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公開番号2025056692
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-08
出願番号2024001301
出願日2024-01-09
発明の名称発電装置
出願人個人,個人
代理人個人
主分類F03D 80/70 20160101AFI20250331BHJP(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】風力に基づくエネルギーと水力に基づくエネルギーとでは特性の違いを十分に発揮させて、トータルの発電量を高めることが可能な発電装置を提供する。
【解決手段】
円周方向に所定の間隔で複数の羽部材2bが配置されたシャフト2aと、シャフト2aを回転可能に支持する第1支持部材(第1回転体支持部2p)と、水源13に接続され、羽部材2bに向けて水を放出する吐出部10aと、羽部材2bが受けた風力並びに水力に基づき発電を行う発電機2eと、シャフト2aと発電機2eとの間に介在して、シャフト2aの回転を増速して発電機2eに伝達する増速機と、を備え、増速機の増速比を、風力に基づいて発電する風力発電モードと水力に基づいて発電する水力発電モードとで切り替える。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
円周方向に所定の間隔で複数の羽部材が配置されたシャフトと、
前記シャフトを回転可能に支持する第１支持部材と、
水源に接続され、前記羽部材に向けて水を放出する吐出部と、
前記羽部材が受けた風力並びに水力に基づき発電を行う発電機と、
前記シャフトと前記発電機との間に介在して、前記シャフトの回転を増速して前記発電機に伝達する増速機と、
を備え、
前記増速機の増速比を、前記風力に基づいて発電する風力発電モードと前記水力に基づいて発電する水力発電モードとで切り替えることを特徴とする発電装置。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記水力発電モードにおける増速比を、前記風力発電モードにおける増速比より大き設定す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】
前記シャフトは略水平方向に延伸されるとともに、ラジアル軸受で構成された少なくとも二つの前記第１支持部材に支持されており、
前記羽部材を、二つの前記第１支持部材の間に設けたことを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項４】
風力の強度に応じて変位する風受け部材と、
前記第１支持部材と隣接して設けられ、前記シャフトの回転を制動するブレーキ機構と、
を備え、
前記ブレーキ機構は、前記シャフトの外面に沿って、前記シャフトの一部を周回するように配置されたブレーキベルトを含み、
前記ブレーキベルトは、前記風受け部材の変位に基づいて、前記シャフトに当接あるいは離隔するように構成されており、
前記ブレーキベルトは、前記シャフトに当接した際、前記シャフトにラジアル荷重を加えて、前記シャフトの回転を制動することを特徴とする請求項３に記載の発電装置。
【請求項５】
前記吐出部は、前記羽部材と対向して設けられ、
前記シャフトの円周方向に隣接する前記羽部材が成す角度をθとし、
前記シャフトの中心から前記羽部材の先端までの長さをＲとしたとき、
前記吐出部は、前記シャフトの中心から水平方向にＲｃｏｓθ離れた位置から前記羽部材の半径方向の外端までの範囲で水を放出することを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項６】
前記シャフト、前記羽部材及び前記第１支持部材を収納する風洞部を備え、
前記風洞部を浮体に設置し、
前記浮体を貯水部に浮上させたことを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項７】
前記風洞部を、風が流入する流入側開口部の開口面積より風が流出する流出側開口部の開口面積を大きくした風レンズで構成したことを特徴とする請求項６に記載の発電装置。
【請求項８】
前記貯水部の水位を計測する水位センサと、
前記水源と前記吐出部との間に設けられた開閉弁と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、前記水位センサの出力に基づいて前記開閉弁を制御することを特徴とする請求項６に記載の発電装置。
【請求項９】
前記制御部は、
前記発電機が発電した発電量を計測し、
計測された前記発電量に基づき、前記開閉弁を制御することを特徴とする請求項８に記載の発電装置。
【請求項１０】
前記羽部材に黒色塗装あるいは光触媒塗装を施し、前記吐出部から放出された水によって、前記羽部材に付着した汚れを除去することを特徴とする請求項１に記載の発電装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に小型の発電装置に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
昨今、いわゆる再生可能エネルギーの一形態として風力発電の普及が急速に進んでいる。風力発電に用いられる風力発電装置は、持続可能なエネルギーの供給に貢献し、二酸化炭素の排出を削減する有効な手段となりうる。特に小型の風力発電装置は、個人、事業主体等による自家消費や地域におけるエネルギーの地産地消を可能とし、また電力需要が逼迫した際に余剰電力をグリッドに供給することで、電力インフラの安定性を高める手段として期待されている。
【０００３】
また、水力発電も再生可能エネルギーの一形態であり、地球温暖化対策や持続可能エネルギーの活用に対する需要の増加を背景に、普及が進んでいる。特に小型の水力発電装置は、大規模なダム建設が不要で、環境への影響が比較的少ないため、持続可能なエネルギー源として注目されている。小型の風力発電装置と水力発電装置とを組み合わせることで、風が弱い時や無風時でも水力発電を行うことでエネルギー供給がより安定するとともに、風及び水の持つエネルギーを最大限に活用できる。
【０００４】
小型風力発電装置に関連する技術については、例えば、複数のガイド板を円周上に配置したガイド部と、該ガイド部の内側に配置され、複数の回転翼が取付けられたドラム型風車と、該ドラム型風車の回動軸に連結された発電装置とを備え、前記ガイド部によって導かれた外部の風で前記ドラム型風車を回転させ、前記ドラム型風車の回転によって前記発電装置を駆動する風力発電装置において、風受け部分を有し、前記ガイド部の隣接するガイド板の間の開口部に移動可能に設けられた風力調整板であって、前記外部の風を前記風受け部分で受けて移動し、前記開口部の開口面積を変化させるように構成された風量調節板と、前記外部の風の大きさに応じて前記ドラム型風車の回転を制動するように構成されたブレーキ機構とを備える風力発電装置が知られている。（特許文献１）
【０００５】
また、ブレーキ機構については、例えば、シャフト、プロペラ翼、軸受を備え、風力の強度に応じて変位する受風板と、シャフトの回転を制動するブレーキディスク、ブレーキ棒を備え、受風板の変位に基づいて、ブレーキ棒がブレーキディスクに当接あるいは離隔するように構成した、プロペラ風車が知られている。（特許文献２）
【０００６】
また、風力発電装置と水力発電装置とを組み合わせた技術については、例えば、支持台に回転可能に結合された発電機に回転動力を伝達できるようにした回転軸を基準に放射状に配列された複数のバケットを備え、それぞれは水車と、水車の一側部に設けられ、吹いてくる風を集束させた後、上方に回転される位置にあるバケットに風力が伝達されるようにする導風部材と、前記水車の上側部に設置されてバケットを通過した風を排出させる排風部材と、前記水車の下部に設置されて落下する水が集水される貯水タンクと、前記貯水タンクに設けられて、水車の上部へと水を揚水して給水管を介してバケットに水が落下されるようにする揚水ポンプと、前記水車のバケットが下方に回転される位置にある水車の外周面と近接した間隔で設けられ水が水車の外側に外れないように遮断するカバー部材と、前記複数のバケットが相互連通して設けられてバケットに保持された水が一定水位に達するとオーバーフローしてその下端部に位置したバケットに水が入るようにするオーバーフロー管から構成されるハイブリッド水車型風力発電装置が知られている。（特許文献３）
【０００７】
特許文献１によれば、強風の場合でも損傷するおそれがなく、定格回転数の範囲内でドラム型風車を回転させて発電を継続して行うことができるとされている。また、特許文献２によれば、強風時にはブレーキ棒が延出してブレーキディスクに摺接し、摩擦制動がかかってプロペラ翼の回転を制限することができるとされている。また、特許文献３によれば、複数のバケットが設けられた水車を用いて風力発電が行われるとともに、ポンプによって汲み上げた水の重力を利用して水車を回転させることで、常に安定した回転力で発電効率を高めることができる発電装置を提供できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特開２０１２－２４１６９２号公報
特開昭５６－１３８４６７号公報
韓国登録特許第１０－２１８０５１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１で開示された技術では、ドラム型風車の回転軸は垂直方向に延伸されており、風力発電装置は、いわゆる垂直軸型の構成を備えている。このような構成においては、回転軸は風力発電装置の底部に設けられた支持部で回転可能に支持されるが、強風が吹く劣悪な環境下では当該支持部にラジアル方向（径方向）の大きな負荷がかかることが想定される。
【００１０】
また、特許文献１で開示された技術では、外部の風の大きさに応じてドラム型風車の回転を制動するブレーキ機構を備えているが、当該ブレーキ機構は、制御ユニットと電気的に接続されており、制御ユニットの指示に基づいて作動する。具体的には、風力発電装置の外部に風速計が配置されており、当該風速計で計測された値が制御ユニットに入力され、制御ユニットは油圧式のブレーキ装置を作動させて風力発電装置の回転を制動する。このような構成では、油圧を加える際に電力を使用することとなり、この電力を差し引くと、発電装置の発電効率を実質的に低下させることとなる。
（【００１１】以降は省略されています）

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