(57)【要約】  ベンカチーナタービンの重要な部分を製造するための装置及び方法が提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ．ベンカチーナタービンと、
ｂ．ノズルピースを備えることを特徴とする水力発電タービン。
【請求項２】
前記ノズルピースが管に成形されることを特徴とする請求項１記載のタービン。
【請求項３】
前記ノズルピースが前記管に挿入されることを特徴とする請求項１記載のタービン。
【請求項４】
ｃ．前記タービンの一組のブレードをさらに備え、前記ブレードの凹面の位置が前記ノズルピースから前記タービンへの水の流入位置とほぼ適合することを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項５】
少なくとも１つの穴部が前記ノズルピースの半分より低い位置にあることを特徴とする請求項４記載のシステム。
【請求項６】
前記少なくとも１つの穴部は、前記管が少なくとも５０％の時間で半分以下しか満たされない流れの状況下で用いられることを特徴とする請求項５記載のシステム。
【請求項７】
カップの周囲が開かれていることを特徴とするベンカチーナタービン用のブレード。
【請求項８】
前記タービンの周囲を取り囲む円形ケーシングが１８０度以上延出することを特徴とするベンカチーナタービン。
【請求項９】
前記タービンに面する前記ノズルピースの一部がタービンのチャンバーの内壁に合うようにほぼ連続的に形成されることを特徴とするベンカチーナタービン用のノズルピース。
【請求項１０】
前記ノズルに入る空洞部分がフランジ状であることを特徴とする管タービン用のノズルピース。
【請求項１１】
ａ．前記タービンと発電機シャフトを接続させる磁気結合部を備えることを特徴とする流体で動作するタービン。
【請求項１２】
前記タービンが管内タービンであることを特徴とする請求項１１記載のタービン。
【請求項１３】
前記管が前記タービン付近で完全に密閉され、前記付近とはタービンの縁の１つのタービンの直径内であると定義されることを特徴とする管内タービン。
【請求項１４】
ａ．タービン、
ｂ．前記タービンのシャフト、
ｃ．前記タービンのシャフトの両側部に連結された発電機シャフトを備えることを特徴とする管内タービン。
【請求項１５】
磁気結合部が両側部で用いられることを特徴とする請求項１４記載のタービン。
【請求項１６】
ａ．タービン、
ｂ．前記タービンのシャフト、
ｃ．前記タービンに接続された少なくとも１つのメカニカルシールを備えることを特徴とする管内タービン。
【請求項１７】
ａ．シャフト、
ｂ．前記シャフトの端部に取り付けられた一組の磁石、
ｃ．前記一組の磁石と機能的に一致する前記管外部のコイルを備えることを特徴とする管内タービン。
【請求項１８】
ａ．クラウン、
ｂ．前記クラウンに取り付けられた少なくとも１つのカップを備えることを特徴とする管内タービン。
【請求項１９】
鋳造段階を用いることを特徴とするベンカチーナタービンの製造方法。
【請求項２０】
上部ケーシングの一部が開いていることを特徴とするベンカチーナタービン。
【請求項２１】
ａ．前記管及び前記側部チャンバーの一部を備える第１ピースを提供する段階、
ｂ．前記側部チャンバーの一部を備える第２ピースを提供する段階、及び、
ｃ．前記２つのピースを接続する段階を備えることを特徴とするベンカチーナタービンの製造方法。
【請求項２２】
ａ．前記タービン及び管全体を提供する段階、
ｂ．前記管全体の内部用ノズルを提供する段階を備えることを特徴とするベンカチーナタービンの製造方法。
【請求項２３】
ａ．前記タービンの遠位端部に取り付けられた基板を備えることを特徴とするベンカチーナタービンに挿入するためのノズルピース。
【請求項２４】
ａ．前記ブレードの凹面領域において径方向に配向した中央リッジを備えることを特徴とするベンカチーナタービン用のブレード。
【請求項２５】
ａ．ファイバーグラスでコーティングされた金属ブレードを備えることを特徴とする流体におけるタービン用ブレードシステム。
【請求項２６】
ａ．カップを備え、
前記カップの周囲が前記カップの軸に対してほぼ垂直な平面で切断されることを特徴とするベンカチーナタービン用のブレード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許出願は米国仮特許出願第６０／９９１，７８９号（発明の名称：「Wind, Wave and Water Renewable Energy Elaborations」、出願日：２００７年１２月３日）、第６１／０１７，８１６号（発明の名称：「Hydro Turbines, Portable Wind, Waves and Magnets」、出願日：２００７年１２月３１日）、第６１／０３７，０１１号（仮特許３−０８、発明の名称：「Slanted roof wind turbine Sewage turbine system and buoys」、出願日：２００８年３月１７日）、第６１／０５８，２３５号（仮特許６−０８、発明の名称：「Improvements to renewable energy devices」、出願日：２００８年６月３日）の利益を主張するものとする。
【背景技術】
【０００２】
本発明はベンカチーナタービン（Benkatina Turbine）及びその建設方法に関連する。ベンカチーナタービンとは、内側が本体チャンバー及び側部チャンバーに嵌合する管内タービンである。ベンカチーナタービンについては、全体の形状に関して、以前にＰＣＴ出願第ＩＬ０７／０００７７０号で記載している。この特許出願はベンカチーナタービンタイプ及びその建設の新規な特徴について記載している。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明は管内タービンの建設に一連の解決策を提供することによって現在周知の構造体の欠点に首尾よく対応している。
【０００４】
ここで初めて、ａ．ベンカチーナタービンと、ｂ．ノズルピースを備えることを特徴とする水力発電タービンについて記載されている。
【０００５】
別の実施形態によれば、ノズルピースが管に成形される。
【０００６】
別の実施形態によれば、ノズルピースが管に挿入される。
【０００７】
別の実施形態によれば、システムはタービンの一組のブレードをさらに備え、ブレードの凹面の位置がノズルピースからタービンへの水の流入位置とほぼ適合する。
【０００８】
ブレード及びノズルピースを適合させる別の実施形態によれば、少なくとも１つの穴部が前記ノズルピースの半分より低い位置にある。別の実施形態によれば、少なくとも１つの穴部は、管が少なくとも５０％の時間で半分以下しか満たされない流れの状況下で用いられる。
【０００９】
ここで初めて、カップの周囲が開かれていることを特徴とするベンカチーナタービン用のブレードについて開示される。
【００１０】
ここで初めて、タービンの周囲を取り囲む円形ケーシングが主要チャンバーの管の側部に到達する前に１８０度以上延出することを特徴とするベンカチーナタービンが開示される。
【００１１】
ここで初めて、タービンに面するノズルピースの一部がタービンのチャンバーの内壁に合うようにほぼ連続的に形成されることを特徴とするベンカチーナタービン用のノズルピースが開示されている。
【００１２】
ここで初めて、ノズルに入る空洞部分がフランジ状であることを特徴とする管タービン用のノズルピースが開示されている。
【００１３】
ここで初めて、タービンと発電機シャフトを接続させる磁気結合部を備えることを特徴とする流体で動作するタービンが開示される。
【００１４】
別の実施形態によれば、タービンは管内タービンである。
【００１５】
ここで初めて、管が前記タービン付近で完全に密閉され、付近とはタービンの縁の１つのタービンの直径内であると定義される。
【００１６】
ここで初めて、タービン、ｂ．タービンのシャフト、ｃ．タービンのシャフトの両側部に連結された発電機シャフトを備えることを特徴とする管内タービンが開示される。    
【００１７】
別の実施形態によれば、磁気結合部が両側部で用いられることによって、環を提供する（前記環は物理的又は磁性的のいずれかで取り付けられる）。
【００１８】
ここで初めて、タービン、ｂ．タービンのシャフト、ｃ．タービンに接続された少なくとも１つのメカニカルシールを備えることを特徴とする管内タービンが開示される。
【００１９】
ここで初めて、ａ．シャフト、ｂ．シャフトの端部に取り付けられた一組の磁石、ｃ．一組の磁石と機能的に一致するが開示される。
【００２０】
ここで初めて、ａ．クラウン、ｂ．クラウンに取り付けられた少なくとも１つのカップを備えることを特徴とする管内タービンが開示される。
【００２１】
ここで初めて、鋳造段階を用いることを特徴とするベンカチーナタービンの製造方法が開示される。
【００２２】
ここで初めて、上部ケーシングの一部が開いていることを特徴とするベンカチーナタービンが開示される。
【００２３】
ここで初めて、ａ．管及び側部チャンバーの一部を備える第１ピースを提供する段階、ｂ．側部チャンバーの一部を備える第２ピースを提供する段階、及び、ｃ．２つのピースを接続する段階を備えることを特徴とするベンカチーナタービンの製造方法が開示される。
【００２４】
ここで初めて、ａ．タービン及び管全体を提供する段階、ｂ．管全体の内部用ノズルを提供する段階を備えることを特徴とするベンカチーナタービンの製造方法が開示される。
【００２５】
ここで初めて、ａ．タービンの遠位端部に取り付けられた基板を備えることを特徴とするベンカチーナタービンに挿入するためのノズルピースが開示される。
【００２６】
ここで初めて、ａ．ブレードの凹面領域において径方向に配向した中央リッジを備えることを特徴とするベンカチーナタービン用のブレードが開示される。
【００２７】
ここで初めて、ａ．ファイバーグラスでコーティングされた金属ブレードを備えることを特徴とする流体におけるタービン用ブレードシステムが開示される。
【００２８】
ここで初めて、ａ．カップを備え、カップの周囲が前記カップの軸に対してほぼ垂直な平面で切断されることを特徴とするベンカチーナタービン用のブレードが開示される。
【００２９】
本明細書に記載の発明は添付の図に関連してほんの一例としてのみ記載される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１はベンカチーナノズル（Benkatina Nozzle）及びブレード配列の略図である。
【図２】図２は周辺ノズルの作用方法に関する略図である。
【図３】図３は実際のノズルの写真である。
【図４】図４はベンカチーナタービンを用いる磁気結合の略図である。
【図５】図５は内蔵コイルを有するベンカチーナタービンの略図である。
【図６】図６は２つの側面を有するタービンの略図である。
【図７】図７はクラウン及びブレードの略図である。
【図８】図８は開放型の上部タービンの略図である。
【図９】図９はケーシングの建設の略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明はベンカチーナタービンの建設方法に関連する。
【００３２】
本発明によれば、ベンカチーナタービンの原理及び操作は、図及び以下の記載を参考することによってよりよく理解される。
【００３３】
ここで図を参照すると、図１はベンカチーナノズル及びブレード配列を示す。適合するブレードを組み合わせての使用に加えて、ベンカチーナタービンを用いる異なるノズル及びフランジ型の使用について本明細書に紹介されている。理想的な実施形態において、ノズルの出力の位置及び大きさに適合するようにカップ形状又はくぼみ形状のブレードが用いられる。例えば、バナナ形状ノズル（１又は２）はブレード（３）周囲のバナナ形状のくぼみに適合する。別の実施形態では、周辺の円形ノズル（４）が用いられ、（３）としてブレードに適合することも可能である。上記のような形状を用いる方法は、流速がその流速パターンでより効果的にブレードに当たることが可能となるように流れが管を満たしていない状況においてのものである。中央ノズル穴部（５）はブレード形状（６）及び（７）に適合可能である。ブレード（７）は周囲を切断されたブレードの一部を有することによって特徴づけられ、これによってブレードがカップ形状に当たった後に水をさらに容易に排水可能となる。１つの実施形態では、吸気管のノズルは吸気の中心に配されるが（乱流が少なくなるように）、ノズルの水流（８）がベンカチーナブレード周囲のタービンチャンバーに入る。図に示されるように、これは中心を外れたベンカチーナタービンと呼ばれる。というのも、タービンが中心に配されることで、このタービンの中心線がさらに管から除外され、タービンを囲むケースが１８０度以上となるためである。ノズルピース（１３）を成形する１つの方法は、管（１０）から離れてタービン（１２）の内部に面するように一部を成形することであって、これによって、ノズル表面（１１）が、タービンの主要チャンバー壁部の円形パターンと適合する形状を有するようになる。ノズル用のフランジ型は管（１４）の端部の少なくとも１つの穴部、又は、管（１５）全体内の穴部まで狭まっていく領域を有する少なくとも１つの穴部を備えることもある。
【００３４】
図２は周辺ノズルの作用方法に関する略図である。管（１６）はタービン（１７）に接続されている。ノズル（１８）は、図１の（１、２、４）のように周辺的なものである。この構造体は高トルクの状況において有用である。
【００３５】
図３は実際のノズルの写真である。（１９）はノズルの１つの実施形態におけるテーパー表面を示す。ノズル（２０）は平坦なノズル表面を示す。ノズル基板（２１）は本システムの新規な特徴の１つを示すものである。この基板は、タービンケーシングと管の残りの部分との間にあるベンカチーナタービンの吸気口に容易に嵌合可能である。挿入及び置き換えは容易である。これがノズルピースを管に挿入する独自の方法であり、ノズルピースは管内部の壁部に近づく壁部を有する。あるいは、ノズルは入力管に内蔵可能である。このような挿入口の製造品が本明細書で開示されている。管内部に嵌合する別のノズルを製造する装置及び方法が本明細書に開示されている。
【００３６】
図４はベンカチーナタービンを用いる磁気結合部の略図である。上記のような磁気結合部は、羽根車タービン（特に水中用のもの）及び他の種類のタービンとともに使用可能である。管（２２）の主要チャンバーはベンカチーナタービンの側部チャンバー（２３）と接続されている。ここで示される実施形態において、シャフトの中心軸（２４）はベアリング（２５）に接続されるとともに、磁気結合部（２７）にも接続される。両側部で磁気結合部を用いることが本明細書において紹介されている。結合部（２７）の一方の側は、側部チャンバー用、又は、他の種類のタービン用の完全に密閉されたケーシングの反対側にある。結合部の反対側は発電機シャフト（２８）及び発電機（２９）に接続される。これによって、タービンのこの領域における完全な閉システムが可能となり、従って、外部から内部への又は内部から外部への漏出又は汚染は存在しない。
【００３７】
図５は内蔵コイルを有するベンカチーナタービンの略図である。流入管（３０）は、タービンブレードが配される（３１）主要チャンバーに入る。シャフト（３２）は少なくとも１つの端部（３３）上に磁石を有する。ハウジング（３４）はこの磁石を覆うとともにシステムを閉じたままにする。コイル（３５）は管の外側付近に配される。
【００３８】
様々な実施形態のためにベンカチーナタービンを調節する他の方法が以下に紹介される。メカニカルシールのために少なくとも１つの側のスタッフィング・ボックスの使用が紹介される。図６のように発電機を両側に配することが可能になるように、タービン（３６）のシャフトは両側（３７）に延ばされる。これによって、容易に利用しやすい発電機要素を用いて出力の微調整が可能となる。
【００３９】
図７はクラウン（３８）及びブレード（３９）の略図である。１つの実施形態では、中央リッジは適切なバランスをとるために水流を２つに分ける。この技術は他の水力発電タービンの使用でよく知られているが、本明細書ではベンカチーナタービンと組み合わせて紹介されている。ブレード（４０）の端部を切断することによって、排水の改善が可能であり、本明細書ではベンカチーナタービンと組み合わせて紹介される。
【００４０】
図８は開放型の上部タービンの略図である。上部ケーシング（４１）はブレード（４２）を露出させるために切り開かれており、これによって開システムが形成されるとともにカップに水が蓄積するのを防ぐ。これは管が水平な運河又はダムシステムで極めて有効である。
【００４１】
図９はケーシングの建設の略図である。ベンカチーナタービンの主要チャンバー及び側部チャンバーは、異なる実施形態において鋳造又は成形を介して２つのピースを作ることによって製造される。一方のピースは管を備え、管上を延出することによって、管（４３）周辺に表面を形成する。第２のピース（４４）は側部チャンバーの残りのケーシングを形成する。２つの部分はその後、各々の（４５）上にあるへりに沿って共にボルトで固定される。２つの半分な部分を作るとともに接続させる製造工程が本明細書に開示されている。タービンをボルト又はスクリューで外部から密閉する方法及び装置が本明細書に開示されている。
【００４２】
ベンカチーナ管及びブレードは、腐食環境における応用例の理想的な実施形態では、ポリスチレンなどのプラスチックのみからなる。
【００４３】
ベンカチーナタービン又は他のタービンのブレードは、ファイバーグラスで覆われた金属からなり、これによって、ブレードは、外側がファイバーグラスという利点を有する鋼鉄又は他の金属の強度を有することが可能である。
【００４４】
本発明は制限された数の実施形態に関して記載されているが、当然のことながら本発明の多くの変更形態、修正形態、及び他の応用形態も用いられる。
【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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【国際調査報告】
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