JP4402741B1

JP4402741B1 - 垂直並列連動型風力発電装置

Info

Publication number: JP4402741B1
Application number: JP2009141868A
Authority: JP
Inventors: 佐野裕二
Original assignee: 佐野裕二
Priority date: 2009-06-15
Filing date: 2009-06-15
Publication date: 2010-01-20
Anticipated expiration: 2029-06-15
Also published as: JP2010285963A

Abstract

【課題】２つの風車部を並列に配置するとき、羽根の接触防止を考え羽根が当たらない程度に近づけて回転させているので、互いの気流が羽根の高速回転の負荷となり効率が悪い。
【解決手段】垂直軸の上部にＭ枚（Ｍは２〜４の整数）の羽根と下部にギアーを取り付けた風車部を２つ左右に設け、この左右の風車部の羽根が、非接触で、相互に重なり、羽根が入りこむように、並列に配置し、前記各風車部の垂直軸のギアーを、タイミングベルトで繋ぎ、そのタイミングベルトに発電機を接続し、左右の風車部の羽根が接触しないように同期をとって逆回転させ、その駆動力で発電する。
【選択図】図１

Description

本発明は、効率性を高める為に垂直型の２つの風車を連動させた風力発電装置に関するものである。

世界的に地球温暖化対策が求められており温暖化につながる二酸化炭素の排出防止がさけばれている。石油、石炭等の化石燃料によるエネルギーは二酸化炭素排出が避けられないため、自然エネルギーへの移行が急務となっている中、サボニウス型風力発電はプロペラ式風力発電に比べ設置場所が限定されず小型でどこにでも設置可能な風力発電として注目されている。

特開２００２−３１７７４９号公報特表２００５−５１６１５９号公報

従来の特許文献１と特許文献２等に開示されている２つの風車を連動するサボニウス型風力発電装置は羽根が横回転のため次のような課題がある。
１）羽根が一周する間に順方向に受ける風と負方向に受ける風が存在しているため、回転にロスが生じる。
２）発電量増加のために羽根を取り付けた軸を複数にした場合、羽根の接触防止を考え羽根が当たらない程度に近づけて回転させているので、互いの気流が羽根の高速回転の負荷となる。
３）羽根が重なり合う所までは近づけていないので設置場所を広くする必要がある。
４）複数軸の場合装置を常に風上に向ける策を施していない為、風向きによっては軸の風下にくる軸も存在し発電効率が悪い。

本発明の垂直連動型風力発電装置の構成を図１に示す。本発明の風力発電装置では垂直軸の上部に４枚の羽根と垂直軸の下部にギアーを取りつけた構成の風車部を２つ並列に配置し、左右の羽根が非接触で重なり合う状態で相互に逆回転させると共に、左風車部と右風車部の軸の回転をタイミングベルトで連動させ、そのタイミングベルト経由でＮ倍速ギアー付き発電機（Ｎは２以上の整数）を駆動し、垂直連動型風力発電装置が常に風上に向くようにして羽根への風受け効果を上げて発電効率を向上させた垂直連動型風力発電装置を提供する。

本発明は、以下の構成機能を有する垂直連動型風力発電装置である。
１）軸の上部に４枚の羽根と軸の下部にギアーを取り付けた構成の左風車部（１）と右風車部（２）を並列に配置する。
２）左風車部（１）に取り付けた羽根（１−２）に対して、右風車部（２）の羽根（２−２）は相互反対形状に取り付けて効率良い回転を作る。
３）風向案内板（４）が風見鶏の役目を果たして装置全体を常に風上に向ける。
４）タイミングベルト（６）又は歯車を使用して２つの垂直軸（１−１）（２−１）を同期回転させ２つの羽根が非接触で重なりあう状態で、逆回転を行うので互いの気流が羽根の高速回転の負荷とならない。
５）左風向誘導板（３−１）の風誘導部（３−１−１）、右風向誘導板（３−２）の風誘導部（３−２−１）が正面からの風を装置両端方向へ誘導し、羽根の重なり合う中心部への進入を防ぎ、羽根の回転とは逆方向の流れを防いで順方向の流れにすることにより高効率な回転を発生させる。
６）タイミングベルト（６）又は歯車使用で２つの垂直軸（１−１）（２−１）の回転を発電機（７）に伝えて発電出力を得る。
７）強風時、左誘導板（３−１）の風誘導部（３−１−１）、右誘導板（３−２）の風誘導部（３−２−１）で羽根の順方向回転させる風の風量より左誘導板（３−１）の風受部（３−１−２）、右誘導板（３−２）の風受部（３−２−２）で受ける風量が大きくなり左誘導板（３−１）、右誘導板（３−２）が左右に開いて、左風車部（１）と右風車部（２）の羽根が相互に重なり合う部分に風が侵入することにより羽根の回転にブレーキをかける。
８）左右風向誘導板（３−１）（３−２）の上部または下部に、左誘導板と一体の左ギアー（１３）と右誘導板と一体の右ギアー（１４）を相互にかみ合う形で取り付ける。一方の風向誘導板が開閉動作をするとギアーに伝わり他方のギアーを動かして他方の風向誘導板を連動させ、左右誘導板（３−１）（３−２）は左右対称の開閉動作をおこなう。

本発明により下記の効果が得られます。
１）請求項１と請求項２により、左風車部の羽根（１−２）と、右風車部の羽根（２−２）が受ける風受け効果を高める。

２）請求項３により、左右対称の左誘導板風（３−１）、右誘導板（３−２）を取り付けて風を左誘導板の風誘導部（３−１−１）、右誘導板の風誘導部（３−２−１）に受ける力により左右誘導板を閉じることで風の流れを左右に誘導して羽根への風受け効果を得る。

３）請求項４のより、左誘導板の風受部（３−１−２）、右誘導板の風受部（３−２−２）を取り付けることにより強風時等羽根を停止する必要があるときは、風受部からの力が風向誘導板（３）に伝わって左右の風誘導部、左誘導板の風誘導部（３−１−１）、右誘導板の風誘導部（３−２−１）を押し開くことにより、左風車部の右側と右風車部の左側に風が導入され羽根回転に逆の力がかかり短時間で回転を停止させ羽根の破損を防ぐ。

４）請求項５により、風向案内板（４）が、装置を常に風上を向かせ、風受効果が一層増す。

５）請求項１により、左風車部（１）と右風車部（２）の羽根を重ね合わせているので、従来の風車部を並列の横置きにしたサボニウス型に比べて横幅を短くてき、装置全体が小型で省スペース設置が可能で設置条件が少なくなる。

６）請求項１により設置場所の物体や建物と同化でき鳥の目からは物体や建物の１部と認識することにより鳥の飛行ルートとなりえず鳥類による衝突事故をなくし、装置破損を防ぐことが出来る。

本発明の全体構成図本発明の正面図誘導板の動作を説明する図誘導板によるブレーキ機能の説明左右誘導板同期機構図同期式駆動部の構成同機式駆動部の平面図と側面図

図１は、本発明の垂直連動型風力発電装置の基本構成の全体構成図、図２は正面図である。図１と図２に示すように、本発明の垂直連動型風力発電装置には、筐体（１１）と風車部枠（１２）の２つの部分からなり、風車部枠（１２）には左風車部（１）と右風車部（２）を並列に設けている。
筐体（１１）と風車部枠（１２）は上下の軸（９）（１０）で繋がっており、上下の軸を中心にして風車部枠（１２）は筐体（１１）に対し自由に回転でき、筐体（１１）の足を設置し固定させて、装置全体を設置する。
図３、図４は本装置を上から見た図で左風車部（１）と右風車部（２）の夫々の垂直軸（１−１）（２−１）の上側に各４枚羽根（１−２）（２−２）、下側にギアー（１−３）（２−３）が付いており、各ギアーはタイミングベルト（６）で連結され、発電機（７）がタイミングベルトを通して駆動される。

風車部の羽根の形状は、垂直軸に対して直角方向に風を最大限に受け、回転効率が高まるよう緩やかな半楕円形の形状をしている。羽根の枚数は、実施例では４枚としているが、Ｍ枚（２〜４の整数）でもよい。左風車部（１）の羽根（１−２）と右風車部（２）の羽根（２−２）は、お互いに、接触しない状態で、重なりあっている。例えば、重なり度合いは、羽根面積にたいして、羽根が２枚のときは、４／５以上、羽根が３枚のときは３／４以上、羽根が４枚のときは３／４以上であることが望ましい。

左右の風車部（１）（２）の前方には左右の誘導板（３−１）（３−２）が、後方には風向案内板（４）が風車部枠（１２）に付けられている。風向誘導板には風を受ける部分として風誘導部（３−１−１）（３−２−１）と風受部（３−１−２）（３−２−２）がある。
左右の風誘導部（３−１−１）（３−２−１）は、風が斜めに当たるように、受ける風の流れに沿った形で取り付けられ、受ける風の力で、その左右の風誘導部の先端の間を開閉できる構造とし、左右の風誘導部の間を閉じることにより左風車部（１）、右風車部（２）の夫々の左側、右側に風を流して羽根の風受け効果を高めることができる。
風受部（３−１−２）（３−２−２）は風向誘導板に沿って流れる風に向きあう形で取り付けられ、強風時には風誘導部で受ける力より風受部で受ける力が勝る場合、受けた風の力で風誘導部の先端を押し開け、風を左風車部（１）と右風車部（２）の中央に導いて風車を短時間で停止させ羽根の破損を防ぐことができる。

左誘導板の風誘導部（３−１−１）と風受部（３−１−２）、右誘導板の風誘導部（３−２−１）と風受部（３−２−２）は、夫々、風車部枠に「くの字状」に回動可能に接続されている。風誘導部で受ける力が風受部で受ける力より勝る場合は、風を風車部両端に流し風受け効果を高め、誘導部の力より風受部の力が強くなると風車部中央に風を導いて羽根回転を短時間で停止して羽根の破損を防ぐ役割を果たす。

図５は左右風向誘導板の開閉動作を説明するための左右誘導板同期機構図である。図３、図４の左誘導板（３−１）と右誘導板（３−２）の上部または下部に、左誘導板と一体動作する左ギアー（１３）、右誘導板と一体動作する右ギアー（１４）を取り付け、これらのギアー（１３）（１４）をかみ合うようにし、一方の誘導板の風誘導部、風受部に風を受けて誘導板が動く力が、このギアーを介して他方の誘導板に伝わり他方の風誘導板を動かすことにより、左右誘導板を連動して左右対称に開閉する。
風向案内板は、風車部枠が筐体に対し回転することにより、風車部を常に風上に向ける働きをする。

同期式駆動部の構成を図６に、同期式駆動部を図７（（a）は側面図、（b）は平面図））に示す。右風車部の回転ギアー（２−３）と右風車部逆転用中間ギアー（５）の噛み合わせにより右風車の回転が逆回転となってタイミングベルト（６）に伝わり、タイミングベルト（６）と噛み合っているＮ倍速ギアー（８）に伝達される。このＮ倍速ギアーは、発電機（７）の軸と同軸であることから発電機（７）のローターの回転となって発電される。伝達部には左風車部のギアー（１−３）と右風車部のギアー（２−３）をタイミングべルトで噛み合わせ、左風車部（１）と右風車部（２）の軸を、左風車部（１）と右風車部（２）の２つの羽根が接触しないように同期をとる。タイミングべルトでＮ倍速ギアー（８）を駆動することにより発電機ローターをＮ倍に回転させて発電効率をあげる。駆動部にタイミングベルトを使用しているが部品の耐久性を意図してギアーの組み合わせによる発電機への伝達も可能である。

ビルの屋上に設置して屋上を通過する風を利用したり、船舶の上層甲板に設置して航行中の風を利用して発電し建物あるいは船内の使用電力に充当する。

１左風車部
１−１左風車部の垂直軸
１−２左風車部の４枚羽根
１−３左風車部のギアー
２右風車部
２−１右風車部の垂直軸
２−２右風車部の４枚羽根
２−３右風車部のギアー
３風向誘導板
３−１左誘導板
３−１−１左誘導板の風誘導部
３−１−２左誘導板の風受部
３−２右誘導板
３−２−１右誘導板の風誘導部
３−２−２右誘導板の風受部
４風向案内板
５逆転用中間ギアー
６タイミングベルト
７発電機
８Ｎ倍速ギアー
９筐体と風車部枠接続用上部軸
１０筐体と風車部枠接続用下部軸
１１筐体
１２風車部枠
１３左風向誘導板一体型左ギアー
１４右風向誘導板一体型右ギアー

Claims

垂直軸の上部にＭ枚（Ｍは２〜４の整数）の羽根と下部にギアーを取り付けた風車部（１）（２）を２つ左右に設け、この左右の風車部（１）（２）の羽根が、非接触で、相互に重なり、羽根が入りこむように、並列に配置し、前記各風車部の垂直軸のギアーを、タイミングベルト（６）で繋ぎ、そのタイミングベルト（６）に発電機（７）を接続し、左右の風車部（１）（２）の羽根が接触しないように同期をとって逆回転させ、その駆動力で発電する垂直並列連動型風力発電装置であって、
前記左右の風車部（１）（２）の中央前方に、左誘導板の風誘導部（３−１−１）と風受部（３−１−２）からなる左誘導板（３−１）、右誘導板の風誘導部（３−２−１）と風受部（３−２−２）からなる右誘導板（３−２）を、夫々、風車部枠に「くの字状」に回動可能に左右対称に取り付け、左誘導板（３−１）と右誘導板（３−２）の上部または下部に、左誘導板と一体動作する左ギアー（１３）、右誘導板と一体動作する右ギアー（１４）を取り付け、これらのギアー（１３）（１４）をかみ合うようにし、一方の誘導板の風誘導部、風受部に風を受けて誘導板が動く力が、このギアーを介して他方の誘導板に伝わり他方の風誘導板を動かすことにより、左右誘導板を連動して左右対称に開閉させ、風誘導部に受ける風の力が風受部に受ける力より勝る場合は、左右の誘導板の先端が接する形で閉じて、受けた風を２つの風車部の左右両側に誘導し、発電方向に羽根を回すことを特徴とする垂直並列連動型風力発電装置
前記左右の風向誘導板（３−１）(３−２)は、強風時には左右の風受部（３−１−２）（３−２−２）に受ける力が、左右の風誘導部（３−１−１）（３−２−１）に受ける力より勝る場合は、左右の風向誘導板（３−１−１）（３−２−１）の先端の間が開いて、風を左右風車部の中央部分に通すことにより風車を短時間で止められることを特徴とする請求項１記載の垂直並列連動型風力発電装置。