JP6955771B2 - フライホイールエネルギー保存装置およびその使用方法 - Google Patents
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Description
・フライホイール複合材料が高コストであること
・フライホイールを保護するケーシングに耐久性が求められること
・駆動軸に強度が求められること
・望ましくないジャイロ効果
これらの技術的障壁により、キャパシティをできるだけ増やしても、必要とされているエネルギー密度の削減にはつながらず、より重要なことに、このエネルギー保存方法が競争力を持つのに必要な保存エネルギー単位当たりのコストの削減にはつながらない。
上記回転素子は、セグメント化された構造を有してよい。すなわち、互いに接続された複数のセグメントから成ってよい。それぞれのセグメント間の相互の接続は、固定された、不動のものであってもよく、または、例えば、回転ヒンジを介するものでもよい。その場合、例えば海の波がぶつかると、上記回転素子のセグメントはわずかに上がり、それにより、波の力を装置全体には伝えない。
・フライホイール複合材料が高コストであること
・フライホイールを保護するケーシングに耐久性が求められること
・駆動軸に強度が求められること
・望ましくないジャイロ効果
一つの回転素子1、一つの独立した動力2、および一つの独立した発電機3を備えるフライホイールエネルギー保存装置を作った。
一つの回転素子1、一つの独立した動力2、および一つの変換器4を備えるフライホイールエネルギー保存装置を作った。
一つの回転素子1、一つの独立した動力2、変換器4、および一つの独立した発電機3を備えるフライホイールエネルギー保存装置を作った。変換器4は四つの開口を有する。当該フライホイールエネルギー保存装置は、実施例1および2の特徴を有する。
一つの回転素子1、一つの変換器4、および一つの独立した発電機3を備えるフライホイールエネルギー保存装置を作った。この構成のフライホイールエネルギー保存装置は、エネルギーを変換器4から回転素子1の回転運動へ直接変換するだけであり、回転素子1を回転させるためにいかなる他のエネルギー源からの電気エネルギーも用いない。
図6に示すフライホイールエネルギー保存装置を作った。当該フライホイールエネルギー保存装置は、一つの回転素子1と、一つの独立した動力2と、回転素子25に接続されたVAWTタイプの風力変換器28と、回転素子25の回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換可能な発電機26と、一つの独立した発電機3と、を備える。回転素子1および25の底側には、40枚の水中翼50が配置されている。回転素子1および25の回転速度が高まるにつれて、水中翼50はそれらの流体力により持ち上げる力(hydrolift force)によって回転素子1および25を水面上に浮かび上がらせ、それにより、回転素子1および25の壁に対する水の粘性摩擦を急速に減らす。VAWTタイプの風力エネルギー変換器28が、風力エネルギーの作用により回転素子25を回転させる。これらの回転に基づき、発電機26がロープ24により電気エネルギーを生み出し、当該電気エネルギーは動力2に送られ、当該動力2がロープ24により回転素子1を適切に回転させるか、または当該電気エネルギーは供給網へ移される。その場合でも、動力2は、他のエネルギー源からのエネルギーを用いて回転素子1を回転させることができる。発電機3、発電機26、および動力2は、ステータ6上に位置している。ステータ6は、貯水池の底に取り付けられたパイロン27の上に置かれた円形素子からなる。
以下の点を除いては、実施例5に従ってフライホイールエネルギー保存装置を作った。その点とは、発電機3および動力2を回転素子1上に配置し、発電機26を回転素子25上に配置し、牽引線の形態の母線を介してステータ6上で電気エネルギーを伝える点である(例えば、エレクトリック トレインの場合において)。この実施形態の例は、実施例5ほど好ましくない。
以下の点を除いては、実施例5および6に従ってフライホイールエネルギー保存装置を作った。その点とは、このフライホイールエネルギー保存装置を、島の海岸がステータ6を固定する土台となる天然の島の周囲で実施することである。この島が円形でないときは、ステータ6はどこかの地点で水面にぶつかる可能性がある。したがって、これらの地点では、ステータ6は部分的にのみ固定される、または、その代わりに、海の終わるところまでのみ固定される。発電機3、発電機26、および動力2はステータ6上に位置する。
張り綱12を備える以外は、実施形態1の例と同じである。この場合、静止素子6は、円形でもよい平底船であり、土手または貯水池(人工でも天然でもよい)の底に、回転を防ぐロープまたは棹を用いて固定できる。張り綱12に対して、動力2および発電機3が取り付けられている。張り綱12の直径は、回転素子1の直径より大きい。
以下の点を除いては、実施形態3の例と同じである。その点とは、張り綱12の代わりに、円形の平底船がブレード11を備えており、当該ブレード11は、平底船の粘性摩擦を大幅に増すように位置しており、それによって平底船が回転するのを防ぐようになっている点である。
実施形態のさらなる例は、二つの回転素子1を用いる。そのうちの一方は他方より大きい。当該二つの回転素子1は液体面上に置かれ、両方の回転素子1が液体面上に同心円状に浮かび、反対方向に回転するようにする。エネルギーの移動は、動力2と発電機3を単一の装置、すなわち動力/発電機として用いて行われる。当該動力/発電機は、これら二つの回転素子1のあいだに固定される。一方の回転素子1に対して母線を介して運ばれたエネルギーにより、他方の回転素子1が回転する。作用反作用の法則により、他方の回転素子1が回転する。フライホイールエネルギー保存装置からのエネルギーの移動は、同じツー・イン・ワンの動力/発電機ユニットによって行われる。
E=1/2m v2
式中、mは回転素子1の質量であり、
vは回転素子1の重心の周速度である。
実施形態の他の例は、張り綱で固定した、浮かぶ平底船の内部で水面上に浮かぶ浮動する回転素子1であり、当該回転素子1は風力タービン素子を有する。浮動する回転素子1は、垂直な回転軸を有する風力タービンの支えとなる。風力は、回転素子1の回転運動に変換される。一方、回転のエネルギーは、発電機3によって電気エネルギーに変換される。
使用方法の他の一例は、水面上に浮かび、人工浅水素子7を備えた浮動する回転素子1である。当該人工浅水素子7は、円錐台の外側面の形状であり、好ましくは、回転素子1の外側に取り付けられており、少なくとも部分的に水に浸かり、波エネルギー変換器8、すなわち波タービンの各素子を、当該人工浅水素子7上に設けている。大気による嵐や風のプロセスで生み出された海の波は、水面上を深水波として伝わる。深水波では、もっとも高い波の地点ともっとも低い波の地点との差は、波が浅瀬に押し寄せて浅水波になった場合ほど大きくない。そのような効果は、波が人工浅水素子7にぶつかるときに達成され、それにより、もっとも低い波の地点ともっとも高い波の地点との差を増し、その結果、変換器8の各素子を用いて波エネルギーを素子1の回転運動に変換する効率が高まる。
使用方法の他の一例は、次のようなものである。すなわち、水面に浮かび光起電性パネル9を備えた構造を有する浮かぶ静止素子6が太陽光から電気エネルギーを作り、浮かぶ回転素子1が風力タービンの素子を有して風力エネルギーを回転素子1の回転運動に変換し、潮力タービン10の素子が満ち潮と引き潮のエネルギーを、または海流もしくは河川流のエネルギーを、回転素子1の回転運動へ変換する。当該装置は、任意の測定装置(例えば、気温および水温、風速、流水量、または他の大気や水に関するパラメータ(例えば、CO2量)の測定装置)を備えることが可能である。
使用方法の他の一例は、次のようなものである。すなわち、回転素子1に、四枚の水中翼50を、回転素子1の周囲に対称的に位置するように設け、回転がない場合(遠心力がゼロ、回転素子1内の水が最少、回転素子1が最少の質量を有し水面上に最大限浮上している)、これらの水中翼50は水面上にあり、それらの浮力効果を回転素子1に対して働かせることはない。高速回転している場合、遠心力によって十分な液体が回転素子1内に流入し、回転素子1が自重により浸水し、水中翼50が水面に接触すると、水中翼50の流体力学的な力が回転素子1がさらに水に浸からないように作用し始め、水中での回転素子1の粘性摩擦はこれ以上増大しない。
Claims (14)
- 液体面上または液体中に浮かび回転できる少なくとも一つの回転素子(1)と、エネルギーを上記回転素子(1)へ移すことができる少なくとも一つの素子と、上記エネルギーを上記回転素子(1)から移すことができる少なくとも一つの発電機(3)と、を備えるフライホイールエネルギー保存装置であって、
上記回転素子(1)は車軸がなく、
上記回転素子(1)は少なくとも部分的に中空であり、少なくとも部分的に液体で満たすことができ、
上記回転素子(1)は少なくとも一つの開口(5)を有しており、当該開口(5)は、上記回転素子(1)が液体面上または液体中にあるとき、当該開口(5)の少なくとも下端は液体面下にあるように、上記回転素子(1)上に配置されており、一方で上記開口(5)は、上記回転素子(1)の外壁の内側部分よりも上記回転素子(1)の回転軸の方に近いように、上記回転素子(1)上に配置されており、それにより、上記回転素子(1)が、当該回転素子(1)によって生じた遠心力の大きさに応じて液体を満たしたり排出したりして質量を自律的に変えることができる、フライホイールエネルギー保存装置。 - 上記エネルギーを上記回転素子(1)へ移すことができる上記素子は、動力(2)である、請求項1に記載のフライホイールエネルギー保存装置。
- 上記エネルギーを上記回転素子(1)へ移すことができる上記素子は、上記回転素子(1)に接続された変換器(4)であり、当該変換器(4)は、上記液体の流れおよび/または上記液体の波動もしくは風の動きを回転素子(1)の回転運動エネルギーへと変換することができる、請求項1に記載のフライホイールエネルギー保存装置。
- 少なくとも一つの変換器(28)であって、それ独自の回転素子(25)に接続され、上記液体の流れおよび/または上記液体の波動もしくは風の動きを回転素子(25)の回転運動エネルギーへ変換できる、少なくとも一つの変換器(28)と、
発電機(26)であって、上記回転素子(25)に接続されており、回転素子(25)の回転運動エネルギーを電気エネルギーへ変換することができる、発電機(26)と、をさらに備える、請求項2に記載のフライホイールエネルギー保存装置。 - 浮かぶことができる少なくとも一つの静止素子(6)をさらに備え、当該少なくとも一つの静止素子(6)は、回転を防ぐブレード(11)、および/または、水底および/または土手への張り綱(12)を任意で有する、請求項1から4のいずれか一項に記載のフライホイールエネルギー保存装置。
- 浮かぶことができない少なくとも一つの静止素子(6)をさらに備え、当該少なくとも一つの静止素子(6)は、水底および/または土手に設置される、請求項1から4のいずれか一項に記載のフライホイールエネルギー保存装置。
- 上記発電機(3)は、上記回転素子(1)の上、または静止素子(6)の上、または陸地の上、または水域もしくは貯水池の底に設置され、または、一部を陸地に一部を水域もしくは貯水池の底に設置される、請求項1から6のいずれか一項に記載のフライホイールエネルギー保存装置。
- 上記動力(2)は、上記回転素子(1)の上、または静止素子(6)の上、または陸地の上、または水域もしくは貯水池の底に設置され、または、一部を陸地に一部を貯水池の底に設置される、請求項2または4に記載のフライホイールエネルギー保存装置。
- 上記動力(2)と上記発電機(3)は組み合わされて単一の動力/発電機ユニットとなっており、当該動力/発電機ユニットは動力(2)と発電機(3)の両方として機能し、この動力/発電機ユニットは静止素子としても機能する、請求項2、4、および8のいずれか一項に記載のフライホイールエネルギー保存装置。
- 上記動力(2)はリニアエンジンであり、当該リニアエンジン(2)の回転部品(15)の磁石(20)は、上記回転素子(1)上の、当該回転素子(1)が静止素子(6)と接触する平面に位置し、上記リニアエンジン(2)の上記静止部品(14)の巻線は、上記静止素子(6)上に位置する、または、上記リニアエンジン(2)の上記静止部品(14)の巻線は、上記回転素子(1)上の、当該回転素子(1)が上記静止素子(6)と接触する平面に位置し、上記リニアエンジン(2)の上記回転部品(15)の上記磁石(20)は、上記静止素子(6)上に位置する、請求項2、4、8、および9のいずれか一項に記載のフライホイールエネルギー保存装置。
- 上記回転素子(1)は、少なくとも一つの水中翼(50)をさらに備える、請求項1から10のいずれか一項に記載のフライホイールエネルギー保存装置。
- 上記回転素子(25)は、少なくとも一つの水中翼(50)をさらに備える、請求項4に記載のフライホイールエネルギー保存装置。
- 上記エネルギーは、液体面上または液体中に浮かび回転する少なくとも一つの回転素子(1)の運動エネルギーとして蓄積される、請求項1から12のいずれか一項に記載のフライホイールエネルギー保存装置の使用方法。
- エネルギー保存の必要性が高まると、液体材料で満たすことが可能な少なくとも一つの回転素子(1)が液体材料で満たされ、このとき、当該液体材料の量が増えるにつれて、上記エネルギー保存装置の重さが増し、それにより、より多くのエネルギーを保存することができ、一方、エネルギーの排出とともに、少なくとも一つの回転素子(1)が空になる、請求項13に記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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