JP2016014393A

JP2016014393A - タービン装置のための羽根デバイス

Info

Publication number: JP2016014393A
Application number: JP2015130891A
Authority: JP
Inventors: 國彰 ▲黄▼; Kuo-Chang Huang
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-07-02
Filing date: 2015-06-30
Publication date: 2016-01-28
Also published as: US20160003218A1; TWI658204B; US9879651B2; CN105317615A; TW201602452A; CN204738903U

Abstract

【課題】従来技術の欠点を軽減できるタービン装置で使用するための羽根デバイスを提供すること。
【解決手段】羽根デバイスは、タービン装置で使用するように構成されており、回転軸（１）と、複数の角度方向に間隔をあけた羽根ユニット（２）と、を有する。回転軸（１）は、回転方向（Ｔ）で回転可能である。羽根ユニットは、回転軸（１）に接続されている。羽根ユニット（２）それぞれは、格子フレーム（２１）と、複数の間隔をあけたカップ部材（２２）と、を有する。格子フレーム（２１）は、回転軸（１）に接続されている。カップ部材（２２）は、アレイ状に配置されており、格子フレーム（２１）に接続されている。カップ部材（２２）は、受け面（２２０）を画成する内面（２２１）と、内面（２２１）の反対側にありかつ回転方向（Ｔ）を向く外面（２２２）と、を有する。
【選択図】図３

Description

本開示は、羽根デバイスに、より詳しくは、タービン装置で使用するための羽根デバイスに関する。

風力エネルギーは、電気エネルギーに変換できる入手可能な形態の自然エネルギーであり、石油または石炭のような化石燃料から電気エネルギーを発生させることと比較して、より環境にやさしい。風力タービン機械の羽根の形状、外形及び数は、風力エネルギーから電気エネルギーへの変換効率に影響を与えることがある。

図１を参照すると、例えば特許文献１に記載された従来の風速計は、示されており、直立支柱９１と、直立支柱９１の頂部に回転可能に取り付けられた３つの接続ロッド９２と、接続ロッド９２にそれぞれ接続された３つのカップ部材９３と、を有する。カップ部材９３それぞれは、凹状内面９３１と、内面９３１の反対側にある凸状外面９３２と、を有する。風がカップ部材９３のうちの１つの内面９３１に向けて流れると、外面９３２を越えて流れる空気が内面９３１を越えて流れる空気の経路よりも経路が長いので、風圧の差がこれら間に結果として生ずる。風圧の差は、カップ部材９３を推進させて回転させる。

しかしながら、発電機のためのアクチュエータとして従来の風速計の構造を適用することによって風力または水力を十分な電力に変換するためには、カップ部材９３それぞれのサイズを大きくしなければならない。ベルヌーイの法則に基づいて、大きい外面９３１を通り越す風は、カップ部材９３を十分に推進させるために比較的高速を有さなければならない。その結果、従来の風速計の構造を用いることは、風の流れまたは水の流れが強い場所に限定される。

台湾特許出願公開第２０１０１３１８８号明細書

したがって、本開示の目的は、従来技術の欠点を軽減できるタービン装置で使用するための羽根デバイスを提供することである。

本開示によれば、羽根デバイスは、タービン装置で使用するように構成されており、回転方向で回転可能な回転軸と、複数の角度方向に間隔をあけた羽根ユニットと、を有する。

羽根ユニットそれぞれは、格子フレームと、複数の間隔をあけたカップ部材と、を有する。

格子フレームは、回転軸に接続される。

カップ部材は、アレイ状に配置されており、格子フレームに接続される。カップ部材それぞれは、受け面を画成する内面と、内面の反対側にあり、回転方向を向く外面と、を有する。

本開示の他の特徴及び利点は、添付の図面を参照しながら、実施形態の以下の詳細な説明において明らかになる。

従来の風速計を示す斜視図である。本開示における第１実施形態にかかる羽根デバイスの動作を示す斜視図である。第１実施形態を示す断面図である。本開示における第２実施形態にかかる羽根デバイスを示す断面図である。本開示における第３実施形態にかかる羽根デバイスを示す斜視図である。本開示における第４実施形態を示す斜視図である。第４実施形態を示す断面図である。

本開示を詳細に説明する前に、本開示にわたって同様の構成要素には同一の参照符号を付していることに留意すべきである。

図２及び図３を参照すると、本開示における第１実施形態にかかる羽根デバイスは、タービン装置で使用するように構成されている。羽根デバイスは、回転軸１と、３つの羽根ユニット２と、を有する。

この実施形態において、回転軸１は、水平方向である軸方向（Ａ）に延在しており、支持基台（図示略）によって地面の上方数メートルまで上昇されており、回転方向（Ｔ）に回転可能である。

羽根ユニット２は、互いに等間隔を開けており、回転軸１に接続されている。羽根ユニット２それぞれは、格子フレーム２１と、複数の間隔をあけたカップ部材２２と、複数の補強プレート２３と、複数の補強ロッド２４と、ブロック部材２５と、を有する。

羽根ユニット２の格子フレーム２１は、互いに１２０度間隔をあけている。羽根ユニット２それぞれにおいて、格子フレーム２１は、回転軸１に接続され、複数の第１ロッド２１１と、複数の第２ロッド２１２と、を有する。第１ロッド２１１は、軸方向（Ａ）に延在し、軸方向（Ａ）を横断する径方向において互いに間隔をあけている。第２ロッド２１２は、径方向に延在しており、軸方向（Ａ）において互いに間隔をあけている。この実施形態において、第１ロッド２１１それぞれは、回転軸１に対して水平でありかつ平行である。また、羽根ユニット２それぞれの格子フレーム２１は、回転軸１に接続される内側面２１３と、径方向で回転軸１から先端側にあり内側面２１３とは反対側にある外側面２１４と、を有する。

羽根ユニット２それぞれにおいて、カップ部材２２は、アレイ状に配置されており、格子フレーム２１に接続されている。この実施形態において、羽根ユニット２それぞれは、１８のカップ部材２２を有する。カップ部材２２それぞれは、第１ロッド２１１のうちの対応する１つと第２ロッド２１２のうちの対応する１つとの交差部分に位置しており、縄結びまたは接着剤によってこの交差部分に固定されている。図３に示すように、カップ部材２２それぞれは、受け面２２０を画成する内面２２１と、内面２２１の反対側にありかつ回転方向（Ｔ）を向く外面２２２と、を有する。カップ部材２２それぞれの外面２２２は、その中心において頂点２２３を有する。

この実施形態において、カップ部材２２それぞれは、布、ゴム、軟質プラスチックまたは軟質ポリマー材料のうちの１つから形成されている。風がカップ部材２２の内面２２１にぶつかるように流れると、カップ部材２２それぞれは、ほぼシェル状の半球形状にある。カップ部材２２それぞれには、風に吹かれない場合には皺が寄る。しかしながら、カップ部材２２それぞれの材料が本開示に限定されないことに留意すべきである。

羽根ユニット２それぞれにおいて、補強プレート２３それぞれは、外面２２２の頂点２２３に対応する位置において、カップ部材２２それぞれの内面２２１に配設されている。補強プレート２３は、布、ゴム、軟質プラスチックまたは軟質ポリマー材料のうちの１つから形成されてもよく、そのため、頂点２２３近傍におけるカップ部材２２の構造強度を強化する。

羽根ユニット２それぞれの補強ロッド２４は、回転軸１に接続されており、径方向に延在し、軸方向（Ａ）において互いに間隔をあけている。この実施形態において、補強ロッド２４は、回転軸１から延在する基端部分と、基端部分から曲げられた補強部分と、を有し、この補強部分は、第２ロッド２１２それぞれから離間し、第２ロッド２１２それぞれに位置するカップ部材２２の外面２２２の頂点２２３を相互接続する。具体的には、羽根ユニット２それぞれは、３つの第１ロッド２１１と、６つの第２ロッド２１２と、６つの補強ロッド２４と、を有する。補強ロッド２４それぞれは、第２ロッド２１２それぞれに位置する３つのカップ部材２２の外面２２２の頂点２２３と接続されている。補強ロッド２４は、外面２２２が風の流れ方向に向かっている場合に、カップ部材２２が吹かれて逆向きに膨らむ（すなわち、内面２２１が凸状となり、外面２２２が凹状となる）ことを防止するように機能する。

この実施形態において、羽根ユニット２それぞれのブロック部材２５は、格子フレーム２１の外側面２１４に接続されており、回転方向（Ｔ）とは反対方向に延在する。

実際の使用中において、風力（Ｆ１）を羽根ユニット２のうちの１つのカップ部材２２の内面２２１にかけると、対応するカップ部材２２は、内面２２１が凹状となりかつ外面２２２が凸状となるように正確に膨らむ。このように、カップ部材２２を越えて流れる風は、カップ部材２２の内面２２１を越えて流れる場合の経路よりも長い経路を有する。ベルヌーイの法則に基づいて、カップ部材２２それぞれの外面２２２における風圧は、内面２２１における風圧よりも小さく、それにより、カップ部材２２は、風力（Ｆ１）により推進され、回転方向（Ｔ）で回転軸１の軸回りに回転する。また、羽根ユニット２それぞれにおいて、カップ部材２２は、それら間に間隙を形成した状態で配置されており、そのため、カップ部材２２の回転中に発生し得る逆方向トルク及び空気抵抗を軽減する。

この実施形態において、羽根ユニット２のうちの１つが風力（Ｆ１）によっては作動されない場合、対応するカップ部材２２には、この１つの羽根ユニット２がいったん再び風力（Ｆ１）によって直接作動されるまで、若干皺が形成される。

さらに、羽根ユニット２それぞれのブロック部材２５は、気流を制限し得る。１つの羽根ユニット２が風力（Ｆ１）によって直接作動されると、対応するブロック部材２５は、対応する１つの羽根ユニット２を推進させてそのトルクを増大させるために、対応するカップ部材２２の内面２２１（すなわち風上の面）に向けて風の流れを案内する。

また、羽根ユニット２のうちの１つにおける地点に作用するトルクがこの１つの羽根ユニット２における回転軸１に関するさらなる地点に作用するトルクよりも小さいので、回転軸１から径方向の先端側にあるカップ部材２２は、小さくなるように設計されてもよく、回転軸１に径方向で近接するカップ部材２２は、大きくなるように設計されてもよい。いくつかの実施形態において、風の気流を収集して案内しやすくするために、案内プレート（図示略）を有してもよい。

要約すると、複数のカップ部材２２が羽根ユニット２それぞれにあるため、カップ部材２２は、構造的に小型化される、すなわち、カップ部材２２それぞれの内面及び外面２２１，２２２を低減でき、それにより、内面及び外面２２１，２２２を越える気流の経路を短縮でき、これにより、風がカップ部材２２の外面２２２を通り越すことを可能とし、カップ部材２２を推進させて回転させるために高速であることを必要としない。その結果、本開示の羽根デバイスは、低速の風または高速の風によって動作するのに適している。また、この実施形態においてカップ部材２２それぞれが軟質材料で形成されているので、本開示の羽根デバイスは、比較的軽量であり、回転させやすく、製造コストが低い。

図４は、本開示における第２実施形態にかかる羽根デバイスを示しており、羽根デバイスは、第１実施形態にかかる羽根デバイスと同様の構造を有する。第２実施形態において、カップ部材２２それぞれは、金属、繊維ガラス、硬質プラスチックまたは硬質ポリマー材料で形成され得る硬質カップである。このように、カップ部材２２それぞれは、ほぼシェル状の半球形状で恒久的に保持される。羽根ユニット２それぞれに関して、カップ部材２２それぞれが十分な構造強度を有するので、第１実施形態で示された補強プレート２３及び補強ロッド２４を省略する。第２実施形態は、第１実施形態の効果と同一の効果を達成できる。

図５は、本開示における第３実施形態にかかる羽根デバイスを示し、この羽根デバイスは、第１実施形態にかかる羽根デバイスと同様の構造を有する。第３実施形態において、回転軸１が延在する軸方向は、垂直方向である。羽根ユニット２それぞれにおいて、第１ロッド２１１それぞれは、垂直方向に延在し、第２ロッド２１２それぞれは、水平方向に延在する。第３実施形態は、第１実施形態の利点と同様の利点を有する。

図６及び図７は、本開示における第４実施形態にかかる羽根デバイスを示し、この羽根デバイスは、第３実施形態にかかる羽根デバイスと同様の構造を有する。第４実施形態において、回転軸１は、水平方向または垂直方向に延在し得、本開示にかかる羽根デバイスは、風力または水力によって作動され得る。さらに、カップ部材２２それぞれは、金属、繊維ガラス、硬質プラスチック、硬質ポリマー材料、ガラスまたはセラミックスで形成され得る硬質カップである。

１回転軸、２羽根ユニット、２１格子フレーム、２２カップ部材、２３補強プレート、２４補強ロッド、２５ブロック部材、２１１第１ロッド、２１２第２ロッド、２１３内側面、２１４外側面、２２０受け面、２２１内面、２２２外面、２２３頂点、Ａ軸方向、Ｔ回転方向

Claims

タービン装置で使用するように構成された羽根デバイスであって、
回転方向（Ｔ）で回転可能な回転軸（１）と、
複数の角度方向に間隔をあけた羽根ユニット（２）と、
を有し、
前記羽根ユニット（２）それぞれが、
前記回転軸（１）に接続された格子フレーム（２１）と、
アレイ状に配置され、前記格子フレーム（２１）に接続された複数の間隔をあけたカップ部材（２２）であって、当該カップ部材（２２）それぞれが、受け面（２２０）を画成する内面（２２１）、及び、前記内面（２２１）とは反対側にありかつ前記回転方向（Ｔ）を向く外面（２２２）を有する、カップ部材と、
を有することを特徴とする羽根デバイス。
前記回転軸が、軸方向（Ａ）に延在し、
前記羽根ユニット（２）それぞれの前記格子フレーム（２１）が、前記軸方向（Ａ）に延在しかつ前記軸方向（Ａ）を横断する径方向で互いに間隔をあけた複数の第１ロッド（２１１）と、前記径方向に延在しかつ前記軸方向（Ａ）で互いに間隔をあけた複数の第２ロッド（２１２）と、を有し、
前記カップ部材（２２）それぞれが、前記第１ロッド（２１１）のうちの対応する１つと前記第２ロッド（２１２）のうち対応する１つとの交差部分において所定位置に位置することを特徴とする請求項１に記載の羽根デバイス。
前記羽根ユニット（２）それぞれが、前記回転軸（１）に接続されかつ前記軸方向（Ａ）で互いに間隔をあけた複数の補強ロッド（２４）をさらに有し、
前記カップ部材（２２）の前記外面（２２２）が、前記補強ロッド（２４）のうちの対応する１つに接続された頂点（２２３）を有することを特徴とする請求項２に記載の羽根デバイス。
前記羽根ユニット（２）それぞれが、複数の補強プレート（２３）をさらに有し、
前記補強プレート（２３）それぞれが、前記外面（２２２）の前記頂点（２２３）に対応する位置において前記カップ部材（２２）それぞれの前記内面（２２１）に配設されていることを特徴とする請求項３に記載の羽根デバイス。
前記回転軸（１）が、水平方向に延在することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の羽根デバイス。
前記回転軸（１）が、垂直方向に延在することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の羽根デバイス。
前記羽根ユニット（２）それぞれの前記格子フレーム（２１）が、前記回転軸（１）に接続された内側面（２１３）と、前記回転軸（１）に接続されかつ前記内側面（２１３）とは反対側にある外側面（２１４）と、を有し、
前記羽根ユニット（２）それぞれが、前記外側面（２１４）に接続されかつ前記回転方向（Ｔ）とは反対方向に延在するブロック部材（２５）をさらに有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の羽根デバイス。