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公開番号2025024306
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-20
出願番号2023128328
出願日2023-08-07
発明の名称移動する流体の移動エネルギーを回転エネルギーに変換する装置ならびに発電装置
出願人個人
代理人
主分類F03D 1/06 20060101AFI20250213BHJP(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】設置による環境への影響を抑制可能で設置自由度が高く、移動する流体の移動方向が変動しても移動流体の移動エネルギーを高効率で安定的に回転エネルギーや電気エネルギーに変換することが可能なエネルギー変換装置並びに発電装置を提供する。
【解決手段】外部空間を移動する流体の移動経路中に設けられた回転可能な境界部で区画された内部空間を有する回転体において、移動する流体の内部空間への流入および外部空間への流出に応じて揚力およびまたは抗力あるいは抗力およびまたは揚力を発生させ流体の移動エネルギーを回転エネルギーに変換する変換部を境界部の境界面に配置することで、流体の移動方向あるいは移動速度が頻繁に変化する場合でも変換効率を安定させることが可能な流体エネルギー変換装置並びに発電装置を実現する。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項１】
空間的に移動する流体の運動エネルギーを回転エネルギーに変換する装置において、少なくとも前記流体の移動する経路に設けられた、前記流体の移動する方向の少なくとも一つの成分に対し略直交する回転軸と、
前記回転軸を中心に回転するとともに前記移動する流体が外部空間から流入して前記外部空間に流出する内部空間を形成する境界部と、
前記境界部において前記移動する流体が前記外部空間から前記内部空間に流入することにより揚力およびまたは抗力を発生し、前記移動する流体が内部空間から外部空間に流出することにより抗力およびまたは揚力を発生させることで、前記移動する流体の運動エネルギーを前記境界部の回転エネルギーに変換する少なくとも一つ以上の表面からなる少なくとも一つ以上のエネルギー変換部を有する回転体と、
前記エネルギー変換部の前記外部空間および前期内部空間に対向する表面が略同一の表面粗さを有するとともに、前記エネルギー変換部が前記移動する流体が前記外部空間から前記内部空間に流入およびまたは前記内部空間から前記外部空間に流出する際に、前記回転体において略同一の回転方向に回転エネルギーを発生させる表面状態を有することにより、前記移動する流体の運動エネルギーが前記回転体の同一の回転方向への回転エネルギーに変換されることを特徴とする流体エネルギー変換装置。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
請求項１において、
前記境界部を前記回転軸と略平行に設けたことを特徴とする流体エネルギー変換装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記境界部を前記回転軸と略垂直に設けたことを特徴とする流体エネルギー変換装置。
【請求項４】
請求項１乃至３において
前記境界部に近接する前記外部空間に、前記境界部を構成する境界面に対して前記移動する流体の少なくとも一部が略垂直に流入するよう前記移動する流体を導く流体導入部を設けたことを特徴とする流体エネルギー変換装置。
【請求項５】
請求項４において
前記移動する流体の前記流体導入部を、前記移動する流体の少なくとも一部が前記境界を構成する境界面部に対して３０度乃至１５０度の角度範囲で流入するように設けたことを特徴とする流体エネルギー変換装置。
【請求項６】
請求項１乃至５において
前記エネルギー変換部が、前記移動する流体の前記外部空間から前記内部空間への流入により主として揚力を発生し、前記移動する流体の前記内部空間から前記外部空間への流出により主として抗力を発生させる表面状態を有することを特徴とする流体エネルギー変換装置。
【請求項７】
請求項１乃至５において
前記エネルギー変換部が、前記移動する流体の前記外部空間から前記内部空間への流入により主として抗力を発生し、前記移動する流体の前記内部空間から前記外部空間への流出により主として揚力を発生させる表面状態を有することを特徴とする流体エネルギー変換装置。
【請求項８】
請求項６または７において
前記エネルギー変換部の表面状態が、揚力を発生する表面形状およびまたは抗力を発生する表面形状からなることを特徴とする流体エネルギー変換装置。
【請求項９】
請求項８において
前記エネルギー変換部の表面形状が、前記移動する流体の前記外部空間からの流入量あるいは流入速度、若しくは前記内部空間からの流出量あるいは流出速度に応じてその形状が変化するように構成されたことを特徴とする流体エネルギー変換装置。
【請求項１０】
請求項６乃至９において
前記エネルギー変換部が、前記エネルギー変換部の前記外部空間もしくは前記内部空間に対向するそれぞれの表面において、前記表面の面積及びまたは前記表面の取り付け角度が単独に若しくは連動して変化する構造を有することを特徴とする流体エネルギー変換装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は移動する方向が一定でない流体の移動エネルギーを回転力エネルギーに変換する装置、及び、その装置を用いた風力発電機および水力発電機等の発電装置に関するものである。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
従来から、空気や水のような流体の移動する運動エネルギーを回転力エネルギーに変換し、例えば風力による揚水や発電、波力や潮力による機械動力源や発電、などに用いることが広く行われている。特に地球温暖化に対する社会的な対応も踏まえ、環境低負荷エネルギーを生成できる風力発電あるいは波力発電や潮力発電は、さまざまな研究開発がなされ実用化も進められている。
【０００３】
また、風力発電や波力発電や潮力発電は風や波や潮流があればエネルギー源として用いることができるので、電力消費地に隣接して発電設備を分散して設けることにより低損失遠距離送電の為の高電圧送電に伴う設備を用いる必要がなくなり、設備コストの削減と送電に伴う熱量ロスの抑制が可能となる。
【０００４】
ここで、自然現象である風や潮流は一般的に移動する流体の移動速度や移動方向が常に一定とはならず、必要とする十分な流速が得られかつ流速変動が少ないことが求められる回転エネルギー変換装置においては、その設置場所に多くの制約が課されること多い。
【０００５】
この流体の移動速度や移動方向変動による制約に対応するために、例えば特開平６－１３７２５８、特開２０１５－２１４９１、ＵＳ２０１３／０３０９０６２Ａ１において、異なる方向からの風に対しても回転力を発生可能な風力発電装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開平６－１３７２５８
特開２０１５－２１４９１
ＵＳ２０１３／０３０９０６２Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、特開平６－１３７２５８においては、外部導入翼と内部導入翼を用いて異なる方向からの風でも回転翼に対して常に同一方向の回転力が生じるように風を導く風力発電装置が開示されているが、導入され回転翼に当たった風がどの様に風力発電装置の外部に出てゆくかは示されておらず、例えば方向が一定しない風の流出などが発生して回転翼に当たることで回転力を相殺してしまう可能性が高い。
【０００８】
また、特開２０１５－２１４９１においては、複数の可動羽板と複数の固定羽板を組み合わせることにより異なる方向からの風でも常に同一方向の回転力が生じるようにした風力発電装置が開示されているが、羽板に当たる方向が限定されず高いエネルギー変換効率を得ることは困難である。
【０００９】
また、ＵＳ２０１３／０３０９０６２Ａ１においては、中央空間を取り囲む回転エネルギー発生用ローターベーンを有する環状ローターアセンブリで、角度変えることが可能な内側ガイドアレイと外側ガイドベーンを用いて異なる方向で外部から流入した風が環状ローターアセンブリの中央空間内で同じ方向に循環するように案内する風力タービンが開示されているが、内側ガイドアレイと外側ガイドベーンの角度を流入方向が変化する風にタイミングよく適合させるには極めて複雑な構造が必要となる。
【００１０】
このように従来開示された流体の移動エネルギーを回転エネルギに変換して利用する風力発電装置等では、流体の移動方向の変化に対して簡便に効率よく安定した同一方向への回転エネルギーを発生させることが困難な構造となっていることに対し、本発明は移動する流体の移動方向が変動しても高効率で安定した移動流体移動エネルギーの回転エネルギーへの変換が可能な、エネルギー変換機構ならびに発電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】
（【００１１】以降は省略されています）

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