(57)【要約】  【課題】風力エネルギーを位置エネルギーに変換し、さらに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、風力を動力源とする発電装置。  【解決手段】風力駆動される液圧ポンプが第一作動液体をマスターシリンダに給送して錘を持ち上げ、開閉弁の切り替えにより、錘がマスターシリンダのピストンを押し下げさらにスレーブシリンダのピストンを押し下げる。スレーブシリンダに取り込まれて錘で加圧された第二作動液体である導電性流体をスレーブシリンダと逆止弁を介して連通接続され圧送される導電性流体が圧力ヘッダーに給送され、該圧力ヘッダーから圧送する導電性流体を電磁流体発電機へ給送して電磁流体発電を行い、さらに電磁流体を回転発電機と接続された液圧モータへ給送して回転発電機で発電を行う。  【選択図】図１
2005348582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力によって駆動される液圧ポンプが第一作動液体を汲み上げてマスターシリンダに給送して該マスターシリンダで錘を持ち上げ、開閉弁の切り替えにより、錘がマスターシリンダのピストンを押し下げかつマスターシリンダに連結されたスレーブシリンダのピストンを押し下げる構成であり、該スレーブシリンダが第二貯液タンクから第二作動液体である導電性流体を汲み上げて該スレーブシリンダ内に取り込んでから錘で加圧されて該スレーブシリンダと逆止弁を介して連通接続された圧力ヘッダーに圧送し、該圧力ヘッダーから圧送する導電性流体を電磁流体発電機へ給送して電磁流体発電を行い、さらに電磁流体発電機を通った電磁流体を回転発電機と接続された液圧モータへ給送して回転発電機で発電を行う構成であることを特徴とする風力を動力源とする発電装置。
【請求項２】
風力によって駆動される液圧ポンプが第一作動液体を汲み上げてマスターシリンダに給送して該マスターシリンダで錘を持ち上げ、開閉弁の切り替えにより、錘がマスターシリンダのピストンを押し下げかつマスターシリンダに連結されたスレーブシリンダのピストンを押し下げる構成であり、該スレーブシリンダが第二貯液タンクから第二作動液体である導電性流体を汲み上げて該スレーブシリンダ内に取り込んでから錘で加圧されて該スレーブシリンダと逆止弁を介して連通接続された圧力ヘッダーに圧送し、該圧力ヘッダーから圧送する導電性流体を電磁流体発電機へ給送して電磁流体発電を行う構成であることを特徴とする風力を動力源とする発電装置。
【請求項３】
風力によって駆動される液圧ポンプが第一作動液体を汲み上げてマスターシリンダに給送して該マスターシリンダで錘を持ち上げ、開閉弁の切り替えにより、錘がマスターシリンダのピストンを押し下げかつマスターシリンダに連結されたスレーブシリンダのピストンを押し下げる構成であり、該スレーブシリンダが第二貯液タンクから第二作動液体を汲み上げて該スレーブシリンダ内に取り込んでから錘で加圧されて該スレーブシリンダと逆止弁を介して連通接続された圧力ヘッダーに圧送し、該圧力ヘッダーから圧送する第二作動液体を電磁流体を回転発電機と接続された液圧モータへ給送して回転発電機で発電を行う構成であることを特徴とする風力を動力源とする発電装置。
【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を動力源とする発電装置に関する。
【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。
風力で発電機を直接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  ＭＨＤ発電方法としては例えば下記のものがある。
【特許文献５】特開２００４−１９６２６号公報    特開２００４−１９６２６号公報の風力発電は、高所に水車と、大きな上部液タンクの設置が必要である。台風時に水車を稼動できない。上部液タンクの水面変動により水圧が変化する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本願発明は、風力エネルギーを位置エネルギーに変換し、さらに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、風力を動力源とする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】
本願第一の発明は、風力によって駆動される液圧ポンプが第一作動液体を汲み上げてマスターシリンダに給送して該マスターシリンダで錘を持ち上げ、開閉弁の切り替えにより、錘がマスターシリンダのピストンを押し下げかつマスターシリンダに連結されたスレーブシリンダのピストンを押し下げる構成であり、該スレーブシリンダが第二貯液タンクから第二作動液体である導電性流体を汲み上げて該スレーブシリンダ内に取り込んでから錘で加圧されて該スレーブシリンダと逆止弁を介して連通接続された圧力ヘッダーに圧送し、該圧力ヘッダーから圧送する導電性流体を電磁流体発電機へ給送して電磁流体発電を行い、さらに電磁流体発電機を通った電磁流体を回転発電機と接続された液圧モータへ給送して回転発電機で発電を行う構成であることを特徴とする風力を動力源とする発電装置を提供することにある。
本願第二の発明は、風力によって駆動される液圧ポンプが第一作動液体を汲み上げてマスターシリンダに給送して該マスターシリンダで錘を持ち上げ、開閉弁の切り替えにより、錘がマスターシリンダのピストンを押し下げかつマスターシリンダに連結されたスレーブシリンダのピストンを押し下げる構成であり、該スレーブシリンダが第二貯液タンクから第二作動液体である導電性流体を汲み上げて該スレーブシリンダ内に取り込んでから錘で加圧されて該スレーブシリンダと逆止弁を介して連通接続された圧力ヘッダーに圧送し、該圧力ヘッダーから圧送する導電性流体を電磁流体発電機へ給送して電磁流体発電を行う構成であることを特徴とする風力を動力源とする発電装置を提供することにある。
本願第三の発明は、風力によって駆動される液圧ポンプが第一作動液体を汲み上げてマスターシリンダに給送して該マスターシリンダで錘を持ち上げ、開閉弁の切り替えにより、錘がマスターシリンダのピストンを押し下げかつマスターシリンダに連結されたスレーブシリンダのピストンを押し下げる構成であり、該スレーブシリンダが第二貯液タンクから第二作動液体を汲み上げて該スレーブシリンダ内に取り込んでから錘で加圧されて該スレーブシリンダと逆止弁を介して連通接続された圧力ヘッダーに圧送し、該圧力ヘッダーから圧送する第二作動液体を電磁流体を回転発電機と接続された液圧モータへ給送して回転発電機で発電を行う構成であることを特徴とする風力を動力源とする発電装置を提供することにある。
【発明の効果】
【０００５】
本願発明は、（１）風力エネルギーを位置エネルギーに変換しさらに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）錘がマスターシリンダのピストンを押し下げかつマスターシリンダに連結されたスレーブシリンダのピストンを押し下げる構成なので、液圧シリンダの大きさと錘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る。（３）錘がマスターシリンダのピストンを押し下げかつマスターシリンダに連結されたスレーブシリンダのピストンを押し下げる構成なので、圧力ヘッダーから電磁流体発電機へ給送する電磁流体、さらにへ給送する電磁流体、または、油圧モータへ給送する第二作動液体の流量及び圧力を一定にできるので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、作動液体の供給量を大きくとれて作動液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）圧力ヘッダーに錘で加圧された一定圧力の作動液体を貯留できるから、発電機の電力を途切れなく、高効率で、一定に得られる。
【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第一の形態にかかる発明の風力を動力源とする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は液圧ポンプ（油圧ポンプ）、６は第一貯液タンク、７ａ,７ｂ,７ｃはピストンロッドを有する単動型のマスターシリンダ（液圧シリンダ）、８ａ,８ｂ,８ｃはピストンロッドをマスターシリンダのピストンと連結された単動型のスレーブシリンダ（液圧シリンダ）、９ａ,９ｂ,９ｃはピストンロッドの上端に積層固定された錘、１０は圧力ヘッダー、１１は電磁流体発電機（ＭＨＤ発電機）、１２は液圧モータ（油圧モータ）、１３は発電機、１４は第二貯液タンク、１５は第一作動液体吸上げ管、１６は第一作動液体一次側液送管、１７は安全弁、１８は第一作動液体二次側液送管、１９は第二作動液体吸上げ管、２０は第二作動液体一次側液送管、２１ａ,２１ｂ,２１ｃはピストンロッドの上端及び下端がシリンダヘッドに位置したときを検出するセンサ、２２ａ,２２ｂ,２２ｃは一次側自動開閉弁、２３ａ,２３ｂ,２３ｃは逆止弁、２４ａ,２４ｂ,２４ｃは二次側自動開閉弁、２５ａ〜２５fは逆止弁、２７は第二作動液体一次側液送管、２８は第二作動液体二次側液送管である。
自動開閉弁は電動弁と電磁弁のいずれでも良い。第一作動液体は、水又は油が用いられる。第二作動液体は導電性流体が用いられる。導電性流体とは、例えば、マグネタイト、フエライトなどの強磁性微粉末表面をオレイン酸のような界面活性剤で被覆し、水或いは有機溶剤(エステルやエ−テル類)などの溶媒に極めて安定な状態で分散させたコロイド溶液である。
電磁流体発電機１１は、例えば横断面を矩形に形成した発電通路を使用し、２枚の対向する平板電極と絶縁壁とで構成された流路に磁場を印加し、導電性流体を速度で流して導電性流体が磁場を横切って運動するときに、フレミングの右手の法則により、導電性流体が流れる方向及び磁力方向に直交する方向に単位長さ当たりローレンツ起電力が発生するから前記平板電極間に電位差が発生するという原理を利用して電力が得られる発電機（Magneto-hydrodynamic Power Generation,ＭＨＤ発電機）である。
【０００７】
液圧ポンプ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る。液圧ポンプ５は第一貯液タンク６に貯留された第一作動液体を汲み上げて圧送し、該第一作動液体を一次側自動開閉弁２２ａ,２２ｂ,２２ｃ、逆止弁２３ａ,２３ｂ,２３ｃを介してマスターシリンダ７ａ,７ｂ,７ｃのボトム側シリンダ室に供給する。各マスターシリンダ７ａ,７ｂ,７ｃは、ピストンロッドで錘９ａ,９ｂ,９ｃを持ち上げて位置エネルギーに変換する。
マスターシリンダ７ａ,７ｂ,７に対して下側に一軸上に固定されるスレーブシリンダ８ａ,８ｂ,８ｃのピストンロッドは、マスターシリンダ７ａ,７ｂ,７のピストンに連結されている。従って、マスターシリンダ７ａ,７ｂ,７で錘９ａ,９ｂ,９ｃを持ち上げるときは、スレーブシリンダ８ａ,８ｂ,８ｃが第二貯液タンク１４から第二作動液体である導電性流体を汲み上げてスレーブシリンダ８ａ,８ｂ,８ｃ内に貯留する。そして、自動開閉弁２２ａと２４ａ、２２ｂと２４ｂ、２２ｃと２４ｃの切り替えが行われると、錘９ａ,９ｂ,９ｃがマスターシリンダ７ａ,７ｂ,７のピストンを押し下げかつスレーブシリンダ８ａ,８ｂ,８ｃのピストンを押し下げる構成であり、もって、スレーブシリンダ８ａ,８ｂ,８ｃ内に取り込まれていて錘９ａ,９ｂ,９ｃで加圧された第二作動液体である導電性流体が圧力ヘッダー１０へ順番に供給されるようになっている。第二作動液体吸上げ管１９と第二作動液体一次側液送管２０に設けられる逆止弁２５ａ〜２５fは、マスターシリンダ７ａ,７ｂ,７のピストンの昇降に応じて各スレーブシリンダ８ａ,８ｂ,８ｃが、第二貯液タンク１４から第二作動液体である導電性流体を汲み上げてスレーブシリンダ８ａ,８ｂ,８ｃ内に貯留し、圧力ヘッダー１０に圧送する流れを作っている。
圧力ヘッダー１０から流量調整弁２６を介して一定流量・一定圧力で送り出される導電性流体は電磁流体発電機１１へ給送され、電磁流体発電機１１が電磁流体発電を行い、さらに電磁流体発電機１１を通った電磁流体は回転発電機１３のローターと接続された液圧モータ１２へ給送して回転発電機１３が発電を行うようになっている。液圧モータ１２を通過した第二作動液体である導電性流体は第二貯留タンク１４に戻る。
【０００８】
図示しない制御装置によって、クラッチ４、センサ２１ａ,２１ｂ,２１ｃ、一次側自動開閉弁２２ａ,２２ｂ,２２ｃ、二次側自動開閉弁２４ａ,２４ｂ,２４ｃ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,２１ｃの信号は、一次側自動開閉弁２２ａ,２２ｂ,２２ｃと二次側自動開閉弁２４ａ,２４ｂ,２４ｃの順次の切り替え制御に使用される。
【０００９】
液圧シリンダを７ａ―７ｂ―７ｃの順で作動する場合の制御について以下に説明する。
（１）制御器は、一番最初、弁２２ａ,２２ｂをいずれも「開」、弁２２ｃ,２４ａ,２４ｂ,２４ｃをいずれも「閉」にして、クラッチ４を接続する。すると、液圧ポンプ５から作動液体が一次側液送管１６を通して送られるから、液圧シリンダ７ａ,７ｂが錘９ａ,９ｂを持ち上げる。錘９ａ,９ｂが最大高さに持ち上ったときを、センサ２１ａ,２１ｂが検知する。
（２）次ぎに、制御器は、弁２２ｃ,２４ａを「開」、弁２２ａ,２２ｂを「閉」に切り替える。すると、液圧シリンダ７ａは錘９ａで加圧された作動液を圧力ヘッダー１０に供給する。また、液圧ポンプ５から作動液体が一次側液送管１６を通して引き続き送られるから、液圧シリンダ７ｃが錘９ｃを持ち上げる。錘９ａの実績下降ストロークＳ１と錘９ｃの実績上昇ストロークＳ２は略同寸法になるように駆動される。錘９ａが下限高さに下がったときを、センサ２１ａが検知するとともに、錘９ｃが最大高さに持ち上ったときを、センサ２１ｃが検知する。
（３）次ぎに、制御器は、弁２２ａ,２４ｂを「開」、弁２４ａを「閉」に切り替える。すると、液圧シリンダ７ｂは錘９ｂで加圧された作動液を圧力ヘッダー１０に給送する。また、液圧ポンプ５から作動液体が一次側液送管１６を通して引き続き送られるから、液圧シリンダ７ａが錘９ａを持ち上げる。錘９ｂが下限高さに下がったときを、センサ２１ｂが検知するとともに、錘９ａが最大高さに持ち上ったときを、センサ２１ａが検知する。
（４）次ぎに、制御器は、弁２２ｂ,２４ｃを「開」、弁２４ｂを「閉」に切り替える。すると、液圧シリンダ７ｃは錘９ｃで加圧された作動液を圧力ヘッダー１０に供給する。また、液圧ポンプ５から作動液体が一次側液送管１６を通して引き続き送られるから、液圧シリンダ７ｂが錘９ｂを持ち上げる。錘９ｃが下限高さに下がったときを、センサ２１ｃが検知するとともに、錘９ｂが最大高さに持ち上ったときを、センサ２１ｂが検知する。
以後も、制御器は、弁２２ａ,２２ｂ,２２ｃ及び弁２４ａ,２４ｂ,２４ｃ上記の動作順になるように制御する。
なお、シリンダ径が同一で錘が同一であれば、上記の開閉弁２４ａ,２４ｂ,２４ｃの開閉のタイミングについて、同じ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、圧力ヘッダー１０へ給送される高圧気体の液圧は変化しない。
【００１０】
本願を実施するための第二の形態にかかる発明の風力を動力源とする発電装置を図に示す。
この発電装置は、電磁流体発電機（ＭＨＤ発電機）１１が設けられていないこと、及び、第二作動流体に油又は水を用いる点が、図１に示す発電装置と相違している。
従って、符号を付けるだけで説明は省略する。
【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と液圧ポンプ５はクラッチ４を介して直結されていても良い。作動液体が水である場合には、貯留タンク６を廃し、液圧ポンプ５は河川等から水を汲み上げるようになっていても良い。液圧シリンダは２本あれば足りる。液圧シリンダが倒れないように固定するとともに昇降する錘に対してガイドを設けることのが良い。風車２と液圧ポンプ５と液圧シリンダ７ａを一組として二組備えていて、２本の液圧シリンダの作動液体が切り替え式に液圧モータ１０に給送されるようになっていても良い。液圧モータ１２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、液圧ポンプ５と圧力ヘッダー１０と電磁流体発電機１１と液圧モータ１２と発電機１４を集合して配置し、上下に組まれたマスターシリンダとスレーブシリンダを抱き合わせて配置すると、配管がコンパクトになる。錘は、水タンクを用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本願発明の第１の実施形態にかかる風力を動力源とする発電装置を示す概念図。
【図２】本願発明の第２の実施形態にかかる風力を動力源とする発電装置を示す概念図。
【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・・・液圧ポンプ、６・・・第一貯液タンク、７ａ,７ｂ,７ｃ・・・マスターシリンダ、８ａ,８ｂ,８ｃ・・・・・・スレーブシリンダ（液圧シリンダ）、９ａ,９ｂ,９ｃ・・・・・・錘、１０・・・圧力ヘッダー、１１・・・電磁流体発電機、１２・・・液圧モータ、１３・・・発電機、１４・・・第二貯液タンク、１５・・・第一作動液体吸上げ管、１６・・・第一作動液体一次側液送管、１７・・・安全弁、１８・・・第一作動液体二次側液送管、１９・・・第二作動液体吸上げ管、２０・・・第二作動液体一次側液送管、２１ａ,２１ｂ,２１ｃ・・・ピストンロッドの上端及び下端がシリンダヘッドに位置したときを検出するセンサ、２２ａ,２２ｂ,２２ｃ・・・一次側自動開閉弁、２３ａ,２３ｂ,２３ｃ・・・逆止弁、２４ａ,２４ｂ,２４ｃ・・・二次側自動開閉弁、２５ａ〜２５f・・・逆止弁、２７・・・第二作動液体一次側液送管、２８・・・第二作動液体二次側液送管、
【図１】
2005348582.tif 000003
【図２】
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