JP2004011598A

JP2004011598A - クロスフロー風車における風流路形成方法、クロスフロー風車および風力発電機

Info

Publication number: JP2004011598A
Application number: JP2002169581A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Takeuchi; 竹内　一喜; Junichiro Fukutomi; 福富　純一郎; Hidetoshi Kotani; 小谷　秀俊
Original assignee: Shin Meiva Industry Ltd
Current assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Priority date: 2002-06-11
Filing date: 2002-06-11
Publication date: 2004-01-15

Abstract

【課題】より多くの風が効率よく流入可能な流入効率向上が図れるクロスフロー風車を提供する。
【解決手段】クロスフロー風車２は回転自在に支持された風車本体４を備える。風車本体４を覆ってケーシング７が設けられ、該ケーシング７に風車本体４に対して風を流入案内する流入口８が設けられると共に、該流入口８に対向した風向きＰの風のケーシング７外周に沿った流れによってケーシング７背後に発生する剥離流れにより生じる負圧発生領域付近に面して、風車本体４を通過する風を流出案内する流出口９が設けられる。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クロスフロー風車における風の流入効率向上を図った流路を形成する風流路形成方法、そのような風の流路を備えたクロスフロー風車およびクロスフロー風車を用いた風力発電機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、小型のクロスフロー風車は低風速から稼働するが、回転数が低いため、その発電効率が低いという問題があった。
【０００３】
そこで、ガイドベーン等により整流を行い、より多くの風を流入させることによって、風の流入効率向上を図っていた。
【０００４】
例えば、特開平５−２１５０６２号公報、特開２０００−１６１１９６号公報等に開示の如くである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来方式のクロスフロー風車によっても、流入する風のコントロールが難しく、期待するほどの風の流入効率を得ることができなかった。
【０００６】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、より多くの風が効率よく流入可能な流入効率向上が図れるクロスフロー風車における風流路形成方法、クロスフロー風車およびクロスフロー風車を用いた風力発電機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための風流路形成方法の技術的手段は、回転自在に支持された風車本体に対し、風を案内するための流路を形成するクロスフロー風車における風流路形成方法において、前記風車本体を覆うケーシングを設け、該ケーシングに風車本体に対して風を流入案内する流入口を設けると共に、該流入口に対向する風向きのケーシング外周に沿った風の流れによってケーシング背後に発生する剥離流れにより生じる負圧発生領域に面して、風車本体を通過する風を流出案内する流出口を設ける点にある。
【０００８】
また、上記目的を達成するためのクロスフロー風車の技術的手段は、回転自在に支持された風車本体を備えたクロスフロー風車において、前記風車本体を覆ってケーシングが設けられ、該ケーシングに風車本体に対して風を流入案内する流入口が設けられると共に、該流入口に対向した風向きの風のケーシング外周に沿った流れによってケーシング背後に発生する剥離流れにより生じる負圧発生領域に面して、風車本体を通過する風を流出案内する流出口が設けられた点にある。
【０００９】
さらに、前記ケーシングはその外形が前記風車本体の両側で対称形状とされ、その一側に前記流入口が設けられると共に他側に前記流出口が設けられ、流入口が風車本体に対する風の流入案内に適した形状に形成されると共に、流出口も風車本体に対する風の流入案内に適した形状に形成された構造としてもよい。
【００１０】
また、前記ケーシング外周面と設置面との間に、風通過空間を有した状態で設置された構造としてもよい。
【００１１】
さらに、前記クロスフロー風車が上下方向の軸心回りに回転自在に支持された構造としてもよい。
【００１２】
また、上記目的を達成するための風力発電機の技術的手段は、前記クロスフロー風車の回転軸からその回転力を取出して発電する発電機が備えられた点にある。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施形態を図面に基づいて説明すると、図１および図２に示される如く、風力発電機１は、クロスフロー風車２を用いた構造とされており、低層や中・高層建築物、例えば、ビルの屋上３等に設置され、自家発電システム等に利用される構造とされている。
【００１４】
風力発電機１は中心部に風車本体４を備え、該風車本体４は複数の羽根板５を所定間隔を有して環状に配置された円筒状の羽根車構造とされており、風車本体４の軸心方向両端部に突設された回転軸６が、軸受等を介して水平方向の軸心回りに回転自在としてケーシング７に支持された構造とされている。
【００１５】
前記ケーシング７は、風車本体４の外周を覆うと共に、風車本体４の軸心と同一方向の軸心を有する角筒形状に構成されており、図２に示される如く、その外形が風車本体４の左右両側で対称な方形状に形成されている。そして、ケーシング７の一側に、風車本体４に対して風を流入案内する流入口８が設けられている。
【００１６】
この際この流入口８は、流入口８に対向する風向きＰの風が流入する際に、風車本体４に対する風の流入案内が最適となる形状、例えば、外周部で広く、中心部方向に向かうに従って漸次狭くなるいわゆるガイドベーン形状に構成されている。
【００１７】
また、流入口８に対向する風向きＰのケーシング７外周に沿った風の流れによってケーシング７背後に発生する剥離流れにより生じる負圧発生領域に面したケーシング７の他側には、風車本体４を通過する風を流出案内する流出口９が設けられており、この流出口９も対向する風向きＱの風が流入する際に、風車本体４に対する風の流入案内が最適となる形状、例えば、外周部で広く、中心部方向に向かうに従って漸次狭くなるいわゆるガイドベーン形状に構成されている。
【００１８】
従って、風向きＱの風に対しては、流出口９が流入口８として機能し、流入口８が流出口９として機能する構造とされている。
【００１９】
そして、本実施形態においては、流入口８および流出口９が風の流出口９として機能する際には、中心部から外周部方向に向かうに従って漸次拡開するいわゆるディフューザ形状の構造となっている。
【００２０】
また、風車本体４一側端の回転軸６は、ケーシング７に適宜取り付け固定された発電機１１に直結された構造とされている。
【００２１】
さらに、流入口８および流出口９の水平方向の左右両側を仕切るべく、方形の側板１２がそれぞれ備えられており、ここに、流入口８から風車本体４を通過して流出口９に至る風の流路が形成された構造とされている。
【００２２】
そして、屋上３に設置された支持台１５に、上下方向の軸心周りに回転自在にターンテーブル構造の円形の回転テーブル１６が支持され、その回転テーブル１６上に支持脚１７を介してケーシング７が設置され、設置面としての回転テーブル１６とケーシング７下面との間に、所定間隔を有した風通過空間１８が形成された構造とされている。
【００２３】
本実施形態は以上のように構成されており、風向きＰに沿って流れてきた風は流入口８からケーシング７内に流入し、風車本体４を通過して流出口９より流出する。また、ケーシング７外周の上面および下面に沿った風の流れが、その上面および下面の途絶える端縁位置を通過する際、剥離流れが発生し、この剥離流れによりケーシング７背後に負圧が発生して、ケーシング７背後に位置する流出口９付近では負圧発生領域となっているため、流入口８の入口付近と流出口９の出口付近とで圧力差が生じており、この圧力差により流入口８側において吸い込み機能が発揮され、より多くの風を効率よく流入でき、風車本体４に対する風の流入効率を大幅に向上することができ、低風速でも有効に稼働でき、稼働効率の向上が図れると共に、風車本体４の回転による出力の向上、即ち発電効率の向上が図れ、高効率な発電を行うことができる。
【００２４】
また、風の流れによって発生する剥離流れにより生じる負圧を利用した構造であるため、コンパクトな構成でよく、低コスト化が図れる利点もある。
【００２５】
さらに、風車本体４の外周部をケーシング７で覆った構造であり、風車本体４によって生じる風切り音等による騒音が有効に低減できる利点がある。
【００２６】
また、流入口８におけるガイドベーン形状や流出口９におけるディフューザ形状によっても風の流入効率の向上が図れ、より効率のよい発電を行うことができる。
【００２７】
さらに、クロスフロー風車２はケーシング７の下面に風通過空間１８を有した状態で設置されているため、ケーシング７上面に沿って流れる風だけでなく、ケーシング７下面に沿って流れる風によってもケーシング７背後に剥離流れが発生し、より大きな負圧を発生させることができ、この点からも風の流入効率の向上が図れ、より効率のよい発電を行うことができる。
【００２８】
また、反対方向の風向きＱに対しても流出口９が上記同様の流入口８として機能し、流入口８が上記同様の流出口９として機能するため、同様の効果が発揮でき、ケーシング７を設けることで限定される風向きに対する自由度を高めることができる。
【００２９】
特に、本実施形態においては、回転テーブル１６上にケーシング７が設置された構造とされているため、風向きＰ（Ｑ）の変化に対しても流入口８や流出口９を通過する風の流れにより、最適な向きにケーシング７が自動的に回転して風車本体４の回転が得られ、ここに、風向きの制限を受けずに稼働でき、稼働効率の向上が図れる利点がある。
【００３０】
図３および図４は第２の実施形態および第３の実施形態を示しており、第１の実施形態と同様構成部分は同一符号を付し、その説明を省略する。
【００３１】
即ち、第１の実施形態においては、ケーシング７の断面における外形が方形状に形成されているのに対し、第２の実施形態では、ケーシング７の断面における外形が風車本体４の左右両側で対称な三角形状に形成されており、また、第３の実施形態では、ケーシング７の断面における外形が風車本体４の左右両側で対称な円形状に形成されている。そして、その他の構成は第１の実施形態と同様に構成されている。
【００３２】
従って、第２の実施形態や第３の実施形態においても第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００３３】
なお、上記各実施形態において、ケーシング７の外形形状が方形、三角形、円形の形状とされたものを示しているが、これらの形状に限られず、ケーシング７側面に沿って流れる風によってケーシング７背後に剥離流れが生じやすい形状であればよく、例えば、ケーシング７の側面に沿ってスムーズに流れる風に対し、その側面が屈曲状となっていきなり途絶える構成の形状等であればよい。
【００３４】
また、各実施形態において、風力発電機１がターンテーブル構造の支持台１５上に設置された構造を示しているが、支持脚１７を介して屋上３に直接設置する構造であってもよく、さらには、ケーシング７自身を直接、屋上３に直接設置する構造であってもよい。
【００３５】
さらに、回転軸６が発電機１１に直結された構造を示しているが、回転軸６をギヤ機構等の連動機構を介して発電機１１の駆動軸に連結し、回転軸６の回転力を取出す構造であってもよい。
【００３６】
また、風車本体４が横方向の軸心周りに回転自在に支持された横型構造を示しているが、風車本体４を上下方向の軸心周りに回転自在に支持した縦型構造であってもよい。
【００３７】
さらに、上記各実施形態において、ビルの屋上３に設置してビル風を利用する構造を示しているが、ビルの屋上３に限らず、ビルの側面や高さ方向の中途部に設置する構造であってもよく、さらには、その他の低層や中・高層の建築物等に設置して自家発電システムに利用したり、高速道路、橋梁等に設置して外灯等の屋外灯の発電システムやウインドファーム形式による発電システム等に利用する構造であってもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、本発明のクロスフロー風車における風流路形成方法によれば、風車本体を覆うケーシングを設け、該ケーシングに風車本体に対して風を流入案内する流入口を設けると共に、該流入口に対向する風向きのケーシング外周に沿った風の流れによってケーシング背後に発生する剥離流れにより生じる負圧発生領域に面して、風車本体を通過する風を流出案内する流出口を設ける方法であり、流入口と流出口との相互間に生じる圧力差により流入口側において風の吸い込み機能が発揮され、より多くの風が効率よく流入するため、風車本体に対する風の流入効率を効果的に向上させることができ、風車本体の回転による出力の向上が図れると共に、コンパクトに構成でき、風車本体を覆うケーシングによって風切り音等の騒音低減も図れるという利点もある。
【００３９】
また、本発明のクロスフロー風車によれば、風車本体を覆ってケーシングが設けられ、該ケーシングに風車本体に対して風を流入案内する流入口が設けられると共に、該流入口に対向した風向きの風のケーシング外周に沿った流れによってケーシング背後に発生する剥離流れにより生じる負圧発生領域に面して、風車本体を通過する風を流出案内する流出口が設けられた構造であり、流入口と流出口との相互間に生じる圧力差により流入口側において風の吸い込み機能が発揮され、より多くの風が効率よく流入するため、風車本体に対する風の流入効率を効果的に向上させることができ、風車本体の回転による出力の向上が図れると共に、コンパクトに構成でき、風車本体を覆うケーシングによって風切り音等の騒音低減も図れるという利点もある。
【００４０】
さらに、ケーシングはその外形が風車本体の両側で対称形状とされ、その一側に流入口が設けられると共に他側に流出口が設けられ、流入口が風車本体に対する風の流入案内に適した形状に形成されると共に、流出口も風車本体に対する風の流入案内に適した形状に形成された構造とすれば、ケーシングを設けることで限定される風向きに対する自由度を高めることができるという利点がある。
【００４１】
また、ケーシング外周面と設置面との間に、風通過空間を有した状態で設置された構造とすれば、風通過空間を流れる風によってもケーシング背後に剥離流れが発生し、より大きな負圧を発生させることができ、この点からも風の流入効率の向上が図れ、より効率のよい発電を行うことができる。
【００４２】
さらに、クロスフロー風車が上下方向の軸心回りに回転自在に支持された構造とすれば、風向きの変化に対しても流入口や流出口を通過する風の流れにより、ケーシングが回転して風の流入効率に優れる最適なクロスフロー風車の向きが自動的に得られ、風向きに対する自由度が向上する利点がある。
【００４３】
また、本発明の風力発電機によれば、前記クロスフロー風車の回転軸からその回転力を取出して発電する発電機が備えられた構造であり、高効率の発電を行うことができ、発電効率の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す概略正面図である。
【図２】同要部断面側面図である。
【図３】第２の実施形態を示す要部断面側面図である。
【図４】第３の実施形態を示す要部断面側面図である。
【符号の説明】
１　風力発電機
２　クロスフロー風車
３　屋上
４　風車本体
６　回転軸
７　ケーシング
８　流入口
９　流出口
１１　発電機
１５　支持台
１６　回転テーブル
１７　支持脚
１８　風通過空間

Claims

回転自在に支持された風車本体に対し、風を案内するための流路を形成するクロスフロー風車における風流路形成方法において、
前記風車本体を覆うケーシングを設け、該ケーシングに風車本体に対して風を流入案内する流入口を設けると共に、該流入口に対向する風向きのケーシング外周に沿った風の流れによってケーシング背後に発生する剥離流れにより生じる負圧発生領域に面して、風車本体を通過する風を流出案内する流出口を設けることを特徴とするクロスフロー風車における風流路形成方法。
回転自在に支持された風車本体を備えたクロスフロー風車において、
前記風車本体を覆ってケーシングが設けられ、該ケーシングに風車本体に対して風を流入案内する流入口が設けられると共に、該流入口に対向した風向きの風のケーシング外周に沿った流れによってケーシング背後に発生する剥離流れにより生じる負圧発生領域に面して、風車本体を通過する風を流出案内する流出口が設けられたことを特徴とするクロスフロー風車。
前記ケーシングはその外形が前記風車本体の両側で対称形状とされ、その一側に前記流入口が設けられると共に他側に前記流出口が設けられ、流入口が風車本体に対する風の流入案内に適した形状に形成されると共に、流出口も風車本体に対する風の流入案内に適した形状に形成されたことを特徴とする請求項２に記載のクロスフロー風車。
前記ケーシング外周面と設置面との間に、風通過空間を有した状態で設置されたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のクロスフロー風車。
前記クロスフロー風車が上下方向の軸心回りに回転自在に支持されたことを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれかに記載のクロスフロー風車。
請求項２ないし請求項５のいずれかに記載の前記クロスフロー風車の回転軸からその回転力を取出して発電する発電機が備えられたことを特徴とする風力発電機。