JP2021110301A - 対称流線球面チューブ形状羽根式風車 - Google Patents
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Abstract
Description
また請求項10では「羽根と前記垂直軸との間に羽根の捩れを防止するための係止手段を設けた」とあるが、本発明の羽根は、強風時の大きな抗力を受ければ、アーム翼への取り付け金具兼振幅バネ(107)により羽根全体が撓って緩やかに且つ、羽根をはばたかせ(203)、振幅運動もエネルギーとして活用する全く逆の構造で異なる。
また請求項22では「飛行機の翼状の断面を有する羽根であって、該羽根の揚力発生方向の反対側が切り欠かれている」と、請求項4では、「被覆部材に絞り込むように内包された羽根固定用芯とを備える」あり、るが、本発明の羽根は対称流線球面チューブ形状で全く異なる。
しかし、風向速が激変反転する厳しい運用環境でも発電性能の良い風力発電用風車を構成する複数枚の翼と、更にこれを構成する羽根に関し、風車の風向角度と翼の迎角度制御を不要化し、更に強風にも強く全体の風車形状や大きさの自由度を高めることが、多様な要求に合わせ普及のための重要な要素となる。
Y軸方向の羽根厚(106)相当のパイプ状中空円筒物をX軸増加方向(110)に向かって長く、上下対称のフラット法面(105)へと徐々に薄く絞って後縁(102)でパイプを絞って終端させて、後縁側が歯磨きチューブのような形状となる後縁角(202)により、翼弦線相当の中心線(201)から見た、上下対称フラット法面迎角部(105)が形成され、下向き風圧(204)又は上向き風圧(205)受ければ、前縁(101)方向に大きな上面揚力(206)や下面揚力(207)が得られる。
抗力(Drag)削減効果=従来翼(10×2×3=60d=60Lでもある)
÷ 本羽根式翼(0.7(正面面積)×2×8×3=33.6d=Lでもある)=1.79
しかも、本発明図1の対称流線球面チューブ形状羽根によるアーム翼は、各羽根の左右の立体部
(羽根間の隙間は抗力とはなりえない)からも揚力(Lift)を得られるため、
揚力寄与面効果=0.7×2(左右2面)×1(翼弦線長の約半分)×8×3=33.6L
+本羽根式翼面(33.6L)=67.2L
従って結論として、抗力削減効果により風圧に約1.79倍強く、
揚力寄与面効果は1.12(67.2L/60L)だが、更に風向き急反転時の新効果も有す。
更にまた、既存風車の翼へ本チューブ形状羽根を後付けすることで、発電能力向上も期待できる。
また説明において、各XXアームに羽根を取り付ければ、XXアーム翼と称す。
101 前縁
102 後縁
103 楕円球形状
104 上下左右の対称チューブ状曲面部
105 上下対称フラット法面迎角部
106 羽根厚
107 取り付け金具兼振幅バネ
108 Y軸
109 Z軸
110 X軸
111 360度全周に広い受風特性
201 翼弦線相当(中心線)
202 後縁角
203 取り付けバネで羽根全体が撓りはばたく振幅動作
204 下向き風圧
205 上向き風圧
206 上面揚力
207 下面揚力
208 合成駆動力
301 円筒をフラットに潰した広がり幅相当
400 対称流線球面チューブ形状羽根により構成された渦巻きアーム翼式風力発電装置(全3翼12羽根)
401 対称流線球面チューブ形状羽根により構成された渦巻きアーム翼
402 渦巻きアームへの羽根取り付け金具
403 取付けアーム翼3本
404 風の流れ
405 風向き急反転でもヨー反転制御不要
406 ナセル(変速機&発電機)
407 横軸風車回転軸
408 回転方向と回転掃過面(円盤面状)
409 風向き対応回転部
410 丈夫な支柱
500 対称流線球面チューブ形状羽根により構成されたツリー・アーム翼式風力発電装置(全4翼36羽根)
501 対称流線球面チューブ形状羽根により構成されたツリー・アーム翼4本
502 ツリー・アーム(全4本)
503 太めの支柱
504 多極コアレス発電機
505 アーム翼下部支えベアリング
506 回転方向と回転掃過面(多重円筒面状)
507 ツリー・アーム翼上部支えハブ
508 ツリー・アーム翼中央支えハブ兼高速回転安定化スタビライザー(全4本)
600 対称流線球面チューブ形状羽根により構成されたスパイラル・アーム翼式風力発電装置(全4翼48羽根)
601 対称流線球面チューブ形状羽根により構成されたスパイラル・アーム翼4本
602 スパイラル・アーム翼中央支えハブ兼高速回転安定化スタビライザー(全4本)
603 スパイラル・アーム翼上部支えハブ兼安定化ホイール
604 回転軸
605 多極コアレス発電機
606 アーム翼下部支えハブとベアリング
607 太めの支柱
608 回転方向と回転掃過面(多重可変円筒面状)
701 本発明の対称流線球面チューブ形状羽根で構成された渦巻きアーム翼式横軸型風力の出力性能
702 従来翼式横軸型風車での出力性能
Claims (4)
- 風力発電用風車を構成する複数本のアームと、これに取り付ける羽根の構造に関し、前縁に丸みを持ち後縁はカスプをなし対称翼の形となる、対称ジューコフスキー翼と呼ばれる翼形状を参考に発明した、
図1の対称流線球面チューブ形状羽根の前縁(101)と、後縁(102)を翼弦線相当の中心線(201)で上下角度が等しく半分ずつの後縁角(202)を持ち、従来形の翼では長尺方向に相当する、図1の対称流線球面チューブ形状羽根斜視図の、Z軸幅値(109)を短くし、従来形翼では翼厚に相当し、本発明羽根では羽根厚(106)となるY軸幅値(108)値と類似させて球円状に近づけ、且つX軸方向に流線形状の長い楕円球形状(103)を羽根の前縁(101)としてX軸上の始点に置き、羽根厚(106)相当の中空パイプ状円筒物をX軸増加方向(110)に向かって長く、徐々に薄くして後縁(102)でパイプを絞って終端させた形状となる後縁角(202)が形成され、翼弦線相当の中心線(201)から見れば、上下対称フラット法面迎角部(105)を形成し、これをアームに取り付けて、アーム翼を構成することにより、
図2の下向き風圧(204)又は上向き風圧(205)受ければ、前縁(101)方向に大きな上面揚力(206)や下面揚力(207)が得られる構造に加え、
更に強風時等で上下対称フラット法面迎角部(105)に、上下から大きな風圧(204)又は(205)を受ければ、風車を構成するアーム翼への、取り付け金具兼振幅バネ(107)により羽根の後縁(102)が風下に撓って傾き戻り、羽根をはばたかせ振幅(203)させることで、下又は上方向に傾いた時に迎角度が生れ、更に揚力が増して合成駆動力(208)を大きくし、
また図1の羽根の中央から後縁に向かって、Y軸表裏両面からZ軸両側面の対称チューブ状曲面部(104)に360度全周方向(111)に広い受風範囲で更に揚力を得やすい構造も持ち、同時に、この羽根を複数並べた時の隙間で、過大な風圧を均等に分散して逃がす風抜効果が得られて抗力が減るため、揚抗比が向上し、且つ軽量な基本羽根構造を有すことを特徴とする「対称流線球面チューブ形状羽根式風車」
- 前記請求項1の「対称流線球面チューブ形状羽根式風車」の基本羽根機能を、図4の渦巻きアーム翼式横軸型風力発電装置で具現化する為に、
翼として構成する取付けアーム(403)の回転方向(408)に、最大の合成揚力の駆動力(208)が得られるよう、取り付ける羽根の前縁方向(101)を合わせ且つ、同じ円盤面状の回転掃過面(408)と、全ての対称流線球面チューブ形状羽根(100)の後縁(102)面が平行になるよう、チューブ形状羽根の取り付け振幅バネ(107)で、必要とする総回転駆動力に応じて複数羽根のチューブ形状羽根を、接取り付けることにより、
風向き(404又は405)が直角程度まで少し変化する場合は、渦巻きアーム翼(401)への風圧により風向き対応回転部(409)が風の来る、または、行く方向に素早く風車の向きを自律的に動かして更に効率よく受風できる状態となり、継続して一定方向(408)に回転し、
また、風向き(404)が、いきなり逆方向(405)に急反転しても、流線球面チューブ形状羽根の、上下対称フラット法面迎角部(105)の表裏対称の受風特性により、引き続き継続して一定方向(408)に回転するため、従来型横軸型風車で必要だった迎角制御や反転ヨー追尾制御を不要化し、また羽根構造により強風にも強い機能的特徴を有す「対称流線球面チューブ形状羽根式風車」
- 前記請求項1の「対称流線球面チューブ形状羽根式風車」の基本羽根機能を、図5のツリー・アーム翼式縦軸型風力発電装置で具現化する為に、
取付けるツリー・アーム(502)の回転方向(506)に最大の合成揚力の駆動力(208)が得られるよう、取り付ける羽根の前縁方向(101)を合わせ且つ、この多重円筒面状の回転掃過面(506)と、取り付ける全てのチューブ形状羽根の後縁(102)面が平行になるよう、チューブ形状羽根の取り付け振幅バネ(107)で、必要とする総回転駆動力に応じて複数羽根、取付けることにより、
風向き面に対応した、図1の対称流線球面チューブ形状羽根の上下対称フラット法面迎角部(105)で受風して、ツリー・アーム翼(502)が回転方向(506)に廻るため、迎角制御が不要で且つ、風を受ける反対面の風下側アーム翼の上下対称フラット法面迎角部(105)でも揚力が得られ、また羽根構造により強風にも強く、同時にツリー形状で馴染みやすい縦軸型風力発電装置の機能的特徴を有した「対称流線球面チューブ形状羽根式風車」
- 前記請求項1の「対称流線球面チューブ形状羽根式風車」の基本羽根機能を、図6のスパイラル・アーム翼式縦軸型風力発電装置で具現化する為、予め、取付ける複数の各スパイラル・アームの中心位置を、風車の回転軸中心(604)位置からずらして且つ、風車回転時にはバランスするよう上部アーム支えハブ兼ホイール(603)と、中央支えハブ(602)及び、下部アーム支えハブ(606)で支えることで、風車回転時の半径も多様に変化させる構造にした各スパイラル・アーム(601)の、
回転方向(608)に最大の合成揚力の駆動力(208)が得られるよう、取り付ける羽根の前縁方向(101)を合わせ且つ、この円筒状の多重可変円筒面状(608)と、取り付ける全ての図1のチューブ形状羽根の後縁(102)面が平行になるよう、チューブ形状羽根の取り付け振幅バネ(107)で必要とする総回転駆動力に応じて複数羽根、取り付けることにより、
風車回転時に羽根の立体的な受風位置が、より多点化した風向き位置に対応したチューブ形状羽根の上下対称フラット法面迎角部(105)の表裏面で受風できる為、縦軸型風力発電装置の揚力駆動能力向上が図れ、羽根構造により強風にも強く、大型化も可能となる機能的特徴を有した「対称流線球面チューブ形状羽根式風車」
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