JP3187820U - タービン発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タービンの回転運動エネルギーを高めて、風力を電力に高効率に転換するタービン発電装置を提供する。
【解決手段】タービン発電装置は、中心内軸１１、タービン上板枠１３、タービン下板枠１５、複数のブレード１７、発電機セット１９を備え、中心内軸の一端はタービン上板枠の重心位置を貫通し、反対端はタービン下板枠の重心位置を貫通し、複数のブレードはそれぞれ円弧形の内ブレード１７ａと延伸翼１７ｂを備え、内ブレードは上部と下部が、それぞれタービン上板枠と下板枠に固定され、延伸翼は内ブレードに連接し、タービン上板枠と下板枠の外に広がる。発電機セット１９は、主動ホイールと発電機を備え、主動ホイールはタービン上板枠或いは下板枠に連接し、発電機は中心内軸１１上に固定し、伝動軸を備え、伝動ベルトにより主動ホイールと連接する。またタービン下板枠は、上昇気流を発生してタービンの回転を補強するための複数の導風板を備える。
【選択図】図３

Description

本考案は発電装置に関し、特にタービンを利用し、風力を電力に転換するタービン発電装置に関する。

産業革命以来、石炭、石油、天然ガス等の埋蔵天然資源は、常に大量に採掘されている。
そのため、天然資源の埋蔵量は、どんどん減り続けており、これに相対し、その価格は上がり続けている。
現在の世界の天然資源消費の速度からすれば、天然資源は近い将来枯渇してしまうだろう。

天然資源の急速な消費という問題を解決するため、再生エネルギーを用いた発電装置が20世紀に出現した。
その内の一種が、風力発電装置である。
従来の風力発電装置は、ファンと発電機の回転軸とを連接して構成する。

しかし、従来の風力発電装置は、ファンの総受風面積が小さく、またファンと発電機とを連接して設置するため、風力が生み出す回転動エネルギーを電気エネルギーに転換する出力効率が低い。
本考案は、従来の風力発電装置の上記した欠点に鑑み、風力が生み出す回転動エネルギーの電気エネルギー転換効率を向上させるためになされたものである。

本考案が解決しようとする課題は、風力がタービン発電装置を動かす時、ブレードのガイドと調節を通して、タービン発電装置の回転の運動エネルギーを高め、こうして電気エネルギーの出力を拡大させるタービン発電装置を提供することである。

上記課題を解決するため、本考案は下記のタービン発電装置を提供する。
タービン発電装置は、中心内軸、タービン上板枠、タービン下板枠、複数ブレード、発電機セットを備え、
該タービン上板枠は、該中心内軸の一端により、該タービン上板枠の重心位置を貫通し、
該タービン下板枠は、該中心内軸の反対端により、該タービン下板枠の重心位置を貫通し、これにより該タービン下板枠は、該タービン上板枠に相対して設置され、
該複数ブレードはそれぞれ、円弧形の内ブレード及び円弧形の延伸翼を備え、円弧凹状の受風面を形成し、
該内ブレードは、内ブレード上部及び内ブレード下部を備え、該タービン上板枠と該タービン下板枠との間にそれぞれ固定し、該延伸翼の片側部は、該内ブレードの片側部に連接し、これにより該延伸翼は、該タービン上板枠及び該タービン下板枠外において広がり、
該発電機セットは、主動ホイール及び発電機を備え、
該主動ホイールは、該タービン上板枠(或いは該タービン下板枠)に連接し、該発電機は、該中心内軸上に固定し、伝動軸を備え、伝動ベルトにより、該主動ホイールと連接し、
該主動ホイールが、該タービン上板枠或いは該タービン下板枠に従い回転すると、該伝動軸の回転を連動し、こうして該発電機は電力を生じ、
好ましくは、さらに上ベアリング台を備え、該中心内軸に被せて設置し、これにより該中心内軸は、該タービン上板枠の重心位置に固定され、こうして該タービン上板枠はスムーズに回転し、
好ましくは、さらに下ベアリング台を備え、該中心内軸に被せて設置し、該中心内軸は、該タービン下板枠の重心位置に固定され、こうして該タービン下板枠はスムーズに回転し、
好ましくは、該タービン下板枠はファンで、該ファンは、複数の導風板を備え、これにより上昇気流を、推動、或いはタービン回転の補助として利用し、
好ましくは、複数ブレードの数は8枚で、これにより最も安定した回転効果を得ることができ、
好ましくは、該タービン上板枠の枠縁位置には、それぞれ延伸翼上ベアリング台を設置し、これにより該各延伸翼の上延伸節点を可動状に接続し、こうして該延伸翼の回転をよりスムーズに、さらに安定させ、
好ましくは、該タービン下板枠の枠縁位置には、それぞれ延伸翼下ベアリング台を設置し、これにより該各延伸翼の下延伸節点を可動状に接続し、こうして該延伸翼の回転をよりスムーズに、さらに安定させ、
本考案はさらにタービン発電セットを提供し、それは複数の該タービン発電装置と結合フレームを備え、該各結合フレームを通して、該タービン発電装置を上に重ね、発電量を拡大し、
さらに、上段の結合フレームは、三角外枠と固定挿入槽を備え、該固定挿入槽と該三角外枠との間には、複数の連接棒を連接し、これにより該各タービン発電装置を安定的に上に重ねることができる。

本考案のタービン発電装置は、風力がタービン発電装置を動かす時、ブレードのガイドと調節を通して、タービン発電装置の回転の運動エネルギーを高め、こうして電気エネルギーの出力を拡大させることができる。

本考案タービン発電装置の外観模式図である。 本考案において、タービン上板枠と発電機セットとの間の構造図である。 本考案タービン発電装置の上方局部立体図である。 本考案タービン発電装置において、タービン上板枠を取り除いた後の上方局部立体図である。 本考案タービン発電装置の下視図である。 本考案発電機セットの立体模式図である。 本考案タービン発電装置を、円錐形ソーラーパネルに取り付けた後の模式図である。 風力が本考案実施例のブレードに進入後の方向を示す模式図である。 風力が本考案実施例のタービン下板枠に進入後の方向を示す模式図である。 本考案実施例の設置に用いる結合フレームの立体模式図である。 図１０に示すフレーム体の俯視図である。 タービン発電装置を、結合フレームを利用して重ねる様子を示す立体模式図である。 本実施例のタービン上板枠とタービン下板枠の作動立体模式図である。

以下に図面を参照しながら本考案を実施するための最良の形態について詳細に説明する。

図１は、本考案タービン発電装置の外観模式図である。
タービン発電装置1は、中心内軸11、タービン上板枠13、タービン下板枠15、複数ブレード17、発電機セット19を備える。

タービン上板枠13の重心位置は、中心内軸11の一端により、貫通する。
例えば、タービン上板枠13が、円形板枠であるなら、円形板枠の円の中心が重心位置である。
また、本実施例において図中描かれるスタンドの一種には、その底部にキャスターを設置することができる。
これにより、本実施例は移動能力を備え、展示用、或いは運搬しての使用が可能となるがこれに限定するものではないため、図中では点線により強調する。

図２に合わせて図１３に示すように、タービン上板枠13を、中心内軸11においてより安定的に回転可能とするため、中心内軸11とタービン上板枠13との間には、上ベアリング台31を設置する。
これにより、タービン上板枠13は、中心内軸11に相対して旋回する。

同様に、中心内軸11の反対端は、タービン下板枠15の重心位置を貫通し、これによりタービン下板枠15はタービン上板枠13に相対して設置される。
しかも、回転時に、タービン下板枠15をより安定させるため、中心内軸11とタービン下板枠15との間に、下ベアリング台32を設置し、下ベアリング台32を、中心内軸11に被せて設置する。
これにより、タービン下板枠15は、中心内軸11に相対して回転することができる。

ベアリング台は、従来のパーツである。
例えば、タービン上板枠13或いはタービン下板枠15を、中心内軸11に相対して回転させるスラストベアリング、深溝ベアリング、軸方向ベアリング台、径方向ベアリング台などのパーツを採用することができる。

本考案の実施時には、発電機セット19は、タービン上板枠13の上方或いはタービン下板枠15の上方に設置する。
説明の便のため、本考案では、図１に示すように、発電機セット19を、タービン上板枠13上に設置する形式のみ表示する。
発電機セット19を、タービン下板枠15に設置する形式は、該項技術の習熟者にとっては容易に推測可能であるため、ここでは記載しない。

図３は、本考案タービン発電装置の斜上視図である。
図３の各ブレード17の設計はすべて相同である。
よって、図３中では、ブレード17によってのみ説明し、他のブレード17については、説明しない。
ブレード17は、円弧形の内ブレード17a及び円弧形の延伸翼17bを備え、両者は、円弧凹状の受風面21を形成する。

ブレード17とタービン上板枠13、タービン下板枠15との間の構造は、図４に示す。
図４は、本考案タービン発電装置において、タービン上板枠13を描かない状態の上視図である。
各ブレード17の内ブレード17aは、内ブレード上部17c及び内ブレード下部17dを備え、内ブレード上部17cは、タービン上板枠13に固定し、内ブレード下部17dは、タービン下板枠15に固定する。

延伸翼17bの片側部は、内ブレード17aの片側部に隣接し、タービン上板枠13の枠縁位置に、延伸翼上ベアリング台23を設置し、これにより延伸翼17bの上延伸節点を可動状に接続する（延伸翼上ベアリング台23により覆われるため、図未なし）。
同様に、図５に示すように、タービン下板枠15の枠縁位置には、延伸翼下ベアリング台25を設置し、延伸翼17bの下延伸節点25aを可動状に接続する。
こうして、延伸翼17bは、気流の方向、大きさ、内外圧力差に応じて、延伸節点と下延伸節点25aとを中心として自動的に自ら回転調節を行い、抵抗力を減らし、回転効率を向上させることができる。

本考案のすべてのブレード17は、中心内軸11と連接していないため、すべてのブレード17が風力に押され、タービン上板枠13とタービン下板枠15の回転を連動しても、中心内軸11は不動を維持し回転しない。
よって、タービン上板枠13とタービン下板枠15とが回転する時も、タービン発電装置1全体は、安定し、騒音を生じることはない。

従来の軸柱とブレードとが同時に旋回する型式では、不規則な気流が生じる震動の影響を長時間受けることで、軸柱は摩損し、これにより旋回中に傾斜或いは揺れやぐらつきが生じ、騒音が発生してしまう。
これに比べ、本考案実施例の中心内軸は不動の状態に固定されているため、磨損が生み出す傾斜、或いは揺れやぐらつきと騒音を大幅に低減することができる。

気流の流動模式図(ここでいう気流とは風が生じる流れ)である図８に示すように、気流Aが図中の右上から左下へと流れる時、通過する延伸翼17bに対して推進力を生じる。
これにより、延伸翼17bは内ブレード17aに対して外向きに回転し、こうして延伸翼17bの受風面21と気流Aの通過ルートとは、より垂直に近くなる。
そのため、延伸翼17bが受ける推進力は、タービン上板枠13とタービン下板枠15の回転を連動し、同時に気流Aを導引して、受風面21に沿って進入させる。

また、ベルヌーイの定理(Bernoulli's
principle)によれば、気流Aが受風面21に到達後、その流速は、回転方向の抵抗を受け低下するが、それに対して延伸翼17b風下面を通る気流Aの速度は低下しない。
これにより、受風面21の空気圧力は風下面の空気圧力より大きくなるため、風力そのものの推進力の他に、圧力差によりブレードに対して推進力を生じ、全体的な回転の動力を向上させることができる。

続いて、気流Aが内ブレード17aを通る時、内ブレード17aに対して推進力を生じる。
これは、本実施例における、風力の二次利用である。
また、気流Aが中心内軸11に接近する時、圧縮気流は圧力を生じ、全体旋回時の安定性を高めるため、揺れやぐらつきを減らし、騒音を減らすことができる。
最後に、気流Aは、図中の方向に示すように、圧力が相対的に低い他の位置へと流動し導出される。

この他、円弧凹状のブレード17の受風面21が逆風である時には、延伸翼17bは、風力が延伸翼17bの背面へと圧力を加え、また圧力差があるため、延伸翼17bは内側へと回転する。
この種の自動調節のメカニズムにより、回転の抵抗力を減らすことができる。

最適実施形態において、すべての延伸翼17bが内側へと完全に閉じた時(風力の影響を受けていない)、各延伸翼17bは、タービン上板枠13及びタービン下板枠15の枠縁と、実質的に揃う。
言い換えれば、すべての延伸翼17bがすべて閉じている時には、このタービン発電装置1の外観は、円筒状である。

図４、５に示すように、具体的には、円弧凹状のブレード17の受風面21が向い風を受ける時、タービン上板枠13及びタービン下板枠15を押して回転させる。
さらに、その回転の運動エネルギーは、発電機セット19を経由して、電気エネルギーとして出力される。

風力がブレード17に対して直接生じる推進力(風力方向とブレードとが垂直である時に生じる推進力が最大)の他に、圧力差も関係するため、本実施例全体では、旋回時に生じるトルクは、風力によってのみ押される従来のファンより大きい。
よって、発電性能は、従来のファンに比べ、大幅に向上する。

この他、タービン下板枠15はファンとすることができる。
このファンは、複数の導風板27を備え（図５参照）る。
複数の導風板27は、各ブレード17に対応して固定することができる。
そのため、導風板27が向い風を受けると(図９の矢印参照)、気流は導風板27に対して推進力を生じる。
また、ファンの複数の導風板27もまた、上昇気流を受け押される。
こうして、横方向風力と上昇風力を結合させる方式はさらに、タービン発電装置1の回転動エネルギーをさらに高めることができる。

また、横方向風力或いは上昇風力は、ここから進入後、タービン上板枠13に対して、上向きの推進力を生じる。
これにより、上ベアリング台と下ベアリング台に加えられていた、垂直方向に受け止めていた下向きの重力を相殺し、これにより上ベアリング台と下ベアリング台の磨損は最低にまで低下し、使用寿命を延長することができる。

さらに好ましくは、8枚の延伸翼17bは、相同の大きさを備え、しかも間隔距離は相同とする。
これにより、出力効率がより高くなるばかりか、製造組立てもより便利となる。

図6は、本考案発電機セット19の模式図である。
発電機セット19は、主動ホイール61及び少なくとも１個の発電機63を備える。
本実施例において、主動ホイール61は、タービン上板枠13に設置するため、主動ホイール61は、タービン上板枠13に従い一緒に回転する。
各発電機63はそれぞれ中心内軸11上に固定し、しかもそれぞれ１個の伝動軸631を備える。
それは、伝動ベルト65と主動ホイール61との連接を通して、主動ホイール61がタービン上板枠13に従い回転する時、伝動軸631の回転を連動し、こうして各発電機63は作動し電力を生み出す。

また、図中の発電機63は、個数5個を例とする。
しかし、発電機63の数は、図に示す数に限定するものではなく、一個或いは複数個とすることができる。
その数の差異は、総発電量の多寡にのみ影響を及ぼす。
他の実施形態においては、主動ホイール61はタービン下板枠15に設置するものとすることができ、発電機63もそれに対応させて調整設置する。
これらは簡易な等価置換であるため、詳述は行わない。

図７は、本考案のタービン発電装置1を、円錐形ソーラーパネル71に組み立てた後の模式図である。
本考案タービン発電装置1は、独立した個体であるため、タービン上板枠13の上面にさらに円錐形ソーラーパネル71を組み立てることができる。
これにより、電気エネルギーの発生量を拡大し、しかも円錐形ソーラーパネル71の形を用いて、受風面積を拡大させることができる。
また、円錐形ソーラーパネル71は旋回することで、一枚一枚のソーラーパネル71は、順番に太陽光の直射を受け、長時間の一定の照射により高温を生じ、電気エネルギー転換効率が低下するという問題の発生を回避することができる。
さらに、旋回状態により鳥類がその上に立つことを防止し、糞便が付着することによる光線遮断の状況を回避することができる。
また、中心内軸11は固定して旋回しない設計であるため、頂点端には、航空警告灯、風向計、風速計、或いは避雷針を設置し、保護、或いはデータ計測に用いることができる。

また、図１０〜１２に示すように、本考案タービン発電装置1は、結合枠フレームFの上にもう一組のタービン発電装置1を重ねることができる。
これにより、受風面積と発電量を拡大することができる。
これもまた、従来の技術では達成できない、本考案の長所の一つである。
枠フレームFは、複数の結合フレームF1を備え、中心内軸11の上下両端は、任意の２個の結合フレームF1の間に固定し、図１２に示すように、垂直方向に数個のタービン発電装置1を重ねることができる。

該各結合フレームF1との間はさらに、数個の柱体F2を使用し相互に連結し、安定性を拡大させる。
さらに、該各結合フレームF1は、三角外枠F11と固定挿入槽F12を備える。
固定挿入槽F12と三角外枠F11との間は、数本の連接棒F13で連接する。
例えば、図中では、３本の連接棒F13により、三角外枠F11の各辺と連接する。

本考案タービン発電装置1の内ブレード17aと延伸翼17bは共に、取外し可能な設計であるため、ブレードの受風面21が向い風を受け時計回りに回転すると、このタービン発電装置1は南半球に適用する。
ブレードの受風面21が向い風を受ける反時計回りに回転すると、このタービン発電装置1は北半球に適用する。

この他、従来の風力発電機は、ブレードが回転し中心軸の旋回を連動するため、装置が作動時には、回転動エネルギーの電気エネルギーへの転換効率が悪いばかりでなく、しかも震動が激しく、騒音を発する。
しかし、本考案のタービン発電装置は、作動時に、内外圧力差の調節、バランスを用いるため、安定しており騒音を発生せず、しかも電気エネルギー転換の効率を大幅に高めることができる。

さらに、従来の技術に比較し、本考案の中心内軸は、外軸がない設計であるため、従来の技術の、外軸を通して他のパーツと連接する構造とは完全に異なる。
よって、本考案の中心内軸の設置は、従来の技術に比べて簡単である。
加えて、本考案はジャイロ回転に類似の原理を採用するため、運転を開始した後、回転の中心は固定され偏移せず、全体的にバランス状態を維持することができる。
その長所は、質量の小さなパーツがもたらす影響を無視可能となる点である。
すなわち、組立てに用いる固定パーツの質量が完全に相同でないため、相対する位置の重量がそれぞれ絶対対称でないとしても、全体の回転時の中心位置に影響を及ぼすことはない。
また、もし運転時に軽微な外力に押され、或いは揺れて震動したとしても、上記した特性により、短時間で正常回転を回復することができる。

上記の本考案名称と内容は、本考案技術内容の説明に用いたのみで、本考案を限定するものではない。本考案の精神に基づく等価応用或いは部品（構造）の転換、置換、数の増減はすべて、本考案の保護範囲に含むものとする。

本考案は実用新案登録の要件である新規性を備え、従来の同類製品に比べ十分な進歩を有し、実用性が高く、社会のニーズに合致しており、産業上の利用価値は非常に大きい。

1 タービン発電装置
11 中心内軸
13 タービン上板枠
15 タービン下板枠
17 ブレード
17a 内ブレード
17b 延伸翼
17c 内ブレード上部
17d 内ブレード下部
19 発電機セット
19 発電機セット
21 受風面
23 延伸翼上ベアリング台
25 延伸翼下ベアリング台
25a 下延伸節点
27 導風板
31 上ベアリング台
32 下ベアリング台
61 主動ホイール
63 発電機
631 伝動軸
65 伝動ベルト
71 円錐形ソーラーパネル
F 枠フレーム
F1 結合フレーム
F2 柱体
F11 三角外枠
F12 固定挿入槽
F13 連接棒

Claims (9)

1. タービン発電装置は、中心内軸、タービン上板枠、タービン下板枠、複数ブレード、発電機セットを備え、
   前記タービン上板枠の重心位置は、前記中心内軸の一端に貫通され、しかも前記中心内軸を中心として回転を行い、
   前記タービン下板枠の重心位置は、前記中心内軸の反対端に貫通され、コレにより前記タービン下板枠は、前記タービン上板枠に相対して設置され、しかも前記中心内軸を中心として回転を行い、
   前記複数ブレードはそれぞれ、円弧形の内ブレード及び円弧形の延伸翼を備え、
   前記内ブレードは、内ブレード上部及び内ブレード下部を備え、そのそれぞれは前記タービン上板枠と前記タービン下板枠との間に設置され、
   前記延伸翼の片側部は、前記内ブレードの片側部に連接し、これにより前記延伸翼は前記タービン上板枠及び前記タービン下板枠外に広がり、
   前記発電機セットは、主動ホイール、少なくとも１個の発電機を備え、
   前記主動ホイールは、前記タービン上板枠或いは前記タービン下板枠に設置し、
   前記少なくとも１個の発電機はそれぞれ、前記中心内軸上に固定し、伝動軸を備え、伝動ベルトを通して、前記主動ホイールと連接し、
   前記主動ホイールが、該タービン上板枠或いは該タービン下板枠に従い回転すると、前記伝動軸の回転を連動し、こうして前記少なくとも１個の発電機は電力を発生することを特徴とするタービン発電装置。
2. 前記タービン発電装置はさらに、上ベアリング台を備え、前記中心内軸に被せて設置し、これにより前記中心内軸は、前記タービン上板枠の重心位置に固定されることを特徴とする請求項１に記載のタービン発電装置。
3. 前記タービン発電装置はさらに、下ベアリング台を備え、前記中心内軸に被せて設置し、これにより前記中心内軸は、前記タービン下板枠の重心位置に固定されることを特徴とする請求項１に記載のタービン発電装置。
4. 前記タービン下板枠はファンで、前記ファンは、複数の導風板を備えることを特徴とする請求項１に記載のタービン発電装置。
5. 前記円弧形の延伸翼の数は8枚で、しかも前記各円弧形の延伸翼のサイズは相同であることを特徴とする請求項１に記載のタービン発電装置。
6. 前記タービン上板枠の枠縁位置にはそれぞれ、延伸翼上ベアリング台を設置し、これにより前記各延伸翼の上延伸節点を可動状に接続することを特徴とする請求項１に記載のタービン発電装置。
7. 前記タービン下板枠の枠縁位置には、それぞれ延伸翼下ベアリング台を設置し、これにより前記各延伸翼の下延伸節点を可動状に接続することを特徴とする請求項１に記載のタービン発電装置。
8. タービン発電セットは、請求項１に記載する複数のタービン発電装置と複数の結合フレームを備え、
   前記各タービン発電装置の中心内軸は、任意の２個の結合フレームとの間に設置し、しかも前記各結合フレーム間には、数個の柱体を連接することを特徴とするタービン発電セット。
9. 前記結合フレームは、三角外枠と固定挿入槽を備え、
   前記固定挿入槽と前記三角外枠との間には、複数の連接棒を連接することを特徴とする請求項８に記載のタービン発電セット。

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