(57)【要約】水流から電気を発生させる装置（１２）は、水域内に位置する収束部分（１４）、拡散器部分（２０）、およびチューブ（２２）を含む。収束部分は、ベンチュリ（１８）が、収束部分の端部と混合チャンバとの間に画定されるように、混合チャンバ（１６）の第１の端部に連結される。拡散器部分は、混合チャンバの第２の端部に連結され、使用時、拡散器部分の出口圧力がベンチュリの圧力よりも大きいように構成される。チューブの少なくとも一部は、環状路がチューブと収束部分との間に画定されて、第１の流路を形成するように収束部分内に配置される。チューブは、チューブ内に第２の流路を画定し、発電機（２８）に連結可能なタービン（２６）はチューブ内に配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水流から電気を発生させるための装置であって、
−  ベンチュリが収束部分の端部と混合チャンバとの間に画定されるように、混合チャンバの第１の端部に連結された収束部分と、
−  前記混合チャンバの第２の端部に連結された拡散器部分であって、使用時、出口の圧力が、前記ベンチュリの圧力よりも大きいように構成された拡散器部分と、
−  環状路がチューブと前記収束部分との間に画定されて、第１の流路を形成するように前記収束部分内に配置され、前記チューブの内部に第２の流路を画定するチューブの少なくとも一部と、
−  発電機に連結可能なタービンと、
を含み、前記タービンは前記チューブ内に配置される、装置。
【請求項２】
前記チューブの開口全体にわたって配置されたスクリーンをさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記チューブは、前記収束部分および前記混合チャンバに対して移動可能である、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記チューブの下流端は、前記ベンチュリの上流、前記ベンチュリの下流、または前記ベンチュリとほぼ同じ位置に配置される、請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記チューブは、支持アームによって前記収束部分の内面に連結される、請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記チューブはハブ内に支持される、請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記ハブは、前記チューブを軸方向に移動させる移動機構を含む、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記ハブおよびチューブは、前記収束部分に対する前記チューブの移動を可能にするねじおよびねじ機構を含む、請求項６または７に記載の装置。
【請求項９】
前記チューブの上流端は、前記収束部分内に配置される、請求項１から８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記チューブの前記上流端は、前記収束部分の入口から上流に配置される、請求項１から８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
前記チューブ内に一連の半径方向支持ブレードをさらに含む、請求項１から１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
前記一連の半径方向支持ブレードは、前記タービンの下流、および／または前記タービンの上流に配置される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記チューブは、その上流端に収束領域を有する、請求項１から１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
前記チューブは、その下流端に発散領域を有する、請求項１から１３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
前記チューブは、その全長に沿ってほぼ均一な直径を有する、請求項１から１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
前記混合チャンバの入口の断面積に対する前記収束部分の前記入口の断面積の比率は、前記チューブを通る副流量と、前記チューブの前記上流端と下流端との間の圧力差とを最適化するように選択される、請求項１から１５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１７】
前記混合チャンバの前記入口の前記断面積と前記チューブの断面積との比率は、前記チューブを通る前記副流量と、前記チューブの前記上流端と下流端との間の前記圧力差とを最適化するように選択される、請求項１から１６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１８】
前記拡散器部分の前記出口の断面積に対する前記収束部分の前記入口の前記断面積の比率は、前記装置の性能を最適化するように選択される、請求項１から１７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１９】
前記拡散器部分の前記出口の前記断面積に対する前記収束部分の前記入口の前記断面積の比率は約１：１である、請求項１から１８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２０】
前記タービンは、駆動シャフトによって発電機に連結される、請求項１から１９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２１】
前記拡散器部分の前記出口は、略長方形、長円形、または円形の断面を含む、請求項１から２０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２２】
前記収束部分の前記入口は、略長方形、長円形、または円形の断面を含む、請求項１から２１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２３】
前記拡散器部分および前記収束部分は略円形の断面を有する、請求項１から２２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２４】
前記混合チャンバは略円形の断面を有する、請求項１から２３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２５】
前記混合チャンバは下流方向に収束する、請求項１から２４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２６】
前記混合チャンバは下流方向に発散する、請求項１から２４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２７】
水流から電気を発生させるための装置であって、
−  ベンチュリの端部が混合チャンバとの間に画定されるように、前記混合チャンバの第１の端部にそれぞれが連結された複数の収束部分と、
−  １つの前記混合チャンバの第２の端部にそれぞれが連結された複数の拡散器部分であって、使用時、拡散器部分の出口の圧力が、前記ベンチュリの圧力よりも大きいように構成された複数の拡散器部分と、
−  入口チューブ、マニホルド、および前記マニホルドから延びる複数の出口チューブを含むチューブであって、内部に第２の流路を画定し、前記出口チューブの１つの少なくとも一部は、環状路が前記出口チューブと前記収束部分との間に画定されて、第１の流路を形成するように、前記収束部分の１つに配置される、チューブと、
−  発電機に連結可能なタービンと、
を含み、前記タービンは前記チューブ内に配置される、装置。
【請求項２８】
前記入口チューブの開口全体にわたって配置された、開孔を有するスクリーンをさらに含む、請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記タービンは前記入口チューブ内に配置される、請求項２７または２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記チューブは、前記マニホルドと前記入口チューブとの間に配置された拡散器領域を含む、請求項２７から２９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３１】
前記チューブの前記マニホルドの領域の断面積は、前記タービンが配置された前記チューブの断面領域よりも大きい、請求項２７から３０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３２】
ダムを通る流路を形成するように前記ダムに取り付けられる、請求項１から３１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３３】
水流から電気を発生させるシステムであって、
−  流動水域を横断して位置するバリアを含み、
−  請求項１〜３３のいずれか１項に記載の少なくとも１つの装置が設けられ、前記装置は、使用時、前記バリアの上流側から前記バリアの下流側まで流路を形成するように配置される、システム。
【請求項３４】
前記バリアは、請求項１から３１のいずれか１項に記載の装置を少なくとも２つ含む、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
水域を横断するバリアを通り抜ける流路を設ける方法であって、
−  前記バリアに請求項１から３２のいずれか１項に記載の装置を少なくとも１つ設置すること、を含む方法。
【請求項３６】
水流から電気を発生させる方法であって、
−  バリアの上流側と下流側との間に水頭差が生じるように、水の貯蔵池を形成する水域にわたって、請求項３３または３４に記載のシステムか、または請求項１から３２のいずれか１項に記載の装置を設置することと、
−  前記装置を通る水の流れを使用して、タービンを回転させることと、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水の流れから動力を発生させるシステムおよび装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
波、潮、海、または河川の流れを電気に変換するために多数のシステムが提案されてきた。動力を発生させるのに使用される装置の１つのタイプとして、通常、潮汐流で駆動される自由流水中タービンがある。水中に配置する場合、自由流タービンは列で配置できるが、相互作用による性能劣化を回避するために、個々のタービン間でかなりの離隔距離を必要とする。
【０００３】
実際上、これらの装置はまた、商用エネルギー生産でこれらの装置が使用されるのを可能にするために、高い流速を必要とする。水中自由流タービンは、動力を発生させるのに、水流に存在する運動エネルギーを利用し、実現不可能な大口径にすることなく、コスト効率をよくするために、高速流れの流路に配置される必要がある。これは、タービンディスクに作用する流入流れの運動エネルギーが、自由流流れの速度の２乗に比例するからである。
【０００４】
任意の自由流タービンによって機械エネルギーに変換できる入射運動エネルギーの理論的な最大割合はベッツ限界と呼ばれる。この点を越えると、水は、タービンが固体障害物であるかのように、単にタービンディスクの外側のまわりを流れ、さらなるエネルギーに何ら寄与しない。
【０００５】
動力を発生させるのに使用される装置の別のタイプとして、水源が、すべての水をダム内に配置されたタービンに送る水力発電ダムがある。しかし、これらのタイプのシステムは、発電機が効率的に作動するのを可能にするために、５メートル以上の水頭差を必要とする。したがって、これは、そのようなシステムを使用できる場所の数を限定する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、特に、自由流タービンによる効率的なエネルギー生産に望ましい速度よりも遅い比較的低速で大量の水の流れがある状況において、流動水域から動力を発生させる代替の装置を提供する。さらに、本発明は、ベッツ限界の影響を受けず、そのため、きわめて大量のエネルギーを発生させるのに適する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、概して、
収束入力領域と、拡散器として構成された発散出力領域と、入力領域と出力領域との間の流路に設けられた、入力領域の狭小端と出力領域の狭小端との間のくびれたのど領域とを有するベンチュリ管と、
ベンチュリ管内に構築された、タービンを有するチューブと、
を含む、水流から電気を発生させるための装置であって、チューブの端部は、ベンチュリ管とチューブとの間の空間が、主流れ用の第１の流路を形成し、チューブが、副流れ用の第２の流路を形成し、それにより、使用時、第１の流路を通る水の流れが、第２の流路を通る水の流れを誘発する。タービンを有するチューブは、収束する入力領域に構築することができ、チューブの端部は、収束する入力領域とチューブとの間の空間が、第１の流路を形成するように配置される、装置に属する。
【０００８】
本発明の一態様は、ベンチュリが収束部分の端部と混合チャンバとの間に画定されるように、混合チャンバの第１の端部に連結された収束部分と、混合チャンバの第２の端部に連結され、使用時、出口圧力がベンチュリにおける圧力よりも大きいように構成された拡散器部分と、環状路がチューブと収束部分との間に画定されて第１の流路を形成するように収束部分内に配置され、チューブの内部に第２の流路を画定するチューブの少なくとも一部と、発電機に連結可能なタービンとを含み、タービンはチューブ内に配置される、水流から電気を発生させるための装置を提供する。
【０００９】
チューブは、その上流端に、開孔を有するスクリーンをさらに含むことができる。一実施形態では、チューブは、チューブの開口全体にわたって設けられた、開孔を有するスクリーンを含む。
【００１０】
スクリーンの開孔の大きさは、魚がチューブに入るのを防止しながら、それでもなお水がチューブを流れるのを可能にするように選択される。スクリーンは、有孔金属スクリーンまたはネットなどの任意の適切な材料で作ることができる。開孔の大きさは、魚および他の海洋動物（カワウソなど）によるチューブへの進入を阻み、一方で、それでもなお水がチューブを流れるのを可能にするように選択される。任意の適切なスクリーニングシステムを使用することができる。魚スクリーンを使用するのが好ましい。
【００１１】
収束部分、混合チャンバ、および発散チャンバによって形成された外側パイプに配置されるタービンはないので、下流に向かう魚および他の海洋動物の通路が埋設されることはない。魚および他の海洋動物は、装置が配置されたダムの片側から側まで安全に泳ぐことができる。装置は、魚および他の動物に損傷を与えないまま、それでもなお、大量のエネルギーを水流から回収することができる。魚は、スクリーンによって、内側チューブに進入するのを妨げられる。
【００１２】
チューブは出口および入口を有し、出口を含むチューブの少なくとも一部は収束部分に配置される。チューブは収束部分と同軸であり、第１の流路を画定する空きがチューブと収束部分との間にある。
【００１３】
チューブは収束部分および混合チャンバに対して移動可能である。チューブは収束部分および混合チャンバに対して軸方向に移動可能である。
【００１４】
チューブの下流端は、ベンチュリ部分と同じ位置、ベンチュリ部分の上流、またはベンチュリ部分の下流に配置することができる。チューブの端部はこれらの位置間を移動可能である。
【００１５】
チューブは、支持アームによって収束部分の内側面に連結することができる。支持アームは、主流れのエネルギー損失を最小限にする形状とすることができる。
【００１６】
チューブは、ハブ内に支持することができる。ハブは、流れ干渉を最小限にするために、滑らかな外形を有することができる。ハブは、チューブを軸方向に移動させる移動機構を含むことができる。ハブおよびチューブは、収束部分に対するチューブの移動を可能にするねじおよびねじ機構を含むことができる。ハブおよびチューブは、ハブおよび収束部分に対するチューブの移動を可能にする他のインデックス機構を含むことができる。
【００１７】
チューブの上流端は、収束部分内に配置することができ、またはチューブの上流端は、収束部分の入口から上流に配置することもできる。チューブの端部はこれらの位置間を移動可能である。チューブの上流端の位置は、チューブを通る副流量と、チューブの上流端と下流端との間の圧力差とを最適化するように選択される。
【００１８】
チューブは、チューブ内に一連の半径方向支持ブレードを含むことができる。一連の半径方向支持ブレードは、タービンのブレードに対向する。固定された一連の半径方向支持ブレードは、チューブ内でタービンの上流または下流の位置に配置される。
【００１９】
チューブは、その下流端に収束領域を有することができる。収束領域は、タービンを通る所望の流速の確立を促進するのに寄与し得る。チューブは、その下流領域に発散領域を有することができる。
【００２０】
一実施形態では、チューブは、その全長に沿ってほぼ均一の直径を有することができる。チューブの開口およびチューブの出口は、ほぼ同じ直径を有する。
【００２１】
混合チャンバの入口の断面積に対する収束部分の入口の断面積の比率は、チューブを通る副流量と、チューブの上流端と下流端との間の圧力差とを最適化するように選択される。
【００２２】
混合チャンバの入口の断面積とチューブの断面積との比率は、チューブを通る副流量と、チューブの上流端と下流端との間の圧力差とを最適化するように選択される。
【００２３】
拡散器部分の出口の断面積に対する収束部分の入口の断面積の比率は、装置の性能を最適化するように選択される。拡散器部分の出口の断面積に対する収束部分の入口の断面積の比率は１：１とすることができる。
【００２４】
タービンは、駆動シャフトによって同軸の発電機に連結することができる。あるいは、タービンは、プーリホイールおよび駆動ベルト、ギヤホイールおよび駆動シャフト、油圧ポンプ、または配管および油圧モータ、あるいは上記の混合体により、離れたところにある発電機に連結される。
【００２５】
拡散器部分の出口は、略長方形、円形、または長円形の断面を有することができる。
【００２６】
収束部分の入口は、略長方形、円形、または長円形の断面を有することができる。
【００２７】
拡散器部分の出口および収束部分の入口は、ともに略円形の断面を有することができる。
【００２８】
混合チャンバは、その全長に沿って略円形断面を有することができる。混合チャンバは、チューブを通る副流量と、チューブの上流端と下流端との間の圧力差とを最適化するために、下流方向に先細りにするか、または末広がりにすることができる。
【００２９】
先細りにするとは、混合チャンバの開口が、混合チャンバの出口よりも大きい直径を有するように、混合チャンバが下流方向に収束することを意味する。裾広がりにするとは、混合チャンバの開口が、混合チャンバの出口よりも小さい直径を有するように、混合チャンバが下流方向に発散することを意味する。
【００３０】
外側パイプベンチュリおよび混合領域にはタービンがない。混合チャンバに直接、またはベンチュリに直接タービンを設けないことで、流れが拡散器部分に流入する前に、この領域を通る適切に調整された流れを維持するのに寄与する。拡散部分もタービンがない。タービンは、副流だけがタービンを通り過ぎるように内側チューブ内だけに設けられる。
【００３１】
本発明は、
それぞれが、収束入力領域と、拡散器として構成された発散出力領域と、入力領域と出力領域との間の流路に設けられた、入力領域の狭小端と出力領域の狭小端との間のくびれたのど領域とを有する複数のベンチュリ管と、
タービン、入口領域、および複数の出口領域を有するチューブと、
を含むシステムであって、チューブは、チューブの各出口がベンチュリ管の収束入力領域に配置されて、収束入力領域と入力領域にあるチューブの一部との間の空間が主流れ用の第１の流路を形成し、チューブが副流れ用の第２の流路を形成するようにベンチュリ管内で構成され、それにより、使用時、第１の流路を通る水の流れが、第２の流路を通る水の流れを誘発する。タービンは、チューブの入口領域に配置することができる、システムにさらに属することができる。
【００３２】
本発明のさらなる態様は、
−  ベンチュリが収束部分の端部と混合チャンバとの間に画定されるように、混合チャンバの第１の端部にそれぞれが連結された複数の収束部分と、
−  １つの混合チャンバの第２の端部にそれぞれが連結された複数の拡散器部分であって、使用時、拡散器部分の出口の圧力が、ベンチュリにおける圧力よりも大きいように構成された複数の拡散器部分と、
−  入口チューブ、マニホルド、およびマニホルドから延びる複数の出口チューブを含むチューブであって、内部に第２の流路を画定し、出口チューブの１つの少なくとも一部は、環状路が出口チューブと収束部分との間に画定されて第１の流路を形成するように収束部分の１つに配置される、チューブと、
−  発電機に連結可能なタービンと、
を含み、タービンはチューブ内に配置される、水流から電気を発生させるための装置を提供する。
【００３３】
開孔を有するスクリーンは、入口チューブの開口全体にわたって配置することができる。
【００３４】
タービンは、入口チューブに配置される。チューブは、マニホルドと入口チューブとの間に配置された拡散器領域をさらに含むことができる。
【００３５】
チューブのマニホルド領域の断面積は、タービンが配置されたチューブの断面積よりも大きくすることができる。
【００３６】
上記の装置は、ダムを通る流路を形成するようにダムに取り付けることができる。
【００３７】
本発明のさらなる態様は、流動水域の断面にわたって位置し、少なくとも１つの上記装置を設けられたバリアを含む、水流から電気を発生させるためのシステムを含み、装置は、使用時、バリアの上流側からバリアの下流側まで流路を形成するように配置される。
【００３８】
バリアは、少なくとも２つの上記装置を含むことができる。バリアは、一連の上記装置を含むのが好ましい。装置は、バリアの片側から他方の側まで流路を形成するようにバリアに組み込まれる。
【００３９】
入力領域および出力領域は、潮汐流におけるなど、両方向で使用するために逆にすることができる。例として、タービンを備えたチューブなどの入力領域にある特徴部を出力領域に設けることもできる。
【００４０】
装置は、バリアを通り抜ける流路を形成するために使用することができる。バリアは水域にあり、片側で水の高圧貯蔵池を形成する、または水を閉じ込めるダムまたは他のそのような設備とすることができる。
【００４１】
本発明のさらなる態様は、上記の装置をバリアに設置することを含む、水域を横断するバリアを通り抜ける流路を形成する方法を含む。
【００４２】
本発明のさらなる態様は、
−  バリアの下流側と上流側との間に水頭差が生じるように、水の貯蔵池を形成する水域にわたって、上記のシステムまたは装置を設置することと、
−  装置を通る水の流れを使用して、タービンを回転させることと、
を含む、水の流れから電気を発生させる方法を含む。
【００４３】
以下の説明において、「上流」および「下流」という用語は、装置の特徴部の相対位置を明確にするために使用される。上流および下流方向は、使用時、水が装置を流れる方向に対して規定される。上流端は、入力領域とみなすことができ、下流端は、出力領域とみなすことができる。
【００４４】
添付図面を参照して、本発明が下記に例として説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施形態の側方断面図を示している。
【図２】本発明の実施形態の側方断面図を示している。
【図３】本発明の装置で使用する混合チャンバの例を示している。
【図４】本発明で使用するチューブおよびタービンの破断図を示している。
【図５】本発明の装置で使用する収束部分の実施形態の破断図を示している。
【図６】本発明の実施形態の側方断面図を示している。
【図７】本発明の装置で使用する収束部分の破断図を示している。
【図８】本発明の装置で使用する収束部分の破断図を示している。
【図９】本発明の異なる実施形態の例を示している。
【図１０】本発明の異なる実施形態の例を示している。
【図１１】本発明の実施形態の概略的な平面図を示している。
【図１２】本発明の実施形態の概略的な平面図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
図１は、水流を電気に変換する本発明によるシステムを示している。システムは、水域の幅にわたって配置されたバリア１０と、バリアの上流側からバリアの下流側まで、バリア１０を通り抜ける水の流路を形成する装置１２とを含む。システムは、水力学的流れエネルギーを水力学的ポテンシャルエネルギーに変換し、次いで、水力学的ポテンシャルエネルギーを電気エネルギーに変換する。流れに対するバリアの抵抗により、水力学的ポテンシャルエネルギーの蓄積をもたらす上流の自由水面の上昇が起こり、この水力学的ポテンシャルエネルギーは、装置を通る流れを引き起こし、タービンは、電気に変換するために、水力学的ポテンシャルエネルギーから機械エネルギーを抽出する。隆起した上流の自由面における蓄積した水力学的ポテンシャルエネルギーは、上流の流れの運動エネルギーによって連続的に補充される。
【００４７】
図１および図２を参照すると、装置１２は、バリア１０の上流位置から下流位置まで流路を形成している。装置１２は、収束部分１４を含み、収束部分１４は、ベンチュリ１８が、収束部分と混合チャンバ１６との境界で画定されるように、混合チャンバ１６に向かって細くなっている。末広がりの拡散器部分２０は、混合チャンバ１６の出口から延びている。
【００４８】
チューブ２２は、環状路２４が、チューブ２２の外側面と、収束部分１４を画定する壁の内面との間に形成されるように、収束部分１４の全長の少なくとも一部に沿って配置されている。チューブ２２の長手軸は、収束部分１４の長手軸とほぼ一列に並んでいる。タービン２６は、チューブ２２内に配置され、駆動シャフト３０を介して発電機２８に連結されている。
【００４９】
主流れ３２用の第１の流路は、チューブ２２と収束部分１４の壁との間の環状路２４内に画定される。副流れ３４用の第２の流路は、チューブ２２内に画定される。環状路はチューブと収束部分の内壁との間にある、円形のリング形状の空間に限定されない。環状路の形状は、収束部分およびチューブの断面形状によって決まる。
【００５０】
水域を横断するバリア１０は、装置の上流に圧力水頭をもたらす。これは、流れが遅くなるにつれて、バリアの後ろの水深が深くなるように、流速による運動エネルギーの一部を、上昇した水面によるポテンシャルエネルギーに変換する。得られた水頭差（Ｈ）により、ポテンシャルエネルギーを、同等の流れから直接運動エネルギーを抽出する自由流れ装置の、ベッツ限界として公知の上限出力を超える有用なエネルギーに変換することが可能になる。バリア１０の上流側からの水は、収束部分１４を通って混合チャンバに流入し、次いで、拡散器部分２０から装置の外に流れる。タービン２６を駆動し、ひいては、発電機モジュールに動力を供給する、チューブ２２を通る副流れ３４が誘発される。
【００５１】
収束部分１４は、ベルヌーイの定理に従って形成されたベンチュリの低圧領域まで水流を加速する。低圧領域により、チューブを通る副流れが誘発される。主流れおよび副流れは共に、２つの流れが混合される混合チャンバに流入する。混合流は拡散器部分に流入し、混合流が拡散器領域を進むにつれて、水流の速度が遅くなる。水が拡散器部分２０を流れるときに、拡散器部分２０の下流から出る前に、流れはその静水頭を回復し、その動水頭を失う。これは、ベンチュリでの低い静水頭を保護する。
【００５２】
したがって、大量で低水頭の流れを、従来の反動タービンで電力を発生させることができる少量で高水頭の流れに変えることができる。
【００５３】
水流の主要部分である主流れ３２は、収束部分１４の壁とチューブ２２との間に形成された環状路２４を通過する。水が少量の方の副流れ３４は、チューブ２２を流れてタービン２６を駆動する。主流れ３２は、収束部分においてベンチュリに向かって収束するので、主流れ３２は加速し、ベルヌーイの定理に従って静水頭を失う。チューブ出口におけるチューブ２２の外の主流れ３２が高速であるのは、遅い方の副流れ３４をチューブ２２の端部から主流れ３２に引き込む助けとなる。
【００５４】
一実施形態では、装置は、水流の約８０％が環状路２４を通り、残りの水流約２０％がチューブ２２を通って引き寄せられるように設計される。
【００５５】
収束部分は、一端でバリアの後ろから水を受け入れるための入口としての第１の開口と、水を混合チャンバ１６に放出する、反対側の端部の出口としての狭い方の開口とを有する漏斗の形態をとる。収束部分１４は、上流端から混合チャンバ１６の入口に向かって先細りになっている。ベンチュリは、収束部分と混合チャンバとの境界に画定される。収束角α（アルファ）、部分の全長、ならびに収束部分の入口および出口の直径等の寸法などの収束部分のパラメータは、装置の性能を最適化するように選択することができる。
【００５６】
混合チャンバ１６は、副および主流れが合流して、実質的に均一な流れを形成することができる領域を形成し、この実質的に均一な流れは、拡散器部分を通る流れにおける十分な圧力回復により、ベンチュリでの低い圧力と拡散器部分の出口での高い方の圧力との間の圧力差を維持するのが可能になる速度プロファイルを有して、混合チャンバを出て拡散器部分２０に入る前に実質的に均一である。それにより、チューブの下流端に隣接するベンチュリで維持された低圧は、チューブの内側に取り付けられたタービンの裏面に伝えられて、タービンの前後における水頭落差を増幅する。
【００５７】
混合チャンバは、副流れに配置されたタービンの動力出力を最大化するように構成されている。これは、ベンチュリの低圧によって誘発された、タービンを通る副流れが、主流れとの合流を開始する地点のすぐ下流の領域の流れ状態を最適化するように混合チャンバを構成することで、少なくとも部分的に達成される。混合チャンバは、この混合チャンバにおける主流れから副流れへのエネルギー伝達を最適化するように構成されている。
【００５８】
混合チャンバは、開口と、出口と、開口と流れを混合できる出口との間に空間を付与するためのゼロでない長さとを有する。混合チャンバ１６を画定する配管の長さ（Ｌ）は、流れが拡散器部分に流入する前に、適切に調整された流れが得られるように選択される。合流した流れが拡散部分に流入する前に、２つの流れにわたる速度プロファイルが許容可能になるように、流れおよび圧力状態に対する的確な長さを選択することで、高速で移動する主流れと遅い方の副流れとの間でエネルギーが最適に伝達されるのが確実になる。
【００５９】
例として、収束部分と、収束部分を通るように配置されたチューブと、混合チャンバの構成とは、拡散器部分およびチューブ内のタービンの構造と合わせて、タービンの前後のチューブ内の圧力降下を、誘発されてチューブを通り、タービンからの出力を最大限にするように、チューブ内に配置されたタービンを通る体積流量と共に最適化するシステムとしてすべて構成されている。
【００６０】
最大出力がベッツ限界に従い、列にする場合に、各機械間の離隔距離を大きく取って配置しなければならない、自由流体流れの中の運動エネルギー機械と異なり、本発明は、第１に、水域の全幅にわたってバリアを設けることにより上流の水位を上昇させることで、流れ全体の運動エネルギーから水力学的ポテンシャルエネルギーを蓄積し、次いで、この蓄積したポテンシャルエネルギーの大部分を、適切なタービンが中に取り付けられたチューブを通る小さい方の流れの部分に集中させ、タービンの前後で、相応して増幅された圧力降下が生じて、高い「水からワイヤへの」効率で電気エネルギーが発生するのを可能にする。
【００６１】
本発明は、水域にわたって順に置かれた自由流れタービンアレイの使用時に通常発生する問題に対処する。そのような自由流れタービンアレイが、本発明と同じ流動水域にわたって置かれた場合、許容可能な効率を達成するために、自由流れタービンのタービンディスクの直径は、本発明のものより遙かに大きくなる。自由流れタービンのタービン回転速度は非常に遅く、したがって、その発電機を駆動するのに、本発明の装置と比較して、大型で費用がかかり、高耐久性の増速ギヤボックスを必要とする。ほとんどの川および多くの感潮河口地を含む多くの場所で、自由流れタービンの望ましい直径は、利用可能な水深を大きく超えることがある。同等の、および／またはより高い効率を達成するのに、より小さいタービンを本発明のシステムと併用できるので、本システムは、より多くの様々な場所で使用されるのに適している。
【００６２】
本発明のシステムの後ろの上流水の自由面は、流れの全幅にわたって、通常１．５ｍ〜３．５ｍだけ隆起する。自由流れタービンの場合、水の流れに対するタービンの抵抗によって生じた、タービンの上の水面上の小さい「隆起」があり、この隆起は、その自由流れタービンのエネルギー発生能力の目安である。この隆起は、通常、直視によって検出することができない。自由面タービンのすぐ上流の隆起は、ベッツ限界の制約のためにほとんど認知することができない。さらに、この小さい隆起塊は、各自由流れタービンに対して同一平面内で局所的であり、ベッツ限界はまた、自由流れタービンまたはタービンアレイの上およびすぐ上流の隆起した水の体積が、同じ流動水域にわたって置かれた本発明の上流の隆起体積よりも、通常根本的に１桁以上小さいように、アレイになった各自由流れタービン間の大きな開放水域を規定する。隆起した水の体積のこの比較は、各タイプの機械で電気に変換するのに入手可能な比較エネルギーの直接的な目安である。したがって、本発明のシステムは通常、システムにとって入手可能なエネルギーを、自由流れタービンまたは自由流れタービンアレイが同じ水域から入手可能なものよりも１桁以上多く有する。
【００６３】
さらに、本発明は、展開した自由流れタービンよりも、上流の隆起水頭が遙かに大きく、それにより、典型的には上流流れの２０％である誘発された副流において、その水頭差を通常３〜５倍さらに増幅する。そのため、本発明のタービンの駆動水頭（圧力）は、自由流れタービンの前後の駆動水頭よりも通常１桁以上大きい。したがって、本発明のこの装置は、典型的な自由流れタービンよりも直径が１桁以上小さいタービンを使用することができ、１桁以上速い速度で回転する。
【００６４】
水源を横断するバリアにより、すべての水の流れをタービンを通じて流す典型的な水力発電ダムは、発電機を効率よく動作させるために、通常５ｍ以上の水頭差を必要とする。一方、本発明は、誘発された副流れの圧力が増幅されるので、約１．５ｍの水頭差でそのようなタービンをコスト効率よく動作させることができる。
【００６５】
図３を参照すると、本発明の一実施形態では、混合チャンバ１６は、混合チャンバの出口がその入口よりも細くなるように、半円錐角β（ベータ）だけ下流方向に先細りにすることができる。混合チャンバの半円錐角は、正または負とすることができる。代替の実施形態では、混合チャンバは、混合チャンバの出口が、混合チャンバの入口よりも広くなるように、上流方向に先細りにすることができる、すなわち、混合チャンバは、その全長に沿って拡散器部分の方に発散する。先細りの混合チャンバを有することで、環状路を通る高速の方の主流れと、チューブ２２を出た遅い方の副流れとの間のエネルギー伝達を容易にすることができる。
【００６６】
混合チャンバ１６の下流端は、拡散器部分２０に連結されている。拡散器部分は、混合チャンバ１６から水を受け入れるための入口としての第１の開口と、水を放出してバリアの下流側の自由流れに戻す、反対側の端部にある出口としての広い方の開口とを有する漏斗の形態をとる。拡散器部分２０は、流れが拡散器部分２０を出る前に流れを遅くして静圧を回復し、乱流によるエネルギー損失を最小限にするために、混合チャンバ１６の出口から外方に広がっている。発散角は、拡散器の性能を最適化するように選択することができる。
【００６７】
その部分の全長、発散角θ、ならびに第１および第２の開口の断面積の比率などの拡散器部分のパラメータは、流れが減速して自由流れ速度に戻るときに、乱流を抑え、流れの剥離によって生じるエネルギー損失を低減するように選択される。過度の乱流、渦、および流れの剥離は、流れが拡散器部分の出口に近づいたときに、圧力の回復を阻害することがある。パラメータは、圧力回復を最大化して、下流の水深に従って設定される拡散器出口での圧力が、ベンチュリでの圧力を超えて可能な限り高くなるように選択される。
【００６８】
チューブ２２は、収束部分１４の全長の少なくとも一部に沿って延び、収束部分１４内で中心に配置されている。チューブは、その全長に沿ってほぼ均一の直径を有することができる。チューブの入口は、チューブの出口とほぼ同じ直径を有する。図２および図７を参照すると、チューブ２２は、チューブ２２の外面から収束部分１４の内面に延びる半径方向の支持アーム３６によって、収束部分１４内に支持されている。存在する支持アーム数は変えることができる。３つまたは４つの支持アームが使用されるのが好ましいが、必要に応じて、異なる数量の支持アームを使用することができる。支持アームは、主流れのエネルギー損失を最小限にする形状とされる。
【００６９】
さらなる実施形態では、チューブは、その上流端に収束領域を含むことができる。チューブの収束領域は、タービンを通る流れの高速化に寄与する。チューブは、タービンの下流にあるチューブの下流端に発散領域を有することができる。チューブの発散領域は、チューブを出た副流れと発散部分の環状主流れとの速度間に好ましい対照性（ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ）を付与するのに寄与する拡散器として機能する。
【００７０】
チューブ入口は、上流の静水頭を受け、チューブの下流端は、ベンチュリの領域の小さくなった静水頭を受ける。チューブは、上流の高静水頭とベンチュリでの低水頭との間の流路を形成している。副流れ３４は、チューブの上流端とベンチュリとの間の増幅された水頭落差によって誘発されて、チューブ２２を通過する。タービン２６は、チューブ２２内に配置され、駆動シャフト３０によって発電機２８に連結され、副流れからエネルギーを抽出する。ベンチュリでの低圧により、チューブ２２の出口とチューブの入口との間の圧力降下は、高速軸流タービンが最良に動作する設計圧力にほぼ合致するほど大きくなる。
【００７１】
図２および図６に示すように、チューブ２２の下流端は、ベンチュリ領域の小さくなった静水頭を受けるように収束部分１４内に配置されている。チューブの下流端は、混合チャンバ１６から距離Ｘ１で終端している。チューブ２２の上流端は、収束部分１４の入口から距離Ｘ２で外に延びている。距離Ｘ１、Ｘ２は、装置の性能を最適化し、チューブを通る副流れを最大化するように選択される。
【００７２】
Ｘ１およびＸ２は、装置の１つの構成において、チューブの上流端が収束部分内に配置することができ、装置の別の構成において、チューブの下流端が混合チャンバの内部に配置することができるように、正または負とすることができる。
【００７３】
距離Ｘ２を変えることができることで、チューブが長すぎることによって生じるチューブ内部の副流れに対する過剰な摩擦エネルギー損失なしに、チューブ２２の上流端が最大上流圧力水頭を受けるようにする最適距離だけ、収束部分１４の入口を越えて、チューブ２２の上流端が外に突出するのが保証される。
【００７４】
チューブの出口におけるチューブの外の高速主流れ３２は、チューブを通り、チューブの端部から出た遅い方の副流れ３４を主流れに引き込む助けとなる。副流れ３４は、主流れ３２と混ざるときに加速する。ベンチュリの上流から混合チャンバの内部に向かうＸ１、つまりチューブの出口の位置を変えることで、非常に乱れて複雑な流れ状態である様々な混合特性がもたらされる。そのような細部の変更を行う自由度により、任意の１つの構造および流れ状態に適するように、最適な混合状態が選択されるのが可能になる。
【００７５】
一実施形態では、チューブ２２は、混合チャンバに対して軸方向を前後に（下流または上流に）移動可能である。図５および図６に示すように、チューブ２２は、中空の支持ハブ４２によって収束部分１４内に支持されている。支持アーム３６は、ハブから収束部分１４の内面まで半径方向に延びている。支持アーム数は変えることができ、主流れのエネルギー損失を最小限にするような形状とされる。
【００７６】
ハブ４２およびチューブ２２は、収束部分に対するチューブの移動を可能にする相補的なねじおよびねじ機構を含む。ハブの内部のねじ山は、支持ハブに隣接するチューブの外面の局所部分のまわりのかみ合いねじと係合している。回転機構は、チューブ２２を回転させ、変化する動作条件に適するように、動作時に距離Ｘ１、Ｘ２が変えられるのを可能にする。収束部分および混合部分に対するチューブの位置を移動させることができる他のインデックス機構を使用することもできる。ハブの縁部は、主流れの流れ干渉を最小限にするように滑らかな形状とすることができる。
【００７７】
チューブ内でベンチュリの前にタービンを設けることで、タービンの上流面が周囲の上流水頭を受けることが可能になり、一方、タービンの下流面は、低圧領域にさらされるので、チューブの全長間で圧力差が存在し、この圧力差が副流れを生じさせる。タービンは、チューブの出口に低圧領域があることで、チューブを通って引き寄せられる副流れからエネルギーを取り出すことができる。
【００７８】
チューブは、タービンブレードに対向する、固定された一連の半径方向支持支持ブレードを含むことができる。例えば、支持ブレードは右手役、タービンブレードは左手役とすることができ、逆も可能である。固定された一連の半径方向支持ブレードは、タービンブレードに対向する流れ直線化ブレードとして機能する。一連の半径方向支持ブレードは、タービンの上流か、または下流のいずれかでチューブ内に配置することができ、タービンによって流れに誘起された回転エネルギーが打ち消されて、チューブから出た流れが、可能な限り軸方向に近くなるのを保証するように設計されている。
【００７９】
図４、図６、および図８を参照すると、軸流タービンは、タービンの上流に配置された、半径方向に延びる複数の支持ブレード３８を有するステータによって支持されている。ステータは、２つ以上の、好ましくは５つ以上の半径方向支持ブレード３８を含むことができる。シャフトベアリング４０は、支持ブレード３８の中心で駆動シャフト３０に取り付けられている。各支持ブレードは、副流れに対する迎え角を有し、そのため、副流れがタービンを通る結果として、タービンのロータアセンブリによって引き起こされる旋回流とは反対の前旋回流が副流れに導入される。ステータおよびロータブレードの反対回りの迎え角は、動力出力を最大にし、最小の旋回で基本的に軸方向にチューブ２２の下流端を出る流れが生じるように選択される。タービン２６は、駆動シャフト３０によって発電機に連結されている。発電機は、バリア内に、またはバリアに近接して、水中に配置することができる。他の実施形態では、発電機は、装置から離れて、かつ／または水の外に配置して、タービンを発電機に連結する適切なベルトまたは駆動系によって駆動することができる。プーリホイール、駆動ベルト、ギヤホイール、駆動シャフト、油圧ポンプ、配管および油圧モータ、ならびにそれらのシステムの混合体などの他の適切なシステムを使用して、タービンを発電機に連結することができる。さらなる実施形態では、発電機は、タービンと統合することができる。
【００８０】
チューブ２２の下流端の断面積（Ａ２）に対する混合チャンバ１６の断面積（Ａ１）の比率は、ベンチュリの性能に影響を及ぼす。比率Ａ１：Ａ２は、チューブを通る副流れを最適化し、装置の性能を最大にするように選択される。混合チャンバ１６の断面積（Ａ１）および収束部分１４の入口の断面積（Ａ３）もベンチュリの性能に影響を及ぼし、チューブを通る副流れを最適化し、装置の性能を最大にするように選択される。
【００８１】
図９に示すように、一実施形態では、収束部分１４の入口および拡散器部分２０の出口は、略長方形の断面を有することができる。収束部分１４および拡散器部分２０は、略円形の断面を有する混合チャンバ１６に向かって先細りとすることができる。代替の構成では、装置は、その全長に沿って直径が変わる略円形の断面を有することができる。図１０に示すように、収束部分１４の入口、拡散器部分２０の出口、および混合チャンバ１６はすべて、略円形の断面を有する。収束部分の入口および拡散器部分の出口に対して、長円形の断面および／または内部の角部に丸みが付いた長方形の断面などの他の断面形状および形状の組み合わせも考えられる。
【００８２】
拡散器部分の出口の断面積に対する収束部分の入口の断面積の比率は、装置の性能を最適化するように選択される。一実施形態では、これらの２つの面積はほぼ等しい。その比率は、装置の下流の流れ状態が、装置の設置によってほとんど影響を受けず、装置の出口での流れ状態が、装置を設置する前の水域に一般的な周囲状態を事実上再現するように選択される。
【００８３】
一実施形態では、スクリーン（図示せず）がチューブの入口全体にわたって配置される。スクリーンは、水がチューブを通って静まるのを可能にする開孔を有する。スクリーンは、それでも副流れがチューブを通過するのを可能にする任意の適切なスクリーンとすることができる。一実施形態では、スクリーンは魚スクリーンである。
【００８４】
図１１および図１２を参照すると、電気を発生させる装置１１０は、それぞれが収束部分１１２、混合部分１１４、および末広がりの拡散器部分を有する一連のベンチュリモジュールを含む。各モジュールにおいて、収束部分は、ベンチュリが収束部分と混合部分との境界領域に画定されるように、混合チャンバに向かって細くなっている。拡散器部分は、拡散器部分の出口から延びている。
【００８５】
単一の入口を有するチューブ１１６は、各収束部分１１２の全長の少なくとも一部分に沿って配置され、主流れ内で上流に向かって適切な距離だけ延びている。主流れ１２４用の第１の流路は、収束部分内に配置されたチューブ１１６の一部と収束部分１１２の壁との間で装置内に画定される。
【００８６】
チューブ１１６は、チューブの単一の入口部分１２２につながっているマニホルド１２０に結合された複数の出口チューブ１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃを含む。チューブは、副流れ１２６用の第２の流路を画定する。チューブの入口は、上流の静水頭を受けるようにモジュールの上流に配置され、チューブは、上流の高静水頭とベンチュリの低静水頭との間の流路を形成している。入口部分１２２の入口全体にわたって有孔スクリーン（図示せず）を配置することができる。
【００８７】
タービン１２８は、チューブが分割されて、副流れ１２６を各収束部分１１２に送る、独立した出口チューブを形成する前に、第２の流路の共通領域でチューブの入口部分に配置されている。
【００８８】
統合した副流れ１２６は、ベンチュリの低圧領域によって誘発されて、チューブ１１６および単一タービン１２８を通り抜ける。チューブは、タービンとマニホルドとの間に拡散器領域１３０を含むことができる。
【００８９】
出口チューブ１１８ａ、１８８ｂ、１８８ｃが曲がり、結合する位置は、主流れパターン１２４が各収束部分１１２に流入するのを邪魔しないように、上流に十分離れて置かれる。マニホルドで送られる流れの中の統合した副流れを含む各チューブ１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ）の接合部は滑らかな形状とされて、あらゆる鋭角な曲げ、または内部エッジでの乱流の誘発を制限する。
【００９０】
このように、この態様で一群の個々の装置を受け持つ単一のタービン１２８は、ベンチュリ装置から十分に離れており、マニホルド１３０の断面積は、タービン１１６の断面積よりも十分に大きいように構成されるのが好ましく、こうして、マニホルド１３０内の流速を制限し、それにより、そうでなければ発生することがある、対応する運動エネルギーの損失を制限する。
【００９１】
単一の水の進路の中にいくつかのモジュールを一緒に設置することで、複数の収束部分内の複数の出口チューブによる誘発された副流れが共に統合され、その統合された流れが、別の方法において収束部分内で各独立したチューブ内に設置することができるタービンよりも大きい容量の単一タービンを通って引き入れられるように、共通のチューブシステムを用いてモジュール同士がグループとなって統合されるのが可能になる。
【００９２】
副流れを統合することで、別の方法で必要とされるよりも少ないが大型であるタービンおよび発電機を使用することができる。これは、複雑さを軽減し、コスト効率を改善することができる。
【００９３】
バリア１０は、水流から動力を発生させるための単一の装置を含むことができる。システムのさらなる構成では、一連の装置１２をバリアに連結することができる。好ましくは、装置は、バリアのベース部に配置される。しかし、他の構成では、装置は、バリアの様々な高さに配置することができる。
【００９４】
装置は、水流から電気を発生させるために水域に配置される。装置１２は、バリアの少なくとも一部分が、装置からほぼ垂直方向上方に、かつ水位よりも上に延びるようにバリア１０に連結され、そのため、水域にわたって設置された場合に、バリアの上流側と下流側との間に水頭差が生じる。装置がバリアのベース部に配置されると、バリアの高さの大部分は装置より上に延びる。
【００９５】
装置は、ダムを通って横に延びることができる。バリアの幅に応じて、装置はバリア内に閉じ込めることも、バリアの上流側および／もしくは下流側から外に延びることもできる。
【００９６】
１つの構成では、少なくとも収束部分、発散部分、および混合チャンバがバリア内に配置される。収束部分の入口は、バリアの上流側とほぼ整列し、発散部分の出口は、バリアの下流側とほぼ整列する。
【００９７】
別の構成では、装置は、バリアの下流に延びることができて、収束部分の入口は、バリアの上流側と略整列し、一方、発散部の出口は、バリアの幅を越えて延びる。
【００９８】
バリアは、構造体のまわりのバイパス流れを最小限にするように設置することができる。一実施形態では、バリアは、バイパス流れを最小限にするように、流水、川、または潮汐流の水底に、流水、川、または潮汐流の全幅にわたって設置される。
【００９９】
一方、装置は、水域において、流体流れから動力を発生させるバリアシステムの一部であるとして説明された。装置はまた、大量で低水頭の流れが存在する、電気を発生させる他の用途で使用することもできる。
【０１００】
本発明の概念の範囲内であるこれらの、および他の変形形態を考慮して、添付の特許請求の範囲を参照すべきである。本発明の範囲内の他の変更を行うことができる。例えば、単一の収束部分を含む装置に対して説明した特徴部は、複数のベンチュリモジュールを含む装置に組み込むことができる。複数のベンチュリモジュールを有する装置は、４つのベンチュリ管で例示したが、異なる数量のモジュールを装置に組み入れることができ、例えば、２つ以上のベンチュリモジュールが存在し得る。
【図１】
2015520329.tif 000003
【図２】
2015520329.tif 000004
【図３】
2015520329.tif 000005
【図４】
2015520329.tif 000006
【図５】
2015520329.tif 000007
【図６】
2015520329.tif 000008
【図７】
2015520329.tif 000009
【図８】
2015520329.tif 000010
【図９】
2015520329.tif 000011
【図１０】
2015520329.tif 000012
【図１１】
2015520329.tif 000013
【図１２】
2015520329.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成27年2月18日(2015.2.18)
【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】
水流から電気を発生させるための装置であって、
−  ベンチュリが収束部分の端部と混合チャンバとの間に画定されるように、混合チャンバの第１の端部に連結された収束部分と、
−  前記混合チャンバの第２の端部に連結された拡散器部分であって、使用時、出口の圧力が、前記ベンチュリの圧力よりも大きいように構成された拡散器部分と、
−  環状路がチューブと前記収束部分との間に画定されて、第１の流路を形成するように前記収束部分内に配置され、前記チューブの内部に第２の流路を画定するチューブの少なくとも一部と、
−  発電機に連結可能なタービンと、
を含み、前記タービンは前記チューブ内に配置される、装置。
【請求項２】
前記チューブの開口全体にわたって配置されたスクリーンをさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記チューブは、前記収束部分および前記混合チャンバに対して移動可能である、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記チューブの下流端は、前記ベンチュリの上流、前記ベンチュリの下流、または前記ベンチュリとほぼ同じ位置に配置される、請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記チューブは、支持アームによって前記収束部分の内面に連結される、請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記チューブはハブ内に支持される、請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記ハブは、前記チューブを軸方向に移動させる移動機構を含む、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記ハブおよびチューブは、前記収束部分に対する前記チューブの移動を可能にするねじおよびねじ機構を含む、請求項６または７に記載の装置。
【請求項９】
前記チューブの上流端は、前記収束部分内に配置される、請求項１から８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記チューブの前記上流端は、前記収束部分の入口から上流に配置される、請求項１から８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
前記チューブ内に一連の半径方向支持ブレードをさらに含む、請求項１から１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
前記一連の半径方向支持ブレードは、前記タービンの下流、および／または前記タービンの上流に配置される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記チューブは、その上流端に収束領域を有する、請求項１から１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
前記チューブは、その下流端に発散領域を有する、請求項１から１３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
前記チューブは、その全長に沿ってほぼ均一な直径を有する、請求項１から１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
前記混合チャンバの入口の断面積に対する前記収束部分の前記入口の断面積の比率は、前記チューブを通る副流量と、前記チューブの前記上流端と下流端との間の圧力差とを最適化するように選択される、請求項１から１５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１７】
前記混合チャンバの前記入口の前記断面積と前記チューブの断面積との比率は、前記チューブを通る前記副流量と、前記チューブの前記上流端と下流端との間の前記圧力差とを最適化するように選択される、請求項１から１６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１８】
前記拡散器部分の前記出口の断面積に対する前記収束部分の前記入口の前記断面積の比率は、前記装置の性能を最適化するように選択される、請求項１から１７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１９】
前記拡散器部分の前記出口の前記断面積に対する前記収束部分の前記入口の前記断面積の比率は約１：１である、請求項１から１８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２０】
前記タービンは、駆動シャフトによって発電機に連結される、請求項１から１９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２１】
前記拡散器部分の前記出口は、略長方形、長円形、または円形の断面を含む、請求項１から２０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２２】
前記収束部分の前記入口は、略長方形、長円形、または円形の断面を含む、請求項１から２１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２３】
前記拡散器部分および前記収束部分は略円形の断面を有する、請求項１から２２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２４】
前記混合チャンバは略円形の断面を有する、請求項１から２３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２５】
前記混合チャンバは下流方向に収束する、請求項１から２４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２６】
前記混合チャンバは下流方向に発散する、請求項１から２４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２７】
水流から電気を発生させるための装置であって、
−  ベンチュリの端部が混合チャンバとの間に画定されるように、前記混合チャンバの第１の端部にそれぞれが連結された複数の収束部分と、
−  １つの前記混合チャンバの第２の端部にそれぞれが連結された複数の拡散器部分であって、使用時、拡散器部分の出口の圧力が、前記ベンチュリの圧力よりも大きいように構成された複数の拡散器部分と、
−  入口チューブ、マニホルド、および前記マニホルドから延びる複数の出口チューブを含むチューブであって、内部に第２の流路を画定し、前記出口チューブの１つの少なくとも一部は、環状路が前記出口チューブと前記収束部分との間に画定されて、第１の流路を形成するように、前記収束部分の１つに配置される、チューブと、
−  発電機に連結可能なタービンと、
を含み、前記タービンは前記チューブ内に配置される、装置。
【請求項２８】
前記入口チューブの開口全体にわたって配置された、開孔を有するスクリーンをさらに含む、請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記タービンは前記入口チューブ内に配置される、請求項２７または２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記チューブは、前記マニホルドと前記入口チューブとの間に配置された拡散器領域を含む、請求項２７から２９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３１】
前記チューブの前記マニホルドの領域の断面積は、前記タービンが配置された前記チューブの断面領域よりも大きい、請求項２７から３０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３２】
ダムを通る流路を形成するように前記ダムに取り付けられる、請求項１から３１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３３】
水流から電気を発生させるシステムであって、
−  流動水域を横断して位置するバリアを含み、
−  請求項１〜３２のいずれか１項に記載の少なくとも１つの装置が設けられ、前記装置は、使用時、前記バリアの上流側から前記バリアの下流側まで流路を形成するように配置される、システム。
【請求項３４】
前記バリアは、請求項１から３１のいずれか１項に記載の装置を少なくとも２つ含む、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
水域を横断するバリアを通り抜ける流路を設ける方法であって、
−  前記バリアに請求項１から３２のいずれか１項に記載の装置を少なくとも１つ設置すること、を含む方法。
【請求項３６】
水流から電気を発生させる方法であって、
−  バリアの上流側と下流側との間に水頭差が生じるように、水の貯蔵池を形成する水域にわたって、請求項３３または３４に記載のシステムか、または請求項１から３２のいずれか１項に記載の装置を設置することと、
−  前記装置を通る水の流れを使用して、タービンを回転させることと、
を含む方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８１】
図１０に示すように、一実施形態では、収束部分１４の入口および拡散器部分２０の出口は、略長方形の断面を有することができる。収束部分１４および拡散器部分２０は、略円形の断面を有する混合チャンバ１６に向かって先細りとすることができる。代替の構成では、装置は、その全長に沿って直径が変わる略円形の断面を有することができる。図９に示すように、収束部分１４の入口、拡散器部分２０の出口、および混合チャンバ１６はすべて、略円形の断面を有する。収束部分の入口および拡散器部分の出口に対して、長円形の断面および／または内部の角部に丸みが付いた長方形の断面などの他の断面形状および形状の組み合わせも考えられる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８９】
出口チューブ１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃが曲がり、結合する位置は、主流れパターン１２４が各収束部分１１２に流入するのを邪魔しないように、上流に十分離れて置かれる。マニホルドで送られる流れの中の統合した副流れを含む各チューブ１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃの接合部は滑らかな形状とされて、あらゆる鋭角な曲げ、または内部エッジでの乱流の誘発を制限する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９０】
このように、この態様で一群の個々の装置を受け持つ単一のタービン１２８は、ベンチュリ装置から十分に離れており、マニホルド１３０の断面積は、タービン１２８の断面積よりも十分に大きいように構成されるのが好ましく、こうして、マニホルド１３０内の流速を制限し、それにより、そうでなければ発生することがある、対応する運動エネルギーの損失を制限する。
【国際調査報告】
2015520329.tif 000015
2015520329.tif 000016
2015520329.tif 000017