JP6568736B2 - エジェクタ装置 - Google Patents

Description

本発明は、筐体部に隣接しそれぞれ離隔配置されたプレート間の流路部に流体を流動させることで、流体の流動方向と異なる方向から筐体部内に流体を吸引するエジェクタ装置に関する。

風力発電機は、風力により発電を行うものであり、空気中に露出したブレードを風の力で回転させ、ブレードに接続された発電機を駆動する。風力は自然エネルギーであり、風力発電機は環境負荷が小さい発電方式として広く採用されている。このように、露出するブレードを有する一般的な風力発電機として、例えば特許文献１に挙げるようなものがある。

特開２０１５−１２４７３６号公報

風力発電機は、環境負荷が小さく、二酸化炭素などの温室効果ガスを低減させることができるなどの長所を有する一方、ブレードから生じる風切り音などによる騒音や低周波振動が発生するなどの短所も有している。また、高効率化のためには、ブレードを大型化する必要があり、風が弱いときには発電ができないという課題もあった。

風力発電機におけるこれらの課題は、ブレードが露出して風に相対し、風からのエネルギーを直接受けていることにより生じているものであり、吹いている風を駆動力として、風の方向に直接露出していないブレードを回転させることができれば、これらの課題を解決できる可能性がある。また、風力発電機に限らず、水力発電機など流体の運動エネルギーを他のエネルギーに変換する機器においても、流体の流れを駆動力として、他の箇所から流体を取り込んでブレード等を回転させることのできる可能性がある。

本発明は前記課題を鑑みてなされたものであり、風力発電機などに応用でき流体の流れを駆動力として当該流体と異なる箇所から流体を取り込むことのできるエジェクタ装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明に係るエジェクタ装置は、内部に空間部を有するプレートを複数並設し、該プレート間に流体の流路部を形成した流体通過部と、
前記流体通過部を構成する各プレートの空間部と連通する筐体部と、を有し、
前記筐体部は、前記流体通過部における流体の通過方向と異なる方向に開口している流体取込口を有し、
前記プレートは、前記空間部と前記流路部とを連通させる開口部を有することを特徴として構成されている。

さらに、本発明に係るエジェクタ装置は、前記プレートは、前記流路部を流体の通過方向に沿って狭めるノズル部を有し、該ノズル部に前記開口部が形成されることを特徴として構成されている。

さらにまた、本発明に係るエジェクタ装置は、前記流体通過部は、前記流路部に配置される可動フィン部と、前記流路部の幅を変化させるように前記可動フィン部を駆動するフィン駆動部とを有し、
前記プレートの開口部は、前記可動フィン部が配置される領域に設けられることを特徴として構成されている。

そして、本発明に係るエジェクタ装置は、前記流体通過部は、前記プレート間の距離を変化させるプレート駆動部を有することを特徴として構成されている。

また、本発明に係るエジェクタ装置は、前記流路部に流入する風の流速を計測する流速検出部と、該流速検出部で計測された風の流速に応じて、前記プレート駆動部を制御する駆動制御部とがさらに設けられ、
前記駆動制御部は、前記流速検出部で計測された風の流速が大きくなるほど、前記プレート間の距離を大きくするように、前記プレート駆動部を制御することを特徴として構成されている。

さらに、本発明に係るエジェクタ装置は、前記筐体部は、前記流体取込口と前記プレートの空間部との間にブレードを有することを特徴として構成されている。

さらにまた、本発明に係るエジェクタ装置は、前記ブレードは、前記筐体部の流体が流れる方向に沿って複数が設けられることを特徴として構成されている。

そして、本発明に係るエジェクタ装置は、複数の前記ブレードは、少なくとも１つの大きさが異なることを特徴として構成されている。

また、本発明に係るエジェクタ装置は、前記ブレードは、前記筐体部の流体が流れる方向において同位置に複数が配置されることを特徴として構成されている。

本発明に係るエジェクタ装置によれば、流路部を流体が通過することに伴い、プレートの空間部が負圧状態となり、流体取込口から流体を取り込んで筐体部内を流通させることができるので、筐体部内にブレードを設けることで、筐体部内を流通する流体の運動エネルギーを電力に変換する発電を行うことができる。そして、発電に必要なブレードを筐体部内に納めることができるので、ブレードによる騒音や低周波の発生を抑制することができる。

本実施形態における風力発電機の斜視図である。 風力発電機の正面図である。 並設配置されたプレートの断面図である。 プレートのうち開口部付近の断面図である。 筐体部２の内部を下方から見た底面図である。 第２の形態の流体通過部の断面図である。 伸縮部が伸張した状態の流体通過部の断面図である。 第３の形態の流体通過部の断面図である。 可動フィン部が回動した状態の流体通過部の断面図である。 第４の形態の流体通過部の断面図である。

本発明の実施形態について、図面に沿って詳細に説明する。本実施形態では、本発明に係るエジェクタ装置を、風力発電機に応用したものについて説明する。図１には、本実施形態における風力発電機の斜視図を示している。本実施形態の風力発電機は、空気を通過させる流体通過部１と、流体通過部１の下部に設けられるボックス状の筐体部２と、流体通過部１及び筐体部２を所定の高さに支持する支柱部３とを有している。この風力発電機は、通常の風力発電機と異なり、露出するブレードを有しておらず、空気は固定された流体通過部１のプレート１０間を通過する。なお、ブレードは、後述するように筐体部２の内部に設けられている。

流体通過部１には、複数のプレート１０が所定間隔毎に並設配置されている。プレート１０は、下面を筐体部２によって支持され、上面を上支持部１１によって支持されている。隣接するプレート１０間には、空気が通過する流路部１５が形成される。各プレート１０は、同形状に形成されており、これらが同間隔で配置されているので、各流路部１５もそれぞれ同形状に形成される。図１において、プレート１０の手前側が空気の入口で、プレートの奥側が空気の出口であるものとする。プレート１０は、空気の入口側と出口側の各端部が薄く、中間部分が厚くなるように形成されている。これにより、流路部１５は、入口部と出口部の幅が広く、中間部分が狭くなっている。また、プレート１０は、内部が中空状に形成されている。

図２には、風力発電機の正面図を示している。本図において、筐体部２の前面の一部は切り欠いて示している。この図に示すように、筐体部２は、内部が中空状であって、下面が開放状に形成された流体取込口２０となっている。つまり、筐体部２は、下方から内部に空気を取り込むことができる。

筐体部２の内部には、複数のブレードが配置されている。ブレードは、筐体部２の上部に配置された１つの大ブレード２１と、筐体部２の下部に配置された複数の小ブレード２２とからなっている。それぞれのブレードには、各ブレードを回転自在に支持すると共に、内部に発電機などを有したナセル２３が設けられる。各ナセル２３は、支持部材２４によって筐体部２の中空内部に支持されている。

筐体部２の上面には、複数の流体出口２５が形成されている。流体出口２５は、それぞれ筐体部２の上部に設けられるプレート１０の中空内部と連通するように配置されている。すなわち、筐体部２の流体取込口２０から取り込まれた空気は、ブレードを回転させ、流体出口２５からプレート１０の中空内部に導かれる。

図３には、並設配置されたプレート１０の断面図を示している。プレート１０は、薄く形成された入口側端部１０ａ及び出口側端部１０ｃと、これらの中間部分を形成する中空状の平面部１０ｂとを有している。プレート１０の内部は、空間部１０ｄとなっている。また、プレート１０には、一方の平面部１０ｂに開口部１０ｅが形成され、空間部１０ｄと流路部１５とを連通させている。開口部１０ｅは、縦方向に長く形成される。なお、本実施形態において、開口部１０ｅはプレート１０の一方の面に形成されているが、プレート１０の両方の面に形成されていてもよい。

プレート１０間に形成される流路部１５は、入口から次第に流路が狭くなり、プレート１０の平面部１０ｂの部分では流路の幅は一定であり、出口に向かって次第に流路が広くなるように形成される。流路部１５に流入する空気は、入口付近では次第に流速が大きくなり、中間部分では流速がほぼ一定であり、出口付近では次第に流速が小さくなる。このため、流路部１５の中間部分において、空気は流入する前よりも流速が大きくなる。これに伴い、空気の静圧は小さくなるため、開口部１０ｅで連通するプレート１０の空間部１０ｄ内には負圧が発生し、筐体部２の流体取込口２０を通じて空気が下方から吸引される。

流体取込口２０から筐体部２内に取り込まれた空気は、流体出口２５を通じてプレート１０の空間部１０ｄに導かれ、さらにプレート１０の開口部１０ｅから流路部１５に合流する。流体取込口２０からの空気は、プレート１０の空間部１０ｄに生じる負圧に伴い吸引されており、その運動エネルギーにより筐体部２内のブレードを回転させることができる。回転するブレードは、それぞれナセル２３内の発電機を駆動し、発電がなされる。

図４には、プレート１０のうち開口部１０ｅ付近の断面図を示している。図４（ａ）に示すように、開口部１０ｅは、プレート１０を構成する板状部材の表面に対し、垂直面からなる縁部を有するように形成されていてもよいが、図４（ｂ）に示すように、板状部材の表面に対し、傾斜面からなる縁部を有するように形成されていてもよい。この傾斜面は、空間部１０ｄから流路部１５に向かって、空気が流路部１５を流れる方向に向かう傾斜状に形成される。これにより、空間部１０ｄから流路部１５への空気の流動を円滑にし、開口部１０ｅにおける圧力損失を抑えることができる。

図５には、ブレードを下方から見た底面図を示している。なお、この図において筐体部２等は省略している。この図に示すように、筐体部２の下部に配置される小ブレード２２は、筐体部２内で空気が流れる方向において同位置に、複数個が配置されている。また、筐体部２の上部に配置される大ブレード２１は、１個が配置されている。

このように、筐体部２の流体が流れる方向に沿って複数のブレードが配置されていることにより、筐体部２内を流れる流体の運動エネルギーをより効率的に利用することができる。また、ブレードは、大ブレード２１と小ブレード２２とからなることにより、風が弱い場合には小ブレード２２のみで発電し、風が強い場合には小ブレード２２と大ブレード２１の両方で発電することができ、風が弱くても発電を行うことができる。さらに、筐体部２の流体が流れる方向において同位置に、複数の小ブレード２２を配置したことで、より効率的に風の運動エネルギーを利用することができる。

本実施形態のエジェクタ装置は、内部に空間部１０ｄを有するプレート１０を複数並設し、プレート１０間に流路部１５を形成し、プレート１０の空間部１０ｄは筐体部２の中空内部と連通し、筐体部２は流体取込口２０を有すると共に、プレート１０には空間部１０ｄと流路部１５を連通させる開口部１０ｅを形成しているので、流路部１５を風が通過することに伴い、プレート１０の空間部１０ｄが負圧状態となり、流体取込口２０から空気を取り込んで筐体部２内を流通させることができるので、筐体部２内にブレードを設けることで、筐体部２内を流通する空気の運動エネルギーを電力に変換する発電を行うことができる。そして、発電に必要なブレードを筐体部２内に納めることができるので、ブレードによる騒音や低周波の発生を抑制することができる。

また、風に対して露出しているのが、プレート１０を有する流体通過部１であるので、台風が接近した時など、極めて強い風が発生する状況において、筐体部２を閉塞しておくことにより、ブレードが破損することを防止することができる。

次に、流体通過部の別の形態について説明する。図６には、第２の形態の流体通過部３０の平面図を示している。本図以降において、上支持部は省略している。本形態の流体通過部３０は、空間部３１ａ及び開口部３１ｂを有する複数のプレート３１を並設配置している点では、前述の流体通過部１と同様である。また、各プレート３１の形状も、第１の形態と同様である。

一方、本形態の流体通過部３０は、プレート３１を移動させることが可能なプレート駆動部３２を有している。プレート駆動部３２は、プレート３１の前後端部をそれぞれ風の通過方向と直交する方向に移動可能となるように案内する案内部３３と、プレート３１間に設けられプレート３１を風の通過方向と直交する方向に伸縮自在な伸縮部３４とを有している。案内部３３及び伸縮部３４は、流路部３５に影響しないように、プレート３１の上下方向端部付近に設けられる。

図６において、伸縮部３４は収縮した状態であり、プレート３１間の距離は小さい。このため、流路部３５は幅が狭い状態となっている。図７には、伸縮部３４が伸張した状態の流体通過部３０の平面図を示している。伸縮部３４が伸張すると、プレート３１は互いの距離が大きくなるように移動する。これによって、流路部３５は幅が広い状態となる。

このように、プレート３１間の距離を変化させることができるプレート駆動部３２を設けることにより、風の強弱に応じて流路部３５の幅を変化させることができ、風が弱くても流路部３５での流速を大きくすることができる。このため、風が弱い場合でもプレート３１の開口部３１ｂを通じて空間部３１ａ内の負圧を大きくし、筐体部２から取り込む空気の流量を確保することができる。

また、流路部３５に流入する風の流速を計測する流速検出部と、プレート駆動部３２を制御する駆動制御部とをさらに設けることもできる。この場合、流速検出部で計測した風の流速に基づき、駆動制御部がプレート駆動部３２を制御して、流路部３５の幅を変化させる。具体的には、流速検出部で計測された風の流速が大きいほど、流路部３５の幅が大きくなるようにする。逆に、風の流速が小さい、すなわち風が弱い場合には、流路部３５の幅を小さくして、流路部３５における流速を確保するように制御する。これにより、風の強さに応じて自動的に流路部３５の幅を変化させることができる。

このように、流路部３５の幅を風の流速に応じて変化させることで、風の流速によらず筐体部２内の流速を確保して発電を継続することができる。また、台風接近時などの強風時には、流路部３５の幅を大きくできるので、流路部３５における流速が大きくならないようにして、プレート３１の破損を防止することができる。

次に、第３の形態の流体通過部４０について説明する。図８には、第３の形態の流体通過部４０の平面図を示している。この図に示すように、本形態の流体通過部４０は、空間部４１ａ及び開口部４１ｂを有する複数のプレート４１を並設配置している点では、これまでの流体通過部と同様である。

本形態の流体通過部４０は、流路部４５の後端側に可動フィン部４２を配置している。可動フィン部４２は、プレート４１の後端部分において、後端側に向かって幅が狭くなっている部分に配置されている。プレート４１の後端部分の一方の面と他方の面は、それぞれ可動フィン部４２と対向していて、この部分の流路部４５は狭くなっている。プレート４１の開口部４１ｂは、可動フィン部４２と対向する位置に形成されている。

可動フィン部４２は、前端側を中心に回動することができる。図９には、可動フィン部４２が回動した状態の流体通過部４０の平面図を示している。この図に示すように、可動フィン部４２が前端側を中心に後端側が対向するプレート４１の表面側に向かって回動すると、可動フィン部４２の後端側とプレート４１との距離が小さくなり、流路部４５はより狭くなる。

このように、可動フィン部４２によって流路部４５の幅を変化させることもできる。また、第２の形態の風通過部３０のように、流速検出部と駆動制御部によって、風の流速に応じて流路部４５の幅を自動的に変化させるようにしてもよい。

次に、第４の形態の流体通過部５０について説明する。図１０には、第４の形態の流体通過部５０の平面図を示している。この図に示すように、本形態の流体通過部５０は、空間部５１ａ及び開口部５１ｂを有する複数のプレート５１を並設配置している点では、これまでの流体通過部と同様である。

本形態のプレート５１は、前端から後端側に向かって、次第に幅が広くなり、開口部５１ｂが形成される位置で最も幅が広く、それよりも後端側に向かって、次第に幅が狭くなるように形成されている。このため、プレート５１間に形成される流路部５５は、最初は次第に狭くなり、開口部５１ｂの位置で最も狭くなり、それよりも後端側に向かって次第に幅が広くなる。

流路部５５が、このようなノズル形状となるようにプレート５１を形成することにより、風を効率的に加速させ、開口部５１ｂの位置において静圧を小さくして空間部５１ａ内に大きな負圧を発生させることができる。すなわち、筐体部２から効率的に空気を取り込んで、発電効率も高くすることができる。

また、本形態においても、第２の形態の風通過部３０のように、プレート駆動部３２を設けるようにしてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の適用は本実施形態には限られず、その技術的思想の範囲内において様々に適用されうるものである。例えば、上述の実施形態は、本発明のエジェクタ装置を風力発電機に応用したものであるが、水力発電機など他の種類の機器にも応用することができる。水力発電機にエジェクタ装置を応用した場合、流体通過部のプレート間を流動するのは水であり、また、筐体部から取り込まれる流体も、同様に水となり、ブレードが水の流れによって駆動されることとなる。

プレートの数や寸法、縦横比、間隔などについて、上述の実施形態には限定されない。また、プレートは、上述の実施形態ではいずれも縦向きとなっているが、横向きであってもよい。この場合、筐体部は流体通過部の側部に設けられることになる。プレートに置いては、開口部の位置や大きさについても、適宜設定することができる。ブレードの数や配置についても、必要に応じて適宜設定することができる。

さらに、上述の実施形態では、流体通過部は固定されているが、風の吹く方向に合わせて向きを変えられるようにしてもよい。この場合、風を効率よく流体通過部に対し流動させることができるので、より効率的な発電を行うことができる。

１ 流体通過部
２ 筐体部
３ 支柱部
１０ プレート
１０ａ 入口側端部
１０ｂ 平面部
１０ｃ 出口側端部
１０ｄ 空間部
１０ｅ 開口部
１１ 上支持部
１５ 流路部
２０ 流体取込口
２１ 大ブレード
２２ 小ブレード
２３ ナセル
２４ 支持部材
２５ 空気出口
３０ 流体通過部
３１ プレート
３１ａ 空間部
３１ｂ 開口部
３２ プレート駆動部
３３ 案内部
３４ 伸縮部
３５ 流路部
４０ 流体通過部
４１ プレート
４１ａ 空間部
４１ｂ 開口部
４２ 可動フィン部
４５ 流路部
５０ 流体通過部
５１ プレート
５１ａ 空間部
５１ｂ 開口部
５２ ノズル部
５５ 流路部

Claims (9)

1. 内部に空間部を有するプレートを複数並設し、該プレート間に流体の流路部を形成した流体通過部と、
   前記流体通過部を構成する各プレートの空間部と連通する筐体部と、を有し、
   前記筐体部は、前記流体通過部における流体の通過方向と異なる方向に開口している流体取込口を有し、
   前記プレートは、前記空間部と前記流路部とを連通させる開口部を有することを特徴とするエジェクタ装置。
2. 前記プレートは、前記流路部を流体の通過方向に沿って狭めるノズル部を有し、該ノズル部に前記開口部が形成されることを特徴とする請求項１記載のエジェクタ装置。
3. 前記流体通過部は、前記流路部に配置される可動フィン部と、前記流路部の幅を変化させるように前記可動フィン部を駆動するフィン駆動部とを有し、
   前記プレートの開口部は、前記可動フィン部が配置される領域に設けられることを特徴とする請求項１記載のエジェクタ装置。
4. 前記流体通過部は、前記プレート間の距離を変化させるプレート駆動部を有することを特徴とする請求項１または２記載のエジェクタ装置。
5. 前記流路部に流入する風の流速を計測する流速検出部と、該流速検出部で計測された風の流速に応じて、前記プレート駆動部を制御する駆動制御部とがさらに設けられ、
   前記駆動制御部は、前記流速検出部で計測された風の流速が大きくなるほど、前記プレート間の距離を大きくするように、前記プレート駆動部を制御することを特徴とする請求項４記載のエジェクタ装置。
6. 前記筐体部は、前記流体取込口と前記プレートの空間部との間にブレードを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のエジェクタ装置。
7. 前記ブレードは、前記筐体部の流体が流れる方向に沿って複数が設けられることを特徴とする請求項６記載のエジェクタ装置。
8. 複数の前記ブレードは、少なくとも１つの大きさが異なることを特徴とする請求項７記載のエジェクタ装置。
9. 前記ブレードは、前記筐体部の流体が流れる方向において同位置に複数が配置されることを特徴とする請求項７または８記載のエジェクタ装置。

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