JPH11252893A

JPH11252893A - 流体発電装置、風力発電装置、流体発電装置および風力発電装置

Info

Publication number: JPH11252893A
Application number: JP10155145A
Authority: JP
Inventors: Toshiyasu Suzuki; 利康鈴木
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-01-02
Filing date: 1998-04-27
Publication date: 1999-09-17

Abstract

(57)【要約】【目的】可動部分が無く、流体の流速が高速（例：台
風、温帯低気圧など。）の時でも安全に発電できる様に
することである。【構成】例えば、「その海面上に出た頂上部で流速を
増加させて大まかに平らな海面に対して負圧を発生させ
るほぼ鶏卵型の半潜水型フロート１」と、「半潜水型フ
ロート１の中央部を鉛直方向に貫き、前記負圧によって
海水が流れる流水パイプ２」と、「その流れと垂直方向
に流水パイプ２に配置された対向する各対の電極４」
と、「対向する各対の電極４の間にその流れ方向にもそ
の電極対向方向にも垂直な磁束を供給する各磁束供給手
段（例：磁石など。図示せず。）」を有することを特徴
としている。このことによって、流れる非導電性の空気
（風）から導電性の海水に流れを生じさせ、海水でＭＨ
Ｄ（電磁流体）発電を行うので、上記目的を達成するこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【００１０】

【技術分野】第１発明は導電率の小さい第１の流体手段
（例：空気など。）の運動エネルギーをエネルギー移転
手段（例：飛行翼の様に負圧を利用する手段、霧吹き
等。）を使って前記第１の流体手段から「これより導電
率の大きい第２の流体手段（例：海水など。）」に移転
し、前記第２の流体手段の運動エネルギーからＭＨＤ
（電磁流体）発電する流体発電装置や風力発電装置に関
する。第１発明の風力発電装置に電磁推進船の技術やメ
ガ・フロートの技術を応用することも考えられる。第２
発明は流体（例：空気など。）に流速差を生じさせるこ
とにより圧力を発生させ、その圧力によって、例えば、
プロペラを回転させ、発電機で発電する流体発電装置や
風力発電装置に関する。第２発明はその流速が速過ぎて
も安全に発電することができる。例えば台風や温帯低気
圧などを利用した風力発電である。第３発明は、設置場
所の選択肢を増やしたり、あるいは、地表より風速が速
くて、高い高度の風力エネルギーを利用できたりする風
力発電装置に関する。

【００２０】

【第１、第２発明の背景技術】従来の流体発電装置や風
力発電装置はプロペラ等の羽根を使って導電率の小さい
気体（例：空気など。）の運動エネルギーを回転エネル
ギーという一種の機械エネルギーに変換し、その回転エ
ネルギーで発電機を回転させて発電する。しかしなが
ら、その発電のためには途中に機械エネルギーが介在す
るので『プロペラ等の羽根や発電機などの可動部分が必
要である』という第１の問題点が有る。この事は潤滑油
の補充や摩耗部の交換などメインテナンス等の面で不利
となる。
（第１の問題点）

【００３０】また、台風や温帯低気圧など猛烈な風が吹
くときプロペラ等の羽根が吹き飛ばされない様に安全面
から例えばプロペラなら回転しない様にそのピッチを変
えて風力発電を停止する必要が有る。しかしながら、こ
の様な発電停止はせっかくエネルギー密度の高い風を見
す見す逃すことになるので、実に勿体無い話である。
『安全面から流体の流速が高速の時に発電を行うことが
できない』という第２の問題点が有る。
（第２の問題点）

【００４０】

【第１発明の目的】そこで、第１発明は『可動部分が無
く、流体の流速が高速の時でも安全に発電を行うことが
できる』流体発電装置を提供することを目的としてい
る。

【００５０】

【第２発明の目的】そこで、第２発明は『流体の流速が
高速の時でも安全に発電を行うことができる』流体発電
装置を提供することを目的としている。

【００６０】

【第１発明の開示】即ち、第１発明は、流体として作用
する導電率の小さい第１の流体手段と、流体として作用
し、前記第１の流体手段より導電率の大きい第２の流体
手段と、前記第１の流体手段の運動エネルギーを前記第
１の流体手段から前記第２の流体手段へ移転するエネル
ギー移転手段と、前記第２の流体手段の流れ方向と垂直
に磁束を前記第２の流体手段に供給する磁束供給手段
と、前記流れ方向と前記磁束の方向それぞれに対して垂
直方向の電流または電圧を取り出す電極手段、を有する
流体発電装置である。

【００７０】このことによって、前記エネルギー移転手
段が前記第１の流体手段から前記第２の流体手段に運動
エネルギーを移転し、後は前記第２の流体手段の運動エ
ネルギーからＭＨＤ（電磁流体）発電を行う。その結
果、第１発明の流体発電装置には『可動部分は無い』と
いう第１の効果が有る。（第１の効果）また、プロペラ等の羽根が無いため流体の流速が高速の
時でも安全面から発電を停止する必要が無いので、『流
体の流速が高速の時でも安全に発電を行うことができ
る』という第２の効果も有る。（第２
の効果）

【００８０】

【第２発明の開示】即ち、第２発明は、流体の流速に差
を付けて流速の遅い方から速い方へ圧力を生じさせる流
速差形成手段と、前記圧力が生じる所に形成され、前記
流体をバイパスする流体バイパス手段と、前記流体バイ
パス手段を流れる前記流体のエネルギーから回転エネル
ギーを取り出すエネルギー変換手段と、前記回転エネル
ギーを電気エネルギーに変換する発電手段、を有する流
体発電装置である。

【００９０】このことによって、「前記エネルギー変換
手段と前記発電手段」はその装置本体の中に設けられ、
前記流体の本流から隔離され、前記流体バイパス手段を
流れる前記流体によって動作する。その結果、『流体の
流速が高速の時でも安全に発電を行うことができる。』
（効果）

【０１００】

【第３発明の背景技術】風は地表の影響（摩擦作用）を
受けるため地表に近付くに連れて弱くなる。従って、地
表から離れるほど風力発電にとっては都合が良いので、
『地表から離れた所でも風力発電できることが望まれ
る。』（問題点）参考：（株）ソーラーシステム研究所が発行の「ソーラ
ーシステム第７１号」のＰ．５９〜Ｐ．６４、『小型風
力発電システムの選び方と設置技術』

【０１１０】

【第３発明の目的】そこで、第３発明は、地表から離れ
た所でも風力発電することができる風力発電装置を提供
することを目的としている。

【０１２０】

【第３発明の開示】即ち、第３発明は、外部の大気より
軽い気体を充填することにより大気中を浮くフローティ
ング手段と、前記フローティング手段を所定の高度で大
地に繋留する繋留手段と、前記フローティング手段に固
定された発電機と、前記発電機に回転エネルギーを与え
る羽根手段と、前記羽根手段を風向に対して所定の方向
に制御する方向制御手段と、前記発電機の電気エネルギ
ーを大地に送電する送電手段、を有する風力発電装置で
ある。

【０１３０】このことによって、前記発電機、前記羽根
手段および前記方向制御手段が前記フローティング手段
によって所定の高度に持ち上げられているので、『地表
から離れた所でも風力発電することができる。』
（効果）尚、前記気体としてはヘリウム・ガスや水素ガスや「回
りの大気より暖かい空気」等が有り、前記送電手段とし
ては「前記繋留手段を構成する繋留ケーブルに這う送電
線あるいは送電線を兼ねる繋留ケーブル」、「マイクロ
波などの電波あるいはレーザー光線を送る装置と受ける
装置」等が有る。

【０１４０】

【各発明を実施するための最良の形態】各発明をより詳
細に説明するために以下添付図面に従ってこれらを説明
する。図１に示す第１発明の実施例は流体発電装置であ
り、風力発電装置である。図１の実施例では１は半潜水
型フロート、２は流水パイプ、３は磁束、４は電極、５
は出力端子である。以下の通りそれぞれが前述した各構
成要素に相当する。ａ）空気が前述した第１の流体手段に。ｂ）海水が前述した第２の流体手段に。ｃ）「半潜水型フロート１の海面上に出た部分、流水パ
イプ２及び大まかに平らな海面が形成するエネルギー移
転手段」が前述したエネルギー移転手段に。ｄ）「対向する各対の電極４」が前述した電極手段に。ｅ）「対向する各対の電極４の間に図示された図面に垂
直な磁束方向の磁束を供給する、図示されていない各磁
束供給手段」が前述した磁束供給手段に。

【０１５０】半潜水型フロート１の重心は特に低く安定
している。また、飛行機の翼が空気流によってその上面
部を負圧にして揚力を得る様に、「海坊主みたいに半潜
水型フロート１の海面上に出た部分」は風によってその
上面部を大まかに平らな海面に対し負圧にして流水パイ
プ２中に海水の流れを発生する。さらに、直流磁束を供
給する「図示されていない各磁束供給手段（例：永久磁
石、電磁石、超電導磁石など。）」が流水パイプ２と垂
直に、つまり、図面と垂直に上向き方向あるいは下向き
方向に流水パイプ２の各部（各対の電極４が対向してい
る各部分）に磁束を供給する。それから、磁束が供給さ
れている流水パイプ２の各部分で海水の流れによって発
生する電圧あるいは電流を各対の電極４が取り出す。

【０１６０】第１発明に関して以下の事を補足する。ａ）各組の出力端子５は同極性同士をダイオードを１つ
ずつ介して並列接続しても良い。ｂ）各磁束供給手段に「交流電源と電磁石の組合せ」を
使って塩素ガスの発生を抑えることが考えられる。その
交流電源に「直流電源と直列インバータの組合せ」を使
い、その電磁石コイルにその直列インバータの共振用コ
イルを使うことが考えられる。その直列インバータには
例えば「特開平１−１１７４１６号の第１６図の回路に
おいて負荷１９の両端を短絡して負荷１９を取り外した
回路」、「特開平４−１１７０２５号の第１８図の回路
において蛍光灯３０の両端を短絡して蛍光灯３０を取り
外した回路」、「特開平５−２６８０３７号の図１７の
回路において負荷３６の両端を短絡して負荷３６を取り
外した回路」等が有る。

【０１７０】ｃ）図１の実施例を観ても分かる通り断面
図は左右対称で、流水パイプ２の軸方向から半潜水型フ
ロート１を見れば半潜水型フロート１は円形をしている
ので『風向きに関係無く発電できる』という効果が図１
の実施例に有る。風向きに対して同じ発電効率にする必
要が無いなら断面は左右非対称でも良い。ｄ）『急な風向きの変化に対して強い』という効果が図
１の様な実施例に有る。ｅ）図１の実施例は半潜水型フロートなため「台風（や
温帯低気圧）が頻繁に通る『台風銀座』海域」あるいは
「強風が吹く海域もしくは海辺」に「それを浮べて錨な
どで流されない様に繋留する」あるいは「それをその海
底に固定する」使用方法が考えられる。ｆ）あるいは、「小判鮫の様に台風に張り付いて」台風
と共に移動したり、台風から台風へ移動したり等した
後、省エネルギーで海流や帆を使ったり、タグ・ボート
で曳航したり等して元の海域に戻す使用方法も考えられ
る。

【０１８０】ｇ）海辺に本発明の風力発電装置を設置す
る場合、その形は図１の実施例の様な全体の形にする必
要は無い。ただし、海水が吹き飛ぶので、海水害や塩害
に特に注意する必要が有る。ｈ）図１の実施例では流水パイプ２は１本だけれども、
同様に流水パイプ２に平行に複数本の流水パイプ２等を
設けても構わない。ｉ）発電出力で「水を電気分解して水素と酸素の形で」
又は「回転させたフライホイールの形で」又は「バッテ
リー充電の形で」エネルギーを保存、運搬、利用するこ
とが考えられる。ｊ）半潜水型フロート１の海面上に出た表面に太陽電池
を貼ったり、水不足対策として雨水を集めて内部タンク
に蓄えることを優先する場合も考えられる。

【０１９０】ｋ）第１発明の風力発電装置に電磁推進船
の技術をほとんどそのまま利用することができる。メガ
・フロートで大規模に風力発電装置等を構成しても良
い。ｌ）磁束方向を交互に道向きにした理由は塩素ガスの発
生を抑えるためである。この事は電磁推進船にも応用す
ることが考えられる。ｍ）鳥の街突事故を防止できるという効果が図１の実施
例に有る。ｎ）風力発電時に流水パイプ２は鉛直方向に向き、風力
発電装置の頂上部は『海坊主』みたいになっているが、
その内部にバラスト・タンク等を設けてバラスト・タン
クの排水やバラストの移動などによって流水パイプ２の
方向を水平方向に向けて電磁推進すれば、この風力発電
装置は電磁推進船となり、自力航行が可能となる。これ
は発電機とモーターの相互関係に似ている。ｏ）波の影響を小さくするために巨大化することが考え
られるが、どちらにしても波が高くなると発電効率は落
ちる。

【０２００】図２に第２発明の流体発電装置、風力発電
装置共通の実施例を示し、図３に図２の実施例の一部拡
大図を示す。図２の実施例では６は発電装置本体、７は
プロペラ（鉛直方向が回転軸）、８は支柱、９は磁石、
１０はベアリング・ボール、１１はコイル、２０は円筒
型ホール、１０５は出力端子である。以下の通りそれぞ
れが前述した各構成要素に相当する。ａ）発電装置本体６が前述した流速差形成手段に。ｂ）円筒型ホール２０が前述した流体バイパス手段に。ｃ）プロペラ７が前述したエネルギー変換手段に。ｄ）「プロペラ７の外周部分、磁石９、ベアリング・ボ
ール１０及びコイル１１等が構成する発電機」が前述し
た発電手段に。

【０２１０】発電装置本体６は飛行翼の様に流れる流体
に流速差を形成して揚力を発生させる。円筒型ホール２
０はその流体がその揚力によってバイパスさせられる経
路となる。プロペラ７はそのバイパスする流体によって
回転させられる。プロペラ７の外周部分は輪になってお
り、その輪、複数のベアリング・ボール１０及び発電装
置本体６の円筒型ホール２０部がベアリング構造になっ
ている。そのベアリング構造、「プロペラ７の外周部に
内蔵された複数の磁石９」及び「発電装置本体６の円筒
型ホール２０部の外側に固定された複数のコイル１１」
が発電機を構成する。図２で示す様に風が吹くと発電装
置本体６を持ち上げる力が働くので、支柱８が大地から
引き抜かれない様に支柱８を地中深く設置する必要が有
る。

【０２２０】そこで、図４の実施例では発電装置本体６
を逆様にして風による力を下向きにしている。但し、水
平方向の風が強くなると支柱１０８や土台（図示せず）
に対する下向きの荷重は増加する。図５の実施例では揚
力等が互いに相殺する様に２つの発電装置本体６が反対
向きに向き合って固定されている。支柱２０８や土台
（図示せず）に対する下向きの荷重は水平方向の風の強
さに関係無く一定する。

【０２３０】図２、図４、図５の各実施例では各発電装
置本体６は鉛直方向から見ると円形で水平方向なら風向
きに関係無く発電できる。各図面の左右方向の風だけを
対象とするなら、各発電装置本体６は鉛直方向から見て
ほぼ四角でも構わないし、さらに、各発電装置本体６の
形を図面垂直方向に長いほぼ四角で、複数の円筒型ホー
ル２０等を図面垂直方向に一定間隔で並んでその発電装
置本体６に設けても構わない。また、図２、図４、図５
の各実施例では各断面は左右対称であるが、所定の風向
きだけを重視したければ、左右非対称でも構わない。各
実施例ではプロペラ７は発電装置本体６の中に有るの
で、台風などの強風に対して安全である。しかも、これ
らの実施例の場合、図３に示す通りプロペラ７の外周部
がベアリング・ボール１０により発電装置本体６にしっ
かりと支持されており安全である。図３でプロペラ７の
外周部等が構成する発電機の回転によって生じる発電装
置本体６に対する反作用を打ち消すために、円筒型ホー
ル２０を長くし、「プロペラ７とピッチが逆なプロペラ
の外周部等が同様に構成する発電機」を「プロペラ７の
外周部等が構成する発電機」と２段重ねにした構成にす
ることが考えられる。

【０２４０】図６に示す風力発電装置は第３発明の実施
例である。図６の実施例では１２は機体、１３はプロペ
ラ、１４は繋留ケーブル、１５はケーブル繋留手段であ
る。以下の通りそれぞれが前述した各構成要素に相当す
る。ａ）「外部の大気より軽い気体を充填し、浮揚する機体
１２」が前述したフローティング手段に。ｂ）「繋留ケーブル１４、ケーブル繋留手段１５及び機
体１２側の繋留ケーブル１４の留金（図示せず）」が前
述した繋留手段に。ｃ）「機体１２内部に有る発電機」が前述した発電手段
に。ｄ）プロペラ１３が前述した羽根手段に。ｅ）機体１２の尾翼が前述した方向制御手段に。ｆ）送電線を兼ねる繋留ケーブル１４が前述した送電手
段に。

【０２５０】その発電機の例としては「プロペラ１３が
輪の回りに複数の羽根を固定したもので、その輪が機体
１２のくびれた部分とベアリング構造になっており、そ
の輪の内周面に複数の磁石が埋め込まれ、機体１２のく
びれた部分の内部に複数のコイルが配置され、回転する
上記磁石によって電圧が誘起される発電機」が有る。そ
して、雷対策として機体１２外面、プロペラ１３は導電
材料で構成され、送電線を兼ねる繋留ケーブル１４は同
軸型で外側の導線はアースされている。尚、軽い頑丈な
機体１２を形成できるのであれば「外部の大気より軽い
気体」の代わりに「外部より気圧を低くした空気」でも
構わないし、「真空」でも構わない。」

【０２６０】図７に示す第３発明の実施例では機体１６
を安定させるために風の強弱によって機体１６が上下動
しない様に揚力を発生する翼１７が設けられ、翼１７等
の揚力、機体１６の抗力および繋留ケーブル１４の張力
が釣り合う様にしてある。加えて、プロペラ１８、１９
等が２重反転プロペラを構成する。

【０２７０】

【先行技術】ａ）特開平９−２４２６５８号ｂ）特開平９−２５０４４４号ｃ）特開平９−２７３４７３号ｄ）特開平９−２８０１５５号ｅ）特開平９−２８７５４９号ｆ）特開平９−２９６７７４号ｇ）特開平９−３０３２４８号ｈ）特開平９−３１０６７５号ｉ）特開平９−３１７６２６号ｊ）特開平９−３２４７４０号

【図面の簡単な説明】

【図１】第１発明の１実施例の構成を示す構成図であ
る。

【図２】第２発明の１実施例の構成を示す構成図であ
る。

【図３】第２発明の構成要素の１実施例の構成を示す構
成図である。

【図４〜図５】第２発明の実施例の構成を１つずつ示す
構成図である。

【図６〜図７】第３発明の実施例の構成を１つずつ示す
構成図である。

【符号の説明】

１半潜水型フロート２流水パイプ３磁束４電極５、１０５出力端子６発電装置本体７、１３プロペラ８、１０８、２０８、２０８０支柱９磁石１０ベアリング・ボール１４繋留ケーブル１５ケーブル繋留手段１７翼２０円筒型ホール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ０３Ｄ 9/00 Ｆ０３Ｄ 9/00 ＧＦ０４Ｆ 3/00 Ｆ０４Ｆ 3/00 ＺＨ０２Ｋ 7/18 Ｈ０２Ｋ 7/18 Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体として作用する導電率の小さい第１
の流体手段と、流体として作用し、前記第１の流体手段
より導電率の大きい第２の流体手段と、前記第１の流体
手段の運動エネルギーを前記第１の流体手段から前記第
２の流体手段へ移転するエネルギー移転手段と、前記第
２の流体手段の流れ方向と垂直に磁束を前記第２の流体
手段に供給する磁束供給手段と、前記流れ方向と前記磁
束の方向それぞれに対して垂直方向の電流または電圧を
取り出す電極手段、を有することを特徴とする流体発電
装置。
【請求項２】請求項１記載の流体発電装置において、
前記第１の流体手段として空気を使うことを特徴とする
風力発電装置。
【請求項３】前記第２の流体手段として海水を使うこ
とを特徴とする請求項２記載の風力発電装置。
【請求項４】流体の流速に差を付けて流速の遅い方か
ら速い方へ圧力を生じさせる流速差形成手段と、前記圧
力が生じる所に形成され、前記流体をバイパスする流体
バイパス手段と、前記流体バイパス手段を流れる前記流
体のエネルギーから回転エネルギーを取り出すエネルギ
ー変換手段と、前記回転エネルギーを電気エネルギーに
変換する発電手段、を有することを特徴とする流体発電
装置。
【請求項５】前記エネルギー変換手段としてプロペラ
を使うことを特徴とする請求項４記載の流体発電装置。
【請求項６】前記発電手段として、前記プロペラの外
周が輪になっており、自由回転できる様にその外周部が
ベアリングでその装置本体に支持され、その外周部に永
久磁石が内蔵され、回転する前記永久磁石の磁束がコイ
ルを通過する様に前記装置本体に前記コイルが設けられ
ていることを特徴とする請求項５記載の流体発電装置。
【請求項７】請求項４、５又は６記載の流体発電装置
において、前記流体が空気であることを特徴とする風力
発電装置。
【請求項８】外部の大気より軽い気体を充填すること
により大気中を浮くフローティング手段と、前記フロー
ティング手段を所定の高度で大地に繋留する繋留手段
と、前記フローティング手段に固定された発電機と、前
記発電機に回転エネルギーを与える羽根手段と、前記羽
根手段を風向に対して所定の方向に制御する方向制御手
段と、前記発電機の電気エネルギーを大地に送電する送
電手段、を有することを特徴とする風力発電装置。