(57)【要約】  流体動力学的発電装置であって、  流体流れのための管路を貫通して画成している水中用ハウジングと、  前記流れによる回転のために管路に配置された少なくとも１つのインペラを備え、ハウジングに取付けられたタービンと、  タービンからの機械的エネルギーを電気エネルギーに変換するために少なくとも１つのタービンと結合された少なくとも１つの発電機と、発電機は１つ以上の磁気領域を保持する複数の延長部材を含んでおり、延長部材は少なくとも１つのインペラの周りに配設され、それと固定されており、  ハウジングの材料内部に配置され、前記磁気領域との電磁相互作用のために構成配置された多数の巻線とを備えており、これによって運用時にインペラの回転により磁気領域は巻線を通過して移動し、それによって巻線において電流を誘起する。インペラは、共通軸の周りにその前端部から後端部まで配設された複数の螺旋状ブレードを備えてよく、ブレードの半径は前端部から後端部へ指数関数的に増加する。
2020513507.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通軸の周りにその前端部から後端部まで配設された複数の螺旋状ブレードを備える流体動力学的タービン用インペラであって、前記ブレードの半径は前記前端部から前記後端部へ増加する、インペラ。
【請求項２】
前記ブレードの半径は前記前端部から前記後端部へ指数関数的に増加する、請求項１に記載のインペラ。
【請求項３】
運用時に前記インペラを通り越えて流れる流体からエネルギーを獲得するのを助けるために、リブが前記ブレード上に配設されている、請求項１又は請求項２に記載のインペラ。
【請求項４】
前記リブは１つ以上の径方向リブ及び１つ以上の螺旋リブを含む、請求項３に記載のインペラ。
【請求項５】
前記リブの表面は、運用時に前記インペラを通り越えて流れる流体からエネルギーを獲得するのを助けるために粗面化されている、請求項１又は請求項２に記載のインペラ。
【請求項６】
流体の前記流れのための管路を貫通して画成している水中用ハウジングと、
前記流れによる回転のために前記管路に配置された請求項１乃至５のいずれか一項に記載の少なくとも１つのインペラを備え、前記ハウジングに取付けられたタービンと、
前記タービンからの機械的エネルギーを電気エネルギーに変換するために前記少なくとも１つのタービンと結合された少なくとも１つの発電機とを含む、流体動力学的発電装置。
【請求項７】
前記タービンは、前端部及び後端部をそれぞれ有する第１及び第２のインペラを備えており、前記インペラは同軸に取付けられ、後端部は前記管路を通る双方向流れに対処するために互いに隣接している、請求項６に記載の流体動力学的発電装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つのインペラの周りにそれと固定して配設された複数の磁気領域と、前記磁気領域との電磁相互作用のために構成配置された多数の巻線とを含んでおり、これによって運用時に前記インペラの回転により前記磁気領域は前記巻線を通過して移動し、それによって前記巻線において電流を誘起する、請求項６又は請求項７に記載の流体動力学的発電装置。
【請求項９】
１つ以上の磁気領域を保持する延長部材を含む、請求項８に記載の流体動力学的発電装置。
【請求項１０】
インペラリングが前記インペラの最外部先端部の周りに配設され、それに締結されており、前記インペラリング及び前記インペラは同軸である、請求項８に記載の流体動力学的発電装置。
【請求項１１】
前記磁気領域は前記インペラリングの周りに配設される、請求項１０に記載の流体動力学的発電装置。
【請求項１２】
前記磁気領域を保持する前記延長部材は、前記インペラリングから前記インペラの軸と平行に延びる、請求項９に記載の流体動力学的発電装置。
【請求項１３】
前リング及び後リングを含んでおり、前記延長部材の前先端は前記前リングに締結されており、前記延長部材の後先端は前記後リングに締結されている、請求項１０又は請求項１２に記載の流体動力学的発電装置。
【請求項１４】
前記管路を画成する壁は、前記インペラリングの周囲を受けるために環状凹部が形成されている、請求項１０、１２又は１３のいずれか一項に記載の流体動力学的発電装置。
【請求項１５】
前記壁には前及び後円筒形開口部が形成されており、前記開口部は前記環状凹部と連続しており、前記延長部材と前記前リング及び前記後リングを収容するためにそこから側方に延びている、請求項１４に記載の流体動力学的発電装置。
【請求項１６】
巻線が前記壁の中に配置される、請求項１４又は請求項１５に記載の流体動力学的発電装置。
【請求項１７】
前記巻線は前記前及び後円筒形開口部の対向する側に配置される、請求項１６に記載の流体動力学的発電装置。
【請求項１８】
前記巻線は、それらが運用時に前記管路内を流れる流体との接触から隔絶されるために前記壁の材料内部に封じ込められる、請求項１６又は請求項１７に記載の流体動力学的発電装置。
【請求項１９】
前記巻線に接続され前記ハウジングの中に充填されており、その中を接続端子まで及ぶケーブルを含む、請求項８乃至１８のいずれか一項に記載の流体動力学的発電装置。
【請求項２０】
前記巻線のそれぞれは強磁性コアを有する、請求項８乃至１９のいずれか一項に記載の流体動力学的発電装置。
【請求項２１】
各インペラはインペラフレームに取付けられる、請求項７に記載の流体動力学的発電装置。
【請求項２２】
前記インペラフレームの間に枢動可能に連結され、各インペラの前記軸に回転方向で固定された駆動輪を含む、請求項２１に記載の流体動力学的発電装置。
【請求項２３】
前記発電機は前記インペラフレームの上方に取付けられる、請求項２１又は請求項２２に記載の流体動力学的発電装置。
【請求項２４】
前記発電機は、前記インペラフレームの各々に締結された発電機フレームに取付けられる、請求項２３に記載の流体動力学的発電装置。
【請求項２５】
前記発電機はそれによる回転のためにシーブと結合されたロータを含む、請求項２４に記載の流体動力学的発電装置。
【請求項２６】
前記駆動輪は１つ以上のベルトによって前記シーブと結合されている、請求項２５に記載の流体動力学的発電装置。
【請求項２７】
前記発電機の前記ロータは、前記シーブが既定の速度を超えて回転していることに応答して離脱するように構成配置されたクラッチを介して前記シーブと結合されている、請求項２６に記載の流体動力学的発電装置。
【請求項２８】
前記ハウジングは、前記タービンが配置される前記管路を貫通して有する船体が形成された台船の一部を成す、請求項６乃至７及び請求項１９乃至２５のいずれか一項に記載の流体動力学的発電装置。
【請求項２９】
前記発電機との流体接触を減らすために１つ以上のカウルが前記タービンと前記発電機との間に設けられる、請求項２８に記載の流体動力学的発電装置。
【請求項３０】
流体動力学的発電装置であって、
前記流体流れのための管路を貫通して画成している水中用ハウジングと、
前記流れによる回転のために前記管路に配置された少なくとも１つのインペラを備え、前記ハウジングに取付けられたタービンと、
前記タービンからの機械的エネルギーを電気エネルギーに変換するために前記少なくとも１つのタービンと結合された少なくとも１つの発電機と、前記発電機は前記インペラの周りにそれと固定されたリングを含んでおり、前記リングは１つ以上の磁気領域を有しており、
前記ハウジングに形成され前記リングの周囲を受ける環状凹部と、
前記磁気領域との電磁相互作用のために前記環状凹部に隣接して前記ハウジングの材料内部に配置された多数の巻線とを含んでおり、これによって運用時に前記インペラの回転により前記磁気領域は前記巻線を通過して移動し、それによって前記巻線において電流を誘起する、流体動力学的発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば水路、河川及び海流などの開渠といった流体流れから、さらに場合によっては潮流から、電気の形態でエネルギーを抽出する装置を目的としている。
【背景技術】
【０００２】
従来技術の方法、装置又は文書のいかなる参照も、それらが共通の一般知識を形成した、又はその一部を成しているといういかなる証拠又は承認となっていると理解されてはならない。
【０００３】
水体は、発電に利用可能な２種類のエネルギーを有する。すなわち流体静力学的及び流体動力学的である。流体静力学的エネルギーは、基準地面に関するその高さゆえの水体の位置エネルギーである。従来の水力発電所は、大量の流体静力学的エネルギーを持つ水を溜めるためにダム及び貯水池を使用して、そのエネルギーを制御可能な方法で発電に利用する。
【０００４】
流体動力学的エネルギーは、その移動による水塊の運動エネルギーである。水速が速くなればなるほど、それが含む流体動力学的エネルギーは大きくなる。流れに基づくものと波に基づく流体動力学的エネルギーという２種類の流体動力学的エネルギーが存在する。流れに基づく流体動力学的エネルギーは、河川の流れ、人工水路、潅漑運河、潮流及び海流に見られる。
【０００５】
流体動力学的エネルギーを抽出する長所は、ダム又は貯水池を造る必要がないことである。エネルギーは、河川の流れ、潅漑運河その他の自然の水の流れから抽出される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、これまで既知の発電機にまさる改良である流体流れから電力を採取するための流体動力学的発電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１態様によれば、共通軸の周りにその前端部から後端部まで配設された複数の螺旋状ブレードを備える流体動力学的タービン用インペラが提供され、ブレードの半径は前端部から後端部へ増加する。
【０００８】
好ましくは、ブレードの半径は前端部から後端部へ指数関数的に増加する。
【０００９】
１実施形態において、運用時にインペラを通り越えて流れる流体からエネルギーを獲得するのを助けるために、リブがブレード上に配設されている。
【００１０】
リブは１つ以上の径方向リブ及び１つ以上の螺旋リブを含み得る。
【００１１】
代替として、運用時にインペラを通り越えて流れる流体からエネルギーを獲得するのを助けるために、リブの表面を粗面化してもよい。
【００１２】
上述した形式の少なくとも１つのインペラは、
流体流れのための管路を貫通して画成している水中用ハウジングと、
前記流れによる回転のために管路に配置された少なくとも１つのインペラを備え、ハウジングに取付けられたタービンと、
タービンからの機械的エネルギーを電気エネルギーに変換するために少なくとも１つのタービンと結合された少なくとも１つの発電機とを含む、流体動力学的発電装置の一部を形成し得る。
【００１３】
好ましくは、タービンは前端部及び後端部をそれぞれ有する第１及び第２のインペラを備えており、インペラは同軸に取付けられ、後端部は管路を通る双方向流れに対処するために互いに隣接している。
【００１４】
流体動力学的発電装置は、１つ以上の磁気領域を保持する複数の延長部材と、延長部材は少なくとも１つのインペラの周りに配設されそれと固定されており、
前記磁気領域との電磁相互作用のために構成配置された多数の巻線とを含んでおり、これによって運用時にインペラの回転により磁気領域は巻線を通過して移動し、それによって巻線において電流を誘起する。
【００１５】
好ましくは、インペラリングがインペラの最外部先端部の周りに配設され、それに締結されており、インペラリング及びインペラは同軸である。
【００１６】
好ましくは、前記磁気領域を保持する延長部材はインペラリングからインペラの軸と平行に延びる。
【００１７】
流体動力学的発電装置は好ましくは、前リング及び後リングを含んでおり、延長部材の前先端は前リングに固定されており、延長部材の後先端は後リングに固定されている。
【００１８】
好ましくは、管路を画成する壁はインペラリングの周囲を受けるために環状凹部が形成されている。
【００１９】
壁には前及び後円筒形開口部が形成され得て、開口部は環状凹部と連続しており、延長部材と前リング及び後リングを収容するためにそこから側方に延びている。
【００２０】
好ましくは、巻線が壁の中に配置される。
【００２１】
本発明の好ましい実施形態において、巻線は前及び後円筒形開口部の対向する側に配置される。
【００２２】
巻線は好ましくは、それらが運用時に管路内を流れる流体との接触から隔絶されるために壁の材料内部に封じ込められる。
【００２３】
好ましくは、ケーブルが巻線に接続されハウジングの中に充填されており、その中を接続端子まで及ぶ。
【００２４】
本発明の好ましい実施形態において、巻線のそれぞれは強磁性コアを有する。
【００２５】
本発明の更なる実施形態において、流体動力学的発電装置が提供され、各インペラはインペラフレームに取付けられる。
【００２６】
駆動輪がインペラフレームの間に枢動可能に連結され、各インペラの軸に回転方向で固定され得る。
【００２７】
好ましくは、発電機はインペラフレームの上方に取付けられる。
【００２８】
本発明の更なる実施形態において、発電機はインペラフレームの各々に固定された発電機フレームに取付けられる。
【００２９】
発電機は、それによる回転のためにシーブと結合されたロータを含み得る。
【００３０】
駆動輪は１つ以上のベルトによってシーブと結合され得る。
【００３１】
本発明の更なる実施形態において、発電機のロータは、シーブが既定の速度を超えて回転していることに応答して離脱するように構成配置されたクラッチを介して、シーブと結合されている。
【００３２】
ハウジングは、タービンが配置される管路を貫通して有する船体が形成された台船の一部を成し得る。
【００３３】
発電機との流体接触を減らすために１つ以上のカウルがタービンと発電機との間に設けられ得る。
【００３４】
本発明の更なる実施形態において、台船は船体の上縁部の周りに取付けられるシュラウドを含む。
【００３５】
本発明の更なる態様によれば、流体動力学的発電装置が提供され、流体動力学的発電装置は、
流体流れのための管路を貫通して画成している水中用ハウジングと、
前記流れによる回転のために管路に配置された少なくとも１つのインペラを備え、ハウジングに取付けられたタービンと、
タービンからの機械的エネルギーを電気エネルギーに変換するために少なくとも１つのタービンと結合された少なくとも１つの発電機と、発電機は１つ以上の磁気領域を保持する複数の延長部材を含んでおり、延長部材は少なくとも１つのインペラの周りに配設されており、それと固定されており、
ハウジングの材料内部に配置されており、前記磁気領域との電磁相互作用のために構成配置された多数の巻線とを含んでおり、これによって運用時にインペラの回転により磁気領域は巻線を通過して移動し、それによって巻線において電流を誘起する。
【００３６】
本発明の好ましい特徴、実施形態及び変化形は、本発明を実行するために十分な情報を当業者に提供する以下の「詳細な説明」から識別できる。この「詳細な説明」は、先行する「発明の概要」の範囲を決して制限するものとみなすべきではない。「詳細な説明」は次のように多数の図面に言及する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態に従った流体動力学的発電装置の部分切取図を示す。
【図２】図１の流体動力学的発電装置の台船の組立図である。
【図３】図２の台船の分解図である。
【図４】図１の流体動力学的発電装置の下側の部分切取図である。
【図５】図１の流体動力学的発電装置のタービン・発電機組立体の図である。
【図６】タービン・発電機組立体のインペラフレームの部分分解図である。
【図７】タービン・発電機組立体の発電機フレームの図である。
【図８】タービン・発電機組立体の駆動輪及びインペラの図である。
【図９Ａ】タービン・発電機組立体のベルトテンショナの分解図である。
【図９Ｂ】図９のベルトテンショナの組立図である。
【図１０Ａ】本発明の好ましい実施形態に従った流体動力学的発電装置の後側の等角図である。
【図１０Ｂ】図１０の流体動力学的発電装置の前側の等角図である。
【図１１】図１０Ａ及び１０Ｂの流体動力学的発電装置の矢状断面図である。
【図１２】図１０Ａ乃至１１の流体動力学的発電装置の発電機組立体の図である。
【図１３】図１２の一部の詳細図である。
【図１４】インペラ及び発電機ケージの前端部の等角図である。
【図１５】インペラ及び発電機ケージの後端部の等角図である。
【図１６】図１１の一部の詳細図である。
【図１７】発電機及びインペラを明示するためにハウジングの壁を省略した図１０Ａの流体動力学的発電装置の図である。
【図１８】本発明の更なる実施形態に従った双方向流体動力学的発電装置の図である。
【図１９】図１８の双方向流体動力学的発電装置の外部の等角図である。
【図２０】図１８及び１９の双方向流体動力学的発電装置の双方向インペラの図である。
【図２１】各ブレードが螺旋状形態を有する４ブレードを有している本発明に従った流体動力学的発電装置において使用可能なインペラの図である。
【図２２】本発明の更なる実施形態に従った発電装置の等角図である。
【図２３】図２２の実施形態の矢状断面図である。
【図２４Ａ】図２２の実施形態の円板磁石の形態の周囲磁気領域を備えるインペラ及びインペラリングの前方等角図である。
【図２４Ｂ】図２２の実施形態の円板磁石の形態の周囲磁気領域を備えるインペラ及びインペラリングの後方等角図である。
【図２５】図２３の詳細図である。
【図２６】内部巻線を明示する図２２の実施形態の上面図である。
【図２７】図２６に対応する正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図１は、本発明の第１実施形態に従った浮動流体動力学的発電装置１００を示す。図４は発電装置１００の下側の部分切取図である。概略、流体動力学的発電装置１００は、（図４に示された）双方向タービン１０３が取付けられる台船１０２と、発電機２５とから構成される。図２は組立状態の台船１０２の等角図であり、図３は台船１０２を分解図で示している。
【００３９】
図２及び３を参照すれば、台船１０２は、トンネル１０８が貫通して形成されている船体１０６を含む。トンネル１０８は発電機取付開口部１１０と交わる。トンネル１０８の両方の端部に、円錐形吸込口１１２及び１１４が設けられる。船体１０６の上縁部は、周囲台船側板１１６に装着される。台船側板１１６は甲板１１８を受ける。甲板１１８は、発電機取付開口部１１０の上端部に一致しその周りに装着する中心開口部１２０が形成されている。発電機取付開口部１１０を覆って運用中に水の侵入を防ぐために、蝶番式カバー９２が設けられる。表示灯９０がカバー９２の頂部に取付けられる。表示灯は標識として機能でき、夜間台船を見つけるのを助ける。あるいは代替として、流体動力学的発電装置１００がエネルギーを生産している間、単に発電機の状態が遠くから容易に確かめられるように動作するように配線してもよい。
【００４０】
タービンカウル１１２Ａ、１１２Ｂもまた台船１０２の一部として設けられている。ここで図４を参照すれば、タービン・発電機組立体１０４が装着された甲板１１８の下側の図が提示されている。この図において、カウル１１２Ａ、１１２Ｂはそれらの設置位置において見ることができ、それらは組立体１０４の水没インペラ１５２Ａ、１５２Ｂを上部の非水没発電機２５から分離する。従って、それらはトンネル１０８を通る流体流れを制約するのを助ける。
【００４１】
ここで図５を参照すれば、タービン・発電機組立体１０４の詳細図が示されている。図６乃至１０は、以下に説明する組立体１０４の各種構成要素を図示している。
【００４２】
タービン・発電機組立体１０４は、図７において最善に見られる発電機フレーム１０５を含み、それに発電機２５の外ハウジング８が（図５に示す通り）固定される。発電機２５は、電気クラッチ２７を介してシーブ２１と同軸に結合されたロータ１０を備える。クラッチ２７が係合している間、すなわち通常運転中、シーブ２１の回転は発電機２５のロータ１０の回転を生じ、それゆえ電流の発生をもたらす。クラッチ２７は発電機２５からの電気出力に応答し、予想よりも速い水流がトンネル１０８内で起きた時に起こり得るように、発電機出力が既定のレベルを上回った場合にシーブをロータから機械的に解放する。
【００４３】
発電機フレーム１０５は、背向形タービンハウジングフレーム１２Ａ及び１２Ｂに取付けられる。回転自在の駆動輪１５４がフレーム１２Ａ及び１２Ｂのハブの間に同心に取付けられる。後述するように、フレームの各々は２つの対向する背向形インペラ１５２Ａ、１５２Ｂの一方を捕捉し、インペラはフレームに対して回転自在であるが、駆動輪１５４に対しては回転方向で固定されている。ベルト１６６Ａ及び１６６Ｂがシーブ２１及び駆動輪１５４に係回され、それにより水の流れに応答したインペラの回転がシーブ２１の回転を生じ、それゆえ発電機２５による電気の生成をもたらす。
【００４４】
発明人は、水の流れが経時的に双方向である河口又は海に通じる他の通路といった潮流の領域に流体動力学的発電装置を設置する場合、背向形インペラ（すなわちインペラ１５２Ａ、１５２Ｂ）が有利であると着想した。背向形インペラにより、反対の２方向のどちらに流れる流体からもエネルギーを採取することが可能になる。代替方式は、第１方向に流れる水からエネルギーを採取するための第１位置から第２方向に流れる水を採取するための第２位置に、タービンが支持プラットホームに対して旋回するように構成配置された流体動力学的発電装置を得ることであろう。しかし、そうした機構は、損耗しがちであり潮汐領域において連続周期運転を必要とするはずの重量のある旋回アセンブリの追加を必要とすることがわかろう。
【００４５】
流体流れ領域での使用のために流体動力学的発電装置を設けるという課題に対処する別の方式は、容易に１８０°回転可能な浮動プラットホームを設けることであろう。しかし、頻繁に１８０°回転しなければならないプラットホームを係留固定することに関係する問題がある。特に、そうした回転がどのようにして時間の変化に一致するように遠隔地から又は自動的に遂行できるのかが不明である。従って、本発明の現在述べた実施形態の一部を成す背向形インペラは、潮流といった双方向の流体流れが生じる場合、有利である。
【００４６】
フレーム１２Ａ、１２Ｂの各々は同一であり、例示的フレーム１２が図６に図示されている。フレーム１２は、４つの等間隔のスポークがリングから中心ハブ１３４へ径方向内側に延びるリング１３０から構成される。ハブ１３４は、駆動輪１５４の心棒１５６のそれぞれの端部１５８Ａ、１５８Ｂをジャーナル軸受けするための対向する同軸の開口部（図８において最善に見られる）が形成されている。
【００４７】
図６に見られるように、対向する第１及び第２の取付部材１３６及び１３７は、フレーム１２のリング１３０から上方かつ外方に分かれている。取付部材１３６及び１３７の遠隔端部は、上部取付板１３８Ａ及び１３８Ｂのそれぞれの対によって取付フレーム１０５に締結される。取付フレーム１０５は下部取付板１４０Ａ及び１４０Ｂを更に含み、それらはそれぞれの取付フレーム１２Ａ及び１２Ｂの各々のリング取付板１５０Ａ及び１５０Ｂにそれぞれ固定される。
【００４８】
角錐形状のスパイダー１２５Ａ及び１２５Ｂが、各フレーム１２Ａ及び１２Ｂのリング１３０Ａ及び１３０Ｂから側方に延びる。スパイダーのそれぞれは、インペラ１５２の軸１６３の前端部１６５を受けるための凹部が形成されたカラー１３へ外方に集束する４つの延長部材１２８から構成される。
【００４９】
図８に言及すれば、駆動輪１５４の心棒１５６の端部１５８Ｂ及び１５８Ａの各々は、正方形断面の穴１６０Ａ、１６０Ｂが形成されており、それらはそれぞれインペラ１５２Ａ及び１５２Ｂの各々の軸１６３Ａ、１６３Ｂの正方形断面の近位端部１６２Ａ、１６２Ｂを受ける。従って、駆動輪１５４と背向形インペラ１５２Ａ及び１５２Ｂの各々は互いに回転方向で固定していると理解される。従って、インペラのどちらか一方を横切る流体流れは、インペラ及び駆動輪１５４２の両方を全て一体となって回転させることになる。
【００５０】
駆動輪１５４の周囲には、Ｖ字形断面の駆動ベルト１６６Ａ及び１６６Ｂを受けるための一対のＶ字形の溝が形成されている。図４に見られるように、駆動ベルト１６６Ａ及び１６６Ｂは、駆動輪１５４及び発電機滑車２１に係回される。従って、駆動輪１５４の回転により、ベルト１６６Ａ及び１６６Ｂはシーブ２１を回転させ、それゆえクラッチ２７を介して発電機ロータ１０を回転させ、それによって発電機２５に電流を発生させることになる。
【００５１】
図９及び１０を参照すれば、タービンハウジングフレーム１２Ｂ及び１２Ｂに取付けられるテンションアセンブリ１７０が設けられる。テンションアセンブリ１７０はローラ１７２を含み、これはばね（図示せず）によって偏倚されてベルト１６６Ａ及び１６６Ｂの各々に対して張力をかけ、それによってベルト、駆動輪１５４及び発電機滑車２１の間の空転を低減する。
【００５２】
図８において最善に見られる好ましいインペラ１５２は、中心軸１６３の周りに互いに回転方向で９０°ずれた４つの別個の円錐状螺旋形ブレード１５３を備える。各ブレード１５３は、軸１６３の前端部１６５付近の小さいブレード半径及び軸１６３の後端部１６２付近の大きいブレード半径を有する。前端部１６５方向に減少する各々のブレードの半径は、例えば離隔したブレード部分間の乱流を最小限にすることにより、流体流れからのパワー抽出の効率を改善するうえで有用であると考えられる。ブレード１５３の各々には螺旋リブ１５９及び径方向リブ１６１が形成されている。リブ１５９及び１６１は、インペラに沿った流体流れを軸１６３周りの機械的回転に変換する際にインペラの効率を改善すると考えられる。
【００５３】
互いに９０°ずらされた４ブレードは、運用時にタービンを流れる水から可能な限り多くのエネルギーを獲得するのを助けるために協働する。
【００５４】
運用時、浮動流体動力学的発電装置１００は、適切な潮汐領域に曳行され、適所に碇着されるか、又は図１に示すように埠頭９１といった構造に係留される。
【００５５】
図１において矢線９８で示した方向でトンネル１０８を通る水の流れは、矢線９４で示した反時計回り方向でインペラ１５２Ａを回転させることになる。インペラ１５２Ａの回転は転じて、駆動輪１５４を反時計回りに回転させることになり、それによって電気クラッチ２７を介して発電機２５のロータ１０に伝えられるシーブ２１の反時計回りの回転を生じ、それにより発電機は電流を発生させる。発電機１０からの電気ケーブルは、発生した電気を別の場所での使用のために流体動力学的発電装置１００から伝える。
【００５６】
トンネル１０８を通る水の流れが矢線９６で示した反対方向で進行する場合、その流れは第２インペラ１５２Ｂの前端部に衝突し、それによってそれを回転させることになる。インペラ１５２Ｂの回転は転じて、駆動輪１５４を時計回りに回転させることになり、それによってシーブ２１の時計回りの回転を生じ、それは電気クラッチ２７を介して発電機２５のロータに伝わり、それにより発電機は電流を発生させる。直流発電機が使用される場合、発電機の出力の極性はトンネルを通る流体流れの方向の反転により逆転すると理解される。従って、発生する電気の意図した用途に応じて、適切な整流又は反転回路を組み込むことが好ましいかもしれない。
【００５７】
説明してきた本発明の実施形態は有用であるが、発明人は、タービンを回転させ始めるために高度な貫通流が要求されることを認めた。この理由でインペラと発電機との間のベルト継手は滑りを避けるために極めて緊張していなければならないと考えられる。従って、発明人は以下に説明する本発明の更なる好ましい実施形態を考案した。
【００５８】
図１０Ａ乃至１１を参照すれば、水中用ハウジング２０２を含む流体動力学的発電装置２００が示されている。ハウジングは、一般に水である流体の流れのための管路２０６をその内部に画成する円筒壁２０４により形成される。円筒壁２０４の前側２０７はインテークシュラウド２０８が連続する。インテークシュラウド２０８は円錐台形態をしており、拡大前方吸込側２１０が管路２０６の前側２０７方向に集束しそれと連続している。シュラウド２０８の内側壁の一部２１２及び管路の側壁２０４の前部２１４は内方に弓状に湾曲しており、流体がシュラウド２０８の吸込側２１０から管路２０６を通って進行する際にその速度を増大させる。
【００５９】
タービン２１６が管路２０６内でハウジングに取付けられている。タービン２１６は管路２０６に配置される少なくとも１つのインペラ２１８を備える。インペラ２１８は、軸２２０が形成され、支持２２２によって適位置に保持されており、支持は側壁２０４から軸２２０の両端部に延びそれとジャーナル軸受けしている。インペラ２１８は軸の周りに配設された複数の螺旋状ブレード２１４を備える。図１１に示した側面図において、ブレード２１４の外縁部は、破線２２６で示したようにインペラ２１８の前端部２３０から後端部２３２までの距離といくぶん指数関数的に直径が増加している。発明人は、インペラ２１８の形状が管路内を流れる流体からのエネルギーのインペラの回転エネルギーへの効率的な転換に特に有利であることを見出した。
【００６０】
図１２は、流体動力学的発電装置２００の発電機２３４を図示しており、それは以下に説明するようにタービン２１６からの回転機械的エネルギーを電気エネルギーに変換するために少なくとも１つのタービン２１６と結合される。
【００６１】
発電機は、その長さに沿って配置された円板磁石２３８の形態の１つ以上の磁気領域をそれぞれ保持する複数の延長部材２３６を含む。
【００６２】
発電機２３４はインペラリング２４０を含み、インペラリングは図１３及び１４に示すようにインペラ２１８の最外部先端部の周りに位置しそれらと締結され、それによりインペラリング２４０及びインペラ２１８は同軸であり互いに対して固定される。
【００６３】
円板磁石２３８を保持する延長部材２３６は、インペラ２１８の軸と平行にインペラリングから外方に延びる。
【００６４】
発電機の構造的完全性を強化するために、前リング２４２及び後リング２４４が設けられており、それぞれインペラリング２４０と同軸である。延長部材２３６の前先端部は前リング２４２と締結され、延長部材２３６の後先端部は後リング２４４と締結されている。
【００６５】
延長部材２３６は少なくとも１つのインペラの周りに配設され、その結果それらは、インペラリング及び前後リングとともに、図１３及び１４において確認でき、インペラ２１８と固定された円筒形ケージ２４６を形成するバーを効果的に構成する。インペラ２１８は円筒形ケージ２４６とともにハウジングに対して自由に回転する。延長部材も各種リングのいずれも、本発明の好ましい実施形態では、導電性材料で作られていない。
【００６６】
再び図１２及び１３を参照すれば、ケージ２４６に加えて、発電機２３４はまた多数の巻線２４８から構成され、それらはすぐに以下で説明するように、流体管路を画成するハウジングの壁に保持され、円板磁石２３８との電磁相互作用のために構成配置されている。従って、インペラ２１８の回転により磁気領域、すなわち円板磁石２３８は、巻線のそれぞれの導体２４９が磁石２３８に関係する磁束を断ち切るように巻線２４８を通過して移動し、それによって巻線において電流を誘起する。巻線は各々、鉄芯２５０といった強磁性コアを有する。巻線は、平列又は直列で、又は発電機に必要な出力電圧に応じて平列群又は直列群で接続できる。図１３に示すように、本発明の現在述べた好ましい実施形態において、巻線は２列対向する巻線２５１ａ、２５１ｂの群に配列されており、各群はインペラリング並びに前リング及び後リングの軸と平行に延びる。対向列の巻線の端部間には延長部材２３６及び円板磁石２３８が通過するために十分な隙間２５２が設けられている。
【００６７】
図１６は、管路壁２０４の一部の断面の詳細図である。壁２０４にはインペラリング２４０の周囲を受ける環状凹部２５４が形成されていることがわかる。
【００６８】
前及び後円筒形開口部２５６、２５８が壁２０４に形成され、環状凹部２５４と連続しておりそこから側方に延びる。前及び後円筒形開口部２４６、２５８は、延長部材２３６、円板磁石２３８、更に前リング２４２及び後リング２４４を収容する。
【００６９】
巻線２４８は前及び後円筒形開口部の対向する側の壁の中に配置されていることがわかる。壁は、好ましくはブロー成形プラスチック又はガラス繊維といった耐久性合成材料で作られる。
【００７０】
従って、鉄芯２５０を含む巻線２４８は、それらが運用時に管路内を流れる流体と接触しないように、壁の材料内部に封じ込められる。
【００７１】
巻線に接続されたケーブルがハウジングの壁の中に充填され、その中を運用時に発電装置２００が発生する電力の取出し用接続端子まで延びる。
【００７２】
ここで本発明の更なる実施形態に従った双方向流体動力学的発電装置２０１が示されている図１８及び１９を説明する。流体動力学的発電装置２０１は前述の流体動力学的発電装置２００と同様に構成されているが、第１及び第２のシュラウド２０８ａ及び２０８ｂを含む点と、それぞれ前端部及び後端部を有する第１及び第２のインペラ２１８ａ、２１８ｂ（図２０に詳細に示す）から構成されるタービン２１６を有する点が異なっており、インペラは同軸に取付けられ後端部は管路２０６を通る双方向流れに対処するために互いに隣接している。双方向流体動力学的発電装置２０１の発電機は図１２の発電機２３４のそれと全く同様である。
【００７３】
図２１に示すように、運用時にインペラを通り越えて流れる流体からエネルギーを獲得するのを助けるために各インペラのブレード上にリブ又は他の突起部を配設してもよい。
【００７４】
リブは、図２１に図示したように１つ以上の径方向リブ及び１つ以上の螺旋リブから構成され得る。
【００７５】
代替として、ブレードは粗面化した表面を有してもよい。
【００７６】
例えば、以下のウェブサイトを通じて入手可能な“エクストリーム・ポリウレアＡＸ３５００ピュア・ポリウレア・インダストリアル”といった速着・速硬化性ポリウレアを吹付けることによってそれらを粗面化できる。ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｘｔｒｅｍｅｃｏａｔｉｎｇｓ．ｃｏｍ．ａｕ／ｉｎｄｅｘ．ｐｈｐ／ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ／ｏｎ−ｓｉｔｅ−ｃｏａｔｉｎｇｓ（２０１７年１２月８日検索）。
【００７７】
運用時、単方向流体動力学的発電装置２００又は双方向機種２０１のいずれも、偏揺れ調整マウント２１１によって適切な台船又は突堤の下に取付けられる。偏揺れ調整マウントはピボットを含んでおり、それにより流体動力学的発電装置のハウジングはハウジング内の管路を周囲の水流と最善に整列させるために揺動できる。水がシュラウドから管路に流入すると、水はシュラウドの狭窄のために速度を増しインペラを回転させることになる。インペラが回転すると、転じてそれはインペラリングによってインペラの外側先端部に締結されたケージも回転させる。従って、ケージのバー及び、それらとともに円板磁石は、対向する巻線の間を通過し、それにより巻線において電流を誘起する。電流は、配電網への配線のための、又は蓄電池の充電若しくは現場における他の用途のための接続箱へ適切なケーブルによって送出される。
【００７８】
図２２乃至２５は、本発明の更なる実施形態に従った流体動力学的発電装置３００を図示している。流体動力学的発電装置３００は水中用ハウジング３０２を含む。ハウジングは、一般に水である流体の流れのための管路３０６をその内部に画成する円筒壁３０４により形成される。円筒壁３０４の前側３０７はインテークシュラウド３０８が連続する。インテークシュラウド３０８は円錐台形態をしており、拡大前方吸込側が管路３０６の前側３０７方向に集束しそれと連続している。
【００７９】
タービン３１６は、流体動力学的発電装置２００及び２０１について同様に説明したのと同じように、管路３０６内でハウジングに取付けられる。タービン３１６は管路３０６に配置される少なくとも１つのインペラ３１８を備える。インペラ３１８は、軸が形成され、支持３２２によって適位置に保持されており、支持は発電装置２００及び２０１について前述したように側壁３０４から軸の両端部に延びそれとジャーナル軸受けしている。インペラ３１８は前述のインペラ２１８と全く同様である。
【００８０】
流体動力学的発電装置３００はインペラリング３４０を含む発電機を含んでおり、インペラリングは図２４及び２５の前面図及び背面図に見られるようにインペラ３１８の最外部先端部の周りに位置しそれらと締結され、それによりインペラリング３４０及びインペラ３１８は同軸であり互いに対して固定される。
【００８１】
磁石３３８がインペラリング３４０の両側に配置され、インペラ３８１の軸と平行に向いている。
【００８２】
発電機３３４はまた多数の巻線３４８から構成され、流体管路を画成するハウジングの壁に保持され、インペラリングの磁石３３８との電磁相互作用のために構成配置されている。図２５は管路壁３０４の一部の断面の詳細図である。壁３０４にはインペラリング３４０の周囲を受ける環状凹部３５４が形成されていることがわかる。２列の対向する放射状配列の巻線３５１ａ、３５１ｂが環状凹部３５４の両側に隣接して壁に配列されている。
【００８３】
従って、インペラ３１８の回転はインペラリング３４０を回転させ、それゆえ磁気領域、すなわち磁石３３８は、巻線のそれぞれの導体３４９が磁石３３８に関係する磁束を断ち切るように巻線３４８を通過して移動し、それによって巻線において電流を誘起する。巻線は各々、鉄芯３５０といった強磁性コアを有する。巻線は、平列又は直列で、又は発電機に必要な出力電圧に応じて平列群又は直列群で接続できる。前述の通り、また図２６及び２７において最善に見られるように、巻線３４８は巻線３５１ａ、３５１ｂの２列対向する放射状配列で配置されており、各放射状配列の巻線のコアはインペラリング及びインペラの軸と平行に延びる。
【００８４】
巻線３４８は壁３０４に形成された環状凹部３５４の対向する側で壁の中に配置されていることがわかる。壁３０４は、好ましくはブロー成形プラスチック又はガラス繊維といった耐久性合成材料で作られる。
【００８５】
従って、鉄芯３５０を含む巻線３４８は、それらが運用時に管路内を流れる流体と接触しないように、壁の材料内部に封じ込められる。
【００８６】
巻線に接続されたケーブルは、ハウジングの壁の中に充填され、その中を運用時に発電装置３００が発生する電力の取出し用接続端子まで延びる。
【００８７】
流体動力学的発電装置３００は、例えば前述の発電装置２００と同様に使用される。
【００８８】
法令に従って、本発明は構造的又は方法論的特徴にいくぶん固有な言語で説明した。用語「を備える」及び、「を含む」及び「から構成される」といったその変化形は、全体を通じて、いずれかの付加的な特徴の排除ではなく、包含的意味において使用されている。本書に説明された手段は本発明を実施する好ましい形態を含むので、本発明は図示又は説明した特定の特徴に限定されないことを理解しなければならない。
【００８９】
従って、本発明は、当業者によって適切に解釈される添付クレームの適正な範囲内のその形態又は修正の任意のものにおいて請求される。
【００９０】
明細書及びクレーム（存在する場合）を通じて、文脈上他の意味に解すべき場合を除き、用語「大体において」又は「およそ」は、その用語によって適格とされる範囲についてであって値に限定されないことを理解しなければならない。
【００９１】
本発明のいずれの実施形態も、単に例示的であって、本発明を制限するように意図していない。従って、上述したいずれの実施形態にも本発明の精神及び範囲を逸脱することなく様々な他の変更及び修正を行い得ることを認識しなければならない。
【符号の説明】
【００９２】
８  外ハウジング
１０  ロータ
１２Ａ、１２Ｂ  背向形タービンハウジングフレーム
１３  カラー
２１  シーブ
２１  発電機滑車
２５  発電機
２７  電気クラッチ
３０  インテークシュラウド
９０  表示灯
９１  埠頭
９２  蝶番式カバー
１００  流体動力学的発電装置
１０２  台船
１０３  双方向タービン
１０４  タービン・発電機組立体
１０５  発電機フレーム、取付フレーム
１０６  船体
１０８  トンネル
１１０  発電機取付開口部
１１２、１１４  円錐形吸込口
１１２Ａ、１１２Ｂ  タービンカウル
１１６  周囲台船側板
１１８  甲板
１２０  中心開口部
１２５Ａ、１２５Ｂ  角錐形状のスパイダー
１２８  延長部材
１３０  リング
１３４  中心ハブ
１３６、１３７  取付部材
１３８Ａ、１３８Ｂ  上部取付板
１４０Ａ、１４０Ｂ  下部取付板
１５０Ａ、１５０Ｂ  リング取付板
１５２Ａ、１５２Ｂ  水没インペラ
１５３  円錐状螺旋形ブレード、ブレード
１５４  駆動輪
１５６  心棒
１５８Ａ、１５８Ｂ  端部
１５９  螺旋リブ
１６０Ａ、１６０Ｂ  穴
１６１  径方向リブ
１６２  後端部
１６２Ａ、１６２Ｂ  端部
１６３  中心軸、軸
１６３Ａ、１６３Ｂ  軸
１６５  前端部
１６６Ａ、１６６Ｂ  駆動ベルト、ベルト
１７０  テンションアセンブリ
１７２  ローラ
２００  単方向流体動力学的発電装置
２０１  双方向流体動力学的発電装置
２０２  ハウジング
２０４  円筒壁
２０６  管路
２０７  前側
２０８  インテークシュラウド
２０８ａ、２０８ｂ  第１及び第２のシュラウド
２１０  拡大前方吸込側
２１１  偏揺れ調整マウント
２１２  内側壁の一部
２１４  管路側壁の前部
２１６  タービン
２１８  インペラ
２１８ａ、２１８ｂ  第１及び第２のインペラ
２２０  軸
２２２  支持
２３０  インペラの前端部
２３２  後端部
２３４  発電機
２３６  延長部材
２３８  円板磁石
２４０  インペラリング
２４２  前リング
２４４  後リング
２４６  円筒形ケージ
２４８  巻線
２５０  鉄芯
２５１ａ、２５１ｂ  巻線
２５２  隙間
２５４  環状凹部
２５６、２５８  前及び後円筒形開口部
３００  流体動力学的発電装置
３０２  水中用ハウジング
３０４  円筒壁、側壁、管路壁、壁
３０６  管路
３０７  円筒壁の前側
３１６  タービン
３１８  インペラ
３２２  支持
３３４  発電機
３３８  磁石
３４０  インペラリング
３４８  巻線
３４９  導体
３５０  鉄芯
３５１ａ、３５１ｂ  巻線
３５４  環状凹部
【図１】
2020513507.tif 000003
【図２】
2020513507.tif 000004
【図３】
2020513507.tif 000005
【図４】
2020513507.tif 000006
【図５】
2020513507.tif 000007
【図６】
2020513507.tif 000008
【図７】
2020513507.tif 000009
【図８】
2020513507.tif 000010
【図９Ａ】
2020513507.tif 000011
【図９Ｂ】
2020513507.tif 000012
【図１０Ａ】
2020513507.tif 000013
【図１０Ｂ】
2020513507.tif 000014
【図１１】
2020513507.tif 000015
【図１２】
2020513507.tif 000016
【図１３】
2020513507.tif 000017
【図１４】
2020513507.tif 000018
【図１５】
2020513507.tif 000019
【図１６】
2020513507.tif 000020
【図１７】
2020513507.tif 000021
【図１８】
2020513507.tif 000022
【図１９】
2020513507.tif 000023
【図２０】
2020513507.tif 000024
【図２１】
2020513507.tif 000025
【図２２】
2020513507.tif 000026
2020513507.tif 000027
【図２４Ａ】
2020513507.tif 000028
【図２４Ｂ】
2020513507.tif 000029
【図２５】
2020513507.tif 000030
【図２６】
2020513507.tif 000031
【図２７】
2020513507.tif 000032
【手続補正書】
【提出日】平成30年10月30日(2018.10.30)
【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】
流体動力学的発電装置であって、
流体流れのための管路を貫通して画成している水中用ハウジングと、
共通軸の周りにその前端部から後端部まで配設された複数の螺旋状ブレードを備え、前記流れによる回転のために前記管路に配置される流体動力学的タービンのための少なくとも１つのインペラを備える、前記ハウジングに取付けられたタービンと、前記ブレードの半径は前端部から後端部へ増加し、
インペラリングが前記インペラの最外部先端部の周りに配設され、それに締結されており、前記インペラリング及び前記インペラは同軸であり、
タービンからの機械的エネルギーを電気エネルギーに変換するために前記タービンと結合された少なくとも１つの発電機と、
少なくとも１つの前記インペラの周りにそれと固定して配設された複数の磁気領域と、前記磁気領域は前記インペラの前記軸と平行に前記インペラリングの周囲の周りに配設されており、
前記磁気領域との電磁相互作用のために構成配置された多数の巻線とを含んでおり、これによって運用時に前記インペラの回転により前記磁気領域は前記巻線を通過して移動し、それによって前記巻線において電流を誘起し、各巻線はコアを有しており、
前記管路を画成する壁には前記インペラリングの周囲を受けるために環状凹部が形成されており、
前記巻線は前記環状凹部に隣接して壁の中に配置されており、各巻線の前記コアは前記インペラの前記軸と平行に延びる、流体動力学的発電装置。
【請求項２】
前記ブレードの半径は前記前端部から前記後端部へ指数関数的に増加する、請求項１に記載の流体動力学的発電装置。
【請求項３】
運用時に前記インペラを通り越えて流れる流体からエネルギーを獲得するのを助けるために、リブが前記ブレード上に配設されている、請求項１又は請求項２に記載の流体動力学的発電装置。
【請求項４】
前記リブは１つ以上の径方向リブ及び１つ以上の螺旋リブを含む、請求項３に記載の流体動力学的発電装置。
【請求項５】
前記ブレードの表面は、運用時に前記インペラを通り越えて流れる流体からエネルギーを獲得するのを助けるために粗面化されている、請求項１又は請求項２に記載の流体動力学的発電装置。
【請求項６】
前記タービンは、前端部及び後端部をそれぞれ有する第１及び第２のインペラを備えており、前記インペラは同軸に取付けられ、後端部は前記管路を通る双方向流れに対処するために互いに隣接している、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の流体動力学的発電装置。
【請求項７】
前記巻線は前記環状凹部の対向する側に配置される、上記請求項のいずれか一項に記載の流体動力学的発電装置。
【請求項８】
前記巻線は、それらが運用時に前記管路内を流れる流体との接触から隔絶されるために前記壁の材料内部に封じ込められる、上記請求項のいずれか一項に記載の流体動力学的発電装置。
【請求項９】
前記巻線に接続され前記ハウジングの中に充填されており、その中を接続端子まで及ぶケーブルを含む、上記請求項のいずれか一項に記載の流体動力学的発電装置。
【請求項１０】
前記巻線のそれぞれは強磁性コアを有する、上記請求項のいずれか一項に記載の流体動力学的発電装置。
【請求項１１】
各インペラはインペラフレームに取付けられる、上記請求項のいずれか一項に記載の流体動力学的発電装置。
【請求項１２】
前記ハウジングは、前記タービンが配置される前記管路を貫通して有する船体が形成された台船の一部を成す、上記請求項のいずれか一項に記載の流体動力学的発電装置。
【請求項１３】
流体動力学的発電装置であって、
流体流れのための管路を貫通して画成している水中用ハウジングと、
前記流れによる回転のために前記管路に配置された少なくとも１つのインペラを備え、前記ハウジングに取付けられたタービンと、
前記タービンからの機械的エネルギーを電気エネルギーに変換するために前記少なくとも１つのタービンと結合された少なくとも１つの発電機と、前記発電機は前記インペラの周りにそれと固定されたリングを含んでおり、前記リングは前記インペラの軸と平行に延びる１つ以上の磁気領域を有しており、
前記ハウジングに形成され前記リングの周囲を受ける環状凹部と、
前記磁気領域との電磁相互作用のために前記環状凹部に隣接して前記ハウジングの材料内部に配置された多数の巻線とを含んでおり、これによって運用時に前記インペラの回転により前記磁気領域は前記巻線を通過して移動し、それによって前記巻線において電流を誘起し、各巻線はコアを有しており、
各巻線の前記コアは前記インペラの軸と平行に延びる、流体動力学的発電装置。
【国際調査報告】
2020513507.tif 000033
2020513507.tif 000034
2020513507.tif 000035
2020513507.tif 000036
2020513507.tif 000037
2020513507.tif 000038