特開 2023-109543 タービン、及び流体供給システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023109543

(43)【公開日】2023-08-08

(54)【発明の名称】タービン、及び流体供給システム

(51)【国際特許分類】

   F03D 3/06 20060101AFI20230801BHJP

【ＦＩ】

F03D3/06 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022011109

(22)【出願日】2022-01-27

(71)【出願人】

【識別番号】000220262

【氏名又は名称】東京瓦斯株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】504173471

【氏名又は名称】国立大学法人北海道大学

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】日野 将人

(72)【発明者】

【氏名】鳥海 良一

(72)【発明者】

【氏名】相澤 望

(72)【発明者】

【氏名】村井 祐一

(72)【発明者】

【氏名】田坂 裕司

(72)【発明者】

【氏名】パク ヒョンジン

(72)【発明者】

【氏名】堀本 康文

(72)【発明者】

【氏名】梅村 崇弘

【テーマコード（参考）】

3H178

【Ｆターム（参考）】

3H178AA14

3H178AA40

3H178AA47

3H178BB31

3H178CC02

3H178DD70X

(57)【要約】

【課題】圧縮性流体が流通する管から高効率にエネルギーを獲得することを目的とする。
【解決手段】タービンは、圧縮性流体が流通する管の管軸方向に対して直交する回転軸方向周りに回転可能に前記管内に支持され、前記圧縮性流体の流れを受ける凹曲面を有する中空半球状に形成された第一、第二ブレードを備え、前記第一ブレードの前記凹曲面が前記管軸方向の一方側を向いた状態において、前記第二ブレードの前記凹曲面が前記管軸方向の他方側を向き、且つ、前記第一、第二ブレードは、一部がオーバーラップしつつ前記管軸方向及び前記回転軸方向に対する直交方向にずれて配置され、前記第一、第二ブレードの全体に対するオーバーラップ率が、前記第一、第二ブレードの間を流通する圧縮性流体においてチョーキング現象が生じないオーバーラップ率とされている。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧縮性流体が流通する管の管軸方向に対して直交する回転軸方向周りに回転可能に前記管内に支持され、前記圧縮性流体の流れを受ける凹曲面を有する中空半球状に形成された第一、第二ブレードを備え、
前記第一ブレードの前記凹曲面が前記管軸方向の一方側を向いた状態において、前記第二ブレードの前記凹曲面が前記管軸方向の他方側を向き、且つ、前記第一、第二ブレードは、一部がオーバーラップしつつ前記管軸方向及び前記回転軸方向に対する直交方向にずれて配置され、
前記第一、第二ブレードの全体に対するオーバーラップ率が、前記第一、第二ブレードの間を流通する圧縮性流体においてチョーキング現象が生じないオーバーラップ率とされている
タービン。

【請求項2】

圧縮性流体が流通する管の管軸方向に対して直交する回転軸方向周りに回転可能に前記管内に支持され、前記圧縮性流体の流れを受ける凹曲面を有する中空半球状に形成された第一、第二ブレードを備え、
前記第一ブレードの前記凹曲面が前記管軸方向の一方側を向いた状態において、前記第二ブレードの前記凹曲面が前記管軸方向の他方側を向き、且つ、前記第一、第二ブレードは、一部がオーバーラップしつつ前記管軸方向及び前記回転軸方向に対する直交方向にずれて配置され、
前記第一、第二ブレードの全体に対するオーバーラップ率が、１％以上８０％以下である
タービン。

【請求項3】

前記第一、第二ブレードに対する回転軸方向の一方側及び他方側には、スペーサが設けられている
請求項１又は２に記載のタービン。

【請求項4】

前記第一ブレードの前記凹曲面が前記管軸方向の一方側を向いた状態において、前記管軸方向に見て、前記第一、第二ブレード、及び前記スペーサによって円形状に形成されている
請求項３に記載のタービン。

【請求項5】

圧縮性流体が流通する管と、
前記管内に配置された請求項１～４のいずれか１項に記載のタービンと、
を備える流体供給システム。

【請求項6】

前記タービンは、
ガバナにおける圧縮性流体を減圧する構成部の上流側に設けられた前記管に配置されている
請求項５に記載の流体供給システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、タービン、及び流体供給システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

非特許文献１には、給水管に対してサボニウス型のタービンを配置し、エネルギーを取り出す構成が開示されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】S. Abdolkarim Payambarpour, Amir F. Najafi, Franco Magagnato, Investigation of deflector geometry and turbine aspect ratio effect on 3D modified in-pipe hydro Savonius turbine: Parametric study:, Renewable Energy 148(2020)44-59

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ガス等の圧縮性流体が流通する管に対してサボニウス型のタービンを配置し、エネルギーを取り出す構成は知られておらず、当該管に対してタービンを配置した場合に、当該管から高効率にエネルギーを獲得することが望まれる。

【0005】

本発明は、上記事実を考慮し、圧縮性流体が流通する管から高効率にエネルギーを獲得することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

第１態様に係るタービンは、圧縮性流体が流通する管の管軸方向に対して直交する回転軸方向周りに回転可能に前記管内に支持され、前記圧縮性流体の流れを受ける凹曲面を有する中空半球状に形成された第一、第二ブレードを備え、前記第一ブレードの前記凹曲面が前記管軸方向の一方側を向いた状態において、前記第二ブレードの前記凹曲面が前記管軸方向の他方側を向き、且つ、前記第一、第二ブレードは、一部がオーバーラップしつつ前記管軸方向及び前記回転軸方向に対する直交方向にずれて配置され、前記第一、第二ブレードの全体に対するオーバーラップ率が、前記第一、第二ブレードの間を流通する圧縮性流体においてチョーキング現象が生じないオーバーラップ率とされている。

【0007】

第１態様の構成によれば、第一、第二ブレードの凹曲面が、圧縮性流体の流れを受けて、タービンが予め定められた回転方向に回転する。このとき、圧縮性流体は、第一ブレードと第二ブレードとの間をＳ字状に流れる。

【0008】

これにより、管内の圧縮性流体が有する運動エネルギー（動圧）のみならず、圧力エネルギー（静圧）を回転力に変換することができる。この結果、第１態様の構成によれば、圧縮性流体が流通する管から高効率にエネルギーを獲得することができる。

【0009】

そして、第１態様の構成では、前記第一、第二ブレードの全体に対するオーバーラップ率が、前記第一、第二ブレードの間を流通する圧縮性流体においてチョーキング現象が生じないオーバーラップ率とされている。

【0010】

ここで、チョーキング現象とは、第一ブレードと第二ブレードとの間を流れる圧縮性流体の流速が音速程度となることで、質量流量が頭打ちになる現象である。なお、チョーキング現象は圧縮性流体特有の現象であり、圧縮性を有さない流体では、チョーキング現象は生じない。

【0011】

このように、第１態様の構成では、質量流量が頭打ちになる現象が生じないオーバーラップ率とされているため、圧縮性流体が流通する管から高効率にエネルギーを獲得することができる。

【0012】

第２態様に係るタービンは、圧縮性流体が流通する管の管軸方向に対して直交する回転軸方向周りに回転可能に前記管内に支持され、前記圧縮性流体の流れを受ける凹曲面を有する中空半球状に形成された第一、第二ブレードを備え、前記第一ブレードの前記凹曲面が前記管軸方向の一方側を向いた状態において、前記第二ブレードの前記凹曲面が前記管軸方向の他方側を向き、且つ、前記第一、第二ブレードは、一部がオーバーラップしつつ前記管軸方向及び前記回転軸方向に対する直交方向にずれて配置され、前記第一、第二ブレードの全体に対するオーバーラップ率が、前記オーバーラップ率が、１％以上８０％以下である。

【0013】

第２態様の構成によれば、第一、第二ブレードの凹曲面が、圧縮性流体の流れを受けて、タービンが予め定められた回転方向に回転する。このとき、圧縮性流体は、第一ブレードと第二ブレードとの間をＳ字状に流れる。

【0014】

これにより、管内の圧縮性流体が有する運動エネルギー（動圧）のみならず、圧力エネルギー（静圧）を回転力に変換することができる。この結果、第１態様の構成によれば、圧縮性流体が流通する管から高効率にエネルギーを獲得することができる。

【0015】

そして、第２態様の構成では、第一、第二ブレードの全体に対するオーバーラップ率が、１％以上８０％以下である。

【0016】

オーバーラップ率が８０％を超えると、第一ブレードと第二ブレードとの間を流れる圧縮性流体の流量が増大となるため、以下のことが推測される。すなわち、第一ブレードと第二ブレードとの間で流体溜まりが形成され、圧縮性流体の流れの抵抗となることが推測される。

【0017】

一方、オーバーラップ率が１％未満であると、第一ブレードと第二ブレードとの間を流れる圧縮性流体の流速が速くなるため、以下のことが推測される。すなわち、第一ブレードと第二ブレードとの間を流れる圧縮性流体の流速が速くなり、当該流速が音速程度になると、質量流量が頭打ちになる状態（すなわちチョーキング現象）が生じることが推測される。このため、オーバーラップ率が１％未満であると、圧縮性流体が流通する管内の圧縮性流体が有するエネルギーを回転力へ変換する変換効率が低下することが推測される。

【0018】

そして、第２態様の構成では、前述のように、オーバーラップ率が１％以上８０％以下であるため、圧縮性流体が流通する管から高効率にエネルギーを獲得することができる。

【0019】

第３態様に係るタービンは、第１態様又は第２態様において、前記第一、第二ブレードに対する回転軸方向の一方側及び他方側には、スペーサが設けられている。

【0020】

第３態様に係るタービンでは、スペーサによって、圧縮性流体が流通する管の内壁とタービンとの隙間が小さくなるため、圧縮性流体が、効率よく、第一ブレードと第二ブレードとの間を流れる。これにより、管内の圧縮性流体が有する運動エネルギー（動圧）のみならず、圧力エネルギー（静圧）を回転力に変換することができる。この結果、第３態様の構成によれば、圧縮性流体が流通する管から高効率にエネルギーを獲得することができる。

【0021】

第４態様に係るタービンは、第３態様において、前記第一ブレードの前記凹曲面が前記管軸方向の一方側を向いた状態において、前記管軸方向に見て、前記第一、第二ブレード、及び前記スペーサによって円形状に形成されている。

【0022】

第４態様に係るタービンでは、管軸方向に見て、第一、第二ブレード、及びスペーサによって円形状に形成されているので、圧縮性流体が流通する管の内壁とタービンとの隙間が周方向の全体において、小さくできる。このため、圧縮性流体が、効率よく、第一ブレードと第二ブレードとの間を流れる。これにより、管内の圧縮性流体が有する運動エネルギー（動圧）のみならず、圧力エネルギー（静圧）を回転力に変換することができる。この結果、第４態様の構成によれば、圧縮性流体が流通する管から高効率にエネルギーを獲得することができる。

【0023】

第５態様に係る流体供給システムは、圧縮性流体が流通する管と、前記管内に配置された第１～第４態様のいずれか１つのタービンと、を備える。

【0024】

このように、圧縮性流体が流通する管内に配置された第１～第４態様のいずれか１つのタービンを備えるため、圧縮性流体が流通する管から高効率にエネルギーを獲得する。

【0025】

第６態様に係る流体供給システムでは、第５態様において、前記タービンは、ガバナにおける圧縮性流体を減圧する構成部の上流側に設けられた前記管に配置されている。

【0026】

このため、タービンが、ガバナにおける圧縮性流体を減圧する構成部の下流側に設けられた管に配置される構成に比べ、圧縮性流体が流通する管から高効率にエネルギーを獲得できる。

【発明の効果】

【0027】

本発明は、上記構成としたので、圧縮性流体が流通する管から高効率にエネルギーを獲得できるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本実施形態に係るガス供給システムの構成を示す概略図である。

【図2】本実施形態に係るタービンの構成を示す斜視図である。

【図3】本実施形態に係るタービンの構成を示す正面図である。

【図4】本実施形態に係るタービンの構成を示す平面図である。

【図5】本実施形態に係るタービンの構成を示す側面図である。

【図6】本実施形態に係るタービンの構成を示す平断面図である。

【図7】本実施形態及び比較例に係るタービンにおけるガスの流れを示す模式図である。

【図8】評価結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下に、本発明に係る実施形態の一例を図面に基づき説明する。

【0030】

＜ガス供給システム１０＞
本実施形態に係るガス供給システム１０の構成を説明する。図１は、本実施形態に係るガス供給システム１０の構成を示す概略図である。なお、ガス供給システム１０は、流体供給システムの一例である。

【0031】

ガス供給システム１０は、ガス（すなわち気体）を供給するシステムである。具体的には、ガス供給システム１０は、例えば、供給源（例えば、ガス製造所）から需要家（例えば、一般の家庭、商業施設、及び工業施設等）へ都市ガスを供給するシステムであり、図１に示されるように、第一ガス管１１と、第二ガス管１２と、ガバナ２０と、タービン５０と、を備えている。なお、ガス供給システム１０において、ガスが流通する方向をガス流通方向という。なお、ガスは、圧縮性流体の一例である。水等の液体は、圧縮性流体に含まれないものとする。

【0032】

第一ガス管１１は、ガス供給システム１０において、第二ガス管１２に対する供給源側（すなわち、ガス流通方向の上流側）に配置されている。第一ガス管１１は、第二ガス管１２におけるガス圧よりも高圧の都市ガスを流通させるガス管である。

【0033】

第二ガス管１２は、ガス供給システム１０において、第一ガス管１１に対する需要家側（すなわち、ガス流通方向の下流側）に配置されている。第二ガス管１２は、第一ガス管１１におけるガス圧よりも低圧の都市ガスを流通させるガス管である。

【0034】

ガバナ２０は、ガス供給システム１０において、第一ガス管１１と第二ガス管１２との間に配置されている。すなわち、ガバナ２０は、ガス供給システム１０において、第一ガス管１１に対するガス流通方向の下流側であって、第二ガス管１２に対するガス流通方向の上流側に配置されている。

【0035】

ガバナ２０は、第一ガス管１１と第二ガス管１２との間で、第一ガス管１１から第二ガス管１２へ流通するガスを整圧する整圧器として機能する。具体的には、ガバナ２０は、第一ガス管１１からのガスを減圧して、第二ガス管１２へ送る。

【0036】

ガバナ２０は、ガス管２２及びガバナ本体２４を含むガス流通構成部２６と、筐体２８と、を有している。筐体２８は、ガス管２２及びガバナ本体２４を含むガス流通構成部２６が収容される構成部である。ガス管２２は、圧縮性流体が流通する管の一例である。

【0037】

ガス流通構成部２６は、ガスを流通させる構成部であり、ガス管２２と、ガバナ本体２４と、その他のガス管及び弁などの構成要素と、を有している。ガス流通構成部２６では、第一ガス管１１が接続される入口２５から、第二ガス管１２が接続される出口２７までガスを流通させる（矢印２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ参照）。

【0038】

ガバナ本体２４は、ガス流通構成部２６で流通するガスを減圧する構成部である。ガス管２２は、ガバナ本体２４に対するガス流通方向の上流側に設けられている。具体的には、ガス管２２は、ガバナ本体２４に対するガス流通方向の上流側で、ガバナ本体２４に対して接続されている。ガス管２２は、ガス管２２に対して流通方向の上流側で接続された構成要素、及びガス管２２に対して流通方向の下流側で接続された構成要素（具体的にはガバナ本体２４）よりも、流路径（すなわち流路の断面積）が小さくされている。

【0039】

なお、ガバナ２０では、後述するように、ガス管２２に対してタービン５０が配置される。また、ガバナ２０を流通するガスは、タービン５０において減圧され、さらに、ガバナ本体２４で減圧される。したがって、ガバナ２０において矢印２０Ａ、２０Ｂで示される流路でのガス、矢印２０Ｃで示される流路でのガス、及び矢印２０Ｄで示される流路でのガスは、この順で徐々に低圧になっていく。

【0040】

＜タービン５０＞
図２～図６は、タービン５０の構成を示す図である。なお、図２では、タービン５０の構成を示すため、ガス管２２の一部を切り欠いて図示している。

【0041】

図２～図６に示されるタービン５０は、ガバナ２０で流通するガスが有するエネルギーを回転力に変換して、当該エネルギーを取り出す原動機である。このタービン５０は、図１及び図２に示されるように、ガバナ２０に備えられたガス管２２に配置されている。

【0042】

本実施形態では、タービン５０は、所謂サボニウス型のタービンで構成されている。具体的には、タービン５０は、図２～図６に示されるように、第一ブレード５１と、第二ブレード５２と、第一スペーサ５３と、第二スペーサ５４と、回転軸５５と、を有している。以下では、第一ブレード５１及び第二ブレード５２を「第一、第二ブレード５１、５２」と表記し、第一スペーサ５３及び第二スペーサ５４を「第一、第二スペーサ５３、５４」と表記する場合がある。

【0043】

タービン５０は、垂直軸型のタービンであり、回転軸５５がガス管２２の管軸方向Ｘに対して直交する回転軸方向Ｙに沿って配置されている。第一、第二ブレード５１、５２、及び第一、第二スペーサ５３、５４は、回転軸５５によって、回転軸方向Ｙ周りに回転可能にガス管２２内に支持されている。

【0044】

なお、各図では、管軸方向Ｘが矢印Ｘにて示され、回転軸方向Ｙが矢印Ｙにて示されている。さらに、各図では、管軸方向Ｘ及び回転軸方向Ｙに直交する直交方向Ｚが矢印Ｚにて示されている。

【0045】

第一、第二ブレード５１、５２は、ガスの流れを受ける凹曲面５１３、５２３を有する中空半球状に形成されている。すなわち、第一、第二ブレード５１、５２は、半球状の空間５１８、５２８と、前述の凹曲面５１３、５２３（すなわち内周面）と、凸曲面５１５、５２５（すなわち外周面）と、端面５１４、５２４と、を有している。

【0046】

第一、第二ブレード５１、５２（凹曲面５１３、５２３及び凸曲面５１５、５２５を含む）は、図６に示されるように、水平断面（すなわち、ＸＺ断面）において、円弧状に形成されている。第一、第二ブレード５１、５２の内径（すなわち凹曲面５１３、５２３の径）及び外径（すなわち凸曲面５１５、５２５の径）は、回転軸方向Ｙの中央で最大となり、回転軸方向Ｙの中央から一方側（すなわち図３及び図４の上方側）及び他方側（すなわち図３及び図４の下方側）に向かうにつれて徐々に小さくなっている。

【0047】

第一、第二ブレード５１、５２の厚みは、一定とされている。なお、第一、第二ブレード５１、５２の厚みは、変化していてもよい。例えば、第一、第二ブレード５１、５２の厚みは、回転軸方向Ｙの中央で最大となり、回転軸方向Ｙの中央から一方側（すなわち図３及び図４の上方側）及び他方側（すなわち図３及び図４の下方側）に向かうにつれて徐々に小さくなる構成であってもよい。

【0048】

第一、第二ブレード５１、５２は、完全な半球状である必要はない。例えば、第一、第二ブレード５１、５２は、前述のように、水平断面において円弧状に形成され、内径及び外径が、回転軸方向Ｙの中央で最大となり、回転軸方向Ｙの中央から一方側（すなわち図３及び図４の上方側）及び他方側（すなわち図３及び図４の下方側）に向かうにつれて徐々に小さくなる形状とされる。

【0049】

図６に示されるように、第一ブレード５１の凹曲面５１３及び端面５１４が、管軸方向Ｘの一方側を向いた状態（以下、第一状態という）において、第二ブレード５２の凹曲面５２３及び端面５２４が、管軸方向Ｘの他方側を向き、且つ、第一、第二ブレード５１、５２は、一部がオーバーラップしつつ直交方向Ｚにずれて配置されている。

【0050】

第一、第二ブレード５１、５２の全体に対するオーバーラップ率が、第一、第二ブレード５１、５２の間を流通するガスにおいてチョーキング現象が生じないオーバーラップ率とされている。具体的には、第一、第二ブレード５１、５２の全体に対するオーバーラップ率が、１％以上８０％以下の範囲で設定されている。

【0051】

なお、チョーキング現象とは、第一ブレード５１と第二ブレード５２との間を流れるガスの流速が音速程度となることで、質量流量が頭打ちになる現象である。なお、チョーキング現象は、ガス等の圧縮性流体特有の現象であり、圧縮性を有さない流体（例えば水等の液体）では、チョーキング現象は生じない。

【0052】

オーバーラップ率は、具体的には、Ｓ／Ｄ×１００によって算出される（図６参照）。Ｓは、タービン５０の第一状態において、第一ブレード５１と第二ブレード５２との隙間における直交方向Ｚの寸法である。Ｄは、タービン５０の第一状態において、第一ブレード５１及び第二ブレード５２の全体の直交方向Ｚの寸法である。したがって、Ｄは、タービン５０の回転軌跡の直径と把握できる。

【0053】

第一スペーサ５３は、第一、第二ブレード５１、５２に対する回転軸方向Ｙの一方側（すなわち図３及び図４の上方側）に設けられている。第一スペーサ５３は、当該一方側の面５３６が、当該一方側へ凸状となる曲面で形成されている。

【0054】

第二スペーサ５４は、第一、第二ブレード５１、５２に対する回転軸方向Ｙの他方側（すなわち図３及び図４の下方側）に設けられている。第二スペーサ５４は、当該他方側の面５４６が、当該他方側へ凸状となる曲面で形成されている。

【0055】

タービン５０は、第一状態において、図３に示されるように、管軸方向Ｘに見て、第一、第二ブレード５１、５２、及び第一、第二スペーサ５３、５４によって円形状に形成されている。当該円形は、具体的には、ガス管２２と同軸の円形とされることが好ましい。すなわち、タービン５０とガス管２２の内壁との隙間Ｅが、周方向において、一定の寸法とされることが好ましい。なお、Ｄは、例えば１１０ｍｍ以上１２０ｍｍ以下とされ、ガス管２２の内径ＤＡは、例えば１１４ｍｍ以上１２４ｍｍ以下とされ、隙間Ｅは、例えば２ｍｍ程度とされる。

【0056】

そして、タービン５０では、第一、第二ブレード５１、５２の凹曲面５１３、５２３が、ガスの流れを受けて、予め定められた回転方向（図６における時計回り方向）に回転する。すなわち、ガス供給システム１０では、タービン５０がガス管２２内のガスから受ける抗力によって回転する方式を用いている。

【0057】

さらに、タービン５０は、前述のように、第一状態において、第二ブレード５２の凹曲面５２３及び端面５２４が、管軸方向Ｘの他方側を向き、且つ、第一、第二ブレード５１、５２は、一部がオーバーラップしつつ直交方向Ｚにずれて配置されている（図６参照）。この構成により、タービン５０がオーバーラップ部を有さない場合（図７（Ｃ）参照）とは異なり、第一、第二ブレード５１、５２の間に、ガスが流通するＳ字状のガス通路５９が形成される（図７（Ｂ）参照）。このように、第一、第二ブレード５１、５２の間に、Ｓ字状のガス通路５９を形成することで、図７（Ｂ）に示されるように、ガスの進路が、２回反転するため、その反動力で第一、第二ブレード５１、５２のトルクを増強させることができる。

【0058】

さらに、タービン５０が開放空間に配置される場合（図７（Ａ）参照）と異なり、タービン５０が閉鎖空間であるガス管２２に配置される場合（図７（Ｂ）参照）では、ガス管２２による流れの拘束作用によって、ガス通路５９にガスが集中して流れる。その際、圧縮ガスの膨張作用により、ガス通路５９でのガスの流れはさらに高速となり、大きな反動力を獲得する。

【0059】

また、ガスの流れが、ガス通路５９に集中される構成により、第一、第二ブレード５１、５２は、外部モータによる助走なしの動作で自然に回転が始動する自己起動性を有する。

【0060】

（本実施形態の作用効果）
ガス供給システム１０では、タービン５０は、垂直軸型のタービンであり、回転軸５５がガス管２２の管軸方向Ｘに対して直交する回転軸方向Ｙに沿って配置されている。

【0061】

ここで、タービン５０として、軸流タービンを用いた場合では、回転軸をガス管２２の中心軸に一致させる必要がある。このため、回転エネルギーをガス管２２の外部に取り出すには、ガス管２２の内部に発電機本体を挿入するか、または、回転軸を変換する装置を設けるなどの対応が必要となる。

【0062】

これに対して、ガス供給システム１０では、タービン５０は、垂直軸型のタービンであるため、上記の対応が不要であり、タービン５０のガス管２２への装着性に優れる。

【0063】

また、ガス供給システム１０では、タービン５０における第一、第二ブレード５１、５２の凹曲面５１３、５２３が、ガスの流れを受けて、タービン５０が予め定められた回転方向（図６における時計回り方向）に回転する。このとき、ガスは、第一ブレード５１と第二ブレード５２との間をＳ字状に流れる（図７（Ｂ）参照）。

【0064】

これにより、ガス管２２内のガスが有する運動エネルギー（動圧）のみならず、圧力エネルギー（静圧）を回転力に変換することができる。この結果、ガス供給システム１０の構成によれば、ガス管２２から高効率にエネルギーを獲得することができる。

【0065】

そして、本実施形態の構成では、第一、第二ブレード５１、５２の全体に対するオーバーラップ率が、第一、第二ブレード５１、５２の間を流通するガスにおいて、質量流量が頭打ちになるチョーキング現象が生じないオーバーラップ率とされている。このため、ガス管２２から高効率にエネルギーを獲得することができる。

【0066】

具体的には、本実施形態の構成では、第一、第二ブレード５１、５２の全体に対するオーバーラップ率が、１％以上８０％以下の範囲で設定されている。

【0067】

オーバーラップ率が８０％を超えると、第一ブレード５１と第二ブレード５２との間を流れるガスの流量が増大となるため、以下のことが推測される。すなわち、第一ブレード５１と第二ブレード５２との間でガス溜まりが形成され、ガスの流れの抵抗となることが推測される。

【0068】

一方、オーバーラップ率が１％未満であると、第一ブレード５１と第二ブレード５２との間を流れるガスの流速が速くなるため、以下のことが推測される。すなわち、第一ブレード５１と第二ブレード５２との間を流れるガスの流速が速くなり、当該流速が音速程度になると、質量流量が頭打ちになる状態（すなわちチョーキング現象）が生じることが推測される。このため、オーバーラップ率が１％未満であると、ガス管２２内のガスが有するエネルギーを回転力へ変換する変換効率が低下することが推測される。

【0069】

そして、本実施形態の構成では、前述のように、オーバーラップ率が１％以上８０％以下であるため、ガス管２２から高効率にエネルギーを獲得することができる。

【0070】

また、本実施形態では、第一スペーサ５３が、第一、第二ブレード５１、５２に対する回転軸方向Ｙの一方側（すなわち図３及び図４の上方側）に設けられている。さらに、第二スペーサ５４が、第一、第二ブレード５１、５２に対する回転軸方向Ｙの他方側（すなわち図３及び図４の下方側）に設けられている。

【0071】

これにより、タービン５０では、第一、第二スペーサ５３、５４によってガス管２２の内壁とタービン５０との隙間Ｅが小さくなるため、ガスが、効率よく、第一ブレード５１と第二ブレード５２との間を流れる。これにより、ガス管２２内のガスが有する運動エネルギー（動圧）のみならず、圧力エネルギー（静圧）を回転力に変換することができる。この結果、本実施形態の構成によれば、ガス管２２から高効率にエネルギーを獲得することができる。

【0072】

さらに、本実施形態では、タービン５０は、第一状態において、図３に示されるように、管軸方向Ｘに見て、第一、第二ブレード５１、５２、及び第一、第二スペーサ５３、５４によって円形状に形成されている。

【0073】

これにより、ガス管２２の内壁とタービン５０との隙間Ｅが周方向の全体において、小さくできる。このため、ガスが、効率よく、第一ブレード５１と第二ブレード５２との間を流れる。これにより、ガス管２２内のガスが有する運動エネルギー（動圧）のみならず、圧力エネルギー（静圧）を回転力に変換することができる。この結果、本実施形態の構成によれば、ガス管２２から高効率にエネルギーを獲得することができる。

【0074】

また、本実施形態では、タービン５０は、ガバナ２０におけるガスを減圧する構成部であるガバナ本体２４の上流側に設けられたガス管２２に配置されている。このため、タービン５０が、ガバナ２０におけるガバナ本体２４の下流側に設けられたガス管に配置される構成に比べ、ガス管から高効率にエネルギーを獲得できる。

【0075】

＜変形例＞
本実施形態では、タービン５０は、第一状態において、図３に示されるように、管軸方向Ｘに見て、円形状に形成されていたが、これに限られない。非円形状に形成されていてもよい。したがって、タービン５０とガス管２２の内壁との隙間Ｅが、周方向において、一定の寸法でなくてもよい。

【0076】

また、本実施形態では、タービン５０は、第一、第二スペーサ５３、５４を有していたが、これに限られない。第一、第二スペーサ５３、５４の少なくとも一方を有さない構成であってもよい。

【0077】

また、本実施形態では、タービン５０が、ガバナ２０におけるガバナ本体２４の上流側に設けられたガス管２２に配置されていたが、これに限られない。ガバナ２０における他のガス管に配置してもよいし、ガバナ２０以外の設けられたガス管に配置してもよく、種々のガス管に対してタービン５０を適用可能である。

【0078】

また、本実施形態では、タービン５０は、第一、第二ブレード５１、５２からなる２枚のブレードを有していたが、これに限られない。タービン５０としては、３枚以上のブレードを有する構成であってもよい。

【0079】

＜評価＞
本実施形態に係るタービン５０において、オーバーラップ率を変えた場合における性能を表現する指標として、運動量増倍係数を定義して評価を行った（図８参照）。なお、「運動量増倍係数」とは、「オーバーラップ部を流れる流体の運動量と管内一般部を流れる流体の運動量の比」をいい、「オーバーラップ部」とは、「第一ブレード５１と第二ブレード５２との間の領域」である。

【0080】

この結果、オーバーラップ率が１％以上８０％以下である範囲では、運動量増倍係数が１．０を超える（図８参照）。このため、ガス管２２から高効率にエネルギーを獲得することができる。

【0081】

本発明は、上記の実施形態に限るものではなく、その主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形、変更、改良が可能である。例えば、上記に示した変形例は、適宜、複数を組み合わせて構成してもよい。

【符号の説明】

【0082】

１０ ガス供給システム
１１ 第一ガス管
１２ 第二ガス管
２０ ガバナ
２２ ガス管
２４ ガバナ本体
２５ 入口
２６ ガス流通構成部
２７ 出口
２８ 筐体
５０ タービン
５１ 第一ブレード
５２ 第二ブレード
５３ 第一スペーサ
５４ 第二スペーサ
５５ 回転軸
５９ ガス通路
５１３ 凹曲面
５１４ 端面
５１５ 凸曲面
５１８ 空間
５２３ 凹曲面
５２４ 端面
５３６ 面
５４６ 面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】