JP2010031706A - 起動装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】
現在、特に垂直軸型風力発電装置の起動特性の改良、往復流を利用する波力発電装置の起動特性の改良及び船舶の補助動力としての帆走装置における低速時での推進力を増強する目的として、９０度近い大きな迎角において流体の力を回転力又は推進力に変換することが出来る起動装置の実現が待たれている。
【解決手段】
対称翼断面形状をなす主要部の前縁部に、該前縁部に直角な複数の仕切り板を断面に対して交互に傾斜したごとく設け、該仕切り板の間にいわゆるスラットを形成する複数の曲面板を翼厚方向に交互に設け、流体の流入部の形状をスパン方向に短く翼弦方向に長く形成し, 流体の流出部の形状をスパン方向に長く翼厚方向に短く形成した起動装置。
【選択図】 図４
現在、特に垂直軸型風力発電装置の起動特性の改良、往復流を利用する波力発電装置の起動特性の改良及び船舶の補助動力としての帆走装置における低速時での推進力を増強する目的として、９０度近い大きな迎角において流体の力を回転力又は推進力に変換することが出来る起動装置の実現が待たれている。
【解決手段】
対称翼断面形状をなす主要部の前縁部に、該前縁部に直角な複数の仕切り板を断面に対して交互に傾斜したごとく設け、該仕切り板の間にいわゆるスラットを形成する複数の曲面板を翼厚方向に交互に設け、流体の流入部の形状をスパン方向に短く翼弦方向に長く形成し, 流体の流出部の形状をスパン方向に長く翼厚方向に短く形成した起動装置。
【選択図】 図４
Description
本発明は、風力発電装置、波力発電装置、船舶の帆走装置等に広く応用可能な起動装置に関するものである。
従来、航空機の翼や流体機械用の翼の断面形状についてはその目的に応じて各種のものが提案されている。 しかし、一般に±９０度近い大きな迎角において流れに直角な力（揚力）を出すことが出来るものは知られていない。 そのために現在、特に垂直軸型風力発電装置の起動特性の改良、往復流を利用する波力発電装置の起動特性の改良及び船舶の補助動力としての帆走装置における低速時での推進力を増強することが出来る起動装置の実現が待たれている。
本出願人が出願中の前翼が１枚、後翼が２枚の組合せ翼ユニット及び前翼が２枚、後翼が１枚の組合せ翼ユニットが有るが、更なる高性能化を要望される場合がある。
特願平９−５８５８２
特願２００６−９０７４５
本発明は、上記背景の下に成立するものであり、本発明の第１の手段は、対称翼断面形状をなす主要部の前縁部に、該前縁部に直角な複数の仕切り板を断面に対して交互に傾斜したごとく設け、該仕切り板の間にいわゆるスラットを形成する複数の曲面板を翼厚方向に交互に設け、流体の流入部の形状をスパン方向に短く翼弦方向に長く形成し, 流体の流出部の形状をスパン方向に長く翼厚方向に短く形成した回転翼を設けた風力発電装置の起動装置を提供するものである。
本発明の第２の手段は、対称翼断面形状をなす主要部の前縁部に、該前縁部に直角な複数の仕切り板を断面に対して交互に傾斜したごとく設け、該仕切り板の間にいわゆるスラットを形成する複数の曲面板を翼厚方向に交互に設け、流体の流入部の形状をスパン方向に短く翼弦方向に長く形成し, 流体の流出部の形状をスパン方向に長く翼厚方向に短く形成した回転翼を設けた水力発電装置の起動装置を提供するものである。
本発明の第３の手段は、対称翼断面形状をなす主要部の前縁部に、該前縁部に直角な複数の仕切り板を断面に対して交互に傾斜したごとく設け、該仕切り板の間にいわゆるスラットを形成する複数の曲面板を翼厚方向に交互に設け、流体の流入部の形状をスパン方向に短く翼弦方向に長く形成し, 流体の流出部の形状をスパン方向に長く翼厚方向に短く形成した推進機構を船体に対して上向きに又進行方向に並行に設けた船舶の起動装置を提供するものである。
本発明は、対称翼断面形状をなす主要部の前縁部に、該前縁部に直角な複数の仕切り板を断面に対して交互に傾斜したごとく設け、該仕切り板の間にいわゆるスラットを形成する複数の曲面板を翼厚方向に交互に設け、流体の流入部の形状をスパン方向に短く翼弦方向に長く形成し, 流体の流出部の形状をスパン方向に長く翼厚方向に短く形成した回転翼を設けることにより垂直軸型風力発電装置の起動特性を大幅に向上するものである。
また、上記構造の回転翼を取り付けることにより往復流を利用する波力発電装置の起動特性を大幅に向上し、小さな波での発電を可能にするものである。
更に上記構造の推進機構を船体に対して上向きに又進行方向に並行に固定的に設けることにより、船舶の補助動力としての帆走装置の低速時における推進力を高めることが出来るものである。
また、上記構造の回転翼を取り付けることにより往復流を利用する波力発電装置の起動特性を大幅に向上し、小さな波での発電を可能にするものである。
更に上記構造の推進機構を船体に対して上向きに又進行方向に並行に固定的に設けることにより、船舶の補助動力としての帆走装置の低速時における推進力を高めることが出来るものである。
又、船舶の帆走装置等に利用した場合は、帆走の為の人為的操作は不要であり広い用途範囲の船舶での応用を可能にするものである。 この場合、主要部の後縁部は後述する回動部と可撓性の膜によって構成することが出来る。
本発明の構造は、対称翼断面形状をなす主要部の前縁部に、該前縁部に直角な複数の仕切り板を断面に対して交互に傾斜したごとく設け、該仕切り板の間にいわゆるスラットを形成する複数の曲面板を翼厚方向に交互に設け、流体の流入部の形状をスパン方向に短く翼弦方向に長く形成し, 流体の流出部の形状をスパン方向に長く翼厚方向に短く形成した回転翼を設けた風力発電装置の起動装置を構成するものである。
以下図について本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態の構造を示す側面図であり、図２はその主要部の形状を示す部分側面図、図３はその主要部の形状を示す部分正面図、図４はその主要部の形状を示す部分断面図である。
図１において、回転軸１には略コの字形をなす２枚の回転翼２が対称的に配置された２個のユニットが互いに９０度の位相差をもって取り付けられている。
回転翼２の主要部３は図２、図３、図４に示すごとく対称翼断面形状をなし、前縁部４に該前縁部４に直角な複数の仕切り板５を断面に対して交互に傾斜したごとく設け、該仕切り板５の間にいわゆるスラットを形成する複数の曲面板６’、６”を翼厚方向に交互に設け、流体の流入部７’、７”の形状をスパン方向Ｓ１を短く翼弦方向Ｈ１を長く形成し, 流体の流出部８’、８”の形状をスパン方向Ｓ２を長く翼厚方向Ｈ２を短く形成している。 回転軸１は図示しない発電機等に接続されている。
図１は本発明の一実施形態の構造を示す側面図であり、図２はその主要部の形状を示す部分側面図、図３はその主要部の形状を示す部分正面図、図４はその主要部の形状を示す部分断面図である。
図１において、回転軸１には略コの字形をなす２枚の回転翼２が対称的に配置された２個のユニットが互いに９０度の位相差をもって取り付けられている。
回転翼２の主要部３は図２、図３、図４に示すごとく対称翼断面形状をなし、前縁部４に該前縁部４に直角な複数の仕切り板５を断面に対して交互に傾斜したごとく設け、該仕切り板５の間にいわゆるスラットを形成する複数の曲面板６’、６”を翼厚方向に交互に設け、流体の流入部７’、７”の形状をスパン方向Ｓ１を短く翼弦方向Ｈ１を長く形成し, 流体の流出部８’、８”の形状をスパン方向Ｓ２を長く翼厚方向Ｈ２を短く形成している。 回転軸１は図示しない発電機等に接続されている。
図４に示す流線９’、９”、１０’、１０”、１１’、１１”は主要部３に迎角が約９０度で流体が当たる状態をものである。 ９’、９”は主要部３の前縁部を通る流れであり１０”、１１’は曲面板６’、６”と主要部３の間を通り抜ける流れであり、１１’、１１”は主要部３の後縁を通る流れである。
図４において本発明の作用について説明する。
図４において迎角が９０度程度となっているので、従来の翼断面では流体の流れは翼断面から剥離し、後流は大きく乱れて揚力を発生することは出来ない。 しかし、注目すべきは流線１０’、１０”であり、流入部７’、７”から流入した流体は流出部８’、８”でスパン方向に長く引き伸ばされ、翼厚方向に短く（薄く）主要部３の広い範囲に排出される。 従ってこの広い範囲の境界層を後流方向に押し流しこの部分での流れの剥離を防止して流線９’、９”、１１’、１１”全体を後縁方向に曲げる働きをする。 そうするとその流の方向変化の反力として主要部３には流の方向と直角な揚力L１が生まれる。 その方向は前縁方向でありこれが推力Ｔ１となる。 流の流入方向が前縁側からの場合は通常の翼型と同様に流の方向と直角な方向の力としての揚力Ｌ２が働くのでその前縁方向の成分が推力Ｔ２となる。 又、流の流入方向が後縁側からの場合は揚力よりも流の方向に平行な抗力Ｄが支配的となり、この抗力Ｄの前縁方向成分Ｔ３が大きくなる。 このことによって広い角度範囲で前縁方向の力が働くので９０°ずつ位相をずらして配置した回転翼２のそれぞれに働く力の合成力によって静止状態の回転軸１が起動回転することになる。
図４において迎角が９０度程度となっているので、従来の翼断面では流体の流れは翼断面から剥離し、後流は大きく乱れて揚力を発生することは出来ない。 しかし、注目すべきは流線１０’、１０”であり、流入部７’、７”から流入した流体は流出部８’、８”でスパン方向に長く引き伸ばされ、翼厚方向に短く（薄く）主要部３の広い範囲に排出される。 従ってこの広い範囲の境界層を後流方向に押し流しこの部分での流れの剥離を防止して流線９’、９”、１１’、１１”全体を後縁方向に曲げる働きをする。 そうするとその流の方向変化の反力として主要部３には流の方向と直角な揚力L１が生まれる。 その方向は前縁方向でありこれが推力Ｔ１となる。 流の流入方向が前縁側からの場合は通常の翼型と同様に流の方向と直角な方向の力としての揚力Ｌ２が働くのでその前縁方向の成分が推力Ｔ２となる。 又、流の流入方向が後縁側からの場合は揚力よりも流の方向に平行な抗力Ｄが支配的となり、この抗力Ｄの前縁方向成分Ｔ３が大きくなる。 このことによって広い角度範囲で前縁方向の力が働くので９０°ずつ位相をずらして配置した回転翼２のそれぞれに働く力の合成力によって静止状態の回転軸１が起動回転することになる。
従来、スラット付きの翼において大きな迎角での揚力の発生は確認されているが、比較的大きなカンバー（反り）のある翼型における高揚力装置としての実施が主体であり、本出願のごとき上下対称の翼断面に実施する例は少なく、また上下交互にスラットを取り付けた例は無く、両面に取り付けたものはヨットの帆のごときものに限定される。 更に断面に対して傾斜した仕切り板によって流出部の形状をスパン方向に長く翼厚方向に短く形成しているものは存在しない。 本出願においてはこの点が乱流境界層の後流方向への押し流し効果が起動性能の改善に大きな役割を占めるものである。
図１に示す実施例の起動装置は、垂直軸型の風車に利用するとその効果が大きい。 すなわち、垂直軸型の風車は風の方向に関係なく回転するので構造が簡単で、発電機を地上近くに設置できるなどの利点はあるが、起動特性が悪くこれを改善する為に翼の巾を広げていわゆるソリディティーを増加させ、後流の乱れを利用して起動する方法があるが、そうすると、本来の風車としての空力特性が低下してしまうという欠点がある。 その主な理由は、風車の回転速度が低下し、風車の翼に当たる風の迎角が翼断面の特性から得られる最適な迎角より大きくなって、揚抗比が低下する為である。 又、ソリディティーを増加させることは、強風時に例え風車を停止させてとしても大きな風力抵抗を受けるので、装置全体の強度を高める必要があり、重量及びコストの増加を来たし、総合性能の低下に結びつくものである。
これに対して本発明の起動装置は迎角が９０度付近でも揚力を発生することが出来る為、上記のごとくソリディティーを大きくしなくとも容易に風車を起動させることが出来るので風上の翼による後流の乱れも少なく風下の翼も有効に働くので、定格運転時の回転数が速くなり、これによって翼の迎角も正規の状態内（±１０度程度）に納まるので、風車の空力効率を大幅に向上することが出来る。 特に本発明の主要部３の失速角はスラットの効果によって大幅に大きくなっているので運転中の失速は上記角度範囲で生じることはなく安定して回転することが出来る。 又、ソリディティーが小さいと言うことは、風車が停止している時に受ける風力が小さいので、暴風などの時に風車を停止することで過大な風力から風車を守り、破損を防止することも出来る。
図５は本発明の他の実施例の構造を示す正面図である。
本発明の起動装置は水平軸型波力発電装置として用いた場合も、通常のプロペラのように捩れ角を設定することの必要が無く、平面的（回転軸に直角で回転面に平行）に取り付ければよいので形状が簡単であると同時に、流の方向が反対向きとなっても同じ方向に回転するという特徴を有する。 従って、この特性は、往復流を利用する波力発電用のタービンとして利用する場合に極めて有利である。
図５において、回転軸２１には半径方向に複数の回転翼２２が設けられている。 その主要部３には前述と同様の構造をもつ仕切り板５、曲面板６’、６”を設けている。 この場合、回転翼２２の数は任意であり、ソリディティー値を大きくしないためには２〜４枚が適当であるが極端な例としては１個でも反対側にバランスウェイトを設ければ支障は無い。 波力発電では波の動きは不安定な往復運動であり複数のプロペラ軸を並列に接続して安定した回転を得る事が有効であるが、この起動装置によって広い範囲での波の力を加算して使用する事が出来る。 従来、波の力は往復運動の位相がずれている為に大型化して平均化すると出力が０になってしまう欠点があったが、本起動装置で上記のごとく流の方向が反対向きとなっても同じ方向に回転するという特徴を有することでこの欠点を克服することが出来る。
本発明の起動装置は水平軸型波力発電装置として用いた場合も、通常のプロペラのように捩れ角を設定することの必要が無く、平面的（回転軸に直角で回転面に平行）に取り付ければよいので形状が簡単であると同時に、流の方向が反対向きとなっても同じ方向に回転するという特徴を有する。 従って、この特性は、往復流を利用する波力発電用のタービンとして利用する場合に極めて有利である。
図５において、回転軸２１には半径方向に複数の回転翼２２が設けられている。 その主要部３には前述と同様の構造をもつ仕切り板５、曲面板６’、６”を設けている。 この場合、回転翼２２の数は任意であり、ソリディティー値を大きくしないためには２〜４枚が適当であるが極端な例としては１個でも反対側にバランスウェイトを設ければ支障は無い。 波力発電では波の動きは不安定な往復運動であり複数のプロペラ軸を並列に接続して安定した回転を得る事が有効であるが、この起動装置によって広い範囲での波の力を加算して使用する事が出来る。 従来、波の力は往復運動の位相がずれている為に大型化して平均化すると出力が０になってしまう欠点があったが、本起動装置で上記のごとく流の方向が反対向きとなっても同じ方向に回転するという特徴を有することでこの欠点を克服することが出来る。
図６は本発明の他の実施例の構造を示す上面図であり、図７はその主要部の形状を示す部分上断面図である。
図６及び図７において、船体３１の上面に上向きに取り付けられた推進機構３２の主要部３３は船体３１の進行方向に対して並行に取り付けられている。該主要部３３には前述と同様の構造をもつ仕切り板５、曲面板６’、６”を設けている。 この場合、推進機構３２及び主要部３３の数は任意である。 本来、船舶は推進機能を持っているが長い距離を航行する場合には、燃料を節約する上で海上に安定して吹く風を利用することは有効な手段である。 しかし、風の方向や強さに合わせて帆を制御したり進路を変更したりすることは乗組員の少ない船舶では好ましくない。 そこで航空機の固定翼を船体に対して並行に取り付けることで横風の時に生じる揚力を推進力とする試みは行なわれている。 しかしこの場合、通常の航空機の固定翼では揚力を有効に推進力に利用できる風の方向がかなり限定される。 そこで翼の構造を本発明の主要部３３、仕切り板５、曲面板６’、６”にのよるものとすると前述のごとく９０°近辺の大きな迎角においても揚力を発生することが出来、これを船体と平行な成分として推進力として利用することが出来る。 船体が停止している場合は風の方向は３６０°どちらからでも吹いてくる可能性は同じであるのでこれを船首方向の力に変換して船体を起動させることが出来る。 この場合、主要部３３の後半部材３４は軸３５を有し、主要部３３から後ろ向きに突出した軸受３６に対して回動可能に取り付けられている。 後半部材３４の溝３７‘、３７“には可撓性の膜状部材３８が先端凸部３９‘、３９“にて長手方向に摺動自在に嵌合している。 膜状部材３８の後端部４０は１枚に纏められて船体３１の後方に引かれている。 風の向きによって後半部材３４が適度に回動して膜状部材３８を風下側に膨らますことで気流の乱れを防いで推進力を増加することが出来る。 通常のヨットなどではこの溝３７‘、３７“が１個でありまた後半部材３４に相当するマストは回転しないためこの部分での帆の断面は理想的な翼型から大きくかけ離れた形状となり抗力の増加と揚力の減少という好ましくない結果を生むことになっている。 この後半部材３４の構造により停泊中等推進力を必要としないときは膜状部材３８を引き下ろしておくことが出来る。 そうすると後半部材３４のみでは面積が小さい為にほとんど風力を受けることが無く、推進力を発生することは無い。 また暴風の時に安全を保つ上でも有効である。
図６及び図７において、船体３１の上面に上向きに取り付けられた推進機構３２の主要部３３は船体３１の進行方向に対して並行に取り付けられている。該主要部３３には前述と同様の構造をもつ仕切り板５、曲面板６’、６”を設けている。 この場合、推進機構３２及び主要部３３の数は任意である。 本来、船舶は推進機能を持っているが長い距離を航行する場合には、燃料を節約する上で海上に安定して吹く風を利用することは有効な手段である。 しかし、風の方向や強さに合わせて帆を制御したり進路を変更したりすることは乗組員の少ない船舶では好ましくない。 そこで航空機の固定翼を船体に対して並行に取り付けることで横風の時に生じる揚力を推進力とする試みは行なわれている。 しかしこの場合、通常の航空機の固定翼では揚力を有効に推進力に利用できる風の方向がかなり限定される。 そこで翼の構造を本発明の主要部３３、仕切り板５、曲面板６’、６”にのよるものとすると前述のごとく９０°近辺の大きな迎角においても揚力を発生することが出来、これを船体と平行な成分として推進力として利用することが出来る。 船体が停止している場合は風の方向は３６０°どちらからでも吹いてくる可能性は同じであるのでこれを船首方向の力に変換して船体を起動させることが出来る。 この場合、主要部３３の後半部材３４は軸３５を有し、主要部３３から後ろ向きに突出した軸受３６に対して回動可能に取り付けられている。 後半部材３４の溝３７‘、３７“には可撓性の膜状部材３８が先端凸部３９‘、３９“にて長手方向に摺動自在に嵌合している。 膜状部材３８の後端部４０は１枚に纏められて船体３１の後方に引かれている。 風の向きによって後半部材３４が適度に回動して膜状部材３８を風下側に膨らますことで気流の乱れを防いで推進力を増加することが出来る。 通常のヨットなどではこの溝３７‘、３７“が１個でありまた後半部材３４に相当するマストは回転しないためこの部分での帆の断面は理想的な翼型から大きくかけ離れた形状となり抗力の増加と揚力の減少という好ましくない結果を生むことになっている。 この後半部材３４の構造により停泊中等推進力を必要としないときは膜状部材３８を引き下ろしておくことが出来る。 そうすると後半部材３４のみでは面積が小さい為にほとんど風力を受けることが無く、推進力を発生することは無い。 また暴風の時に安全を保つ上でも有効である。
以上の説明で明らかなごとく、本発明の軌道装置は風力発電装置、波力発電装置及び船舶の補助推進装置への工業的効果は極めて著しい。
１、２１：回転軸
２、２２：回転翼
３：主要部
４：前縁部
５：仕切り板
６’、６”：曲面板
７’、７”：流入部
８’、８”：流出部
９’、９”：流線
１０’、１０”：流線
１１’、１１”：流線
３１：船体
３２：推進機構
３３：主要部
３４：後半部材
３５：軸
３６：軸受
３７‘、３７“：溝
３８：膜状部材
３９‘、３９“：先端凸部
４０：後端部
L１、L２：揚力
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３：推力
Ｄ：抗力
２、２２：回転翼
３：主要部
４：前縁部
５：仕切り板
６’、６”：曲面板
７’、７”：流入部
８’、８”：流出部
９’、９”：流線
１０’、１０”：流線
１１’、１１”：流線
３１：船体
３２：推進機構
３３：主要部
３４：後半部材
３５：軸
３６：軸受
３７‘、３７“：溝
３８：膜状部材
３９‘、３９“：先端凸部
４０：後端部
L１、L２：揚力
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３：推力
Ｄ：抗力
Claims (3)
- 対称翼断面形状をなす主要部の前縁部に、該前縁部に直角な複数の仕切り板を断面に対して交互に傾斜したごとく設け、該仕切り板の間にいわゆるスラットを形成する複数の曲面板を翼厚方向に交互に設け、流体の流入部の形状をスパン方向に短く翼弦方向に長く形成し, 流体の流出部の形状をスパン方向に長く翼厚方向に短く形成した回転翼を設けたことを特徴とする風力発電装置の起動装置。
- 対称翼断面形状をなす主要部の前縁部に、該前縁部に直角な複数の仕切り板を断面に対して交互に傾斜したごとく設け、該仕切り板の間にいわゆるスラットを形成する複数の曲面板を翼厚方向に交互に設け、流体の流入部の形状をスパン方向に短く翼弦方向に長く形成し, 流体の流出部の形状をスパン方向に長く翼厚方向に短く形成した回転翼を設けたことを特徴とする波力発電装置の起動装置。
- 対称翼断面形状をなす主要部の前縁部に、該前縁部に直角な複数の仕切り板を断面に対して交互に傾斜したごとく設け、該仕切り板の間にいわゆるスラットを形成する複数の曲面板を翼厚方向に交互に設け、流体の流入部の形状をスパン方向に短く翼弦方向に長く形成し, 流体の流出部の形状をスパン方向に長く翼厚方向に短く形成した推進機構を船体に対して上向きに又進行方向に並行に設けたことを特徴とする船舶の起動装置。
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