(57)【要約】本発明は、流動媒体の運動エネルギを利用するための装置に関し、該装置は、回転軸（６）を中心としてシャフト（１６）に取り付けられ、かつ互いに軸方向に離間した支持体（２）を具備し、これらの支持体に間には、軸線（４）を中心として旋回自在に支持体（２）に取り付けられており、かつ、旋回運動を制限するストッパ（５）で支持される複数の圧力面（３）が配置されており、これらの圧力面（３）から径方向に間隔をあけて、浮力体として形成された流れ誘導手段（７）が設けられており、該流れ誘導手段は、複数の圧力面（３）と共に、これらの圧力面（３）と、流れ誘導手段（７）との間の流れ横断面を狭める輪郭部を形成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動媒体の運動エネルギを利用するための装置であって、回転軸（６）を中心としてシャフト（１６）に取り付けられ、かつ互いに軸方向に離間した支持体（２）を具備し、これらの支持体に間には、軸線（４）を中心として旋回自在に前記支持体（２）に取り付けられており、かつ、旋回運動を制限するストッパ（５）にもたれかかる複数の圧力面（３）が配置されていてなる装置において、
前記圧力面（３）から径方向に間隔をあけて、浮力体として形成された流れ誘導手段（７）が設けられており、該流れ誘導手段は、前記圧力面（３）と共に、これらの圧力面（３）と、前記流れ誘導手段（７）との間の流れ横断面を狭める輪郭部を形成することを特徴とする装置。
【請求項２】
前記流れ誘導手段（７）は、前記回転軸（６）の方向に湾曲部を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記流れ誘導手段（７）は、２つの支持体（２）を越えて延びていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記流れ誘導手段（７）は、対称的な横断面を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記流れ誘導手段（７）からは、アーム（８）が突き出ており、これらのアームには、前記シャフト（１６）が取り付けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記アーム（８）は、壁部として形成されていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記アーム（８）は、浮力体として形成されていることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記ストッパ（５）は、前記シャフトの長さに亘って、前記シャフト（１６）に配設されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記ストッパ（５）は、前記シャフト（１６）に設けられた突出する支持部に取り付けられていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記ストッパ（５）は、ダンパ手段を有するか、あるいは、ダンパ材料からなることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
発電機（１０）が、前記シャフト（１６）と、直接または歯車（１２）を介して結合されていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
前記シャフト（１６）、前記アーム（８）および／または支持体（２）は、前記圧力面（３）の方向に向けられている湾曲部を有することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流動媒体の運動エネルギを利用するための装置に関し、該装置は、回転軸を中心としてシャフトに取り付けられ、かつ互いに軸方向に離間した支持体を具備し、これらの支持体に間には、軸線を中心として旋回自在に支持体に取り付けられており、かつ、旋回運動を制限するストッパで支持される複数の圧力面が配置されていている。装置は、特に、潮力発電所として使用するために、適切である。潮力発電所では、交互の流れ方向が存在する。
【背景技術】
【０００２】
このような装置を、流水の、すなわち流れのエネルギを電流に変換するために、河川で使用することは知られている。これらの流れは、例えば、潮力、すなわち潮の干満、あるいは河川でも見られる流れから生じる。
【０００３】
特許文献１からは、水中発電機は公知である。この水中発電機は、ストッパに接触し、従ってまた水の流れから回転を発生させることができる転可能な圧力面を備えたタービンを有する。これらの圧力面がストッパに接触していないとき、ストッパは、水の流れに整列し、このことによって、低い抵抗をもたらす。更に、調整可能なバッフルプレートが記載されており、このバッフルプレートは、タービンの手前に設けられていて、水流を、圧力面がストッパに位置している側へ向けるように、水流を転向させる。
【０００４】
特許文献２は、回転可能な、水平に向けられたドラムを有し、かつ海底に固定された水車装置に関する。ドラムには、バッフルプレートが前置されていてよい。その目的は、最大の水力を圧力面に加えるためである。
【０００５】
知られた装置は、複雑であり、かつ、潮力発電所として限定してのみ使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】DE 24 34 937
【特許文献２】GB 2 190 144 A
【発明の概要】
【０００７】
本発明の課題は、他方面に使用可能であって、流れのエネルギを効率的に変換し、かつ安価に作り出すことができる装置を提供することである。
【０００８】
本発明により、上記課題は、主請求項の特徴を有する装置によって解決される。本発明の有利な実施の形態および改善は、従属請求項、明細書および図面に開示されている。
【０００９】
流動媒体の運動エネルギを利用するための装置であって、回転軸を中心としてシャフトに取り付けられ、かつ互いに軸方向に離間した支持体を具備し、これらの支持体に間には、軸線を中心として旋回自在に支持体に取り付けられており、かつ、旋回運動を制限するストッパで支持される複数の圧力面が配置されていてなる装置は、圧力面から径方向に間隔をあけて、浮力体として形成された流れ誘導手段が設けられており、該流れ誘導手段は、複数の圧力面と共に、これらの圧力面と、流れ誘導手段との間の流れ横断面を狭める輪郭部を形成することを意図する。本発明は、圧力面のための改良された流れの状況を達成するため、必要なフレームの一部を利用する。支持体の間の空間に亘って延びており、圧力面に対し径方向に離間しており、かつ浮力体として形成された流れ誘導手段であって、複数の圧力面と共に、これらの圧力面と、流れ誘導手段との間の流れ横断面を狭める輪郭部を形成する流れ誘導手段によって、水の流速を増加させる。流れ誘導手段は、この流れ誘導手段が動作中に水中で常に回転軸上に位置しているように、浮力体として設計されている。浮力の中心と重心との間の比較的大きな距離によって、流れの中で浮遊する装置の高い安定性を達成することが可能である。本発明によれば、流れ誘導手段の整列を、以下のことのために、すなわち、水を、圧力面がストッパに接触しており、かくして流れ力を回転に伝達する領域へ向けるために、使用する。浮力を、周囲の媒体よりも低い密度を有する材料または材料の組み合わせを使用することによって、あるいは空気または他の気体で満たされた中空体によって、発生させることができる。
【００１０】
好ましい実施の形態として、流れ誘導手段は、回転軸の方向に湾曲部を有することができる。この湾曲部によって、ベルヌーイ効果により、圧力面の側における流速を増加させることができる。
【００１１】
流れ誘導手段は、２つの支持体を越えて延びており、かつ支持体を越えている。それ故に、流れ誘導手段および浮力体は、２つの支持体同士の間隔よりも長い。このことによって、比較的大きな範囲で流れに影響を与えることができ、流れ状態を圧力面の領域で均一化することができる。何故ならば、支持体の縁部領域および支持体の外側でも、流速の増加を引き起こすからである。
【００１２】
流れ誘導手段は、更に、対称的な横断面を有することができる。このことは、特に潮力の利用の際に、利点である。というのは、潮力の利用の際には、流れ方向が定期的に反転するからである。この流れ誘導手段の対称的な形状によって、これによって達成される効果は、装置の構成要素を調整する必要なしに、２つの流れ方向で利用可能である。
【００１３】
流れ誘導手段からは、アームが突き出ており、これらのアームには、シャフトが取り付けられている。かくて、流れ誘導手段は、シャフトに対し自由に回転できる。これらのアームは、壁として形成されていてもよい。その目的は、圧力面の方向における追加の流れの制御、および流れへの装置の自動的な整列を引き起こすことができるためである。同様に、壁部が中空体または浮力体として形成されていてもよいことが意図されている。従って、壁部における更なる浮力効果を利用することができる。
【００１４】
圧力面ために意図されたストッパは、シャフトに、シャフトの長さに亘って配設されていてもよい。その目的は、圧力面の縁部への均一な負荷を達成するためである。このことによって、耐久性を低下させることなく、圧力面を、より軽量にかつ余り頑丈でなく設計することができる。更に、圧力面は、ほぼ完全なシステムでは、長さに亘って変形するが、それは無視できるほどである。このことによって、構造は、より頑丈になり、かつ効率が改善される。
【００１５】
更に、ストッパは、シャフトに設けられた突出する支持部に取り付けられており、必要な場合には、ダンパ手段を有するか、あるいは、ダンパ材料からなることができる。これらの実施の形態で有利であるのは、圧力面が裏返る際に、力をシャフトの全幅に分配し、当接する圧力面がストッパにぶつかる際の衝撃を緩和し、従って、流れが強力な場合でも、損傷の危険性を最小限にすることである。更に、ストッパにダンパを備えること、あるいはストッパをダンパとして構成することによって、音響放射を減じる。このことによって、音に敏感な生き物が、その生活圏で余り損なわれない。
【００１６】
更に、本発明に係わる装置では、発電機が、直接または歯車を介して駆動シャフトに結合されていてもよい。
【００１７】
本発明の実施の形態は、シャフト、ストッパ、アームおよび／または支持体が、圧力面の方向に向けられている湾曲部を有することを意図する。圧力面の方向における各々の湾曲部によって、流れを案内する輪郭が生じる。流入速度または流入圧力の増加を達成することができるように、ストッパに接触している圧力面の方向の流れ横断面を狭めるのである。この場合、シャフトまたはストッパは、樽状の輪郭を有し、支持体は、錐形の、球冠状のまたは円形の形状を有し、アームは、シャフトの軸受の方向に先細りになる輪郭を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
図示した実施の形態を参照して本発明を詳述する。図面の同一の参照符号は、同一の構成要素を表わす。
【図１】装置の正面図を示す。
【図２】図１に示した装置の側面図を示す。
【図３】図１に示した装置の斜視図を示す。
【図４】図２の斜視図を示す。
【図５】装置の変形例の斜視図を示す。
【図６】図５に示した浮力体の側面図を示す。
【図７】流れ誘導手段の単独図を示す。
【図８】流れ誘導手段の全体斜視図を示す。
【図９】図８の正面図を示す。
【図１０】図８の平面図を示す。
【図１１】ストッパスリーブの単独図を示す。
【図１２】シャフトに取り付けられた支持体の変形例を示す。
【図１３】シャフトおよびストッパの変形例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１には、流動媒体、特に水の運動エネルギを利用するための装置１の正面図が示されている。装置１は、支持ディスクの形態をとる２つの支持体２を有する。支持体は、互いに間隔をあけて回転軸６を中心に回転可能にかつシャフト１６に回転不可に結合されている。シャフト１６は、シャフト１６に径方向に延びている合計４つのアーム８に取り付けられている。これらのアーム８は、支持体２の径方向外側に設けられている流れ誘導手段７を介して結合されている。流れ誘導手段７は、アーム８と共に、ブリッジ状のフレームを形成する。このフレームでは、シャフト１６および２つの支持体２が回転自在に取り付けられている。
【００２０】
２つの支持体２の間には、支持体２の周面の周りに均等に周設されている複数の圧力面３が設けられている。圧力面３は、軸４を中心に旋回自在に取り付けられており、かつ、回転軸４から離隔して形成されている縁部で、シャフト１６上に設けられているストッパ５にもたれかかっている。
【００２１】
図１には、作動状態にある装置１が示されている。作動状態では、装置１は、流れの中で、例えば、川の流れまたは潮流の中で浮動設置されている。ここでは、回転軸６のみならず流れ誘導手段７の長手方向延在部も、実質的に水平に向けられている。圧力面３の軸４は、回転軸６に対し平行に整列されている。
【００２２】
ストッパ５は、支持体２の間の全空間に亘って均等に設けられており、ダンパ要素を備えた突起として形成されていてもよい。ストッパを突起として形成することによって、圧力面３は両面でストッパ５に当接することができ、それ故に、流れ方向が変わるたびに逆操作が転換措置なしに可能である。ストッパ５が、関連した圧力面３の各々の軸４と、軸６との間を結ぶ線上にあることは有利である。
【００２３】
図１には、ブレード面に対し直角の流れがブレード面へ向けられている流れ状況が示されている。回転軸６の下方に位置決めされている圧力面３は、実質的に水平に、流れに整列している。回転軸６の上方に位置している圧力面３は、流れによって、ストッパ５の方へ押圧され、これによって、抵抗面を形成する。抵抗面によって、支持体２従ってまたシャフト１６を回転させる。
【００２４】
支持体２の上方にあり、従って、支持体２に対し径方向に間隔をあけている流れ誘導手段７は、流れの中で有功である圧力面３の方向に、流入する流体、主に水を導く。それ故に、横断面が狭まるので、圧力面３の流れ方向に流速増大が生じる。このことによって、装置１に、より高い効率を与えることが可能である。
【００２５】
図２には、流れ誘導手段７の一部が切り欠かれているところの側方断面図が示されている。流れ誘導手段７は、回転軸６を垂直に通る面に対し鏡面対称的に形成されており、かつ、流入する水が、圧力面３の方向に導かれるように、支持体２の方向に湾曲部を有することが分かる。図２では、下方の圧力面３が、実質的に水平に向けられて、図示した実施の形態では右から流入する流れの中にあることが分かる。流れ誘導手段７は、回転軸６の方向に向いたおよび回転軸から離れる方向に向いた湾曲部を有する。それ故に、対称的な、主翼状の、または楕円形の横断面輪郭が生じる。流れ誘導手段７は、中空体として形成されていてもよい。その目的は、比較的軽い媒体、例えば空気を充填することによって、浮動式に取り付けることができる装置１の浮力特性を変更することができるためである。
【００２６】
Ｕ字形の支持部として流れ誘導手段７の下側に取り付けられているアーム８の内側には、シャフト１６のための軸受のほかに、歯車１２も設けられている。その目的は、シャフト１６からピックアップされた回転速度を変更させ、特に増加させるためである。
【００２７】
図２に示す側面図では、複数の圧力面３が、一側で、支持体２の外周面に関節式にかつ軸４を中心に旋回自在に取り付けられていることが分かる。支持体２は、図示した実施の形態では、円形に形成されており、ディスク状の構造を有する。それ故に、支持体２の内側には、同様に、空洞が形成されていてよい。その目的は、浮力を提供することができるためである。流れ誘導手段７は、動作状態では、常に、支持体２の上方に位置しており、支持体２からの最小距離は、回転軸６を中心とした支持体２の最大半径によって定められる。流れ誘導手段７の下側、すなわち回転軸６に向いた側は、図示した実施の形態では、支持体２の周面からわずかな間隔をあけて設けられている。流れ誘導手段７は、頑丈に形成されており、かつ、圧力面３を有する支持体２を取り付けるための支持部またはブリッジ要素である。
【００２８】
図３では、図１に示した装置１の斜視図が示されている。斜視図では、歯車１２のほかに、発電機１０が外側のアーム８に取り付けられている。その目的は、シャフト１６の回転運動を、直接に電気エネルギに変換することができるためである。図３には、ダンパ手段を有するストッパ５、および、圧力面３の方向における流れ誘導手段７の下側の、主翼状の、湾曲状の、対称的な構造が見て取れる。
【００２９】
図４は、図２に類似した斜視断面図を示し、斜視断面図からは、複数の支持構造要素が、直列に配置されており、すなわち、回転軸６の長手方向の延長線に並設されていることが分かる。支持構造要素の外側には、外殻が付されている。外殼は空洞を形成する。その目的は、流れ誘導手段７は同時に浮力体として機能するためである。
【００３０】
図５には、流れ誘導手段７およびアーム８が、図１ないし４の実施の形態とは異なって形成されている、発明の変形例が示されている。流れ誘導手段７は、更に、圧力面３の全幅に亘って延びており、流れ誘導手段７の端部には、壁がアーム８として設けられており、アームは、各々の前縁１７から、シャフト１６の方向に先細りに延びている。回転軸６の下方には、アバットメント１８が設けられており、あるいは形成されている。これらのアバットメントは、回転軸６の方向に対し平行に延びており、かつ、歯車１２および発電機１０ならびにシャフト１６用軸受を保持する。アーム８は、閉じた壁として形成されており、かつ、浮力機能を果たすことができる。ブリッジ状に支持体２と圧力面３に跨って設けられている流れ誘導手段７は、角のある輪郭を有し、流れ誘導手段７の下側は、傾斜状に形成されている。下側の、角度をつけて互いに向き合った面は、アーム８の真中で出会う。流れ誘導手段７の上面は、湾曲を有し、あるいは、緩やかな、角のある輪郭を形成することができる。
【００３１】
流れ誘導手段７およびアーム８からなるユニットは、支持体２およびシャフト１６が取り付けられていることができる一種のヨークが出来上がるように、一体的に形成されている。中空体を流れ誘導手段７内に形成することによってであれ、あるいは、比重の軽い材料を使用することによってであれ、流れ誘導手段７を浮力体として形成することによって、装置１の浮力の中心と重心との間の距離を増加させる。このことによって、装置１の非常に安定的な位置が流れの中に生じる。流れ誘導手段７を浮力体として構成することによって、装置１を流れの中で浮遊式に取り付けることができる。回転軸６を水平に成形することによって、装置１は、常に最適に流れの中に整列する。その目的は、外部からの適合措置が不要であるためである。装置１自体は、実質的に対称的に形成されている。このことは、流れ誘導手段７が２つの流入方向から同一に見えることを意味する。支持体２も、回転動作を反転させるために形成されている。
【００３２】
図６には、壁部であるアーム８および支持部１８を有する流れ誘導手段７の側面図が示されている。アーム８内には、図示しないシャフトのための貫通孔２０が形成されている。シャフト１６用の孔２０を垂直に通る面に関し鏡面対称的な構造は、各々の前縁１７から流れ誘導手段７の真ん中まで延びる流れ誘導手段の下面の、その傾斜した構造と同じであることが分かる。ここでは、流れ誘導手段の下面の最下点は、中央平面で、支持体２の最大半径に向かい合っている。
【００３３】
図７では、アームなしの流れ誘導手段７が示されている。側壁は、ほぼ三角形のプロファイルとして形成されている。流れ誘導手段内には、支持体が設けられている。その目的は、機械的補強を可能にするためである。
【００３４】
支持体を、閉じた外殻で被覆するのは、内部の空洞を形成するためである。
【００３５】
図８は、アーム８と、該アームにある支持部１８とを有する流れ誘導手段７の斜視図を示し、図９は図８の略正面図を示す。この略正面図では、流れ誘導手段７のヨーク状の構造と、アーム８および図示しないシャフトの軸受用の支持部１８とが分かる。
【００３６】
図１０は、流れ誘導手段７の平面図を示す。平面図には、支持部１８が、流れ誘導手段７の側縁部を越えて突き出ることが分かる。流れ誘導手段７の輪郭は、全幅に亘って従ってまたアーム８の間の空間に亘って延びている。
【００３７】
図１１には、図示しないシャフト１６に取り付けるためのスリーブ５０が、単独図で示されている。スリーブ５０は、外側に、ダンパとして形成されたストッパ５を有する。ストッパは、スリーブ５０の中心線または中心軸に平行な線上に、スリーブの長手方向に沿って設けられている。ストッパ５は、星状のディスク５１の突起に設けられたナイロンストッパの形態をとるダンパ要素として形成されていてもよい。星状のディスク５１は、中央の切欠部を備え、かつ、互いに直列に結合されて、スリーブ５０を形成する。端面には、フランジ５２が設けられている。その目的は、スリーブ５０をシャフト１６にしっかり保持するためである。
【００３８】
図１２には、２つの支持体２の間にシャフト１６上に取り付けられたこのようなスリーブ５０が示されている。スリーブ５０は、実質的に円筒形の外郭を有し、外郭から、ストッパ５が突き出ている。支持体２は、外側に向いておりかつスリーブ５０に向いている湾曲または斜面を有する。それ故に、流れ横断面がシャフト１６の方向に減少する。内側、すなわち、支持体２の、図示しない圧力面に向いた側は、シャフト１６の方向に、錐形にまたは球冠状に延びている。それ故に、流れを案内する輪郭が生じる。このことによって、２つの互いに向かい合った支持体２の間の流れ横断面の減少は、シャフト１６の領域での流速を増大させる。
【００３９】
本発明の変形例は、図１３に示されている。この図では、支持体２は、シャフト１６に向いた内側に、直線壁状の輪郭を有し、他方、シャフト１６の従ってまたストッパ１５の輪郭は、樽状に構成されており、従って、回転軸６から離れて湾曲している。このことによっても、流れ横断面の収縮を引き起こす。このことは、効率の向上をもたらすことができる。
【符号の説明】
【００４０】
２  支持体
３  圧力面
４  軸
５  ストッパ
６  回転軸
７  流れ誘導手段
１６  シャフト
【図１】
2015534000.tif 000003
【図２】
2015534000.tif 000004
【図３】
2015534000.tif 000005
【図４】
2015534000.tif 000006
【図５】
2015534000.tif 000007
【図６】
2015534000.tif 000008
【図７】
2015534000.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2015534000.tif 000012
【図１１】
2015534000.tif 000013
【図１２】
2015534000.tif 000014
【図１３】
2015534000.tif 000015
【国際調査報告】
2015534000.tif 000016
2015534000.tif 000017
2015534000.tif 000018
2015534000.tif 000019
2015534000.tif 000020
2015534000.tif 000021