特開 2021-92176 タービンおよび発電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2021-92176(P2021-92176A)

(43)【公開日】2021年6月17日

(54)【発明の名称】タービンおよび発電装置

(51)【国際特許分類】

   F03D 3/06 20060101AFI20210521BHJP

   F03D 15/00 20160101ALI20210521BHJP

   F03B 3/14 20060101ALI20210521BHJP

   F03B 7/00 20060101ALI20210521BHJP

【ＦＩ】

   F03D3/06 E

   F03D15/00

   F03B3/14 Z

   F03B7/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2019-222609(P2019-222609)

(22)【出願日】2019年12月10日

(71)【出願人】

【識別番号】515197765

【氏名又は名称】グエン チー カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100104547

【弁理士】

【氏名又は名称】栗林 三男

(72)【発明者】

【氏名】レー タン グエン

【テーマコード（参考）】

3H072

3H178

【Ｆターム（参考）】

3H072AA13

3H072AA26

3H072BB08

3H072BB31

3H072CC42

3H178AA13

3H178AA22

3H178AA43

3H178BB31

3H178CC02

3H178CC05

3H178CC14

3H178DD03X

3H178DD12Z

(57)【要約】

【課題】自然界の流体から得られるエネルギーのみによって動力を生成し続けることができるタービンおよび発電装置を提供する。
【解決手段】
本発明に係るタービン１０は、流体Ｆの流れに対向して配置される外周面２０ａを有し、重力の方向に対して垂直な水平面に沿って延びる回転軸９０を中心に回転可能な回転ドラム２０と、回転ドラム２０の外周面の全周にわたって互いに周方向で隣り合って配置され、流体から受ける力よって回転ドラム２２０を回転させるための複数のタービンブレード３０とを備える。各タービンブレード３０は、回転ドラム２０の径方向外側に広がるように展開してその受圧面３０ａにより回転ドラム２０を回転させる方向で流体から流体圧を受ける開位置Ｐ１と、受圧面３０ａが回転ドラム２０の外周面２０ａとほぼ向き合うように倒伏される閉位置Ｐ２との間で回動可能に回転ドラム２０に結合される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体の流れに対向して配置される外周面を有し、重力の方向に対して垂直な水平面に沿って延びる回転軸を中心に回転可能な回転ドラムと、
前記回転ドラムの外周面の全周にわたって互いに周方向で隣り合って配置され、流体から受ける力よって前記回転ドラムを回転させるための複数のタービンブレードと、
前記回転ドラムの回転力を出力する出力部と、
を備え、
前記各タービンブレードは、前記回転ドラムの径方向外側に広がるように展開してその受圧面により前記回転ドラムを回転させる方向で流体から流体圧を受ける開位置と、前記受圧面が前記回転ドラムの外周面とほぼ向き合うように倒伏される閉位置との間で回動可能に前記回転ドラムに結合されるとともに、
前記回転ドラムは、その回転により、前記タービンブレードが重力の作用下で前記開位置へと展開するのを許容する第１の回転領域と、前記タービンブレードに作用する重力に抗するように前記タービンブレードを回転ドラムの外周面により支持することによって前記タービンブレードを前記閉位置へと至らせる第２の回転領域とにわたって前記タービンブレードを回転移動させる、
ことを特徴とするタービン。

【請求項2】

前記出力部は、前記回転ドラムに設けられ、前記回転軸を中心に前記回転ドラムと一体に回転する出力ギアを有することを特徴とする請求項１に記載のタービン。

【請求項3】

前記回転ドラムを回転可能に支持して内側に収容する収容フレームと、
前記収容フレームに接続されるとともに、流体の流れを前記回転ドラムの少なくとも前記第１の回転領域へと収束させるように方向付ける流体収束装置と、
を更に備える請求項１または２に記載のタービン。

【請求項4】

前記タービンブレードは、前記開位置で流体の流れを前記受圧面へと案内するためのガイドプレートを前記回転軸の軸方向に沿う両側に有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のタービン。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか一項に記載のタービンと、
回転力を受けて電力を発生させる発電機と、
前記出力部から出力される前記回転ドラムの回転力を前記発電機に伝える力伝達機構と、
を備えることを特徴とする発電装置。

【請求項6】

前記力伝達機構は、回転力を前記発電機に入力するための回転軸と、該回転軸に一体回転可能に設けられて前記タービンの前記出力部の出力ギアと噛み合う入力ギアとを有することを特徴とする請求項５に記載の発電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流体から受けるエネルギーを機械的な動力に変換するタービン、および、タービンから得られる動力を利用して電気を発生させる発電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、環境意識の高まりから、再生エネルギー型発電装置としてタービンを利用する風力発電装置または水力発電装置などが注目されている。タービンを利用した風力発電装置の一例として特許文献１に記載のものが知られている。
この風力発電装置は、浮力発生体と該浮力発生体に設けられて気流により揚力を生じる揚力発生体とから成る浮遊体と、この浮遊体に設けられた回転タービンと、該回転タービンが発生する運動エネルギーを電力に変換する発電機とを備える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８−２０４４８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このようなタービンを利用した風力発電装置を含む再生エネルギー型発電装置は、動力を絶えず得て安定した電力の供給を果たすべく、自然界の流体からエネルギーを得て可能な限り持続的に作動し続けることが求められる。しかしながら、特許文献１を含む従来の装置は、そのような持続的作動のために補助的な動力を必要とする場合もある。

【0005】

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、自然界の流体から得られるエネルギーのみによって動力を生成し続けることができるタービンおよびそのようなタービンを備えるタービンおよび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】

【0006】

前記目的を達成するために、本発明のタービンは、
流体の流れに対向して配置される外周面を有し、重力の方向に対して垂直な水平面に沿って延びる回転軸を中心に回転可能な回転ドラムと、
前記回転ドラムの外周面の全周にわたって互いに周方向で隣り合って配置され、流体から受ける力よって前記回転ドラムを回転させるための複数のタービンブレードと、
前記回転ドラムの回転力を出力する出力部と、
を備え、
前記各タービンブレードは、前記回転ドラムの径方向外側に広がるように展開してその受圧面により前記回転ドラムを回転させる方向で流体から流体圧を受ける開位置と、前記受圧面が前記回転ドラムの外周面とほぼ向き合うように倒伏される閉位置との間で回動可能に前記回転ドラムに結合されるとともに、
前記回転ドラムは、その回転により、前記タービンブレードが重力の作用下で前記開位置へと展開するのを許容する第１の回転領域と、前記タービンブレードに作用する重力に抗するように前記タービンブレードを回転ドラムの外周面により支持することによって前記タービンブレードを前記閉位置へと至らせる第２の回転領域とにわたって前記タービンブレードを回転移動させる、
ことを特徴とする。

【0007】

上記構成によれば、タービンブレードが流体から受ける力よって回転ドラムが回転するが、その回転は、流体が回転ドラムの外周面と第１の回転領域で開位置にあるタービンブレードの受圧面とに圧力を作用し続ける限り、補助動力を要することなく持続し続けることができる。すなわち、このような回転ドラムの回転原理によれば、回転ドラムの回転に伴って上方から下方へと降下するタービンブレードは、その重量によって、回転ドラムに回転モーメントを作用させて回転ドラムの回転を促すだけでなく、それ自体が第１の回転領域で開位置へと回動して径方向外側に広がるように展開する。そして、開位置へと展開されたタービンブレードは、その受圧面により回転ドラムを回転させる方向で流体から流体圧を受けることにより、その圧力の作用により更に回転ドラムを回転させるように働き、第２の回転領域へ向けて移動して閉位置へと回動しようとする下方のタービンブレードを上方へと持ち上げる回転力を生起するようになる。すなわち、流体エネルギーが回転ドラムに作用し続ける限り、回転速度が変動しつつも、回転ドラムは回転動作を持続することが可能となり、したがって、タービンは、自然界の流体から得られるエネルギーのみによって動力を生成し続けることができる。

【0008】

また、本発明は、上記構成のタービンを備える発電装置も提供する。このような発電装置も前述したタービンと同様の作用効果を奏することができる。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、自然界の流体から得られるエネルギーのみによって動力を生成し続けることができるタービンおよび発電装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一実施の形態に係るタービンを備える発電装置の概略斜視図である。

【図2】図１の発電装置のタービンの回転ドラムの内部を部分的に露出させた状態の斜視図である。

【図3】図１の発電装置の背面図である。

【図4】図１の発電装置の下面図である。

【図5】図１の発電装置の正面図である。

【図6】図１の発電装置の左側面図である。

【図7】図１の発電装置の右側面図である。

【図8】図１の発電装置の上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
なお、本発明の一実施の形態に係るタービンを備える発電装置としての風力発電装置は、例えば、地面、建物の屋上や屋根等に設置される。この場合、集風装置を風が吹いてくる方向に向けて設置する。

【0012】

図１ないし図８には、本発明の一実施の形態の形態に係るタービン１０を備える発電装置５０が示される。この場合、図１は、本実施の形態に係るタービン１０を備える発電装置５０の概略斜視図であり、図２は、図１の発電装置５０のタービン１０の回転ドラム２０の内部を部分的に露出させた状態の斜視図であり、図３は、図１の発電装置５０の背面図であり、図４は、図１の発電装置５０の下面図であり、図５は、図１の発電装置５０の正面図であり、図６は、図１の発電装置５０の左側面図であり、図７は、図１の発電装置５０の右側面図であり、図８は、図１の発電装置５０の上面図である。

【0013】

これらの図に示されるように、発電装置５０を構成するタービン１０は、風である流体Ｆの流れに対向して配置される外周面２０ａ（図３および図５参照）を有し、重力の方向に対して垂直な水平面に沿って延びる回転軸９０を中心に回転可能な円筒状の回転ドラム２０と、回転ドラム２０の外周面２０ａの全周にわたって互いに周方向で隣り合って配置され、流体Ｆから受ける力よって回転ドラム２０を回転させるための複数のタービンブレード３０と、回転ドラム２０の回転力を出力する出力部４０とを備える。

【0014】

各タービンブレード３０は、回転ドラム２０の径方向外側に広がるように展開してその受圧面３０ａにより回転ドラム２０を回転させる方向で流体Ｆから流体圧を受ける開位置Ｐ１と、受圧面３０ａが回転ドラム２０の外周面２０ａとほぼ向き合うように倒伏される閉位置Ｐ２との間で回動可能に回転ドラム２０に例えばヒンジ等により結合されている。

【0015】

また、回転ドラム２０は、その回転により、タービンブレード３０が重力の作用下で開位置Ｐ１へと展開するのを許容する第１の回転領域Ｒ１と、タービンブレード３０に作用する重力に抗するようにタービンブレード３０を回転ドラム２０の外周面２０ａにより支持することによってタービンブレード３０を閉位置へＰ２と至らせる第２の回転領域Ｒ２とにわたってタービンブレード３０を回転移動させるようになっている。本実施の形態では、例えば、図３に示されるように、回転軸９０を通って回転ドラム２０の円形断面をほぼ２分する１つの境界線Ｌよりもほぼ下側が第１の回転領域Ｒ１として規定され、境界線Ｌよりもほぼ上側が第２の回転領域Ｒ２として規定されるようになっている。

【0016】

出力部４０は、回転ドラム２０に設けられ、回転軸９０を中心に回転ドラム２０と一体に回転する出力ギア４２を有する。特に、本実施の形態では、回転軸９０の軸方向に沿う両側に出力ギア４２が設けられ、いずれの側からも回転ドラム２０の回転力を出力できるようになっている。

【0017】

また、タービン１０は、略直方体形状の外形を成す枠体としての収容フレーム８０を更に備えており、この収容フレーム８０の内側に回転ドラム２０が収容されるとともに、収容フレーム８０の中央支柱８０ａに設けられた図示しない軸受を介して回転ドラム２０が回転可能に軸支されている。また、収容フレーム８０には、流体Ｆの流れを回転ドラム２０の少なくとも第１の回転領域Ｒ１へと収束させるように方向付ける流体収束装置１００が接続されている。

【0018】

また、各タービンブレード３０は、開位置Ｐ１で流体Ｆの流れを受圧面３０ａへと案内するための略三角形状のガイドプレート３０ｂを回転軸９０の軸方向に沿う両側に有している。このガイドプレート３０ｂは、タービンブレード３０の開位置Ｐ１では、受圧面３０ａと共に回転ドラム２０の径方向外側に張り出すが、タービンブレード３０の閉位置Ｐ２では、回転軸９０の軸方向に面する回転ドラム２０の側面２０ｂ上に沿って位置されて回転ドラム２０の径方向内側に収まるようになっている。

【0019】

本実施の形態に係る発電装置５０は、上記構成のタービン１０に加えて、回転力を受けて電力を発生させる発電機７０と、出力部４０から出力される回転ドラム２０の回転力を発電機７０に伝える力伝達機構１２０とを備える。力伝達機構１２０は、回転力を発電機７０に入力するための回転軸１４３と、回転軸１４３に一体回転可能に設けられてタービン１０の出力部４０の出力ギア４２と噛み合う入力ギア１４２とを有している。なお、本実施の形態では、出力ギア４２の外径が入力ギア１４２の外径よりも小さく設定されている。

【0020】

上記構成によれば、タービンブレード３０が流体Ｆから受ける力よって回転ドラム２０が回転するが、その回転は、流体Ｆが回転ドラム２０の外周面２０ａと第１の回転領域Ｒ１で開位置Ｐ１にあるタービンブレード３０の受圧面３０ａとに圧力を作用し続ける限り、補助動力を要することなく持続し続けることができる。すなわち、このような回転ドラム２０によれば、回転ドラム２０の回転に伴って上方から下方へと降下するタービンブレード３０は、その重量によって、回転ドラム２０に回転モーメントを作用させて回転ドラム２０の回転を促すだけでなく、それ自体が第１の回転領域Ｒ１で開位置Ｐ１へと回動して径方向外側に広がるように展開する。そして、開位置Ｐ１へと展開されたタービンブレード３０は、その受圧面３０ａにより回転ドラム２０を回転させる方向で流体Ｆから流体圧を受けることにより、その圧力の作用により更に回転ドラム２０を回転させるように働き、第２の回転領域Ｒ２へ向けて移動して閉位置Ｐ２へと回動しようとする下方のタービンブレード３０を上方へと持ち上げる回転力を生起するようになる。すなわち、流体エネルギーが回転ドラム２０に作用し続ける限り、回転速度が変動しつつも、回転ドラム２０は回転動作を持続することが可能となり、したがって、タービン１０は、自然界の流体から得られるエネルギーのみによって動力を生成し続けることができる。

【0021】

なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。例えば、前述した実施の形態は風力を受けて作動する風力タービンブレード（風力発電装置）として構成されていたが、本発明は、水力を受けて作動する水力タービン（水力発電装置）にも適用可能である。その場合、流体Ｆは水となる。また、本発明のタービンおよび／または発電装置は、陸上に限らず、川や湖、海上等に設置することもできる。その場合、タービンおよび／または発電装置は水上に浮く浮遊体上に設置されてもよい。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、前述した実施の形態の一部または全部を組み合わせてもよく、あるいは、前述した実施の形態のうちの１つから構成の一部が省かれてもよい。

【符号の説明】

【0022】

１０ タービン
２０ 回転ドラム
３０ タービンブレード
４０ 出力部
５０ 発電装置
７０ 発電機
８０ 収容フレーム
９０ 回転軸
１００ 流体収束装置
１２０ 力伝達機構
Ｐ１ 開位置
Ｐ２ 閉位置
Ｒ１ 第１の回転領域
Ｒ２ 第２の回転領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】