JP2011518987A - 電気エネルギー生成装置 - Google Patents

Abstract

本発明は電気エネルギー生成装置に関する。少なくとも１つの発電機が、流動媒体によりもたらされるエネルギーを回転運動に変換するための少なくとも１つの案内要素を含む駆動装置に結合される。前記案内要素は、少なくとも１つの熱交換器の加熱された流出空気の流路内に配置される。

Description

本発明は、少なくとも１つの発電機が、流動媒体によりもたらされるエネルギーを回転運動に変換するための少なくとも１つの案内要素を含む駆動装置に接続される、電気エネルギー生成装置に関する。

このようなタイプの装置は、例えば川の水の流れあるいは潮流により引き起こされる流れにより作動されるいわゆる「風力変換器または風力タービン」の形態で設計される。これらのシステムは通常、大規模システムとして設計され、特に好都合な利用場所での使用にのみ適している。したがってこれらのシステムの設置および運用は相当な投資と維持費用を伴う。

本発明の目的は、多くの種々のタイプの利用場所における分散的利用を容易にするようなやり方で上記タイプの装置を設計することである。

本目的は、少なくとも１つの熱交換器から出る加熱された排気の流路内に案内要素が配置される本発明に従って達成される。

このような熱交換器は、建物または生産工程からの廃熱を周囲環境に放出する多くの種々のタイプの冷却システムと連動して使用される。これらの熱交換器を利用する特に共通した領域は、住居、事務所および他のタイプの建物内において世界中で使用される中央空調システムに関連して見出される。これらの空調システムは通常、高層ビルや超高層ビルの屋根に設置されることが多い凝縮器ユニット（いわゆる再冷器）を装備している。

これらの凝縮器ユニットは通常、冷却材回路、複数の通常は金属の熱交換表面、および熱交換表面の周囲空気を吹き飛ばす送風器からなる。非常に強力な送風器がこの目的のために使用される。送風器は、非常に大きくかつ指向的に安定した空気の動きを発生することができる。

送風器と空調システムは両方とも、通常は電力により動かされるが、このことは維持費用が相当かかることを意味する。熱交換表面から流出する加熱された空気は通常、周囲環境内に直接放出される。この加熱された排気の流路内に発電機の案内要素を置く本発明の配置により、排気の流れエネルギーに含まれるエネルギーの少なくとも一部、および排気により運ばれる熱エネルギーの少なくとも一部を再生することが可能である。

地域の状況によるが、空調システムまたは送風器を動かすのに必要な電気エネルギーの少なくとも一部を再生することが少なくとも可能である。特に高層建築の領域内に存在する風の強度と組み合わせて、および／または上昇気流の力を活用して、流路が適切にレイアウトされている場合、加熱された排気は周囲の冷却器空気に対し成長することができ、また、少なくとも一定時間の間エネルギーを電力網に戻すことが可能である。

したがって、本発明は、周囲環境の加熱を減らすことによる環境保護上の利点、および空調システムまたは同様の機械の運転費用の低減による経済的利点の両方を提供する。

熱交換器の上に案内要素を垂直に取り付けることによりコンパクトな設計が得られる。

空気を熱交換器の実質的に水平方向に向ける場合は、案内要素を熱交換器の隣に垂直に取り付けることも可能である。

熱交換器の水平方向の空気の流れの場合の上昇気流を活用するために、案内要素を、熱交換器の上に垂直にかつ熱交換器から横方向にずらして取り付け、流れ案内要素により交換器に接続することも可能である。

好ましい実施形態によると、熱交換器は空調システムの冷却器として設計される。

効果的利用の特に大きな可能性は、空調システムに少なくとも１つの送風器を装備することにより達成される。

発電機と駆動装置との間に変速装置を設置することにより、風力変換器の領域内の軸受摩擦を低減することができる。

このようにして、特に変速装置は緩旋回駆動装置を急旋回発電機に接続するのに好適な変速比を有することが可能である。

装置が光起電力システムを含む場合、変動する利用条件下でも長期にわたり一様な水準でエネルギーを発生することがより容易になる。

一様な動作と高いシステム可用性は、エネルギー貯蔵ユニットを設けることによりさらに改善される。

一実施形態によると、貯蔵ユニットは電気エネルギーを貯蔵するように設計される。

水素を生成し貯蔵する貯蔵ユニットを設計することによりエネルギーを材料形態で貯蔵することができる。

自然風を活用する風変換器として駆動装置を設計することによりエネルギー生産をさらに増加することができる。

熱的上昇気流を活用する風変換器として駆動装置を設計することによりさらなるエネルギー可能性を達成する。

コストが低くかつ様々な利用要件に適応可能な基本構成は、モジュール設計を実施することにより提供される。

電気エネルギーを互いに発生する少なくとも２つのモジュールを接続することにより性能可能性を高めることができる。

風力発電システムを電子制御ユニットに接続することによりシステムの順応性を高めることができる。

特に、風変換器の制動を自動的に制御するように制御ユニットを設計することもまた可能である。

例示的な実施形態を本発明の添付図面に示す。

凝縮器ユニットと連動する風力発電システムの概略図を示す。 凝縮器ユニットと連動する風力発電システムの第１の可能な配置の概略図を示す。 図２の実施形態の変形を示す。 別の変形形態を示す。 実施形態のさらに別の変形を示す。 より大きな風力発電システムを製作するための風変換器と支持筐体との接続の概略図を示す。

図１の実施形態によると、風力発電システムはモジュール式自己支持ユニット（その外部形態は互いに接続された組み立て式筐体バー４により画定される）として設計される。組み立て式筐体バーは、風変換器１が取り付けられた回転軸２を取り囲み支持するための安定した筐体を形成する。軸２は好ましくは少なくとも２つの軸受３内に案内される。

風変換器１は、Darrieus回転子の特性とSavonius回転子の特性とを組み合わせるようなやり方で設計することができる。風変換器１は、送風器８により少なくとも部分的に生成される空気の動きにより駆動される。自然風の影響により、または温度上昇の結果として上昇する空気により風変換器１を駆動することも可能である。

存在する流れ方向に依存し、風力発電システムは垂直または水平姿勢のいずれかで電力を発生することができる。風変換器１の領域内の実質的に垂直な流れ方向は特に有利であることがわかった。これは冷却空気の熱的上昇気流からさらなる利点を引き出せるためである。

回転軸２は変速装置１０により発電機１１に接続される。変速装置１０は、風変換器１の遅い回転速度が発電機１１の速い回転速度に変換されるように高い速度変換比を有することが好ましい。発電機１１は電気エネルギーを発生するように機能する。ここでは、具体的なケースで選択された構造に依存して直流、交流または三相電流を発生することができる。適切な電気的変換器により、発電機１１によりエネルギーが供給される元の形態に関係なく、他のエネルギー形態へのほぼ任意の所望の変換を達成することができる。

風力発電システムの筐体の外側には、水平および／または垂直調整可能支持スタンド部６を保持および／または取り付けるために使用される締め付けフランジ５が設けられる。支持スタンド部６により、建物へのまたは建物上への、あるいは建物または他の構造体の一部の上への凝縮器ユニット９の設置および／または取り付けが容易になる。さらに、支持スタンド部６は風力発電システムの取り付けのための安全な基部および／または点を提供する。締め付け部品７により凝縮器ユニット９を支持スタンド部６上に支持することができる。凝縮器ユニット９内で、送風器８は通常、流れ方向１４を生み出す。

風力発電システムは、例えば１つまたは複数の凝縮器ユニット９の送風器８の空気排気口の真上に水平に設定および／または取り付け可能である。これを図２に示す。また図３と図５に示すように、風力発電システムを送風器８の空気排気口のすぐ隣（右か左側のいずれか）に設定する配置を提供することも可能である。図４に示す実施形態によれば、風力発電システムは送風器８の空気排気口の真ん前に垂直に設定されている。

図６による実施形態に示すように、風力発電システムを使用することにより発生されるエネルギーは、光起電力ユニット１２を設けることにより補うことができる。光起電力ユニット１２は、風力発電システム上に直接あるいは風力発電システムの近くに設置することができる。光起電力ユニット１２を使用するためのいくつかの可能な変形形態がある。第１に、光起電力ユニット１２により供給される電力は、特に、接続された空調システムの凝縮器ユニットが使用されていない期間、送風器８を給電するために使用することができる。さらに、自然風の動きまたは熱的に発生された空気流もまた風変換器１へ案内することができる。

エネルギーを貯蔵するための装置１３を風力発電システムの近くに設けることができる。貯蔵ユニット１３は、バッテリーとして、あるいは水素発生装置として設計されてよい。送風器８が使用されていない期間中、貯蔵ユニット１３に収容されたエネルギー１３は、システムを作動するために使用することができる。現在発生されているが実際には必要とされないエネルギーもまた貯蔵ユニット１３へ送ることができる。

風力発電システムはモジュール様式で設計されることが好ましい。このため、特に、図６に示す実施形態に対応する、複数のモジュールを並列または直列に動作させることが可能となる。個々のモジュールを連結器１５により互いに接続することができる。いくつかのモジュールを一緒に接続することにより、より大きな動力を生み出し、したがってより大きな電気エネルギーを生成することが可能となる。

Claims (18)

1. 少なくとも１つの発電機が、流動媒体中に含まれるエネルギーを回転運動に変換するための少なくとも１つの案内要素を含む駆動装置に接続され、
   前記案内要素が、少なくとも１つの熱交換器から出る加熱された排気の流路内に配置されている、電気エネルギー生成装置。
2. 前記案内要素が前記熱交換器の上に垂直に配置されている、請求項１に記載の装置。
3. 前記案内要素が前記熱交換器の隣に垂直に配置されている、請求項１に記載の装置。
4. 前記案内要素が、前記熱交換器の上に垂直にかつ前記熱交換器から横方向にずれて配置され、流れ案内要素により前記熱交換器に接続されている、請求項１に記載の装置。
5. 前記熱交換器が空調システムの冷却器として構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記空調システムが少なくとも１つの送風器（８）を装備している、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
7. 変速装置（１０）が前記発電機（１１）と前記駆動装置との間に配置されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記変速装置（１０）が緩旋回駆動装置を急旋回発電機に接続するための変速比を有する、請求項７に記載の装置。
9. 光起電力システム（１２）を含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
10. エネルギー貯蔵ユニット（１３）を含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
11. 前記貯蔵ユニット（１３）が電気エネルギーを貯蔵するように構成されている、請求項１０に記載の装置。
12. 前記貯蔵ユニット（１３）が水素を発生し貯蔵するように構成されている、請求項１０に記載の装置。
13. 前記駆動装置が自然風を利用する風変換器（１）として構成されている、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の装置。
14. 前記駆動装置が熱的上昇気流を利用する風変換器（１）として構成されている、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の装置。
15. モジュール設計を実現している、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の装置。
16. 電気エネルギーを発生するための少なくとも２つのモジュールが互いに接続されている、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の装置。
17. 風力発電システムが電子制御ユニットに接続されている、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の装置。
18. 前記制御ユニットが前記風変換器の制動を自動的に制御するように構成されている、請求項１７に記載の装置。

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