JP2006152938A

JP2006152938A - 風力発電装置

Info

Publication number: JP2006152938A
Application number: JP2004345381A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Ogino; 和郎荻野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-11-30
Filing date: 2004-11-30
Publication date: 2006-06-15

Abstract

【課題】サボニウス型の風力発電装置では、風速が大きくならないと風車が起動せず風車が回らないという課題と、入力となる風速エネルギーに対し、発電出力が小さく発電効率が悪いという課題があるが、風車の受風面積つまり、風車の直径や軸方向長さが決まっている場合には、効果的対策がなく、風車の起動性向上と発電効率向上が要求されている。
【解決手段】風車１０２の投影面積よりも大きい面積から、風を集風する集風板Ａ５を備えることにより、風車の起動性と発電効率の向上を可能化したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、風力発電装置に設置されるサボニウス型風車の集風装置に関するものである。

従来、この種のサボニウス型風力発電装置は、使用されているものがあった（例えば特許文献1参照）。

以下、この種の風力発電装置について、図１３、図１４を参照しながら説明する。

図に示すように、風力発電装置１０１の風車１０２のブレード１０３は、サボニウス型の形状となっている。

上記構成により、風が吹き風車１０２が回転すると、風車１０２に連結された発電機１０４が回転し発電される。このとき、風車１０２の受風部は、風車の外径Ｄと軸方向長さＬを乗じた矩形の面積であり、風速や風車形状が同じ場合、それによって風車１０２に入ってくるエネルギーの大きさが決まる。
特開平６−３２３２３７号公報

このような従来の風車では、風速が大きくならないと起動せず風車が回らないという課題と、発電効率がわるいという課題があり、風車の起動性向上と発電効率向上が要求されている。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、集風板を設置し、低い風速でも起動し、また発電効率の良い風力発電装置を提供することを目的としている。

本発明の風力発電装置は、上記目的を達成するために、風車の外側の風を前記風車に集風する集風手段を備えたことを特徴とするサボニウス型風力発電装置としたものである。

本発明によれば、課題となっている起動性を改善し、かつ発電効率のよい風力発電装置が得られる。

また、他の手段は、縦型または横型に設置されたサボニウス型風車の両端に、集風板を設置した風力発電装置としたものである。

また、他の手段は、縦型または横型に設置されたサボニウス型風車のいずれか一方の端面に、集風板を設置した風力発電装置としたものである。

本発明によれば、課題となっている起動性を改善し、かつ発電効率を良くするとともに、コストアップの小さい風力発電装置が得られる。

また、他の手段は、集風板の形状は、断面の傾斜部が、直線の円錐台状の形状とした風力発電装置としたものである。

また、他の手段は、集風板の形状は、断面の傾斜部が、風車の風吸込側に膨らんだベルマウス形の円錐台形状とした風力発電装置としたものである。

本発明によれば、課題となっている起動性をより改善し、かつ、より発電効率を良くする風力発電装置が得られる。

また、他の手段は、集風板の形状は、断面の傾斜部が、風車の風吸込側とは反対側に膨らんだベルマウス形の円錐台形状とした風力発電装置としたものである。

また、他の手段は、集風板の形状は、断面の傾斜部が、直線部と風車の風吸込側に膨らんだベルマウス形の両方を持つ円錐台形状の風力発電装置としたものである。

また、他の手段は、集風板の形状は、断面の傾斜部が、直線部と風車の風吸込側とは反対側に膨らんだベルマウス形の両方を持つ円錐台形状の風力発電装置としたものである。

また、他の手段は、集風板には、集める風の横方向流れを防ぐ手段を設置したことを特徴とする風力発電装置としたものである。

本発明によれば、課題となっている起動性をより改善し、かつ、より発電効率を良くし、かつ強度もすぐれた風力発電装置が得られる。

また、他の手段は、集風板には、放射状の板を複数設置した風力発電装置としたものである。

本発明によれば、課題となっている起動性をより改善し、かつ、より発電効率を良くし、かつ強度もすぐれ、コストアップの少ない風力発電装置が得られる。

また、他の手段は、両端集風板のうち片方のみ、放射状の板を複数設置した風力発電装置としたものである。

また、他の手段は、縦型または横型に設置されたサボニウス型風車の両端の側板に、側板と一体で集風板を設置し、共に回転することを特徴とした風力発電装置としたものである。

本発明によれば、外部の風速が同じでも風車での風速を増速し、風車の起動力と発電効率の良い風力発電装置を提供することができる。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１および図２は本発明の実施の形態１における風力発電装置の断面図である。

図１および図２において、風力発電装置１０１の風車１０２のブレード１０３はサボニウス型であり、上記風車１０２の下部には、発電機１０４が設置され、上記風車１０２と発電機１０４とは軸１で連結されている。また、風車１０２の軸１は上下に設置された側板２と柱３で、支えられている。

風が吹き始めると、上記風車１０２は回転しようとするが、軸受４には風車重量による摩擦トルクがかかっているので、ある風速値になり、摩擦トルクよりも大きいトルクを風から受けるまでは回転しない。ところが、本実施例では、風車１０２の軸方向両端に、風車の外側の風を集風する集風手段としての集風板Ａ５がついているので、付いていない場合には、風車１０２にあたらない風車の外側の風も集風板Ａ５によって風車１０２側にとりこまれるので、回転を開始する風速値は付いていない場合よりも小さくなる。

風車の外側の風を集風する集風手段としての集風板が付いていない場合には、風車投影面積の風速は外部風速と同じだが、風を受ける風車受風面積、風車投影面積より３割大きい面積から集風する集風板Ａ５が付いているので、風車の外側の風は集風板Ａ５の傾斜部に沿って風車１０２側に集められ風車面での風速は外部風速よりも３割大きくなる。この結果、ある一定の風速時に、風車１０２に受けるトルクは集風板がない場合より大きくなるので同一外部風速での風車出力は上昇し、その結果、風車効率は上昇し、発電量も上昇し、発電効率が上がることになる。尚、集風板の大きさは大きい程、風車面での風速は大きくなり、集める風の量が増えて、風車面での風速が増加し、発電効率が上昇するが、集風板が大きくなりすぎると風力発電装置の強度的安全性が不足し、安全を守るためには装置全体を頑強にする必要があり、コストも高くなる。

風車効率は、風車効率＝（風車出力；Ｔ×Ｎ）/（ρＡ×Ｖ³）で表される。但し、Ｔはトルク、Ｎは回転数，Ａは受風面積である。また発電量は、発電量＝風車出力×発電機効率となる。また、発電効率は、発電効率＝（発電量）/（ρＡ×Ｖ³）となる。

ここで、たとえば、風車の受風面積、風車投影面積より３割面積の大きい集風板を付けた場合、Ｖが３割大きくなるので、発電効率や発電量は約２．２倍となる。

これにより、起動力が上昇し、回転し始める風速は小さくなり、同風速での発電量も大きくし発電効率を良くすることができる。

風車の外側の風を集風する集風手段は、風車の外側の風を集風する案内板等、風車の左右、上下等の風車の周りの風を集めれば良く、風車の受風面積、風車投影面積よりも大きい面積からの集風を可能とし、発電効率、発電量が向上する。

（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２における風車の断面図である。

なお、実施の形態１と同一部分については同一番号を付し、詳細な説明を省略する。
図３において、風力発電装置１０１の風車１０２はサボニウス型であり、上記風車１０２の下部には、発電機１０４が設置され、上記風車１０２と発電機１０４とは軸１で連結されている。

風が吹き始めると、上記風車１０２は回転しようとするが、軸受４には風車重量による摩擦トルクがかかっているので、ある風速値になり、摩擦トルクよりも大きいトルクを風から受けるまでは回転しない。ところが、本実施例では、風車１０２のいずれかの端面に、集風板Ａ５がついているので、付いていない場合には、風車にあたらない風も集風板Ａ５によって風車１０２側にとりこまれるので、回転を開始する風速値は集風板Ａ５が付いていない場合よりも小さくなる。

また、ある一定の風速時に、風車１０２に受けるトルクは大きくなるので同一風速での風車出力は上昇するので風車効率は上昇し、発電量も上昇し、発電効率が上がる。また、通常、風車は縦型に設置され、風車上部は下部よりも地面からの高さが大きく外部風速は上部の方が下部よりも大きいので、上部端面にのみ付けても効果はある。その場合、両端面に付けるより安価となる。

これにより、起動力が上昇し、回転し始める風速は小さくなり、同風速での発電量も大きし発電効率を良くすることができる。

（実施の形態３）
図４は本発明の実施の形態３における風車の断面図である。

なお、実施の形態１あるいは２と同一部分については同一番号を付し、詳細な説明を省略する。

図４において、風力発電装置１０１の風車１０２はサボニウス型であり、上記風車１０２の下部には、発電機１０４が設置され、上記風車１０２と発電機１０４とは軸１で連結されている。

風が吹き始めると、上記風車１０２は回転しようとするが、軸受４には風車重量による摩擦トルクがかかっているので、ある風速値になり、摩擦トルクよりも大きいトルクを風から受けるまでは回転しない。ところが、本実施例では、風車１０２の端面に、断面の傾斜部が、直線の円錐台状の形状の集風板Ａ５がついているので、集風板Ａ５の傾斜部の沿って風車１０２側に流れ、集風板Ａ５の付いていない場合には、風車にあたらない風も集風板Ａ５によって風車１０２側にとりこまれるので、回転を開始する風速値は付いていない場合よりも小さくなる。また、ある一定の風速時に、風車１０２に受けるトルクは大きくなるので同一風速での風車出力は上昇するので風車効率は上昇し、発電量も上昇し、発電効率が上がる。上記前記集風板Ａ５の形状は、断面の傾斜部は直線の円錐台形状であり、安価に製造できる。

これにより、起動力が上昇し、回転し始める風速は小さくなり、同風速での発電量も大きくし発電効率を良くことができる。

（実施の形態４）
図５は本発明の実施の形態４における風車の断面図である。

なお、実施の形態１乃至３のいずれかと同一部分については同一番号を付し、詳細な説明を省略する。

図５において、風力発電装置１０１の風車１０２はサボニウス型であり、上記風車１０２の下部には、発電機１０４が設置され、上記風車１０２と発電機１０４とは軸１で連結されている。

風が吹き始めると、上記風車１０２は回転しようとするが、軸受４には風車重量による摩擦トルクがかかっているので、ある風速値になり、摩擦トルクよりも大きいトルクを風から受けるまでは回転しない。ところが、本実施例では、風車１０２の端面に、集風板Ｂ６がついているので、付いていない場合には、風車にあたらない風も集風板Ｂ６によって風車１０２側にとりこまれるので、回転を開始する風速値は付いていない場合よりも小さくなる。また、ある一定の風速時に、風車１０２に受けるトルクは大きくなるので同一風速での風車出力は上昇するので風車効率は上昇し、発電量も上昇し、発電効率が上がる。上記集風板Ｂ６の形状は、断面の傾斜部が、風車の風吸込側に膨らんだベルマウス形の円錐台形状である。傾斜部が直線状または集風板が無いと、集風板Ａ５の側板２側で乱れが発生するが、ベルマウス型だと風車１０２側に風を集めるときに、傾斜部が直線だと側板との連結部で乱れるのが、ベルマウス部と側板部とが円滑なので、乱れが少なく空気抵抗なく集風することができる。特に風が乱れている時には乱れなく集風することができる。

これにより、起動力が上昇し、回転し始める風速はより小さくなり、同風速での発電量もより大きし発電効率を良くすることができる。

（実施の形態５）
図６は本発明の実施の形態５における風車の断面図である。

なお、実施の形態１乃至４のいずれかと同一部分については同一番号を付し、詳細な説明を省略する。

図６において、風力発電装置１０１の風車１０２はサボニウス型であり、上記風車１０２の下部には、発電機１０４が設置され、上記風車１０２と発電機１０４とは軸１で連結されている。

風が吹き始めると、上記風車１０２は回転しようとするが、軸受４には風車重量による摩擦トルクがかかっているので、ある風速値になり、摩擦トルクよりも大きいトルクを風から受けるまでは回転しない。ところが、本実施例では、風車１０２の端面に、集風板Ｃ７がついているので、付いていない場合には、風車にあたらない風も集風板Ｃ７によって風車１０２側にとりこまれるので、回転を開始する風速値は付いていない場合よりも小さくなる。また、ある一定の風速時に、風車１０２に受けるトルクは大きくなるので同一風速での風車出力は上昇するので風車効率は上昇し、発電量も上昇し、発電効率が上がる。上記集風板Ｃ７の形状は、断面の傾斜部が、風車の風吸込側とは反対側に膨らんだベルマウス形の円錐台形状である。この結果、風車１０２側に風を集めた後に、より風車の中央部に風を運ぶことができる。

これにより、起動力が上昇し、回転し始める風速はより小さくなり、同風速での発電量もより大きし発電効率を大きくすることができる。

（実施の形態６）
図７は本発明の実施の形態６における風車の断面図である。

なお、実施の形態１乃至５のいずれかと同一部分については同一番号を付し、詳細な説明を省略する。

図７において、風力発電装置１０１の風車１０２はサボニウス型であり、上記風車１０２の下部には、発電機１０４が設置され、上記風車１０２と発電機１０４とは軸１で連結されている。

風が吹き始めると、上記風車１０２は回転しようとするが、軸受４には風車重量による摩擦トルクがかかっているので、ある風速値になり、摩擦トルクよりも大きいトルクを風から受けるまでは回転しない。ところが、本実施例では、風車１０２の端面に、集風板Ｄ８がついているので、付いていない場合には、風車にあたらない風も集風板Ｄ８によって風車１０２側にとりこまれるので、回転を開始する風速値は付いていない場合よりも小さくなる。また、ある一定の風速時に、風車１０２に受けるトルクは大きくなるので同一風速での風車出力は上昇するので風車効率は上昇し、発電量も上昇し、発電効率が上がる。上記集風板Ｄ８の形状は、断面は円錐台形状だが、傾斜部は直線部が８０％で残りは風車１０２側に膨らんだベルマウス形の両方を持つ形状である。これにより、集風板Ｄ８の入口部での乱流がなくなり、風車１０２側に風を集める時に、スムーズに風車端面に風を集めることができる。

これにより、起動力が上昇し、回転し始める風速はより小さくなり、同風速での発電量もより大きくし発電効率を良くすることができる。

（実施の形態７）
図８は本発明の実施の形態７における風車の断面図である。

なお、実施の形態１乃至６のいずれかと同一部分については同一番号を付し、詳細な説明を省略する。

図８において、風力発電装置１０１の風車１０２はサボニウス型であり、上記風車１０２の下部には、発電機１０４が設置され、上記風車１０２と発電機１０４とは軸１で連結されている。

風が吹き始めると、上記風車１０２は回転しようとするが、軸受４には風車重量による摩擦トルクがかかっているので、ある風速値になり、摩擦トルクよりも大きいトルクを風から受けるまでは回転しない。ところが、本実施例では、風車１０２の端面に、集風板Ｅ９がついているので、付いていない場合には、風車にあたらない風も集風板Ｅ９によって風車１０２側にとりこまれるので、回転を開始する風速値は付いていない場合よりも小さくなる。また、ある一定の風速時に、風車１０２に受けるトルクは大きくなるので同一風速での風車出力は上昇するので風車効率は上昇し、発電量も上昇し、発電効率が上がる。前記集風板Ｅ９の形状は、断面は円錐台形状だが、傾斜部は直線と風車１０２の外側に膨らんだベルマウス形の両方を持つ形状である。これにより、風車１０２側に風を集める時に、スムーズに風車側に風を集めることができる。

これにより、起動力が上昇し、回転し始める風速はより小さくなり、同風速での発電量もより大きく発電効率を大きくすることができる。

（実施の形態８）
図９および図１０は本発明の実施の形態８における風車の断面図である。

なお、実施の形態１乃至７のいずれかと同一部分については同一番号を付し、詳細な説明を省略する。

図９および図１０において、風力発電装置１０１の風車１０２はサボニウス型であり、上記風車１０２の下部には、発電機１０４が設置され、上記風車１０２と発電機１０４とは軸１で連結されている。

風が吹き始めると、上記風車１０２は回転しようとするが、軸受４には風車重量による摩擦トルクがかかっているので、ある風速値になり、摩擦トルクよりも大きいトルクを風から受けるまでは回転しない。ところが、本実施例では、風車１０２の端面に、集風板Ｆ１０がついているので、付いていない場合には、風車にあたらない風も集風板Ｆ１０によって風車１０２側にとりこまれるので、回転を開始する風速値は付いていない場合よりも小さくなる。また、ある一定の風速時に、風車１０２に受けるトルクは大きくなるので同一風速での風車出力は上昇するので風車効率は上昇し、発電量も上昇し、発電効率が上がる。上記集風板Ｆ１０の形状は、断面の傾斜部は円錐台形状だが、集風板Ｆ１０には、放射状の板１１が複数設置された形状である。これは、集風板Ｆ１０に風が入ってきたとき、風の周方向の横流れを防ぎ効率よく軸方向に流すためである。

これにより、よりスムーズに風車側に風を集めることができる。従って、起動力が上昇し、回転し始める風速はより小さくなり、同風速での発電量もより大きし発電効率を良くすることができる。

（実施の形態９）
図１１は本発明の実施の形態９における風車の断面図である。

なお、実施の形態１乃至８のいずれかと同一部分については同一番号を付し、詳細な説明を省略する。

図１１において、風力発電装置１０１の風車１０２はサボニウス型であり、上記風車１０２の下部には、発電機１０４が設置され、上記風車１０２と発電機１０４とは軸１で連結されている。

風が吹き始めると、上記風車１０２は回転しようとするが、軸受４には風車重量による摩擦トルクがかかっているので、ある風速値になり、摩擦トルクよりも大きいトルクを風から受けるまでは回転しない。ところが、本実施例では、風車１０２の端面に、集風板Ｇ１１がついているので、付いていない場合には、風車にあたらない風も集風板Ｇ１１によって風車１０２側にとりこまれるので、回転を開始する風速値は付いていない場合よりも小さくなる。また、ある一定の風速時に、風車１０２に受けるトルクは大きくなるので同一風速での風車出力は上昇するので風車効率は上昇し、発電量も上昇し、発電効率が上がる。上記集風板Ｆ１０の形状は、断面は円錐台形状だが、集風板Ｆ１０には、風車１０２の両端でなく片方の集風板Ｇ１１のみ放射状の板１２が集風板の吸込側端面から傾斜部前部に複数個設置された形状である。

これにより、吸い込む風が不要な回転成分を持っていても放射板によって止められ、軸方向にすべて入ってこさせることができる。また、通常風速の大きい片側のみ、よりスムーズに風車側に風を集めることができる。従って、両端設置より安価で、起動力が上昇し、回転し始める風速はより小さくなり、同風速での発電量もより大きし発電効率を良くすることができる。

（実施の形態１０）
図１２は本発明の実施の形態１０における風車の断面図である。

なお、実施の形態１乃至９のいずれかと同一部分については同一番号を付し、詳細な説明を省略する。

図１２において、風力発電装置１０１の風車１０２はサボニウス型であり、上記風車１０２の下部には、発電機１０４が設置され、上記風車１０２と発電機１０４とは軸１で連結されている。

風が吹き始めると、上記風車１０２は回転しようとするが、軸受４には風車重量による摩擦トルクがかかっているので、ある風速値になり、摩擦トルクよりも大きいトルクを風から受けるまでは回転しない。ところが、本実施例では、縦型または横型に設置されたサボニウス型風車の両端の風車の側板１３に、集風板Ｈ１４を設置し、共に回転するので、付いていない場合には、風車にあたらない風も集風板Ｈ１４によって風車１０２側にとりこまれるので、回転を開始する風速値は付いていない場合よりも小さくなる。また、集風板Ｈ１４により、側板２と風車１０２との隙間に風が入るのを防止する効果もあり効率よく風車１０２に風が入ることができる。また、ある一定の風速時に、風車１０２に受けるトルクは大きくなるので同一風速での風車出力は上昇するので風車効率は上昇し、発電量も上昇し、発電効率が上がる。上記集風板Ｈ１４の形状は、共に回転するので安価となる。

これにより、安価で、かつ起動力が上昇し、回転し始める風速はより小さくなり、同風速での発電量もより大きし発電効率を良くすることができる。

本発明の風車は、外部の風速が同じでも風車での風速を増速し、風車の起動力と発電効率を上昇できる風力発電装置を提供することができる。

本発明の実施の形態１の風力発電装置の正面図同風車のブレード断面図同実施の形態２の風力発電装置の正面図同実施の形態３の風力発電装置の正面図同実施の形態４の風力発電装置の正面図同実施の形態５の風力発電装置の正面図同実施の形態６の風力発電装置の正面図同実施の形態７の風力発電装置の正面図同実施の形態８の風力発電装置の正面図同実施の形態８の風車のブレード断面図同実施の形態９の風力発電装置の正面図同実施の形態１０の風力発電装置の正面図従来の風力発電装置の正面図従来の風車の断面図

符号の説明

１軸
２側板
３柱
４軸受
５集風板Ａ
６集風板Ｂ
７集風板Ｃ
８集風板Ｄ
９集風板Ｅ
１０集風板Ｆ
１１集風板Ｇ
１２放射状の板
１３風車の側板
１４集風板Ｈ
１０１風力発電装置
１０２風車
１０３ブレード
１０４発電機

Claims

風車の外側の風を前記風車に集風する集風手段を備えたことを特徴とするサボニウス型の風力発電装置。
縦型または横型に設置されたサボニウス型風車の両端に、風を集風する集風板を設置した請求項１記載の風力発電装置。
縦型または横型に設置されたサボニウス型風車のいずれか一方の端面に、風を集風する集風板を設置した請求項１記載の風力発電装置。
集風板の形状は、断面の傾斜部が直線の円錐台状の形状とてなる請求項１〜３のいずれか記載の風力発電装置。
集風板の形状は、断面の傾斜部が風車の風吸込側に膨らんだベルマウス形の円錐台形状としてなる請求項１〜４のいずれか記載の風力発電装置。
集風板の形状は、断面の傾斜部が風車の風吸込側とは反対側に膨らんだベルマウス形の円錐台形状としてなる請求項１〜４のいずれか記載の風力発電装置。
集風板の形状は、断面の傾斜部が直線部と風車の風吸込側に膨らんだベルマウス形の両方を持つ円錐台形状としてなる請求項１〜４のいずれか記載の風力発電装置。
集風板の形状は、断面の傾斜部が直線部と風車の風吸込側とは反対側に膨らんだベルマウス形の両方を持つ円錐台形状としてなる請求項１〜４のいずれか記載の風力発電装置。
集風板には、集める風の横方向流れを防ぐ横方向流れ防止手段を設置したことを特徴とする請求項１〜８記載の風力発電装置。
集風板には、放射状の板が複数設置されたことを特徴とする請求項１〜８記載の風力発電装置。
サボニウス風車の両端に備えた両端集風板のうち片方のみ、放射状に板が複数設置されたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか記載の風力発電装置。
縦型または横型に設置されたサボニウス型風車の両端の側板に、側板と一体で集風板を設置し、共に回転することを特徴とした風力発電装置。