特開 2025-7505 タービン、ガバナ装置

(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】P2025007505

(43)【公開日】2025-01-17

(54)【発明の名称】タービン、ガバナ装置

(51)【国際特許分類】

   F03D 3/06 20060101AFI20250109BHJP

【ＦＩ】

F03D3/06 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023108939

(22)【出願日】2023-06-30

(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】松平 達哉

(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】越智 心

【テーマコード（参考）】

3H178

【Ｆターム（参考）】

3H178AA14

3H178AA40

3H178AA46

3H178BB31

3H178CC03

3H178DD70X

(57)【要約】

【課題】厚さ一定で、断面半円状とされた内周面を有する断面弓状の２個のブレードを用いて管を流れる流体からエネルギーを取り出す場合と比して、多くのエネルギーを取り出すことである。
【解決手段】タービンは、管の内部を流れる流体の流れ方向に直交する回転軸周りに回転可能に管の内部に配置され、回転軸に直交する直交断面が弓状とされるブレードを複数備え、直交断面において、ブレードの内周面は半円状とされ、内周面の中心が回転軸から離れると共に内周面の両端の間に回転軸が配置されており、かつ、回転軸の方向から見て、夫々のブレードは、回転軸の周方向に同様の間隔で配置され、直交断面におけるブレードの中央部の厚さが端部の厚さと比して厚くされている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

管の内部を流れる流体の流れ方向に直交する回転軸周りに回転可能に前記管の内部に配置され、前記回転軸に直交する直交断面が弓状とされるブレードを複数備え、
前記直交断面において、前記ブレードの内周面は半円状とされ、前記内周面の中心が前記回転軸から離れると共に前記内周面の両端の間に回転軸が配置されており、かつ、前記回転軸の方向から見て、夫々の前記ブレードは、前記回転軸の周方向に同様の間隔で配置され、前記直交断面における前記ブレードの中央部の厚さが端部の厚さと比して厚くされている、
タービン。

【請求項2】

前記ブレードを３個備える、
請求項１に記載のタービン。

【請求項3】

流れる流体としてのガスを減圧するガバナ本体と、
ガスの流れ方向において前記ガバナ本体の上流側に配置され、流れるガスによって回転する請求項１又は２に記載の前記タービンと、
前記タービンの回転をエネルギーに変換する変換部材と、
を備えるガバナ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、タービン、及びガバナ装置に関する。

【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】

流体の流れ方向に直交する回転軸を有するタービンを管の内部に配置してエネルギーを取り出す場合に、管の内部を流れる流体を受ける内周面が形成されると共に回転軸に直交する直交断面が弓状のブレードを２個有するタービンが用いられることがある。

【0005】

具体的には、２個のブレードは、厚さ一定とされている。さらに、回転軸に対して直交する直交断面において、ブレードの内周面は半円状とされ、内周面の中心が回転軸から離れると共に内周面の両端の間に回転軸が配置されている。また、回転軸の方向から見て、２個のブレードは、回転軸の周方向に同様の間隔で配置されている。

【0006】

本開示の課題は、厚さ一定で、断面半円状とされた内周面を有する断面弓状のブレードを２個用いて管を流れる流体からエネルギーを取り出す場合と比して、多くのエネルギーを取り出すことである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

第１態様に係るタービンは、管の内部を流れる流体の流れ方向に直交する回転軸周りに回転可能に前記管の内部に配置され、前記回転軸に直交する直交断面が弓状とされるブレードを複数備え、前記直交断面において、前記ブレードの内周面は半円状とされ、前記内周面の中心が前記回転軸から離れると共に前記内周面の両端の間に回転軸が配置されており、かつ、前記回転軸の方向から見て、夫々の前記ブレードは、前記回転軸の周方向に同様の間隔で配置され、前記直交断面における前記ブレードの中央部の厚さが端部の厚さと比して厚くされていることを特徴とする。

【0008】

上記構成によると、タービンに向って管の内部を流れる流体が、一のブレードの内周面を押圧すると共に内周面に沿って流れる。さらに、一のブレードの内周面に沿って流れる流体は、他のブレードの内周面を押圧すると共に内周面に沿って流れ、タービンから遠ざかるように管の内部を流れる。ここで、ブレードの中央部における厚さが端部の厚さと比して厚くなるようにブレードの外周面が凸状とされている。このため、厚さ一定のブレードを用いる場合と比して、ブレードと管の内壁との間を通ってタービンの横を流れる流体は少なくなり、ブレードの内周面を押圧する流体が増える。

【0009】

このため、厚さ一定で、断面半円状とされた内周面を有する断面弓状の２個のブレードを用いて管を流れる流体からエネルギーを取り出す場合と比して、多くのエネルギーを取り出すことができる。

【0010】

第２態様に係るタービンは、第１態様において、前記ブレードを３個備えることを特徴とする。

【0011】

上記構成によると、ブレードを３個備えているため、いかなる回転位置においても、管の内部を流れる流体が、何れかのブレードの内周面を押圧する。このため、ブレードが２個の場合と比して、多くのエネルギーを取り出すことができる。

【0012】

第３態様に係るガバナ装置は、流れる流体としてのガスを減圧するガバナ本体と、ガスの流れ方向において前記ガバナ本体の上流側に配置され、流れるガスによって回転する請求項１又は２に記載の前記タービンと、前記タービンの回転をエネルギーに変換する変換部材と、を備えることを特徴とする。

【0013】

上記構成によると、タービンは、ガスの流れ方向においてガバナ本体の上流側に配置されている。これにより、ガバナ本体で消失してしまう本来活用されないエネルギーからエネルギーを取り出すことができる。

【発明の効果】

【0014】

本開示によれば、厚さ一定で、断面半円状とされた内周面を有する断面弓状のブレードを２個用いて管を流れる流体からエネルギーを取り出す場合と比して、多くのエネルギーを取り出すことである。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本開示の第１実施形態に係るガバナ装置を示した構成図である。

【図2】本開示の第１実施形態に係るタービンであって、ガス導管の内部に配置された状態をしました図面である。

【図3】本開示の第１実施形態に係るタービンであって、中央部を横方向に切断した断面図である。

【図4】（Ａ）（Ｂ）本開示の第１実施形態に係るタービンの上方から見た平面図、及び側方から見た側面図である。

【図5】本開示の第１実施形態に係るタービンの他の側方から見た側面図である。

【図6】（Ａ）（Ｂ）本開示の第１実施形態に係るタービンにおいて回転している状態を示した状態図である。

【図7】（Ａ）（Ｂ）本開示の第１実施形態に係るタービンにおいて回転している状態を示した状態図である。

【図8】本開示の第１実施形態に係るタービンの評価結果をグラフで示した図面である。回転している状態を示した状態図である。

【図9】（Ａ）（Ｂ）本開示の第１実施形態に係るタービンを評価するために用いた評価モデルを示した図面である。

【図10】本開示の第１実施形態に対する比較形態に係るタービンであって、中央部を横方向に切断した断面図である。

【図11】（Ａ）（Ｂ）本開示の第１実施形態に係るタービンに対する比較形態に係るタービンにおいて回転している状態を示した状態図である。

【図12】（Ａ）（Ｂ）本開示の第１実施形態に係るタービンに対する比較形態に係るタービンにおいて回転している状態を示した状態図である。

【図13】（Ａ）（Ｂ）本開示の第１実施形態に係るタービンに対する比較形態に係るタービンを評価するために用いた評価モデルを示した図面である。

【図14】本開示の第２実施形態に係るタービンであって、中央部を横方向に切断した断面図である。

【図15】（Ａ）（Ｂ）本開示の第２実施形態に係るタービンにおいて回転している状態を示した状態図である。

【図16】（Ａ）（Ｂ）本開示の第２実施形態に係るタービンにおいて回転している状態を示した状態図である。

【図17】（Ａ）（Ｂ）本開示の第２実施形態に係るタービンを評価するために用いた評価モデルを示した図面である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

＜第１実施形態＞
本開示の第１実施形態に係るガバナ装置、及びタービンの一例について図１～図１３に従って説明する。なお、各図に示す矢印Ｈは、タービンの回転軸を鉛直方向とした場合の上下方向であって、各図に示す矢印Ｄは、タービンの回転軸を鉛直方向とした場合の水平方向で、ガスの流れ方向であって、各図に示す矢印Ｗは、タービンの回転軸を鉛直方向とした場合の水平方向で、ガスの流れ方向に対して直交する方向である。

【0017】

（ガス供給システム１０）
先ず、ガバナ装置２０が用いられているガス供給システム１０について説明する。ガス供給システム１０は、流体供給システムの一例である。

【0018】

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る。このガス供給システム１０は、図１に示されるように、第一ガス管１１と、第二ガス管１２と、ガバナ装置２０と、を備えている。

【0019】

なお、ガス供給システム１０において、ガスが流れる方向をガス流れ方向という。また、ガスは、流体の一例である。

【0020】

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に対して供給源側（すなわち、ガス流れ方向の上流側）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すためのガス管である。

【0021】

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に対して需要家側（すなわち、ガス流れ方向の下流側）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すためのガス管である。

【0022】

〔ガバナ装置２０〕
ガバナ装置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。つまり、ガバナ装置２０は、ガス供給システム１０において、第一ガス管１１に対してガス流れ方向の下流側であって、第二ガス管１２に対してガス流れ方向の上流側に配置されている。

【0023】

ガバナ装置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へ流れるガスを整圧する整圧器として機能する。具体的には、ガバナ装置２０は、第一ガス管１１からのガスを減圧して、第二ガス管１２へ送るようになっている。

【0024】

ガバナ装置２０は、ガス管２２及びガバナ本体２４を含む基本構成部２６と、筐体２８と、を有している。そして、筐体２８の内部に、ガス管２２及びガバナ本体２４を含む基本構成部２６が収容されている。ガス管２２は、管の一例である。

【0025】

基本構成部２６は、ガスを流すための構成部であり、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。基本構成部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までガスを流す（矢印２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ参照）。

【0026】

ガバナ本体２４は、基本構成部２６で流れ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に対してガス流れ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に対してガス流れ方向の上流側で、ガバナ本体２４に対して接続されている。ガス管２２の流路径は、ガス管２２に対して流れ方向の上流側で接続された構成要素の流路径、及びガス管２２に対して流れ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）の流路径と比して小さくされている。また、ガス管２２には、ガス管２２に対してタービン５０が配置される。そして、ガバナ装置２０は、タービン５０の回転をエネルギーに変換する変換部材としての発電機３６を備えている。

【0027】

なお、ガバナ装置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、ガバナ装置２０を流れるガスは、タービン５０によって減圧され、さらに、ガバナ本体２４によって減圧される。したがって、ガバナ装置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。

【0028】

（タービン５０の構成）
タービン５０は、ガバナ装置２０で流れ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２に示されるように、ガス管２２に配置されている。

【0029】

タービン５０は、図２、図３に示されるように、第一ブレード５２と、第二ブレード５４と、第一スペーサ５８と、第二スペーサ６０と、回転軸部材６２と、を有している。なお、以下の説明では、第一ブレード５２、及び第二ブレード５４及を「第一、第二ブレード５２、５４」と記載し、第一スペーサ５８及び第二スペーサ６０を「第一、第二スペーサ５８、６０」と記載することがある。

【0030】

タービン５０は、垂直軸型のタービンであり、回転軸がガス管２２のガスの流れ方向（矢印Ｄ）に対して直交する方向（矢印Ｈ）に延びている。また、第一、第二ブレード５２、５４及び第一、第二スペーサ５８、６０は、回転軸部材６２によって、回転軸周りに回転可能にガス管２２の内部に配置されている。

【0031】

〔回転軸部材６２〕
回転軸部材６２は、図２に示されるように、ガス管２２のガス流れ方向（矢印Ｄ）に対して直交する方向（矢印Ｈ）に延びており、この回転軸部材６２は、ガス管２２に設けられた図示せぬ貫通孔を通してガス管２２の内部から上方へ突出している。換言すれば、回転軸部材６２の回転軸（図中ＣＡ）は、ガス管２２のガス流れ方向に対して直交する方向（矢印Ｈ）に延びており、断面円状とされたガス管２２の中心を通っている。

【0032】

〔第一スペーサ５８、第二スペーサ６０〕
第一スペーサ５８と第二スペーサ６０とは、図２に示されるように、第一スペーサ５８と第二スペーサ６０とで、第一、第二ブレード５２、５４を上下方向から挟むように配置されている。そして、第一、第二スペーサ５８、６０において、ガス管２２の内壁２２ａを向いた面は、球状とされており、第一、第二スペーサ５８、６０とガス管２２の内壁２２ａとの間には、隙間が設けられている。

【0033】

〔第一ブレード５２、第二ブレード５４〕
第一ブレード５２、及び第二ブレード５４は、同様の形状とされている。また、第一、第二ブレード５２、５４は、ガス管２２の内壁２２ａとの間に同様の隙間を空けて配置されている。

【0034】

－第一ブレード５２－
第一ブレード５２の回転軸ＣＡに直交する断面は、図３に示されるように、弓状とされており、流れるガスを受ける凹状の内周面５２ａと、凸状の外周面５２ｂとを有している。回転軸ＣＡに直交する断面において、この内周面５２ａは、半円状とされておりとされている。

【0035】

ここで、本第１実施形態において「半円状」とは、完全な半円である必要はない。直線部分を含む半円状（Ｕ字状）も含み、さらには、楕円状及び扁平状も含む。

【0036】

また、半円状とされた内周面５２ａの中心（図中Ｃ０１）は、タービン５０の回転軸（図中ＣＡ）から離れており、内周面５２ａにおいて回転軸ＣＡから離れている一端５２１と回転軸ＣＡに近い他端５２２との間に回転軸ＣＡが配置されている。換言すれば、内周面５２ａの一端５２１と他端５２２を結んだ線分上に回転軸ＣＡが配置されている。

【0037】

さらに、内周面５２ａの一端５２１から他端５２２までの距離をＬ１とし、回転軸ＣＡから他端５２２までの距離をＬ２とする。そうすると、距離Ｌ１と距離Ｌ２との比率は、回転軸ＣＡに直交する断面においてどこの位置の断面であっても同様とされている。つまり、第一、第二ブレード５２、５４の上下方向の中央部の断面であっても、第一スペーサ５８に近い断面であっても、第二スペーサ６０に近い断面であっても、距離Ｌ１と距離Ｌ２との比率は、同様とされている。

【0038】

また、外周面５２ｂについては、内周面５２ａの中央部における内周面５２ａと外周面５２ｂとの距離が、内周面５２ａの端部における内周面５２ａと外周面５２ｂとの距離と比して大きくなるように第一ブレード５２の両端部を繋ぐ線分に対して凸状とされている。換言すれば、外周面５２ｂについては、第一ブレード５２の中央部における厚さが端部の厚さと比して厚くなるように第一ブレード５２の両端部を繋ぐ線分に対して凸状とされている。本実施形態で、「厚さ」とは、内周面５２ａと外周面５２ｂとの距離である。

【0039】

具体的には、外周面５２ｂは、外周面５２ｂにおいて回転軸ＣＡから離れた一端６２１における回転軌跡と重なる軌跡面６２４と、外周面５２ｂにおいて回転軸ＣＡに近い他端６２２から軌跡面６２４の端部まで延びる延出面６２６とを含んで構成されている。さらに具体的には、軌跡面６２４は、一端６２１における回転軌跡の１／４と重なっており、１／４球状とされている。このように、回転軸ＣＡ方向のどの断面においても、軌跡面６２４は、一端６２１における回転軌跡と重なっている。換言すれば、回転軸ＣＡ方向のどの断面においても、軌跡面６２４は、タービン５０の回転軌跡と重なっている。なお、外周面５２ｂにおいて回転軸ＣＡから離れた一端６２１における回転軌跡とは、タービン５０の回転軌跡と同様である。

【0040】

－第二ブレード５４－
第二ブレード５４において回転軸ＣＡに直交する断面については、第一ブレード５２の断面と異なる部分を主に説明する。第二ブレード５４の断面形状は、図３に示されるように、第一ブレード５２の断面形状と同様されている。具体的には、回転軸ＣＡを中心に第一ブレード５２を反時計方向に１８０〔度〕回転させると、第二ブレード５４に重なるようになっている。

【0041】

第一、第二ブレード５２、５４は、図４（Ａ）（Ｂ）、図５に示されるように、ガス管２２の内壁２２ａとの間に同様の隙間を空けて配置されている。換言すれば、第一、第二ブレード５２、５４の上下方向の中央部の断面であっても、第一スペーサ５８に近い部分であっても、第二スペーサ６０に近い部分であっても、第一、第二ブレード５２、５４は、ガス管２２の内壁２２ａとの間に同様の隙間を空けて配置されている。

【0042】

（タービン５０の作用）
次に、タービン５０の作用について、比較形態に係るタービン３５０と比較しつつ説明する。先ず、比較形態に係るタービン３５０の構成について、本第１実施形態に係るタービン５０と異なる部分を主に説明する。

【0043】

〔タービン３５０の構成〕
比較形態に係るタービン３５０は、図１０に示されるように、第一ブレード３５２と第二ブレード３５４とを備えている。そして、第一ブレード３５２と第二ブレード３５４とは、同様の形状とされている。

【0044】

第一ブレード３５２の回転軸ＣＡに直交する断面は、図１０に示されるように、弓状とされており、流れるガスを受ける凹状の内周面３５２ａと凸状の外周面３５２ｂとを有している。回転軸ＣＡに直交する断面において、この内周面３５２ａ及び外周面３５２ｂは、半円状とされており、半円状とされた内周面の中心（図中Ｃ０１）と半円状とされた外周面３５２ｂの中心とは重なっている。つまり、第一ブレード３５２は、厚さ一定とされている。第一ブレード３５２の内周面３５２ａの形状は、本第１実施形態の第一ブレード５２の内周面５２ａの形状と同様とされている。

【0045】

第二ブレード３５４は、回転軸ＣＡを中心に第一ブレード３５２を反時計方向に１８０〔度〕回転させると、第一ブレード３５２に重なるようになっている。

【0046】

〔タービン５０、３５０の作用〕
タービン５０においては、第一ブレード５２の凹状の内周面５２ａが、図６（Ａ）に示されるように、ガス流れ方向（矢印Ｄ）の上流側を向いた状態で、タービン５０に向って流れるガスは、凹状の内周面５２ａを押圧すると共に内周面５２ａに沿って流れる。さらに、内周面５２ａに沿って流れるガスは、第二ブレード５４の内周面５４ａを押圧すると共に内周面５４ａに沿って流れ、タービン５０から遠ざかるようにガス管２２の内部を流れる。

【0047】

このように、内周面５２ａ、５４ａが、ガス管２２の内部を流れるガスによって押圧されることで、第一、第二ブレード５２、５４は、回転軸ＣＡを中心に時計回りに回転する。

【0048】

そして、図６（Ｂ）、図７（Ａ）（Ｂ）に示されるように、第一、第二ブレード５２、５４の回転に伴って、タービン５０に向って流れるガスは、凹状の内周面５４ａを押圧すると共に内周面５４ａに沿って流れる。さらに、内周面５４ａに沿って流れるガスは、内周面５２ａを押圧すると共に内周面５２ａに沿って流れ、タービン５０から遠ざかるようにガス管２２の内部を流れる。これを繰り返すことで、第一、第二ブレード５２、５４が回転し続ける。

【0049】

タービン３５０においても、同様に、第一ブレード３５２の凹状の内周面３５２ａが、図１１（Ａ）に示されるように、ガス流れ方向（矢印Ｄ）の上流側を向いた状態で、タービン３５０に向って流れるガスは、凹状の内周面３５２ａを押圧すると共に内周面３５２ａに沿って流れる。さらに、内周面３５２ａに沿って流れるガスは、第二ブレード３５４の内周面３５４ａを押圧すると共に内周面３５４ａに沿って流れ、タービン３５０から遠ざかるようにガス管２２の内部を流れる。

【0050】

そして、図１１（Ｂ）、図１２（Ａ）（Ｂ）に示されるように、第一、第二ブレード３５２、３５４の回転に伴って、タービン３５０に向って流れるガスは、凹状の内周面３５４ａを押圧すると共に内周面３５４ａに沿って流れる。さらに、内周面３５４ａに沿って流れるガスは、内周面３５２ａを押圧すると共に内周面３５２ａに沿って流れ、タービン５０から遠ざかるようにガス管２２の内部を流れる。これを繰り返すことで、第一、第二ブレード３５２、３５４が回転し続ける。

【0051】

ここで、比較形態に係るタービン３５０においては、図１２（Ａ）に示される第一、第二ブレード３５２、３５４の回転位置では、タービン３５０に向って流れるガスが、内周面３５２ａ、３５４ａを押圧せず、第一、第二ブレード３５２、３５４とガス管２２の内壁２２ａとの間（タービン３５０の横）を通ってタービン３５０から遠ざかるようにガス管２２の内部を流れる。

【0052】

一方、本第１実施形態に係るタービン５０においては、第一、第二ブレード５２、５４の外周面５２ｂ、５４ｂについては、第一、第二ブレード５２、５４の中央部における厚さが端部の厚さと比して厚くなるように凸状とされている。このため、図７（Ａ）に示されるように、第一、第二ブレード５２、５４とガス管２２の内壁２２ａとの間を通るガスは少なく、流れるガスは、第一ブレード５２の外周面５２ｂの延出面６２６に当たって延出面６２６に沿って流れる。そして、延出面６２６に沿って流れるガスは、第二ブレード５４の内周面５４ａを押圧すると共に内周面５４ａに沿って流れ、タービン５０から遠ざかるようにガス管２２の内部を流れる。

【0053】

これにより、本第１実施形態に係るタービン５０においては、比較形態に係るタービン３５０と比して、タービン５０に向って流れるガスによって効果的に押圧されている。

【0054】

〔評価〕
次に、本第１実施形態に係るタービン５０の性能と、比較形態に係るタービン３５０の性能とを比較した比較実験について説明する。

【0055】

１．評価仕様

【0056】

タービン５０の評価モデル７０として、図９（Ａ）（Ｂ）に示されるように、回転軸方向の厚さ及び断面形状が一定で、台座７２を有したものを用いた。

【0057】

また、タービン３５０の評価モデル３７０については、図１３（Ａ）（Ｂ）タービン５０と同様に、回転軸方向の厚さ及び断面形状が一定で、台座３７２を有したものを用いた。

【0058】

２．評価方法
図９（Ｂ）、図１３（Ｂ）に示されるように、断面矩形の管７４の内部に、評価モデル７０、３７０を回転可能に配置し、管７４の内部に水を流して評価モデル７０、３７０を回転させた。なお、評価モデル７０、３７０の断面形状以外の項目については、評価モデル７０の評価と評価モデル３７０の評価とで全て同様である。

【0059】

３．評価項目
各仕様について、周速比λとパワー係数Ｃｐとの関係を求め、この関係をグラフに示した。ここで、パワー係数Ｃｐとは、流れる流体のエネルギーをタービンによって機械的動力に変換する効率のことであり、周速比λとは、流体の流速に対するタービン先端速度の比である。

【0060】

４．評価結果
周速比λとパワー係数Ｃｐとの関係を、図８のグラフに示す。横軸が周速比λであって、縦軸がパワー係数Ｃｐである。また、グラフ中の「〇」が、評価モデル３７０の評価結果を示し、グラフ中の「●」が、評価モデル７０の評価結果を示す。

【0061】

この評価結果から、パワー係数Ｃｐについては、どの周速比λにおいても、評価モデル７０の評価結果が、評価モデル３７０の評価結果に対して勝っていることが分かる。換言すれば、パワー係数Ｃｐについては、どの周速比λにおいても、タービン５０が、タービン３５０に対して勝っていることが分かる。

【0062】

（まとめ）
以上説明したように、タービン５０の外周面５２ｂ、５４ｂについては、第一、第二ブレード５２、５４の中央部における厚さが端部の厚さと比して厚くなるように凸状とされている。これにより、タービン５０のパワー係数Ｃｐは、比較形態に係るタービン３５０のパワー係数Ｃｐと比して勝っている。換言すれば、タービン５０については、第一、第二ブレード５２、５４の中央部における厚さが端部の厚さと比して厚くなるように外周面５２ｂ、５４ｂを凸状とすることで、比較形態に係るタービン３５０と比して、流れるガスから多くのエネルギーを取り出すことができる。

【0063】

また、ガバナ装置２０においては、タービン５０は、ガスを減圧するガバナ本体２４の上流側に配置されている。これにより、タービン５０は、ガバナ本体２４で消失してしまう本来活用されないエネルギーからエネルギーを取り出すことができる。

【0064】

＜第２実施形態＞
本開示の第２実施形態に係るガバナ装置、及びタービンの一例について図１４～図１７に従って説明する。なお、第２実施形態に係るガバナ装置、及びタービンについては、第１実施形態と異なる部分を主に説明する。

【0065】

（タービン１５０の構成）
第２実施形態に係るタービン１５０は、図１４に示されるように、第一ブレード１５２と、第二ブレード１５４と、第三ブレード１５６とを有している。なお、以下の説明では、第一ブレード１５２、第二ブレード１５４及び第三ブレード１５６を「第一、第二、第三ブレード１５２、１５４、１５６」と記載することがある。

【0066】

〔第一ブレード１５２、第二ブレード１５４、第三ブレード１５６〕
第一、第二、第三ブレード１５２、１５４、１５６は、第１実施形態の第一ブレード５２と同様の形状とされている。

【0067】

具体的には、回転軸ＣＡを中心に第一ブレード１５２を反時計方向に１２０〔度〕回転させると、第一ブレード１５２が第二ブレード１５４に重なるようになっている。また、回転軸ＣＡを中心に第一ブレード１５２を反時計方向に２４０〔度〕回転させると、第一ブレード１５２が第三ブレード１５６に重なるようになっている。

【0068】

（タービン１５０の作用）
タービン１５０においては、第一ブレード１５２の凹状の内周面１５２ａが、図１５（Ａ）に示されるように、ガス流れ方向（矢印Ｄ）の上流側を向いた状態で、タービン１５０に向って流れるガスは、凹状の内周面１５２ａを押圧すると共に内周面１５２ａに沿って流れる。さらに、内周面１５２ａに沿って流れるガスは、第二ブレード１５４の内周面１５４ａ、及び第三ブレード１５６の内周面１５６ａを押圧すると共に内周面１５４ａ、１５６ａに沿って流れ、タービン１５０から遠ざかるようにガス管２２の内部を流れる。

【0069】

このように、内周面１５２ａ、１５４ａ、１５６ａが、ガス管２２の内部を流れるガスによって押圧されることで、第一、第二、第三ブレード１５２、１５４、１５６は、回転軸ＣＡを中心に時計回りに回転する。

【0070】

そして、図１５（Ｂ）、図１６（Ａ）（Ｂ）に示されるように、第一、第二、第三ブレード１５２、１５４、１５６の回転に伴って、タービン１５０に向って流れるガスは、凹状の内周面１５４ａを押圧すると共に内周面１５４ａに沿って流れる。さらに、内周面１５４ａに沿って流れるガスは、内周面１５６ａ及び内周面１５２ａを押圧すると共に内周面１５６ａ及び内周面１５２ａに沿って流れ、タービン１５０から遠ざかるようにガス管２２の内部を流れる。また、タービン１５０に向って流れるガスは、凹状の内周面１５６ａを押圧すると共に内周面１５６ａに沿って流れる。さらに、内周面１５６ａに沿って流れるガスは、内周面１５２ａ及び内周面１５４ａを押圧すると共に内周面１５２ａ及び内周面１５４ａに沿って流れ、タービン１５０から遠ざかるようにガス管２２の内部を流れる。これを繰り返すことで、第一、第二、第三ブレード１５２、１５４、１５６が回転し続ける。

【0071】

ここで、本第２実施形態に係るタービン１５０においては、ブレードが３個あるため、図１５（Ａ）（Ｂ）、図１６（Ａ）（Ｂ）に示されるように、第一、第二、第三ブレード１５２、１５４、１５６のいかなる回転位置においても、タービン１５０に向って流れるガスが、何れかの内周面１５２ａ、１５４ａ、１５６ａを押圧する。これにより、本第２実施形態に係るタービン５０におい比較形態に係るタービン３５０と比して、タービン１５０に向って流れるガスによって効果的に押圧されている。

【0072】

〔評価〕
次に、本第２実施形態に係るタービン１５０の性能を評価した実験について説明する。

【0073】

１．評価仕様
タービン１５０の評価モデル１７０として、図１７（Ａ）（Ｂ）に示されるように、回転軸方向の厚さ及び断面形状が一定で、台座１７２を有したものを用いた。

【0074】

２．評価結果
周速比λとパワー係数Ｃｐとの関係を、図８のグラフに示す。横軸が周速比λであって、縦軸がパワー係数Ｃｐである。また、グラフ中の「△」が、評価モデル１７０の評価結果を示す。

【0075】

この評価結果から、パワー係数Ｃｐについては、どの周速比λにおいても、評価モデル１７０の評価結果が、前述した評価モデル３７０の評価結果に対して勝っていることが分かる。換言すれば、パワー係数Ｃｐについては、どの周速比λにおいても、タービン１５０が、タービン３５０に対して勝っていることが分かる。

【0076】

（まとめ）
以上説明したように、タービン１５０については、ブレードを３個備えているため、第一、第二、第三ブレード１５２、１５４、１５６のいかなる回転位置においても、タービン１５０に向って流れるガスが、何れかの内周面１５２ａ、１５４ａ、１５６ａを押圧する。これにより、タービン１５０のパワー係数Ｃｐは、比較形態に係るタービン３５０のパワー係数Ｃｐと比して勝っている。換言すれば、タービン１５０については、ブレードを３個備えることで、比較形態に係るタービン３５０と比して、流れる流体から多くのエネルギーを取り出すことができる。

【0077】

なお、本開示を特定の実施形態について詳細に説明したが、本開示は係る実施形態に限定されるものではなく、本開示の範囲内にて他の種々の実施形態をとることが可能であることは当業者にとって明らかである。特許請求の範囲、明細書および図面の記載から当業者が認識することができる技術的思想に反しない限り、変更、削除、付加、及び各実施形態の組み合わせが可能である。

【0078】

また、上記第２実施形態では、タービン１５０が有するブレードの個数は、３個であったが、４個以上であってもよい。
また、上記第２実施形態では、第一、第二、第三ブレード１５２、１５４、１５６は、中実であったが、中空であってもよい。

【0079】

また、上記第１実施形態では、外周面５２ｂ、５４ｂの軌跡面６２４は、断面においてタービンの軌跡と重ねっていたが、その重なり量については、タービン５０の軌跡の１／４に限られない。つまり、第一、第二ブレード５２、５４の外周面５２ｂ、５４ｂの少なくとも一部がタービンの軌跡と重なる軌跡面を有していればよい。これにより、回転するタービンの第一、第二ブレード５２、５４と内壁２２ａとの間からガスが通過するのが抑制されることで、ガスが回転する第一、第二ブレード５２、５４の内周面５２ａ、５４ａを効果的に押圧する。

【符号の説明】

【0080】

２０ ガバナ装置
２２ ガス管
２２ａ 内壁
２４ ガバナ本体
３６ 発電機（変換部材の一例）
５０ タービン
５２ 第一ブレード
５２ａ 内周面
５４ 第二ブレード
５４ａ 内周面
６２ 回転軸部材
７４ 管
１５０ タービン
１５２ 第一ブレード
１５２ａ 内周面
１５４ 第二ブレード
１５４ａ 内周面
１５６ 第三ブレード
１５６ａ 内周面
ＣＡ 回転軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】