WO2020161822A1 - フレーム構造体 - Google Patents

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WO2020161822A1
WO2020161822A1 PCT/JP2019/004211 JP2019004211W WO2020161822A1 WO 2020161822 A1 WO2020161822 A1 WO 2020161822A1 JP 2019004211 W JP2019004211 W JP 2019004211W WO 2020161822 A1 WO2020161822 A1 WO 2020161822A1
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WO
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frame member
frame
predetermined direction
frame structure
section
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PCT/JP2019/004211
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French (fr)
Inventor
泰孝 和田
博昭 谷川
優 大内
Original Assignee
中国電力株式会社
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Priority to PCT/JP2019/004211 priority patent/WO2020161822A1/ja
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B9/00—Water-power plants; Layout, construction or equipment, methods of, or apparatus for, making same
    • E02B9/08—Tide or wave power plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
    • F03B13/26—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using tide energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/02—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor  having a plurality of rotors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/04—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor  having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Definitions

  • the present invention relates to a frame structure.
  • tidal current power generation uses the energy of tidal current to generate a rotational force to generate power.
  • a vertical axis type rotating device such as a Darrieus type in which a rotating axis is provided perpendicular to a fluid is used.
  • the vertical shaft type rotating device is provided with a blade for receiving a fluid at the tip of an arm extending radially from the rotating shaft. The blade receives the flow of fluid and rotates the rotating shaft.
  • a frame structure is provided so as to surround the rotating device.
  • the frame structure is generally constructed by combining columnar frame members.
  • the manufacturing cost of the frame structure may increase, the transportation cost may increase due to the increase in the weight of the frame structure, and the installation cost of the frame structure may increase.
  • the flow around the blade is disturbed by the turbulence of the flow or the vortex such as the Karman vortex, which may cause a decrease in power generation efficiency.
  • the manufacturing cost of the frame structure may increase, the transportation cost may increase due to the increase in the weight of the frame structure, and the installation cost of the frame structure may increase.
  • a main invention for solving the above-mentioned problems is to provide a rotating device, which is attached to a rotary shaft and includes a blade for rotating the rotary shaft in response to a flow of a fluid flowing in a predetermined direction, in the fluid.
  • the shape is such that the thickness decreases in a direction intersecting with the predetermined direction from the upstream side to the downstream side of the fluid along the predetermined direction.
  • the present invention it is possible to suppress turbulence of a fluid flow that may occur in a region on the downstream side of a frame member placed in a fluid and generation of a vortex such as a Karman vortex. It is possible to improve the power generation efficiency by suppressing the turbulence. Further, since the frame structure can be manufactured with low strength, the manufacturing cost of the frame structure can be reduced. Further, since the weight of the frame structure can be reduced and the method of fixing the frame to the port structure or the like can be simplified, the installation cost of the frame structure can be reduced. Further, since the flow turbulence can be suppressed by rectifying the flow of the fluid, the power generation efficiency can be improved.
  • the frame structure can be manufactured with low strength, so that the manufacturing cost of the frame structure can be reduced. Further, since the weight of the frame structure can be reduced and the method of fixing the frame structure to the harbor structure or the like can be simplified, the installation cost of the frame structure can be reduced.
  • FIG. 3 is a plan view showing an example of a flow turbulence and a Karman vortex generation situation occurring in a frame of a vertical-axis type rotating device as viewed from the +Y direction.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a turbulence of a flow, a Karman vortex, or a wave generated in a frame surrounding a vertical-axis type rotating device.
  • the X-axis is the axis along the long axis of the cross section of the first frame member
  • the Y-axis is the direction along the rotation axis 100
  • the Z-axis is the axis perpendicular to the X-axis and the Y-axis. is there. Note that, in FIGS. 1 to 11, the same members will be described with the same numerals. Further, in the following description, it is assumed that the fluid is flowing along the X-axis unless conditions are specified. Further, in the frame structure, the side in the fluid flow direction may be referred to as “downstream side”, and the side in the fluid flow direction may be referred to as “upstream side”.
  • the direction along the X axis may be referred to as “X direction”
  • the direction along the Y axis may be referred to as “Y direction”
  • the direction along the Z axis may be referred to as “Z direction”.
  • the + side may be indicated by “+”
  • the ⁇ side may be indicated by “ ⁇ ”.
  • a section of the first frame member that is sectioned by a plane including the X axis and the Z axis is referred to as an "XZ section”
  • a section of the second frame member that is sectioned by a plane that includes the X axis and the Y axis is referred to as an "XY section”. May be shown.
  • FIG. 8 is a configuration diagram showing an example of the power generation device 1000.
  • FIG. 9 is a perspective view showing an example in which the frame 130 is provided in the vertical axis type rotation device 200.
  • the rotating device 200 is a device that transmits a rotational force to the speed increasing device 300 of the power generating device 1000 (including a turbine (not shown)) via the rotating shaft 100.
  • the speed increaser 300 is a device that increases the rotation speed of the rotating shaft 100 and transmits it to the generator 400.
  • the power generation device 1000 is, for example, a tidal current power generation device.
  • the tidal power generation device is a power generation device that generates electric power by rotating a water turbine using tidal energy generated by tidal power.
  • the rotating device 200 supported by the frame structure according to the present embodiment refers to a rotating device of a vertical axis type power generating device such as a Darrieus type.
  • the rotating device 200 of the tidal power generator is fixed to the frame 130 underwater.
  • the frame 130 for example, one of the frame members 131 provided in parallel with the rotating shaft 100 is fixed to a concrete structure such as a coastal structure or a pier foundation.
  • the frame 130 may be fixed on a foundation such as concrete installed on the sea floor, or may be fixed on a floating body installed on the sea surface.
  • the frame 130 is pivotally supported by the rotating shaft 100 via bearings 140A and 140B so that the rotating shaft 100 can rotate.
  • the rotating device 200 of the tidal current power generator is configured to include a rotating shaft 100 and a blade 120.
  • a rotating shaft 100 For example, one end of the rotary shaft 100 in the X direction is connected to the speed increaser 300.
  • the rotating shaft 100 transmits the rotational force to the speed increaser 300.
  • the rotating shaft 100 rotates, for example, in a clockwise direction (hereinafter, referred to as “rotating direction”) when the blade 120 described below is viewed from the +Y direction.
  • the blade 120 is a member that obtains a lift force in the rotation direction by the flow of fluid.
  • the blade 120 is rotating around the rotating shaft 100.
  • the blade 120 is connected to the rotary shaft 100 via arms 110 provided at both ends thereof.
  • the blade 120 transmits the lift force in the rotation direction via the arm 110 to the rotation shaft 100 as the rotation force in the rotation direction.
  • the arms 110 extend radially from the rotating shaft 100, for example.
  • the rotating device 200 is described as a vertical shaft type, but for example, the rotating device 200 in which the rotating shaft 100 is provided horizontally (for example, in the Z direction) or the rotating device 200 provided obliquely with respect to the horizontal.
  • the manner in which the rotary shaft 100 is installed is not limited.
  • the blade 120 of the rotating device 200 may be attached to the rotating shaft 100 without using the arms 110 and 111.
  • the rotary device 100 in which the rotary shaft 100 is provided vertically (Y direction) will be described.
  • FIG. 10 is a plan view showing an example of the flow turbulence and the Karman vortex generation situation occurring in the frame member 131 of the vertical axis type rotation device 200 as viewed from the +Y direction.
  • FIG. 11 is a perspective view showing a turbulence of a flow, a Karman vortex, or a wave generated in a frame 130 surrounding the vertical-axis type rotating device 200. The fluid flows from the ⁇ X direction to the +X direction.
  • the rotating shaft 100 is arranged perpendicular to the X direction in the fluid.
  • the frame 130 is provided so as to surround the rotating device 200 so as to support the rotating device 200.
  • a pressure drop portion is generated on the downstream side of the frame member 131.
  • a viscous pressure resistance is applied to the frame member 131 by the pressure reducing portion.
  • eddy-forming resistance is generated by turbulence of the flow caused by the pressure drop portion and vortices such as Karman vortices (hereinafter referred to as “vortex”).
  • vortices such as Karman vortices (hereinafter referred to as “vortex”).
  • waves are generated near the water surface due to the turbulence and vortex of the flow due to the frame member 131 near the water surface, wave-making resistance is generated in the frame 130.
  • the turbulence of the flow is turbulence due to a change in the direction of the flow or separation of the fluid caused by an effect such as the shape of an object placed in the fluid.
  • the vortex is a vortex that occurs alternately on the downstream side (the +X direction side) of the obstacle when the obstacle is arranged in the fluid.
  • the frame member 132 is also assumed to have the above-described flow disturbance and vortex, and the description thereof will be omitted.
  • a frame structure characterized by the shape of the frame member is provided so as to suppress turbulence and vortices in the flow.
  • the frame structure will be described in detail.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a frame structure 10 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an enlarged example of the frame structure 10 according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is an XZ sectional view showing an example of the first frame member 11 according to the first embodiment viewed from the +Y direction.
  • the frame structure 10 is a structure that supports the rotating device 200 when placed in a fluid and suppresses turbulence and vortex of the flow that may occur on the downstream side of the frame structure 10. ..
  • the frame structure 10 also suppresses the generation of waves near the water surface.
  • the frame structure 10 supports the rotary shaft 100 via bearings 15A and 15B, for example.
  • any frame member of the frame structure 10 is directly or indirectly fixed to a harbor structure or the like.
  • the frame structure 10 includes, for example, a first frame member 11, a second frame member 12, a third frame member 13, a fourth frame member 14, and bearings 15A and 15B. It is configured to be combined to form a substantially rectangular parallelepiped space. Further, the frame structure 10 is arranged and formed so that the blades 120 do not contact the first to fourth frame members 11 to 14.
  • the first frame member 11 is a frame member provided substantially parallel to the rotation shaft 100.
  • the first frame member 11 is made of, for example, a stainless material.
  • the first frame member 11 has a shape that suppresses turbulence and vortex of the fluid flow on the downstream side. For example, along the fluid flow direction (X direction), the thickness is reduced in the fluid flow direction (X direction) from the upstream side to the downstream side. As a result, the flow of the fluid on the downstream side of the first frame member 11 is rectified, so that it is possible to suppress the occurrence of a pressure drop portion that may occur on the downstream side. Further, they are formed symmetrically with respect to a cross section that passes through the central axis and is formed along the X direction and the Y direction.
  • the central axis means a tentative line passing through the center of the first frame member 11. Further, they are formed symmetrically with respect to a cross section that passes through the central axis and is formed along the X direction and the Z direction. As a result, the fluid smoothly flows from the upstream side to the downstream side, so that turbulence of the flow and generation of vortices can be suppressed. From the above, as shown in FIG. 2, since the first frame member 11 rectifies the fluid flowing from the upstream side to the downstream side, it is possible to suppress the generation of turbulence and vortex of the flow that may occur on the downstream side. It does not hinder the rotation of the blade 120 arranged on the downstream side.
  • the first frame member 11 has, for example, an elliptical XZ cross section.
  • the long axis of the XZ cross section is arranged along the direction of fluid flow (X direction). Accordingly, the fluid smoothly flows along the peripheral surface on the upstream side with respect to the central axis of the first frame member 11 and smoothly along the peripheral surface also on the downstream side with respect to the central axis.
  • the first frame member 11 is, for example, a water surface direction (+Y direction) from a portion where second to fourth frame members 12 to 14 described later are joined. It is formed so as to extend toward.
  • the extending length is set to such a length that the first frame member 11 projects from the water surface, for example.
  • the second frame member 12 is a frame member that is provided substantially perpendicular (Z direction) to the rotating shaft 100 and the fluid flow direction (X direction). Further, the second frame members 12 are arranged so as to bridge between the respective adjacent first frame members 11.
  • the second frame member 12 is made of, for example, a stainless material.
  • the second frame member 12 has a shape that suppresses turbulence and vortex of the fluid flow on the downstream side. The specific shape is the same as that in which the first frame member 11 is arranged in the Z direction for convenience of description, and thus the description thereof is omitted.
  • the third frame member 13 is a frame member provided along the direction of fluid flow (X direction). Further, the third frame member 13 is arranged so as to bridge between the adjacent first frame members 11.
  • the third frame member 13 is made of, for example, a stainless material.
  • the third frame member 13 has, for example, a columnar shape. More preferably, the frame structure 10 has a cylindrical shape having a minimum diameter within a range in which the design strength is maintained.
  • the fourth frame member 14 is a frame member that is provided so as to connect the first frame member 11 and the bearings 15A and 15B that are provided around the rotating shaft 100. That is, the fourth frame member 14 has one end joined to the first frame member 11 and the other end joined to the bearing 15A or the bearing 15B. Thereby, the frame structure 10 can support the rotating shaft 100 via the bearings 15A and 15B.
  • the fourth frame member 14 is made of, for example, a stainless material.
  • the fourth frame member 14 has, for example, a columnar shape. More preferably, the frame structure 10 has a cylindrical shape having a minimum diameter within a range in which the design strength is maintained.
  • the bearings 15A and 15B are ball bearings made of, for example, a stainless material.
  • the bearings 15A and 15B are provided so as to be interposed between the rotating shaft 100 and the fourth frame member 14. This allows the frame structure 10 to support the rotating shaft 100 while the rotating shaft 100 is rotating.
  • the bearings 15A and 15B preferably include, for example, a thrust collar (not shown) so that the frame structure 10 does not move in the Y direction with respect to the rotating shaft 100.
  • the major axes of the four first frame members 11 are arranged in the same direction (X direction). Further, both ends of each are arranged flush with each other in the horizontal direction (XZ plane).
  • the second frame member 12 is arranged along the minor axis direction (Z direction) of the first frame member 11.
  • the second frame member 12 is arranged so as to bridge between the pair of first frame members 11 facing each other in the Z direction.
  • the second frame member 12 on the upper side (+Y direction side) is arranged below the upper end portion (end portion on the +Y direction side) of the first frame member 11 by a certain distance.
  • the lower ( ⁇ Y direction side) second frame member 12 is arranged at the lower end (the ⁇ Y direction side end) of the first frame member 11. Then, the first frame member 11 and the second frame member 12 are joined by welding or the like.
  • the third frame member 13 is arranged along the major axis direction (X direction) of the first frame member 11.
  • the third frame member 12 is arranged so as to bridge between the pair of first frame members 11 facing each other in the X direction.
  • the third frame member 13 on the upper side (+Y direction side) is arranged below the upper end portion (end portion on the +Y direction side) of the first frame member 11 by a certain distance.
  • the lower ( ⁇ Y direction side) third frame member 13 is arranged at the lower end portion ( ⁇ Y direction side end portion) of the first frame member 11. Then, the first frame member 11 and the third frame member 13 are joined by welding or the like.
  • the fourth frame rate is arranged so that the pair of first frame members 11 are arranged diagonally.
  • the fourth frame member 14 on the upper side (+Y direction side) is arranged below the upper end portion (end portion on the +Y direction side) of the first frame member 11 by a certain distance.
  • the lower ( ⁇ Y direction side) fourth frame member 14 is arranged at the lower end portion ( ⁇ Y direction side end portion) of the first frame member 11.
  • the bearing 15A or the bearing 15B is arranged between the pair of fourth frame members 14 arranged along the diagonal line.
  • the fourth frame member 14 has one end joined to the first frame member 11 and the other end joined to the bearing 15A or the bearing 15B. That is, the bearings 15A and 15B are supported by the fourth frame member 14 at four points.
  • the bearings 15A and 15B are arranged at equal intervals from the respective first frame members 11 when viewed in the Y direction.
  • the frame structure 10 can rotatably support the rotating shaft 100 via the bearings 15A and 15B.
  • the frame structure 10 is preferably arranged such that the upper end portion (the end portion on the +Y direction side) of the first frame member 11 slightly projects from the water surface.
  • the frame structure 10 rectifies the fluid flowing from the upstream side to the downstream side, so that the turbulence of the flow on the downstream side of the first frame member 11 and the second frame member 12 Suppress the generation of vortices. It also suppresses the generation of waves near the water surface. As a result, the resistance of the blade 120 in the rotating direction due to the fluid can be reduced.
  • the first frame member 11 is provided in parallel with the rotation axis 100 and has an elliptical XZ cross section, so that when the fluid flows from the upstream side toward the central axis, Resistance to the fluid can be reduced. Further, when the fluid flows from the central axis toward the downstream side, the fluid smoothly flows along the peripheral surface. Further, since the first frame member 11 is provided so as to project toward the water surface, it is possible to reduce the occurrence of the above-mentioned pressure drop portion and suppress the occurrence of waves.
  • the second frame member 12 is provided perpendicularly (Z direction) to the rotating shaft 100 and the direction of fluid flow (X direction), and has an elliptical XY cross section (not shown).
  • Z direction the direction of fluid flow
  • X direction the direction of fluid flow
  • elliptical XY cross section not shown.
  • the third frame member 13 and the fourth frame member 14 have columnar shapes because the pressure drop portion is not particularly large when the fluid is flowing from the X direction.
  • each cross section has an elliptical shape, it is possible to reduce the occurrence of the pressure drop portion similarly to the first frame member 11 and the second frame member 12, so that it is possible to suppress the turbulence of the flow and the generation of the vortex. ..
  • FIG. 4 is a perspective view showing an example of the frame structure 20 according to the second embodiment.
  • FIG. 5 is an XZ sectional view showing an example of the first frame member 21 according to the second embodiment viewed from the +Y direction.
  • the frame structure 20 is a structure that, when placed in a fluid, supports the rotating device 200 and suppresses turbulence and vortex of the flow that may occur on the downstream side of the frame structure 20. .. Further, the frame structure 20 can also suppress generation of waves near the water surface.
  • the frame structure 20 supports the rotating shaft 100 via bearings 25A and 25B, for example.
  • any frame member of the frame structure 20 is directly or indirectly fixed to a harbor structure or the like.
  • the frame structure 20 includes, for example, a first frame member 21, a second frame member 22, a third frame member 23, a fourth frame member 24, and bearings 25A and 25B. It is configured to be combined to form a substantially rectangular parallelepiped space.
  • the frame structure 20 is arranged and formed so as not to contact the blade 120.
  • the third frame member 23, the fourth frame member 24, and the bearings 25A and 25B in the frame structure 20 according to the second embodiment the third frame in the frame structure 10 according to the first embodiment. Since the member 13, the fourth frame member 14, and the bearings 15A and 15B are the same, the description thereof will be omitted. Further, in the following description, regarding the first frame member 21 and the second frame member 22 in the frame structure 20 according to the second embodiment, the first frame member 11 and the second frame member 21 in the frame structure 10 according to the first embodiment are described. Only the difference from the frame member 12 will be described.
  • the first frame member 21 has, for example, a rhombic shape in the XZ cross section.
  • the longer diagonal line of the XZ cross section is formed along the direction of fluid flow (X direction). Accordingly, the fluid smoothly flows along the peripheral surface on the upstream side with respect to the central axis of the first frame member 21 and smoothly along the peripheral surface on the downstream side with respect to the central axis. That is, it is possible to suppress turbulence of the flow and generation of vortices on the downstream side of the first frame member 21.
  • the second frame member 22 has, for example, an XY cross section (not shown) in a rhombus shape.
  • the longer diagonal line of the XY cross section is arranged along the direction of fluid flow (X direction).
  • FIG. 6 is a perspective view showing an example of the frame structure 30 according to the third embodiment.
  • FIG. 7 is an XZ sectional view showing an example of the first frame member 31 according to the third embodiment as viewed from the +Y direction.
  • the frame structure 30 is a structure that supports the rotating device 200 when placed in a fluid and suppresses turbulence and vortex of the flow that may occur on the downstream side of the frame structure 30. .. Further, the frame structure 30 can also suppress the generation of waves near the water surface.
  • the frame structure 30 supports the rotating shaft 100 via bearings 35A and 35B, for example.
  • any frame member of the frame structure 30 is directly or indirectly fixed to a harbor structure or the like.
  • the frame structure 30 includes, for example, a first frame member 31, a second frame member 32, a third frame member 33, a fourth frame member 34, and bearings 35A and 35B. It is configured to be combined to form a substantially rectangular parallelepiped space. The frame structure 30 is arranged and formed so as not to contact the blade 120.
  • the third frame member 33, the fourth frame member 34, and the bearings 35A and 35B in the frame structure 30 according to the third embodiment the third frame in the frame structure 10 according to the first embodiment. Since the member 13, the fourth frame member 14, and the bearings 15A and 15B are the same, the description thereof will be omitted. Further, in the following description, regarding the first frame member 31 and the second frame member 32 in the frame structure 30 according to the third embodiment, the first frame member 11 and the second frame member 32 in the frame structure 10 according to the first embodiment will be described. Only the difference from the frame member 12 will be described.
  • the first frame member 31 has, for example, an XZ cross section of a substantially rhombic shape.
  • the substantially rhombic shape means a shape in which a corner portion of a shorter diagonal line of the rhombic shape is curved. That is, the corner portion of the shorter diagonal line along the Z direction in the XZ cross section of the first frame member 31 is formed to be curved.
  • the first frame member 31 is arranged such that the longer diagonal line of the XZ section is along the direction of fluid flow (X direction).
  • the fluid smoothly flows along the peripheral surface on the upstream side with respect to the central axis of the first frame member 31 and smoothly along the peripheral surface on the downstream side with respect to the central axis. That is, the flow turbulence and the generation of vortices can be suppressed on the downstream side of the first frame member 31.
  • the second frame member 32 has, for example, an XY cross section (not shown) of a substantially rhombic shape.
  • the longer diagonal line of the XY cross section is formed along the direction of fluid flow (X direction).
  • the assembling procedure and the operation of the frame structure 30 according to the third embodiment are the same as the assembling procedure and the operation of the frame structure 10 according to the first embodiment, and thus the description thereof will be omitted.
  • the frame structures 10, 20, 30 are described as being configured by combining the first to fourth frame members 11-14, 21-24, 31-34, but the invention is not limited to this.
  • the frame structures 10, 20, 30 may include at least the first frame members 11, 21, 31 or the second frame members 12, 22, 32 so as to suppress resistance to the flow of fluid. .. That is, the arrangement and configuration of the other frame members are not particularly limited.
  • first frame members 11, 21, 31 are described as being formed symmetrically with respect to a cross section that passes through the central axis and that is formed along the X direction and the Y direction, but the present invention is not limited to this. It does not need to be formed symmetrically, and may be formed, for example, in a substantially wing shape.
  • first frame members 11, 21, 31 are described as being symmetrically formed with the cross section formed by the first frame member 11, 21, 31 passing through the central axis and along the X direction and the Z direction as a boundary. Not limited. It does not need to be formed symmetrically, and may be formed in a streamlined shape, for example.
  • the first frame members 11, 21 and 31 are extended from the portion joined to the second to fourth frame members 12 to 14, 22 to 24 and 32 to 34 in the water surface direction (+Y direction).
  • the present invention is not limited to this.
  • it may not be formed to extend. In this case, the so-called wave-making resistance suppressing effect is reduced, but the so-called vortex-making resistance suppressing effect is ensured.
  • the second frame members 12, 22, 32 are described as having the same shape as the first frame members 11, 21, 31, but the present invention is not limited to this.
  • the XY cross section of the second frame members 12, 22, 32 may be circular, rhombic or substantially rhombic.
  • the third frame members 13, 23, 33 are described as having a cylindrical shape, but the present invention is not limited to this.
  • the third frame members 13, 23, and 33 may have an YZ cross section along the Y axis and the Z axis that is elliptical, rhombic, or substantially rhombic. As a result, even when the fluid flow deviates from the direction along the X axis in the Z direction, it is possible to suppress the turbulence of the fluid flow and the generation of vortices on the downstream side of the third frame members 13, 23, 33.
  • the fourth frame members 14, 24, 34 are described as having a columnar shape, but the present invention is not limited to this.
  • the fourth frame members 14, 24, 34 may have an elliptical shape, a rhombus shape, or a substantially rhombus shape in a cross section perpendicular to the central axis. Accordingly, even when the fluid flow deviates from the direction along the X axis in the Z direction, it is possible to suppress the turbulence of the fluid flow and the generation of vortices on the downstream side of the fourth frame members 14, 24, 34.
  • the frame structures 10, 20, 30 are attached to the rotating shaft 100, and receive the flow of the fluid flowing in the predetermined direction (X direction) to rotate the rotating shaft 100.
  • a frame structure 10 which includes a plurality of first to fourth frame members 11 to 14, 21 to 24, and 31 to 34, which fixes a rotating device 200 including 120 and a structure in a fluid.
  • the first to fourth frame members 11 to 14, 21 to 24, and 31 to 34 at least the first and second frame members 11, 12, 21, 21, 22, 31 and 32 are the first and fourth frame members 20 and 30.
  • the resistance given to the first and second frame members 11, 12, 21, 22, 31, 32 due to the fluid flowing from the upstream side of the second frame members 11, 12, 21, 22, 31, 32.
  • the thickness decreases in the direction (Z direction) intersecting the predetermined direction (X direction) from the upstream side to the downstream side of the fluid along the predetermined direction (X direction).
  • the flow turbulence and the vortex can be suppressed, and the resistance in the rotation direction of the blade 120 due to the flow turbulence and the vortex can be reduced, so that the rotation efficiency of the rotating device 200 can be improved.
  • the generation of waves can be suppressed near the water surface.
  • the first and second frame members 11, 12, 21, 22, 31, 32 pass through the central axis, and the direction (Y Direction) and a predetermined direction (X direction).
  • Y Direction the direction
  • X direction a predetermined direction
  • the first frame members 11, 21 and 31 pass through the central axis, and the direction (Y direction) along the central axis and the predetermined direction (X direction).
  • a direction (Z direction) perpendicularly intersecting with the above) are formed symmetrically with respect to a surface formed by.
  • the second frame members 12, 22, 32 are formed by a direction (Z direction) passing through the central axis and along the central axis and a direction (Y direction) perpendicular to a predetermined direction (X direction). Are formed symmetrically with respect to the plane.
  • the fluid smoothly flows along the peripheral surface from the upstream side to the downstream side of the first and second frame members 11, 12, 21, 22, 31, 32, the flow of the flow on the downstream side is reduced. Generation of turbulence and vortex can be suppressed. Further, it is possible to more efficiently suppress the generation of waves near the water surface.
  • the plurality of frame members include the first frame member 11 provided in parallel with the rotating shaft 100, and the first frame member 11 is the first frame member.
  • the XZ section perpendicular to the central axis of the frame member 11 has an elliptical shape, and the major axis of the XZ section is provided along a predetermined direction (X direction) so as to suppress the resistance of the fluid.
  • X direction a predetermined direction
  • the flow turbulence and the vortex can be efficiently suppressed, and the resistance in the rotation direction of the blade 120 due to the flow turbulence and the vortex can be reduced, so that the rotation efficiency of the rotating device 200 can be improved.
  • the generation of waves can be suppressed near the water surface.
  • the plurality of frame members include the rotating shaft 100 and the second frame member 12 provided orthogonal to the predetermined direction (X direction),
  • the second frame member 12 has an elliptical XY cross section along the rotation axis 100 and a predetermined direction (X direction), and the long axis of the XY cross section has a predetermined direction (X direction) so as to suppress fluid resistance. It is installed along.
  • the flow turbulence and the vortex can be efficiently suppressed, and the resistance in the rotation direction of the blade 120 due to the flow turbulence and the vortex can be reduced, so that the rotation efficiency of the rotating device 200 can be improved.
  • the generation of waves can be suppressed near the water surface.
  • the plurality of frame members include the first frame member 21 provided in parallel with the rotating shaft 100, and the first frame member 21 is the first frame member.
  • the XZ cross section perpendicular to the central axis of the frame member 21 has a rhombus shape, and a longer diagonal line in the XZ cross section is provided along a predetermined direction (X direction) so as to suppress fluid resistance.
  • X direction a predetermined direction
  • the flow turbulence and the vortex can be efficiently suppressed, and the resistance in the rotation direction of the blade 120 due to the flow turbulence and the vortex can be reduced, so that the rotation efficiency of the rotating device 200 can be improved.
  • the generation of waves can be suppressed near the water surface.
  • the plurality of frame members (21 to 24) include the rotating shaft 100 and the second frame member 22 provided orthogonal to the predetermined direction (X direction),
  • the second frame member 22 has a rhombus shape in the XY cross section along the rotation axis 100 and the predetermined direction (X direction), and the longer diagonal line in the XY cross section is in the predetermined direction (X direction) so as to suppress the resistance of the fluid.
  • the flow turbulence and the vortex can be efficiently suppressed, and the resistance in the rotation direction of the blade 120 due to the flow turbulence and the vortex can be reduced, so that the rotation efficiency of the rotating device 200 can be improved.
  • the generation of waves can be suppressed near the water surface.
  • the plurality of frame members include the first frame member 31 provided in parallel with the rotating shaft 100, and the first frame member 31 is the first frame member 31.
  • the XZ cross section perpendicular to the central axis of the frame member 31 has a substantially rhombic shape, and the shorter one along the direction (Z direction) orthogonal to the predetermined direction (X direction) in the XZ cross section is suppressed so as to suppress the resistance of the fluid.
  • the corner portion of the diagonal line is formed to be curved, and the longer diagonal line in the XZ cross section is provided along a predetermined direction (X direction).
  • the flow turbulence and the vortex can be efficiently suppressed, and the resistance in the rotation direction of the blade 120 due to the flow turbulence and the vortex can be reduced, so that the rotation efficiency of the rotating device 200 can be improved.
  • the generation of waves can be suppressed near the water surface.
  • the plurality of frame members (31 to 34) include the rotating shaft 100 and the second frame member 32 provided orthogonal to the predetermined direction (X direction),
  • the second frame member 32 has a substantially rhombic shape in the XY cross section along the rotation axis 100 and the predetermined direction (X direction), and is orthogonal to the predetermined direction (X direction) in the XY cross section so as to suppress the resistance of the fluid.
  • the corner portion of the shorter diagonal line along the direction (Y direction) is formed to be curved, and the longer diagonal line in the XY cross section is provided along the predetermined direction (X direction).
  • the flow turbulence and the vortex can be efficiently suppressed, and the resistance in the rotation direction of the blade 120 due to the flow turbulence and the vortex can be reduced, so that the rotation efficiency of the rotating device 200 can be improved.
  • the generation of waves can be suppressed near the water surface.
  • the fluid is water. According to this embodiment, it can be applied to the rotating device 200 for tidal current power generation.

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Abstract

【解決手段】　回転軸に取り付けられ、所定の方向に流れる流体の流れを受けて前記回転軸を回転させるブレードを含んで構成される回転装置を、前記流体中の構造物に固定する、複数のフレーム部材からなるフレーム構造体であって、前記フレーム部材は、前記フレーム部材の上流側から流れてくる前記流体に起因して前記フレーム部材に与えられる抵抗を抑制するように、前記所定の方向に沿って、前記流体の上流側から下流側に向かうにつれて、前記所定の方向と交差する方向における厚みが薄くなる形状を呈することを特徴とする。

Description

フレーム構造体
　本発明は、フレーム構造体に関する。
　例えば、潮流発電は、潮流のエネルギーを利用して回転力を起こして発電している。潮流発電では、一般的に流体に対して回転軸が垂直に設けられるダリウス式などの垂直軸式の回転装置が用いられている。垂直軸式の回転装置には、回転軸から放射状に延びるアームの先端に流体を受けるブレードが設けられている。ブレードは、流体の流れを受けて回転軸を回転させる。また、回転装置を港湾構造物などに固定するために、回転装置を取り囲むようにフレーム構造体が設けられている。フレーム構造体は、一般的に円柱形状のフレーム部材を組み合わせて構成されている。
特許第５１１３２８３号
　しかし、潮流発電において、フレーム構造体を流体が通過するときに、フレーム構造体の形状に起因して流体の流れが乱れることにより、フレーム構造体と流体との間で所謂剥離が生じる。これにより、フレーム構造体を構成するフレーム部材の下流側の領域において、カルマン渦などの渦が生じる。このようなフレーム構造体と流体との間で生じる剥離や渦により、フレーム部材の下流側では圧力低下が生じる。そして、フレーム構造体には、圧力低下により所謂粘性圧力抵抗が加わる。さらに、剥離により生じる流れの乱れやカルマン渦がフレーム部材の下流側で回転しているブレードに到達することにより、ブレードの周囲の流れを乱すため、回転動力への変換効率を大幅に低下させる。
　つまり、潮流発電では、流体による粘性圧力抵抗によりフレーム構造体に過度な抵抗がかかるため、フレーム構造体の強度やフレーム構造体を港湾構造物などに固定するときの強度を増大させる必要が生じることから、フレーム構造体の製造コストの増大、フレーム構造体の重量の増大による輸送コストの増大、フレーム構造体の設置コストの増大などを引き起こす虞があった。また、流れの乱れやカルマン渦などの渦により、ブレードの周囲の流れが乱されることで発電効率の低下を引き起こす虞があった。
　また、流れの乱れやカルマン渦などの渦が水面の近くで生じると、水面に波を生じさせるため、フレーム構造体に対して所謂造波抵抗を与えることとなる。これにより、上述したように、フレーム構造体の製造コストの増大、フレーム構造体の重量の増大による輸送コストの増大、フレーム構造体の設置コストの増大などを引き起こす虞があった。
　前述した課題を解決する主たる本発明は、回転軸に取り付けられ、所定の方向に流れる流体の流れを受けて前記回転軸を回転させるブレードと、を含んで構成される回転装置を、前記流体中の構造物に固定する、複数のフレーム部材からなるフレーム構造体であって、前記フレーム部材は、前記フレーム部材の上流側から流れてくる前記流体に起因して前記フレーム部材に与えられる抵抗を抑制するように、前記所定の方向に沿って、前記流体の上流側から下流側に向かうにつれて、前記所定の方向と交差する方向における厚みが薄くなる形状を呈することを特徴とする。
　本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。
　本発明によれば、流体中に置かれたフレーム部材の下流側の領域に生じるうる流体の流れの乱れやカルマン渦などの渦の発生を抑制することができるため、フレーム構造体に起因する潮流の乱れを抑制することにより、発電効率の向上が図れる。さらに、フレーム構造体を低強度で製造できるため、フレーム構造体の製造コストの低減が図れる。また、フレーム構造体の軽量化やフレームの港湾構造物などへの固定方法を簡素化できるため、フレーム構造体の設置コストの低減が図れる。また、流体の流れを整流することにより流れの乱れを抑制できるため、発電効率の向上が図れる。
　また、水面の近くで流れの乱れやカルマン渦などの渦が生じることに起因して水面に生じうる波を抑制することができる。これにより、フレーム構造体を低強度で製造できるため、フレーム構造体の製造コストの低減が図れる。また、フレーム構造体の軽量化やフレーム構造体の港湾構造物などへの固定方法を簡素化できるため、フレーム構造体の設置コストの低減が図れる。
第１実施形態に係るフレーム構造体の一例を示す斜視図である。 第１実施形態に係るフレーム構造体を拡大した一例を示す斜視図である。 第１実施形態に係る第１フレーム部材を＋Ｙ方向から見た一例を示す断面図である。 第２実施形態に係るフレーム構造体の一例を示す斜視図である。 第２実施形態に係る第１フレーム部材を＋Ｙ方向から見た一例を示す断面図である。 第３実施形態に係るフレーム構造体の一例を示す斜視図である。 第３実施形態に係る第１フレーム部材を＋Ｙ方向から見た一例を示す断面図である。 発電装置の一例を示す構成図である。 垂直軸式の回転装置にフレームが設けられている一例を示す斜視図である。 垂直軸式の回転装置のフレームに生じる流れの乱れやカルマン渦の発生状況を＋Ｙ方向から見た一例を示す平面図である。 垂直軸式の回転装置を取り囲むフレームに生じる流れの乱れやカルマン渦や波の発生状況を示す斜視図である。
　本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。
　尚、以下説明において、Ｘ軸は第１フレーム部材の断面の長軸に沿う軸であり、Ｙ軸は回転軸１００に沿う方向であり、Ｚ軸はＸ軸およびＹ軸に垂直に交わる軸である。なお、図１～図１１において、同一の部材については同一の数字を付して説明する。また、以下説明において、特に条件を明示していなければ、流体はＸ軸に沿って流れているものとする。また、フレーム構造体における、流体の流れる方向の側を「下流側」と示し、流体の流れてくる方向の側を「上流側」と示すことがある。また、Ｘ軸に沿う方向を「Ｘ方向」と示し、Ｙ軸に沿う方向を「Ｙ方向」と示し、Ｚ軸に沿う方向を「Ｚ方向」と示すこともある。また、「Ｘ方向」、「Ｙ方向」、「Ｚ方向」のそれぞれにおける＋側には「＋」を付けて示し、－側には「－」を付けて示すこともある。また、第１フレーム部材におけるＸ軸とＺ軸とを含む平面で区切った断面を「ＸＺ断面」と示し、第２フレーム部材におけるＸ軸とＹ軸とを含む平面で区切った断面を「ＸＹ断面」と示すこともある。
＝＝＝フレーム構造体を配置する回転装置２００＝＝＝
＜＜回転装置２００＞＞
　図８、図９を参照しつつ、本実施形態に係るフレーム構造体が支える回転装置２００の構成について説明をする。図８は、発電装置１０００の一例を示す構成図である。図９は、垂直軸式の回転装置２００にフレーム１３０が設けられている一例を示す斜視図である。
　図８に示すように、回転装置２００は、例えば発電装置１０００（タービン（不図示）を含む）の増速機３００に回転軸１００を介して回転力を伝達する装置である。また、増速機３００は、回転軸１００の回転速度を増速して発電機４００に伝達する装置である。発電装置１０００は、例えば潮流発電装置である。潮流発電装置は、潮汐により生じる潮流エネルギーを利用して水車を回転させることにより発電する発電装置である。本実施形態に係るフレーム構造体が支える回転装置２００とは、例えばダリウス式などの垂直軸式の発電装置の回転装置をいう。
　図９に示すように、潮流発電装置の回転装置２００は、水中でフレーム１３０に固定される。フレーム１３０は、例えば、回転軸１００と平行に設けられるフレーム部材１３１の何れかが湾岸構造物や橋脚基礎などのコンクリート構造物に固定される。なお、フレーム１３０は、海底に設置されたコンクリートなどの基礎上に固定されることや、海面に設置される浮体に固定されてもよい。フレーム１３０は、例えば回転軸１００が回動できるように、軸受１４０Ａ，１４０Ｂを介して回転軸１００に軸支されている。
　潮流発電装置の回転装置２００は、回転軸１００と、ブレード１２０と、を含んで構成されている。回転軸１００は、例えばＸ方向における一方の端部が増速機３００に接続されている。回転軸１００は、増速機３００に回転力を伝達する。回転軸１００は、後述するブレード１２０を＋Ｙ方向から見たときに、例えば時計周り方向（以下、「回転方向」と称する。）に回転する。ブレード１２０は、流体の流れにより、回転方向への揚力を得る部材である。ブレード１２０は、回転軸１００を中心に回転している。なお、ブレード１２０は、その両端部に設けられるアーム１１０を介して回転軸１００に接続されている。ブレード１２０は、アーム１１０を介して回転方向への揚力を、回転方向への回転力として回転軸１００に伝達する。アーム１１０は、例えば回転軸１００から放射状に延設されている。
　なお、上記において、回転装置２００は垂直軸式であるとして説明したが、例えば回転軸１００が水平（例えばＺ方向）に設けられる回転装置２００や、水平に対して斜めに設けられる回転装置２００でもよく、回転軸１００の設置される態様が限定されるものではない。また、回転装置２００のブレード１２０がアーム１１０，１１１を介さずに回転軸１００に取り付けられる回転装置２００でもよい。以下の説明では、回転装置２００の回転軸１００が垂直（Ｙ方向）に設けられているものについて説明する。
＜＜流体による抵抗＞＞
　図１０、図１１を参照しつつ、フレーム部材１３１，１３２に生じる流れの乱れやカルマン渦などの渦について説明する。図１０は、垂直軸式の回転装置２００のフレーム部材１３１に生じる流れの乱れやカルマン渦の発生状況を＋Ｙ方向から見た一例を示す平面図である。図１１は、垂直軸式の回転装置２００を取り囲むフレーム１３０に生じる流れの乱れやカルマン渦や波の発生状況を示す斜視図である。なお、流体は－Ｘ方向から＋Ｘ方向に向かって流れることとする。
　回転装置２００は、流体中において、例えば回転軸１００がＸ方向に対して垂直に配置されている。フレーム１３０は、回転装置２００を支えるように、回転装置２００を取り囲んで設けられる。
　図１０に示すように、流体がフレーム部材１３１を通過するときに、フレーム部材１３１の下流側に圧力低下部を生じる。フレーム部材１３１には、圧力低下部により粘性圧力抵抗が加わる。また、フレーム部材１３１には、圧力低下部に起因して生じる流れの乱れやカルマン渦などの渦（以下、「渦」と称する。）により造渦抵抗が生じる。さらに、水面の近くのフレーム部材１３１に起因する流れの乱れや渦により水面の近くに波が生じるため、フレーム１３０に造波抵抗が生じる。なお、流れの乱れとは、流体中に配置される物体の形状などの効果によって生じる流れの方向変化や流体の剥離による乱れである。また、渦とは、流体中に障害物を配置したときに障害物の下流側（＋Ｘ方向の側）において交互に生じる渦である。なお、説明の便宜上、フレーム部材１３２についても、上述した流れの乱れや渦が生じるものとして、その説明を省略する。
　図１１に示すように、流体がフレーム１３０の上流側からフレーム部材１３１，１３２に到達し、流体がフレーム部材１３１，１３２の周面に沿って下流側に流れるときに、フレーム部材１３１，１３２の下流側の領域において、流れの乱れや渦が生じる。流れの乱れや渦は、フレーム部材１３１，１３２の下流側において、回転軸１００を中心に回転しているブレード１２０に到達する。ブレード１２０は、その周りの潮流が乱されて回転に支障をきたす。また、ブレード１２０が水面の近くに配置されている場合には、フレーム部材１３１，１３２によって生じる波の影響により流体の流れが乱されるため、ブレード１２０の回転に支障をきたす。
　上述したように、流れの乱れや渦は、ブレード１２０の周りの流れを乱して、ブレード１２０が流体の運動エネルギーを軸の回転動力へ変換する効率を低下させる。そこで、流れの乱れや渦を抑制するように、フレーム部材の形状に特徴を有するフレーム構造体を提供する。以下、フレーム構造体について詳細に説明する。
＝＝＝第１実施形態に係るフレーム構造体１０＝＝＝
　図１～図３を参照しつつ、第１実施形態に係るフレーム構造体１０について説明をする。図１は、第１実施形態に係るフレーム構造体１０の一例を示す斜視図である。図２は、第１実施形態に係るフレーム構造体１０を拡大した一例を示す斜視図である。図３は、第１実施形態に係る第１フレーム部材１１を＋Ｙ方向から見た一例を示すＸＺ断面図である。
　第１実施形態に係るフレーム構造体１０は、流体中に配置されたときに、回転装置２００を支えるとともに、フレーム構造体１０の下流側で生じうる流れの乱れや渦を抑制する構造体である。また、フレーム構造体１０は、水面の近くにおいて波の発生をも抑制する。フレーム構造体１０は、例えば軸受１５Ａ，１５Ｂを介して回転軸１００を軸支している。図示していないが、フレーム構造体１０の何れかのフレーム部材が港湾構造物などに、直接的または間接的に固定される。
　＝＝構成＝＝
　図１に示すように、フレーム構造体１０は、例えば、第１フレーム部材１１と、第２フレーム部材１２と、第３フレーム部材１３と、第４フレーム部材１４と、軸受１５Ａ，１５Ｂと、を組み合わせて、略直方体の空間を形成するように構成されている。また、フレーム構造体１０は、第１～第４フレーム部材１１～１４とブレード１２０が接触しないように配置および形成されている。
　第１フレーム部材１１は、回転軸１００と略平行に設けられるフレーム部材である。第１フレーム部材１１は、例えばステンレス材料で形成されている。第１フレーム部材１１は、その下流側において、流体の流れの乱れや渦を抑制する形状を呈する。例えば、流体の流れの方向（Ｘ方向）に沿って、上流側から下流側に向かうにつれて、流体の流れの方向（Ｘ方向）における厚みが薄くなるように形成されている。これにより、第１フレーム部材１１の下流側における流体の流れが整流されるため、下流側に生じうる圧力低下部の発生を抑制することができる。また、中心軸を通り、Ｘ方向およびＹ方向に沿って形成される断面を境として対称に形成されている。これにより、Ｚ方向における流体の圧力差を低減することができる。なお、中心軸とは、第１フレーム部材１１の中心を通る仮線のことをいう。また、中心軸を通り、Ｘ方向およびＺ方向に沿って形成される断面を境として対称に形成されている。これにより、流体が上流側から下流側にスムーズに流れるため、流れの乱れや渦の発生を抑制できる。上述したことから、図２に示すように、第１フレーム部材１１は、上流側から下流側に向かって流れる流体を整流するため、下流側に生じうる流れの乱れや渦の発生を抑制でき、下流側に配されるブレード１２０の回転を阻害しない。
　図３に示すように、第１フレーム部材１１の形状について、より具体的に述べると、第１フレーム部材１１は、例えばＸＺ断面が楕円形状を呈する。ＸＺ断面の長軸が流体の流れの方向（Ｘ方向）に沿うように配置されている。これにより、流体は、第１フレーム部材１１の中心軸に対する上流側では周面に沿って滑らかに流れて、中心軸に対する下流側でも周面に沿って滑らかに流れる。
　また、フレーム構造体１０が回転軸１００に配置された状態において、第１フレーム部材１１は、例えば、後述する第２～第４フレーム部材１２～１４が接合される部分から水面方向（＋Ｙ方向）に向かって延び出るように形成されている。延び出る長さは、例えば、第１フレーム部材１１が水面から突出する程度の長さに設定される。これにより、水面近くにおける流れの乱れや渦の発生に起因して生じうる波の発生を抑制することができる。つまり、造波抵抗を低減できる。
　第２フレーム部材１２は、回転軸１００および流体の流れの方向（Ｘ方向）と略垂直（Ｚ方向）に設けられるフレーム部材である。また、第２フレーム部材１２は、隣接する夫々の第１フレーム部材１１の間を掛け渡すように配置されている。第２フレーム部材１２は、例えばステンレス材料で形成されている。第２フレーム部材１２は、その下流側において、流体の流れの乱れや渦を抑制する形状を呈する。具体的な形状については、説明の便宜上、第１フレーム部材１１をＺ方向に配置したものと同じであるため、その説明を省略する。
　第３フレーム部材１３は、流体の流れの方向（Ｘ方向）に沿うように設けられるフレーム部材である。また、第３フレーム部材１３は、隣接する夫々の第１フレーム部材１１の間を掛け渡すように配置されている。第３フレーム部材１３は、例えばステンレス材料で形成されている。第３フレーム部材１３は、例えば円柱形状を呈している。より好ましくは、フレーム構造体１０の設計強度が保たれる範囲内において最少の直径を有する円柱形状を呈する。
　第４フレーム部材１４は、第１フレーム部材１１と、回転軸１００に周設する軸受１５Ａ，１５Ｂと、を繋ぐように設けられるフレーム部材である。つまり、第４フレーム部材１４は、一端が第１フレーム部材１１と接合され、他端が軸受１５Ａまたは軸受１５Ｂと接合されている。これにより、フレーム構造体１０は、軸受１５Ａ，１５Ｂを介して回転軸１００を支えることができる。第４フレーム部材１４は、例えばステンレス材料で形成されている。第４フレーム部材１４は、例えば円柱形状を呈している。より好ましくは、フレーム構造体１０の設計強度が保たれる範囲内において最少の直径を有する円柱形状を呈する。
　軸受１５Ａ，１５Ｂは、例えばステンレス材料で形成されるボールベアリングである。軸受１５Ａ，１５Ｂは、回転軸１００と第４フレーム部材１４との間に介在して設けられている。これにより、回転軸１００が回転している状態において、フレーム構造体１０が回転軸１００を支えることができる。軸受１５Ａ，１５Ｂは、回転軸１００に対してフレーム構造体１０がＹ方向に移動しないように、例えばスラストカラー（不図示）を備えていることが好ましい。
　＝＝組み立て手順＝＝
　図１を参照しつつ、第１実施形態に係るフレーム構造体１０の組み立て手順の一例について、以下のとおり説明をする。
　まず、四つの第１フレーム部材１１の長軸を同方向（Ｘ方向）に配置する。また、夫々の両端部を水平方向（ＸＺ平面）に面一で配置する。
　次に、第１フレーム部材１１の短軸方向（Ｚ方向）に沿うように、第２フレーム部材１２を配置する。Ｚ方向に対向する一組の第１フレーム部材１１間を掛け渡すように、第２フレーム部材１２を配置する。上側（＋Ｙ方向側）の第２フレーム部材１２は、第１フレーム部材１１の上端部（＋Ｙ方向側の端部）よりも一定距離下側に配置される。また、下側（－Ｙ方向側）の第２フレーム部材１２は、第１フレーム部材１１の下端部（－Ｙ方向側の端部）に配置される。そして、第１フレーム部材１１と第２フレーム部材１２を溶接などで接合する。
　次に、第１フレーム部材１１の長軸方向（Ｘ方向）に沿うように、第３フレーム部材１３を配置する。Ｘ方向に対向する一組の第１フレーム部材１１間を掛け渡すように、第３フレーム部材１２を配置する。上側（＋Ｙ方向側）の第３フレーム部材１３は、第１フレーム部材１１の上端部（＋Ｙ方向側の端部）よりも一定距離下側に配置される。また、下側（－Ｙ方向側）の第３フレーム部材１３は、第１フレーム部材１１の下端部（－Ｙ方向側の端部）に配置される。そして、第１フレーム部材１１と第３フレーム部材１３を溶接などで接合する。
　次に、対角に配置される一組の第１フレーム部材１１をように、第４フレーム歩合を配置する。上側（＋Ｙ方向側）の第４フレーム部材１４は、第１フレーム部材１１の上端部（＋Ｙ方向側の端部）よりも一定距離下側に配置される。また、下側（－Ｙ方向側）の第４フレーム部材１４は、第１フレーム部材１１の下端部（－Ｙ方向側の端部）に配置される。そして、対角線に沿って配置される一組の第４フレーム部材１４の間に、軸受１５Ａまたは軸受１５Ｂが配置される。第４フレーム部材１４は、一端が第１フレーム部材１１と接合され、他端が軸受１５Ａまたは軸受１５Ｂと接合される。つまり、軸受１５Ａ，１５Ｂは、第４フレーム部材１４によって４点で支持される。なお、軸受１５Ａ，１５Ｂは、Ｙ方向から見たときに、夫々の第１フレーム部材１１から等間隔に配置される。
　次に、軸受１５Ａの中心孔と軸受１５Ｂの中心孔に回転軸１００を嵌入させる。これにより、フレーム構造体１０は、軸受１５Ａ，１５Ｂを介して回転軸１００を回転可能に支持することができる。フレーム構造体１０は、第１フレーム部材１１の上端部（＋Ｙ方向側の端部）が水面からわずかに突出するように配置されることが好ましい。
　＝＝作用＝＝
　図２を参照しつつ、第１実施形態に係るフレーム構造体１０の作用の一例について、以下のとおり説明する。
　Ｘ方向から流体が流れている状態において、フレーム構造体１０は、上流側から下流側に向かう流体を整流することにより、第１フレーム部材１１および第２フレーム部材１２の下流側において流れの乱れや渦の発生を抑制する。また、水面の近くにおいて、波の発生を抑制する。これにより、ブレード１２０の回転方向への流体による抵抗を低減できる。
　具体的に述べると、第１フレーム部材１１は、回転軸１００と平行に設けられ、ＸＺ断面が楕円形状を呈しているため、上流側から中心軸に向かって流体が流れるときに、周面と流体との間で抵抗を低減することができる。また、中心軸から下流側に向かって流体が流れるときに、流体が周面に沿って滑らかに流れる。さらに、第１フレーム部材１１は、水面に向かって突出するように設けられるため、上述した圧力低下部の発生を低減し、波の発生を抑制できる。
　第２フレーム部材１２は、回転軸１００および流体の流れの方向（Ｘ方向）と垂直（Ｚ方向）に設けられ、ＸＹ断面（不図示）が楕円形状を呈しているため、上流から中心軸に向かって流体が流れるときに、周面と流体との間で抵抗を低減することができる。また、中心軸から下流側に向かって流体が流れるときに、流体が周面に沿って滑らかに流れる。
　第３フレーム部材１３および第４フレーム部材１４は、Ｘ方向から流体が流れている状態においては特に圧力低下部の発生が大きくないため、円柱形状を呈している。しかし、例えば夫々の断面が楕円形状を呈している場合、第１フレーム部材１１および第２フレーム部材１２と同じように圧力低下部の発生を低減できるため、流れの乱れや渦の発生を抑制できる。
＝＝＝第２実施形態に係るフレーム構造体２０＝＝＝
　図４、図５を参照しつつ、第２実施形態に係るフレーム構造体２０について説明をする。図４は、第２実施形態に係るフレーム構造体２０の一例を示す斜視図である。図５は、第２実施形態に係る第１フレーム部材２１を＋Ｙ方向から見た一例を示すＸＺ断面図である。
　第２実施形態に係るフレーム構造体２０は、流体中に配置されたときに、回転装置２００を支えるとともに、フレーム構造体２０の下流側で生じうる流れの乱れや渦を抑制する構造体である。また、フレーム構造体２０は、水面の近くにおける波の発生も抑制できる。フレーム構造体２０は、例えば軸受２５Ａ，２５Ｂを介して回転軸１００を軸支している。そして、図示していないが、フレーム構造体２０の何れかのフレーム部材が港湾構造物などに、直接的または間接的に固定される。
　＝＝構成＝＝
　図４に示すように、フレーム構造体２０は、例えば、第１フレーム部材２１と、第２フレーム部材２２と、第３フレーム部材２３と、第４フレーム部材２４と、軸受２５Ａ，２５Ｂと、を組み合わせて、略直方体の空間を形成するように構成されている。フレーム構造体２０は、ブレード１２０と接触しないように配置および形成されている。
　なお、説明の便宜上、第２実施形態に係るフレーム構造体２０における第３フレーム部材２３、第４フレーム部材２４および軸受２５Ａ，２５Ｂについては、第１実施形態に係るフレーム構造体１０における第３フレーム部材１３、第４フレーム部材１４および軸受１５Ａ，１５Ｂと同じものであるため、その説明を省略する。また、以下説明において、第２実施形態に係るフレーム構造体２０における第１フレーム部材２１および第２フレーム部材２２については、第１実施形態に係るフレーム構造体１０における第１フレーム部材１１および第２フレーム部材１２と異なることのみ記載することとする。
　図５に示すように、第１フレーム部材２１は、例えばＸＺ断面が菱形形状を呈する。ＸＺ断面の長い方の対角線が流体の流れの方向（Ｘ方向）に沿うように形成されている。これにより、流体は、第１フレーム部材２１の中心軸に対する上流側では周面に沿って滑らかに流れ、中心軸に対する下流側でも周面に沿って滑らかに流れる。つまり、第１フレーム部材２１の下流側において流れの乱れや渦の発生を抑制できる。
　第２フレーム部材２２は、例えばＸＹ断面（不図示）が菱形形状を呈する。ＸＹ断面の長い方の対角線が流体の流れの方向（Ｘ方向）に沿うように配置されている。これにより、第１フレーム部材２１と同様に、第２フレーム部材２２下流側において流れの乱れや渦の発生を抑制できる。
　＝＝組み立て手順・作用＝＝
　説明の便宜上、第２実施形態に係るフレーム構造体２０の組み立て手順および作用については、第１実施形態に係るフレーム構造体１０の組み立て手順および作用と同様であるため、その説明を省略する。
＝＝＝第３実施形態に係るフレーム構造体３０＝＝＝
　図６、図７を参照しつつ、第３実施形態に係るフレーム構造体３０について説明をする。図６は、第３実施形態に係るフレーム構造体３０の一例を示す斜視図である。図７は、第３実施形態に係る第１フレーム部材３１を＋Ｙ方向から見た一例を示すＸＺ断面図である。
　第３実施形態に係るフレーム構造体３０は、流体中に配置されたときに、回転装置２００を支えるとともに、フレーム構造体３０の下流側で生じうる流れの乱れや渦を抑制する構造体である。また、フレーム構造体３０は、水面の近くにおける波の発生も抑制できる。フレーム構造体３０は、例えば軸受３５Ａ，３５Ｂを介して回転軸１００を軸支している。そして、図示していないが、フレーム構造体３０の何れかのフレーム部材が港湾構造物などに、直接的または間接的に固定される。
　＝＝構成＝＝
　図６に示すように、フレーム構造体３０は、例えば、第１フレーム部材３１と、第２フレーム部材３２と、第３フレーム部材３３と、第４フレーム部材３４と、軸受３５Ａ，３５Ｂと、を組み合わせて、略直方体の空間を形成するように構成されている。フレーム構造体３０は、ブレード１２０と接触しないように配置および形成されている。
　なお、説明の便宜上、第３実施形態に係るフレーム構造体３０における第３フレーム部材３３、第４フレーム部材３４および軸受３５Ａ，３５Ｂについては、第１実施形態に係るフレーム構造体１０における第３フレーム部材１３、第４フレーム部材１４および軸受１５Ａ，１５Ｂと同じものであるため、その説明を省略する。また、以下説明において、第３実施形態に係るフレーム構造体３０における第１フレーム部材３１および第２フレーム部材３２については、第１実施形態に係るフレーム構造体１０における第１フレーム部材１１および第２フレーム部材１２と異なることのみ記載することとする。
　図７に示すように、第１フレーム部材３１は、例えばＸＺ断面が略菱形形状を呈する。略菱形形状とは、菱形形状の短い方の対角線の角部が湾曲している形状をいう。つまり、第１フレーム部材３１のＸＺ断面におけるＺ方向に沿う短い方の対角線の角部が湾曲して形成されている。第１フレーム部材３１は、ＸＺ断面の長い方の対角線が流体の流れの方向（Ｘ方向）に沿うように配置されている。これにより、流体は、第１フレーム部材３１の中心軸に対する上流側では周面に沿って滑らかに流れ、中心軸に対する下流側でも周面に沿って滑らかに流れる。つまり、第１フレーム部材３１の下流側において流れの乱れや渦の発生を抑制できる。
　第２フレーム部材３２は、例えばＸＹ断面（不図示）が略菱形形状を呈する。ＸＹ断面の長い方の対角線が流体の流れの方向（Ｘ方向）に沿うように形成されている。これにより、第１フレーム部材３１と同様に、第２フレーム部材３２の下流側において流れの乱れや渦の発生を抑制できる。
　＝＝組み立て手順・作用＝＝
　説明の便宜上、第３実施形態に係るフレーム構造体３０の組み立て手順および作用については、第１実施形態に係るフレーム構造体１０の組み立て手順および作用と同様であるため、その説明を省略する。
　尚、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、例えば、本発明には以下のようなものも含まれる。
＝＝＝他の実施形態＝＝＝
＜＜フレーム構造体１０，２０，３０＞＞
　上記において、フレーム構造体１０，２０，３０は、第１～第４フレーム部材１１～１４，２１～２４，３１～３４を組み合わせて構成されているとして記載したが、これに限定されない。フレーム構造体１０，２０，３０は、流体の流れに対して抵抗を抑制するように、少なくとも第１フレーム部材１１，２１，３１または第２フレーム部材１２，２２，３２を有していればよい。つまり、その他のフレーム部材の配置および構成については、特に限定されるものではない。
＜＜第１フレーム部材１１，２１，３１＞＞
　上記において、第１フレーム部材１１，２１，３１は、中心軸を通り、Ｘ方向およびＹ方向に沿って形成される断面を境として対称に形成されているとして説明したが、これに限定されない。対称に形成されている必要はなく、例えば略翼型に形成されていてもよい。
　上記において、第１フレーム部材１１，２１，３１は、中心軸を通り、Ｘ方向およびＺ方向に沿ってと、で形成される断面を境として対称に形成されているとして説明したが、これに限定されない。対称に形成されている必要はなく、例えば流線型に形成されていてもよい。
　上記において、第１フレーム部材１１，２１，３１は、第２～第４フレーム部材１２～１４，２２～２４，３２～３４と接合される部分から水面方向（＋Ｙ方向）に向かって延び出るように形成されているとして説明したが、これに限定されない。例えば、延び出るように形成されていなくてもよい。この場合には、所謂造波抵抗の抑制効果は低減されるが、所謂造渦抵抗の抑制効果は確保される。
＜＜第２フレーム部材１２，２２，３２＞＞
　上記において、第２フレーム部材１２，２２，３２は、第１フレーム部材１１，２１，３１の形状と同様であるとして説明したが、これに限定されない。例えば、第１フレーム部材１１，２１，３１のＸＺ断面が楕円形状である場合に、第２フレーム部材１２，２２，３２のＸＹ断面が円形形状、菱形形状または略菱形形状であってもよい。
＜＜第３フレーム部材１３，２３，３３＞＞
　上記において、第３フレーム部材１３，２３，３３は円柱形状を呈するとして説明したが、これに限定されない。例えば、第３フレーム部材１３，２３，３３は、Ｙ軸とＺ軸に沿うＹＺ断面が楕円形状、菱形形状または略菱形形状を呈していてもよい。これにより、流体の流れがＸ軸に沿う方向からＺ方向にずれたときにでも、第３フレーム部材１３，２３，３３の下流側において流体の流れの乱れや渦の発生を抑制できる。
＜＜第４フレーム部材１４，２４，３４＞＞
　上記において、第４フレーム部材１４，２４，３４は円柱形状を呈するとして説明したが、これに限定されない。例えば、第４フレーム部材１４，２４，３４は、中心軸と垂直に交わる断面が楕円形状、菱形形状または略菱形形状を呈していてもよい。これにより、流体の流れがＸ軸に沿う方向からＺ方向にずれたときにでも、第４フレーム部材１４，２４，３４の下流側において流体の流れの乱れや渦の発生を抑制できる。
＝＝＝まとめ＝＝＝
　以上説明したように、本実施形態に係るフレーム構造体１０，２０，３０は、回転軸１００に取り付けられ、所定の方向（Ｘ方向）に流れる流体の流れを受けて回転軸１００を回転させるブレード１２０と、を含んで構成される回転装置２００を、流体中の構造物に固定する、複数の第１～第４フレーム部材１１～１４，２１～２４，３１～３４からなるフレーム構造体１０，２０，３０であって、第１～第４フレーム部材１１～１４，２１～２４，３１～３４のうち少なくとも第１，第２フレーム部材１１，１２，２１，２２，３１，３２は、第１，第２フレーム部材１１，１２，２１，２２，３１，３２の上流側から流れてくる流体に起因して第１，第２フレーム部材１１，１２，２１，２２，３１，３２に与えられる抵抗を抑制するように、所定の方向（Ｘ方向）に沿って、流体の上流側から下流側に向かうにつれて、所定の方向（Ｘ方向）と交差する方向（Ｚ方向）における厚みが薄くなる形状を呈する。本実施形態によれば、流れの乱れや渦を抑制でき、流れの乱れや渦によるブレード１２０の回転方向への抵抗を軽減できるため、回転装置２００の回転効率を向上できる。また、水面の近くにおいて波の発生を抑制できる。
　また、本実施形態に係るフレーム構造体１０，２０，３０において、少なくとも第１，第２フレーム部材１１，１２，２１，２２，３１，３２は、中心軸を通り、中心軸を通る方向（Ｙ方向）と、所定の方向（Ｘ方向）と、で形成される面を境として対称に形成される。本実施形態によれば、第１，第２フレーム部材１１，１２，２１，２２，３１，３２の一方の側面と他方の側面における流体の圧力差が発生しないため、流体の流れの乱れや渦をより効率よく抑制できる。また、水面の近くにおいて波の発生をより効率よく抑制できる。
　また、本実施形態に係るフレーム構造体１０，２０，３０において、第１フレーム部材１１，２１，３１は、中心軸を通り、中心軸に沿う方向（Ｙ方向）と、所定の方向（Ｘ方向）と垂直に交わる方向（Ｚ方向）と、で形成される面を境として対称に形成される。また、第２フレーム部材１２，２２，３２では、中心軸を通り、中心軸に沿う方向（Ｚ方向）と、所定の方向（Ｘ方向）と垂直に交わる方向（Ｙ方向）と、で形成される面を境として対称に形成される。本実施形態によれば、第１，第２フレーム部材１１，１２，２１，２２，３１，３２の上流側から下流側にかけて、流体が周面に沿ってスムーズに流れるため、下流側における流れの乱れや渦の発生を抑制できる。また、水面の近くにおいて波の発生をより効率よく抑制できる。
　また、本実施形態に係るフレーム構造体１０において、複数のフレーム部材（１１～１４）には、回転軸１００と平行に設けられる第１フレーム部材１１を含み、第１フレーム部材１１は、第１フレーム部材１１の中心軸に垂直なＸＺ断面が楕円形状を呈し、流体の抵抗を抑制するように、ＸＺ断面の長軸が所定の方向（Ｘ方向）に沿って設けられる。本実施形態によれば、流れの乱れや渦を効率よく抑制でき、流れの乱れや渦によるブレード１２０の回転方向への抵抗を軽減できるため、回転装置２００の回転効率を向上できる。また、水面の近くにおいて波の発生を抑制できる。
　また、本実施形態に係るフレーム構造体１０において、複数のフレーム部材（１１～１４）には、回転軸１００および所定の方向（Ｘ方向）に直交して設けられる第２フレーム部材１２を含み、第２フレーム部材１２は、回転軸１００および所定の方向（Ｘ方向）に沿うＸＹ断面が楕円形状を呈し、流体の抵抗を抑制するように、ＸＹ断面の長軸が所定の方向(Ｘ方向)に沿って設けられる。本実施形態によれば、流れの乱れや渦を効率よく抑制でき、流れの乱れや渦によるブレード１２０の回転方向への抵抗を軽減できるため、回転装置２００の回転効率を向上できる。また、水面の近くにおいて波の発生を抑制できる。
　また、本実施形態に係るフレーム構造体２０において、複数のフレーム部材（２１～２４）には、回転軸１００と平行に設けられる第１フレーム部材２１を含み、第１フレーム部材２１は、第１フレーム部材２１の中心軸に垂直なＸＺ断面が菱形形状を呈し、流体の抵抗を抑制するように、ＸＺ断面における長い方の対角線が所定の方向（Ｘ方向）に沿って設けられる。本実施形態によれば、流れの乱れや渦を効率よく抑制でき、流れの乱れや渦によるブレード１２０の回転方向への抵抗を軽減できるため、回転装置２００の回転効率を向上できる。また、水面の近くにおいて波の発生を抑制できる。
　また、本実施形態に係るフレーム構造体２０において、複数のフレーム部材（２１～２４）には、回転軸１００および所定の方向（Ｘ方向）に直交して設けられる第２フレーム部材２２を含み、第２フレーム部材２２は、回転軸１００および所定の方向（Ｘ方向）に沿うＸＹ断面が菱形形状を呈し、流体の抵抗を抑制するように、ＸＹ断面における長い方の対角線が所定の方向（Ｘ方向）に沿って設けられる。本実施形態によれば、流れの乱れや渦を効率よく抑制でき、流れの乱れや渦によるブレード１２０の回転方向への抵抗を軽減できるため、回転装置２００の回転効率を向上できる。また、水面の近くにおいて波の発生を抑制できる。
　また、本実施形態に係るフレーム構造体３０において、複数のフレーム部材（３１～３４）には、回転軸１００と平行に設けられる第１フレーム部材３１を含み、第１フレーム部材３１は、第１フレーム部材３１の中心軸に垂直なＸＺ断面が略菱形形状を呈し、流体の抵抗を抑制するように、ＸＺ断面における所定の方向（Ｘ方向）に直交する方向（Ｚ方向）に沿う短い方の対角線の角部が湾曲して形成され、ＸＺ断面における長い方の対角線が所定の方向（Ｘ方向）に沿って設けられる。本実施形態によれば、流れの乱れや渦を効率よく抑制でき、流れの乱れや渦によるブレード１２０の回転方向への抵抗を軽減できるため、回転装置２００の回転効率を向上できる。また、水面の近くにおいて波の発生を抑制できる。
　また、本実施形態に係るフレーム構造体３０において、複数のフレーム部材（３１～３４）には、回転軸１００および所定の方向（Ｘ方向）に直交して設けられる第２フレーム部材３２を含み、第２フレーム部材３２は、回転軸１００および所定の方向（Ｘ方向）に沿うＸＹ断面が略菱形形状を呈し、流体の抵抗を抑制するように、ＸＹ断面における所定の方向（Ｘ方向）に直交する方向（Ｙ方向）に沿う短い方の対角線の角部が湾曲して形成され、ＸＹ断面における長い方の対角線が所定の方向（Ｘ方向）に沿って設けられる。本実施形態によれば、流れの乱れや渦を効率よく抑制でき、流れの乱れや渦によるブレード１２０の回転方向への抵抗を軽減できるため、回転装置２００の回転効率を向上できる。また、水面の近くにおいて波の発生を抑制できる。
　また、本実施形態に係るフレーム構造体１０，２０，３０において、流体は、水であることを特徴とする。本実施形態によれば、潮流発電の回転装置２００において適用することができる。
１０，２０，３０　　フレーム構造体
１１，２１，３１　　第１フレーム部材
１２，２２，３２　　第２フレーム部材
１００　　回転軸
１２０　　ブレード
２００　　回転装置

Claims (10)

  1. 　回転軸に取り付けられ、所定の方向に流れる流体の流れを受けて前記回転軸を回転させるブレードを含んで構成される回転装置を、前記流体中の構造物に固定する、複数のフレーム部材からなるフレーム構造体であって、
    　前記フレーム部材は、前記フレーム部材の上流側から流れてくる前記流体に起因して前記フレーム部材に与えられる抵抗を抑制するように、前記所定の方向に沿って、前記流体の上流側から下流側に向かうにつれて、前記所定の方向と交差する方向における厚みが薄くなる形状を呈する
    　ことを特徴とするフレーム構造体。
  2. 　前記フレーム部材は、中心軸を通り、前記中心軸に沿う方向と、前記所定の方向と、で形成される面を境として対称に形成される
    　ことを特徴とする請求項１に記載のフレーム構造体。
  3. 　前記フレーム部材は、前記中心軸を通り、前記中心軸に沿う方向と、前記所定の方向と垂直に交わる方向と、で形成される面を境として対称に形成される
    　ことを特徴とする請求項２に記載のフレーム構造体。
  4. 　前記複数のフレーム部材は、前記回転軸と平行に設けられる第１フレーム部材を含み、
    　前記第１フレーム部材は、前記第１フレーム部材の中心軸に垂直な断面が楕円形状を呈し、前記抵抗を抑制するように、前記断面の長軸が前記所定の方向に沿って設けられる
    　ことを特徴とする請求項３に記載のフレーム構造体。
  5. 　前記複数のフレーム部材は、前記回転軸および前記所定の方向に直交して設けられる第２フレーム部材を含み、
    　前記第２フレーム部材は、前記回転軸および前記所定の方向に沿う断面が楕円形状を呈し、前記抵抗を抑制するように、前記断面の長軸が前記所定の方向に沿って設けられる
    　ことを特徴とする請求項４に記載のフレーム構造体。
  6. 　前記複数のフレーム部材は、前記回転軸と平行に設けられる第１フレーム部材を含み、
    　前記第１フレーム部材は、前記第１フレーム部材の中心軸に垂直な断面が菱形形状を呈し、前記抵抗を抑制するように、前記断面における長い方の対角線が前記所定の方向に沿って設けられる
    　ことを特徴とする請求項３に記載のフレーム構造体。
  7. 　前記複数のフレーム部材は、前記回転軸および前記所定の方向に直交して設けられる第２フレーム部材を含み、
    　前記第２フレーム部材は、前記回転軸および前記所定の方向に沿う断面が菱形形状を呈し、前記抵抗を抑制するように、前記断面における長い方の対角線が前記所定の方向に沿って設けられる
    　ことを特徴とする請求項６に記載のフレーム構造体。
  8. 　前記複数のフレーム部材は、前記回転軸と平行に設けられる第１フレーム部材を含み、
    　前記第１フレーム部材は、前記第１フレーム部材の中心軸に垂直な断面が略菱形形状を呈し、前記抵抗を抑制するように、前記断面における前記所定の方向に直交する方向に沿う短い方の対角線の角部が湾曲して形成され、前記断面における長い方の対角線が前記所定の方向に沿って設けられる
    　ことを特徴とする請求項３に記載のフレーム構造体。
  9. 　前記複数のフレーム部材は、前記回転軸および前記所定の方向に直交して設けられる第２フレーム部材を含み、
    　前記第２フレーム部材は、前記回転軸および前記所定の方向に沿う断面が略菱形形状を呈し、前記抵抗を抑制するように、前記断面における前記所定の方向に直交する方向に沿う短い方の対角線の角部が湾曲して形成され、前記断面における長い方の対角線が前記所定の方向に沿って設けられる
    　ことを特徴とする請求項８に記載のフレーム構造体。
  10. 　前記流体は、水である
    　ことを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載のフレーム構造体。
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