JP4892716B1

JP4892716B1 - 風力発電装置

Info

Publication number: JP4892716B1
Application number: JP2011198953A
Authority: JP
Inventors: 寛川嶋
Original assignee: アイ・ビー・テクノス株式会社
Priority date: 2011-09-13
Filing date: 2011-09-13
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2031-09-13
Also published as: CN102996325A; JP2013060842A

Abstract

【課題】発電効率を飛躍的に高めることができ、強風時でも破損せず発電を行うことができる風力発電装置を提供する。
【解決手段】風を受ける円形の受風面１１ａが、中心軸周りに回転可能に設けられている。複数の垂直ブレード１２が、受風面１１ａの周囲に沿って、受風面１１ａの半径方向に対してそれぞれ同じ角度で斜めに交差するよう、受風面１１ａの中心側から外周側に向かって伸びるよう設けられている。各垂直ブレード１２は、受風面１１ａに対して垂直に風上側に伸びるよう設けられている。複数の外延ブレード１３が、各垂直ブレード１２の外側面に突出して設けられている。各外延ブレード１３は、それぞれ各垂直ブレード１２の中心軸側端部から外周側端部にかけて受風面１１ａ側に傾斜するよう設けられている。発電手段１４が、受風面１１ａの回転により発電を行うようになっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、風力発電装置に関する。

従来の風力発電装置として、プロペラ等を利用した水平軸型のもの（例えば、特許文献１参照）、および、ダリウス型などの垂直軸型のものがある（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１０−１０１２６３号公報特開２００５−８３２０７号公報

従来の水平軸型の風力発電装置は、風の一部がプロペラの間をすり抜けたり、回転面から円周方向に逃げたりすることにより、発電効率が低下するという課題があった。また、従来の垂直軸型の風力発電装置は、風を受ける面が小さく、風向きと反対方向に動く部分があるため、水平軸型に比べて発電効率が低いという課題があった。また、風力発電は、水力発電と比べると発電効率が約半分であるため、できるだけ発電効率を高めたいという要望があった。

さらに、従来の風力発電装置では、強風のときにはプロペラや羽根が破損するため、所定の風速を超えるとプロペラ等の回転を止めるように設定されている。このため、所定の風速を超えたときには発電を行うことができないという課題があった。

本発明は、このような課題に着目してなされたもので、発電効率を飛躍的に高めることができ、強風時でも破損せず発電を行うことができる風力発電装置を提供することを目的としている。

本発明に係る風力発電装置は、風を受け、中心軸周りに回転可能に設けられた円形の受風面と、前記受風面の半径方向に対してそれぞれ同じ角度で斜めに交差するよう前記受風面の中心側から外周に向かって伸びるとともに前記受風面に対して垂直に設けられた複数の垂直ブレードと、各垂直ブレードの中心軸側端部から外周側端部にかけて受風面側に傾斜して各垂直ブレードの外側面に突出して設けられた複数の外延ブレードと、前記受風面の回転により発電を行う発電手段とを、有することを特徴とする。

本発明に係る風力発電装置は、受風面で風を受けることにより発電を行うことができる。すなわち、本発明に係る風力発電装置は、受風面で風を受けると、受風面に沿うように風向が変わる。その向きを変えた風は、受風面の周囲に沿って、受風面に対して垂直に風上側に伸びるよう設けられた各垂直ブレードに当たり、各垂直ブレードの隙間を通って受風面の外周側に抜ける。このとき、その風により各垂直ブレードが外側に向かって押されるため、受風面がその中心軸周りに回転する。受風面の回転方向は、各垂直ブレードが、受風面の半径方向に対してそれぞれ同じ角度で斜めに交差するよう、受風面の中心側から外周側に向かって伸びているため、各垂直ブレードの外周側端部から中心軸側端部に向かう方向となる。

また、各外延ブレードが、各垂直ブレードの外側面に突出して設けられているため、各垂直ブレードのすぐ外側を通過しようとする風が、各外延ブレードに当たる。このとき、その風により各外延ブレードが押されるため、受風面がその中心軸周りに回転する。このときの受風面の回転方向も、各外延ブレードが各垂直ブレードの中心軸側端部から外周側端部にかけて受風面側に傾斜しているため、各垂直ブレードの外周側端部から中心軸側端部に向かう方向となる。この回転方向は、各垂直ブレードによる受風面の回転方向と同じ方向であるため、受風面の回転速度をより高めることができる。

このように、本発明に係る風力発電装置は、各垂直ブレードと各外延ブレードとにより、受風面を高速で回転させることができるため、発電手段により高い発電効率で発電を行うことができる。また、受風面および各外延ブレードで風を受けるため、受けた風を逃さず無駄なく利用することができ、発電効率を飛躍的に高めることができる。各垂直ブレードが風に対して正対しておらず、風の力をまともに受けない構造になっており、また、プロペラのように長い羽根を利用していないため、強風時でも破損せず発電を行うことができる。

本発明に係る風力発電装置は、常に受風面で風を受けるよう、風向きに応じて受風面の向きを変更可能に構成されていることが好ましい。各外延ブレードは、各垂直ブレードに垂直に突出して設けられていることが好ましい。発電手段は、受風面の背後など、風の影響を受けない場所に配置されていることが好ましい。隣り合った外延ブレード同士または隣り合った外延ブレードと垂直ブレードとが、互いに接続されていてもよい。この場合、回転による外延ブレードまたは垂直ブレードのブレや、フラッターなどの振動を抑制することができる。また、これにより、発電効率の低下や、外延ブレードおよび垂直ブレードの破損を防止することができ、安定した発電を行うことができる。

本発明に係る風力発電装置は、任意の複数の前記垂直ブレードの中心軸側端部から外周側端部にかけて受風面側に傾斜して各垂直ブレードの内側面に突出して設けられた複数の内延ブレードを有していてもよい。この場合、各内延ブレードが、任意の複数の垂直ブレードの内側面に突出して設けられているため、各垂直ブレードの内側の受風面に向かう風の一部が、各内延ブレードに当たる。このとき、その風により各内延ブレードが押されるため、受風面がその中心軸周りに回転する。このときの受風面の回転方向も、各内延ブレードがそれぞれ各垂直ブレードの中心軸側端部から外周側端部にかけて受風面側に傾斜しているため、各垂直ブレードの外周側端部から中心軸側端部に向かう方向となる。この回転方向は、各垂直ブレードおよび各外延ブレードによる受風面の回転方向と同じ方向であるため、受風面の回転速度をさらに高めることができる。また、各内延ブレードに当たって通過した風は、さらに受風面に当たるため、各垂直ブレードによる回転に寄与することができる。このように、各内延ブレードを設けることにより、発電効率をさらに高めることができる。各内延ブレードは、各垂直ブレードに垂直に突出して設けられていることが好ましい。

本発明に係る風力発電装置で、各垂直ブレード、各外延ブレードおよび各内延ブレードは翼状の断面形状を成していてもよい。この場合、各垂直ブレード、各外延ブレードおよび各内延ブレードに当たる風により揚力が発生するため、その揚力を利用して、さらに受風面の回転速度を高めることができる。これにより、さらに発電効率を高めることができる。

本発明に係る風力発電装置は、前記受風面の中央部に、風上側に突出して設けられた円錐形状の凸部を有していてもよい。この場合、凸部に当たった風を、凸部の傾斜面から受風面に沿って、受風面の外周側に向かって滑らかに流すことができる。このように、風の流れが乱れないよう、風の流れを制御することができるため、風の持つエネルギーを効率よく利用することができ、発電効率を高めることができる。なお、本発明において、「円錐形状」には、逆ラッパ形のような、側面縦断面が曲線状の形状を含む。

本発明によれば、発電効率を飛躍的に高めることができ、強風時でも破損せず発電を行うことができる風力発電装置を提供することができる。

本発明の実施の形態の風力発電装置を示す斜視図である。図１に示す風力発電装置の正面図である。図１に示す風力発電装置の右側面図である。本発明の実施の形態の風力発電装置の変形例を示す正面図である。

以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
図１乃至図４は、本発明の実施の形態の風力発電装置１０を示している。
図１乃至図３に示すように、風力発電装置１０は、受風板１１と複数の垂直ブレード１２と複数の外延ブレード１３と発電手段１４とを有している。

受風板１１は、薄い円盤形状を成し、中心軸周りに回転可能に構成されている。受風板１１は、一方の表面が円形の受風面１１ａになっている。風力発電装置１０は、常に受風面１１ａで風を受けるよう、風向きに応じて受風面１１ａの向きを調整可能に構成されている。

各垂直ブレード１２は、矩形板状で、受風面１１ａの周囲に沿って取り付けられている。各垂直ブレード１２は、受風面１１ａの半径方向に対してそれぞれ同じ角度で斜めに交差するよう、受風面１１ａの中心側から外周に向かって伸びるよう設けられている。また、各垂直ブレード１２は、受風面１１ａに対して垂直に風上側に伸びるよう設けられている。これにより、各垂直ブレード１２は、受風面１１ａの中心軸側の端部１２ａが、隣の垂直ブレード１２の外周側の端部１２ｂと隣接し、受風面１１ａの外周側の端部１２ｂが、反対隣の垂直ブレード１２の中心軸側の端部１２ａと隣接するよう配置されている。各垂直ブレード１２は、隣り合う垂直ブレード１２との間に隙間１２ｃをあけて配置されている。

各外延ブレード１３は、やや長細い扇形の板状を成し、それぞれ各垂直ブレード１２の外側面の先端に取り付けられている。各外延ブレード１３は、それぞれ各垂直ブレード１２の外側面に沿って、各垂直ブレード１２の外側に向かって伸びるよう外側面に垂直に突出して設けられている。各外延ブレード１３は、外側縁が受風面１１ａの外周縁を風上側に延長した線と一致するよう、円弧状の側縁を外側にして取り付けられている。また、各外延ブレード１３は、それぞれ各垂直ブレード１２の受風面１１ａの中心軸側の端部１２ａから外周側の端部１２ｂにかけて、受風面１１ａの側、すなわち、風下側に傾斜するよう設けられている。なお、垂直ブレード１２および外延ブレード１３は、何枚であってもよく、図１乃至図３に示す具体的な一例では、それぞれ８枚から成っている。

図３に示すように、発電手段１４は、受風板１１の回転により発電を行うよう構成されている。発電手段１４は、風の影響を受けないよう、受風板１１の背後に配置されている。

次に、作用について説明する。
風力発電装置１０は、受風面１１ａで風を受けることにより発電を行うことができる。図２に示すように、風力発電装置１０は、受風面１１ａで風を受けると、受風面１１ａに沿うように風向が変わる。その向きを変えた風は、受風面１１ａの周囲に沿って、受風面１１ａに対して垂直に風上側に伸びるよう設けられた各垂直ブレード１２に当たり、各垂直ブレード１２の隙間１２ｃを通って受風面１１ａの外周側に抜ける。このとき、その風により各垂直ブレード１２が外側に向かって押されるため、受風板１１がその中心軸周りに回転する。受風板１１の回転方向は、各垂直ブレード１２が受風面１１ａの半径方向に対して同じ角度で斜めに交差するよう、受風面１１ａの中心側から外周側に向かって伸びているため、各垂直ブレード１２の受風面１１ａの外周側の端部１２ｂから中心軸側の端部１２ａに向かう方向となる。

また、各外延ブレード１３が、各垂直ブレード１２の外側面の先端に、各垂直ブレード１２の外側に向かって伸びるよう突出して設けられているため、各垂直ブレード１２のすぐ外側を通過しようとする風が、各外延ブレード１３に当たる。このとき、その風により各外延ブレード１３が押されるため、受風板１１がその中心軸周りに回転する。このときの受風板１１の回転方向も、各外延ブレード１３がそれぞれ各垂直ブレード１２に沿って各垂直ブレード１２の中心軸側の端部１２ａから外周側の端部１２ｂにかけて受風面１１ａ側、すなわち、風下側に傾斜しているため、各垂直ブレード１２の受風面１１ａの外周側の端部１２ｂから中心軸側の端部１２ａに向かう方向となる。この回転方向は、各垂直ブレード１２による受風板１１の回転方向と同じ方向であるため、受風板１１の回転速度をより高めることができる。

このように、風力発電装置１０は、各垂直ブレード１２と各外延ブレード１３とにより、受風板１１を高速で回転させることができるため、発電手段１４により高い発電効率で発電を行うことができる。また、受風面１１ａおよび各外延ブレード１３で風を受けるため、受けた風を逃さず無駄なく利用することができ、発電効率を飛躍的に高めることができる。各垂直ブレード１２が風に対して正対しておらず、風の力をまともに受けない構造になっており、また、プロペラのように長い羽根を利用していないため、強風時でも破損せず発電を行うことができる。

なお、風力発電装置１０は、隣り合った外延ブレード１３と垂直ブレード１２とが、互いに接続されていてもよい。この場合、回転による外延ブレード１３または垂直ブレード１２のブレや、フラッターなどの振動を抑制することができる。また、これにより、発電効率の低下や、外延ブレード１３および垂直ブレード１２の破損を防止することができ、安定した発電を行うことができる。

また、図１および図２に示すように、風力発電装置１０は、受風面１１ａの中央部に、風上側に突出して設けられた円錐形状の凸部２１を有していてもよい。この場合、凸部２１に当たった風を、凸部２１の傾斜面から受風面１１ａに沿って、受風面１１ａの外周側に向かって滑らかに流すことができる。このように、風の流れが乱れないよう、風の流れを制御することができるため、風の持つエネルギーを効率よく利用することができ、発電効率を高めることができる。

図４に示すように、風力発電装置１０は、各垂直ブレード１２のうち任意の複数の垂直ブレード１２の内側面の先端に、複数の内延ブレード２２を有していてもよい。この場合、各内延ブレード２２は、それぞれ各垂直ブレード１２の内側面に沿って、各垂直ブレード１２の内側に向かって伸びるよう内側面に垂直に突出して設けられている。また、各内延ブレード２２は、それぞれ各垂直ブレード１２の受風面１１ａの中心軸側の端部１２ａから外周側の端部１２ｂにかけて、受風面１１ａ側、すなわち、風下側に傾斜するよう設けられている。

この内延ブレード２２を設ける場合、各内延ブレード２２が、各垂直ブレード１２のうち複数の垂直ブレード１２の内側面に、各垂直ブレード１２の内側に向かって伸びるよう突出して設けられているため、各垂直ブレード１２の内側の受風面１１ａに向かう風の一部が、各内延ブレード２２に当たる。このとき、その風により各内延ブレード２２が押されるため、受風板１１がその中心軸周りに回転する。このときの受風板１１の回転方向も、各内延ブレード２２がそれぞれ各垂直ブレード１２に沿って各垂直ブレード１２の中心軸側の端部１２ａから外周側の端部１２ｂにかけて受風面１１ａ側、すなわち、風下側に傾斜しているため、各垂直ブレード１２の受風面１１ａの外周側の端部１２ｂから中心軸側の端部１２ａに向かう方向となる。この回転方向は、各垂直ブレード１２および各外延ブレード１３による受風板１１の回転方向と同じ方向であるため、受風板１１の回転速度をさらに高めることができる。また、各内延ブレード２２に当たって通過した風は、さらに受風面１１ａに当たるため、各垂直ブレード１２による回転に寄与することができる。このように、各内延ブレード２２を設けることにより、発電効率をさらに高めることができる。図４に示す具体的な一例では、各内延ブレード２２は２枚であるが、何枚であってもよい。各内延ブレード２２は、バランスを考慮して、受風面１１ａの中心軸に対して対称な位置に配置されていることが好ましい。

風力発電装置１０は、各垂直ブレード１２、各外延ブレード１３および各内延ブレード２２が、翼状の断面形状を成していてもよい。この場合、各垂直ブレード１２、各外延ブレード１３および各内延ブレード２２に当たる風により揚力が発生するため、その揚力を利用して、さらに受風面１１ａの回転速度を高めることができる。これにより、さらに発電効率を高めることができる。

１０風力発電装置
１１受風板
１１ａ受風面
１２垂直ブレード
１３外延ブレード
１４発電手段
２１凸部
２２内延ブレード

Claims

風を受け、中心軸周りに回転可能に設けられた円形の受風面と、
前記受風面の半径方向に対してそれぞれ同じ角度で斜めに交差するよう前記受風面の中心側から外周に向かって伸びるとともに前記受風面に対して垂直に設けられた複数の垂直ブレードと、
各垂直ブレードの中心軸側端部から外周側端部にかけて受風面側に傾斜して各垂直ブレードの外側面に突出して設けられた複数の外延ブレードと、
前記受風面の回転により発電を行う発電手段とを、
有することを特徴とする風力発電装置。
任意の複数の前記垂直ブレードの中心軸側端部から外周側端部にかけて受風面側に傾斜して各垂直ブレードの内側面に突出して設けられた複数の内延ブレードを有することを特徴とする請求項１記載の風力発電装置。
各垂直ブレード、各外延ブレードおよび各内延ブレードは翼状の断面形状を成していることを特徴とする請求項２記載の風力発電装置。
前記受風面の中央部に、風上側に突出して設けられた円錐形状の凸部を有することを特徴とする請求項１、２または３記載の風力発電装置。