JP2021521379A - 流体流動からエネルギーを生成するための動力モジュール式機械 - Google Patents
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Abstract
Description
これ以外の潜在的な問題は以下により生じる可能性がある:
●主にユニボディステータの製造のために複雑な製造手順及び機械が必要になることから構成要素の生産に高い費用がかかる;
●両方のロータがステータに機能的に接続されるという事実により1つだけのロータの計画的なメンテナンスまたは無人故障の場合でさえもエネルギー生成を停止させる;
●小さな中心の穴による低い空気力学的効率を有する低アスペクト翼片を使用する;
●高い設置費、境界層を避けることが要求されており、固定システム全体の長さのため機械の利用可能な発送方法および管理の容易性の減少( S. Barbarelli, G. Florio, M. Amelio, N.M. Scornaienchi, A. Cutrupi, G. Lo Zupone Transients analysis of a tidal currents self−balancing kinetic turbine with floating stabilizer Applied Energy 160 (2015)715〜727参照);
●流動の方向変更時に機械の方向を変えることを可能にする複雑なデバイスを意味する中心デフレクターによる高い設計の複雑さ;
●機械の稼働率は中心翼片によって誘導された乱流により低下する;
●ロータの側面に置かれたボールベアリングによる(流動の前に受風エリアを有する)作動中の位置において低い機械的効率:この理由で、各々のロータの重量がベアリングに影響を与え、それが切断負荷下で働き、機械的な摩擦を増加させ、スピード(機械がエネルギーを生成し始めるスピード)を減少させ、従って生成されたエネルギーを減少させる。
●機械を完全にモジュール式にする、電気的に、構造的に、機械的にも独立している1つ以上のタービンと、
●岸と水面に対する位置とともに、ロール、ピッチおよびヨーの制御を実施する浮上/位置決めシステムと、
●エネルギー生成を最適化するために、そしてタービンの後ろの伴流の影響および環境への影響を減少させるために、妨害なしでCFD結果に従って設計された中心穴を備えている機械と、
からなるからである。
●浮体(11)は、適切に設計およびモデル化されており、エネルギー生成を最適化するために、機械の適切な深さおよび過渡時の安定性を提供する(S. Barbarelli, G. Florio, M. Amelio, N.M. Scornaienchi, A. Cutrupi, G. Lo Zupone Transients analysis of a tidal currents self−balancing kinetic turbine with floating stabilizer Applied Energy 160 (2015)715〜727参照)
●位置決め翼片(12)は、岸に対して機械の位置を制御することを可能にする( Barbarelli S., Amelio M., Castiglione T., Florio G., Scornaienchi N. M., Cutrupi A., Lo Zupone G., Analysis of the equilibrium conditions of a double rotor turbine prototype designed for the exploitation of the tidal currents, Energy Conversion and Management, 2014, Vol. 87, pp.1124−1133−doi: 10.1016/j.egypro.2014.11.1005),
●機械・浮体接続固定具(13)は、1つ以上のビームまたは目的に有用な他の支持構造から成り、設計から要求されるように最大適切な流速が達成される最適な機械の深さを提供するように設計されている。
タービンの構造的、機械的、電気的な独立性によって、機械が完全にモジュール式になることが可能になり、要素の製造および組み立て、そしてメンテナンスの点で機械自体の収益性が高くなることを確認できる。主に、モジュール性のコンセプトは、1つ以上の故障タービンを取り除く運転停止時間を短縮させる一方で、残りのタービンはより少ない量でもエネルギー生成を継続することができる。
浮上/位置決めシステム(F)は、システム(F)の構造および革新的な特徴のおかげで、機械(M)のロール、ピッチおよびヨーの制御を対象として含む。本発明に係るその構造は、図1に示されているように、特に有益である。なぜなら、機械(M)がロール軸A’およびピッチ軸B’(考慮された振動面に応じて)にヒンジで連結された振り子のように作動し、一方で、ヨー軸Cのまわりの回転制御は、浮体(11)の形状、および位置決め翼片(12)の流体力学実行によって実施されるからである。具体的に:
●浮体ボリューム(11)は、浸漬された機械によって動かされた流体のボリュームにより、機械沈没の回避する;一方で、その形状は、図面にて例示目的としてのみ示されるように、流体の動的必要条件によって、軸A’およびB’のまわりで小さな振動中に正しい機械位置を維持することを可能にする;
●タービン外に配置された位置決め翼片(12)は、図5に示されるように、より高い位置決め角度およびより短い連結用機械・岸固定具で作動するために、より高いアスペクト比(1より大きい)で設計されることができる(cfr. S. Barbarelli, G. Florio, M. Amelio, N.M. Scornaienchi, A. Cutrupi, G. Lo Zupone Transients analysis of a tidal currents self−balancing kinetic turbine with floating stabilizer Applied Energy 160 (2015)715〜727参照);
● タービンの回転軸Aから測定された要素(13)の長さ「l」は、いったん機械自体の重量および惰性の推進力が知ると、機械の振動期間を確保する。
中心穴の最適なサイズ調整は、中心ハブを有する「風のような」従来のタービンを参照して、CFDにより実施された比較解析に基づき、本発明に係るタービンのオープンセンターのシングルロータ、および本発明に係るダブルロータタービンは、後者がエネルギー生成の点で有益であると実証する。
M 機械
T1 タービン:外部羽根
T2 タービン:内部羽根
F 浮上/位置決めシステム
A タービン回転軸
B タービンのピッチ軸
C ヨー軸
A’ 機械のロール軸
B’ 機械のピッチ軸
l 機械・浮体の長さ固定具
R1 ロータ1
1a リング1
1b リング2
1c リング3
1d リング4
S1 ステータ1
2a リング1
2b リング2
2c リング3
2d リング4
3 ボールのスペーサ
4 ボール
5 羽根
G1 外部羽根タービン発電機
14 発電機ロータリング
15 磁石
16 発電機ステータリング
17 コイル
R2 ロータ2
6a リング1
6b リング2
6c リング3
6d リング4
S2 ステータ2
7a リング1
7b リング2
7c リング3
7d リング4
7e リング5
7f リング6
8 ボールのスペーサ
9 ボール
10 羽根
G2 内部羽根タービン発電機
18 発電機のロータリング
19 磁石
20 発電機ステータリング
21 コイル
11 浮体
12 位置決め翼片
13 機械・浮体固定接続具
22 先行技術
23 本発明の新規発見対象
24 先行技術の取付要素の長さ
25 新規発見の取付要素の長さ
26 取付基盤
27 境界層
28 岸
Di 内部タービンの直径
De 外部タービンの直径
Claims (7)
- 流体の流動から電気を生成するためのモジュール式動力機械(M)であって、浮上式で、「オープンセンター」タイプであり、完全に浸漬して流動方向に垂直である受風エリアを有しており、機械的かつ電気的に独立した1つ以上のタービン(Ti、そこでi=1、2......nである)と、浮上/位置決め制御装置(F)とを備えており、タービンの各々が、羽根、ステータおよび内蔵発電機から成るという事実により、構造的、機械的および電気的に独立していることを特徴とする、モジュール式動力機械。
- 各ロータおよび関連のステータが、回転機械軸自体を中心とするより多くの部品から成り、回転部品中でもとりわけ低ラジアル軸振れおよび境界外の軸振れを含むことを特徴とする、請求項1に記載のモジュ―ル式動力機械(M)。
- 羽根(5)と(10)の数が、機械全体の寸法および性能に応じて最大適切であり、各羽根の負荷を低減するために、より低い構造強度を特徴とする材料の使用を可能にし、機械全体の重量および費用を削減することを特徴とする、請求項1および2に記載のモジュ―ル式動力機械(M)。
- Di/De比を使用して中心穴が適切に設計されており、最大生成可能なエネルギーの生成を可能にすることを特徴とする、請求項1、2および3に記載のモジュ―ル式動力機械(M)。
- 前記浮上/軸制御装置(F)が、少なくともブイ(11)、位置決め翼片(12)および機械・ブイ接続固定具(13)から成り、前記ブイ(11)が、機械の位置を最適な深さおよび安定した過渡ムードの点で可能にするために、適切に設計されており(形状および計算)、前記位置決め翼片(12)が、タービン外に、前記ブイ(11)接近に設置され、1つ以上のビームまたはその目的に適しているその他のフレーム(13)によってタービンモジュールに接続されており、機械が岸からまたは固着点までの適切な距離に到達することを可能にすることを特徴とする、請求項1、2、3および4に記載のモジュ―ル式動力機械(M)。
- 低費用の目的、高い電力係数で、小負荷に適用可能な1つのみのタービンを特徴とする、請求項1に記載のモジュ―ル式動力機械(M)。
- 都合よく設計された多くの浮上/軸制御装置を含むより多くのタービンが単一の固定具に設置されることができることを特徴とする、請求項1−6に記載のモジュ―ル式動力機械(M)。
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