特許ウォッチ

公開番号2024163685
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-22
出願番号2023079510
出願日2023-05-12
発明の名称発電装置
出願人株式会社LEDテクノス
代理人個人
主分類F03D 3/04 20060101AFI20241115BHJP(液体用機械または機関;風力原動機,ばね原動機,重力原動機;他類に属さない機械動力または反動推進力を発生するもの)
要約【課題】水平軸型と垂直軸型の両者の利点を兼ね備えた高い発電効率を有する発電装置及びこの仕組みを利用する回転装置を提供する。
【解決手段】発電装置1は、ダクト10と、回転軸21が地面に対して垂直方向にのびるプロペラ20と、発電機30と、回転軸21を支持する支持体40とを備える。ダクト10は回転軸21の同軸上に回転中心を備えており、流体の進行方向に応じて水平面内で回転自在である。流体はその進行方向がダクトの流入口11を通過する際に鉛直方向に変更され、ダクトの本体部13を通過する際に水平方向に変更され、ダクトの流出口12を通過して外部に流出する。プロペラ20はダクト内を鉛直方向に進む流体を受けて水平面内で回転する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
流体の流入口、流出口、前記流入口及び前記流出口を繋ぐ本体部から成るダクトと、
前記ダクト内に配置されており回転軸が地面に対して垂直方向にのびるプロペラと、
前記回転軸の回転エネルギーを電気に変換する発電機と、
前記回転軸を支持する支持体とを備えており、
前記流入口の開口面積は前記流出口の開口面積よりも小さく、
前記ダクトは前記回転軸の同軸上に回転中心を備えており、流体の進行方向に応じて前記流入口が上流側、前記流出口が下流側になるように水平面内で回転自在であり、
前記流体はその進行方向が前記流入口を通過する際に鉛直方向に変更され、前記本体部を通過する際に水平方向に変更され、前記流出口を通過して前記ダクトの外部に流出するものであり、
前記プロペラは鉛直方向に進む流体を受けて水平面内で回転することを特徴とする発電装置。
続きを表示（約 600 文字）【請求項２】
前記本体部の一部に形成される開口部と、
前記開口部を開閉することで前記ダクト内の流体の流量を調節するダンパーとを備えることを特徴とする請求項1に記載の発電装置。
【請求項３】
前記ダクトを水面よりも上方で保持するためのフロートを備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の発電装置。
【請求項４】
前記ダクトを水中に保持するための錘を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の発電装置。
【請求項５】
流体の流入口、流出口、前記流入口及び前記流出口を繋ぐ本体部から成るダクトと、
前記ダクト内に配置されており回転軸が地面に対して垂直方向にのびるプロペラと、
前記回転軸を支持する支持体とを備えており、
前記流入口の開口面積は前記流出口の開口面積よりも小さく、
前記ダクトは前記回転軸の同軸上に回転中心を備えており、流体の進行方向に応じて前記流入口が上流側、前記流出口が下流側になるように水平面内で回転自在であり、
前記流体はその進行方向が前記流入口を通過する際に鉛直方向に変更され、前記本体部を通過する際に水平方向に変更され、前記流出口を通過して前記ダクトの外部に流出するものであり、
前記プロペラは鉛直方向に進む流体を受けて水平面内で回転することを特徴とする回転装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は流体を利用して発電する発電装置及びこの仕組みを利用する回転装置に関し、特に水平軸型と垂直軸型の両者の利点を兼ね備えた高い発電効率を有する発電装置及び回転装置に関する。
続きを表示（約 2,900 文字）【背景技術】
【０００２】
流体（液体や気体）が持つエネルギーを回転エネルギーに変換する発電装置は種々知られている。
例えば風力発電装置においては大きく水平軸型と垂直軸型に分類される。
水平軸型とは風車の回転軸が地面に対して水平になるものであり、発電効率が高いプロペラ式がその代表例である。プロペラ式は発電効率は高いものの、風向きに対してプロペラを垂直に対向させるべくプロペラ自体を水平面内で旋回させる必要がある。発電機から地上の電源設備に電気を供給するためにスリップリングとブラシで接続しているが、スリップリングとブラシは高電圧・高電流を流しながら摺動することから、スパークの発生、ブラシの摩耗、接触抵抗によるロス、構成部品の耐熱性等が必要になり、イニシャルコスト及びメンテナンスコストが過大となる。
【０００３】
垂直軸型とは風車の回転軸が地面に対して垂直になるものであり、ダリウス式、サボニウス式、パドル式等が知られている。垂直軸型はプロペラ式のように風車自体を風向きに合わせて旋回させる必要がなく、風向きによらず発電できるという利点があるが、発電効率が低いという問題がある。
高い発電効率を得られる発電装置として例えば特許文献1には風速10ｍ毎秒以上で高い回転力を有するラジアル形風車と、風速10ｍ毎秒以下で高い回転力を有するクロスフロー形風車を上下に同軸上に配置することで広い風速域に対応した技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開2002－257027号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献1の技術はあくまで垂直軸型の風車を上下に同軸上に配置したものであり、発電効率はプロペラ式に劣るという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような問題を考慮して、水平軸型と垂直軸型の両者の利点を兼ね備えた高い発電効率を有する発電装置及びこの仕組みを利用する回転装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の発電装置は、流体の流入口、流出口、前記流入口及び前記流出口を繋ぐ本体部から成るダクトと、前記ダクト内に配置されており回転軸が地面に対して垂直方向にのびるプロペラと、前記回転軸の回転エネルギーを電気に変換する発電機と、前記回転軸を支持する支持体とを備えており、前記流入口の開口面積は前記流出口の開口面積よりも小さく、前記ダクトは前記回転軸の同軸上に回転中心を備えており、流体の進行方向に応じて前記流入口が上流側、前記流出口が下流側になるように水平面内で回転自在であり、前記流体はその進行方向が前記流入口を通過する際に鉛直方向に変更され、前記本体部を通過する際に水平方向に変更され、前記流出口を通過して前記ダクトの外部に流出するものであり、前記プロペラは鉛直方向に進む流体を受けて水平面内で回転することを特徴とする。
また、前記本体部の一部に形成される開口部と、前記開口部を開閉することで前記ダクト内の流体の流量を調節するダンパーとを備えることを特徴とする。
また、前記ダクトを水面よりも上方で保持するためのフロートを備えることを特徴とする。
また、前記ダクトを水中に保持するための錘を備えることを特徴とする。
本発明の回転装置は、流体の流入口、流出口、前記流入口及び前記流出口を繋ぐ本体部から成るダクトと、前記ダクト内に配置されており回転軸が地面に対して垂直方向にのびるプロペラと、前記回転軸を支持する支持体とを備えており、前記流入口の開口面積は前記流出口の開口面積よりも小さく、前記ダクトは前記回転軸の同軸上に回転中心を備えており、流体の進行方向に応じて前記流入口が上流側、前記流出口が下流側になるように水平面内で回転自在であり、前記流体はその進行方向が前記流入口を通過する際に鉛直方向に変更され、前記本体部を通過する際に水平方向に変更され、前記流出口を通過して前記ダクトの外部に流出するものであり、前記プロペラは鉛直方向に進む流体を受けて水平面内で回転することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の発電装置はダクト内で流体の進行方向を鉛直方向に変更させてプロペラを回転させる。上述の通り水平方向に進行する流体を受けてプロペラを回転させて発電する場合にはスリップリングとブラシが必要になり、スパークの発生、ブラシの摩耗、接触抵抗によるロス、構成部品の耐熱性等が必要になり、イニシャルコスト及びメンテナンスコストが過大となるが、本発明ではスリップリングとブラシが不要になり、水平軸型と垂直軸型の両者の利点を兼ね備えた高い発電効率を有する発電装置を得られる。
また、プロペラを利用して発電するので、垂直軸型の風車を用いる場合と比較して発電効率を高めることができる。
また、ダクトが回転軸と同軸上に回転中心を備えており、流体の進行方向に応じて流入口が上流側、流出口が下流側になるように水平面内で回転（旋回）するので、流体を効率的に流入口に導入することができ、発電効率を高めることができる。
【０００９】
また、ダンパーで開口部を開閉することでダクト内の流体の流量を調節することにすれば、流速が上がり過ぎて発電装置の構成部品が破損する事態を防止できる。
本発明の発電装置は微風状態であっても効率よく発電が可能で、強風状態であっても発電機の定格回転数（＝定格出力）に到達した場合はダンパーの開度調整機能でプロペラの過回転を防止しながら最大の電力を得られる。
フロートを使用してダクトを水面よりも上方で保持することにすればいわゆるセミサブ型の発電装置を得られる。
錘を使用してダクトを水中に保持することにすれば潮流発電が可能になる。
本発明の回転装置によれば湖の水質浄化や井戸水の組み上げに使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
発電装置の平面図(a)、正面図(b)及び縦断面図(c)
流体(風)の進行方向を説明するための縦断面図
ダクトが風の進行方向に応じて水平面内で回転する様子を示す平面図(a)～(c)
ダンパーが開いた状態を示す縦断面図
ダクト内に複数のプロペラを配置した状態を示す平面図
発電装置を街灯として利用した状態を示す縦断面図
ダクトを水面よりも上方に保持したセミサブ型の発電装置を示す縦断面図
ダクトを水中に保持した発電装置を示す縦断面図
発電装置を山頂に設置した状態を示す縦断面図
回転装置を水質浄化装置として利用した状態を示す縦断面図
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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