JP2020060145A - 風力発電システム - Google Patents

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Abstract

【課題】 本発明は、風況の良い立地に設置されている大型のプロペラ式風力発電装置における、ブレードよりも下域の空間に小型の縦軸風車式風力発電装置を風留堰状に配設し、上昇する気流でプロペラ式風力発電装置を効率良く稼働させるとともに、縦軸風車式風力発電装置においても発電させようとするものである。【解決手段】 立設されたプロペラ式風力発電装置1の支柱1Aの周囲に、上端がプロペラ式風力発電装置1のブレード1Bと接触しないように、かつプロペラ式風力発電装置1の支柱1Aの周囲を、風が通過しにくくなる風留ダム状に小型の風車2、3を配設し、小型の風車2、3に当って生じる上昇気流を、プロペラ式風力発電装置1のブレード1Bに当てて回転効率を高めるようにした。【選択図】 図1

Description

本発明は、風況の良い土地をより有効に利用して効率の良い風力発電を行うことができる風力発電システムに関する。
風を効率良く利用するために、風車を集合させて配置することは、例えば特許文献1に記載されている。これは、幅の広い支持枠体に、多段式の羽根車を、複数並列して支持したものである。
特開2005−207355
特許文献1に記載の発明においては、支持枠体を左右前後で複数に区画し、各区画ごとに縦主軸を支持し、その各縦主軸に、縦長ブレードを支持腕で垂直に固定したもので、いずれの方向から風が吹いても、各縦長ブレードに気流が当り、回転するものである。
本発明は、高さ数10mにも及ぶ大型のプロペラ式風力発電装置の支柱の周囲に、小型の風車を複数、風留ダム状に配設して上昇気流を生じさせ、その気流をプロペラ式風力発電装置に利用して回転効率を高めるとともに、プロペラ式風力発電装置の支柱の間を通過する気流を利用して、小型の風車も、縦主軸風車式風力発電装置等を使用し、風力発電を効果的にする風力発電システムを提供することを目的としている。
本発明は、前記課題を解決するために、次のような技術的手段を講じたものである。
(1) 立設されたプロペラ式風力発電装置の支柱の周囲に、上端がプロペラ式風力発電装置のブレードと接触しないように、かつプロペラ式風力発電装置の支柱の周囲を、風が通過しにくくなる風留ダム状に複数の小型の風車を配設し、風車に当って生じる上昇気流を、プロペラ式風力発電装置のブレードに当てて、回転効率を高めるようにした風力発電システム。
(2)前記風留ダム状に配設する小型の風車は、縦長ブレードを備えた縦軸風車式風力発電装置であり、縦長ブレードの回転により遮られる気流を、プロペラ式風力発電装置のブレードに当て、縦軸風車式風力発電装置自身も、風力発電するようにした、前記(1)に記載の風力発電システム。
(3)前記縦軸風車式風力発電装置は、縦長ブレードの主部の上下から縦主軸方向へ突出する内向曲傾部の先端部を、縦主軸に固定するものである前記(2)に記載の風力発電システム。
(4)前記風留ダム状に配設する小型の風車は、小型のプロペラ式風力発電装置であり、プロペラの回転により遮られる気流を大型のプロペラ式風力発電装置のブレードに当てて、小型のプロペラ式風力発電装置自身も風力発電するようにした前記(1)に記載の風力発電システム。
(5)前記小型のプロペラ式風力発電装置の風車におけるプロペラのブレードは、側面視で主部の先に、前向曲成部が大きく突出形成され、前向曲成部の前向先端面は、回転軸心線と直交状とし、かつその正面は略魚形とし、その前縁端と後縁端は同一の回転円弧上にある前記(4)に記載の風力発電システム。
(6)前記小型の風車は、大型のプロペラ式風力発電装置の支柱の周囲において、前後左右で定間隔に配設する前記(1)〜(5)のいずれかに記載の風力発電システム。
(7)前記小型の風車は、高さの高いものと低いものとを、前後左右で交互に配設することを特徴とする前記(1)〜(6)のいずれかに記載の風力発電システム。
本発明によると、次のような効果が奏せられる。
前記(1)に記載の発明においては、用地に立設された大型のプロペラ式風力発電装置の支柱の周囲に、上端がプロペラ式風力発電装置のブレードと接触しないように、かつプロペラ式風力発電装置の支柱の周囲を、風が通過しにくくなる風留ダム状に複数の小型の風車を配設すると、遮られた気流は上昇し、大型のプロペラ式風力発電装置のブレードに当るので、風流とは別に、下の風車に当たって上昇する気流も、プロペラ式風力発電装置のプロペラに当るため、効率良くプロペラ式風力発電装置を稼働させることができる。
前記(2)に記載の発明においては、大型のプロペラ式風力発電装置の周囲に、所定の間隔を開けて複数の縦軸風車式風力発電装置を、風留ダム状に配設してあるので、風が吹くと、プロペラ式風力発電装置のブレードが回転して発電される。
このプロペラ式風力発電装置の支柱の周囲には、複数の風車として、縦軸風車式風力発電装置が配設されるので、これが風留ダム状の役割を果たし、これに当る気流は上昇気流となって上方に移動して、プロペラ式風力発電装置のブレードに当り、これを効率良く回転させる。
また縦軸風車式風力発電装置自体も、風況の良い場所に複数配設されることとなり、風力を効果的に利用して、効率のよい風力発電をすることが出来る。
前記(3)に記載の発明においては、前記縦軸風車式風力発電装置における縦軸風車は、縦長ブレードの主部の上下から縦主軸方向へ突出する内向曲傾部の先端部を、それぞれ縦主軸に固定するものであるので、剛性に優れている。また回転性に優れ、プロペラ式風力発電装置のプロペラが回転しない低風速の時においても、効率良く回転して発電するので、風力を有効に利用することができる。
前記(4)に記載の発明においては、前記小型のプロペラ式風力発電装置は、大型のプロペラ式風力発電装置の支柱周囲において、前後左右で定間隔に配設されているので、風向きが逆になった時においても、風留ダム状の役割を果たし、上昇気流を大型のプロペラ式風力発電装置に効率良く当てることが出来、かつ、複数の小型のプロペラ式風力発電装置の風車は、どの位置においても、風向きに関わりなく回転して、発電することができる。
前記(5)に記載の発明においては、前記小型のプロペラ式風力発電装置の風車におけるプロペラのブレードは、側面視で、主部の先に前向曲成部が大きく突出して形成され、前向曲成部の前向先端面は回転軸心線と直交状としてあるので、前向先端面の内側端部分が最大厚さを有して、ブレードが回転すると、回転遠心部分であるその部分に生じるコアンダ効果が最大となり、回転効率を高める。
前向先端面の正面は、回転軸心線に対して直交した状態であって、主部に対して大きく曲がって前方向に突出しており、ブレードの前面に当たる気流は、回転時に生じる遠心力により前向曲成部に当って遮られ、圧力を高めて前向曲成部を回転方向に強く押して通過し、回転効率を高める。通過した気流は、上昇して大型のプロペラ式発電装置のブレードに当り、風車を効率良く回転させる。
前記(6)に記載の発明においては、前記小型の風車は、大型のプロペラ式風力発電装置の支柱周囲において、前後左右で定間隔に配設されているので、風向きが逆になっても風車は回転し、かつ風留ダムの役割を果たすことが出来る。
前記(7)に記載の発明においては、前記小型の風車は、高さの高いものと低いものとを前後左右で交互に配設されているので、風向きが逆になっても、複数の風車の各間における風通しがよくなり、各風車における発電効率が高められ、また風留ダムとしての役割も変わることはない。
本発明の風力発電システムにおける発電装置の配列一部正面図である。 本発明の風力発電システムにおける発電装置の配列略示的平面図である。 本発明の風力発電システムの縦軸風車式風力発電装置の正面図である。 小型プロペラ式風力発電装置の風車のプロペラを示す正面図である。 図4におけるVーV線断面図である。
本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。
図1は、本発明の風力発電システムにおいて使用される、プロペラ式風力発電装置1と、その周囲に、風溜ダムとして配設する、複数の小型の風車の、配設状況の一部を示す正面図で、図2はその配置状態を示す平面図であり、小型の風車として、小型の縦軸風車式風力発電装置2、3が使用されている。
図1において、一般的な高寸のプロペラ式風力発電装置1、1が2基、所定の間隔を開けて配設されている。この配置間隔は、各ブレード1Bが回転する時に気流の干渉が近隣との間で生じることのない間隔であり、この各支柱1Aの間は、一般には気流が素通りしている。
本発明は、この素通りする気流を有効に利用しようとするもので、図1に示すように、大型のプロペラ式風力発電装置1の支柱1Aの側方に、適宜の間隔を開けて、高寸の縦軸風車式風力発電装置2と、やや低寸の縦軸風車式風力発電装置3とを、交互に複数配設してある。
これによって、同じ高さの発電装置を配列した場合に比して、風が何れの方向から吹いても、風下にある縦軸風車式風力発電装置2、3に対して、気流が均等に当り易くなる。
縦軸風車式風力発電装置2、3同士の間隔は、その縦長ブレード4の回転直径の約3倍以上離してあるが、縦長ブレード4が縦主軸7を中心として回転すると、縦長ブレード4の回転軌跡内の空気は、遠心力によって外側へ導かれて、縦長ブレード4の内側が負圧になり、外部から入り込む気流は、縦長ブレード4の内側面に沿って上昇し、自然風と合流して、プロペラ式風力発電装置1のブレード1Bに当って、これを高効率に回転させる。
前記縦長ブレード4の主部4Aの弦長は、主部4Aの回転半径の45%〜55%としてあり、その最大厚さは、最大弦長の20%〜35%としてあり、従来には見ることの出来ない厚さと弦長としてある。
この厚さが厚いため、回転時に生じる主部4Aにおけるコアンダ効果が高くなり、回転速度は高くなる。また弦長が長いため、回転遠心部における受風面積が大となり、回転速度が大となる効果がある。
図2は、本初明の風力発電システムの平面図を示し、左右2基のプロペラ式風力発電装置1、1それぞれの前後左右に、適宜の間隔を開けて、高さの高い縦軸風車式風力発電装置2と、高さの低い縦軸風車式風力発電装置3とが、交互に複数配設されている。
縦軸風車式風力発電装置2、3は、拡大正面図を図3に示すように、支柱5の中間部に発電機6が固定され、その上側における管柱5Aの上に、回転可能に嵌装された縦主軸7の下部は、管柱5A内に挿通されて、その下端は発電機6に連係されており、縦長ブレード4の回転により、発電機6が発電するようになっている。
縦主軸7には、3方向から縦長ブレード4のほぼ垂直な主部4Aの上下の内向曲傾部4B、4Bの先端が、固定片7Aを介して固定されている。
風が吹くと、大型のプロペラ式風力発電装置1のブレード1Bは回転し、同時に小型の縦軸風車式風力発電装置2、3の縦長ブレード4が回転して、発電機6は発電をする。
この場合、縦軸風車式風力発電装置2、3の縦長ブレード4が回転すると、縦長ブレード4の回転円弧の内側の気流は、遠心力と圧力差によって外側へ導かれるため、回転円弧の内側の気圧は低下し、外側から入り込む気流は、更に外側へ導き出される中で、上部の内向曲傾部4Bの下面を回転方向へ押すので、縦長ブレード4は、風速による回転に加えて更に回転する。
そのため、前方から当たる気流は、縦軸風車式風力発電装置2、3の回転している縦長ブレード4の中を通過することができずに遮られて、上方へ移動し、縦長ブレード4の回転円弧の内側から上昇する気流と合流して、大型のプロペラ式風力発電装置1のブレード1Bに効果的に当り、これを効率良く回転させる。
すなわち、従来は、大型のプロペラ式風力発電装置1のブレード1Bの下域を通過していた気流が、縦軸風車式風力発電装置2、3の縦長ブレード4によって遮られて上昇し、プロペラ式風力発電装置1のブレード1Bに当る気流と合流して当るもので、気流を有効に利用することができる。
縦軸風車式風力発電装置2、3の代わりに、構築物で風留堰状体を構築すると、それ以外に用途のない費用がかかるが、複数の縦軸風車式風力発電装置2、3を配設することによってダムのように風を留め、大型のプロペラ式風力発電装置1に供給することができ、加えて、風況の良い場所の風を、小型の縦軸風車式風力発電装置2、3で有効に利用して、余分に発電をすることができるものである。
なお、縦軸風車式風力発電装置2、3において、高さの高い方か、又は低い方のいずれかの縦長ブレード4の寸法を、異なるものとすることができる。
また縦長ブレード4の枚数は、図においては3枚が示されているが、2枚、もしくは4枚以上とすることができる。
この縦長ブレード4は、図2におけるA矢示方向、B矢示方向、C矢示方向、D矢示方向の何れからの風でも、風向きの変化にかかわらず回転するので、風向きが変化しても、同じように回転し、その効果は変わらない。
図4は、小型のプロペラ式風力発電装置における風車のプロペラ8を示す正面図である。
小型のプロペラ式風力発電装置は、図示しない支柱上に、水平旋回可能に図示しないナセルが配設され、その内部の図示しない発電機から後部へ突出する回転軸の後部に、風車のプロペラ8が固定されている。
プロペラ8は、ハブ9の周面に均等間隔でブレード10の基部10Aが固定されている。正面視においてブレード10の前縁13は、翼端方向の中間まで、ほぼ直線状で、主部11の先部分から前向曲成部12の先端へかけて、後縁14方向へ弧曲状にほぼ同じ弦長で曲がっている。
ブレード10の後縁14部分は、正面視で前向曲成部12は、ほぼ同じ幅の弦長とし、前向先端面16の傾状と同じ断面としてあり、主部11は、基部10Aの近くで後縁部分が前縁方向へ深く湾入して湾入部15となり、その部分の後縁は前縁部分とほぼ同じように厚くなって、気流が通過しやすくなっている。
図5は、図4におけるVーV線断面図である。主部11の後面18は、基部10Aから前向曲成部12に至るまでほぼ垂直であり、前面17は、基部10Aから前向曲成部12にかけて、後面18方向に傾斜して、前向曲成部12へかけて厚さが次第に薄くなるように形成されている。
前向曲成部12は、主部12の端部から前方へ大きく屈曲して、前向先端面16を、基部10Aの厚さほど突出させて、その前向先端面16は、回転軸心線Sと直交するように形成され、図4に示すように、略魚形であり、前縁端13Aと後縁端14Aは同一の回転円弧T上に設定されている。また図5に示すように、前向先端面16は前縁よりも後縁の方がやや後面18方向へ傾斜している。
前向曲成部12の後面12Aの曲率半径は、前面12Bの曲率半径よりも大きく、前向先端面16の内側端16Aを通る軸心線Sと平行な最厚部線12C部分の厚さが、このブレード10において最大の厚さとなっている。
ブレード10における前縁部分の厚さが厚いほど、コアンダ効果が高くて、回転効率があがる。
図5において、X矢示方向から気流が当ると、ブレード10の前面17は、前縁13から後縁方向へ傾斜しているので、ブレード10は前縁13方向へ押されて回転する。
また主部11の前面17は、基部10Aから先端方向へ傾斜しているので、この傾斜面を滑る気流は、前向曲成部12の前面12Bに移動し、この前面12Bに当たる気流と合流して囲いこまれ、ブレード10を回転方向に強く回転させる。
ブレード10が回転すると、ブレード10の表面に生じるコアンダ効果は、翼端に近い前向先端面16の、前記内側端16Aを通る、軸心線Sと平行な最厚部線12Cの部分で最大となるが、ここは回転遠心部分であるため、その回転速度は大であり、回転に伴って生じる遠心力により、ブレード10の前面17に当る気流は、前向曲成部12の前面12Bでブレード10を回転方向に押し出し、更に回転効率を高め、効率のよい発電をする。
ブレード10を回転させて抜けた気流は上昇し、普通に当る気流と合流して、大型のプロペラ式発電装置1のブレード1Bに当り、これを効率良く回転させる。
風況の良い場所において、大型の風力発電装置の回転効率を高め、またその地において使用されなかった風力を、小型の風力発電装置で利用し、効率良く風力発電をすることができる。
1.プロペラ式風力発電装置
1A.支柱
1B.ブレード
2、3.縦軸風車式風力発電装置
4.縦長ブレード
4A.主部
4B.内向曲傾部
5.支柱
5A.管柱
6.発電機
7.縦主軸
7A.固定片
8.小型のプロペラ式風力発電装置の風車のプロペラ
9.ハブ
10.ブレード
10A.基部
11.主部
12.前向曲成部
12A.後面
12B.前面
12C.最厚部線
13.前縁
13A.前縁端
14.後縁
14A.後縁端
15.湾入部
16.前向先端面
17.前面
18.後面
A、B、C、D.風向
S.軸心線
T.回転円弧
X.気流
本発明は、風況の良い土地をより有効に利用して、効率の良い風力発電を行うことができるようにした風力発電システムに関する。
風を効率良く利用するために、風車を集合させて配置することは、例えば特許文献1に記載されている。これは、幅の広い支持枠体に、多段式の羽根車を、複数並列して支持したものである。
特開2005−207355
特許文献1に記載の発明においては、支持枠体を左右前後で複数に区画し、各区画ごとに縦主軸を支持し、その各縦主軸に、縦長ブレードを支持腕で垂直に固定したもので、いずれの方向から風が吹いても、各縦長ブレードに気流が当り、回転するものである。
本発明は、高さ数10mにも及ぶ大型のプロペラ式風力発電装置の支柱の周囲に、小型の風車を複数、風留ダム状に配設して上昇気流を生じさせ、その気流をプロペラ式風力発電装置に利用して回転効率を高めるとともに、プロペラ式風力発電装置の支柱の間を通過する気流を利用して、小型の風車も、縦主軸風車式風力発電装置等を使用し、風力発電を効果的にする風力発電システムを提供することを目的としている。
本発明は、前記課題を解決するために、次のような技術的手段を講じたものである。
(1) 立設されたプロペラ式風力発電装置の支柱の周囲に、上端がプロペラ式風力発立設されたプロペラ式風力発電装置の支柱の周囲に、上端がプロペラ式風力発電機のブレードと接触しないように、かつプロペラ式風力発電装置の支柱の周囲を、風が通過しにくくなる風留ダム状に小型の風車を配設し、小型の風車に当たって生じる上昇気流を、プロペラ式風力発電装置のブレードに当てて、回転効率を高めるようにし、
前記小型の風車は、縦長ブレードを備える縦軸風車式風力発電装置であり、縦長ブレードの回転により遮られる気流をプロペラ式風力発電装置のブレードに当て、縦軸風車式風力発電装置自身も風力発電するようにした風力発電システム。
(2) 前記縦軸風車式風力発電装置は、縦長ブレードの主部の上下から縦主軸方向へ突出する内向曲傾部の先端部を、それぞれ縦主軸に固定するものである前記(1)に記載の風力発電システム。
(3) 前記風留ダム状に配設する小型の風車は、小型のプロペラ式風力発電装置であり、プロペラの回転により遮られる気流を大型のプロペラ式風力発電機のブレードに当て、小型のプロペラ式風力発電装置自身も、風力発電するようにした前記(1)に記載の風力発電システム。
(4)前記小型のプロペラ式風力発電装置の風車におけるプロペラのブレードは、側面視で、主部の先に前向曲成部が大きく突出形成され、前向曲成部の前向先端面は回転軸心線と直交状とし、かつその正面は略魚形とし、その前縁端と後縁端は、同一の回転円弧上にある前記(3)に記載の風力発電システム。
(5) 前記大型のプロペラ式風力発電装置の支柱の周囲において、該支柱を中心として前後方向と45度で交差する、右傾線と左傾線との各交点上に、前記小型の風車を配置し、該小型の風車は、横列方向に、高さの高いものと低いものとを交互に配設し、前後の横列方向では、その順番を1っずつずらした前記(1)〜(4)のいずれかに記載の風力発電システム。
本発明によると、次のような効果が奏せられる。
前記(1)に記載の発明においては、用地に立設された大型のプロペラ式風力発電装置の支柱の周囲に、上端がプロペラ式風力発電装置のブレードと接触しないように、かつプロペラ式風力発電装置の支柱の周囲を、風が通過しにくくなる風留ダム状に複数の小型の風車を配設すると、遮られた気流は上昇し、大型のプロペラ式風力発電装置のブレードに当るので、風流とは別に、下の風車に当たって上昇する気流も、プロペラ式風力発電装置のプロペラに当るため、効率良くプロペラ式風力発電装置を稼働させることができる。
また大型のプロペラ式風力発電装置の周囲に、所定の間隔を開けて複数の縦軸風車式風力発電装置を、風留ダム状に配設してあるので、風が吹くと、プロペラ式風力発電装置のブレードが回転して発電される。
このプロペラ式風力発電装置の支柱の周囲には、複数の風車として、縦軸風車式風力発電装置が配設されているので、これが風留ダム状の役割を果たし、これに当る気流は上昇気流となって上方に移動して、プロペラ式風力発電装置のブレードに当り、これを効率良く回転させる。
また縦軸風車式風力発電装置自体も、風況の良い場所に複数配設されることとなり、風力を効果的に利用して、効率のよい風力発電をすることが出来る。
前記(2)に記載の発明においては、前記縦軸風車式風力発電装置における縦軸風車は、縦長ブレードの主部の上下から縦主軸方向へ突出する内向曲傾部の先端部を、それぞれ縦主軸に固定したものであるので、剛性に優れている。また回転性に優れ、プロペラ式風力発電装置のプロペラが回転しない低風速の時においても、効率良く回転して発電するので、風力を有効に利用することができる。
前記(3)に記載の発明においては、前記小型のプロペラ式風力発電装置は、大型のプロペラ式風力発電装置の支柱周囲において、前後左右で定間隔に配設されているので、風向きが逆になった時においても、風留ダム状の役割を果たし、上昇気流を大型のプロペラ式風力発電装置に効率良く当てることが出来、かつ、複数の小型のプロペラ式風力発電装置の風車は、どの位置においても、風向きに関わりなく回転して、発電することができる。
前記(4)に記載の発明においては、前記小型のプロペラ式風力発電装置の風車におけるプロペラのブレードは、側面視で、主部の先に前向曲成部が大きく突出して形成され、前向曲成部の前向先端面は回転軸心線と直交状としてあるので、前向先端面の内側端部分が最大厚さを有して、ブレードが回転すると、回転遠心部分であるその部分に生じるコアンダ効果が最大となり、回転効率を高める。
前向先端面の正面は、回転軸心線に対して直交した状態であって、主部に対して大きく曲がって前方向に突出しており、ブレードの前面に当たる気流は、回転時に生じる遠心力により前向曲成部に当って遮られ、圧力を高めて前向曲成部を回転方向に強く押して通過し、回転効率を高める。通過した気流は、上昇して大型のプロペラ式発電装置のブレードに当り、風車を効率良く回転させる。
前記(5)に記載の発明においては、前記小型の風車は、大型のプロペラ式風力発電装置の支柱の周囲において、前後左右で定間隔に配設されているので、風向きが逆になっても風車は回転し、かつ風留ダムの役割を果たすことが出来る。
本発明の風力発電システムにおける発電装置の配列一部正面図である。 本発明の風力発電システムにおける発電装置の配列略示的平面図である。 本発明の風力発電システムの縦軸風車式風力発電装置の正面図である。 小型プロペラ式風力発電装置の風車のプロペラを示す正面図である。 図4におけるVーV線断面図である。
本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。
図1は、本発明の風力発電システムにおいて使用される、プロペラ式風力発電装置1と、その周囲に、風溜ダムとして配設する、複数の小型の風車の、配設状況の一部を示す正面図で、図2はその配置状態を示す平面図であり、小型の風車として、小型の縦軸風車式風力発電装置2、3が使用されている。
図1において、一般的な高寸のプロペラ式風力発電装置1、1が2基、所定の間隔を開けて配設されている。この配置間隔は、各ブレード1Bが回転する時に気流の干渉が近隣との間で生じることのない間隔であり、この各支柱1Aの間は、一般には気流が素通りしている。
本発明は、この素通りする気流を有効に利用しようとするもので、図1に示すように、大型のプロペラ式風力発電装置1の支柱1Aの側方に、適宜の間隔を開けて、高寸の縦軸風車式風力発電装置2と、やや低寸の縦軸風車式風力発電装置3とを、交互に複数配設してある。
これによって、同じ高さの発電装置を配列した場合に比して、風が何れの方向から吹いても、風下にある縦軸風車式風力発電装置2、3に対して、気流が均等に当り易くなる。
縦軸風車式風力発電装置2、3同士の間隔は、その縦長ブレード4の回転直径の約3倍以上離してあるが、縦長ブレード4が縦主軸7を中心として回転すると、縦長ブレード4の回転軌跡内の空気は、遠心力によって外側へ導かれて、縦長ブレード4の内側が負圧になり、外部から入り込む気流は、縦長ブレード4の内側面に沿って上昇し、自然風と合流して、プロペラ式風力発電装置1のブレード1Bに当って、これを高効率に回転させる。
前記縦長ブレード4の主部4Aの弦長は、主部4Aの回転半径の45%〜55%としてあり、その最大厚さは、最大弦長の20%〜35%としてあり、従来には見ることの出来ない厚さと弦長としてある。
この厚さが厚いため、回転時に生じる主部4Aにおけるコアンダ効果が高くなり、回転速度は高くなる。また弦長が長いため、回転遠心部における受風面積が大となり、回転速度が大となる効果がある。
図2は、本初明の風力発電システムの平面図を示し、左右2基のプロペラ式風力発電装置1、1それぞれの前後左右に、適宜の間隔を開けて、高さの高い縦軸風車式風力発電装置2と、高さの低い縦軸風車式風力発電装置3とが、交互に複数配設されている。
縦軸風車式風力発電装置2、3は、拡大正面図を図3に示すように、支柱5の中間部に発電機6が固定され、その上側における管柱5Aの上に、回転可能に嵌装された縦主軸7の下部は、管柱5A内に挿通されて、その下端は発電機6に連係されており、縦長ブレード4の回転により、発電機6が発電するようになっている。
縦主軸7には、3方向から縦長ブレード4のほぼ垂直な主部4Aの上下の内向曲傾部4B、4Bの先端が、固定片7Aを介して固定されている。
風が吹くと、大型のプロペラ式風力発電装置1のブレード1Bは回転し、同時に小型の縦軸風車式風力発電装置2、3の縦長ブレード4が回転して、発電機6は発電をする。
この場合、縦軸風車式風力発電装置2、3の縦長ブレード4が回転すると、縦長ブレード4の回転円弧の内側の気流は、遠心力と圧力差によって外側へ導かれるため、回転円弧の内側の気圧は低下し、外側から入り込む気流は、更に外側へ導き出される中で、上部の内向曲傾部4Bの下面を回転方向へ押すので、縦長ブレード4は、風速による回転に加えて更に回転する。
そのため、前方から当たる気流は、縦軸風車式風力発電装置2、3の回転している縦長ブレード4の中を通過することができずに遮られて、上方へ移動し、縦長ブレード4の回転円弧の内側から上昇する気流と合流して、大型のプロペラ式風力発電装置1のブレード1Bに効果的に当り、これを効率良く回転させる。
すなわち、従来は、大型のプロペラ式風力発電装置1のブレード1Bの下域を通過していた気流が、縦軸風車式風力発電装置2、3の縦長ブレード4によって遮られて上昇し、プロペラ式風力発電装置1のブレード1Bに当る気流と合流して当るもので、気流を有効に利用することができる。
縦軸風車式風力発電装置2、3の代わりに、構築物で風留堰状体を構築すると、それ以外に用途のない費用がかかるが、複数の縦軸風車式風力発電装置2、3を配設することによってダムのように風を留め、大型のプロペラ式風力発電装置1に供給することができ、加えて、風況の良い場所の風を、小型の縦軸風車式風力発電装置2、3で有効に利用して、余分に発電をすることができるものである。
なお、縦軸風車式風力発電装置2、3において、高さの高い方か、又は低い方のいずれかの縦長ブレード4の寸法を、異なるものとすることができる。
また縦長ブレード4の枚数は、図においては3枚が示されているが、2枚、もしくは4枚以上とすることができる。
この縦長ブレード4は、図2におけるA矢示方向、B矢示方向、C矢示方向、D矢示方向の何れからの風でも、風向きの変化にかかわらず回転するので、風向きが変化しても、同じように回転し、その効果は変わらない。
図4は、小型のプロペラ式風力発電装置における風車のプロペラ8を示す正面図である。
小型のプロペラ式風力発電装置は、図示しない支柱上に、水平旋回可能に図示しないナセルが配設され、その内部の図示しない発電機から後部へ突出する回転軸の後部に、風車のプロペラ8が固定されている。
プロペラ8は、ハブ9の周面に均等間隔でブレード10の基部10Aが固定されている。正面視においてブレード10の前縁13は、翼端方向の中間まで、ほぼ直線状で、主部11の先部分から前向曲成部12の先端へかけて、後縁14方向へ弧曲状にほぼ同じ弦長で曲がっている。
ブレード10の後縁14部分は、正面視で前向曲成部12は、ほぼ同じ幅の弦長とし、前向先端面16の傾状と同じ断面としてあり、主部11は、基部10Aの近くで後縁部分が前縁方向へ深く湾入して湾入部15となり、その部分の後縁は前縁部分とほぼ同じように厚くなって、気流が通過しやすくなっている。
図5は、図4におけるVーV線断面図である。主部11の後面18は、基部10Aから前向曲成部12に至るまでほぼ垂直であり、前面17は、基部10Aから前向曲成部12にかけて、後面18方向に傾斜して、前向曲成部12へかけて厚さが次第に薄くなるように形成されている。
前向曲成部12は、主部12の端部から前方へ大きく屈曲して、前向先端面16を、基部10Aの厚さほど突出させて、その前向先端面16は、回転軸心線Sと直交するように形成され、図4に示すように、略魚形であり、前縁端13Aと後縁端14Aは同一の回転円弧T上に設定されている。また図5に示すように、前向先端面16は前縁よりも後縁の方がやや後面18方向へ傾斜している。
前向曲成部12の後面12Aの曲率半径は、前面12Bの曲率半径よりも大きく、前向先端面16の内側端16Aを通る軸心線Sと平行な最厚部線12C部分の厚さが、このブレード10において最大の厚さとなっている。ブレード10における前縁部分の厚さが厚いほど、コアンダ効果が高くて、回転効率があがる。
図5において、X矢示方向から気流が当ると、ブレード10の前面17は、前縁13から後縁方向へ傾斜しているので、ブレード10は前縁13方向へ押されて回転する。
また主部11の前面17は、基部10Aから先端方向へ傾斜しているので、この傾斜面を滑る気流は、前向曲成部12の前面12Bに移動し、この前面12Bに当たる気流と合流して囲いこまれ、ブレード10を回転方向に強く回転させる。
ブレード10が回転すると、ブレード10の表面に生じるコアンダ効果は、翼端に近い前向先端面16の、前記内側端16Aを通る、軸心線Sと平行な最厚部線12Cの部分で最大となるが、ここは回転遠心部分であるため、その回転速度は大であり、回転に伴って生じる遠心力により、ブレード10の前面17に当る気流は、前向曲成部12の前面12Bでブレード10を回転方向に押し出し、更に回転効率を高め、効率のよい発電をする。
ブレード10を回転させて抜けた気流は上昇し、普通に当る気流と合流して、大型のプロペラ式発電装置1のブレード1Bに当り、これを効率良く回転させる。
風況の良い場所において、大型の風力発電装置の回転効率を高め、またその地において使用されなかった風力を、小型の風力発電装置で利用し、効率良く風力発電をすることができる。
1.プロペラ式風力発電装置
1A.支柱
1B.ブレード
2、3.縦軸風車式風力発電装置
4.縦長ブレード
4A.主部
4B.内向曲傾部
5.支柱
5A.管柱
6.発電機
7.縦主軸
7A.固定片
8.小型のプロペラ式風力発電装置の風車のプロペラ
9.ハブ
10.ブレード
10A.基部
11.主部
12.前向曲成部
12A.後面
12B.前面
12C.最厚部線
13.前縁
13A.前縁端
14.後縁
14A.後縁端
15.湾入部
16.前向先端面
17.前面
18.後面
A、B、C、D.風向
S.軸心線
T.回転円弧
X.気流

Claims (7)

  1. 立設されたプロペラ式風力発電装置の支柱の周囲に、上端がプロペラ式風力発電機のブレードと接触しないように、かつプロペラ式風力発電装置の支柱の周囲を、風が通過しにくくなる風留ダム状に小型の風車を配設し、小型の風車に当たって生じる上昇気流を、プロペラ式風力発電装置のブレードに当てて、回転効率を高めるようにしたことを特徴とする風力発電システム。
  2. 前記風留ダム状に配設する小型の風車は、縦長ブレードを備えた縦軸風車式風力発電装置であり、縦長ブレードの回転により遮られる気流をプロペラ式風力発電装置のブレードに当て、縦軸風車式風力発電装置自身も風力発電するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の風力発電システム。
  3. 前記縦軸風車式風力発電装置は、縦長ブレードの主部の上下から縦主軸方向へ突出する内向曲傾部の先端部を、それぞれ縦主軸に固定するものであることを特徴とする請求項2に記載の風力発電システム。
  4. 前記風留ダム状に配設する小型の風車は、小型のプロペラ式風力発電装置であり、プロペラの回転により遮られる気流を大型のプロペラ式風力発電機のブレードに当て、小型のプロペラ式風力発電装置自身も、風力発電するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の風力発電システム。
  5. 前記小型のプロペラ式風力発電装置の風車におけるプロペラのブレードは、側面視で、主部の先に前向曲成部が大きく突出形成され、前向曲成部の前向先端面は回転軸心線と直交状とし、かつその正面は略魚形とし、その前縁端と後縁端は、同一の回転円弧上にあることを特徴とする請求項4に記載の風力発電システム。
  6. 前記小型の風車は、大型のプロペラ式風力発電装置の支柱の周囲において、前後左右で定間隔に配設されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の風力発電システム。
  7. 前記小型の風車は、高さの高いものと低いものとを、前後左右で交互に配設したことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の風力発電システム。
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