(57)【要約】【課題】複数の流体の流れを利用して回転部材を回転させることにより回転部材の回転を安定させ、安定した発電を行うことができる発電装置を提供する。【解決手段】流体が流れる流路１１を備えた浮台１０と、浮台１０の上に設けられた支持部１によって回転可能に支持され、流路１１における流体の流れによって軸回りに回転する回転部材２０と、回転部材２０の回転を、浮台１０の上に設置された発電部５０に伝達する回転伝達機構６０とを備え、浮台１０における流路１１の流入口１１ａ側には、流入口１１ａより大きな開口面積で形成された取込口３１から流体としての風および水を取り込むとともに、流体を流入口１１ａに流入させる流体導入部３０が形成されている【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れる流路を備えた浮台と、
前記浮台の上に設けられた支持部によって回転可能に支持され、前記流路における前記流体の流れによって軸回りに回転する回転部材と、
前記回転部材の回転を、前記浮台の上に設置された発電部に伝達する回転伝達機構とを備え、
前記浮台における前記流路の流入口側には、流入口より大きな開口面積で形成された取込口から前記流体としての風および水を取り込むとともに、前記流体を前記流入口に流入させる流体導入部が形成されていることを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記流体導入部は、前記取込口から前記流入口に向かうほど流路断面積が小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項１記載の発電装置。
【請求項３】
前記支持部は、前記回転部材の外周の接線方向と、前記流路における前記流体の流れ方向とが一致するように前記回転部材を支持していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発電装置。
【請求項４】
前記回転部材は、径方向外側の側面に、周方向に沿って所定の間隔ごとに立設された薄板状の羽根を備え、
前記羽根は、前記回転部材の軸方向に対する寸法である幅の中央部が、前記回転部材の回転方向に向かって突出した湾曲形状となっていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境に対する意識の高まりから、風力発電装置が注目を集めている。小型の風力発電装置は、風のある場所であれば、基本的にどこでも設置することができる。風力発電装置は、電力需要の多いビル等の建物において、共有部分の照明等の付帯設備に電力を供給する役割や、停電等の際に補完的に電力を供給する役割を担う設備として設置され、活用されることが期待されている。風力発電装置は、例えば、ビル等の建物の周囲や屋上等に設置される。このような風力発電装置に用いられる装置の一例として、特許文献１には集風型風車が開示されている。
【０００３】
特許文献１に開示された集風型風車は、前方風胴体と、風車が内部に設置されている中間風胴体と、後方風胴体とから一体的に構成されている。前記前方風胴体は、風流入口を有し、かつその横断面積が前記風流入口から前記中間風胴体との接続部分までの間で縮小するように構成されており、前記中間風胴体は、前記前方風胴体の縮小した横断面積が、前記後方風胴体との接続部分までの間で拡大するか又は同じ横断面積を保持するように構成されている。そして前記後方風胴体は、風流出口を有し、かつその横断面積が前記中間風胴体との接続部分から前記風流出口までの間で拡大するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前記従来の集風型風車は、風を集めて風車が回転するように構成されているものであるが、風のみに依存する構成であるため、風速が低い場合には、風車の回転速度が低くなるため、安定した発電を行うことができないという課題があった。
【０００６】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、複数の流体の流れを利用して回転部材を回転させることにより回転部材の回転を安定させ、安定した発電を行うことができる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】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明に係る発電装置は、流体が流れる流路を備えた浮台と、前記浮台の上に設けられた支持部によって回転可能に支持され、前記流路における前記流体の流れによって軸回りに回転する回転部材と、前記回転部材の回転を、前記浮台の上に設置された発電部に伝達する回転伝達機構とを備え、前記浮台における前記流路の流入口側には、流入口より大きな開口面積で形成された取込口から前記流体としての風および水を取り込むとともに、前記流体を前記流入口に流入させる流体導入部が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
このような構成によれば、風または水の一方の流速が低い場合でも、他方の流速によって回転部材の回転が維持されるため、安定した発電を行うことができる。また、風および水の双方の流れを利用して回転部材を回転させるため、回転部材が高速に回転し、より大きな発電量を得ることができる。
【０００９】
また、本発明の前記構成において、前記流体導入部は、前記取込口から前記流入口に向かうほど流路断面積が小さくなるように形成されているのが好ましい。
【００１０】
このような構成によれば、取り込んだ風および水の流速を上げたうえで、流入口に流入させることができる。このため、流速が低い場合であっても、回転部材を高速に回転させ、発電を安定させることができる。
【００１１】
また、本発明の前記構成において、前記支持部は、前記回転部材の外周の接線方向と、前記流路における前記流体の流れ方向とが一致するように前記回転部材を支持していることが好ましい。
【００１２】
このような構成によれば、風および水が回転部材の外周部分に当たるため、より効率的に回転部材を回転させることができる。これにより、発電を安定させ、発電量をより大きくすることができる。
【００１３】
また、本発明の前記構成において、前記回転部材は、径方向外側の側面に、周方向に沿って所定の間隔ごとに立設された薄板状の羽根を備え、前記羽根は、前記回転部材の軸方向に対する寸法である幅の中央部が、前記回転部材の回転方向に向かって突出した湾曲形状となっていることが好ましい。
【００１４】
このような構成によれば、羽根に当たった風および水が幅方向外側に逃げるのが阻止されるため、風および水の流れが、より効率的に回転部材の回転に利用され、回転部材がより高速で回転する。これにより、発電を安定させ、発電量をより大きくすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、安定した発電を行うことが可能な発電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態に係る発電装置を示すもので、外観を示す斜視図である。
【図２】同、前方から見た正面図であり、異物除去部を取り外した状態を示している。
【図３】同、回転部材を示す図であり、図３（ａ）は回転部材を左側方から見た側面図である。図３（ｂ）は回転部材を前方から見た正面図である。図３（ｃ）は回転部材を前方側から見た斜視図である。
【図４】同、後方側から見た斜視図である。
【図５】同、流路と回転部材との位置関係について説明するための側面図である。
【図６】同、上方から見た平面図である。
【図７】同、左側方から見た側面図である。
【図８】同、発電部の外観を示す斜視図である。
【図９】同、発電部の軸方向断面図である。
【図１０】同、発電部と回転部材との関係を説明するための断面図である。
【図１１】同、回転部材の回転を発電部に伝達する回転機構を示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
図１は、発電装置１００の外観を示す斜視図である。発電装置１００は、浮台１０、回転部材２０、流体導入部３０、異物除去部４０および発電部５０等を備えている。
発電装置１００は、川や海等の水上に設置され、流体の流れを利用して回転部材２０を回転させ、発電するようになっている。以下、発電装置１００における流体導入部３０側を「前」とし、流体導入部３０側とは反対側を「後」とする。また、発電装置１００を前方から見て、発電装置１００の上端側を「上」、下端側を「下」、右端側を「右」、左端側を「左」とする。
【００１８】
発電装置１００は、上方から見た形状が略矩形状である台状の浮台１０を備えている。浮台１０は、水に浮く部材で形成されている。以下、浮台１０が長方形状に形成されている場合について説明するが、浮台１０の形状はこれに限定されるものではなく、正方形状等であってもよい。
浮台１０における短手方向略中央部には、長手方向に沿って流路１１が形成されている。流路１１は、断面コの字状に形成された溝であり、底部および側部の一部が水面より低い位置に配置されるようになっている。発電装置１００は、流路１１の長手方向一端側から流体を取り込むとともに、当該流体の流れを利用して回転部材２０を回転させ、当該流体を流路１１の長手方向他端側から排出するようになっている。流路１１を流れる流体の方向と、回転部材２０の軸方向とは直交するようになっている。流路１１は、流体の流入口１１ａと、流体の排出口１１ｂ（図４に示す）とを備えている。
【００１９】
浮台１０の流入口１１ａ側には、より多くの流体を取り込むための流体導入部３０が設けられている。図２を用いて流体導入部３０について説明する。図２は、発電装置１００を前方から見た正面図であり、異物除去部４０を取り外した状態を示している。流体導入部３０は、前方側から見て四角形状となるように形成されている。流体導入部３０は、流入口１１ａより大きな開口面積で形成された取込口３１を備えている。流体導入部３０は、取込口３１の上下の横縁、取込口３１の左右の縦縁から流入口１１ａに向けて延在する４つの板部材３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄを有している。流体導入部３０は、取込口３１から流入口１１ａに向かうほど流路断面積が小さくなるように形成されている。流入口１１ａの左右の縦縁および上下の横縁の長さは、取込口３１の縦縁および横縁の長さより十分に短くなっている。これにより、流体導入部３０は、取込口３１から大量の流体を取り込み、その流れを板部材３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄによって曲げて（絞って）高密度の流体とし、流入口１１ａに流入させるようになっている。
【００２０】
流体導入部３０は、集風部３３と集水部３４とからなる。集風部３３は、流体導入部３０のうち、水面Ｆより高い位置に形成されている部位である。集風部３３は、風を取り込むとともに、取り込んだ風を流入口１１ａに流入させている。一方、集水部３４は、流体導入部３０のうち、水面Ｆより低い位置（水没位置）に形成されている部位である。集水部３４は、水を取り込むとともに、取り込んだ水を流入口１１ａに流入させている。このように、流入口１１ａには、風および水の両方が流入するようになっている。
【００２１】
図３（ａ）は回転部材２０を左側方から見た側面図である。図３（ｂ）は回転部材２０を前方から見た正面図である。図３（ｃ）は回転部材２０を前方側から見た斜視図である。回転部材２０は、回転板２１、羽根２２、回転軸２３、および大径リングギア２４を備えている。回転板２１は円板状であり、その軸方向寸法である幅は、流路１１の幅に合わせて決定されている。回転板２１における径方向外側の側面には、周方向に沿って所定の間隔ごとに複数の羽根２２が立設されている。羽根２２は薄板状の部材であり、回転板２１の回転中心から径方向外側に向かう方向に突出するように形成されている。また、羽根２２は、回転板２１の軸方向に対しても複数並べて設けられている。ここで、回転部材２０（回転板２１）の軸方向に対する羽根２２の寸法を幅とすると、羽根２２は、幅方向の略中央部が、回転部材２０の回転方向に向かって突出した湾曲形状となっている。このような湾曲形状を採用することで、羽根２２に当たった流体が幅方向外側に逃げるのが阻止され、流体の流れが、より効率的に回転部材２０の回転に利用されることとなる。
【００２２】
回転軸２３は、回転板２１の回転中心に設けられた孔を軸方向に貫通させた状態で回転板２１に固定されている。回転軸２３の両端部は、回転板２１における軸方向両側の側面から突出しており、その形状は段付円柱状となっている。大径リングギア２４は、中央に設けられた孔に回転軸２３を挿通させた状態で、回転板２１における軸方向両側の側面にそれぞれ固定されている。大径リングギア２４は、回転板２１と一体となって回転する。大径リングギア２４は、後述する小径リングギア６１と噛合するようになっている。
【００２３】
図４は、発電装置１００を後方側から見た斜視図である。浮台１０の上面には、回転部材２０の軸方向を流路１１の流路方向と直交させた状態で、回転部材２０を回転可能に支持する一対の支持部１，１が設けられている。支持部１，１は、櫓状に形成されており、回転部材２０の回転軸２３を軸方向両側から挟み込むように支持している。
【００２４】
図５は、流路１１と回転部材２０との位置関係について説明するための側面図である。図５に示すように、回転部材２０が支持されている状態における、回転軸２３と浮台１０の上面との間の垂直方向距離を、支持部１の軸支高さＳとする。支持部１の軸支高さＳは、回転部材２０の外周の接線方向と、流路１１における流体の流れ方向とが一致し、流路１１を流れる流体が回転部材２０の外周部分に当たるように設定されている。なお、ここでいう一致とは完全一致のみを指すものではなく、略一致も含むものとする。また、図５に示すように、軸支高さＳで回転部材２０が支持されている状態では、回転部材２０の径方向外側の一部が流路１１の水面Ｆより低い位置となっている。回転部材２０の水没量は、支持部１の軸支高さＳを変更することで、調整することができる。
【００２５】
上記のように構成されているため、流路１１を流れる風および水が、複数の羽根２２に効率的に次々に当たり、回転部材２０を回転させるようになっている。これにより、回転部材２０がスムーズに回転することとなる。また、回転部材２０の回転に利用された流体は、後方の排出口１１ｂから排出されるため、回転部材２０の回転を妨げることはない。
【００２６】
図６は、発電装置１００を上方から見た平面図である。図７は、発電装置１００を左側方から見た側面図である。集風部３３における左右方向両側の上端には、警告灯２が設置されている。警告灯２は、例えば、ＬＥＤ、白熱電球等である。警告灯２は、周囲の船舶等に発電装置１００の存在を示すために設置されている。また、警告灯２は、浮台１０の後方側の上面左右両端にも設置されている。また、警告灯２は、後述する支柱４１の上端にも設置されている。
また、集風部３３の上端部には、迂回指示部３が形成されている。迂回指示部３は、例えば、矢印形状の板状部材であり、集風部３３に接着固定されている。迂回指示部３は、集風部３３の前方側の面および後方側の面に接着されている。迂回指示部３は、周囲の船舶等に迂回を促すために設けられている。また、迂回指示部３は、浮台１０における後方側の側面にも形成されている。
【００２７】
図２に示すように、浮台１０と一体に形成された集水部３４の開口には、錨鎖４が連結されている。錨鎖４は、鎖の他、ケーブル等であってもよい。錨鎖４の先端には、錨５が取り付けられている。錨５は、例えば、金属製のおもりである。錨５が水中に沈み、水底に接触している状態では、浮台１０が漂流せずに一定の場所に留まるようになっている。
【００２８】
図６および図７に示すように、集水部３４における開口の前方側には、異物除去部４０が形成されている。異物除去部４０は、上方から見た形状が略三角形状となるように形成されている。異物除去部４０は、水中のゴミ等が流入口１１ａに入るのを防ぐために設けられている。
異物除去部４０は、支柱４１、円管４２、および網４３を備えている。支柱４１は、集水部３４の左右方向略中央部の前方側であって、集水部３４の開口から所定の距離だけ離れた位置に配置されている。円管４２は、支柱４１と集水部３４の開口の左右方向両端とを連結するように配置されている。網４３は、支柱４１、円管４２、および集水部３４の開口端に端部が固定された状態で、集水部３４の前方側を覆うようにして配置されている。
【００２９】
図８は、発電部５０の外観を示す斜視図であり、図９は、発電部５０の軸方向断面図である。また、図１０は、発電部５０と回転部材２０の関係を説明するための断面図であり、図１１は、回転部材２０の回転を発電部５０に伝達する回転伝達機構６０を示す拡大図である。
発電部５０は、浮台１０の上面に設置されている。図４に示すように、発電部５０は、支持部１の上部に設置することもできる。また、図１等では、発電部５０が回転部材２０の軸方向両側に３箇所ずつ設置されている場合を示したが、発電部５０の設置数はこれに限定されるものではなく、任意の数とすることができる。発電部５０は浮台１０の上面に設置されているため、メンテナンスや交換作業を容易に行うことができる。また、発電部５０は水面Ｆより高い位置に設置されているため、水の侵入等による故障が抑制され、維持費用が低減される。
【００３０】
図９に示すように、発電部５０は、シャフト５１、ロータ５２、ステータ５３、およびケース５４等を備えている。ケース５４は、有底円筒形状となるように形成されており、シャフト５１、ロータ５２、およびステータ５３を内部に収容可能に形成されている。シャフト５１は、軸回りに回転可能となるようにケース５４に支持されており、一端である端部５１ａがケース５４の外部に突出している。ロータ５２は、シャフト５１と一体となって回転するように形成されており、外周面には永久磁石５２ａが固定されている。ステータ５３は、コイル５３ａが巻回された部材であり、ケース５４の内周面に沿って配置されている。径方向において、永久磁石５２ａとコイル５３ａとの間には所定の間隔の隙間が形成されている。
【００３１】
図１０に示すように、シャフト５１の端部５１ａには、小径リングギア６１が挿入されて固定されている。図１１に示すように、小径リングギア６１は、大径リングギア２４と噛合している。小径リングギア６１と大径リングギア２４とにより、回転部材２０の回転を発電部５０に伝達する回転伝達機構６０が構成されている。大径リングギア２４が１回転すると、小径リングギア６１が複数回、回転するように歯数や径が設定されている。回転部材２０（大径リングギア２４）の回転に伴い、小径リングギア６１が回転し、図１０で示した発電部５０の永久磁石５２ａが回転するようになっている。これにより、発電部５０において、永久磁石５２ａとコイル５３ａとの協働によって発電されるようになっている。発電部５０で発電された電気は、バッテリーに蓄電されたり、直接使用されるようになっている。なお、発電部５０において、ステータ５３に永久磁石５２ａを固定し、ロータ５２にコイル５３ａを固定してもよい。
【００３２】
以上のように本実施の形態に係る発電装置１００によれば、風または水の一方の流速が低い場合でも、他方の流速によって回転部材２０の回転が維持されるため、安定した発電を行うことができる。また、風および水の双方の流れを利用して回転部材２０を回転させるため、回転部材が高速に回転し、より大きな発電量を得ることができる。
【００３３】
また、流体導入部３０が、取込口３１ａから流入口１１ａに向かうほど流路断面積が小さくなるように形成されている。このため、取り込んだ風および水の流速を上げたうえで、流入口１１ａに流入させることができる。これにより、流速が低い場合であっても、回転部材２０を高速に回転させ、発電を安定させることができる。
【００３４】
また、支持部１，１が、回転部材２０の外周の接線方向と、流路１１における流体の流れ方向とが一致するように回転部材２０を支持している。このため、風および水が回転部材２０の外周部分に当たり、より効率的に回転部材２０を回転させることができる。これにより、発電を安定させ、発電量をより大きくすることができる。
【００３５】
また、回転部材２０は、径方向外側の側面に、周方向に沿って所定の間隔ごとに立設された薄板状の羽根２２を備え、羽根２２は、回転部材２０の軸方向に対する寸法である幅の中央部が、回転部材２０の回転方向に向かって突出した湾曲形状となっている。このため、羽根２２に当たった風および水が幅方向外側に逃げるのが阻止され、風および水の流れが、より効率的に回転部材２０の回転に利用されて、回転部材２０がより高速で回転する。これにより、発電を安定させ、発電量をより大きくすることができる。
【００３６】
なお、本実施の形態に係る発電装置１００は、川、湖、海等に設置できるものであるが、地上に設置して風力発電装置として利用することもできる。
【符号の説明】
【００３７】
１  支持部
１０  浮台
１１  流路
１１ａ  流入口
２０  回転部材
２２  羽根
３０  流体導入部
３１  取込口
５０  発電部
６０  回転伝達機構
【図１】
2019138215.tif 000003
【図２】
2019138215.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019138215.tif 000009
【図８】
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【図９】
2019138215.tif 000011
【図１０】
2019138215.tif 000012
【図１１】
2019138215.tif 000013