JP5342382B2 - 垂直軸風車 - Google Patents
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Description
さらに、翼前縁は、一対の支持アーム部材に上下端部を縦線回りの回動自在に支承された縦梁と、縦梁に被され、翼後縁に連続した筒状の膜で構成されている。この構成によれば、極めて安価に翼を作ることができ、かつ軽量であるために運搬の便の悪い山間部での設置が容易であり、またメンテナンスも簡単である。
この風力発電装置は、図示しない基礎台から起立された支柱100と、支柱100の上端に固定された発電部101と、この発電部101の上部に装設された垂直軸風車(以下、単に「風車」という。)102とからなっている。
垂直軸風車102は、縦回転中心軸1、上下一対の支持アーム部材2a、2b、中間アーム部材3及び3本の縦梁4を備えると共に支持棒部材4ごとに図1に斜線を付して示すように縦長の翼5が形成されている。
a:風車102が回転を開始するとき
図6には風車102の回転開始時の各翼5の状態を平面視で示している。
無風状態の下で縦梁4回りの翼5の前進移動が停止しているときに、図6A中の矢印で示す方向の風g1が生じると、風の圧力で翼5は風下に押され、上方視で風下側へ凸形の円弧状に曲がり変形する。これにともない、翼弦の方向が変位する。翼5の翼前縁5aの流線形状は翼弦の方向に倣おうと変位するが、縦梁4が軸部4a、4bを中心として回動するため、この変位は円滑に行われる。
風車102が風を受けて回転を継続しているとき、各翼5は回転軌跡k1上の風上側の半分範囲では風圧で翼後縁5bを回転半径方向内側(縦回転中心軸1に近づく側)へ押され該側に凸状に湾曲されて変位した状態となり、また回転軌跡k1上の風下側の半分範囲では風圧で翼後縁5bを回転半径方向外側(縦回転中心軸1から離れる側)へ押され該側に凸状に湾曲されて変位した状態となる。したがって、セイル10は風車102の回転位置により内外に逆の曲がりとなるように屈曲される。また、翼5の翼前縁5aの流線形状は、縦梁4が軸部4a、4bを中心として回動するため、翼弦の方向に倣って向きを変え、翼後縁5bへと続く円滑な形状を保つため、乱流によるロスを低減する。また、翼高が大きくとられているため、上下からの風の回りこみの影響も低減されている。
各翼5は、セイル10の後端縁10dを線部材11で引張されて任意方向へ屈曲可能であることから、高さ方向の任意位置でピッチ角θ1が変化するように捩り変形することができる。高さ方向の任意位置で風g1、g2の強さが異なる場合、翼5の各高さ箇所はその高さの風力に対応して縦梁4回りへ回動され、該風力に見合ったピッチ角θ1となるように変形される。例えば自然風においては、一般に、上層で風力が強く、下層で弱いが、このような場合にも、各翼5は上下方向各位置で異なる適当なピッチ角θ1となり、風のエネルギーによって効率的に縦回転中心軸1回りの回転力を生成させるものとなる。このように風車102は、高さ方向で風g1、g2の強さや方向が任意に異なる場合にも、風車102は風エネルギーを効率的に回転エネルギーに変換することができる。
各翼5に強風が継続的に当たるときは、風車102は過大な速度で回転するようになるが、このときは各翼5に大きな遠心力が作用し、各翼5は縦梁4回りで縦回転中心軸1から離れる側へ働く。この結果、風上側の各翼5の後縁5bは、遠心力による作用と風圧による作用とが互いに打ち消し合い、ピッチ角θ1がゼロの位置に近づき、さらには縦回転中心軸1から離れる側へ変位された状態となる。この結果、風上の翼5においては正回転方向e1へ回転力を付与するピッチ角θ1から、正回転方向e1の逆側へ回転力を付与するようなピッチ角θ1に変更された状態となり、風車102の回転速度を減殺される方向に作用される。このように、縦回転中心軸1の軸受け強度に対して、許容限度を超えた大きな回転速度での回転を阻止することができ、破壊を防止される。
1 縦回転中心軸
2a 支持アーム部材
2b 支持アーム部材
4 縦梁
5 翼
5a 前縁
5b 後縁
9a 転がり軸受
9b 遮蔽手段
10 セイル
10a 前端縁
10d 後端縁
11 線部材
c1 直筒部
d1 縦線(回動中心)
e1 正回転方向
f1 線止着部
Claims (2)
- 縦長状の複数の翼を備えた垂直軸風車において、
垂直軸風車の縦回転中心軸に上下に間隔をおいて固設された一対の支持アーム部材と、
水平断面外周形状が流線形状である翼前縁と前記翼前縁に連続した翼後縁とを有し、前記一対の支持アーム部材に上下端部を縦線回りの回動自在に支承された複数の翼と、
前記翼後縁よりも前記縦回転中心軸を中心とした正回転方向の後側に間隔を置き、かつ上下方向へ離間した複数位置に設けられ前記縦回転中心軸に回転力を与える作用点となる止着部と、
上下方向に離間した前記翼後縁の複数位置とその後側に位置する複数の線止着部とをそれぞれ結合する線部材とを備え、
前記翼前縁は、前記一対の支持アーム部材に上下端部を縦線回りの回動自在に支承された縦梁と、縦梁に被され、前記翼後縁に連続した筒状の膜で構成された直筒部とから形成され、かつ前記直筒部は前記縦梁よりも大きい内周を有することを特徴とする垂直軸風車。 - 前記縦梁は断面円形であることを特徴とする請求項1記載の垂直軸風車。
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