JP2005036783A5

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Publication number: JP2005036783A5
Application number: JP2003305472A
Authority: JP
Filing date: 2003-07-14
Publication date: 2005-12-02

Description

風の流れの方向に回転する風車による発電装置

この発明は、細長い蝶番状の羽を、複数横に並べたものを１枚の羽として、これを６枚主軸に取り付けて、主軸より上部の、風力が働く角度で板状を保ち、他の角度の羽は、格子状にして、回転による逆風圧の抵抗が最小になる様考案した、風車による発電装置である。

従来の風車は、プロペラ型の場合は、風の流れを斜めに受ける構造になっていて、力率も専門書によれば最大で６０％と悪く、羽の枚数も、ソリディティの理論により枚数が少ない程、回転数も増え効率も良くなり３枚が限度とのこと
また、強度対策で羽も細長いものとなる。つまり風車が風を受ける円面積に対し、３枚の羽自体のもつ総面積が極めて小さく、風の有効利用に疑問があった。また他の型の風車も、回転による逆風圧の抵抗をどうしても除去出来なかった。
関西特許情報センターにて昭和６０年―平成１５年までの公報にてＦ０−３Ｄ部門を閲覧した。パワー社小型風車ハンドブック牛山泉三野正洋著パワー社風力発電入門清水幸丸著パワー社風風車のＱアンドＡ１２０松本文雄著

それは、風力発電の一台当たりの、出力向上を図らねばならない、なぜなら、風力発電は、設備費と発生電力から割り出した料金が、電力会社の料金と比較して、極めて割高である為、国費で埋め合わされて売電が成り立っていたが、将来問題がのこる。

また、立地面で、風力条件がよくても、狭くて険しい場所は、複数台設置が無理で放置されていた。これを利用する意味でも、出力向上を図らねばならない。

課題を解決する為の手段

その手段は、従来のプロペラ型から、今回提案した板状の羽を持つ風車に置き換えて一台当たりの出力向上を図るべきである。

発明の効果

従来の風車より風圧を受ける面積が大きくなり、トルクも増大すること、また、羽も短く設定出来るため、山上などへの運搬が容易なこと、更に本体の上部のみで風圧を利用する為、タワーも低く設定出来ること、これにより基礎工事費が節約できること、また極端な高空での取り付け作業も不要になる。その他、景観に対する苦情も緩和される。

まず、図２に示す様に、２個の歯車、２に夫々径の異なったパイプ状の軸を溶接し、この歯車を重ねあわせ、この軸の先端に細長い蝶番状風車羽、９をとりつける、この２個の歯車を、直線状の歯、１０で段違いに挟みつけ、同方向に動かすと、蝶番状の羽は鳥の羽の如く、格子状・・波状・・板状にと変化する。これを複数横に並べ、上部で最大風圧を受ける様考案した、風車による発電装置である。

ここで、台風や強風による羽の破損を防ぐ為に、減速装置４を設けた。これを図３で説明すると、回転計からの指令で同期モーター２０を回し、両側ドラム１４の曲面壁を、伸縮棒で直面壁へと導くのである。その構造は、４個の歯数の異なる歯車の中心部にネジを切った棒を通し、更に、ネジ切り方向を夫々逆にして、これ等を回転させることにより、伸縮の長さを調整し、曲面壁を変化させることで羽の開閉の角度を変化させて風車の回転速度を調整するのである。

また、屋外設備の為、太陽熱による歪が発生する、その対策として、パイプ状の主軸に別の軸１２を通し、その両端を固定することで、両側ドラム間の距離を固定するのである。

その他、メンテナンスの安全面で、図１、５の部分にブレーキ部、安全ピン部、逆転防止カム部を設けたこと。
また、図１、７の棒は、蝶番軸８が長い為、中支えとして設けた。
また、雨から歯車類を守る為に、雨カバー１６を設けたこと。

また、図１で、風向追尾の制御部３を設け、油圧モーター１７で風向を追尾するのである。尚、この風向制御部について、近隣から制御用電力が得にくい辺地や途上国にあっては、風車の基礎部に円筒形の水槽２３を設け、これに円筒形のフロート２２を浮かべ、その浮力で本体を浮かし、風向を追尾する回転動力の負担を軽減して、自己電源で風向制御するのである。

また、この回転部は、機械的寿命が最も厳しい部分であること、また、風向を機敏に追尾して稼働率を向上させる意味でも、この重量軽減対策は重要なのである。

また、羽体は軽いほど効率も向上するが、軽さを求めると横風に弱くなる、この横風に耐える為に、図１で、補強材２１を背面に設けた。

更に、落雷防止として避雷針１を設けたこと。
また、羽枠１０には相当力が加わるので、隣接枠との接合面１５をもうけて、全体を一体化することで強化出来るのである。
その他、各ベアリングは、耐水用、耐錆用を使用し、防雪、防凍対策も必要になる。

また、発電機１３の励磁用小規模直流電源、及び、各制御用動力の電源についての説明は省略するものとする。
また、図２の直線歯１８は、長尺になると焼入れ時に、必ずそり曲がるので、短冊状にするのである。

電力費が製造費の殆どを占めるセメント精錬も、鉱山で風力による揚水型水力発電が出来れば、安いセメントが供給出来る。

また、海岸での風力発電と海水から、無尽蔵のクリーンエネルギーとしての水素を製造しょうと、昨今語られているところである。

また、砂漠化が心配される地帯で、地下水汲み揚げ用ポンプへの電源が遠すぎて、電線を引く経費が高すぎる地帯で、地下水の汲み上げや、他の水系からの水の誘導にも、この風力発電が役に立ち、緑化に貢献出来るのである。

風力発電機の正面図であるローラー付き摺動棒と二段重ね歯車の関係を説明した図である減速装置の説明図である風車の蝶番羽の開閉位置を説明した図である

符号の説明

１避雷針
２ローラー付き摺動棒
３風向制御部
４減速装置
５ブレーキ部、安全ピン部、逆転防止カム部
６主軸受け壁
７蝶番軸固定棒及び、羽開き当たり棒
８蝶番型羽の軸
９蝶番型羽
１０羽枠
１１主軸
１２熱歪み防止軸
１３発電機
１４固定ドラム
１５隣接枠接合面
１６防雨カバー
１７風向制御用油圧モーター
１８直線歯
１９二段重ね歯車
２０同期モーター
２１補強材
２２フロート
２３水槽

Claims

２個の歯車に、夫々径の異なったパイプ状の軸を溶接で取り付け、この歯車を重ね合わせて、この軸の先端に蝶番状の細長い羽を取り付け、これを複数横に並べたものを１枚の羽として枠で囲み、直線状の歯を貼り付けた２本の棒で、この歯車を段違いに挟みつけ、この棒を同方向に動かすと、羽は開閉する。
この２本の棒を枠状にし両端にローラーをつけて、両側ドラム１４の曲面壁を走行させ、上部で羽が板状になり、他の角度では格子状になる様設定して、回転による逆風圧の抵抗が最小になるよう考案した、風車の構造。