JP2017210872A

JP2017210872A - 流体発電装置

Info

Publication number: JP2017210872A
Application number: JP2016102222A
Authority: JP
Inventors: 正治内田; Shoji Uchida
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-05-23
Filing date: 2016-05-23
Publication date: 2017-11-30

Abstract

【課題】流速の変化による発電量の変動を抑制することが出来るとともに、過度な強風等に対して回転部分の破損を防止することができる流体発電装置を提供する。
【解決手段】一対の円板状の隔壁４、５間に、隔壁間を仕切る複数の流体案内板６が配設された流体の受入部材１と、受入部材１の中心部に配置された回転車２と、回転車２の回転によって発電する発電機３とを備え、複数の流体案内板６は、板面を隔壁４、５の径方向に対して互いに等しい角度傾斜させて隔壁４、５の円周方向に等間隔をおいて配設されることにより、円周方向に隣接する流体案内板６間に、隔壁の外周側が流体の受入口７となり、隔壁の内周側が回転車２に向けて上記流体を噴出させる流体の排出口８となる流路Ｐが形成され、かつ流体案内板６に、枢軸２２を中心にして流路Ｐ内に向けて回動自在となる可動案内部２１を設けるとともに、可動案内部を回動させる回動機構２３、２４を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、風、潮流あるいは水流によって発電を行うための流体発電装置に関するものである。

近年、世界規模での地球温暖化の主因であるＣＯ_２の排出削減要請から、これまで多く依存していた石油やＬＮＧ等の化石燃料の代替エネルギーあるいは新たなエネルギー源として、枯渇や公害の虞のない自然エネルギーを利用しようとする様々な研究開発が積極的に進められている。

このような自然エネルギーとしては、太陽光、潮流、風力等が利用可能であるが、いずれも時間や季節によって変動するという欠点を有している。特に、風の利用に関しては、日本は米国等と比較して面積が小さく、かつ地形が平坦でないために、風力が弱く、かつ風向も頻繁に変化することから、安定的かつ効率的にこれを利用することが難しいという問題点がある。

このよう問題点を解決しようとする従来の技術としては、例えば下記特許文献１においては、上下に所定間隔を保って互いに対向して配置され、中心部が開口したドーナッツ板状を呈する一対の水平誘導板と、この水平誘導板間の開口部に回転軸が配置されて同回転軸に羽根部が取付けられた回転翼部と、この回転翼部の外周側の上記水平誘導板の間に上記回転軸の軸芯から偏芯させて放射状に複数配置した垂直誘導板とを備えた風力発電装置が提案されている。

特開２０１１−７１６９号公報

上記従来の風力発電装置は、上記水平誘導板および当該水平誘導板間に組み入れた垂直誘導板によって気流増速器を形成させ、この気流増速器によって増速された気流の誘導先を羽根部の気流取り込み口に向けることにより、全方位からの気流を増速させて取り込み、回転翼部の気流取り込み口を加圧して発電機に繋がる回転翼を効率的に駆動させることにより効率的な発電を行わせようとするものである。

しかしながら、この種の風力発電装置においては、風力の強弱によって発電量が大幅に変動するという問題点があった。また、特に台風のような強風時には、気流が気流増速器によって一段と増速される結果、回転翼部に過回転を生じて破損に至るおそれもあった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、流速の変化による発電量の変動を抑制することが出来るとともに、過度な流速が生じた場合にも回転部分の破損を防止することができる流体発電装置を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、軸線を一致させて対向配置されて固定された一対の円板状の隔壁間に、当該隔壁間を仕切る複数の流体案内板が配設された流体の受入部材と、この受入部材の中心部に回転軸の軸線を上記隔壁と軸線と一致させて回転自在に配置された回転車と、この回転車の上記回転軸の回転によって発電する発電機とを備え、上記複数の流体案内板は、それぞれの板面を上記隔壁の径方向に対して互いに等しい角度傾斜させ、かつ上記隔壁の円周方向に等間隔をおいて配設されることにより、上記円周方向に隣接する上記流体案内板間に、上記隔壁の外周側が上記流体の受入口となり、上記隔壁の内周側が上記回転車に向けて上記流体を噴出させて当該回転車を回転させる上記流体の排出口となる流路が形成された流体発電装置において、上記流体案内板の少なくとも一部に、両端部が上記隔壁に支持された枢軸を中心にして上記流路内に向けて回動自在となる可動案内部を設けるとともに、この可動案内部を回動させる回動機構を設けたことを特徴とするものである。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記回動機構は、上記枢軸に固定されたウオームホイールと、このウオームホイールを回転させるウオームとを備えていることを特徴とするものである。

さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、上記可動案内部は、上記回動によって流路を閉塞可能な寸法に形成されていることを特徴とするものである。

請求項１〜３のいずれかに記載の発明においては、流路を画成する流体案内板の少なくとも一部に、枢軸を中心にして上記流路内に向けて回動自在となる可動案内部を設けるとともに、この可動案内部を回動させる回動機構を設けているために、上記回動機構によって可動案内部を流路内へ進退させることにより上記流路における流体の流入面積を調整することができる。

この結果、上記流路内における可動案内部の位置を調整することにより、流速の強弱による発電量の変動を抑制することが出来るとともに、台風時等に過度な流速が生じた場合にも、上記可動案内部によって流路における流入面積を小さくすることにより、回転部分の破損を防止することができる。

この際に、請求項２に記載の発明によれば、ウオームを操作してウオームホイールを回転させることにより可動案内部の位置を調整した後に、流路内の流体から可動案内部に回転させようとする力が作用しても、上記ウオームによってウオームホイールが回転することを防止することができる。

さらに、請求項３に記載の発明によれば、上記可動案内部を上記回動によって流路を閉塞可能な寸法に形成しているために、台風等に上記流路を全閉させることにより、確実に回転部分の破損を回避することができる。

本発明の第１の実施形態を示す一部断面視した平面図である。図１の正面図である。図１の分解斜視図である。本発明の第２の実施形態を示す要部の平面図である。本発明の第３の実施形態を示す要部の平面図である。本発明の第４の実施形態を示す要部の平面図である。本発明の第５の実施形態を示す上部隔壁を省略した平面図である。図７の回転機構の拡大図である。

図１〜図３は、本発明に係る流体発電装置を、風力発電装置に適用した第１の実施形態を示すものである。
この風力発電装置は、風の受入部材１と、この受入部材１内に回転自在に設けられた回転風車（回転車）２と、この回転風車２の回転によって発電を行う発電機３とから概略構成されたものである。

この受入部材１は、互いの軸線を一致させて所定の間隔をおいて対向配置された一対の上下部隔壁４、５と、これら上下部隔壁４、５間に配置されて風の流路を形成する複数枚（図では１２枚）の風集壁（流体案内板）６によって構成されている。これら上下部隔壁４、５は、各々内径および外径が同寸法の円板状の部材で、下部隔壁５が図示されない基台上に固定されている。

また、風集壁６は、幅寸法が上下部隔壁４、５の間隔に形成された板状部材で、上下部隔壁４、５の円周方向に等間隔をおいて配置されている。これら風集壁６は、各々の板面を上下部隔壁４、５の径方向に対して同じ角度だけ傾斜させて配置されるとともに、内周側の端部６ａと回転風車２の外周との間に、間隙部Ｓが形成される長さ寸法に設定されている。

これら１２枚の風集壁６によって、上下部隔壁４、５間の空間は、隣接する風集壁６によって１２の風の流路Ｐに仕切られている。そして、上下部隔壁４、５の外周側が風の受入口７となり、上下部隔壁４、５の内周側が回転風車２に向けて風を噴出させることにより回転風車２を回転させる風の排出口８になっている。

さらに、各々の風集壁６は、内周側の端部６ａから中央までの固定部２０と、当該中央から外周端までの可動案内部２１とに２分割されており、固定部２０は上下縁部が各々上下部隔壁４、５の対向面に接合されて固定されている。

これに対して可動案内部２１は、外周側の端部に設けられた枢軸２２に固定されている。そして、この枢軸２２は、両端部が上下部隔壁４、５に回転自在に支持されるとともに、上部隔壁４から突出する上端部には、ウオームホイール２３が設けられ、当該ウオームホイールにウオーム２４が歯合されている。これにより、可動案内部２１は、ウオーム２４を回転駆動することにより、流路Ｐ内に向けて回動自在に設けられている。

以上の構成からなる受入部材１の中心部に、上記回転風車２が配置されている。この回転風車２は、円筒体９の上下端部に、当該円筒体９よりも外径寸法が大きい円板状の天板１０および底板１１が接合一体化されるとともに、円筒体９から延出する天板１０および底板１１間に複数枚の受圧板１２が円周方向に等間隔をおいて配置され、その上下端縁および側縁が天板１０、底板１１および円筒体９に接合されたものである。

そして、この回転風車２は、受入部材１の風集壁６の内周側端部６ａと所定の隙間Ｓを形成する外径寸法に形成されている。

また、この回転風車２の中心部には、回転軸１３が一体的に設けられるとともに、当該回転軸１３の上部は、上部隔壁４を貫通して当該上部隔壁４上に配置された発電機３内に配置されている。そして、この回転軸１３の上端部に、この発電機３におけるコイルを内方した回転子１４が設けられ、固定鉄芯１５内に挿入されている。

上記風力発電装置においては、受入部材１の受入口７から風集壁６間の流路Ｐに流入した風が、断面積が次第に小さくなる排出口８側に向けて流れる過程で速度を増して排出口８から噴出し、回転風車２の受圧板１２を押圧して回転風車２を回転させることにより発電機３によって発電が行われる。

この際に、上記風力発電装置によれば、発電機３を駆動する回転風車２の全周に受入部材１を配置しているために、風向きが回転風車２の周囲の如何なる方向であっても、風を受入部材１から回転風車２へと噴出させることができる。このため、風向きが経時的に変化しても、常時安定的な発電を行うことができる。

しかも、受入部材１の上下部隔壁４、５および風集壁６によって画成される流路Ｐは、外周側の受入口７から内周側の排出口８に向けて、漸次断面積が小さくなるように形成されているために、流路Ｐ内において流入した風の流速を高めたうえで、回転風車２に向けて噴出させることができ、よって効率的な発電を行うことができる。

加えて、流路Ｐを画成する風集壁６の一部に、枢軸２２を中心にして流路Ｐ内に向けて回動自在となる可動案内部２１を設け、この可動案内部２１を回動させるウオームホイール２３およびウオーム２４からなる回動機構を設けているために、上記回動機構によって図中点線で示すように可動案内部２１を流路Ｐ内へ進退させることにより流路Ｐにおける流体の流入面積を調整することができる。

この結果、流路Ｐ内における可動案内部２１の位置を調整することにより、風力の強弱による発電量の変動を抑制することが出来るとともに、台風時等における過度な強風に対しては、可動案内部２１を回動させて流路Ｐを塞ぐことにより、回転部分の破損を防止することができる。

この際に、ウオーム２４を操作してウオームホイール２３を回転させることにより可動案内部２１の位置を調整しているために、風圧によって可動案内部２１を回動させる力が作用しても、ウオーム２４によってウオームホイール２３が回転することを防止することができる。

図４〜図６は、本発明の第２〜第４の実施形態を示すもので、第１の実施形態に示したものと共通する構成部分については、同一符号を付してその説明を簡略化する。
図４に示す風力発電装置は、各々の風集壁６が、外周端からから中央までの固定部２０と、当該中央から内周側の端部６ａまでの可動案内部２１とに２分割されており、外周側の固定部２０の上下縁部が各々上下部隔壁４、５の対向面に接合されて固定されている。

そして、内周側の可動案内部２１は、枢軸２２を中心に回転自在に支持されるとともに、上部隔壁４から突出する上端部にウオームホイール２３が設けられ、当該ウオームホイール２３にウオーム２４が歯合されている。これにより、可動案内部２１は、ウオーム２４を回転駆動することにより、流路Ｐ内に向けて回動自在に設けられている。

また、図５に示す風力発電装置においては、各々の風集壁６が３分割され、外周側および内周側に固定部２０が配置されるとともに、中央の可動案内部２１が枢軸２２を中心に流路Ｐ側へ向けて回動自在に設けられている。

さらに、図６に示す風力発電装置においては、風集壁６の全体が可動案内部２１とされ、枢軸２２を中心に流路Ｐ側へ向けて回動自在に設けられている。

また、図７および図８は、本発明の第５の実施形態を示すもので、上述した第１〜第４の実施形態においては、いずれも可動案内部２１の端部を枢軸２２に固定し、当該枢軸２２を中心にして他端部が流路Ｐ内に進退するように回動自在に設けたのに対して、この風力発電装置においては、可動案内部２１の中心部に枢軸２２が設けられている。

すなわち、この風力発電装置においては、風集壁６が３分割され、外周側および内周側に固定部２０が配置されている。そして、中央の可動案内部２１の中心部に枢軸２２が固定され、この枢軸２２の上部隔壁４から突出する上端部にウオームホイール２３が設けられるとともに、このウオームホイール２３にウオーム２４が歯合されている。これにより、可動案内部２１は、ウオーム２４を回転駆動することにより、中心部の枢軸２２を中心として流路Ｐ内に向けて回動自在に設けられている。

以上のように、第２〜第５の実施形態に示した風力発電装置によっても、第１の実施形態に示したものと同様の作用効果を得ることができる。

また、上記第１〜第５の実施形態においては、いずれも本発明を風力発電装置に適用した場合に付いてのみ説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば潮流等の液体の流れを用いて発電する装置にも同様に適用することが可能である。

１受入部材
２回転風車（回転車）
３発電機
４上部隔壁
５下部隔壁
６風集壁（流体案内板）
６ａ内周側の端部
７受入口
８排出口
１３回転軸
２０固定部
２１可動案内部
２２枢軸
２３ウオームホイール
２４ウオーム
Ｐ流路
Ｓ間隙部

Claims

軸線を一致させて対向配置されて固定された一対の円板状の隔壁間に、当該隔壁間を仕切る複数の流体案内板が配設された流体の受入部材と、この受入部材の中心部に回転軸の軸線を上記隔壁と軸線と一致させて回転自在に配置された回転車と、この回転車の上記回転軸の回転によって発電する発電機とを備え、上記複数の流体案内板は、それぞれの板面を上記隔壁の径方向に対して互いに等しい角度傾斜させ、かつ上記隔壁の円周方向に等間隔をおいて配設されることにより、上記円周方向に隣接する上記流体案内板間に、上記隔壁の外周側が上記流体の受入口となり、上記隔壁の内周側が上記回転車に向けて上記流体を噴出させて当該回転車を回転させる上記流体の排出口となる流路が形成された流体発電装置において、
上記流体案内板の少なくとも一部に、両端部が上記隔壁に支持された枢軸を中心にして上記流路内に向けて回動自在となる可動案内部を設けるとともに、この可動案内部を回動させる回動機構を設けたことを特徴とする流体発電装置。
上記回動機構は、上記枢軸に固定されたウオームホイールと、このウオームホイールを回転させるウオームとを備えていることを特徴とする請求項１に記載の流体発電装置。
上記可動案内部は、上記回動によって流路を閉塞可能な寸法に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の流体発電装置。