(57)【要約】本発明は、数を変えられる一組のブレード（２）と、水平軸（６）を中心にして回転する組立体と、水位を維持するためのバリヤとして働く１つまたは複数の固定部分（４）とからなるロータ（１）と呼ばれる回転可動部分と、水取入れ導水路（１５）および水放出導水路（１６）と、を備えるタービンに関する。本発明は、その運動に影響されない容積内に、速度増大およびブレーキ・ユニットを構成している機械的素子が設けられた水維持素子（４）を設置することを可能にする可動部分（１）の円筒形リングの形状を特徴とする。このような設計は、取入れ導水路（１５）内で運動エネルギーおよび水位の位置エネルギーを利用することを可能にする。上記水車は、電気に変換されるかまたはされない機械的エネルギーに変換するために、河川および潮流の水のエネルギーを利用するように設計されている。
2006507448.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水の位置エネルギーを補足するための本発明による装置であって、
その形状および回転部分（１）のための運動容積が固定部分（４）の取り付けを可能にするブレード（２）を有するホイール（１）と、
水位を維持するために必要とされるダムとして働き、前記ホイールの前記回転部分の内側に配置される固定部分（４）と、
から構成されるタービンを特徴とする装置。
【請求項２】
水の流入（１５）を分配するためのものであって、前記固定部分の下部により形成され、前記水の流れを水路に流すことにより、水の運動エネルギーを捕捉できるようにした本発明による装置。
【請求項３】
歯を付けたまたは付けない外形を有する支持ディスク（３〜５）と、ブレード支持体（２）と、１つまたは複数の固定部分用の何もない大きな内部空間を残す前記組立体のための運動容積とから構成されるブレード付きホイールを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
その外形が歯を付けたまたは付けないディスク（３〜５）により、流体力学的形状を有するブレードを取り付けられるようにしたことを特徴とする、請求項１および２に記載の装置。
【請求項５】
連続的または可逆的な水圧の流れ（潮流の場合のように）内での同じ動作を特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の装置。
【請求項６】
図３によるフラップＣ１およびＣ２を備えている前記ブレードによる、魚用のリフト・タイプ装置の働きを特徴とする、請求項１〜５の何れか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、水路または潮流からの水の位置および運動エネルギーを、電気に変換する目的で利用する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自然な方向に流れる水のエネルギーを使用するために現在使用されているホイールは、水の圧力が加わる、一般的に、ブレードの端部のところの２枚の平行なディスクより構成される回転フレーム上に組み立てられている一定の厚さのブレードより構成されるブレードを有するホイールと呼ばれるホイールである。これらのホイールは、実質的に水の動的エネルギーを使用する。トップ・タイプ、サイド・タイプおよびボトム・タイプ等と呼ばれる種々のタイプのブレード付きホイールが作られてきたが、最も効率的なのは、１９世紀に発明されたセージビエン（Sagebien）水車である。その後、水位の位置エネルギーを活用できるブレード付きホイールがないという理由で、ブレード付きホイールの使用は非常に少なくなった。
【０００３】
実際には、１９世紀に、ブレード付きホイールは、機械（フランシスカプラン（Francis-Kaplan）タービン等）により有意に変更されかつ制約された水の流れにより、はるかに早い流れおよび回転速度を持つタービンに取って代わられた。これらのタービンは、水位の位置エネルギーを最大限度に活用することを可能にする。
【０００４】
回転シリンダからなるその車軸により、それら自身が水に対するダムを形成する新型のホイールが出現したが、水の中にブレードを入れると、ブレードがシリンダに接続しているという事実のせいで、流れおよび組立体の幾何学的形状に悪影響を与える応力が発生する。これらのホイールは、水が変動のない状態で通過することを可能にする。
【０００５】
本発明のタービンは、ブレード付きダム・タイプ・ホイールと呼ばれる新しいタイプのブレード付きホイールに基づいて動作する。この新しいタイプのブレード付きホイールは、初めて、ホイール内に固定ダムを一体化することを可能にし、それにより、自然の流れを全く制約することなく、従来のブレード付きホイールの運動エネルギーの他に、全ての水位の位置エネルギーも活用することを可能にする。唯一の損失は、製造作業の精度に関連しており、この場合、水放出および供給導水路内のブレードの隙間のレベルにまで低減されている漏洩率損失である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、電気に変換できる機械的エネルギーに変換する目的で、水路または潮流からの水の位置および運動エネルギーを利用するブレード付きホイールに関する。上記ブレード付きホイールは、
ロータ（１）と呼ばれる、水平車軸（６）を中心にして回転し、円形のディスク（３）および（５）によってその端部で組み合わされているブレード（２）からなる回転可動部分と、
水位を維持するために必要とされるダムとしての働きをする固定部分（４）と、
水流入導水路（１５）および水流出導水路（１６）とを備える。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
新規な点は、その運動に影響されない空間内に、水を維持するための素子（４）を形成することを可能にする可動部分（１）の円筒形の王冠形状と、流入導水路（１５）が、特定の大きさに作られ、装置の一部となっていることと、制約のない水の自然の流れのおかげで、低い水の維持レベルで全体として最高の生産量を得ることができることと、ＡからＢへの上流下降部分内の水の運動エネルギー及び上流圧力から下流圧力への遷移Ｃ中における水位の位置エネルギーを利用することである。
【０００８】
唯一の損失は、製造作業の精度に関連しており、この場合、最小化されている漏洩率損失である。固定ダム部分（４）は、さらに、発電機を駆動するのに必要とされる速度倍増デバイス（１０）を収容することができ、それによりこの目的のために通常とっておく外部配置が少なくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明をよく理解してもらうために、図１および図２を参照して、以下第１の実施形態について説明する。
【００１０】
図１のデバイスは、外側のディスク（５）により、その端部の一方にて保持されたブレード（２）の組立体からなる回転部分（１）を備える。この例は、２４のブレードを備えるが、その数は、ホイールの直径およびその長さにより異なり、その配列は、処理される水の流速および水位に関連する。車軸（６）を中心にして動くのはこの組立体（１）である。ブレード（２）の軌跡（７）は、限定された外部空間だけを使用しているので、水を維持するためのダムとして働く固定部分（４）が設けられる内部空間は完全に何もない空間になっている。ブレードの長さにより中間支持ディスク（５）が必要な場合もある。これらのクラウン・ディスク（５）は、その中央部分が凹状になっていて、車軸がない。ブレードの他方の端部にあるソリッド・ディスクがエネルギーを回転軸に伝達し、それにより回転運動の範囲が空間内のブレードの容積に関する空間要件だけから直接入手される厚さと、ソリッド・ディスクとを有するシリンダの外部エンベロープだけに制限される。
【００１１】
外側のディスク（５）は、案内および移動経路として働く固定円柱状部分（８）の上を移動できる。接触は、直径および伝達する力にしたがって変えることができる多数のローラ（９）により行われる。
【００１２】
ブレード（２）は、一方では、その機械的強度のために十分な剛性を備えるために、他方では、大きく変更可能なその傾斜のおかげで、水に入り入り口（１５）まで動く間の、マイナスの効果を制限できるように、流体力学的形状をしている。
【００１３】
水を維持するためにダム内に配置される車軸（６）の位置により、ブレードが最小の抵抗を有する位置で水に入るようにでき、ブレードが水に入るや否や、導水路（１５）内の機械によって生み出された水の流れによって駆動されるようにできる。
【００１４】
図２によれば、ブレード（２）を支持しているロータ（１）の円形運動により活用されない空間が、水を維持するための固定ダムを形成している固定部分（４）の一体化を可能にし、低い部分内だけにブレード用の通路が残る。
【００１５】
その低い幾何学的形状のせいで、このダム自身は、各構造体の流速に適合させた水の出口導水路を形成する。この組立体は、地面を横方向に支える働きをする垂直なコンクリートの壁部（１４）に接続されている。
【００１６】
その機械的強度のために採用された、金属枠組みを有するこれらのダム（４）の幾何学的形状が発電機の発電に必要なベルト・タイプまたはギア・タイプの速度倍増デバイス（１０）をその中に組み込むことを可能にし、それゆえ組立体は、維持された水位、流路流速、出口導水路の傾斜および幾何学的形状、幅、高さにより明確に定義される特性を有する水力発電機になる。この例のこの速度倍増デバイスは、大きな直径および内側の歯を有する歯車（１０）と、それ自身が倍増デバイスであるベルトにより発電機にエネルギーを伝達する小さなピニオン（１３）より構成される。
【００１７】
速度倍増デバイス（１０）は、プログラムされた連続的方法で、ホイールを作動および停止させることができるディスク・ブレーキ（１１）に結合される。ホイールが停止すると、水（漏出を除く）はもはや通過することができない。こうして、デバイスは、干満の両方向で潮流のエネルギーの利用を可能にする。
【００１８】
それ故、ホイールの停止は、水位を活用を可能にする。それ故、両方向で使用できるように、海水の干満に必要な時間およびブレード（２）の傾斜が計算される。
【００１９】
高強度金属シャフトからなる車軸（６）は、維持および組立体の精度の点で、非常に重要な機能を有する。このシャフト（６）は、ローラ（１２）により固定部分（４）に組み付けられ、そのため、組立体の機械的精度は可能な最高のレベルになる。
【００２０】
以降の図３乃至図８は、移動部分／固定部分を含む同じ原理に基づく他の例による他の解決方法または追加をもたらす。
【００２１】
１６枚のブレードを有する図３の例によれば、利用できる水量を最大限に活用するために、ブレードを支持しているディスクは、歯の付いた外形を有することができる。何故なら、ブレードは支持体の上に位置していて、水の利用できる全部の量を使用するからである。
【００２２】
この同じ例の場合、ブレードは魚用のリフト・タイプのデバイスとして機能するために（対応する設備が必要とするステップを適合させることができない場合）、ピボット回転するロッドおよびカムシステムにより作動するフラップＣ１およびＣ２を備える。この装置の場合がそうであるが、出口の速度が許す場合には、魚は必ず水の出口の方向に集まる。ブレードが位置Ｐ１０にある場合には、フラップＣ１は開いて、ブレードと一緒にスコップ（scoop）として機能する。フラップＣ１が水を離れるや否や、第２のフラップＣ２がスコップの頂部を閉ざし、水の中に戻った位置（位置Ｐ４）において、２つのフラップはその元の位置に戻り、魚をダムの水の中に解放し、それにより魚が上流方向へ自分の旅を続けることを可能にする。
【００２３】
すべての場合において、魚の下流への動きは、ブレード間の空間と水の自然の流速とによりホイール自身を通して行われ、この下流への動きは、どんな形でも魚を殺すことなく行われる。
【００２４】
図４は、湾曲したブレードの傾きの種々のタイプを示す。計算により、最も有効なプロファイルおよび傾きを確立できる。
【００２５】
タービンの流速の変化は、２つの方法で行える。
【００２６】
図５の例によれば、回転シリンダ（１）は、複数のセクション、この例の場合には２つ、を備える。これらのセクションは、相互に機械的に分離することができる。これらセクションのうちの１つは他のセクションが回転している間、停止することができ、これにより通過する流速がさらに遅くなるか、静止状態にある場合には水が停止する。またはこれらのセクションは、隣接するクラウン（５’）上に備えられた従来のクラッチ係合／切り離しシステム（例えば、磁気キーにより）によりその力を結合する。それ故、支持体（８）およびローラ（９）は、クラウン（５）と同じ方法で各クラウン（５’）に結合されている。
【００２７】
図６および図７によれば、流速の変化は、可動部分を有する種々の形態を持つブレードにより引き起こされる。
【００２８】
図６は、その形状が、固定部分（１７）およびフラップと呼ばれる関節でつながっている可動部分（１８）（１９）により異なるものとされたブレードの断面図である。
【００２９】
これらのブレードは、制御システム、油圧マイクロ・ジャッキまたは電気モータを収容するためにチューブ状で長方形の断面形状をもつ円形クラウン（５）上に組み付けられている。
【００３０】
これらのフラップは、回転軸（２０）を中心にして回転する。
【００３１】
外側のフラップ（１８）は、クラウン（５）の外形でもある導水路の外形に一致するように関節で接続されている。
【００３２】
内側のフラップ（１９）は、クラウン（５）の内形でもある導水路の内形に一致するように関節で接続されている。
【００３３】
これらのフラップは、ブレードを支持しているクラウン（５）内の中空の溝（２１）により、その他方の端部にて案内され位置決めされる。
【００３４】
図７は、流速を変えることを可能にする可動部分を含むブレードを示す。この図は、１６枚のブレードを有する、すなわち２ブレード間の１６のギャップを有する、すなわちそのホイールが完全に１回転する間に２ブレード間の１６の空間を有するホイールに関する。
【００３５】
この図は、２つのうちの一方の空間がカバーされあるいはカバーされていない場合の、ブレードをとおる切断面として、ホイールの１／４を示している。ブレードは、それゆえ、外部フラップ（１８）または内部フラップ（１９）を連続的に備えている。
【００３６】
この図は、
固定部分上に畳まれているフラップ：位置Ｄ、
開いた位置にあるフラップ：位置Ｅ
を示している。
【００３７】
このように、位置Ｅでは、もはや２つのブレード間の空間を水で満たすことはできない。
【００３８】
この空間の分離が、この例の場合、その値の１／１６だけ流速を遅くし、それ故、８／１６、すなわちホイールの公称流速の半分、に減速するまで、流速を１／１６づつ漸次減少させることができる。
【００３９】
多様なブレード・システムを使用することにより、流速を１／１６づつ漸次遅くすることができ、図６に示すようにすべてのブレードを設置することにより、必要な場合には、ホイールが完全に停止するまでこの流速を１／１６づつ漸次遅くすることができる。
【００４０】
ホイールの設置は、予想される流速および電力レベルの目的に応じて、場合により決められ、最大１００％のギャップにまで、２つのブレード間の１つのギャップの設置から始めることができる。
【００４１】
図８は、Ｖ字形をしている１６個のブレードを有するホイールの前面図である。この例の場合、各ブレードは、平面的であるが、これらのブレードは、また図４に示すように曲面状に形成されてもよい。この図において、水は変動のない状態に阻止されておらず、組立体は、動的および運動効果に与えられている優先順位で動作し、回転速度はより速くなる。全く異なる速度範囲内にある垂直な車軸を有するタービンと同様のこの解決方法の効果は、計算により決定できる。タービンの回転速度は、依然として水の流速に直接関連している。
【００４２】
必要な場合には、ブレードを３つの位置、すなわち、図５に示すように２つのディスク（５）および１つのディスク（３）のところで保持される。
【００４３】
いずれにせよ、ホイールの全直径は、車軸の位置および水に入れられるブレードに関する要件により、水の出口導水路の高さ（ブレードの高さである）の２倍にまで増加する落差の１．５倍程度である。この高さは保持した流速の直接関数である。
【００４４】
導水路内のブレード上の動作は、ホイールの直径による非常に大きいレバーアームの利益を受け、これにより最低のエネルギーによる動作と遅い速度を可能にする。
【００４５】
水位の位置の力およびＡ−Ｂ間の水／ブレード運動の運動エネルギーは、Ｃ点（図１の）で最も効果的に使用される。
【００４６】
幾何学的寸法は大きく変えることができる。ホイールの全直径、その幅、ブレードの高さおよび形状、および水の維持レベルは、河川または貯水池の動作パラメータに直接関連していて、落差を非常に低い高さ（この装置の用途に対する経済的限界である１ｍ程度）から４ｍ以上の高さにまですることができる。この装置の唯一の制限は、使用される種々の材料の機械的強度および精度による制約による。
【００４７】
最も低い高さの場合、導水路（１５）は無意味になる。
【００４８】
図１および図２に示される例の場合には、
水保持のレベルＨは２ｍであり、
ブレードの高さは６０ｃｍであり、
ホイール全高は５ｍであり、
流速は３．５ｍ３／秒程度であり、
発電機の出口のところに発生する正味電力は５０ＫＷ程度である。
【００４９】
（目的とする工業的用途）
ブレードの一般的製造を含む素子の一般的な製造は非常に単純であり、それらの形状のため経済的である。
【００５０】
全組立体はその場で完全に組み立てることができる。
【００５１】
組立体の全体の高さおよび発生するエネルギーは、２つの異なる組立てた素子、すなわち、中央の固定ディスク（水位）（４〜８）およびブレード（流速）（２）からなる２つのパラメータの関数である。それ故、それぞれ製造規格に適合するこれら２つの素子を組合わせることにより、組立体、すなわち倍増デバイス−発電機、の他の構成要素の場合のように、標準組立体（２つの規格の組合わせ）を使用して、システムの工業化およびコストの大幅な削減をもたらすエネルギー生産の多様な変化に応じることができる。
【００５２】
このコンセプトは、掘削のあと、いくつかの予め組み立てられた部分に、このように構成され、はっきりと規定されかつ保証された要素、この要素は現在ほとんど使用されていない最小の流速と傾斜を利用する全く新しい分野開拓する、を有する水力発電機を、簡単かつ速やかに設置することを、装置及び使用の点で低コストで可能にする。
【００５３】
このデバイスは、環境に優しく永続性を有するエネルギーという点で、安いコストで微視的経済性の発展に非常に適している。
【００５４】
環境
水流および流速の範囲は自然の流れの範囲内にあり、形状とブレード間の間隔は生物が死んだり、損傷を受けたりすることなく通過することを可能にする。、これにより魚が下流方向に移動できるので、釣り人および環境保護団体の懸念を解決している。この装置は、また、流れにより運ばれてくる物体の大部分を通過させることができる。それ故、大きな物体用に目の粗い保護グリルを設置する必要がある。
【００５５】
構成は、従来のブレード付きホイールの視覚的美観の範囲内にとどまり、水中で回転ノイズを発生する以外全く汚染がない。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る装置の概略構成図である。
【図２】図１の装置の縦断面図である。
【図３】本発明の他の実施の形態に係る装置の概略構成図である。
【図４】ブレードの傾きの種々のタイプを示す図である。
【図５】本発明のさらに他の実施の形態に係る装置の縦断面図である。
【図６】可動部分を有するブレードを示す図である。
【図７】流速を変えることを可能にする可動部分を含むブレードを示す図である。
【図８】Ｖ字形のブレードを有するホイールの前面図である。
【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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【国際調査報告】
2006507448.tif 000011
2006507448.tif 000012
2006507448.tif 000013
2006507448.tif 000014
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