(57)【要約】【課題】電気タービン発電機を提供する。【解決手段】本発明の電気タービン発電機は、流体合流ガイド装置１０と、ホイール２０とを含む。流体合流ガイド装置１０は、ガイドプレートと、ハウジングとを含む。ハウジングは、流体入口１０１と、湾曲部材１０３と、両側の湾曲部材１０３の横方向チャネルに設けられた流体出口とを有する。ホイール２０は、歯車を有する２つの離間したリムとリムの間のブレードを含む。電気タービン発電機は、流れる水（例えば海水）または風のエネルギーを有用な形態の電力に変換する。２つの隣接するガイドプレートの間の空間に入る流体は、回転する流体部分に分割される。流体は、最適な角度でブレードに衝突する。車軸のないホイール２０は、流速が遅くなるとうまく機能する。発電装置は、ホイール２０によって駆動される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体合流ガイド装置（１０）と、
ホイール（２０）とを含み、
前記流体合流ガイド装置は、ハウジング（１１）と複数のガイドプレート（１２）を有し、前記ハウジングは、第１の端部に流体入口を有し、第２の端部に湾曲部材を有し、前記湾曲部材は横方向チャネルを有し、前記湾曲部材の前記横方向チャネルの両側に流体出口を有し、
前記ホイールは、前記湾曲部材の前記横方向チャネルの前記両側に２つの離間したリムと、環状に各前記リムの間に配置され、同じく前記横方向チャネルの前記両側に配置された各前記流体出口と等間隔に配置される複数のブレードとを含み、
前記複数の前記ブレードは、環状の関係で互いに対して放射状の円形アレイに配置され、しかも各前記流体出口と同心円状に形成され、
各前記リムは、複数のギアを含むことを特徴とする電気タービン発電機。
【請求項２】
各前記ガイドプレートは、前記ハウジング内で互いに環状に等間隔に配置され、
各前記ガイドプレートは、それぞれ前記ハウジングの対向する２つの表面に固定された２つの端部を有し、
各前記ガイドプレートと、各前記２つの各前記端部は、前記流体合流ガイド装置の前記流体出口と同心円状に配置され、２つの隣接する各前記ガイドプレートの間の空間に入られた流体は、複数の単一の回転流体部分に分割されることを特徴とする請求項１に記載の電気タービン発電機。
【請求項３】
前記流体合流ガイド装置の前記流体入口の断面積は、その前記流体出口の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項１に電気タービン発電機。
【請求項４】
前記ホイールは、車軸を有していないことを特徴とする請求項１に記載の電気タービン発電機。
【請求項５】
前記ハウジングの各前記湾曲部材の２つの対向面にそれぞれ固定された複数の位置決め部材をさらに含み、
前記ホイールの各前記リムは各前記位置決め部材に対して回転移動するように構成され、
各前記位置決め部材は、前記ホイールと、前記ホイールの中心を通って配置された車軸とを含み、
前記車軸は、前記ハウジングの各前記湾曲部材のいずれかの面に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の電気タービン発電機。
【請求項６】
前記ハウジングの各前記湾曲部材の前記２つの前記対向面にそれぞれ固定された複数の位置決め部材をさらに含み、
前記ホイールの各前記リムは、各前記位置決め部材に対して回転移動するように構成され、
各前記位置決め部材は、前記ホイールと、前記ホイールの中心を通って配置された車軸とを含み、前記車軸は前記ハウジングの各前記湾曲部材のいずれかの面に固定されていることを特徴とする請求項５に記載の電気タービン発電機。
【請求項７】
前記ハウジングの各前記湾曲部材の２つの対向面にそれぞれ固定された複数の位置決め部材を含み、
前記ホイールの各前記リムは前記位置決め部材に対して回転移動するように構成され、
各前記位置決め部材は、短い止めプレートと長い止めプレートとを含み、
前記短い止めプレートは、前記ハウジングの各前記湾曲部材のいずれかの面に固定され、
前記長い止めプレートの一端は、前記短い止めプレートで形成され、しかも前記ハウジングの表面の遠位になり、
前記ホイールの各前記リムは、前記長い止めプレート内で回転するように設けられることを特徴とする請求項１に記載の電気タービン発電機。
【請求項８】
前記ハウジングの各前記湾曲部材の前記２つの前記対向面にそれぞれ固定された複数の位置決め部材を含み、
前記ホイールの各前記リムは前記位置決め部材に対して回転移動するように構成され、
各前記位置決め部材は、短い止めプレートと長い止めプレートとを含み、
前記短い止めプレートは、前記ハウジングの各前記湾曲部材のいずれかの面に固定され、
前記長い止めプレートの一端は、前記短い止めプレートで形成され、しかも前記ハウジングの表面の遠位になり、
前記ホイールの各前記リムは、前記長い止めプレート内で回転するように設けられることを特徴とする請求項５に記載の電気タービン発電機。
【請求項９】
複数の発電装置を含み、
各前記発電装置は、各前記ギアと、前記ハウジングの各前記湾曲部材の外側に配置された発電機を有し、
各前記ギアは、前記発電機のシャフト上に配置され、各前記リムの複数の歯車と噛み合うことを特徴とする請求項１に記載の電気タービン発電機。
【請求項１０】
各前記発電装置の各前記ギアは、トランスミッションギアボックスに置き換えられることを特徴とする請求項９に記載の電気タービン発電機。
【請求項１１】
総発電量は、複数の発電装置によって負担されることを特徴とする請求項１に記載の電気タービン発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電機装置に関し、特に、電気タービン発電機に関する。電気タービン発電機は、電気タービン発電機は、流れる水（例えば海水）または風のエネルギーを有用な形態の電力に変換することができる。電気タービン発電機は、流体合流ガイド装置と、ホイールと、複数の発電装置とを備える。流体合流ガイド装置は、流体速度を増し、２つの隣接する案内板の間の空間に入る流体を回転する流体部分に分割することができる。流体は最適な角度でブレードに衝突する。発電装置は車輪によって運転される。総発電量は、複数の発電装置によってもたらされる。単一の発電装置は、比較的小さい重量を有するため、高速回転できる。それによって、取り外す危険性を低減することができる。
【背景技術】
【０００２】
従来の潮流発電装置は、風力タービンの発電装置と非常によく似ており、したがって、しばしば潮流タービンと呼ばれる。しかしながら、従来の潮流発電装置は以下のような欠点を有する。海に浮かぶため安定しない。海底に固定されている場合、建設は困難で危険となる。発電装置は、１台のみ設けられる。海流は、回転のために直接ブレードに衝突するが、これはブレード直径が小さいことと、ブレードの流体衝突面積が小さいことと、発電量が少ないことのために不利である。海底を横切る配電線の敷設も困難となる。発電コストは非常に高い。潮流発電装置の設置は、危険である。
【０００３】
２００７年台湾能源技術研究発展の報告書と、台湾海洋技術研究センターからの文献資料によると、１．２ｍ／ｓの流速、２０ｋｍ以上の海岸線からの距離、１００ｍ以上の海の深さが、潮流発電装置の設置に適していると記載している。したがって、設置の地点に適しているのは、台湾東海岸沖の海のみである。それらの条件は特に重要である。もし海上の場所の流速が１．２ｍ／ｓ未満となると、経済的ではなくなる。
【０００４】
したがって、海の海流が０．３ｍ／ｓを超え、敷地から海岸線までの距離が１ｋｍを超え、敷地の海の深さが６０ｍを超える海上に設置されたときに、経済的に発電することができる、電気タービン発電機を開発することが望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、流体合流ガイド装置と、ホイールとを含み、流体合流ガイド装置は、ハウジングとハウジング内の複数のガイドプレートを有し、ハウジングは、第１の端部に流体入口を、第２の端部に湾曲部材を、そして両側の湾曲部材の横方向チャネルに流体出口を有し、ホイールは、２つの離間したリムと、リムの間に環状に配置され、その中に配置された流体出口と等間隔に配置された複数のブレードとを含み、ブレードおよび流体出口は同心円状に形成され、各リムは、複数の歯車を含む、電気タービン発電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、従来技術と比較して、以下の利点および利益を有する。
【０００７】
流体合流ガイド装置を設けることにより、流体がブレードに衝突しない。代わりに、回転のためにブレードを打つ前に、流体は流体合流ガイド装置によってガイドされる。流体合流ガイド装置は、流速を高めるだけでなく、流れる水のエネルギーを有用な形態の動力に変換する。
【０００８】
車軸がないホイールは、限られたスペースで自由に回転するかもしれない。ホイールは、ブレードの受力面積が大幅に増大すること、ホイールの直径も大幅に増大させること、ブレードの数が大幅に増加することなどの複数の異なる設計のうちの１つを有することができる。流速が遅いときでも、ホイールによって大きな電気エネルギーが生成される。発電性能が大幅に向上する。
【０００９】
複数の発電装置は、ホイールによって駆動される。総発電量は、複数の発電装置によって負担される。単一の発電装置の各々は比較的に小さい重量を有する。これにより、発電装置の取り付けまたは取り外しのリスクを減らすことができる。さらに、発電装置が海水に浸かるのを防ぐために、海面上に電気タービン発電機を設置することができる。
【００１０】
したがって、本発明の第１の態様の電気タービン発電機は、流体合流ガイド装置とホイールとを含む。流体合流ガイド装置は、ハウジングとハウジング内の複数のガイドプレートを有する。ハウジングは、第１の端部に流体入口を、第２の端部に湾曲部材を、そして両側の湾曲部材の横方向チャネルに流体出口を有する。ホイールは、湾曲部材の両側に２つの離間したリムと、環状にリムの間に配置されて、そこに配置された流体出口と等間隔に配置される複数のブレードとを含む。複数のブレードは、環状の関係で互いに対して放射状の円形アレイに配置されて、しかも流体出口と同心円状に形成される。各リムは、複数のギアを含む。
【００１１】
本発明の一つの実施形態によれば、ガイドプレートは、環状であり、ハウジング内で、互いに等間隔で配置されている。各ガイドプレートは、ハウジングの２つの対向面にそれぞれ固定された２つの端部を有して、それら全ては、流体合流ガイド装置の流体出口と同心円状に配置される。隣接する２つのガイドプレートの間の空間に入る流体は、複数の単一の回転流体部分に分割される。
【００１２】
本発明の一つの実施形態によれば、流体合流ガイド装置の流体入口の断面積は、その流体出口の断面積よりも大きい。
【００１３】
本発明の一つの実施形態によれば、ホイールは、車軸を有していない。
【００１４】
本発明の一つの実施形態によれば、本発明は、さらにハウジングの湾曲部材の２つの対向面にそれぞれ固定された複数の位置決め部材を含む。ホイールのリムは位置決め部材に対して回転移動するように構成される。各位置決め部材は、ホイールとホイールの中心を通って配置された車軸とを含む。車軸はハウジングの湾曲部材のいずれかの面に固定されている。
【００１５】
本発明の一つの実施形態によれば、本発明は、さらにハウジングの湾曲部材の２つの対向面にそれぞれ固定された複数の位置決め部材を含む。ホイールのリムは位置決め部材に対して回転移動するように構成される。各位置決め部材は、ホイールとホイールの中心を通って配置された車軸とを含む。車軸はハウジングの湾曲部材のいずれかの面に固定されている。
【００１６】
本発明の一つの実施形態によれば、本発明は、さらにハウジングの湾曲部材の２つの対向面にそれぞれ固定された複数の位置決め部材を含む。ホイールのリムは位置決め部材に対して回転移動するように構成される。各位置決め部材は、短い止めプレートと長い止めプレートとを含む。短い止めプレートは、ハウジングの湾曲部材のいずれかの面に固定される。長い止めプレートの一端は、短い止めプレートで形成されて、しかもハウジングの表面の遠位になる。ホイールのリムは、長い止めプレート内に位置決めされ、回転するように設けられる。
【００１７】
本発明の一つの実施形態によれば、本発明は、さらにハウジングの湾曲部材の２つの対向面にそれぞれ固定された複数の位置決め部材を含む。ホイールのリムは位置決め部材に対して回転移動するように構成される。各位置決め部材は、短い止めプレートと長い止めプレートとを含む。短い止めプレートは、ハウジングの湾曲部材のいずれかの面に固定される。長い止めプレートの一端は、短い止めプレートで形成されて、しかもハウジングの表面の遠位になる。ホイールのリムは、長い止めプレート内で回転するように設けられる。
【００１８】
本発明の一つの実施形態によれば、本発明は、さらに複数の発電装置を含む。各発電装置は、ギアとハウジングの湾曲部材の外側に配置された発電機を有し、ギアは、発電機のシャフト上に配置される。ギアは、各リムの複数の歯車と噛み合う。
【００１９】
本発明の一つの実施形態によれば、各発電装置のギアは、トランスミッションギアボックスに置き換えられる。
【００２０】
本発明の一つの実施形態によれば、総発電量は、複数の発電装置によって負担される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による電気タービン発電機を示す斜視図である。
【図２】本発明による流体合流ガイド装置を示す斜視図である。
【図３】流体の流れの方向を示す流体合流ガイド装置の側面図である。
【図４】ホイールと位置決め部材を示す斜視図である。
【図５】ガイドプレートとブレードの位置を示す概略図である。
【図５Ａ】図５にある領域Ａの詳細を示す図である。
【図６】図５と同様の流体の流れを示す図である。
【図６Ａ】図６にある領域Ａの詳細を示す図である。
【図７】ホイール、位置決め部材、および発電装置を示す斜視図である。
【図７Ａ】図７にある領域Ａの詳細を示す斜視図である。
【図７Ｂ】図７Ａの部分の断面図である。
【図８】図７の側面図である。
【図９】海底に固定された電気タービン発電機の斜視図である。
【図９Ａ】電気発電装置を示す図９の領域Ｂの詳細を示す図である。
【図１０】図９の側面図である。
【図１１】位置決め部材の第２の実施形態を示すホイールの斜視図である。
【図１２】ホイールと位置決め部材の第２の実施形態を組み込んだ流体合流ガイド装置の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１〜１０を参照する。本発明による電気タービン発電機は、流体合流ガイド装置１０と、ホイール２０と、複数の位置決め装置２３と、複数の発電装置３０と、複数の支持体４０とを備える。説明の便宜上、支持体４０は、短縮された長さで示されている。
【００２３】
図２に示すように（ホイール２０と位置決め装置２３が省略されている）、流体合流ガイド装置１０は、ハウジング１１と複数のガイドプレート１２とを有し、しかもそれらは円形に配置されている。ハウジングは、筐体１１１とフード１１２とを含む。フード１１２は、流体入口１０１を有する。筐体１１１は、湾曲部材１０３と、その周囲にガイドプレート１２が設けられた横方向チャネル１１３とを含む。各ガイドプレート１２の両端は、それぞれ筐体１１１の２つの内面に固定されている。流体出口部材１２２は、任意の２つの隣接するガイドプレート１２の間に設けられている。流体出口部材１２２は、流体合流ガイド装置１０の流体出口１０２として機能する。
【００２４】
図５Ａ、図６Ａに示すように、流体が２つの隣接するガイドプレート１２の間に位置する入口部材１２１に入ると、複数の回転流体部分に分割される。各回転流体部分は、それぞれ、隣接するガイドプレート１２の間にある流体出口部材１２２を出て、ホイール２０の複数のブレード２２のうちの１つを回転させる。流体合流ガイド装置１０の流体入口１０１の断面積は、流体出口１０２の断面積よりも大きいため、流体流速は、流体出口１０２で増加する。
【００２５】
本発明の１つの特徴を以下に詳述する。分割された複数の回転流体部分は、それぞれ、最適な角度でブレード２２に当たってホイール２０を回転させて、流れる水のエネルギーを有用な電力形式に変換する。
【００２６】
図３を参照して、流体の流路とその動作原理を以下に説明する。第１の流体部分１３１、第２の流体部分１３２、および第３の流体部分１３３は、流体合流ガイド装置１０の流体入口１０１から流入して、第４の流体部分１３４に収束する。次に、第４の流体部分１３４は、ハウジング１１の湾曲部材１０３によってガイドされて、さらに第５の流体部分１３５に収束する。他の一部の流体は、強制的に、複数のガイドプレート１２の間の外側に位置する入口部材１２１に入れられる。
【００２７】
図５、図６、図６Ａに示すように、第６の流体部分１３６は、流体が分割された最初に、２つの隣接するガイドプレート１２の間に形成される。第６の流体部分１３６は、流体が複数の回転流体部分に分割された結果として、さらに、第７の流体部分１３７を形成する。これにより、流れる水のエネルギーを有用な形態の動力（例えば、回転機械エネルギー）に変換するように、ホイール２０を最適な角度で回転させるためにブレード２２に作用する。また、第７の流体部分１３７のエネルギーは、ブレード２２の曲面に沿って流れるときにブレード２２に伝達される。さらに、第８の流体部分１３８は、流体がブレード出口２２１を出るときに形成される。最後に、流体は、チャネル１１３を介して流体合流ガイド装置１０を出る。
【００２８】
図４に示すように、ホイール２０は、車軸を有さず、２つの離間したリム２１と、リム２１間の複数のブレード２２と、複数の位置決め部材２３とを含む。ブレード２２は、等間隔にチャネル１１３と共に、同心円状に配置されている。リム２１は、複数の歯車２１１を含む。位置決め部材２３は、それぞれハウジング１１の２つの対向面に固定されている。位置決め部材２３は、リム２１と作動中、位置決めとフローティングと回転移動してもよい。位置決め部材２３は、車輪２３１と車軸２３２とを含む。
【００２９】
図７、図７Ａに示すように、車軸２３２は、車輪２３１の中心を通って配置されている。車軸２３２は、ハウジング１１の湾曲部材１０３の両外側面に固定されている。上述のように、リム２１は、位置決め部材２３に対してまたはその内部で、回転移動することができる。図７、図７Ａ、図７Ｂ、図８に示すように、ブレード２２への流体を流させることに対応して、車軸がないホイール２０は、通常は限られた空間内で、すなわち位置決め部材２３内で、自由に回転することができる。
【００３０】
図１１と図１２を参照する。本発明の位置決め部材２３Ａの第２の実施形態が示されている。位置決め部材２３Ａは、リム２１を中心に回転するようになっている。位置決め部材２３Ａは、第１プレート２３Ａ１と第２プレート２３Ａ２とを含む。第１プレート２３Ａ１は、ハウジング１１の湾曲部の両外側面に固定されている。位置決め部材２３Ａは、等間隔に同心円状に配置されている。第２のプレート２３Ａ２の一端には、第１のプレート２３Ａ１が形成され、かつハウジング１１の表面の遠位に形成されている。リム２１は、上述のように、第２のプレート２３Ａ２の限られた空間内で回転するようになっている。
【００３１】
したがって、車軸がないホイール２０は、通常は狭い空間内で自由に回転することができる。ホイール２０は、ブレード２２の受力面積が大幅に増大すること、ホイール２０の直径も大幅に増大させること、ブレード２２の数が大幅に増加すること、という複数の異なる設計のうちの１つを有することができる。したがって、流速が遅いときでも、ホイール２０によって大きな電気エネルギーが発生する。その結果、発電性能が大幅に向上する。これが、本発明の主な目的である。
【００３２】
複数の発電装置３０のそれぞれは、ギア３１とハウジング１１の外部に配置された発電機３２を含む。ギア３１は、発電機３２の軸上に配置されている。ギア３１は、リム２１の歯車２１１と噛み合っている（図１および図９Ａを参照されたい）。発電装置３０は、ホイール２０を回転させることに応じて発電することができる。したがって、流体の潜在的なエネルギーは、電気エネルギーに変換されることができる。発電装置３０は、ホイール２０によって駆動される。総発電量は、複数の発電装置３０によって負担される。したがって、単一の発電装置３０は比較的小さい重量を有する。これは、発電装置３０を設置または取り外す危険性を低減するという利点を有する。さらに、本発明の電気タービン発電機は、海面６０の上に設置することができる。これは、発電装置３０が海水に浸されるのを防ぐという利点も有する。その結果、電気タービン発電機の耐用年数は非常に長くなる。発電装置３０のギア３１は、ハウジング１１の湾曲部分の２つの対向面に固定された手動変速機で交換することができる。さらに、変速機は、リム２１の歯車２１１と噛み合う。
【００３３】
さらに、上述の電気タービン発電機は、流れる水（例えば、海水）のエネルギーを有用な形態の電力に変換することが可能であり得ることが理解されよう。
複数の支持体４０は、海底５０に固定されることによって、本発明の電気タービン発電機を固定するために使用される。さらに、ハウジング１１の底部は、支持部４０によって支持されている。その結果として、本発明の電気タービン発電機は固定される。
【００３４】
上述したのは、本発明の好ましい実施形態であって、本発明は、上記の実施形態において説明したものに限定されるものではなく、かつ発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の設計変更、補正等価的に置き換えることが可能であることは当然のことである。
【符号の説明】
【００３５】
１０      流体合流ガイド装置
１０１    流体入口
１０２    流体出口
１０３    湾曲部材
１１      ハウジング
１１１    筐体
１１２    フード
１１３    チャネル
１２      ガイドプレート
１２２    流体出口部材
１３１    第１の流体部分
１３２    第２の流体部分
１３３    第３の流体部分
１３４    第４の流体部分
１３５    第５の流体部分
１３６    第６の流体部分
１３７    第７の流体部分
１３８    第８の流体部分
２０      ホイール
２１      リム
２１１    歯車
２２      ブレード
２２１    ブレード出口
２３      位置決め部材
２３Ａ    位置決め部材
２３Ａ１  第１プレート
２３Ａ２  第２プレート
２３１    車輪
２３２    車軸
３０      発電装置
３１      ギア
３２      発電機
４０      支持体
５０      海底
６０      海面
【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５Ａ】
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【図６】
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【図６Ａ】
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【図７】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
2019534424.tif 000015
【図９Ａ】
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【図１０】
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【図１１】
2019534424.tif 000018
【図１２】
2019534424.tif 000019
【国際調査報告】
2019534424.tif 000020