JP2017015067A

JP2017015067A - 流れを活かす風車及び水車

Info

Publication number: JP2017015067A
Application number: JP2015144377A
Authority: JP
Inventors: 後藤　良洋; Yoshihiro Goto; 良洋後藤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-07-02
Filing date: 2015-07-02
Publication date: 2017-01-19

Abstract

【課題】従来は風車や水車の回転で発生する空気や水の遠心流を捨てていたため、風や水の流れの持つエネルギーをさらに利用できる余地があった。【解決手段】風車や水車の羽根の回転で発生する空気の遠心流と羽根に衝突して発生する衝突流を有効活用することのできる遠心混合流羽根２ａ〜２ｄ、３ａ〜３ｄを具備して、風車や水車の回転エネルギーを増加させる。【選択図】図１

Description

本発明は、風力発電と水力発電等に使われる風車と水車に関し、特に、風車であれば“プロペラ型風車”、“オランダ型風車”などと呼ばれるような、放射状の羽根で構成される、風車と水車に関する。

先ず、風車について説明する。
従来は、例えば特許文献１では、風車翼端に衡立ベーンを設けて、風車の回転に伴う空気の遠心力流を翼端で遮断し、渦の発生を抑えて風車の回転効率を良くしようとするものである。

しかしながら、空気の遠心力流を翼端で遮断するということは、
遠心力流を有効に活用できていないということであり、改善の余地があった。

特開２０１４−１７３５５２

上記特許文献１の発明で、渦の発生を抑えるために遠心力による発生する風を翼端で遮断することは、遠心力による風のエネルギーを捨てることを意味している。

本発明では、遠心力による風を遮断するのではなく、捨てずに活用して風車の回転エネルギーを増加させるのを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、後述する遠心混合流を有効に利用するために、従来の放射状に構成される羽根（以下、主羽根）に、後述する補助的な羽根を具備させる。

図２で、風車の回転に伴う風の流れについて説明する。
本明細書で使用する、遠心混合流とは、風車前方からの自然風２０ａ，２０ｂ，２０ｃが主羽根１ｂ、１ｄに衝突したあと、主羽根に沿って回転軸４から離れる方向に流れる衝突風２２ａ，２２ｂと、主羽根が回転することにより遠心力で発生する遠心風２１ａ，２１ｂと、前記自然風を混合した空気流を意味する。

なお、図２では、衝突風２２ａ，２２ｂと遠心風２１ａ，２１ｂとが別々に描かれているのが、これは流れる方向の説明のためであり、実際は混合された空気流である。

本発明では、この遠心混合流を有効に利用するために後述するような補助的な羽根を主羽根に具備させる。

補助的な羽根を具備させることにより、本発明にあっては次に列挙する効果が得られる。
（１）従来の風車の主羽根に、後述するような補助的な羽根を具備させたので、遠心力風のエネルギーも羽根の回転エネルギーに有効に利用できる。

（２）（１）の補助的な羽根の形状を後述するようなものにしたので、前記遠心混合流のエネルギーを羽根の回転エネルギーに有効に活用できる。

（３）前記（１）と（２）により、風力発電の発電効率をよくすることができる。

本発明をわかりやすく説明するための４枚羽根の図である。図１の羽根を図下方から上方に向って見た図である。本発明を流線形状に描いたものである。本発明の風車を使った風力発電装置の例である。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。

本発明では、この遠心混合流を利用する補助的な羽根を遠心混合流羽根といい、次の特徴を持つ。

図１、図２で遠心混合流羽根の羽根全体に対する形状について説明する。図１で、風車の回転軸中心と直交する平面上であって、遠心混合流羽根面上の２点Ｐ１、Ｐ２から前記回転軸中心までの距離をＡ１，Ａ２とすると、本発明では、Ａ１＜Ａ２となる形状とする。ここで、Ｐ１はＰ２より回転前方の位置関係にあるものとする。

図２は図１の下方位置から上方を見た図である。風車の回転軸中心線に平行で中心線を含む平面上であって、遠心混合流羽根面上の２点Ｑ１、Ｑ２から前記回転軸中心までの距離をＢ１，Ｂ２とすると、本発明では、Ｂ１＜Ｂ２となる遠心混合流羽根形状とする。ここで、点Ｑ１は点Ｑ２より、自然風の風下方向に位置する位置関係にあるものとする。

図３は空気の抵抗を減らすために遠心混合流羽根を曲面にしたものである。風車の回転軸中心と直交する平面上において、遠心混合流羽根面上の２点Ｐ１、Ｐ２から前記回転軸中心までの距離をＡ１，Ａ２とすると、図３の遠心混合流羽根は、主要な領域でＡ１＜Ａ２となる形状とする。“主要な領域”としたのは、空気抵抗を減らすために、遠心混合流羽根の主羽根回転方向でみて最後尾付近に限ってＡ１＝Ａ２とする場合もあるからである。ここで、Ｐ１はＰ２より主羽根回転前方の位置関係にあるものとする。図示していないが、図２の意味での、Ｂ１、Ｂ２についても図２と同様に、Ｂ１＜Ｂ２となる形状とする。

平均値を用いて形状を説明すれば、遠心混合流羽根面上の点であって、回転方向後方の点から前記回転軸までの平均距離の方が回転方向前方の点から前記回転軸中心までの平均距離より長い。主羽根回転前方領域と中央領域、後方領域に３分割して説明しても、本発明では、前方領域と中央領域で比較してもＡ１の平均値＜Ａ２の平均値として、中央領域と後方領域で比較してもＡ１の平均値＜Ａ２の平均値とする。４分割以上でして説明しても同様であるが、前記の後方、前方の２分割の場合での平均距離の大小関係は保たれているので、形状は、２分割の場合での平均距離の大小関係でも特徴づけられる。

図３のＢ１、Ｂ２（図示していない）についても平均値で説明すれば、遠心混合流羽根面上の点であって、風上方向に位置させる点から前記回転軸中心までの平均距離は風下方向に位置させる点から前記回転軸中心までの平均距離よりも長い。

このような形状にすることで、自然風、遠心風、衝突風のエネルギーの風車回転エネルギーへの変換効率をあげることができる。

以上が、遠心混合流羽根の主羽根に対する形状の特徴を説明したものであるが、外見的形状は図に限定されない。遠心混合流羽根の外見的形状をさまざまに変えたものであっても本発明に含まれる。

“遠心混合流羽根を主羽根に具備させる”とは、主羽根と遠心混合流羽根を別々に作って、遠心混合流羽根を主羽根に取り付けることを意味するだけでなく、主羽根の端を前記の形状に折り曲げて遠心混合流羽根としたものも含まれる。

主羽根の数と遠心混合流羽根の数は、図のように１枚、２枚、３枚、４枚と限定されるもではなく、風車にかかる発電機の負荷と回転数の関係を考慮して選べばよいものであり、遠心混合流羽根の数をさまざまに変えた風車であっても本発明に含まれる。

遠心混合流羽根を主羽根に取り付ける位置も図に限定されず、例えば、主羽根端３１は無しに、すなわち、遠心混合流羽根３０を羽根端としてもよい。

また、風車を構成する主羽根全てに遠心混合流羽根を具備する必要はなく、例えば、一つおきでもよい。

本発明で使用している語句“風車”は、“羽根車”、“ブレード”等と同じ意味である。

図４は本発明の風車を使った風力発電装置の１例であるが、本発明の適用は図４に限定されない。

以上の説明では、風車について説明したが、“風”を“水”に置き換えれば、水車の説明になり、海流などを利用した水力発電にも適用できる。

本発明は、風力発電、水力発電等の電力設備産業で利用される。

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ放射状に構成される主羽根
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ遠心混合流羽根
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ遠心混合流羽根
４回転軸
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ自然風
２１ａ，２１ｂ遠心風
２２ａ，２２ｂ衝突風
３０遠心混合流羽根
３１主羽根の先端
Ａ１，Ａ２回転軸中心と直行する平面上であって、遠心混合流羽根上の点と回転軸中心までの距離
Ｂ１，Ｂ２回転軸中心線に平行で中心線を含む平面上であって、遠心混合流羽根上の点と回転軸中心までの距離
Ｐ１，Ｐ２風車の回転軸中心に直交する平面上であって、遠心混合流羽根面上の２点
Ｑ１，Ｑ２回転軸中心線に平行で中心線を含む平面上であって、遠心混合流羽根面上の２点

Claims

主羽根が放射状に構成される風車において、前記主羽根に遠心混合流羽根を具備した風車。
主羽根が放射状に構成される水車において、前記主羽根に遠心混合流羽根を具備した水車。
請求項１、２の遠心混合流羽根において、遠心混合流羽根面上の点であって、回転方向後方の点から前記回転軸中心までの平均距離の方が回転方向前方の点から前記回転軸中心までの平均距離より長く、かつ、風上方向に位置する点から前記回転軸中心までの平均距離の方が風下方向に位置する点から前記回転軸中心までの平均距離よりも長い、形状的特徴を持つ前記遠心混合流羽根。