JP2005344701A - 圧縮空気生成及び貯蔵装置並びに該圧縮空気生成及び貯蔵装置を使用した発電システム。 - Google Patents

Abstract

【課題】通常の風力発電は、弱風の時は余り発電できず、暴風や台風の時は、破壊を恐れて風車を止めている。発電に適した風が吹いた時しか発電できない。本発明は、このような不便を解消し、弱風でも、強風でも、風（空気）を圧縮して高圧空気にして貯蔵し、必要に応じて放出して発電する圧縮空気生成及び貯蔵装置を提供することである。
【解決手段】上記課題を解決するために、風車の羽根を取りつけた回転軸を、一部開口している筐体に挿入し、空気ポンプや液圧機や軸流圧縮機や遠心圧縮機等の空気圧縮機の回転軸に直接、又は伝導装置を介して連結する。空気圧縮機の空気吐出口と圧縮空気貯蔵室の空気吸入口を連結する。このように構成された圧縮空気生成及び貯蔵装置。各筐体の圧縮空気貯蔵装置の圧縮空気を別に設けた大型の高圧空気貯蔵タンクに移し、高圧空気貯蔵タンクから放出された高圧空気でタービンを回し発電する風力発電システムである。
【選択図】図１

Description

本発明は、風のエネルギーで風車を回し、風車の回転力を利用して圧縮空気を生成し、生成された圧縮空気を貯蔵し、貯蔵された圧縮空気（高圧空気）で風力発電機を回して発電する、圧縮空気生成及び貯蔵装置並びに該圧縮空気生成及び貯蔵装置を使用した発電システムに関する。

従来、風のエネルギーを利用した風力発電は数多く見られるが、風のエネルギーを利用して圧縮空気を生成し、生成された圧縮空気を貯蔵し、必要に応じて貯蔵した圧縮空気を放出して風力発電機を回して発電するシステムはなかった。モータ等の回転力を使って圧縮空気を作る空気圧縮機は色々発明されているが、自然の風を利用して圧縮空気を作り、この圧縮空気を貯蔵する装置はほとんどなかった。登録実用新案第３０６５７３５号で考案された装置は、風車の駆動軸の回転力を利用して、空気圧縮機を運転し、高圧圧縮空気を発生させ、備蓄タンクに充填備蓄し、必要時にこの圧力エネルギーを動力源として使用する装置である。上記登録実用新案第３０６５７３５号で考案された装置は、自然の風を利用して圧縮空気を作り、この圧縮空気を貯蔵する装置であるが、絶えず風速の異なる風に対して、どのように均一な圧縮空気を発生させるのか、具体的な手段や構成が不明である。登録実用新案公報によれば、この装置の構成は次のようになっている。風車の回転軸より、上部笠歯車を介して、伝達軸により下部笠歯車に導き、高圧空気圧縮機伝達用プーリーにより、複数の高圧空気圧縮機に伝達し、それを台数制御運転することにより発生した高圧圧縮空気を、複数の高圧圧縮空気備蓄タンクに送り備蓄するようにした、となっている。
上記で述べられている高圧空気圧縮機は、遠心圧縮機を指すのか、軸流圧縮機を指すのか、あるいは空気用ピストンポンプのことか、水圧機のような二つのシリンダーを連結したものなのか、あるいは全く異なる構造のものか不明であり、十分な圧力の圧縮空気を生成できるかも不明である。
本発明は、風速の異なる風に対して有効に圧縮空気を生成できる仕組みを示している。上記登録実用新案第３０６５７３５号で考案された装置とは、原理的に同じであるが、この考案の装置で示されていない具体的な構成を示している。
上記の装置以外は、風のエネルギーを直接取りこんで、電気のエネルギーに変換する風力発電機である。しかし、この場合は発電に適する風速の風が必要で、弱い風の場合は発電せず、発電に適した風を得るために大きな風車が必要になり、風車を支えるタワーも高くしなければならない。その上、台風や暴風などに備えて、風力発電機の装置やタワーを頑丈にしなければならず、装置のコストと設置する費用も莫大なものになる。

発明が解決しょうとする課題

従来の風のエネルギーを利用した風力発電では、発電に適した風速の風、風速１０メートルから１５メートルぐらいの風、がなければ発電できなかった。低速の風、風速３メートルから６メートルぐらいの風、でも発電できる小型風力発電機も発明されているが、出力が非常に小さく、家庭用に使用できるぐらいのものである。大型や中型の風力発電装置は、暴風や台風等、強い風が吹くときは、ブレードの損壊を恐れて発電を停止しなければならないし、弱風では発電できない。また、風が吹いているときしか発電できず、任意の時間に発電することもできない。
発明が解決しょうとする課題は、風速２，３メートルの弱風から風速１０メートルから１５メートルぐらいの強風まで、あるいは風速１５メートルを越える暴風であっても、色々な風のエネルギーを捉えて、風車を回し、空気を圧縮して高圧空気を作り、その圧縮空気を貯蔵して、任意の時間に圧縮空気を放出して発電する装置を提供することである。

課題を解決するための手段

上記の課題を解決するために、風のエネルギーを直接発電に回すのではなく、風のエネルギーで風車を回して空気を圧縮し、圧縮した空気を高圧空気貯蔵タンクに貯蔵する高圧空気生成装置を数多く設け、各高圧空気生成装置に発電機（風力発電機）を備えるか、複数の高圧空気生成装置を連結して、必要な高圧空気を１個所に集めて、圧縮空気を放出して大型発電機を必要な時間回して発電するシステムを作ることである。
高圧空気生成装置は、筐体の外部に回転軸に固定した風車を取りつけ、筐体内部に設けた空気圧縮装置、即ち、空気ポンプ（ピストンポンプ）や空気入れのようなものや、二つのシリンダーを連結した水圧機のようなものや、回転翼と固定翼を使った軸流圧縮機や遠心圧縮機のようなもの等、の回転軸を、風車の回転軸と直接、又は歯車やベルト車や鋼索車などの伝導装置を介して連結し、筐体の内部又は外部に設けた高圧空気貯蔵室に圧縮空気を送り込むようにしたものである。
空気をより高圧に圧縮するために、パスカルの定理を利用した水圧機のようなものを利用して、高圧力で圧縮空気を吐出したり、梃子を使ってより大きい力をピストンに加えて空気を圧縮することもできる。

発明の効果

大出力の電力を産み出す大型発電機は風車（ブレード）も大型で、ブレードを支えるタワーも非常に高くする必要があるが、本発明は、小型の装置でも複数の装置を連結し、１個所の高圧空気貯蔵タンクに大量の高圧空気を貯蔵すれば、必要な時に、大出力の電気を産み出すこともでき、設置場所も自動車が多く走行する道路端や、川の堤防沿いや、風がよく吹く谷沿いや、ビルの屋上でもよい。又、海上や湖上にも設置することができる。
非常に簡便で、高圧空気貯蔵タンクに高圧空気を貯蔵すれば、いつでも必要に応じて発電することができる。
又、走行する車両や電車等の屋根に圧縮空気生成装置を設け、圧縮空気を貯蔵する高圧空気貯蔵室又は高圧空気貯蔵タンクに連結すれば、より多くの圧縮空気を得ることができる。大型車や電車が時速６０ＫＭぐらいで走れば、風速１５メートルから１７メートルの風が発生するので、非常に大きな風のエネルギーを取りこむことができ、これを高圧空気貯蔵室又は高圧空気貯蔵タンクに貯蔵し、これらを大型の高圧空気貯蔵タンクに集め、ここから高圧空気を放出して発電機を回し、発電すれば、必要な時に効率よく発電することができる。
あるいは、持ち運びできる移動式圧縮空気生成装置と高圧空気貯蔵タンクを作れば、風の強いところや台風の通り道に移動して設置することもでき、短時間に多くの高圧空気を生成し、貯蔵することができる。風速２０メートル以上の暴風や台風等では、風のエネルギーが大きく、建物の崩壊や物の損壊など被害ばかりがもたらされたが、本発明の圧縮空気生成及び貯蔵装置を使用すれば、短時間で多くの高圧空気を貯蔵することができ、効率よく発電することができる。

本発明の高圧空気生成及び貯蔵装置は、空気取り入れ口を設けた筐体の外側に風車（水平軸風車や垂直軸風車）を設け、風車（風車の羽根）に取りつけた回転軸を筐体を貫通して筐体内部に挿入する。筐体の下部に高圧空気貯蔵室を内設し、高圧空気貯蔵室の上部に空気圧縮装置を設ける。風車の回転軸と空気圧縮装置の回転軸を直接、又は伝導装置を介して連結する。風車の回転軸と空気圧縮装置の回転軸との間にモータやクラッチを取りつけることもできる。
空気圧縮装置は色々な装置があるが、一つはシリンダー内にピストンを往復運動させて空気を圧縮する空気ポンプや空気入れ（以下「空気ポンプ」という）のような空気圧縮装置、二つ目は二つのシリンダーを連結した水圧機（又は油圧機）のようなもの（以下「液圧機」という）、三つ目は回転翼と固定翼を備えた軸流圧縮機、四つ目は遠心力を利用した遠心圧縮機、五つ目は渦巻きポンプやロータリーポンプのような形状のものである。地域によっては風の吹く条件が異なるため、空気圧縮装置として、空気ポンプだけを内設してもよく、比較的強風が吹くところでは、軸流圧縮機や遠心圧縮機等を内設してもよい。あるいは、異なる圧縮装置を複数併用して設置することもできる。

発明を実施するための最良の形態として、ここでは筐体内に空気ポンプと液圧機と回転翼と固定翼を備えた軸流圧縮機を設けた装置を内設したものを取り上げることにする。
図１で見るように、上部に空気取り入れ口１４０を設けた筐体１０の外側に、筐体を貫通した回転軸３０を固着した風車２０（プロペラ型風車などの水平軸風車でもよいが、図１では垂直軸風車）を設け、筐体内部に挿入された回転軸３０（以下「風車回転軸」という）に傘歯車１０１を取りつける。風車回転軸３０の先端はクラッチ４０Ａに連結している。クラッチ４０Ａは電磁クラッチ又は流体クラッチがよい。傘歯車１０１と噛み合う傘歯車１０２に取りつけた回転軸に歯車１０３（平歯車）が固着されている。回転軸は別に設けた支柱に軸支されている。歯車１０３に噛み合う歯車１０４を固定した回転軸に別の歯車１０５を取りつける。歯車１０５に噛み合う歯車１０６の両側にクランク軸６０Ａと回転軸を取りつける。クランク軸６０Ａの先端はクラッチ４０Ｂと連結している。クラッチ４０Ｂはモータ５０に繋がっている。尚、笠歯車と笠歯車を噛み合わせて、垂直軸回転を水平軸回転に変換する変わりに、ウオームギアを用いて変換してもよい。
歯車１０６の一方側に取りつけた回転軸はクラッチ４０Ｃと連結し、クラッチ４０Ｃはクランク軸６０Ｂと連結している。クランク軸６０Ａにコネクティングロッド７０が回動自在に取りつけられ、コネクティングロッド７０の先端に錘をつけて、該錘を液圧機９０の一方のシリンダーのピストン９１に連結するか、あるいは、コネクティングロッド７０の先端を直接液圧機９０のピストン９１に連結する。液圧機９０は、断面積の異なる二つのシリンダーを連結したもの（あるいは凹字型になったシリンダー）で、小ピストン９１と大ピストン９２を有している。小ピストン９１と大ピストン９２で囲まれた内部に水又は油又はその他の流体９５が充填されている。大ピストン９２とシリンダーの上部との間にバネ９３を介装する。バネはどんなバネでもよいが通常はコイルバネを使用する。液圧機には逆止弁９４Ａ，９４Ｂを取りつけた空気吸入口と空気吐出口を設ける。空気吐出口は筐体１０の下部に設けた高圧空気貯蔵室１３０に繋がっている。
クランク軸６０Ｂに回動自在に取りつけられたコネクティングロッド７０の先端に錘をつけ、該錘を空気ポンプ８０内に設けたピストン８１に載せるか、あるいは固定して取りつける。コネクティングロッド７０に錘を取りつける代りに、コネクティングロッド７０の先端を直接、ピストン８１に取りつける。空気ポンプ８０に逆止弁８２Ａ，８２Ｂを取りつけた空気吸入口と空気吐出口を設ける。空気吐出口は高圧空気貯蔵室１３０に繋がっている。矢印は空気の流れを示している。
モータ５０とクラッチ４０Ｂ，４０Ｃは別途設けた風速センサーとコンピュータプログラムにより、所定の風速になるとスイッチがオンされたり、オフされたりする。例えば、弱風（秒速３−５メートルぐらい）の時は、モータ５０のスイッチがオンし、クラッチ４０Ｂが接続され、クランク軸６０Ａの回転を支援する。しかし、クラッチ４０Ｃは切断された状態にある。中風（秒速６−１０メートルぐらい）になると、モータ５０のスイッチが切れ、クラッチ４０Ｂは切断された状態で、クラッチ４０Ｃは接続状態で、クランク軸６０Ａと６０Ｂは回転する。これ以上の風速の時は、モータ５０のスイッチが切れ、クラッチ４０Ｂは切断されるが、クラッチ４０Ａが接続状態になり、風車の回転が軸流圧縮機１２０（あるいは、遠心圧縮機）に伝えられ、軸流圧縮機の回転翼が回転し、圧縮空気を生成する。
風車回転軸３０の先端はクラッチ４０Ａに連結されている。クラッチ４０Ａは電磁クラッチ又は流体クラッチで、高速回転すると接続される。クラッチ４０Ａに連結された軸に回転体（平歯車）１０７を固着し、該歯車１０７に噛み合う歯車１０８を有する回転軸に別の歯車１０９を取りつけ、歯車１０９に噛み合う歯車１１０を有する回転軸に別の歯車１１１を取りつける。歯車１１１にかみ合う歯車１１２を有する回転軸１２３を軸流圧縮機１２０の回転軸とする。軸流圧縮機１２０の回転軸１２３は高圧空気貯蔵室１３０の天井あるいは仕切板に設けた軸受箱に軸支される。軸流圧縮機には、一つ又は複数の回転翼１２１と固定翼１２２が取りつけられている。軸流圧縮機の空気吐出口は高圧空気貯蔵室１３０に繋がっている。図１で示された軸流圧縮機の代りに遠心圧縮機を取りつけることもできる。
図１では、回転運動を伝導するのに歯車を使用したが、歯車の代りに、ベルト車や鋼索車、スプロケットとチェーン等の伝導装置を使用してもよい。又、歯車の組み合わせも図１のように３段階にする必要もない。目的に応じて適当な組み合わせを行う。
高圧空気貯蔵室１３０に逆流防止の圧力制御弁を取りつけた空気吐出口を設け、該空気吐出口はパイプ又はホース又はチューブ又はその他の管材（以下「高圧管」という）を介して別の大型の高圧空気貯蔵タンクに連結し、風力発電機を回して発電する。

図２は風車（第一風車）を取りつけた筐体（以下「第一風車箱」という）の圧縮空気貯蔵室の空気吐出口を、別の風車（第二風車）を取りつけた筐体（第二風車箱）に内設された液圧機の空気吸入口に連結し、該液圧機の空気吐出口から吐出される高圧の圧縮空気を直接、又は第二風車の高圧空気貯蔵室を経て、別途設置された高圧空気貯蔵タンクに送りこみ、高圧空気貯蔵タンクに貯蔵する装置を示している。
先ず、第一風車箱１０Ａの上部に設けた風車（垂直軸風車でも水平軸風車でもどちらでもよいが、図では垂直軸風車）２０Ａを風車回転軸３０Ａに固着し、風車回転軸３０Ａを第一風車箱１０Ａを貫通して内部に挿入し、支柱（図示せず）に取りつけた軸受箱内の軸受に軸支する。風車回転軸３０Ａに歯車１５０を取りつけ、歯車１５０を別の歯車１５１に噛み合わせる。歯車１５１を固定している回転軸にもう一つ別の歯車１５２を固着し、歯車１５２を軸流圧縮機１２０の回転軸１２３に取りつけた歯車１５３に噛み合わせる。軸流圧縮機は第一風車箱の下部に設けた高圧空気貯蔵室１３０の天板又は仕切板１３２の上に載置されている。天板又は仕切板１３２に逆止弁を取りつけた圧縮空気吸入口を設ける。高圧空気貯蔵室１３０には、第二風車箱の液圧機９０の空気吸入口に連結する圧縮空気吐出口１２５が設けられている。第一風車箱に外気を取り入れる空気吸入口１４０を設ける。
第二風車３０Ｂを固定した風車回転軸２０Ｂは第二風車箱１０Ｂを貫通して第二風車箱内に別途設けた支柱に軸支されている。風車回転軸２０Ｂに笠歯車１５４を取りつけ、該笠歯車１５４をクランク軸６０を取りつけた笠歯車１５５に噛み合わせる。クランク軸６０にコネクティングロッド７０を回動自在に取りつけ、コネクティングロッド７０の先端に錘を取りつけ、該錘を液圧機９０の小ピストン９１の上に載置する。あるいはコネクティングロッド７０の先端を直接小ピストン９１に連結する。液圧機の大ピストン側のシリンダーにそれぞれ逆止弁を取りつけた空気吐出口と空気吸入口を設ける。空気吸入口は第一風車箱の高圧空気貯蔵室１３０に設けた空気吐出口１２５と高圧管を介して連結されている。空気吐出口は第二風車箱内に設けた高圧空気貯蔵室１３０Ｂに直接、又は高圧管を介して連結されている。大ピストン９２とシリンダーの天井との間にバネ９３を介装する。
次に、耐圧構造の高圧空気貯蔵タンク１３０内に、内壁に密接するピストン１３１を設け、ピストンと高圧空気貯蔵タンクの天井との間にバネ１３２を介装する。高圧空気貯蔵タンクに空気吸入口１３４と空気吐出口１３３を設ける。空気吸入口には逆流防止の圧力制御弁が取りつけられている。空気吐出口には逆止弁が取りつけられている。第二風車箱の高圧空気貯蔵室１３０Ｂと高圧空気貯蔵タンクの空気吸入口は高圧管を介して連結されている。
このように構成された第一風車を取りつけた第一風車箱と、第二風車を取りつけた第二風車箱と高圧空気貯蔵タンクからなる高圧空気生成及び貯蔵装置である。
尚、高圧空気貯蔵タンクの空気吸入口と空気吐出口のところに開閉弁を取りつけることにより、高圧空気貯蔵タンクを第二風車箱から自由に切り離すことができ、高圧空気貯蔵タンクに貯蔵された高圧空気を別の大型高圧空気貯蔵タンクに移し変えることができる。
尚、上記の第一風車を取りつけた第一風車箱と、第二風車を取りつけた第二風車箱と高圧空気貯蔵タンクからなる高圧空気生成及び貯蔵装置の代りに、一つの風車箱と高圧空気貯蔵タンクからなる高圧空気生成及び貯蔵装置とすることもできる。

図３では、液圧機を使って高圧空気を生成するものと、梃子を使用して、空気ポンプからより高圧な圧縮空気を生成する手段を示している。
風車箱１０には外気を取り込む開口部（空気吸入口１４０）が設けられている。風車２０を取りつけた風車回転軸３０は風車箱を貫通して内部に挿入し、別に設けた支柱（図示せず）に取りつけた軸受箱に軸支されている。風車回転軸３０に笠歯車１０１（風車がプロペラなど水平軸風車の場合は、笠歯車の代りに平歯車）を取りつけ、別の笠歯車１０２と噛み合わせる。笠歯車１０２を有する回転軸に別の平歯車１０３を固着する。平歯車１０３はクランク軸６０Ｃに固着された平歯車１０４と噛み合っている。平歯車１０４の反対側に伸びている回転軸（クランク軸６０Ｃの平歯車１０４を貫通して反対側に伸びている回転軸）はクラッチ４０を介して別の回転軸６１と繋がっている。該回転軸６１に平歯車１０５を取りつけ、別のクランク軸６０Ｄに固着された平歯車１０６と噛み合わせる。クランク軸６０Ｃと６０Ｄに、それぞれコネクティングロッド７０Ｃと７０Ｄを回動自在に取りつける。コネクティングロッド７０Ｃの先端に錘を取りつけ、錘を梃子１５０の一端またはその近傍に載置又は回動自在に取りつける。あるいはコネクティングロッド７０Ｃの先端を錘代りに重くし、梃子１５０の一端またはその近傍に回動自在に取りつける。梃子の他端又はその近傍にロッド８４を回動自在に取りつけ、ロッドの先端を空気ポンプ８０のピストン８１に固着する。空気ポンプには逆止弁を取りつけた空気吸入口と空気吐出口を設け、空気吐出口に高圧管を装着して風車箱内に設けた高圧空気貯蔵室１３０に連結する。空気ポンプのピストン８１と空気ポンプの底部との間にバネ８３を介装する。
コネクティングロッド７０Ｄの先端を液圧機９０の一方側のシリンダー内のピストン９１に固定する。大ピストン９２とシリンダーの天井との間にバネ９３を介装する。大ピストン側のシリンダーに逆止弁を取りつけた空気吸入口９４Ａと空気吐出口９４Ｂを設ける。空気吐出口は高圧空気貯蔵室１３０に連結している。高圧空気貯蔵室に逆止弁を取りつけた空気吐出口１３１を設ける。このように構成された高圧空気生成装置である。
クラッチ４０には、一定の風速以上の風が吹けば接続し、弱風の時は切断されるように制御するコンピュータ制御装置と風速センサーが付設される。
この装置では、弱風の時はクラッチ４０は切断状態になり、コネクティングロッド６０Ｃのみが回転する。風車の回転力にできるだけ負担がかからないようにしながら、空気ポンプから高圧空気を吐出できるように梃子を利用して、空気ポンプのピストンを押す力を強くしている。中風あるいは強風の時はクラッチ４０は接続状態になり、コネクティングロッド６０Ｄも回転させ、空気ポンプだけでなく、液圧機からも高圧空気を吐出するようにしている。空気ポンプまあるいは液圧機は必要に応じて複数設置することもできる。又、空気ポンプと液圧機を入れ替えたり、併用して使用することもできる。

図４の実施例は、図２で説明した第一風車箱と第二風車箱を一つの風車箱にしたものである。空気生成装置の空気ポンプと液圧機の配置が少し異なるものである。
一つの筐体（風車箱）１０内に隔壁１３３を設け、風車箱内を二室に分ける。風車箱の上に設けた第一風車２０Ａを固着した回転軸（風車回転軸）３０Ａを風車箱を貫通して第一室内部に挿入させる。第一室内に挿入された風車回転軸３０Ａに歯車（笠歯車）１０１Ａを固着し、軸端を別に設けた支柱に軸着する。笠歯車１０１Ａに噛合する笠歯車１０２Ａを固着した回転軸に平歯車１０３Ａを取りつける。平歯車１０３Ａと噛合する平歯車１０４Ａを固着している回転軸に別の平歯車１０５Ａを取りつける。平歯車１０５Ａに噛合する平歯車１０６Ａを貫通して固着している二つのクランク軸６０Ａとクランク軸６０Ｂのうち、クランク軸６０Ａはクラッチ４０Ａと連結し、クラッチ４０Ａはモータ５０と連結している。クランク軸６０Ｂと平歯車１０６Ａの間にクラッチ４０Ｂを設けている。二つのクランク軸６０Ａと６０Ｂにはそれぞれコネクティングロッド７０Ａと７０Ｂが回動自在に取りつけられている。コネクティングロッド７０Ａは空気ポンプ８０のピストン８１に連結されており、コネクティングロッド７０Ｂは空気ポンプ８０Ｂのピストン８１Ｂに連結されている。各空気ポンプは逆止弁を取りつけた空気吸入口と空気吐出口を有している。第一室の下部に、隔壁と風車箱の内壁に接する仕切板１３２を横設し、空気ポンプを仕切板上に載設する。仕切板と風車箱の底部と隔壁で囲まれた空間を高圧空気貯蔵室１３０とする。空気ポンプの空気吐出口と高圧空気貯蔵室とを直接、又は高圧管を介して繋がる開口部を仕切板に貫穿する。高圧空気貯蔵室を形成する隔壁１３３の一部に隔壁を貫通する空気孔を設ける。第一室の外壁の一部に空気吸入口１４０を設ける。このように構成されたものが風車箱の第一室である。
風車箱の上に設けた第二風車２０Ｂを固着した風車回転軸３０Ｂを風車箱を貫通して第二室内部に挿入させる。第二室内に挿入された風車回転軸３０Ｂに笠歯車１０１Ｂを取りつけ、軸端を別に設けた支柱に軸着する。笠歯車１０１Ｂに噛合する笠歯車１０２Ｂを固着した回転軸に平歯車１０３Ｂを固着する。平歯車１０３Ｂと噛合する平歯車１０４Ｂを固着した回転軸に別の平歯車１０５Ｂを取りつける。平歯車１０５Ｂに噛合する平歯車１０６Ｂを固着しているクランク軸６０Ｃにコネクティングロッド７０Ｃを回動取りつける。コネクティングロッド７０Ｃの先端を液圧機９０の小ピストン９１に連結する。液圧機は、隔壁と第二室の内壁に接して横設した仕切板の上に載設する。液圧機の大ピストン９２側のシリンダー上部に逆止弁を取りつけた空気吸入口と空気吐出口を設ける。該空気吸入口と隔壁に設けた空気孔は直接、又は高圧管を介して連結されている。液圧機の空気吐出口は第二室の仕切板の下に設けた高圧空気貯蔵室１３０Ｂに繋がっている。第二室の高圧空気貯蔵室に逆止弁を取りつけた空気吐出口１３１を設けている。空気吐出口１３１には高圧管が装着され、外部の高圧空気貯蔵タンクに連結されている。このように構成されたものが風車箱の第二室である。高圧空気貯蔵室１３０Ｂに逆止弁の外に、開閉弁を取りつけ、高圧空気貯蔵室に一時的に空気を高圧状態で貯蔵し、必要に応じて外部の高圧空気貯蔵タンクに放出することもできる。

図５は弱風と中風と強風の場合の圧縮空気生成の方法を示す歯車（あるいは他の伝導装置）とモータとクラッチの組み合わせの一例を示す概略構成図である。
風車２０を固着した風車回転軸３０を風車箱１０を貫通して内部に挿入し、先端をクラッチ４０Ｄに連結する。風車回転軸３０に笠歯車１０１を取りつけ、該笠歯車１０１に別の笠歯車１０２を噛み合わせる。笠歯車１０２を取りつけた回転軸に歯車１０３を取りつけ、歯車１０３より突き出た軸の先端をクラッチ４０Ａに連結する。クラッチ４０Ａの反対側は歯車１０４を固着した回転軸に連結している。歯車１０３と噛み合う歯車１０５を固着した回転軸の一方側は、モータ５０に連結しているクラッチ４０Ｂに連結し、回転軸のもう一方側はクラッチ４０Ｃに連結している。クラッチ４０Ｃの反対側は、歯車１０４と噛み合う歯車１０６を固着し、更に別の歯車１０７を固着している回転軸に連結している。歯車１０７と噛み合う歯車１０８は両側にクランク軸６０Ａと６０Ｂを有している。クランク軸６０Ａと６０Ｂにはそれぞれコネクティングロッド７０Ａと７０Ｂを回動自在に取りつけている。
風車回転軸３０が連結しているクラッチ４０Ｄの反対側は歯車１０９を固着した回転軸に連結している。歯車１０９は歯車１１０と噛み合い、歯車１１０を固着した回転軸に別の回転軸１１１を取りつけ、回転軸１１１は歯車１１２と噛み合っている。このように構成することにより、弱風、中風、強風をうまく取りこみ圧縮空気を無理なく生成することができる。
例えば、弱風の時はクラッチ４０Ａと４０Ｄが切断状態となり、モータ５０が回転し、クラッチ４０Ｂと４０Ｃが接続状態になる。風車２０の回転が、笠歯車１０１を介して笠歯車１０２と平歯車１０３へ伝えられ、更に平歯車１０３と噛み合う平歯車１０５に伝達される。平歯車１０３と平歯車１０５の歯数比を１より大きくすれば、クランク軸の回転数を増大させることができる。更に、モータ５０の回転力が加わるため、圧縮空気生成を助けることができる。中風の時はモータ５０が停止し、クラッチ４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄが切断状態となる。クラッチ４０Ａが接続状態となり、風車２０の回転が平歯車１０４に伝達され、平歯車１０４と噛み合う平歯車１０６へ伝達される。平歯車１０４と平歯車１０６の歯数比を１より小さくすれば、クランク軸の回転数を減少させることができる。強風の時はモータ５０が停止し、クラッチ４０Ｂと４０Ｃが切断状態となる。クラッチ４０Ａと４０Ｄが接続状態となる。クラッチ４０Ｄ側に連結する圧縮空気生成装置（例えば、軸流圧縮機等）の回転軸の回転を、圧縮空気生成装置を最適に運転できるような回転数になるように歯車を組み合わせることもできる。強風で風車２０の回転力と回転数が高くなっているため、１分間に数千回転という回転も可能である。

図６と図７は二つの風車を二重に取りつけた二重風車装置の断面図と斜視図である。
風車回転軸３０Ｃは、風車回転軸の上部に第一風車２０Ｃを固着し、第一風車２０Ｃの上下の位置を横切るように架設された水平方向の支柱（以下「梁」という）２０２Ａ，２０２Ｂに嵌着されたベアリング２００Ａと２００Ｂの内径を通り、風車箱１０を貫通して風車箱内に挿入し、風車箱内に架設された梁に嵌着されたベアリング２００Ｆに軸支される。風車回転軸３０Ｃに笠歯車１０１Ｃを固着し、該笠歯車１０１Ｃを別の笠歯車１０２Ｃに噛合させる。
風車回転軸３０Ｃの外側に、筒状のパイプ軸２０１を風車回転軸３０Ｃと非接触状態で嵌め、梁２０２Ｂと風車箱内の梁２０２Ｃに固定する。ベアリング２００Ｃと２００Ｅの内周が支持筒２０１の外周に接触状態で支持筒２０１にベアリング２００Ｃと２００Ｅを嵌めこむ。
ベアリング２００Ｃと２００Ｅの外輪にパイプ回転軸３０Ｄ（以下「第二風車軸」という）の内周が接するように、第二風車軸３０Ｄをベアリング２００Ｃと２００Ｅに嵌めこむ。第二風車軸に第二風車２０Ｄを固着する。風車箱１０を貫通して風車箱内に挿入された第二風車軸に歯車１０１Ｄを固着し、該歯車１０１Ｄを別の歯車１０２Ｄに噛み合わせる。風車箱の天井内にベアリング２００Ｄを嵌着し、ベアリング２００Ｄの内径が第二風車軸の外周（外径）に接するように第二風車軸を取りつけ、風車箱の天井を貫通させる。以上のように構成された二重風車装置である。
この装置は一つの風車箱で、弱風用と中・強風用の二つの風車を取りつけることにより、風速が一定でない風のエネルギーをできるだけ多く圧縮空気に換える事ができるように工夫したものである。
図８は第一風車軸３０Ｃを支える梁２０２Ａと２０２Ｂを示す斜視図である。梁は風車箱上に垂設した支柱に支持されている。

図９は屋根に図２の二つの風車と空気圧縮装置と高圧空気貯蔵室又は高圧空気貯蔵タンクを載置した車両を示す斜視図である。大型自動車や電車等の屋根に設置すれば、自動車や電車が走行するたびに圧縮空気を生成し、高圧空気貯蔵室又は高圧空気貯蔵タンクに高圧空気が貯蔵されれば、別の大型高圧空気貯蔵タンクに貯蔵し、発電機を回して発電することができる。大型自動車の屋根に風車と空気圧縮装置を取りつけ、車内を高圧空気貯蔵室とすれば、強風が吹いているところに移動すれば、高圧空気を短期間に多量貯蔵することができる。あるいは、地下鉄の電車の屋根に設置すれば、電車の走行により風速１０数メートルの風のエネルギーで効果的に圧縮空気を生成することができる。

本発明の高圧空気生成６及び貯蔵装置は、エネルギーを得るために石油や石炭やガスやウラン等の燃料を全く必要とせず、自然のエネルギーで、しかも莫大な潜在エネルギーを有する空気（風）のエネルギーを貯蔵して発電する装置である。装置の各部品や構造物は工場で大量に生産できる工業品で、材料も簡単に入手できるものである。この装置を使用して得られる電力は、産業上最も広範囲に利用されるエネルギーで、一般家庭から工場や事務所や農業やサービス業に到るまで、非常に幅広く利用できる。
本発明の高圧空気生成及び貯蔵装置の高圧空気貯蔵室又は高圧空気貯蔵タンクに貯蔵された高圧空気を別の大型高圧空気貯蔵タンクに容易に移し変えることができるので、台風等、普通は被害をもたらす風のエネルギーを貯蔵して、発電に利用することができる。

本発明の一実施例を示す概略構成図である。 本発明の一実施例を示す概略構成図である。 本発明の一実施例を示す概略構成図である。 本発明の一実施例を示す概略構成図である。 本発明の一実施例を示す概略構成図である。 本発明の二重風車の一部断面図である。 本発明の二重風車を示す斜視図である。 本発明の二重風車の支柱を示す斜視図である。 本発明の高圧空気生成装置と高圧空気貯蔵室装置を車両に取りつけた斜視図である。

符号の説明

１０，１０Ａ，１０Ｂ ： 風車箱
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ ： 風車
３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ ： 風車回転軸
４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ ： クラッチ
５０ ： モータ
６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄ ： クランク軸
６１ ： 回転軸
７０，７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃ，７０Ｄ ： コネクティングロッド
７１ ： 錘
８０ ： 空気ポンプ
８１ ： ピストン
８２Ａ ： 空気吸入口
８２Ｂ ： 空気吐出口
８３ ： バネ
９０ ： 液圧機
９１ ： 小ピストン
９２ ： 大ピストン
９３ ： バネ
９４Ａ ： 空気吸入口
９４Ｂ ： 空気吐出口
９５ ： 流体
１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６ ： 歯車
１０７，１０８，１０９，１１０，１１１，１１２ ： 歯車
１０１Ａ，１０２Ａ，１０３Ａ，１０４Ａ，１０５Ａ，１０６Ａ ： 歯車
１０１Ｂ，１０２Ｂ，１０３Ｂ，１０４Ｂ，１０５Ｂ，１０６Ｂ ： 歯車
１０１Ｃ，１０２Ｃ，１０３Ｃ，１０４Ｃ ： 歯車
１０１Ｄ，１０２Ｄ ： 歯車
１２０ ： 軸流圧縮機
１２１ ： 回転翼
１２２ ： 固定翼
１２３ ： 回転軸
１２４ ： 空気吐出口
１３０，１３０Ａ，１３０Ｂ ： 高圧空気貯蔵室
１３１ ： 空気吐出口
１３２ ： 仕切板
１３３ ： 隔壁
１４０ ： 空気吸入口
１５１，１５２，１５３，１５４，１５５ ： 歯車
２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃ，２００Ｄ，２００Ｅ，２００Ｆ ： ベアリング
２０１ ： 支持筒
２０２Ａ，２０２Ｂ，２０３Ｃ ： 梁

Claims (8)

1. 風車を固着した回転軸（以下「風車回転軸」という）を外気取り入れのための開口部を設けた筐体の内部に挿入し、筐体に内設した軸流圧縮機や遠心圧縮機の回転軸に直接又は、歯車やベルト車等の伝導装置や変速装置を介して連結し、軸流圧縮機や遠心圧縮機の空気吐出口を、筐体内部又は外部に設けた高圧空気貯蔵室に、直接又はホースやパイプ、チューブ等（以下「高圧管」という）を介して連結した高圧空気生成及び貯蔵装置。
2. 風車を固着した風車回転軸を一部開口部を設けた筐体の内部に挿入し、該風車回転軸を変速装置又は伝動装置に連結し、変速装置又は伝導装置の出口側に連結したクランク軸にコネクティングロッドを回動自在に取りつけ、コネクティングロッドの先端、又は先端に取りつけた錘を空気ポンプ又は空気シリンダー又は空気入れ（以下「空気ポンプ」という）のピストンに連結するか、あるいはコネクティングロッドの先端、又は先端に取りつけた錘を、断面積の異なる二つのシリンダーを連結し、内部に液体を入れた水圧機や油圧機のようなもの（以下「液圧機」という）のピストンに連結し、逆止弁を取りつけた空気吸入口と空気吐出口を有する空気ポンプ又は液圧機の空気吐出口を、筐体内部又は外部に設けた高圧空気貯蔵室に、直接又は高圧管を介して連結した高圧空気生成及び貯蔵装置。
3. 下記の部材と構造物で構成された高圧空気生成及び貯蔵装置。
   １．外気取り入れのための開口部を設け、下部に高圧空気貯蔵室を内設するか、外部に高圧空気貯蔵室を併設した筐体（以下「風車箱」という）。
   ２．上部に風車を固着した風車回転軸を上記風車箱に挿入し、風車箱内部に挿入された風車回転軸に笠歯車又はウォームギアを固着した風車回転軸。
   ３．風車回転軸に取りつけた笠歯車又はウォームギアに噛み合う笠歯車又はウォームギアを有し、別の平歯車を固着した回転軸（以下「第一回転軸」という）。
   ４．平歯車を固着し、クラッチ（以下「第一クラッチ」という）を介して第一回転軸に連結する回転軸（以下「第二回転軸」という）。
   ５．第一回転軸の平歯車に噛み合う平歯車を固着した回転軸で、一方側をモータに連結するクラッチ（以下「第二クラッチ」という）に連結し、もう一方側をクラッチ（以下「第三クラッチ」という）を介して、第二回転軸の平歯車と噛み合う平歯車を固着した回転軸（以下「第四回転軸」という）に連結する回転軸（以下「第三回転軸」という）。
   ６．第四回転軸に第二回転軸の平歯車と噛み合う平歯車の外に別の平歯車を固着する。
   ７．第四回転軸の二番目の平歯車に噛み合う平歯車の片側又は、両側にクランク軸を取りつけ、クランク軸にコネクティングロッドを回動自在に取りつける。
   ８．風車箱の内部に設けた高圧空気貯蔵室の上部に空気ポンプ又は液圧機、あるいは空気ポンプと液圧機を載置する。
   ９．逆止弁を取りつけた空気吸入口と空気吐出口を有する空気ポンプ又は液圧機の空気吐出口を、高圧空気貯蔵室に、直接又は高圧管を介して連結する。
   １０．コネクティングロッドの先端、又は先端に取りつけた錘を空気ポンプのピストンに連結するか、あるいはコネクティングロッドの先端か、又は先端に取りつけた錘を液圧機のピストンに連結する。
   以上のように構成された高圧空気生成及び貯蔵装置。
4. 請求項３記載の高圧空気生成及び貯蔵装置において、風車箱内部に挿入された風車回転軸の先端をクラッチ（以下「第四クラッチ」という）を介して別の回転軸（以下「第五回転軸」という）に連結し、第五回転軸を直接、又は変速装置を介して、風車箱に内設した軸流圧縮機又は遠心圧縮機の回転軸に連結し、軸流圧縮機又は遠心圧縮機の空気吐出口を高圧空気貯蔵室に連結する。
   以上のように構成された請求項３記載の高圧空気生成及び貯蔵装置。
5. 下記の部材と構造物で構成された高圧空気生成及び貯蔵装置。
   １．外気取り入れのための開口部を設け、下部に高圧空気貯蔵室を内設するか、外部に高圧空気貯蔵室を併設した筐体（以下「第一風車箱」という）の内部に、風車（以下「第一風車」という）を固着した風車回転軸（以下「第一風車回転軸」という）を挿入し、第一回転軸の先端を直接、又は変速装置を介して、第一風車箱に内設した軸流圧縮機又は遠心圧縮機の回転軸に連結する。
   ２．第一風車箱の高圧空気貯蔵室の上か、又は第一風車箱内に設けた仕切板の上に軸流圧縮機又は遠心圧縮機を載置し、該軸流圧縮機又は遠心圧縮機の空気吐出口を高圧空気貯蔵室に連結する。
   ３．中空の筐体（以下「第二風車箱」という）の上に風車（以下「第二風車」という）を設け、第二風車を固着した回転軸（以下「第二風車回転軸」という）を第二風車箱内に挿入する。
   ４．第二風車箱内に挿入された第二風車回転軸を直接、あるいは変速装置又は伝導装置を介して一つ又は複数のクランク軸に連結する。
   ５．クランク軸にコネクティングロッドを回動自在に取りつける。
   ６．第二風車箱に高圧空気貯蔵室を内設し、該高圧空気貯蔵室の上部に、逆止弁を取りつけた空気吸入口と空気吐出口を有する空気ポンプ又は液圧機、あるいは空気ポンプと液圧機を載置する。
   ７．コネクティングロッドの先端、又は先端に取りつけた錘を空気ポンプのピストンに連結するか、あるいはコネクティングロッドの先端、又は先端に取りつけた錘を液圧機のピストンに連結する。
   ８．第一風車箱の高圧空気貯蔵室の空気吐出口と、第二風車箱内の空気ポンプ又は液圧機の空気吸入口を直接、又は高圧管を介して連結する。
   ９．第二風車箱内の空気ポンプ又は液圧機の空気吐出口を、第二風車箱内の高圧空気貯蔵室、あるいは外部に設けた高圧空気貯蔵タンクの空気吸入口に直接又は高圧管を介して連結する。
   以上のように構成された高圧空気生成及び貯蔵装置。
6. 下記の部材と構造物で構成された高圧空気生成及び貯蔵装置。
   １．外気取り入れのための開口部を設け、下部に高圧空気貯蔵室を内設するか、外部に高圧空気貯蔵室を併設した風車箱。
   ２．風車箱の上に複数の支柱を垂設し、対角線上の支柱と支柱を繋ぐ梁を、支柱の上部及び中間部に横設し、それぞれの梁の中央部にベアリングを嵌めこんだ軸受箱を装着する。
   ３．風車（以下「内側風車」という）を固着した回転軸（以下「内側回転軸」という）を前記軸受箱内のベアリングを通り、風車箱の天井を貫通して風車箱内に挿入し、風車箱内に設けた梁に装着した軸受箱内のベアリングに軸支する。
   ４．内側回転軸の外側に、内側回転軸と非接触状態で筒状体（以下「支持筒」という）を内側回転軸に被せ、該支持筒の上下を梁と風車箱の天井に固定して取りつける。
   ５．支持筒にベアリングを嵌めこみ、該ベアリングの外輪に、風車（以下「外側風車」という）を固着しているパイプ軸（以下「外側回転軸」という）を嵌めこむ。
   ６．風車箱内に挿入された内側回転軸を直接、あるいは伝導装置や変速装置を介してクランク軸に連結する。
   ７．クランク軸にコネクティングロッドを回動自在に取りつける。
   ８．コネクティングロッドの先端、又は先端に取りつけた錘を風車箱に内設した空気ポンプあるいは液圧機のピストンに連結する。
   ９．空気ポンプ又は液圧機の空気吐出口を、風車箱内に設けた高圧空気貯蔵室、あるいは外部に併設した高圧空気貯蔵タンクの空気吸入口に直接又は高圧管を介して連結する。
   １０．風車箱内に挿入された外側回転軸を、風車箱に内設した軸流圧縮機や遠心圧縮機の回転軸に直接又は、伝導装置や変速装置を介して連結し、軸流圧縮機や遠心圧縮機の空気吐出口を、風車箱内に設けた高圧空気貯蔵室、あるいは外部に併設した高圧空気貯蔵タンクの空気吸入口に直接又は高圧管を介して連結する。
   以上のように構成された高圧空気生成及び貯蔵装置。
7. 請求項１乃至請求項６の高圧空気生成及び貯蔵装置を積載した電車又は自動車又はその他の車両。
8. 請求項１乃至請求項６の高圧空気生成及び貯蔵装置と発電装置から成る風力発電システム。

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