JP2010242666A - Turbine for power generation and power generator - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a turbine for power generation capable of efficiently depositing energy of wave power and hydraulic power under condition that energy possessed by both an incoming flow and an outgoing flow of a water wave is deposited and capable of being applied to a power generator which can be installed at an easily accessible site and whose maintenance is easy. <P>SOLUTION: Vertical rotation axes 21, 23 each having two gears at upper and lower portions thereof are disposed inside the turbine from side to side. A plurality of blades 63 are vertically fitted in between two strings of chains arranged one above the other for connecting the two gears. The blades 63 are swingable but swingable angles thereof are limited by stoppers which are disposed on the chains and move with the blades 63. At this time, the blades 63 automatically select directions to move themselves, to thereby obtain power in the same direction from both an incoming flow and an outgoing flow. The turbine can be extended vertically and horizontally, which makes it possible to adapt to anisotropic distribution of fluid flow energy. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、自然エネルギーの一種である波力エネルギーおよび水力エネルギーを利用して機械的回転を得るためのタービンを考案し、これを用いた発電装置を提供するものである。このタービンでは、波力及び水力が持つ特性を積極的に考慮することにより、それらのエネルギーを効率よく収容するための工夫が為される。
The present invention devises a turbine for obtaining mechanical rotation using wave energy and hydraulic energy, which are a kind of natural energy, and provides a power generator using the turbine. In this turbine, by actively considering the characteristics of wave power and hydraulic power, a device for efficiently accommodating such energy is devised.

現在、人類はCO排出による地球温暖化や化石燃料の枯渇などの極めて深刻な問題に直面しており、文明生活を持続可能とするためには、波力エネルギーのような自然エネルギーを有効に利用することが求められている。実際に、従来からのダム建設による水力発電に加えて、太陽光発電や風力発電も実用が進みつつある。しかし、波力エネルギーやダム建設を伴わない水力エネルギーの発電への利用は、多くの努力や試みが為されているものの未だ広く利用できる段階ではない。そこで、これら波力エネルギーや水力エネルギーを効率よく収容するタービンを開発し、発電に供することは大変意義深いと考えられる。 Currently, human beings are faced with extremely serious problems such as global warming due to CO 2 emissions and depletion of fossil fuels. To make civilized life sustainable, natural energy such as wave energy is effectively used. It is required to use. Actually, in addition to conventional hydroelectric power generation by dam construction, solar power generation and wind power generation are also in practical use. However, the use of wave energy or hydro energy without dam construction for power generation is not yet widely available, although many efforts and attempts have been made. Therefore, it is considered to be very significant to develop a turbine that efficiently accommodates these wave energy and hydro energy and to use it for power generation.

現在までに考案されている波力および水力エネルギー収容機構には、(1)海面の上下運動を用いて空気流を生じさせるもの、(2)浮体を用いて海面の上下運動を機械的往復運動に変換するもの、(3)海面以下に沈めた回転体(タービン)を潮流などの海流によって回転させるもの、(4)波浪を海岸に設置している施設に取り込んでそのエネルギーを取り込むもの、などがある。本発明におけるエネルギー収容機構は(3)に述べられたものと関連しているが、この機構に限って見ても、プロペラ方式、ダリウス方式、サポニウム方式などが既に提案されている。これらの方式は元来風力エネルギーの利用に際して考えられて来たものであり、波力エネルギーや水力エネルギーに利用する機構としては収容効率を上げる上で十分とは言えない。 The wave and hydraulic energy accommodation mechanisms devised to date include (1) those that generate an air flow by using the vertical movement of the sea surface, and (2) mechanical reciprocating movements of the sea surface that use floating bodies. (3) A rotating body (turbine) submerged below the sea level is rotated by ocean currents such as tidal currents, (4) A wave is taken into a facility installed on the coast and its energy is taken in, etc. There is. The energy accommodation mechanism in the present invention is related to that described in (3). Propeller system, Darrieus system, saponium system and the like have already been proposed even if only this mechanism is viewed. These methods were originally considered when using wind energy, and are not sufficient for increasing accommodation efficiency as a mechanism used for wave energy or hydraulic energy.

本発明は、プロペラ方式のように、羽根板(ブレード)を持つタービンを波力および水力用に改良することを意図しているが、これに関連すると思われる先行技術として、クロスフロー水車、全流向型縦軸水車、揺動羽根水車などがある。 The present invention is intended to improve a turbine having blades (blades), such as a propeller system, for wave power and hydraulic power. There are a flow direction vertical axis water wheel, a swing blade water wheel, and the like.

クロスフロー水車は、波浪における往復流の双方を発電に利用することを意図して、往流、復流によって羽根車の使用部位を変更する。全流向型縦軸水車は、流体流の方向によって羽根の方向が変化し、回転軸の同一方向回転に寄与する羽根のみが流体流を受け止め、そうでない羽根は流体流の方向と平行になるように工夫されている。その結果、任意の方向を持つ流体流に適用することができる。また、揺動羽根水車では、流体流の方向に従って、方向が揺動できる羽根を組み込むことにより、波浪における流体の上下動をタービンの一方向の回転に利用する。 The cross-flow turbine is intended to use both the reciprocal flow in the waves for power generation, and changes the use site of the impeller by forward flow and backward flow. In the all flow direction vertical axis water turbine, the direction of the blade changes depending on the direction of the fluid flow, and only the blade that contributes to the same rotation of the rotating shaft receives the fluid flow, and the other blade is parallel to the direction of the fluid flow. Has been devised. As a result, it can be applied to a fluid flow having an arbitrary direction. Further, in the oscillating blade turbine, by incorporating a blade whose direction can be oscillated according to the direction of the fluid flow, the vertical movement of the fluid in the waves is used for the rotation of the turbine in one direction.

これらの装置では、波浪の一部をやり過ごしたり、装置自身の一部を無効にするなどの工夫がされている。しかし、その結果、流体流エネルギーの一部を放棄する、また、利用しようとする波浪の範囲に比して装置が大きくなりすぎるなどの問題点が生じ、タービン(従って、発電機)のエネルギー収容効率を上げるうえで最善とは言えない。
These devices are devised such as passing away some of the waves or disabling part of the device itself. However, as a result, problems such as abandoning part of the fluid flow energy and the size of the device becoming too large compared to the range of waves to be used occur, and the energy storage of the turbine (and hence the generator) It's not the best way to increase efficiency.

特許公開2003−120499Patent Publication 2003-120499 特許公開2002−364513Patent Publication 2002-364513 特許公開 平10−288139Patent Publication 10-288139

「新エネルギー大辞典」茅 陽一監修、工業調査会出版、p.593(上原春男分担執筆)“New Energy Dictionary”, supervised by Yoichi Tsuji, published by Industrial Research Council, p. 593 (written by Haruo Uehara)

(1)現在しばしば採用される波力発電方式としては、海面の上下によって海面に接する空気に圧力を生じ、これにより生ずる空気流を利用して空気タービンを回すもの、海面の上下変化を浮体に伝えて浮体内部でエネルギーを収容するものなどがある。また、河川において広く行われている水力発電においては、ダムに貯水することにより大きな落差を人工的に作り、この落差間を流れ落ちる水流をタービンの駆動に用いている。これらの発電方式では、流体流が持つエネルギーのうち、位置エネルギーの一部を主として使用していることになる。しかし、流体流は流体の位置エネルギーばかりでなくその運動エネルギーも併せ持っている。流体の密度が空気の密度に比べて大変大きく、また、浅瀬などにおける波浪のエネルギーは波高も小さく運動エネルギーの割合が大きいので、タービンの性能を向上させるためには、流体流が持つ運動エネルギーを出来るだけ直接的に収容することが望ましい。 (1) As a wave power generation method that is often adopted at present, pressure is applied to the air in contact with the sea surface due to the elevation of the sea surface, and the air flow generated by this is used to turn the air turbine. There are things that convey energy inside the floating body. Moreover, in hydroelectric power generation widely performed in rivers, a large head is artificially created by storing water in a dam, and a water flow flowing between the heads is used for driving a turbine. In these power generation methods, a part of the potential energy is mainly used out of the energy of the fluid flow. However, the fluid flow has not only the potential energy of the fluid but also its kinetic energy. The density of the fluid is much higher than the density of air, and the wave energy in shallow water is small and the proportion of kinetic energy is large. Therefore, in order to improve the performance of the turbine, the kinetic energy of the fluid flow must be increased. It is desirable to accommodate as directly as possible.

(2)波浪は、局所的に見れば往復流となっている。それにも拘わらず一定方向のタービンの回転を得るために、片側方向の流れをやり過ごす、往流復流に応じてタービンの片側のみを選択して働かせる、などの方式が考案されている。これらの方式では、流体流運動エネルギーの半分を放棄したり、タービンが占有する面積に比して流体流入口の面積が半減したりしている。従って、往流、復流の双方を同等に活用することは、タービンの性能向上において重要である。 (2) The waves are reciprocating when viewed locally. Nevertheless, in order to obtain a turbine rotation in a certain direction, methods have been devised, such as passing through the flow in one direction, and selecting and operating only one side of the turbine according to the backward flow. In these systems, half of the fluid flow kinetic energy is abandoned or the area of the fluid inlet is halved compared to the area occupied by the turbine. Therefore, it is important for improving the performance of the turbine to utilize both the forward flow and the return flow equally.

(3)波浪は海面に発生する表面波であり、その振幅は海面より深さ方向に進むにつれて速やかに減衰する。また、河川における水流は多くの場合川幅方向に拡がって流れている。これらのことは、波力エネルギー、水力エネルギーともに、それらのエネルギー分布は流体流の方向に垂直で静止流体表面に平行な方向に広く拡がっていることを意味する。タービンの性能を向上させるためには、このように極めて異方的に分布するエネルギーを効率よく収納するものでなければならない。 (3) A wave is a surface wave generated on the sea surface, and its amplitude attenuates rapidly as it travels deeper than the sea surface. Moreover, in many cases, water flows in rivers spread in the width direction of the river. These means that the energy distribution of both wave energy and hydraulic energy is broadly spread in the direction perpendicular to the direction of the fluid flow and parallel to the surface of the stationary fluid. In order to improve the performance of the turbine, it is necessary to efficiently store energy distributed in such a highly anisotropic manner.

(4)発電システムは、エネルギー収容効率の高いタービンを組み込むことに加えて、設置場所の至便性や稼動時保守の容易さをも持つことが望まれる。
(4) In addition to incorporating a turbine with high energy storage efficiency, the power generation system is desired to have convenience in installation location and ease of maintenance during operation.

これらの条件を満たすことを可能にするタービンとして、静止流体表面に垂直な、複数の回転軸を有し、流体流の方向に垂直で水平方向に拡張された前後開口部(流体流入口と流出口)を持つ構造体を考案し、これを流体中で作動させることにより得られた回転を、流体に没入させることのない発電機に取り込むことにより発電する発電システムを提案する。 As a turbine that makes it possible to satisfy these conditions, the front and rear openings (fluid inlet and flow) have a plurality of rotating shafts perpendicular to the surface of the stationary fluid and extended in the direction perpendicular to the direction of the fluid flow. We propose a power generation system that devises a structure having an outlet and generates electric power by taking the rotation obtained by operating the structure in a fluid into a generator that is not immersed in the fluid.

本発明によるタービンの内部構造には次の工夫が為される。まず、左右両端において支持されている垂直回転軸に、同じ中心軸を持ち、垂直回転軸と一体となって回転する上下二個のギヤーを、羽根板(ブレード)の上下幅だけ隔てて取り付ける。左右における上ギヤー同士および下ギヤー同士をそれぞれの鎖で連結する。これら上下二本の鎖の間隔に長方形類似の形を持つブレードを、鎖方向に適切な距離だけ隔てながら垂直に取り付ける(図2)。この取り付けにおいては、ブレード自身の左右両端のうちの一方にブレード回転軸を付加しておき、このブレード回転軸の上下に開けられている孔状軸受けに、前もって鎖に取り付けられている突起状支持軸を嵌め込む。または、ブレード回転軸から上下に伸びる支持軸を鎖辺縁に取り付けられている軸受けに差し込む。この工夫によって、上下鎖によって支えられながらブレード回転軸の周りに回転することのできるブレードを取り付けたことになる(図5、図6)。しかし、このブレードの回転は、流体流の方向によって自動的に制御されなければならない。それを可能にするために、前もってブレードの上下にこれに垂直な制御板を取り付け、これら制御板の(回転軸とは反対側の)端にブレード下辺稜を中心線とする円弧形の導路(リードギャップ)を開けておき、同時にこのリードギャップがブレードと交わる位置にもブレードに切り込みを入れて置く。これら上下二ヶ所のリードギャップに、前もって鎖に固定されている突起状制限子(ストッパー)を嵌め込む(図5、図6)。この工夫により、ブレードは流体流の方向に従って自動的にその方向を選択した後、流体流の運動量を直接的に受け取る。その結果、往流、複流のいずれもがブレードに同一方向の力を与え、この力がギヤーの同一方向の回転を与えることができる(図7)。なお、鎖を延伸したり、回転軸を追加したりして、開口部を左右に拡幅することにより、幅広く1次元的に分布する流体流のエネルギーを効率よく収容することができる。また、ブレード層を上下に重ねて多層にすることにより、深さ方向に分布する流体流エネルギーも収容することができる。 The following devices are made in the internal structure of the turbine according to the present invention. First, two upper and lower gears having the same central axis and rotating integrally with the vertical rotation shaft are attached to the vertical rotation shafts supported at both left and right ends, separated by the vertical width of the blade (blade). The upper gears and the lower gears on the left and right sides are connected by respective chains. A blade having a shape similar to a rectangle in the interval between the two upper and lower chains is vertically attached while being separated by an appropriate distance in the chain direction (FIG. 2). In this attachment, a blade rotation shaft is added to one of the left and right ends of the blade itself, and a projecting support attached to a chain in advance on a hole bearing opened above and below the blade rotation shaft. Fit the shaft. Alternatively, a support shaft extending up and down from the blade rotation shaft is inserted into a bearing attached to the chain edge. With this device, a blade that can rotate around the blade rotation axis while being supported by the upper and lower chains is attached (FIGS. 5 and 6). However, the rotation of this blade must be automatically controlled by the direction of fluid flow. In order to make this possible, control plates that are perpendicular to the upper and lower sides of the blades are attached in advance and arc-shaped guides centered on the lower edge of the blades at the ends of these control plates (opposite to the rotation axis). A path (lead gap) is opened, and at the same time, the blade is cut at a position where the lead gap intersects the blade. A projecting restrictor (stopper) fixed in advance to the chain is inserted into the two upper and lower lead gaps (FIGS. 5 and 6). With this device, the blade automatically selects the direction according to the direction of the fluid flow, and then directly receives the momentum of the fluid flow. As a result, both the forward flow and the double flow give a force in the same direction to the blade, and this force can give the rotation of the gear in the same direction (Fig. 7). Note that the energy of the fluid flow that is widely and one-dimensionally distributed can be efficiently accommodated by extending the opening to the left and right by extending the chain or adding a rotation axis. Moreover, the fluid flow energy distributed in the depth direction can also be accommodated by stacking the blade layers vertically to form a multilayer.

以上のように、揺動可能なブレードを左右のギヤーに渡された上下二本の鎖間に垂直に配列するというタービンの立体構造が、求められた課題を解決することを可能にする。
As described above, the three-dimensional structure of the turbine in which the swingable blades are vertically arranged between the two upper and lower chains passed to the left and right gears makes it possible to solve the required problem.

本発明によるタービンは、流体流が持つ運動エネルギーを直接に収納すること、波浪における往流、復流の双方を同等に活用すること、および、エネルギー分布の異方性に対応できることによって、波力および水力エネルギーを効率よく収納することができる。このことは、とりもなおさず、本タービンの使用による発電のコストを低減することができる。一般に、自然エネルギーの存在密度は低く且つ広範囲に分布しているために、発電コストは高くなることが避けられないが、本発明は、そのような自然エネルギーの利用促進に寄与するものと期待される。 The turbine according to the present invention directly stores the kinetic energy of the fluid flow, utilizes both the forward and backward flows in the waves equally, and can cope with the anisotropy of the energy distribution. And hydraulic energy can be stored efficiently. Of course, this can reduce the cost of power generation by using this turbine. In general, since the existence density of natural energy is low and distributed widely, it is inevitable that the power generation cost becomes high. However, the present invention is expected to contribute to the promotion of the use of such natural energy. The

本発明による装置は、流体流エネルギーの分布に応じて、流体流の流入出口を矩形(またはそれに類似形)にすることができる。このことは、風車類似の円形の装置に比して、設置場所への制限が少なく、本装置の設置を大変容易にするものと予想される。 The device according to the present invention can make the fluid flow inlet and outlet rectangular (or similar) depending on the fluid flow energy distribution. This is expected to make the installation of the present apparatus very easy because there are fewer restrictions on the installation location than a circular device similar to a windmill.

本発明によるタービンにおいては、流体流によって最終的に駆動された回転の軸の方向は静止流体表面と鉛直を成している。この回転軸を発電機に引き込む時、発電機は流体の外部に設置することができる。このことは、発電機の設置、保守、送電に好都合である。 In the turbine according to the invention, the direction of the axis of rotation finally driven by the fluid flow is perpendicular to the stationary fluid surface. When the rotating shaft is pulled into the generator, the generator can be installed outside the fluid. This is convenient for generator installation, maintenance and power transmission.

沿岸部のような比較的浅い海域では、波浪における流体流は深さ方向の流れ成分が減少し水平方向の流れ成分が増加するために、その運動エネルギーは流体の水平方向の運動に集まる傾向がある。本発明によるタービンは流体の垂直方向の運動のない往復流に適したものであるので、これを沿岸部で波浪が水平方向の運動を多く含むような箇所に設置することは、流体流運動エネルギーを収納するうえで有利であるだけでなく、設置費用も低いという利点を持つ。加えて、発生させた電力を陸地まで送電することも容易である。 In relatively shallow sea areas such as the coastal area, the flow of waves in waves tends to concentrate in the horizontal movement of the fluid because the flow component in the depth direction decreases and the flow component in the horizontal direction increases. is there. Since the turbine according to the present invention is suitable for reciprocating flow without vertical movement of the fluid, it is necessary to install it at a location where the waves include a lot of horizontal movement on the coast. This is not only advantageous for storing the battery, but also has the advantage of low installation costs. In addition, it is easy to transmit the generated power to the land.

河川において、ダム建設による人工的落差のある場所ではなく、自然地形を流れる水流は、その位置エネルギーを殆ど運動エネルギーに変えていると言ってもよい。本発明によるタービンはそのような非往復流にも適用できる。タービンの水流入出口を川幅方向に延伸することにより、川幅方向に拡がって流れる水流を取り込むことができる。この利点のために、川幅全体に拡がる水力エネルギーを収容することが可能であるので、比較的急流で流量豊富な河川を選ぶことにより、ダム建設に依ることなく発電をすることができる。 In rivers, it can be said that the water flow that flows through natural terrain, rather than the place where there is an artificial head due to the construction of a dam, almost changes its potential energy into kinetic energy. The turbine according to the invention can also be applied to such non-reciprocating flows. By extending the water inlet / outlet of the turbine in the river width direction, it is possible to take in the water flow that flows in the river width direction. Because of this advantage, it is possible to accommodate hydraulic energy that extends across the entire river width, so by selecting a relatively rapid river with abundant flow, power can be generated without relying on dam construction.

本発明によるタービンは、装置設置における安定性において次の利点を持つ。本タービンの流体流入口から入って来た流体は、最初にブレードに衝突して運動量を与えるが、その反作用として流体流は最初のブレードが得た運動量とは反対方向の負の運動量を得る。このようにして進行する流体流は、流出口側にあるブレードに再び衝突してブレードから正の運動量を受け取った後、タービンより流出する。その結果、流体流はタービンの回転軸の回りの回転を与えているものの、タービン全体に流体流方向に垂直な方向の運動量を与えることはない。このことのために、本タービンを流体中に設置する場合、その安定対策の工事を低減することができる。
The turbine according to the invention has the following advantages in terms of stability in installation. The fluid coming in from the fluid inlet of the turbine first strikes the blade and gives momentum, but as a reaction, the fluid flow gets a negative momentum in the opposite direction to the momentum obtained by the first blade. The fluid flow traveling in this manner collides with the blade on the outlet side again, receives positive momentum from the blade, and then flows out of the turbine. As a result, the fluid flow imparts rotation about the rotational axis of the turbine, but does not impart momentum in the direction perpendicular to the fluid flow direction to the entire turbine. For this reason, when the turbine is installed in a fluid, it is possible to reduce the work for stabilizing the turbine.

装置全体の概観(概念図)を示す。An overview (conceptual diagram) of the entire device is shown. ドラム付近の内部構造(概念図)を示す。The internal structure (conceptual diagram) near the drum is shown. ドラム付近の内部支持体(概念図)を示す。An internal support (conceptual diagram) in the vicinity of the drum is shown. ギヤーの取り付けられた回転軸(概念図)を示す。The rotating shaft (conceptual drawing) to which the gear is attached is shown. 制御板が取り付けられたブレード(概念図)を示す。(a)は支持軸陥入型を、また、(b)は支持軸突起型を示す。The blade (conceptual diagram) to which the control plate is attached is shown. (A) shows a support shaft indentation type, and (b) shows a support shaft projection type. ブレードが連結される鎖部分(概念図)を示す。(a)は支持軸陥入型ブレード用鎖部分を、また、(b)は支持軸突起型ブレード用鎖部分を示す。The chain | strand part (conceptual figure) to which a braid | blade is connected is shown. (A) is a chain part for a support shaft intrusion type blade, and (b) is a chain part for a support shaft protrusion type blade. 流体往復流を受けているときのブレード面角度分布(概念図)を示す。The blade surface angle distribution (conceptual diagram) when receiving a fluid reciprocating flow is shown.

本発明による装置の製作においては、設置場所の地形、気象、その場所での波浪、水流の性質(波の振幅、水流の速度など)などを考慮して設計しなければならない。従って、ここでは装置の具体的な設計例を示すことはしない。むしろ、装置製作、実施において予想される一般的な要点を図に即しながら述べる。 In the production of the apparatus according to the present invention, the design must be made in consideration of the topography of the installation location, the weather, the waves at the location, the nature of the water flow (wave amplitude, water velocity, etc.) and the like. Therefore, a specific design example of the apparatus is not shown here. Rather, general points expected in device fabrication and implementation will be described with reference to the drawings.

図1について説明する。4本の支柱11で支えられたキャビネットの両端にドラム様のもの13,14があり、この内部に回転軸21、23とこれらを中心軸とするギヤーがそれぞれの上下に取り付けられている。キャビネットの前面には、流体流導入出板15で囲まれた流入出口が開けられており、流体がここより流入出する。これより流入した流体は先ず流入口側に位置しているブレード63に衝突し、ブレードの方向を変えるが、その角度は制御板65にあるリードギャップ(導孔)に差し込まれているストッパー(突起状の制限子)によって制限されている。流体流はブレードの方向を変えた後、右方向に力を与える。その後、後面にある流出口側付近に位置しているブレードに再び衝突する。ここでもブレードの方向を変えながら左方向の力を与えた後、キャビネットより流出する。ブレードに与えられた力は鎖を通してギヤーに届き偶力を与え回転軸21、23の周りの回転を生む。得られた回転は、発電機17に伝えられ、発電する。 With reference to FIG. Drum-like ones 13 and 14 are provided at both ends of the cabinet supported by the four columns 11, and rotating shafts 21 and 23 and gears centering on these are attached to the upper and lower sides. An inlet / outlet surrounded by a fluid flow inlet / outlet plate 15 is opened at the front of the cabinet, and fluid flows in and out from here. The fluid flowing in from this first collides with the blade 63 located on the inlet side and changes the direction of the blade, but the angle is a stopper (protrusion) inserted into the lead gap (conduction hole) in the control plate 65. It is limited by a shape limiter). The fluid flow applies a force in the right direction after changing the direction of the blade. Then, it collides again with the blade located near the outflow side on the rear surface. Again, after applying a leftward force while changing the direction of the blade, it flows out of the cabinet. The force applied to the blade reaches the gear through the chain and gives a couple to generate rotation around the rotary shafts 21 and 23. The obtained rotation is transmitted to the generator 17 to generate power.

装置前後の流体流入出口の縦幅は、設置場所における波浪または水流の深さに合わせて製作する。これら流体流が起こっている深さが十分にある場合には、縦方向に伸ばしたブレードからなる単一層では、強度や安定性が維持できない場合も考えられる。その場合には、ギヤー及び水平方向に走る鎖を2段以上に増加し、過大でないブレード層を多段に装着する。流入出口の横幅についても、ギヤー付き回転軸を付け足して行くことにより、装置の安定性を維持しながら拡げていくことができる。流体流入調節板は、流体が装置に流入することなく漏洩することを防ぐとともに、タービンに流入する流体の速度を上げる効果を持つ。 The vertical width of the fluid inlet / outlet before and after the device is manufactured according to the wave or water flow depth at the installation site. If the depth at which these fluid flows occur is sufficient, it may be possible that strength and stability cannot be maintained with a single layer of blades extending in the longitudinal direction. In that case, gears and chains running in the horizontal direction are increased to two or more stages, and blade layers that are not excessive are mounted in multiple stages. The lateral width of the inlet / outlet can also be expanded while maintaining the stability of the apparatus by adding a rotating shaft with gears. The fluid inflow adjusting plate has an effect of preventing the fluid from leaking without flowing into the apparatus and increasing the speed of the fluid flowing into the turbine.

図2について説明する。キャビネットの上下基盤31,32に固定されて一体となっているキャビネット補強体36は、アーム34、さらに回転軸支持のための円柱33に連続している。この円柱に開けられている縦穴を回転軸21が貫通し回転軸は回転可能である。この回転軸が円柱より出た部分の上下には回転軸と一致する中心軸を持つギヤー25,26が組み込まれて回転軸と一体となっている。ギヤーには鎖71,72が巻き付けられており、また、上下の鎖間には、適切な間隔をおいてブレード63が垂直に嵌め込まれている。 With reference to FIG. A cabinet reinforcing body 36 fixed to and integrated with the upper and lower bases 31 and 32 of the cabinet is continuous with an arm 34 and a column 33 for supporting a rotating shaft. The rotating shaft 21 passes through the vertical hole formed in the cylinder, and the rotating shaft can rotate. Gears 25 and 26 having a central axis coinciding with the rotation axis are incorporated above and below the portion where the rotation axis protrudes from the cylinder, and are integrated with the rotation axis. Chains 71 and 72 are wound around the gear, and a blade 63 is vertically fitted between the upper and lower chains with an appropriate interval.

ブレード自身の縦幅、横幅は、設置場所における流体流の性質に基づいて決められる。起動のし易さは、ギヤー回転軸のまわりの慣性モーメントばかりでなく鎖およびブレードの質量にも依存しているので、これらの質量は強度を保ちながら小さくする工夫をしなければならない。従って、鎖自身の縦幅は強度を保つ条件と質量を小さくする条件の兼ね合いで選択される。 The vertical width and horizontal width of the blade itself are determined based on the nature of the fluid flow at the installation site. Since the ease of activation depends not only on the moment of inertia around the gear rotation axis but also on the mass of the chain and the blade, these masses must be devised to be small while maintaining strength. Accordingly, the vertical width of the chain itself is selected in consideration of the condition for maintaining the strength and the condition for reducing the mass.

図3について説明する。この図は、図2に示されている装置内部構造を理解し易くするために、ギヤーの取り付けられている回転軸および上下の鎖、ブレードを取り除いた後の構造支持体のみを、見取り図として示したものである。支持体の全体は、キャビネットの上基盤31及び下基盤32に連結されて一体となっている。ギヤー支持軸33には回転軸を通す穴37が開けられている。ギヤー回転軸支持柱33はアーム34,上下キャビネット補強体35、36を通して上下基盤に連なっている。ギヤー回転軸は、穴38,37を貫通し、回転軸支持穴39に達する。 With reference to FIG. In order to facilitate understanding of the internal structure of the device shown in FIG. 2, this figure shows only the structural support after removing the rotating shaft and the upper and lower chains and blades to which the gears are attached. It is a thing. The entire support is connected to and integrated with the upper base 31 and the lower base 32 of the cabinet. The gear support shaft 33 has a hole 37 through which the rotation shaft passes. The gear rotation shaft support column 33 is connected to the upper and lower bases through the arm 34 and the upper and lower cabinet reinforcing bodies 35 and 36. The gear rotation shaft passes through the holes 38 and 37 and reaches the rotation shaft support hole 39.

図4について説明する。ドラム内部にある回転軸21は、流体流によって駆動された回転を、発電機に伝える。回転軸と一体となっている上下ギヤー25,26の中心は回転軸の中心と一致している。また、ギヤー25,26間の距離は、ブレードを嵌め込むことができるように選ばれる。 FIG. 4 will be described. The rotating shaft 21 inside the drum transmits the rotation driven by the fluid flow to the generator. The centers of the upper and lower gears 25 and 26 that are integral with the rotating shaft coincide with the center of the rotating shaft. The distance between the gears 25 and 26 is selected so that the blade can be fitted.

ギヤー回転軸の周りの大きな慣性モーメントは起動をし難くするので、強度を保ちながら質量の小さい材質で作ることが望まれる。また、ギヤーの構造については、図のようにギヤーの中心と外周を連結する骨組みを残し他の部分を切り取り、穴を開けると、強度を保ちながら慣性モーメントを減少させることができる。ブレードから鎖を通して伝わる力は、ギヤーに回転のための偶力を与える。この偶力を大きくするためにギヤー半径を大きくすることは、起動性を良くするうえで有効である。 Since a large moment of inertia around the gear rotation shaft makes it difficult to start, it is desirable to make it from a material with a small mass while maintaining strength. As for the structure of the gear, the moment of inertia can be reduced while maintaining the strength by cutting off the other part while leaving the framework connecting the center and the outer periphery of the gear as shown in the figure. The force transmitted from the blade through the chain gives the gear a couple for rotation. Increasing the gear radius in order to increase the couple is effective in improving the startability.

図5について説明する。流体流を受けるブレード63の両端のうちの一端は肉厚な回転軸となっている。ブレード63の上下には、これと垂直に制御板64,65が取り付けられている。制御板64,65には、鎖からのストッパーを差し込むリードギャップ66が開けられている。また、ストッパーがブレードの表裏に移動することができるように、ブレード上下に切込み67が入っている。ブレードの型(a)では、ブレード回転軸上下に、ブレードを支える支持軸75(図6)を差し込むことのできる軸受孔68がある。ブレードの型(b)では、支持軸69が突起しており、鎖辺縁にとりつけられている支持軸受孔76(図6)に差し込まれる。 FIG. 5 will be described. One end of both ends of the blade 63 that receives the fluid flow is a thick rotating shaft. On the top and bottom of the blade 63, control plates 64 and 65 are attached perpendicularly thereto. The control plates 64 and 65 are provided with a lead gap 66 for inserting a stopper from the chain. In addition, notches 67 are provided above and below the blade so that the stopper can move to the front and back of the blade. In the blade type (a), there are bearing holes 68 into which a support shaft 75 (FIG. 6) for supporting the blade can be inserted above and below the blade rotation shaft. In the blade mold (b), the support shaft 69 protrudes and is inserted into the support bearing hole 76 (FIG. 6) attached to the chain edge.

ブレードおよび鎖は軽量にして十分な強度を持つことが望まれる。ブレードの型(a)、(b)のいずれかは、その条件のもとに選ばれる。ブレードは、流体流の方向に応じて定められた角度の範囲内を回転する。この応答を良くするためには、ブレードの回転軸の周りの慣性モーメントを小さくしなければならない。そのためには、ブレードを薄くし、軽い材料を使用することが望まれる。ブレードの横幅を小さくすることも慣性モーメントを小さくすることができるが、適切な横幅は往復流の周期も考慮して選定されなければならない。 It is desirable for the blades and chains to be lightweight and have sufficient strength. One of the blade types (a) and (b) is selected under the conditions. The blade rotates within a range of angles determined according to the direction of fluid flow. In order to improve this response, the moment of inertia around the rotation axis of the blade must be reduced. For this purpose, it is desirable to make the blade thin and use a light material. Although reducing the lateral width of the blade can also reduce the moment of inertia, an appropriate lateral width must be selected in consideration of the cycle of the reciprocating flow.

図6について説明する。鎖71は、鎖架橋72が上下の架橋の位置で折り曲げ可能な連結子73で連結されることによって構成されている。鎖には、間隔をおいてストッパー74が取り付けられており、リードギャップ66(図5)に差し込まれる。(a)では支持軸75が鎖架橋より突起しており、支持軸受孔68(図5)に差し込まれる。(b)では、支持軸受孔76が鎖辺縁に取り付けられており、支持軸69(図5)が差し込まれる。鎖が装置両端のギヤーを周回するとき、距離74−75または74−76が短くなることを考慮して、リードギャップ66(図5)は必要十分に開けられる必要がある。 FIG. 6 will be described. The chain 71 is configured by connecting the chain bridge 72 with a connector 73 that can be bent at the positions of the upper and lower bridges. A stopper 74 is attached to the chain at an interval, and is inserted into the lead gap 66 (FIG. 5). In (a), the support shaft 75 protrudes from the chain bridge and is inserted into the support bearing hole 68 (FIG. 5). In (b), the support bearing hole 76 is attached to the chain edge, and the support shaft 69 (FIG. 5) is inserted. The lead gap 66 (FIG. 5) needs to be opened as necessary and sufficient, taking into account that the distance 74-75 or 74-76 is shortened when the chain goes around the gears at both ends of the device.

鎖を構成する架橋より伸びる突起(支持軸およびストッパー)には、ブレードが流体流より受けた力が集中するので、十分な強度が必要である。必要な強度は、流体流の速度に依存する。流体流によっては、(a)に示されているような簡潔な構造では十分な強度を与えることが出来ないことが予想される。その場合には、(b)に示されているように、架橋対からなる単位に鎖の外側方向に新たに架橋や辺縁を付け加えて、これらに支持軸およびストッパーを設ける。 Sufficient strength is required because the force received by the blade from the fluid flow is concentrated on the protrusions (support shaft and stopper) extending from the bridge constituting the chain. The required strength depends on the velocity of the fluid flow. Depending on the fluid flow, it is expected that a simple structure as shown in (a) cannot provide sufficient strength. In that case, as shown in (b), a bridge or a border is newly added to the unit consisting of a bridge pair in the outer direction of the chain, and a support shaft and a stopper are provided on these.

図7について説明する。往流81復流82を受けているとき、ブレード63は支持軸75を支点としてそれぞれに適切な角度を自動的に選ぶ。しかし、その角度はストッパー74によって制限されている。このとき、往流、復流ともに、ブレードに水平方向の同じ力83,84を与える。 FIG. 7 will be described. When receiving the forward flow 81 and the reverse flow 82, the blade 63 automatically selects an appropriate angle for each of the support shafts 75 as fulcrums. However, the angle is limited by the stopper 74. At this time, the same force 83, 84 in the horizontal direction is applied to the blade in both the forward flow and the backward flow.

鎖に取り付けるブレードの枚数は、装置の大きさを規定するが、設置する場所、流体流の性質、およびキャビネットの強度などを考慮して選定する。ギヤーを周回中のブレードはギヤー回転力の増加に寄与していないので、ギヤー半径に対するギヤー間の距離の比を大きくすることは、エネルギー収容効率を上げるための一つの要素である。ブレードが揺動することのできる最大角(限度角)の最適値は、主にブレードの慣性モーメントと往復流の周期に依存していると考えられるが、実際には摩擦力も影響するので、実験によって決められることが望ましい。
The number of blades attached to the chain defines the size of the device, but is selected in consideration of the installation location, the fluid flow characteristics, the cabinet strength, and the like. Since the blades orbiting the gear do not contribute to the increase in the gear rotational force, increasing the ratio of the distance between the gears with respect to the gear radius is one factor for increasing the energy accommodation efficiency. The optimum value of the maximum angle (limit angle) that the blade can oscillate is thought to depend mainly on the inertia moment of the blade and the cycle of the reciprocating flow. It is desirable to be determined by

設置場所の候補として、沿岸に近く、海底がなだらかな場所が考えられる。この場所を取り巻く陸地形は、小さな湾状になっていて、外洋において発生した波浪が湾内で集約されているならばなお効果的である。また、この場所付近の海底の地形については、十分深い外洋で発達し海底によって減衰することなく接近してきた波浪が、設置場所付近での海底が急に浅くなっているために、波浪における楕円類似形の流体流が扁平な往復流に変形していると考えられる場所が望ましい。
Possible locations for installation are close to the coast and where the sea floor is gentle. The land topography surrounding this place is a small bay, and it is still effective if the waves generated in the open ocean are concentrated in the bay. In addition, as for the topography of the seabed near this place, waves that have developed in a sufficiently deep open ocean and approached without being attenuated by the seabed are similar to the ellipse in the waves because the seabed near the installation site suddenly becomes shallow. A location where the shaped fluid flow is thought to be deformed into a flat reciprocating flow is desirable.

本発明による装置の設置場所としては、陸地形および海底地形によって潮流が激しくなっている場所も候補である。潮流は一日2往復という長時間周期往復流であり、本発明による装置が適用可能である。しかし、このような場所で使用される本装置の長所は、地形に応じてタービンを自由に伸縮できることである。このことは、風車様の円形タービンを海中に埋設する場合の困難性を見れば容易に分かる。
The installation location of the apparatus according to the present invention is also a candidate for a location where the tide is intense due to land topography and seabed topography. The tidal current is a long-period reciprocating flow of 2 reciprocations per day, and the apparatus according to the present invention is applicable. However, the advantage of this apparatus used in such a place is that the turbine can be freely expanded and contracted according to the terrain. This can be easily understood by looking at the difficulty in burying a windmill-like circular turbine in the sea.

河川において、川幅があり比較的落差のある地形を持つ(従って流れの激しい)場所が候補地として考えられる。このような場所にさほど高くはない堰を設け、その底部に拡幅された本装置を設置する。この場合、水流の方向は一方向であるが、タービン内部のブレードが自動的にその角度を調節するので、装置を川幅方向に拡幅できることがこの装置の利点である。人工的に大きな落差を作るダムによる発電に比べると大きな発電量は期待できないが、本装置使用の場合には、環境を破壊することなく、費用対効果の大きい発電が可能である。
In a river, a place having a wide terrain with a relatively wide head (and thus a strong flow) is considered as a candidate site. A dam that is not so high is provided in such a place, and the widened apparatus is installed at the bottom. In this case, the direction of the water flow is unidirectional, but the blades inside the turbine automatically adjust the angle so that the device can be widened in the river width direction. A large amount of power generation cannot be expected compared to power generation by a dam that artificially creates a large drop, but when this device is used, power generation with high cost-effectiveness is possible without destroying the environment.

本装置を海上に設置する方法としては、発電機が装着された装置全体の左右両端に浮体を繋ぎ、この浮力によって装置を維持することが考えられる。この浮体としては、船体様のものであってもよい。この場合、船体の中腹部を横断的に繰り抜き、波浪が生じている領域辺りに本発明によるタービンを設置する。船体全体は底部および上部が構造上つながっており、強度は維持できるとともに、発電機は吃水線より上に位置する船上に設置することができる。
As a method of installing this apparatus on the sea, it is conceivable to connect floating bodies to the left and right ends of the entire apparatus equipped with the generator and maintain the apparatus by this buoyancy. This floating body may be a hull-like one. In this case, the turbine according to the present invention is installed around a region where waves are generated by transversely pulling out the middle part of the hull. The entire hull is structurally connected at the bottom and top, so that the strength can be maintained and the generator can be installed on a ship located above the inundation line.

11 装置支柱4本
13, 14 ギヤー格納ドラム
15, 16 流体流入出調節板
17 発電機
21, 23 ギヤー回転軸
25, 26 ギヤー
31 キャビネット上基盤
32 キャビネット下基盤
33 ギヤー回転軸支持柱
34 回転軸支持柱を支持するためのアーム
35,36 キャビネット補強体
37,38 ギヤー回転軸貫通孔
39 ギヤー回転軸軸受
61 ブレード回転軸
63 ブレード
64,65 ブレード制御板
66 ストッパー受けリードギャップ
67 ストッパー通過孔
68 ブレード支持軸軸受孔
69 ブレード支持軸
71 鎖
72 鎖架橋
73 鎖架橋連結子
74 ストッパー
75 ブレード型(a)用ブレード支持軸
76 ブレード型(b)用ブレード支持軸受孔
81 往流
82 復流
83, 84 往復流よりブレードが受ける力















11 Device posts 4, 14 Gear storage drums 15, 16 Fluid inflow / outflow control plate 17 Generator 21, 23 Gear rotation shaft 25, 26 Gear 31 Cabinet upper base 32 Cabinet lower base 33 Gear rotation shaft support column 34 Rotation shaft support Arms 35 and 36 for supporting the columns Cabinet reinforcing bodies 37 and 38 Gear rotation shaft through holes 39 Gear rotation shaft bearings 61 Blade rotation shafts 63 Blades 64 and 65 Blade control plate 66 Stopper receiving lead gap 67 Stopper passage hole 68 Blade support Shaft bearing hole 69 Blade support shaft 71 Chain 72 Chain bridge 73 Chain bridge connector 74 Stopper 75 Blade support shaft 76 for blade type (a) Blade support bearing hole 81 for blade type (b) Forward 82 Return 83, 84 Reciprocating Force the blade receives from the flow















Claims (4)

上下二枚のギヤーの取り付けられた垂直回転軸を配置し、左右のギヤーを連結する上下二本の連鎖間にブレードが嵌め込まれるが、このブレード自身は左右両端のうちの一端の上下において鎖より突起した(または鎖辺縁に陥入する)支持軸で支持され、この支持軸を回転軸として回転出来るものの、その角度は鎖に接続されているストッパーにより制限されているために、往復流および非往復流の双方に適用可能となる発電用タービン。 A vertical rotation shaft with two upper and lower gears is arranged, and a blade is fitted between two upper and lower chains connecting the left and right gears. Although supported by a protruding support shaft (or indented into the chain edge) and can be rotated about this support shaft, its angle is limited by a stopper connected to the chain, Turbine for power generation that can be applied to both non-reciprocating flows. ギヤーの取り付けられている垂直回転軸を増設し、これらギヤー間をブレードの嵌め込まれた連鎖を延伸して連結したり、また、上下2連の鎖にさらに多連の鎖を上下に加えてブレードを多層に嵌め込んだりして、エネルギーの異方的分布に応じて左右上下に拡幅できる発電用タービン。 Add a vertical rotating shaft to which gears are attached and connect the gears by extending the chain where the blades are fitted, or add two or more chains to the upper and lower chains to add blades Turbine for power generation that can be expanded into left and right and up and down according to the anisotropic distribution of energy. 本発明によるタービンによって得られる回転を発電機に引き込むことにより、発電機を流体中に没入させることなく、また、浅瀬や河川などのように異方的に分布しているエネルギーを効率よく収容して発電することができる発電装置。 By drawing the rotation obtained by the turbine according to the present invention into the generator, the generator can be efficiently accommodated in an anisotropically distributed energy such as a shallow water or a river without immersing the generator in the fluid. A power generator that can generate electricity. 船体様浮体の中腹辺りに、吃水線以下で且つ波浪が生じている深さを上下幅とする空洞を横断的に開けて本発明によるタービンを設置し、このように設置させて得られたタービンの回転を、吃水線より上に位置する発電機に取り込み発電する発電装置。












A turbine obtained by installing a turbine according to the present invention by opening a cavity transversely below the inundation line and having a vertical width at which a wave is generated is installed in the middle of a hull-like floating body. A power generator that generates power by taking the rotation of the motor into a generator located above the floodline.












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