を備えたものである。

【００２２】また、反転受圧部は水車の回転時にその出
口部において噴出流体の周方向速度成分がほぼゼロとす
る曲率で形成し、流動案内部は噴出流体の周方向速度成
分がほぼゼロを維持する領域としたものである。

【００２３】また、羽根の軸方向側面の固定壁には駆動
流体が噴出する側面噴出口を設けたものである。

【００２４】また、側面噴出口は外周側に設けた孔を内
周側より小さくして、外周側での噴出速度は内周側の側
面噴出口での噴出速度より速くしたものである。

【００２５】また、支持軸を設けた固定壁は複数の部材
からなる積層壁とし、この積層壁間に空間部を設けたも
のである。

【００２６】また、側面噴出口は積層壁間の空間部と分
岐孔とを介して駆動ノズル側に連通したものである。

【００２７】また、積層壁間の空間部は多数の凹状溝に
より形成し凹状溝の端部を外部に連通させたものであ
る。

【００２８】また、支持軸は積層壁の間に挟んで保持し
たものである。本発明は上記構成によって、駆動ノズル
から噴出した駆動流体は駆動ノズルに対向した羽根間通
路のみを貫流して流出孔に向かうとともに、羽根の反転
受圧部による噴出流の流体力を無駄なく集中して羽根に
加える動作がなされ、流動案内部により駆動流体の流動
抵抗の低減がなされ、駆動流体の流量が少ない場合でも
駆動力の大きな運転がなされる。

【００２９】また、水車回転時において反転受圧部で流
体力の受圧力の極大化と流動案内部での流動抵抗の極小
化がなされる。

【００３０】また、羽根の軸方向側面の固定壁から羽根
に向かって噴出する流体により発生する軸方向のスラス
ト力が駆動ノズルからの噴出流により発生する軸方向ス
ラスト力を低減するため軸受け部における機械摩擦抵抗
を減じて損失を低減した運転がなされる。

【００３１】また、側面噴出口からの噴出流により軸方
向のスラスト力の低減がなされるとともに、水車の回転
周速度が大きい外周側には内周側よりも噴出速度の速い
流れが側面噴出口から噴出されるため水車を傾ける力す
なわち水車支持軸に対する曲げモーメントが発生し、こ
の曲げモーメントが外周部の駆動ノズルから噴出して軸
方向の流出孔へ流動する駆動流体により発生する回転支
持軸に対する曲げモーメントを低減する方向に作用して
軸受け部における機械摩擦損失を低減した運転がなされ
る。

【００３２】また、流出孔とは反対側の軸方向側面の固
定壁を複数の部材からなる積層壁とすることにより固定
壁の材質を駆動側流体と利用側流体のそれぞれに適した
仕様選定がなされ、積層壁間に設けた空間部により固定
壁の軽量化がなされる。

【００３３】また、複数の部材間に形成した空間部を側
面噴出口と駆動ノズル側に連通させることにより連通流
路の加工が簡単容易とし側面噴出構成の低コストでの実
現がなされる。

【００３４】また、積層壁間の空間部を多数の溝で形成
しその端部を外部に連通することにより駆動流体側の積
層壁に万一腐食などにより穴があいても駆動流体が空間
部の溝を通って外部に漏出することにより利用側には漏
洩することなく異常を知ることができ安全性を高めた運
転がなされる。

【００３５】また、積層壁間に支持軸の一部を挟んで固
定保持することにより支持軸の固定方法の簡素化がなさ
れ、支持軸の加工性を高めた設計がなされる。

【００３６】以下本発明の実施例を図１〜図１４を参照
して説明する。まず図１〜図４に示す本発明の第一およ
び第二の実施例について説明する。なお、ここでは本発
明の水車によりポンプを駆動する場合について述べる。

【００３７】５５は径方向に延びる複数の羽根５６を径
方向中心側の羽根基部５７で支持するとともにこれら羽
根５６の間に羽根間通路５８を形成した水車である。５
９は羽根５６の外周部５６ａに対向して局所的に配置さ
れるとともに駆動流体を周方向に噴出する駆動ノズルで
あり、この駆動ノズル５９に対向する羽根間通路５８ａ
は羽根５６の外周部５６ａおよび羽根５６の軸方向側面
５６ｂを固定壁６０に設けた近接壁６１で接近して囲わ
れて貫流流路６２を形成している。固定壁６０は駆動ノ
ズル５９および羽根中心部に対向配置した流出孔６３を
設けた水車ケーシング６０ａと水車５５を回転支持する
水車支持軸６４を設けた隔壁６０ｂで形成され、近接壁
６１は水車ケーシング６０ａに設けた周方向の近接壁６
１ａと軸方向側面５６ｂに対向する近接壁６１ｂおよび
隔壁６０ｂに設けた軸方向側面５６ｂに対向する近接壁
６１ｃで形成されている。６５は羽根基部５７に設けた
動力伝達手段であり、磁力により回転力を伝達するマグ
ネットカップリングとして隔壁６０ｂ側に設けられてい
る。

【００３８】６６は羽根５６の回転方向（矢印Ｂ）に対
して後面側に設け駆動ノズル５９から接線方向（矢印
Ｃ）に噴出した流れ方向を滑らかに反転させる反転受圧
部であり、６７は反転受圧部６６の内周側に設け噴出流
を流出孔６３に導く流動案内部でありここではほぼ直線
状に形成されている。６８は羽根５６に設けた補強リブ
で流出孔６３から遠い側の羽根５６の側面に配置してい
る。

【００３９】６９はポンプケーシング７０により形成さ
れるポンプ室７１に収納された二次側流体を循環させる
ポンプ羽根車であり、隔壁６０ｂを介して水車５５とは
気密に分離されている。７２はポンプ羽根車６９に設け
た動力伝達手段であり、磁力により回転力を伝達するマ
グネットカップリングが水車５５側の動力伝達手段６５
に対向する位置に設けてられている。７３は二次側流体
の吸入孔、７４は二次側流体の吐出孔であり、いずれも
ポンプケーシング７０に設けられている。７５はポンプ
羽根車６９を回転支持するポンプ支持軸である。

【００４０】上記構成において、流体駆動装置の動作を
説明する。まず本発明の第一の実施例では、局所的に設
けた駆動ノズル５９から噴出した駆動流体は、羽根間通
路５８が周方向の近接壁６１ａ、軸方向側面の近接壁６
１ｂおよび６１ｃにより接近して囲われているため、駆
動ノズル５９に対向した羽根間通路５８ａのみを貫流通
路６２として中心側に設けた流出孔６３に向かい、この
間に羽根５６に流体エネルギーを加えて水車５５を図２
の時計方向（矢印Ｂ）に回転させる。このとき、接線方
向に噴出した噴出流は反転受圧部６６に衝突してその流
動方向を支持軸に向かう径方向に順次滑らかに流動抵抗
の小さい状態で偏向されるとともに、反転受圧部６６の
出口部６６ａにおいて流動方向を矢印Ｄに示すように駆
動ノズル５９から噴出した流れ方向と反対の速度成分を
持つ流れに反転させて噴出流の持つ流動エネルギーを無
駄なく集中して羽根５６に加える。さらに噴出流となっ
た駆動流体は流動案内部６７によってその流れを整えて
滑らかに流出孔６３に向かって流動し、流出孔６３から
流出する。

【００４１】ところで、水車５５の回転により次の羽根
５６が駆動ノズル５９の開口部にさしかかった一瞬の間
は噴出流が羽根間通路５８ａ、５８ｂの二つの通路を貫
流流路６２とするが、羽根５６の外周先端が駆動ノズル
５９の開口部を通過すると次の羽根間通路５８ｂが唯一
の貫流流路６２として作用する。このように瞬時は複数
の羽根間通路５８を貫流するが、基本的には駆動ノズル
５９に対向する羽根間通路５８のみが貫流流路６２とし
て作用するものである。

【００４２】なお、羽根５６と近接壁６１は接触による
摺動摩擦損失の発生を防止するためにわずかのクリアラ
ンスを設けて配置するため、駆動ノズル５９から噴出し
た駆動流体が駆動ノズルに対向しない他の羽根間通路５
８ｃにわずかではあるが漏洩を生じる。

【００４３】この水車５５の回転により動力伝達手段６
５、７２で連結されたポンプ羽根車６９が回転し、二次
側の流体を吸入孔７３から吸い込んでポンプ作用を加え
て昇圧して吐出孔７４より流出させる。

【００４４】このように、駆動ノズル５９から噴出した
駆動流体は対向する羽根間通路にのみを貫流するととも
に、反転受圧部６６により流れが偏向されてその流体力
を無駄なく集中して羽根に加え且つ偏向における流動抵
抗が小さくなる。そのため駆動流体から取り出す回転駆
動力が大きくなりまた駆動流体の流動抵抗損失が小さく
でき、駆動流体の流量が少ない場合でも大きな回転駆動
力が得られるとともに、駆動流体の流動損失低減により
高効率の水車が実現できる。

【００４５】また、羽根形状は加工の簡単な二次元形状
で良く、さらに固定壁に近接壁を設けるという簡単な構
成のため、加工性に優れるとともに構成の簡素化による
小型コンパクト化により低コスト化がなされる。

【００４６】図３は羽根形状の他の実施例を示したもの
で、反転受圧部６６を羽根５６の内周側に拡げるととも
に、流動案内部６７は羽根基部５７のボス部５７ａに軸
方向に延びる凹部として形成している。この実施例によ
れば水車５５の外径を小さくしたままで反転受圧部６６
を大きくできるため、流れを反転させるための径方向ス
ペースを確保でき偏向における流動抵抗をより低減する
羽根形状を実現できる。

【００４７】従って、偏向における流動抵抗をより低減
してより高効率化でき、また水車の外径を小さくしてよ
り小型化できる。

【００４８】以上のように本発明の第一の実施例によれ
ば、大きな回転駆動力を取り出すことができるという効
果があり、流動損失低減により高効率化できるという効
果がある。

【００４９】また、加工の容易な羽根形状と構成の簡素
化により小型コンパクト化と低コスト化が実現できると
いう効果がある。

【００５０】なお、本実施例では水車によりポンプを駆
動する場合を示したが、送風用ファンあるいは発電装置
など他の負荷を駆動しても同様の効果があるのは云うま
でもない。

【００５１】次に、本発明の第二の実施例では、図４に
示すように反転受圧部６６を曲率を有する曲面で形成
し、出口部６６ａにおける噴出流の流れ方向の速度Ｕを
周方向速度成分Ｕｒと径方向速度成分Ｕｄに分解すると
ともに、水車５５の回転による反転受圧部６６の出口部
６６ａにおける周速度Ｖに対して噴出流の周方向速度成
分Ｕｒが同等になるように反転受圧部６６の出口部６６
ａの羽根角度αを設定したものである。さらに流動案内
部６７は上記したように噴出流の周方向速度成分がほぼ
ゼロを保つようにその角度を設定するものである。

【００５２】反転受圧部６６の出口部６６ａの羽根角度
をこのように設定した状態では、水車５５の回転した
時、羽根間通路５８を流れる噴出流は判定受圧部６６の
出口部６６ａにおいて、静止座標からみた周方向速度成
分がほぼゼロとなる。従って、反転受圧部６６で噴出流
の持つ流体力を最大限取り出すことになり羽根５６の受
圧力が極大化できる。また、出口部６６ａから流出孔６
３までは静止座標からみた噴出流の周方向速度はほぼゼ
ロが保たれるため、周方向速度により発生する遠心力が
低減されて噴出流の流動抵抗が小さくでき、流動抵抗の
極小化ができる。

【００５３】以上のように本発明の第二の実施例によれ
ば、駆動流体から取り出す駆動力の極大化と駆動流体の
流動抵抗の極小化によって少ない駆動流体流量で高出力
化と高効率化ができるという効果がある。

【００５４】次に、図５に示す本発明の第三の実施例に
ついて説明する。なお、図１〜図４に示した実施例と同
一機能、同一部材のところは同一符号を付与し詳細な説
明は省略する。

【００５５】７６は羽根５６の軸方向側面５６ｂの固定
壁６０である隔壁６０ｂに設けた側面噴出口であり、こ
の側面噴出口７６は径方向あるいは周方向の任意の位置
に配置されるとともに、その一端は羽根５６の軸方向側
面５６ｂに対して開口し、他端は噴出流体を供給する隔
壁６０ｂに設けた空間部７７に連通している。７８は羽
根基部５７に設けた軸受け部であり、軸受け部７８の両
端部はスラストディスク７９で軸方向の力を支持してい
る。

【００５６】上記構成において、流体駆動装置の動作を
説明する。駆動ノズル５９より噴出した駆動流体は駆動
ノズル５９に対向する羽根間通路５８である貫流流路６
２に入り、羽根５６に流体エネルギーを加えて水車５５
を回転させて流出孔６３から流出する。この流動過程に
おいて駆動流体は流出孔６３からの流出方向とは反対向
きの軸方向スラスト力を羽根５６に加えことにより、軸
受け部７８のスラストディスク７９で機械摩擦抵抗損失
が発生する。

【００５７】これに対して、側面噴出口７６から羽根５
６の軸方向側面５６ｂに向かって噴出した少量の駆動流
体は羽根５６に流出孔６３の方向に軸方向スラスト力を
加える作用により上記した駆動ノズル５９から噴出した
駆動流体による軸方向スラスト力を低減させ、軸受け部
７８のスラストディスク７９で発生する機械摩擦損失を
減少させることができる。

【００５８】また、羽根５６の外周側に駆動ノズル５９
を設けるため、駆動ノズル５９からの噴出流が羽根５６
の外周側に加える軸方向スラスト力は支持軸６４に対す
る曲げモーメントを水車５５に発生させるが、側面噴出
口７６からの噴出流はこの曲げモーメントを低減する方
向に作用する。このため支持軸６４に加わる曲げモーメ
ントにより軸受け部７８に発生する機械摩擦損失が低減
できる。

【００５９】さらに、側面噴出口７６からの噴出流は羽
根５６の軸方向側面５６ｂと固定壁６０である隔壁６０
ｂとの間に流体膜を形成するため羽根５６の軸方向側面
５６ｂと固定壁６０である隔壁６０ｂとの接触が防止さ
れ、羽根５６と固定壁６０との隙間寸法をより小さく設
定できる。このため駆動流体の貫流流路６２から他の羽
根間通路５８への漏洩が低減されて水車５５の駆動力の
増大と効率向上を実現できる。

【００６０】以上のように、本発明の第三の実施例によ
れば図１〜図３の第一の実施例と同様の効果が得られる
とともに、側面噴出口７６からの噴出流により軸方向ス
ラスト力の低減による軸受け部での機械摩擦損失を低減
できるという効果があり、また水車に加わる支持軸に対
する曲げモーメントの低減による軸受け部での機械摩擦
損失を低減できるという効果がある。さらに、羽根と固
定壁の隙間寸法を小さくでき駆動流体の漏洩防止により
水車駆動力の増大と効率向上が実現できるという効果が
ある。

【００６１】次に、図６、図７に示す本発明の第四の実
施例について説明する。なお、図１〜図５に示した実施
例と同一機能、同一部材のところは同一符号を付与し詳
細な説明は省略する。

【００６２】図６において、側面噴出口７６は固定壁６
０である隔壁６０ｂの径方向の異なる位置に複数個設け
るとともに外周側の開口径は内周側よりも小さくして、
外周側の側面噴出口７６ａからの噴出速度は内周側の側
面噴出口７６ｂからの噴出速度よりも速くしたものであ
る。

【００６３】上記構成において、流体駆動装置の動作を
説明する。水車５５は駆動ノズル５９から噴出する駆動
流体により回転力を受けるとともに軸方向のスラスト力
が同時に付加される。この軸方向のスラスト力は側面噴
出口７６からの噴出流により前述と同様に低減される。
ところが、ここでは外周側の側面噴出口７６ａからの噴
出速度が内周側の側面噴出口７６ｂからの噴出速度より
速いため、水車５５はこの側面噴出口７６からの噴出流
により支持軸６４に対して図中反時計回りの曲げモーメ
ントを受ける。この側面噴出口７６からの噴出流による
曲げモーメントは、外周側に設けた駆動ノズル５９から
噴出する駆動流体が水車に及ぼす支持軸６４に対する図
中時計回りの曲げモーメントを打ち消す作用を果たす。

【００６４】このため、支持軸６４に加わる曲げモーメ
ントが大幅に低減されて軸受け部７８での曲げモーメン
トによる機械摩擦損失が大幅に低下でき水車の効率向上
ができる。また羽根５６の支持軸６４に対する傾きが緩
和されるため羽根の材質として重量の軽い樹脂など金属
材料よりも剛性の小さい材料が使用可能にできるため軽
量化でき、さらに量産加工性に優れた樹脂材料などによ
り低コスト化できる。

【００６５】図７は他の実施例を示したもので、側面噴
出口７６は羽根５６の回転方向（矢印Ｆ）に傾きβを設
けている。従って、側面噴出口７６からの噴出流は羽根
５６の回転方向に向かって噴出し、前述したスラスト力
および曲げモーメントを低減させるだけでなく水車５５
の回転方向への駆動力を高めることができる。

【００６６】以上のように、本発明の第四の実施例によ
れば図５の第三の実施例と同様の効果が得られるととも
に、曲げモーメントによる軸受け部での機械摩擦損失が
大幅に低減でき水車の効率向上ができるという効果があ
る。また、樹脂などの軽くて量産加工性に優れた材料が
使用できるため軽量化でき低コスト化できるという効果
がある。

【００６７】次に、図８に示す本発明の第五の実施例に
ついて説明する。なお、図１〜図７に示した実施例と同
一機能、同一部材のところは同一符号を付与し詳細な説
明は省略する。

【００６８】８０は支持軸６４側の固定壁６０である隔
壁６０ｂを複数の部材から形成した積層壁であり、空間
部７７はこの複数の部材の少なくとも一方に凹部を設け
ることにより積層壁８０間に構成している。

【００６９】上記構成において、流体駆動装置の動作を
説明する。駆動ノズル５９からの駆動流体が流れる水車
５５側と、他の流体に接する利用側であるポンプ室７１
とはこの積層壁８０により分離されている。積層壁８０
の駆動流体側８０ａと利用流体側８０ｂは異なる材料で
構成できるため駆動側および利用側流体のそれぞれに適
した隔壁材質を選定できる。従って、それぞれの流体に
対する耐食性を高めた材料の組み合わせが可能となり装
置の耐久性を向上できる。

【００７０】また、積層壁８０間に設けた空間部７７に
より隔壁６０ｂの軽量化ができる。さらに、薄板状の材
料で積層壁８０を構成する場合では空間部７７（図示せ
ず）を形成するために薄板を屈曲することで隔壁６０ｂ
の耐圧強度を高めることができ、薄板材料を屈曲加工す
ることにより量産性を高め低コスト化できる。

【００７１】以上のように、本発明の第五の実施例によ
れば図１〜図３に示した第一の実施例と同様の効果が得
られるとともに、駆動側および利用側の流体に適した隔
壁材料が自由に選定でき装置の耐久性を高めることがで
きるという効果がある。また、空間部の形成により軽量
化できるという効果がある。さらに、薄板状の材料を屈
曲加工して空間部を形成でき量産性を高め低コスト化で
きるという効果がある。

【００７２】次に、図９、図１０に示す本発明の第六の
実施例について説明する。なお、図１〜図８に示した実
施例と同一機能、同一部材のところは同一符号を付与し
詳細な説明は省略する。

【００７３】８１は一端は駆動ノズル５９側に開口し、
他端は積層壁８０間の空間部７７を外周側に拡げた拡大
空間部７７ａに開口する分岐孔であり、固定壁６０の一
部である水車ケーシング６０ａに設けている。従って、
積層壁８０間の空間部７７に一端を開口する側面噴出口
７６はこの分岐孔８１を介して駆動ノズル５９側に連通
している。

【００７４】上記構成において、流体駆動装置の動作を
説明する。駆動ノズル５９部の駆動流体はその一部が分
岐孔８１を通って積層壁８０間の空間部７７に流入し、
空間部７７内を流動して側面噴出口７６から羽根５６に
向かって噴出して前述したスラスト力あるいは曲げモー
メントの低減作用を行う。駆動ノズル５９部から側面噴
出口７６に向かう通路は互いに接する水車ケーシング６
０ａと隔壁６０ｂである積層壁８０との内部に構成され
るため、構成部材の数が最小化され簡素化できるととも
に通路をコンパクトに形成して小型化ができる。さら
に、積層壁８０で通路および空間部７７を形成するため
側面噴出口の孔加工が容易にでき孔寸法の高精度加工が
低コストで実現できる。

【００７５】以上のように、本発明の第六の実施例によ
れば第三の実施例と同様の効果が得られるとともに、固
定壁の内部に通路が構成できるため構成部材の数が最小
化され簡素化できるという効果がある。また、通路をコ
ンパクトに形成して装置の小型化ができるという効果が
ある。さらに、積層壁で通路および側面噴出口を形成す
るので側面噴出口の孔加工の加工性が向上でき孔寸法の
高精度加工が低コストで実現できるという効果がある。

【００７６】次に、図１１、図１２に示す本発明の第七
の実施例について説明する。なお、図１〜図１０に示し
た実施例と同一機能、同一部材のところは同一符号を付
与し詳細な説明は省略する。

【００７７】８２は積層壁８０間の少なくとも一方に設
けた凹状溝であり、空間部７７は凹状溝８２を多数設け
て形成されるとともに、凹状溝８２の端部は装置の外部
に連通している。なお、図１２はすべての凹状溝８２の
端部が外部に連通する場合を示したが、凹状溝の端部を
複数集合させた後で少数の開放孔（図示せず）を設けて
も良いのは云うまでもない。

【００７８】上記構成において、流体駆動装置の動作を
説明する。駆動側流体と利用側流体を分離する固定壁６
０である隔壁６０ｂは複数の部材からなる積層壁８０で
構成されるため、その材質は駆動側と利用側でそれぞれ
の流体に適した耐食性、耐久性に優れたものを選定でき
る。しかし、もし万一異常が発生して積層壁８０の一方
の流体側に穴があいた場合（両方の流体側が同時に穴が
あくことはほとんどあり得ないと考えられる）、穴があ
いた側の流体が積層壁８０間に設けた凹状溝８２に入
り、凹状溝８２を伝って外部に浸みだしてくる。この漏
れだした流体により異常が生じたことが判るため、駆動
側流体と利用側流体が互いに混入するすることが事前に
防止できる。特に、利用側流体を給湯に使用する場合で
は安全確保の上で重要性が高いものである。また、他の
用途に使う場合でも駆動側と利用側の流体の混入を防止
することは機器の運転保証上あるいは機器の耐久信頼性
においても重要である。

【００７９】以上のように、本発明の第七の実施例によ
れば第五の実施例と同様の効果が得られるとともに、固
定壁である隔壁の穴あき異常を検知して駆動側と利用側
の流体の混入を防止でき安全性が確保できるという効果
がある。また、流体相互の混入が防止できるため機器の
運転を保証でき耐久信頼性を向上できるという効果があ
る。

【００８０】次に、図１３、図１４に示す本発明の第八
の実施例について説明する。なお、図１〜図１２に示し
た実施例と同一機能、同一部材のところは同一符号を付
与し詳細な説明は省略する。

【００８１】支持軸６４は水車５５とポンプ羽根車６９
とを同軸状に回転支持するもので、水車５５側とポンプ
羽根車６９側とを一体にするとともに、中央部に径を大
きくした段差部６４ａを設けている。この段差部６４ａ
を積層壁８０間の凹部８０ｃに収納し挟みつけることに
より支持軸６４を保持している。８３は支持軸６４と積
層壁８０の間に設けたシール部である。なお、支持軸６
４の積層壁８０に対する回り止めとして、段差部６４ａ
に設けた平面部６４ｂと凹部８０ｃに設けた平面部（図
示せず）とをかみ合わせることができる。

【００８２】上記構成において、流体駆動装置の動作を
説明する。装置の組立時において、支持軸６４は積層壁
８０の一方にシール部８３を介して挿入し、そのあと積
層壁８０の他方をシール部８３を介してはめ込むととも
に積層壁８０をビスなどで固着することで支持軸の組付
けが簡単にできる。また、支持軸６４が駆動側と利用側
が一体化できるため両軸が同時加工でき加工性が向上す
るとともに部品点数が削減できるため低コスト化ができ
る。さらに、軸の交換が容易にできるためメンテナンス
性が向上でき機器の耐久信頼性を向上できる。

【００８３】図１４は他の実施例を示したもので、支持
軸６４を駆動側支持軸６４ｃと利用側支持軸６４ｄとに
分離するとともに、駆動側支持軸６４ｃと利用側支持軸
６４ｄとはその端部に設けた段差部６４ａを積層壁８０
の凹部８０ｃに挿入し互いに嵌合部６４ｅで接触しては
め合わせたものである。

【００８４】支持軸６４を駆動側と利用側に分離するこ
とにより、それぞれの流体に適した支持軸６４の材質を
選定でき設計の自由度が向上するとともに組立加工性お
よびメンテナンス性は図１３の実施例と同様に維持でき
る。

【００８５】以上のように、本発明の第八の実施例によ
れば第五の実施例と同様の効果が得られるとともに、支
持軸の固定方法の簡素化ができ支持軸の加工性を高めた
設計ができるという効果がある。また、支持軸の着脱が
容易にできるためメンテナンス性が向上でき機器の耐久
信頼性が向上できるという効果がある。

【００８６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明の
流体駆動装置は、局所的に配置した駆動ノズルに対向す
る羽根間通路を固定壁に設けた近接壁で接近して囲って
貫流流路を設け、水車羽根は噴出流の流れ方向を反転す
る反転受圧部と内周側に設けた流動案内部を設けている
ので、大きな回転駆動力を取り出すことができ、流動損
失低減により高効率化でき、そして加工の容易な羽根形
状と構成の簡素化により小型コンパクト化と低コスト化
が実現できるという効果がある。

【００８７】また、反転受圧部の出口および流動案内部
の周方向速度成分をほぼゼロとするので、駆動流体から
取り出す駆動力の極大化と駆動流体の流動抵抗の極小化
によって少ない駆動流体流量で高出力化と高効率化がで
きるという効果がある。

【００８８】また、羽根の軸方向側面の固定壁には側面
噴出口を設けているので、軸方向スラスト力の低減によ
る軸受け部での機械摩擦損失を低減できるという効果が
あり、また水車に加わる支持軸に対する曲げモーメント
の低減による軸受け部での機械摩擦損失を低減できると
いう効果がある。さらに、羽根と固定壁の隙間寸法を小
さくでき駆動流体の漏洩防止により水車駆動力の増大と
効率向上が実現できるという効果がある。

【００８９】また、外周側の側面噴出口の口径を内周側
よりも小さくしているので、曲げモーメントによる軸受
け部での機械摩擦損失が大幅に低減でき水車の効率向上
ができるという効果がある。また、樹脂などの軽くて量
産加工性に優れた材料が使用できるため軽量化でき低コ
スト化できるという効果がある。

【００９０】また、支持軸側の固定壁を複数の部材から
なる積層壁としこの積層壁間に空間部を設けているの
で、駆動側および利用側の流体に適した隔壁材料が自由
に選定でき装置の耐久性を高めることができるという効
果がある。また空間部の形成により軽量化できるという
効果がある。さらに、薄板状の材料を屈曲加工して空間
部を形成でき量産性を高め低コスト化できるという効果
がある。

【００９１】また、側面噴出口は空間部と分岐孔を介し
て駆動ノズルに連通させているので、固定壁の内部に通
路が構成できるため構成部材の数が最小化され簡素化で
きるという効果がある。また、通路をコンパクトに形成
して装置の小型化ができるという効果がある。さらに、
積層壁で通路および側面噴出口を形成するので側面噴出
口の孔加工の加工性が向上でき孔寸法の高精度加工が低
コストで実現できるという効果がある。

【００９２】また、多数の凹状溝により積層壁間の空間
部を形成しているので、固定壁である隔壁の穴あき異常
を検知して駆動側と利用側の流体の混入を防止でき安全
性が確保できるという効果がある。また、流体相互の混
入が防止できるため機器の運転を保証でき耐久信頼性を
向上できるという効果がある。

【００９３】また、第八の発明の流体駆動装置は、支持
軸は積層壁の間に挟んで保持しているので、支持軸の固
定方法の簡素化ができ支持軸の加工性を高めた設計がで
きるという効果がある。また、支持軸の着脱が容易にで
きるためメンテナンス性が向上でき機器の耐久信頼性が
向上できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例における流体駆動装置の
断面図

【図２】上記図１の流体駆動装置のＡ−Ａ断面図

【図３】上記図２の他の実施例における水車のＡ−Ａ断
面図

【図４】本発明の第二の実施例における反転受圧部出口
における流体速度線図

【図５】本発明の第三の実施例における流体駆動装置の
断面図

【図６】本発明の第四の実施例における流体駆動装置の
断面図

【図７】上記図６の他の実施例における流体駆動装置の
Ｅ−Ｅ断面図

【図８】本発明の第五の実施例における流体駆動装置の
断面図

【図９】本発明の第六の実施例における流体駆動装置の
断面図

【図１０】上記図９の他の実施例における流体駆動装置
のＡ−Ａ断面図

【図１１】本発明の第七の実施例における流体駆動装置
の断面図

【図１２】上記図１１における流体駆動装置の外観図

【図１３】本発明の第八の実施例における流体駆動装置
の断面図

【図１４】上記図１３の他の実施例における流体駆動装
置の断面図

【図１５】従来の流体を駆動源とするポンプの構成図

【図１６】従来の流体を駆動源とする他のポンプの構成
図

【図１７】上記図１９の水車部構成図

【図１８】従来の流体により駆動する水車の平面断面図

【図１９】上記図２１の水車の正面断面図

【図２０】従来の住棟セントラル給湯暖房装置のシステ
ム構成図

【符号の説明】

５５水車５６羽根５７羽根基部５８羽根間通路５９駆動ノズル６０固定壁６１近接壁６２貫流流路６３流出孔６４支持軸６６反転受圧部６７流動案内部７７空間部８０積層壁８１分岐孔８２凹状溝

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】径方向に延びる複数の羽根とこれら羽根の
間に形成した羽根間通路とこれら羽根を径方向中心側で
支持する羽根基部を有する水車と、前記羽根外周部に対
向して局所的に配置し周方向に駆動流体を噴出させる駆
動ノズルと、羽根中心部に対向配置した流出孔と、前記
駆動ノズルに対向する部分の羽根間通路は羽根の外周部
および羽根の軸方向側面を固定壁に設けた近接壁で接近
して囲った貫流流路と、前記固定壁に設け前記水車を支
持する支持軸とを有し、前記羽根は駆動ノズルからの噴
出流の流れ方向を反転する反転受圧部と内周側に設けた
流動案内部を備えた流体駆動装置。
【請求項２】反転受圧部は水車の回転時にその出口部に
おいて噴出流体の周方向速度成分がほぼゼロとする曲率
で形成し、流動案内部は噴出流体の周方向速度成分がほ
ぼゼロを維持する領域とした請求項１記載の流体駆動装
置。
【請求項３】羽根の軸方向側面の固定壁には駆動流体が
噴出する側面噴出口を設けた請求項１記載の流体駆動装
置。
【請求項４】側面噴出口は外周側に設けた孔を内周側よ
り小さくして、外周側での噴出速度は内周側の側面噴出
口での噴出速度より速くした請求項３記載の流体駆動装
置。
【請求項５】支持軸を設けた固定壁は複数の部材からな
る積層壁とし、この積層壁間に空間部を設けた請求項１
記載の流体駆動装置。
【請求項６】側面噴出口は積層壁間の空間部と分岐孔と
を介して駆動ノズル側に連通した請求項３記載の流体駆
動装置。
【請求項７】積層壁間の空間部は多数の凹状溝により形
成し凹状溝の端部を外部に連通させた請求項５記載の流
体駆動装置。
【請求項８】支持軸は積層壁の間に挟んで保持した請求
項５記載の流体駆動装置。