JP5985807B2 - ターボ機能付き風力発電装置 - Google Patents
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Description
(例えば、特許文献1参照)
(例えば特許文献2参照。)
然し乍ら、前方拡開するラッパ状をなす導風筒4内に設置した捩回板9を回転駆動した場合、前記捩回板9の回転作用によって導風筒4内筒に渦気流が形成され大きな渦流損失が生じる、また導風筒4の直径よりも捩回板9の方が長さが、長いために捩回板9の表翼面積が非常大きくなり、粘性のある気流の空気抵抗による損失が大になる、更に捩回板9側から、この捩回板9の負荷である発電機駆動用の風車14に流通する気流の伸縮作用により気流密度の変動が増し、捩回板9の回転が不規則になる。
以上のことから、前記導風筒4の「流入気流のみ」で捩回板9を回転駆動した場合、その捩回板9を回転駆動に要するエネルギーにほとんど消費され、その残余のエネルギーで発電機駆動用の翼車14を駆動することになり、これ等損失の補償手段が講じられていないから本構成では実現が期待できない。
従って、前記ターボ機構風胴体のターボ気流吸い込み口の縁を、ブースター風車風洞体の排気口縁より突出した位置に設けることで、前記ボスの直径を大きくすることが可能となり、従ってそのボスに装着したトルネード・アダプターの直径も大きくし、またボス内に設けたターボファンの受風面積を大きくすることによって、大量のターボ流通気流をターボ機構内筒に送風することができ、ターボ機構の機能が顕著に向上する。
ターボ機構風胴体とブースター風車を一体化したことで、極めてシンプルな構成でありながら、ブースター風車風洞体内に設置された発電機と一体化した従動風車の背圧を下げる機能や、ブースター風車風洞体内の流通気流を加速及び減速させる機構を併有していて、これらを駆動する必要なエネルギーを、ターボファンが大気圧の加勢を得て回転するエネルギーやブースター風車風がブースター風車風洞体の外周を流れる気流によって回転して得たエネルギーを活用し、外部からの供給に頼らず機能を果たし、従来からの課題であった、弱風下における風力発電機の起動が困難な問題を、複雑な機械機構を設けることなく従動風車の起動促進が容易になり、また、ブースター風車風洞体の風洞内気流の頻繁な流速変化よる従動風車と一体化した発電機の出力電力の平滑化も可能で、置場所も取らず制作費も廉価で汎用性に富む風力発電装置を提供する。
する回転軸と、この回転軸を共有する電動・発電機の電磁制御手段で回転する回転軸を固定する、更には、ターボ機構風胴体に設けた細隙孔をロータリーソレノイドの制御によって帯状リングで細隙孔を閉隙し、気流の射出を止め、
ターボファンの負荷を気流の圧縮ブレーキとしてターボファンの回転を抑圧し、ブースター風車の回転軸を固定すると共に、発電機と一体化した従動風車の回転を抑圧停止する機構が動作して強風の被害を食い止めることが可能となる。
図3に示した円錐形状の加速筒(3図3)で加速気流を得る手段として、
前記ターボ機構風胴体(3図2)に設けた円盤状の軸受け板(3図20)の外周縁
と、前記細隙孔(3図4)との境界点からターボ機構内筒(3図18)に設けたベアリングホルダーのフランジ部分(3図19)までの間に、ターボ流通気流(3図34)の断面積が前記フランジ部分(3図19)から細隙孔(3図4)に向かって次第に縮小した中空の円錐形状の加速筒(3図3)を設ける。
(33)近傍を浮遊している気流を、吸込気流(31)として、ターボファン(6)
の回転手段と大気圧の加勢によってターボ機構内筒(18)に吸い込み、流入した
ターボ流通気流(3図34)が、円錐形状の加速筒(3図3)外周部を細隙孔
(3図4)方向に流通する過程で気流速度を加速させ、その加速された気流を細隙孔(4)の細隙導管口から加速気流(29)とし射出し、この加速気流と、ブースター風車風洞体(1)内から排出される風洞内気流(28)と合流して風洞内合成気流(30)を形成し、その相乗効果を得て、ブースター風車風洞体(1)の排気口縁(22)から排出する。
ターボ機構風胴体(2)の風下側(25)末端に設けた気流吸い込み口(3図33)に、ボス(3図5)を設け、このボスの基端側(4図38)から末端側に向けて径を次第に小さくしたテーパー状の円錘体を形成し、このボス(4図5)の外周面には放射状に複数個の輻(4図11)を傾斜を付けて装着するための凹型螺子孔(4図42)を備え、また前記ボスの基端側(4図38)にはアダプター取り付け面と取り付け穴(4図41)を設ける。
また、前記変速機(3図51)は、内歯車・遊星歯車・太陽歯車・キャリアから構成された通常の遊星歯車であり、本機構ではターボファン(6)を高速回転で駆動する配役と、ボス(5)と一体化したブースター風車(32)を低速で回転駆動する配役を担う。
従ってターボファンの回転軸(7)と変速機(51)を介してブースター風車(32)の回転軸(7)が共有しているのでブースター風車(32)の回転制御ができる。
もし、上記条件を考慮せずにボスやトルネード・アダプターの直径を、前記ターボ機構風胴体の直径より大きくすれば、風洞体排気口縁(22)の排気有効面積が減少し、ブースター風車風洞体内に設けた従動風車(12)の背圧が増し,前記従動風車と一体化した発電機(13)の発電効率が悪くなる。
従って、前記課題を回避するために、ターボ機構風胴体(2)の気流吸い込み口
(33)の縁を、前記ブースター風車風洞体(1)の風洞排気口縁(22)より突出した位置に設けることで、ボス(5)やトルネード・アダプター(40)の直径をターボ機構風胴体(2)の直径よりも大きくすることが可能となり、前記風洞体排気口縁の排気有効面積の減少を防ぎ、ボス(5)に装着したトルネード・アダプター(40)の直径を大きくすることが可能となり、ターボファンの直径を大きくして機能を向上させ、ブースター風車風洞体(1)内に設けた発電機(13)の発電効率を高めることができる。
このブースター風車風洞体は既に知られているが、本件申請人が発明したもので
〔特許文献4号参照〕この一部を本発明の機構部材として利用している。
従って、このブースター風車風洞体(1)と、本発明のターボ機構風胴体(2)を一体化する手段として、前記ターボ機構風胴体(2)の気流吸い込み口(33)縁を、前記ブースター風車風洞体(1)の排気口縁(22)より突出した位置に設けることが必要で、それに伴ってブースター風車(32)を支える回転軸(7)と、ターボ機構風胴体(2)に設けた回転軸(7)の相関連結が重要な要素となる。
(5図10)が「摺接しない間隙をあけて」(5図46)回転自在に」連結する、
その法方は、前記ボス(5)に装着された輻(11)の先端側をボスより円筒形内輪方向に傾斜角度(5図52)をつけて前記円筒形内輪に備えた嵌合部材(5図35)に装着し、ブースター風車風洞体(1)とターボ機構風胴体(2)を
一体化したターボ機能付き風力発電機構である。
流入口(21)から流入する気流によって無負荷でスタート回転し、その従動風車が一定以上の回転数に達した時点又は、流入する気流の状況に基づいて判断し、従動風車(12)と発電機(13)を発電機内に設けた接続機構で接続して発電機を駆動する、その接続,非接続の切り替え機構は、発電機(13)の機構内に備え、その切り替え手段は、従動風車(12)と発電機(13)の機構内に回転センサー・トルクセンサー等を備え、その各センサーで収集した情報を処理する、その処理する手段として、記憶・演算・信号処理機能及び電磁制御等の機器を制御装置(16)内には備えていて、回転センサー・トルクセンサー等で時時刻刻と絶え間なく情報を検知して、其の数値を制御装置(16)へ送信して、その情報に基づいて処理された信号によって従動風車(12)と発電機(14)の接続,非接続の切り替えを行う。
(11)の回転による空気抵抗や気流の粘性による過流損失、更に機械的摩擦による損失は、ターボファン(6)が大気圧の加勢を得て回転するエネルギーやブースター風車風(32)がブースター風車風洞体(1)の外周を流れる気流によって回転するエネルギーを活用し、更には一定の値を定めた風洞内気流(28)において電動・発電機(14)が発電機として発電したエネルギー等で賄い、外部から供給に頼らず損失を補填し、ベルヌーイの定理を満たす。
またこの場合、ブースター風車風(32)の円筒形外輪の内周直径(5図8)は、ブースター風車風洞体(1)の内周(5図1)直径の√2倍以上が望ましい。
ロータリソレノイド(3図54)の制御手段によって帯状リング(3図53)が作動し、細隙孔(3図4)の開孔面積を閉鎖から開鎖までアナログ的に行う、それに伴って細隙孔(3図4)の細隙導管から射出する加速気流(29)の時間単位あたり流量も制御され、ターボファン(6)の負荷も気流の圧縮作用で可変し、トルクガバナーとして機能する、
更にそのターボファンの回転軸(7)と共通の回転軸(7)を有する電動・発電機
(14)の正転または逆転及び変速機のキャリアを固定またはフリーと電磁制御手段によって前記回転軸(7)の回転制御を行い風洞内気流(28)の頻繁な流速変化を平滑にする機能がある。
更には,ターボ機構風胴体に設けた気流を射出する細隙孔(4)をロータリーソレノイド(54)の制御によって帯状リング(53)を作動して閉隙し、ターボファン(6)の負荷を気流の圧縮作用で圧縮ブレーキとしてブースター風車(32)の回転を抑圧する、また従動風車(12)と一体化した発電機(13)の負荷を電気二重層コンデンサー等の低インピーダンスで短絡制動し、この手段で前記発電機の入力軸を電磁固定し強風の被害を食い止めることが可能となる。
(51)を、ターボ機構風胴体(2)に設けた発電機(13)の近傍に備え、その各センサーで収集した情報を処理する手段として、記憶・演算・信号処理機能及び電磁制御等の機器を制御装置(16)内には備えていて、風速・風圧・回転・トルクセンサーで時時刻刻と絶え間なく情報を検知して、其の数値を制御装置(16)へ送信して、その情報に基づいて処理された信号によってブースター風車(32)の回転軸(7)と共通の回転軸(7)を有する電動・発電機(14)の回転を正転または逆転及び変速機のキャリアを固定またはフリーと電磁制御手段によって前記回転軸(7)の回転制御を行い、また細隙孔(4)の閉鎖または開鎖を帯状リング(53)をロータリーソレノイドの制御でアナログ的に行う機構を備える。
2 ターボ機構風胴体
3 円錐形加速筒
4 細隙孔
5 ボス
6 ターボファン
7 回転軸
8 円筒形外輪
9 偏向翼
10 円筒形内輪
11 輻
12 従動風車
13 発電機、
14 電動・発電機、
15 カップリング
16 制御装置
17 電源部
18 ターボ機構内筒,
19 フランヂ部
20 軸受板
21 流入口
22 排気口縁
23 風洞体内部
24 風上側
25 風下側
26 風洞体外周気流
27 風洞体外周排出気流
28 風洞内気流
29 加速気流
30 風洞内合成気流
31 吸入気流
32 ブースター風車
33 気流吸い込み口
34 ターボ流通気流
35 嵌合部材
36 円筒外周輪
37 偏向板
38 ボスの基端側
39 計測部
40 トルネード・アダプター
41 アダプター脱着ビス穴
42 輻装着穴
43 周方向偏向気流a
44 偏向渦気流
45 回転合成気流
46 摺接しない間隙
47 円筒形内輪の内周面
48 風洞体外周面
49 アダプター内筒
50 円周方向偏向気流
51 変速機
52 傾斜角度
53 帯状リング
54 ロータリーソレノイド
55 中刳り内筒
56 細隙孔内筒面
57 支持棒
Claims (10)
- 円筒形状をしたターボ機構風胴体(2)の風上側(24)先端に、従動風車(12)と一体化した発電機(13)と、電動・発電機(14)を設け、このターボ機構風胴体(2)の風下側(25)後端の気流吸い込み口(33)近傍に変速機(51)を設け、前記電動・発電機(14)の出力軸にはカップリング(15)を備え、またカップリング(15)の近傍に、円盤状の軸受け板(20)を設け、この軸受板(20)の風下側(25)面の外周縁が、ターボ機構風胴体(2)の内周面と接する基点に、円周状に気流を射出するための細隙導管を有する細隙孔(4)を角度付けて備え、この角度は、細隙導管から射出した気流がブースター風車風洞体(1)の排気口縁(22)方向に射出する構成をしたことを特徴とした、ターボファン機能付き風力発電装置。
- 前記ターボ機構風胴体(2)に設けた、円盤状の軸受板(20)の外周縁と細隙孔(
4)の境界点から、ターボ機構内筒(18)に設けたベアリングホルダーに装着したフランジ(19)までの間に、ターボ流通気流(3図34)の断面積が、フランジ(19)から細隙孔(4)に向かって次第に縮小した中空の円錐形状に形成した加速筒(3)を設けたことを特徴とする、請求項1に記載のターボファン機能付き風力発電装置。 - 前記ターボ機構風胴体(3図2)の風下側(3図25)末端の気流吸い込み口(33)縁にボス(5)を設け、このボス(5)は、基端側(4図38)から末端側に向けて次第に径を小さくしたテーパー状の円錘体を形成し、そのボスの内筒を中刳り(4図55)に形成し、内筒の末端側にターボファン(4図6))を回転自在に備え、更に外周面には放射状に輻(4図11)を装着するための輻装着穴(42)を複数個備え、また、ボスの基端側(4図38)の縁には、アダプター取り付け面とアダプター取り付けビス穴(4図41)を適宜に設けたことを特徴とする請求項2に記載のターボファン機能付き風力発電装置。
- 前記ボス(2図5)は、ブースター風車(2図32)を支える偏向翼状に形成した輻(11)を、回転軸(2図7)を中心として周方向に一定間隔をおいて複数個を放射状に前記ボスの装着穴(4図42)に設けたことを、特徴とする請求項3に記載のターボファン機能付き風力発電装置。
- 前記ボスの中刳り内筒(4図55)に回転自在にターボファン(4図6)を設け、そのターボファン(6)に設けた回転軸(3図7)は、ボス(3図5)に抱持された変速機(3図51)の太陽歯車の軸芯穴に貫通されて固定され、更にこの回転軸(3図7)はターボ機構風胴体(3図2)に設けた中空の円錐形状加速筒(3図3)の中心部を回転自在に貫通され、前記電動・発電機(3図14)の出力軸に設けたカップリング(3図15)に装着され、この回転軸(7)に伝達される回転数を変速機(51)の手段によって減速してボス(5)を回転駆動する構成をしたことを特徴とする、請求項4に記載のターボファン機能付き風力発電装置。
- 前記ボス(5)に設けるトルネード・アダプター(40)は、円筒外周輪(4図36)に偏向板(4図37)を周方向に一定間隔をおいて複数個放射状に設け、また、トルネード・アププター(40)のアダプター内筒(3図49)は、吸入気流(31)の誘導筒として中空または、風車羽根を放射状に複数枚設け、ボス(4図5)のアダプター取り付け面(4図38)に脱着自在に装着することを特徴とする、請求項5に記載のターボファン機能付き風力発電装置。
- 前記ターボ機構風胴体(3図2)に設けた細隙孔(3図4)を覆う場所に、スライド弁として帯状リング(3図53)を設け、この帯状リング(3図53)は、ターボ機構風胴体(3図2)のターボ機構細隙孔内筒面(3図56)と前記帯状リング(3図53)の外周面が摺接可能な状態で細隙孔(3図4)を覆うように移動する、その帯状リングの移動手段はロータリーソレノイド(3図54)の駆動によって行い、その駆動作用によって細隙孔(3図4)を閉隙または開鎖し、この細隙孔(3図4)から射出する射出気流(1図29)を制御して、前記ターボ機構内筒(3図18)内のターボ流通気流(2図34)の密度を可変する機構を備えたことを特徴とする請求項6項に記載のターボファン機能付き風力発電装置。
- 前記ブースター風車風洞体(1)の風洞体内部(23)の軸線上に、ターボ機構風胴体(2)の気流吸い込み口(33)縁を、前記ブースター風車風洞体(1)の風洞排気口縁(22)より突出した位置に設け、ブースター風車風洞体(1)の排気口縁(22)の排気有効面積の減少を防ぎ、ボス(5)とターボファン(4図6)の直径を大きくすることが可能にした機構を備えたことを特徴とする請求項7に記載のターボファン機能付き風力発電装置。
- ブースター風車風洞体(1)に設けたブースター風車(32)の円筒形内輪 (10)の内周面(5図47)と、ブースター風車風洞体(1)の風洞体外周面(5図48)及び、この風洞排気口縁(5図22)を、前記円筒形内輪の内周面(5図47)が「摺接しない間隙」(5図46)をあけて回転自在に、嵌合部材(5図35)を用いてボス(5)に装着した輻(5図11)を連結し、前記嵌合部材(5図35)は、円筒形内輪(10)からボス(5)に至る軸方向に傾斜角度(5図52)を付けて、円筒形内輪(5図10)と輻(5図11)を連結する取り付け具であり、前記ボス(5)に装着した輻(11)の周方向の先端部を円筒形内輪(5図10)に備えた前記嵌合部材(5図35)に装着して、ターボ機構風胴体(2)とブースター風車風洞体(1)と一体化したことを特徴とする請求項8項に記載のターボファン機能付き風力発電装置。
- 前記発電機(13)で発電した電力及び電動・発電機(14)を駆動する電力及び電動・発電機(14)で回生発電した電力を蓄える蓄電池を、電源部(17)内に設け,この電源部(17)は前記ブースター風車風洞体(1)の外部に設け、また、一定の値を定めた風洞内気流(28)において、電動・発電機(14)をセカンド発電機として電源部に設けた蓄電池に充電し、更に、このブースター風車風洞体(1)内の流通気流状況を管理するために、風圧センサー・回転センサー・トルクセンサー等を備えた計測部(39)を、ターボ機構風胴体(2)に設けた発電機(13)の近傍に備え、そのセンサーで収集した情報を処理する手段に記憶・演算・信号処理機能及び電磁制御等を制御装置(16)内に備えたことを特徴とする請求項9項記載のいずれかのターボファン機能付き風力発電装置。
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