(57)【要約】  【課題】風力エネルギーを位置エネルギーに変換して貯めておくことができ、発電機を駆動する大きなトルクが得られ、容易に出力電力を平滑化させることができ、無停止発電が容易に実用でき、コンパクトな設備でコストが安くつく風力発電装置。  【解決手段】風車でエアコンプレッサを駆動して高圧気体を圧力タンクに溜めて蓄圧し該圧力タンクから複数の気体加圧型液圧シリンダに供給して作動液体を加圧し、一の気体加圧型液圧シリンダの作動液体を液圧モータに給送し、該液圧モータを駆動して該液圧モータにより発電機を駆動して発電し、該一の気体加圧型液圧シリンダの作動液体の排出が完了する時点で、作動液体が貯留されている他の気体加圧型液圧シリンダに切り替えて作動液体の液圧モータへの供給を継続して発電機の発電を継続するとともに、前記一の気体加圧型液圧シリンダに対して作動液体を貯留する。  【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車でエアコンプレッサを駆動して高圧気体を圧力タンクに溜めて蓄圧し該圧力タンクからピストンロッドを有しない複数の気体加圧型液圧シリンダに供給して該気体加圧型液圧シリンダに貯留してある作動液体を加圧し、作動液体が貯留されている一の気体加圧型液圧シリンダの作動液体を液圧モータに給送し、該液圧モータを駆動して該液圧モータにより発電機を駆動して発電し、該一の気体加圧型液圧シリンダの作動液体の排出が完了する時点で、液圧モータを駆動するための作動液体の供給を、開閉弁の切り替えにより、作動液体が貯留されている他の気体加圧型液圧シリンダに切り替えて作動液体の液圧モータへの供給を継続して発電機の発電を継続するとともに、作動液体が排出した前記一の気体加圧型液圧シリンダに対して高圧気体を逃がして作動液体を貯留し貯留後に圧力タンクから高圧気体を再供給する構成であることを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
気体加圧型液圧シリンダは、ピストンがストロークできる大径シリンダ室と、小径シリンダ室を有して、大径シリンダ室内をピストンがストロークできるようになっており、小径シリンダ室に圧縮気体が流入してピストンに関して小径シリンダ室とは反対側の大径シリンダ室内に貯留される作動液体が圧縮気体の圧力で送り出されるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、風の有無、強弱に関係なく発電が平坦に途切れなく行うことができる風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の風力発電は、風車の回転を回転調節装置（ディスクブレーキ）と回転伝達装置を介して発電機のロータに伝えて発電する方法である。
この方法は、風の強さによる回転数の調節をディスクブレーキにより行って強風時と弱風時における発生電力の差を克服することが行われている。
この方法は、有効な蓄電技術が存在しないことや、強風続きでブレーキをかけすぎてディスクブレーキの発熱に起因して火災が発生すること、台風のような強風時には回転伝達系を切断して発電停止する、又、無風時にも発電停止する、といった問題点がある。現状では、平坦で無停止発電が非常に困難である。
風車で発電機を駆動する以外の方法としては例えば下記のものがある。
【特許文献１】特開２００３−２７８６４０号公報
【特許文献２】特開２００２−０７０７１９号公報
【特許文献３】特開平１１−３５１１２５号公報
【特許文献４】特開平１１−３５１１１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本願発明は、風力エネルギーを圧力エネルギーに変換して貯めておくことができ、発電機を駆動する大きなトルクが得られ、容易に出力電力を平滑化させることができ、無停止発電が容易に実用でき、コンパクトな設備でコストが安くつく風力発電装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本願発明は、風車でエアコンプレッサを駆動して高圧気体を圧力タンクに溜めて蓄圧し該圧力タンクからピストンロッドを有しない複数の気体加圧型液圧シリンダに供給して該気体加圧型液圧シリンダに貯留してある作動液体を加圧し、作動液体が貯留されている一の気体加圧型液圧シリンダの作動液体を液圧モータに給送し、該液圧モータを駆動して該液圧モータにより発電機を駆動して発電し、該一の気体加圧型液圧シリンダの作動液体の排出が完了する時点で、液圧モータを駆動するための作動液体の供給を、開閉弁の切り替えにより、作動液体が貯留されている他の気体加圧型液圧シリンダに切り替えて作動液体の液圧モータへの供給を継続して発電機の発電を継続するとともに、作動液体が排出した前記一の気体加圧型液圧シリンダに対して高圧気体を逃がして作動液体を貯留し貯留後に圧力タンクから高圧気体を再供給する構成であることを特徴とする風力発電装置を提供することにある。
本願発明は、気体加圧型液圧シリンダは、ピストンがストロークできる大径シリンダ室と、小径シリンダ室を有して、大径シリンダ室内をピストンがストロークできるようになっており、小径シリンダ室に圧縮気体が流入してピストンに関して小径シリンダ室とは反対側の大径シリンダ室内に貯留される作動液体が圧縮気体の圧力で送り出されるようになっていることが好ましい。
【発明の効果】
【０００５】
本願発明は、（１）風力エネルギーを圧力エネルギーに変換して貯めておくことができ、無停止発電が容易に実用できる。（２）気体加圧型液圧シリンダの大きさによって液圧モータを駆動する作動液体の液圧を決めることができ、発電機を駆動する大きなトルクが得られる。（３）複数の気体加圧型液圧シリンダの作動液体を液圧モータへ供給するようにしても、気体加圧型液圧シリンダの径を同一にすれば、液圧モータに作用する液圧は脈圧が全く生じないので開閉弁の切り替えのタイミングが容易になり、出力電力を容易に平滑化させることができる。（４）油圧シリンダを大きくして高強度に作れば、錘を大きくすることができ、高圧気体の供給量を大きくとれて高圧気体の圧力を錘の大きさに設定することができ、コンパクトな設備で大きな電力が得られ、設備コストが安くつく。（５）極めて平坦に適切な圧力の高圧気体を液圧モータに継続して供給できるから、発電機の電力を途切れなく、高効率で、一定に得られる。（６）請求項２の構成の気体加圧型液圧シリンダを用いると、気液分離が行えて気体が液管に侵入せず、また、作動液体が気管に侵入しないので、停止事故が未然に回避される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本願を実施するための最良の形態にかかる発明の風力発電装置を図に示す。
図１において、１はタワー、２は風車、３は回転伝達機構、４はクラッチ、５はエアコンプレッサ、６は圧力タンク、７ａ,７ｂ,７ｃはピストンロッドを有しない気体加圧型気体加圧型液圧シリンダ、８は液圧モータ（油圧モータ）、９は発電機、１０は一次側高圧気体給送管、１１は二次側高圧気体給送管、１２は安全弁、１３ａ,１３ｂ,１３ｃは高圧気体用自動開閉弁、１４ａ,１４ｂ,１４ｃは逆止弁、１５ａ,１５ｂ,１５ｃは気体脈動圧除去用補助タンク、１６ａ,１６ｂ,１６ｃは高圧気体大気放出用自動開閉弁、１７は液送り管、１８は送り側自動開閉弁、１９は液戻り管、２０は戻り側自動開閉弁、２１ａ,２２ａ,２３ａはピストンが上限位置に上昇したことを検出するセンサ、２１ｂ,２２ｂ,２３ｂはピストンが下限位置に下降したことを検出するセンサである。作動液体に油を用いるときは、送り側自動開閉弁と戻り側自動開閉弁は電磁弁とされる。作動液体に水を用いるときは、送り側自動開閉弁と戻り側自動開閉弁は電動弁と電磁弁のいずれでも良い。
【０００７】
図２に示すように、気体加圧型液圧シリンダ７ａ,７ｂ,７ｃは、ピストンがストロークできる大径シリンダ室７１と、小径シリンダ室７２を有して、大径シリンダ室７１内をピストン７３がストロークできるようになっており、小径シリンダ室７２に圧縮気体が流入してピストン７３に関して小径シリンダ室７２とは反対側の大径シリンダ室７３内に貯留される作動液体が圧縮気体の圧力で送り出されるようになっている。
この構造は、ピストン７３により作動液体と圧縮気体とを分離し、ピストン７３が上昇しているときの圧縮気体のシリンダ室容積を大きく確保してピストン７３が下降していっても圧縮気体の圧力が大きく下がらないようになっていて、気体が液管に侵入せず、また、作動液体が気管に侵入しないので、停止事故が未然に回避される。
【０００８】
図１に戻り説明する。エアコンプレッサ５は、風車２で風力から得る回転エネルギーを回転伝達機構３、クラッチ４を介して伝達され駆動され高圧気体を一次側高圧気体給送管１０を介して圧力タンク６に溜めて蓄圧する。
圧力タンク６に貯留される高圧気体は、二次側高圧気体給送管１１を介してピストンロッドを有しない複数の気体加圧型液圧シリンダ７ａ,７ｂ,７ｃに供給されシリンダ内の作動液体が加圧される。
所要順序により開閉弁の開閉が行われることにより、作動液体が貯留されている一の気体加圧型液圧シリンダの作動液体が高圧気体に加圧作用により液圧モータ８に給送される。従って、作動液体の給送により液圧モータ８が駆動して該液圧モータ８により発電機９が駆動して発電するようになっている。
一の気体加圧型液圧シリンダの作動液体の排出が完了する時点で、液圧モータ８を駆動するための作動液体の供給を、開閉弁の切り替えにより、作動液体が貯留されている他の気体加圧型液圧シリンダに切り替えて作動液体の液圧モータ８への供給を継続して発電機９の発電を継続するとともに、作動液体が排出した前記一の気体加圧型液圧シリンダに対して高圧気体を逃がして作動液体を貯留し貯留後に圧力タンク６から高圧気体を再供給するようになっている。
【０００９】
図示しない制御装置によって、クラッチ４、高圧気体用自動開閉弁１３ａ,１３ｂ,１３ｃ、高圧気体大気放出用自動開閉弁１６ａ,１６ｂ,１６ｃ、送り側自動開閉弁１８、戻り側自動開閉弁２０、センサ２１ａ,２１ｂ、２２ａ,２２ｂ、２３ａ,２３ｂが制御される。
クラッチ４は、台風時のような強すぎる風があるときには、接続を解除するように制御される。
センサ２１ａ,２１ｂ、２２ａ,２２ｂ、２３ａ,２３ｂの信号は、自動弁の順次の切り替え制御に使用される。
【００１０】
気体加圧型液圧シリンダを７ａ―７ｂ―７ｃの順で作動液を液圧モータ８に供給する場合の制御について以下に説明する。
（１）今、作動液体の充填されている状態を次ぎのように設定する。気体加圧型液圧シリンダ７ａ,７ｂの大径シリンダ室７１に作動液体が一杯に貯留され、ピストン７３が大径シリンダ室７１の上限位置にあるものとする一方、気体加圧型液圧シリンダ７ｃの大径シリンダ室７１に作動液体が貯留されておらず、ピストン７３が大径シリンダ室７１の下限位置にあるものとする。
（２）制御器は、一番最初、弁１３ａ,１３ｂ,１６ｃを「開」、弁１３ｃ, 弁１６ａ,１６ｂを「閉」にするとともに、弁１８ａ,２０ｃを「開」、弁１８ｂ,１８ｃ, ２０ａ,２０ｂを「閉」にして、クラッチ４を接続する。すると、圧力タンク６から高圧気体が二次側高圧気体給送管１１を通して気体加圧型液圧シリンダ７ａ,７ｂに送られるから、気体加圧型液圧シリンダ７ａの作動液体が液圧モータ８へ給送される。液圧モータ８を通った作動液体は、気体加圧型液圧シリンダ７ｃに流入してピストン７３が持ち上がっていき、エアが弁１６ｃから放出される。気体加圧型液圧シリンダ７ａのピストン７３が下限位置に来ると、気体加圧型液圧シリンダ７ｃのピストン７３が上限位置に来るようになっていて、それぞれセンサ２１ｂ、２３ａにより検出される。
（３）次ぎに、制御器は、弁１３ａを「閉」に、弁１６ａを「開」に、弁２０ａを「開」に、弁１８ｂを「開」に、弁１６ｃを「閉」に、弁１３ｃを「開」に、弁２０ｃを「閉」にする。すると、気体加圧型液圧シリンダ７ｂの作動液体が液圧モータ８へ給送される。液圧モータ８を通った作動液体は、気体加圧型液圧シリンダ７ａに流入してピストン７３が持ち上がっていき、エアが弁１６ａから放出される。気体加圧型液圧シリンダ７ｂのピストン７３が下限位置に来ると、気体加圧型液圧シリンダ７aのピストン７３が上限位置に来るようになっていて、それぞれセンサ２２ｂ、２１ａにより検出される。
（４）次ぎに、制御器は、弁１３ｂを「閉」に、弁１６ｂを「開」に、弁２０ｂを「開」に、弁１８ｃを「開」に、弁１６aを「閉」に、弁１３ａを「開」に、弁２０ａを「閉」にする。すると、気体加圧型液圧シリンダ７ｃの作動液体が液圧モータ８へ給送される。液圧モータ８を通った作動液体は、気体加圧型液圧シリンダ７ｂに流入してピストン７３が持ち上がっていき、エアが弁１６ｂから放出される。気体加圧型液圧シリンダ７ｃのピストン７３が下限位置に来ると、気体加圧型液圧シリンダ７ｂのピストン７３が上限位置に来るようになっていて、それぞれセンサ２３ｂ、２２ａにより検出される。
以後も、制御器は、上記の動作順になるように制御する。
なお、上記の開閉弁１８ａ,１８ｂ,１８ｃの開閉のタイミングについて、同時にいずれも開となる時間が数秒あってもパスカルの定理から、液圧モータ８へ給送される高圧気体の液圧は変化しない。
【００１１】
風車２はタワー１に設けられていることに限定しない。風車２とエアコンプレッサ５はクラッチ４を介して直結されていても良い。気体加圧型液圧シリンダは２本あれば足りる。風車２とエアコンプレッサ５と気体加圧型液圧シリンダ７ａを一組として二組備えていて、２本の気体加圧型液圧シリンダの高圧気体が切り替え式に液圧モータ８に給送されるようになっていても良い。液圧モータ８は、ギヤ型、ベーン型、ピストン型のいずれであっても良い。設備の配列について、エアコンプレッサ５と液圧モータ８と発電機９を集合して配置し、気体加圧型液圧シリンダ７ａ,７ｂ,７ｃを抱き合わせて配置すると、配管がコンパクトになる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本願発明の風力発電装置を示す概念図。
【図２】本願発明の風力発電装置の構成要素の気体加圧型液圧シリンダを示す断面図。
【符号の説明】
【００１３】
１・・・タワー、２・・・風車、３・・・回転伝達機構、４・・・クラッチ、５・・・エアコンプレッサ、６・・・圧力タンク、７ａ,７ｂ,７ｃ・・・気体加圧型気体加圧型液圧シリンダ、８・・・液圧モータ、９・・・発電機、１０・・・一次側高圧気体給送管、１１・・・二次側高圧気体給送管、１２・・・安全弁、１３ａ,１３ｂ,１３ｃ・・・高圧気体用自動開閉弁、１４ａ,１４ｂ,１４ｃ・・・逆止弁、１５ａ,１５ｂ,１５ｃ・・・気体脈動圧除去用補助タンク、１６ａ,１６ｂ,１６ｃ・・・高圧気体大気放出用自動開閉弁、１７・・・液送り管、１８・・・送り側自動開閉弁、１９・・・液戻り管、２０・・・戻り側自動開閉弁、２１ａ,２２ａ,２３ａ,２１ｂ,２２ｂ,２３ｂ・・・センサ、
【図１】
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【図２】
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