| 【発明の名称】 |
風力発電装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】細田 直義
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| 【要約】 |
【課題】比較的小さな径であるにも拘らず、風力を有効に利用して、発電機を効率良く駆動させる。
【解決手段】円筒状をなし、かつ前方拡開するラッパ状をなす導風筒４における軸線上に、後方へ行くに従って捩れ角が大となるようにして軸線方向に捩回した捩回板６を、その外周縁を導風筒４の内面に近接させて、導風筒４の軸線まわりに回転自在に設け、かつ捩回板６の後方において、導風筒４の軸線上に、発電機駆動用の翼車７を配設する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 円筒状をなし、かつ前方拡開するラッパ状をなす導風筒内における軸線上に、後方へ行くに従って捩れ角が大となるようにして軸線方向に捩回した捩回板を設け、かつ捩回板の後方において、導風筒の軸線上に、発電機駆動用の翼車を配設したことを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】 捩回板を、導風筒に固定してなる請求項１記載の風力発電装置。
【請求項３】 捩回板を、導風筒の軸線まわりに回動しうるようにしたことを特徴とする請求項１記載の風力発電装置。
【請求項４】 円筒状をなし、かつ前方拡開するラッパ状をなす導風筒内に、前後の保持環を、軸線まわりに回動しうるようにして設け、これら前後の保持環に、後方へ行くに従って捩れ角が大となるようにして軸線方向に捩回され、かつ外周縁を導風筒の内面に近接させた捩回板を支持させることにより、捩回板を導風筒の軸線まわりに回転自在として設け、かつ捩回板の後方において、導風筒の軸線上に、発電機駆動用の翼車を配設したことを特徴とする風力発電装置。
【請求項５】 円筒状をなし、かつ前方拡開するラッパ状をなす導風筒を軸線方向に分割し、その後部の導風筒の軸線上に、発電機駆動車の翼車を配設するとともに、その直前のものを、軸線まわりに相対回転しうるようにし、かつこの軸線まわりに回転しうる導風筒の内側に、後方へ行くに従って捩れ角が大となるようにして軸線方向に捩回した捩回板を固着したことを特徴とする風力発電装置。
【請求項６】 捩回板の前縁より、後方を向く回転抵抗軽減用凹入切込みを設けてなる請求項３〜５のいずれかに記載の風力発電装置。
【請求項７】 導風筒を、垂直軸まわりに旋回しうるようにした水平基板に取り付けてなる請求項１〜６のいずれかに記載の風力発電装置。
【請求項８】 発電機及びそれによる送電線をも、基板上に取り付けてなる請求項７記載の風力発電装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、地上等へ立設される風力発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、風力発電装置として実用化されているものの中、最も効率が高く、しかも構成が簡単であるために多用されているものは、地上等へ立設した支持塔の上端に、通常は２枚または３枚のブレードからなる翼車を、水平軸まわりに回転自在として、かつ垂直軸まわりに旋回可能として設け、適宜の手段により、翼車の回転面が、常に風と直交するようにした、オープンタイプのものである。
【０００３】翼車は、風速に従って、そのブレードの径と形状、及びそのピッチに応じた速度で回転するので、この回転力をもって発電機を駆動することにより、風力は、利用可能な電気エネルギに変換される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記翼車は、本来的に低密度の空気の流れによって回転させられるので、その径及び面積を極力大としても、最大で、翼車の回転面を通過する風力エネルギの約４５％が、利用可能なエネルギとして回収させるに過ぎないのが実情である。
【０００５】本発明は、外径が従来のオープンタイプの翼車のそれと同一であっても、従来のものに比して、風力エネルギを著しく有効に回収することができ、効率の高い発電効果が得られるようにした、風力発電装置を得ることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、本発明の風力発電装置は、次のように構成されている。
【０００７】(１) 円筒状をなし、かつ前方拡開するラッパ状をなす導風筒内における軸線上に、後方へ行くに従って捩れ角が大となるようにして軸線方向に捩回した捩回板を設け、かつ捩回板の後方において、導風筒の軸線上に、発電機駆動用の翼車を配設する。
【０００８】(２) 上記(１)項において、捩回板を、導風筒に固定する。
【０００９】(３) 上記(１)項において、捩回板を、導風筒の軸線まわりに回動しうるようにする。
【００１０】(４) 円筒状をなし、かつ前方拡開するラッパ状をなす導風筒内に、前後の保持環を、軸線まわりに回動しうるようにして設け、これら前後の保持環に、後方へ行くに従って捩れ角が大となるようにして軸線方向に捩回され、かつ外周縁を導風筒の内面に近接させた捩回板を支持させることにより、捩回板を導風筒の軸線まわりに回転自在として設け、かつ捩回板の後方において、導風筒の軸線上に、発電機駆動用の翼車を配設する。
【００１１】(５) 円筒状をなし、かつ前方拡開するラッパ状をなす導風筒を軸線方向に分割し、その後部の導風筒の軸線上に、発電機駆動車の翼車を配設するとともに、その直前のものを、軸線まわりに相対回転しうるようにし、かつこの軸線まわりに回転しうる導風筒の内側に、後方へ行くに従って捩れ角が大となるようにして軸線方向に捩回した捩回板を固着する。
【００１２】(６) 上記(３)〜(５)項のいずれかにおいて、捩回板の前縁より、後方を向く回転抵抗軽減用凹入切込みを設ける。
【００１３】(７) 上記(１)〜(６)項のいずれかにおいて、導風筒を、垂直軸まわりに旋回しうるようにした水平基板に取り付ける。
【００１４】(８) 上記(７)項において、発電機及びそれによる送電線をも、基板上に取り付ける。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１は、請求項１および２に記載の本発明装置、並びにそれに従属する発明装置の実施の形態を示し、捩回板を導風筒の内面に固着したものである。なお図において、左方を前方とする。
【００１６】地上等へ立設固定した垂直の管状支持軸(１)の上端には、水平基板(２)の前後方向の中間部が、テーパローラ型スラストベアリング(３)を介して、支持軸(１)のまわりに軽快に旋回しうるようにして支持されている。
【００１７】水平基板(２)の上面には、前方拡開する水平のラッパ状の導風筒(４)が、支持片(５)(５)をもって取付けられている。
【００１８】導風筒(４)内の軸線上には、後方へ向ってやや先細とした１枚の梯形状の板を、後方へ行くに従って捩れ角が大となるようにして、前後方向の中心軸線まわりに捩回させた捩回板(６)が挿入され、その外周縁は導風筒(４)に固定されている。 すなわち、捩回板(６)の後端部の捩れ角(θ1)は、前端部の捩れ角(θ2)よりも大である。換言すると、捩回板(６)のピッチは、後方へ行くほど小となっている。
【００１９】導風筒(４)内の後部において、その軸線上には、外周縁が導風筒(４)の内面に近接する翼車(７)が設けられている。
【００２０】翼車(７)は２枚のブレード(7a)(7a)を有し、翼車(７)の回転軸(８)は、導風筒(４)内の後端部側に、支杆(９)(９)をもって保持した軸受(10)に支持されている。
【００２１】翼車(７)の回転軸(８)は、水平基板(２)に取付けた発電機(11)を、適宜の歯車(12)(13)を介して駆動するようになっている。
【００２２】水平基板(２)の下面には、若干の間隙を設けて、扁平箱状の底板(14)を一体的に設けることにより、収容空間(15)が形成されている。
【００２３】前記スラストベアリング(３)の直下において、底板(14)の下面には、支筒(16)を突設してあり、支筒(16)内に設けたラジアルボールベアリング(17)は、前記支持軸(１)の上端より若干下方の部分を支持している。
【００２４】前記発電機(11)は、翼車(７)の後側下方において、収容空間(15)内に固定されている。
【００２５】発電機(11)から導出されている導線(18)(18)は、収容空間(15)内を通り、その先端のブラシ(19)(19)は、支持軸(１)の外面に設けたスリップリング(20)に、弾性的に接触している。各スリップリング(20)は、支持軸(１)内へ通した送電線(21)に接続されている。
【００２６】次に作用について説明する。水平基板(２)は、支持軸(１)まわりに旋回自在であるから、周知のように風圧により、あるいは適宜の検知・制御手段により、導風筒(４)の前面が常に風上を向くように旋回する。
【００２７】そのため、大きく前方拡開するラッパ状の大径の前端より流入した気流は、増速され、かつ加圧された状態で後方へ移動し、捩回板(６)に沿って捩回させられる。
【００２８】捩回板(６)の後端部の捩れ角(θ1)は、その前端部の捩れ角(θ2)よりも大であるから、後方へ行くに従って、流入気流による受圧力は大となる。従って、捩回板(６)の軸線方向における捩れ角の変化を適切に定めておけば、捩回板(６)の後部においては、気流は、前部におけるよりも強く捩回されて増速され、その部分の気圧は小となる。
【００２９】捩回板(６)の後部における気圧の減少は、導風筒(４)の前面における吸引力を大とし、導風筒(４)には、自然の風速に従う以上の多量の空気が流入する。この流入した空気は、軸線まわりに捩回させられ、中心部に比して周辺部が増速された状態で後方へ流れる。
【００３０】従って、導風筒(４)の後部において、中心部に比して速度が大となっている周辺部の気流により、導風筒(４)内の翼車(７)は、効果的に駆動される。しかし、本来的に翼車(７)の駆動効果の小さい中心部の気流の速度は、比較的低いままである。
【００３１】すなわち、周辺部における気流速度が増大した分、中心部の気流速度は低下するので、翼車(７)における最も受圧効率の良い周辺部分に高速の気流が有効に作用することとなる。
【００３２】従って、受圧効率が低く、かつ回転軸(８)や軸受(10)等の存在により、空気抵抗が高い翼車(７)の中心部の気流速度は、比較的低いので、流入気流による総合的な翼車(７)による風力エネルギの回収効率は大となる。
【００３３】図２および図３は、請求項３及び４記載の本発明装置、並びにそれに従属する本発明装置の実施の形態を示すもので、捩回板を、導風筒内において軸線まわりに回動しうるようにしたものである。
【００３４】なお図２において、左方を前方とし、基本的な構成は図１のものと同様であるので、それと同様の部分には同一の符号を付すにとどめて、詳しい説明は省略し、主として、図１のものと異なる部分についてのみ説明する。
【００３５】前方拡開するラッパ状の導風筒(４)は、大きく前方拡開する大径の前部筒(34)と、若干前方拡開する中径の中間筒(35)と、おおむね直筒状の小径の後部筒(36)とを、連設して構成されている。
【００３６】詳しく言うと、前部筒(34)および中間筒(35)の後端には、それぞれ径方向に突出する環状フランジ(34a)(35a)が形成され、中間筒(35)および後部筒(36)の前端には、それぞれ、径方向に僅かに突出する環状フランジ(35b)(36a)が形成され、前部筒(34)の後端の環状フランジ(34a)内に中間筒(35)の前端の環状フランジ(35b)を嵌合して、溶接等により固着し、また中間筒(35)の環状フランジ(35a)内に、後部筒(36)の前端の環状フランジ(36a)を嵌入して、溶接等により固着してある。
【００３７】中間筒(35)の前端の環状フランジ(35b)の内側には、適宜のスラストボールベアリング(38)を介して、前部保持環(37)が軽快に回転しうるようにして保持されている。
【００３８】後部筒(36)の前端の環状フランジ(36a)の内側には、スラストボールベアリング(40)を介して、後部保持環(39)が軽快に回転しうるようにして保持されている。
【００３９】前後の保持環(37)(39)の内面には、後方へ向ってやや先細とした１枚の梯形状の板を、後方へ行くに従って、捩れ角が大となるようにして、前後方向の中心軸線まわりに捩回させた捩回板(６)の前後端部が止着されている。
【００４０】すなわち、捩回板(６)の後端部の捩れ角(θ1)は、前端部の捩れ角(θ2)よりも大であり、そのピッチは、後方へ行くほど次第に小となっている。
【００４１】捩回板(６)の外側縁は、上記前後の保持環(37)(39)の間において、中間筒(35)の内面に微小間隙をもって近接している。
【００４２】捩回板(６)の前縁には、後方へ向かう回転抵抗軽減用の大きな凹入切込み(6a)が設けられている。
【００４３】後部筒(36)内の後部において、その軸線上に、翼車(７)が軸線まわりに回転自在に設けられ、翼車(７)の外側縁は、後部筒(36)の内面に近接している。
【００４４】次に作用について説明する。水平基板(２)が、風圧により、あるいは適宜の検知・制御手段により、導風筒(４)の前面が常に風上を向くように旋回すると、前方拡開するラッパ状の大径の前部筒(34)の前面より流入した気流は、増速され、かつ加圧された状態で、中間筒(35)内へ流入する。そのため、捩回板(６)は、前後の保持環(37)(39)とともに、中間筒(35)内で、その軸線まわりに勢よく回転させられる。
【００４５】この際、捩回板(６)の前縁には、後方へ向かう大きな回転抵抗軽減用凹入切込み(6a)が設けられているため、捩回板(６)は、流入気流による抵抗、並びに回転に伴う抵抗を余り受けることなく、軽快に回転する。
【００４６】しかして、捩回板(６)の後端部の捩れ角(θ1)は、前端部の捩れ角(θ2)よりも大であるから、図１の実施の形態に関して述べたように、導風筒(４)内には、自然の風速に従う以上の多量の空気が流入し、捩回板(６)により軸線まわりに捩回させられ、中心部に比して周辺部が増速された状態で後方へ流れる。
【００４７】従って、導風筒(４)の後部において、中心部に比して速度が大となっている周辺部の気流により、導風筒(４)内の翼車(７)は、効果的に駆動される。
【００４８】かくして、中間筒(35)には、風速に従う以上の多量の空気が流入し、かつ流入した空気は、小さな抵抗の下に、軸線まわりに捩回させられ、中心部に比して周辺部が増速された状態で、後部筒(36)内へ流入する。
【００４９】後部筒(36)内へ流入して、周辺部における速度が大となっている気流により、後部筒(36)内の翼車(７)は、効果的に駆動されるが、本来的に翼車(７)の駆動効果の小さい中心部の気流の速度は、低いまま抑えられている。
【００５０】従って、受圧効率が低くて、空気抵抗が高い翼車(７)の中心部の気流速度は、比較的低く、流入気流による総合的な翼車(７)による風力エネルギの回収効率は大となる。
【００５１】図４は、請求項５に記載の本発明、並びにそれに従属する発明の実施の形態を示すもので、導風筒の一部を軸線まわりに回動しうるようにし、かつその内部に捩回板を固定して、捩回板が、導風筒の一部とともに軸線まわりに回動しうるようにしたものである。
【００５２】この実施の形態は、図２に示すものにおいて、中間筒(35)を前部筒(34)および後部筒(36)に対して回転自在とし、かつ中部筒(35)の内面に、捩回板(６)を挿入して、中部筒(35)と一体的に固定したものである。
【００５３】図４に示すものにおいては、捩回板(６)の外側縁は、中間筒(35)の内面に溶接等により固着されている。中間筒(35)の前後端に一体的に設けられている環状フランジ(35b)(35a)は、それぞれ、前部筒(34)の後端、および後部筒(36)の前端に設けた環状フランジ(34a)および(36a)の内側に、スラストボールベアリング(41)(42)を介して、回転自在に支持されている。
【００５４】中間筒(35)の内面は、前部筒(34)および後部筒(36)の内面と、円滑に連続するように形成されていることは言うまでもない。
【００５５】その他の部分は、図２に示したものと全く同様であるので、それらと同一の符号を付すにとどめて、説明を省略する。
【００５６】図４の構成においては、流入する気流により、捩回板(６)は中間筒(35)と一体的に回転させられるが、後部筒(34)へ流入する気流の周辺部の速度は大となり、図３に示したものと同様の作用効果を発揮しうることは明らかである。
【００５７】
【発明の効果】(ａ) 全請求項に記載の発明によると、導風筒の外径を、従来のプロペラ型風力発電装置におけるプロペラの直径と同一としても、従来のものの数倍の空気量をもって、プロペラを高速回転させることができ、風力を有効に回収して、効率の高い発電を行わせることができる。
【００５８】(ｂ) 請求項２記載の発明によると、構成は簡単となり、故障や破損のおそれも小となる。
【００５９】(ｃ) 請求項３〜５記載の発明によると、捩回板の回転抵抗は小となり、より高い発電効果が得られる。
【００６０】(ｄ) 請求項６記載の発明によると、捩回板の回転抵抗はさらに小となる。
【００６１】(ｅ) 請求項７記載の発明によると、導風筒を、容易にかつ正しく風上に向けることができる。
【００６２】(ｆ) 請求項８記載の発明によると、多数の本発明の風力発電装置による発生電力を、容易に集めて利用することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５９４１７３３４８
【氏名又は名称】細田 直義
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| 【出願日】 |
平成１１年１１月１１日（１９９９．１１．１１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６０７５９
【弁理士】
【氏名又は名称】竹沢 荘一 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１３２６１４（Ｐ２００１−１３２６１４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年５月１８日（２００１．５．１８） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３２１２８１ |
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