JP2013253570A - タービン、タービン装置、潮流・海流発電設備 - Google Patents

Abstract

【課題】流体（水、空気等）の流れを高効率で回転トルクに変換する。
【解決手段】第１プロペラ１１の端部（最外部）と第２プロペラ１２の端部（最外部）同士は、門型タービン部２０によって連結されている。門型タービン部２０は、両端部同士を連結するように２箇所にそれぞれ設けられている。門型タービン部２０も、第１プロペラ１１等と同様に、水流によって回転トルクを発生させるような翼形状とされている。すなわち、門型タービン部２０もプロペラとして機能し、同一の流れに対して、第１プロペラ１１等と同じ方向に回転トルクを発生する設定とされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体の流れによって回転軸を回転させるタービンの構成に関する。また、このタービンを用いて回転運動を出力させるタービン装置に関する。また、この回転運動によって発電を行う潮流・海流発電設備に関する。

自然現象を利用して発電を行う方法として、風力発電や潮流・海流発電等が用いられている。これらにおいては、空気の流れ（風）や海水の流れ（海流・潮流）によって、発電機の回転軸が接続されたロータを回転させることによって発電を行う。発電の方式は多く存在するが、これらはいずれも燃料等が不要であるために、今後は発電においてこれらが占める割合が高くなることが期待されている。

しかしながら、風力発電、潮流・海流発電のどちらも、自然環境の影響を大きく受ける。このため、これらの設備利用率を向上させ、より多くのエネルギーを取り出すことが重要な課題であり、これらの発電効率を高めるための技術が検討されている。

風力発電に使用されるロータの構成としては、例えば、特許文献１には、風によって回転するブレード（プロペラ）の最外部に小さな翼（ウィングレット）を設けた構成が記載されている。また、特許文献２には、軸心に取り付けられた複数のブレードの最外部を連結する略円環状のカバーを設けた構造が記載されている。どちらにおいても、風力が一定である場合に得られる回転トルクを増大させ、高い発電効率を得ることができる。ただし、風力発電の場合には、風の強さの変動が大きく風速が零となる（風速が低すぎてロータを回転させることが実質的にできない）場合も多いため、一時的には大きな出力が得られても、安定した、あるいは予測可能な出力を得ることは一般的には困難である。

一方、潮流・海流発電において利用される潮流（潮汐にともなう海水の流れ）の変動は予測可能な周期に応じて周期的であり、海流（海域に応じて存在するほぼ定常的な流れ）はほぼ安定しているため、潮流・海流発電によれば、予測可能な、風力発電よりも安定した出力を得ることができる。しかしながら、潮流や海流は、風と比べて一般的に流速が小さいという問題がある。特に、日本の沿岸では平均流速が１ｍ／ｓ程度と低い場合が多い。また、実際に潮流・海流発電を行なう際には、浮体等の構造体に発電設備を取り付けて係留し、発電用のロータを海中に設けた構成とされる。発電効率を高めるためには、海水の流れを集中させる集流装置を設け、流速が高まった箇所にロータを設けることも可能であるが、充分に流速を高めるためには、大規模な集流装置が必要となる。このため、浮体にこれを取り付けることは困難である。

このため、潮流・海流発電においては、システム全体が小型で、高い発電効率が得られることが特に要求される。このため、本出願人による先願の特許公報である特許文献３には、流れの上流側と下流側にそれぞれ同じ方向に回転するプロペラを設け、これらを同期させて回転させ、２つのプロペラの間に設けられた発電機本体における発電効率を向上させる技術が記載されている。これにより、同じ流速であっても強い回転トルクが得られ、小型かつ発電効率の高い潮流・海流発電システムが得られる。

特開２００４−８４５９０号公報 特開２０１０−１０１２７６号公報 特開２０１１−２０８５３１号公報

特許文献３に記載の技術を潮流・海流発電に適用した場合においては、大きな効果を得ることが可能である。しかしながら、２つのプロペラを用いた場合でも、まだその効率は充分とは言えず、更なる発電効率の向上が求められている。

このために、特許文献１、２に記載の技術を更に使用することもできるが、これらの技術は、風力発電に対しては有効であっても、こうした弱い水流に対してはその効果は小さく、これらの技術を適用しても、充分に強い回転トルクを得ることは困難であった。

従って、単純な構造で、流体の流れによって充分に強い回転トルクを得ることは困難であった。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する発明を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の請求項１に係るタービンは、流体の流れを回転軸の回転運動に変換するタービンであって、翼状の断面をもつ複数の第１のプロペラ翼を具備し、前記流れによって前記回転軸の軸心を中心とした回転トルクを発生させる第１のプロペラと、一端が前記第１のプロペラ翼の前記回転軸から離れた側に固定され、前記流れにおける前記第１のプロペラの下流側に向かって延伸し、前記流れによって前記第１のプロペラが発生する回転トルクと同一方向に回転トルクを発生させる翼状の断面形状を具備する複数の門型タービン部と、前記流れにおける前記第１のプロペラの下流側において前記門型タービン部の他端を支持する支持部を具備し、前記第１のプロペラ、前記支持部の少なくとも一方が前記回転軸に固定されたことを特徴とする。
この発明においては、第１のプロペラから、流れにおいてその後方に位置する支持部との間において、これらを連結する門型タービン部が用いられる。第１のプロペラと同様に、門型タービンにおいても、流れによって回転トルクが発生する構成とされる。
本発明の請求項２に係るタービンにおいて、前記支持部は、前記流れによって前記第１のプロペラが発生する回転トルクと同一方向に回転トルクを発生させる翼状の断面形状をもつ第２のプロペラ翼を具備する第２のプロペラであることを特徴とする。
この発明においては、第１のプロペラよりも流れにおいてその後方に位置する支持部の少なくとも一部は、翼状の断面形状を具備する。これにより、支持部は第１のプロペラと同様に回転トルクを発生させる第２のプロペラとして機能する。
本発明の請求項３に係るタービンは、前記回転軸の中心軸から見て、前記第２のプロペラ翼は、前記第１のプロペラ翼の前記回転軸の中心軸から離れた側の端部よりも外側に形成されていることを特徴とする。
この発明においては、第２のプロペラ翼は、第１のプロペラ翼の外側において形成されている。

本発明の請求項４に係るタービンにおいて、前記第１のプロペラ及び前記支持部は前記回転軸に固定され、前記門型タービン部の他端は前記支持部に固定されたことを特徴とする。
この発明においては、門型タービン部は、第１のプロペラ及び支持部に固定され、全体が回転軸と一体化されて回転する。
本発明の請求項５に係るタービンにおいて、前記門型タービン部について、前記第１のプロペラと固定された箇所と、前記支持部と固定された箇所とが前記回転軸の周りでなす角度である位相角差が、複数の前記門型タービン部毎で等しいことを特徴とする。
この発明においては、複数ある門型タービン部の各々における位相角差（第１のプロペラと固定された箇所と、支持部と固定された箇所とが回転軸の周りでなす角度）θが等しくされている。
本発明の請求項６に係るタービンには、前記位相角差が調整可能とされて前記門型タービン部が前記第１のプロペラ及び前記支持部に固定されたことを特徴とする。
この発明においては、位相角差θが調整可能とされた状態で固定される。

本発明の請求項７に係るタービンにおいて、複数の前記門型タービン部は、前記流れの方向に沿って伸縮自在であり、前記第１のプロペラ、前記第２のプロペラのうちの一方は前記回転軸に固定され、前記回転軸は、前記第１のプロペラ、前記第２のプロペラのうちの他方を回転自在の状態で貫通することを特徴とする。
この発明においては、門型タービン部が伸縮自在とされ、かつ第１のプロペラ、第２のプロペラのうちの一方のみが回転軸に固定される。これにより、第１のプロペラ、門型タービン部、第２のプロペラ（支持部）が回転する際に、位相角差θが可変となる。
本発明の請求項８に係るタービンにおいて、前記支持部は、前記回転軸を中心とした円環形状であり前記第２のプロペラ翼に固定されたリング部を具備し、前記門型タービン部の他端は前記リング部に支持されかつ前記リング部に沿って摺動することを特徴とする。
この発明においても、第１のプロペラ、第２のプロペラ、及び門型タービン部が用いられる。ただし、門型タービン部の後端は第２のプロペラには固定されず、第２のプロペラに固定されたリング部に沿って摺動する。この構成により、第１のプロペラ及び門型タービン部、第２のプロペラのそれぞれによって、回転トルクが発生する。この際、前記と同様に位相角差θは可変となる。
本発明の請求項９に係るタービンにおいて、前記第１のプロペラは第１の回転軸に固定され、前記第２のプロペラは前記第１の回転軸の延長線上に設けられた第２の回転軸に固定されたことを特徴とする。
この発明においては、第１のプロペラ及び門型タービン部によって回転トルクが得られる第１の回転軸と、第２のプロペラによって回転トルクが得られる第２の回転軸の、２つの回転軸が用いられる。
本発明の請求項１０に係るタービンにおいて、前記回転軸の軸心から見て、前記門型タービン部は下流側に向かって外側に広がる形態とされたことを特徴とする。
この発明においては、門型タービン部は、流れに沿って後方側に向かって、外側に広がるような形状とされる。

本発明の請求項１１に係るタービン装置は、前記タービンの回転軸を支持する２つの回転軸支持部と、前記２つの回転軸支持部が固定された構造体とを具備することを特徴とする。
この発明においては、タービンを支持する２つの回転軸支持部と、これらの回転軸支持部が固定された構造体が用いられる。これによって、流れが回転軸の運動に変換される。
本発明の請求項１２に係るタービン装置は、前記流れの主流方向に沿った板状の構成をもち、前記構造体に固定された安定板を前記流れの中に具備することを特徴とする。
この発明においては、飛行機の垂直尾翼と同様の機能をもつ安定板が構造体に固定される。
本発明の請求項１３に係るタービン装置は、回転軸が平行とされ、前記流れによって回転する方向が互いに逆向きとなる２つの前記タービンを具備することを特徴とする。
この発明においては、同一の流れに対して、２つのタービンの回転方向が逆方向となるように設定される。
本発明の請求項１４に係るタービン装置は、２つの前記回転軸支持部の間において、前記回転軸で駆動される発電機を具備することを特徴とする。
この発明においては、発電機が２つの回転軸支持部の間に設置され、タービンの回転運動によって発電が行われる。
本発明の請求項１５に係るタービン装置は、２つの前記回転軸支持部のいずれかにおいて、前記回転軸の回転運動を前記構造体の側に伝達する回転伝達部を具備し、前記構造体に、前記回転運動によって駆動される発電機を具備することを特徴とする。
この発明においては、回転伝達部によって回転運動が構造体側に伝達され、構造体に設置された発電機によって発電が行われる。
本発明の請求項１６に係る潮流・海流発電設備は、前記タービン装置が用いられ、前記タービンが水中に設けられ、潮流又は海流によって前記タービンを回転させることによって前記発電機を駆動することを特徴とする。
この発明においては、潮流又は海流によって前記タービン装置を駆動し、発電が行われる。

本発明のタービンは以上のように構成されているので、第１のプロペラに加えて、門型タービン部の作用によって、流体（水、空気等）の流れを高効率で回転トルクに変換することができる。この際、門型タービン部の流れに対する広がり角度や、支持部の構成（プロペラとして使用するか、水流を阻害しないように細く構成するか）は、流体の種類や流れの特性に応じて適宜最適化することができる。この際、プロペラの翼端付近は周速比が高く、回転速度が流れの速度の６倍〜１０倍にもなることがある。このため、相対速度が速い翼端付近に門型タービン部を取り付けることにより、特に大きなエネルギーを得ることができる。門型タービン部を下流側に向かって外側に広がる形態とすることにより、第１のプロペラの後流部で拡大する流れの遅い領域を避けて、回転トルクへの変換効率を更に高めることができる。
一般に、発電量を大きくするためには、タービンを大型化することが必要とされるが、この門型タービン部を用いた場合には、小さな投影面積で、大型のタービンを用いた場合と同等のエネルギー増加効果が得られる。
この際、下流側にある支持部は、単なる門型タービン部の機械的支持のための構造体として用いることもできるが、支持部を第２のプロペラとすることにより、支持部からも回転トルクを発生させることができる。この場合には、第１のプロペラと第２のプロペラの間の位相角差θを流れの状態に応じて最適化し、高効率化を図ることができる。
位相角差θは、門型タービン部を第１のプロペラ、第２のプロペラ（支持部）に固定する際に手動で調整して最適化することが可能である。ただし、伸縮可能な門型タービン部を用いる、リング部を用いる等の構成の場合には、位相角差θは可変となるので、その最適化が自動的に行われる。
特に、リング部を用いた構成の場合には、独立した２本の回転軸に、それぞれ独立に回転トルクを発生させることができる。このため、発電機との接続の自由度が高まる。
このため、上記のタービンを用いて流れを回転運動に変換するタービン装置を用いて、高効率で発電を行うことができる。この際、発電機は水中において回転軸支持部の間に設ければ、特許文献３に記載の技術を用いて高効率で発電を行うことができる。あるいは、発電機を構造体に設ければ、水中における構成を単純化することができる。逆に、こうしたタービン装置の形態に応じて、前記の複数の形態のタービンを適宜選択して使用することができる。
上記の特性により、このタービン装置は、特に潮流・海流発電設備において好ましく使用される。

本発明の第１の実施の形態に係るタービンの構成を示す正面図（ａ）、側面図（ｂ）である。 本発明の第１の実施の形態において用いられる門型タービン部の、回転軸の中心軸に沿った断面図（ａ）、そのＡ方向の断面図（ｂ）、Ｂ方向の断面図（ｃ）、Ｃ方向の断面図（ｄ）である。 門型タービン部において流れによって発生する力を模式的に示す図である。 第１プロペラと第２プロペラの回転方向における位相角差を変えた３種類の場合の正面図である。 本発明の第１の実施の形態となるタービンの変形例を示す正面図である。 本発明の第１の実施の形態となるタービンの他の変形例を示す正面図である。 本発明の第２の実施の形態に係るタービンの構成を示す正面図（ａ）、側面図（ｂ）である。 本発明の第２の実施の形態に係るタービンの変形例の構成を示す正面図（ａ）、側面図（ｂ）である。 本発明の第３の実施の形態に係るタービンの構成を示す正面図（ａ）、側面図（ｂ）である。 本発明の第３の実施の形態に係るタービンの変形例の構成を示す正面図（ａ）、側面図（ｂ）である。 本発明の第４の実施の形態となるタービン装置の第１の例の構成を示す側面図である。 本発明の第４の実施の形態となるタービン装置の第２の例の構成を示す側面図である。 本発明の第４の実施の形態となるタービン装置の第３の例の構成を示す側面図である。 本発明の第４の実施の形態となるタービン装置の第４の例の構成を示す側面図である。 本発明の第４の実施の形態となるタービン装置の第５の例の構成を示す側面図である。 第５の実施の形態となるタービン装置の構成を示す正面図（ａ）、側面図（ｂ）、底面図（ｃ）である。

以下、本発明を実施するための形態となるタービンについて説明する。このタービンは、例えば水中において回転自在に設置され、水流（潮流・海流等）によって回転軸に回転トルクを発生させる。特に、このタービンにおいては、門型タービン部がプロペラ（第１のプロペラ）の下流側に連結される。水流によって、プロペラと門型タービン部は同じ方向に回転トルクを発生させる。門型タービン部の下流側の端部は、第１のプロペラの下流側に設けられた支持部で支持される。回転トルクを出力として取り出す回転軸は、第１のプロペラ又は支持部、あるいはこれらの両方に固定される。この際、門型タービン部の寄与は大きくなるため、このタービンを用いて高効率のタービン装置を得ることができる。以下、第１〜第３の実施の形態はこのタービンの形態、第４、第５の実施の形態は、このタービンが用いられるタービン装置に対応する。

（第１の実施の形態）
第１の実施の形態に係るタービンにおいては、門型タービン部の前端（上流側端部）は上流側のプロペラ（第１のプロペラ）に連結され、門型タービン部の後端（下流側端部）は、下流側にある支持部に連結される。この支持部は、単に門型タービン部のる機械的支持を行う構造体であってもよいが、門型タービン部の機械的支持を行うと共に、流れによって第１のプロペラと同じ方向に回転トルクを発生させる第２のプロペラであってもよい。すなわち、支持部の形態は、門型タービン部の下流側を機械的に支持できる限りにおいて、任意である。この構成においては、第１のプロペラ、門型タービン部の両方、あるいは第２のプロペラが支持部として用いられる場合には更に第２のプロペラによっても、同一方向に回転トルクを発生させることができる。この際、回転軸に対して外側に位置する門型タービン部の寄与は大きくなる。ここで、回転軸は、第１のプロペラ及び下流側の支持部に固定される。

図１（ａ）は、第１の実施の形態に係るタービン１０を流れの上流方向から見た正面図であり、図１（ｂ）はその側面図である。このタービン１０においては、特許文献３に記載の潮流・海流発電システムと同様に、流れに対して同じ方向に回転する２枚のプロペラ（第１プロペラ１１、第２プロペラ１２）が用いられる。第１プロペラ（第１のプロペラ）１１、第２プロペラ（第２のプロペラ）１２は、それぞれ第１ハブ１３、第２ハブ１４を介して共通の回転軸１５に固定されている。第１プロペラ１１は回転の位相角差が１８０°とされた２枚のプロペラ翼（第１のプロペラ翼）１１１を具備する。第２プロペラ１２も同様に回転の位相角差が１８０°とされた２枚のプロペラ翼（第２のプロペラ翼）１２１を具備する。各プロペラ翼は、図１の構成における流れに対して図示されるような回転運動をする（回転トルクを発生させる）形状とされる。

流れに対して上流側に位置する第１プロペラ１１の径（プロペラ翼１１１の長さ）は下流側に位置する第２プロペラ１２の径（プロペラ翼１２１の長さ）よりも小さい。このため、第１プロペラ１１の存在によって影響を大きく受けない水流によって第２プロペラ１２を回転させることができる。なお、回転軸１５はその両端部を回転軸支持部（図示せず）によって水中で回転自在に支持されているものとする。

ここでは、図１（ａ）に示されるように、第１プロペラ１１と第２プロペラ１２は、流れ方向から見てそのプロペラ翼は重ならない、すなわち、図１（ａ）中で示されるように、流れの上流側から回転軸１５の軸心の方向に沿って見た、第１のプロペラ翼１１１と第２のプロペラ翼１２１に対する角度（位相角差）θが零ではないものとする。ただし、両者は第１ハブ１３、第２ハブ１４を介して共に共通の回転軸１５に固定されているため、両者の回転速度は等しく、この位相角差θは一定となる。

ここで、第１プロペラ１１の端部（最外部）と第２プロペラ１２の端部（最外部）同士は、門型タービン部２０によって連結されている。門型タービン部２０は、両端部同士を連結するように２箇所にそれぞれ設けられている。第２プロペラ１２は水流によって回転するプロペラとして機能するが、門型タービン部２０の後端に連結され、これを構造的に支持する支持部ともなっている。すなわち、第１プロペラ１１、第２プロペラ１２、及び門型タービン部２０は一体化されて回転軸１５の周りで同時に回転する。この際、前記の位相角差θは、ある一つの門型タービン部２０と第１プロペラ１１とが固定された箇所と、この門型タービン部２０と第２プロペラ（支持部）１２とが固定された箇所とが回転軸１５の周りでなす角度として定義される。これらは共に同じ方向に同じ回転速度で回転するが、周囲の水に対する相対的な移動速度は、図１（ａ）の矢印で示されるように、プロペラ翼１２１の外側において大きく、プロペラ翼１１１において小さくなる。門型タービン部２０もプロペラ翼１１１よりも外側に位置するため、その相対的な移動速度も、プロペラ翼１１１よりも大きくなる。状況によっては、水に対する門型タービン部２０の相対的な移動速度は、水流の速度の６〜８倍以上となる場合もあるため、門型タービン部２０の寄与は非常に大きくなる。

第１プロペラ１１、第２プロペラ１２は、各々に設けられたプロペラ翼１１１、１２１を用いて、水流と回転運動によって生ずる水との間の相対的運動より揚力を発生し、回転トルクを発生させる。使用されるプロペラ翼の断面形状は回転の中心軸からの距離に従って変化する。この形状は、第１プロペラ１１、第２プロペラ１２全体が発生する揚力を大きく、抗力が小さくなるように設定され、中心軸に近い側（回転運動の際の移動速度が遅い側）では移動方向に対する仰角が大きく、中心軸から離れた側（回転運動の際の移動速度が速い側）ではこの仰角が小さくされる。これによって、抗力が小さく、かつ発生する回転トルクが大きくなる設定とされている。この点については、一般的なプロペラと同様である。

図２（ａ）は、中心軸を含む面内における門型タービン部２０の断面図であり、図２（ｂ）はこの図中におけるＡ断面、図２（ｃ）はＢ断面、図２（ｄ）はＣ断面、をそれぞれ示す。図２（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、流れに対して上流側から下流側に向かう３箇所の断面図となっている。図２（ｂ）（ｃ）（ｄ）における白矢印は、水流Ｊ１（流れの主流方向）を示している。また、図３（ａ）（ｂ）は、それぞれ図２（ｂ）（ｄ）の断面構造における水の流れと、これによって発生する力を模式的に示している。

図２にその断面形状が示されるように、この門型タービン部２０も、第１プロペラ１１等と同様に、水流によって回転トルクを発生させるような翼形状とされている。すなわち、門型タービン部２０もプロペラとして機能し、同一の流れに対して、第１プロペラ１１等と同じ方向に回転トルクを発生する設定とされる。

図３において、門型タービン部２０に対する水の流れには、回転軸１５と同じ方向に存在する水流Ｊ１と、門型タービン部２０が回転運動することによって水との間で相対的に発生し門型タービン部２０から見て実質的に存在する水流Ｊ２の２種類がある。前者は場所によらず一定であるが、後者は中心軸からの距離に比例するため、図３（ｂ）においては図３（ａ）よりも大きい。また、Ｊ１とＪ２は垂直の関係となっている。図３においては、水流Ｊ１と水流Ｊ２が合成された水流Ｊが実質的に門型タービン部２０に流入されると考えることができる。門型タービン部２０の断面構造は、図示されるように翼型とされるため、これによって揚力Ｌと抗力Ｄが発生する。このうち、揚力Ｌが回転トルクの発生に寄与するが、抗力Ｄは水流に対する抵抗となる。このため、門型タービン部２０の断面形状は、全体として発生する揚力Ｌが大きく、抗力Ｄが小さくなるように設計される。

このように、門型タービン部２０もプロペラとして機能する。このため、上記の構成においては、第１プロペラ１１、第２プロペラ１２、門型タービン部２０の全てがプロペラとして機能する。この際、門型タービン部２０は、第１プロペラ１１、第２プロペラ１２の端部（中心軸から最も離れた箇所）を連結して形成されており、図３における水流Ｊ２が大きくなる箇所のみに存在しているため、回転軸１５で得られる回転トルクに対する寄与は大きい。この際、プロペラとして機能する部分の掃過面積（図１（ａ）における第１プロペラ１１、第２プロペラ１２、門型タービン部２０の投影面積）は大きく増加させていないため、水流に対する抵抗も小さく、水流を乱す割合も小さい。

また、特許文献３の段落番号００２７〜００３１に記載されるように、上流側の第１プロペラ１１と下流側の第２プロペラ１２を用いた場合、第１プロペラ１１以降に発生した螺旋流中で、高効率で第２プロペラ１２で回転トルクを発生させることができる。一方、門型タービン部２０は最外部に存在するため、門型タービン部２０がこの螺旋流に及ぼす影響は小さい。このため、上記の構造においては、第１プロペラ１１、第２プロペラ１２、門型タービン部２０の全てによって効率的に回転トルクを発生させることができる。これにより、このタービン１０を用いることにより、高効率で発電を行う、水流の強度が同じである場合に、より大きなエネルギーを取り出すことができる。また、門型タービン部２０を下流側に向かって外側に広がる形態とすることにより、第１プロペラ１１の後流部で拡大する流れの遅い領域を避けて、更に高効率で回転トルクを発生させることができる。

更に、門型タービン部２０は、このタービン１０全体の補強部としても機能する。すなわち、門型タービン部２０によって、このタービン１０全体の機械的強度を高めることができる。

なお、特許文献３の段落番号００２７〜００３１に記載されるような、第１プロペラ１１と下流側の第２プロペラ１２を同期させて使用する際には、第１プロペラ１１と下流側の第２プロペラ１２の回転速度は等しくなるために、これらが門型タービン部２０によって固定されていても問題にはならない。ただし、この場合には、水流（水流Ｊ１）の強さによって、第１プロペラ１１と第２プロペラ１２の位相角差θの最適値は異なる。水流Ｊ１の強さは時間的に変動するため、位相角差θを適宜設定できる構成とすることが好ましい。

位相角差θが３種類の値となる場合の上流側から見た構成を図４（ａ）〜（ｃ）に示す。図４（ａ）は、θ＝０、すなわち、第１プロペラ１１と第２プロペラ１２が流れ方向から見て重なる例である。第１プロペラ１１と第２プロペラ１２が回転軸１５（第１ハブ１３、第２ハブ１４）に固定されているため、門型タービン部２０の長さは位相角差θに応じて変わり、θが大きな場合は長くなり、θ＝０で最短となるように変えられる設定とされる。これは、例えば門型タービン部２０を、外面が図２に示される断面形状とされた筒状体を連結した構成とすることで実現が可能である。なお、図４（ａ）のようなθ＝０の場合においても、第１プロペラ１１の径は第２プロペラ１２の径よりも小さいために、門型タービン部２０に水流Ｊ１は流入し、これによって回転トルクが得られる。

図１、４の構成においては、上流側の第１プロペラ１１、下流側の第２プロペラ１２、門型タービン部２０が用いられていた。これらのうち、発生する回転トルクに対する寄与は、一般的には最も下流側にある第２プロペラ１２が最も小さい。このため、図５にその正面図を示すように、第２プロペラ（プロペラ翼）を用いず、その代わりに、門型タービン部２０の後端側を支持するための支持部３０を第２ハブ１４に固定してもよい。具体的には、支持部３０は、プロペラ翼１２１と同様に第２ハブ１４から外側に向かって延伸するが、その断面は翼形状ではなく水流に対する影響が小さいように構成されたスポーク部３１で構成される。スポーク部３１は、回転軸１５から放射状に延伸した部分となっている。この場合には、前記の第２プロペラ１２の代わりに用いられた支持部３０は、回転トルクを発生させず、門型タービン部２０の下流側を機械的に支持するだけの役割を果たす。この場合、水流に影響を与えない程度にこのスポーク部３１を細く形成することが好ましい。この場合、θは、門型タービン部２０で有効に回転トルクが得られるように適宜設定され、固定される。また、この場合には、支持部３０（スポーク部３１）が回転トルクを発生することはないため、スポーク部３１が構成する外径（回転軸１５の中心軸を中心とする径）は任意であり、第１プロペラと同じ、あるいはこれより小さくすることもできる。この場合においても、門型タービン部２０が回転トルクを発生することができる。

この構成は、第１プロペラ１１の下流側における流速が充分でなく、第２プロペラを用いて充分な回転トルクを発生させることができない場合において特に有効である。こうした場合には、むしろ第２プロペラを用いた場合には、回転に対する抗力が発生する。このため、抗力を発生しないように、支持部３０（スポーク部３１）を細く形成することが好ましい。なお、図１等の構成は、図５の構成におけるスポーク部３１（支持部３０）の形状を翼形状としたものと考えることができる。

あるいは、図６にその正面図を示すように、図１、４の構成と同様に回転トルクを発生させる第２プロペラ３２を設けるが、そのプロペラ翼３２１は第１プロペラ１１の最大径よりも外側にのみ形成し、プロペラ翼３２１はその内側で前記と同様のスポーク部３２２を介して第２ハブ１４に結合された構成とすることもできる。この場合には、プロペラ翼３２１は第１プロペラ１１の後方の螺旋流の影響を大きく受けず、水流Ｊ１を効率的にプロペラ翼３２１に流入させることができる。プロペラ翼３２１の断面形状は、前記と同様に、回転トルクを有効に発生させるように適宜設定される。この構成も、第１プロペラ１１の下流側における流速が充分でない場合に有効である。ただし、この場合、有効に回転トルクを発生させることのできる外側においてのみプロペラ翼３２１が設けられ、その内側は細いスポーク部３２２となっているため、外側で有効に回転トルクを発生させることができる。

このように、門型タービン部の下流側と連結される支持部や第２プロペラの構成は、水流や第１プロペラ１１の構成等に応じて適宜設定し、有効に回転トルクが得られるような最適な構成を得ることが可能である。例えば、図１の例では第２プロペラ１２の外径を第１プロペラ１１の外径よりも大きくしていたが、有効に回転トルクを発生できる限りにおいて、第２プロペラ１２の外径を第１プロペラ１１の外径よりも小さくすることもできる。こうした設定は、このタービン１０が用いられるタービン装置の構成等によっても最適化することができる。また、第２プロペラ１２（プロペラ翼１２１）と第１プロペラ１１（プロペラ翼１１１）として同一のプロペラ（同じ外径、ピッチ等）を用いることもできる。

また、水以外の流体中でこのタービンを使用する場合には、流体の性質等によっても、上記の範囲内でその構成を最適化することが可能である。すなわち、この実施の形態に係るタービンにおいては、下流側において門型タービン部が連結される支持部の形状は、門型タービン部の後端側を機械的に支持し、第１プロペラ及び門型タービン部で回転トルクを発生させることができる限りにおいて任意である。支持部を門型タービン部の機械的支持のためにのみ用いることもでき、第２のプロペラを用いることによって支持部自身でも更に回転トルクを発生する形態とすることもできる。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係るタービンにおいても、第１の実施の形態に係るタービンと同様に、第１のプロペラ、門型タービン部、及び第２のプロペラが使用され、これらの各々によって回転トルクを発生させることができる。ただし、第１の実施の形態に係るタービンにおいては、これらの回転運動の際に位相角θは機械的に固定されて一定であったのに対し、位相角θが可変となる構成とされる。この構成においては、第１のプロペラと第２のプロペラとの間に固定された門型タービン部は伸縮自在とされ、かつ、第１のプロペラと第２のプロペラのうち一方のみが回転軸に固定された構成とされる。この回転軸は、他方のプロペラを回転自在の状態で貫通する。

図７は、この構成の一例であるタービン４０の正面図（ａ）、側面図（ｂ）である。図７（ａ）においては、位相角差がθ_１とθ_２（θ_１＞θ_２）の２つの場合の第２のプロペラに対する第１のプロペラの位置が、位相角差がθ_１の場合を実線、位相角差がθ_２の場合を点線として示されている。この構成における第１プロペラ４１、プロペラ翼４１１、第２プロペラ４２、プロペラ翼４２１、スポーク部４２２、第２ハブ４３は、それぞれ図６における第１プロペラ１１、プロペラ翼１１１、第２プロペラ３２、プロペラ翼３２１、スポーク部３２２、第２ハブ１４と同様である。ただし、ここでは下流側の第２プロペラ４２は第２ハブ４３を介して回転軸４４に固定されているのに対して、上流側の第１プロペラ４１（プロペラ翼４１１）が固定された中空第１ハブ４５には、回転軸４４を回転自在に支持する貫通口が形成されている。この貫通口は、回転軸４４の回転運動を円滑に行わせることができる状態で回転軸４４を支持する軸受けとなっている。

また、ここでは、伸縮門型タービン部（門型タービン部）５０が用いられている。伸縮門型タービン部５０は、前記の門型タービン部２０と同様のプロペラ形状を具備するが、その長手方向にわたり伸縮自在とされる。こうした伸縮門型タービン部５０は、伸縮機構（例えば、筒状の構造を複数積層させることによって伸縮が可能とされたテレスコピック構造など）を用いることによって得ることができる。図７（ａ）に示された場合においては、伸縮門型タービン部５０は、位相角差がθ_１の場合に長く、位相角差がθ_２の場合に短くなる。また、位相角差θが零の場合には伸縮門型タービン部５０は、最も短くなる。その断面形状を大きく変えずに長手方向に伸縮をすることのできる伸縮機構であれば、伸縮門型タービン部５０に使用することができる。

特許文献３に記載の技術と同様に、第１プロペラ４１の後方の螺旋流によって第２プロペラ４２を同一の回転角速度（ω_１＝ω_２）で回転させることができ、この場合には、第１プロペラ４１と第２プロペラ４２の両方から高効率で回転トルクを発生させることができ、特に高効率で発電をすることができる。この場合には位相角差θは一定となるが、θが一定の値になる（ω_１＝ω_２となる）までの間において、伸縮門型タービン部５０が伸縮動作をすることによって、位相角差θが可変となる。このため、流れの状態によって異なるθの最適化が図れる。一方、第１プロペラ４１（プロペラ翼４１１）で得られた回転トルクは、伸縮門型タービン部５０、第２プロペラ４２（プロペラ翼４２１、スポーク部４２２）、第２ハブ４３を介して回転軸４４に伝わる。回転軸４４の回転運動の出力は、図７（ｂ）における第２ハブ４３の右側、中空第１ハブ４５の左側で取り出すことができる。このため、位相角差θの最適化が自動的に行われ、常に高効率で発電等を行うことができる。

図８は、図６等と同様に上流側の第１ハブ４６が回転軸４４に固定されて用いられ、上記の中空第１ハブ４５と同様の中空第２ハブ４７が用いられた例を、図７と同様に示す。この構成においても位相角差θが可変となり、かつ第２プロペラ４２で得られた回転トルクは、伸縮門型タービン部５０、第１プロペラ４１（プロペラ翼４１１）、第１ハブ４６を介して回転軸４４に伝わる。

このように、図７、８の構成においては、伸縮門型タービン部５０を用いることによって、位相角差θを可変とし、かつ第１プロペラ４１（プロペラ翼４１１）、第２プロペラ４２（プロペラ翼４２１）、伸縮門型タービン部５０の全てによって回転トルクを発生させることができる。このため、水流が変動する場合においても、常に最適な状態で回転トルクを発生させることができる。位相角差θは流れの状態に応じて自動的に最適化される。

（第３の実施の形態）
第２の実施の形態に係るタービンにおいても、第１のプロペラ、門型タービン部、及び第２のプロペラが使用され、かつ位相角差θが可変とされる。ここで、門型タービン部の上流側が第１のプロペラに連結されている点については第１、第２の実施の形態と同様であるが、その下流側は、第２のプロペラではなく、第２のプロペラに固定されたリング部に沿って移動する構成とされる。第１、第２の実施の形態においては、単一の回転軸が用いられていたのに対し、この構成においては、独立した２本の回転軸を使用することができる。すなわち、第１のプロペラ、第２のプロペラ（支持部）が共に回転軸に固定されるが、各々の回転軸を独立とすることができる。

図９（ａ）は、第２の実施の形態に係るタービン６０を流れの上流方向から見た正面図であり、図９（ｂ）はその側面図である。ここで、第１プロペラ６１（プロペラ翼（第１のプロペラ翼）６１１）は第１ハブ６２を介して第１回転軸（第１の回転軸）６３に固定され、プロペラ翼（第２のプロペラ翼）６４１，スポーク部６４２からなる第２プロペラ６４は、第２ハブ６５を介して第２回転軸（第２の回転軸）６６に固定される。第１回転軸６３と第２回転軸６６とは別体とされるが、これらの軸心は同一直線を構成するように設定される。門型タービン部７０の前端は、図１等の構成と同様に第１プロペラ６１（プロペラ翼（第１のプロペラ翼）６１１）に連結されている。第１プロペラ６１（プロペラ翼６１１）、第２プロペラ６４（プロペラ翼６４１、スポーク部６４２）、門型タービン部７０の個々の構成は図６と同様である。また、この構成により、第１プロペラ６１と門型タービン部７０は、第１回転軸６３を中心として一体となって回転する。

一方、第２プロペラ６４（プロペラ翼６４１）の外側周囲には、その外接円を形成するように、第２回転軸６６の軸心を中心とした円環状のリング部６７が連結されている。このため、リング部６７は、第２回転軸６６を中心として第２プロペラ６４と共に回転する。門型タービン部７０の後端には、リング部６７に係止される後端係止部７１が形成される。ただし、後端係止部７１はリング部６７には固定されず、門型タービン部７０の回転運動の際に後端係止部７１はリング部６７の外周を摺動する構成とされる。この構成により、第１プロペラ６１及び門型タービン部７０は第１回転軸６３を中心として、第２プロペラ６４は第２回転軸６６を中心として、それぞれ独立に回転することができる。なお、第１、第２の実施の形態においては、門型タービン部２０の流れ方向に対する傾斜角度はθに応じて決まったのに対し、この場合の門型タービン部５０の流れ方向に対する傾斜角度はθと独立に設定できる。この傾斜角度は、門型タービン部５０で有効に回転トルクが発生できるように適宜設定される。

この構成においても、第２の実施の形態と同様に、位相角差θを可変とすることができる。この際、門型タービン部７０は前記の伸縮門型タービン部５０のように伸縮自在である必要はない。この構成の場合には、門型タービン部７０の下流側端部は機械的に固定されていないが、リング部６７によって全体の機械的強度が保たれる。

この構成においては、回転トルクを第１回転軸６３、第２回転軸６６の両者から独立に取り出すことができる。こうした構成は、特に特許文献３に記載の発電機において好適である。この具体的構成については後述する。また、２つの回転軸をそれぞれ用いることができ、後述するように発電機との接続の自由度が高まる。

図１０は、上記のタービン６０の変形例の構成を示す正面図（ａ）、側面図（ｂ）である。図９の構成と異なり、この構成においては、第１プロペラ６１と第２プロペラ６４とが共通の回転軸６８に固定されており、第２の実施の形態と同様の伸縮門型タービン８０が用いられている。この場合、位相角θの初期値は、第１プロペラ６１の回転軸６８（第１ハブ６２）への固定、及び第２プロペラ６４の回転軸６８（第２ハブ６５）への固定によって定まり、回転軸６８の弾性変形と伸縮門型タービン８０の伸縮によって許容される範囲でθはこの初期値から変動する。この場合には、図９の構成と比べてθはその初期値を中心とした狭い範囲でしか変動できないが、単一の回転軸６８から出力を取り出すことが可能である。

なお、第１〜第３の実施の形態に係るタービンにおいては、第１、第２プロペラは、位相角差が１８０°であるそれぞれ２枚ずつのプロペラ翼を具備するものとしたが、プロペラとして機能する限りにおいて、この構成は任意である。例えば、位相角差が１２０°である３枚のプロペラ翼を用いることもでき、４枚以上とすることもできる。また、第１プロペラと第２プロペラにおけるプロペラ翼の枚数、構成を等しくする必要はなく、門型タービン部を設けることができる限りにおいて、この枚数、構成は任意である。また、厳密には門型タービン部と第１プロペラとの連結箇所は端部である必要はなく、充分に強い回転トルクを得ることができる限りにおいて、回転軸の軸心から離れた点であればよい。

また、複数の門型タービン部の仕様（回転軸の方向に対する角度や長さ）を同一とする必要はない。しかしながら、第１プロペラ、第２プロペラ、門型タービン部等が回転軸に連結された構造全体を円滑に回転させるためには、この構造全体の重心が中心軸上にある設定とすることが好ましく、このためには、複数の門型タービン部の仕様は同一とすることが好ましい。

ただし、第２プロペラから充分な回転トルクを得るためには、第１プロペラの後方における水流が充分であることが必要である。この観点からは、少なくとも第１プロペラのプロペラ翼は２枚であることが好ましい。また、第２プロペラのプロペラ翼の枚数が多い場合においても、これによって水流が阻害されることがあり、この場合には回転効率が低下するために、第２プロペラのプロペラ翼も２枚であることが好ましい。すなわち、第１プロペラ、第２プロペラを共に位相角差が１８０°である２枚ずつのプロペラ翼で構成することが最も好ましい。

なお、上記の例では、プロペラ翼は、ハブ（第１ハブ、第２ハブ）を介して回転軸に固定していたが、プロペラ翼（第１プロペラ、第２プロペラ）を回転軸に固定できる限りにおいて、その固定方法、構成は任意である。

（第４の実施の形態）
第４の実施の形態は、上記のタービンが１セット用いられ、これによって水流が回転運動（回転トルク）に変換され、この回転運動によって発電機等を駆動するタービン装置である。このタービン装置は、例えば潮流・海流発電設備として使用される。回転トルクを出力として取り出すための構成、発電機の設置箇所等は、前記のタービンの形態に応じて異なる。あるいは、タービン装置の構成に応じて前記の第１〜第３の実施の形態のタービンを適宜選択して使用することができる。

第１の実施の形態に係るタービン１０が用いられる２種類のタービン装置の構成の側面図を図１１、１２に示す。図１１の構成においては、海水１００上の浮体（構造体）２００に２箇所の回転軸支持部２１０、２２０が設けられ、回転軸支持部２１０、２２０の間で回転軸１５が回転自在に固定された状態とされている。回転軸支持部２１０、２２０は補強部２４０で固定され、補強されている。回転軸支持部２２０において回転軸１５が固定された箇所には発電機２３０が設けられており、発電機２３０は、回転軸１５の回転運動によって発電を行う。この構成においては、発電機２３０は水中に設けられ、その出力は回転軸支持部２２０の中を通るケーブルによって浮体２００側に送られる。この構成においては、発電機２３０が回転軸１５によって直接駆動されるため、発電に用いられる駆動力のロスが小さくなる

一方、図１２の構成においては、回転軸支持部２２０の中にベベルギア等を用いた回転伝達部２２１が設けられ、回転軸１５の回転運動は浮体２００側に伝達される。この回転運動は、浮体２００に設置された発電機２３０の発電機回転軸２３１に伝達されることによって、発電が行われる。この構成の場合には、水中の構成が単純となるため、故障の頻度を少なくすることができ、さらに、故障が発生した際の対応も容易となる。

なお、図１１、１２の構成において、単一の回転軸６８が用いられる図１０の構成のタービンを同様に用いることができることは明らかである。

図１３は、第２の実施の形態に係るタービン４０が用いられたタービン装置の構成を示す側面図である。この場合においても、図１１の構成と同様に、単一の回転軸４４を回転軸支持部２１０、２２０の間で回転自在に固定し、回転軸支持部２１０、２２０のうちの一方（図１３においては回転軸支持部２１０）を軸受けとして利用し、他方（図１３においては回転軸支持部２２０）側に発電機２３０を設け、発電を行わせることができる。第２の実施の形態においては、第１プロペラ４１２、第２プロペラ４２のうちの一方側のハブを回転軸４４に固定し、他方側のハブを回転軸４４を回転自在に支持する軸受けとなる中空ハブとしたが、発電機２３０はどちらの側に設けることも可能である。

図１４、１５は、第３の実施の形態に係るタービン６０が用いられる２種類のタービン装置の構成を示す側面図である。図１４の構成においては、回転軸支持部２１０、２２０のそれぞれに発電機２３２、２３３が設置され、発電機２３２は第１回転軸６３，発電機２３３は第２回転軸６６でそれぞれ直接駆動される。この構成においては、第１回転軸６３と第２回転軸６６の回転速度が異なる場合でも発電機２３２、２３３のそれぞれによって発電が行われる。発電機２３２の出力、発電機２３３の出力は、それぞれ回転軸支持部２１０、２２０の中を通るケーブルによって浮体２００側に送られる。

図１５の構成においては、特許文献３に記載と同様の構成の発電機構２３４が第１プロペラ６１と第２プロペラ６４の間でありかつ門型タービン部７０の内側に設置されている。発電機構２３４の中では、第１回転軸６３に発電機２３５が接続され、第２回転軸６６にその回転方向を逆転させて図中左側に伝える逆転機構２３６が接続される。これにより、特許文献３に記載されるように、発電機２３５を左右側からそれぞれ逆方向に回転させることができ、特に高い発電効率を得ることができる。この場合、発電機２３５からの出力は、例えば第１回転軸６３を内部を空洞にした円筒形状とし、その内部にケーブルを通し、更に回転軸支持部２１０の中を通すことによって浮体２００側に送ることができる。

なお、図１や図８等に示されたような単一の回転軸をもつタービンも、単一の回転軸を中央から左右で分断し、図１５の構成と同様に、逆転機構２３６を具備する発電機構２３４に接続して用いることができることも明らかである。この場合には、単一の回転軸をもつタービンにおいても、第１プロペラと第２プロペラの間に上記の発電機構を設置することができる。

このように、第１〜第３の実施の形態に係るタービンは、様々な形態でタービン装置に用いることができる。この際、駆動される発電機を水中、水上のいずれかに設けて発電をすることができる。水中に設ける場合には、発電機（発電機構）を様々な箇所に設置することができる。このため、装置のレイアウトが非常に容易となる。

（第５の実施の形態）
第５の実施の形態は、前記のタービンが複数用いられたタービン装置である。この場合、各々のタービンによって発電を行うことが可能であるが、流れに対する回転軸の方向を最適化することによって、この際の発電効率を特に高めることができる。ここでは第１〜第３の実施の形態に係るタービンのいずれも用いることができるが、以下では第１の実施の形態に係るタービン１０が複数用いられるものとする。

図１６は、２個のタービン１０を海上構造体（構造体）３００に設置したタービン装置の構成を上流側から見た正面図（ａ）、側面図（ｂ）、底面から見た底面図（ｃ）を示す。ここで、水流方向の上流方向から見た場合を正面としている。この場合においては、海上構造体３００の下部に２個の浮体３１０が接続され、各々から上流側安定板（安定板）３１１、下流側安定板（安定板）３１２が垂下しており、上流側安定板３１１と下流側安定板３１２の間に、回転軸を回転自在とした状態でタービン１０が設置されている。２つのタービン１０における回転軸１５は平行となるように設置され、上流側安定板３１１、下流側安定板３１２は回転軸１５に沿った方向とされる。すなわち、上流側安定板３１１、下流側安定板３１２の主面の方向は２つの回転軸１５の軸心と平行となるように設定される。最も発電効率が高くなるのは、回転軸１５の軸心の方向と流れの方向が等しくなった場合である。また、この構成においては、上流側安定板３１１と下流側安定板３１２は、前記の回転軸支持部２１０、２２０としての役割を果たしている。

上流側安定板３１１と下流側安定板３１２の断面形状は、図１６（ｃ）に示されるように、その周囲における水流を阻害しないような流線形状とされる。特に、翼形状とは異なり、回転軸１５の方向の左右側において対称の形状とされる。２つの上流側安定板３１１の間、２つの下流側安定板３１２の間、同一の浮体３１０の下にある上流側安定板３１１と下流側安定板３１２の間は、それぞれ補強部３１３で固定されている。

図１６（ｃ）に示されるように、２つの上流側安定板３１１を接続する補強部３１３の２箇所には係留索３２０が接続されている。これらの各々に接続された２本の係留索３２０は途中から１本に合流し、海底に固定されたアンカー４００に接続され、固定される。この構成によって、海上構造体３００以下の２つのタービン１０を含む構造全体は、海水１００における流れ（潮流・海流）に対して、アンカー４００を中心として係留索３２０で規定される範囲内で自在に移動し、かつタービン１０の回転軸１５の向きも自在に変化する。なお、図１６（ａ）では係留索３２０、アンカー４００の記載は省略され、図１６（ｃ）では海水１００の記載が省略されている。

上流側安定板３１１、下流側安定板３１２の主面方向は全て同一とされ、図１６（ｂ）においては左右方向、図１６（ｃ）においては上下方向とされる。上記の構成においては、海水１００中の流れの方向が変化した場合においては、上流側安定板３１１、下流側安定板３１２によって、この流れに対して上流側安定板３１１、下流側安定板３１２が平行となるように、海上構造体３００以下の構造が、アンカー４００を中心として移動、回転する。このため、タービン１０における回転軸１５の方向は常に流れの方向と等しくなり、流れの方向が変動した場合においても、タービン１０を常に高効率で駆動することができる。すなわち、流れの方向が変化した場合においても、上流側安定板３１１、下流側安定板３１２によって、回転軸１５と流れの方向は常に同一となり、これらは航空機の垂直尾翼と同様の機能をもつ。これによって、安定した潮流・海流発電を行うことができる。

なお、上流側安定板３１１、下流側安定板３１２の図１６（ｃ）における断面形状は流線形状である必要はない。流れを阻害せず、上記と同様に、その主面（図１６（ｃ）における左右の両面）の面内方向から流れの方向が外れた場合に、流れによって復元力が働くような断面形状であれば、任意である。また、図１６の構成ではこのような安定板はタービン１０毎に上流側と下流側に２つずつ、計４つ設けられているが、一つの海上構造体３００において一つの安定板を設けても、同様の効果を奏することは明らかである。また、図１６の例では、回転軸支持部を安定板に置き換えていたが、タービンを回転自在に支持する機能をもつ回転軸支持部を設け、これと別に安定板を設けてもよい。更に、図１６の構成では、タービン１０を２セット用いていたが、これを一つのみ用いる場合であっても、安定板によって同様の効果を得ることができることは明らかである。逆に、タービン１０を３セット以上用いた場合でも同様に安定板を使用することができる。また、図１の構成のタービン１０の代わりに、上記のその他の構成のタービンを用いても同様の構成を実現できることは明らかである。また、アンカー４００の代わりに、上記のタービン装置全体を係留索を介して係留することのできる他の構造物に係留索を固定しても同様の効果を奏することは明らかである。

なお、上記の動作を円滑に行うためには、回転軸が平行とされた２つのタービンにおける回転の方向が互いに逆向きとなる構成が好ましい。この場合には、第１プロペラ、第２プロペラ、門型タービン部の回転の反作用が上記の構造全体に与える影響を相殺することができるため、流れの変化に対する上記の構造全体の動きが特に円滑となる。このためには、タービンにおける第１プロペラ、第２プロペラ、門型タービン部の構成（翼構造の向き等）を、２つのタービンにおいて逆向きとすればよい。

なお、タービンを複数用いる場合には、各々の回転軸を平行とできる限りにおいて、構成は任意である。例えば、図１６では２つのタービンは水平方向に並んでいるが、これを垂直方向に、あるいは水平方向、垂直方向ともに分布させて３つ以上配列してもよい。あるいは、異なる形態のタービンを同時に複数用いてもよい。

上記の通り、このタービン、タービン装置の構造は単純であるため、このようにこれを単一の構造体に複数設置することも極めて容易である。また、構造が単純であるために全体を軽量とすることも可能であるため、上記の流れの方向の変化に追随する動きを円滑にすることが可能である。また、これを用いて発電を行う場合、発電機を様々な箇所に設置することができるため、全体のレイアウトの自由度が高くなる。

上記のタービン、タービン装置は、上記の通り、潮流・海流発電設備に用いることができる。しかしながら、潮流・海流発電設備に限定されず、流体の流れを用いて発電を行う設備、例えば風力発電設備においても有効であることは明らかである。更に、発電に限らず、流体の流れを回転運動に変換する設備であれば、有効であることは明らかである。

１０、４０、６０ タービン
１１、４１、６１ 第１プロペラ（第１のプロペラ）
１２、３２、４２、６４ 第２プロペラ（第２のプロペラ：支持部）
１３、４６、６２ 第１ハブ
１４、４３、６５ 第２ハブ
１５、４４、６８ 回転軸
２０、７０ 門型タービン部
３０ 支持部
３１、３２２、４２２、６４２ スポーク部
６３ 第１回転軸（回転軸）
４５ 中空第１ハブ
４７ 中空第２ハブ
６６ 第２回転軸（回転軸）
６７ リング部
５０、８０ 伸縮門型タービン部（門型タービン部）
７１ 後端係止部
１００ 海水
１１１、１２１、３２１、４１１、４２１、６１１、６４１ プロペラ翼
２００ 浮体（構造体）
２１０、２２０ 回転軸支持部
２２１ 回転伝達部
２３０、２３２、２３３、２３５ 発電機
２３１ 発電機回転軸
２３４ 発電機構
２３６ 逆転機構
２４０、３１３ 補強部
３００ 海上構造体（構造体）
３１０ 浮体
３１１ 上流側安定板（安定板）
３１２ 下流側安定板（安定板）
３２０ 係留索
４００ アンカー

Claims (16)

1. 流体の流れを回転軸の回転運動に変換するタービンであって、
   翼状の断面をもつ複数の第１のプロペラ翼を具備し、前記流れによって前記回転軸の軸心を中心とした回転トルクを発生させる第１のプロペラと、
   一端が前記第１のプロペラ翼の前記回転軸から離れた側に固定され、前記流れにおける前記第１のプロペラの下流側に向かって延伸し、前記流れによって前記第１のプロペラが発生する回転トルクと同一方向に回転トルクを発生させる翼状の断面形状を具備する複数の門型タービン部と、
   前記流れにおける前記第１のプロペラの下流側において前記門型タービン部の他端を支持する支持部を具備し、
   前記第１のプロペラ、前記支持部の少なくとも一方が前記回転軸に固定されたことを特徴とするタービン。
2. 前記支持部は、前記流れによって前記第１のプロペラが発生する回転トルクと同一方向に回転トルクを発生させる翼状の断面形状をもつ第２のプロペラ翼を具備する第２のプロペラであることを特徴とする請求項１に記載のタービン。
3. 前記回転軸の中心軸から見て、前記第２のプロペラ翼は、前記第１のプロペラ翼の前記回転軸の中心軸から離れた側の端部よりも外側に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のタービン。
4. 前記第１のプロペラ及び前記支持部は前記回転軸に固定され、
   前記門型タービン部の他端は前記支持部に固定されたことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のタービン。
5. 前記門型タービン部について、前記第１のプロペラと固定された箇所と、前記支持部と固定された箇所とが前記回転軸の周りでなす角度である位相角差が、複数の前記門型タービン部毎で等しいことを特徴とする請求項４に記載のタービン。
6. 前記位相角差が調整可能とされて前記門型タービン部が前記第１のプロペラ及び前記支持部に固定されたことを特徴とする請求項５に記載のタービン。
7. 複数の前記門型タービン部は、前記流れの方向に沿って伸縮自在であり、
   前記第１のプロペラ、前記第２のプロペラのうちの一方は前記回転軸に固定され、前記回転軸は、前記第１のプロペラ、前記第２のプロペラのうちの他方を回転自在の状態で貫通する請求項２又は３に記載のタービン。
8. 前記支持部は、前記回転軸を中心とした円環形状であり前記第２のプロペラ翼に固定されたリング部を具備し、
   前記門型タービン部の他端は前記リング部に支持されかつ前記リング部に沿って摺動することを特徴とする請求項２又は３に記載のタービン。
9. 前記第１のプロペラは第１の回転軸に固定され、
   前記第２のプロペラは前記第１の回転軸の延長線上に設けられた第２の回転軸に固定されたことを特徴とする請求項８に記載のタービン。
10. 前記回転軸の軸心から見て、前記門型タービン部は下流側に向かって外側に広がる形態とされたことを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載のタービン。
11. 請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載のタービンの回転軸を支持する２つの回転軸支持部と、
    前記２つの回転軸支持部が固定された構造体とを具備することを特徴とするタービン装置。
12. 前記流れの主流方向に沿った板状の構成をもち、前記構造体に固定された安定板を前記流れの中に具備することを特徴とする請求項１１に記載のタービン装置。
13. 回転軸が平行とされ、前記流れによって回転する方向が互いに逆向きとなる２つの前記タービンを具備することを特徴とする請求項１１又は１２に記載のタービン装置。
14. ２つの前記回転軸支持部の間において、前記回転軸で駆動される発電機を具備することを特徴とする請求項１１から請求項１３までのいずれか１項に記載のタービン装置。
15. ２つの前記回転軸支持部のいずれかにおいて、前記回転軸の回転運動を前記構造体の側に伝達する回転伝達部を具備し、
    前記構造体に、前記回転運動によって駆動される発電機を具備することを特徴とする請求項１１から請求項１３までのいずれかに１項に記載のタービン装置。
16. 請求項１４又は１５に記載のタービン装置が用いられ、
    前記タービンが水中に設けられ、潮流又は海流によって前記タービンを回転させることによって前記発電機を駆動することを特徴とする潮流・海流発電設備。

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