(57)【要約】低圧低速の水流から高出力の運動エネルギーを得る原動機（特開２００４ー３１６６２０号公報）においては、脈動の発生が必定であるが、本発明の原動機はこの脈動を抑制して安定した回転で、機械的エネルギーに変換することを目的とする。  本発明の原動機のタービン内の水路は、動力ローターの先端とケーシングの内壁との隙間が流入口側では、比較的大きく、排水口側では、動力ローターの回転を妨げない程度に小さく形成することにより、脈動の発生を抑制することができた。このタービンを２個以上併設した原動機により、取り出せる出力は、毎秒２ｍで流量１０ｔ／ｓの川において１万ｍの導水管を使用すると、約１３．７万ｋｗで、ペルトン水車の場合は、０．３２５ｋｗです。
2009130798.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導水管に連結された流入口と、ギヤーを介して逆の回転方向で連動可能となっている動力軸および補助ローター軸と、上記動力軸に固定されていて上記動力軸を中心に上記動力軸と共に回転可能な片持ち板状の動力ローターと、上記補助ローター軸に固定されていて上記補助ローター軸を中心に補助ローター軸と共に回転可能で、上記動力ローターを収容するための凹部を有している円柱状の補助ローターと、排水口と、を備えた第１のタービンを有し、
上記第１のタービンと同一の構造を有し、上記第１のタービンと上記動力軸を共有し、動力ローターは上記第１のタービンの上記動力ローターと１８０度遅れを有するように上記動力軸に固定されていて、上記第１のタービンに連結される上記導水管とは別の導水管に流入口が連結されている第２のタービンを有することを特徴とする水の運動エネルギーを取り出すための原動機において、
各タービンの水路は、前記動力ローターと、前記補助ローターと、ケーシングで形成され、上記動力ローターの先端部の上記ケーシングの弧の部分の内壁の曲率半径が上記動力ローターの回転半径の１．０１倍から１．５倍の範囲内であり、排水口側では、上記動力ローターの先端と上記ケーシングの内壁の隙間が上記動力ローターの回転を妨げない程度に上記ケーシングの内壁の中心点に対して上記動力ローターの中心軸を上記排水口側へずらして配置し、このような自動流量コントロール装置を、取水口から排水口までの間に１乃至複数個を装備したタービンを少なくとも２個以上それぞれの位相を均等にずらして併設したことを特徴とした原動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水流の運動エネルギーを回転動力に変換するタービンやそのタービンを複数用いた原動機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
管路内を比較的緩やかに流れている低速度流の水（水流）であっても、管路の流出口で流れを止めようとすると、管内の圧力が急上昇して異常高圧となることに着目し、この急激に上昇する管内圧力を利用して、高圧低速度流で高出力の回転力が得られるタービンを発明し、このタービンを２個以上用いた原動機につき、日本国で特許（特許第４０４５５４６号）を得た。
この特許文献１（図２に示す）の原動機（旧原動機）１１１は、詳しくは図１乃至図５においてで説明するが、「導水管８３に連結された流入口８１と、ギヤー６５，７５を介して逆の回転方向で連動可能となっている動力軸７１および補助ローター軸６１と、上記動力軸７１に固定されていて上記動力軸７１を中心に上記動力軸７１と共に回転可能な片持ち板状の動力ローター７０と、上記補助ローター軸６１に固定されていて上記補助ローター軸６１を中心に補助ローター軸６１と共に回転可能で、上記動力ローター７０を収容するための凹部６４を有している円柱状の補助ローター６０と、排水口８２と、を備えた第１のタービン１０１を有し、上記第１のタービン１０１と同一の構造を有し、上記第１のタービン１０１と上記動力軸７１を共有し、動力ローター７０は上記第１のタービンの動力ローター７０と１８０度遅れを有するように上記動力軸７１に固定されていて、上記第１のタービン１０１に連結される上記導水管８３とは別の導水管８３に流入口８１が連結されている第２のタービン１０２を有することを特徴とする水の運動エネルギーを取り出すための原動機。」（特許請求の範囲の請求項１）としている。
【特許文献１】特開２００４−３１６６２０号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
解決しようとする問題点は、この特許文献１の原動機では、ケ−シング９０内の水路８０（以下、旧水路とも言う）を流れる水流の密閉（流下阻止）と開放との繰り返しに応じて、大きな脈動が繰り返し発生し、この脈動が起こる圧力（異常圧力）で動力軸７１がねじれたりケ−シング９０が変形したりする等の不具合が生じるだけでなく、平滑で安定した回転出力を得難いという課題があった。このような不具合を避けるには、導水管や動力軸や動力ロ−タ−やケ−シング等の構成部品の剛性を高くすることや、堅牢な構造のタ−ビンとしなければならない。しかし、このような対策では、タ−ビンの製造や設備に膨大なコストを要するだけであり、そもそも脈動の発生という根本原因が解消されていないので、安定したエネルギーを提供できない。
特許文献１の原動機を構成するタ−ビンの構造では、動力ロ−タ−が流入口を通り過ぎる際に水路を一気に閉塞するため、流入口内（１次側）の圧力が一気に上昇し、異常高圧となることによって脈動が発生することに着目して研究した結果、この急激な圧力上昇を解消するための手段を発明し、これにより、脈動の発生を抑制して平滑な回転力を得て、安定した水の運動エネルギーを生成するタ−ビンとそのタ−ビンを組み合わせて用いた原動機とを提供することができた。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
導水管に連結された流入口と、ギヤーを介して逆の回転方向で連動可能となっている動力軸および補助ローター軸と、上記動力軸に固定されていて上記動力軸を中心に上記動力軸と共に回転可能な片持ち板状の動力ローターと、上記補助ローター軸に固定されていて上記補助ローター軸を中心に補助ローター軸と共に回転可能で、上記動力ローターを収容するための凹部を有している円柱状の補助ローターと、排水口と、を備えた第１のタービンを有し、
上記第１のタービンと同一の構造を有し、上記第１のタービンと上記動力軸を共有し、動力ローターは上記第１のタービンの上記動力ローターと１８０度遅れを有するように上記動力軸に固定されていて、上記第１のタービンに連結される上記導水管とは別の導水管に流入口が連結されている第２のタービンを有することを特徴とする水の運動エネルギーを取り出すための原動機において、
各タービンの水路は、前記動力ローターと、前記補助ローターと、ケーシングで形成され、上記動力ローターの先端部の上記ケーシングの弧の部分の内壁の曲率半径が上記動力ローターの回転半径の１．０１倍から１．５倍の範囲内であり、排水口側では、上記動力ローターの先端と上記ケーシングの内壁の隙間が上記動力ローターの回転を妨げない程度に上記ケーシングの内壁の中心点に対して上記動力ローターの中心軸を上記排水口側へずらして配置し、このような自動流量コントロール装置を、取水口から排水口までの間に１乃至複数個を装備したタービンを少なくとも２個以上それぞれの位相を均等にずらして併設したことを特徴とした原動機。
又、本発明の原動機を構成するタ−ビンは、１本の動力軸に片側が一体的に固定された板状の動力ロ−タ−と、上記動力軸の上方（図面上）に位置し上記動力軸と平行に設けられた補助ローター軸に固定された回転体であって、上記動力ロ−タ−の外周面に近接しながら回転する外周面を有し、上記動力ロ−タ−の回転と逆回転で連動する補助ローターと、流入口から流入された水流が上記動力ロ−タ−の板面の回転背面側を押しながら上記動力ローターを約半回転させて、排水口から流出するように形成された水路と、ケーシング内に上記動力ローターと、補助ローターと、が内設されたタービンにおいて、上記水路は、上記動力ローターが水流に圧せられて約半回転している間、上記動力ローターの板面の一方の回転背面側に流入してきた水の一部が上記板面の他方の回転正面側に流出しつづける拡大水路としたことを特徴とする。
又、本発明の原動機を構成するタ−ビンの拡大水路の間隙は、水路の流入口側から排水口側に向かって次第に小さくなるように形成されたことを特徴とする。
又、本発明の原動機を構成するタ−ビンの拡大水路は、水路の流入口側から排水口側に至る水路の内壁を構成するケーシングを外側に膨張させて形成したことを特徴とする。
又、本発明の原動機は、本発明のタ−ビンを少なくとも２個以上用いて、各タービンの動力軸及び補助ローター軸を各々１本の共通軸とすると共に、各タービンの動力ローターに位相差を設けて上記動力軸から常時平滑的に出力可能に併設したことを特徴とする。
又、本発明の原動機を構成するタ−ビンの拡大水路は、自動流量コントロール装置、自動流量制御装置、流量調整弁、出力コントロール装置とも言いう。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の原動機の出力と従来の水力発電用水車（ペルトン水車．フランシス水車．プロペラ水車．等）と、の出力についての比較です。
例．流量が１０ｔ／ｓで流速は２ｍ／ｓで流れている川において、
１０，０００ｍの導水管を布設した場合の比較です。
勾配の計算はマニング式を使用しました。
（マニング式  流速Ｖ＝１／ｎ＊Ｒ＾（２／３）＊Ｉ＾（１／２））
条件、従来のタービン（ペルトン水車）の場合
導水管の長さ                    １０，０００ｍ
導水管の断面積                            ５ｍ２
勾配    １．６６ｍｍ／１，０００ｍｍ＝０．１６％
流速                                        ２ｍ／ｓ
流量                                      １０ｔ／ｓ
Ｐ＝９．８＊Ｑ＊ｈ：公式
Ｐ    ：  水の持っているエネルギー（水車に伝えられるエネルギー）〔ｋｗ〕
９．８：  乗数（質量１ｔ／ｓ時の運動エネルギー）〔ｋｗ〕
Ｑ    ：  １秒当たりタービン内を通過する流量〔ｔ〕
ｈ    ：  高さ（勾配）１０，０００×０．１６％＝１６，０００ｍｍ＝１６ｍとなるはずですが、従来の公式には、管路長さは関係しないので流速の２ｍ／ｓを維持するための勾配は、２ｍ分の勾配ですから高さｈは、
ｈ：２ｍ×０．１６％＝３．３２ｍｍ＝０．００３３２ｍになります。
Ｐ＝９．８×１０ｔ×０．００３３２ｍ＝０．３２５ｋｗとなります。
本発明の原動機の場合は、導水管を２本使用するため１０ｔ／ｓの条件を満たすには導水管の断面積と勾配が少し変わります。
導水管の長さ                      １０，０００ｍ
導水管の断面積                          ２．５ｍ２  ２本
勾配  ２．６４ｍｍ／１，０００ｍｍ＝０．２６４％
流速                                        ２ｍ／ｓ
流量                                      １０ｔ／ｓ
本発明の原動機の出力計算式は、Ｐ＝９．８＊導水管の断面積＊導水管の長さ＊流速
Ｐ    ：導水管内の水の持っている運動エネルギー〔ｋｗ〕
９．８：乗数（質量１ｔ／ｓ時の運動エネルギー）〔ｋｗ〕
Ｐ＝９．８×（２．５×２）×１０，０００×２＝９８０，２００ｋｗとなり、
本発明の２連の原動機で発電した場合は、効率１４パーセントを乗じた値となります。
９８０，２００ｋｗ×０．１４＝約１３７，０００ｋｗです。従来のペルトン水車は、効率が１００％であっても、０．３２５ｋｗです。本発明の原動機の効率について説明します。
脈動が抑制された一定の回転速度の原動機においては、流速が２ｍ／ｓで動力ローターの回転速度が１ｍ／ｓとすると回転速度と流速が同じ速度になるまでエネルギーを取り出すことができるので、全体のエネルギーの５０％を取り出すことが出来ます。水から原動機が受け取れるエネルギー効率は軸受け損失だけですので９８％ぐらいです。残は４９％です。
タービンを２個使用した原動機は１回転に要する時間を４秒間とすると４９％の２５％で１４．７５％になります。発電量は１４．７５％に発電機効率をかけた値となります。発電効率を９５％とすると、約１４％です。これだけの出力を脈動無しで取り出すことが出来ます。
又、本発明によれば、従来の特許文献１の原動機を構成するタービンやそのタービンを用いた原動機に較べて、脈動の原因である内圧の異常上昇を抑制し、脈動の発生を防ぐと共に、動力軸のねじれやケーシングの変形が解消され、平滑で安定した回転出力を得ることができるタービンや、そのタービンを用いた原動機を提供できる。
又、本発明によれば、動力軸の太さやケーシングの肉厚を、取り出せるエネルギーに耐えられる大きさに安全率を乗じた値に軽減できるので、（従来は内圧の異常高圧に安全率を乗じた値である）製造コストや設備コストを大幅に軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】特許文献１の原動機の平面図
【図２】特許文献１の断面斜視図
【図３】特許文献１の動力ローターが水路を閉塞する少し前の断面図
【図４】特許文献１の動力ローターが水路を閉塞した断面図
【図５】特許文献１の動力ローターが排水口側に回転して水路の閉塞を開放する寸前の断面図
【図６】本発明の拡大水路付き４連原動機の平面図
【図７】本発明の拡大水路付き４連原動機の断面斜視図
【図８】タービン内の水圧状況と動力ローターの先端の隙間の説明図
【図９】タービン内の水圧状況と動力ローターの先端の隙間の説明図
【図１０】タービン内の水圧状況と動力ローターの先端の隙間の説明図
【図１１】タービン内の水圧状況と動力ローターの先端の隙間の説明図
【図１２】タービン内の水圧状況と動力ローターの先端の隙間の説明図
【図１３】タービン内の水圧状況と動力ローターの先端の隙間の説明図
【図１４】タービン内の水圧状況と動力ローターの先端の隙間の説明図
【図１５】タービン内の水圧状況と動力ローターの先端の隙間の説明図
【図１６】タービン内の水圧状況と動力ローターの先端の隙間の説明図
【図１７】４連原動機のタービンの同時期における各タービン内の、内圧の説明図
【図１８】２連タービンの原動機の施工例
【図１９】３連タービンの原動機の施工例
【図２０】４連タービンの原動機の施工例
【図２１】動力ローターと補助ローターの形状違いの施工例
【図２２】動力ローターと補助ローターの形状違いの施工例
【図２３】動力ローターと補助ローターの形状違いの施工例
【図２４】外部にも自動流量コントロール装置を取り付けた施工例。
【符号の説明】
【０００７】
６０    補助ローター
６１    補助ローター軸
６４    補助ローターの凹部
６５    補助ローター軸に取り付けられた連結ギヤー
６７    連結ギヤー２個の総称
７０    動力ローター
７１    動力軸
７２    動力ローターの１次側面（圧力を受ける面）
７３    動力ローターの先端
７４    動力ローターの２次側面（圧力を受けない面）
７５    動力軸に取り付けられた連結用ギヤー
８０    旧原動機の水路にあたる部分
８１    旧原動機の水の流入口
８２    排水口
８３    導水管
９０    ケーシング
１００  水路の拡大部分
１０１  旧原動機の第１のタービン
１０２  旧原動機の第２のタービン
１１１  旧原動機
１８０  本発明の水路（旧水路を改良した水路）
１８１  流入口
１８２  動力ローターの先端が回転していくであろう想像線
２００  本発明の原動機
２０１  本発明の原動機の第１のタービン
２０２  本発明の原動機の第２のタービ
２０３  本発明の原動機の第３のタービ
２０４  本発明の原動機の第４のタービ
３００  電気式流量自動コントロール弁
３０１  補助排水管
Ｇ１    動力ローターの先端とケーシングの隙間
Ｇ２    動力ローターの先端とケーシングの隙間
Ｇ３    動力ローターの先端とケーシングの隙間
Ｇ４    動力ローターの先端とケーシングの隙間。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の最良の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
本発明の原動機は、上記特許文献１の原動機を構成するタービンの一部の構造（ケーシング内の水路）を改善したものであるので、説明の都合上、先ず、上記特許文献１の原動機及びその原動機を構成するタービンにおいて、動力軸７１を中心として回転する動力ローターを時計に仮定して、図１乃至図５に基づいて説明する。
尚、特許文献１の原動機を旧原動機という。
又、動力ローター７０の水圧を受ける面を回転背面と言い、水圧を受けない面を回転正面という。
図２参照、動力ローター（１０１の７０）と補助ローター（１０１の６０）との一対の異形のローターの協働によって、水路１０１の８０を流れる水流の閉塞と開放とを速やかに繰り返えすタービンを少なくとも２個（第１のタービン１０１と第２のタービン１０２）を併設して、各々の動力軸（１０１の７１，１０２の７１）を連結或いは共有して１本の動力軸７１とすると共に、２個のタービン１０１，１０２の動力ローターの位相を１８０度遅れるように（タービンの数に応じて均等に位相をずらせて）設定することによって、常時、何れかのタービンの動力軸７１において、水路（１０１の８０），（１０２の８０）を流れる高圧低速度の水流から連続的に大容量の運動エネルギー（機械的回転力）を得る構成とされている原動機である。
又、動力ローター（１０１の７０）と（１０２の７０）は、各水路８０を流れる水流に板羽根７０が圧せられながら、動力軸７１を中心にして、回転可能となるように、当該板羽根７０の片側が当該動力軸７１と固定されており、２個のタービン１０１，１０２で構成の原動機は、２つの動力ローター（１０１の７０），（１０２の７０）を、互いに１８０度の位相差を以て併設することで、３６０度回転中常時出力が得られる構造となっている。
又、補助ローター（１０１の６０，１０２の６０）は、当該動力ローター（１０１の７０，１０２の７０）の上方（図面上）にあって、当該動力軸７１と平行軸となるように配置された補助ローター軸６１に固定されていて、各当該動力ローター７０が排水口８２を過ぎ、時計回りに当該流入口８１側へ回転する時の衝突を防ぐための凹部６４を有する円柱状の回転体である。この上記補助ローター６０の外周面は、上記動力ローター７０の外周面と互いに近接していて逆回転するように、上記補助ローター軸６１に固定された連結用ギャー６５と上記動力軸７１に固定された連結用ギヤー７５により噛合連結されている。
図２乃至図５において、上記特許文献１の原動機を構成する２個のタービン１０１，１０２の動力ローター７０が、流入口８１から排水口８２へ回転して行く間、板羽根７０の回転背面７２側で効果的に水圧を得るべく、当該板羽根７０が水路８０を通過する間当該水路８０の断面を当該板羽根７０が塞ぐように形成されており、当該板羽根７０の回転先端７３は、断面で見る当該水路８０の内壁との隙間は図示の通り、当該板羽根７０の回転を妨げないだけの最小の隙間で当該水路８０が形成されている。
図３参照、流入口８１から排水口８２に至るこの水路８０には、水流が３時ポイント付近の当該流入口８１から流入し、６時ポイント（図示せず）を経て、９時ポイント付近の当該排水口８２より流出して行く。上記のような当該水路８０において、自然流速が２ｍ／ｓとすると、図３に示すように、板羽根７０が当該流入口８１を通過する前は、動力を発生している第２のタービン１０２（図２参照）が、動力の発生を終わる直前（水路が開放状態になる直前）ですので、動力ローターの回転速度は約０．２ｍ／ｓ（速度の計測場所は動力ローターが回転に必要な水圧を受ける面の中間点の速度。）ぐらいとなり、１軸上に併設された、第１のダービンの動力ローター７０（図３）も同じ速度である。この時、当該流入口８１は大きく開口されていて、水流は、自然流速の２ｍ／ｓの速度で流入するが、図４に示すように、当該板羽根７０が流入口８１を過ぎると当該水路８０を一気に塞ぐため、負荷のかかった動力軸を、約０．２ｍ／ｓから２ｍ／ｓまで一気、この間約０．５秒間に加速することになり、水圧が急激に上昇（異常高圧）となって、脈動が発生してしまう。
本発明の原動機を構成するタービンは、上記特許文献１の原動機を構成する各タービン１０１，１０２とは、水路８０の構造（形状）を除いて実質的に同じ構造のタービンであり、ケーシング内に形成される水路８０の流入口８１から排水口８２に到るまでの構造を改良した点が異なる。
本発明の原動機を実施例１（図６から図１７）に基づいて説明する。
先ず、図６は第１のタービン２０１〜第４のタービン２０４を併設構成した原動機の平面図、図７は図６の第１から第４のタービンのＣ−Ｃ線部分、Ｄ−Ｄ線部分、Ｅ−Ｅ線部分、及びＦ−Ｆ線部分を断面としてみた断面斜視図。図８乃至図１０は原動機を構成するタービンの断面における動力ローターの回転位置を示す断面図。図１１乃至図１６は、各図において時計回り方向に回転する各動力ローターの水路における位置と水圧の状態とを示した断面図である。図１７は、実施例１（４連タービン）の原動機の同時期における各タービンの動力ローター及び補助ローターの位置を示した断面図。図１８乃至図２４は実施例を示した図である。
図６及び図７において、本発明の原動機の一例としての原動機２００を構成する各タービン２０１，２０２，２０３，２０４は同一構造であるが、各タービンの動力ローターの位相は３６０度を、用いられるタービンの個数で割って、図７に示すように均等（実施例では９０度）に、遅れるようにずらして１軸上に配置することによって、原動機２００の出力軸である１本の動力軸７１から平滑で均一な安定した回転出力を得ることができる。
本発明の拡大水路を図７乃至図１５において説明する。図７の第１のタービン２０１参照、拡大水路１８０の流入口側は、改良前の水路８０の流入口側よりも水路口が拡大された分（１００に相応する分）、大きく開口しているが、排水口８２側は改良前の水路８０と同様とされており、上記のように拡大水路１８０では、（図９参照）流入口１８１側から排水口８２側に向かって形成される拡大水路部分１００における、動力ローター７０の回転先端７３とケーシング９０の内壁との隙間は、流入口側では、比較的大きな隙間から排水口に向かい除除に小さな隙間、そして遂には動力ローター７０の回転を妨げない程度の極小な隙間となるように構成されている。
図８において、（図８乃至図１６は図７の２０１の拡大図である）動力ローター７０が図示の位置（時計文字盤の２時ポイント付近の位置）にあって、流入口１８１に到る直前に在る場合、流入口１８１から排水口８２に到るまでの水路１８０には、水の流れをさえぎる板羽根７０は存在せず、水路１８０内の流速は自然流速であって、水路１８０内には圧力がかかっていない状態にある。
図９において、動力ローター７０が流入口１８１側に在って、当該流入口１８１へ流入する水流の水圧を回転背面７２側（１次側）で受け始めたところ、板羽根７０の回転先端７３と水路を形成するケーシング９０の内壁との間に、比較的大きな隙間Ｇ１が形成される。当該流入口１８１側に上記の隙間Ｇ１が形成されていると、回転して来る板羽根７０によって、水路１８０が、従来の水路８０のように全閉することが無く（図４参照）、水流の一部がこの隙間Ｇ１を通って排水口側へ流れ込むため、旧原動機のタービン１０１（図４）の、板羽根７０が受けるような急激な圧力上昇は、抑制される。このため内圧は、負荷のかかった動力軸を一定の速度で回転できる圧力付近まで上昇する。
次に図１０において、動力ローター７０が（時計の文字盤の３時ポイント付近の位置）から更に少し進んで、流入口１８１を通りすぎた状態（時計文字盤の３時ポイントと４時ポイントの中間付近の位置）になっても、水路１８０は完全には塞がれないので急激な圧力上昇は生じない、水路１８０の一部が塞がれる状態、即ち一定以上の圧力上昇とならないように流入してくる水量を排水口側へ逃がしているため、当該流入口１８１側での水圧が、負荷のかかった動力軸を一定の速度で回転できる圧力まで上昇するように隙間Ｇ１が形成されている。
上記動力ローター７０の常用回転速度が１ｍ／ｓであれば負荷のかかった動力軸が１ｍ／ｓで回転できる圧力まで上昇する。（速度の計測場所は動力ローターが回転に必要な水圧を受ける面の中間点の速度。）
次に図１１乃至図１４において、動力ローター７０の先端７３と、水路のケ−シング９０の内壁との隙間Ｇ２（図１１）、隙間Ｇ３（図１２）、隙間Ｇ４（図１４）を通って排水口側へ逃げる水量が、図１４の位置まで次第に小さくなるように絞られるので、その絞る度合いＧ１からＧ４の程度に応じて次第に水路１８０内（１次側）の圧力が上昇するはずですが、負荷がかかっているため負荷の消費エネルギーに準じたエネルギー補給となり、内圧は一定となるので回転速度も一定となるため脈動を抑制することができるのです。脈動の抑制とは回転速度を一定に保つことです。図１５から図１６は絞られていた水路１８０が、次第に開放状態となり、動力ローターが補助ローターとの衝突を避けるため、補助ローターに設けられた凹に動力ローター７０が収容されようとしているところです。
図１７は、本発明の原動機の、図７の第１から第４のタービン２０１〜２０４の順に、動力ローター及び補助ローターの位相を順次９０度ずつ遅れるように位相差をつけて配設された状態を図示したものであり、動力ローター７０にかかる圧力をドットメッシュの密度差で表し、流入口１８１側（１次側）の高い圧力を高密度なドットで、排水口側の低い圧力（２次側）を低密度のドットで示している。この図から解るように、動力軸７１が回転力を受けるのは１次側が高圧である、第１のタービン２０１と第３のタービン２０３と第４のタービン２０４の３個のタービンよりエネルギーを受けるのですが、第３のタービン２０３はこれ以上回転すると、開放状態となり圧力が下がってしまい負荷が消費するエネルギーの補給はできません。第１のタービン２０１と第４のタービン２０４の２個のタービンでエネルギー供給となるため、４連の原動機の場合は常に２個のタービンによるエネルギー供給となります。
【実施例】
【０００９】
図６，図７は、実施例１、拡大水路付きタービンを４個併設した原動機。
図２１に、タービン２０１の断面拡大図、以下の実施例と比較のために掲載。
図１８は、実施例２、拡大水路付きタービンを２個使用した２連原動機。
図１９は、実施例３，拡大水路付きタービンを３個使用した３連原動機。
図２０は、実施例４、拡大水路付きタービンを４個使用した４連原動機で導水管をパイプにした実施例です。図２２にタービン内の拡大図を掲載。
図２３は、実施例５、動力ローターと、補助ローターの形状を変え排水口の位置を流入口側へ移動させたタービン。
図２４は、実施例６、導水管８３をパイプにして、補助排水管３０１を取り付け、この補助排水管３０１に、電気式自動流量調整弁３００（自動流量コントーロ装置）を取り付けたタービンを２個併設した原動機。
実施例２（図１８）．実施例３（図１９）は、実施例１のタービンと同じ構造のタービンでタービンの数を変えることにより位相差の違いを表しています。又、実施例４（図２０）は実施例１（図７）に対して動力軸と動力ローターの固定部分の形状を変えて、導水管にパイプを用いた実施例です。実施例５（図２３）は負荷が大きい時に対応できるローターの形状で排水口を、流入口側に移動することにより動力ローターの回転半径を大きくすることが出来る。例えば３連の原動機の場合は１つのタービンが１２０度稼働すると、３個で３６０度稼働することになります。回転速度が１ｍ／ｓであれば３連の場合は外周を３ｍとすることが出来ます。１つのタービンが１８０度稼働するタービンでは外周が２ｍとなります。この数値は動力ローターが回転に必要な水圧を受ける面の中間点の速度及び、距離です。実施例６（図２４）は拡大水路（自動流量コントロール装置）付きタービンの外部に、もう１つ電気式の流量コントロール装置を取り付けることにより負荷の変動にも対応可能にした原動機の実施例です。
【産業上の利用可能性】
【００１０】
本発明に係るタービンや原動機は、上記実施例で示した水力発電用タービンや原動機としての利用に限らず、広く産業上利用できるタービンや原動機としても提供することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年8月4日(2009.8.4)
【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】
導水管に連結された流入口と、ギヤーを介して逆の回転方向で連動可能となっている動力軸および補助ローター軸と、上記動力軸に固定されていて上記動力軸を中心に上記動力軸と共に回転可能な片持ち板状の動力ローターと、上記補助ローター軸に固定されていて上記補助ローター軸を中心に補助ローター軸と共に回転可能で、上記動力ローターを収容するための凹部を有している円柱状の補助ローターと、排水口と、を備えた第１のタービンを有し、  上記第１のタービンと同一の構造を有し、上記第１のタービンと上記動力軸を共有し、動力ローターは上記第１のタービンの上記動力ローターと１８０度遅れを有するように上記動力軸に固定されていて、上記第１のタービンに連結される上記導水管とは別の導水管に流入口が連結されている第２のタービンを有することを特徴とする水の運動エネルギーを取り出すための原動機において、  各タービンの水路は、前記動力ローターと、前記補助ローターと、ケーシングで形成され、上記動力ローターの先端部の上記ケーシングの弧の部分の内壁の曲率半径が上記動力ローターの回転半径の１．０１倍から１．５倍の範囲内であり、排水口側では、上記動力ローターの先端と上記ケーシングの内壁の隙間が上記動力ローターの回転を妨げない程度に上記ケーシングの内壁の中心点に対して上記動力ローターの中心軸を上記排水口側へずらして配置し、自動流量コントロール装置を、取水口から排水口までの間に１乃至複数個を装備したタービンを少なくとも２個以上それぞれの位相を均等にずらして併設したことを特徴とした原動機。
【国際調査報告】
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