(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー発生のための流体によって回転可能な複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービンであって、
中央シャフト上に設けられ、各ヘリカル翼が複数部品からなる２つのヘリカル翼と、
前記複数部品であって、ヘリカル翼の第一の部品と、前記ヘリカル翼の第一の部品の第一の外縁から両方向に略垂直に突き出した第一の螺旋状の外側フランジであって略一定幅を有し、少なくとも一定割合の流体エネルギーを獲得するように構成された第一の螺旋状の外側フランジと、を有する少なくとも一つの一定区分を備え、
さらに２つのテーパー状の端末部を備えており、前記各テーパー状の端末部は、ヘリカル翼の第二の部品と、前記ヘリカル翼の第二の部品の第二の外縁から両方向に略垂直に突き出した第二の螺旋状の外側フランジと、を有しており、前記第二の螺旋状の外側フランジは、前記少なくとも一つの一定区分の近傍から前記中央シャフトの方へテーパー状に移動するテーパー状の幅を有しており、前記第二の螺旋状の外側フランジは、第二の外縁の長さを部分的にのみ覆っており、前記ヘリカル翼の第二の部品は、前記第二の外縁の徐々に細くなるテーパー状が始まる所から前記第二の外縁が中央シャフトの他端を係止するまで、前記第二の外縁が中央シャフトの内側の方へ徐々に細くなるようなテーパー状の直径を有している複数部品と、
前記中央シャフトの左端と右端にそれぞれ設けられた第一および第二のノーズコーンであって、どちらもウィング形状の本体を有するように構成され、第一のノーズコーンの第一の縦軸と第二のノーズコーンの第二の縦軸とが軸方向に差がある方向に向けられた第一および第二のノーズコーンと、
を備えたことにより、前記複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービンの回転からのエネルギー発生を容易にしたことを特徴とする流体によって回転可能な複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービン。
【請求項２】
前記少なくとも一つの一定区分の前記ヘリカル翼の第一の部品が、前記中央シャフトの周囲の円周上で、およそ４５°とおよそ１８０°の間の角度範囲に伸びている第一の放射状の円弧部を有することを特徴とする請求項１記載の複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービン。
【請求項３】
前記少なくとも一つの一定区分の前記ヘリカル翼の第一の部品が、前記中央シャフトの周囲の円周上で、およそ９０°の角度に伸びている第一の放射状の円弧部を有することを特徴とする請求項２記載の複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービン。
【請求項４】
前記各テーパー状の端末部の前記ヘリカル翼の第二の部品が、前記中央シャフトの周囲の円周上で、およそ９０°とおよそ１８０°の間の角度範囲に伸びている第二の放射状の円弧部を有することを特徴とする請求項２記載の複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービン。
【請求項５】
前記各テーパー状の端末部の前記ヘリカル翼の第二の部品が、前記中央シャフトの周囲の円周上で、およそ１３５°の角度に伸びている第二の放射状の円弧部を有することを特徴とする請求項１記載の複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービン。
【請求項６】
前記複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービンが、前記第一および第二のノーズコーンの少なくとも一つに収容された油圧ポンプに相互接続され、移動する流体による前記複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービンの回転が油圧流体を加圧することを特徴とする請求項１記載の複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービン。
【請求項７】
前記第一および第二のノーズコーンは、流体が流れる方向に対して平行となるように複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービンの方向を維持するように適合させており、さらに、前記第一および第二のノーズコーンは、およそ１５°とおよそ４５°の間の角度で互いの軸方向に差があることを特徴とする請求項１記載の複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービン。
【請求項８】
前記複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービンが、前記中央シャフトを中心軸とする円弧部の少なくとも３６０°で延びているヘリカル翼の全体を有するように、前記複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービンが、いくつかの一定区分を備えていることを特徴とする請求項１記載の複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービン。
【請求項９】
前記各テーパー状の端末部は、前記各テーパー状の端末部が前記中央シャフトを中心軸とするヘリカル翼の第二の部品の回転のおよそ１８０°の範囲内で前記中央シャフトの方へテーパー状となるように、外側直径が徐々に減少するヘリカル翼の第二の部品を有することを特徴とする請求項１記載の複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービン。
【請求項１０】
前記第二の螺旋形状の外側フランジが前記第二の外側角部の長さのおよそ３０％とおよそ６０％の間を覆うように、前記第二の螺旋形状の外側フランジは、前記中央シャフトの方へ動く前記少なくとも一つの一定区分の近傍からテーパー状となっていることを特徴とする請求項１記載の複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービン。
【請求項１１】
エネルギー発生のための流体によって回転可能な複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービンであって、
中央シャフト上に設けられ、各ヘリカル翼が複数部品からなる２つのヘリカル翼と、
前記複数部品であって、ヘリカル翼の第一の部品と、前記ヘリカル翼の第一の部品の第一の外縁から両方向に略垂直に突き出した第一の螺旋状の外側フランジと、を有する少なくとも一つの一定区分を備え、
さらに２つのテーパー状の端末部を備えており、前記各テーパー状の端末部は、ヘリカル翼の第二の部品と、前記ヘリカル翼の第二の部品の第二の外縁から両方向に略垂直に突き出した第二の螺旋状の外側フランジと、を有しており、前記第二の螺旋状の外側フランジは、前記少なくとも一つの一定区分の近傍から前記中央シャフトの方へテーパー状に移動するテーパー状の幅を有しており、前記第二の螺旋状の外側フランジは、第二の外縁の長さを部分的にのみ覆っている複数部品と、
前記中央シャフトの左端と右端にそれぞれ設けられた第一および第二のノーズコーンであって、どちらもウィング形状の本体を有するように構成され、第一のノーズコーンの第一の縦軸と第二のノーズコーンの第二の縦軸とが軸方向に差がある方向に向けられた第一および第二のノーズコーンと、
を備え、前記複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービンの回転からのエネルギー発生を容易にしたことを特徴とする流体によって回転可能な複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービン。
【請求項１２】
前記少なくとも一つの一定区分の前記ヘリカル翼の第一の部品が、前記中央シャフトの周囲の円周上で、およそ９０°の角度に伸びている第一の放射状の円弧部を有し、前記各テーパー状の端末部の前記ヘリカル翼の第二の部品が、前記中央シャフトの周囲の円周上で、およそ９０°とおよそ１８０°の間の角度範囲に伸びている第二の放射状の円弧部を有することを特徴とする請求項１１記載の複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービン。
【請求項１３】
前記各テーパー状の端末部の前記ヘリカル翼の第二の部品が、前記中央シャフトの周囲の円周上で、およそ１３５°の角度に伸びている第二の放射状の円弧部を有することを特徴とする請求項１１記載の複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービン。
【請求項１４】
前記複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービンが、流体によってヘリカルタービンの回転がエネルギーを発生するように発電機に相互接続されていることを特徴とする請求項１１記載の複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービン。
【請求項１５】
前記第一および第二のノーズコーンは、流体が流れる方向に対して平行となるように複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービンの方向を維持するように適合させており、さらに、前記第一および第二のノーズコーンは、およそ１５°とおよそ４５°の間の角度で互いの軸方向に差があることを特徴とする請求項１１記載の複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービン。
【請求項１６】
前記複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービンが、前記中央シャフトを中心軸とする円弧部の少なくとも３６０°で延びているヘリカル翼の全体を有するように、前記複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービンが、いくつかの一定区分を備えていることを特徴とする請求項１１記載の複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービン。
【請求項１７】
前記各テーパー状の端末部は、前記各テーパー状の端末部が前記中央シャフトを中心軸とするヘリカル翼の第二の部品の回転のおよそ１８０°の範囲内で前記中央シャフトの方へテーパー状となるように、外側直径が徐々に減少するヘリカル翼の第二の部品を有することを特徴とする請求項１１記載の複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービン。
【請求項１８】
前記第二の螺旋形状の外側フランジが前記第二の外側角部の長さのおよそ３０％とおよそ６０％の間を覆うように、前記第二の螺旋形状の外側フランジは、前記中央シャフトの方へ動く前記少なくとも一つの一定区分の近傍からテーパー状となっていることを特徴とする請求項１１記載の複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービン。
【請求項１９】
エネルギー発生のための流体によって回転可能な複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービンであって、
中央シャフト上に設けられ、各ヘリカル翼が複数部品からなる２つのヘリカル翼と、
前記複数部品であって、ヘリカル翼の第一の部品と、前記ヘリカル翼の第一の部品の第一の外縁から両方向に略垂直に突き出した第一の螺旋状の外側フランジであって略一定幅を有し、少なくとも一定割合の流体エネルギーを獲得するように構成された第一の螺旋状の外側フランジと、を有する少なくとも一つの一定区分を備え、
さらに２つのテーパー状の端末部を備えており、前記各テーパー状の端末部は、ヘリカル翼の第二の部品と、前記ヘリカル翼の第二の部品の第二の外縁から両方向に略垂直に突き出した第二の螺旋状の外側フランジと、を有している複数部品と、
前記少なくとも一つの一定区分の近傍から前記中央シャフトの方へテーパー状に移動するテーパー状の幅を有し、第二の外縁の長さを部分的にのみ覆っている前記第二の螺旋状の外側フランジと、
前記第二の外縁の徐々に細くなるテーパー状が始まる所から前記第二の外縁が中央シャフトの他端を係止するまで、前記第二の外縁が中央シャフトの内側の方へ徐々に細くなるようなテーパー状の直径を有している前記ヘリカル翼の第二の部品と、
を備え、前記複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービンの回転からのエネルギー発生を容易にしたことを特徴とする流体によって回転可能な複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービン。
【請求項２０】
前記中央シャフトの左端と右端にそれぞれ設けられた第一および第二のノーズコーン組立品を備え、前記第一および第二のノーズコーン組立品が、両方とも、使用時に移動する流体が複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービンを回転させるときに油圧流体を加圧するように構成された油圧ポンプを収容することを特徴とする請求項１９記載の複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は流体力学エネルギー変換器に関し、特に、流水によって発電する発電機に油圧回路によって結合可能なテーパー型で螺旋形状の刃先を有するヘリカルタービン(tapered helical auger turbine)に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
流体エネルギー利用して潮や水流から発電する発電方法に役立つ多くの提案がなされている。2007年11月30日に米連邦エネルギー規制委員会によって発行された政策綱領には、“流体力学の新しい技術が十分に開発されれば、国内電力供給量の１０％程度を占めている米国の水力発電の生産量を倍増させ、国内電力供給量の２０％程度に増加させることができると推定されている。この新しいクリーンエネルギー源の潜在的な利益が与えられ、委員会は、その開発に対する規制の障壁をより小さくすることに踏み出した”（米連邦エネルギー規制委員会  政策綱領  No.PL08-1-000）と記載されている。流体力学的な発電の最初の提案は、水流によって発生する圧力の下に回転するタービン翼を用いていた。しかしながら、このようなシステムは、一方向に水が流れるときにのみ駆動されるものが多かった。双方向に周期的に反転する流れでからエネルギーを生成できるとしても、周期的に反転する流れから大雑把に１２時間間隔でのみ最大出力となる流量を利用できるので、他の重要な問題が生じる。これは、出力の伝達に必要となる最大系統容量で問題を生じる可能性がある。出力を平滑化する蓄積装置を用いることが好ましいが、巨大なバッテリーの設置用スペースと水力の２重の貯留タンクが必要となり、燃料電池が低効率であることを考慮すれば、蓄積装置を有効にするためには費用がかかりすぎることが明らかであった。このように、公知の流体力学装置は経済的に有望ではなかった。
【０００３】
一般に、近年において４種類の流体力学装置が試験されている。これらは水平軸タービンと、垂直軸タービンと、振動水中翼と、タービンを駆動するための圧力損失を生成するために「チョーク・システム」によって水を加速するベンチュリシステムとである。垂直軸ヘリカルタービン発電機の一例は、ゴルロフの米国特許第６，０３６，４４３号から公知である。ゴルロフは、中央シャフトを中心軸として螺旋状に配置されている螺旋形状の翼を含み、垂直方向に向けられたヘリカルタービンを開示している。螺旋状配置は、タービン発電機を多方向性流体の流れに用いることを可能とする。数多くのタービンの配置は、出力を増加させるために用いることができる。ラペイレの米国特許第４，３８４，２１２号は、表面波エネルギーを電気エネルギーに変換する面上に水平に置かれたヘリカルタービンを開示している。別な表面実装型ヘリカル発電機は、クックの米国特許第２，１５４，３９７号に開示されている。
【０００４】
公知の装置には、回転するタービン翼によって海洋生物に危害を与えるという大きな問題もある。海洋生物に与える損害を少なくするための多様な提案は、ワイヤ網の箱にタービン翼を収容することを含んでおり、設置費用に加算され、カメのような大きな動物がタービン翼に触れないように保護するのみである。しかしながら、当該箱はより小さな魚を保護できない。さらに、多くの提案されたタービン翼は、水溶性の土石流や船舶によって損壊する問題を抱えている。これらの問題のために、地域コミュニティと環境保護団体は、流体力学装置の受け入れをあまり望んでおらず、装置の信頼性も低かった。
【０００５】
上記流体力学的な発電のほとんどは、さらに発電機を保持するために固定された筐体あるいはアンカーシステムを備えている。これは、アンカーの設置とエネルギー供給用のケーブルとパイプの設置を含むため、莫大な費用がかかってしまう。また、一度設置されてしまうと、異なる水流でタービンを動かすことができる柔軟性があまりないことが多い。これらの短所を改善するために、柔軟なボールジョイントによって係止用ロープに接続されたフローティング・ヘリカルタービンを開示するマクケンジーの米国特許第４，８４９，６４７号を含め、様々な提案が存在する。クロリックらの米国特許第４，７０８，５９２号は、固定されていない螺旋型の風力タービンを開示しているが、これは、螺旋状にするための柔軟な繊維製シートを用いており、スイベルジョイントを用いて既存のマスト構造に接続することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６，０３６，４４３号明細書
【特許文献２】米国特許第４，３８４，２１２号明細書
【特許文献３】米国特許第２，１５４，３９７号明細書
【特許文献４】米国特許第４，８４９，６４７号明細書
【特許文献５】米国特許第４，７０８，５９２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の理由のために、これまで提案されてきた流体力学エネルギー装置には、実用化できたものが無かった。このように、効率的で、多様な水流状態あるいは氷と水が混在している状態においても発電し、また、海洋生物に危害を与えることのない流体力学エネルギー発電が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
典型的な一例として、離れた発電機を駆動するためのエネルギーを獲得し、格納し、確実に開放するための流体力学装置用として螺旋形状の刃先を有するヘリカルタービンが開示されている。このヘリカルタービンは、一般的な中央シャフト上に回転可能に設けられたヘリカルタービン翼と、タービン翼の角部に対して垂直に突き出しているフランジと、を含む。外側の螺旋状のフランジは、普通の翼よりも流体エネルギーの大きな割合を獲得する。中央シャフトを支持構造に接続するために、少なくとも一つのタービン翼を支持する接続部が含まれている。発電機は、螺旋形状の刃先を有するヘリカルタービンによって、中継装置を介して遠隔で、あるいは直接的に駆動される。螺旋形状の刃先を有するヘリカルタービンは、加圧された油圧を蓄積する油圧アキュムレータに接続された高圧ポンプを駆動することができる。水流がゆっくりしているときには、この油圧アキュムレータに蓄積されている液体によって発電機を駆動することができる。複数の螺旋形状の刃先を有するヘリカルタービンは、水中で水平方向に向けることができ、海底に固定されている石油掘削装置などの海洋プラットフォームの足に接続することができる。
【０００９】
本発明の流体力学の再生可能なエネルギーシステム／方法は、二酸化炭素の発生なしで発電ができる。本発明は、周期的な流れの変化があることによる供給エネルギーに山谷がなく、全体としてクリーンな電力を毎週７日間、毎日２４時間、発電することができる。
【００１０】
タービン翼を支持する接続部は、螺旋形状の刃先を有するヘリカルタービンの方向を流体の流れに平行となるように維持するノーズコーンを備えることができる。このタービンは、回転成形されたプラスチックと炭素繊維のいずれか一種以上からなり、内部に金属で補強した構造を有しており、早く流れる水の力に対しても十分耐えることができる。フランジは、タービン翼の両側から伸びており、縁が丸くなっている。螺旋状のフランジの幅は、ヘリカルタービン翼のおよそ２５％に相当し、誤差は±１０％程度である。
【００１１】
いくつかの配置では、タービン翼の幅は、テーパー形状の端末部分を提供するために、各端部で小さくされる。いくつかの配置では、テーパー形状の端末部分は螺旋状のフランジがなく、自身を最初から、あるいは、タービン翼のテーパー形状の端末部分よりも前側からテーパー形状にされている。
【００１２】
別な典型的な配置の例では、流体力学装置は、中央シャフト上に回転可能に設けられた一般的なヘリカルタービン翼を有する少なくとも１つの螺旋形状の刃先を有するヘリカルタービンと、タービン翼の角部に対して垂直に突き出しているフランジと、中央シャフトを支持構造に接続するための少なくとも一つのタービン翼を支持する接続部と、を備えている。高圧ポンプは、少なくとも一つのヘリカルタービンによって駆動され、この高圧ポンプは油圧回路の流体を駆動する。油圧アキュムレータは、高圧ポンプから流れてくる加圧された油圧の流体を蓄積し、油圧回路によって発電機を駆動することができる。
【００１３】
特定の配置では、水流がゆっくりしているとき、油圧アキュムレータからの蓄積された高圧流体によって発電機を駆動することができるように、油圧回路にバルブを設けている。
【００１４】
いくつかの配置では、螺旋形状の刃先を有するヘリカルタービンが水流の反転によって反対方向に回転するとき、少なくとも油圧回路の一部において、流体の流れを蓄積できるように、油圧回路にバルブを設けている。
【００１５】
いくつかの配置では、油圧回路は、油圧ピストンモーターを駆動することができ、この油圧ピストンモーターは発電機に接続されている。
【００１６】
一例では、螺旋形状の刃先を有し、複数部品からなり、エネルギー発生のための流体によって回転可能なヘリカルタービンが提供される。この複数部品は第一のヘリカル部と第一の中央部とを有する内側部を含んでいる。第一のヘリカル部は、（１）中央シャフトの軸方向に対して、およそ１５°とおよそ６０°の間の角度範囲で可動し、（２）中央シャフトの周囲の円周上で、およそ４５°とおよそ１８０°の間の角度範囲に伸びている第一の放射状の円弧部を有するように構成されている。第一の中央部は、第一の内部直径の第一の円筒開口部を有している。螺旋形状の刃先を有し、複数部品からなるヘリカルタービンは、第二のヘリカル部と第二の中央部とを有する外側部を含んでいる。この第二のヘリカル部は、中央シャフトの周囲の円周上で、およそ３０°とおよそ９０°の間の角度範囲に伸びている第二の放射状の円弧部を有している。前記外側部は、第二の内部直径の第二の円筒開口部を有する第二の中央部を有している。中央シャフトは、外側直径を有する円筒外側部を有するように構成されている。内側部と外側部を中央シャフト上に設けやすくするために、中央シャフトの外側直径は、第一の中央部の第一の内側直径及び第二の中央部の第二の内側直径の双方と比べて、およそ同程度もしくはより小さくされる。内側部の第一のヘリカル部と外側部の第二のヘリカル部とが重ならならないようにするために、内側部と外側部は、重ならないように相互接続され、相互接続された内側部と外側部は、複数部品からなるヘリカルタービンで発電しやすいように流体によって回転可能にされた複数部品からなるヘリカルタービンの少なくとも一つの部分を形成する。
【００１７】
別な例では、発電用の流体によって回転可能にされた複数部品からなるヘリカルタービンが提供される。この複数部品からなるヘリカルタービンは、第一のヘリカル部と第一の中央部とを有する内側部を含んでいる。第一のヘリカル部は、中央シャフトの周囲の円周上で、およそ４５°とおよそ１２０°の間の角度範囲に伸びている第一の放射状の円弧部を備えて構成される。第一の中央部は、第一の内側直径の第一の円筒開口部を備えている。複数部品からなるヘリカルタービンは、第二のヘリカル部と第二の中央部を有する外側部を備えている。この第二のヘリカル部は、中央シャフトの周囲の円周上で、およそ３０°とおよそ９０°の間の角度範囲に伸びている第二の放射状の円弧部を備えている。外側部は、第二の内側直径の第二の円筒開口部を有する第二の中央部を備えている。中央シャフトは、外側直径を有する円筒外面を有するように構成される。内側部と外側部を中央シャフト上に設けやすくするように、中央シャフトの外側直径は、第一の中央部の第一の内側直径及び第二の中央部の第二の内側直径の双方と比べて、およそ同程度もしくはより小さくされる。内側部の第一のヘリカル部と外側部の第二のヘリカル部とが重ならず、かつ略同一平面となるようにするために、内側部と外側部は、重ならないように相互接続され、相互接続された内側部と外側部は、複数部品からなるヘリカルタービンで発電しやすいように流体によって回転可能にされた複数部品からなるヘリカルタービンの少なくとも一つの部分を形成する。
【００１８】
別な例では、複数部品からなるヘリカルタービンの組立方法が提供される。この方法は、二つ以上の内側部を備えており、当該内側部は、それぞれ第一のヘリカル部と第一の中央部を、外側直径を有する円筒外面を有する中央シャフト上に有している。二つ以上の内側部の第一のヘリカル部は、中央シャフトの周囲の円周上で、およそ４５°とおよそ１８０°の間の角度範囲に伸びている第一の放射状の円弧部を有するように構成される。二つ以上の内側部のそれぞれの第一の中央部は、第一の内側直径の第一の円筒開口部を有するように構成される。二つ以上の内側部の第一の内側直径は、二つ以上の内側部を中央シャフト上に設けやすくするために中央シャフトの外側直径とおよそ同程度もしくはより大きくされる。この方法は、中央シャフト上に設けられた二つ以上の内側部に作用する流体によって引き起こされる複数部品からなるヘリカルタービンの回転によって発電するように構成された発電機と組み立てた後、中央シャフトおよび／または複数部品からなるヘリカルタービンを相互接続する工程を含む。二つ以上の内側部の第一のヘリカル部を移動する流体の乱流を減じるために、二つ以上の内側部が互いに接触する接触面が略同一平面上となるように、二つ以上の内側部は重ならないように相互接続して構成され、この相互接続された二つ以上の内側部は、相互接続された発電機を介してエネルギー発生のための流体によって回転可能な複数部品からなるヘリカルタービンの少なくとも一部分を形成する。
【００１９】
別な例では、エネルギー発生のための流体によって回転可能な複数部品からなるヘリカルタービンが提供される。複数部品からなるヘリカルタービンは、中央シャフト上に設けられた２つのヘリカル翼を備えており、そのヘリカル翼の各々が多数の部品を備えている。多数の部品が少なくとも一つの一定区分を含んでいる。この少なくとも一つの一定区分は、ヘリカル翼の第一の部品と、ヘリカル翼の第一の部品の第一の外縁から両方向に略垂直に突き出した第一の螺旋状の外側フランジと、を有している。この第一の外側フランジは、略一定幅を有し、少なくとも一定割合の流体エネルギーを獲得するように構成される。第一の螺旋状の外側フランジは、少なくとも一つの一定区分のヘリカル翼の第一の部品の両側まで伸びている。この複数部品は、さらに、２つのテーパー状の端末部を備えている。これらの各テーパー状の端末部は、ヘリカル翼の第二の部品と、ヘリカル翼の第二の部品の第二の外縁から両方向に略垂直に突き出した第二の螺旋状の外側フランジと、を有している。この第二の螺旋状の外側フランジは、少なくとも一つの一定区分の近傍から中央シャフトの方へテーパー状に移動するテーパー状の幅を有しており、第二の螺旋状の外側フランジは、第二の外縁の長さを部分的にのみ覆っている。ヘリカル翼の第二の部品は、第二の外縁の徐々に細くなるテーパー状が始まる所から第二の外縁が中央シャフトの他端を係止するまで、第二の外縁が中央シャフトの内側の方へ徐々に細くなるようなテーパー状の直径を有している。この複数部品からなるヘリカルタービンが、中央シャフトの左端と右端に設けられた第一および第二のノーズコーンをそれぞれ備えている。この第一および第二のノーズコーンは、どちらもウィング形状の本体を有するように構成されている。第一および第二のノーズコーンは、第一のノーズコーンの第一の縦軸と第二のノーズコーンの第二の縦軸とが軸方向に差がある方向に向けられる。複数部品からなるヘリカルタービンは、複数部品からなるヘリカルタービンの回転によって発電しやすくするように流体によって回転可能にされる。
【００２０】
別な例では、エネルギー発生のための流体によって回転可能な複数部品からなるヘリカルタービンが提供される。複数部品からなるヘリカルタービンは、中央シャフト上に設けられた２つのヘリカル翼を備えており、そのヘリカル翼の各々が多数の部品を備えている。多数の部品が少なくとも一つの一定区分を含んでいる。この少なくとも一つの一定区分は、ヘリカル翼の第一の部品と、ヘリカル翼の第一の部品の第一の外縁から両方向に略垂直に突き出した第一の螺旋状の外側フランジと、を有している。この第一の螺旋状の外側フランジは、少なくとも一つの一定区分のヘリカル翼の第一の部品の第一の外縁の両側に突き出している。複数部品は二つのテーパー状の端末部を含んでいる。各テーパー状の端末部は、ヘリカル翼の第二の部品と、ヘリカル翼の第二部品の第二の外縁から両方向に略垂直に突き出した第二の螺旋状の外側フランジと、を有している。この第二の螺旋状の外側フランジは、少なくとも一つの一定区分の近傍から中央シャフトの方へテーパー状に移動するテーパー状の幅を有しており、第二の螺旋状の外側フランジは、第二の外縁の長さを部分的にのみ覆っている。複数部品からなるヘリカルタービンが、中央シャフトの左端と右端に設けられた第一および第二のノーズコーンをそれぞれ備えている。この第一および第二のノーズコーンは、どちらもウィング形状の本体を有するように構成されている。第一および第二のノーズコーンは、第一のノーズコーンの第一の縦軸が第二のノーズコーンの第二の縦軸と軸方向に差がある方向に向けられる。複数部品からなるヘリカルタービンは、複数部品からなるヘリカルタービンの回転によって発電しやすくするように流体によって回転可能にされる。
【００２１】
別な例では、エネルギー発生のための流体によって回転可能な複数部品からなるヘリカルタービンが提供される。複数部品からなるヘリカルタービンは、中央シャフト上に設けられた２つのヘリカル翼を備えており、そのヘリカル翼の各々が多数の部品を備えている。多数の部品が少なくとも一つの一定区分を含んでいる。この少なくとも一つの一定区分は、ヘリカル翼の第一の部品と、ヘリカル翼の第一の部品の第一の外縁から両方向に略垂直に突き出した第一の螺旋状の外側フランジと、を有している。この第一の外側フランジは、略一定幅を有し、少なくとも一定割合の流体エネルギーを獲得するように構成される。第一の螺旋状の外側フランジは、少なくとも一つの一定区分のヘリカル翼の第一の部品の両側まで伸びている。この複数部品は、さらに、２つのテーパー状の端末部を備えている。これらの各テーパー状の端末部は、ヘリカル翼の第二の部品と、ヘリカル翼の第二の部品の第二の外縁から両方向に略垂直に突き出した第二の螺旋状の外側フランジと、を有している。この第二の螺旋状の外側フランジは、少なくとも一つの一定区分の近傍から中央シャフトの方へテーパー状に移動するテーパー状の幅を有しており、第二の螺旋状の外側フランジは、第二の外縁の長さを部分的にのみ覆っている。ヘリカル翼の第二の部品は、第二の外縁の徐々に細くなるテーパー状が始まる所から第二の外縁が中央シャフトの他端を係止するまで、第二の外縁が中央シャフトの内側の方へ徐々に細くなるようなテーパー状の直径を有している。複数部品からなるヘリカルタービンは、複数部品からなるヘリカルタービンの回転によって発電しやすくするように流体によって回転可能にされる。
【００２２】
本願が開示する上記および上記以外の特徴と長所は、以下の詳細な説明と添付図面および添付の請求項を見れば、当業者によって高く評価され、理解を得られるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１Ａ】本発明の配置の螺旋形状の刃先を有するヘリカルタービンの上面図である。
【図１Ｂ】本発明の配置の螺旋形状の刃先を有するヘリカルタービンの側面図である。
【図１Ｃ】本発明の配置の螺旋形状の刃先を有するヘリカルタービンの端面の斜視図である。
【図２】本発明の配置に接続された螺旋形状の刃先を有するヘリカルタービンの斜視図である。
【図３Ａ】本発明の配置の螺旋形状の刃先を有するヘリカルタービンの中心区分の斜視図である。
【図３Ｂ】本発明の配置の螺旋形状の刃先を有するヘリカルタービンの中心区分の端面図である。
【図４】本発明の配置の螺旋形状の刃先を有するヘリカルタービンの中心区分の端面図である。
【図５】本発明の配置の螺旋形状の刃先を有するヘリカルタービンに接続するノーズコーンの斜視図である。
【図６】流体によって駆動される発電機を有する海上プラットフォームに接続する複数の螺旋形状の刃先を有するヘリカルタービンを示す概略図である。
【図７Ａ】本発明の配置の油圧システム用の油圧回路の配置の概略図である。
【図７Ｂ】本発明の配置の油圧システム用の油圧回路の配置の概略図である。
【図７Ｃ】本発明の配置の油圧システム用の油圧回路の配置の概略図である。
【図８】本発明の配置の油圧システム用の油圧回路の別な配置の概略図である。
【図９】本発明の配置の油圧システムの概略図である。
【図１０】複数の放射状の連結部分を有する典型的な複数部品からなる螺旋形状の刃先を有するヘリカルタービンを示す図である。
【図１１】複数部品からなる螺旋形状の刃先を有するヘリカルタービンの典型的な製造方法と組立方法を示す図である。
【図１２】複数の放射状の連結部分を有する典型的な螺旋形状の刃先を有するヘリカルタービンを異なる視点で見た図である。
【図１３】図１２に示す複数部品からなる螺旋形状の刃先を有するヘリカルタービンの典型的な放射状の連結部分の内側部を示す図である。
【図１４】図１２に示す複数部品からなる螺旋形状の刃先を有するヘリカルタービンの放射状の連結部分が２つ隣接した典型的な例を示す図である。
【図１５】図１２に示す複数部品からなる螺旋形状の刃先を有するヘリカルタービンの放射状の連結部分を２つ隣接させて相互接続した典型的な例を示す図である。
【図１６】図１２に示す複数部品からなる螺旋形状の刃先を有するヘリカルタービンの放射状の連結部分の内側部とテーパー状の端末部の相互接続を示す図である。
【図１７】放射状の連結部分と、異なる軸方向を有する２つのノーズコーンと、を有する典型的な複数部品からなる螺旋形状の刃先を有するヘリカルタービンの側面図である。
【図１８】図１７に示す典型的な複数部品からなる螺旋形状の刃先を有するヘリカルタービンの斜視図である。
【図１９】図１７に示す典型的な複数部品からなる螺旋形状の刃先を有するヘリカルタービンの斜視図である。
【図２０】図１７に示す典型的な複数部品からなる螺旋形状の刃先を有するヘリカルタービンの右側端面を示す図である。
【図２１】図１７に示す典型的な複数部品からなる螺旋形状の刃先を有するヘリカルタービンの左側端面を示す図である。
【図２２】ノーズコーンを回転した状態の図１７の典型的な複数部品からなる螺旋形状の刃先を有するヘリカルタービンの別な側面図である。
【図２３】内部の油圧システムを有する典型的なノーズコーンデザインの多様な斜視図である。
【図２４】内部の油圧システムを有する典型的なノーズコーンデザインの多様な斜視図である。
【図２５】内部の油圧システムを有する典型的なノーズコーンデザインの多様な斜視図である。
【図２６】内部の油圧システムを有する典型的なノーズコーンデザインの多様な斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本開示は、油圧エネルギー変換器において、特に周期的な流れもしくは川の流れにおいて使用可能な螺旋形状の刃先を有するヘリカルタービンの典型例について記載している。本開示の典型例が、他の種類の流体力学の装置や発電機、および風力発電機にも応用できることは、当業者であれば当然に理解できることである。
【００２５】
図面を参照すると、螺旋形状の刃先を有するヘリカルタービン１０が記載されている。この螺旋形状の刃先１０は、好ましくは、例えば、回転式成形されたプラスチックもしくは、成形された炭素繊維などの軽量な材料からなる。任意の適切な材料を使用することが認められる。金属リブなどによる補強構造がこのタービン翼の内部に含まれている。浮力を補助するために、螺旋形状の刃先１０の内部は空洞にされ、あるいは、空洞部分もしくは他の浮力補助を用いる。好ましい配置において、螺旋形状の刃先を有するヘリカルタービン１０は、そのタービン翼の角部にフランジ１２を備えたヘリカルタービン翼１１を備えている。このフランジ１２は、通常、ヘリカルタービン翼１１に対して垂直となるように設けられる。好ましい配置において、フランジ１２の角部は滑らかな曲線形状であり、タービン翼も緩やかに湾曲した中心部を有する。好ましい配置において、フランジの幅はフランジの外側直径のおよそ２５％±１０％に相当する。例えば、螺旋形状の刃先１０は、１６フィートの直径を有し、フランジ１２は、２〜６フィート好ましくは３〜５フィートの幅を有する。
【００２６】
タービン翼１１の各端部では、テーパー状の端末部分１３が設けられている。このテーパー状の端末部分１３において、タービン翼１１の直径は、中央シャフト１４に挿入できるようにテーパー形状にされ、徐々に、かつ滑らかに先が細くなっている。テーパー状の端末部分１３の角部にはフランジが設けられておらず、好ましい配置においては、テーパー状の端末部分１３に通じるフランジ１２の端部は、直径が小さくなっており、海洋生物を傷つける虞のある鋭い角部がフランジの方に形成されることを防止する。テーパー状の端末部分１３は、テーパー状の案内部分を設けることによって、螺旋形状の刃先１０に対してどちら側からも接触しうる海洋生物への危害を少なくするのに役立つ。テーパー形状は、水溶性のゴミや浮揚しているゴミに対しても耐性があり、それらに伴う損傷を受けにくい。典型的な配置の一例において、タービン翼１１の直径はテーパー状の端末部分１３において小さくされ、例えば、螺旋の回転角度１４０〜１８０°の範囲内で、例えば回転角度１６５°で１６フィートから４フィートに減らされる。
【００２７】
ヘリカルタービン翼１１は好ましくは４５°のピッチを有するが、適切なピッチであれば何でもよい。このタービンは、滑らかな螺旋形状を形成し、中央シャフト上に取り付けて固定することができる４５°か９０°の円弧部において提供される。これは、用途に適した発電場所に好ましいサイズで、オンサイトで螺旋形状の刃先１０を組み立てることを可能にする。通常、完成した螺旋形状の刃先１０は、３６０°の円弧部を有することとなるが、より小さいもしくはより大きい円弧部の追加によって、異なる用途においては、より大きいもしくはより小さい螺旋形状の回転が用いられることは言うまでもない。
【００２８】
螺旋形状の刃先１０は、潮汐流と共に比較的ゆっくりと回転するように設計され、大きいサイズで滑らかに湾曲した角部とされているため、魚などの海洋生物は、タービン翼の近辺において引っ掛かったり、怪我をしたりすることなく安全に移動することができる。フランジ１２は、螺旋形状の刃先がいろんな方向から来る水流を受けることを可能にし、ゆっくりとした流れで、あるいは理想的でない方向から来る流れであっても螺旋状の刃先１０を回転させることに役立つ。
【００２９】
螺旋形状の刃先１０の中央シャフト１４の内部は空洞であり、そこを通ってシャフト軸が突き出している。１６フィートの直径の螺旋形状と共に、シャフト１４は、１８インチの直径を有するが、適切なサイズであれば何でも良いことは言うまでもない。シャフト軸は両端で、一つ、もしくは二つ以上のノーズコーン１６に接続することができ、螺旋形状の刃先１０をベアリング上で回転させることができる。ノーズコーン１６は、係留索１８によって、螺旋形状の刃先を有するタービン１０を海底または石油掘削装置の脚その他の固定構造に拘束されたベアリングに固定する錨（図示しない）に接続される。ノーズコーン１６は、螺旋形状１０とノーズコーン１６の間のピンチポイントを阻むために螺旋形状１０の直径が小さくなっているテーパー状の端末部分１３に隣接して設けられる。
【００３０】
螺旋形状の刃先を有するタービン１０は、適切な方法（例えば、ケーブル、係留具、固定具等によって）で適切な支持構造に固定するのであればどんな形態によっても固定できる。本実施例では、図６に示すように、螺旋形状の刃先を有するタービン１０が石油掘削装置２０の脚に固定されている。複数の螺旋形状は、石油掘削装置２０に対して適切な方法で配置することができる。螺旋形状は、十分な深さで水面下に沈めることができるため、浮揚しているゴミ、木、木材、氷などから回避できる。いくつかの配置では、螺旋形状の刃先１０は、干潮時の水位において、浮揚しているゴミを避けるために、およそ８〜１０フィートの深さで拘束される。螺旋形状の刃先を有するタービン１０は、通常、水平に向けられ、それらの中央シャフト１４と共に潮汐流あるいは川の流れに対して略平行に向けることができ、最大エネルギーを取り出すことができる。他の潮汐発電機が水流に対して常に同一方向に向けられなければならないのに対し、この螺旋形状の刃先は、沈められる水位の変化に適しており、水平方向に向けられることなく、潮汐流を受けることができる。そのためには、各螺旋形状の刃先を有するタービン１０は、自身を水平に、かつ潮汐流に対して平行となるように固定するため、コンピュータ制御された補助翼を備えた水平安定器を備えることができる。
【００３１】
螺旋形状の刃先を有するタービンの回転は、油圧ポンプを駆動するように伝達され、適した目的であれば何にでも用いることが可能な高圧油を発生させることができる。特に図７〜９に示すように、このシステムは、いずれの方向の水流であってもタービンを駆動し、アキュムレータにエネルギーを蓄積することに適している。流量が大きい期間では、水流は螺旋形状の刃先を有するタービン１０を回転させることとなる。螺旋形状の刃先を有するタービンの回転は、当該ポンプを駆動するように伝達され、同様に、油圧エネルギーがアキュムレータに蓄積されることとなる。流量が小さい期間では、アキュムレータに蓄積されたエネルギーが発電機の安定駆動を維持するために解放される。
【００３２】
アキュムレータは以下のように機能する。水が流れている間は、螺旋形状の刃先を有するタービン１０の回転がギア等によって伝達されることにより、ノーズコーン内に収容され、すべてのラジアル軸受およびスラスト軸受と共に安定拘束されたノーズコーン組立品１６に配置された安定圧力補償型容量可変油圧モーター／ポンプ３０等の高圧の油圧ポンプが駆動される。いくつかの配置では、螺旋形状の刃先を有するタービン１０の比較的低速な回転速度ＲＰＭをポンプ３０の駆動に効率が良いレベルまで増加させるために、遊星歯車システム３１をノーズコーン１６の内部、あるいは、螺旋形状の刃先を有するタービン１０のもう一つの部分の内部に設けることができる。このポンプ３０は、空気流体アキュムレータ３２と流体連結可能であり、周期的な潮汐流の加速、減速もしくは反転に関わらず、すべての速度において油圧油を一定の高圧に維持するように双方向性とすることが可能である。これは、油圧回路３６の十字型の逆止弁３４によって達成される。
【００３３】
特に図７を参照すると、通気式上昇流動液体貯蔵タンク３８は、蓄積油あるいは他の流動液体を供給される。すべての流動液体は水性で不燃性であり、デブリ衝撃に伴うシステム内のいかなる漏出も危険性や石油流出を起こさない。潮汐流が引き潮もしくは減速となるとき、螺旋形状の刃先を有するタービン１０は動かなくなるか、発電できないほど低速となる。この場合、システムコントローラは、ポンプ３０を介した流れ無しで、油圧油が一定変位の油圧ピストンモーター４０を介して空気流体アキュムレータ３２から流れるように十字型の逆止弁３４を閉鎖させる。空気油アキュムレータ３２内の高い圧力は、油圧回路３６を介して油圧液体を推進させる。油圧ピストンモーター４０はシャフト４４を介して発電機４２を駆動することができる。適切な油圧駆動の発電機は、消防車などの緊急車両に通常用いられるものと同様なものとすることができる。引き潮もしくは低速な潮汐流の間、アキュムレータ３２は、蓄えていた高圧の液体を解放し、安定出力条件で発電機４２を駆動する。液体は、その後、さらに油圧回路３６から油／液体貯留タンク３８へと循環する。
【００３４】
最大流量の潮汐流で、ポンプ３０の出力量は、発電機４２が必要とする安定流量より大きく設定することができる。システムコントローラは十字型のバルブ３４のいくつかを開放し、一方向に流れる油圧液体と螺旋形状の刃先を有するタービン１０とによって駆動されるポンプ３０を介して油圧回路３６を開放する。発電機が必要とする流量を超える超過分は、自動的に空気流体アキュムレータ３２に流れ込んでエネルギーとして蓄積され、このアキュムレータ３２内部の圧力が高まる。油圧液体は、逆止弁を介して貯蔵タンク３８から解放されるため、常に油圧回路３６に十分な液体流量が存在するように確保される。多様なサイズの多数のアキュムレータ３２が並列に接続され、適切なエネルギーの蓄積が確立される。潮流の方向が反転するとき、引き潮の流れのバルブ配置を経て、システムコントローラは、再び最大流量に達するのを検知する。十字型バルブ３４は、油圧ピストンモーター４０を流れる流れが、同一方向に保たれるのに対し、ポンプ３０を介して油圧回路３６内の流れが反転するように駆動され、反転した潮汐流によって回転している螺旋形状の刃先を有するタービン１０によって駆動される、
特に、図８に示される河川敷において、ポンプ３０を一方向性とすることができ、アキュムレータ３２に対してのみの一方向において油圧液体を一定の一貫した圧力の油圧液体がポンピングされる。したがって、河川への適用では、十字型の逆止弁３４は不要となる。
【００３５】
このように、これらの配置にも、適切な数、配置および大きさのアキュムレータが用いられるように、ピーク潮汐運動における最大及び最小の潮汐流、あるいは川の流れの大きさを決定する研究が必要となる。コンピュータシステムは、エネルギー発生に最適な効率となるようにアキュムレータと発電機を制御することができる。
【００３６】
典型的な配置の一例では、アラスカ州のクック湾において、一日平均１５〜２８フィートの潮を有し、6時間ごとに変化する。直径１６フィートの炭素繊維材料からなる螺旋形状のタービンは、冬に形成される氷塊下の流れに対して沈めることができる。螺旋形状の刃先を有するタービン１０は、クック湾内の石油プラットフォームに取り付けることができる。ほとんどのプラットフォームは３つか４つの脚を有しているため、４つの螺旋形状の刃先を有するタービン１０をそれぞれの脚に取り付ければ１２〜１６個のタービンを同時に運転させることができる。螺旋形状の刃先を有するタービン１０は、ジェット機のエンジン速度でプロペラを回転させるギアと同様に、遊星歯車システムを介してギアボックスに回転を伝達する密封されたベアリング上において動かない中空軸上で回転させることができる。これは高圧の油圧ポンプを回転させることができる。４〜５時間の最大流量の期間において、このシステムは空気-油アキュムレータ２２の圧力を上昇させることができる。この流れが一時間程度、減速するので、油圧油の加圧貯蔵は、流体力学タービン発電機の回転を継続させることができる。どちらに水が流れてもアキュムレータ２２にその力が蓄積されるように、このシステムは十字型逆止弁によって双方向性とすることができる。このシステムは、最大エネルギーを得るために、潮汐流に対して平行方向にケーブル接続される。水中の深い所において、互いに均一に垂直に交差するように固定されたプラットフォームの各脚の上部に配置されたプラットフォーム２０の周囲に多数のユニット１０を取り付けることが可能である。
【００３７】
ギア駆動方式の油圧ポンプは、プラットフォーム２０に一番近いノーズコーン１６内に配置される。オイルラインは、プラットフォームの脚に拘束され、プラットフォーム上部のデッキ上のアキュムレータ２２の方に引き上げられて延設されている。これは、ユニットが水面下において最低１０〜１５フィートの深さに拘束されるので、ユニットをガラクタによる損傷から保護するものである。実際の発電は、海水の外にあるプラットフォーム２０上で行うことができる。拘束システムは潮流に伴う水位の変化に対応できる。水平安定化装置は、螺旋形状の刃先を水平に、かつ潮汐流に対して平行に保持するために、飛行機の翼と同様にコンピュータ制御補助翼を備えることができる。
【００３８】
他の配置では、いずれか一方が潮汐流のある場所や川の中に入っている橋の杭に対して螺旋形状の刃先を有するタービン１０を設置することができる。他の配置では、螺旋形状の刃先を有するタービン１０は、閉鎖された石油掘削装置上で用いられ、ケーブルによって陸上に発生エネルギーを伝達させることができる。これによって、経済的に掘削ができなくなった石油プラットフォームであっても有用寿命を伸ばすことができる。さらに他の配置では、浮桟橋が当該タービン１０を拘束するのに用いられる。各種設置物（橋、石油プラットフォーム、浮桟橋など）は、さらに発電容量を高めるために水面上に一つ以上の風力発電機を備えることができる。
【００３９】
１．複数部品からなる螺旋形状の刃先を有するタービンの実施例
タービン翼は、多数の部品を備えている。このタービン翼は、同様のあるいは略同様の多数の内側部品と、同様のあるいは略同様の末端部とを有している。各内側部は、例えば４５°、６０°、９０°、１２０°、または１８０°に渡っている放射状の円弧部を有する。各内側部は、内側部と外側部を接触させて滑らかに連結して構成される。この接触部分間の連結部分あるいは相互接続部分は、滑らかに、かつ重ならないように構成される。この結果、完成後の螺旋形状の刃先を有するタービンの油圧液体の流れに対する分裂や乱流の問題は、最小化される。例えば、内側部の端部あるいは角部は、重ならないように、隣接する内側部あるいは外側部/端末部の、対応する端部あるいは角部に隣接する。
【００４０】
一例では、好ましくは、タービン翼が６つ以上のおよそ９０°の部分を備えている。この部分は、同心円状で回転成形されている。タービン翼は２つのテーパー状の端末部を備えている。すべての部分は、登録され、共通のステンレス製コアその他の中央シャフトに連結されている。他の実施例では、より小さいあるいは代わりの部材が用いられる。
【００４１】
図１０は、多数の放射状で連結する部分を有する典型的な複数部品からなる螺旋形状の刃先を有するヘリカルタービン1000を示している。この複数部品からなる螺旋形状の刃先を有するタービン1000は、多くの内側部1002を有している。各内側部1002は、例えば、中央シャフト1008の軸方向に対して、およそ３０°とおよそ６０°の間の角度の上向き角度を有する螺旋形状の翼を有しており、中央シャフト1008を中心軸として放射状の円弧部が回転する範囲内を覆っている。この中央シャフト1008は、図のように、円形または円筒形状の外側部を有している。
【００４２】
各内側部1002および各外側部1006は、組立時において中央シャフト1008上を摺動可能に構成されている。各内側部1002または各外側部1006は、隙間または緩衝材を介して中央シャフト1008に受け入れられる大きさで構成された中央部分または中央部1010を有している。
【００４３】
例えば、各内側部1002または各外側部1006は、中央シャフト1008に受け入れられる大きさの中空の円筒形状の内側部を有する中央部1010を有している。この中空の円筒形状の内側部には、使用時に動かない中央シャフト1008を中心軸として内側部1002と外側部1006が回転できるように、中央シャフト1008に嵌合するための隙間を形成する。あるいは、内側部1002と外側部1006が緩衝材を形成するか、または、内側部1002、外側部1006、および中央シャフト1008が使用時にまとまって回転するように、内側部1002と外側部1006が中央シャフト1008に固定される。他の構成や連結も用いることができる。
【００４４】
内側部1002は、内側部1004および／または外側部あるいは端末部1006に対して、連結もしくは相互接続される。内側部1002、1004および外側部1006は、中央シャフトを軸とする放射状の円弧部をすべて覆っている。例えば、この放射状の円弧部が、中央シャフト1008の周囲をおよそ１５°、２０°、３０°、４５°、６０°、９０°、１２０°、１３５°、あるいは１８０°くらい伸びている。一例では、内側部分1006は、内側部1002、1004によって覆われている部分より小さい放射状の円弧部を覆っている。一例では、外側部1006は、およそ４５°の放射状の円弧部を覆っている。ここで、後述する別の放射状の円弧部を用いることもできる。
【００４５】
図１０のように、螺旋形状の部分1002、1004、および1006は、中央シャフト1008上に設けられている。組立後のタービン翼は、流体によって単独で、あるいは中央シャフト1008と共に、回転可能に構成される。螺旋形状の部分1002、1004、および1006は、それぞれ略垂直に螺旋形状の部分1002，1004、および1006の内側および外側の外縁から突き出している外側の螺旋形状フランジ1012を備えている。外側の螺旋形状のフランジ1012は、流体エネルギーの少なくとも一部を獲得するように構成される。螺旋形状の部分1002，1004、および1006に隣接した各々の外側の螺旋形状のフランジの相互接続は、空気力学であり、あるいは滑らかな乱流および／または流れの分裂を減少させる。螺旋形状の部分1002，1004、および1006に隣接した各々の外側の螺旋形状のフランジの角部は、お互いに略同一平面上もしくは平坦となるように構成され、図１０に示すように、重ならないように相互接続される。他の相互接続を用いても良い。
【００４６】
一例において、複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービンは、第一のヘリカル部と第一の中央部を有する内側部を備えている。第一のヘリカル部は、（１）中央シャフトの軸方向に対する角度動作が、およそ１５°とおよそ６０°の間の角度を有し、（２）第一の放射状の円弧部が中央シャフトを中心軸として、およそ４５°とおよそ１８０°の間の角度範囲に伸びているように構成される。第一の中央部が第一の内側直径の第一の円筒開口部を有していても良い。
【００４７】
複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービンは、さらに第二のヘリカル部と第二の中央部を有する外側部を備えている。第二のヘリカル部は、およそ３０°とおよそ９０°の間の角度範囲に伸びている第二の放射状の円弧部を有している。外側部は、第二の内側直径の第二の円筒開口部を有する第二の中央部を有している。中央シャフトは、外側直径を有する円筒形状の外側部を有するように構成される。内側部と外側部を中央シャフト上に取り付けられるような大きさに設計するように、中央シャフトの外側直径は、第一の中央部の第一の内側直径と第二の中央部の第二の内側直径の両方に対し、およそ同程度もしくはより小さく設計される。内側部と外側部は、重ならないように互いに連結されるため、当該内側部の第一のヘリカル部と当該外側部の第二のヘリカル部が重ならず、お互いに略同一平面上もしくは平坦となるように構成される。相互接続された内側部と外側部は、エネルギー発生を容易にするために流体によって回転可能な複数部品からなる螺旋形状の刃先を有するヘリカルタービンの少なくとも一部を形成する。さらに、外側部の第二の中央部の第二の円筒開口部が第一の中央部の第一の円筒開口部と略同一の大きさに設計されている。他の構成を用いても良い。
【００４８】
２．製造方法と組立方法の実施例
ヘリカルタービン翼は、部分毎に製造される。各部は、略同一に製造され、４５°ピッチその他のピッチを有する。各部は、およそ１５°、２０°、３０°、４５°、６０°、９０°、１２０°、１３５°、１８０°、またはほかの角度を有する放射状の円弧部を有するように製造される。各部は、円筒中央部品を有するように製造され、動かないあるいは回転する中央シャフト上を、組立時に互いに摺動可能となるように製造される。
【００４９】
これらの部分は、互いに組み立てられ、中央シャフト１４上に固定され、滑らかな螺旋形状を成している。これらの個々の部分は、船で輸送することができ、現地でこの螺旋形状１０の組み立てが可能であり、目的とする用途とエネルギー獲得場所に適したサイズに合わせることができる。通常、完成した螺旋形状１０は、３６０°の円弧部を有するが、螺旋の回転を多くするか少なくするかは、部分を少なくするか多くするか追加することによって、様々な用途に用いられる。
【００５０】
図１１は、典型的な複数部品からなる螺旋形状の刃先を有するヘリカルタービンの製造・組立方法1100を示している。この方法1100は、多数の略同一もしくは同一の内側部の製造工程1102と、多数の略同一もしくは同一の外側部の製造工程1104と、個々の部分の遠隔地までの船舶輸送1106と、運転時の乱流を実質的に減じるように個々の部品を組立てる工程1108と、完成したヘリカルタービンを発電機に相互接続する工程1110と、を含んでいる。この方法は、さらに動作の追加、削減、あるいは別な動作を含めることができる。
【００５１】
この方法1100は、多数の略同一もしくは同一の内側部の製造工程1102を含んでいる。この複数部品からなる螺旋形状の刃先を有するヘリカルタービンは、同一の中央部を有し、回転成形された、いくつかの内側部を備えている。これらのいくつかの内側部の各々の放射状の円弧部は、中央シャフトを中心軸として、およそ４５°とおよそ１８０°の間の角度範囲に伸びており、好ましくはおよそ９０°の角度範囲である。各内側部は、中央シャフトを中心軸とするおよそ１５°とおよそ６０°の間の角度範囲内の動作を有するヘリカル部を含んでいる。他の放射状の円弧部とヘリカル部を用いても良いし、他の成形方式や製造方式を用いても良い。
【００５２】
この方法1100は、多数の略同一もしくは同一の外側部の製造工程1104を含んでいる。複数部品からなる螺旋形状の刃先を有するヘリカルタービンは、ヘリカル部に略垂直なテーパー状の外側の螺旋形状フランジを有する２つの外側部あるいは端末部を有している。テーパー状の外側の螺旋形状は、少なくとも流体エネルギーの一部を獲得するように構成される。ヘリカル部は、中央シャフトを軸方向に対して、およそ５°とおよそ６０°の間の角度範囲の動作を有するように構成される。ヘリカル部は、中央シャフトを中心軸として、およそ３０°とおよそ９０°の間の角度範囲に伸びている放射状の円弧部を有する。
【００５３】
この方法1100は、個々の部品の遠隔地への船舶輸送1106を含んでいる。一例では、内側部と外側部は８フィート以上の直径を有し、螺旋形状の完成品は、２０フィート以上の長さを有する。このように、螺旋形状の完成品の大きさは、船舶輸送の妨げとなる。しかしながら、このセクションで述べた螺旋形状の製造方法は、発電機その他の構成要素と同様に、個々の内側部および外側部を世界中に船舶輸送し、現地で組み立てるのに適している。
【００５４】
この方法1100は、運転中の乱流を実質的に減少させるように個々の部分を組み立てる工程1108を含んでいる。組立て後の使用時に、複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービンの面上を流れる流体に関連する乱流を緩和、および／または減少させるため、いくつかの内側部は、隣接面が互いに略同一平面上となるように重ならない形で相互接続される。さらに、各内側部は第一のヘリカル部に対して略垂直の外側の螺旋形状のフランジを有している。各外側の螺旋形状のフランジは、流体エネルギーの少なくとも一部を獲得するように構成される。
【００５５】
この方法1100は、完成したヘリカルタービンと発電機を相互接続する工程1110を含んでいる。中央シャフトおよび／または螺旋形状のヘリカルタービンの流体による回転がエネルギーを発生させるように、複数部品からなる螺旋形状の刃先を有するヘリカルタービンは、直接的に、または間接的に、発電機に相互接続される。例えば、内側部は、回転している中央シャフトに対して、ボルトやネジなどによって確実に固定される、中央シャフトの２つの端部は、発電機を駆動し、あるいは発電機に相互接続される。一例では、中央シャフトの２つの端部は、中央シャフトおよび／または螺旋形状のヘリカルタービンとして回転する発電機の回転子に相互接続される。発電機の回転子は、動かない固定子と相互作用して出力を発生させる。あるいは、内側部は、中央シャフト上に回転可能に設けられ、相互接続された内側部（および／または外側部）（すなわち、複数部材からなる螺旋形状のヘリカルタービンの完全な組立品）は、発電機またはその構成要素に相互接続され、あるいは発電機またはその構成要素を駆動する。動かない中央シャフトを中心軸として回転可能な中央シャフトまたは複数部材からなる螺旋形状のヘリカルタービンの完全な組立品の回転によりエネルギーを発生させ、出力を発生させるための構成は、他のものを用いても良い。
【００５６】
一例では、複数部材からなる螺旋形状のヘリカルタービンの組立方法は、第一のヘリカル部と第一の中央部とをそれぞれ有する二つ以上の内側部を、外側直径の円筒形状の外側部を有する中央シャフト上に設けるステップを含んでいる。二つ以上の内側部のそれぞれの第一のヘリカル部は、中央シャフトを中心軸としておよそ４５°とおよそ１８０°の間の角度に伸びている第一の放射状の円弧部を有するように構成される。二つ以上の内側部のそれぞれの第一の中央部は、第一の内側直径の第一の円筒開口部を有するように構成される。二つ以上の内側部が中央シャフト上に設けられる大きさとなるように、二つ以上の内側部の第一の内側直径は、中央シャフトの外側直径より大きいか同程度とされる。
【００５７】
この組立方法は、さらに、中央シャフトおよび／または組立後の複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービンを、中央シャフト上に設けられた二つ以上の内側部に作用する流体による中央シャフトおよび／または複数部材からなる螺旋形状のヘリカルタービンの回転によりエネルギーを発生させるように構成された発電機に相互接続するステップを含んでいる。二つ以上の内側部の第一のヘリカル部を流れる流体の乱流を減少させるために、二つ以上の内側部が互いに接触する接触面が略同一平面上となるように、二つ以上の内側部が重ならないように相互接続して構成される。相互接続された二つ以上の内側部は、相互接続された発電機を介したエネルギーの発生を容易にするために流体によって回転可能な複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービンの少なくとも一部を形成する。
【００５８】
この方法は、さらに、第二のヘリカル部と第二の中央部を有する外側部を、二つ以上の内側部の一方に隣接している中央シャフト上に取り付けるステップを含んでいる。第二のヘリカル部は、中央シャフトを中心軸として、およそ３０°とおよそ９０°の間の角度範囲に伸びている第二の放射状の円弧部を有しており、外側部は、第二の内側直径の第二の円筒開口部を有する第二の中央部を有している。外側部が中央シャフト上に設けられるような大きさとなるように、第二の内側直径は、中央シャフトの外側直径より大きいか同程度とされる。
【００５９】
一つの内側部の外側の螺旋形状のフランジと、隣接する外側部の外側のテーパー形状の螺旋形状のフランジとが重ならず、互いに略同一平面上となるように、内側部と外側部は重ならないように相互接続される。同様に、隣接する内側部の外側の螺旋形状のフランジ
は、組立後に互いに重ならず、略同一平面上となるように構成される。換言すると、一例において。内側部は、第一のヘリカル部に対して略垂直な外側の螺旋形状のフランジを有しており、外側部は、第二のヘリカル部に対して略垂直な外側のテーパー形状の螺旋形状のフランジを有している。内側部と外側部を重ならないように相互接続した後、内側部と外側部は、外側の螺旋形状のフランジの角部と外側のテーパー形状の螺旋形状のフランジの隣接する角部とが互いに略同一高さもしくは略同一平面上となるように構成される。
【００６０】
図１２は、多数の放射状の連結部分の内側部1202を有する典型的な複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービン1200の異なる斜視図を示している。このヘリカルタービン1200は、多数の内側部1202と、２つのテーパー状の端末部1204と、中央シャフト1206と、を備えている。ヘリカルタービン1200は、部品の追加、部品の削減、あるいは部品の代用品を含んでいても良い。
【００６１】
内側部1202とテーパー状の端末部1204は、隣接する内面および／または端部に、相互接続され、および／または連結される。内側部1202とテーパー状の端末部1204は、射出成形その他の方法で製造される。この内側部1202と端末部1204は、中央シャフト1206上で互いに連結するように成形され、油圧システム、発電機、または他のシステムを駆動するヘリカルタービン1200の表面を移動する媒体によって発生するトルクを中央シャフト1206の方へ効率的に伝達する。例えば、内側部1202と端末部1204は相互接続され、内側部1202と端末部1204の一つ以上、例えば、テーパー状の端末部1204が回転可能な中央シャフト1206に対してボルト固定あるいは取付けされる。中央シャフト1206の回転は、油圧システム、発電機、または他のシステムを順次駆動する。
【００６２】
図１３は、複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービンの典型的な放射状の連結部分の内側部1300を示している。各々の連結部分の内側部1300は、中央シャフト1306上に設けられる。例えば、各内側部1300は、組立時に中央シャフト1306上を摺動するように構成される。各内側部1300は、内側部1300が中央シャフト1306を中心軸として回転するため、中央シャフト1306に適した隙間を成している。
【００６３】
各内側部1300は、中央シャフト1306を中心軸とするおよそ１８０°の螺旋状の円弧部を有している。あるいは、各内側部1300は、中央シャフト1306を中心軸とするおよそ９０°以上の螺旋状の円弧部を有している。中央シャフト1306を中心軸とするより大きい、またはより小さい角度範囲の螺旋状の円弧部を用いても良い。
【００６４】
各内側部1300は、外側フランジ1308を有している。外側フランジ1308は、流体エネルギーの一部を獲得するように構成すると共に、螺旋形状のタービンの鋭い角部から海洋生物を保護するように構成される。各内側部1300は、組立時に隣接する内側部1300上もしくはテーパー状の端末部上において対応する面に連結され、および／または滑らかに結合されるように構成された一つ以上の表面1312,1314を備えた連結領域1310を有する。
【００６５】
これらの表面1312,1314は、略平坦で滑らかであり、一方に対し、およそ９０°となっている。
【００６６】
内側部1300の一つ以上の他の表面1316,1318は、隣接する内側部上もしくはテーパー状の端末部上において、対応する表面に連結され、および／または滑らかに結合されるように構成される。これらの表面1316,1318は、略滑らかで平坦である。表面は、特徴を増加させたり、減少させたり、あるいは他の特徴を有するものとしても良い。
【００６７】
図１４は、複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービンの２つの典型的な隣接した放射状の連結内側部1400を示している。第一の連結内側部1402と第二の連結内側部1404は、組立時に中央シャフト1406上を摺動可能である。各内側部1402,1404は、中央シャフト1406に適した隙間を成すように設計され、中央シャフト1406を中心軸として回転可能とされる。
【００６８】
第一の連結内側部1406は、第一の連結領域1410を有している。第二の連結内側部1404は、第二の連結領域1412を有している。第一の連結領域1410は、第二の連結内側部1412の隣接している表面もしくは対応する表面に対して連結され、および／または滑らかに相互接続されるように構成された一つ以上の表面を有している。各々の連結領域1410,1412は、隣接する連結領域1412,1410の表面に対応するように構成された複数の表面を有している。この隣接部分1402,1404の表面は、ジグソーパズルのピースのように互いにフィットするように構成されており、固定具を用いて、あるいは固定具を用いないで、互いに隣接部分1402,1404に相互接続される。
【００６９】
第一の連結内側部1402と第二の連結内側部1404の追加の、または代わりの連結手段が用いられる。例えば、ボルトやネジのように独立した固定具が、（互いに滑らかに結合するように構成された表面を有する）隣接部分を互いに連結させる。
【００７０】
図１５は、連結部分の中心部分を示している。図１５は、複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービンの２つの隣接する放射状の連結内側部1500を連結する様子を示している。組立時に、第二の内側連結部1504は、中央シャフト1506に沿って第一の内側連結部1502の方へ摺動され、連結または相互接続される。第一および第二の内側部1502,1504の表面は、組立て後に複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービンの略滑らかな外側表面を提供するように構成される。その結果、複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービンの完成品を通過する流体の無駄な乱流が、減少され、または最小化される。
【００７１】
図１６は、放射状の連結内側部を複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービン1600のテーパー状の端末部に連結する様子を示している。図のように、組立方法は、一つ以上の中央部分を、中央シャフトにピン止めされたテーパー状の端末部1608に固定する工程を含んでいる。組立時において、テーパー状の端末部1608は、中央シャフト1606上を摺動する。テーパー状の端末部1608は、ボルト、ネジその他の固定具1610によって中央シャフト1606に確実に固定される。
【００７２】
中央シャフト1606上に設けられた内側部1602は、中央シャフト1606に沿ってテーパー状の端末部1608の方へ移動する。内側部1602とテーパー状の端末部1608は、互いに連結され、または相互接続されるように構成された対応する表面を有する。組立方法は、いくつかの内側部1602と２つのテーパー状の端末部1608を中央シャフト1606上で互いに連結する工程を含んでいる。この連結面は、使用時におけるエネルギー損失を最小化し、ヘリカルタービンを流れる流体エネルギーの獲得を最大化するために、複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービンの略滑らかな面を提供するように構成される。
【００７３】
３．典型的な複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービンとノーズコーン
一例では、エネルギー発生のための流体によって回転可能な複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービンが提供される。このヘリカルタービンは、中央シャフト上に設けられた２つのヘリカル翼を備えている。各ヘリカル翼は複数部品からなる。
【００７４】
この複数部品は、少なくとも一つの一定区分を備えている。少なくとも一つの一定区分は、ヘリカル翼の第一の部品と、ヘリカル翼の第一の部品の第一の外側角部から両方向に略垂直に突き出している第一の螺旋状の外側フランジと、を有している。その結果、第一の螺旋状の外側フランジは、少なくとも一つの一定区分のヘリカル翼の第一の部品の両側に突き出すことになる。第一の螺旋状の外側フランジは、略一定幅を有し、流体エネルギーの少なくとも一定割合を獲得するように構成される。
【００７５】
複数部品は、２つのテーパー状の端末部をさらに備えている。各テーパー状の端末部は、ヘリカル翼の第二の部品と、ヘリカル翼の第二の部品の第二の外側角部から両方向に略垂直に突き出している第二の螺旋状の外側フランジと、を有している。第二の螺旋状の外側フランジは、第二の螺旋状の外側フランジが第二の外側角部の長さを部分的に覆うのみとなるように、少なくとも一つの一定区分の近傍から中央シャフトの方へ動くテーパー状の幅を有している。ヘリカル翼の第二の部品は、第二の外側角部の内向きのテーパー状が始まる位置から第二の外側の角部が中央シャフトの他端を係止するまで第二の外側の角部が中央シャフト側に内向きにテーパー状となるようにテーパー状の直径を有している。
【００７６】
複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービンは、中央シャフトの左右の端部上に設けられた第一および第二のノーズコーンをそれぞれ備えている。第一および第二のノーズコーンは、両方ともウィング形状の本体を有するように構成される。第一および第二のノーズコーンは、第一のノーズコーンの第一の長手軸が第二のノーズコーンの第二の長手軸に対し軸方向に差があるように方向づけられる。
【００７７】
複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービンは、複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービンの回転によって発生するエネルギーを促進するために流体によって回転可能にされる。複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービンは、流体によってヘリカルタービンの回転がエネルギーを発生するように発電機に相互接続される。
【００７８】
また、少なくとも一つの一定区分のヘリカル翼の第一の部品は、中央シャフトを中心軸とする円周上のおよそ４５°とおよそ１８０°の間で延びている第一の放射状の円弧を有する。好ましくは、少なくとも一つの一定区分のヘリカル翼の第一の部品は、中央シャフトを軸とする円周上のおよそ９０°で延びている第一の放射状の円弧を有する。他の構成や寸法も用いることもできる。
【００７９】
各テーパー状の端末部のヘリカル翼の第二の部品は、中央シャフトを軸とする円周上のおよそ９０°と１８０°の間で延びている第二の放射状の円弧を有する。好ましくは、各テーパー状の端末部のヘリカル翼の第二の部品は、中央シャフトを軸とする円周上のおよそ１３５°に延びている第二の放射状の円弧を有する。他の構成や寸法を用いることもできる。
【００８０】
第一および第二のノーズコーンは、流体が流れる方向に対して平行となるように複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービンの方向を維持するように適合させる。第一および第二のノーズコーンは、互いにおよそ１５°とおよそ６０°の間で軸方向に差があるようにされる。好ましくは、第一および第二のノーズコーンは、互いに３０°で軸方向に差があるようにされる。他の構成や寸法を用いることもできる。
【００８１】
複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービンが、中央シャフトを中心軸とする円弧部の少なくとも３６０°で延びているヘリカル翼の全体を有するように、当該ヘリカルタービンは、いくつかの一定の内側部を備えている。各テーパー状の端末部は、各テーパー状の端末部が中央シャフトを中心軸とするヘリカル翼の第二の部品の回転のおよそ１８０°の範囲内で中央シャフトの方へテーパー状となるように、直径が徐々に減少するヘリカル翼の第二の部品を有する。第二の螺旋形状の外側フランジが第二の外側角部の長さのおよそ３０％とおよそ６０％の間を覆うように、第二の螺旋形状の外側フランジは、中央シャフトの方へ動く少なくとも一つの一定区分の近傍からテーパー状となっている。好ましくは、第二の螺旋形状の外側フランジは、第二の外側角部の長さのおよそ５０％を覆うように構成される。他の構成や寸法を用いても良い。
【００８２】
図１７は、典型的な螺旋形状のヘリカルタービン1700の側面図を示している。螺旋形状のヘリカルタービン1700は、複数部品からなる螺旋形状であり、複数の放射状の連結部分を有する。この螺旋形状のヘリカルタービン1700は、左ノーズコーン1702と、右ノーズコーン1704と、多数の一定区分1706と、テーパー状の端末部1708と、中央シャフト1710とを有している。螺旋形状のヘリカルタービン1700は、部品の増減や代替を含んでいても良い。
【００８３】
螺旋形状のヘリカルタービン1700は、中央シャフト1710を有している。中央シャフト1710上に位置するのは、多くの螺旋形状の一定区分1706である。一定区分1706は、一定の厚さまたは略一定の厚さを有する螺旋形状の外側フランジ1720を有する（詳細には図１９に示す）。螺旋形状の外側フランジ1720は、各一定区分1706と関連する螺旋形状のヘリカルタービンの部品1722の外側角部と共に、両方向に略垂直となっている。螺旋形状の外側フランジ1720は、各一定区分1706と関連する螺旋形状のヘリカルタービンの部品1722の外側角部の両側から突き出している。各一定区分1706は、中央シャフトを中心軸とする螺旋形状のヘリカルタービンの部品の軸方向のおよそ９０°の回転を提供する。他の一定区分が用いられても良く、他の場所で説明したものを含んでいても良い。
【００８４】
螺旋形状のヘリカルタービン1700は、中央シャフト1710上に配置された２つのテーパー状の端末部1708を有している。各テーパー状の端末部1708は、厚さを狭くするテーパー状の螺旋形状の外側フランジ1724を備えている（詳細は図１９に示す）。各テーパー状の端末部1708のテーパー状の螺旋形状の外側フランジ1724は、徐々に減少され、または隣接一定区分1706の近傍内の領域からテーパー状に移動し、中央シャフト1710の方へ放射状に移動するようにされる。言い換えると、テーパー状の螺旋形状の外側フランジ1724が部分的にのみテーパー状の端末部1708の外側角部1726の長さを覆うように、テーパー状の螺旋形状の外側フランジ1724は、減少され、および／または隣接一定区分1706の近傍中央シャフト1710の方へテーパー状に移動するテーパー状の幅を有する。
【００８５】
テーパー状の端末部1708に関連するヘリカル翼1728の部品は、テーパー状の直径を有し、外側角部1726が、外側角部1726の内向きにテーパー状になり始めるところから外側角部1726が中央シャフト1710の他端を係止するまで中央シャフト1710の方へ内向きにテーパー状になっており、テーパー状の端末部1708は、有効に中央シャフト1710に統合される。
【００８６】
図１７へ戻ってみると、各テーパー状の端末部1708は、螺旋形状の外側フランジの垂直な外側部が無く、覆われていない螺旋形状のヘリカルタービンの端末部を有している。この螺旋形状のヘリカルタービンの端末部1712の外側空間または直径は、端末部1712が中央シャフト1710または中央シャフト1710上に設けられたテーパー状の端末部1708の円筒形状の内側部分のいずれかに統合されるまで、減少させている。
【００８７】
左右のノーズコーン1702,1704は、それぞれ使用時に中央シャフト1710から軸方向に突き出した２つのウィングまたはアームと共にウィング形状の本体を有するように構成される。左右のノーズコーン1702,1704は、中央シャフト1710の長手方向の軸に対して異なる角度に方向づけられる。例えば、図１７に示すように、左ノーズコーン1702が略垂直に方向づけられるのに対し、同時に右ノーズコーン1704は、より水平のわずかに傾斜させた角度に方向づけられ、ｙ軸からおよそ２０°とおよそ６０°の間の角度となっている。他の方向や構成を用いても良い。
【００８８】
図１８と図１９は、図１７の典型的な複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービン1700の斜視図を示している。図１８に示すように、左ノーズコーン1702と右ノーズコーン1704は、互いに軸方向に差がある、および／または中央シャフト1710の長手方向の軸に対して異なる角度に方向づけられる。図１９に示すように、一番端の一定区分1706は、テーパー状の端末部1708と同一平面上で結合または相互接続される。各一定区分1706は、中央シャフトを中心軸とする螺旋形状または放射状の円弧のおよそ９０°を覆う。一番端の一定区分1706がテーパー状の端末部1708と相互接続される場所の近傍において、テーパー状の螺旋形状の外側フランジは、縮小が始まり、中央シャフトの方へ内向きのテーパー状となっており、最終的に中央シャフト1710とぴったり重なる。
【００８９】
テーパー状の端末部1708の螺旋形状のヘリカルタービンは、略卵型か略涙型の外側の外側角部1726を有している。テーパー状の端末部1708の螺旋形状のヘリカルタービン1728の部品は、中央シャフト1710を中心軸とする放射状の円弧のおよそ９０°からおよそ１８０°において、好ましくは図１９および図２０に示すように放射状の円弧のおよそ１３５°において、中央シャフト1710に有効に統合されるような形状となっている。
【００９０】
右ノーズコーン1704は、一定区分1706がテーパー状の端末部1708と統合または相互接続されるところで、略一直線となる。図のように、２つのテーパー状の端末部1708は、略卵型の外側部または外側角部1726とテーパー状の螺旋形状の外側フランジ1724を有する螺旋形状のヘリカルタービンの端部1728を有するように構成される。テーパー状の螺旋形状の外側フランジ1724は、外側角部1726の長さを部分的に覆い、好ましくは外側角部1726の長さのおよそ３０％とおよそ６０％の間の長さを覆う。テーパー状の螺旋形状の外側フランジ1724は、一定区分1706の螺旋形状の外側フランジ1720よりも略鋭い屈曲部を有している。
【００９１】
図２０は、図１７の典型的な複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービンの右側側面図である。図のように、２つのテーパー状の端末部1708の外側角部は、テーパー状の端末部1708が中央シャフトに統合されるように徐々に縮小するテーパー状となっている。右ノーズコーン1704は、一定区分1706がテーパー状の端末部1708に統合または相互接続されるところで略一直線となっている。
【００９２】
図２１は、図１７の典型的な複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービンの左側側面図である。図のように、２つのテーパー状の端末部1708の外側角部は、テーパー状の端末部1708が中央シャフトに統合されるように徐々に縮小するテーパー状となっている。左ノーズコーン1704は、一定区分1706がテーパー状の端末部1708に統合または相互接続されるところからおよそ１５°からおよそ４５°の間の角度で、好ましくは３０°の角度で軸方向に差がある。結果として、左ノーズコーン1704は、右ノーズコーンからおよそ１５°からおよそ６０°の間の角度で、好ましくは３０°の角度で軸方向に差がある。左右のノーズコーンの間で他の方向や軸方向の距離を用いても良い。
【００９３】
図２２は、図１７の典型的な複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービンと回転しているノーズコーンの別な側面図である。図２２の観点で、螺旋形状のヘリカルタービン1700は、左ノーズコーン1702のウィング形状のウィングが直接ｚ方向において図１７に取り込まれるように、回転されている。右ノーズコーン1702は、傾斜した角度で示されている。
【００９４】
図７〜９について上述したように、ここで記載する螺旋形状の回転は、油圧ポンプ、例えばノーズコーンの組立品内に配置された油圧ポンプを駆動するのに使用される。油圧ポンプは、油や水その他の流体などの高圧流体を発生させ、適切な目的のために用いられる。このシステムは、水流が双方向に流れ、ヘリカルタービンを回転させることに適合させることができる。ヘリカルタービンの回転は、油圧ポンプを駆動するように伝達され、順次、油圧エネルギーがアキュムレータに蓄積される。
【００９５】
より具体的に言えば、水が流れている間、ヘリカルタービンの回転は、例えば中央シャフトとギア組立品を介して伝達され、高圧の油圧ポンプを駆動させる。この油圧ポンプは、静圧補償型の可変容量ポンプであっても良いし、あるいは他のタイプの油圧ポンプであっても良い。油圧ポンプは、動かないように拘束されたノーズコーン組立品内に配置されている。螺旋形状のヘリカルタービンの回転によるエネルギーを油圧ポンプに伝達するために必要なすべてのラジアル軸受とスラスト軸受は、同様にノーズコーン組立品内に収容される。
【００９６】
いくつかの配置では、遊星歯車システムは、ノーズコーン組立品または螺旋形状のヘリカルタービンの別な部品の内部に設けられ、ヘリカルタービンの比較的低速または比較的小さい１分当たりの回転数（ｒｐｍ）を、油圧ポンプを駆動するのに有効に用いられる程度に増加させる。上述のように、油圧ポンプは、空気流体アキュムレータに流体連結されており、タービンが加速しているか減速しているか、また、周期的な潮汐流の期間が反転したかどうか、に関わらず油圧油その他の液体の一定の高圧を維持するように双方向性となっている。
【００９７】
ノーズコーン組立品は、多様な油圧フィッティングと高圧ホースとを備えた油圧システムの一部を収容するように構成されている。例えば、ノーズコーン組立品は、油圧の供給配管および戻り配管と、２つの９０°のバルクヘッドフィッティングを収容する。油圧の供給配管および戻り配管は、ノーズコーン組立品を補強・支持する内側補強材の各側面に設けられる。
【００９８】
また、ノーズコーン組立品は、水位線に対するヘリカルタービンの位置を維持する連結配管を備えている。連結配管は、ノーズコーン組立品を補強・支持するノーズコーンのバックプレートに取り付けられる。油圧の供給配管および戻り配管も、連結配管に取り付けられる。
【００９９】
螺旋形状のヘリカルタービンは、一つ以上の油圧ポンプを備えている。各油圧ポンプは、ノーズコーン組立品内に収容され、使用時にポンプが螺旋形状のヘリカルタービン／中央シャフトの回転によって駆動されるように構成されている。各油圧ポンプは、油圧の供給配管および戻り配管に取り付けられるように構成された２つのストレート・オス型その他の油圧フィッティングを備えている。２つのメス型フィッティングを両端に備えた高圧油圧ホースは、供給配管および戻り配管として機能する。油圧ホースは、一端が油圧ポンプと関連する、または油圧ポンプの近傍にあるフィッティングに取り付けられ、他端が９０°のバルクヘッドフィッティングの内側の端部に取り付けられる。
【０１００】
左右の内側補強材は、ノーズコーン組立品本体内に収容されている。各補強材は、鳩の尾構造の２つの部品の組立品と共にプレートを備えている。エンドプレートは、ノーズコーンのバックプレートに取り付けられる。このエンドプレートは、９０°のバルクヘッドフィッティングおよび／または相互接続された油圧配管を、覆う、および／または支持する。外側末端部は、油圧配管用開口部を備えて構成され、その外側末端部は、油圧システムを相互接続した後、エンドプレートと、９０°のバルクヘッドフィッティングと、相互接続された油圧配管とを覆うことができ、ノーズコーン組立品の端部に滑らかな外面を提供する。他の構成を用いても良い。
【０１０１】
図２３〜図２６は、典型的なノーズコーン組立品2300の多様な斜視図を示している。図２３に示すように、このノーズコーン組立品2300は、油圧システムの一部を収容する。ノーズコーン組立品2300は、油圧ポンプ2302と、油圧供給配管2304と、油圧戻り配管2306と、エンドフィッティング2308と、ベアリング組立品2310とを収容する。ノーズコーン組立品2300は、油圧システムの要素の追加、削減、あるいは代用品を収容していても良い。
【０１０２】
油圧ポンプ2302は、ベアリング組立品2310を介して螺旋形状のヘリカルタービンの中央シャフト2312に相互接続および／または結合される。その結果、中央シャフト2312の回転は、使用時に、油圧ポンプ2302に出力を伝達し、および／または、油圧ポンプ2302を回転させ、油圧ポンプ2302は、油圧回路内の油圧流を高圧状態に維持する。
【０１０３】
油圧システム内の高圧流体は、油圧ポンプ2302から石油掘削装置（図６参照）などのプラットフォーム上に配置された油圧システムの一部へ伝達される。油圧ポンプ2302は、高圧流体を、油圧供給配管2304とエンドフィッティング2308とを介して、一つ以上のアキュムレータ、発電機、モーター、および／または上述した他の構成要素を有する油圧回路の中にポンピングする。
【０１０４】
ノーズコーン組立品2300は、油圧回路内の高圧流体からエネルギーを抽出した後、低圧流体は、ノーズコーン組立品2300に戻される。低圧または戻りの流体は、エンドフィッティング2308の一つを介して油圧回路から排出され、油圧戻り配管2306を介して油圧ポンプ2302に戻る。一例では、油圧の供給配管および戻り配管2304，2306は、９０°のエンディフィッティング2308によって相互接続される。
【０１０５】
図２４に示すように、ノーズコーン組立品2300は、ウィング形状の本体2320を有している。このウィング形状の本体2320の外側フレームは、ガラス繊維、プラスチック、または他の材料から製造される。ノーズコーン組立品2300の前側角部は、２つの湾曲したウィングやアームが突き出しているところから最前ノーズ2322を有している。ノーズコーン組立品2300の後側角部は、ノーズコーン組立品2300を追加補強するために堅い材料または頑丈な材料から製造されたバックプレート2324を備えている。ノーズコーン組立品2300は、油圧ポンプ2302を収容する。油圧ポンプ2302は、ベアリング組立品2310を介して中央シャフト2312に取り付けられているため、使用時において、中央シャフト2312の回転が、油圧ポンプ2302を回転させ、および／または油圧システム内の油圧流体に出力／エネルギーを伝達させることができる。
【０１０６】
また、図２４は、油圧ポンプ2302と相互接続されるように構成された２つの内側の油圧フィッティング2326を示している。内側の油圧フィッティング2326の一方は、油圧供給配管に関連し、他方は油圧戻り配管に関連する。油圧の供給配管と戻り配管は、図２３に示すようにノーズコーン組立品の端部まで達している。
【０１０７】
図２５に示すように、エンドフィッティング2308は、９０°のエンドフィッティングであっても良い。一方のエンドフィッティングは、上述したように油圧回路に関連する油圧供給配管を提供する。他方のエンドフィッティングは、油圧回路からの油圧流をノーズコーン組立品2300内に収容された油圧ポンプへ戻す。
【０１０８】
油圧ポンプは双方向性であるため、螺旋形状のヘリカルタービンが方向を反転したとき、油圧ポンプを介した油圧流の流れも方向を反転する。その結果、少なくとも螺旋形状のヘリカルタービンを回転させる流動液体の流れがもう一度変わるまで、油圧の「供給」配管が油圧の「戻り」配管となり、その逆もまた同様である。
【０１０９】
また、図２５に示すように、エンドフィッティング2308は、内部の補強材2330の他端上に配置される。内部の補強材2330は、ノーズコーン組立品2300の外側本体の内部を補強・支持することができる。図２６はノーズコーン組立品2300の別な図面である。
【０１１０】
図２３〜図２６に示されるノーズコーン組立品2300内の油圧システムは、油圧プラントシステム全体に相互接続され、螺旋形状のヘリカルタービンの回転が油圧ポンプを駆動する。例えば、図２３〜図２６に示されるノーズコーン組立品2300は、螺旋形状のヘリカルタービンと、例えば図６〜図９に示したシステムを含む別のところで説明したシステムとの中に組み込まれる。
【０１１１】
一例では、複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービンは、第一のノーズコーン組立品と、中央シャフトの左右の端部に設けられた第二のノーズコーン組立品と、を備えている。第一および第二のノーズコーン組立品は、両方とも、移動する流体が複数部品からなる螺旋形状のヘリカルタービンを回転させるときに油圧流体の圧力またはその一部を加圧または維持するように構成された油圧ポンプを含む油圧システムの一部を収容する。各ノーズコーン組立品は、ウィング形状の本体を有し、第一および第二ノーズコーン組立品は、第一のノーズコーン組立品の第一の長手方向の軸が第二のノーズコーン組立品の第二の長手方向の軸から軸方向に差があるように方向づけられる。
【０１１２】
上述のように、螺旋形状のヘリカルタービンは、多様な寸法にすることができる。例えば、螺旋形状の直径は、１６フィートであるが、もっと大きくしても良い。中央シャフトの直径は、１８インチであるが、適切な寸法であれば何でもよい。同様に、ノーズコーン組立品は、螺旋形状のヘリカルタービンの直径と同一または略同一の直径または軸の長さを有している。ノーズコーン組立品の長手方向の長さは、数フィートまたは数フィート以上である。その結果、ノーズコーン組立品は、油圧流体を加圧し、発電するために、油圧ポンプと、関連するフィッティングと、配管と、他の油圧構成要素と、を収容する。
【０１１３】
ここで述べる配置の説明は、多様な実施形態の構造の一般的な理解をさせるためのものであり、ここで述べる構造を用いた装置およびシステムのすべての構成要素と特徴について完全に記載することを目的としたものではない。上記記載を見れば、当業者にとって、他にも多様な配置があることは自明である。本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で構造的で論理的な置き換えと変形によって他の配置が利用され、派生する。添付図面は、単なる代表例にすぎず、これに限定するものではない。この一定割合が重要であり、他は最小化される。したがって、明細書および図面は、限定的な意味ではなく、実施例として解釈するものである。
【０１１４】
このように、具体的な配置は、ここで述べられて例示されているが、同一の目的を達するために導き出された配置は、ここで開示する具体的な配置と置き換えることができる。この開示は、本発明の実施例や配置は、適宜変更可能であることを意図するものである。上述した配置と具体的に示さなかった他の配置の組み合わせは、本願明細書の記載を見れば当業者にとって明らかである。したがって、本開示は、本発明の実施において最良の形態として開示された特定の配置に限定されないが、本発明は添付の特許請求の範囲に該当するすべての形態と配置を含むことを意図している。
【０１１５】
本開示の要約は、読者が技術的な開示の性質をより早く確認できるようにするための要約書を要求する米局特許規則37C.F.R.§1.72（ｂ）に適合している。これは、本願の特許請求の範囲の意味の解釈や限定に用いられることはないというものである。
【図１Ａ】
0005537741.tif 000002
【図１Ｂ】
0005537741.tif 000003
【図１Ｃ】
0005537741.tif 000004
【図２】
0005537741.tif 000005
【図３Ａ】
0005537741.tif 000006
【図３Ｂ】
0005537741.tif 000007
【図４】
0005537741.tif 000008
【図５】
0005537741.tif 000009
【図６】
0005537741.tif 000010
【図７Ａ】
0005537741.tif 000011
【図７Ｂ】
0005537741.tif 000012
【図７Ｃ】
0005537741.tif 000013
【図８】
0005537741.tif 000014
【図９】
0005537741.tif 000015
【図１０】
0005537741.tif 000016
【図１１】
0005537741.tif 000017
【図１２】
0005537741.tif 000018
【図１３】
0005537741.tif 000019
【図１４】
0005537741.tif 000020
【図１５】
0005537741.tif 000021
【図１６】
0005537741.tif 000022
【図１７】
0005537741.tif 000023
【図１８】
0005537741.tif 000024
【図１９】
0005537741.tif 000025
【図２０】
0005537741.tif 000026
【図２１】
0005537741.tif 000027
【図２２】
0005537741.tif 000028
【図２３】
0005537741.tif 000029
【図２４】
0005537741.tif 000030
【図２５】
0005537741.tif 000031
【図２６】
0005537741.tif 000032