JP2016008603A - 流体発電装置の入力機構 - Google Patents
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Abstract
【課題】 狭い空間でも設置でき、設置やすく、かつ、効率よく発電することを可能とする。
【解決手段】 本発明の流体発電装置の入力機構は、あらゆる方向からの流体の流れを常に一方向の回転に変換することができる。また設置や撤去に特別な工事はほとんど必要ないので、非常時の発電としても利用できる。という利点がある。
【選択図】図1
【解決手段】 本発明の流体発電装置の入力機構は、あらゆる方向からの流体の流れを常に一方向の回転に変換することができる。また設置や撤去に特別な工事はほとんど必要ないので、非常時の発電としても利用できる。という利点がある。
【選択図】図1
Description
本発明は、何れの方向からの風や水などの流体に対しても1方向に回転可能で、発電機との配置が自由になる構造の流体発電装置の入力機構に関する。
近年、風力や水力により翼を回転させて発電する自然エネルギーによる発電が推進されてきているが、自然エネルギーは流れの方向や強さが刻々と変化するため、安定して回転力に変換することが難しい。その上で電力を有効に発生させる構造が望まれることとなる。
そこで、地下鉄ホーム等で、略所定範囲内にあり、風向きの切り替わりがあっても停止しないで、同じ方向に回転する双方向風回転機が提案されている。
しかし、 この回転機は回転軸方向の風に限定される。例えば、この回転軸に垂直な方向からの風を受けた場合は周りに円筒状の囲いがないと、逆方向にまわる。このように風向きと、回転軸がほぼ位置していないと効率よく回転できない不具合が生じる。
一般的に、プロペラ型では風向きに合わせるための翼が付く。あるいは大型のものでは、風向に合わせ、風向きに向かわせるようモーター等で制御する。一方、サボニウス型やダリウス型では回転軸に垂直な方向の風であれば、向きには影響ない。しかし回転軸に平行な上昇気流や下降気流では回転できず、このようにあらゆる方向からの風に対応できるような風力発電機はない。 解決しようとする問題点は、あらゆる方向からの流れに対応でき、設置場所を限定されにくく、設置や撤去が容易な流体発電装置の入力機構である。
本発明は、回転軸に対し、ねじり方向が相反する翼と、これらの翼の外周を囲むように配置されるサボニウス翼との組合せからなる回転翼と、この翼からの回転力を可撓性のあるロープを介して発電機に伝達することを主要な特徴とする。
本発明の流体発電装置の入力機構は、あらゆる方向からの流体の流れを常に一方向の回転に変換することができる。また、可撓性のあるロープで回転力を伝達するので、柱と柱の間にロープを渡してその間に複数の回転翼を配置したり、狭い空間でも複数のロープを渡して配置したり、高所から吊るしたりと配置空間の状況に応じて多彩なパターンで流体の流れを回転力に変換できる発電機を提供できるという利点がある。
回転軸に対し、ねじり方向が相反する翼と、これらの翼の外周を囲むように配置されるサボニウス翼との組合せからなる回転翼と、この翼からの回転力をワンウエイクラッチを介して、可撓性のあるロープに回転力を伝え、その回転力を発電機に伝達する構造とした。
図1、図2、図3は回転翼と駆動ロープを組合せた実施例を示す。2は回転翼であり、21は最外形となるサボニウス翼、22は右捩じり翼、23は左捩じり翼、24は左ガイド、25は右ガイドからなる。図1において、サボニウス翼21は内部がわかるように透明で図示してある。これらの翼は薄いシート状のプラスチックか板金から作成される。プラスチックで一体成型されていてもよい。
26は導入口で、27は吐出口である。28は翼内の空間で、サボニウス翼21と右捩じり翼22と左捩じり翼23と左ガイド24と、右ガイド25から形成される。導入口26と吐出口27はこの翼内の空間28への流体の入口と出口になる。
この回転翼2は後述する入力軸に対し180度ずれて回転対称に配置されている。最外形となるサボニウス翼21は後述する回転軸に対し垂直な流体の流れを受けた時、流れを矢印方向に回転する回転力に変換する。また、右捩じり翼22は奥側から回転軸に沿った流体の流れを受けた時、流れを矢印方向に回転する回転力に変換する。左捩じり翼23は手前側から回転軸に沿った流体の流れを受けた時、流れを矢印方向に回転する回転力に変換する。
もし、サボニウス翼21で翼内の空間28が覆われていないとすると、回転翼2は後述する入力軸に対し垂直な流体の流れを受けた時、右捩じり翼22と左捩じり翼23の間に向かって流れる流体は狭められる方向に回転力を発生することになるので、矢印と逆方向に回転する回転力に変換されることになる。
31は翼ベースで、略円筒状で2つの回転翼2全体を支持する。32はワンウェイクラッチ、33は軸受、34は入力軸となるSUSパイプである。翼ベース31は両側の軸受33で入力軸32に対し、回転自在に支えられている。ワンウェイクラッチ32は外筒が翼ベース31に固定され、内周が入力軸34と接しており、回転翼2が矢印方向に回転した時、入力軸34に矢印方向に回転を伝える。
そのため、入力軸34の少なくとも、ワンウェイクラッチ32と接する部分は削れ難いよう、塩浴や浸炭窒化等の処理で硬度を高めてある。また、入力軸34のSUSパイプ内径にはロープ4が貫通し、ロープ4の一部が入力軸34の外周より突出して固定されることで、入力軸34に伝えられた回転力をロープ4に伝えるために、長穴が切ってある。
35はスペーサで軸受け33とロープ4が直接接触してロープが削れないように配置してある。36はロープ止めで入力軸34とロープ4を固定する。ロープ4は図1のように回転方向に対し、撚りが締まる方向に配置してある。ワンウェイクラッチ32の作用で、万一、回転翼2が矢印と反対方向に回っても、ロープ4には回転は伝わらない。かつ、回転翼2が回転しない場合には、ロープ4が矢印の方向に回転していても、回転翼2には回転が伝わらないので、負荷になることは無い。
そのため、1本のロープ4に複数個の回転翼2を組み付けた場合でも、流体の流れを受けず回転しない。あるいは、障害物に接触して回転しない回転翼2があっても、ロープ4の回転の負荷になることは無い。
上記にて説明したように、流体が回転翼2に対し、いかなる方向から当たっても回転翼2は常に矢印方向にロープ4を回転させることができる。
上記にて説明したように、流体が回転翼2に対し、いかなる方向から当たっても回転翼2は常に矢印方向にロープ4を回転させることができる。
また、図3に示すように、流体の流れを受けて回転翼2が回転すると、遠心力の働きにより翼内の空間28内の流体はサボニウス翼21、と右捩じり翼22、左捩じり翼23の内面に沿って、円周方向に移動する。そのため、導入口26近傍は負圧になるので、導入口26からは流体が流入して、左ガイド24と右ガイド25に沿って翼内の空間28に満たされる。円周方向に移動した流体は其々の翼で円周方向に行くに従い空間が狭まるので、圧縮される。圧縮された流体は吐出口27より、入力軸34の接線方向に吐出されて、回転力の補助となる。
図4は図1,2,3で示した回転翼2を1本のロープ4に複数個組付けた例を示す。5は発電機で、ロープ4に逆回転のトルクがかからないように、図示しない内部の入力にウォームホィールかワンウェイクラッチが組込まれている。そうすることで、ロープの撚りが緩むのを防ぐ。
6は端部受け、7は支柱、8は湾曲部受けである。ロープ4の端部は発電機5の入力軸にテンションをかけた状態で、連結されている。端部受け6は支柱7の上部で支えられていて、ロープ4の端部を回転自在に牽引している。湾曲部受け8はロープ4を複数個のベアリングで回転自在にかつ、向きが曲がるように支えている。この例では横方向に5個の回転翼2と、縦方向に2個の回転翼2を組付けている。このように自由に配置ができ、其々の回転翼2があらゆる方向からの風を受けても同じ方向にロープ4を回転させることができるて、ロープ4の端部に連結した発電機5を回転させて、発電することが可能となる。
図5は川の流れによる発電の例を示す。川にかかった橋の上に発電機を設置し、発電機の軸につないだロープ4に予め組付けた複数の回転翼2とその間に浮き9をロープ4に対し、回転自在に組み込んで川の流れに垂らす。川の流れで、其々の回転翼2が回転してロープ4をまわすことで、発電する。このように、設置や撤去に特別な工事はほとんど必要ないので、非常時の発電としても利用できる。
このような例で示すように、張ったり、垂らしたりしたロープに回転翼を付けることで、発電機を回転させるための動力を容易に作ることができるので、柱や樹木や建物間にロープを張って発電も可能である。
近年、海では深さ方向に振動する波発電機も考案されている。深さ方向に伸びる軸に、この回転翼を組み付けると、上下動しても回転翼は一方向に回り、深さ方向に伸びる軸を連続して一方向に回転させることで、効率よく発電することが可能である。加えて、横波やうねりもサボニウス翼で一方向への回転力に変換できる。
実施例ではロープを用いたが、ワイヤーやコイル等の可撓性のあるもので、回転力を伝達することで、設置や発電機との組付けが容易になるというメリットがある。しかし、そのため、これらの伝達手トルクに対し、捩じることで丸まることがない程度の張力を加えないと回転力を伝達出来ない。そこで、張力を加えても切断しない引張と捩じれ強度が必要である。
また、実施例では回転翼2は180度位相がずれた2枚翼であるが、3枚翼や4枚翼等の複数の翼であってもよいし、入力軸34を長くとって、スラスト方向にずれて配置されていてもよい。
図3では遠心力により翼内に導いた流体を、翼先端の外周近傍から入力軸の回転の接線方向に吐出させることで、補助の回転力を得る構造をとっている。これは必ずしも、この翼形状をとる必要はなく、プロペラ翼であっても、翼内が空洞で、翼の回転中心近傍からの導入口と翼先端近傍からの吐出口があれば、同じ効果が得られることは言うまでもない。
また、プロペラ翼では、翼後端近傍に吐出口を設けて、空気の流れで、翼形状を作り、揚力を増して効率を上げたり、逆に翼先端近傍に吐出口を設けて、空気の流れで、擬似的な翼の凹凸を発生させることで、風きり音を減らすことも可能である。
このように、本発明の流体発電装置の入力機構は、あらゆる方向からの流体の流れを常に一方向の回転に変換することができる。また設置や撤去に特別な工事はほとんど必要ないので、非常時の発電としても利用できる。という利点がある。
2 回転翼
21 サボニウス翼
22 右捩じり翼
23 左捩じり翼
24 左ガイド
25 右ガイド
26 導入口
27 吐出口
28 翼内の空間
31 翼ベース
32 ワンウェイクラッチ
33 軸受
34 入力軸
35 スペーサ
36 ロープ止め
4 ロープ
5 発電機
6 端部受け
7 支柱
8 湾曲部受け
9 浮き
21 サボニウス翼
22 右捩じり翼
23 左捩じり翼
24 左ガイド
25 右ガイド
26 導入口
27 吐出口
28 翼内の空間
31 翼ベース
32 ワンウェイクラッチ
33 軸受
34 入力軸
35 スペーサ
36 ロープ止め
4 ロープ
5 発電機
6 端部受け
7 支柱
8 湾曲部受け
9 浮き
Claims (7)
- 可撓性のあるロープあるいはワイヤーやコイルを回転力の伝達手段としたことを特徴とする、発電装置の回転力伝達機構。
- 請求項1の可撓性のある伝達手段の回転方向は撚り線であれば、撚りが締まる方向に、コイルであれば、コイルが締まる方向に回転力を伝達するようにしたことを特徴とする、発電装置の回転力伝達機構。
- 請求項1に加え、該回転力の入力手段から発電機の回転軸へ回転を伝達する間に1方向回転クラッチやウオームとホィールの組合せにより、回転力伝達手段からの回転力が入力側からしか伝達できない構造となっていることを特徴とする、発電装置の回転力伝達機構。
- 流体の流れを回転力に変換する翼であって、どの方向から向かってくる流体に対しても、流体の流れを常に同じ方向の回転力に変換することを特徴とする、ファンまたはスクリュウ状の回転力変換翼。
- 請求項4の流体の流れを回転力に変換する翼であって、回転軸に対し、ねじり方向が相反する翼と、これらの翼の外周を囲むように配置されるサボニウス翼との組合せからなるファンまたはスクリュウ状の回転力変換翼。
- 流体の流れを回転力に変換する翼であって、翼内に空洞が形成してあり、回転中心近傍で翼内に流体を導入する入流口と、翼内を経由して、翼の外周近傍に略回転の接線方向に向いている吐出口があることを特徴とする、ファンまたはスクリュウ状の回転力変換翼。
- 請求項1の回転力伝達機構と請求項5の回転力変換翼とを組合せた発電装置の回転力入力機構。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014144542A JP2016008603A (ja) | 2014-06-26 | 2014-06-26 | 流体発電装置の入力機構 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014144542A JP2016008603A (ja) | 2014-06-26 | 2014-06-26 | 流体発電装置の入力機構 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016008603A true JP2016008603A (ja) | 2016-01-18 |
Family
ID=55226323
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014144542A Pending JP2016008603A (ja) | 2014-06-26 | 2014-06-26 | 流体発電装置の入力機構 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2016008603A (ja) |
-
2014
- 2014-06-26 JP JP2014144542A patent/JP2016008603A/ja active Pending
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