JP6031208B1 - 垂直軸型風力発電機用風車の羽根 - Google Patents
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Abstract
Description
垂直軸型の風車では、特許文献1などが知られている。特許文献1は簡易構造のサボニウス風車の特徴を極力犠牲にすることなく、低回転数域で高トルクを発生すべく、風車の羽根の外端寄りの位置において、羽根外端寄りが受風凹曲面側に相対的にずれるように、逆Z字状又はZ字状の階段状に屈曲させた構造であり、階段状の段差板の外面で受ける風力は、本来の凹曲面で受ける風力を補助する作用をする。その結果、低回転数域でも高トルクを発生する。
このような問題を解消すべく特許文献2のように、回転方向と逆方向に作用する力を少なくし、図4のような回転方向に効果的に作用する羽根形状とする改良を提案した。通常の風力発電機用の風車( 羽根) は、[ 抗力] 又は、[ 揚力] の何れかの作用を利用して風車( 羽根) を回転させているが、図1のように、特許文献2の垂直軸型風力発電機用の風車( 羽根) は、羽根1の表面2で受ける気流の進行方向の物体に当たる力である[ 抗力の力] を利用する事は無論の事、そこから発生する上下の圧力差による垂直方向の力である[ 揚力の力] も同時に生かし利用するという大きな特徴を持つ風車( 羽根) である。すなわち、表面2の凸曲面より半径の小さな凹曲面3が裏側すなわち羽根1の周回中心軸6側に形成されている。
その特徴の一つである[ 抗力] と同時に[ 揚力] も生み出す方法は、(a) 羽根と、(b) 図2に示すストラット4其々の裏側の形状を凹彎曲3、5にする事により、一度の風の力で二倍の風の力を生み出せる斬新な垂直軸型風力発電機用の風車( 羽根) となっている。
羽根1の裏側を凹彎曲形状3に整形開始する位置は、図4に示す前頭部21から45%の部位がベストである。
また、特許文献2の垂直軸型風力発電機用風車 (羽根 )の特徴の一つでもある風車 (羽根 )の製造に関しては、材質は軽量で強度のあるアルミ合金 (AL -5025 )を使用し、図4のように全体のほぼ中心部から前後に二分割された押圧工法又は引き抜きにより、パイプ形状の中空形状に整形されている。
なお、開閉構造の翼Mは板状をしており、その前端をヒンジHで羽根1の外面に取付けてある。従って、(1).風Wに向かって羽根1が周回している場合は、風圧で開閉翼Mは閉じられるが、(2).180度周回移動して風Wが後端の凹曲面3を押す状態になると、開閉翼Mが風圧で押し開かれると共に開閉翼Mの広い面で風圧を受ける状態となり、より効果的に押圧力を利用できる。
さらに周回移動して、(1).開閉翼Mが閉じる方向の風圧を前端から受けるようになると、開閉翼Mが閉じて、羽根1を押し戻す方向の力は最小となる。
ところが、特許文献2のように、羽根1にヒンジHを介して開閉構造の翼Mを設ける構造にすると、開閉翼Mが確実に開閉しない恐れがあり、またストラット後端のように袋状に形成することも可能だが、入り口が狭いため風圧を十分に生かせない。
本発明の技術的課題は、このような問題に着目し、追い風を効果的に利用して風車の周回を速め、風力発電に寄与することを課題とする。
前記狭隘部より前側は、前寄りが次第に間隔が拡がり、前記後壁寄りが最大となっており、
しかも、前記の空洞を外気と連通する穴を少なくとも内側面に、かつ前記後壁寄りに開けたことを特徴とする垂直軸型風力発電機用風車の羽根である。
そのため、前記狭隘部11を通過した噴流の受ける空気抵抗が次第に低下し、前記後壁8寄りで最低となり、最高速で前記の後壁8を押して、風車を更に押して周回させる。従って、羽根1が後ろから押される風圧も受けて円滑に周回する。
さらに、前記の空洞Cを外気と連通する穴h…を少なくとも内側面10の前寄りすなわち後壁8寄りに開けてあるので、前記空洞Cの空気圧が低下して外気圧に近づくため、前記の狭隘部11を通過した風が噴流となって前記後壁8に衝突し、羽根1を更に前進させる力となり、風車を更に周回させる。
こうして組み立てた羽根1を風車に組み立てると、図6のように、後方からも追い風を受けて、風車を周回させる。羽根1をストラット4の外端に取付けるには、中央の鉛直軸15を用い、さらに後寄りの鉛直軸16を介して、後方も支持してある。なお、羽根1よりは内側に、ストラット4の外端寄りに前記の押圧溝12を設けてある。すなわち、先端が凸形状13の押圧溝12をストラット4の外端寄りに取付けてあるので、前記のように、追い風を有効利用してより効果的に周回する。
2 表面
21 前頭部
22 羽根の後部
3 凹曲面
4 ストラット
5 凹彎曲
23 後方の薄い部分
6 センターシャフト
M 開閉翼
H ヒンジ
7 前半部
8 後壁
9 外壁面
10内側面
C 空洞
11狭隘部
D 開いた後側
h…穴
12押圧溝
13、凸形状の前面
14邪魔板
15・16鉛直軸
Claims (3)
- 鉛直の中心軸に放射状に取付けた複数本の水平アームの外端で、鉛直に立った羽根であって、その水平断面形状は流線形状をしており、後部において鉛直に横断方向に立った後壁と、凸円弧状の外壁面と前記中心軸側に立った内側面とで囲まれた空洞は、前記外壁面と内側面との間隔が最も狭くなった狭隘部より後側は後向きに次第に広くなり、そして後端から追い風が流入するように開口し、
前記狭隘部より前側は、前寄りが次第に間隔が拡がり、前記後壁寄りが最大となっており、
しかも、前記の空洞を外気と連通する穴を少なくとも内側面に、かつ前記後壁寄りに開けたことを特徴とする垂直軸型風力発電機用風車の羽根。 - 前記の狭隘部を形成すべく、少なくとも内側面が曲がった形状になっていることを特徴とする請求項1に記載の垂直軸型風力発電機用風車の羽根。
- 前記の水平アームに鉛直に固定された押圧溝は、追い風を受ける背面が凹溝状であり、前面は凸形状になることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の垂直軸型風力発電機用風車の羽根。
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