WO2014132842A1 - タービン機構 - Google Patents

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WO2014132842A1
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blade
swing
posture
lift
fluid
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奈津之▲じょう▼ 石川
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Ishikawa Natsunojo
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Definitions

  • the present invention relates to a turbine mechanism.
  • a power generation method using renewable energy is attracting attention.
  • solar power generation, wind power generation, tidal power generation, and the like are attracting attention as power generation methods using renewable energy.
  • tidal power generation for example, the one described in JP-A-2003-13834 is known.
  • the tidal power generator described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-13834 includes a turbine mechanism that converts water current energy into rotational energy via turbine blades arranged on a rotating orbit set in water.
  • This turbine mechanism uses a regulating member for regulating the attitude of the turbine blade.
  • the turbine blade moves along the water flow, the turbine blade is in a posture orthogonal to the water flow, and the turbine blade is opposite to the water flow.
  • the attitude of the turbine blade is switched so that the attitude is parallel to the water flow.
  • the present invention is intended to provide a turbine mechanism that can convert water flow energy into rotational energy even under conditions in which the direction of the water flow changes.
  • the present invention is a turbine mechanism that converts kinetic energy of fluid into rotational energy, and is arranged so as to be symmetric about a rotation axis that is rotatable about its own axis and pointed about the axis of the rotation axis.
  • Each of the swing blade and the other swing blade has an upright posture standing with respect to the fluid flow direction and a lying posture along the fluid flow direction around the blade shaft arranged around the rotation axis.
  • the upright lift generation surface is located closer to the coupling mechanism than the down lift generation surface.
  • the first flow vector and the method of generating the down lift force are defined.
  • the angle formed by the line vector is preferably smaller from the tip end side toward the blade shaft side in both cases where the swing blade is in the down position and the standing position.
  • the second flow vector and the upright lifting force are defined. It is preferable that the angle formed by the normal vector of the generation surface becomes smaller from the blade shaft side toward the tip end side in both cases where the swing blade is in the lying posture and the standing posture.
  • the power generation system 2 includes a tidal power generation device 4 that generates power from tidal energy, a substation device 5 that converts power generated by the tidal power generation device 4, and a conversion by the substation device 5.
  • the power generated by the tidal power generation device 4 can be supplied to each user 8 through the transmission line.
  • the tidal power generation device 4 includes a turbine mechanism 4A that converts the energy of the water flow into rotational energy, and a generator 4B that generates electric power using the rotational energy generated by the turbine mechanism 4A.
  • the turbine mechanism 4A includes a rotating shaft 10 that is rotatable about its own axis (hereinafter referred to as a rotating axis) RX, a circular rotating plate 20 that is fixed to the rotating shaft 10, and A pair of swing blades 30 arranged to be point-symmetric with respect to the rotation axis RX and a swing mechanism 40 for swinging the swing blades 30 provided on the rotary plate 20 are provided.
  • a generator 4 ⁇ / b> B (see FIG. 1) is connected to one end of the rotating shaft 10. Since the rotary plate 20 is pivotally attached to the rotary shaft 10, the rotary plate 20 rotates around the rotary axis RX as the rotary shaft 10 rotates. The swing blade 30 is attached to the rotating plate 20 via the swing mechanism 40. For this reason, the pair of swing blades 30 follows the rotation of the rotating shaft 10 and rotates together around the axis line RX of the rotating shaft 10.
  • the peristaltic mechanism 40 includes a blade shaft 41 that is rotatable about its own axis (hereinafter referred to as a blade axis) BX, and a shaft support pair 42 that rotatably supports both sides of the blade shaft 41.
  • Each of the shaft support pairs 42 is fixed in an upright posture with respect to the mounting surface 20M of the rotating plate 20.
  • the shaft support pair 42 has a support side shaft insertion hole into which the blade shaft 41 can be inserted.
  • the swing blade 30 has a blade side insertion hole into which the blade shaft 41 is inserted in the base portion 30B.
  • the shaft support pair 42 can support the swing blade 30 so as to be rotatable about the blade axis BX. it can.
  • the blade axis BX when supported by the shaft support pair 42 extends in the radial direction when the rotation axis RX is the center.
  • the peristaltic mechanism 40 further includes a stopper 45.
  • the stoppers 45 are attached to both ends of the blade shaft 41 that is rotatably supported by the shaft support pair 42.
  • the stopper 45 prevents the blade shaft 41 from falling off the shaft support pair 42.
  • the swing blade 30 is erected with respect to the placement surface 20M by the peristaltic mechanism 40 (hereinafter referred to as a standing posture) and with respect to the placement surface 20M. It is possible to switch between a lying posture (hereinafter referred to as a lying posture).
  • the standing posture corresponds to the two-dot chain line portion in FIGS. 3 and 4
  • the lying posture corresponds to the solid line portion in FIGS. 3 and 4.
  • the swing blade 30 includes a base portion 30B, a tip portion 30S, and an intermediate portion 30C formed between the base portion 30B and the tip portion 30S.
  • 30 C of intermediate parts are extended in a predetermined direction, and the thickness becomes thin as it goes to the front-end
  • the tip portion 30S is preferably formed so as to be separated from the placement surface 20M as it is separated from the base portion 30B.
  • a standing lifting force generating surface 30K is formed on the side facing the mounting surface 20M of the swing blade 30 in the lying posture, and a lying lifting force generating surface 30H is formed on the opposite side of the standing lifting force generating surface 30K. Is done.
  • the standing lift generation surface 30K and the downlift generation surface 30H are formed from the intermediate portion 30C to the tip portion 30S, respectively.
  • the flow vector VL1 when the flow vector of the fluid flowing from the blade shaft 41 side toward the tip portion 30S side is defined as the flow vector VL1 when the swing blade 30 is in the lying posture, the flow vector VL1 and the lying lift generating surface are defined.
  • the angle ⁇ 1 formed by the normal vector N1 of 30H decreases from the tip end 30S side toward the blade shaft 41 side in both cases where the swing blade 30 is in the lying down posture and the standing posture.
  • the above-described angle ⁇ 1 is an angle formed clockwise from the flow vector VL1 when viewed from the paper surface.
  • the distance CL H between the surface 20M mounting and the horizontal lift-producing surface 30H is preferably made wider toward the tip 30S side from the base portion 30B side.
  • the flow vector VL2 when the flow vector of the fluid flowing from the tip 30S side of the swing blade 30 toward the blade shaft 41 side is defined as the flow vector VL2 when the swing blade 30 is in the down position, the flow vector VL2 is defined.
  • the angle ⁇ 2 formed by VL2 and the normal vector N2 of the standing lift generating surface 30K decreases from the blade shaft 41 side toward the tip portion 30S side in both cases where the swing blade 30 is in the lying posture and the standing posture.
  • the above-described angle ⁇ 2 is an angle formed clockwise from the flow vector VL2 when viewed from the paper surface.
  • the distance CL K of the standing lift-producing surface 30K and the mounting surface 20M is preferably made narrower toward the base 30B side from the tip 30S side.
  • the turbine mechanism 4A further includes an upright stopper 50K provided on the swing blade 30 and a down stopper 50H provided on the swing blade 30.
  • the standing stopper 50K engages with the rotating plate 20 when the swing blade 30 is in the standing posture. Thereby, the standing stopper 50K can maintain the swing blade 30 in the standing posture.
  • the lowering stopper 50H is engaged with the rotating plate 20 when the swing blade 30 is in the lowering posture. Thereby, the lowering stopper 50H can maintain the swing blade 30 in the lowering posture.
  • the water flow flowing in a predetermined direction flows toward each of the swing blades 30 arranged in pairs.
  • the flow direction of the water flow is a vector VL1 (see FIG. 5).
  • the swinging blade 30 is lifted up so as to be in the downhill position regardless of whether the swing blade 30 is in the downhill posture or the standing posture.
  • the swing blade 30 is in a lying position (see FIGS. 2 and 3).
  • the flow direction of the water flow is a vector VL2 (see FIG. 6). Then, since the water flow of the vector VL2 collides with the standing lift generation surface 30K, the swing blade 30 is lifted to be in the standing posture regardless of whether the swing blade 30 is in the lying posture or the standing posture. As a result, the swing blade 30 is in a standing posture (see FIGS. 2 and 4).
  • the pair of swing blades 30 arranged symmetrically with respect to the rotating shaft 10 is in a standing posture and the other in a lying posture due to the collision with the water flow.
  • the swing blade 30 in the standing posture can convert the kinetic energy of the water flow into the rotation energy around the rotation shaft 10 by the collision with the water flow.
  • the swing blade 30 in the lying posture is in a posture along the water flow, and therefore has a low resistance to the water flow. For this reason, the rotating plate 20 can be rotated around the rotating shaft 10 by the rotational energy generated by the swing blade 30 in the standing posture.
  • the swing blade 30 in the standing posture is in the prone posture as a result of colliding with the prone lift generation surface 30H.
  • the blade 30 assumes an upright posture as a result of colliding with the upright lift generation surface 30K.
  • the rotating plate 20 can be rotated around the rotating shaft 10 by the rotational energy generated by the swing blade 30 in the standing posture.
  • the pair of swing blades 30 arranged symmetrically with respect to the rotating shaft 10 is provided with the lying lift generation surface 30H on one side and the standing lift generation surface 30K on the other side, Even when the direction is changed, it is possible to maintain a state in which one side is in a standing posture and the other side is in a lying posture due to a collision with a water flow. As a result, even if the direction of the water flow is changed, the rotational energy around the rotation axis 10 can be converted from the kinetic energy of the water flow.
  • the swing blade 30 is switched between the standing posture and the lying posture according to the direction of the water flow, so that a regulating member for regulating the posture of the turbine blade as described in Patent Document 1 is unnecessary. Therefore, according to the turbine mechanism 4A, the structure is simpler than in the prior art. As a result, manufacture becomes easy and it can manufacture at low cost.
  • the distance CL K (see FIG. 6) between the rising lift generating surface 30K and the mounting surface 20M is narrower from the tip 30S side to the base 30B side, and therefore the tip 30S.
  • the water flow flowing from the side toward the base portion 30B collides with the standing lift generating surface 30K of the swing blade 30 in the down position a larger lift can be obtained in the standing position.
  • the distance CL H (see FIG. 5) between the down lift generation surface 30H and the mounting surface 20M increases from the base 30B side toward the tip 30S side.
  • the water flow flowing from the 30B side toward the distal end portion 30S collides with the downlifting force generation surface 30H of the swinging blade 30 in the downturned posture, a larger lift can be obtained in the downhill posture.
  • the lowering stopper 50H as the lowering posture engaging member is not provided in the entire width direction (paper surface direction in FIG. 3) of the swing blade 30, but a part of the swing blade 30 in the width direction (for example, an end in the width direction). It is preferable to provide the beveled stopper 50H only in the middle part and the middle part.
  • the prone stopper 50H as the prone posture engaging member may be omitted.
  • the placement surface 20M functions as a beveling posture engaging member.
  • a pair of swing blades 30 is provided, but the present invention is not limited to this, and a plurality of pairs of swing blades 30 may be provided.
  • two pairs of swing blades 30 may be provided (See FIG. 8).
  • the formation pitches of the swing blades 30 around the rotation axis 10 are equal to each other, for example, 4 equal parts (pitch angle: 90 °), 6 equal parts (pitch angle: 60 °), 8 equal parts (Pitch angle: 45 °).
  • the formation pitch of the swing blades 30 is 6 (pitch angle: 60 °) and 8 (pitch angle: 45 °). More preferably. Thereby, rotational energy can be reliably extracted from the kinetic energy of the water flow flowing in all directions.
  • the direction in which the blade shaft 41 extends extends in the radial direction when the rotation axis RX is the center, but the present invention is not limited to this and may be a direction that intersects the radial direction.
  • the direction in which the blade shaft 41 extends is not limited to a direction parallel to the placement surface 20M, and may be a direction that intersects the placement surface 20M.
  • the rotating plate 20 is used as a coupling mechanism between the swing blade 30 and the rotating shaft 10.
  • the present invention is not limited to this, and one or more rotating bars 70 are used instead of the rotating plate 20. It may be used (see FIG. 9).
  • a cylindrical rotating column may be provided instead of the rotating plate 20.
  • the mounting surface on which the pair of swing blades 30 is provided either the bottom surface or the peripheral surface of the rotating column may be adopted.
  • the standing posture of the swing blade 30 is a standing posture with respect to the placement surface 20M
  • the present invention is not limited thereto, and may be any posture that stands up with respect to the water flow direction.
  • the swinging posture of the swing blade 30 is a posture that is inclined to the placement surface 20M, but the present invention is not limited to this, and may be any posture that conforms to the flow direction of the water flow.

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Abstract

タービン機構４Ａは、回転軸１０と、回転軸１０に対して点対称となるように配された対のスイングブレード３０と、対のスイングブレード３０が一体となって回転軸１０を中心に回転するように、対のスイングブレード３０及び回転軸１０を連結する回転板２０と、を備える。スイングブレード３０は、流体の流れ方向に対して起立した起立姿勢、及び前記流体の流れ方向に沿う伏せ姿勢の間で搖動自在となるように設けられる。スイングブレード３０は、流体との衝突により伏せ姿勢への揚力を生む伏せ揚力発生面と、伏せ揚力発生面の反対側に設けられ、流体との衝突により起立姿勢への揚力を生む起立揚力発生面と、を有する。

Description

タービン機構
　本発明は、タービン機構に関する。
　昨今のエネルギー事情や環境保護の観点から、再生可能エネルギーを用いた発電方式が着目されている。中でも、再生可能エネルギーを用いた発電方式として、太陽光発電、風力発電や潮力発電等が着目されている。潮力発電としては、例えば、特開２００３－１３８３４号公報に記載のものが知られている。
　特開２００３－１３８３４号公報に記載の潮力発電装置は、水中に設定された回転軌道上に配されたタービン翼を介して、水流のエネルギーを回転エネルギーに変換するタービン機構を備える。そして、このタービン機構は、タービン翼の姿勢を規制するための規制部材を用いて、タービン翼が水流に沿って移動する場合には水流に対して直交の姿勢に、タービン翼が水流と反対側に向かって移動する場合には水流に対して平行な姿勢となるように、タービン翼の姿勢を切り替える。
　しかしながら、特許文献１に記載のタービン機構では、水流の向きに応じてタービン翼の回転軌道を設定する必要があるため、水流が一定方向に維持されている条件下においては効果が発揮されるものの、水流が変化する条件下においてはほとんど効果が発揮されない。
　本発明は、斯かる実情に鑑み、水流の向きが変化する条件下においても、水流のエネルギーを回転エネルギーに変換することができるタービン機構を提供しようとするものである。
　本発明は、流体の運動エネルギーを回転エネルギーに変換するタービン機構であって、自身の軸線を中心に回転自在な回転軸と、前記回転軸の軸線に対して点対称となるように配された対のスイングブレードと、前記対のスイングブレードが一体となって前記回転軸の軸線を中心に回転するように、前記対のスイングブレード及び前記回転軸を連結する連結機構と、を備え、一のスイングブレード及び他のスイングブレードは、それぞれ、前記回転軸周りに配されたブレード軸を中心にして、前記流体の流れ方向に対して起立した起立姿勢、及び前記流体の流れ方向に沿う伏せ姿勢の間で遷移自在となるように設けられるとともに、前記伏せ姿勢のまま前記ブレード軸側から自身の先端側に向かって流れる流体と衝突した場合に、前記伏せ姿勢への揚力を生む伏せ揚力発生面と、前記伏せ揚力発生面の反対側に設けられ、前記伏せ姿勢のまま前記先端側から前記ブレード軸側に向かって流れる流体と衝突した場合に、前記起立姿勢への揚力を生む起立揚力発生面と、を有し、前記流体が一の方向へ流れる条件下では、前記対のスイングブレードのうちいずれか一方の前記伏せ揚力発生面への当該流体の衝突によって、当該スイングブレードには、前記伏せ姿勢への揚力が生じるとともに、他方の前記起立揚力発生面への当該流体の衝突によって、当該スイングブレードには、前記起立姿勢への揚力が生じることを特徴とする。
　前記伏せ姿勢の前記スイングブレードにおいて、前記起立揚力発生面は前記伏せ揚力発生面より前記連結機構側に位置することが好ましい。
　前記スイングブレードが前記伏せ姿勢の場合において前記ブレード軸側から前記先端部側へ向かって流れる流体の流れベクトルを第１流れベクトルと定義した際、前記第１流れベクトルと前記伏せ揚力発生面の法線ベクトルとがなす角の角度は、前記スイングブレードが前記伏せ姿勢及び前記起立姿勢の場合の双方において、前記先端部側から前記ブレード軸側に向かって小さくなることが好ましい。また、前記スイングブレードが前記伏せ姿勢の場合において前記先端部側から前記ブレード軸側の方向へ向かって流れる流体の流れベクトルを第２流れベクトルと定義した際、前記第２流れベクトルと前記起立揚力発生面の法線ベクトルとがなす角の角度は、前記スイングブレードが前記伏せ姿勢及び前記起立姿勢の場合の双方において、前記ブレード軸側から前記先端部側に向かって小さくなることが好ましい。
　本発明によれば、水流の向きが変化する条件下においても、水流のエネルギーを回転エネルギーに変換することができる。
発電システムの概要を示す構成図である。 タービン機構の概要を示す斜視図である。 起立姿勢と伏せ姿勢との間で遷移自在なスイングブレードの概要を示す側面図である。 起立姿勢と伏せ姿勢との間で遷移自在なスイングブレードの概要を示す側面図である。 水流の流れ方向と、伏せ揚力発生面の法線ベクトルとがなす角の角度を示すスイングブレードの側面図である。 水流の流れ方向と、起立揚力発生面の法線ベクトルとがなす角の角度を示すスイングブレードの側面図である。 タービン機構の概要を示す斜視図である。 タービン機構の概要を示す斜視図である。 タービン機構の概要を示す斜視図である。
　以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
　図１に示すように、発電システム２は、潮力のエネルギーから電力をつくる潮力発電装置４と、潮力発電装置４が生んだ電力の変換を行う変電装置５と、変電装置５によって変換された電力を貯める蓄電池６と、蓄電池６にたまった電力を送電用電力へ変換するための変圧装置７と、を備える。この発電システム２によれば、送電線を介して、潮力発電装置４がつくった電力を各ユーザ８に供給することができる。また、潮力発電装置４は、水流のエネルギーを回転エネルギーへ変換するタービン機構４Ａと、タービン機構４Ａによって発生した回転エネルギーを用いて発電するジェネレータ４Ｂとを備える。
　次に、タービン機構４Ａの詳細について説明する。
　図２に示すように、タービン機構４Ａは、自身の軸線（以下、回転軸線と称する）ＲＸを中心に回転自在な回転軸１０と、回転軸１０に固定された円形状の回転板２０と、回転軸線ＲＸに対して点対称となるように配された対のスイングブレード３０と、回転板２０に設けられたスイングブレード３０を搖動させるための搖動機構４０と、を備える。回転軸１０の一端には、ジェネレータ４Ｂ（図１参照）が接続される。回転板２０は、回転軸１０に軸着されるため、回転軸１０の回転と共に、回転軸線ＲＸを中心に回転する。スイングブレード３０は、搖動機構４０を介して、回転板２０に取り付けられる。このため、対のスイングブレード３０は、回転軸１０の回転に追従して、互いが一体となって回転軸１０の軸線ＲＸを中心に回転する。
　搖動機構４０は、自身の軸線（以下、ブレード軸線と称する）ＢＸを中心に回転自在なブレード軸４１と、ブレード軸４１の両側を回転自在に支持する軸支持対４２と、を備える。
　軸支持対４２は、それぞれ、回転板２０の載置面２０Ｍに対して起立した姿勢で固定される。軸支持対４２は、ブレード軸４１が挿入可能な支持対側軸挿入孔をそれぞれ有する。スイングブレード３０は、ブレード軸４１が挿入されるブレード側挿入孔を基部３０Ｂに有する。こうして、支持対側軸挿入孔とブレード側挿入孔とへブレード軸４１を挿入することにより、軸支持対４２は、ブレード軸線ＢＸを中心に回転自在となるようにスイングブレード３０を支持することができる。なお、軸支持対４２によって支持された場合のブレード軸線ＢＸは、回転軸線ＲＸを中心とする場合の径方向へ延びる。
　搖動機構４０は、さらに、抜け止め具４５を備える。抜け止め具４５は、軸支持対４２によって回転自在に支持されたブレード軸４１の両端に装着される。抜け止め具４５により、ブレード軸４１が軸支持対４２から脱落せずにすむ。
　次に、スイングブレード３０の詳細について説明する。
　図３～４に示すように、前述のとおり、スイングブレード３０は、搖動機構４０によって、載置面２０Ｍに対して起立した姿勢（以下、起立姿勢と称する）と、載置面２０Ｍに対して伏せた姿勢（以下、伏せ姿勢と称する）と、の間で切り替え自在となる。ここで、起立姿勢は、図３、４の二点鎖線部分に相当し、伏せ姿勢は、図３、４の実線部分に相当する。
　スイングブレード３０は、基部３０Ｂと、先端部３０Ｓと、基部３０Ｂから先端部３０Ｓまでの間に形成された中間部３０Ｃとを備える。なお、中間部３０Ｃは、所定の方向へ延び、その厚みは、基部３０Ｂから先端部３０Ｓに向かうにしたがって薄くなることが好ましい。また、伏せ姿勢のスイングブレード３０において、先端部３０Ｓは、基部３０Ｂから離れるにしたがって載置面２０Ｍから離れるように形成されることが好ましい。さらに、そして、伏せ姿勢のスイングブレード３０のうち載置面２０Ｍと正対する側には、起立揚力発生面３０Ｋが形成され、起立揚力発生面３０Ｋの反対側には、伏せ揚力発生面３０Ｈが形成される。起立揚力発生面３０Ｋ及び伏せ揚力発生面３０Ｈは、それぞれ、中間部３０Ｃから先端部３０Ｓにかけて形成される。
　図５に示すように、スイングブレード３０が伏せ姿勢の場合においてブレード軸４１側から先端部３０Ｓ側へ向かって流れる流体の流れベクトルを流れベクトルＶＬ１と定義した際、流れベクトルＶＬ１と伏せ揚力発生面３０Ｈの法線ベクトルＮ１とがなす角の角度θ１は、スイングブレード３０が伏せ姿勢及び起立姿勢の場合の双方において、先端部３０Ｓ側からブレード軸４１側に向かって小さくなる。ここで、上述の角度θ１は、紙面からみたときに、流れベクトルＶＬ１から時計回り側に形成される角の角度である。
　また、スイングブレード３０が伏せ姿勢の場合、伏せ揚力発生面３０Ｈと載置面２０Ｍとの間隔ＣＬＨは、基部３０Ｂ側から先端部３０Ｓ側に向かうに従って広くなることが好ましい。
　図６に示すように、スイングブレード３０が伏せ姿勢の場合においてスイングブレード３０の先端部３０Ｓ側からブレード軸４１側の方向へ向かって流れる流体の流れベクトルを流れベクトルＶＬ２と定義した際、流れベクトルＶＬ２と起立揚力発生面３０Ｋの法線ベクトルＮ２とがなす角の角度θ２は、スイングブレード３０が伏せ姿勢及び起立姿勢の場合の双方において、ブレード軸４１側から先端部３０Ｓ側に向かって小さくなる。ここで、上述の角度θ２は、紙面からみたときに、流れベクトルＶＬ２から時計回り側に形成される角の角度である。
　また、スイングブレード３０が伏せ姿勢の場合、起立揚力発生面３０Ｋと載置面２０Ｍとの間隔ＣＬＫは、先端部３０Ｓ側から基部３０Ｂ側に向かうに従って狭くなることが好ましい。
　図３に戻って、さらに、タービン機構４Ａは、スイングブレード３０に設けられた起立ストッパ５０Ｋと、スイングブレード３０に設けられた伏せストッパ５０Ｈとを備える。起立ストッパ５０Ｋは、スイングブレード３０が起立姿勢となった場合に、回転板２０と係合する。これにより、起立ストッパ５０Ｋは、スイングブレード３０を起立姿勢のまま維持することができる。伏せストッパ５０Ｈは、スイングブレード３０が伏せ姿勢となった場合に、回転板２０と係合する。これにより、伏せストッパ５０Ｈは、スイングブレード３０を伏せ姿勢のまま維持することができる。
　次に、タービン機構４Ａの作用について説明する。　
　タービン機構４Ａを水中に配すると、図２に示すように、所定方向に流れる水流は、対に配されたスイングブレード３０のそれぞれに向かって流れる。この結果、一のスイングブレード３０においては、当該水流の流れ方向はベクトルＶＬ１となる（図５参照）。そして、ベクトルＶＬ１の水流は伏せ揚力発生面３０Ｈに衝突するため、当該スイングブレード３０が伏せ姿勢及び起立姿勢であるかに関わらず、当該スイングブレード３０には、伏せ姿勢となるような揚力が発生する結果、スイングブレード３０は伏せ姿勢となる（図２、３参照）。
　また、他のスイングブレード３０においては、当該水流の流れ方向は、ベクトルＶＬ２となる（図６参照）。そして、ベクトルＶＬ２の水流は起立揚力発生面３０Ｋに衝突するため、当該スイングブレード３０が伏せ姿勢及び起立姿勢であるかに関わらず、当該スイングブレード３０には起立姿勢となるような揚力が発生する結果、スイングブレード３０は起立姿勢となる（図２、４参照）。
　このように、回転軸１０を基準にして点対称に配された対のスイングブレード３０は、水流との衝突によって、一方が起立姿勢となり、他方が伏せ姿勢となる。起立姿勢のスイングブレード３０は、水流との衝突により、水流の運動エネルギーから回転軸１０周りの回転エネルギーへ変換できる。一方、伏せ姿勢のスイングブレード３０は、水流に沿うような姿勢であるため、水流に対する抵抗力は小さい。このため、起立姿勢のスイングブレード３０が生み出した回転エネルギーによって、回転軸１０周りに回転板２０を回転させることができる。
　また、図７に示すように、水流の向きが逆向きとなった場合には、起立姿勢のスイングブレード３０は、伏せ揚力発生面３０Ｈと衝突する結果、伏せ姿勢となる一方、伏せ姿勢のスイングブレード３０は、起立揚力発生面３０Ｋと衝突する結果、起立姿勢となる。このため、起立姿勢のスイングブレード３０が生み出した回転エネルギーによって、回転板２０を、回転軸１０周りに回転させることができる。
　このように、回転軸１０に対して点対称に配された対のスイングブレード３０は、片側の面に伏せ揚力発生面３０Ｈを、反対側の面に起立揚力発生面３０Ｋを備えるため、水流の向きが変わった場合であっても、水流との衝突によって、一方が起立姿勢となり、他方が伏せ姿勢となった状態を維持できる。結果、水流の向きが変わった場合であっても、水流の運動エネルギーから回転軸１０周りの回転エネルギーを変換することができる。また、タービン機構４Ａでは、スイングブレード３０が水流の向きに従って、起立姿勢及び伏せ姿勢の間で切り替わるため、特許文献１に記載のようなタービン翼の姿勢を規制する規制部材が不要である。したがって、タービン機構４Ａによれば、従来にくらべ、構造がシンプルとなる。結果、製造が容易となり、安価に製造することができる。
　また、スイングブレード３０が伏せ姿勢の場合、起立揚力発生面３０Ｋと載置面２０Ｍとの間隔ＣＬＫ（図６参照）は、先端部３０Ｓ側から基部３０Ｂ側に向かうに従って狭いため、先端部３０Ｓ側から基部３０Ｂ側に向って流れる水流が、伏せ姿勢のスイングブレード３０の起立揚力発生面３０Ｋと衝突することによって、起立姿勢への揚力としてより大きなものを得ることができる。
　同様に、スイングブレード３０が伏せ姿勢の場合、伏せ揚力発生面３０Ｈと載置面２０Ｍとの間隔ＣＬＨ（図５参照）は、基部３０Ｂ側から先端部３０Ｓ側に向かうに従って広くなるため、基部３０Ｂ側から先端部３０Ｓ側に向って流れる水流が、伏せ姿勢のスイングブレード３０の伏せ揚力発生面３０Ｈと衝突することによって、伏せ姿勢への揚力としてより大きなものを得ることができる。
　また、スイングブレード３０が伏せ姿勢である場合に、スイングブレード３０と載置面２０Ｍとの間には、水流が流通可能な空間が確保されていると、伏せ姿勢のスイングブレード３０と回転板２０との間における水流がスムーズになる結果、伏せ姿勢のスイングブレード３０にて発生する抵抗が小さくなる。そこで、伏せ姿勢係合部材としての伏せストッパ５０Ｈを、スイングブレード３０の幅方向（図３の紙面方向）の全体に設けるのではなく、スイングブレード３０の幅方向の一部分（例えば、幅方向の端部や、中途部）のみに伏せストッパ５０Ｈを設けることが好ましい。
　なお、伏せ姿勢係合部材としての伏せストッパ５０Ｈは省略してもよい。伏せストッパ５０Ｈは省略した場合、載置面２０Ｍが伏せ姿勢係合部材として、機能する。
　上記実施形態では、１対のスイングブレード３０を設けたが、本発明はこれに限られず、複数対のスイングブレード３０を設けてもよく、例えば、２対のスイングブレード３０を設けてもよい（図８参照）。さらに、回転軸１０周りにおけるスイングブレード３０の形成ピッチは、それぞれ等しいことがより好ましく、例えば、４等分（ピッチ角度：９０°）、６等分（ピッチ角度：６０°）、８等分（ピッチ角度：４５°）としてもよい。さらに、タービン機構４Ａが静止状態から回転状態へ遷移する際のエネルギー効率より、スイングブレード３０の形成ピッチは、６等分（ピッチ角度：６０°）、８等分（ピッチ角度：４５°）であることがより好ましい。これにより、あらゆる方向に流れる水流の運動エネルギーから回転エネルギーを確実に取り出すことができる。
　上記実施形態では、ブレード軸４１が延びる方向は、回転軸線ＲＸを中心とする場合の径方向へ延びたが、本発明はこれに限られず、径方向と交差する方向でもよい。また、ブレード軸４１が延びる方向は、載置面２０Ｍに対して平行の方向に限られず、載置面２０Ｍに対して交差する方向でもよい。
　上記実施形態では、スイングブレード３０と回転軸１０との連結機構として、回転板２０を用いたが、本発明はこれに限られず、回転板２０の代わりに１つまたは２以上の回転バー７０を用いてもよい（図９参照）。
　また、連結機構として、回転板２０の代わりに、円柱状の回転柱を設けてよい。この場合、対となるスイングブレード３０が設けられる載置面としては、回転柱の底面と周面とのうちいずれを採用してもよい。
　なお、スイングブレード３０の起立姿勢は、載置面２０Ｍに対して起立した姿勢としたが、本発明はこれに限られず、水流の流れ方向に対して起立した姿勢であればよい。また、スイングブレード３０の伏せ姿勢は、載置面２０Ｍに対して伏せた姿勢としたが、本発明はこれに限られず、水流の流れ方向に対して沿うような姿勢であればよい。
　尚、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

Claims (4)

  1. 　流体の運動エネルギーを回転エネルギーに変換するタービン機構であって、
    　自身の軸線を中心に回転自在な回転軸と、
    　前記回転軸の軸線に対して点対称となるように配された対のスイングブレードと、
    　前記対のスイングブレードが一体となって前記回転軸の軸線を中心に回転するように、前記対のスイングブレード及び前記回転軸を連結する連結機構と、を備え、
    　一のスイングブレード及び他のスイングブレードは、それぞれ、前記回転軸周りに配されたブレード軸を中心にして、前記流体の流れ方向に対して起立した起立姿勢、及び前記流体の流れ方向に沿う伏せ姿勢の間で遷移自在となるように設けられるとともに、
    　前記伏せ姿勢のまま前記ブレード軸側から自身の先端側に向かって流れる流体と衝突した場合に、前記伏せ姿勢への揚力を生む伏せ揚力発生面と、
    　前記伏せ揚力発生面の反対側に設けられ、前記伏せ姿勢のまま前記先端側から前記ブレード軸側に向かって流れる流体と衝突した場合に、前記起立姿勢への揚力を生む起立揚力発生面と、を有し、
    　前記流体が一の方向へ流れる条件下では、前記対のスイングブレードのうちいずれか一方の前記伏せ揚力発生面への当該流体の衝突によって、当該スイングブレードには、前記伏せ姿勢への揚力が生じるとともに、他方の前記起立揚力発生面への当該流体の衝突によって、当該スイングブレードには、前記起立姿勢への揚力が生じること
    を特徴とするタービン機構。
  2. 　前記伏せ姿勢の前記スイングブレードにおいて、前記起立揚力発生面は前記伏せ揚力発生面より前記連結機構側に位置することを特徴とする請求項１記載のタービン機構。
  3. 　前記スイングブレードが前記伏せ姿勢の場合において前記ブレード軸側から前記先端部側へ向かって流れる流体の流れベクトルを第１流れベクトルと定義した際、
    　前記第１流れベクトルと前記伏せ揚力発生面の法線ベクトルとがなす角の角度は、前記スイングブレードが前記伏せ姿勢及び前記起立姿勢の場合の双方において、前記先端部側から前記ブレード軸側に向かって小さくなることを特徴とする請求項２記載のタービン機構。
  4. 　前記スイングブレードが前記伏せ姿勢の場合において前記先端部側から前記ブレード軸側の方向へ向かって流れる流体の流れベクトルを第２流れベクトルと定義した際、
    　前記第２流れベクトルと前記起立揚力発生面の法線ベクトルとがなす角の角度は、
    前記スイングブレードが前記伏せ姿勢及び前記起立姿勢の場合の双方において、前記ブレード軸側から前記先端部側に向かって小さくなることを特徴とする請求項２または３記載のタービン機構。
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