(57)【要約】      （修正有）【課題】複数プロペラの配置と個々プロペラの口径、回転数、ブレード枚数を調整と推力に併行して変化するトルクに対応するプロペラ駆動用動力が少なく大きな推力が得られる機構の駆動装置を提供する。【解決手段】第１の動翼のプロペラを空気吹込用ブロアー又は水吹込用ポンプから、空気又は水を第１の動翼のプロペラの先端付近でブレード断面へ流体が流入する角度に、第１の動翼のプロペラへの流体吹込ノズルで吹込み、プロペラを回転させる。加速した流体を第１の動翼のプロペラ３の直径より大きな第２の動翼のプロペラに吹込み、第２の動翼のプロペラを回転させる。第２の動翼のプロペラを、第２の動翼の空気吹込用ブロアー、もしくは第２の動翼の水吹込用ポンプから第２の動翼のプロペラ８へ第２の動翼のプロペラへの流体吹込ノズルで、第２の動翼のプロペラの先端付近でブレード断面へ流体が流入する角度に、空気又は水を吹込みプロペラを回転させる。【選択図】図１
2008019862.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の動翼のプロペラを駆動し回転させることにより流体を吸引し加速する工程と、加速した流体を第１の動翼のプロペラの直径より大きな第２の動翼のプロペラに吹込み第２の動翼のプロペラを回転させる工程と、この回転方向に合わせ第２の動翼のプロペラを駆動し回転させることにより、流体をさらに吸引し加速することにより大きな推力とする工程を有することを特徴とする低圧タービンの駆動方法。
【請求項２】
前記第１の動翼のプロペラおよび第２の動翼のプロペラは、プロペラの回転により流体がプロペラを構成するブレード断面への流入する角度で、局所的に推力およびトルクの発生分布の高いプロペラ先端付近に流体を吹込むことによりプロペラを回転させる工程を有することを特徴とする請求項１記載の低圧タービンの駆動方法。
【請求項３】
第１の動翼のプロペラと第１の動翼のプロペラからの流体の流れの方向に直列に間隔をおいて配置し、前記プロペラにより直径の大きな第２の動翼のプロペラからなることを特徴とする低圧タービン駆動装置。
【請求項４】
前記第１の動翼のプロペラおよび第２の動翼のプロペラは、プロペラの回転により流体がプロペラを構成するブレード断面へ流入する角度で、局所的に推力およびトルクの発生分布の高いプロペラ先端付近に流体を吹込む手段を設けたことを特徴とする請求項３の記載の低圧タービン駆動装置。
【請求項５】
前記第１の動翼と第２の動翼の間に、第２の動翼の口径と同じ口径の円筒形外殻を設けることを特徴とする請求項３又は４の記載の低圧タービン駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温高圧の燃焼ガスもしくは蒸気を駆動流体とする高圧タービンに代え、常温常圧の空気もしくは常温の水を駆動流体に複数プロペラの組合せでタービンを構成し、個々プロペラの口径、回転数、ブレード枚数と回転方法により発生推力およびトルクを調整し、少ない動力で大きな推力をつくり、航空機もしくは船舶の推進用動力、ないし推力をプロペラ風車もしくは水車に受け、トルクに転換し発電をおこなう発電用動力として使用する低圧タービン駆動方法とその低圧タービン駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に用いられるタービンは低圧タービンである風車、およびスチームタービンならびにガスタービンなどの高圧タービンである。このうち風車は自然の風を駆動流体とするため熱効率は良いが稼動率は低く、また、プロペラの回転で発生する反転後流のため複数の風車を回転軸で連結できず、風のエネルギーを大きなトルクに転換するためには低速回転且つ大口径とならざるを得ず、規模は大きくなる。一方、高圧タービンは回転翼である動翼の回転で発生した反転後流の回転方向を固定翼である静翼で補正することにより複数動翼を連結し回転数を速め、風車に比べ小さな規模で大きなトルクを発生するが、機構的に複雑であり、また、蒸気もしくは燃焼ガスなどの駆動流体を高温高圧にせざるを得ず、稼動率は高いものの駆動流体を高温高圧にするために使用した熱量の殆どをタービン外に排出するため熱効率は低い。
【０００３】
したがって、タービンには高圧タービンの稼動率と装置規模、風車の熱効率を持つものが望まれ、また、地球温暖化防止のため二酸化炭素の発生抑制が要請されており、二酸化炭素の発生しない駆動流体を使用するタービンが望まれている。このような状況のなかで、これまで大きな推力を得るための技術は公開されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には「二重プロペラ装置」として、船体から突出するプロペラ軸に二枚のプロペラを取付け、前プロペラと後プロペラの間のプロペラボスの支持材にフィンを装着することにより、前プロペラの回転による発生する反転後流の回転方向をフィンで補正し、後プロペラの回転方向に合わせ、推力を大きくしようとするものである。
【０００５】
また、特許文献２には「二重プロペラ推進装置」として、動力装置から動力を伝達する回転軸を前方プロペラの回転軸を外軸に、後方プロペラの回転軸を内軸とする二重軸とし、前方プロペラの回転で発生する反転後流に後方プロペラの回転方向を合わせ回転させることにより、推力を大きくしようとするものである。
【０００６】
【特許文献１】特許公開平１１―０３４９８１号公報
【特許文献２】特許公開平７―３３０８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の特許文献１に開示された発明においては、前部プロペラと後部プロペラが同じ回転軸で連結されており、プロペラの直径および回転数の調整が難しく、また、密度・粘度が高く非圧縮性の流体である水の流れをフィンで補正する方法では高い効率は得られず、大きな推力を得ることは難しい。
【０００８】
また、上述の特許文献２に開示された発明においては、回転軸を二重軸とし前方プロペラの回転による反転後流に後方プロペラの回転に合わせる方法では、反転歯車や軸継手などの動力伝達機構、もしくは駆動装置を２個設けるなどの複雑な装置になる。
【０００９】
本発明においては、駆動流体を空気もしくは水とし、複数プロペラの回転で大きな推力を得るために、予定推力に見合う複数プロペラの配置と個々プロペラの口径、回転数、ブレード枚数の調整と推力に併行して変化するトルクに対応するプロペラ駆動用動力が少なく、大きな推力が得られる簡素な機構の駆動装置の選定を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の請求項１に記載の低圧タービンの駆動方法は、第１の動翼のプロペラを駆動し回転させることにより流体である空気もしくは水を吸引し加速する工程と、プロペラはブレード断面が回転軸を中心に非対称ラセン状となる複数のブレードで構成され、ブレード断面に対する流体の流入角度が回転による位相で変移し、前方からの加速された流体で回転すること、および流体が常温常圧の空気もしくは常温の水であれば、プロペラが発生する推力はそのプロペラの直径、回転数、ブレード枚数により設定され、大きな推力をつくるにはプロペラの直径を大きくし、回転数、ブレード枚数を増やせばよいことが知られていることから、第１の動翼のプロペラで加速された流体の流れ方向に、間隔を置いて直列に配置した第１の動翼のプロペラより直径の大きな第２の動翼のプロペラに、第１の動翼のプロペラで加速した流体を吹込みプロペラを回転させる工程と、この回転方向に合わせ第２の動翼のプロペラを駆動し回転させることにより、流体をさらに吸引し加速する工程からなり、大きな推力を得る作用を有している。
【００１１】
請求項２に記載の低圧タービン駆動方法は、プロペラに回転軸から動力を与え回転させる場合、プロペラを構成するブレード断面に流体が流入する角度に対し直角に発生する揚力が、ブレード断面が流体の流入する角度の延長上に発生する抗力より大きくなるように動力を与えプロペラを回転させる。このことはプロペラを構成するブレード断面に流体が流入する角度に流体を吹込むに等しく、この角度による流体の吹込みによりプロペラが回転すること、およびプロペラのブレード上での推力およびトルクの発生分布は先端付近で高く、局所的に推力およびトルクの発生分布の高いブレード先端付近に吹込むことにより、プロペラに回転軸から動力を与え流体を捲込み回転させる場合に比べ抗力は減少し、より少ない動力でプロペラを回転させることは実験的に確認される。したがって、第１の動翼のプロペラおよび第２の動翼のプロペラは、プロペラの回転により流体である空気もしくは水がプロペラを構成するブレード断面へ流入する角度で、局所的に推力およびトルクの発生分布の高いプロペラ先端付近に流体を吹込みプロペラを回転させる工程を有するものであり、プロペラに回転軸から動力を与え回転させる場合に比べ少ない動力と複数のプロペラを個々独立させ、回転軸で連結せず、もしくは二重の回転軸としない簡素な機構で回転させる作用を有している。
【００１２】
請求項３に記載の低圧タービンの駆動装置は請求項１に記載の低圧タービンの駆動方法を駆動装置として捉えたものであり、第１の動翼のプロペラと第１の動翼のプロペラで加速された流体の流れ方向に直列に間隔おいて配置した第１の動翼のプロペラより直径の大きな第２の動翼のプロペラよりなり、第１の動翼装置のプロペラの回転により発生する推力で第２動翼のプロペラを回転させるとともに、この回転に方向を合わせ第２の動翼のプロペラをさらに駆動し回転させ、流体を吸引し加速することによって大きな推力を得るものであり、本請求項記載の発明の作用は請求項１の発明と同様である。
【００１３】
請求項４に記載の低圧タービンの駆動装置は請求項２に記載の低圧タービンの駆動方法を駆動装置として捉えたものであり、第１の動翼のプロペラおよび第２の動翼のプロペラは、プロペラの回転により流体である空気もしくは水がプロペラを構成するブレード断面へ流入する角度で、局所的に推力およびトルクの発生分布の高いプロペラ先端付近に流体を吹込みプロペラを回転させる手段により、少ない動力と簡素な機構でプロペラを回転させるものであり、本請求項記載の発明の作用は請求項２の発明と同様である。
【００１４】
請求項５に記載の低圧タービンの駆動装置は、第１の動翼と第２の動翼の間を第２の動翼の口径と同じ口径の円筒形外殻を設けることにより、第１の動翼を等間隔に設けた支持材で固定し第２の動翼の吸引する流体を偏流させず、また低圧タービン駆動装置の外囲流体の流向および流速の変化により、第１の動翼のプロペラで加速した流体および第２の動翼のプロペラで吸引する流体を偏流させない作用を有している。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は第１の動翼のプロペラを、局所的に推力およびトルク発生分布の高いプロペラ先端付近に、駆動流体である空気もしくは水をプロペラを構成するブレード断面へ流入する角度に吹込み回転させ、周辺の流体を吸引し加速する。加速した流体をその流れ方向に直列に間隔を置き配置した第１の動翼のプロペラより直径の大きな第２の動翼のプロペラに吹付け回転させる。この回転方向に合わせ第２の動翼のプロペラを第１の動翼のプロペラと同じ方法で回転させ、さらに流体を吸引し加速することにより大きな推力を得る低圧タービンの駆動方法とその低圧タービン駆動装置である。
【００１６】
この方法による場合、圧縮性流体である空気ではプロペラの回転により発生する推力およびトルクは風速に制約され、プロペラの直径と風量による風速はラバールノズルなどの特殊な装置によらない限り音速を限界とし、また、非圧縮性流体である水ではプロペラの直径と流量による静圧に制約される。この制約のもとで駆動流体を空気とする場合、プロペラの回転により発生する推力およびトルクとプロペラの直径、回転数、ブレード枚数との関係は、回転数およびブレード枚数を一定としプロペラ直径をｎ倍にすれば推力およびトルクはｎ4倍、また、プロペラ直径およびブレード枚数を一定とし回転数をｎ倍にすれば推力はｎ2倍、トルクはｎ3倍、プロペラ直径および回転数を一定としブレード枚数をｎ倍にすれば発生する推力およびトルクはｎ倍前後となり、駆動流体を水とする場合もプロペラの回転により発生する推力およびトルクとプロペラ直径、回転数、ブレード枚数との関係は同じように変化する。
【００１７】
この推力と併行し変化するトルクとプロペラ回転用動力との関係において、プロペラ先端付近で流体である空気もしくは水がブレード断面へ流入する角度に流体を吹込みプロペラを回転、さらに第１の動翼のプロペラで吸引し加速した流体を、第１の動翼より直径の大きな第２の動翼のプロペラに吹付け回転させ、この回転方向に合わせ第２の動翼のプロペラを第１の動翼のプロペラと同じ方法で回転させることによりプロペラの回転に要する動力を低減する。
【００１８】
プロペラ先端付近で流体がブレード断面へ流入する角度に流体を吹込みプロペラを回転させる動力は空気ではブロアー、水ではポンプの稼動に要する電力である。流体の吹込み手段であるブロアーもしくはポンプの稼動電力は、吹込量と吹込圧によるがブレード断面へ流体が流入する角度はプロペラが流体を捲込んでゆく角度でもあり、プロペラの回転により吹込圧は低く、電力はプロペラ直径に対応した吹込量により、吹込圧は吹込量と吹込口径により設定される。第２の動翼のプロペラの直径は第１の動翼のプロペラの直径より大きく、より大きなトルクを発生する。プロペラで加速された流体は収束し拡散する。したがって、第１の動翼のプロペラで加速した流体の拡散域を第２の動翼のプロペラの直径に準じた範囲に合わせるようにプロペラ間隔を調整し、第１の動翼のプロペラで加速した流体により第２の動翼のプロペラを回転させれば、第２の動翼のプロペラ回転用のブロアーもしくはポンプの所要電力はさらに低減する。
【００１９】
第１の動翼のプロペラの先端付近で流体がブレード断面へ流入する角度に流体を吹込みプロペラを回転、さらに第１の動翼のプロペラで加速した流体を第１の動翼のプロペラより直径の大きな第２の動翼のプロペラに吹付け回転させ、この回転方向に合わせ第２の動翼のプロペラを第１の動翼装置のプロペラと同じ方法で回転させることにより、第１の動翼と第２の動翼の個々のプロペラは回転軸で連結しない独立したプロペラとなり、機構の複雑な高圧タービン、もしくは航空機や船舶などの推進機関に使用される二重反転プロペラの複雑な動力伝達装置、駆動装置に比べ簡素な機構となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施例を図により説明する
【実施例１】
【００２１】
以下に本発明の実施の形態にかかる低圧タービン駆動方法について図１を参照しながら説明する。図１は本発明の実施形態にかかる低圧タービン駆動方法の構成図である。図１において低圧タービン駆動方法は第１の動翼１、第１の動翼の支持材２、第１の動翼のプロペラ３、第１の動翼のプロペラへの流体吹込ノズル４、円筒形外殻５、第２の動翼６、第２の動翼外殻７、第２の動翼のプロペラ８、第２の動翼の支持材９、第２の動翼のプロペラへの流体吹込ノズル１０、第１の動翼の空気吹込用ブロアー１１、第１の動翼の水吹込用ポンプ１２、第２の動翼の空気吹込用ブロアー１３、第２の動翼の水吹込用ポンプ１４で構成する。第１の動翼１は円筒形外殻５と等間隔に設けた第１の動翼の支持材２で固定され、円筒形外殻５の外側に設けた第１の動翼への空気吹込用ブロアー１１、もしくは水吹込用ポンプ１２から、第１の動翼の支持材２を通して、流体である空気もしくは水を第１の動翼のプロペラ３の先端付近でブレード断面へ流体が流入する角度に第１の動翼のプロペラへの流体吹込ノズル４で吹込み、プロペラを回転させる。
【００２２】
第１の動翼のプロペラ３の回転により流体は吸引され加速し、回転しながら収束後、拡散する。この流体の拡散域を第２の動翼の支持材９で第２の動翼外殻７に固定された第２の動翼のプロペラ８の直径に準じた範囲にするように第１の動翼のプロペラ４との間隔を調整し、第２の動翼のプロペラ８を回転させる。この回転の方向に合わせ、第２の動翼外殻７の外側に設けた第２の動翼の空気吹込用ブロアー１３、もしくは第２の動翼の水吹込用ポンプ１４から第２の動翼のプロペラ８へ第２の動翼のプロペラへの流体吹込ノズル１０で、第２の動翼のプロペラ８の先端付近でブレード断面へ流体が流入する角度に空気もしくは水を吹込みプロペラを回転させる。第２の動翼のプロペラ８の回転により流体は吸引し加速され、加速にともない吸引される流体を第１の動翼１と第２の動翼６との間に設けた円筒形外殻５の第１の動翼１と第２の動翼６の口径差による空間から吸引し大きな推力とする。
【実施例２】
【００２３】
以下に本発明の実施の形態にかかる低圧タービン駆動方法のうちプロペラへの流体吹込方法について図２を参照しながら説明する。図２は本発明の実施形態にかかる低圧タービン駆動方法のうちプロペラへの流体吹込方法の構成図であり（ａ）は空気吹込用ブロアー（ｂ）は水吹込用ポンプの例である。
【００２４】
図２においてプロペラへの流体吹込方法はプロペラを構成するブレード１５、ブレ−ド断面１６、流体吹込ノズル１７、空気吹込用ブロアー１８、水吹込用ポンプ１９、回転軸２０で構成する。プロペラは同じ形状をもつ複数のブレード１５により構成され、各々のブレード断面１６は回転軸２０を中心に非対称ラセン状に配置される。流体吹込ノズル１７はこの配置に対応し、各々のブレード断面へ流体が流入する角度に応じて複数の流体吹込ノズル１７を向い合せに配置する。流体がブレード断面へ流入する角度に流体を吹込みプロペラを回転させる場合、各々のブレード１５に流体が流入する角度は、ブレードの翼形において設定された角度となる。したがって、流体吹込ノズル１７は各翼形に応じて設定された角度に固定し、流量により回転数を調整する。空気吹込用ブロアー１８もしくは水吹込用ポンプ１９の配置は流体吹込ノズル１７の配置にしたがい、流体が空気であれば空気吹込用ブロアー１８、水であれば水吹込用ポンプ１９で、空気もしくは水を流体吹込ノズル３に送り込む。
【００２５】
以上に説明において、本実施形態にかかる低圧タービンの駆動方法においては、少ない動力量で大きな推力を得ることができ、タービンとしての熱効率と稼動率はともに高く、二酸化炭素の発生もなく、機構的にも簡素な低圧タービンとなる
【００２６】
次に図３を参照しながら本発明の実施の形態にかかる低圧タービンの駆動装置について説明する。本実施形態は先に説明した低圧タービンによる駆動方法を駆動装置として捉えるものである。既に図１を参照して方法の発明について説明した際に、その方法についても実質的には説明したと考えられるが理解を容易にするために再度フロー図を参照しながら説明するものである。
【００２７】
図３は本発明の実施の形態にかかる低圧タービンの駆動装置のフロー図である。図２においてステップＳ―１は第１の動翼のプロペラの先端付近のブレード断面に流体が流入する角度で、流体である空気もしくは水を吹込みプロペラを回転させ、周辺の流体を吸引し加速する手段である。ステップＳ―２はステップＳ―１で加速した流体を第２の動翼のプロペラに吹付け回転させ、その回転方向に第２の動翼のプロペラの先端付近のブレード断面に流体が流入する角度で流体を吹込みプロペラの回転させ、流体をさらに吸引し加速することにより大きな推力にする手段である。以上説明した本実施形態にかかる低圧タービンの駆動装置も先に説明した低圧タービンの駆動方法と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態に係る低圧タービンの駆動方法の構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る低圧タービン駆動方法のうちプロペラへの流体吹込            方法についての構成図である。
【図３】本発明の実施形態に係る低圧タービンの駆動装置のフロー図である。
【符号の説明】
【００２９】
１：第１の動翼                            
２：第１の動翼の支持材                    
３：第１の動翼のプロペラ                  
４：第１の動翼のプロペラへの流体吹込ノズル 
５：円筒形外殻                              
６：第２の動翼                            
７：第２の動翼外殻                        
８：第２の動翼のプロペラ                  
９：第２の動翼の支持材                    
１０：第２の動翼のプロペラへの流体吹込ノズル 
１１：第１の動翼の空気吹込用ブロアー          
１２：第１の動翼の水吹込用ポンプ            
１３：第２の動翼の空気吹込用ブロアー                    
１４：第２の動翼の水吹込用ポンプ            
１５：ブレード                                
１６：ブレード断面                                      
１７：流体吹込ノズル                                        
１８：空気吹込用ブロアー                                      
１９：水吹込用ポンプ                             
２０：回転軸
【図１】
2008019862.tif 000003
【図２】
2008019862.tif 000004
【図３】
2008019862.tif 000005