極東極楽 ごくとうごくらく

豊饒なセカンドライフを求め大還暦までの旅日記

ようこそ、SWT工房へ

2017年01月31日 | 環境工学システム論

  

  実るほど頭ををたるる稲穂かな / 地山謙(ちざんけん)

                               


      ※ 「大有」の卦の次に「謙」の卦が置かれていることに注目しよう。
        「大有」は盛大豊有の意味
た。「謙」は公平均分である。国総所
        得が倍増しても、所抑格差がひろがろのでは社会は不安定と
なる。
        謙とは謙ぶ、謙虚であること。おのれを虚しうして人にへりくだ
        るのである。私欲、慢心を捨
てて人に従う。それは満月が必ず欠
        け、高山が水に削られて低所に堆積するようなものだ。高貴であ

        ればあるほど卑賤に奉仕する心を忘れてはならない。すぐれた才
        能、美しい容貌は、謙虚であることにであることによって、より
        
り一層輝きを増すのである。

 

  

【RE100倶楽部:スマート風力タービンの開発 18】   



● これが噂の縦渦リニアドライブ型ウインドタービン

突風に強い新駆動原理 

円柱形状の回転翼を付けた全く新しい駆動原理の風車を、長岡技術科学大の高橋勉教授
(機械創造工学専攻)が考案した。一般的なねじれた羽根形状の回転翼を持つ風車に比
べ強風に強い単純構造で、山岳地帯での風力発電など多方面への応用が期待できるとい
う。
円柱と十字に交差する平板を、円柱の後ろに一定の距離を空けて置き、風を送ると
風下の平板の後ろに向かって縦渦が発生し、円柱を振動させる力が働く原理を応用した。

回転翼として取り付けた棒状の円柱の風下側にリング状にした平板を取り付けることで
風を受けると回転翼が一定方向に回り出す仕組みだ。線路に沿って滑走するように翼が
回ることから「縦渦リニアドライブ」と命名。同大として国際特許を出願したという。
風力発電に利用すると、エネルギー効率は23%で、現行の高効率タイプの半分程度に
とどまるというが、回転翼の形状が羽根型のようにデリケートではないため、強風や突
風に強く、これまで設置が難しかった高山地域や台風襲来地などでの利用に向いている。

さらにセラミックなど加工が難しい材料での製造も可能で、高温などの厳しい環境下で
のタービンとしての利用や、単純構造を生かし、極小の医療用水車などとしても応用で
きるという。高橋教授は「今後、大学や企業など他の機関も含めて研究が進むことにな
り、実用の可能性は広がってくる」と期待しているとのこと(「風車 突風に強い新駆
動原理 長岡技科大教授が考案」毎日新聞 2016.11.20)。

 夢ナビTALK

流れの可視化で水の抵抗の正体が見えた!高橋勉長岡技術科学大教授

● 動作原理と新規考案

国際特許出願しているらしいが、今夜のところは確認できていないが、原理は下図の特
許で基本は押さえる(違いは、振動は、あるいは回転としてエネルギー変換するかの違
い、あるいは、作動流体が、水か空気の違いがあるだけで、カルマン渦を利用すること
に違いはない。まず「特許4923245 流体による振動発電装置」を技術背景と解決手段を
のぞいてみよう。

【要約】

流体の流れ方向3に対し長手方向が交差するように配設された第1の柱状体1と、前記
第1の柱状体1に対し離間して長手方向が交差するように配設された第2の柱状体2と
、前記第1の柱状体1と据付台4との間に配設された発電装置5とを備えたことを特徴
とする流体による振動発電装置で、流体の運動エネルギを電気エネルギに変換する流体
による振動発電装置において、流速が広範囲に変動しても縦渦が消滅することなく、広
範囲にわたる流速下で効率的に発電可能な振動発電装置を提供することを課題とする。



【技術背景】

空気や水などの流体が柱状体に当たると、柱状体の後ろ側にはカルマン渦と呼ばれる渦
が生じる。そして、柱状体にはカルマン渦励振や空力ギャロッピング等の不安定振動が
発生する。具体的には、柱状体に流体が当たると、カルマン渦列のバランスによって、
柱状体の後ろ側に生じる負の圧力が左右非対称になり、一方の負圧が他方の負圧に対し
て大きくなる。これにより柱状体に対して一方に押す力が働き、柱状体がその方向に振
れる。柱状体が振れると、カルマン渦列が変化して先程とは異なる他方の負圧が大きく
なって押す力が逆方向に働き、柱状体がその方向に振れる。この繰り返しにより、柱状
体は流体の流れ方向に対して直交方向に振動するようになる。これは、上ビデオ「夢ナ
ビTALK」でわかりやすく解説されている。

このカルマン渦によって柱状体に励起される振動の振幅は、その振動数が柱状体自身の固有
振動数、すなわち共振周波数に合致すると、ロッキングと呼ばれる大きな振幅に成長する。
しかし、振幅の大きさは流体の速度に対して敏感であり、流速が共振周波数域から外れ
る領域では急激に減少することになる。そこで、カルマン渦による振動から電気エネル
ギを効率的に取り出すためには、振動体が壊れない範囲で振幅を大きく維持することが
重要になる。

ところが、①自然界における風などの流体によるカルマン渦の発生条件は、レイノルズ
数Re=u・d/v(u:流速、d:円柱の直径、v:動粘度)が数十から数万となる
い範囲に及ぶ。②その一方で振動体の機械的共振はQ値が高く、鋭いピークを持つ特
徴があるので、両周波数が一致してロッキングを維持する範囲は、風速の変動範囲に比
べると極めて狭いという問題がある。③また、自然界における風などの流体の速度は常
に一定とは限らず、時間と共に変動するため、この流体によって引き起こされるカルマ
ン渦周波数も常に変動しているのが通例である。これに対し、柱状体の機械共振周波数
は柱状体の寸法等から定まり一定であることから、その共振範囲は極めて狭いものとな
る。したがって、流体中に配置された1本の柱状体の振動を利用した振動発電装置では
、カルマン渦周波数と機械共振周波数とが常に一致するとは限らず、振動エネルギから
電気エネルギを効率的に取り出すことができないという問題がある。

【解決手段】

  1. 請求項1記載の発明は、流体の流れ方向に対し長手方向が交差するように配設さ
    れた
    第1の柱状体と、前記第1の柱状体に対し離間して長手方向が交差するよう
    に配設され
    た第2の柱状体と、前記第1の柱状体と据付台との間に配設された発
    電装置と、を備え
    たことを特徴とする流体による振動発電装置である。
  2. 請求項2記載の発明は、請求項1記載の流体による振動発電装置において、前記
    発電装置が電磁誘導方式であることを特徴とするものである。
  3. 請求項3記載の発明は、請求項1記載の流体による振動発電装置において、前記
    発電装置が圧電素子と該圧電素子を押圧する押圧体からなる発電装置であること
    を特徴とするものである。
  4. 請求項4記載の発明は、請求項1~3のいずれか1項に記載の流体による振動発
    電装置において、前記第1の柱状体が弾性支持されることを特徴とするものであ
    る。
  5. 請求項5記載の発明は、請求項1~4のいずれか1項に記載の流体による振動発
    電装置において、前記第1の柱状体と前記第2の柱状体との離間隙間を流体の流
    速に応じて変更可能としたことを特徴とするものである。、
     

このことで、 流体の流速が広範囲に変動しても縦渦を維持し、カルマン渦励振よりも大きな振
動エネルギを取り出して効率的に発電を行うことができる。また、風車発電装置や水車発電装
置とは異なり、回転機構部が存在しないことから、長期間にわたってメインテナンスの必要性
がないなどの技術優位性がしめされることとなる。

風車の羽根は風を受けて回転力を生み出すために飛行機の翼に似た形になっている。高
性能な翼は薄くて複雑な形であり、同時に強度
が求められるため製造には高度な技術が
必要とする。
風車の羽根を円柱に変えたら、円柱ならば作りやすく、軽量で強度の高い
翼が安価に製造できるが、従来の風車の理
論では羽根が円柱では風車は回らない。そこ
で、3次元の形状を持つ「縦渦」という渦を駆動力として利用する全
く新しい風車・水車
用の動力理論として「縦渦リニアドライプ」駆動を利用する。
風車のプロペラを円柱に置
き換え、その後ろにリング型の
板を設置するだけで円柱がプロペラとして回転すること
で実現できる。

水平型だけでなく垂直型も応用可能

 


エネルギー変換率が低い(エネルギー効率23%)点を除けば他の説明要因はクリアー
ということになるのだが・・・。
 



【ようこそ!SWT工房へ】



SWT工房で考えるシステムの特徴と仕様は、「作ってみよう超高性能自律分散型風力
発電システム」(2017.01.22)で掲載しているがさらに以下のように修正加筆(補足)
している。
 

● システムの特徴と仕様 

  1. 低騒音静粛型:「風切り ノイズ」や「低周波騒音」を抑制/騒音測定:□db以下
  2. 自己起動型:360度どの方向からの風も受け止め、わずか風速1 m/s以下の微風か
    ら自ら回転を開始
  3. 長時間回転維持型:風がやんでも長時間回転を維持:□s超
  4. 自己ブレーキ型:風車が一定の回転数に達するとトルクを抑制。強風域でも過回
    転防止し安全維持
  5. メンテナンスフリー型:簡単に修理できる
  6. 長期性能維持型:□年保証(保証前提:精査後)
  7. タービンユニット拡張型:ユニットを接続することで簡単に出力逓増可能:最大
    □ユニット
     

● システム仕様  

  1. タイプ:垂直翼揚力型風車(または、縦渦リニアドライブ型垂直風車
  2. ブレード数:垂直翼揚力型または、縦渦リニアドライブ型垂直風車):□翼数(
    最適設計)
  3. 最大瞬間出力:300W超(12m/s超)
  4. 最大出力回転数:300rpm超(12m/s超)
  5. 回転開始速度:1m/s以下
  6. カットイン風速速度:2.5m/s以下
  7. カットアウト風速速度:20m/s以上
  8. エネルギー変換効率:23%以上
  9. 外形寸法:□m×□m×□m(回転翼+内蔵機関一体外形)
  10. 直径:1200㎜以下(=ブレード長)
  11. 質量:80kg以下
  12. 取付フランジ:260Φmm以下
  13. ブレード材質:特殊強化プラスチックなど
  14. ボディ素材:鉄、ステンレス、アルミニウム、プラスチック
  15. 塗装:□処理□塗装
  16. 発電タイプ:三相コアレス発電機、誘導発電機、同期発電機
  17. コントロールシステム:SWT仕様
  18. パワーアシスト:無
  19. 通信機能:有
  20. ブレーキ・ロック方式:回生電磁ブレーキ方式内臓、磁気及び機械式ブレーキ
  21. オプション:出力インバーター/バッテリー/表示器ユニット/
  22. 標準価格:□万円_□人家族/世帯(□kw/d)
  23. 雷サージ対策:殊強化プラスチックに銅メッシュ層を挿入(オプション)



まぁ~、手前味噌だが、この事業計画に従ってプロジェクトが動き出したら、世界貢献
できることは半分約束されたものみたいだ。頑張ろう!


 

 ● 今夜の一曲

チャイコフスキー: 弦楽六重奏曲 String Sextet「フィレンツェの思い出」, in d, Op.70 

弦楽六重奏曲《フィレンツェの思い出》(Souvenir de Florence)作品70は、ピョートル・
チャイコフスキーの最後の室内楽曲。サンクトペテルブルク室内楽協会の名誉会員に選
出してもらったことへの返礼として、1890年に作曲され、同協会に献呈された。本作の
創作に着手した時、チャイコフスキーはオペラ《スペードの女王》の作曲のためにフィ
レンツェに滞在中であったため、フランス語で上のような副題が添えられた。現行版は
1892年の改訂版であり、公開初演も同年に行われている。

【楽曲構成】

  1. Allegro con spirito (ニ短調、約10分)
  2. Adagio cantabile e con moto (ニ長調、約11分)
  3. Allegretto moderato (イ短調、約6分)
  4. Allegro con brio e vivace (ニ短調、約7分)

   

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