JP2005098233A

JP2005098233A - 波力発電システム

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Publication number: JP2005098233A
Application number: JP2003333966A
Authority: JP
Inventors: Tsukiharu Miyanaga; 月晴宮永
Original assignee: Individual
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Priority date: 2003-09-25
Filing date: 2003-09-25
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2023-09-25
Also published as: JP3657950B2

Abstract

【課題】作動中のコロの磨耗が少なく、環状空間での周回が円滑化し、耐久性も高まるとともに、高圧の流体を圧送可能な固定円形内偏心回転子に嵌め合わせ鉄丸棒状（コロ）の出入りに依る液体圧送装置を提供する。
【解決手段】偏心回転子８〜１０を軸線ｂを中心にして円柱部２の周りを回転させると、コロ３〜５が偏心回転子８〜１０の半径方向に相対的に移動する。これにより、コロ３〜５は三日月形空洞部６，７に出入りしながら、偏心回転子８〜１０と一体的に回転する。その結果、コロ３〜５の回転中の磨耗が少なく、環状空間での周回が円滑化し、耐久性も高まる。しかも、高圧の流体を圧送することができる。
【選択図】図１ｂ

Description

この発明は固定円形内偏心回転子に嵌め合わせ鉄丸棒状（コロ）の出入りに依る液体圧送装置、詳しくはケーシング内に画成された内外２つの環状の流体移送室を有し、外力を作用させて２つの流体を圧送するポンプ、または、両流体移送室内で各流体を移送して出力を得る発動機として利用可能な固定円形内偏心回転子に嵌め合わせ鉄丸棒状（コロ）の出入りに依る液体圧送装置に関する。

従来の流体装置として、例えば回転ポンプである特許文献１が知られている。
特開平６−７４１６３号公報

自然エネルギーである風力は、変動が大きく、利用が困難である。そのため、強風時には、風車の羽根の角度を変更して対応し、余剰の風は風下に逃がしているのが現状である。その風力である自然エネルギーの開発に寄与する。
すなわち、この発明の固定円形内偏心回転子に嵌め合わせ鉄丸棒状（コロ）の出入りに依る液体圧送装置を圧送ポンプとして風車に設置し、風力により液体圧送装置を作動して高圧の流体を得る。その後、この高圧の流体を圧力タンクに一旦貯留し、その後、貯留された高圧の流体により圧力モータを安定的に回転させ、その安定的な回転力を利用して発電する。

この発明は、コロの回転中の磨耗が少なく、環状空間での周回が円滑化し、耐久性も高まり、ポンプとして利用する場合には高圧の流体を圧送可能で、また駆動装置として利用する場合には偏心回転子を安定して高速回転させ、高出力を得ることができる固定円形内偏心回転子に嵌め合わせ鉄丸棒状（コロ）の出入りに依る液体圧送装置を提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、両端面が閉止された円筒形状を有するケーシングと、該ケーシングの内部に、該ケーシングの軸線と同軸的に配置され、該ケーシングの周壁との間に環状空間を形成する円柱部と、前記環状空間に収納されることで、該環状空間を、前記ケーシングの半径方向に内側流体移送室と外側流体移送室とに画成するとともに、前記ケーシングの軸線から離間した軸線を中心にして円柱部の周りを偏心回転自在なリング形状を有する偏心回転子と、該偏心回転子の周方向に所定角度ごとに配置され、該偏心回転子と一体的に円柱部の周りを回転しながら偏心回転子の半径方向に移動し、常時、前記内側流体移送室および外側流体移送室を複数に仕切る円柱状のコロとを備え、前記ケーシングには、前記内側流体移送室に第１の流体を流入させる第１の流入口と、前記内側流体移送室から第１の流体を流出させる第１の流出口と、前記外側流体移送室に第２の流体を流入させる第２の流入口と、前記外側流体移送室から第２の流体を流出させる第２の流出口とがそれぞれ形成された固定円形内偏心回転子に嵌め合わせ鉄丸棒状（コロ）の出入りに依る液体圧送装置である。

請求項１に記載の発明によれば、偏心回転子をケーシングの軸線（円柱部の軸線）から離反した軸線（偏心軸線）を中心にして円柱部の周りを回転させると、偏心回転子に対してコロ（ローラ）が偏心回転子の半径方向に相対的に移動する。これにより、コロは内側流体移送室および外側流体移送室に出入りしながら、偏心回転子と一体的に円柱部の周りを回転する。その結果、従来のベーンに比べてコロの回転中の磨耗が少なく、環状空間での周回が円滑化し、耐久性も高まる。しかも、高圧の流体を圧送することができる。
また、第１の流体を内側流体移送室に流入し、第２の流体を外側流体移送室に流入することで、偏心回転子を安定して高速回転させ、高出力を得ることができる。

この発明の液体圧送装置は、外力により偏心回転子を回転させることで、第１の流体および第２の流体を圧送するポンプとして利用することができる。また、第１の流体および第２の流体を供給し、偏心回転子を回転させることで、外部出力を得る発動機として利用することができる。
さらに、第１，第２の流入口に第１，第２の流体を別個に流入後、第１，第２の流出口から第１，第２の流体を別個に流出させるだけでなく、第１，第２の流出口に第１，第２の流体を流入後、第１，第２の流入口から第１，第２の流体を流出させることもできる。その結果、この発明の液体圧送装置を利用して、第１，第２の流体の流出側だけでなく流入側に配備された機器も、任意に作動させることができる。

請求項１に記載の発明によれば、偏心回転子をケーシングの軸線から離反した偏心軸線を中心にして円柱部の周りを回転させると、偏心回転子に対してコロが偏心回転子の半径方向に相対的に移動する。これにより、コロは内側流体移送室および外側流体移送室に出入りしながら、偏心回転子と一体的に円柱部の周りを回転する。その結果、従来のベーンに比べてコロの回転中の磨耗が少なく、環状空間での周回が円滑化し、耐久性も高まる。しかも、高圧の流体を圧送することができる。
また、第１の流体を内側流体移送室に流入し、第２の流体を外側流体移送室に流入することで、偏心回転子を安定して高速回転させ、高出力を得ることができる。
さらに、第１，第２の流入口に第１，第２の流体を個別に流入後、第１，第２の流出口から第１，第２の流体を個別に流出するだけでなく、第１，第２の流出口に第１，第２の流体を流入後、第１，第２の流入口から第１，第２の流体を流出させれば、第１，第２の流体の流出側だけでなく流入側に配備された機器も、任意に作動させることができる。

以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。

図１ａおよび図１ｂにおいて、１は固定円形内外の外殻（ケーシング）、２は固定円形内中心部に存在する円柱部、３〜５は偏心回転子に嵌め合わされた鉄丸棒状のコロ、６は固定円形内、外殻１の内周面と偏心回転子２の外周に形成された三日月形空洞部（外側流体移送室）、７は偏心回転子内周と円柱部外周との間に形成された三日月形空洞部（内側流体移送室）、８〜１０は偏心回転子、１１は内部三日月形空洞部液体吐出口（第１の流出口）、１２は内部三日月形空洞部液体吸入口（第１の流入口）、１３は固定円形内、内周部三日月形空洞部液体吸入口（第２の流入口）、１４は固定円形内、内部三日月形空洞部液体吐出口（第２の流出口）、ａは固定円形設置ベースに対して９０度垂直線上の固定円形内中心点（軸線）、ｂは固定円形内、偏心回転子中心点（軸線ａに対して偏心した軸線）である。

図１ｃにおいて、１７，１８は嵌め合わせ鉄丸棒コロ切り込み部、１９は図１ａの２と同じ円柱部、２０は図１ａの１と同じ外殻、２１は偏心回転子、２２，２３は図１ａの６，７と同じ三日月形空洞部、２４，２５は蓋締め付けネジ、２６は偏心回転子回転軸、２７は固定円形内外の偏心回転子支持蓋である。

図２ａ，図２ｂにおいて、２４は固定円形内外の偏心回転子支持蓋２７の蓋取り付けネジ穴、２８，２９は本体据え付けボルト穴、１９は図１ａの２と同じ円柱部である。

図３ａ〜図３ｄにおいて、３０，３１，３２は鉄丸棒状コロ嵌め合わせ切り込み部、３３は隣り合うコロ３〜５間の偏心回転子中心点ｂを中心とした角度（１２０度）、３４は図１ａの３〜５と同じ鉄丸棒状のコロ、３５はコロ３４の表面を被覆した硬質のゴム状の物質（ライニング材）、３６は偏心回転子回転軸、３７は平面図ハ−１の内部内周面１点と固定円形内中心点円柱部外周面に接触回転する部分、３８は平面図ハ−２の内部内周面１点と固定円形内中心点円柱部外周面に接触回転する部分である。

図４ａ，図４ｂにおいて、３９，４０は回転軸貫通穴、４１，４２は回転軸軸受送入口、４３は偏心回転子蓋、４４は偏心回転子蓋取り付け穴である。

図８ａおよび図８ｂにおいて、２〜５は逆止弁、６，７は水の吸入管、８は揚水管、９は揚水装置（液体圧送装置）、１０は海面に浮いた浮きである。この浮き１０には浮力に見合う錘が内蔵されている。１１，１２は同じ重さの錘、１３，１４は円筒状コロ、１５は回転軸、１６，１７はロープ、１８，２８は滑車、２１は水圧モータ、２３は発電機である。

図９ａ，図９ｂにおいて、１は風車外周翼端中心点、２は風車内周翼端中心点、３は風車回転軸、４，５は風車翼、６は風車支持台車、７は液体圧送ポンプ、８は回転軸，３の軸受、９，１０は歯車、１１は風車翼、１２は風車回転軸である。

図１０において、１は液体圧送ポンプ、２は液体貯留タンク、３は液体圧送方向切り替え電磁弁、４は液体加圧貯留タンク、５は液体圧力モータ、６は発電機である。

まず、固定円形内偏心回転子に嵌め合わせ鉄丸棒状（コロ）の出入りに依る液体圧送装置Ａを圧送ポンプとして使用した場合を説明する。
図５において、外部の回転力で偏心回転子８〜１０を回転させ、最初にホ−３の位置のコロ４が、固定円形内内周面４７に密着し、円形内の中心点の円柱状外周面４６などに密着して回転する。これにより、コロ４は、偏心回転子中心点ｂを中心として三日月形空洞部７を回転しつつ偏心回転子中心点ｂ側に突出し、吸い込み口１２より第１の流体Ｌ１の吸い込みを開始し、同時に三日月形空洞部７の第１の流体Ｌ１をコロ５とともに圧送し、最終的に吐出口１１から外部に高圧で排出する。

次に、ホ−１位置のコロ５も、コロ４の場合と同じように、偏心回転子中心点ｂを中心として三日月形空洞部６を回転しつつ偏心回転子中心点ｂ側に突出し、吸い込み口１３を通過して第２の流体Ｌ２の吸い込みを開始し、三日月形空洞部６において、第２の流体Ｌ２をホ−２位置のコロ３とともに圧送しつつ、圧送し、最終的に吐出口１４から外部に高圧で排出する。このように、コロ３〜５は偏心回転子８〜１０の切り込み部分を出入りして第１の流体Ｌ１および第２の液体を吸い込み、吐出、圧送し、反復回転動作を継続する。
このように、吸い込み口１２，１３、吐出口１１，１４がそれぞれ２ヵ所、左１、右１にあり、２ヵ所とも同時に使用することで、液体圧送量は増量される。また、コロ３〜５を円形内中心点ａを中心にして１２０度毎に配置したので、偏心回転子８〜１０の回転が安定するとともに、三日月形空洞部６，７への対応する両流体Ｌ１，Ｌ２の吸引力が強まり、しかも三日月形空洞部６，７からの両流体Ｌ１，Ｌ２の圧送力も強まる。

次に、固定円形内偏心回転子に嵌め合わせ鉄丸棒状（コロ）の出入りに依る液体圧送装置Ａを圧力モータとして使用した場合を説明する。
吸い込み口１２に高圧の第１の流体Ｌ１を送入するとともに、吸い込み口１３に高圧の第２の流体Ｌ２を送入すると、偏心回転子８〜１０の回転動作が開始される。吸い込み口（流体の送入口）１２，１３が左、右に配置され、相互に作動することにより、偏心回転子８〜１０の回転が円滑で、また回転力が強くなる。
回転方向の変更は、図示しない液体出入切り替え弁により、吸い込み口１２，１３と、吐出口１１，１４を切り換えることで、偏心回転子８〜１０の回転方向を正逆反転することができる。

偏心回転子８〜１０の回転速度の調整は、図示しない円錐形状の針弁などで第１の流体Ｌ１および第２の流体Ｌ２の流入量（送入量）を調整することで行う。その他では、図示しない圧力調整弁により回転速度を制御してもよい。
偏心回転子８〜１０の特徴として、一方向に回転軸２６が存在する。そのため、１対の液体圧送装置Ａを、それぞれの固定円形内外の外殻１の反対双方を合体させ、一体構造として作製することにより、多目的な利点を期待することができる。

電動機などの起動時に、停止機器に急激な回転力を与えると電力の無駄や機器の損傷などが発生する。その軽減または回転速度、回転力の調整が、液体圧力の調整により円滑で無段階な動作が可能である。これを、この発明の液体圧送装置Ａにより解決することができる。
すなわち、図７に示すように、１対の流体圧送装置Ａの外殻１を背面同士で合体させ、一体構造液体圧送ポンプを作製する。この一体構造液体圧送ポンプに電動機などで回転力を与え、得られた液体圧力で圧力モータを回転させ、その回転力で機器を回す。

また、旋盤その他の切削加工の自動送り装置に、切削工具の能力以上の力が作用すると、良好な仕上げが期待できない。そのため、従来は歯車などで自動送り速度を変更している。これを、この発明の液体圧送装置Ａにより解決することができる。
すなわち、同じく図７に示す一体構造液体圧送ポンプの偏心回転子８〜１０に他の動力で回転力を与え、その液体圧力で図示しない圧力モータのロータを駆動し、その回転力により自動送り装置を作動させる。その結果、ワークに対する切削面に与える力が柔らかく、良好な仕上げが期待できる。

さらに、図９に示すように、風力用風車の一種にダリウス風車が存在する。これは、風向きを考慮する必要がない風車である。欠点として、風力による回転力の調整が困難である。これを、この発明の液体圧送装置Ａにより解決することができる。
すなわち、ダリウス風車の回転軸３に歯車９を設置し、その周囲に液体圧送ポンプ７を５台程度設置し、吐出側には必要に応じて無負荷になるように液体圧送方向を切り換える切り替え電磁弁を設置する。無負荷時には切り替え電磁弁の一方への切り替えにより圧縮油（流体）を液体貯留タンクに排出する。また、弁の切り替え時の逆流を防止するため、他方には逆止弁を設置する。圧縮油はいったん圧力タンクに貯留し、発電機の回転軸には油圧モータを設置する。圧縮油を圧力タンクから安定的に発電機の油圧モータに圧送することにより、発電効率を高める効果が期待できる。
風力の強弱による液体圧送ポンプの台数の制御は、風速計により５〜８ｍと液体圧送方向切り替え電磁弁の制御で可能である。

また、この発明の液体圧送装置Ａは、低速、穏やかな動作、力を必要とする設備などに利用が可能である。
すなわち、図７に示す１対の液体圧送装置Ａを結合した一体構造液体圧送ポンプ、モータの各回転軸にオームギヤ構造のオームを取り付ける液体圧送ポンプには、外周内周にはそれぞれ液体圧力の出入りが２ヵ所存在し、特殊な手動式の液体圧力切り替え弁により、上下、左右への運動が可能となる。ただし、軽量な物、液体圧力は、他の液体圧送ポンプより圧送する。

さらに、この発明の液体圧送装置Ａを利用し、波浪などの上下動および海岸などに打ち寄せる波エネルギーの反復運動を、反復回転動力として用いることができる。以下、これを図８ａおよび図８ｂを参照して説明する。

まず、浮き１０を岸壁の上の円筒状コロ１４から垂下する。波動で海面が上昇すると、浮き１０が波力で上がり、円筒状コロ１４に巻き付けられたロープ１７から垂下した錘１２が下がると同時に錘１１が揚がり、回転軸１５を回す。これにより、揚水装置９が作動し、イ−１より発生した吸入力（負圧力）により水が吸水管７を通り、逆止弁３より吸入される。その後、イ−２の逆止弁５を通り、揚水管８より揚水される。この吸い上げられた高圧水により水圧モータ２１の回転子を回転させ、水圧モータ２１の出力軸に回転子の回転軸が連結された発電機２３を作動して電力を得る。

また、海面が低下すると、浮き１０は浮力が失われて自重で下がり、円筒状コロ１４からロープ１７を介して垂下された錘１２が揚がると同時に、円筒状コロ１３からロープ１６を介して垂下された錘１１が下がり、回転軸１５を逆回転させる。以上の反復回転を継続する。
また、海面が低下すると、浮き１０は浮力が失われて自重で下がり、円筒状コロ１４からロープ１７を介して垂下された錘１２が揚がると同時に、円筒状コロ１３からロープ１６を介して垂下された錘１１が下がり、回転軸１５を逆回転させる。これにより、揚水装置９が、その吸い込み口と吐出口とを逆にして作動する。すなわち、揚水装置９のイ−２より発生した吸入力により、水が吸入管６を通り、逆止弁２より吸入し、逆止弁４を通り、揚水管８より揚水される。この吸い上げられた高圧水により、同じように水圧モータ２１の回転子を回転させて発電機２３を連続的に作動させる。これにより、安定した高圧の電力を得ることができる。

さらにまた、この発明の液体圧送装置Ａは、一般的な風力発電設備に組み込むことも可能である。
図１０において、１は液体圧送ポンプ（液体圧送装置）、２は油タンク、３は三方弁、４は高圧油タンク、５は流体モータ、６は発電機である。
風力発電設備は、液体圧送ポンプ１を屋外に配置し、偏心回転子の駆動軸の外側の端部にプロペラを固着する。風によってプロペラが回転すると、液体圧送ポンプ１がポンプとして作動する。これにより、油タンク２の油が第１，第２の流入口から液体圧送ポンプ１内に吸い込まれ、第１，第２の流出口から外部に高圧で圧送される。圧送された油は、三方弁３を介して、高圧油タンク４に貯留される。そして、高圧油タンク４に貯留された油により、流体モータ５の回転子を安定的に回転させる。その結果、流体モータ５の出力軸に回転子の回転軸が連結された発電機６を作動し、安定した電力を得ることができる。なお、発電しない場合、高圧の油は、三方弁３から油タンク２に戻される。

この発明の実施例１に係る固定円形内偏心回転子に嵌め合わせ鉄丸棒状（コロ）の出入りに依る液体圧送装置の内部構造を示す概略断面図である。この発明の実施例１に係る固定円形内偏心回転子に嵌め合わせ鉄丸棒状（コロ）の出入りに依る液体圧送装置の内部構造を示す一部断面図を含む斜視図である。図１ａのイ−１・イ−２断面図である。この発明の実施例１に係る固定円形内偏心回転子に嵌め合わせ鉄丸棒状（コロ）の出入りに依る液体圧送装置の外殻の正面図である。図２−ａのロ−１・ロ−２断面図である。この発明の実施例１に係る固定円形内偏心回転子に嵌め合わせ鉄丸棒状（コロ）の出入りに依る液体圧送装置の偏心回転子の正面図である。図３−ａのハ−１・ハ−２断面図である。この発明の実施例１に係る固定円形内偏心回転子に嵌め合わせ鉄丸棒状（コロ）の出入りに依る液体圧送装置のコロの軸線に沿った断面図図である。この発明の実施例１に係る固定円形内偏心回転子に嵌め合わせ鉄丸棒状（コロ）の出入りに依る液体圧送装置のコロの軸線に直交する断面図図である。この発明の実施例１に係る固定円形内偏心回転子に嵌め合わせ鉄丸棒状（コロ）の出入りに依る液体圧送装置の偏心回転子支持蓋の正面図である。図４ａのニ−１・ニ−２断面図である。この発明の実施例１に係る固定円形内偏心回転子に嵌め合わせ鉄丸棒状（コロ）の出入りに依る液体圧送装置の動作状態を説明する概略断面図である。この発明の実施例１に係る固定円形内偏心回転子に嵌め合わせ鉄丸棒状（コロ）の出入りに依る液体圧送装置の正面図である。この発明の実施例１に係る固定円形内偏心回転子に嵌め合わせ鉄丸棒状（コロ）の出入りに依る液体圧送装置の平面図である。この発明の実施例１に係る固定円形内偏心回転子に嵌め合わせ鉄丸棒状（コロ）の出入りに依る液体圧送装置の側面図である。この発明の実施例１に係る固定円形内偏心回転子に嵌め合わせ鉄丸棒状（コロ）の出入りに依る液体圧送装置を１対結合した一体構造の液体圧送装置の正面図である。この発明の実施例１に係る固定円形内偏心回転子に嵌め合わせ鉄丸棒状（コロ）の出入りに依る液体圧送装置を１対結合した一体構造の液体圧送装置の平面図である。この発明の実施例１に係る固定円形内偏心回転子に嵌め合わせ鉄丸棒状（コロ）の出入りに依る液体圧送装置を１対結合した一体構造の液体圧送装置の側面図である。この発明の実施例１に係る固定円形内偏心回転子に嵌め合わせ鉄丸棒状（コロ）の出入りに依る液体圧送装置を波動による反復回転に利用した揚水装置の概略構成図である。この発明の実施例１に係る固定円形内偏心回転子に嵌め合わせ鉄丸棒状（コロ）の出入りに依る液体圧送装置を波動による反復回転に利用した揚水装置の揚水部分の構成図である。この発明の実施例１に係る固定円形内偏心回転子に嵌め合わせ鉄丸棒状（コロ）の出入りに依る液体圧送装置を利用したラリウス形風車の平面図である。この発明の実施例１に係る固定円形内偏心回転子に嵌め合わせ鉄丸棒状（コロ）の出入りに依る液体圧送装置を利用したラリウス形風車の一部断面図を含む正面図である。この発明の実施例１に係る固定円形内偏心回転子に嵌め合わせ鉄丸棒状（コロ）の出入りに依る液体圧送装置を風車の回転軸の回転変動を安定化させる装置として利用した風車回転変動安定化調整系統の概略図である。

符号の説明

Ａ固定円形内偏心回転子に嵌め合わせ鉄丸棒状（コロ）の出入りに依る液体圧送装置。

Claims

両端面が閉止された円筒形状を有するケーシングと、
該ケーシングの内部に、該ケーシングの軸線と同軸的に配置され、該ケーシングの周壁との間に環状空間を形成する円柱部と、
前記環状空間に収納されることで、該環状空間を、前記ケーシングの半径方向に内側流体移送室と外側流体移送室とに画成するとともに、前記ケーシングの軸線から離間した軸線を中心にして円柱部の周りを偏心回転自在なリング形状を有する偏心回転子と、
該偏心回転子の周方向に所定角度ごとに配置され、該偏心回転子と一体的に円柱部の周りを回転しながら偏心回転子の半径方向に移動し、常時、前記内側流体移送室および外側流体移送室を複数に仕切る円柱状のコロとを備え、
前記ケーシングには、前記内側流体移送室に第１の流体を流入させる第１の流入口と、
前記内側流体移送室から第１の流体を流出させる第１の流出口と、
前記外側流体移送室に第２の流体を流入させる第２の流入口と、
前記外側流体移送室から第２の流体を流出させる第２の流出口とがそれぞれ形成された固定円形内偏心回転子に嵌め合わせ鉄丸棒状（コロ）の出入りに依る液体圧送装置。