JP2003028043A - Wind power generator - Google Patents
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- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Landscapes
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、風力発電装置に関
する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a wind turbine generator.
【０００２】[0002]
【従来の技術】風力発電装置は、風により羽根車を回転
させ、この回転エネルギーを発電機により電気エネルギ
ーに変換して発電する装置である。風力発電装置は、風
をエネルギー源とするために、発電のために特別なエネ
ルギー源（石油燃料や核燃料など）を確保する必要がな
い、さらに発電により環境汚染物などを生じないなどの
大きな利点を有するが、発電効率が低いという欠点を有
している。風力発電装置の発電効率を高くするために
は、羽根車がより多くの風を受けるように、羽根車の直
径を大きくすることが一般的である。発電効率をさらに
高くするために、多数の羽根を有する羽根車の周囲に、
円筒状のダクトが設けられた風力発電装置（ウインドタ
ービン）が、米国特許４１４０４３３号明細書に開示さ
れている。同明細書においては、ダクトの内径を、ダク
トの前面側から次第に小さくすることにより、入口から
流れ込んだ風をダクト内部で増速させ、増速した風によ
り羽根車を回転させて発電効率を高めることが記載され
ている。2. Description of the Related Art A wind power generator is a device for rotating an impeller by wind and converting this rotational energy into electric energy by a generator to generate electricity. Since the wind power generator uses wind as an energy source, there is no need to secure a special energy source (such as petroleum fuel or nuclear fuel) for power generation, and the power generation does not generate environmental pollutants. However, it has the drawback of low power generation efficiency. In order to increase the power generation efficiency of a wind turbine generator, it is common to increase the diameter of the impeller so that the impeller receives more wind. In order to further increase the power generation efficiency, around the impeller with many blades,
A wind turbine generator (wind turbine) provided with a cylindrical duct is disclosed in U.S. Pat. No. 4,140,433. In the specification, the inner diameter of the duct is gradually reduced from the front side of the duct to accelerate the wind flowing from the inlet inside the duct and rotate the impeller by the increased wind to improve power generation efficiency. Is described.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、発電
効率の高い風力発電装置を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a wind turbine generator with high power generation efficiency.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】風力発電装置の発電効率
を高くするために、羽根車の直径を大きくすることは有
効である。しかし、羽根車の直径を大きくすると、風力
発電装置は大型となる。従って、風力発電装置の設置面
積を小さくするために、風力発電装置の長手方向（風に
沿う方向）の長さは、短くすることが普通である。ダク
トを備えた風力発電装置の場合も、ダクトの長さが短い
方が設置スペースが小さいので、ダクトの長さを長くす
ることについては、特には検討がされていなかった。本
発明者は、ダクトを備えた風力発電装置において、ダク
トの長さをダクトの径よりも長くすることで、風力発電
装置の発電効率を極めて高くできることを見出した。To increase the power generation efficiency of a wind turbine generator, it is effective to increase the diameter of the impeller. However, if the diameter of the impeller is increased, the wind turbine generator becomes large. Therefore, in order to reduce the installation area of the wind turbine generator, the length of the wind turbine generator in the longitudinal direction (direction along the wind) is usually shortened. Also in the case of a wind turbine generator equipped with a duct, the shorter the length of the duct, the smaller the installation space. Therefore, no particular study has been made on increasing the length of the duct. The present inventor has found that in a wind turbine generator including a duct, the power generation efficiency of the wind turbine generator can be extremely increased by making the length of the duct longer than the diameter of the duct.
【０００５】本発明は、壁体の断面が前端部から後端部
にかけて流線形をなす円筒状ダクト；該ダクトの内壁表
面から立設された支柱によって固定された、ダクトの中
心軸に沿って延びる、回転軸と発電機とを収容する筒状
容器；そして回転軸の前端部に接続する羽根車を含む風
力発電装置であって、該ダクトの中心軸方向の長さが、
ダクト前端部での開口径の１．３乃至３．０倍の範囲に
あることを特徴とする風力発電装置にある。本発明の風
力発電装置の好ましい態様は、下記の通りである。According to the present invention, a cylindrical duct whose wall section has a streamlined shape from a front end portion to a rear end portion; along a central axis of the duct, which is fixed by struts erected from the inner wall surface of the duct. A wind power generator including an extending cylindrical container containing a rotating shaft and a generator; and an impeller connected to a front end portion of the rotating shaft, wherein a length of the duct in a central axis direction is:
The wind power generator is characterized in that it is in the range of 1.3 to 3.0 times the opening diameter at the front end of the duct. The preferred embodiments of the wind turbine generator of the present invention are as follows.
【０００６】（１）円筒状ダクトの壁体断面の前端部と
後端部とを結ぶ直線に対して、外周側縁部と内周側縁部
のいずれもが交差することがない。
（２）羽根車の中心軸の前端部が、円錐形状もしくは側
面が膨らんだ円錐形状をなしている。
（３）回転軸と発電機とを収容する筒状容器が、ダクト
後端部よりも、ダクトの中心軸方向の長さの５乃至４０
％の範囲の長さで突き出している。(1) Neither the outer peripheral side edge portion nor the inner peripheral side edge portion intersects a straight line connecting the front end portion and the rear end portion of the wall cross section of the cylindrical duct. (2) The front end portion of the central axis of the impeller has a conical shape or a conical shape with bulging side surfaces. (3) The cylindrical container for accommodating the rotating shaft and the generator has a length of 5 to 40 that is longer than the rear end of the duct in the central axis direction of the duct.
The length is in the range of%.
【０００７】（４）羽根車が、ダクトの内径が最小にな
る位置からダクト中心軸に沿って、ダクトの中心軸方向
の長さの±２５％の範囲に位置するように備えられてい
る。
（５）ダクト前端部での開口径が、ダクト後端部での開
口径の１．０乃至１．５倍の範囲にある。
（６）ダクト前端部での開口径が、ダクトの最小の内径
に対して１．５乃至３．０倍の範囲にある。
（７）羽根車が、２乃至５枚の羽根を有する。(4) The impeller is provided so as to be located within a range of ± 25% of the length in the central axis direction of the duct from the position where the inner diameter of the duct is minimum, along the central axis of the duct. (5) The opening diameter at the front end of the duct is 1.0 to 1.5 times the opening diameter at the rear end of the duct. (6) The opening diameter at the front end of the duct is in the range of 1.5 to 3.0 times the minimum inner diameter of the duct. (7) The impeller has 2 to 5 blades.
【０００８】本発明はまた、地上に固定された支持台、
該支持台によって回転可能に支持されている、垂直方向
に延びる支柱、そして該支柱の垂直方向に沿った両側
に、前面側開口部が同一方向に向くように対称的に固定
された二対以上の数の風力発電装置からなり、該風力発
電装置が前述の本発明の風力発電装置である風力発電装
置集合体にもある。The present invention also provides a support base fixed on the ground,
Vertically extending stanchions rotatably supported by the support base, and two or more pairs symmetrically fixed on both sides of the stanchions along the vertical direction so that the front opening faces in the same direction. The number of wind power generators is the same, and the wind power generator is also the wind power generator assembly which is the above-described wind power generator of the present invention.
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】本発明の風力発電装置を、添付の
図面を用いて説明する。図１は、本発明の風力発電装置
の部分断面図である。また図２は、図１に示した風力発
電装置の正面図である。図１および図２に示す本発明の
風力発電装置は、壁体の断面１が前端部から後端部にか
けて流線形をなす円筒状ダクト２、ダクト２の内壁表面
から立設された支柱３によって固定された、ダクトの中
心軸に沿って延びる、回転軸４と発電機５とを収容する
筒状容器６、そして回転軸４の前端部に接続する羽根車
７などからなる。羽根車７は、風を受ける羽根８を２枚
有している。そして、発電機５から電気エネルギーを取
り出すために、発電機にはリード線９が備えられてい
る。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A wind turbine generator of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a partial cross-sectional view of the wind turbine generator of the present invention. 2 is a front view of the wind turbine generator shown in FIG. The wind turbine generator of the present invention shown in FIG. 1 and FIG. 2 has a cylindrical duct 2 having a streamlined cross-section 1 of a wall body from a front end portion to a rear end portion thereof, and a column 3 erected from an inner wall surface of the duct 2. It consists of a fixed cylindrical container 6 that extends along the central axis of the duct and that houses the rotating shaft 4 and the generator 5, and an impeller 7 that connects to the front end of the rotating shaft 4. The impeller 7 has two blades 8 that receive the wind. And, in order to take out electric energy from the generator 5, the generator is provided with a lead wire 9.
【００１０】一般に、風のエネルギーは、風速の３乗に
比例することが知られている。本発明の風力発電装置に
おいては、ダクトの壁体の断面１を前端部から後端部に
かけて流線形とすることで、ダクト２の前面側から内部
に流れ込んだ風を増速して発電に利用する。このように
ダクトの内径を前面側から徐々に小さくして風を増速
し、発電効率を高くすることは知られているが、実際に
は期待されるほど風が増速せず、高い発電効率は得られ
なかった。本発明者は、ダクトの形状について詳細な検
討を行った。その結果、ダクトの中心軸方向の長さ（Ｌ
1 ）を、ダクト前端部での開口径（Ｄ2 ）に対して長く
することで、風力発電装置の発電効率を高くできること
がわかった。It is generally known that the energy of the wind is proportional to the cube of the wind speed. In the wind turbine generator of the present invention, the cross section 1 of the wall of the duct is streamlined from the front end portion to the rear end portion, so that the wind that has flowed in from the front side of the duct 2 is accelerated to be used for power generation. To do. In this way, it is known that the inner diameter of the duct is gradually reduced from the front side to accelerate the wind to increase the power generation efficiency, but in reality, the wind does not accelerate as expected, and high power generation No efficiency was obtained. The present inventor has conducted a detailed study on the shape of the duct. As a result, the length of the duct in the central axis direction (L
1), by longer than the opening diameter at the duct front end (D 2), it was found to be higher the power generation efficiency of the wind turbine generator.
【００１１】本発明の風力発電装置においては、ダクト
２の中心軸方向の長さ（Ｌ1 ）が、ダクト前端部での開
口径（Ｄ2 ）の１．３乃至３．０倍の範囲にある。従来
の風力発電装置においては、より多くの風を羽根車が受
けるように、羽根車の直径を大きくし（羽根車の直径を
大きくすると、必然的にダクトの開口径も大きくな
る）、そして風力発電装置の設置スペースを小さくする
ために、ダクトの中心軸方向の長さを短くすることが普
通である。従って、従来の風力発電装置の場合は、ダク
トの中心軸方向の長さは、ダクト前端部での開口径の
１．０倍程度以下である。In the wind turbine generator of the present invention, the length (L 1 ) of the duct 2 in the central axis direction is in the range of 1.3 to 3.0 times the opening diameter (D 2 ) at the front end of the duct. is there. In a conventional wind power generator, the diameter of the impeller is increased so that the impeller receives more wind (increasing the diameter of the impeller inevitably increases the opening diameter of the duct). In order to reduce the installation space of the power generator, it is common to shorten the length of the duct in the central axis direction. Therefore, in the case of the conventional wind turbine generator, the length of the duct in the central axis direction is about 1.0 times the opening diameter at the front end of the duct or less.
【００１２】本発明の風力発電装置のように、ダクトの
中心軸方向の長さ（Ｌ1 ）を長くすることで発電効率が
高くなる理由については、幾つか推測することができ
る。従来から、羽根車の直径を大きくしてより多くの風
を受けたり、ダクトの壁体の内周側縁部を流線形とし
て、ダクトの前面側から内部に流れ込んだ風を増速し、
この増速した風を羽根車で受けることにより、風力発電
装置の発電効率をある程度高くできることは知られてい
る。発電効率を高めるこれらの方法においては、羽根車
が受ける風のみが注目されている。即ち、羽根車を通過
後の風は、羽根車の回転には用いられないので、発電効
率を高める検討において、特には注目されていなかっ
た。As in the wind turbine generator of the present invention, it is possible to speculate about some reasons why the power generation efficiency is increased by increasing the length (L 1 ) of the duct in the central axis direction. Conventionally, by increasing the diameter of the impeller to receive more wind, or by making the inner peripheral side edge of the wall of the duct streamlined, the wind that has flowed in from the front side of the duct is accelerated,
It is known that the power generation efficiency of the wind turbine generator can be increased to some extent by receiving this increased wind with an impeller. In these methods of increasing the power generation efficiency, only the wind received by the impeller has received attention. That is, since the wind after passing through the impeller is not used for rotating the impeller, it has not been particularly noticed in the study of increasing the power generation efficiency.
【００１３】本発明者は、羽根車を通過後の風の流れ
と、ダクトの形状との関係について詳細な検討をした。
その結果、羽根車を通過後の風の流れが乱れる（渦の発
生など）と、風に進行方向以外の速度成分が生じて、ダ
クト内部の羽根車の後方において風の流れが遅くなるこ
とがわかった。羽根車の後方における風の乱れは、様々
な場所で生じる。風の乱れの例としては、ダクト、筒状
容器、または支柱の後方で生ずる後流、あるいは、ダク
ト内面、筒状容器表面、支柱表面から風が剥離すること
により生じるカルマン渦などが挙げられる。The inventor of the present invention has made detailed studies on the relationship between the flow of wind after passing through the impeller and the shape of the duct.
As a result, when the wind flow after passing through the impeller is disturbed (such as the generation of vortices), a velocity component other than the traveling direction is generated in the wind, and the wind flow is delayed behind the impeller inside the duct. all right. Wind turbulence behind the impeller occurs at various locations. Examples of wind turbulence include a wake generated behind a duct, a cylindrical container, or a pillar, or a Karman vortex generated by separation of wind from the inner surface of the duct, the surface of the cylindrical container, or the surface of the pillar.
【００１４】ダクト内部の羽根車の後方において風の流
れが遅くなると、ダクトの壁体の断面形状が流線形で
も、ダクト前面側から内部に流れ込んだ風が十分に増速
することができないため、期待されるほどの高い発電効
率が得られないことがわかった。本発明のように、ダク
トの中心軸方向の長さを、ダクト前端部での開口径に対
して長くすることにより、羽根車の後方における風の乱
れが生じる位置を、羽根車の設置された位置より十分後
方に移すことができる。従って、ダクトの前面側から内
部に流れ込んだ風は、羽根車に到達するまでに十分に増
速することができ、高い発電効率が得られると推測され
る。When the flow of wind slows behind the impeller inside the duct, even if the cross-sectional shape of the wall of the duct is streamlined, the wind flowing into the interior from the front side of the duct cannot be sufficiently accelerated. It was found that the expected high power generation efficiency could not be obtained. As in the present invention, by making the length of the duct in the central axis direction longer than the opening diameter at the front end of the duct, the position where the wind turbulence occurs behind the impeller is set on the impeller. It can be moved far behind the position. Therefore, it is presumed that the wind flowing in from the front side of the duct can be sufficiently accelerated before reaching the impeller, and high power generation efficiency can be obtained.
【００１５】羽根車の後方における風の乱れを防止し、
ダクトの前面側から内部に流れ込んだ風を十分増速する
ために、円筒状ダクト２の壁体の断面１の前端部と後端
部とを結ぶ直線に対して、外周側縁部と内周側縁部のい
ずれも交差しないことが好ましい。また、ダクトの外周
面において渦が発生すると、発生した渦がダクトの後方
（羽根車の後方）に移動することがある。従って、外周
面における渦の発生を防止するため、壁体の断面の外周
側縁部も流線形とすることがさらに好ましい。Prevents turbulence of the wind behind the impeller,
In order to sufficiently accelerate the wind that has flowed in from the front side of the duct, with respect to the straight line connecting the front end and the rear end of the cross-section 1 of the wall of the cylindrical duct 2, the outer peripheral side edge and the inner peripheral side It is preferred that none of the side edges intersect. Further, when a vortex is generated on the outer peripheral surface of the duct, the generated vortex may move to the rear of the duct (rear of the impeller). Therefore, in order to prevent generation of vortices on the outer peripheral surface, it is further preferable that the outer peripheral side edge portion of the cross section of the wall body is also streamlined.
【００１６】なお、壁体断面の内周側縁部の形状を、ダ
クト前面側から内部に流れ込んだ風を、ダクトの内部で
乱れを生じさせずに増速するという目的の範囲内で変形
した形状は、本発明でいう「流線形」に含まれる。そし
て外周側縁部の形状を、渦の発生を防止するという目的
の範囲内で変形した形状は、本発明でいう「流線形」に
含まれる。このような変形の例として、ダクトの外周側
縁部の形状が、ダクトの前端から後端に達するまでの一
部において流線形をなしている場合が挙げられる。外周
側縁部の形状の一部が流線形であれば、渦の発生をある
程度は抑えられる。さらに、外周側縁部の形状につい
て、本発明でいう「流線形」には、特別な場合として、
直線（壁体の断面の前端部と後端部とを結ぶ直線に一致
する）も含まれる。The shape of the inner peripheral side edge of the wall cross section is modified within the range of the purpose of increasing the speed of the wind flowing from the front side of the duct into the interior of the duct without causing turbulence. The shape is included in the “streamline” in the present invention. A shape obtained by deforming the shape of the outer peripheral side edge within the range of the purpose of preventing the generation of vortices is included in the “streamline” in the present invention. An example of such a modification is a case where the outer peripheral side edge of the duct is streamlined in a part from the front end to the rear end of the duct. If part of the shape of the outer peripheral edge is streamlined, the generation of vortices can be suppressed to some extent. Furthermore, regarding the shape of the outer peripheral side edge part, in the "streamline" in the present invention, as a special case,
A straight line (corresponding to a straight line connecting the front end portion and the rear end portion of the cross section of the wall body) is also included.
【００１７】また、回転軸と発電機とを収容する筒状容
器が、ダクトの後端部よりも、ダクトの中心軸方向の長
さの５乃至４０％の範囲の長さで突き出していることが
好ましい。ダクトの後端部から筒状容器を突き出すこと
で、筒状容器の後端から発生する後流（もしくはカルマ
ン渦など）をダクトの外で発生させ、羽根車の後方の風
の乱れをさらに防止すことができる。また、ダクトの後
端と筒状容器の後端とが近い位置に配置されると、それ
ぞれの後端付近から発生する渦が合成されてより大きな
渦となり、羽根車の後方の風の流れを悪くするため、筒
状容器は、ダクトの中心軸方向の長さの５％以上の長さ
で突き出すことが好ましく、１０％以上の長さで突き出
すことがさらに好ましい。Further, the cylindrical container for accommodating the rotating shaft and the generator should protrude from the rear end of the duct by a length in the range of 5 to 40% of the length in the central axis direction of the duct. Is preferred. By protruding the tubular container from the rear end of the duct, a wake (or Karman vortex, etc.) generated from the rear end of the tubular container is generated outside the duct, further preventing wind turbulence behind the impeller. You can Also, when the rear end of the duct and the rear end of the tubular container are arranged close to each other, the vortices generated near the rear ends of the ducts are combined into a larger vortex, and the flow of wind behind the impeller is reduced. In order to make it worse, it is preferable that the tubular container is protruded by a length of 5% or more of the length in the central axis direction of the duct, more preferably 10% or more.
【００１８】さらに、ダクト内部において風を増速させ
るため、ダクト前端部での開口径を、ダクト後端部での
開口径よりやや大きくすることも好ましく、ダクト前端
部での開口径は、ダクト後端部での開口径の１．０乃至
１．５倍の範囲にあることが好ましい。そして、ダクト
の壁体の断面形状による風の増速効果を高めるため、ダ
クト前端部での開口径が、ダクトの最小の内径に対して
１．５乃至３．０倍の範囲にあることが好ましい。Further, in order to accelerate the wind inside the duct, it is preferable that the opening diameter at the front end of the duct is made slightly larger than the opening diameter at the rear end of the duct. It is preferably in the range of 1.0 to 1.5 times the opening diameter at the rear end. Further, in order to enhance the wind speed increasing effect due to the sectional shape of the wall of the duct, the opening diameter at the front end of the duct may be in the range of 1.5 to 3.0 times the minimum inner diameter of the duct. preferable.
【００１９】そして、ダクトの壁体の断面形状により増
速した風のエネルギーを、効率良く羽根車に伝えるた
め、羽根車を、ダクトの内径が最小になる位置からダク
ト中心軸に沿って、ダクトの中心軸方向の長さの±２５
％の範囲の位置に配置することが好ましく、±１５％の
範囲の位置に配置することがさらに好ましい。Then, in order to efficiently transmit the energy of the wind accelerated by the sectional shape of the wall of the duct to the impeller, the impeller is moved from the position where the inner diameter of the duct is minimum to the duct central axis. ± 25 of the length along the central axis of
It is preferable to dispose at a position in the range of%, and more preferably at a position in the range of ± 15%.
【００２０】一方、羽根車の前方において風の乱れが生
じると、羽根車の受ける（羽根車を回転させる）風のエ
ネルギーが小さくなるため、羽根車の中心軸の前端部
が、円錐形状もしくは側面が膨らんだ円錐形状をなして
いる（このような形状をした部分は、一般にコーンと呼
ばれている）ことが好ましい。コーンとダクトは、どち
らもダクト内部を通る風の流路を狭める働きをするの
で、羽根車の受ける風の速度をより速くすることができ
る。On the other hand, when the wind turbulence occurs in front of the impeller, the energy of the wind received by the impeller (rotating the impeller) becomes small. Therefore, the front end of the central axis of the impeller has a conical shape or a side surface. Preferably has a swelled cone shape (the portion having such a shape is generally called a cone). Since both the cone and the duct serve to narrow the flow path of the wind passing through the inside of the duct, the speed of the wind received by the impeller can be further increased.
【００２１】羽根車には、羽根を２乃至５枚の範囲で設
けることが好ましい。羽根車の羽根が１枚であると、羽
根が受ける風の量が小さく発電効率が低い。そして、羽
根の数が増加するに従い、羽根から発生する渦が多くな
り発電効率が低下し、加えて羽根の回転による騒音も大
きくなる。従って、羽根車の羽根の枚数は、実用的に
は、前記の範囲にあることが好ましい。The impeller is preferably provided with 2 to 5 blades. When the impeller has one blade, the amount of wind received by the blade is small and the power generation efficiency is low. As the number of blades increases, the number of vortices generated from the blades increases, the power generation efficiency decreases, and the noise due to the rotation of the blades also increases. Therefore, the number of blades of the impeller is preferably in the above range in practical use.
【００２２】本発明の風力発電装置において、ダクトの
壁面の断面形状は、流線形をなしている。このダクト壁
面の断面形状としては、航空機の分野で詳細に検討され
ている公知の翼の形状を用いることができる。ダクトの
断面形状として好ましい翼の例としては、ＮＡＣＡ６５
3 −６１８（ａ＝０．５）、ＮＡＣＡ６４3 −６１８、
ＮＡＣＡ６３3 −６１８、ＦＸ６１−１８４、およびＦ
Ｘ６６−Ｓ−１９６Ｖ１が挙げられ、ＮＡＣＡ６５3 −
６１８（ａ＝０．５）の翼の形状が特に好ましい。In the wind turbine generator of the present invention, the cross-sectional shape of the wall surface of the duct is streamlined. As the cross-sectional shape of the duct wall surface, a known wing shape that has been studied in detail in the field of aircraft can be used. NACA65 is an example of a preferable blade as the cross-sectional shape of the duct.
3 -618 (a = 0.5), NACA64 3 -618,
NACA63 3 -618, FX61-184, and F
X66-S-196V1 and NACA65 3 −.
A blade shape of 618 (a = 0.5) is particularly preferred.
【００２３】本発明の風力発電装置は、発電効率が高い
ために、同じ電気エネルギーを得るためには従来の風力
発電装置よりも、装置の寸法を小さくすることができ
る。このような利点を生かして、車両の屋根、あるいは
ビルなどの建築物の壁面や屋上などに設置することもで
きる。Since the wind power generator of the present invention has high power generation efficiency, the size of the wind power generator can be made smaller than that of the conventional wind power generator in order to obtain the same electric energy. Taking advantage of such advantages, it can be installed on the roof of a vehicle or on the wall surface or roof of a building such as a building.
【００２４】本発明の風力発電装置を複数もちいて風力
発電装置の集合体とすることができる。図３は、本発明
の風力発電装置集合体の一例の構成を示す正面図であ
る。図４は、図３に示した風力発電装置集合体の側面図
である。本発明の風力発電装置集合体は、地上に固定さ
れた支持台１２、支持台１２によって回転可能に支持さ
れて、垂直方向に延びる支柱１３、そして支柱１３の垂
直方向に沿った両側に、前面側開口部が同一方向に向く
ように対称的に固定された１０対の数の本発明の風力発
電装置１４からなる。大きな電力エネルギーを得るため
には、支柱に固定される風力発電装置は、２対以上の数
であればよい。A plurality of wind power generators of the present invention can be used to form an aggregate of wind power generators. FIG. 3 is a front view showing the configuration of an example of the wind turbine generator aggregate of the present invention. FIG. 4 is a side view of the wind turbine generator assembly shown in FIG. The wind turbine generator assembly of the present invention includes a support 12 fixed to the ground, a support 13 rotatably supported by the support 12 and extending vertically, and both sides of the support 13 along the vertical direction, the front surface. It consists of 10 pairs of wind power generators 14 of the present invention which are symmetrically fixed such that the side openings face in the same direction. In order to obtain a large amount of electric power energy, the number of wind power generators fixed to the support column may be two or more.
【００２５】本発明の風力発電装置集合体において、全
ての風力発電装置の前面側開口部は同一方向に向いてい
る。そして、支持台１２に固定された支柱を、風力発電
装置の開口部が風に向かうように回転させることで、風
の向きに応じて効率良く発電することができる。また、
風向計により風の向きを検出して、支柱の回転角度を自
動的に設定することも好ましい。In the wind turbine generator assembly of the present invention, the front openings of all the wind turbine generators face the same direction. Then, by rotating the support fixed to the support base 12 so that the opening of the wind turbine generator faces the wind, power can be efficiently generated according to the direction of the wind. Also,
It is also preferable to detect the direction of the wind with a wind vane and automatically set the rotation angle of the column.
【００２６】[0026]
【発明の効果】本発明の風力発電装置は、円筒状ダクト
の内部に羽根車が配置された構成を有する。本発明にお
いては、ダクトの壁体の断面を流線形とすることによ
り、ダクトの入口から流れ込んだ風を増速して発電す
る。そして、ダクトの中心軸方向の長さを、ダクト前端
部での開口径の１．３乃至３．０倍として羽根車後方に
おける風の流れを円滑にすることで、ダクト断面形状に
よる風の増速効果を損なわずに、発電効率の高い風力発
電装置を得ている。The wind turbine generator of the present invention has a structure in which an impeller is arranged inside a cylindrical duct. In the present invention, by making the cross section of the wall of the duct streamlined, the wind flowing from the inlet of the duct is accelerated to generate electricity. The length of the duct in the central axis direction is set to 1.3 to 3.0 times the opening diameter at the front end of the duct to smooth the flow of the air behind the impeller, thereby increasing the wind due to the cross-sectional shape of the duct. A wind turbine generator with high power generation efficiency is obtained without impairing the speed effect.
【００２７】[0027]
【実施例】［実施例１］図１に示す本発明の風力発電装
置において、ダクトの前面側から内部に流れ込む風が増
速する効果を確認する計算機シミュレーションを実施し
た。図１に示すように、風力発電装置のダクトの壁体の
断面は、前端部から後端部にかけて流線形をなしてい
る。風力発電装置のダクトの中心軸方向の長さＬ1 （５
０００ｍｍ）は、ダクト前端部での開口径Ｄ2 （３１６
６ｍｍ）の約１．６倍とした。また、ダクト前端部での
開口径とダクト後端部での開口径とは、互いに等しくし
た。そして、発電機が収容された筒状容器を、ダクト後
端部から１０００ｍｍ（Ｌ2をダクトの中心軸方向の長
さＬ1 の２０％とした）の長さで突き出して配置した。
また、ダクト前端部での開口径Ｄ2 （３１６６ｍｍ）
を、ダクトの最小の内径Ｄ1 （１８００ｍｍ）の約１．
８倍とした。Example 1 In the wind power generator of the present invention shown in FIG. 1, a computer simulation was carried out to confirm the effect of increasing the speed of the wind flowing into the interior from the front side of the duct. As shown in FIG. 1, the cross section of the wall of the duct of the wind turbine generator is streamlined from the front end to the rear end. The length L 1 (5 of the central axis direction of the duct of the wind turbine generator)
000 mm) is the opening diameter D 2 (316 mm at the front end of the duct).
6 mm) and about 1.6 times. The opening diameter at the front end of the duct and the opening diameter at the rear end of the duct were made equal to each other. Then, the cylindrical container accommodating the generator was arranged so as to protrude from the rear end of the duct by a length of 1000 mm (L 2 was 20% of the length L 1 in the central axis direction of the duct).
Also, the opening diameter D 2 (3166 mm) at the front end of the duct
Of the minimum inner diameter D 1 (1800 mm) of the duct.
8 times.
【００２８】羽根車に羽根を取り付けた状態では、計算
機シミュレーションに非常に複雑な計算を要するため、
羽根を取り付けない状態（コーンは取り付けた状態）で
のシミュレーションを行った。図１に、ダクト前面側の
風速を１とした場合のダクト内部の風速の計算結果を記
載した。図１に示したダクトの内部において、横に数字
が記載された細い線は、風速が等しい場所を意味してい
る。そして、線に添えて記載した数値は、計算した風速
値である。With the blades attached to the impeller, a very complicated calculation is required for computer simulation.
The simulation was performed without the blades attached (with the cone attached). FIG. 1 shows the calculation result of the wind speed inside the duct when the wind speed on the front side of the duct is 1. Inside the duct shown in FIG. 1, a thin line with a number on its side means a place where the wind speed is equal. The numerical value attached to the line is the calculated wind speed value.
【００２９】この計算機シミュレーション結果から、羽
根車を、ダクトの内径が最小となる位置（ダクト前面か
ら２２５０ｍｍの位置）からダクト中心軸に沿って、ダ
クトの中心軸方向の長さの５％の距離（２５０ｍｍ）前
方に位置するように設置した場合、ダクトの前面側から
内部に流れ込んだ風は、羽根の先端付近で２．６倍に増
速されることがわかる。風のエネルギーは、風速の３乗
に比例し、そして発電の効率は、羽根車が受ける風のエ
ネルギーに比例する。従って、本発明の風力発電装置の
発電効率は、ダクトを用いない場合に比べて１７倍程度
となることが推測される。From this computer simulation result, the impeller is moved along the central axis of the duct from the position where the inner diameter of the duct is minimum (the position of 2250 mm from the front surface of the duct), which is 5% of the length in the central axis direction of the duct. It can be seen that when installed so as to be located (250 mm) forward, the wind that has flowed in from the front surface side of the duct is accelerated by 2.6 times in the vicinity of the tips of the blades. Wind energy is proportional to the cube of wind speed, and the efficiency of power generation is proportional to the wind energy received by the impeller. Therefore, it is estimated that the power generation efficiency of the wind turbine generator of the present invention is about 17 times as high as that without the duct.
【図１】本発明の風力発電装置の一例の構成を示す部分
断面図である。FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing the configuration of an example of a wind turbine generator of the present invention.
【図２】図１に示した風力発電装置の正面図である。2 is a front view of the wind turbine generator shown in FIG. 1. FIG.
【図３】本発明の風力発電装置集合体の一例の構成を示
す正面図である。FIG. 3 is a front view showing the configuration of an example of a wind turbine generator assembly of the present invention.
【図４】図３に示した風力発電装置集合体の側面図であ
る。4 is a side view of the wind turbine generator assembly shown in FIG. 3. FIG.
１ 壁体の断面 ２ ダクト ３ 支柱 ４ 回転軸 ５ 発電機 ６ 筒状容器 ７ 羽根車 ８ 羽根 ９ リード線 １０ コーン １１ 地面 １２ 支持台 １３ 支柱 １４ 風力発電装置 １５ 支持部材 １６ 避雷針 Section of 1 wall 2 ducts 3 props 4 rotation axes 5 generator 6 cylindrical containers 7 impeller 8 feathers 9 lead wire 10 cones 11 ground 12 Support 13 props 14 Wind power generator 15 Support member 16 lightning rod
Claims (9)
流線形をなす円筒状ダクト；該ダクトの内壁表面から立
設された支柱によって固定された、ダクトの中心軸に沿
って延びる、回転軸と発電機とを収容する筒状容器；そ
して回転軸の前端部に接続する羽根車を含む風力発電装
置であって、該ダクトの中心軸方向の長さが、ダクト前
端部での開口径の１．３乃至３．０倍の範囲にあること
を特徴とする風力発電装置。1. A cylindrical duct having a wall body having a streamlined cross section from a front end portion to a rear end portion; and extending along a central axis of the duct, which is fixed by a pillar standing from an inner wall surface of the duct. A wind power generator including a tubular container containing a rotating shaft and a generator; and an impeller connected to the front end of the rotating shaft, wherein the length of the duct in the central axis direction is an opening at the front end of the duct. A wind power generator characterized in that the diameter is in the range of 1.3 to 3.0 times.
部とを結ぶ直線に対して、外周側縁部と内周側縁部のい
ずれもが交差することがない請求項１に記載の風力発電
装置。2. The outer peripheral side edge part and the inner peripheral side edge part do not intersect with a straight line connecting the front end part and the rear end part of the wall cross section of the cylindrical duct. The wind power generator described.
しくは側面が膨らんだ円錐形状をなしている請求項１も
しくは２に記載の風力発電装置。3. The wind turbine generator according to claim 1, wherein the front end portion of the central axis of the impeller has a conical shape or a conical shape with bulging side surfaces.
が、ダクト後端部よりも、ダクトの中心軸方向の長さの
５乃至４０％の範囲の長さで突き出している請求項１乃
至３のうちのいずれかの項に記載の風力発電装置。4. A cylindrical container for accommodating a rotating shaft and a generator projects from the rear end of the duct by a length in the range of 5 to 40% of the length of the duct in the central axis direction. The wind turbine generator according to any one of 1 to 3.
置からダクト中心軸に沿って、ダクトの中心軸方向の長
さの±２５％の範囲に位置するように備えられている請
求項１乃至４のうちのいずれかの項に記載の風力発電装
置。5. The impeller is provided so as to be located within a range of ± 25% of the length in the central axis direction of the duct from the position where the inner diameter of the duct is minimum, along the central axis of the duct. The wind turbine generator according to any one of 1 to 4.
部での開口径の１．０乃至１．５倍の範囲にある請求項
１乃至５のうちのいずれかの項に記載の風力発電装置。6. The opening diameter at the front end of the duct is in the range of 1.0 to 1.5 times the opening diameter at the rear end of the duct, according to any one of claims 1 to 5. Wind power generator.
小の内径に対して１．５乃至３．０倍の範囲にある請求
項１乃至６のうちのいずれかの項に記載の風力発電装
置。7. The wind force according to claim 1, wherein the opening diameter at the front end of the duct is in the range of 1.5 to 3.0 times the minimum inner diameter of the duct. Power generator.
求項１乃至７のうちのいずれかの項に記載の風力発電装
置。8. The wind turbine generator according to claim 1, wherein the impeller has 2 to 5 blades.
って回転可能に支持されている、垂直方向に延びる支
柱、そして該支柱の垂直方向に沿った両側に、前面側開
口部が同一方向に向くように対称的に固定された二対以
上の数の風力発電装置からなり、該風力発電装置が請求
項１乃至８のうちのいずれかの項に記載の風力発電装置
である風力発電装置集合体。9. A support base fixed to the ground, a vertically extending support pillar rotatably supported by the support base, and front opening portions in the same direction on both sides of the support pillar in the vertical direction. A wind power generator which is a wind power generator according to any one of claims 1 to 8, comprising two or more pairs of wind power generators symmetrically fixed to face each other. Aggregation.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001214115A JP2003028043A (en) | 2001-07-13 | 2001-07-13 | Wind power generator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001214115A JP2003028043A (en) | 2001-07-13 | 2001-07-13 | Wind power generator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003028043A true JP2003028043A (en) | 2003-01-29 |
Family
ID=19048988
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001214115A Withdrawn JP2003028043A (en) | 2001-07-13 | 2001-07-13 | Wind power generator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003028043A (en) |
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2001
- 2001-07-13 JP JP2001214115A patent/JP2003028043A/en not_active Withdrawn
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