(57)【要約】  本発明は発電システムに関する。発電システム（１００）は圧縮空気源（１０２）、気流加速器（１０４）、複数の圧力制御ユニット、第一の発電ユニット（１０８−１１４）で構成する複数の発電ユニット、少なくとも１つのレジューサ（１１６）、排気機構（１２５）から構成される。第一の発電ユニットは空気吹き出し装置（１０８）、複数の案内羽根（１１０）、タービン（１１２）、発電装置（１１４）から構成される。排気機構（１２５）は増幅器（１２４）、第二の圧力制御ユニット（１２６）から構成される。各発電ユニットの発電量をバスバー（１３２）で受ける。入力電力（１３８）は発電システム（１００）に投入され、発電システム（１００）が出力電力（１４０）を発電する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電システム（１００）であって、
圧縮空気源（１０２）と；
前記圧縮空気源（１０２）の下流に配置され、前記圧縮空気源（１０２）と流体接続され、前記圧縮空気源（１０２）から受けた気流を加速する気流加速器（１０４）と；
前記気流加速器（１０４）の下流に配置され、前記気流加速器（１０４）から受けた気流を加速する前記気流加速器（１０４）と流体接続された第一の圧力制御ユニット（１０６）と；
前記第一の圧力制御ユニット（１０６）の下流に配置され、前記第一の圧力制御ユニット（１０６）から来る高速気流を受けるように前記第一の圧力制御ユニット（１０６）と流体接続されて発電する少なくとも二個の発電ユニットと；
前記発電ユニットを出て後続発電ユニットに入る気流を加速する２つの連続する発電ユニットの間に配置した少なくとも１つのレジューサ（１１６）と；
前記少なくとも二個の発電ユニットの最後尾のユニットと流体接続された、前記発電ユニットから来る気流を周囲に排気しやすいようにするための排気機構（１２５）と、を備え；
起動時の状態では、前記圧縮空気源（１０２）はシステムが稼働するまで外部電源で駆動され、続いて、前記圧縮空気源（１０２）はシステムの発電した電力で駆動されることを特徴とする発電システム。
【請求項２】
前記発電ユニットがさらに、
前記第一の圧力制御ユニット（１０６）と流体接続され、空気流量を減らすように構成されている空気吹き出し装置（１０８）と；
前記空気吹き出し装置（１０８）の下流に配置され、気流の方向を定めるように構成された複数の案内羽根（１１０）と；
前記複数の案内羽根（１１０）の下流に配置され、前記複数の案内羽根（１１０）と流体接続されたタービン（１１２）であって、前記タービン（１１２）は前記複数の案内羽根（１１０）から来る方向付けられた気流を受けるように構成されている；
前記タービン（１１２）と連結され、回転式機械的駆動力を発電用の前記タービン（１１２）から受ける発電装置（１１４）を備えることを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
【請求項３】
前記タービン（１１２）と流体接続された少なくとも１つのコンプレッサー（１２８）およびタービン内の背圧発生を防止する前記圧力制御装置（１０６）を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の発電システム。
【請求項４】
前記排気設備（１２５）が、
前記発電ユニットの最後尾と流体接続され、増幅器（１２４）に入る気流を減速するように構成されたダイバータノズルである増幅器（１２４）と；
前記増幅器（１２４）の下流に配置され、はシステムから空気を周囲に排出するように構成された排気装置である前記第二の圧力制御ユニット（１２６）を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
【請求項５】
前記発電ユニットのジェネレーター（１１４）とコントロールパネル（１３４）と連結されたバスバー（１３２）と、前記発電ユニットで発電される電力に基づいて前記発電システム（１００）への電源供給を制御するように構成されている前記コントロールパネル（１３４）を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
【請求項６】
前記コントロールパネル（１３４）と連結された切替スイッチ（１３６）と、前記発電システム（１００）の駆動エネルギーを外部電源から本発電システムで生産された電力に切り替えるように構成された前記切替スイッチ（１３６）を更に備えることを特徴とする請求項４に記載の発電システム。
【請求項７】
前記圧縮空気源（１０２）がモーター駆動ブロワーであることを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
【請求項８】
前記気流加速器（１０４）が円錐形であることを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
【請求項９】
前記レジューサ（１１６）が断面積が逓減し、気流圧力と速度を増やすことを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発電分野に関する。より具体的には、本発明は風力発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電力需要は工業発展にともない指数的に増大してきた。増大し続けるこうした電力需要を賄うため、様々な再生エネルギー源が利用されている。利用可能な再生エネルギー源のなかで風力は清浄であり、無限のエネルギー源である。
【０００３】
従来式風力発電システムは自然の連続する風の流れに依存する。風を使用してタービンを駆動して発電する。さらに、最適な電力量を生み出すには発電可能な速度の一貫した風の流れが必要である。典型的に、特定の地点において風力が利用可能であるかは内生的であり予測できない。このような風の流れが予測を許さない本質を持つので従来式システムによる発電は制御されていない。このように、発電量より多い電力需要を賄うには不十分なことが多い従来式システムに依存することはできない。
【０００４】
従って、従来式システムのこうした不利な点を緩和する風力発電システムの必要性があるものと認識される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的の一部は少なくとも１つの実施例を本明細書において取り上げることで十分であるが、以下のものである。
【０００６】
天候に左右されない発電システムを提供することが本発明の目的である。
【０００７】
人工風力を利用して定常的に連続発電をする発電システムを提供することが本発明のさらにもう一つの目的である。
【０００８】
本発明のその他の目的と優位性は次の説明によってさらに明らかとなるが、本発明の範囲をこれに限定することは意図されていない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は発電システムを提供する。発電システムは空気の供給用圧縮空気源から構成される。気流加速器は圧縮空気源の下流に配置され、圧縮空気源から受けた気流を加速する圧縮空気源と流体接続されている。
【発明の効果】
【００１０】
第一の圧力制御ユニットは気流加速器の下流に配置され、気流加速器から受けた気流を加速する気流加速器と流体接続されている。
【００１１】
少なくとも二個の発電ユニットは第一の圧力制御ユニットの下流に配置され、第一の圧力制御ユニットと流体接続されており、第一の圧力制御ユニットから来る高速気流を受けることにより発電する。
【００１２】
少なくとも１つのレジューサは発電ユニットを出て後続発電ユニットに入る気流を加速する２つの連続する発電ユニットの間で稼働するように配置されている。
排気機構は発電ユニットから来る気流を周囲に排気しやすいように少なくとも二個の発電ユニットの最後尾のユニットと流体接続されている。発電システムが稼働するまで起の動時の状態では、圧縮空気源は外部電源で駆動されるが、稼働後は、圧縮空気源は発電システムの発電した電力で駆動される。
【００１３】
一つの実施形態において、発電ユニットは、中を通過する空気流量を削減するように構成され第一の圧力制御ユニットと流体接続された空気吹き出し装置から構成される。複数の案内羽根は空気吹き出し装置の下流に配置され、気流に方向付けるように構成されている。タービンは複数の案内羽根の下流に配置され、複数の案内羽根と流体接続されている。タービンは複数の案内羽根から来る方向付けられた気流を受けるように構成されている。発電装置はタービンと連結され、発電タービンによる機械的駆動力を受けるように構成されている。
【００１４】
もう一つの実施形態において、発電システムはさらに、タービンと流体接続された少なくとも１つのコンプレッサーおよびその内部に背圧発生を防止するための圧力制御装置から構成される。
もう一つの実施形態において、排気機構は最後尾の発電ユニットと流体接続されている増幅器から構成され、ここに、増幅器は増幅器に入る気流を減速するように構成されたダイバータノズルである。第二の圧力制御ユニットは増幅器の下流に配置され、ここに、第二の圧力制御ユニットは発電システムから空気を周囲に排出するように構成された排気装置である。
【００１５】
一つの実施形態において、発電システムはさらに、発電ユニットのジェネレーターと、発電ユニットで作られる電力を使用して発電システムへの給電制御をするように構成されたコントロールパネルと連結されたバスバーから構成される。
【００１６】
発電システムはさらに切替スイッチと連結されたコントロールパネルから構成される。切替スイッチは外部電源から本発電システムで生産された電力に発電システム駆動電源を切り替えることを目的とする。
【００１７】
一つの実施形態において、圧縮空気源はエアーブロワーであってよい。もう一つの実施形態において、エアーブロワーはモーター駆動ブロワーである。一つの実施形態において、気流加速器は円錐形である。もう一つの実施形態において、レジューサは断面積が逓減し、気流の圧力を上げまた加速する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態による排ガス再循環発電システムのブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明による発電システム（以下「発電システム１００」と称する）を図１を参照しつつ説明する。
【００２０】
発電システム１００は圧縮空気源１０２、気流加速器１０４、複数の圧力制御ユニット、少なくとも二個の発電ユニット、少なくとも１つのレジューサ１１６、排気機構１２５から構成される。
【００２１】
圧縮空気源１０２は発電ユニット所に定速度で給気するための開始装置である。一つの実施形態において、圧縮空気源１０２はモーター駆動エアーブロワーであってよい。圧縮空気源１０２は高圧高速の気流を供給するように構成されている。さらに、一基以上の圧縮空気源１０２を設置して発電システム１００への給気を開始してもよい。本発明に従い、圧縮空気源１０２は起動中は外部電源により駆動され、起動後は圧縮空気源１０２は発電システムが発電した電力で駆動される。
【００２２】
気流加速器１０４は圧縮空気源１０２の下流に配置され、圧縮空気源１０２と流体接続されている。気流加速器１０４は圧縮空気源１０２から受けた気流を加速するように構成されている。一つの実施形態において、気流加速器１０４は円錐形であり、これが出口で、気流加速器１０４の入口に圧縮空気源１０２から来る気流速度よりはるかに高速でジェット気流を供給しやすくする。
【００２３】
第一の圧力制御ユニット１０６は気流加速器１０４の下流に配置され、気流加速器１０４と流体接続されている。第一の圧力制御ユニット１０６は気流加速器１０４から受けた気流を加速するように構成されている。第一の圧力制御ユニット１０６はダクト内の複数のノズルから構成され、ここに、ノズルから噴き出る気流速度は用途別の要件に変えることができる。気流加速器１０４から気流が出るにともない、気流加速器１０４出口での気圧は気流加速器１０４の入口における気圧より低いので、気流加速器１０４（下流圧力と同義に表記する）の中に低圧部分が発生する。さらに、気流加速器１０４の下流へ向かう空気の質量流量は一定でないので、第一の圧力制御ユニット１０６内にも背圧が発生する。こうして発生する背圧を凌駕するため、コンプレッサー１２８は第一の圧力制御ユニット１０６と連結されている。コンプレッサー１２８から第一の圧力制御ユニット１０６へ向かって流入する圧縮空気により気流速度が定常的となり、背圧は発生しなくなる。
【００２４】
発電ユニット（１０９−１２２）は第一の圧力制御ユニット１０６の下流に配置され、第一の圧力制御ユニット１０６と流体接続されている。発電ユニット（１０９−１２２）は第一の圧力制御ユニット１０６から高速の気流を受けて発電するように構成されている。第一の発電ユニット（１０８−１１４）は第一の圧力制御ユニット１０６と連結されている。第一の発電ユニット（１０８−１１４）は空気吹き出し装置１０８、複数の案内羽根１１０、タービン１１２、発電装置１１４から構成される。減圧された空気は気流加速器１０４から排出され、空気エネルギーを保持するための第一の発電ユニット（１０８−１１４）に送られる。タービン１１２は空気管により空気吹き出し装置１０８と連結されている。
【００２５】
第一の空気吹き出し装置１０８は第一の圧力制御ユニット１０６と流体接続され、このユニットを通る空気流量を削減するように構成されている。空気の量が減るので、高圧高速を特徴とする。空気吹き出し装置１０８から来る高圧高速の気流は空気管に送られ、ここに、案内羽根１１０が気流をタービン１１２に向かわせる。タービン１１２はコンプレッサー１２８と連結されたもう一つの圧力制御ユニット１２６と連結され、気流を後続発電ユニットに送るが、背圧は発生しない。
【００２６】
複数の案内羽根１１０は空気吹き出し装置１０８の下流に配置され、気流方向を定めるように構成されている。複数の案内羽根１１０が空気管の中に配置されており、気流を所定速度でタービン１１２の複数のランナーブレードに吹き付ける。
【００２７】
タービン１１２は複数の案内羽根１１０の下流に配置され、複数の案内羽根１１０と流体接続されている。タービン１１２は複数の案内羽根１１０から来る方向付けられた気流を受けるように構成されている。タービン１１２に複数の拡散羽根が装備されており、ここに、タービン１１２のランナーブレードに沿って空気が広がることにより気圧が大きく下がる。さらに、タービン１１２は第一の発電装置１１４と連結されている。
【００２８】
第一の発電装置１１４はタービン１１２と連結され、発電タービン１１２からの回転式機械的駆動力を受けるように構成されている。
【００２９】
さらに、バスバー１３２は発電ユニットのジェネレーター（１０９−１２２）およびコントロールパネル１３４と連結され、ここに、コントロールパネル１３４は発電ユニット（１０９−１２２）で作られる電力に基づいて発電システム１００への給電制御をするように構成されている。各発電ユニット（１０９−１２２）は空気吹き出し装置１０８、複数の案内羽根１１０、タービン１１２、発電装置１１４から構成される。
【００３０】
第一のレジューサ１１６は２つの連続する発電ユニットの間に配置され、発電ユニットを出て後続発電ユニットに入る気流を加速する。空気圧が下がった空気が第一のレジューサ１１６に送られる。第一のレジューサ１１６は断面積が逓減するので、高圧高速の気流を入力空気に供給しやすくする。この高圧高速気流は第二の発電ユニット１１８の第二の空気吹き出し装置（図示されない）に送られて発電する。第二の発電ユニット１１８からの排気は第三の発電ユニット１２０へ進み発電に投入される。同様に第三の発電ユニット１２０と第四の発電ユニット１２２も続いて発電に投入される。
【００３１】
排気機構１２５は増幅器１２４および第二の圧力制御ユニット１２６から構成される。増幅器１２４は第四の発電ユニット１２２のタービン１１２と流体接続され、増幅器１２４は増幅器１２４に入る気流を減速するように構成されたダイバータノズルである。第二の圧力制御ユニット１２６は増幅器１２４の下流に配置され、ここに、第二の圧力制御ユニット１２６は排気装置である（図示されない）。排気装置は発電システム１００から周囲に排気するように構成されている。一つの実施形態において、排気装置は排気ファンであってよい。
【００３２】
さらに、切替スイッチ１３６はコントロールパネル１３４と連結されている。切替スイッチ１３６は発電システム１００の駆動エネルギーを外部電源から本発電システムで生産された電力に切り替えるように構成されている。切替スイッチ１３６は圧縮空気源１０２、コンプレッサー１２８、第二の圧力制御ユニット１２６に接続され、ここに、切替スイッチ１３６は入力電力１３８を制御するように構成されている。発電システム１００が所定の電力を発電するようになると、切替スイッチ１３６が外部電源から遮断する。
【００３３】
切替スイッチ１３６が外部電源を遮断すると、発電システム１００は独立稼働する。さらに、発電システム１００が稼働すると、本発明による発電システム１００は自足式で機能する。起動状態の後にこうなることを銘記しておく。
【００３４】
さらに、発電システム１００を一貫して維持される圧力は１ｂａｒすなわち大気圧より高い。より具体的には、圧縮空気源１０２が大気を発電システム１００に送り、さらにコンプレッサー１２８が追加の圧縮空気を圧力制御ユニット、タービン、発電ユニットなど必要なコンポーネントに送り、発電システム内の背圧発生を阻止する。さらに、発電システム１００内部の各タービン１１２手前の圧力は、タービン１１２後の下流圧力より高いので、タービンを通る気流速度が速くなる。
【００３５】
一つの実施形態において、発電システム１００は最適に機能するため６００ｋＷの入力電力１３８が必要である。発電システム１００の各発電ユニットの発電能力は４００ｋＷである。さらに、発電システム１００の合計発電能力は１６００ｋＷとなる。しかし、発電システム１００の出力電力１６００ｋＷ（１４０）のうち６００ｋＷは、コンプレッサー１２８、圧縮空気源１０２のスターターモーター、各圧力制御ユニットなどの発電システム１００のコンポーネント駆動に使用される。各圧力制御ユニットの稼働に９０ｋＷを消費する。ブロワーモーターは圧縮空気源１０２の駆動に１８０ｋＷを消費する。コンプレッサー１２８の稼働には２７５ｋＷを消費する。さらに、コントロールパネル１３４およびその他の発電システム１００コンポーネントの稼働に必要な電力は５５ｋＷである。このため発電システム１００の正味出力電力はおよそ１０００ｋＷとなる。以上に取り上げた値は概数値と見なすべきである。コンポーネントの発電量や消費電力は変動し、上記の値に限定されるわけではない。
【００３６】
従って、本発明による発電のために従来式風力を利用する限界を解消する人工気流を使用して発電する。
【００３７】
上記に説明された本発明は、以下の特性を有する発電システムの実現に限らずこれを含む数個の技術的進歩を有する：
天気に左右されない
人工風力を利用して一定連続的に発電する。
上述の実施形態ならびにこれらの有する多様な特長および優位性の詳細を限定することのない実施形態を参照することによって次に説明する。確立している既存の態様、成分や分子生物学技術についての説明は省略し、本発明の実施形態についての理解を不要に困難にしないようにした。
【００３８】
前記の具体的実施形態は本発明の実施形態が持つ一般的性質を十分に表すので、現状の知識を適用することにより他者は前記の一般的概念から乖離することなく前記の具体的実施例を異なる用途のために変更および／または適合することができる。従って、同適合や変更は本発明の実施形態と同等の物としての意味およびその範囲で理解されることが意図されるべきであり、意図されている。本明細書に使用されている句節の用法や用語は説明目的のためであり、限定するために使用されてはいない。従って、本明細書に記載された実施例は優先実施例に基いて説明されていると同時に、同分野の技能を有する者は本明細書に記載された実施例が本明細書で説明された実施例の意図および範囲で変更しても実現可能であることが認められる。さらに、上述の明細説明が開示のための説明としてのみ解釈されるべきであり、これに制限するものとして解釈されてはならないことが明確に理解されていることを前提する。
【００３９】
本発明の原理をすでに記述された実施形態を参照しつつ説明し、図解した上、同説明済み実施形態が本発明の原理から乖離せずに配置や詳細を変できることを認識しうる。
【００４０】
本発明の特定の特長を相当強調してきたが、異なる修正を行うことができ、また、発明の原理から乖離することなく、優先実施形態には多くの変更が可能である。本発明または優先実施形態の特質を修正できることは本発明分野の専門的技能を有する者には明らかであって、この際、以上の説明的事項が単に本発明を説明するためのものであり、限定的なものとして解釈されてはならないことを明確に理解する必要がある。
【符号の説明】
【００４１】
１００    発電システム
１０２    圧縮空気源
１０４    気流加速器
１０６    第一の圧力制御ユニット
１０８    第一の空気吹き出し装置
１０９    第一の発電ユニット
１１０    案内羽根
１１２    第一のタービン
１１４    第一の発電装置
１１６    第一のレジューサ
１１８    第二の発電ユニット
１２０    第三の発電ユニット
１２２    第四の発電ユニット
１２４    増幅器
１２５    排気機構
１２６    第二の圧力制御ユニット
１２８    コンプレッサー
１３２    バスバー
１３４    コントロールパネル
１３６    切替スイッチ
１３８    入力電力
１４０    出力電力
【図１】
2021507161.tif 000003
【国際調査報告】
2021507161.tif 000004
2021507161.tif 000005