(57)【要約】【課題】  高い発電効率で、高耐久、ローコスト及び海洋生物及び環境へも配慮し、低速から高速のあらゆる流水環境に対応した、高効率で万能な水力発電用タービン。【解決手段】  横回転軸自体に浮力がある浮体軸と、可変アスペクト比タービン翼を変形及びタービン翼の枚数を増減させることで、あらゆる流速環境に対応し、三次元的な形状と自在継ぎ手により、大型回遊生物の衝突時の衝撃を吸収し、極めて堅牢でシンプルな構造でありながら高効率でローコストであり、しかも万能な水力発電用タービン。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
横回転軸と、前記横回転軸の長さ方向にほぼ垂直及び螺旋状に取り付けられた、複数のタービン翼を有する水力発電用タービンに於いて、前記水力発電用タービン全体の重量と、前記横回転軸自体が有する中空構造によって得られる浮力を、前記横回転軸の直径、長さ及び形状の調節で浮力が釣り合い、安定した姿勢を保ちながら、前記横回転軸に有害なストレス荷重がかからず発電出来る高効率な水力発電用タービン。
【請求項２】
前記水力発電用タービンのタービン翼の形状は、イルカの背びれが湾曲したような形で、流れ進入前期（１ａ、２ａ、３ａ）のタービン翼断面投影面積のアスペクト比は、極めて小さく細長い三日月型で、これによりタービン翼前期の流水抵抗は極めて小さく抑えられ、弱い流水でも確実に回転し起動する。反対に、流れ進入後期（１ｂ、２ｂ、３ｂ）のタービン翼断面投影面積のアスペクト比は、極めて大きく幅が広い。これにより流水抵抗は極めて大きくなり、軸に強力な回転トルクを与える。すなわち、遅く弱い流水でも確実に回転し、且つ強い回転トルクを発生させる事が出来る独特の形状を有した、可変アスペクト比タービン翼である。また、前記タービン翼の形状は、高速回転用では細く、低速回転用では広く変形され、前記タービン翼の枚数も３枚、４枚、５枚と任意に増減する事ができ、あらゆる環境や流速でも万能で高効率な、請求項１に記載の水力発電用タービン。
【請求項３】
前記水力発電用タービンの横回転軸は、前記横回転軸上流側に、自在継ぎ手で接続され自由に可動する物と、発電入力軸と直結し、中空構造がなく浮力がない構造の横回転軸の２種類があり、状況により使い分けられる特長を持つ、請求項１又は請求項２に記載の水力発電用タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は海流、潮流、波力、河川などのあらゆる水力発電に幅広く利用され、高効率、高出力、高耐久、低コストで海洋生物などにも対応し、且つ低速から高速のあらゆる流水環境にも対応した、万能で高耐久及び高効率な水力発電用タービンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】  近年、そのポテンシャルの高さから、新エネルギーとして注目されている水力及び海洋発電であるが、研究の課題も多く残されているのが現状である。特に問題なのは、如何に高効率なタービンを作るかと言う事であろう。【０００３】  現在研究されているタービンの多くはプロペラ型であるが、特殊なものでは、ラグビーボール状の軸にタービン翼が付いたような形状のものや、タービン翼を１枚の鉄板から作る幾何学的なデザインのものなどがある。【０００４】  しかし、中にはタービン翼の直径が８０ｍと大きすぎたり、低速流域では使用できなかったり、大型海洋生物と衝突した時の強度に不安のあるものや、藻や網の残骸、流木などの漂流物が絡まり易い形状であるなどの問題も見受けられる。【０００５】  また、船舶航行への影響、環境への配慮、漁業権の問題、その上、安くて高耐久でなければならないといった、数多くの難問を抱えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−４１９２０号公報
【特許文献２】特開２０１３−２１７３３２号公報
【特許文献３】特開２０１３−１９３８７号公報
【特許文献４】特開２０１４−３７８０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  本発明が解決しようとする課題は、高い発電効率、高耐久性、海洋生物など環境への配慮、低速から高速のあらゆる流水環境に対応した万能性、安い製造コストである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  横回転軸の長さ方向にほぼ垂直及び螺旋状に取り付けられた、複数のタービン翼を有する水力発電用タービンに於いて、前記水力発電用タービン全体の重量と、前記横回転軸自体が有する中空構造によって得られる浮力を、前記横回転軸の直径、長さ及び形状の調節で浮力が釣り合い、安定した姿勢を保ちながら、前記横回転軸に有害なストレス荷重がかからず発電出来る高効率な水力発電用タービンである。【０００９】  前記タービン翼の形状は、イルカの背びれが湾曲したような形で、流れ進入前期（１ａ、２ａ、３ａ）のタービン翼断面投影面積のアスペクト比は、極めて小さく細長い三日月型で、これによりタービン翼前期の流水抵抗は極めて小さく抑えられ、弱い流水でも確実に回転し起動する。反対に、流れ進入後期（１ｂ、２ｂ、３ｂ）のタービン翼断面投影面積のアスペクト比は、極めて大きく幅が広い。これにより流水抵抗は極めて大きくなり、軸に強力な回転トルクを与える。すなわち、前期の流水抵抗は極めて小さく、後期の流水抵抗は断続的に極めて大きくなる為、遅く弱い流水でも確実に回転し、同時に強い回転トルクを発生させる事が出来る独特の形状を有した、可変アスペクト比タービン翼である。【００１０】  また、前記タービン翼の特長として、高速回転用では細く、低速回転用では広く変形され、タービン翼の枚数も３枚、４枚、５枚と任意に増減する事ができ、あらゆる環境や流速でも、万能で高効率な水力発電用タービンである。【００１１】  前記水力発電用タービンの横回転軸は、前記横回転軸上流側に、自在継ぎ手で接続され自由に可動する物と、発電入力軸と直結し、中空構造がなく浮力がない横回転軸の２種類があり、状況により使い分けられる特長を持つ、水力発電用タービンである。【００１２】  前記水力発電用タービンの回転時の形態は、三次元的なフラスコ状で突起物が少なく、前記自在継ぎ手により、大型回遊生物が衝突しても衝突時の衝撃を吸収する。また、前記タービン翼内に進入した藻なども絡みにくく、魚なども速やかに排水され傷つきにくい。【００１３】  前記水力発電用タービンは、とてもシンプルな構造で部品点数も極めて少なく、前記横回転軸の浮体円筒部も、規格鋼管材を使用できるなどコストパホーマンスも高い。
【発明の効果】
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は立面図である。
【図２】図２は正面図及び、Ａ１−Ａ２破断面のタービン翼の断面投影図である。
【図３】図３はタービン翼の展開図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】  ４の浮体に５の自在継ぎ手が取り付けられた横回転軸に、図３の展開図で示された形状のタービン翼を、後半のそりを大きく湾曲させて、螺旋状に配置した水力発電用タービン。
【００１６】  ４の横回転軸自体が中空で、浮力を持った円筒形の浮体である。４の横回転軸の直径、長さ及び形状は、タービン全体の重さに合わせて、常に浮力が釣り合うように調節し設計される。
【００１７】  ４の横回転軸に５の自在継ぎ手が取り付けられる。また、４の横回転軸が入力側横回転軸と同一の場合、５の自在継ぎ手は取り付けられず、前記入力側横回転軸に１〜３のタービン翼が直接取り付けられる。この時、前記４の横回転軸及び入力側横回転軸は、中空構造ではなく浮力はない。
【００１８】  前記タービン翼で、図１のＡ１−Ａ２破断面Ｂの投影図は、図２の１ａ、２ａ、３ａである。また、前記タービン翼で、図１のＡ１−Ａ２破断面Ｃの投影図は、図２の１ｂ、２ｂ、３ｂである。また、ＢとＣの長さは同じである。
【符号の説明】
【００１９】１    タービン翼１
２    タービン翼２
３    タービン翼３
４    浮体軸
５    自在継ぎ手用クランプ
Ａ１  破断面
Ａ２  破断面
１ａ  タービン翼１のＡ１−Ａ２破断面Ｂの投影図
２ａ  タービン翼２のＡ１−Ａ２破断面Ｂの投影図
３ａ  タービン翼３のＡ１−Ａ２破断面Ｂの投影図
１ｂ  タービン翼１のＡ１−Ａ２破断面Ｃの投影図
２ｂ  タービン翼２のＡ１−Ａ２破断面Ｃの投影図
３ｂ  タービン翼３のＡ１−Ａ２破断面Ｃの投影図
Ｂ    流れ進入前期のタービン翼の長さで、ＢとＣは同じ長さ
Ｃ    流れ進入後期のタービン翼の長さで、ＢとＣは同じ長さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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