JP2005344626A - Wind mill power generation device - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a wind turbine generator that can perform power generation flatly and seamlessly regardless of the presence or absence of wind and strength.
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。
In this method, the rotational speed is adjusted by the strength of the wind by means of a disc brake to overcome the difference in generated power between the strong wind and the weak wind.
This method is based on the fact that there is no effective power storage technology, the brakes are applied too much with strong winds and a fire occurs due to the heat generated by the disc brakes, and the rotation transmission system is cut off in the case of strong winds such as typhoons. There are problems such as stopping and power generation stop even when there is no wind. At present, flat and non-stop power generation is very difficult.
Examples of methods other than driving the generator with a windmill include the following.
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。 The present invention can convert wind energy into pressure energy and store it, can obtain a large torque to drive the generator, can easily smooth the output power, and is easily put to practical use for non-stop power generation It is possible to provide a wind power generator that is compact and can be manufactured at a low cost.
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。
The present invention drives an air compressor with a windmill, accumulates high-pressure gas in a pressure tank, accumulates the pressure, and supplies the pressure tank to a plurality of gas-pressurized hydraulic cylinders having no piston rod. The hydraulic fluid stored in the cylinder is pressurized, the hydraulic fluid of one gas pressure type hydraulic cylinder in which the hydraulic fluid is stored is fed to the hydraulic motor, and the hydraulic motor is driven to drive the hydraulic motor When the generator is driven to generate electric power, and the discharge of the working liquid of the one gas pressurized hydraulic cylinder is completed, the supply of the working liquid for driving the hydraulic motor is performed by switching the on-off valve, Switching to another gas-pressurized hydraulic cylinder in which the working liquid is stored to continue supplying the working liquid to the hydraulic motor to continue the power generation of the generator, and to add the one gas that has been discharged from the working liquid. Pressure type hydraulic syring And to provide a wind power generator, characterized in that the resupplying constituting the high-pressure gas from the pressure tank after storage storing the working liquid to discharge high-pressure gas against.
In the present invention, the gas pressure type hydraulic cylinder has a large-diameter cylinder chamber in which the piston can stroke and a small-diameter cylinder chamber, and the piston can stroke in the large-diameter cylinder chamber, and is compressed into the small-diameter cylinder chamber. It is preferable that the working liquid stored in the large-diameter cylinder chamber on the opposite side of the small-diameter cylinder chamber with respect to the piston is sent out by the pressure of the compressed gas.
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。
In the present invention, (1) wind energy can be converted into pressure energy and stored, and non-stop power generation can be easily implemented. (2) The hydraulic pressure of the working liquid that drives the hydraulic motor can be determined by the size of the gas pressurized hydraulic cylinder, and a large torque that drives the generator can be obtained. (3) Even if the working fluid of a plurality of gas pressurizing hydraulic cylinders is supplied to the hydraulic motor, the hydraulic pressure acting on the hydraulic motor can be reduced if the diameters of the gas pressurizing hydraulic cylinders are the same. Since no pressure is generated, the switching timing of the on-off valve is facilitated, and the output power can be easily smoothed. (4) If the hydraulic cylinder is enlarged and made strong, the weight can be increased, the amount of high-pressure gas supplied can be increased, and the pressure of the high-pressure gas can be set to the size of the weight. Large power can be obtained with the equipment, and the equipment cost is low. (5) Since a high-pressure gas having an appropriate pressure can be continuously supplied to the hydraulic motor in an extremely flat manner, the power of the generator can be obtained with high efficiency and constant without interruption. (6) If the gas pressurization type hydraulic cylinder of the structure of
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。
The wind power generator of the invention concerning the best mode for carrying out the present application is shown in the figure.
In FIG. 1, 1 is a tower, 2 is a windmill, 3 is a rotation transmission mechanism, 4 is a clutch, 5 is an air compressor, 6 is a pressure tank, 7a, 7b, and 7c are gas pressurization type gas pressurization liquids that do not have a piston rod. Pressure cylinder, 8 is a hydraulic motor (hydraulic motor), 9 is a generator, 10 is a primary side high pressure gas feed pipe, 11 is a secondary side high pressure gas feed pipe, 12 is a safety valve, 13a, 13b, and 13c are high pressures Gas automatic open / close valve, 14a, 14b and 14c are check valves, 15a, 15b and 15c are auxiliary tanks for removing gas pulsation pressure, 16a, 16b and 16c are automatic open / close valves for high-pressure gas atmospheric discharge, and 17 is a liquid feed pipe. , 18 is a feed-side automatic open / close valve, 19 is a liquid return pipe, 20 is a return-side automatic open / close valve, 21a, 22a and 23a are sensors for detecting that the piston has been raised to the upper limit position, and 21b, 22b and 23b are pistons Lowered to the lower limit position A sensor for detecting the door. When oil is used as the working liquid, the feed-side automatic open / close valve and the return-side automatic open / close valve are electromagnetic valves. When water is used as the working liquid, the feed-side automatic open / close valve and the return-side automatic open / close valve may be either an electric valve or an electromagnetic valve.
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。
As shown in FIG. 2, the gas pressurization type
In this structure, the working liquid and the compressed gas are separated by the
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。
Returning to FIG. The
The high-pressure gas stored in the
By opening and closing the on-off valve in the required order, the working liquid of one gas pressurization type hydraulic cylinder in which the working liquid is stored is fed to the
When the discharge of the working liquid of one gas pressurization type hydraulic cylinder is completed, the supply of the working liquid for driving the
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。
By a control device (not shown), the
The
The signals of the
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。
The control in the case of supplying the hydraulic fluid to the
(1) The state where the working liquid is filled is set as follows. It is assumed that the working liquid is fully stored in the large-diameter cylinder chambers 71 of the gas-pressurized
(2) The controller firstly opens the
(3) Next, the controller sets the
(4) Next, the controller sets the
Thereafter, the controller performs control so that the operation order is as described above.
Note that the hydraulic pressure of the high-pressure gas supplied to the
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。
The
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、
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Tower, 2 ... Windmill, 3 ... Rotation transmission mechanism, 4 ... Clutch, 5 ... Air compressor, 6 ... Pressure tank, 7a, 7b, 7c ... Gas addition Pressure gas pressure type hydraulic cylinder, 8 ... hydraulic motor, 9 ... generator, 10 ... primary side high pressure gas feed pipe, 11 ... secondary side high pressure gas feed pipe, 12. ..Safety valves, 13a, 13b, 13c ... high pressure gas automatic open / close valves, 14a, 14b, 14c ... check valves, 15a, 15b, 15c ... auxiliary tanks for removing gas pulsation pressure, 16a,
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