JP2000213449A - 風力発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 風力発電の受風に使用される風向にほぼ直角
な回転軸をもつ風車において、風車後流のスペースの短
縮化を計って省スペースの設置場所で施工簡易性がよく
円滑な受風作用ができる風力発電装置を目的とする。 【解決手段】 風向にほぼ直角な回転軸１をもつ風車３
と風車後流を凹面状の横断面に形成された風車後流誘導
手段４を風車の近傍に風車３に対向して備え、風車後流
誘導手段４の凹面に風車後流を集風しかつ、風車３の後
流側受風ブレードの湾曲内面７に戻す反転流を誘導発生
させることにより、風車後流域のスペースの短縮化と戻
り反転流９の受風量の増加を得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は風向にほぼ直角な回
転軸をもつ風車の後流流れ場に係り、風車後流域を短縮
化し受風量を増加させるとともに省スペースな設置場所
で施工簡易性の良い円滑な受風作用ができる風力発電装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の風車は日本機械学会論文
集（Ｂ編）５１巻４７１号（昭６０−１１）に「サボニ
ウス風車に関する研究」第２報に“静止案内羽根をもつ
場合”が知られている。

【０００３】以下、その要旨について図９を参照しなが
ら説明する。

【０００４】図に示すようにロータ１１１の周囲に軸対
称の静止案内羽根１１２を配置し、案内羽根１１２全体
を円周方向に回転させ風向との相対角φｒを変化させて
ロータ１１１に働く起動トルクならびに出力を測定し、
案内羽根１１２のない場合との性能比較実験を行ったも
のである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の静止
案内羽根をもつ実験例では、ロータの周囲に軸対称に展
開した静止案内羽根について考察したものであり、通
常、この種の風車は上流域、下流域ともに障害物のない
広い自由空間に設置されているが、建築物に設置して風
力発電装置とする場合、唯一、屋上スペースの利用に限
られていた。

【０００６】低風速で受風発電の可能なこの種の風車特
性を活用して、より積極的に低階層、中層階でも利用で
きるものが要求されている。

【０００７】また、据付場所をとらず省スペースで設置
施工の簡単で既存の建築物にも比較的軽微な改造で設置
可能な風力発電装置にすることが要求されている。

【０００８】また、強風、台風時に風車を停止させるこ
となく運転が継続され、風車を破損させることがなく常
に安全に保安運転が行えることが要求されている。

【０００９】本発明は、このような従来の課題を解決す
るものであり、風車後流側の近傍に障害物があっても風
車特性に影響を受けない省スペースで設置施工が簡単で
かつ、強風、台風時においても風車を停止することなく
継続して風車を回転させて発電することのできる風力発
電装置を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の風力発電装置は
上記目的を達成するために、風車の近傍に風車後流を集
風する凹面形状の風車後流誘導手段を配置したものであ
る。

【００１１】本発明によれば、凹面形状の風車後流誘導
手段にて集風された風車後流を風車後流の受風面に戻す
反転流を誘導発生させることができ、受風量を減少する
ことなく風車後流域を風車後流誘導手段で短縮すること
ができる。また後流域に広い自由空間域を確保すること
が不要となり障害物を避けて設置することができる。ま
た凹面形状の風車後流誘導手段は構造簡単で据付場所を
とらず省スペースで据付施工性の良い風力発電が得られ
る。

【００１２】また他の手段は、凹面形状の風車後流誘導
手段を風車の周りに回動させて風車上流に流入する受風
量を制御する受風量制御手段を設けたものである。

【００１３】そして本発明によれば、風車の上流側の受
風量を制御することにより風車回転数を制御することと
なり台風時の風車破損を防止するとともに、風車を停止
することなく、保安運転で風力発電の供給がでる風力発
電装置が得られる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明は、風車の受風回転力によ
り発電が行われる風向にほぼ直角な回転軸をもつ風車に
おいて、風車の近傍に風車に対向する凹面状の横断面に
形成された集風面を有する風車後流誘導手段を配置した
ものであり、風車後流を集風しつつ、かつ、風車後流の
受風面に戻す反転流を誘導発生させることができる作用
を有する。

【００１５】また、横断面が鳥の飛翔翼状の双翼に形成
された風車後流の分離誘導手段としたものであり、双翼
の集風した風車後流を飛翔翼状の翼胴部で双方向の反転
流を分離誘導して風車後流の受風面に戻すという作用を
有する。

【００１６】また、横断面が鳥の飛翔翼状に形成され飛
翔翼状の翼胴部に支点を設けて双翼の開度を変化させた
後流の分離誘導制御手段としたものであり、風の強さに
合わせて双翼の開度を調整することができる。

【００１７】また、凹面状の横断面に形成された風車後
流誘導手段と、これに内接して風車に対向する横断面が
鳥の飛翔翼形状の風車後流分離誘導制御手段とを風車の
近傍に配置し、この風車後流分離誘導制御手段を風車の
周りに任意位置に回動自在に変位保持させる受風制御手
段としたものであり、風車への流入風が風車後流分離誘
導制御手段にて遮断されて風車上流の受風量を制御する
作用を有する。

【００１８】また、風車回転軸の回転数の大きさを計測
する速度検出手段と、風車上流の風向を計測する風向検
出手段と、受風制御手段を風向検出器の検出した風車上
流風の主方向位置に変位させる受風位置制御手段とした
ものであり、速度検出手段の速度検出値が設定回転数を
超えるとき受風位置制御手段を動作させて風車上流の主
方向位置に受風制御手段の位置を変位させることができ
る。

【００１９】以下、本発明の実施例について図面を参照
しながら説明する。

【００２０】

【実施例】（実施例１）図１に示すように、風向にほぼ
直角な回転軸１と受風ブレード２をもつ風車（例えばサ
ボニウス風車またはダリウス風車が使用できる）３の外
周近傍に、風車３に対向して凹面状の横断面に形成され
た風車後流誘導手段４が障害物５の手前に配置されてい
る。

【００２１】図１で明らかなように、風車３に吹きつけ
る風６は風車外径より内側にある風が受風ブレード２の
湾曲内面７に流入して風車３を左方向に回転力を与え
る。同時に風車外径よりも外側に流れている風は後流誘
導手段４の端面４ａ、４ｂで互いに内側方向に集風され
る風と、外側に流れ去る放流風８とに風車後流域が分離
される。

【００２２】集風された風は、後流誘導手段４の凹面形
状に沿って偏向しながら回転している風車３後流側の受
風ブレード２に反転流９として誘導されて再度流入する
こととなる。

【００２３】（実施例２）図２において、風車３に対し
て横断面が鳥の飛翔翼状の双翼曲面１０と、翼胴部１１
で全高が風車高さと同等または少し高く形成された風車
後流の分離誘導手段１２は、風車３の近傍に風車３に対
向して風車後流を集風されるように構成されて配置して
いる。

【００２４】上記構成において、風車後流分離誘導手段
１２は、双翼曲面１０で風車後流を集風するとともに風
車３の近傍に位置する翼胴部１１が双方向の反転流１３
に分けることとなり、後流側の受風ブレード湾曲内面７
に分離誘導することができる。

【００２５】（実施例３）図３は後流の分離誘導制御手
段１４を示し、横断面が鳥の飛翔翼状の双翼曲面１０と
翼胴部１１と、この翼胴部１１に双翼曲面１０の開度を
変化させる揺動支点１５を設けて形成され、風車３の近
傍に風車３に対向して風車後流を集風されるように構成
されて配置している。

【００２６】上記構成において、この風車後流の分離誘
導制御手段１４は、双翼曲面１０の開度を大きくア位置
θ１に設定すると、対向する風車３との間隔が広がって
風車後流を集風する流入量が減少する。また、双翼曲面
１０の開度を小さくイ位置θ２に設定すると、対向する
風車３との間隔が狭くなって風車後流を集風する流入量
を増加させることとなり、風車３に吹きつける風６の強
さに応じて双翼曲面１０の開度を調節することができ
る。また、風の強さとの関係により反転流を低減もしく
は無くした方が良い場合は、双翼曲面１０の開度を小さ
くして、流入した風をスムーズに流出させるという作用
も有する。

【００２７】（実施例４）図４は前記風車３に対して凹
面状の横断面に形成された風車後流誘導手段４と、この
凹面に内接して風車３に対向する前記横断面が鳥の飛翔
翼状の双翼曲面１０と翼胴部１１と、この翼胴部１１に
双翼曲面１０の開度を変化させる揺動支点１５を設けて
形成され風車３の近傍に風車後流を集風されるように構
成して配置された風車後流の分離誘導制御手段１４とを
備え、この分離誘導制御手段１４は双翼曲面１０の開度
を揺動支点１５を中心に風車寄りイ位置θ２に内向させ
ることにより風車後流誘導手段4から離脱される。

【００２８】また、図５は受風制御手段１６を示し、離
脱した分離誘導制御手段１４を風車周りの任意位置に変
位して保持されるように構成され、風車の上流風を角度
θ３で覆って受風ブレード２の受風量が遮断される。

【００２９】このとき風車後流は、遮断された外側の上
流風を二次誘引して巻き込む輻流１７となって双翼曲面
１０に集風されることになる。

【００３０】上記構成において、受風制御手段１６は風
車上流の流入風を遮断するとともに風車後流の集風量も
制御することができる。

【００３１】（実施例５）図６に示すように、風車３に
は風車軸１の回転数の大きさを計測する速度検出手段１
８を風車回転軸１に同軸で設けられ、風車上流の風向を
計測する風向検出手段１９は風車後流の誘導手段４に備
えられている。

【００３２】〔例：速度検出手段として発電機を内蔵し
発電周波数を信号出力する速度信号発生器。風向検出手
段として風向に追従する風向板に風向角度が分割検知さ
れる信号出力する風向検出器が使用される。〕

【００３３】受風位置制御手段２０は、速度検出手段１
８の速度検出値が予め目標設定した回転数を超えるとき
分離誘導制御手段１４を動作させるように構成され、風
車後流誘導手段４から離脱させて風車３の流入風の主方
向位置に変位することとなる。

【００３４】上記構成において、受風位置制御手段２０
は予め目標設定した風車回転数以下で常時、自動運転制
御することができる。

【００３５】（実施例６）図７はビル建築物２１の屋上
２２または外壁角２３あるいは外壁側面２４に配備され
た実施例１、２、３、４または５記載の風力発電装置で
あり、薄板で形成した風車後流誘導手段４または風車後
流分離誘導手段１２または風車後流分離制御手段１４に
より、ビル建築物の障害物を避け風車３に対向して設置
されるように構成され自然風を捉えて風力発電される。
ビル建築物の障害物は外壁の周囲およびビル屋上の給水
塔またはエレベータ機械室などの突起物をいい図示せ
ず。

【００３６】上記構成において、風車後流誘導手段４ま
たは風車後流分離誘導手段１２または風車後流分離誘導
制御手段１４は形状が簡単で単純形態となり、省スペー
スで据付施工性のよい風力発電装置にすることができ
る。

【００３７】（実施例７）図８はビル建築物２１の重な
る階層２５、２６に同軸回転する一対の風車３と、これ
を共有する発電手段２７と発電電力を供給する電力供給
手段２８を備えた実施例６記載の風力発電装置であり、
一対の風車３は同一寸法で構成され受風発電される。

【００３８】上記構成において、一対の風車３は風の強
さが下階層２６が弱く上階層２５が強くなる自然現象に
よる風速バラツキを同軸回転させることで緩和され上階
層２５に吹きつける風速に近似した風速で受風回転され
るという作用を有する。

【００３９】

【発明の効果】以上の実施例から明らかなように、本発
明によれば風車後流誘導手段で風車後流を集風して風車
に反転流を戻して受風させることができるので、従来例
のように風車後流側に障害物のない広い空間スペースが
なくとも場所をとらず省スペースで、低風速の自然風で
も風車に回転力を与えることができる効果のある風力発
電装置を提供できる。

【００４０】また、風車後流分離誘導手段により、風車
後流を双翼曲面の双方で互いに集風して翼胴部で分離誘
導された反転流を風車に戻して受風されることとなり、
双方の反転流がほぼ同じ大きさで誘導される。これによ
り風車は回転位置とは関係なく常に一定量の風を受風ブ
レードが捉えることが可能となり、円滑な回転力で発電
機を回転させることができる効果のある風力発電装置を
提供できる。

【００４１】また、風車後流の分離誘導制御手段によ
り、双翼曲面の揺動点を中心に開度を変え強風時には開
度を大きくして風車後流の放流を増やし、開度を小さく
して集風量を大きく風の強さに応じて風車の回転数をほ
ぼ一定になるように補正制御することができる効果のあ
る風力発電装置を提供できる。また、風車後流誘導手段
と風車後流分離誘導制御手段と受風制御手段から、風車
後流分離誘導制御手段を風車の周りに任意位置に変位さ
せて保持され風車上流の流入風の遮断と風車後流の集風
量を制御されることにより、強風時、台風時に風車を停
止させることなく運転を継続しても風車を破損させるこ
とがなく、常に安全運転を行うことができる効果のある
風力発電装置を提供できる。

【００４２】また、風車の速度検出手段と風向検出手段
と受風位置制御手段とで、速度検出手段の検出値が設定
回転数を超えるとき、受風位置制御手段を風車上流風の
主方向位置に変位させることにより、設定回転数以下で
常時自動運転制御ができる効果のある風力発電装置を提
供できる。

【００４３】また、実施例１、２、３、４または５記載
の風力発電装置を、ビル建築物の屋上で給水塔、エレベ
ータ機械室などの障害物があってもその前方に風車に対
向させ、また外壁角または外壁側面のテラスなどに省ス
ペースで設置施工が簡単で既存の建築物にも風車後流域
が短縮化できることにより比較的軽微な改造で設置が可
能となり、低階層、中階層での弱風の自然風を積極的に
捉えて風力発電ができる効果のある風力発電装置を提供
できる。

【００４４】また、ビル建築物の重なる階層を区画する
仕切り面から上下に配置し、同軸回転をする一対の同一
寸法の風車によって、階層高さに見合う風車の大きさに
することなく均等な発電電力を供給することができる効
果のある風力発電装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の横断面構成を示す風力発電
装置概念図

【図２】本発明実施例２の横断面構成を示す風力発電装
置概念図

【図３】本発明実施例３の横断面構成の動作を示す風力
発電装置概念図

【図４】本発明実施例４の横断面構成の動作を示す風力
発電装置概念図

【図５】同横断面構成の動作を示す風力発電装置概念図

【図６】本発明実施例５の横断面構成の動作を示す風力
発電装置概念図

【図７】本発明実施例６のビル建築物に設置した要部斜
視図

【図８】本発明実施例７のビル建築物に設置した要部斜
視図

【図９】従来例の案内羽根を有する風車の横断面を示す
概念図

【符号の説明】

１ 回転軸 ２ 受風ブレード ２ｂ 後流側の受風ブレード ３ 風車 ４ 風車後流誘導手段 ４ａ、４ｂ 端面 ５ 障害物 ６ 風車に吹きつける風 ７ 湾曲内面 ８ 放流風 ９ 反転流 １０ 双翼曲面 １１ 翼胴部 １２ 反転後流分離誘導手段 １３ 双方向の反転流 １４ 分離誘導制御手段 １５ 揺動支点 １６ 受風制御手段 １７ 輻流 １８ 速度検出手段 １９ 風向検出手段 ２０ 受風位置制御手段 ２１ ビル建築物 ２２ 屋上 ２３ 外壁角 ２４ 外壁側面 ２５ 上階層 ２６ 下階層 ２７ 発電手段 ２８ 電力供給手段 １１１ ロータ １１２ 静止案内羽根

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 風向にほぼ直角な回転軸をもつ風車にお
   いて、風車の近傍に風車に対向して風車後流を集風しか
   つ、風車後流の受風面に戻す反転流を誘導発生させるこ
   とができる集風面が凹面状の横断面に形成された風車後
   流誘導手段を配置し、風車の受風回転により発電が行わ
   れる発電手段と、発電電力を供給するための電力供給手
   段とを備えた風力発電装置。
2. 【請求項２】 横断面が鳥の飛翔翼状の双翼に形成され
   た風車後流の分離誘導手段を備え、双翼の集風した風車
   後流を飛翔翼状の翼胴部で双方向の反転流を分離誘導し
   て風車の受風面に戻すことができる請求項１記載の風力
   発電装置。
3. 【請求項３】 横断面が鳥の飛翔翼状の双翼に形成され
   飛翔翼状の翼胴部に支点を設けて両翼の開度を変化させ
   た後流の分離誘導制御手段を備え、風の強さに合わせて
   双翼の開度を調節することができる請求項２記載の風力
   発電装置。
4. 【請求項４】 凹面状の横断面に形成された風車後流誘
   導手段と、これに内接して風車に対向する横断面が鳥の
   飛翔翼状の風車後流分離手段とを風車の近傍に配置さ
   れ、この風車後流分離誘導制御手段を風車の周りに任意
   位置に回動自在に変位保持させる受風制御手段とを備
   え、風車への流入風が風車後流分離誘導制御手段にて遮
   断されて風車受風量を制御することができる請求項１、
   ２、３記載の風力発電装置。
5. 【請求項５】 風車回転軸の回転速度を計測する速度検
   出手段と、風車上流の風向を計測する風向検出手段と、
   受風制御手段を風車上流風の主方向位置に変位させる受
   風位置制御手段とを備え、速度検出手段の速度検出値が
   設定回転数を超えるとき受風位置制御手段を風向検出手
   段が検出した風車上流風の主方向位置に変位させること
   のできる請求項４記載の風力発電装置。
6. 【請求項６】 ビル建築物の屋上または外壁角または外
   壁側面に配備された請求項１、２、３、４または５記載
   の風力発電装置。
7. 【請求項７】 ビル建築物の重なる階層を区画する仕切
   り面から上下に配置し、同軸回転をする一対の風車と、
   これを共有する発電手段と発電電力を供給する電力供給
   手段を備えた請求項６記載の風力発電装置。