JP2009197752A

JP2009197752A - 双方向風回転機及び風力発電装置

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Publication number: JP2009197752A
Application number: JP2008042749A
Authority: JP
Inventors: Masanobu Shintani; 政伸新谷
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-02-25
Filing date: 2008-02-25
Publication date: 2009-09-03

Abstract

【課題】風向の切り替わりがあっても停止して再始動する必要のない双方向風回転機及び風力発電装置を提供する。
【解決手段】それぞれ回転方向が相反する２つの回転翼１０、２０を備え、各回転翼１０、２０が同一の回転軸と共通の回転方向を有するように相互に連結され、回転翼１０、２０が、それぞれ、ハブ１１、２１と、ハブ１１、２１に基部が固定された複数のブレード１２、２２とを有し、各ブレード１２、２２が、外周側で広がる形状を有すると共に回転軸に対して回転対称な位置に配置され、回転翼１０、２０が回転軸に直交する面に関して鏡面対称に構成され、ブレード１２、２２間に間隙が形成されている構成を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、何れの回転軸方向からの風に対しても回転可能な双方向風回転機及び風力発電装置に関する。

近年、自然環境保護等の観点から風力の利用が推進されてきている。ここで、浜辺、山裾等での風力発電に使用される風は風向が多様に変化するため、発電機に課される制限も大きい。具体的には、羽根が破損しないこと、羽根を支持する支持柱が倒れないこと等の強度上の制限があげられる。また、風向が変化しても電力を有効に発生できる構造が望まれることとなる。

ここで、地下鉄のホーム等における風は、その方向が略所定範囲内にあり、風力の有効利用という観点で好ましい。発電で生ずる電圧は、磁界内にある回転子の導体部分の回転速度に応じて決定される。また、回転子は、通常、渦電流の低減が可能な金属板を組み合わせてその大部分が形成され、所定の慣性モーメントを有し、滑らかに回転するようになっている。発電機は、通常、所定以上の速度で連続的に回転することによって、より有効に電力を発生できるように構成されている。ファンではあるが、双方向に回転可能な回転翼を有するものとして、特許文献１に記載の双方向軸流ファンが知られている。
特開２００４−２８７３４９号公報

しかしながら、従来の回転翼では、風向の切り替わりによって回転が停止するという問題を有する。その結果、所定の慣性モーメントを有する回転子も同様に回転を停止し、始動しなおす必要がある。そのため、地下鉄ホーム等の風向きが頻繁に切り替わる場所では、風力又は風力エネルギーを有効利用できない。

以上の現状に鑑み、本発明の目的は、風向の切り替わりがあっても停止して再始動する必要のない双方向風回転機及び風力発電装置を提供する。

上記の課題を解決すべく、本発明は以下の構成を提供する。
請求項１に係る発明は、同一の風向に対して回転方向が相反する２つの回転翼を備え、前記２つの回転翼が同一の回転軸と共通の回転方向とを有するように、少なくとも対向する面の一部が連結されていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の双方向風回転機において、前記回転翼がそれぞれ互いに鏡面対称な構造を有し、回転軸の方向が相互に反転していることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の双方向風回転機と、前記双方向風回転機の回転翼の回転軸によって回転可能な発電機とを備えたことを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、同一の風向に対して回転方向が相反する２つの回転翼を備え、２つの回転翼が同一の回転軸と共通の回転方向とを有するように、少なくとも対向する面の一部が連結されているため、風向の切り替わりがあっても停止して再始動する必要のない双方向風回転機を実現することができる。

請求項２に係る発明によれば、上記請求項１の効果に加えて、回転翼がそれぞれ互いに鏡面対称な構造を有し、回転軸の方向が相互に反転しているため、何れの回転軸方向の風に対しても同等に回転でき、もって風向の偏りの少ない場所での風力を有効に利用することができる。

請求項３に係る発明によれば、請求項１又は請求項２に記載の双方向風回転機と、双方向風回転機の回転翼の回転軸によって回転可能な発電機とを備えたため、風向の切り替わりがあっても停止して再始動する必要のない風力発電装置を実現することができる。

以下、実施例を示した図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明による双方向風回転機の一実施例を示す模式図であり、図２は双方向風回転機の構成を説明するための説明図である。双方向風回転機１は、図１に示すように、それぞれ回転方向が相反する２つの回転翼１０、２０を備え、各回転翼１０、２０が図２に示すように同一の回転軸と共通の回転方向を有するように相互に連結されている。

回転翼１０、２０は、それぞれ、ハブ１１、２１と、ハブ１１、２１に基部が固定された複数のブレード１２、２２とを有する。ここで、回転翼１０、２０が回転軸に直交する面に関して鏡面対称に構成されていることは、軸方向の何れの方向Ａ、Ｂからの風に対しても風向依存性なく回転できるため、好ましい。

図３は、双方向風回転機１の構成を示す模式図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は平面図、（ｄ）は右側面図、（ｅ）は背面図である。図４は、図３（ａ）に示すＣ−Ｃ線での断面図である。各ブレード１２、２２は、図３等に示すように、外周側で広がる形状を有し、回転軸に対して回転対称な位置に配置されている。図３に示す例では、ブレード１２、２２が平板状の対称翼をなすが、ブレード１２、２２は曲面的な形状を有するのでも、非対称翼をなすのでもよい。

ブレード１２、２２間に間隙が形成されているのは、回転時の空気抵抗削減の観点から、好ましい。図３等に間隙がハブ１１、２１とブレード１２、２２とによって取り囲まれるように形成されている例が示されているが、本発明はこの構成に限定されるものではない。ブレード１２、２２は、また、慣性モーメントが増大するように、外周近傍に例えば錘が設けられているのでもよい。これによって、弾み車としての機能を有し、滑らかに又は連続的に回転することが可能となる。

図５は、通気孔中に取り付けられた風力発電装置の構成を模式的に示す断面図である。風力発電装置２は、図５に示すように、本発明による双方向風回転機１と、双方向風回転機１によって回転駆動可能な発電機３０とを備え、支持部材４１〜４３を介して、通風孔１０１の内壁１０２に取り付けられている。

ここで、支持部材４１〜４３は、回転軸に直交する面についての断面が、できるだけ通風孔１０１内の風の妨げとならないように、構成されている。具体的には、支持部材４２、４３は、この断面の面積が小さくなるように、金属等によって強固に構成されたロッド４２とカバー４３から構成可能である。また、発電機３０が例えばハブ１１、２１と同程度以下の直径を有しハブ１１、２１と同心に配置されるのは、通風孔１０１内部を流れる風をブレード１２、２２に有効にあてることができ、好ましい。さらに、発電機３０を覆う例えば流線型状のカバーが設けられ、風が有効にブレード１２、２２に流れ込むようになっているのでもよい。

このような構成の風力発電装置２が例えば地下鉄駅構内からの空気の出入り口付近に設置され、列車の通過等による風力を利用して発電するのでもよい。図６は、地下鉄駅構内と地上の給排気塔とを接続する通気孔を模式的に示す断面図である。図７は、本発明による風力発電装置が図６に示す給排気塔中に設置された状態を模式的に示す断面図である。

線路Ｒ上を走る列車Ｔが通過する地下鉄駅構内１１１と地上２００に設けられた給排気塔１１６とは、例えば、以下のように連通している。まず、図６に示すように、地下鉄駅構内１１１は開口部１１２を介して１対の第１の通気孔１１３と連通し、各第１の通気孔１１３は連結室１１４を介して互いにかつ第２の通気孔１１５と連通している。ここで、第２の通気孔１１５は、給排気塔１１６内を通過し、給排気開口１１７を介して外部と連通する。

本発明による風力発電装置２は、このような構成における給排気塔１１６の給排気開口１１７内に、例えば図７に示すように設置される。具体的には、風力発電装置２は、例えば図７に示すように、給排気開口１１７の開口外端部１１９側の防護網１２０に双方向風回転機１を向けて内壁１１８に取り付けられるのでもよい。

図８は本発明による風力発電装置を地下鉄の通路に取り付けた実施例を示す断面図であり、図９は本発明による風力発電装置を地下鉄トンネル内に取り付けた実施例を示す断面図である。地下鉄の通路１３１の場合、例えば、図８に示すように、風力発電装置２は天井１３２から降りるように支持部材５１を用いて、天井１３２の中央付近に固定される。ここで、風力発電装置２には、ブレード１２、２２の外周側に円筒形の包囲リング５２が設けられている。以下、風力発電装置２と支持部材５１と包囲リング５２との組み合わせを風力発電アッセンブル３という。風力発電装置２は、地下鉄の出入用の階段等においても同様に取付け可能である。

また、地下鉄トンネルの場合、例えば、図９に示すように、風力発電アッセンブル３（風力発電装置２）は、トンネル１４１内の空間１４２の天井１４３から降りるように取り付けられる。この場合、風力発電アッセンブル３（風力発電装置２）は、通常、トンネル１４１内に設けられている架線１４４の上等に取り付けられる。

本発明による双方向風回転機及び風力発電装置は、地下鉄構内、通気孔、空気の吹き出し口等において好適に使用され、電気産業、発電産業、機械産業等において利用可能であり、同様の製品の有用性を増進する。

本発明による双方向風回転機の一実施例を示す模式図である。双方向風回転機の構成を説明するための説明図である。双方向風回転機１の構成を示す模式図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は平面図、（ｄ）は右側面図、（ｅ）は背面図である。図３（ａ）に示すＣ−Ｃ線での断面図である。通気孔中に取り付けられた風力発電装置の構成を模式的に示す断面図である。地下鉄駅構内と地上の給排気塔とを接続する通気孔を模式的に示す断面図である。本発明による風力発電装置が図６に示す給排気塔中に設置された状態を模式的に示す断面図である。本発明による風力発電装置を地下鉄の通路に取り付けた実施例を示す断面図である。本発明による風力発電装置を地下鉄トンネル内に取り付けた実施例を示す断面図である。

符号の説明

１双方向風回転機
２風力発電装置
３風力発電アッセンブル
１０、２０回転翼
１１、２１ハブ
１２、２２ブレード
３０発電機
４１〜４３支持部材
５１支持部材
５２包囲リング
１０１通風孔
１０２、１１８内壁
１１１地下鉄駅構内
１１２開口部
１１３、１１５通気孔
１１４連結室
１１６給排気塔
１１７給排気開口
１１９開口外端部
１２０防護網
１３１地下鉄の通路
１３２天井
１４１トンネル
１４２トンネル内の空間
１４３天井
１４４架線
２００地上
Ａ、Ｂ風向
Ｒレール
Ｔ列車

Claims

同一の風向に対して回転方向が相反する２つの回転翼を備え、前記２つの回転翼が同一の回転軸と共通の回転方向とを有するように、少なくとも対向する面の一部が連結されている、ことを特徴とする双方向風回転機。
前記回転翼がそれぞれ互いに鏡面対称な構造を有し、回転軸の方向が相互に反転していることを特徴とする請求項１に記載の双方向風回転機。
請求項１又は請求項２に記載の双方向風回転機と、前記双方向風回転機の回転翼の回転軸によって回転可能な発電機とを備えた、ことを特徴とする風力発電装置。