(57)【要約】【課題】本開示は、簡易な構成で、且つ、優れた回転効率を達成することが可能な回転ノズル構造及び発電装置を説明する。【解決手段】回転ノズル構造は、所定の回転軸周りに回転可能に構成されている。回転ノズル構造は、作動流体の供給源と流体的に接続された本体管部と、本体管部に対して物理的且つ流体的に接続された第１〜第Ｎ（ただし、Ｎは２以上の自然数）のノズル部とを備える。第１〜第Ｎのノズル部のうち第ｎ（ただし、ｎは１〜Ｎの自然数）のノズル部は、回転軸に直交する平面と交差する方向に沿って本体管部から斜めに延びる第ｎの基端部と、回転軸に対してねじれの位置に配置された第ｎの先端部と、基端部と先端部とを接続するように延びる第ｎの中間部とを含む。第ｎの先端部は、その回転方向とは逆向きに開放された第ｎの噴出口を含む。【選択図】図２
2020195943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の回転軸周りに回転可能に構成された回転ノズル構造であって、
作動流体の供給源と流体的に接続された本体管部と、
前記本体管部に対して物理的且つ流体的に接続された第１〜第Ｎ（ただし、Ｎは２以上の自然数）のノズル部とを備え、
前記第１〜第Ｎのノズル部のうち第ｎ（ただし、ｎは１〜Ｎの自然数）のノズル部は、
前記回転軸に直交する平面と交差する方向に沿って前記本体管部から斜めに延びる第ｎの基端部と、
前記回転軸に対してねじれの位置に配置された第ｎの先端部と、
前記基端部と前記先端部とを接続するように延びる第ｎの中間部とを含み、
前記第ｎの先端部は、その回転方向とは逆向きに開放された第ｎの噴出口を含む、回転ノズル構造。
【請求項２】
前記第ｎの噴出口は前記第ｎの先端部の先端に設けられている、請求項１に記載の回転ノズル構造。
【請求項３】
前記第ｎの中間部は、前記基端部と前記先端部とを接続するように湾曲して延びている、請求項１又は２に記載の回転ノズル構造。
【請求項４】
前記第１〜第Ｎのノズル部は、第１〜第Ｎ（ただし、Ｎは２〜４の自然数）のノズル部を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転ノズル構造。
【請求項５】
前記第ｎの噴出口は、前記第ｎのノズル部の回転軌跡の接線方向に向けて開口されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転ノズル構造。
【請求項６】
前記第ｎの先端部は前記回転軌跡に沿って延びている、請求項５に記載の回転ノズル構造。
【請求項７】
前記第ｎの先端部は、前記回転軸に垂直な平面内において延びているか、又は、前記本体管部から離れる側に向けて当該平面に対して斜めに延びている、請求項５又は６に記載の回転ノズル構造。
【請求項８】
前記回転軸の長手方向から見て、前記第１〜第Ｎのノズル部は、前記回転軸の周方向において略等間隔に配置されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の回転ノズル構造。
【請求項９】
前記第１〜第Ｎのノズル部を部分的に又は全体的に覆う被覆部材をさらに備える、請求項１〜８のいずれか一項に記載の回転ノズル構造。
【請求項１０】
前記被覆部材は球形状を呈する、請求項９に記載の回転ノズル構造。
【請求項１１】
前記第１〜第Ｎのノズル部の少なくとも一部は、その回転方向に沿った流線形状を呈している、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の回転ノズル構造。
【請求項１２】
所定の回転軸周りに回転可能に構成され且つ発電機に接続可能とされた回転ノズル構造であって、
作動流体の供給源と流体的に接続された本体管部と、
前記本体管部に対して物理的且つ流体的に接続されたノズル部とを備え、
前記ノズル部は、
前記回転軸に直交する平面と交差する方向に沿って前記本体管部から斜めに延びる基端部と、
前記回転軸に対してねじれの位置に配置された先端部と、
前記基端部と前記先端部とを接続するように延びる中間部とを含み、
前記先端部は、その回転方向とは逆向きに開放された噴出口を含む、回転ノズル構造。
【請求項１３】
前記本体管部に設けられた少なくとも一つのカウンターウエイトをさらに備える、請求項１２に記載の回転ノズル構造。
【請求項１４】
前記回転軸の長手方向から見て、前記ノズル部及び前記少なくとも一つのカウンターウエイトは、前記回転軸の周方向において略等間隔に配置されている、請求項１３に記載の回転ノズル構造。
【請求項１５】
発電機と、
前記発電機に接続された、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の回転ノズル構造とを備える、発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、回転ノズル構造及び発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、化石燃料に代わる再生可能エネルギーとして、太陽光、太陽熱、水力、風力、バイオマス、地熱などの種々のエネルギー源が検討されている。このうち、特に水力は、天候の影響が小さく、昼夜を通して安定した発電が可能である等、太陽光と比べて優れたメリットがある。ただし、大規模なダム建設には種々の制約があることから、近年、小水力発電の技術が着目されている。
【０００３】
特許文献１は、給水管と、ヘッド部と、発電部とを備える散水装置を開示している。当該散水装置においては、給水管を通じて加圧水をヘッド部に供給することによりヘッド部を回転させ、ヘッド部の回転力を発電部に伝達することにより発電を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−０７９７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の散水装置においては、あくまでも散水を主目的としており、散水に際して回転するヘッド部の回転力を発電にも利用しているにすぎない。すなわち、特許文献１の散水装置の主目的は、ヘッド部における水の運動エネルギーの損失を抑制して、ヘッド部からできる限り遠くに水を吐出することにある。そのため、ヘッド部は、周囲３６０°に満遍なく散水するように構成されているが（段落００１９参照）、供給された水の運動エネルギーを自身の回転運動に効率よく変換するようには構成されていない。
【０００６】
そこで、本開示は、簡易な構成で、且つ、優れた回転効率を達成することが可能な回転ノズル構造及び発電装置を説明する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一つの観点に係る回転ノズル構造は、所定の回転軸周りに回転可能に構成されている。回転ノズル構造は、作動流体の供給源と流体的に接続された本体管部と、本体管部に対して物理的且つ流体的に接続された第１〜第Ｎ（ただし、Ｎは２以上の自然数）のノズル部とを備える。第１〜第Ｎのノズル部のうち第ｎ（ただし、ｎは１〜Ｎの自然数）のノズル部は、回転軸に直交する平面と交差する方向に沿って本体管部から斜めに延びる第ｎの基端部と、回転軸に対してねじれの位置に配置された第ｎの先端部と、基端部と先端部とを接続するように延びる第ｎの中間部とを含む。第ｎの先端部は、その回転方向とは逆向きに開放された第ｎの噴出口を含む。
【０００８】
本開示の他の観点に係る発電装置は、発電機と、発電機に接続された上記の回転ノズル構造とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本開示に係る回転ノズル構造及び発電装置によれば、簡易な構成で、且つ、優れた回転効率を達成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、発電装置の一例を示す概略図である。
【図２】図２（ａ）は回転ノズル構造の一例を示す斜視図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）の回転ノズル構造の上面図である。
【図３】図３（ａ）は回転ノズル構造の一例を示す斜視図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）の回転ノズル構造の上面図である。
【図４】図４は、回転ノズル構造の他の例を示す上面図である。
【図５】図５（ａ）は回転ノズル構造の他の例を示す斜視図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）の回転ノズル構造の上面図である。
【図６】図６（ａ）は回転ノズル構造の他の例を示す斜視図であり、図６（ｂ）は図５（ａ）の回転ノズル構造の上面図である。
【図７】図７は、回転ノズル構造の他の例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本開示に係る実施形態の一例について、図面を参照しつつより詳細に説明する。以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。また、以下では、図２等に示されるように、後述の中心軸Ａｘの長手方向をＺ軸とし、Ｚ軸に直交する軸をＸ軸とし、Ｚ軸及びＸ軸の双方に直交する軸をＹ軸とする。
【００１２】
［小水力発電装置の構成］
まず、図１を参照して、発電システム１の構成について説明する。発電システム１は、液源２（供給源）と、発電装置３とを備える。液源２は、発電装置３を駆動させるための作動流体Ｗを貯留する貯留槽であってもよいし、作動流体Ｗが流通する流路（例えば、配管、通液溝、河川など）であってもよい。作動流体Ｗとしては、例えば、水、油、液化ガスなどの種々の液体、又は、蒸気などの気体が挙げられる。作動流体Ｗが液体の場合、発電装置３は水力発電装置として機能する。特に、出力が概ね１００００ｋＷ以下の場合、発電装置３は小水力発電装置として機能する。作動流体Ｗが気体の場合、発電装置３は風力発電装置として機能する。
【００１３】
発電装置３は、発電機４と、回転ノズル構造１０とを含む。発電機４は、回転ノズル構造１０の回転に応じて発電するように構成されている。発電機４は、例えば、シャフト、ギアボックスなどを介して回転ノズル構造１０と接続されたモータであってもよい。すなわち、発電機４は、直接的に又は間接的に回転ノズル構造１０と接続されていてもよい。発電機４は、例えば、回転ノズル構造１０に取り付けられた磁石との間で電磁誘導により発電するように構成されたコイルを含んでいてもよい。
【００１４】
続いて、図２を参照して、回転ノズル構造１０の構成について説明する。回転ノズル構造１０は、本体管部１２と、複数のノズル部１４とを含む。本体管部１２は、筒状を呈しており、その中心軸Ａｘ周りに回転可能に構成されている。すなわち、中心軸Ａｘは回転軸でもある。中心軸Ａｘから見たときの本体管部１２の形状は、例えば、円形状であってもよいし、楕円形状であってもよいし、多角形状であってもよい。本体管部１２は、液源２と流体的に接続されており、液源２の作動流体Ｗが供給される。液源２から本体管部１２への作動流体Ｗの供給は、落差による位置エネルギーを利用して行われてもよいし、ポンプ等の送液機構によって行われてもよい。
【００１５】
複数のノズル部１４は、本体管部１２と物理的且つ流体的に接続されており、本体管部１２から導入された作動流体Ｗを外部に噴出するように構成されている。複数のノズル部１４は、本体管部１２と一体的に（継ぎ目なく）接続されていてもよい。あるいは、複数のノズル部１４は、本体管部１２とは別体であり、本体管部１２に対して着脱可能に構成されていてもよい。
【００１６】
図２に例示される回転ノズル構造１０は、２つのノズル部１４１，１４２を含んでいる。２つのノズル部１４１，１４２は、図２（ｂ）に示されるように、中心軸Ａｘから見て、中心軸Ａｘを中心に点対称となるように配置されていてもよい。すなわち、中心軸Ａｘから見たときに、ノズル部１４１を中心軸Ａｘの周方向において１８０°回転させたときに、ノズル部１４２とほぼ重なり合ってもよい。換言すれば、２つのノズル部１４１，１４２は、中心軸Ａｘから見て、略等間隔に配置されていてもよい。
【００１７】
ノズル部１４１，１４２はそれぞれ、基端部１４ａと、中間部１４ｂと、先端部１４ｃとを含む。基端部１４ａは、中心軸Ａｘに直交する平面（ＸＹ平面）と交差する方向に沿って本体管部１２から斜めに延びている。図２に例示されるように、基端部１４ａは、中心軸Ａｘ、Ｘ軸及びＹ軸のいずれにも交差するように延びていてもよい。換言すれば、本体管部１２とノズル部１４との境界部分における中心軸Ａｘ上の点を原点としたときに、ノズル部１４１の基端部１４ａの先端は、Ｘ＞０、Ｙ＞０及びＺ＞０を満たす空間内に位置していてもよいし、ノズル部１４２の基端部１４ａの先端は、Ｘ＜０、Ｙ＜０及びＺ＞０を満たす空間内に位置していてもよい。
【００１８】
中間部１４ｂは、基端部１４ａと先端部１４ｃとを接続するように湾曲して延びている。先端部１４ｃは、中心軸Ａｘに対してねじれの位置に配置されている。先端部１４ｃは、中心軸Ａｘから見たときに、直線状に延びていてもよいし、回転ノズル構造１０の回転軌跡Ｃに沿って延びていてもよい（図２（ｂ）参照）。図において、回転軌跡Ｃは、中心軸Ａｘを中心とし且つ噴出口１４ｄの中央を通る仮想的な円として例示されている。先端部１４ｃは、中心軸Ａｘに垂直な平面内において延びていてもよいし、中心軸Ａｘに垂直な平面と交差するように延びていてもよい。
【００１９】
先端部１４ｃの先端には、回転ノズル構造１０の回転方向（図２（ｂ）の矢印Ａｒ１参照）とは逆向きに開放された噴出口１４ｄが設けられている。本体管部１２から導入された作動流体Ｗが噴出口１４ｄに到達すると、作動流体Ｗが噴出口１４ｄから噴出する。そのため、回転ノズル構造１０には、噴出口１４ｄから噴出された作動流体Ｗ（図２（ｂ）の矢印Ａｒ２参照）からの反力により、噴出口１４ｄとは逆向きの推力が作用する。噴出口１４ｄは、回転軌跡Ｃの接線方向に向けて開口されていてもよい。この場合、作動流体Ｗは、噴出口１４ｄから回転軌跡Ｃの接線方向に沿って噴出する。なお、作動流体Ｗが液体の場合、回転ノズル構造１０はノズル水車として機能する。作動流体Ｗが気体の場合、回転ノズル構造１０はノズル風車として機能する。
【００２０】
ノズル部１４１，１４２の各噴出口１４ｄは、図２（ｂ）に例示されるように、ＹＺ平面上に位置していてもよい。ノズル部１４１の噴出口１４ｄがＸ＞０及びＹ＞０の空間内に位置し、且つ、ノズル部１４１の噴出口１４ｄがＸ＜０及びＹ＜０の空間内に位置していてもよい。ノズル部１４１の噴出口１４ｄがＸ＜０及びＹ＞０の空間内に位置し、且つ、ノズル部１４１の噴出口１４ｄがＸ＞０及びＹ＜０の空間内に位置していてもよい。
【００２１】
図２（ｂ）に例示されるように、中心軸Ａｘから見たときに、ノズル部１４１の噴出口１４ｄを含む仮想平面と、ノズル部１４２の噴出口１４ｄを含む仮想平面との交線が、中心軸Ａｘと略一致していてもよい。換言すれば、中心軸Ａｘは、ノズル部１４１の噴出口１４ｄを含む仮想平面と、ノズル部１４２の噴出口１４ｄを含む仮想平面との双方に含まれていてもよい。
【００２２】
［作用］
以上の例によれば、ノズル部１４１，１４２は、特許文献１の散水装置とは異なり、本体管部１２から直ちに直角に屈曲するのではなく、本体管部１２から斜めに延びる基端部１４ａと、基端部１４ａと先端部１４ｃとを接続する中間部１４ｂとを含んでいる。そのため、本体管部１２に供給された作動流体Ｗは、ノズル部１４１，１４２の基端部１４ａから先端部１４ｃにかけてその流向を斜めに変化させながら先端部１４ｃに至り、噴出口１４ｄから噴出される。したがって、ノズル部１４１，１４２内を作動流体Ｗがスムーズに流れるので、作動流体Ｗのエネルギー損失が少なくなる。その結果、回転ノズル構造１０が優れた回転効率を達成することが可能となる。この回転ノズル構造１０と発電機４とを組み合わせることにより、発電効率が高い発電装置３を構成することが可能となる。加えて、回転ノズル構造１０は、本体管部１２及びノズル部１４１，１４２によって簡易な構成で実現されているので、例えば３Ｄプリンタ等により容易に製造することができる。そのため、安価且つ軽量な回転ノズル構造１０を実現することが可能となる。
【００２３】
以上の例によれば、噴出口１４ｄが、先端部１４ｃの先端に設けられている。そのため、先端部１４ｃの先端近傍まで流れた作動流体Ｗは、当該先端近傍で滞留することなく、噴出口１４ｄから吹き出される。したがって、作動流体Ｗの運動エネルギーをさらに効率的に回転ノズル構造１０の回転に用いることが可能となる。
【００２４】
以上の例によれば、中間部１４ｂは、基端部１４ａと先端部１４ｃを接続するように湾曲して延びている。そのため、本体管部１２に供給された作動流体Ｗは、基端部１４ａから先端部１４ｃにかけてその流向を斜めに緩やかに変化させながら先端部１４ｃに至り、噴出口１４ｄから噴出される。したがって、ノズル部１４１，１４２内を作動流体Ｗがさらにスムーズに流れて、作動流体Ｗのエネルギー損失がいっそう少なくなる。その結果、作動流体Ｗの運動エネルギーをいっそう効率的に回転ノズル構造１０の回転に用いることが可能となる。
【００２５】
以上の例によれば、噴出口１４ｄが、回転軌跡Ｃの接線方向に向けて開口されうる。この場合、噴出口１４ｄから噴出された直後の作動流体Ｗの流線も、回転軌跡Ｃの接線方向と略一致する。そのため、噴出口１４ｄにおける作動流体Ｗの速度ベクトルは、中心軸Ａｘの径方向における成分をほぼ含まない。したがって、噴出口１４ｄから噴出される作動流体Ｗのエネルギーを推力として効果的に利用することが可能となる。
【００２６】
以上の例によれば、先端部１４ｃは回転軌跡Ｃに沿って延びうる。この場合、先端部１４ｃを流れる作動流体Ｗの流線も、回転軌跡Ｃに沿って延びることとなる。そのため、作動流体Ｗが噴出口１４ｄに至るまでの間でエネルギー損失がより生じ難くなる。したがって、作動流体Ｗによる推力をより効率よく回転ノズル構造１０の回転に変換することが可能となる。
【００２７】
以上の例によれば、先端部１４ｃは、中心軸Ａｘに垂直な平面内において延びうる。この場合、噴出口１４ｄから噴出された直後の作動流体の流線も、中心軸Ａｘにほぼ垂直となる。そのため、噴出口１４ｄにおける作動流体Ｗの速度ベクトルは、中心軸Ａｘに平行な成分をほぼ含まない。したがって、噴出口１４ｄから噴出される作動流体Ｗのエネルギーを推力としてより効果的に利用することが可能となる。
【００２８】
以上の例によれば、ノズル部１４１，１４２は、中心軸Ａｘから見て、中心軸Ａｘの周方向において略等間隔に配置されうる。この場合、中心軸Ａｘの周方向において、ノズル部１４１，１４２の各噴出口１４ｄから作動流体がバランスよく噴出される。そのため、回転ノズル構造１０がより安定して回転することが可能となる。
【００２９】
［変形例］
本明細書における開示はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特許請求の範囲及びその要旨を逸脱しない範囲において、以上の例に対して種々の省略、置換、変更などが行われてもよい。
【００３０】
（１）図３に示されるように、ノズル部１４１の噴出口１４ｄとノズル部１４２の噴出口１４ｄとの直線距離を変化させてもよい。噴出口１４ｄにおける作動流体Ｗの流速が一定の場合、当該直線距離が大きいほど、回転ノズル構造１０の回転数が小さくなる傾向にある。あるいは、ノズル部１４１，１４２の各噴出口１４ｄの開口面積を変化させてもよい。噴出口１４ｄにおける作動流体Ｗの流速が一定の場合、当該開口面積が大きいほど、回転ノズル構造１０の回転により生ずるトルクが大きくなる傾向にある。このように、当該直線距離及び／又は当該開口面積を変化させることにより、回転ノズル構造１０のトルクや回転数を調節することが可能となる。そのため、発電機４の特性に応じた適切な回転数及びトルクが得られるように当該直線距離及び／又は当該開口面積を設定することにより、より効率的に発電することが可能となる。
【００３１】
（２）回転ノズル構造１０は、３つ以上のノズル部１４を備えていてもよい。この場合も、各ノズル部１４は、中心軸Ａｘから見て、略等間隔に配置されていてもよい。図４に示されるように、回転ノズル構造１０が３つのノズル部１４を含んでいる場合には、各ノズル部１４は、中心軸Ａｘ周りに１２０°ずつ間隔を有するように配置されていてもよい。なお、回転ノズル構造１０の構造の簡易化及び軽量化や、発電効率の観点から、回転ノズル構造１０は２〜４つ程度のノズル部１４を含んでいてもよい。
【００３２】
図４に例示される形態のように、回転ノズル構造１０が、３つ以上のノズル部１４を備えている場合も、各噴出口を含む仮想平面同士の交線が、中心軸Ａｘと略一致していてもよい。すなわち、図４の例では、中心軸Ａｘは、ノズル部１４１の噴出口１４ｄを含む仮想平面と、ノズル部１４２の噴出口１４ｄを含む仮想平面と、ノズル部１４３の噴出口１４ｄを含む仮想平面とのいずれにも含まれていてもよい。
【００３３】
（３）回転ノズル構造１０は、ノズル部１４を部分的に又は全体的に覆う被覆部材２０をさらに備えていてもよい。被覆部材２０は、球状（例えば、略真球状、扁球状、長球状）を呈していてもよいし、柱状（例えば、円柱状、角柱状）を呈していてもよいし、錐体状（例えば、円錐状、角錐状）を呈していてもよい。図５の例では、被覆部材２０は、本体管部１２の基端から中間部１４ｂ及び先端部１４ｃの内径側の一部を覆う回転楕円体形状（扁球状）を呈している。図示されていないが、各ノズル部１４の全体が被覆部材２０によって覆われており、被覆部材２０の表面に各ノズル部１４の噴出口１４ｄが設けられていてもよい。被覆部材２０は、中実材であってもよいし、中空材（殻状体）であってもよい。回転ノズル構造１０がこのような被覆部材２０を備えている場合、回転ノズル構造１０の回転によりノズル部１４の周囲において生ずる空気抵抗が、被覆部材２０によって減じられる。そのため、作動流体Ｗの運動エネルギーを効率的に回転ノズル構造１０の回転に変換することが可能となる。
【００３４】
（４）ノズル部１４は、図６に示されるように、全体として直線状を呈していてもよい。具体的には、中間部１４ｂ及び先端部１４ｃが、基端部１４ａに続いて、ＸＹ平面と交差する方向に沿って斜めに延びていてもよい。すなわち、中間部１４ｂ及び先端部１４ｃは、屈曲していなくてもよい。図６の例では、噴出口１４ｄは、先端部１４ｃの先端近傍の周面に設けられていてもよい。すなわち、噴出口１４ｄは、先端部１４ｃの先端以外に設けられていてもよい。
【００３５】
（５）回転ノズル構造１０は、一つのノズル部１４を備えていてもよい。この場合も、上記の例と同様に、回転ノズル構造１０が優れた回転効率を達成することが可能となると共に、安価且つ軽量な回転ノズル構造１０を実現することが可能となる。
【００３６】
（６）一つ以上のノズル部１４を備える回転ノズル構造１０は、本体管部１２に設けられた少なくとも一つのカウンターウエイト３０をさらに備えていてもよい。一つ以上のノズル部１４及び少なくとも一つのカウンターウエイト３０によって、中心軸Ａｘの長手方向から見たときの回転ノズル構造１０の重心を中心軸Ａｘ近傍に位置させることができれば、少なくとも一つのカウンターウエイト３０の重さ、形状、位置等は特に制限されない。図７に例示される回転ノズル構造１０においては、カウンターウエイト３０は、ノズル部１４と同形状を呈しており、中心軸Ａｘの長手方向から見て中心軸Ａｘを挟んでノズル部１４と相対しているが、先端部１４ｃに噴出口１４ｄが設けられていない点でノズル部１４と相違している。カウンターウエイト３０は、中実材であってもよいし、中空材（殻状体）であってもよい。図７の場合、少なくとも一つのカウンターウエイト３０が存在しない形態と比較して、中心軸Ａｘの長手方向から見たときの回転ノズル構造１０の重心が中心軸Ａｘ近傍に位置する。そのため、回転ノズル構造１０が安定して回転することが可能となる。
【００３７】
一つ以上のノズル部１４及び少なくとも一つのカウンターウエイト３０は、中心軸Ａｘの周方向において略等間隔に配置されていてもよい。この場合、中心軸Ａｘの周方向において、一つ以上のノズル部１４及び少なくとも一つのカウンターウエイト３０がバランスよく配置される。そのため、回転ノズル構造１０がいっそう安定して回転することが可能となる。
【００３８】
（７）先端部１４ｃは、本体管部１２から離れる側に向けてＸＹ平面に対して斜めに延びていてもよい。この場合、噴出口１４ｄから噴出される作動流体Ｗの反力が、Ｚ軸負方向に回転ノズル構造１０に作用する。そのため、回転によって回転ノズル構造１０が浮上しようとする揚力が回転ノズル構造１０に作用する場合に、当該揚力を抑制することが可能となる。
【００３９】
（８）ノズル部１４の少なくとも一部は、その回転方向に沿った流線形状を呈していてもよい。この場合、回転に伴いノズル部１４に作用する空気抵抗を低減することが可能となる。
【００４０】
［他の例］
例１．本開示の一つの例に係る回転ノズル構造は、所定の回転軸周りに回転可能に構成されている。回転ノズル構造は、作動流体の供給源と流体的に接続された本体管部と、本体管部に対して物理的且つ流体的に接続された第１〜第Ｎ（ただし、Ｎは２以上の自然数）のノズル部とを備える。第１〜第Ｎのノズル部のうち第ｎ（ただし、ｎは１〜Ｎの自然数）のノズル部は、回転軸に直交する平面と交差する方向に沿って本体管部から斜めに延びる第ｎの基端部と、回転軸に対してねじれの位置に配置された第ｎの先端部と、基端部と先端部とを接続するように延びる第ｎの中間部とを含む。第ｎの先端部は、その回転方向とは逆向きに開放された第ｎの噴出口を含む。この場合、ノズル部は、特許文献１の散水装置とは異なり、本体管部から直ちに直角に屈曲するのではなく、本体管部から斜めに延びる基端部と、基端部と先端部とを接続する中間部とを含んでいる。そのため、本体管部に供給された作動流体は、ノズル部の基端部から先端部にかけてその流向を斜めに変化させながら先端部に至り、噴出口から噴出される。したがって、ノズル部内を作動流体がスムーズに流れるので、作動流体のエネルギー損失が少なくなり、それにより、作動流体の運動エネルギーがより効率的に回転ノズル構造の回転に用いられる。その結果、本体管部及びノズル部による簡易な構成で、且つ、優れた回転効率を達成することが可能となる。
【００４１】
例２．例１の回転ノズル構造において、第ｎの噴出口は第ｎの先端部の先端に設けられていてもよい。この場合、第ｎの先端部の先端近傍まで流れた作動流体は、当該先端近傍で滞留することなく、第ｎの噴出口から吹き出される。そのため、作動流体の運動エネルギーをさらに効率的に回転ノズル構造の回転に用いることが可能となる。
【００４２】
例３．例１又は例２の回転ノズル構造において、第ｎの中間部は、基端部と先端部とを接続するように湾曲して延びていてもよい。この場合、本体管部に供給された作動流体は、ノズル部の基端部から先端部にかけてその流向を斜めに緩やかに変化させながら先端部に至り、噴出口から噴出される。そのため、ノズル部内を作動流体がさらにスムーズに流れて、作動流体のエネルギー損失がいっそう少なくなる。したがって、作動流体の運動エネルギーをいっそう効率的に回転ノズル構造の回転に用いることが可能となる。
【００４３】
例４．例１〜例３のいずれかの回転ノズル構造において、第１〜第Ｎのノズル部は、第１〜第Ｎ（ただし、Ｎは２〜４の自然数）のノズル部を含んでいてもよい。
【００４４】
例５．例１〜例４のいずれかの回転ノズル構造において、第ｎの噴出口は、第ｎのノズル部の回転軌跡の接線方向に向けて開口されていてもよい。この場合、第ｎの噴出口から噴出された直後の作動流体の流線も、当該回転軌跡の接線方向と略一致する。そのため、第ｎの噴出口における作動流体の速度ベクトルは、回転軸の径方向における成分をほぼ含まない。したがって、第ｎの噴出口から噴出される作動流体のエネルギーを推力として効果的に利用することが可能となる。
【００４５】
例６．例５の回転ノズル構造において、第ｎの先端部は回転軌跡に沿って延びていてもよい。この場合、第ｎの先端部を流れる作動流体の流線も、当該回転軌跡に沿って延びることとなる。そのため、作動流体が第ｎの噴出口に至るまでの間でエネルギー損失がより生じ難くなる。したがって、作動流体による推力をより効率よく回転ノズル構造の回転に変換することが可能となる。
【００４６】
例７．例５又は例６の回転ノズル構造において、第ｎの先端部は、回転軸に垂直な平面内において延びているか、又は、本体管部から離れる側に向けて当該平面に対して斜めに延びていてもよい。前者の場合、第ｎの噴出口から噴出された直後の作動流体の流線も、回転軸にほぼ垂直となる。そのため、第ｎの噴出口における作動流体の速度ベクトルは、回転軸に平行な成分をほぼ含まない。したがって、第ｎの噴出口から噴出される作動流体のエネルギーを推力としてより効果的に利用することが可能となる。一方、後者の場合、第ｎの噴出口から噴出される作動流体の反力が回転ノズル構造に作用する。そのため、回転によって回転ノズル構造が浮上しようとする揚力が回転ノズル構造に作用する場合に、当該揚力を抑制することが可能となる。
【００４７】
例８．例１〜例７のいずれかの回転ノズル構造において、回転軸の長手方向から見て、第１〜第Ｎのノズル部は、回転軸の周方向において略等間隔に配置されていてもよい。この場合、回転軸の周方向において、第１〜第Ｎの噴出口から作動流体がバランスよく噴出される。そのため、回転ノズル構造がより安定して回転することが可能となる。
【００４８】
例９．例１〜例８のいずれかの回転ノズル構造は、第１〜第Ｎのノズル部を部分的に又は全体的に覆う被覆部材をさらに備えていてもよい。この場合、回転ノズル構造の回転によりノズル部の周囲において生ずる空気抵抗が、被覆部材によって減じられる。そのため、作動流体の運動エネルギーをいっそう効率的に回転ノズル構造の回転に変換することが可能となる。
【００４９】
例１０．例９の回転ノズル構造において、被覆部材は球形状を呈していてもよい。この場合、回転ノズル構造の回転によりノズル部の周囲において生ずる空気抵抗が、被覆部材によってより減じられる。そのため、作動流体の運動エネルギーをよりいっそう効率的に回転ノズル構造の回転に変換することが可能となる。
【００５０】
例１１．例１〜例１０のいずれかの回転ノズル構造において、ノズル部の少なくとも一部は、その回転方向に沿った流線形状を呈していてもよい。この場合、回転に伴いノズル部に作用する空気抵抗を低減することが可能となる。
【００５１】
例１２．本開示の他の例に係る回転ノズル構造は、所定の回転軸周りに回転可能に構成され且つ発電機に接続可能とされている。回転ノズル構造は、作動流体の供給源と流体的に接続された本体管部と、本体管部に対して物理的且つ流体的に接続されたノズル部とを備える。ノズル部は、回転軸に直交する平面と交差する方向に沿って本体管部から斜めに延びる基端部と、回転軸に対してねじれの位置に配置された先端部と、基端部と先端部とを接続するように延びる中間部とを含む。先端部は、その回転方向とは逆向きに開放された噴出口を含む。この場合、例１の回転ノズル構造と同様の作用効果が得られる。
【００５２】
例１３．例１２の回転ノズル構造は、本体管部に設けられた少なくとも一つのカウンターウエイトをさらに備えていてもよい。この場合、少なくとも一つのカウンターウエイトが存在しない形態と比較して、回転軸の長手方向から見たときの回転ノズル構造の重心が回転軸近傍に位置する。そのため、回転ノズル構造がさらに安定して回転することが可能となる。
【００５３】
例１４．例１３の回転ノズル構造において、回転軸の長手方向から見て、ノズル部及び少なくとも一つのカウンターウエイトは、回転軸の周方向において略等間隔に配置されていてもよい。この場合、回転軸の周方向において、ノズル部及び少なくとも一つのカウンターウエイトがバランスよく配置される。そのため、回転ノズル構造がいっそう安定して回転することが可能となる。
【００５４】
例１５．本開示の他の例に係る発電装置は、発電機と、発電機に接続された、例１〜例１４のいずれかの回転ノズル構造とを備える。この場合、例１〜例１４のいずれかの回転ノズル構造と同様の作用効果が得られる。また、このような回転ノズル構造と発電機とが組み合わせられた例１５の発電装置は、高い発電効率を発揮することが可能となる。
【符号の説明】
【００５５】
１…発電システム、２…液源、３…発電装置、４…発電機、１０…回転ノズル構造、１２…本体管部、１４…ノズル部、１４ａ…基端部、１４ｂ…中間部、１４ｃ…先端部、１４ｄ…噴出口、２０…被覆部材、３０…カウンターウエイト、Ａｘ…中心軸（回転軸）、Ｃ…回転軌跡、Ｗ…作動流体。
【図１】
2020195943.tif 000003
【図２】
2020195943.tif 000004
【図３】
2020195943.tif 000005
【図４】
2020195943.tif 000006
【図５】
2020195943.tif 000007
【図６】
2020195943.tif 000008
【図７】
2020195943.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】令和1年9月11日(2019.9.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の回転軸周りに回転可能に構成された回転ノズル構造であって、
作動流体の供給源と流体的に接続された本体管部と、
前記本体管部に対して物理的且つ流体的に接続された第１〜第Ｎ（ただし、Ｎは２以上の自然数）のノズル部とを備え、
前記第１〜第Ｎのノズル部のうち第ｎ（ただし、ｎは１〜Ｎの自然数）のノズル部は、
前記回転軸に直交する平面と交差する方向に沿って前記本体管部から斜めに延びる第ｎの基端部と、
前記回転軸に対してねじれの位置に配置された第ｎの先端部と、
前記基端部と前記先端部とを接続するように延びる第ｎの中間部とを含み、
前記第ｎの先端部は、その回転方向とは逆向きに開放された第ｎの噴出口を含み、
前記第ｎの噴出口は、前記第ｎのノズル部の回転軌跡の接線方向に向けて開口されている、回転ノズル構造。
【請求項２】
前記第ｎの噴出口は前記第ｎの先端部の先端に設けられている、請求項１に記載の回転ノズル構造。
【請求項３】
前記第ｎの中間部は、前記基端部と前記先端部とを接続するように湾曲して延びている、請求項１又は２に記載の回転ノズル構造。
【請求項４】
前記Ｎは２〜４の自然数である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転ノズル構造。
【請求項５】
前記第ｎの先端部は前記回転軌跡に沿って延びている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転ノズル構造。
【請求項６】
前記第ｎの先端部は、前記回転軸に垂直な平面内において延びているか、又は、前記本体管部から離れる側に向けて当該平面に対して斜めに延びている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の回転ノズル構造。
【請求項７】
前記回転軸の長手方向から見て、前記第１〜第Ｎのノズル部は、前記回転軸の周方向において略等間隔に配置されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の回転ノズル構造。
【請求項８】
前記第１〜第Ｎのノズル部の全てを部分的に又は全体的に覆う一つの被覆部材をさらに備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の回転ノズル構造。
【請求項９】
前記被覆部材は球形状を呈する、請求項８に記載の回転ノズル構造。
【請求項１０】
前記第１〜第Ｎのノズル部の少なくとも一部は、その回転方向に沿った流線形状を呈している、請求項１〜９のいずれか一項に記載の回転ノズル構造。
【請求項１１】
所定の回転軸周りに回転可能に構成され且つ発電機に接続可能とされた回転ノズル構造であって、
作動流体の供給源と流体的に接続された本体管部と、
前記本体管部に対して物理的且つ流体的に接続されたノズル部とを備え、
前記ノズル部は、
前記回転軸に直交する平面と交差する方向に沿って前記本体管部から斜めに延びる基端部と、
前記回転軸に対してねじれの位置に配置された先端部と、
前記基端部と前記先端部とを接続するように延びる中間部とを含み、
前記先端部は、その回転方向とは逆向きに開放された噴出口を含み、
前記噴出口は、前記ノズル部の回転軌跡の接線方向に向けて開口されている、回転ノズル構造。
【請求項１２】
前記本体管部に設けられた少なくとも一つのカウンターウエイトをさらに備える、請求項１１に記載の回転ノズル構造。
【請求項１３】
前記回転軸の長手方向から見て、前記ノズル部及び前記少なくとも一つのカウンターウエイトは、前記回転軸の周方向において略等間隔に配置されている、請求項１２に記載の回転ノズル構造。
【請求項１４】
所定の回転軸周りに回転可能に構成された回転ノズル構造であって、
作動流体の供給源と流体的に接続された本体管部と、
前記本体管部に対して物理的且つ流体的に接続された第１〜第Ｎ（ただし、Ｎは２以上の自然数）のノズル部とを備え、
前記本体管部と前記ノズル部とは一体的に接続されており、
前記第１〜第Ｎのノズル部のうち第ｎ（ただし、ｎは１〜Ｎの自然数）のノズル部は、
前記回転軸に直交する平面と交差する方向に沿って前記本体管部から斜めに延びる第ｎの基端部と、
前記回転軸に対してねじれの位置に配置された第ｎの先端部と、
前記基端部と前記先端部とを接続するように延びる第ｎの中間部とを含み、
前記第ｎの先端部は、その回転方向とは逆向きに開放された第ｎの噴出口を含む、回転ノズル構造。
【請求項１５】
発電機と、
前記発電機に接続された、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の回転ノズル構造とを備える、発電装置。
【手続補正書】
【提出日】令和1年11月29日(2019.11.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の回転軸周りに回転可能に構成された回転ノズル構造であって、
作動流体の供給源と流体的に接続された本体管部と、
前記本体管部に対して物理的且つ流体的に接続された第１〜第Ｎ（ただし、Ｎは２以上の自然数）のノズル部とを備え、
前記第１〜第Ｎのノズル部のうち第ｎ（ただし、ｎは１〜Ｎの自然数）のノズル部は、
前記回転軸に直交する平面と交差する方向に沿って前記本体管部から斜めに延びる第ｎの基端部と、
前記回転軸に対してねじれの位置に配置された第ｎの先端部と、
前記基端部と前記先端部とを接続するように延びる第ｎの中間部とを含み、
前記第ｎの先端部は、その回転方向とは逆向きに開放された第ｎの噴出口を含み、
前記第ｎの噴出口は、前記第ｎのノズル部の回転軌跡の接線方向に向けて開口されている、回転ノズル構造。
【請求項２】
前記第ｎの噴出口は前記第ｎの先端部の先端に設けられている、請求項１に記載の回転ノズル構造。
【請求項３】
前記第ｎの中間部は、前記基端部と前記先端部とを接続するように湾曲して延びている、請求項１又は２に記載の回転ノズル構造。
【請求項４】
前記Ｎは２〜４の自然数である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転ノズル構造。
【請求項５】
前記第ｎの先端部は前記回転軌跡に沿って延びている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転ノズル構造。
【請求項６】
前記第ｎの先端部は、前記回転軸に垂直な平面内において延びているか、又は、前記本体管部から離れる側に向けて当該平面に対して斜めに延びている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の回転ノズル構造。
【請求項７】
前記回転軸の長手方向から見て、前記第１〜第Ｎのノズル部は、前記回転軸の周方向において略等間隔に配置されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の回転ノズル構造。
【請求項８】
前記第１〜第Ｎのノズル部の全てを部分的に又は全体的に覆う一つの被覆部材をさらに備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の回転ノズル構造。
【請求項９】
前記被覆部材は球形状を呈する、請求項８に記載の回転ノズル構造。
【請求項１０】
前記第１〜第Ｎのノズル部の少なくとも一部は、その回転方向に沿った流線形状を呈している、請求項１〜９のいずれか一項に記載の回転ノズル構造。
【請求項１１】
所定の回転軸周りに回転可能に構成され且つ発電機に接続可能とされた回転ノズル構造であって、
作動流体の供給源と流体的に接続された本体管部と、
前記本体管部に対して物理的且つ流体的に接続されたノズル部とを備え、
前記ノズル部は、
前記回転軸に直交する平面と交差する方向に沿って前記本体管部から斜めに延びる基端部と、
前記回転軸に対してねじれの位置に配置された先端部と、
前記基端部と前記先端部とを接続するように延びる中間部とを含み、
前記先端部は、その回転方向とは逆向きに開放された噴出口を含み、
前記噴出口は、前記ノズル部の回転軌跡の接線方向に向けて開口されている、回転ノズル構造。
【請求項１２】
前記本体管部に設けられた少なくとも一つのカウンターウエイトをさらに備える、請求項１１に記載の回転ノズル構造。
【請求項１３】
前記回転軸の長手方向から見て、前記ノズル部及び前記少なくとも一つのカウンターウエイトは、前記回転軸の周方向において略等間隔に配置されている、請求項１２に記載の回転ノズル構造。
【請求項１４】
発電機と、
前記発電機に接続された、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の回転ノズル構造とを備える、発電装置。