JP2004331036A - 主動力源用大出力ラムウィンド機関 - Google Patents

Abstract

【課題】水上交通と航空交通の分野において、低公害かつ利便性の高い交通機関を開発する。
【解決手段】揚力型の風車を用いることにより、課題の解決を図る。請求項１、電動推進帆船では、風力発電装置を船舶に搭載し、そこから取り出された電気エネルギーを用いてモーターを稼動することにより、推進力を得る。請求項２、回転翼帆船では、風車の回転を途中でほかのエネルギーに変化させず、運動エネルギーとして使用する事により、スクリューなど推進機器を稼動させ、航行する。請求項３、電力併用型回転翼帆船では、請求項１と２の手法を併用する。請求項４、常時充電型電動オートジャイロでは、オートジャイロに発電機を搭載し、メインローターと接続して電力を発生させ、推進用プロペラを回すモーターを稼動させる。請求項５、風力推進オートジャイロでは、請求項２、回転翼帆船と同じようにして、プロペラを回転させる。請求項６、電力併用型風力推進オートジャイロでは、請求項４と５の手法を併用する。

Description

【０００１】
【発明の属する技術範囲】
本発明群は、風力利用の新分野であり、共通する不可欠な要素として、揚力型の風車を使用している。同時に、請求項１、２、３は水上交通の分野に属する帆船の発展型であり、請求項４，５，６は航空交通の分野のオートジャイロの発展型である。
【０００２】
【従来の技術】
請求項１、２、３に関しては、帆船、あるいはディーゼルエンジンなどの内燃機関を用いた各種船舶。請求項４，５，６に関しては化石燃料を用いたオートジャイロ。または太陽光発電で飛ぶソーラー飛行機。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術は、動力源として主に化石燃料を用いており、大気汚染を引き起こした。電気を代用エネルギーとして使用することも不可能ではなく、大気汚染を防ぐことも不可能ではなかったが、バッテリーの容量など技術的な問題から航続距離が制限されるなどの問題があった。太陽光発電を用いるというアイディアが最近どの分野でも試されたが、素材選択の幅が狭く、昼間だけしか電力を供給できない。風力の利用例は、水上で帆船を用いた場合であるが、風が吹かなければ航行不能であり、そのうえ風向きにより航路が制限され、さらに最高速度が風速の２分の１程度であるという欠点があった。
【０００４】
本発明は、水上交通と航空交通において、上記の欠点を解消し、低環境負荷と利便性の両立を目指す物である。
【０００５】
【問題を解決するための手段】
請求項１においては、船舶に推進装置など船の運航に必要な装置を稼動するために必要な条件を満たす風力発電装置を搭載し、必要であれば原動機を電気駆動の物に変更する。請求項２は、請求項１を簡略化したものであり、風車によって生み出される回転力を推進器に直接伝達することにより航行する。請求項３は、請求項１と２の複合型である。
【０００６】
請求項４，５，６は請求項１、２、３を基にした思考実験の産物である。実際の運用を想定する以上、風力利用では、過剰な風力エネルギーにさらされた時の対策を考えなければならないが、水平軸風車の場合、風車の回転軸を上へ向かせ、風の吹く方向（地面と並行）に対する断面積を減らす（要するに、風の当たる面積を少なくする）ことにより出力調整を図るという手法が存在し、上方偏向式と呼ばれている。この手法では、充分な可動範囲と風速を想定したとき、最終的に回転軸は地面に対し垂直となり、風車は上向きの揚力を発生させる。このとき揚力が風車とそれに連なる構造物の総重量以上である場合において、風車を有する構造物は地面から離れ、浮遊を開始するはずである。事実、オーストラリア、シドニー大学では、ブライアン・ロバーツ工学部教授らの手によって、この理屈と同じような発想に基づくジェット気流発電システムが開発されている。
【０００７】
請求項４，５，６は、上記の発想に基づき、風力エネルギーをオートジャイロに用いたものである。オートジャイロの上方についている揚力発生用のローター、風車の兄弟のようなものは、動力源を必ずしも必要としていない。本体が加速して一定以上の速度になると勝手に回りだして、揚力と回転力を作り出す。これまでは、なぜか揚力だけが活用され、回転力は用いられてこなかった。そこで、本発明群では、回転力の有効活用を図る。請求項４においては、発電に用いて推進用機器など飛行に必要な機械を電力で動かし、請求項５においては、回転力をそのまま活用し、プロペラを回転させ、推進力を発生させる。請求項６では、請求項４と５の方式を併用する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
請求項１，２，３は、水上交通の分野で用いるものであり、今日のほとんどの船舶において応用が可能である。
【０００９】
請求項２を用いて、これまでの帆船との比較によって、請求項１，２，３に共通する利便性と特徴について説明を行う。請求項２は揚力型の風車を船に搭載し、その回転力をスクリューなどに伝達することにより、推進力を得るものである。一方、これまでの帆船は帆に風を当てることにより、揚力を発生させ、それをほぼそのまま推進力に変換している。なお、比較をやりやすくするため、請求項２の風車は伸直ダリウス型とする。
【００１０】
上記のような比較を行うと、プロセスの少ない分帆船のほうがエネルギー効率がよく、パワーも利便性も上のような印象を受けるかもしれない。しかし、である。いかにエネルギー効率を上げようとも、投入する力の絶対数が圧倒的に少なければ、エネルギー効率の悪いものに敵わない場合もあり、今回もまさにその通りである。その原因は、帆船の帆も揚力型の風車の翼も、「そこから取り出せるエネルギーの量は、受風面積に正比例し、翼にあたる風の速度の２乗に正比例する」という共通の法則によって支配されているということである。
【００１１】
帆船の帆は、甲板上に固定され、その動く速度は船と同じであり、帆船の最高速度は、たとえば日本丸では風速の２分の１である。この時の帆の生み出すエネルギーを１と設定する。
【００１２】
対する請求項２、回転翼帆船の帆は、固定されておらず、回転することが可能であり、しかも、揚力型のため、羽の回転速度を風速以上とすることが可能である。ここでは、仮に風速の８倍としよう。
【００１３】
上記の条件に基づけば、単純計算で、同じだけの面積のものを用いた場合、請求項２の帆の生み出すエネルギーは帆船の帆の生み出すものの、２に８をかけて更にその２乗倍、実に２５６倍にも達する。これは、言い換えれば、従来の帆船の２５６分の１の面積で、同じだけの力を得られるということである。エネルギー伝達の途中でロスが６割発生したとしても、従来の帆船の１６０分の１の面積で同じだけの性能が期待できる。しかも、風向きに応じてシートを操作するなどという面倒なまねはしなくともよいし、進路も、風が真後ろからやってきて、しかも風速と船の速度と同じというめったに無いであろう場合と凪の場合を除いてほとんど影響を受けない。出力調節の方法も豊富で、簡単に可能である。
【００１４】
請求項１，３においては、利便性が更に増大する。電力への変換時に多少のロスが生じるが、操縦性能は増大し、蓄電装置を備えれば凪のときにも航行可能である。蓄電装置としてもっとも有効なものは、水の電気分解装置と水素タンク、それと水素タービン、または燃料電池の組み合わせである。
【００１５】
次に、請求項４を基にして請求項４，５，６の説明を行う。
【００１６】
請求項４、常時充電型電動オートジャイロは、その名の通り、運行中にも充電を行うことのできる電力駆動のオートジャイロである。その構造は単純なもので、揚力を生み出すためのメインローターの回転軸に発電機を間接または直接的に接続（発電機の容量など各種条件により柔軟な設計上の配慮が求められる。）し、ローターの回転力を電気エネルギーに変換する。そしてその電気エネルギーを用いて、推進用のプロペラを回す、あるいは、他の航行用のシステムを稼動させる。と、いうものである。この他で普通のオートジャイロとの違いは、発電機の接続によって回転力が消費されることに伴い、揚力が落ちることを補うため、メインローターを拡張または延長し、増大する負荷を受け止めるため、補強する必要があることぐらいである。なお、発電機に電気を逆流させ、モーターとして使用することが可能な設計をした場合、無滑走離着陸が可能である。
【００１７】
請求項４はうまくいけば、人工衛星の代用品として使用できる可能性があり、そうでなくとも、構造上、燃料補給が少なくてすむという利点を生かし、中・短距離の航空路で活躍が期待できる。
【００１８】
請求項５は、請求項４を簡略化したものである。回転力を直接用いるため、発電機やモーターを積んでいない分重量が軽くなり、電気への変換をしないためエネルギーロスも少ない。反面、設計、操縦はより困難になり、自力離陸も不可能であると予想される。
【００１６】
請求項６は、請求項４と５の複合型である。状況に応じたエネルギー選択で効率的な運用が可能となる一方、構造が複雑化し、設計面での困難は請求項５以上と予測される。
【００１７】
請求項５と６の用途に関しては、スポーツ分野などが考えられる。

Claims (6)

1. 電動推進帆船
2. 回転翼帆船
3. 電力併用型回転翼帆船
4. 常時充電型電動オートジャイロ
5. 風力推進オートジャイロ
6. 電力併用型風力推進オートジャイロ