JP2012112296A

JP2012112296A - 発熱機および風力熱発電システム

Info

Publication number: JP2012112296A
Application number: JP2010261335A
Authority: JP
Inventors: Toru Okazaki; 徹岡崎
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2010-11-24
Filing date: 2010-11-24
Publication date: 2012-06-14

Abstract

【課題】より構造や管理が容易な発熱機および当該発熱機を構成要素として含む風力熱発電システムを提供する。
【解決手段】発熱機は、風車３０と、風車３０の回転軸３２と同軸の円周に沿って配置され、強磁性体を含む回転子２１と、回転子２１に対向して配置され、強磁性体からなる発熱部と、回転子２１および発熱部を通る磁場を形成する磁場形成部と、発熱部に接触して配置され、内部を熱交換用の流体が通る配管とが内部に含まれる発熱台２２とを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は発熱機および風力熱発電システムに関し、より特定的には、渦電流による発熱を利用した発熱機および当該発熱機を構成要素として含む風力熱発電システムに関するものである。

自然エネルギを利用した発電装置として、たとえば特許文献１に示されるような風力発電機が知られている。

特開２００７−２７７３号公報

しかし、発電機が風車の回転軸の近傍に配置される場合、高所に発電機が設置される。通常、発電機は重量物であるため、これを支持する回転軸などに相当の強度が要求される。また当該発電機のメンテナンス時に高所作業の必要が生じるなど、実用上不便な点が存在する。

本発明は、以上の問題に鑑みなされたものであって、その目的は、より構造が簡易で管理が容易な風力熱発電システム、および風力熱発電システムに用いられる発熱機を提供することである。

本発明に従った発熱機は、風車と、風車の回転軸と同軸の円周に沿って配置され、強磁性体を含む回転子と、回転子に対向して配置され、強磁性体からなる発熱部と、回転子および発熱部を通る磁場を形成する磁場形成部と、発熱部に接触して配置され、内部を熱交換用の流体が通る配管とを備えている。

本発明の発熱機においては、風車の回転方向に沿う平面がなすたとえば円板形状の円周に沿って回転子や発熱部、磁場形成部および上記配管が配置される。したがって風車の円板形状の下部に発熱部、磁場形成部および配管が配置されうる。このため発熱部や磁場形成部は、風車の回転軸の近傍に配置される場合に比べて下部の、たとえば風車が設置される地面上に直接設置することができる。したがって回転軸には発熱部等による荷重が加わらなくなるため、回転軸の荷重を減らし、回転軸やベアリングの寿命を長くすることができる。また強度の高い支柱などを設ける必要がなくなり、発熱機全体の設計が容易になる。さらに発熱部等のメンテナンス時に高所作業を行なう必要がなくなり、設備の管理が容易になる。

上記発熱機においては、風車は、回転軸から径方向に向けて延在する複数のスポーク部と、スポーク部のそれぞれに設置されたブレードとを含むことが好ましい。

風車がスポーク部を備えることにより、風車を構成する個々のブレードは、風車の回転軸に加えて複数のスポーク部により支持される。このため、スポーク部が存在しない場合に比べて個々のブレードは回転軸とスポーク部とに、より確実に支持される。このため、たとえば個々のブレードの破損を抑制するために、個々のブレードを一体の部材とする必要はなく、たとえば複数の部材が接合された構成を有していても、強度設計上特に問題なくなる。したがって、たとえば全長が数十ｍにも及ぶ大きなブレードを工場にて一体の部材として製造した後、風車の設置現場まで運送する困難な作業を回避することができる。

以上より、複数のスポーク部のそれぞれにブレードが設置されれば、設置現場までの運送に起因するブレードの制限サイズよりも大きなブレードを製造、設置することができる。このため本発明の発熱機は、より発電能力の大きな風車を供給しうる構成とすることができる。また風車の発電能力が大きいため、風車の回転をより低速にすることができ、風車の回転軸におけるベアリングの寿命を長くしたり、風車の回転に起因する騒音の発生を抑制したりすることができる。

上記発熱機においては、回転子は、風車の外周面に沿って配置されることが好ましい。回転子が風車の外周面に沿って配置されれば、これに対向する発熱部も風車の外周面に沿って配置される。したがって風車の外周面の下部に磁場形成部や熱交換用の流体が通る配管を設置することができ、上記のように回転軸に加わる負荷が軽くなるなど設備全体の構造が簡易になるため、設備全体の設計が容易になる。

上記発熱機においては、磁場形成部は、内部を電流が流れることにより磁場を形成するコイルを含んでいることが好ましい。磁場形成部がコイルを含んでいれば、当該コイルに電流を流すことにより磁場形成部は磁場を形成する。この磁場の大きさは、磁場形成部の磁場が通る回転子の強磁性体の位置に応じて時間変化する。強磁性体の位置は、回転子の回転状況に応じて変化する。このため回転子が回転すれば、回転子および発熱部を通る磁場の大きさが時間変化する。この磁場の変化により発熱部には渦電流が流れ、発熱部が発熱する。

上記発熱機においては、コイルは超電導材料からなっていることが好ましい。コイルとして超電導材料を用いれば、コイルにより大きい電流を流すことができる。その結果、当該コイルはより大きい磁場を形成するため、発熱部はより高効率に発熱する。

上記発熱機においては、風車は、回転軸を風向に沿った方向に調整する調整部をさらに含んでいてもよい。ここで調整部とは、たとえば風車が設置された地域における風向の変化に応じて、風車全体の向きを変更することができるターンテーブルを意味する。このようにすれば当該発熱機は、風のエネルギをより有効に利用することができる。

本発明に従った風力熱発電システムは、上記本発明の発熱機と、発熱機に接続され、発熱機において発生した熱を蓄える蓄熱部と、蓄熱部に接続され、蓄熱部において蓄えられた熱を電気に変換する発電部とを備えている。

本発明の風力熱発電システムにおいては、発熱機として設計や管理の容易な上記本発明の発熱機が採用される。このため風力熱発電システム全体の設計や管理が容易になり、部材の寿命を長くしたり、風車の回転に起因する騒音の発生を抑制したりすることができる。

以上の説明から明らかなように、本発明の発熱機および風力熱発電システムによれば、構造が簡易で設計や管理が容易な発熱機、および当該発熱機を構成要素として含む風力熱発電システムを提供することができる。

風力熱発電システムの構造を示す概略図である。実施の形態１における発熱機の構造を示す概略図である。実施の形態１における発熱機の構造を、図２に対して９０°の方向から見た概略図である。回転子および発熱部の構造を示す概略断面図である。発熱機の動作を説明するための概略断面図である。発熱機の動作を説明するための概略断面図である。実施の形態２における発熱機の構造を示す概略図である。実施の形態２における発熱機の構造を、図７に対して９０°の方向から見た概略図である。実施の形態３における発熱機の構造を示す概略図である。実施の形態４における発熱機の構造を示す概略図である。実施の形態４における発熱機の構造を、図１０に対して９０°の方向から見た概略図である。実施の形態５における発熱機の構造を示す概略図である。実施の形態６における発熱機の構造を示す概略図である。実施の形態７における発熱機の構造を示す概略図である。実施の形態７における発熱機の構造を、図１４に対して９０°の方向から見た概略図である。実施の形態８における発熱機の構造を示す概略図である。実施の形態８における発熱機の構造を、図１６に対して９０°の方向から見た概略図の一例である。実施の形態８における発熱機の構造を、図１６に対して９０°の方向から見た概略図の、図１７とは異なる他の例である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。

（実施の形態１）
まず、本発明の一実施の形態である実施の形態１について説明する。図１を参照して、本実施の形態における風力熱発電システム１は、発熱機８１と、発熱機８１に接続され、発熱機８１において発生した熱を蓄える蓄熱部４０と、蓄熱部４０に接続され、蓄熱部４０において蓄えられた熱を電気に変換する発電部５０とを備えている。

蓄熱部４０は、配管９６〜９８を介して発熱機８１と接続されており、発熱機８１において加熱された熱媒体としての流体を保持する。熱媒体としての流体としては、種々の流体を採用可能であるが、本実施の形態としてはその一例として水を採用する。発電部５０は、蒸気タービン５１と、蒸気タービン５１の回転により発電する発電機５２とを含んでいる。蒸気タービン５１は、配管９２により蓄熱部４０に接続され、配管９２を介して供給される水蒸気により回転する。当該回転は発電機５２に伝達され、発電に利用される。

風力熱発電システム１は、さらに復水器６０とポンプ７１，７２とを備えている。復水器６０は、配管９３により蒸気タービン５１に接続されている。復水器６０には、蒸気タービン５１を通過した水蒸気が配管９３を介して供給され、当該水蒸気は復水器６０の中で液体の水に戻される。復水器６０には、配管６１および配管６２が接続されている。そして、復水器６０には上記水蒸気を冷却して水に戻すための冷却水が配管６１を通して供給され、配管６２を通して排出される。ポンプ７１は、配管９４により復水器６０に接続されるとともに、配管９５により蓄熱部４０に接続されている。また、ポンプ７２は配管９６により蓄熱部４０に接続されるとともに、配管９７により発熱機８１に接続されている。蓄熱部４０、発電部５０および復水器６０は、発電室８２内に配置されている。

次に発熱機８１について説明する。図２〜図４を参照して、本実施の形態における発熱機８１は、風車３０と、風車３０の回転軸３２と同軸の円周（風車３０の外周面）に沿って配置され、強磁性体を含む回転子２１と、回転子２１に対向して配置され、強磁性体からなる発熱部２２Ｂと、回転子２１および発熱部２２Ｂを通る磁場を形成する磁場形成部２３と、発熱部２２Ｂに接触して配置され、内部を熱交換用の流体が通る配管２４とを備えている。風車３０は、略水平方向３２Ａに延びるよう配置される回転軸３２と、回転軸３２から径方向に突出し、風を受けることにより回転軸３２を周方向に回転させるブレード３４と、回転軸３２から径方向に向けて延在する複数のスポーク部３１とを含んでいる。個々のブレード３４は複数のスポーク部３１のそれぞれに固定、支持されている。また個々のスポーク部３１は回転軸３２と反対側の端部において別のスポーク部３１と互いに接続および固定され、回転子２１はスポーク部３１の外周側端部に固定、支持されることが好ましい。回転子２１は、複数のブレード３４がなす環状の平面に面するように配置されている。また回転軸３２を含む風車３０全体は、支柱３３に支持されている。

図４〜図５は図２と同じ方向から回転子２１および発熱台２２を見たものであり、実際には回転子２１は環状であるが、図を平易にするため、便宜的に回転子２１は直線状に記載している。また図４〜図５の回転子２１の下部では、発熱台２２の内部を示している。回転子２１には、円周方向に関して強磁性体部２１Ａと非磁性体部２１Ｂとが一定の間隔で交互に配列されている。強磁性体部２１Ａにはたとえば鉄からなる薄い鋼板（たとえばいわゆる電磁鋼板）が図４〜図５の上下方向に複数重ねられている。強磁性体部２１Ａは渦電流が発生しにくいように構成されていることが好ましい。また非磁性体部２１Ｂには非磁性材料が配置されていてもよいし、非磁性体部２１Ｂは空洞であってもよい。非磁性体部２１Ｂが空洞である場合には、隣り合う強磁性体部２１Ａ同士が一定の間隔で配置され、構造材を用いてこれらが接続された構成であることが好ましい。

発熱台２２の内部には、回転子２１の延在する方向に沿うように複数の（たとえば２台の）強磁性体である強磁性部材２２Ｃが一定の間隔で配置される。強磁性部材２２Ｃは発熱困難部２２Ａと発熱部２２Ｂとを含んでいる。発熱困難部２２Ａは渦電流を発生しにくく、発熱しにくい構成であることが好ましい。発熱困難部２２Ａは強磁性体部２１Ａと同様に、たとえば鉄からなる薄い鋼板が図４〜図５の上下方向に複数重ねられている。発熱部２２Ｂは渦電流を発生しやすく、発熱しやすい構成であることが好ましい。発熱部２２Ｂは一体の鉄の構造体からなることが好ましい。また発熱困難部２２Ａの外周には磁場形成部２３が巻回されている。磁場形成部２３は内部を電流が流れることにより磁場を形成するコイルを含むことが好ましい。図４の磁場形成部２３は強磁性部材２２Ｃに巻回されるコイルである。発熱部２２Ｂの周囲に配置される配管２４の内部を流れる熱媒体としての水は蓄熱部４０に到達し、蓄熱部４０に保持される。

次に、風力熱発電システム１の動作について説明する。図２および図５を参照して、磁場形成部２３の内部に流れる電流により、強磁性部材２２Ｃ（発熱部２２Ｂ）および回転子２１を通る磁場β₁、β₂が発生する。ここでブレード３４が風を受けると、風車３０が回転するため、スポーク部３１を介してブレード３４に接続されている回転子２１が回転し、強磁性体部２１Ａが図５の矢印αの方向に移動する。このとき、強磁性部材２２Ｃおよび回転子２１を通る磁場β₁、β₂の時間的な強弱の変化が発生する。具体的には、たとえば図５の左側の強磁性部材２２Ｃのように、その真上に強磁性体部２１Ａが重なる領域が少ない場合、強磁性部材２２Ｃと回転子２１とを通る磁場β₁は比較的弱くなる。これに対し、たとえば図５の右側の強磁性部材２２Ｃのように、その真上に強磁性体部２１Ａが重なる領域が多い場合、強磁性部材２２Ｃと回転子２１とを通る磁場β₂は比較的強くなる。

図５の状態となる時刻から一定時間が経過して図６の状態となる時刻においては、左側の強磁性部材２２Ｃの真上に強磁性体部２１Ａが重なる領域が多くなり、強磁性部材２２Ｃと回転子２１とを通る磁場β₁は比較的強くなる。これに対し、図６の右側の強磁性部材２２Ｃは、その真上に強磁性体部２１Ａが重なる領域は少なくなり、強磁性部材２２Ｃと回転子２１とを通る磁場β₂は比較的弱くなる。

このように各強磁性部材２２Ｃに形成される磁場の強弱の時間変化により、発熱部２２Ｂ内には渦電流が発生し、発熱部２２Ｂは発熱する。すると発熱部２２Ｂの周囲の配管２４を流れる水が加熱されて水蒸気（あるいは加圧された熱水、または水蒸気と熱水との混合体）となり、蓄熱部４０に到達する。そして、当該水蒸気および／または熱水は、高温、高圧の状態で蓄熱部４０に蓄えられる。

蓄熱部４０に蓄えられた水蒸気または熱水から発生した水蒸気は、配管９２を介して蒸気タービン５１に供給され蒸気タービン５１が回転する。そして、蒸気タービン５１の回転が発電機５２において電気に変換され、発電が達成される。

蒸気タービン５１の回転に用いられた水蒸気は配管９３を通って復水器６０に到達する。復水器６０では、当該水蒸気が冷却されて液体の水に戻される。この水は配管９４を通ってポンプ７１に送られる。そして、ポンプ７１は配管９５を通して水を蓄熱部４０に戻す。一方、蓄熱部４０内の水は、配管９６を通してポンプ７２に送られる。そして、ポンプ７２は配管９７を通して水を発熱機８１に供給する。つまり、発熱機３０から蓄熱部４０に入り、蓄熱部４０から発熱機８１に戻る水の循環と、蓄熱部４０から蒸気タービン５１、復水器６０を通って蓄熱部４０に戻る水の循環とが形成される。このようにして、熱媒体である水は風力熱発電システム１内を循環する。

ここで強磁性部材２２Ｃが回転子２１に沿って複数配置されることにより、風車３０の回転による磁場の強度変化を連続的に発生させることができ、発熱部２２Ｂでの発熱を持続的に起こすことができる。

なお風車３０が受ける風が弱いときは、磁場形成部２３の励起電流を小さくすることが好ましい。すると磁場形成部２３が形成する磁場β₁、β₂の強度が小さくなり、ブレード３４の外周部が磁場β₁、β₂により受ける抵抗の値が小さくなる。このためたとえばブレード３４に加わる抵抗は実質的に力学的な抵抗のみとすることができる。このためブレード３４に加わる全体の抵抗を小さくすることができ、風車３０を容易に回転させることができる。これは、回転を開始する際に必要な回転トルクの大きい風車３０に対しては特に効果が大きい。

逆に、磁場形成部２３に含まれるコイルとして超電導材料からなるものを用いれば、当該コイルに流れる電流値をより大きくすることができる。その結果、磁場形成部２３が形成する磁場αをより強くすることができ、発熱部２２Ｂでの渦電流をより大きくできる。つまりより効率的に発熱することができる。

本実施の形態における発熱機８１によれば、上記風力熱発電システム１においては、発熱台２２は風力熱発電システム１が設置される地面上に配置されている。つまり磁場形成部２３や発熱部２２Ｂが、風車３０の外周面の最下部に配置される回転子２１に沿うように配置される。このため回転軸３２は風車３０のブレード３４やスポーク部３１、回転子２１のみを支えればよく、回転軸３２で質量の大きい発熱台２２を支える必要がない。したがって回転軸３２や支柱３３に加わる荷重を軽くし、風力熱発電システム１全体の強度などの設計を容易にすることができる。また発熱台２２が地上の低いところに設置されるため、たとえば発熱台２２のメンテナンス時においても高所作業を行なう必要がなくなり、メンテナンス作業をより容易にすることができる。

本実施の形態における発熱機８１によれば、風車３０の個々のブレード３４はスポーク部３１により固定、支持される。このためブレード３４が回転軸３２にて支持されるために回転軸３２に加わる応力をより小さくすることができる。逆に言えば回転軸３２のみでブレード３４を支持する場合より、ブレード３４自体や回転軸３２が損傷する可能性を低減することができるとともに、ブレード３４自体の剛性を低くしてもよい。このようにすれば、大型の一体型のブレード３４ではなく、複数の部材が接合されたブレード３４を用いたとしても、ブレード３４は回転軸３２とスポーク部３１とにより支持されているので、使用時にブレード３４の部材の接合部においてブレード３４が崩壊する可能性が低減される。したがって、スポーク部３１が設けられることにより、ブレード３４として複数の小さい部材が接合された構造体を用いることが可能となり、ブレード３４の風力熱発電システム１の設置場所までの運送を容易にすることができる。

またブレード３４として複数の小さい部材が接合された構造体を用いれば、一体型のブレード３４よりも大きいブレード３４を容易に形成することが可能となる。このため風車３０の回転力による発電部５０の発電量をより高めることができる。

あるいは、一体型のブレード３４の輸送限界による最大サイズよりもさらにブレード３４が大きくなれば、より低速で風車３０を回転することができる。これはより低速で風車３０を回転しても風車３０の発電能力が十分大きいためである。風車３０の回転をより低速にすることにより、風車３０の回転軸におけるベアリングの寿命を長くしたり、風車３０の回転に起因する騒音の発生を抑制したりすることができる。

（実施の形態２）
次に、本発明の他の実施の形態である実施の形態２について説明する。実施の形態２における発熱機８１および風力熱発電システム１は、基本的には実施の形態１の場合と同様の構造を有し、同様に動作する。しかし、実施の形態２における発熱機８１は、回転子２１および発熱台２２の構成において、実施の形態１の場合とは異なっている。

すなわち、図７および図８を参照して、実施の形態２の発熱機８１は、回転子２１がブレード３４の外周面よりも内側において、風車３０の回転軸３２と同軸の円周に沿って配置されている。図７および図８においては、回転軸３２から径方向に向けて延在するブレード３４の、回転軸３２からの延在する長さがブレード３４の全長の約半分の箇所にて回転子２１が配置されている。発熱台２２は実施の形態１と同様に、回転子２１の外周面に対向するように配置される。したがって発熱台２２は、風車３０のなす平面のより内側、すなわち実施の形態１の発熱台２２よりも上方に配置される。

実施の形態２のように回転子２１を風車３０がなす円周のより内側に配置することにより、回転子２１が風車３０の外周部に配置される場合に比べて、回転子２１が風車３０の円周方向に沿って延在する長さが短くなる。したがって、回転子２１の全体の重量を軽くすることができる。このため回転軸３２が回転子２１を支える荷重をより軽くすることができる。

（実施の形態３）
次に、本発明のさらに他の実施の形態である実施の形態３について説明する。実施の形態３における発熱機８１および風力熱発電システム１は、基本的には実施の形態１の場合と同様の構造を有し、同様に動作する。しかし、実施の形態３における発熱機８１は、発熱台２２が風車３０の外周面の下部および上部に設置されている構成において、実施の形態１の場合とは異なっている。図９を参照して、風車３０の外周面の上部に設置されている発熱台２２の構成は、外周面の下部の発熱台２２と同様である。また図９の外周面の下部の発熱台２２の構成は、実施の形態１の発熱台２２の構成と同様である。

本実施の形態のように発熱台２２が風車３０の外周側の複数箇所に（たとえば下部および上部に合計２台）設置されていれば、発熱機８１や風力熱発電システム１全体の発電能力を増大させる（図９の場合は２倍にする）ことができる。

（実施の形態４）
次に、本発明のさらに他の実施の形態である実施の形態４について説明する。実施の形態４における発熱機８１および風力熱発電システム１は、基本的には実施の形態１の場合と同様の構造を有し、同様に動作するとともに、同様の効果を奏する。しかし、実施の形態４における発熱機８１は、支柱３３や発熱台２２が
調整部２５の上に載置されている構成において、実施の形態１の場合とは異なっている。

図１０および図１１を参照して、調整部２５は、たとえばターンテーブルなど、調整部２５が設置される平面に沿った方向に自由に回転することが可能な構成である。つまり調整部２５の上に支柱３３や発熱台２２が固定されることにより、風車３０を含む発熱機８１の全体は、ターンテーブルの回転に伴い回転し、任意の方向を向くことが可能となる。

上記のような構成を有することにより、風向の変化に応じてブレード３４が任意の方向を向くように調整することができるため、ブレード３４はより効率的に回転することができる。このため、風車３０や回転子２１の回転エネルギを、発電部５０の発電により有効に利用することができる。

（実施の形態５）
次に、本発明のさらに他の実施の形態である実施の形態５について説明する。実施の形態５における発熱機８１および風力熱発電システム１は、基本的には実施の形態１の場合と同様の構造を有し、同様に動作するとともに、同様の効果を奏する。しかし図１２を参照して、実施の形態５における発熱機８１は、風車３０が支柱３３の代わりにローラ状であって回転可能な円柱支持体３５により２箇所で支持されている構成において、実施の形態１の場合とは異なっている。

上記のような円柱支持体３５が発熱機８１に含まれていてもよい。このとき、円柱支持体３５と回転子２１とが互いに接触するように配置されることにより、回転子２１を含む風車３０は円柱支持体３５に支持される。また円柱支持体３５が図１２の円周方向に沿ってその中心軸を中心として自在に回転可能であるため、回転子２１の回転に伴い、円柱支持体３５は回転子２１の外周面上の移動（回転）に伴なって回転する。このため回転子２１はより滑らかに、より軽い力で回転することができる。

（実施の形態６）
次に、本発明のさらに他の実施の形態である実施の形態６について説明する。実施の形態６における発熱機８１および風力熱発電システム１は、基本的には実施の形態１の場合と同様の構造を有し、同様に動作するとともに、同様の効果を奏する。しかし図１３を参照して、実施の形態６における発熱機８１は、ブレード３４が実施の形態１より多数備えられている構成において、実施の形態１の場合とは異なっている。

風車３０のなす円周方向に関して、実施の形態１と同様の間隔で配置されている隣り合うブレード３４Ａの間に、さらに１台のブレード３４Ｂが配置されている。ブレード３４Ａは実施の形態１のブレード３４と同様に、回転軸３２から径方向に突出するように延在するが、ブレード３４Ｂはブレード３４Ａの回転軸３２側の端部よりも径方向の外側を端部として、そこから径方向に突出するように延在する。このような構成とすることにより、ブレードの本数が増加した場合に、回転軸３２の近傍にて隣り合うブレード３４Ａ、３４Ｂ同士の干渉が抑制される。

本実施の形態のようにブレード３４Ａ、３４Ｂの本数が増加すれば、風車３０が風を利用する効率が向上する。すなわち、発熱機８１の周囲の風速が同じであっても、多数のブレード３４Ａ、３４Ｂにより、風を回転力に変換する効率が向上する。しかし仮に回転軸３２の近傍にて、多数のブレード３４Ａ、３４Ｂ同士が干渉すれば、回転軸３２の近傍においては複数のブレード３４Ａ、３４Ｂが一体になったように集合する。この領域においては風を通過させることができる隙間がなくなるため、風を回転力に変換する効率が低下する可能性がある。そこで回転軸３２の近傍においても風が通過できる隙間を確保するため、実施の形態１のブレード３４に対して追加されたブレード３４Ｂをブレード３４Ａよりも短くして、回転軸３２の近傍におけるブレード３４Ａ、３４Ｂの隙間を実施の形態１と同程度とする。このようにすれば、回転軸３２の近傍における風を回転力に変換する効率の低下が抑制される。

（実施の形態７）
次に、本発明のさらに他の実施の形態である実施の形態７について説明する。実施の形態７における発熱機８１および風力熱発電システム１は、基本的には実施の形態１の場合と同様の構造を有し、同様に動作するとともに、同様の効果を奏する。しかし実施の形態７における発熱機８１は、ブレード３４の構成において、実施の形態１の場合とは異なっている。

実施の形態７の発熱機８１は、平板形状の複数のブレード３４の向きが、風車３０の回転状況や風向に応じて変化する構成となっている。具体的には、図１４および図１５を参照して、風車３０における上側半分のブレード３４は、平板形状のうち最も面積の大きい主面が、風車３０の回転方向に沿う円形状の平面に交差する方向（たとえば垂直な方向）を向くように配置されている。一方、下側半分のブレード３４は、平板形状のうち最も面積の大きい主面が、風車３０の回転方向に沿う円形状の平面に対する角度が上記上側半分のブレード３４における当該角度より小さくなる（より好ましくは上記平面に沿う方向に上記主面が向く）ように配置されている。なお各ブレード３４は、風車３０の回転に伴なって、上側にあるときは上記風車３０の回転方向に沿う平面に交差する（たとえば垂直な）方向に主面が向き、さらに風車３０の下側にあるときは当該平面にほぼ沿うように主面が向く状態へと、その向きが変更される。

この状況の場合、たとえば図１４の右方から左方へ、すなわち図１５の紙面に垂直な手前側から奥側へ風が吹けば、図１４の上側半分のブレード３４は、風が吹く方向に大きな面積を有する配置となるため、風を受けて風車を図１４における左回りに回転させる力が発生する。これに対して図１４の下側半分のブレード３４は、風が吹く方向に小さな面積を有する配置となるため、風を受けることによる応力が上記上側半分のブレード３４より小さくなる。このため風車３０は、図１４の上側半分のブレード３４が受ける風により反時計方向に回転する。

つまり、図１４の下側半分のブレード３４は、風により受ける応力が小さくなるため、たとえば下側半分のブレード３４は、図１４の右側から左側へ移動するように回転する力を受けにくくなる。したがって上側半分のブレード３４による回転を打ち消す方向の力が風車３０に加わりにくくなり、風車３０が図１４における反時計方向に回転する。

また図１４の状況において、たとえば図１４の紙面に垂直な手前側から奥側へ風が吹けば、図１４の下側半分のブレード３４は風を受けて回転する効率が向上し（風により受ける応力が大きくなり）、図１４の上側半分のブレード３４は風を受けて回転する効率が低下する（風により受ける応力が小さくなる）。このため下側半分のブレード３４により風車３０が回転することができる。つまり図１４の発熱機においては、上記のいずれの方向から風が吹いたとしても、高効率に風を受けて回転することが可能となる。このため効率的に利用することができる風向の範囲が拡張し、結果として風力熱発電システム１の当該風の利用効率が高められる。

なおすべてのブレード３４について、回転軸３２の近傍における各ブレード３４に対して、各ブレード３４の大きな面積を有する主面の向きを変更するアクチュエータなどが施されてもよい。このようにすれば、たとえば風車３０の各ブレード３４の回転による位置（位相）に応じて、各ブレード３４が風を効率的に受けることができる方向を向くように回転することができるため、より効率的に風エネルギを利用することが可能となる。

（実施の形態８）
次に、本発明のさらに他の実施の形態である実施の形態８について説明する。実施の形態８における発熱機８１および風力熱発電システム１は、基本的には実施の形態１の場合と同様の構造を有し、同様に動作するとともに、同様の効果を奏する。しかし実施の形態８における発熱機８１は、支柱３３の構成において、実施の形態１の場合とは異なっている。

図１６および図１７を参照して、実施の形態８の発熱機８１は、図１６の紙面に垂直な方向、図１７の左右方向に対して一方にのみ支柱３３が配置され、当該支柱３３により、回転軸３２やスポーク部３１が支持されている。図１８は、実施の形態２のように回転子２１が風車３０の外周がなす平面より内部に配置された構成において、図１７と同様に支柱３３が一方にのみ配置される場合の構成を示している。

つまり、支柱３３は実施の形態１のように２方向から風車３０を支持する構成であってもよいが、本実施の形態のように１方向のみから風車３０を支持する構成であってもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の発熱機および風力熱発電システムは、渦電流による発熱を利用した発熱機および当該発熱機を構成要素として含む風力熱発電システムに、特に有利に適用され得る。

１風力熱発電システム、２１回転子、２１Ａ強磁性体部、２１Ｂ非磁性体部、２２発熱台、２２Ａ発熱困難部、２２Ｂ発熱部、２２Ｃ強磁性部材、２３磁場形成部、２４配管、２５調整部、３０風車、３１スポーク部、３２回転軸、３２Ａ略水平方向、３３支柱、３４，３４Ａ，３４Ｂブレード、３５円柱支持体、４０蓄熱部、５０発電部、５１蒸気タービン、５２発電機、６０復水器、６１，６２配管、７１，７２ポンプ、８１発熱機、８２発電室、９２〜９８配管。

Claims

風車と、
前記風車の回転軸と同軸の円周に沿って配置され、強磁性体を含む回転子と、
前記回転子に対向して配置され、強磁性体からなる発熱部と、
前記回転子および前記発熱部を通る磁場を形成する磁場形成部と、
前記発熱部に接触して配置され、内部を熱交換用の流体が通る配管とを備えた、発熱機。
前記風車は、
前記回転軸から径方向に向けて延在する複数のスポーク部と、
前記スポーク部のそれぞれに設置されたブレードとを含む、請求項１に記載の発熱機。
前記回転子は、前記風車の外周面に沿って配置される、請求項１または２に記載の発熱機。
前記磁場形成部は、内部を電流が流れることにより磁場を形成するコイルを含んでいる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発熱機。
前記コイルは超電導材料からなっている、請求項４に記載の発熱機。
前記風車は、前記回転軸を風向に沿った方向に調整する調整部をさらに含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発熱機。
発熱機と、
前記発熱機に接続され、前記発熱機において発生した熱を蓄える蓄熱部と、
前記蓄熱部に接続され、前記蓄熱部において蓄えられた熱を電気に変換する発電部とを備え、
前記発熱機は請求項１〜６のいずれか１項に記載の発熱機である、風力熱発電システム。