JP3807738B2 - Hybrid power generator combining solar heat and wind power - Google Patents
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Description
本発明は、太陽光熱と風力を組み合わせたハイブリッド発電装置に関するものである。 The present invention relates to a hybrid power generator that combines solar heat and wind power.
従来より、石油や石炭などの化石型燃料を燃焼した熱を熱源とした発電装置は多々存在しているが、地球環境汚染や地球温暖化ガスの排出で大いに問題となっているのが現状である。
そこで、近年注目されてきているのが風力発電である。例えば、以下に示す特許文献が挙げられる。
Conventionally, there are many power generation devices that use heat generated by burning fossil fuels such as oil and coal as a heat source, but the current situation is that they are a major problem in global environmental pollution and greenhouse gas emissions. is there.
Therefore, wind power generation has been attracting attention in recent years. For example, the following patent documents can be cited.
上記特許文献1や特許文献2では、動力源を風力とした風力発電装置であり、地球環境汚染や地球温暖化ガスの排出が防止されて、所謂環境にやさしい発電装置である。しかしながら、この風力発電装置は、風があるときは発電が可能であるものの、微風であったり、風が止んだ場合には発電が出来ないという問題を有している。
また、風力発電装置においては、大きな電力を取ろうとする場合には、羽根が非常に大きくなったりして装置自体が大型化してしまう。
Moreover, in a wind power generator, when it is going to take a big electric power, a blade | wing will become very large, and apparatus itself will enlarge.
本発明は上述の問題点に鑑みて提供したものであって、地球環境にやさしい、クリーンな太陽光熱を集光熱した熱源および風力を有効に、確実に、効率高く、安全に利用して発電が出来るようにした太陽光熱と風力を組み合わせたハイブリッド発電装置を提供することを目的としているものである。 The present invention has been provided in view of the above-described problems, and is effective for the generation of electricity by using a heat source and wind power that are concentrated on clean solar heat that is friendly to the global environment, effectively, reliably, efficiently, and safely. The object of the present invention is to provide a hybrid power generation device that combines solar heat and wind power.
そこで、本発明の請求項1記載の太陽光熱と風力を組み合わせたハイブリッド発電装置では、太陽光熱を集光熱するレンズと、このレンズで集光熱された熱源を所定の場所にガイドする光導ファイバーと、この光導ファイバーからの熱源にて回転させられる光熱磁気モータ型の磁気回転盤と、この磁気回転盤に一体に設けられている磁束発生手段とで構成される光熱磁気発電部と、
風力を受けて回転する翼車と、この翼車の回転により回転する回転軸と、この回転軸と一体に設けられている外筒と、この外筒の内周面に設けられて、前記磁束発生手段とは対面している電機子巻線とで構成される風力発電部とを備えていることを特徴としている。
Therefore, in the hybrid power generation device that combines solar heat and wind power according to
An impeller that rotates by receiving wind force, a rotating shaft that rotates by the rotation of the impeller, an outer cylinder that is provided integrally with the rotating shaft, and an inner peripheral surface of the outer cylinder that is provided with the magnetic flux. The generator is characterized by comprising a wind power generation unit configured by armature windings facing each other.
請求項2に記載の太陽光熱と風力を組み合わせたハイブリッド発電装置では、前記光導ファイバーから導いた太陽光熱を、前記磁気回転盤に配置した複数のチップのうち、対称な複数の感温磁性材料からなるチップに照射して該チップをキューリ温度以上にし、これらのチップの照射スポットの磁気を消して磁気回転盤を回転させているようにしていることを特徴としている。
In the hybrid power generator combining solar heat and wind power according to
請求項3に記載の太陽光熱と風力を組み合わせたハイブリッド発電装置では、前記光熱磁気発電部の回転軸と、前記風力発電部の回転軸との回転方向は互いに逆方向としていることを特徴としている。 The hybrid power generation device combining solar heat and wind power according to claim 3 is characterized in that the rotation directions of the rotation axis of the photothermal magnetic power generation unit and the rotation axis of the wind power generation unit are opposite to each other. .
請求項4に記載の太陽光熱と風力を組み合わせたハイブリッド発電装置では、前記レンズをフレネルレンズとし、該フレネルレンズは追尾装置にて太陽を常時追尾していることを特徴としている。
The hybrid power generation device combining solar heat and wind power according to
本発明の太陽光熱と風力を組み合わせたハイブリッド発電装置によれば、太陽光熱を利用した光熱磁気発電部と、風力を利用した風力発電部を組み合わせたハイブリッド発電装置を形成しているものであるから、化石型燃料を一切使用せずに、発電することができ、しかも、風がある場合、あるいは昼間の場合のいずれかの状態にあれば発電が可能であり、特に、晴天の場合には、一層効率良く発電を行なうことができる。
また、化石型燃料を一切使用せずに、発電することができるので、地球環境にやさしいクリーンな太陽光熱を集光熱した熱源及び風力を有効に、確実に、効率高く、安全に利用して発電ができるものである。
According to the hybrid power generation device combining solar heat and wind power of the present invention, a hybrid power generation device combining a photothermal magnetic power generation unit using solar heat and a wind power generation unit using wind power is formed. It is possible to generate electricity without using any fossil-type fuel, and it is possible to generate electricity if there is wind or in the daytime, especially in fine weather, Electric power can be generated more efficiently.
In addition, since it can generate electricity without using any fossil fuels, it can effectively, reliably, efficiently, and safely use heat sources and wind power that collects and heat clean solar heat that is friendly to the global environment. It is something that can be done.
また、光熱磁気発電部の回転軸と、前記風力発電部の回転軸との回転方向は互いに逆方向としているので、発電効率を高めることができる。 Moreover, since the rotation directions of the rotating shaft of the photothermal magnetic power generation unit and the rotating shaft of the wind power generation unit are opposite to each other, power generation efficiency can be increased.
さらに、フレネルレンズは追尾装置にて太陽を常時追尾しているので、太陽光熱を有効に、且つ確実に集光熱することができて、発電効率を高めることができる。 Furthermore, since the Fresnel lens always tracks the sun by the tracking device, it is possible to collect the solar heat effectively and reliably and to increase the power generation efficiency.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。本発明は、地球環境にやさしいクリーンな太陽光熱を熱源に利用し、キューリ温度以上で磁気が消える原理を活用した光熱磁気モータによる発電機と、同じく地球環境にやさしいクリーンな風力発電機とを組み合わせたハイブリッド発電機を提供するものである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention combines a generator using a photothermal magnetic motor that utilizes the principle that magnetism disappears above the Curie temperature using clean solar heat that is friendly to the global environment and a clean wind generator that is also friendly to the global environment. A hybrid generator is provided.
先ず、本発明に用いる光熱磁気モータの原理について説明する。なお、この光熱磁気モータについての詳細は、特開2002−204588号公報に記述されている。図1及び図2は、感温磁性材料を利用した光熱磁気モータの基本的な構成を示し、図1は光熱磁気モータの平面図を、図2は断面図をそれぞれ示している。
NiAl合金で作成した感温磁性材料の複数のチップ1を、非磁性で熱伝導率の低いセラミックスなどの円板状の支持板4の一方の面に、該支持板4の回転方向に等間隔に多極として固着させている。チップ1の表面(受光面)は効率的に光の熱エネルギーの吸収のために黒体物質をコーティングしている。黒体物質は例えば、耐熱性樹脂にカーボンブラックを混入したものを塗布して形成している。
First, the principle of the photothermal magnetic motor used in the present invention will be described. Details of this photothermal magnetic motor are described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-204588. 1 and 2 show a basic configuration of a photothermal magnetic motor using a temperature-sensitive magnetic material, FIG. 1 is a plan view of the photothermal magnetic motor, and FIG. 2 is a cross-sectional view.
A plurality of
上記支持板4は、中央に回転軸5及び軸受7にて回転円板としてある。支持板4の側方には永久磁石2が配置されており、この永久磁石2は1極で、非磁性のアルミニウム合金、マグネシウム合金などの固定板6の上面に固定されている。温度上昇によってチップ1の磁気特性を変化させるために、レーザ光や太陽光などの光熱源を用い、レンズ8により光熱源を集光して、チップ1の表面(永久磁石2による磁化中心からずれた位置)に光(熱)を照射する。
The
図3はこの光熱磁気モータの回転駆動原理を示す図であり、雰囲気温度はキューリ温度以下のほぼ室温とする。太陽光等の照射前に永久磁石2から生じる磁場9(図2参照)によって間近の軟磁性材料である感温磁性材料のチップ1が磁化され図1に示すようにバランスして保持される。
ここで、図3の白丸で示されるスポット3a(永久磁石2による磁化中心からずれた位置)の箇所に太陽光熱及びレーザ等の光がチップ1aに照射され、チップ1aのスポット3aが加熱され、その部位の磁化は低下する。
FIG. 3 is a diagram showing the rotational driving principle of this photothermal magnetic motor, and the ambient temperature is set to substantially room temperature below the Curie temperature. A
Here, the
チップ1aのスポット3aが加熱されて局所温度上昇によってチップ1a内の磁気バランスが崩れ、チップ1a内の温度上昇の遅れている箇所が永久磁石2の磁場9に引き寄せられ矢印の方向に回転を開始する。そして、すぐにチップ1a全体が温度上昇し、隣のチップ1bが永久磁石2の磁場9に引き寄せられ回転が加速する。この繰り返しにより連続回転力が得られる。
チップ1が再び当初の位置まで戻る回転をしている間に自然冷却され、チップ1の温度は低下し、磁気特性は向上する。これら一連の加熱と冷却によって連続回転が維持される。
The
While the
なお、本原理において、回転を逆回転する場合は、図3において光の照射位置を3bにずらすことによって図面では反時計方向に回転をする。 In this principle, when the rotation is reversed, the light irradiation position is shifted to 3b in FIG. 3 to rotate counterclockwise in the drawing.
次に本発明の構成について詳述する。図4は太陽光熱と風力を組み合わせたハイブリッド発電装置Aの構成図を示し、このハイブリッド発電装置Aは、前記光熱磁気モータを応用して太陽光を熱源としてクリーンな発電を行なう光熱磁気発電部11と、自然の風力を利用してクリーンな発電を行なう風力発電部31とで構成されている。
Next, the configuration of the present invention will be described in detail. FIG. 4 shows a configuration diagram of a hybrid power generation apparatus A that combines solar heat and wind power. The hybrid power generation apparatus A applies a photothermal magnetic motor to the photothermal magnetic
光熱磁気発電部11は、太陽光熱を集光熱した熱源を利用するために、該太陽光熱を集光熱するためのアクリル製のフレネルレンズ12と、太陽光熱を有効に、確実に集光熱するために前記フレネルレンズ12を太陽に向けて追尾させる追尾装置13と、前記フレネルレンズ12の焦点側に該焦点方向に移動自在に配置されてフレネルレンズ12からの集光熱を受光する集光熱板14と、この集光熱板14側に一端が配置されている複数の石英製の光導ファイバー16と、この光導ファイバー16の他端側と対向し回転軸17と一体となって回転自在とした磁気回転盤18と、前記磁気回転盤18の面とは所定の間隔をあけて面対向している支持体15等で構成されている。
In order to use the heat source that condenses and heats the solar heat, the photothermal magnetic
図5は上記磁気回転盤18及び支持体15の破断平面図を示し、右側が磁気回転盤18を示し、左側が支持体15を示している。図6に示すように、磁気回転盤18の中央部と回転軸17の基部とが一体となっていて、磁気回転盤18は回転軸17を軸として回転自在となっている。
また、支持体15は回転軸17に軸受21を介して配設されており、この支持体15は他の箇所のケーシング等に固定されている。すなわち、支持体15が固定され、支持体15の軸受21に回転軸17が挿通されてこの軸受21により磁気回転盤18及び回転軸17は支持体15に対して回転自在となっている。
FIG. 5 shows a broken plan view of the
The
上記磁気回転盤18と支持体15とはほぼ同じ径の大きさであり、非磁性体の材料からなる支持体15の周縁部には本実施形態では6個の永久磁石22を設けている。この実施形態では感温磁性材料からなるチップ20と永久磁石22とを平行に配置した場合であり、永久磁石22は厚さ方向に着磁されていて、支持体15の周縁部に等間隔で6個の永久磁石22を固定配置している。
なお、永久磁石22は支持体15の上面(図6での方向)に設けているが、支持体15に切欠部を設けて、この切欠部内に永久磁石22を埋設して、永久磁石22の上面と支持体15の上面とを面一にするようにしても良い。
The magnetic rotating
Although the
また、光導ファイバー16の他端も磁気回転盤18の周縁部に等間隔で配置されており、永久磁石22の位置に対応した箇所に光導ファイバー16の他端が位置し、該光導ファイバー16の他端よりチップ20を照射するようになっている。
Further, the other end of the
また、磁気回転盤18は、セラミックス等の非磁性で熱伝導率の低い材料で作成されていて、この磁気回転盤18に固定配置される上記感温磁性材料からなるチップ20の上面には黒体物質を受光面にコーティングしている。
図6に示すように、チップ20と永久磁石22とは平行に配置されているので、矢印で図示するような磁場23が発生する。
Further, the magnetic
As shown in FIG. 6, since the
また、上記光導ファイバー16の他端は図6に示すように、チップ20の表面とは近接ないし接触して、該コーティングの端面からチップ20の表面に太陽光熱を照射するようになっている。この光導ファイバー16によりフレネルレンズ12及び集光熱板14にて集光熱した熱源を、確実に、安全に、ロス無く、目的の場所であるチップ20に導いて照射するものである。
Further, as shown in FIG. 6, the other end of the
また、光導ファイバー16から導かれた太陽光熱を磁気回転盤18の複数の対称な複数のチップ20のスポット(図3のスポット3aと同様)をキューリ温度以上にし、これらのスポットの磁気を消し、磁気回転盤18を回転させ、この回転力によりコイルを回転させ、発電させるものである。
Further, the solar heat guided from the
風力発電部31は図4に示すように、風力を受けて回転する翼車32と、この翼車32の軸33の回転の向きを変える回転変換機34と、この回転変換機34の軸35を回転軸37に回転の向きを変換して伝達する回転変換機36と、前記回転軸37と一体に回転する外筒38等で構成されている。
As shown in FIG. 4, the wind
前記外筒38内に光熱磁気発電部11の回転軸17が位置しており、この部分を発電部40と称する。図7はこの発電部40の要部拡大断面図を示し、この発電部40の構成は、例えば、同期発電機と同様な構成としてある。
磁気回転盤18の回転軸17には回転子41が固着されており、この回転子41の外周には永久磁石または界磁巻線からなる磁束発生手段42が設けられている。
The rotating
A
一方、風力発電部31側の円筒状の外筒38の内周面には固定子43が設けられていて、この固定子43の内周面に前記磁束発生手段42の外周面と僅かな隙間を介して対面する電機子巻線44が配設されている。
回転軸17が回転することにより、磁束発生手段42が形成する回転磁界により電圧を電機子巻線44に誘起することで発電される。
On the other hand, a
As the
ここで、風がない場合などの翼車32が回転していない場合で、昼間の太陽が出ている場合には、フレネルレンズ12にて太陽光熱を集光熱し、光導ファイバー16からの集光熱が磁気回転盤18のチップ1を照射し、上述した原理で磁気回転盤18が回転する。
磁気回転盤18が回転することで、回転軸17の磁束発生手段42が形成する回転磁界により電圧を電機子巻線44に誘起することで発電される。この場合、発電部40の風力発電部31側の外筒38は回転しない。
Here, when the
When the magnetic
次に、夜間で風があり翼車32が回転している場合には、風力発電部31側の回転軸37が回転することで外筒38が回転する。この場合、光熱磁気発電部11側の回転軸17は回転しないが、外筒38の電機子巻線44が回転することで、相対的に磁束発生手段42が形成する回転磁界により電圧を電機子巻線44に誘起することで発電される。
Next, when there is wind at night and the
また、風があって翼車32が回転している場合で、且つ昼間の場合には、光熱磁気発電部11側の回転軸17と、風力発電部31側の外筒38も同時に回転することになる。ここで、光熱磁気発電部11側の回転軸17の回転方向と、風力発電部31側の回転軸37(外筒38)の回転方向とは逆にしており、発電機としての回転は、回転軸17と回転軸37との合計の回転数となり、電機子巻線44における発電効率を高めることができる。
Further, when there is a wind and the
また、磁気回転盤18のチップ1に照射する温度を上昇させる場合には、上記集光熱板14またはフレネルレンズ12の何れかを集光方向に移動させることで、容易に行なうことができる。かかる場合、チップ1の材料によりキューリ温度が高い場合などに利用でき、どのような感温磁性材料でチップ1を形成しても対応することができる。
Moreover, when raising the temperature irradiated to the chip |
このように本発明では、太陽光熱を利用した光熱磁気発電部11と、風力を利用した風力発電部31を組み合わせたハイブリッド発電装置Aを形成しているものであるから、化石型燃料を一切使用せずに、発電することができ、しかも、風がある場合、あるいは昼間の場合のいずれかの状態にあれば発電が可能であり、特に、晴天の場合には、一層効率良く発電を行なうことができる。
また、化石型燃料を一切使用せずに、発電することができるので、地球環境にやさしいクリーンな太陽光熱を集光熱した熱源及び風力を有効に、確実に、効率高く、安全に利用して発電ができるものである。
As described above, in the present invention, the hybrid thermoelectric generator A is formed by combining the photothermal magnetic
In addition, because it can generate electricity without using any fossil fuels, it can effectively, reliably, efficiently, and safely use heat sources and wind power that concentrates clean solar heat that is friendly to the global environment. It is something that can be done.
また、光熱磁気発電部11の回転軸17と、前記風力発電部31の回転軸37との回転方向は互いに逆方向としているので、発電効率を高めることができる。 さらに、フレネルレンズ12は追尾装置13にて太陽を常時追尾しているので、太陽光熱を有効に、且つ確実に集光熱することができて、発電効率を高めることができる。
Moreover, since the rotation direction of the
11 光熱磁気発電部
12 フレネルレンズ
13 追尾装置
14 集光熱板
15 支持体
16 光導ファイバー
17 回転軸
18 磁気回転盤
20 チップ
22 永久磁石
31 風力発電部
32 翼車
37 回転軸
38 外筒
40 発電部
42 磁束発生手段
44 電機子巻線
DESCRIPTION OF
Claims (4)
風力を受けて回転する翼車(32)と、この翼車(32)の回転により回転する回転軸(37)と、この回転軸(37)と一体に設けられている外筒(38)と、この外筒(38)の内周面に設けられて、前記磁束発生手段(42)とは対面している電機子巻線(44)とで構成される風力発電部(31)とを備えていることを特徴とする太陽光熱と風力を組み合わせたハイブリッド発電装置。 A lens (12) that condenses and heats sunlight heat, an optical fiber (16) that guides the heat source condensed by the lens (12) to a predetermined location, and a heat source from the optical fiber (16). A photothermomagnetic generator (11) comprising a photothermal magnetic motor type magnetic rotating disk (18) and magnetic flux generating means (42) provided integrally with the magnetic rotating disk (18);
An impeller (32) that rotates by receiving wind force, a rotating shaft (37) that rotates by the rotation of the impeller (32), and an outer cylinder (38) that is provided integrally with the rotating shaft (37). And a wind power generation unit (31) that is provided on the inner peripheral surface of the outer cylinder (38) and is configured by an armature winding (44) facing the magnetic flux generation means (42). A hybrid power generation device that combines solar heat and wind power.
The solar heat according to any one of claims 1 to 3, wherein the lens (12) is a Fresnel lens, and the Fresnel lens (12) always tracks the sun by a tracking device (13). Hybrid power generator that combines wind power with wind power.
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