JP2006348810A - テーパ付きサボニウス垂直軸風車とジャイロミル垂直軸風車とそれを応用した風力発電装置 - Google Patents
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Abstract
エネルギーの大きい風速の高い風を利用でき、また風速の小さい領域において、戻り運動時の風による抵抗を少なくできるサボニウス垂直軸風車と、出力効率の高いジャイロミル垂直軸風車とそれらを応用した風力発電装置を提供する。
【解決手段】
本発明に係るサボニウス垂直軸風車は、風車ブレードの上下方向(縦方向)に断面積の違いを付けるようブレードをテーパ形状とする。一般的には上側の風速が高いので、風車ブレードのテーパ形状を、上側の受風断面積を大きくし、下側の受風断面積を小さくなるようにする。もし、風速差が上下逆の地点(上側の風速が低く、下側の風速が高い)の場合は、風車ブレードのテーパ形状を下側の受風断面積を大きくし、上側の受風断面積を小さくする。また、出力効率の高いジャイロミル垂直軸風車と複合させて、低風速でも回転でき出力効率の高い風力発電装置を提供する
【選択図】図1
Description
一方、風は地上からの高さ方向(上下方向)で風速差があり、一般的には上側の風速が高く、勿論エネルギーも大きい。
従来のサボニウス風車では、上側のエネルギーの大きい高風速域の風を小さな受風面積を有する断面で受け、一方、下側のエネルギーの小さい低風速域の風から得られるエネルギーに対して、戻り運動時の抵抗が大きくなってしまい、風車の出力を増大させることができなかった。
出力効率の高いジャイロミル垂直軸風車を提供し、本発明に係るサボニウス垂直軸風車と複合させて風力発電装置を提供することを目的とする。
本発明に係るサボニウス垂直軸風車は、エネルギーの大きい風速の高い風を利用すること、及び風速の小さい領域において戻り運動時の風による抵抗を少なくするために、風車ブレードの上下方向(縦方向)に断面積の違いを付けるようブレードをテーパ形状とした。一般的には上側の風速が高いので、風車ブレードのテーパ形状を、上側の受風断面積を大きくし、下側の受風断面積を小さくなるようにする。もし、風速差が上下逆の地点(上側の風速が低く、下側の風速が高い)の場合は、風車ブレードのテーパ形状を下側の受風断面積を大きくし、上側の受風断面積を小さくする。
そして、本発明に係るサボニウス垂直軸風車は、構造上、ブレードが一回転する間に、風によりエネルギーを得る運動と、風に反抗して回転する戻り運動を行うようにした。
一対の受風面体1が上下方向にテーパ形状を持つため、上下に風速差の有る風に対応でき、高速風と低速風のエネルギーをうまく吸収して出力を上げることができる。すなわち、テーパ形状とすることにより、ブレードの上下方向(縦方向)に断面積の違いを付けることができるのである。
また、揚力発生スプリッタを設けたのは、ブレードの補強のためと、上昇気流による揚力で軸受け負荷の低減を図ると共に、起動時のトルクも低減するためである。
ブレード上下方向にねじれやずれを設けることで、あらゆる風向にも対処でき、また、受風面体に向かおうとする流れを発生させることができる。
カーボン素材のFRPブレードとすることで、ブレードを軽量で頑丈なものにして、突風や強風にも耐えられる利点があると共に、風車自体の軽量化につながり軸受け負荷の低減が図れることになる。
また、風車翼の翼の反りは、5%になるように設計されていることが好ましい。低風速地域においても起動力を得ることができ、かつ、低回転域での回転性能を考慮したものである。
また、稼動効率、発電効率の向上が期待できる本発明に係るテーパ付サボニウス垂直軸風車を用いることで、低風速でも回転でき出力効率の高い風力発電装置を実現することとしたものである。
サボニウス風車の起動力を、中間に置いた軸機構(クラッチ)を介して、ジャイロミル垂直軸風車やダリウス垂直軸風車などの揚力形風車に伝動させ、揚力形風車が一定の回転力を得たところで、サボニウス風車を切り離すのである。
図2の(a)は、一対の受風面体1の一方に着目して、図2の(b)に示す下部端の位置(A)、高さの1/3の位置(B)、高さの2/3の位置(C)、上部端の位置(D)の4箇所における受風面体の断面形状を示している。A断面が下部端のもので、B断面が高さの1/3の位置のもので、C断面が高さの2/3の位置のもので、D断面が上部端のものである。A断面からD断面と断面形状が相似的に大きくなり、また、下部端から上部端旋にかけて、風車の旋回中心の回りに1/2回転するように配設されているのが理解できる。この受風面体1のねじれは、スムーズな回転と、風切り音など騒音が少ないという効果をもたらす。
上部面11が広く風を受けやすく、下部面12が狭くなされているのは前記実施例と同じであるが、ブレード上下方向にねじれが無いので、わかりやすい形状になっている。
2 上部端板
3 下部端板
4 軸受け
5 軸機構(クラッチ)
6 両面ツインローター発電機
7 ジャイロミル垂直軸風車
8 補助太陽電池
9 支持フレーム
11 上部面
12 下部面
13 揚力発生スプリッタ
14 揚力発生スプリッタ
110 上端面
120 下端面
Claims (10)
- 一対の受風面体1が上下方向にテ―パ形状を持ち、揚力発生スプリッタ13を有し、ブレード断面厚肉流線型に形成されていることを特徴とするサボニウス垂直軸風車。
- 一対の受風面体1が上下方向にテーパ形状を持ち、揚力発生スプリッタ13を有し、ブレード上下方向にねじれを生ぜしめ、ブレード断面厚肉流線型に形成されていることを特徴とするサボニウス垂直軸風車。
- 一対の受風面体1が上下方向にテ―パ形状を持ち、揚力発生スプリッタ13を有し、ブレード上下方向にずれを生ぜしめ、ブレード断面厚肉流線型に形成されていることを特徴とするサボニウス垂直軸風車。
- 一対の受風面体1が上下方向にテ―パ形状を持ち、揚力発生スプリッタ13を有し、ブレード上下方向にずれとねじれを生ぜしめ、ブレード断面厚肉流線型に形成されていることを特徴とするサボニウス垂直軸風車。
- 請求項1乃至4のいずれかに記載の受風面体1がカーボン素材のFRPブレードとなされたことを特徴とするサボニウス垂直軸風車。
- ジャイロミル垂直軸風車の風車翼の翼弦長が、回転周長に占める翼の長さの比(ソリディティ)が0.18〜0.20になるように設計されていることを特徴とするジャイロミル垂直軸風車。
- ジャイロミル垂直軸風車の風車翼の厚さが、風車翼の翼厚比が0.2になるように設計されていることを特徴とする請求項6に記載のジャイロミル垂直軸風車。
- ジャイロミル垂直軸風車の風車翼の翼の反りが、5%になるように設計されていることを特徴とする請求項7に記載のジャイロミル垂直軸風車。
- 請求項1乃至5のいずれかに記載のサボニウス垂直軸風車が、軸機構(クラッチ)を介して、請求項6乃至8のいずれかに記載のジャイロミル垂直軸風車と軸連結され、前記サボニウス垂直軸風車の出力を用いて、軸連結された前記ジャイロミル垂直軸風車の起動を補助し、かつ、それぞれの軸回転の方向を逆にして,それぞれの軸回転を発電機に伝えるようにして発電出力を増やすことを特徴とする風力発電装置。
- 前記ジャイロミル垂直軸風車の初期回転を補助し、かつ、回転数が上がるとその回転補助を切断する軸機構を有することを特徴とする請求項9に記載の風力発電装置。
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