(57)【要約】【課題】発電関係や様々な産業分野で使用される風力発電は、自然風の風向きや風量で発電量が決まり人間がコントロールできない発電システムである。従って、自然風のみでの発電から人工的に発電機の主軸を回して安定的な発電システムに移行する必要がある。また、現状の運動エネルギーは原子力、火力、水力、風力、地熱等が利用されているが地球環境にやさしい技術が求められている。【解決手段】本発明は、発電に必要な運動エネルギーを発電機の翼にノズルを搭載し、ノズル噴出で圧縮流体を加速させた質量流量と流体平均速度のエネルギーが、搭載位置と発電機の主軸中心位置との輪軸の梃子比で更に運動エネルギーを増幅させて、発電機の主軸を回転させる風力発電方法及び風力発電機並びに圧縮流体発電方法及び圧縮流体発電機である。発電原料は圧縮流体で空気や水や窒素を使用するので、クリーンで地球環境にやさしい技術の代替エネルギーを提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電機の翼のリーデイングエッジ及び又は、トレーリングエッジの間に、圧縮流体供給元に連結させた一端が吸入側に接続される単数及び又は、複数ノズルを、ノズル噴出流が干渉しない間隔で、該ノズルの噴射口を前記トレーリングエッジ方向に向けて前記翼に搭載し、圧縮流体貯蓄槽から圧縮流体を前記ノズルに供給し、該ノズルで前記圧縮流体を加速させたエネルギーを推進エネルギーに転換し、前記ノズルから噴出するエネルギーの反動で、前記翼の推進力を運動エネルギーに変換させ、前記翼に前記ノズルを搭載した位置と、主軸位置との輪軸の梃子比で、得た運動エネルギーで、前記翼を推進させて、前記発電機の主軸を回転させて発電することを特徴とする風力発電機の発電方法。
【請求項２】
上記圧縮流体貯蓄槽を上記翼内部の空洞部に設けて発電することを特徴とする請求項１に記載の風力発電機の発電方法。
【請求項３】
前記翼のノズルと前記風力発電機の主軸との位置関係が、該主軸半径の１．０１倍から２０００倍の位置で上記発電機の主軸が回転し発電することを特徴とする請求項１及び請求項２のいずれか一項に記載の風力発電機の発電方法。
【請求項４】
前記翼のノズル噴出の合計質量流量が、０．００１ｇ／Ｓから１ｋｇ／Ｓの圧縮流体質量流量で上記発電機の主軸が回転し発電することを特徴とする請求項１及び請求項２及び請求項３のいずれか一項に記載の風力発電機の発電方法。
【請求項５】
前記翼のノズル噴出の平均速度が、３６ｍ／Ｓからマッハ１０の圧縮流体速度で上記発電機の主軸が回転し発電することを特徴とする請求項１及び請求項２及び請求項３及び請求項４のいずれか一項に記載の風力発電機の発電方法。
【請求項６】
請求項１及び請求項２及び請求項３及び請求項４及び請求項５のいずれか一項に記載の発電方法に記載で形成されたことを特徴とする風力発電機。
【請求項７】
請求項１及び請求項２及び請求項３及び請求項４及び請求項５及のいずれか一項に記載の発電方法で風力発電機以外の発電機の主軸が回転し発電することを特徴とする圧縮流体発電方法。
【請求項８】
請求項７に記載の発電方法に記載で形成されたことを特徴とする圧縮流体発電機。
【請求項９】
請求項１及び請求項２及び請求項３及び請求項４及び請求項５及び請求項７のいずれか一項に記載の発電方法に記載で形成されたノズルから噴出させる圧縮流体状態が気体状態と液体状態と固体状態と燃焼状態のいずれか２状態以上の混合体であることを特徴とするハイブリット発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電での風が止んで発電量ゼロの場合や微風時の発電を補助するために、圧縮流体をノズル（ラバールノズル（非特許文献１）、収縮拡大ノズル、CDノズル等）に通すことで流体を加速させ、運動エネルギーと輪軸の梃子比で発電機の主軸を回転させる発電方法及び発電機に関する。
【０００２】
また、本発明は、発電に必要な運動エネルギーを発電機の翼にノズルを搭載し、ノズル噴出で圧縮流体を加速させた質量流量と流体平均速度のエネルギーが、搭載位置と発電機の主軸中心位置との輪軸の梃子比で更に運動エネルギーを増幅させて、発電機の主軸を回転させる風力発電方法及び風力発電機並びに圧縮流体発電方法及び圧縮流体発電機である。発電原料は圧縮流体で空気や水や窒素を使用するので、クリーンで地球環境にやさしい技術の代替エネルギーを提供する。
【背景技術】
【０００３】
発電機は、電磁誘導の法則を利用して、運動エネルギー（機械的エネルギー）から電気エネルギーを得る機械である。この運動エネルギーを得るため、現状は原子力、火力、水力、風力、地熱等が利用されているが、簡便に運動エネルギーを得る方法や、低コストの電力供給等の地球環境にやさしい技術が求められている。
【０００４】
また、風力発電は、風向きや風量で発電量が決まり人間がコントロールできない、設備稼働率３０％の発電システムである。また、火力や貯水式水力のように、発電する時間帯や発電量をコントロールすることができず、30分先の発電量予測さえ立たず、30分後に定格出力の電気が得られるのか、風がやんで発電量ゼロなのか分からない不安定な発電機でもある。
【０００５】
しかしながら、無風状態や微風状態においても、無風と判断したときは、電力貯蔵手段から得るエネルギーを抑制する発電（例えば、特許文献１）や、プロペラをコンピュターのプログラムによりモーターの回転数を決めて回せば２４時間無風の発電もある。（例えば、特許文献２）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許公開２００８−２１５１５６号  公報
【特許文献２】特許公開２０１３−５３５８１号  公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】National AdvisoryCommittee for Aeronautics technical NOTENO.1651、SUPERSONIC NOZZLE DESICN  JUNE 1948  P１−P３４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、本発明の課題は、風力発電機の主軸に運動エネルギーを与え、主軸を回転させる発電方法及び発電機を提供することである。
【０００９】
上記の運動エネルギーを連続的に使用するための供給元が必要となることと、風力発電機の設備稼働率に加えて発電する発電方法提供することである。
【００１０】
また、本発明の課題は、発電機の主軸の回転に必要な運動エネルギーを、翼に搭載したノズルで、圧縮流体の内部エネルギーを増幅させ、圧縮流体を加速させたエネルギーに転換し噴出の圧縮流体質量流量とノズル噴出の圧縮流体平均速度で発生したエネルギーを翼の推進力に変換し、翼のノズル位置と発電機の主軸中心位置との輪軸の梃子比で増幅させた運動エネルギーを用いて、簡便に発電機の主軸を回転させる圧縮流体の噴出エネルギーと輪軸の梃子比を用いた発電方法及び発電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
風力発電機の翼のリーデイングエッジ及び又は、トレーリングエッジの間に、圧縮流体供給元に連結させた一端が吸入側に接続される単数及び又は、複数ノズルを、ノズル噴出流が干渉しない間隔で、該ノズルの噴射口を前記トレーリングエッジ方向に向けて前記翼に搭載し、圧縮流体貯蓄槽から圧縮流体を前記ノズルに供給し、該ノズルで前記圧縮流体を加速させたエネルギーを推進エネルギーに転換し、前記ノズルから噴出するエネルギーの反動で、前記翼の推進力を運動エネルギーに変換させ、前記翼に前記ノズルを搭載した位置と、主軸位置との輪軸の梃子比で、得た運動エネルギーで、前記翼を推進させて、前記発電機の主軸を回転させて発電することを特徴とする風力発電機の発電方法の風力発電機である。
【００１２】
上記圧縮流体貯蓄槽を上記翼内部の空洞部に設けて、前記圧縮流体貯蓄槽から圧縮流体を連続的に上記ノズルに供給し、発電機の主軸を回転させて発電する風力発電機の発電方法の風力発電機である。
【００１３】
前記翼のノズルと前記風力発電機の主軸との位置関係が、該主軸半径の１．０１倍から２０００倍の位置で上記発電機の主軸が回転し発電する風力発電機の発電方法の風力発電機である。
【００１４】
前記翼のノズル噴出の合計質量流量が、０．００１ｇ／Ｓから１ｋｇ／Ｓの圧縮流体質量流量で上記発電機の主軸が回転し発電する風力発電機の発電方法の風力発電機である。
【００１５】
前記翼のノズル噴出の平均速度が、３６ｍ／Ｓからマッハ１０の圧縮流体速度で上記発電機の主軸が回転し発電する風力発電機の発電方法の風力発電機である。
【００１６】
前記の発電方法で風力発電機以外の発電機の主軸が回転し発電することを特徴とする圧縮流体発電方法及び、圧縮流体発電機である。
【００１７】
上記の発電方法でノズルから噴出させる圧縮流体状態が気体状態と液体状態と固体状態と燃焼状態のいずれか２状態以上の混合体でからなるハイブリット発電機である。
【００１８】
その手段として、ノズルは、小型で軽量のラバールノズルまたは、収縮拡大ノズル、CDノズル等のノズルを翼に搭載させ、圧縮流体をノズルに通過させることで得られる運動エネルギーを推進力として利用し、発電機の主軸を回転させる発電方法である。更に、ノズルに、ブレード内部の空洞を圧縮流体貯蓄槽として利用し、連続的に主軸を回転させる発電方法する発電機である。
【００１９】
上記のノズルは、ロケットエンジン等に適用される構造を小型化させたノズルである。圧縮流体を高効率で推進力と変換し、発電機の主軸を回転させ発電を行う方法を提供することである。また、翼内部に圧縮流体貯蓄槽を有することで連続的に圧縮流体をノズルに送ることができる。
【００２０】
また、一般的な配管等による圧縮流体の供給では、翼と同時に回る配管供給システムであっても回転方向への摩擦抵抗が生じるので発電量の損失が生じる。この摩擦抵抗を発生させない方法として、翼内部の空洞に圧縮流体貯蓄槽を設けることである。
【００２１】
翼のノズル搭載位置と主軸位置は、輪軸の関係となり、小さな力を大きな力に増幅する、梃子の原理が適用させる。また、風力発電機及び圧縮流体発電機の翼のリーデイングエッジ及び又は、トレーリングエッジの間に搭載されるノズルの位置は、リーデイングエッジ側でも、トレーリングエッジ側でも良く、好適には、リーデイングエッジとトレーリングエッジの中間側であるが、テンソルに加える力を翼強度が維持できる位置であれば特に限定するものではない。
【００２２】
翼にノズルを搭載させる位置は、主軸半径の１．０１倍から２０００倍の位置であることが好ましく、より好ましくは主軸半径の１．０２倍から１５００倍であることが好ましく、さらに好ましくは主軸半径の１．０３倍から１０００倍の範囲内である。上記範囲より大きいと、翼長が長くなり翼の製造が困難であり、上記範囲より小さいと、主軸の中心からノズルの位置までの距離が短くなり輪軸の梃子比が小さくなり、主軸を回転させる推進力を得ることが出来なくなり、適切な発電が得られないからである。
【００２３】
ノズル噴出の合計質量流量が、０．００１ｇ／Ｓから１ｋｇ／Ｓの圧縮流体質量流量であることが好ましく、より好ましくは０．００５ｇ／Ｓから０．５ｋｇ／Ｓあることが好ましく、さらに好ましくは０．０１ｇ／Ｓから０．１ｋｇ／Ｓの範囲内である。上記範囲より大きいと、圧縮流体量が多く必要となり不経済であり、上記範囲より小さいと、翼の推進力が小さくなり、主軸を回転させる推進力を得ることが出来なくなり、適切な発電が得られないからである。
【００２４】
ノズル噴出の平均速度が、３６ｍ／Ｓからマッハ１０の圧縮流体速度であることが好ましく、より好ましくは、５０ｍ／Ｓからマッハ８であることが好ましく、さらに好ましくは１００ｍ／Ｓからマッハ６の範囲内である。上記範囲より大きいと、ノズルの製造が困難であり、上記範囲より小さいと、翼の推進力が小さくなり、主軸を回転させる推進力を得ることが出来なくなり、適切な発電が得られないからである。
【００２５】
ノズル素材としては、単位面積当たりの出力はロケットエンジンと同等となるので、強度を得るためには、好適に電気鋳造ラバールノズル等を使用する。しかしながら、ステンレス鋼や、ブレードと同材質のGFRP（ガラス繊維強化プラスチィク）、CFRP（炭素繊維強化プラスチィク）等でも強度を維持し壁面形状が精密であれば特に限定するものではない。
【００２６】
本発明に用いられる翼素材としては、アルミニウム、ステンレス鋼、CFRP（炭素繊維強化プラスチィク）等で、主軸を回転させ得るに必要な強度と圧縮流体を安定的に供給するための圧縮流体貯蓄槽の強度があれば特に限定するものではない。
【００２７】
本発明に用いられる翼の推進力としては、圧縮状態の空気、圧縮状態の水、圧縮状態の空気と水の混合物、圧縮状態の空気と微細なセラミックス紛体の混合物、液体窒素が気化して得られる圧縮流体、液体水素と液体酸素の燃焼で得られる圧縮流体、気体状態と液体状態と固体状態と燃焼状態のいずれか２状態以上の混合体等で、発電機の主軸を回転させ得るに必要な推進力を得る圧縮流体であれば特に限定するものではない。
【００２８】
本発明に用いられる翼形状は、ブレード形状であっても、筒形状や球形状等であってもよく、発電機の主軸を回転させるに足りる形状や強度であれば特に限定するものではない。
【００２９】
本発明に用いられる翼やノズルの数量は、発電に必要な運動エネルギーを確保できる数量であれば特に限定するものではない。
【００３０】
また、本発明に用いられる発電機の主軸の翼に搭載されたノズルに、圧縮流体を安定的に供給するための圧縮流体貯蓄槽は、翼の空洞を利用しインテグラタンク等の構造とし圧縮流体を貯蓄させ、連続的に発電機の主軸を回転させ発電をおこなうものであれば特に限定するものではない。
【００３１】
風力発電での風が止んで発電量ゼロの場合や微風時は、本発明の、風力発電機を稼働させ発電を行えば、計画的な発電量を得ることができる。
【００３２】
本発明に用いられる風車の種類としては、例えば、プロペラ式、セイルウイング式、オランダ式、多翼式、ダリウス式、直線翼式、サボニウス式、パドル式、クロスフロー式、Ｓ型翼式等が挙げられ、中でも、揚力形の風車であることが好ましい。揚力性に優れるのでブレードに搭載するノズルの運動エネルギーを発電機の主軸の回転として得ることができるからである。このような風車としては、例えば、プロペラ式、セイルウイング式、オランダ式、多翼式、ダリウス式、直線翼式等を挙げることができ、特にプロペラ式が好ましい。
【００３３】
本発明に用いられる圧縮流体の流体としては、例えば、空気、水、窒素、水素、酸素、液体窒素、液体水素、液体酸素等が挙げられ、またこれらの混合物が挙げられる。中でも、圧縮流体は比較的汎用性があることが好ましい。低コストで運動エネルギーを得ることができるからである。このような流体としては、例えば、空気、水、窒素、液体窒素、液体水素、液体酸素等を挙げることができ、特に空気が好ましい。
【発明の効果】
【００３４】
本発明は、圧縮流体をノズルで圧縮流体の内部エネルギーを噴射の運動エネルギーに増幅させ、更に翼のノズル位置と主軸位置の輪軸の梃子比で、更に運動エネルギーを増幅させ、この増幅された運動エネルギーで翼を推進させ、発電機の主軸が回転し発電する発電方法の発電機であり、発電させるエネルギーの原材料は、空気、水、窒素、液体窒素、液体水素、液体酸素等でありクリーンな発電方法の発電機である。
【００３５】
発電の原材料の圧縮流体は、空気、水、窒素、液体窒素、液体水素、液体酸素等であり、発電させる原材料も容易に入手ができるので低コストの発電を得ることができる。
【００３６】
本発明の発電方法を用いた風力発電機は、圧縮流体をノズルで圧縮流体の内部エネルギーを噴射の運動エネルギーに増幅とし、更に翼のノズル位置と主軸位置の輪軸の梃子比で、更に運動エネルギーを増幅させ、この増幅された運動エネルギーで翼を推進させ、発電機の主軸が回転し発電する発電方法の発電機の構成としたことにより、設備稼働率の３０％に加え、計画的に発電することが可能になる。
【００３７】
小型のノズルを翼に搭載する構造で家庭用の圧縮流体発電機は、低コストに製造することが可能になる。
【００３８】
配管等による圧縮流体の供給では、回転方向への摩擦抵抗が生じるので発電量の損失が生じる。この摩擦抵抗を発生させない方法として、翼内部に圧縮流体貯蓄槽を設けることで発電量の損失が生じない効果がある。
【００３９】
風力発電においては、微風以下での発電が可能であるので、風力発電機の導入調査コストが大幅に削減され、蓄電池コストも大幅に削減される。また、導入場所の選択肢が広がることで洋上や僻地からの送電ロスも軽減される効果がある。
【００４０】
将来的には、風力発電機自体を防音壁で覆い低周波や騒音対策とし、僅かな自然風を取り入れる窓を集風形状とし、格子を設置すればバードクラッシュ防止対策にもなり自然動物保護にも効果がある。
【００４１】
将来的には、圧縮流体発電機自体を防音壁で覆い低周波や騒音対策とし、圧縮流体槽や流体を圧縮させる機械を電気車両等に搭載させれば、代替エネルギーが圧縮流体の電気車両等の走行が可能になる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】発電機の翼にノズルを搭載した位置と主軸位置との輪軸の概念図を示す。
【図２】風力発電機の翼に搭載したノズルと風力発電機の概念図を示す。
【図３】風力発電機の翼に搭載したノズルの断面図の概念図を示す。
【図４】圧縮流体発電機の翼に搭載したノズルと発電機の概念図を示す。
【図５】圧縮流体発電機の翼に搭載したノズルの断面図の概念図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、風力発電機の発電方法及びその風力発電機並びに圧縮流体発電方法及びその圧縮流体発電機について詳細に説明する。
【００４４】
風力発電機の発電方法及びその風力発電機は、風力発電機の翼のリーデイングエッジ及び又は、トレーリングエッジの間に、圧縮流体供給元に連結させた一端が吸入側に接続される単数及び又は、複数ノズルを、ノズル噴出流が干渉しない間隔で、該ノズルの噴射口を前記トレーリングエッジ方向に向けて前記翼に搭載する。
【００４５】
圧縮流体貯蓄槽から圧縮流体を前記ノズルに供給し、該ノズルで前記圧縮流体を加速させたエネルギーを推進エネルギーに転換し、前記ノズルから噴出するエネルギーの反動で、前記翼の推進力を運動エネルギーに変換させ、前記翼に前記ノズルを搭載した位置と、主軸位置との輪軸の梃子比で、得た運動エネルギーで、前記翼を推進させて、前記発電機の主軸を回転させて発電する風力発電機の発電方法の風力発電機である。
【００４６】
圧縮流体発電方法及びその圧縮流体発電機は、圧縮流体発電機の翼のリーデイングエッジ及び又は、トレーリングエッジの間に、圧縮流体供給元に連結させた一端が吸入側に接続される単数及び又は、複数ノズルを、ノズル噴出流が干渉しない間隔で、該ノズルの噴射口を前記トレーリングエッジ方向に向けて前記翼に搭載する。
【００４７】
圧縮流体貯蓄槽から圧縮流体を前記ノズルに供給し、該ノズルで前記圧縮流体を加速させたエネルギーを推進エネルギーに転換し、前記ノズルから噴出するエネルギーの反動で、前記翼の推進力を運動エネルギーに変換させ、前記翼に前記ノズルを搭載した位置と、主軸位置との輪軸の梃子比で、得た運動エネルギーで、前記翼を推進させて、前記発電機の主軸を回転させて発電する圧縮流体電機の発電方法の圧縮流体発電機である。
【００４８】
上記の風力発電機の発電方法の風力発電機及び、圧縮流体電機の発電方法の圧縮流体発電機のノズルから噴出させる圧縮流体状態が気体状態と液体状態と固体状態と燃焼状態のいずれか２状態以上の混合体であるハイブリット発電機。
【００４９】
図１の発電機の翼にノズルを搭載した位置と主軸位置との輪軸の概念図を示ように、翼１０４のノズルの搭載位置１０１と主軸中心１０２は、ノズルの周回軌道方向１０３の方向に周回するので、輪軸の関係となり、小さな力を大きな力に増幅する、梃子の原理の公式ｄ１Ｆ１＝ｄ２Ｆ２が適用される。
ｄ１ 支点とテンソルの距離
Ｆ１ テンソルに加える力
ｄ２ 支点と作用点の距離
Ｆ２ 作用点で得られる力
【００５０】
翼にノズルを搭載させる位置は、主軸半径の１．０１倍から２０００倍の位置であることが好ましく、より好ましくは主軸半径の１．０２倍から１５００倍であることが好ましく、さらに好ましくは主軸半径の１．０３倍から１０００倍の範囲内である。上記範囲より大きいと、翼長が長くなり翼の製造が困難であり、上記範囲より小さいと、主軸の中心からノズルの位置までの距離が短くなり輪軸の梃子比が小さくなり、主軸を回転させる推進力を得ることが出来なくなり、適切な発電が得られないからである。
【００５１】
ノズル噴出の合計質量流量が、０．００１ｇ／Ｓから１ｋｇ／Ｓの圧縮流体質量流量であることが好ましく、より好ましくは０．００５ｇ／Ｓから０．５ｋｇ／Ｓあることが好ましく、さらに好ましくは０．０１ｇ／Ｓから０．１ｋｇ／Ｓの範囲内である。上記範囲より大きいと、圧縮流体量が多く必要となり不経済であり、上記範囲より小さいと、翼の推進力が小さくなり、主軸を回転させる推進力を得ることが出来なくなり、適切な発電が得られないからである。
【００５２】
ノズル噴出の平均速度が、３６ｍ／Ｓからマッハ１０の圧縮流体速度であることが好ましく、より好ましくは、５０ｍ／Ｓからマッハ８であることが好ましく、さらに好ましくは１００ｍ／Ｓからマッハ６の範囲内である。上記範囲より大きいと、ノズルの製造が困難であり、上記範囲より小さいと、翼の推進力が小さくなり、主軸を回転させる推進力を得ることが出来なくなり、適切な発電が得られないからである。
【００５３】
したがって、ノズルで圧縮流体の内部エネルギーを増幅させた噴出のエネルギーの反動で翼推進力の運動エネルギーは、噴出のエネルギーエネルギーが全て翼推進力の運動エネルギーと仮定すると、翼の推進力エネルギーの運動エネルギーは、ニュートン力学の公式 Ｗ＝１／２ｍ｜ｖ１｜２−１／２ｍ｜ｖ２｜２となり、ｖ２は発電エネルギーへと変換され相殺され、０となるので、Ｗ＝１／２ｍ｜ｖ１｜２で運動エネルギーを計算される。
Ｗ  運動エネルギー
ｍ  質量
ｖ１  速度
ｖ２  変化した速度
【００５４】
まず、上記の公式を用いて本発明における翼の数量、翼に搭載するノズルの数量、翼形状、翼サイズ、ノズル形状、ノズルの種類、ノズル搭載位置、圧縮流体貯蓄槽等は、発電機の定格出力量に応じて適宜調整される。
【００５５】
また、翼内部及び外部に設置される圧縮流体貯蔵槽の形状やサイズ及び圧縮流体貯蔵槽の貯蔵量は、上記の質量流量から、必要な発電時間に応じて適宜調整される。
【実施例１】
【００５６】
以下、風力発電機の発電方法及びその風力発電機について詳細に説明する。
【００５７】
風力発電機の発電方法及びその風力発電機は、風力発電機の翼のリーデイングエッジ及び又は、トレーリングエッジの間に、圧縮流体供給元に連結させた一端が吸入側に接続される単数及び又は、複数ノズルを、ノズル噴出流が干渉しない間隔で、該ノズルの噴射口を前記トレーリングエッジ方向に向けて前記翼に搭載する。
【００５８】
圧縮流体貯蓄槽から圧縮流体を前記ノズルに供給し、該ノズルで前記圧縮流体を加速させたエネルギーを推進エネルギーに転換し、前記ノズルから噴出するエネルギーの反動で、前記翼の推進力を運動エネルギーに変換させ、前記翼に前記ノズルを搭載した位置と、主軸位置との輪軸の梃子比で、得た運動エネルギーで、前記翼を推進させて、前記発電機の主軸を回転させて発電する風力発電機の発電方法の風力発電機である。
【００５９】
風力発電機の発電方法及びその風力発電機は、図２の風力発電機の翼に搭載したノズルと風力発電機の概念図を示すように、圧縮流体を、第１の圧縮流体注入口２０１から、翼内部圧縮流体貯蓄槽２０２に圧縮流体の補給を行う。翼内部圧縮流体貯蓄槽２０２から圧縮流体を第１の配管２０３を通じて、翼の上下面に搭載させたノズル２０４に圧縮流体を送り、翼の上下面に搭載させたノズル２０４で圧縮流体の内部エネルギーを増幅させ、噴出のエネルギーの反動で第１の翼２０６の推進力の運動エネルギーとさせる。
【００６０】
また、翼の上下面に搭載させたノズル２０４は、第１の軌道方向２０５を周回するので、翼の上下面に搭載させたノズル２０４の位置と第１の主軸２０７の位置が輪軸の梃子比で、更に第１の翼２０６の推進力の運動エネルギーを増幅させる。この増幅された得た運動エネルギーで第１の主軸２０７を回転させ、第１の発電機（ナセル）２０８で発電することである。
【００６１】
図３の風力発電機の翼に搭載したノズルの断面図の概念図を示すように、圧縮流体は、第１の圧縮流体注入口２０１から、翼内部圧縮流体貯蓄槽２０２に第１の圧縮流体３０１の補給を行う。翼内部圧縮流体貯蓄槽２０２から第１の圧縮流体３０１を第１の配管２０３を通じて、翼の上下面へ圧縮流体を送る。
【００６２】
翼上面側の第１の噴出のエネルギー３０６は、上記から送られてきた圧縮流体を、第１のバルブ３０２で圧力調整、流量調整等をおこない、第１の調整後の圧縮流体３０３になり、第１のノズル３０４で圧縮流体の内部エネルギーを増幅させ、第１の調整後の圧縮流体３０３を加速させたエネルギー３０５に転換し、圧縮流体を加速させ、第１の噴出のエネルギー３０６の反動で翼の推進力の運動エネルギーとさせる。
【００６３】
また、翼下面側の第２の噴出のエネルギー３１１は、上記から送られてきた圧縮流体を、第２のバルブ３０７で圧力調整、流量調整等をおこない、第２の調整後の圧縮流体３０８になり、第２のノズル３０９で圧縮流体の内部エネルギーを増幅させ、第２の調整後の圧縮流体を加速させたエネルギー３１０に転換し、圧縮流体を加速させ、第２の噴出のエネルギー３１１の反動で翼の推進力の運動エネルギーとさせる。
【００６４】
翼の上下面側の噴出のエネルギー角度の調整は、調整用シャフト３１２を、調整用油圧機３１３の油圧で第１のノズル３０４や第２のノズル３０９の角度を変え上下面側の噴出のエネルギー角度を適宜調整する。
【００６５】
翼の上下面側の噴出のエネルギー量は、上面側の気流が下面側の気流より遅く流れる事で翼が揚力を得ることで発電を行っているので、自然風との兼ね合いで翼の上下面側の噴出のエネルギー量を適宜調整する。また、ノズルは、自然風の逆風や、自然風の入風角度により、発電機の主軸の先端部分の上面側及び下面側のいずれかの一面に、ノズルの噴射口をトレーリングエッジ方向に向けて翼に搭載し、上面側の気流が下面側の気流より遅く流れるように、噴出のエネルギー量を適宜調整する。
【００６６】
例えば、一般的な風力発電機の定格出力が６００ｋＷの場合、タワーの高さは、４０〜５０ｍで、羽根の直径は４５〜５０ｍである。定格出力の６００ｋＷの発電を得るためには、風受けエネルギーの総和は、６００ｋＷのエネルギーが必要となる。発電機の主軸が水平軸の揚力型プロペラ式の３枚翼である場合には、１枚の翼の風受けエネルギーの総和は、２００ｋＷの運動エネルギーが必要となる。
【００６７】
図１の発電機の翼にノズルを搭載した位置と主軸位置との輪軸の概念図を示すように、翼１０４のノズルの搭載位置１０１と主軸中心１０２は、ノズルの周回軌道方向１０３の方向に周回するので、輪軸の関係となり、小さな力を大きな力に増幅する、梃子の原理の公式ｄ１Ｆ１＝ｄ２Ｆ２が適用される。
ｄ１ 支点とテンソルの距離
Ｆ１ テンソルに加える力
ｄ２ 支点と作用点の距離
Ｆ２ 作用点で得られる力
【００６８】
仮に、翼の長さＬ＝２３ｍ、ノズルを主軸中心１０２からｄ＝１９．５ｍの位置の翼に搭載し、翼ブレードの回転を発電機に回転を伝達する主軸の直径Ｄ＝１ｍ（ｄ２＝０．５ｍ）と仮定し、６００ｋＷの発電行う場合には、１枚のブレードの風受けエネルギーの総和は、２００ｋＷのエネルギーＦ２が必要となるので、１基のノズルが必要とされるテンソルエネルギーＦ１は、梃子の原理の公式より、２０×Ｆ１＝０．５×２００
となりＦ１＝５ｋＷであるので、ノズルから噴出のエネルギーされる必要なエネルギーは、５ｋＷである。
【００６９】
１枚の翼の上面に１基のノズルを搭載し、下面側に１基のノズルを搭載した場合には合計２基のノズルなので、単純に１基当たりのノズルの推進力エネルギーの運動エネルギーは、２．５ｋＷが必要となる。
【００７０】
例えば、マッハ４の気流が得られるノズルを翼にした場合には、スロートの縦１．３ｍｍ、横９．１ｍｍの矩形形状、大気全圧は１００ｋＰａ、全温は２８０Ｋ、圧縮流体が空気であった場合の空気の質量流量は下記の計算式で求めた。
【００７１】
【数１】
2015004321.tif 000003
M   質量流量
σ   可算和（σ＝０．６８５）
P   圧力
Ａ   スロート面積
Ｒ   気体定数（Ｒ＝２８７）
Ｔ   温度
スロート面積Ａは、０．００１３×０．００９１＝１．１８×１０−５となる。
Ｍ（質量流量）＝０．６８５×１００×１０３×１．１８×１０−５／√（２８７×２８０）
M（質量流量）＝２．８６×１０−３
となるので、２．８６×１０−３（ｋｇ／Ｓ）の質量流量となる。
【００７２】
したがって、ノズルの推進力エネルギーの運動エネルギーは、ニュートン力学の公式 Ｗ＝１／２ｍ｜ｖ１｜２−１／２ｍ｜ｖ２｜２となり、ｖ２は発電エネルギーへと変換され相殺され、０となるので、Ｗ＝１／２ｍ｜ｖ１｜２で運動エネルギーを計算する。
Ｗ  運動エネルギー
ｍ  質量
ｖ１  速度
ｖ２  変化した速度
Ｗ＝１／２ｍ｜ｖ１｜２
Ｗ＝１／２×２．８６×１０−３×｜４×３３１＋０．６×６．８５｜２
Ｗ＝２５２１
２．５２１（ｋＷ）の運動エネルギーとなる。発電に必要な運動エネルギーの、２．５ｋＷを超える運動エネルギーであるので、風力発電機は定格出力の６００ｋＷの発電が可能となるのである。
【００７３】
上記の条件で、本発明の風力発電機の発電方法及びその風力発電機について説明する。
【００７４】
例えば、一般的な風力発電機の定格出力が６００ｋＷの場合、タワーの高さは、４０〜５０ｍで、羽根の直径は４５〜５０ｍである。発電機の主軸が水平軸の揚力型プロペラ式の３枚翼で、翼の長さＬ＝２３ｍ、発電機に回転を伝達する主軸の直径Ｄ＝１ｍ（ｄ２＝０．５ｍ）、ノズルを主軸中心１０２からｄ１＝１９．５ｍの位置の翼に搭載し、３枚翼の上下面に各１基搭載する。搭載するノズルは、ノズルのマッハ４の気流が得られるノズル、スロートの縦１．３ｍｍ、横９．１ｍｍの矩形形状し、気全圧は１００ｋＰａ、全温は２８０Ｋ、圧縮流体が空気の条件で、推進に必要な１枚翼の運動エネルギーが２００Ｗ、摩擦抵抗が無くノズルのエネルギーが全て推進力に転換されたと仮定した場合の風力発電機の発電方法について下記に説明する。
【００７５】
本発明の風力発電機の発電方法及びその風力発電機は、翼１０４の翼先端側１０５のリーデイングエッジ１０６及び又は、トレーリングエッジ１０７の間にノズル搭載位置１０２が、ｄ１＝１９．５ｍの位置にマッハ４の気流が得られるノズル、スロートの縦１．３ｍｍ、横９．１ｍｍの矩形形状、第１のノズル２０１を該ノズル噴射の噴出流が干渉しない間隔で該ノズルの噴射口をトレーリングエッジ１０７方向に向けて前記翼に搭載する。
【００７６】
図２の風力発電機の翼に搭載したノズルと風力発電機の概念図を示すように、圧縮流体は、第１の圧縮流体注入口２０１から、翼内部圧縮流体貯蓄槽２０２に圧縮空気の補給を行う。
【００７７】
翼内部圧縮流体貯蓄槽２０２から圧縮空気を第１の配管２０３を通じて、翼の上下面に搭載させたノズル２０４に圧縮空気を送り、ノズルで圧縮空気流体の内部エネルギーを増幅させ、圧縮空気を加速させたエネルギーに転換し、前記ノズル噴出するエネルギーの反動で第１の翼２０６の推進力の運動エネルギーに変換させ、第１の翼２０６の１９．５ｍ位置の翼の上下面に搭載させたノズル２０４の位置と主軸位置との輪軸の梃子比で更に第１の翼２０６の推進力の運動エネルギーを増幅させる。
【００７８】
この時の増加された推進力の運動エネルギーは、マッハ４の気流が得られる１基のノズルで２．８６×１０−３（ｋｇ／Ｓ）の質量流量となるのでニュートン力学の公式より推進力の運動エネルギーは、１／２×２．８６×１０−３×｜４×３３１＋０．６×６．８５｜２となり２．５２１（ｋＷ）である。翼の上下面にノズルを各１基搭載しているので２基分で５．０４２（ｋＷ）である。更に、輪軸の梃子比で２０×５．０４＝０．５×Ｆ２となり、Ｆ２＝２０１．６（ｋＷ）の運動エネルギーになる。翼の推進に必要な１枚翼の運動エネルギーが２００（ｋＷ）を超えるので、翼は推進するものである。
【００７９】
従って、第１の翼２０６は第１の主軸２０７を回転させ第１の発電機（ナセル）２０８で６００（ｋＷ）発電することである。
【００８０】
その手段として、ノズルは、小型で軽量のラバールノズルまたは、収縮拡大ノズル、CDノズル等のノズルを翼に搭載させ、圧縮流体をノズルに通過させることで得られる運動エネルギーを推進力として利用し、発電機の主軸を回転させる発電方法である。更に、ノズルに、ブレード内部の空洞を圧縮流体貯蓄槽として利用し、連続的に主軸を回転させる発電方法を特徴とする発電機である。
【００８１】
上記のノズルは、ロケットエンジン等に適用される構造を小型化させたノズルである。圧縮流体を高効率で推進力と変換し、発電機の主軸を回転させ発電を行う方法を提供することである。また、翼内部に圧縮流体貯蓄槽を有することで連続的に圧縮流体をノズルに送ることができる。
【００８２】
また、一般的な配管等による圧縮流体の供給では、翼と同時に回る配管供給システムであっても回転方向への摩擦抵抗が生じるので発電量の損失が生じる。この摩擦抵抗を発生させない方法として、翼内部の空洞に圧縮流体貯蓄槽を設けることである。
【００８３】
翼のノズル搭載位置と主軸位置は、輪軸の関係となり、小さな力を大きな力に増幅する、梃子の原理が適用させる。また、風力発電機及び圧縮流体発電機の翼先端側１０５のリーデイングエッジ１０６及び又は、トレーリングエッジ１０７の間に搭載されるノズルの位置は、リーデイングエッジ側でも、トレーリングエッジ側でも良く、好適には、リーデイングエッジとトレーリングエッジの中間側であるが、テンソルに加える力を翼強度が維持できる位置であれば特に限定するものではない。
【００８４】
翼にノズルを搭載させる位置は、主軸半径の１．０１倍から２０００倍の位置であることが好ましく、より好ましくは主軸半径の１．０２倍から１５００倍であることが好ましく、さらに好ましくは主軸半径の１．０３倍から１０００倍の範囲内である。上記範囲より大きいと、翼長が長くなり翼の製造が困難であり、上記範囲より小さいと、主軸の中心からノズルの位置までの距離が短くなり輪軸の梃子比が小さくなり、主軸を回転させる推進力を得ることが出来なくなり、適切な発電が得られないからである。
【００８５】
ノズル噴出の合計質量流量が、０．００１ｇ／Ｓから１ｋｇ／Ｓの圧縮流体質量流量であることが好ましく、より好ましくは０．００５ｇ／Ｓから０．５ｋｇ／Ｓあることが好ましく、さらに好ましくは０．０１ｇ／Ｓから０．１ｋｇ／Ｓの範囲内である。上記範囲より大きいと、圧縮流体量が多く必要となり不経済であり、上記範囲より小さいと、翼の推進力が小さくなり、主軸を回転させる推進力を得ることが出来なくなり、適切な発電が得られないからである。
【００８６】
ノズル噴出の平均速度が、３６ｍ／Ｓからマッハ１０の圧縮流体速度であることが好ましく、より好ましくは、５０ｍ／Ｓからマッハ８であることが好ましく、さらに好ましくは１００ｍ／Ｓからマッハ６の範囲内である。上記範囲より大きいと、ノズルの製造が困難であり、上記範囲より小さいと、翼の推進力が小さくなり、主軸を回転させる推進力を得ることが出来なくなり、適切な発電が得られないからである。
【００８７】
ノズル素材としては、単位面積当たりの出力はロケットエンジンと同等となるので、強度を得るためには、好適に電気鋳造ラバールノズル等を使用する。しかしながら、ステンレス鋼や、ブレードと同材質のGFRP（ガラス繊維強化プラスチィク）、CFRP（炭素繊維強化プラスチィク）等でも強度を維持し壁面形状が精密であれば特に限定するものではない。
【００８８】
本発明に用いられる翼素材としては、アルミニウム、ステンレス鋼、CFRP（炭素繊維強化プラスチィク）等で、主軸を回転させ得るに必要な強度と圧縮流体を安定的に供給するための圧縮流体貯蓄槽の強度があれば特に限定するものではない。
【００８９】
本発明に用いられる翼の推進力としては、圧縮状態の空気、圧縮状態の水、圧縮状態の空気と水の混合物、圧縮状態の空気と微細なセラミックス紛体の混合物、液体窒素が気化して得られる圧縮流体、液体水素と液体酸素の燃焼で得られる圧縮流体、気体状態と液体状態と固体状態と燃焼状態のいずれか２状態以上の混合体等で、発電機の主軸を回転させ得るに必要な推進力を得る圧縮流体であれば特に限定するものではない。
【００９０】
本発明に用いられる翼形状は、ブレード形状であっても、筒形状や球形状等であってもよく、発電機の主軸を回転させるに足りる形状や強度であれば特に限定するものではない。
【００９１】
本発明に用いられる翼やノズルの数量は、発電に必要な運動エネルギーを確保できる数量であれば特に限定するものではない。
【００９２】
また、本発明に用いられる発電機の主軸の翼に搭載されたノズルに、圧縮流体を安定的に供給するための圧縮流体貯蓄槽は、翼の空洞を利用しインテグラタンク等の構造とし圧縮流体を貯蓄させ、連続的に発電機の主軸を回転させ発電をおこなうものであれば特に限定するものではない。
【００９３】
風力発電での風が止んで発電量ゼロの場合や微風時は、本発明の、風力発電機を稼働させ発電を行えば、計画的な発電量を得ることができる。
【００９４】
本発明に用いられる風車の種類としては、例えば、プロペラ式、セイルウイング式、オランダ式、多翼式、ダリウス式、直線翼式、サボニウス式、パドル式、クロスフロー式、Ｓ型翼式等が挙げられ、中でも、揚力形の風車であることが好ましい。揚力性に優れるのでブレードに搭載するノズルの運動エネルギーを発電機の主軸の回転として得ることができるからである。このような風車としては、例えば、プロペラ式、セイルウイング式、オランダ式、多翼式、ダリウス式、直線翼式等を挙げることができ、特にプロペラ式が好ましい。
【００９５】
本発明に用いられる圧縮流体の流体としては、例えば、空気、水、窒素、水素、酸素、液体窒素、液体水素、液体酸素等が挙げられ、またこれらの混合物が挙げられる。中でも、圧縮流体は比較的汎用性があることが好ましい。低コストで運動エネルギーを得ることができるからである。このような流体としては、例えば、空気、水、窒素、液体窒素、液体水素、液体酸素等を挙げることができ、特に空気が好ましい。
【００９６】
上面側や下面側に搭載されたノズルへの配管素材は、伸縮性に富むもので圧縮流体の圧力を受け止める耐圧性ものであれば特に限定されるものではない。好適に用いられる素材としては、耐圧性ゴムホース（ニュークリアブレードホース（登録商標）等）、耐圧性ホース等を使用する。
【００９７】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例２】
【００９８】
以下、圧縮流体発電機の発電方法及びその圧縮流体発電機について詳細に説明する。
【００９９】
圧縮流体発電方法及びその圧縮流体発電機は、圧縮流体発電機の翼先端側のリーデイングエッジ及び又は、トレーリングエッジの間に、圧縮流体供給元に連結させた一端が吸入側に接続される単数及び又は、複数ノズルを、ノズル噴出流が干渉しない間隔で、該ノズルの噴射口を前記トレーリングエッジ方向に向けて前記翼に搭載する。
【０１００】
圧縮流体貯蓄槽から圧縮流体を前記ノズルに供給し、該ノズルで前記圧縮流体を加速させたエネルギーを推進エネルギーに転換し、前記ノズルから噴出するエネルギーの反動で、前記翼の推進力を運動エネルギーに変換させ、前記翼に前記ノズルを搭載した位置と、主軸位置との輪軸の梃子比で、得た運動エネルギーで、前記翼を推進させて、前記発電機の主軸を回転させて発電する圧縮流体電機の発電方法の圧縮流体発電機である。
【０１０１】
圧縮流発電機の発電方法及びその圧縮流発電機は、図４の風力発電機の翼に搭載したノズルと風力発電機の概念図を示すように、圧縮流体を、第２の圧縮流体注入口４０１から、翼外部圧縮流体貯蓄槽４０２に圧縮流体の補給を行う。翼外部圧縮流体貯蓄槽４０２から圧縮流体を第２の翼４０４筒形状翼であり、その内部を通じて、第３のノズル４０３に圧縮流体を送り、第３のノズル４０３で圧縮流体の内部エネルギーを増幅させ、噴出のエネルギーの反動で第２の翼４０４の推進力の運動エネルギーとさせる。
【０１０２】
また、第３のノズル４０３は、第２の軌道方向４０５を周回するので、翼に搭載させた第３のノズル４０３の位置と第２の主軸４０６の位置が輪軸の梃子比で、更に第２の翼４０４の推進力の運動エネルギーを増幅させる。この増幅された得た運動エネルギーで第２の主軸４０６を回転させ、第２の発電機（ナセル）４０７で発電することである。
【０１０３】
図５の圧縮流体発電機の翼に搭載したノズルの断面図の概念図を示すように、翼外部圧縮流体貯蓄槽４０２から第２の圧縮流体５０１を、 第２の翼の内部５０２を通じて、第２の配管５０３から第３のバルブ５０４へ第２の圧縮流体５０１を送る。
【０１０４】
第３の噴出のエネルギー５０７は、上記から送られてきた第２の圧縮流体５０１を、第３のバルブ５０４で圧力調整、流量調整等をおこない、第３の調整後の圧縮流体５０５になり、第３のノズル４０３で圧縮流体の内部エネルギーを増幅させ、第３の調整後の圧縮流体を加速させたエネルギー５０６に転換し、圧縮流体を加速させ、第３の噴出のエネルギー５０７の反動で翼の推進力の運動エネルギーとさせる。
【０１０５】
例えば、圧縮流体発電機の定格出力が３０ｋＷの場合、タワーの高さは、約２．５ｍで、翼の直径は約２ｍである。定格出力の３０ｋＷの発電を得るためには、摩擦抵抗を除外したと仮定すると、翼の運動エネルギーは、３０ｋＷのエネルギーが必要となる。発電機の翼が、３基である場合には、１基翼の運動けエネルギーは、１０ｋＷが最小必要となる。
【０１０６】
図１の発電機の翼にノズルを搭載した位置と主軸位置との輪軸の概念図を示すように、翼１０４のノズルの搭載位置１０１と主軸中心１０２は、ノズルの周回軌道方向１０３の方向に周回するので、輪軸の関係となり、小さな力を大きな力に増幅する、梃子の原理の公式ｄ１Ｆ１＝ｄ２Ｆ２が適用される。
ｄ１ 支点とテンソルの距離
Ｆ１ テンソルに加える力
ｄ２ 支点と作用点の距離
Ｆ２ 作用点で得られる力
【０１０７】
翼の先端にノズルを主軸中心１０２からｄ１＝１ｍの位置の翼に搭載し、翼の回転を発電機に回転を伝達する主軸の直径Ｄ＝０．０５ｍ（ｄ２＝０．０２５ｍ）とし、３０ｋＷの発電行う場合には、１基の運動けエネルギーの総和は、１０ｋＷのエネルギーＦ２が必要となるので、１基のノズルが必要とされるテンソルエネルギーＦ１は、梃子の原理の公式より、１×Ｆ１＝０．０２５×１０
となり、Ｆ１の＝０．２５ｋＷであるので、ノズルから噴出のエネルギーで必要な運動エネルギーは、０．２５ｋＷである。
【０１０８】
例えば、マッハ４の気流が得られるノズルをブレードに装着し、スロートの縦０．４ｍｍ、横３．０ｍｍの矩形形状、大気全圧は１００ｋＰａ、全温は２８０Ｋ、圧縮流体が空気であった場合の空気の質量流量は下記の計算式で求めた。
【０１０９】
【数２】
2015004321.tif 000004
Ｍ   質量流量
σ   可算和（σ＝０．６８５）
P  圧力
Ａ   スロート面積
Ｒ   気体定数（Ｒ＝２８７）
Ｔ   温度
スロート面積は、０．０００４×０．００３＝１．２×１０−６となる。
Ｍ（質量流量）＝０．６８５×１００×１０３×１．２×１０−６／√（２８７×２８０）
Ｍ（質量流量）＝２．９×１０−４
となるので、２．９×１０−４（ｋｇ／Ｓ）の質量流量となる。
【０１１０】
したがって、ノズルの推進力エネルギーの運動エネルギーは、ニュートン力学の公式 Ｗ＝１／２ｍ｜ｖ１｜２−１／２ｍ｜ｖ２｜２となり、ｖ２は発電エネルギーへと変換され相殺され、０となるので、Ｗ＝１／２ｍ｜ｖ１｜２で運動エネルギーを計算する。
Ｗ  運動エネルギー
ｍ  質量
ｖ１  速度
ｖ２  変化した速度
Ｗ＝１／２ｍ｜ｖ１｜２
Ｗ＝１／２×２．９×１０−４×｜４×３３１＋０．６×６．８５｜２
Ｗ＝２５６
０．２５６（ｋＷ）の運動エネルギーとなる。発電に必要な運動エネルギーの、０．２５ｋＷを超える運動エネルギーであるので、圧縮流体発電機は定格出力の３０ｋＷの発電が可能となるのである。
【０１１１】
上記の条件で、本発明の圧縮流体発電機の発電方法及びその圧縮流体発電機について説明する。
【０１１２】
例えば、圧縮流体発電機の定格出力が３０ｋＷの場合、タワーの高さは、約２．５ｍで、翼の直径は約２ｍである。筒状の３枚翼で、翼の先端にノズルを搭載した主軸中心１０２からの長さを含む翼の長さＬが約１ｍ、発電機に回転を伝達する主軸の直径Ｄ＝０．０５ｍ（ｄ２＝０．０２５ｍ）、ノズルを主軸中心１０２からｄ１＝１ｍの位置の翼に搭載し、１枚翼に１基搭載する。搭載するノズルは、マッハ４の気流が得られるノズル、スロートの縦０．４ｍｍ、横３．０ｍｍの矩形形状、気全圧は１００ｋＰａ、全温は２８０Ｋ、圧縮流体が空気の条件で、推進に必要な１枚翼の運動エネルギーが１０ｋＷ、摩擦抵抗が無くノズルの噴出エネルギーが全て推進の運動エネルギーに転換させたと仮定した場合の圧縮流体発電機の発電方法は下記の通りとなる。
【０１１３】
本発明の圧縮流体発電機の発電方法及びその圧縮流体発電機は、翼１０４の翼先端側１０５のリーデイングエッジ１０６及び又は、トレーリングエッジ１０７の間にノズル搭載位置１０２が、ｄ１＝１ｍの位置にマッハ４の気流が得られるノズル、スロートの縦１．３ｍｍ、横９．１ｍｍの矩形形状、第１のノズル２０１を該ノズル噴射の噴出流が干渉しない間隔で該ノズルの噴射口をトレーリングエッジ１０７方向に向けて前記翼に搭載する。
【０１１４】
図３の風力発電機の翼に搭載したノズルと風力発電機の概念図を示すように、圧縮流体は、第２の圧縮流体注入口４０１から、翼外部圧縮流体貯蓄槽４０２に圧縮空気の補給を行う。
【０１１５】
翼外部圧縮流体貯蓄槽４０２から圧縮空気を第２の翼４０４の内部の配管を通じて、第３のノズル４０３に圧縮空気を送り、ノズルで圧縮空気流体の内部エネルギーを増幅させ、圧縮空気を加速させたエネルギーに転換し、前記ノズル噴出するエネルギーの反動で第２の翼４０４の推進力の運動エネルギーに変換させ、第２の翼４０４の１ｍ位置の搭載させた第３のノズル４０３の位置と主軸位置との輪軸の梃子比で更に第２の翼４０４の推進力の運動エネルギーを増幅させる。
【０１１６】
この時の増加された推進力の運動エネルギーは、マッハ４の気流が得られる１基のノズルで２．９×１０−４（ｋｇ／Ｓ）の質量流量となるのでニュートン力学の公式より推進力の運動エネルギーは、１／２×２．９×１０−４×｜４×３３１＋０．６×６．８５｜２となり０．２５６（ｋＷ）である。更に、輪軸の梃子比で１×０．２５６＝０．０２５××Ｆ２となり、Ｆ２＝１０．２４（ｋＷ）の運動エネルギーになる。翼の推進に必要な１枚翼の運動エネルギーが１０（ｋＷ）を超えるので、翼は推進するものである。
【０１１７】
従って、第２の翼４０４は第２の主軸４０６を回転させ第２の発電機（ナセル）４０６で３０（ｋＷ）発電することである。
【０１１８】
その手段として、ノズルは、小型で軽量のラバールノズルまたは、収縮拡大ノズル、CDノズル等のノズルを翼に搭載させ、圧縮流体をノズルに通過させることで得られる運動エネルギーを推進力として利用し、発電機の主軸を回転させる発電方法である。更に、ノズルに、ブレード内部の空洞を圧縮流体貯蓄槽として利用し、連続的に主軸を回転させる発電方法を特徴とする発電機である。
【０１１９】
上記のノズルは、ロケットエンジン等に適用される構造を小型化させたノズルである。圧縮流体を高効率で推進力と変換し、発電機の主軸を回転させ発電を行う方法を提供することである。また、翼内部に圧縮流体貯蓄槽を有することで連続的に圧縮流体をノズルに送ることができる。
【０１２０】
また、一般的な配管等による圧縮流体の供給では、翼と同時に回る配管供給システムであっても回転方向への摩擦抵抗が生じるので発電量の損失が生じる。この摩擦抵抗を発生させない方法として、翼内部の空洞に圧縮流体貯蓄槽を設けることである。
【０１２１】
翼のノズル搭載位置と主軸位置は、輪軸の関係となり、小さな力を大きな力に増幅する、梃子の原理が適用させる。また、風力発電機及び圧縮流体発電機の翼先端側１０５のリーデイングエッジ１０６及び又は、トレーリングエッジ１０７の間に搭載されるノズルの位置は、リーデイングエッジ側でも、トレーリングエッジ側でも良く、好適には、リーデイングエッジとトレーリングエッジの中間側であるが、テンソルに加える力を翼強度が維持できる位置であれば特に限定するものではない。
【０１２２】
翼にノズルを搭載させる位置は、主軸半径の１．０１倍から２０００倍の位置であることが好ましく、より好ましくは主軸半径の１．０２倍から１５００倍であることが好ましく、さらに好ましくは主軸半径の１．０３倍から１０００倍の範囲内である。上記範囲より大きいと、翼長が長くなり翼の製造が困難であり、上記範囲より小さいと、主軸の中心からノズルの位置までの距離が短くなり輪軸の梃子比が小さくなり、主軸を回転させる推進力を得ることが出来なくなり、適切な発電が得られないからである。
【０１２３】
ノズル噴出の合計質量流量が、０．００１ｇ／Ｓから１ｋｇ／Ｓの圧縮流体質量流量であることが好ましく、より好ましくは０．００５ｇ／Ｓから０．５ｋｇ／Ｓあることが好ましく、さらに好ましくは０．０１ｇ／Ｓから０．１ｋｇ／Ｓの範囲内である。上記範囲より大きいと、圧縮流体量が多く必要となり不経済であり、上記範囲より小さいと、翼の推進力が小さくなり、主軸を回転させる推進力を得ることが出来なくなり、適切な発電が得られないからである。
【０１２４】
ノズル噴出の平均速度が、３６ｍ／Ｓからマッハ１０の圧縮流体速度であることが好ましく、より好ましくは、５０ｍ／Ｓからマッハ８であることが好ましく、さらに好ましくは１００ｍ／Ｓからマッハ６の範囲内である。上記範囲より大きいと、ノズルの製造が困難であり、上記範囲より小さいと、翼の推進力が小さくなり、主軸を回転させる推進力を得ることが出来なくなり、適切な発電が得られないからである。
【０１２５】
ノズル素材としては、単位面積当たりの出力はロケットエンジンと同等となるので、強度を得るためには、好適に電気鋳造ラバールノズル等を使用する。しかしながら、ステンレス鋼や、ブレードと同材質のGFRP（ガラス繊維強化プラスチィク）、CFRP（炭素繊維強化プラスチィク）等でも強度を維持し壁面形状が精密であれば特に限定するものではない。
【０１２６】
本発明に用いられる翼素材としては、アルミニウム、ステンレス鋼、CFRP（炭素繊維強化プラスチィク）等で、主軸を回転させ得るに必要な強度と圧縮流体を安定的に供給するための圧縮流体貯蓄槽の強度があれば特に限定するものではない。
【０１２７】
本発明に用いられる翼の推進力としては、圧縮状態の空気、圧縮状態の水、圧縮状態の空気と水の混合物、圧縮状態の空気と微細なセラミックス紛体の混合物、液体窒素が気化して得られる圧縮流体、液体水素と液体酸素の燃焼で得られる圧縮流体、気体状態と液体状態と固体状態と燃焼状態のいずれか２状態以上の混合体等で、発電機の主軸を回転させ得るに必要な推進力を得る圧縮流体であれば特に限定するものではない。
【０１２８】
本発明に用いられる翼形状は、ブレード形状であっても、筒形状や球形状等であってもよく、発電機の主軸を回転させるに足りる形状や強度であれば特に限定するものではない。
【０１２９】
本発明に用いられる翼やノズルの数量は、発電に必要な運動エネルギーを確保できる数量であれば特に限定するものではない。
【０１３０】
また、本発明に用いられる発電機の主軸の翼に搭載されたノズルに、圧縮流体を安定的に供給するための圧縮流体貯蓄槽は、翼の空洞を利用しインテグラタンク等の構造とし圧縮流体を貯蓄させ、連続的に発電機の主軸を回転させ発電をおこなうものであれば特に限定するものではない。
【０１３１】
本発明に用いられる圧縮流体の流体としては、例えば、空気、水、窒素、水素、酸素、液体窒素、液体水素、液体酸素等が挙げられ、またこれらの混合物が挙げられる。中でも、圧縮流体は比較的汎用性があることが好ましい。低コストで運動エネルギーを得ることができるからである。このような流体としては、例えば、空気、水、窒素、液体窒素、液体水素、液体酸素等を挙げることができ、特に空気が好ましい。
【０１３２】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【０１３３】
１０１ ノズルの搭載位置
１０２ 主軸中心
１０３ ノズルの周回軌道方向
１０４ 翼
１０５ 翼先端側
１０６ リーデイングエッジ
１０７ トレーリングエッジ
ｄ１
支点とテンソルの距離
ｄ２ 支点と作用点の距離
Ｌ  翼の長さ
Ｄ  主軸の直径
２０１ 第１の圧縮流体注入口
２０２ 翼内部圧縮流体貯蓄槽
２０３ 第１の配管
２０４ 翼の上下面に搭載させたノズル
２０５ 第１の軌道方向
２０６ 第１の翼
２０７ 第１の主軸
２０８ 第１の発電機（ナセル）
３０１ 第１の圧縮流体
３０２ 第１のバルブ
３０３ 第１の調整後の圧縮流体
３０４ 第１のノズル
３０５ 第１の調整後の圧縮流体を加速させたエネルギー
３０６ 第１の噴出のエネルギー
３０７ 第２のバルブ
３０８ 第２の調整後の圧縮流体
３０９ 第２のノズル
３１０ 第２の調整後の圧縮流体を加速させたエネルギー
３１１ 第２の噴出のエネルギー
３１２ 調整用シャフト
３１３ 調整用油圧機
４０１ 第２の圧縮流体注入口
４０２ 翼外部圧縮流体貯蓄槽
４０３ 第３のノズル
４０４ 第２の翼
４０５ 第２の軌道方向
４０６ 第２の主軸
４０７ 第２の発電機（ナセル）
５０１ 第２の圧縮流体
５０２ 第２の翼の内部
５０３ 第２の配管
５０４ 第３のバルブ
５０５ 第３の調整後の圧縮流体
５０６ 第３の調整後の圧縮流体を加速させたエネルギー
５０７ 第３の噴出のエネルギー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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