CN103649525A - 自然能量取出装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供这样的自然能量取出装置：河川流或海流的深度方向的动能取出区域宽广，简便地安装于桥墩等既有的水流上方的固定构造物。具备：浮体；纵旋转轴水轮，其固定于浮体，向下方延伸；动力传递装置，其卡合于浮体的上端，将浮体的旋转动能变换为被驱动设备的驱动转矩；以及托架部件，一端围绕水平轴线轴支承动力传递装置，并且另一端由水流上方的固定构造物围绕水平轴线轴支承，浮体和纵旋转轴水轮配设于河川流或海流之中。

Description

自然能量取出装置
技术领域
本发明涉及自然能量取出装置。
背景技术
在专利文献1中公开了一种水流发电装置，其特征在于，具备：横旋转轴水轮，其形成浮体；增速齿轮发电机组件，其卡合于横旋转轴水轮的旋转轴的一端；增速齿轮发电机组件，其卡合于横旋转轴水轮的旋转轴的另一端；以及一对托架部件，一端固定于前述一对增速齿轮发电机组件的外壳，另一端由水流上方的固定构造物围绕水平轴线轴支承，横旋转轴水轮浮于河川水面。
专利文献1：日本特开2007-040217。
发明内容
发明要解决的问题
在专利文献1的水流发电装置中，存在着使河川流表层的动能取出但未使中层和底层的动能取出这一问题。另外，由于将卡合于横旋转轴水轮的两端的一对增速齿轮发电机组件的外壳与水流上方的固定构造物连结的一对托架部件的间隔宽广，因而存在着难以安装于桥墩等水流上方的固定构造物这一问题。
本发明是鉴于上述问题而做出的，其目的在于，提供这样的自然能量取出装置：河川流或海流的深度方向的动能取出区域宽广，简便地安装于桥墩等水流上方的固定构造物。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题，在本发明中，提供一种自然能量取出装置，其特征在于，具备：浮体；纵旋转轴水轮，其固定于浮体，向下方延伸；动力传递装置，其卡合于浮体的上端，将浮体的旋转动能变换为被驱动设备的驱动转矩；以及托架部件，一端围绕水平轴线轴支承动力传递装置，并且另一端由水流上方的固定构造物围绕水平轴线轴支承，浮体和纵旋转轴水轮配设于河川流或海流之中。
在本发明的自然能量取出装置中，由于使用纵旋转轴水轮取出河川流或海流的动能，因而不仅能够取出水流表层的能量，而且还能够取出中层和底层的能量。所以，本发明的自然能量取出装置中，河川流或海流的深度方向的动能取出区域宽广。另外，由于动力传递装置卡合于纵旋转轴水轮的上端，因而将动力传递装置连结至水流上方的固定构造物的一对托架部件的间隔，与将卡合于横置水轮的两端的增速齿轮发电机组件的外壳连结至水流上方的固定构造物的一对托架部件的间隔相比而狭小。因此，本发明的自然能量取出装置能够简便地安装于桥墩等水流上方的固定构造物。在本发明的优选方式中，自然能量取出装置具备重物，该重物固定于纵旋转轴水轮的纵旋转轴下端部或者从纵旋转轴下端悬挂。
通过将重物固定于纵旋转轴水轮的纵旋转轴下端部或者从纵旋转轴下端悬挂重物，从而能够抑制水流导致的纵旋转轴水轮的过大倾斜，抑制前述过大倾斜导致的水流的动能取出效率的下降。
在本发明的优选方式中，纵旋转轴水轮具备从纵旋转轴沿径向延伸并连结至叶片而支撑叶片的臂，翼型截面的罩固定于臂。
在本发明的优选方式中，纵旋转轴水轮具备从纵旋转轴沿径向延伸并连结至叶片而支撑叶片的臂，翼型截面的罩安装于臂，所述罩的整体能够围绕臂的长度轴线转动，或者，所述罩的后缘部能够围绕与臂的长度轴线平行的轴线转动。
在纵旋转轴水轮具备从纵旋转轴沿径向延伸并连结至叶片而支撑叶片的臂的情况下，为了使臂的流体阻力降低，期望将翼型截面的罩安装于臂。
在罩的展弦比大的情况下，由于诱导阻力小，升力阻力比大，因而期望将罩固定于臂，使产生于罩的升力有助于纵旋转轴水轮的转矩。在罩的展弦比小的情况下，由于诱导阻力大，升力阻力比小，因而期望使罩转动自如，或者使罩的后缘部转动自如，抑制罩导致的升力产生，进而抑制诱导阻力产生。
在本发明中，提供一种水流发电装置，其特征在于，具备上述自然能量取出装置，被驱动设备是发电机。
本发明所涉及的水流发电装置，河川流或海流的深度方向的动能取出区域宽广，能够简便地安装于桥墩等水流上方的固定构造物。
附图说明
图1是作为水流发电装置而具体化的本发明的实施例所涉及的自然能量取出装置的立体图。
图2是作为水流发电装置而具体化的本发明的实施例所涉及的自然能量取出装置所具备的臂和安装于臂的翼型截面的罩的部分构造图。(a)是立体图，(b)是截面图。
图3是作为水流发电装置而具体化的本发明的实施例所涉及的自然能量取出装置所具备的臂和安装于臂的翼型截面的罩的截面图。
具体实施方式
说明作为水流发电装置而具体化的本发明的实施例所涉及的自然能量取出装置。
如图1所示，水流发电装置A具备：圆筒状的浮体1；纵旋转轴水轮2，其固定于浮体1的下端，向下方延伸；增速齿轮发电机组件3，其具有卡合于浮体1的上端的未图示的增速齿轮和由增速齿轮旋转驱动的发电机；以及一对托架部件4，一端围绕水平轴线X轴支承增速齿轮发电机组件3的外壳3a，并且另一端由水流上方的固定构造物B围绕与水平轴线X平行地延伸的水平轴线Y轴支承。
从纵旋转轴水轮2的纵旋转轴2a下端悬挂重物5。
浮体1和纵旋转轴水轮2配设于河川流或海流之中。
水流发电装置A由于浮体1的浮力而浮在水流中，增速齿轮发电机组件3比水面更位于上方。
在水流发电装置A中，置于水流中的纵旋转轴水轮2旋转，固定于纵旋转轴水轮2的上端的浮体1旋转，经由托架部件4由固定构造物B支撑并且卡合于浮体1的增速齿轮发电机组件3的发电机发电。
如在图1中由实线表示，被水流施力的纵旋转轴水轮2围绕水平轴线X摆动并向下游侧倾斜，因而水流导致的过大水平力不施加至纵旋转轴水轮2。结果，防止托架部件4与增速齿轮发电机组件3的外壳3a的卡合部和托架部件4与固定构造物B的卡合部的损伤。
通过从纵旋转轴水轮2的纵旋转轴2a下端悬挂的重物5而产生恢复力矩，抑制水流导致的纵旋转轴水轮2的过大倾斜，抑制过大倾斜导致的发电效率的下降。代替从纵旋转轴2a的下端悬挂重物5，也可以将重物5固定于纵旋转轴2a的下端部。通过托架部件4围绕水平轴线Y摆动而吸收水位的变动，因而即使存在水位变动，浮体1和纵旋转轴水轮2也能够继续位于水流中。
在将水流发电装置A设置于河川的河口附近或海峡等的情况下，水流方向由于潮的涨落而逆转，但是如图1中单点划线所示，增速齿轮发电机组件3的外壳3a围绕水平轴线X转动，纵旋转轴水轮2从动于前述外壳3a而围绕水平轴线X摆动并向下游侧倾斜，因而水流导致的过大水平力不施加至纵旋转轴水轮2。结果，防止托架部件4与增速齿轮发电机组件3的外壳3a的卡合部和托架部件4与固定构造物B的卡合部的损伤。
在水流发电装置A中，由于使用纵旋转轴水轮2取出河川流或海流的动能，因而不仅能够取出水流表层的能量，而且还能够取出中层和底层的能量。所以，水流发电装置A中，河川流或海流的深度方向的动能取出区域宽广。由于增速齿轮发电机组件3比水面更位于上方，因而发电机容纳空间不可能浸水。另外，在水流发电装置A中，由于增速齿轮发电机组件3卡合于固定在纵旋转轴水轮2的上端的浮体1的上端，因而将增速齿轮发电机组件3的外壳3a连结至水流上方的固定构造物B的一对托架部件4的间隔，与将卡合于横旋转轴水轮的两端的增速齿轮发电机组件的外壳连结至水流上方的固定构造物的一对托架部件的间隔相比而狭小。因此，水流发电装置A能够简便地安装于桥墩等水流上方的固定构造物B。
在水流发电装置A中，如图1中双点划线所示，在配设有从纵旋转轴水轮2的纵旋转轴2a沿径向延伸并连结至作为纵旋转轴水轮2的叶片的长形翼2b而支撑翼2b的臂2c的情况下，为了使臂2c的流体阻力降低，期望将翼型截面的罩安装于臂2c。
如从图1所得知的，由于在水流发电装置A运转时，纵旋转轴水轮2向下游侧倾斜，因而如图2(a)所示，安装于臂2c的翼型截面的罩6相对于相对水流拥有迎角，使升力产生，并且还在翼端部产生诱导阻力。所以，有必要考虑升力和诱导阻力对纵旋转轴水轮2的转矩造成的影响。
如图2(b)所示，由于升力向罩6的前缘方向倾斜，因而有助于纵旋转轴水轮2的转矩。如果增大罩6的展弦比，则诱导阻力变小，升力阻力比变大，因而固定于臂2c的罩6有助于纵旋转轴水轮2的转矩产生。
在罩6的展弦比小的情况下，诱导阻力变大，升力阻力比变小，因而罩6成为对抗纵旋转轴水轮2的转矩产生的阻力。在这种情况下，如图3(a)、(b)所示，期望使罩6围绕臂2c的长度轴线转动自如，使罩6相对于相对水流不拥有迎角，抑制罩6导致的升力产生，进而抑制诱导阻力产生。此外，有必要在罩6的前缘内部或前缘外部设置平衡重物7。
在罩6的展弦比小的情况下，也可如图3(c)、(d)所示，使弦长方向中央部固定于臂2c的罩6的后缘部6a围绕与臂2c的长度轴线平行地延伸的轴线转动自如，后缘部6a相对于相对水流不拥有迎角，抑制后缘部6a处的升力产生，进而抑制诱导阻力产生，使产生于罩6的诱导阻力降低。此外，有必要在罩后缘部6a的前缘部设置平衡重物8。
在上述实施例中，将浮体1的旋转动能变换为增速齿轮发电机组件3的发电机的驱动转矩且最终作为电能而取出，但也可以不将浮体1的旋转动能变换为电能，而是直接变换为泵、压缩机等的驱动转矩，或者，也可以直接变换为另设的飞轮等能量储存装置的驱动转矩。
在本发明中使用的纵旋转轴水轮不限定于特定型式的水轮。能够使用大流士(Darius)型、垂直轴叶轮(gyromill)型、萨沃纽斯(Savonius)型、交叉流(cross-flow)型等各种型式的水轮。
产业上的可利用性
本发明能够广泛利用于安装至桥墩等水流上方的固定构造物而使用的小型水流发电装置等自然能量取出装置。
符号说明
A  水流发电装置
B  固定构造物
X、Y  水平轴线
1  浮体
2  纵旋转轴水轮
2a  纵旋转轴
2b  翼
2c  臂
3  增速齿轮发电机组件
3a  外壳
4  托架部件
5  重物
6  罩
7、8  平衡重物。

Claims (5)

1. 一种自然能量取出装置，其特征在于，具备：浮体；纵旋转轴水轮，其固定于浮体，向下方延伸；动力传递装置，其卡合于浮体的上端，将浮体的旋转动能变换为被驱动设备的驱动转矩；以及托架部件，一端围绕水平轴线轴支承动力传递装置，并且另一端由水流上方的固定构造物围绕水平轴线轴支承，浮体和纵旋转轴水轮配设于河川流或海流之中。
2. 根据权利要求1所述的自然能量取出装置，其特征在于，具备重物，该重物固定于纵旋转轴水轮的纵旋转轴下端部或者从纵旋转轴下端悬挂。
3. 根据权利要求1或2所述的自然能量取出装置，其特征在于，纵旋转轴水轮具备从纵旋转轴沿径向延伸并连结至叶片而支撑叶片的臂，翼型截面的罩固定于臂。
4. 根据权利要求1或2所述的自然能量取出装置，其特征在于，纵旋转轴水轮具备从纵旋转轴沿径向延伸并连结至叶片而支撑叶片的臂，翼型截面的罩安装于臂，所述罩的整体能够围绕臂的长度轴线转动，或者，所述罩的后缘部能够围绕与臂的长度轴线平行的轴线转动。
5. 一种水流发电装置，其特征在于，具备根据权利要求1至4中任一项所述的自然能量取出装置，被驱动设备是发电机。
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