(57)【要約】増加したエネルギーが流路に位置する主電動機（２０）によって流体流れから抽出可能なように拡散装置（１１）の外部から拡散装置流路（１６）に流体流れの導入を可能にする部材群（１５）の先端部および後端部間に設けられたすき間（２９）とともに一連の翼断面部材（１５）から形成される側壁（１４）のある拡散装置（１１）を利用する流体流れからのエネルギーの抽出用の方法と装置（１０）。
2007538185.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出入口部ならびに前記出入口部間にある側壁あるいは壁を有する流路が含まれ、前記側壁あるいは壁は翼断面部材の複数の部材によって定められる流体流れのエネルギー抽出用装置における利用向けの拡散装置。
【請求項２】
前記翼断面部材が、出入口部以外に、一翼断面部材の後端部分が直接隣接する後面翼断面部材の先端部分に隣接するよう隣接している前記出入口部間で連結して設けられる請求項１に請求される拡散装置。
【請求項３】
すき間が各翼断面部材の後面部分ならびに隣接する翼断面部材の先端部分の間に設けられ、これによって拡散装置の外部からの流体流れが各翼断面部材間の流路に導入可能である請求項２に請求される拡散装置。
【請求項４】
前記拡散装置を回転可能に支持し、これによって前記拡散装置が流体流れの方向に調節可能となる支持手段が含まれる請求項１から請求項３までのいずれかに請求される拡散装置。
【請求項５】
前記支持手段に拡散装置が鉛直軸廻りの回転用に取付けられる支持台座が含まれる請求項４に請求される拡散装置。
【請求項６】
前記流路の横断面積が当初、入口部から出入口部間のくびれ部領域まで減少し、その後、横断面積が後方へくびれ部領域から出口部の方へ離れるに従って増加する請求項１から請求項５までのいずれかの請求項に請求される拡散装置。
【請求項７】
前記翼断面部材が出入口部間で放物曲線に沿って設けられる請求項６に請求される拡散装置。
【請求項８】
前記流路がほぼ長方形横断面をなすとともに、前記拡散装置が一組の中空対向平面壁ならびに前記翼断面部材によって定められる一組の対向側壁のある請求項１から請求項７までのいずれかの請求項に請求される拡散装置。
【請求項９】
前記中空平面壁に上面および下面の壁が含まれるとともに、前記翼断面部材が該翼断面部材の先端部および後端部がほぼ鉛直であると同時に上面および下面の壁間に延びる方向を向いている請求項８に請求される拡散装置。
【請求項１０】
拡散装置の側壁が翼横断面の環状部材によって定められる前記流路の断面がほぼ円形横断面をなす請求項１から請求項７までのいずれかに請求される拡散装置。
【請求項１１】
お互いに角度をなす複数の翼断面部材によって定められる前記流路が複数辺の横断面をなす請求項１から請求項７までのいずれかに請求される拡散装置。
【請求項１２】
各前記翼断面部材がくびれ部領域から後方へ拡散装置の長手方向軸に対し角度が増す請求項６に請求される拡散装置。
【請求項１３】
拡散装置の先端部で、側壁の翼断面部材がくびれ部から外側へ該拡散装置の長手方向軸に対１０度から１２度の角度をなす請求項６に請求される拡散装置。
【請求項１４】
拡散装置の後端部で、側壁の翼断面部材がくびれ部から外側へ該拡散装置の長手方向軸に対し４０度から４５度の角度をなす請求項６に請求される拡散装置。
【請求項１５】
翼断面部材に非対称翼断面部材が含まれる請求項１から請求項１４までのいずれかの請求項に請求される拡散装置。
【請求項１６】
翼断面部材間のすき間を調節するための翼断面部材の調整用手段が含まれる請求項３に請求される拡散装置。
【請求項１７】
前記翼断面部材が長手方向軸廻りの回転運動用に取付けられるとともに、該部材の回転位置の調整用手段が含まれる請求項１６に請求される拡散装置。
【請求項１８】
自然発生流体の流れ中に拡散装置の提供手段が含まれ、前記拡散装置には入口部と出口部ならびに前記出入口部間に側壁あるいは壁のある流路が含まれ、前記側壁あるいは壁は翼横断面の複数の部材によって定められ、前記流路には前記出入口部間にくびれ部領域があるとともに、該くびれ部に位置する主電動機でエネルギー取出し手段を駆動させ、該主電動機は該くびれ部を通じて流体の流れに反応して移動するよう構成されるエネルギーの生成方法。
【請求項１９】
入口部と出口部ならびに前記出入口間に側壁あるいは壁のある流路が含まれる拡散装置が含まれ、前記側壁あるいは壁は翼横断面の複数の部材によって定められ、前記流路には前記出入口にくびれ部領域ならびにエネルギー取出し手段を駆動させるくびれ部領域に位置する主電動機があり、該主電動機は該くびれ部領域を通る流体の流れに反応して移動するよう構成されるエネルギー生成用装置。
【請求項２０】
前記主電動機に、回転可能に取付けられる軸棒ならびに軸棒に支持される羽根のあるタービンが含まれる請求項１９に請求される装置。
【請求項２１】
前記羽根が放射状に軸棒から間隔をおいて配置されかつ軸棒に平行に延びるとともにこれらが翼横断面をなす請求項２０に請求される装置。
【請求項２２】
前記羽根が長手方向軸廻りに限定された回転運動が可能なように取付けられる請求項２１による装置。
【請求項２３】
制止手段が羽根の回転運動を止めるために設けられる請求項２２に請求される装置。
【請求項２４】
腕木がその回転運動用の各羽根に固定され、該腕木が制止手段と連結される請求項２３に請求される装置。
【請求項２５】
前記制止手段に反対方向の羽根の回転運動を制止させるためのピストンとシリンダーが含まれる油圧制止手段が含まれる請求項２４に請求される装置。
【請求項２６】
前記シリンダーに、反対方向のピストンの動きに関してシリンダー前後の流体の流れを限定可能にする開口部が含まれる請求項２５に請求される装置。
【請求項２７】
前記羽根の腕木が油圧制止手段の各ピストンに回転可能に接続される請求項２５あるいは請求項２６に請求される装置。
【請求項２８】
請求項２５から請求項２７までのいずれかの請求項に請求される装置で該羽根の回転運動を限定するための停止手段が含まれるもの。
【請求項２９】
前記停止手段が最初の方向に腕木ならびに羽根の回転運動を限定するために腕木の運動経路中に設けられる請求項２８に請求される装置。
【請求項３０】
前記制止手段が反対方向に腕木と羽根の回転運動を限定する請求項２９に請求される装置。
【請求項３１】
前記翼断面部材が出入口部間に連結して設けられるとともに、出入口部以外に、すき間あるいは細長溝が各翼断面部材の後面部分あるいは縁部ならびに隣接する外形断面の先端部分あるいは縁部の間に設けられる請求項１９から請求項３０までのいずれかの請求項に請求される装置。
【請求項３２】
前記主電動機の出力感知用手段ならびに感知出力に応じて前記翼断面部材間の前記すき間の大きさを変動させる前記翼断面部材の調節手段が含まれる請求項３１に請求される装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は流体流れからのエネルギー抽出の方法と装置、特に、流体流れからのエネルギー抽出の効率を上げるために改善された方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電機に電気を発生させるため駆動する適切なタービンの利用によって流体流れからエネルギーを抽出することが良く知られている。このような装置は水力発電装置に一般的に利用され、通常、タービンが位置する水路を通じて水流を生じさせるダムの建設によって生み出される水圧の落差が利用される。これらの装置は比較的、効率的であるが、ダムの建設中ならびに建設以降の環境に否定的な影響を与える可能性がある。
【０００３】
エネルギーの源として海を利用する装置はその他にも提案され、利用されてきた。エネルギーは海の波動運動あるいは海の潮汐の変化を利用して海から抽出可能である。しかしながら、流体の緩慢な変動体には、エネルギー抽出手段を駆動させるのに必要な運動を生じさせる大型で費用のかかる主発動機が必要とされる。流体本体は実質的なエネルギーの提供の十分な可能性がある一方で、難しいのはそのエネルギーの活用法である。装置がメリットあるものとなる適切な電気供給を生み出すためには、流体流れの速度を十分速くして、費用のかかる複雑な主発動機を設置する必要性を避けなくてはならない。現在提案されるかあるいは使用中の装置はそのコストが高すぎて、広範に実施されるだけの十分な理由がない。現在使用中の様々な装置では、エネルギー効率の良い抽出を可能にするだけの十分に速い速度を得ることは困難である。
【発明の開示】
【０００４】
本発明は、上記の不利な点のひとつ以上を解決するか、あるいは少なくとも緩和する流体流れからエネルギーを抽出するために改善された方法と装置を提供することを目的とする。特定の側面において、本発明は、潮力エネルギー抽出装置における水のように、流体流れからエネルギー集積を高める場合の利用に向けた拡散装置を提供することを目的とする。本発明はもうひとつの側面では、流体流れからエネルギーを抽出するための装置を提供する事が目的となる。本発明のその他の目的や利点は以下の説明から明らかになろう。
【０００５】
本発明の一側面によると、流体流れからのエネルギーを抽出するための装置に利用される拡散装置が設けられ、前記拡散装置には入口部、出口部ならびに前記入口部と前記出口部間の側壁あるいは壁をもつ流路が含まれ、前記側壁あるいは壁は翼状横断面の複数の部材によって定められる。
【０００６】
翼断面部材は、入口部、出口部以外に、一翼断面部材の後端部分あるいは縁部が、直接隣接する翼断面部材先端部分あるいは縁部に隣接するように入、出口部間を連結して設けられるのが好ましい。用語「翼断面部材」はここで任意の翼状物体が含まれるものとして使用される。
【０００７】
拡散装置の外側からの高エネルギー流が各翼断面部材間の流路に導入可能なように、すき間あるいは細長溝が各翼断面部材の後端部分あるいは縁部と、隣接する翼断面部材の先端部分あるいは縁部との間に設けられるのが好ましい。
【０００８】
一般的に、拡散装置は、入口部が出口部の上流に位置するような潮汐流内部のように、自然に生ずる流体流れの中に位置することが可能である。拡散装置は流体流れの中に位置する適切な支持手段上に支持可能である。拡散装置は流体流れの方向に調節して合わせられるよう回転可能に支持手段に取付けられるのが好ましい。支持手段には、拡散装置の鉛直軸廻りの回転用に取付けられる台座も含まれると良い。もしくは、拡散装置は、適切な構造物あるいは浮揚体のようなその他の手段から吊されるか、あるいは流体自身内部の必要な高さに固定されても良い。
【０００９】
拡散装置により、当初、入口部から出入口間の細くくびれた領域まで横断面積が減少した後、後方に横断面積が大きくなり細くくびれた領域から出口部の方へと遠ざかる流路が適切に定められる。翼断面部材は出入口部間で放物曲線に沿って設けられるのが好ましい。
【００１０】
ある形の拡散装置ではほぼ長方形の横断面の流路を定めることが可能である。この構成の拡散装置には、一組の対向する中空平面壁と翼断面部材によって定められる一組の対向する壁が適切にある。該中空平面壁には上面および下面壁が適切に含まれるとともに、翼断面部材には、翼断面部材の先端および後端の縁がほぼ鉛直方向で、かつ拡散装置の上面ならびに下面の壁間に延びるよう向けられた部材が適切に含まれる。
【００１１】
しかしながら、拡散装置には任意の横断面の流路が定められても良い。つまり、さらに別の形態では、拡散装置は、翼横断面が環状部材で定められる拡散装置の側壁とともに、横断面がほぼ円形の流路により定められても良い。さらに別の構成では、拡散装置は八角形横断面のような複数辺横断面の流路により定めることもできる。このような構成では、流路の辺壁は、各組が出入口部間で次々に設けられる複数の組と相互に角度をなす複数の組の直線状翼断面によって定められても良い。
【００１２】
くびれ部から後方の拡散装置の翼断面部材は、一部材の後端縁と隣接する後端部材の先端縁との間に形成される各開口部あるいはすき間とともに、拡散装置の長手方向軸に対し角度が増える。一般的な構成で、拡散装置には、くびれた領域の後方に拡散装置の長手方向軸に関して１０度から２０度までの増分角度が付けられる翼断面部材がある。
【００１３】
拡散装置の先端で、側壁の翼断面部材は拡散装置の長手軸に対して１０度から１２度までの適切な取付け角度が与えられるため、くびれ部から外側に角度が付けられるのが好ましい。さらに、くびれ部領域付近の翼断面部材は、拡散装置の長手軸にほぼ平行に延びるのが適切である。拡散装置の後端部では、翼断面部材が拡散装置の長手軸に対し外側に４０度から４５度までの角度が付けられるのが適切である。ここでの翼断面部材の参照角度は翼断面部材の翼弦線から測られる角度について参照されたものである。
【００１４】
翼断面部材には非対称翼断面部材が含まれるのが好ましい。非対称翼断面部材には拡散装置の流路側に設けられるむくりがあるのが好ましい。
【００１５】
翼断面部材間のすき間を調整するために翼断面部材を調整する手段が設けられるのが好ましい。この目的のために、翼断面部材は長手軸廻りの回転運動用に取付けられると同時に、部材の回転位置を調整するための手段が設けられるのが好ましい。
【００１６】
拡散装置が流体流れからエネルギーを抽出するエネルギー集積装置に利用するために応用される場合には、一般的に自然発生水流の中に位置するとともに、主発動機がくびれ部付近に位置する。主発動機の出力を感知するための手段が設けられるとともに、例えば、翼断面部材が、主発動機の最大出力が達成される最適位置に移動可能なように、感知された出力に応じて翼断面部材間のすき間あるいは細長溝の大きさを調節するために、翼断面部材を回転軸廻りに回転させるといった翼断面部材を調節する手段が設けられるのが好ましい。流路中の流体流れの速度を感知する流れ感知手段が設けられるとともに、主発動機から最大出力をもたらす翼断面部材の最適位置が、流路を通る流体流れの速度に応じて調整可能であるのが好ましい。
【００１７】
さらに別の側面で、本発明はエネルギーの生成方法を提供するもので、該方法には自然発生流体流れ中に拡散装置を提供する手段が含まれ、前記拡散装置には出入口と前記出入口間の側壁あるいは壁のある流路が含まれ、前記側壁あるいは壁は翼横断面の複数の部材によって定められるとともに、前記流路には前記出入口間にくびれた領域があるとともに、エネルギー取出し手段がくびれた領域に位置する主電動機により駆動し、該主電動機はくびれた領域を通る流体流れに応じて移動するよう構成される。
【００１８】
さらに別の側面では、本発明ではエネルギー生成用装置が設けられ、該装置には、入口部、出口部ならびに前記出入口部間に側壁あるいは壁のある流路が含まれる拡散装置が含まれ、前記側壁あるいは壁は複数の翼横断面の複数部材によって定められ、前記流路には前記出入口間にくびれた領域があるとともに、主電動機はエネルギー取出し手段を駆動させるためにくびれた領域に位置し、主電動機はくびれた領域を通る流体流れに応じて移動するよう構成される。
【００１９】
出入口以外で、翼断面部材の後面部分あるいは縁部が直接隣接する後面翼断面部材の先端部分あるいは縁部と隣接するよう、翼断面部材は出入口間を連結して設けられるとともに、すき間あるいは細長溝が翼断面部材の後面部分あるいは縁部と隣接する外形断面（拡散装置の先端および後面端部の翼断面部材にあるものとは別に）の先端部分あるいは縁部の間に設けられるのが適当である。各翼断面部材間のすき間あるいは細長溝が拡散装置の外側から流路に高エネルギー流体流れの導入を可能にすることによって、境界層分離が防止されるため拡散装置がいくらかの速度圧を回復して、これによって主電動機による速度降下、つまり動力出力を増加させる。上述で引合いに出される通り、すき間の大きさは部材の最適位置が設定可能であるように主電動機の出力に応じて調整可能である。各翼断面部材は別々に調整されても良いし、あるいはすべての翼断面部材が同じ程度に調整されても良い。翼断面部材は長手軸に関する回転運動用に取付けられるのが好ましいとともに、翼断面部材を選択して回転軸廻りに回転させる手段が設けられても良い。調節手段は個別の翼断面部材が同時に同程度か、あるいは別々に軸廻りに回転させられることを可能にするプログラム可能な超小型制御器によって制御されても良い。こうして、各隣接翼断面部材間のすき間、あるいは細長溝が同じ程度かあるいは別々の程度に調節されても良い。流路の流体流れの速度もまた翼断面部材の最適位置が主電動機からの最適出力をもたらす流速に応じて設定可能なように超小型制御器で監視しても良い。
【００２０】
主電動機はくびれ部の水の速度に比例する速度で回転する拡散装置を通過する水によって動くよう構成される。通常、主発動機は流路内に回転可能に取付けられるタービンの形態をしている。タービンには回転可能に取付けられる軸棒と軸棒上にあるいはこれに支持される羽根が適当にある。羽根は、流体が経路を通過する場合に軸棒が回転するよう位置するよう構成されて良い。羽根はタービンの軸棒あるいは回転軸から放射状に間隔をおいて配置されても良いし、これらに平行に延びても良い。羽根は翼横断面状をなすことが適切である。軸棒と羽根は水路手段を通る流れの方向に関して直交して配置されても良い。すなわち、軸棒および羽根の回転軸は流れの方向に関して直交していても良い。
【００２１】
各羽根は羽根が流路を通る流体流れに最大の応答を生み出すよう調整できるよう調整可能に取付けできる。タービンの羽根は長手軸廻りの回転運動が限定可能なように取付けられるのが適切である。制止手段が羽根の回転運動を制止させるよう設けられるのが適切である。腕木がこれと一体の回転運動のために各羽根に固定される該腕木は制止手段と連結されるのが好ましい。制止手段には油圧制止手段が適切に含まれる。該制止手段は羽根の回転運動を反対方向に制止させるのが好ましい。制止手段には各羽根に連結されるピストンやシリンダーが含まれて良い。制止手段のシリンダーには、反対方向のピストン運動に関して流体流れをシリンダーの前後に限定可能にさせる開口部が含まれても良い。羽根の腕木は油圧制止手段のそれぞれのピストンに回転可能に接続されるのが好ましい。
【００２２】
羽根の回転運動を制限する停止手段が設けられても良い。
停止手段は最初の方向の腕木すなわち羽根の回転運動を制限するために腕木の運動経路中に設けられて良い。制止手段には反対方向の腕木と羽根の回転運動を制限する手段が含まれて良い。
【００２３】
タービンは場所や建設要件に応じて鉛直方向かあるいはその代わりの水平方向のいずれかに取付け可能である。従って、羽根および軸棒は拡散装置が稼働位置にある時に、ほぼ鉛直向きに向けられて良い。もしくは、羽根および軸棒は拡散装置が稼働位置にある時にほぼ水平に向けられて良い。
【００２４】
装置にはタービンの軸棒に直接あるいは間接に接続されるエネルギー取出し手段が含まれると良い。エネルギー取出し装置には電気発生用の発電機が含まれると良い。軸棒は、望まれる場合には適切な歯車装置あるいは適切な変速装置によって発電機に連結される拡散装置の側壁あるいは壁を通リ越して延ばして良い。
【００２５】
横断流構成のタービンは拡散装置を通る流体流れからのエネルギー抽出用に利用されるために上で説明されているものの、タービンはエネルギーがくびれ領域を通る加速された流体流れから抽出されるのを可能にするものであれば任意の適切な構成であって良い。さらに、複数の主発動機が拡散装置内に取付けられて、各エネルギー取出し手段に接続されて良い。
【好ましい実施例の詳細説明】
【００２６】
まず図1を参照すると、矢印Ａで表示される流れの方向に、流体流れ内部、例えば川の内部に沈められた本発明の実施例による流体エネルギー抽出装置１０が図示されている。装置１０には、上面および下面平面壁１２および１３、ならびに、上面および下面壁１２および１３間に延びるとともに直線に延びて平面壁１２および１３にほぼ直角な先端および後端縁のある一定横断面の複数の直線翼断面部材１５、によって定まる対向する側壁１４がある拡散装置１１が含まれる。拡散装置１１にはこうしてほぼ長方形横断面ながら、拡散装置１１の先端入口部１７と後端出口部１８との間で大きさが変化する流路１６が定められる。
【００２７】
拡散装置１１は、拡散装置１１が自動的に流れの方向を調節するようほぼ鉛直軸廻りの回転用に柱状台座１９上に取付けられ、これによって入口部１７は常に流入する流体流れの方に向けられる。柱状台座１９には例えば河の中の固定床に必要とされる拡散装置の取り付け用の脚が含まれて良い。鉛直軸上部での回転用に拡散装置を通じて流体流れからエネルギーを抽出するためのタービン２０が、流路１６中の拡散装置１１内部に取付けられる。拡散装置１１の下面に取付けられる発電機２１は歯車変速装置のような任意の適切な変速装置を通じてタービン２０に連結されて、タービン２０の回転が発電機２１を駆動させることになる。電気ケーブル２２は発電機２１に接続されるとともに、発電機２１によって発電される電力が供給されるはずの任意の上部表面の場所に届く。拡散装置１１に入り込むごみを防止するために、あるいはごみを拡散装置入口１７からそらすために偏向器２３が入口部１７に設けられる。偏向器２３には、直径が偏向器２３の先端部から入口部１７の方へ大きくなる間隔をおいて配置される複数の円状偏向要素２４が含まれる。ごみを捕捉するとともに、ごみが流路１６に入るのを防止するためにグリッド状メッシュ２５がさらに偏向器２３に連結される。
【００２８】
図２にさらにはっきりと示されるように、拡散装置１０には、出入口１７および１８間に入口部１７に隣接するくびれ部２６がある。流路１６は入口部１７からくびれ部２６までその横断面が当初減少するとともに、その後、くびれ部２６から出口部１８までその横断面が増加する。拡散装置１１の側壁１４を形成する翼断面部材１５は、先端縁２７が入口部１７の方へ向くとともに、後端縁２８が出口部１８の方向を向き、さらにくびれ部２６を形成する放物曲線にそって入口部、出口部１７および１８間に設けられるように方向が向けられる。各翼断面部材１５はさらに、細長溝様の構成をしたすき間２９が各翼断面部材１５の後端縁２８と隣接する後面部材１５の先端縁２７間に設けられるように設けられる（拡散装置１１の先端部と後面端部にあるものとは別に）。部材１５は、さらに、部材１５の先端縁２７がじかに隣接する先端部材１５の先端縁２８の流路２６に関して外側に設けられるように設けられる。すき間２５により、境界層分離を防止するとともに落差速度を回復させるため、拡散装置１１の外側から高エネルギーの流体流れの流体流路１６への導入が可能となる。
【００２９】
側壁１４の幾何形状は、入口部における翼断面部材１５がその弦線と拡散装置１１の長手軸Ｘ−Ｘとの間が10度から12度の間の角度θで外側に角度をなすものである。先端翼断面部材１５間に含まれる角度はこのように20度から24度までである。拡散装置１１の出口部１７の翼断面部材１５は弦線と長手軸Ｘ−Ｘ間のΦが外側に40度から45度までの角度をなす。従って、これらの部材間に含まれる角度は80度から90度である。しかしながら、これらの角度は拡散装置１１の先端部と後端部の両方で異なっても良い。
【００３０】
くびれ部２６において、翼断面部材１５の弦線は拡散装置１１の長手軸Ｘ−Ｘにほぼ平行にある。くびれ部２６から後方に、翼断面部材１５が今度は拡散装置１１のＸ−Ｘ軸に対し増える角度をなす。通常、翼断面部材１５はくびれ部２６から後方に外側に10度から15度の増分角度が付いている。翼断面部材１５は上向きのむくりが付いた図示されるような非対称の構成となっていて、拡散装置１１の流路側に位置する凸面辺がある。
【００３１】
図３および図４にさらにはっきりと示されるタービン２０には、中央軸棒３２を経由した鉛直軸廻りの回転用に拡散装置１１に取付けられる上面および下面円盤３０および３１のある鉛直軸タービンが含まれる。非対称翼横断面の、円周上に間隔をおいて配置される複数の鉛直直線状羽根３３、この場合には4枚の羽根が、上面および下面円盤３０および３１間に支えられて取付けられる。タービン２０の各羽根３３は、該羽根３３の先端縁３５に関して長手方向に延びる軸３４廻りに限定される回転運動のために円盤３０および３１に取付けられる。タービン２０の各羽根３３は、この実施例では、油圧制止器３６によって止められかつ限定されるある方向の羽根３３の回転運動について±10度で限定される角度までの傾斜が可能である。タービン羽根３０の回転軸は羽根３３の先端縁からの弦距離の２５％未満であることが好ましい。
羽根３３の回転軸３４廻りの傾斜作用は下記に説明されるよう水の外側に開く油圧制止器３６によって止められて、さもなければ羽根３３およびタービン２０を破壊してしまう傾斜モーメントの作用中の過度の衝撃からタービン羽根３３を防ぐ。
【００３２】
上記の目的で、腕木３７は羽根３３に関する回転のため回転軸３４の羽根３３にその一端が固定される。その他端は、腕木３７が回転するようシリンダー３９内部で移動可能な油圧制止器３６のピストン３８に接続される。シリンダー３９にはピストン３８がシリンダー３９内に進むにつれて、シリンダー３９からの流体の排出を制御可能にする空気抜き弁あるいは通気孔４０がある。反対方向の羽根３３の回転運動もまた空気抜き弁あるいは通気孔４０が外部流体流れのシリンダー３９への流入を制約する制止器３６によって止められる。さらに、ピストン３８と腕木３７の運動経路中にある制止器３６の向かいにある停止具４１が反対方向の羽根３３の回転運動を制限する。
【００３３】
タービン２０は入口部１６内部すぐのくびれ部２６の拡散装置１１の長手軸Ｘ−Ｘ上に位置する。タービン羽根３３には効率最大の性能が与えられるようそれらのむくりが一番厚みのある場所に付けられている。図示されたタービン２０には羽根の向きによる反時計廻りの回転があるが、羽根３３を逆にすることによって時計廻りに逆転させることも可能である。図示された実施例では、タービン２０に４枚の羽根があるが、３枚以上の羽根３３があれば良い。
【００３４】
図４の位置Ｄのようにピストン３８の圧縮ストローク時に、ピストン３８の端部は傾斜振幅が１０度を越えるのを防ぐためにシリンダー３９の端部と噛合される。空気抜き弁４０によって止められるピストン３８の吸引ストローク時に、停止具４１が図４の位置Ｂのように反対方向に10度を越える運動を防止する。
【００３５】
図３で、タービン羽根３３は±10度あるいは20度の円弧を通って揺れるよう示されている。図４Ａでは、タービン羽根３３は中立位置にあるか、あるいは揺れる。図４Ｂにはピストン３８を過度な運動から防止する停止具４１によって制御される揺れ運動を伴うー10度の揺れ位置が示される。図４Ｃには図４Ａの位置とは反対の揺れ中立位置が示される。図４Ｄには＋１０度の揺れ位置ならびに羽根の揺れを制御する制止器シリンダー３９と協働するピストン３８の端部が示されている。
【００３６】
説明されたように、羽根３３は円盤３０と３１ならびに羽根３３が一緒に回転可能なように上面ならびに下面で堅固な円盤３０および３１に取付けられて良い。もしくは、羽根３３は軸棒３２に固定されるとともにこれから放射状に延びる放射状腕木によって保持され支持されることも可能である。
【００３７】
次に図５と図６を参照すると、拡散装置１１と類似した拡散装置の変更版４２が図示されるとともに、前と同様、これには拡散装置４２の対向側壁４４を定める一連の翼断面部材４３が含まれる。しかしながら、部材４３は、この場合、部材４３の先端縁に平行に延びる長手延長軸４５の廻りの回転用に取付けられる。部材４３の回転により、一部材４３の後面縁とその隣接部材４３の先端縁間のすき間４６の大きさの調整が可能となる。
【００３８】
部材１３の回転位置の調整は回転軸４５付近の部材１３に固定される放射状腕木４７によって行われることが可能である。腕木は、図６の矢印によって図示されるように、反対方向の腕木４７の運動が行われるよう作動可能であるサーボモーター４８に連結されて、これにより部材４３の反対方向の回転運動が生じる。プログラム可能な制御器４９がサーボモーター４８の同時作動ならびに反対方向の部材４４の同時回転運動を可能にし、これによって部材４３間のすき間４６の幅を同時に調節するサーボモーター４８に接続される。制御器４９は、また、拡散装置４２にあって前に説明されたタービン２０のように、主発動機の動力出力の表示を提供する出力感知器５０に接続される。制御器４９は、また、拡散装置４２が沈められている中か、あるいは拡散装置流路の流体速度中での流体速度を感知する流体流れ感知器５１に接続されても良い。
【００３９】
こうして、制御器４９により、エネルギー抽出装置の最適運転を行うために主発動機の感知出力に応じて部材４４の回転位置ならびに部材４３間のすき間４６の幅の調整が可能である。制御器４９はプログラム可能であり、感知される流れに関する部材４４の最適操作位置が感知器５１によって感知される拡散装置流路中の流れに応じて制御器４９にプログラムされることが可能である。
【００４０】
図１から図６までを参照して説明される拡散装置には、ほぼ長方形横断面の流路がある。しかしながら、拡散装置は任意横断面の流路により定めても良い。例えば、図７から図８に示されるように、八角形横断面の拡散装置５２が図示されているが、これには、拡散装置５２の先端入口端部５５から出口端部５６まで延びる一連の翼断面壁部材５４をそれぞれ定める八つの辺５３がある。断面図で、各辺５３は図２の拡散装置の半分と同じ構成をもつ。
【００４１】
次に図９および図１０を参照すると、円形横断面の流路５９を定める拡散装置５８を有する本発明のもうひとつの実施例による代案のエネルギー抽出装置５７が図示されている。拡散装置５８には拡散装置５８の側壁６１を定める複数の環状部材６０が含まれる。環状部材６０は非対称翼横断面からなるとともに、流路５９の横断面は入口部６２からくびれ部６３まで減少するとともに、その後出口部６４まで横断面が増加するように設けられる。前述の説明と類似の構成の横断流タービン６５が前のようにくびれ部６３内部に設けられる
【００４２】
さらに、前のように、拡散装置５８外部から流路５９への流体流れの導入を可能にするため隣接する環状部材６０の先端部と後端部間にすき間６６が設けられる。
【００４３】
図７から図１１までの実施例の拡散装置の翼断面部材は、また、拡散装置内に位置する主電動機の最適出力を達成するため隣接する翼断面部材間のすき間の大きさを変化させて調整しても良い。
【００４４】
拡散装置の翼断面部材は説明されたもの以外の様々な構成、かつ様々な数であっても良い。図示された実施例では、拡散装置には5本の翼断面部材が含まれるが、拡散装置には任意の数の翼断面部材が含まれても良い。該翼断面部材は通常、その全長を通じて一定の横断面であるが、アスペクト比は違っても良い。説明された拡散装置の翼断面部材は横断面がほぼ一様であるが、任意の拡散装置の各翼断面部材は変化する横断面でも良い。任意の拡散装置の翼断面部材は異なるアスペクト比のもので追加しても、代替えしても良い。
【００４５】
上述の拡散装置は、通常、アルミニュウムのような金属から製作されるが、ガラス繊維補強プラスチックあるいは組合せ材料のようなその他の材料から製造されても良い。同様に、タービンの部品はプラスチック、ガラス繊維補強プラスチックあるいはその他の材料、あるいは組合せ材料で製作されても良い。
【００４６】
仕様の説明および特許請求範囲を通じて用いられる用語「含む」あるいは「含まれる」あるいはこれらの派生語は、述べられる特徴、言及される製品全体、および部品の存在を特定するために使われるものであるが、その他の特徴類、製品類、部品類あるいはその群の存在、あるいは追加を排除するものではない。
【００４７】
上記のものは本発明の図解例によってのみ与えられたこと、ならびに技術に熟練した人達にとって明らかであろう彼らによるすべての変更類や変型類は、付録の請求項に定められる本発明の広範な範囲と領域内に入るものと見なされると理解されようことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
以下では、拡散装置と関連するタービンの好ましい実施例を図解する添付の図面が参照される。しかしながら、拡散装置を通る流体からエネルギーを抽出するのに利用されるタービンは提示や説明される構成以外にも多くの様々な構成があっても良いと認められよう。同様に、図解されたタービンはその他の形態の拡散装置あるいは外装とともに、か、あるいはその他の用途にも利用されて良い。
【図１】：本発明の一側面により例示される流体流れに設置された流体エネルギー抽出装置。
【図２】：図１の装置に関する拡散装置の横断面図。
【図３】：拡散装置のくびれ部領域の拡大横断面図。
【図４】：（Ａ）から（Ｄ）まで：図３に示される様々な姿勢の連結された制止装置付きタービンの羽根を図解する拡大図。
【図５】：調整側面壁部材付き拡散装置を示す図２と同様に模式的に図示された横断面図。
【図６】：側壁部材の翼断面部材の調整用の装置が模式的に示された拡大図。
【図７】から
【図９】：本発明による代案拡散装置の斜め、側面および端部が示された図。
【図１０】：本発明によるさらに別の拡散装置が示された透視図。
【図１１】：タービンを搭載した図１０の拡散装置の横断面図。
【符号の説明】
【００４９】
１０：装置
１１：拡散装置
１２：上面平面壁
１３：下面平面壁
１４：側壁
１５：翼断面部材
１６：流路
１７：先端入口部
１８：後端入口部
１９：柱状台座
２０：タービン
２１：発電機
２２：電気ケーブル
２３：偏向器
２４：円状偏向要素
２５；メッシュ
２６：くびれ部
２７：先端縁
２８：後端縁
２９：すき間
３０：上面円盤
３１：下面円盤
３２：中央軸棒
３３：羽根
３４：回転軸
３５：先端縁
３６：油圧制止器
３７：腕木
３８：ピストン
３９：シリンダー
４０：通気孔
４１：停止具
４２：拡散装置
４３：翼断面部材
４４：対向側壁
４５：長手延長軸
４６：すき間
４７：放射状腕木
４８：サーボモータ
４９：制御器
５０：出力感知器
５１：流体流れ感知器
５２：拡散装置
５３：各辺
５４：翼断面部材
５５：入口端部
５６：出口端部
５７：エネルギー抽出装置
５８：拡散装置
５９：流路
６０：環状部材
６１：側壁
６２：入口部
６３：くびれ部
６４：出口部
６５：タービン
６６：すき間
【図１】
2007538185.tif 000003
【図２】
2007538185.tif 000004
【図３】
2007538185.tif 000005
【図４】
2007538185.tif 000006
【図５】
2007538185.tif 000007
【図７】
2007538185.tif 000008
【図８】
2007538185.tif 000009
【図９】
2007538185.tif 000010
【図６】
2007538185.tif 000011
【図１０】
2007538185.tif 000012
【図１１】
2007538185.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成17年2月1日(2005.2.1)
【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】
流体流れからのエネルギーの抽出用装置に使用されるための出口部、入口部および前記出入口部間に側壁あるいは壁がある流路が含まれ、前記流路の横断面積が入口部から該出入口間のくびれ部領域まで奥の方に減少するとともに、くびれ部から出口部の方へと後方へ遠ざかるにつれて横断面積が増加し、前記側壁あるいは壁は、該出入口部以外で、一翼部材の後端部分が直接隣接する後端部翼断面の先端部分と隣接するとともに、そこにすき間あるいは細長溝を定めて、これによって前記拡散装置の外部から前記流路に流体が通過可能である前記出入口部間に複数のすき間あるいは細長溝が設けられるように前記出入口部間に連結して設けられる複数の翼断面部材によって定められる拡散装置
【請求項２】
少なくとも1枚の翼断面部材が前記入口部に関する前記くびれ部の前方にある請求項１に請求される拡散装置
【請求項３】
前記拡散装置を回転可能なように支持するための支持手段が含まれ、これによって前記拡散装置が流体の流れ方向に調整可能な請求項１あるいは請求項２に請求される拡散装置
【請求項４】
前記支持手段に該拡散装置が鉛直軸廻りに回転するために取付けられる支持台座が含まれる請求項３に請求される拡散装置
【請求項５】
前記翼断面部材が出入口部間に放物曲線に沿って設けられる請求項１から請求項４までのいずれかの請求項に請求される拡散装置
【請求項６】
前記流路がほぼ長方形横断面をなし、前記拡散装置が一組の対向する中空平面壁ならびに前記翼断面部材によって定められる一組の対向する側壁がある請求項１から請求項５までのいずれかの請求項に請求される拡散装置
【請求項７】
前記中空平面壁には上面および下面の壁が含まれるとともに、前記翼断面部材が翼断面部材の先端部および後端部がほぼ鉛直方向であり、かつ上面壁と下面壁間に延びるよう方向を向ける請求項６に請求される拡散装置
【請求項８】
前記流路の横断面がほぼ円形であるとともに、前記部材に翼横断面が環状の部材が含まれる請求項１から請求項５までのいずれかの請求項に請求される拡散装置
【請求項９】
前記流路の横断面が、前記流路がお互いに角度をなす複数の前記翼断面部材によって定められる複数辺をなす請求項１から請求項６までのいずれかの請求項に請求される拡散装置
【請求項１０】
各前記翼断面部材が該拡散装置の長手方向軸に対し、くびれ部領域から後方に角度が増加する請求項１から請求項９までのいずれかの請求項に請求される拡散装置
【請求項１１】
該拡散装置の先端部で、側壁の翼断面部材が該拡散装置の長手方向軸に対してくびれ部領域から外側に10度から12度の角度をなす請求項１から請求項１０までのいずれかの請求項に請求される拡散装置
【請求項１２】
該拡散装置の後端部で、側壁の翼断面部材がくびれ部領域から外側に該拡散装置の長手方向軸に対し40度から45度の角度をなす請求項１から請求項１１までのいずれかの請求項に請求される拡散装置
【請求項１３】
翼断面部材に非対称な翼断面部材類が含まれる請求項１から請求項１２までのいずれかの請求項に請求される拡散装置
【請求項１４】
翼断面部材間のすき間を調節する翼断面部材の調整用手段が含まれる請求項２に請求される拡散装置
【請求項１５】
前記翼断面部材が長手方向軸廻りの回転運動用に取付けられるとともに、部材回転位置の調節用手段が含まれる請求項１４に請求される拡散装置
【請求項１６】
出入口部ならびに前記出入口部間の側壁あるいは壁のある流路が含まれ、前記側壁あるいは壁は前記出入口間で連結して設けられる複数の翼横断面部材によって定められるとともに、隣接する前記部材間にすき間あるいは細長溝があり、これによって複数のすき間あるいは細長溝が、流体が前記拡散装置の外側から前記流路に通過可能な前記出入口間に設けられるとともに、前記流路には前記出入口間にくびれた領域があり、かつ該くびれた領域に位置する主電動機でエネルギー取出し手段を駆動させ、該主電動機は該くびれ部領域を通る流体の流れに反応して移動するよう構成される、自然発生の流体流れ中に拡散装置を提供する手段が含まれるエネルギー生成の方法
【請求項１７】
側壁あるいは壁は、出入口部以外で、一翼部材の後面部分がそこにすき間あるいは細長溝を定める直接隣接する後面翼断面部材の先端部分と隣接し、これによって複数のすき間あるいは細長溝が、流体が前記拡散装置の外部から流路へと通過可能である前記出入口間に設けられるよう、前記出入口間に連結して設けられる翼横断面の複数の部材によって定められ、前記流路には前記出入口間にくびれ部があるとともに、主発動機がエネルギー取出し手段を駆動させるためにくびれた領域に位置して、該主電動機はくびれ部領域を通る流体の流れに反応して移動するよう構成される前記出入口部ならびに前記出入口間に前記側壁あるいは壁のある前記流路を定める拡散装置が含まれるエネルギー生成用装置
【請求項１８】
前記主電動機に回転可能に取付けられた軸棒と軸棒に支持される羽根類のあるタービンが含まれる請求項１７に請求される装置
【請求項１９】
前記羽根が軸棒から放射状に間隔をおいて配置されるとともにこれに平行に延びるとともに、これが翼横断面をなす請求項１８に請求される装置
【請求項２０】
前記羽根がその長手方向軸廻りの回転運動を限定することが可能なように取付けられる請求項１９に請求される装置
【請求項２１】
制止手段が羽根の回転運動を制止させるために設けられる請求項２０に請求される装置
【請求項２２】
腕木が1本回転運動用の各羽根にこれと固定され、前記腕木が制止手段と連結される請求項２１に請求される装置
【請求項２３】
前記制止手段に反対方向の羽根の回転運動の制止用にピストンおよびシリンダーが含まれる油圧制止手段が含まれる請求項２２に請求される装置
【請求項２４】
前記シリンダーに、そのピストン運動に関して該シリンダーの前後に流体流れを限定することを可能にする開口部が含まれる請求項２３に請求される装置
【請求項２５】
前記羽根の腕木が回転可能に油圧制止手段の各ピストンに接続される請求項２３あるいは請求項２４に請求される装置
【請求項２６】
羽根の回転運動を限定するための停止手段が含まれる請求項２３から請求項２５までのいずれかに請求される装置
【請求項２７】
腕木ならびに最初の方向の羽根腕木の回転運動を限定するため運動経路中に前記停止手段が設けられる請求項２６に請求される装置
【請求項２８】
前記制止手段が反対方向の腕木ならびに羽根の回転運動を限定する請求項２２に請求される装置
【請求項２９】
少なくとも1枚の前記翼断面部材が前記入口部に関して前記くびれ部領域の前方にある請求項１７から請求項２８までのいずれかに請求される装置
【請求項３０】
前記主電動機の出力感知用手段ならびに感知される出力に応じて前記翼断面部材間の前記すき間の大きさを変化させる記翼断面部材の調整手段が含まれる請求項２９に請求される装置
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本発明の一側面によると、流体流れからのエネルギーを抽出するための装置に利用される拡散装置が設けられ、前記拡散装置には入口部、出口部ならびに前記入口部と前記出口部間の側壁あるいは壁をもつ流路が含まれ、前記流路は該出入口間で入口部からくびれ部まで内側に横断面積が減少するとともに、くびれ部領域から出口部の方へ後方に遠ざかるにつれて横断面積が増大し、前記側壁あるいは壁は該出入口部以外で、一翼部材の後端部分が直接隣接する後端翼断面部材の先端部分と隣接するとともに、そこにすき間あるいは細長溝を定め、これによって複数のすき間あるいは細長溝が前記拡散装置の外部から流体が前記流路へと通過可能である前記出入口間に設けられる前記出入口部間で連結して設けられる翼横断面部材の複数の部材で定められる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
ここで使用される用語「翼断面部材」には、任意の翼状物体が含まれる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
翼断面部材は出入口部間で放物曲線に沿って設けられるのが好ましい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
次に、もうひとつの側面における本発明はエネルギーの生成方法を提供し、該方法には流体流れ中に拡散装置を提供するための手段が含まれ、前記拡散装置には、出入口並びに前記出入口間に側壁あるいは壁のある流路が含まれ、前記側壁あるいは壁は前記出入口間で連結して設けられる翼横断面の複数の部材によって定められるとともに、隣接する前記部材間にすき間あるいは細長溝があり、これによって複数のすき間あるいは細長溝が、流体が前記拡散装置の外部から前記流路へと通過しても良い前記出入口間に設けられるとともに、前記流路には前記出入口間にくびれ部領域があるとともに、くびれ部領域に位置する主電動機でエネルギー取出し手段を駆動させ、該主電動機はくびれ部領域を通る流体の流れに反応して移動するよう構成される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
さらに別の側面では、本発明は、出入口部ならびに前記出入口部間に側壁あるいは壁のある流路を定める拡散装置が含まれ、前記側壁あるいは壁は、出入口部以外に、一翼部材の後面部分がこれにすき間あるいは細長溝を定めるために直接隣接する後面翼断面部材の先端部分と隣接して、これによって流体が前記拡散装置の外側から前記流路に通過しても良い前記出入口部間に設けられるよう、複数のすき間あるいは細長溝が前記出入口間に連結して設けられる翼横断面の複数の部材によって定められ、前記流路には、前記出入口間にくびれ部領域があるとともに、主原動機がエネルギー取出し手段を駆動させるためくびれ部領域に位置し、該主電動機はくびれ部領域を通る流体の流れに反応して移動するよう構成される、エネルギー発生用の装置を提供する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
各翼断面部材間のすき間あるいは細長溝が拡散装置の外側から流路に高エネルギー流体流れの導入を可能にすることによって、境界層分離が防止されるため拡散装置がいくらかの速度圧を回復して、これによって主電動機による速度降下、つまり動力出力を増加させる。上述で引合いに出される通り、すき間の大きさは部材の最適位置が設定可能であるように主電動機の出力に応じて調整可能である。各翼断面部材は別々に調整されても良いし、あるいはすべての翼断面部材が同じ程度に調整されても良い。翼断面部材は長手軸に関する回転運動用に取付けられるのが好ましいとともに、翼断面部材を選択して回転軸廻りに回転させる手段が設けられても良い。調節手段は個別の翼断面部材が同時に同程度か、あるいは別々に軸廻りに回転させられることを可能にするプログラム可能な超小型制御器によって制御されても良い。こうして、各隣接翼断面部材間のすき間、あるいは細長溝が同じ程度かあるいは別々の程度に調節されても良い。流路の流体流れの速度もまた翼断面部材の最適位置が主電動機からの最適出力をもたらす流速に応じて設定可能なように超小型制御器で監視しても良い。
【国際調査報告】
2007538185.tif 000014
2007538185.tif 000015