JP2003278635A - 風力発電装置 - Google Patents
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- F03D1/04—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
- F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
- F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2240/00—Components
- F05B2240/10—Stators
- F05B2240/13—Stators to collect or cause flow towards or away from turbines
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- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Wind Motors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 風胴体内で回転する風車を備えた風力発電装
置であって、効率良く風の流れを増速させ、高出力の発
電を行うことが可能な風力発電装置の提供。 【解決手段】 風の流れ方向に拡大する筒状の風胴体１
と、風胴体１の風の流入口２ａ近傍に配置した発電用風
車３とを備えた風力発電装置において、風胴体１の軸に
対する側胴部の傾斜角φを５〜２５°の範囲とし、風胴
体１の流入口２ａは、風胴体１の外側に向かって滑らか
に拡大する曲面５とし、流出口２ｂの口縁の外側には、
幅Ｂの鍔状片４を備える。風胴体１の風の流入口２ａか
ら流入した風は、流入口２ａ付近で急激に加速されて速
くなり、この部分に配置した風車３を効率的に回転さ
せ、この風車３の回転によって高出力の発電を行う。
置であって、効率良く風の流れを増速させ、高出力の発
電を行うことが可能な風力発電装置の提供。 【解決手段】 風の流れ方向に拡大する筒状の風胴体１
と、風胴体１の風の流入口２ａ近傍に配置した発電用風
車３とを備えた風力発電装置において、風胴体１の軸に
対する側胴部の傾斜角φを５〜２５°の範囲とし、風胴
体１の流入口２ａは、風胴体１の外側に向かって滑らか
に拡大する曲面５とし、流出口２ｂの口縁の外側には、
幅Ｂの鍔状片４を備える。風胴体１の風の流入口２ａか
ら流入した風は、流入口２ａ付近で急激に加速されて速
くなり、この部分に配置した風車３を効率的に回転さ
せ、この風車３の回転によって高出力の発電を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、風の流れを増速し
て高出力の発電を行う風力発電装置に関する。
て高出力の発電を行う風力発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近来、発電の分野において、脱石油エネ
ルギーや環境クリーン等の観点から、風力発電装置が注
目されている。風力発電装置は、自然界の風の流れを利
用するものであるが、設置場所の地形や気象等の条件に
よって十分な風力が得られないことがある。そのため、
弱い風の流れを何らかの手段で増速して発電に供するこ
とが考えられている。
ルギーや環境クリーン等の観点から、風力発電装置が注
目されている。風力発電装置は、自然界の風の流れを利
用するものであるが、設置場所の地形や気象等の条件に
よって十分な風力が得られないことがある。そのため、
弱い風の流れを何らかの手段で増速して発電に供するこ
とが考えられている。
【０００３】本発明者らは、特願２００１−９４１４に
おいて、簡単な構造で効率良く風の流れを増速すること
が可能な風増速装置を提供している。図８は特願２００
１−９４１４の風増速装置の縦断面図である。
おいて、簡単な構造で効率良く風の流れを増速すること
が可能な風増速装置を提供している。図８は特願２００
１−９４１４の風増速装置の縦断面図である。
【０００４】図８の風増速装置は、風の流入口５２から
流出口５３に向かって拡大する長筒状の風胴体５１によ
り構成したものである。また、風胴体５１の流入口５２
の口縁には外側に向かって曲面をもって開いた流入案内
片５５を、流出口５３の口縁には外側に向かって拡がる
鍔状のフランジ５６をそれぞれ備え、流入口５２の近傍
を風力の取り出し位置とする。
流出口５３に向かって拡大する長筒状の風胴体５１によ
り構成したものである。また、風胴体５１の流入口５２
の口縁には外側に向かって曲面をもって開いた流入案内
片５５を、流出口５３の口縁には外側に向かって拡がる
鍔状のフランジ５６をそれぞれ備え、流入口５２の近傍
を風力の取り出し位置とする。
【０００５】これにより、流入口５２前方より流入する
風胴体５１の軸中心の風の流れによって風胴体５１の壁
面部の遅い風の流れを連行し、流出口５３後方において
は軸中心の風の流れと風胴体５１外部の風の流れによっ
て風胴体５１内壁面部の遅い風の流れを連行して、風胴
体５１内部の流入口５２近傍に風力を取り出すための高
風速の領域を得ることが可能となる。
風胴体５１の軸中心の風の流れによって風胴体５１の壁
面部の遅い風の流れを連行し、流出口５３後方において
は軸中心の風の流れと風胴体５１外部の風の流れによっ
て風胴体５１内壁面部の遅い風の流れを連行して、風胴
体５１内部の流入口５２近傍に風力を取り出すための高
風速の領域を得ることが可能となる。
【０００６】そして、このような風増速装置を用いて、
流入口５２近傍の風力の取り出し位置に発電用の風車を
配置した風力発電装置を構成すれば、外風が弱いときで
も、風増速装置の風胴体５１の高風速領域である風胴体
５１内部の流入口５２近傍に配置した風車を効果的に回
転させることができ、風力発電装置として発電能力を飛
躍的に向上させることが可能となる。
流入口５２近傍の風力の取り出し位置に発電用の風車を
配置した風力発電装置を構成すれば、外風が弱いときで
も、風増速装置の風胴体５１の高風速領域である風胴体
５１内部の流入口５２近傍に配置した風車を効果的に回
転させることができ、風力発電装置として発電能力を飛
躍的に向上させることが可能となる。
【０００７】また、特願２００１−９４１４の風増速装
置では、風胴体５１の軸に対する側胴部の傾斜角は、２
〜５°の範囲とすることが望ましいことを提案してい
る。傾斜角が２°未満の場合、風胴体５１の流入口５２
の径に対する風胴体５１の長さの比を上げても増速比を
上げる効果が小さくなる傾向にあり、傾斜角が５°を超
えると風胴体内壁面部の流れの遅い風の連行効果が小さ
くなる傾向にあるため、２〜５°の範囲で効率的に風胴
体内壁面部の流れの遅い風を連行することが可能である
というものである。
置では、風胴体５１の軸に対する側胴部の傾斜角は、２
〜５°の範囲とすることが望ましいことを提案してい
る。傾斜角が２°未満の場合、風胴体５１の流入口５２
の径に対する風胴体５１の長さの比を上げても増速比を
上げる効果が小さくなる傾向にあり、傾斜角が５°を超
えると風胴体内壁面部の流れの遅い風の連行効果が小さ
くなる傾向にあるため、２〜５°の範囲で効率的に風胴
体内壁面部の流れの遅い風を連行することが可能である
というものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記風増速
装置は、風増速装置単体では２〜５°の範囲で最も増速
効果が高いものの、風胴体５１の流入口５２近傍に発電
用の風車を配置した場合、２〜５°の傾斜角の範囲が必
ずしも最適ではないことが判明した。風胴体５１内で回
転する風車が、風胴体５１内を通過する風の流れに影響
を及ぼすようになるためである。
装置は、風増速装置単体では２〜５°の範囲で最も増速
効果が高いものの、風胴体５１の流入口５２近傍に発電
用の風車を配置した場合、２〜５°の傾斜角の範囲が必
ずしも最適ではないことが判明した。風胴体５１内で回
転する風車が、風胴体５１内を通過する風の流れに影響
を及ぼすようになるためである。
【０００９】そこで、本発明においては、風胴体内で回
転する風車を備えた風力発電装置であって、効率良く風
の流れを増速させ、高出力の発電を行うことが可能な風
力発電装置を提供することを目的とする。
転する風車を備えた風力発電装置であって、効率良く風
の流れを増速させ、高出力の発電を行うことが可能な風
力発電装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の風力発電装置
は、風の流れ方向に拡大する筒状の風胴体と、風胴体の
風の流入口近傍に配置した発電用風車とを備えた風力発
電装置において、風胴体の軸に対する側胴部の傾斜角を
５〜２５°の範囲、より好ましくは、５〜１４°の範囲
としたものである。
は、風の流れ方向に拡大する筒状の風胴体と、風胴体の
風の流入口近傍に配置した発電用風車とを備えた風力発
電装置において、風胴体の軸に対する側胴部の傾斜角を
５〜２５°の範囲、より好ましくは、５〜１４°の範囲
としたものである。
【００１１】ここで、風胴体前方から風胴体内部、風胴
体後方までの静圧分布および風速分布を、それぞれ図１
および図２に示す。図１および図２の横軸は、風胴体流
入口を原点とした水平位置Ｘを風胴体の長さＬで無次元
化した比を表しており、風胴体流出口の方向を正として
いる。図１の静圧分布は、風胴体の影響がない位置との
静圧の差を示しており、縦軸はこの静圧差を近寄り風速
Ｕ∞による動圧で無次元化した比である。図２の縦軸
は、風速Ｕを近寄り風速Ｕ∞で無次元化した比である。
体後方までの静圧分布および風速分布を、それぞれ図１
および図２に示す。図１および図２の横軸は、風胴体流
入口を原点とした水平位置Ｘを風胴体の長さＬで無次元
化した比を表しており、風胴体流出口の方向を正として
いる。図１の静圧分布は、風胴体の影響がない位置との
静圧の差を示しており、縦軸はこの静圧差を近寄り風速
Ｕ∞による動圧で無次元化した比である。図２の縦軸
は、風速Ｕを近寄り風速Ｕ∞で無次元化した比である。
【００１２】図１に示すように、開放された空間内に配
置された風胴体は、風の流入口前方と流出口後方とにお
ける風の静圧が周囲の大気圧の静圧とほぼ等しくなる。
そして、風の流れ方向に拡大する筒状の風胴体の場合、
風胴体内部における静圧は、図１に示すように流出口に
向かって増加するため、風胴体内部の流入口付近で大き
な圧力低下となる。したがって、流入口前方より風胴体
内部に流入した風は、図２に示すように流入口付近で急
激に加速されて速くなり、流出口に向かって徐々に遅く
なるとともに、図１に示すように圧力が回復して流出口
で大気圧の静圧とほぼ等しくなる。
置された風胴体は、風の流入口前方と流出口後方とにお
ける風の静圧が周囲の大気圧の静圧とほぼ等しくなる。
そして、風の流れ方向に拡大する筒状の風胴体の場合、
風胴体内部における静圧は、図１に示すように流出口に
向かって増加するため、風胴体内部の流入口付近で大き
な圧力低下となる。したがって、流入口前方より風胴体
内部に流入した風は、図２に示すように流入口付近で急
激に加速されて速くなり、流出口に向かって徐々に遅く
なるとともに、図１に示すように圧力が回復して流出口
で大気圧の静圧とほぼ等しくなる。
【００１３】すなわち、風の流れ方向に拡大する筒状の
風胴体では、風胴体内部の流入口よりやや下流付近で大
きな負圧となり風が収束するようになるため、この部分
に風力を取り出すための高風速の領域を得ることができ
る。
風胴体では、風胴体内部の流入口よりやや下流付近で大
きな負圧となり風が収束するようになるため、この部分
に風力を取り出すための高風速の領域を得ることができ
る。
【００１４】本発明の風力発電装置では、風胴体の流入
口近傍に発電用風車を配置しているため、この発電用風
車自体の抵抗により、風胴体の軸に対する側胴部の傾斜
角を５°以上に拡げても風胴体内壁面部の風の流れのは
く離を防止することができる。また、この発電用風車の
回転によって風胴体の半径方向の風の流速が高まるた
め、さらに風胴体内壁面部の風の流れのはく離を防止す
ることができ、風胴体の流入口から導入された風を風胴
体内壁面部に沿って流出口まで滑らかに流すことができ
る。したがって、側胴部の傾斜角を最大２５°まで拡げ
ても、風胴体内壁面部の風の流れのはく離を風胴体の流
出口まで防止することができる。
口近傍に発電用風車を配置しているため、この発電用風
車自体の抵抗により、風胴体の軸に対する側胴部の傾斜
角を５°以上に拡げても風胴体内壁面部の風の流れのは
く離を防止することができる。また、この発電用風車の
回転によって風胴体の半径方向の風の流速が高まるた
め、さらに風胴体内壁面部の風の流れのはく離を防止す
ることができ、風胴体の流入口から導入された風を風胴
体内壁面部に沿って流出口まで滑らかに流すことができ
る。したがって、側胴部の傾斜角を最大２５°まで拡げ
ても、風胴体内壁面部の風の流れのはく離を風胴体の流
出口まで防止することができる。
【００１５】なお、側胴部の傾斜角が１４°を超える場
合、風胴体内壁面部の風のはく離をわずかに生じやすく
なるが、発電用風車の高速回転によって流れを風胴体内
壁面部に再付着させることが可能となる。したがって、
この場合においても風のはく離を小さな範囲に抑えるこ
とができ、風胴体の流入口から導入された風を風胴体内
壁面部に沿って流出口まで滑らかに流すことができる。
合、風胴体内壁面部の風のはく離をわずかに生じやすく
なるが、発電用風車の高速回転によって流れを風胴体内
壁面部に再付着させることが可能となる。したがって、
この場合においても風のはく離を小さな範囲に抑えるこ
とができ、風胴体の流入口から導入された風を風胴体内
壁面部に沿って流出口まで滑らかに流すことができる。
【００１６】すなわち、本発明の風力発電装置によれ
ば、風胴体の流入口から導入された風を風胴体内壁面部
からはく離させることなく、この風胴体内壁面部に沿っ
て流出口まで滑らかに流すことができるため、風胴体流
入口付近で負圧となった風の流れを流出口まで大きな流
動損失なしに圧力回復させることができる。このため、
効率良く風の流れを増速することができ、高出力の発電
を行うことが可能となる。
ば、風胴体の流入口から導入された風を風胴体内壁面部
からはく離させることなく、この風胴体内壁面部に沿っ
て流出口まで滑らかに流すことができるため、風胴体流
入口付近で負圧となった風の流れを流出口まで大きな流
動損失なしに圧力回復させることができる。このため、
効率良く風の流れを増速することができ、高出力の発電
を行うことが可能となる。
【００１７】また、風胴体側胴部の傾斜角については発
電用風車の抵抗係数によって最適値が異なるが、特に風
胴体側胴部の傾斜角を５〜１４°の範囲とすると、上述
のように風胴体内部壁に沿う流れのはく離が全く生ずる
ことはないので、結果的に最も大きな圧力回復率を得る
ことができ、最も効率良く風の流れを増速して高出力の
発電を行うことが可能となる。
電用風車の抵抗係数によって最適値が異なるが、特に風
胴体側胴部の傾斜角を５〜１４°の範囲とすると、上述
のように風胴体内部壁に沿う流れのはく離が全く生ずる
ことはないので、結果的に最も大きな圧力回復率を得る
ことができ、最も効率良く風の流れを増速して高出力の
発電を行うことが可能となる。
【００１８】なお、傾斜角が５°未満の場合、圧力の回
復効率が小さな値にとどまるため、流入口付近での負圧
が大きくなりきれず、風車設置位置付近で大きな風の増
速が得られない。一方、傾斜角が２５°を超えると、風
胴体内壁面部の風の流れのはく離が顕著となり、大きな
流動損失を引き起こしてしまうため、やはり圧力回復効
率が低下し、大きな風の増速が得られない。
復効率が小さな値にとどまるため、流入口付近での負圧
が大きくなりきれず、風車設置位置付近で大きな風の増
速が得られない。一方、傾斜角が２５°を超えると、風
胴体内壁面部の風の流れのはく離が顕著となり、大きな
流動損失を引き起こしてしまうため、やはり圧力回復効
率が低下し、大きな風の増速が得られない。
【００１９】本発明の風力発電装置では、風胴体の流入
口は、風胴体の外側すなわち風胴体に流入する風の上流
側に向かって滑らかに拡大する曲面とするのが望まし
い。これにより、風胴体の流入口前方近傍の風を円滑に
引き込むことができ、また引き込んだ風は、流入口近傍
の発電用風車の回転によって風胴体半径方向の流速が高
められることによって、さらに流入口近くの風胴体内壁
面部からのはく離が防止され、より効率良く高風速の領
域を得て高出力の発電を行うことが可能となる。
口は、風胴体の外側すなわち風胴体に流入する風の上流
側に向かって滑らかに拡大する曲面とするのが望まし
い。これにより、風胴体の流入口前方近傍の風を円滑に
引き込むことができ、また引き込んだ風は、流入口近傍
の発電用風車の回転によって風胴体半径方向の流速が高
められることによって、さらに流入口近くの風胴体内壁
面部からのはく離が防止され、より効率良く高風速の領
域を得て高出力の発電を行うことが可能となる。
【００２０】また、本発明の風力発電装置では、流出口
の口縁の外側に、鍔状片を備えたものとするのが望まし
い。これにより、風胴体の外側を流れる風が鍔状片と衝
突し、鍔状片の背後で強い渦を形成するため、風胴体の
流出口付近が低圧となる。このため、風胴体内部へより
強い風の流れを引き込むことができ、さらに効率良く高
風速の領域を得て高出力の発電を行うことが可能とな
る。
の口縁の外側に、鍔状片を備えたものとするのが望まし
い。これにより、風胴体の外側を流れる風が鍔状片と衝
突し、鍔状片の背後で強い渦を形成するため、風胴体の
流出口付近が低圧となる。このため、風胴体内部へより
強い風の流れを引き込むことができ、さらに効率良く高
風速の領域を得て高出力の発電を行うことが可能とな
る。
【００２１】また、この鍔状片は、風胴体の最小内径の
１０〜１００％幅とするのが望ましい。風胴体の長さが
風胴体の最小内径よりも長い場合（すなわち、風胴体の
長さをＬ、風胴体の最小内径をＤとしたとき、Ｌ／Ｄ＞
１の場合）、鍔状片の幅を例えば５０％、７５％、１０
０％と順次大きくすると、鍔状片の背後の渦形成が強く
なっていくため、流出口付近の圧力が大気圧の静圧より
低圧となる。その結果、流入口からの流れの引き込みが
強められ、流入口付近の風の増速を高めることが可能と
なる。
１０〜１００％幅とするのが望ましい。風胴体の長さが
風胴体の最小内径よりも長い場合（すなわち、風胴体の
長さをＬ、風胴体の最小内径をＤとしたとき、Ｌ／Ｄ＞
１の場合）、鍔状片の幅を例えば５０％、７５％、１０
０％と順次大きくすると、鍔状片の背後の渦形成が強く
なっていくため、流出口付近の圧力が大気圧の静圧より
低圧となる。その結果、流入口からの流れの引き込みが
強められ、流入口付近の風の増速を高めることが可能と
なる。
【００２２】一方、風胴体の長さが風胴体の最小内径よ
りも短い場合（すなわち、Ｌ／Ｄ＜１の場合）、鍔状片
の幅を大きくしすぎると、逆に大きな鍔状片が風の流れ
をブロックするため、鍔状片の存在が上流に圧力上昇を
与え、風胴体への風の流入を阻害するようになる。した
がって、Ｌ／Ｄ＝１付近では、風胴体の最小内径の５０
％程度の幅を有する鍔状片が適当な大きさとなる。
りも短い場合（すなわち、Ｌ／Ｄ＜１の場合）、鍔状片
の幅を大きくしすぎると、逆に大きな鍔状片が風の流れ
をブロックするため、鍔状片の存在が上流に圧力上昇を
与え、風胴体への風の流入を阻害するようになる。した
がって、Ｌ／Ｄ＝１付近では、風胴体の最小内径の５０
％程度の幅を有する鍔状片が適当な大きさとなる。
【００２３】
【発明の実施の形態】図３は本発明の実施の形態におけ
る風力発電装置の斜視図、図４は図３の縦断面図であ
る。図に示すように、本発明の実施の形態における風力
発電装置は、筒状の風胴体１の風の流入口２ａの近傍を
風力の取り出し位置として発電用の風車３を配置したも
のである。風車３の回転羽根３ａは、風胴体１の内壁面
に触れないように若干のクリアランス（風胴体の最小内
径Ｄの１〜２％程度）を保って回転するものである。
る風力発電装置の斜視図、図４は図３の縦断面図であ
る。図に示すように、本発明の実施の形態における風力
発電装置は、筒状の風胴体１の風の流入口２ａの近傍を
風力の取り出し位置として発電用の風車３を配置したも
のである。風車３の回転羽根３ａは、風胴体１の内壁面
に触れないように若干のクリアランス（風胴体の最小内
径Ｄの１〜２％程度）を保って回転するものである。
【００２４】風胴体１は風の流入口２ａから流出口２ｂ
に向かって拡大する長さＬ（風車３の回転羽根の取付け
位置から流出口２ｂまでの長さ）の拡大管（ディフュー
ザ）である。風胴体１の側胴部の傾斜角φは、５〜２５
°とする。風胴体１の流入口２ａは、風胴体１の外側に
向かって滑らかに拡大する曲面５とする。また、風胴体
１の流出口２ｂには、風胴体１の最小内径Ｄの５０％の
幅Ｂの鍔状片４を備える。
に向かって拡大する長さＬ（風車３の回転羽根の取付け
位置から流出口２ｂまでの長さ）の拡大管（ディフュー
ザ）である。風胴体１の側胴部の傾斜角φは、５〜２５
°とする。風胴体１の流入口２ａは、風胴体１の外側に
向かって滑らかに拡大する曲面５とする。また、風胴体
１の流出口２ｂには、風胴体１の最小内径Ｄの５０％の
幅Ｂの鍔状片４を備える。
【００２５】上記構成の風力発電装置を風の流れの中に
配置すれば、風胴体１の流入口２ａから流出口２ｂに向
かって静圧が増加するため、風胴体１内部における静圧
は流入口２ａ付近で大きな負圧となる。また、鍔状片４
の作用により風胴体１の流出口２ｂ付近での風の静圧が
大気圧の静圧よりはるかに低くなるため、風胴体１の流
入口２ａ付近でさらに大きな負圧となり、流入口２ａ前
方より流入した風は流入口２ａ付近で急激に加速されて
速くなる。
配置すれば、風胴体１の流入口２ａから流出口２ｂに向
かって静圧が増加するため、風胴体１内部における静圧
は流入口２ａ付近で大きな負圧となる。また、鍔状片４
の作用により風胴体１の流出口２ｂ付近での風の静圧が
大気圧の静圧よりはるかに低くなるため、風胴体１の流
入口２ａ付近でさらに大きな負圧となり、流入口２ａ前
方より流入した風は流入口２ａ付近で急激に加速されて
速くなる。
【００２６】また、本実施形態における風力発電装置で
は、風胴体１の内壁面に若干のクリアランスを保って回
転する風車３の回転羽根３ａによって、風胴体１内に流
入した風の半径方向の流速が高められる。この半径方向
の風の流れと、風車３自体の抵抗により、風胴体１の内
壁面部の風の流れのはく離が風胴体１の流出口２ｂまで
防止され、風胴体１の流入口２ａから導入された風が風
胴体１の内壁面部に沿って流出口２ｂまで滑らかに流れ
ていく。
は、風胴体１の内壁面に若干のクリアランスを保って回
転する風車３の回転羽根３ａによって、風胴体１内に流
入した風の半径方向の流速が高められる。この半径方向
の風の流れと、風車３自体の抵抗により、風胴体１の内
壁面部の風の流れのはく離が風胴体１の流出口２ｂまで
防止され、風胴体１の流入口２ａから導入された風が風
胴体１の内壁面部に沿って流出口２ｂまで滑らかに流れ
ていく。
【００２７】したがって、本実施形態における風力発電
装置では、風胴体１内部で負圧となった風の流れを流出
口２ｂまで大きな流動損失なしに圧力回復させることが
でき、効率良く風の流れを増速することが可能である。
すなわち、上記構成の風力発電装置では、風胴体１の風
の流入口２ａから流入した風が、流入口２ａ付近で急激
に加速されて速くなるため、この部分に配置した風車３
を効率的に回転させることができ、この風車３の回転に
よって高出力の発電を行うことが可能である。
装置では、風胴体１内部で負圧となった風の流れを流出
口２ｂまで大きな流動損失なしに圧力回復させることが
でき、効率良く風の流れを増速することが可能である。
すなわち、上記構成の風力発電装置では、風胴体１の風
の流入口２ａから流入した風が、流入口２ａ付近で急激
に加速されて速くなるため、この部分に配置した風車３
を効率的に回転させることができ、この風車３の回転に
よって高出力の発電を行うことが可能である。
【００２８】また、本実施形態における風力発電装置に
おいて、風胴体１の側胴部の傾斜角φが５〜１４°のと
きには、風胴体１の内壁面部の風の流れのはく離が完全
に防止され、風は風胴体１の内壁面部に沿って流出口２
ｂまで滑らかに流れていく。このため、流出口２ｂまで
の間に大きな圧力回復率を得ることができ、最も高出力
の発電を行うことが可能となっている。
おいて、風胴体１の側胴部の傾斜角φが５〜１４°のと
きには、風胴体１の内壁面部の風の流れのはく離が完全
に防止され、風は風胴体１の内壁面部に沿って流出口２
ｂまで滑らかに流れていく。このため、流出口２ｂまで
の間に大きな圧力回復率を得ることができ、最も高出力
の発電を行うことが可能となっている。
【００２９】なお、本実施形態においては、風胴体１の
側胴部は、直線状に拡大したディフューザとしている
が、図４の一点鎖線で示すように滑らかに拡大する形状
としてもよい。このとき、風胴体１の側胴部の傾斜角φ
は流入口２ａ近傍で５〜２５°とする。この場合、流入
口２ａ付近で側胴部内壁面部が滑らかに拡大しているた
め、この流入口２ａ付近から風の流れのはく離を抑えな
がら、より大きな側胴部の拡大率を得ることができ、圧
力回復効率がさらに高まる可能性があり、さらに高出力
の発電を行うことが期待できる。
側胴部は、直線状に拡大したディフューザとしている
が、図４の一点鎖線で示すように滑らかに拡大する形状
としてもよい。このとき、風胴体１の側胴部の傾斜角φ
は流入口２ａ近傍で５〜２５°とする。この場合、流入
口２ａ付近で側胴部内壁面部が滑らかに拡大しているた
め、この流入口２ａ付近から風の流れのはく離を抑えな
がら、より大きな側胴部の拡大率を得ることができ、圧
力回復効率がさらに高まる可能性があり、さらに高出力
の発電を行うことが期待できる。
【００３０】
【実施例】以下、上記構成の風力発電装置のモデルを用
いて実験を行った結果について説明する。
いて実験を行った結果について説明する。
【００３１】図５は、風胴体１の最小内径Ｄ＝４０ｃ
ｍ、風胴体１の長さＬと最小内径Ｄの比Ｌ／Ｄ＝１．２
５、風胴体１の側胴部の傾斜角φ＝１０°、近寄り風速
（風胴体１に近寄ってくる風の流速）Ｕ∞＝１１ｍ／ｓ
としたときの、図４に示す風力発電装置、図４の風
力発電装置から曲面５のみを取り除いたもの、図４の
風力発電装置から鍔状片４のみを取り除いたもの、図
４の風力発電装置から曲面５および鍔状片４を取り除い
たもの、風車３のみ、のそれぞれについて、周速比ω
ｒ／Ｕ∞と出力係数ＣＷとの関係を示している。
ｍ、風胴体１の長さＬと最小内径Ｄの比Ｌ／Ｄ＝１．２
５、風胴体１の側胴部の傾斜角φ＝１０°、近寄り風速
（風胴体１に近寄ってくる風の流速）Ｕ∞＝１１ｍ／ｓ
としたときの、図４に示す風力発電装置、図４の風
力発電装置から曲面５のみを取り除いたもの、図４の
風力発電装置から鍔状片４のみを取り除いたもの、図
４の風力発電装置から曲面５および鍔状片４を取り除い
たもの、風車３のみ、のそれぞれについて、周速比ω
ｒ／Ｕ∞と出力係数ＣＷとの関係を示している。
【００３２】ここで、周速比ωｒ／Ｕ∞は、回転羽根３
ａの直径をｄ（ｍ）としたとき、回転羽根３ａの周方向
速度ωｒ（ω：角周波数（ｒａｄ／ｓ），ｒ＝ｄ／２）
を近寄り風速Ｕ∞で割って無次元化したものである。出
力係数ＣＷは、発電出力（Ｗ）を（１／２）・（空気密
度ρ（ｋｇ／ｍ３））・（近寄り風速Ｕ∞（ｍ／ｓ）の
３乗）・（回転羽根３ａの回転面積πｒ２）で割って無
次元化したものである。
ａの直径をｄ（ｍ）としたとき、回転羽根３ａの周方向
速度ωｒ（ω：角周波数（ｒａｄ／ｓ），ｒ＝ｄ／２）
を近寄り風速Ｕ∞で割って無次元化したものである。出
力係数ＣＷは、発電出力（Ｗ）を（１／２）・（空気密
度ρ（ｋｇ／ｍ３））・（近寄り風速Ｕ∞（ｍ／ｓ）の
３乗）・（回転羽根３ａの回転面積πｒ２）で割って無
次元化したものである。
【００３３】図５から、周速比ωｒ／Ｕ∞を変化させた
とき、、、、、の順に出力係数Ｃｗの最大値
は高くなる傾向にあり、の風力発電装置で最も高い出
力係数Ｃｗが得られることが分かる。
とき、、、、、の順に出力係数Ｃｗの最大値
は高くなる傾向にあり、の風力発電装置で最も高い出
力係数Ｃｗが得られることが分かる。
【００３４】図６は、上記と同じものについて、Ｄ＝
４０ｃｍ、Ｌ／Ｄ＝１．２５、近寄り風速Ｕ∞＝１１ｍ
／ｓとし、風胴体１の側胴部の傾斜角φを４〜１４°の
範囲で変化させたときの周速比ωｒ／Ｕ∞と出力係数Ｃ
Ｗとの関係を示している。
４０ｃｍ、Ｌ／Ｄ＝１．２５、近寄り風速Ｕ∞＝１１ｍ
／ｓとし、風胴体１の側胴部の傾斜角φを４〜１４°の
範囲で変化させたときの周速比ωｒ／Ｕ∞と出力係数Ｃ
Ｗとの関係を示している。
【００３５】図６から、上記の形状の場合、風胴体１
の側胴部の傾斜角φを４°から１４°まで変化させたと
き、φ＝１０°までは出力係数Ｃｗの最大値は高くな
り、φ＝１０°を超えると下がる傾向にあることが分か
る。
の側胴部の傾斜角φを４°から１４°まで変化させたと
き、φ＝１０°までは出力係数Ｃｗの最大値は高くな
り、φ＝１０°を超えると下がる傾向にあることが分か
る。
【００３６】図７は、上記〜と同じものについて、
Ｄ＝４０ｃｍ、Ｌ／Ｄ＝１．２５、Ｕ∞＝１１ｍ／ｓと
したときの、それぞれの風胴体１側胴部の傾斜角φと最
大出力係数ＣＷｍａｘ（出力係数Ｃｗの最大値）との関
係を示している。
Ｄ＝４０ｃｍ、Ｌ／Ｄ＝１．２５、Ｕ∞＝１１ｍ／ｓと
したときの、それぞれの風胴体１側胴部の傾斜角φと最
大出力係数ＣＷｍａｘ（出力係数Ｃｗの最大値）との関
係を示している。
【００３７】図７から、上記の形状の場合、φ＝１０
°で最大出力係数ＣＷｍａｘが最大となり、この最大と
なる傾斜角φを超えると徐々に最大出力係数ＣＷｍａｘ
が下がることが分かる。また、上記の形状の場合、他
の〜の形状の場合と比較してすべてのφで最大とな
っていることが分かる。
°で最大出力係数ＣＷｍａｘが最大となり、この最大と
なる傾斜角φを超えると徐々に最大出力係数ＣＷｍａｘ
が下がることが分かる。また、上記の形状の場合、他
の〜の形状の場合と比較してすべてのφで最大とな
っていることが分かる。
【００３８】
【発明の効果】本発明により、以下の効果を奏すること
ができる。
ができる。
【００３９】（１）風の流れ方向に拡大する筒状の風胴
体と、風胴体の風の流入口近傍に配置した発電用風車と
を備えた風力発電装置において、発電用風車自体の抵抗
とその回転により、風胴体の軸に対する側胴部の傾斜角
を５〜２５°の範囲で、風胴体の流入口から導入された
風を風胴体内壁面部からはく離させることなく、この風
胴体内壁面部に沿って流出口まで滑らかに流して効率良
く風の流れを増速することができ、高出力の発電を行う
ことが可能となる。
体と、風胴体の風の流入口近傍に配置した発電用風車と
を備えた風力発電装置において、発電用風車自体の抵抗
とその回転により、風胴体の軸に対する側胴部の傾斜角
を５〜２５°の範囲で、風胴体の流入口から導入された
風を風胴体内壁面部からはく離させることなく、この風
胴体内壁面部に沿って流出口まで滑らかに流して効率良
く風の流れを増速することができ、高出力の発電を行う
ことが可能となる。
【００４０】（２）風胴体の流入口を、風胴体の外側に
向かって滑らかに拡大する曲面とすることによって、風
胴体の流入口前方近傍の風を円滑に引き込み、風の流れ
のはく離を生じにくくさせ、より効率良く高風速の領域
を得て高出力の発電を行うことが可能となる。
向かって滑らかに拡大する曲面とすることによって、風
胴体の流入口前方近傍の風を円滑に引き込み、風の流れ
のはく離を生じにくくさせ、より効率良く高風速の領域
を得て高出力の発電を行うことが可能となる。
【００４１】（３）流出口の口縁の外側に鍔状片を備え
ることによって、この鍔状片の背後で強い渦を形成し、
風胴体の流出口付近を低圧として、風胴体内部へより強
い風の流れを引き込み、さらに効率良く高風速の領域を
得て高出力の発電を行うことが可能となる。
ることによって、この鍔状片の背後で強い渦を形成し、
風胴体の流出口付近を低圧として、風胴体内部へより強
い風の流れを引き込み、さらに効率良く高風速の領域を
得て高出力の発電を行うことが可能となる。
【図１】 静圧分布を示す図である。
【図２】 風速分布を示す図である。
【図３】 本発明の実施の形態における風力発電装置の
斜視図である。
斜視図である。
【図４】 図３の縦断面図である。
【図５】 周速比と出力係数との関係を示す図である。
【図６】 周速比と出力係数との関係を示す図である。
【図７】 風胴体側胴部の傾斜角と最大出力係数との関
係を示す図である。
係を示す図である。
【図８】 従来の風増速装置の縦断面図である。
１ 風胴体
２ａ 流入口
２ｂ 流出口
３ 風車
３ａ 回転羽根
４ 鍔状片
５ 曲面
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１４年３月２５日（２００２．３．２
５）
５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正内容】
【図７】
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１５年２月１４日（２００３．２．１
４）
４）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３３】図５から、周速比ωｒ／Ｕ∞を変化させた
とき、、、、、の順に出力係数Ｃｗの最大値
は高くなる傾向にあり、 の風力発電装置で最も高い出
力係数Ｃｗが得られることが分かる。
とき、、、、、の順に出力係数Ｃｗの最大値
は高くなる傾向にあり、 の風力発電装置で最も高い出
力係数Ｃｗが得られることが分かる。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 井上 雅弘
福岡県福岡市早良区百道３−10−18
(72)発明者 深町 信尊
福岡県福岡市東区香住ヶ丘４−32−29
(72)発明者 渡辺 公彦
福岡県鞍手郡宮田町大字磯光2054−３
Ｆターム(参考） 3H078 AA02 AA26 BB11 CC01 CC44
Claims (3)
- 【請求項１】 風の流れ方向に拡大する筒状の風胴体
と、同風胴体の風の流入口近傍に配置した発電用風車と
を備えた風力発電装置において、 前記風胴体の軸に対する側胴部の傾斜角を５〜２５°の
範囲とした風力発電装置。 - 【請求項２】 前記風胴体の流入口は、前記風胴体の外
側に向かって滑らかに拡大する曲面である請求項１記載
の風力発電装置。 - 【請求項３】 前記流出口の口縁の外側に、鍔状片を備
えた請求項１または２に記載の風力発電装置。
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|---|---|---|---|
| JP2002081808A JP3621975B2 (ja) | 2002-03-22 | 2002-03-22 | 風力発電装置 |
| AT02807109T ATE546641T1 (de) | 2002-03-22 | 2002-12-27 | Windenergiegenerator |
| CNB028175921A CN1324234C (zh) | 2002-03-22 | 2002-12-27 | 风力发电装置 |
| AU2002357527A AU2002357527A1 (en) | 2002-03-22 | 2002-12-27 | Wind power generator |
| EP02807109A EP1489298B1 (en) | 2002-03-22 | 2002-12-27 | Wind power generator |
| PCT/JP2002/013767 WO2003081033A1 (fr) | 2002-03-22 | 2002-12-27 | Generateur d'energie eolienne |
| US10/357,231 US6756696B2 (en) | 2002-03-22 | 2003-02-03 | Wind power generator |
| HK05104548A HK1071783A1 (en) | 2002-03-22 | 2005-05-31 | Wind power generator |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| AU (1) | AU2002357527A1 (ja) |
| HK (1) | HK1071783A1 (ja) |
| WO (1) | WO2003081033A1 (ja) |
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| KR101178031B1 (ko) * | 2011-11-16 | 2012-08-29 | 군산대학교산학협력단 | 바람 가이드 및 이를 구비하는 건물 풍력 발전기 |
| KR101193271B1 (ko) | 2012-08-27 | 2012-10-19 | 군산대학교산학협력단 | 바람 가이드를 구비하는 건물 풍력 열원화장치 |
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| WO2023119683A1 (ja) * | 2021-12-23 | 2023-06-29 | 合同会社加速流グリーンパワー研究所 | 風車発電装置 |
| WO2023166750A1 (ja) * | 2022-03-04 | 2023-09-07 | 合同会社加速流グリーンパワー研究所 | 風速加速型風車 |
| WO2023188263A1 (ja) * | 2022-03-28 | 2023-10-05 | 合同会社加速流グリーンパワー研究所 | 縦型風速加速型風車 |
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