JP2016008603A

JP2016008603A - 流体発電装置の入力機構

Info

Publication number: JP2016008603A
Application number: JP2014144542A
Authority: JP
Inventors: 達鋭橋本; Tatsutoshi Hashimoto
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-06-26
Filing date: 2014-06-26
Publication date: 2016-01-18

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

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。

特許公開２００９−１９７７５２

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。

図１は回転翼とロープとを組合せた図である。図２は図１の側面図と軸方向の断面図を示す。図３は回転翼内に導入した流体が遠心力により回転軸の接線方向に吐出される図である。図４は本発明の複数の回転翼と１本のロープと発電機を組合せて設置した一例を示す。図５は本発明の複数の回転翼と１本のロープと発電機を組合せて川に設置した一例を示す。

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。

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

Claims

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。