JP6264696B2

JP6264696B2 - ダウンウィンド型風力発電装置

Info

Publication number: JP6264696B2
Application number: JP2014238190A
Authority: JP
Inventors: 丈巳江崎
Original assignee: 株式会社Ｆｅｖ再生可能エネルギー開発技研
Priority date: 2014-11-05
Filing date: 2014-11-05
Publication date: 2018-01-24
Anticipated expiration: 2034-11-05
Also published as: JP2016089818A

Description

本発明は、ダウンウィンド型風力発電機に関するもので、特に安価に効率を改善したもので、ワイヤによって懸下するのに適した装置を提供するものである。

特開２０１０−１６３９５２号公報特開２０１３−２５６９５８号公報

風力発電機は風向が急激に変化した場合、その変化に追随する必要がある。つまり、風向が急激に変化すると風力発電機の向きは、その変化に追随できず遅れて向きが変更される。すると、条件によっては羽に逆回転の力が働き、回転が急激に減速する場合がある。これによって発電効率が落ちるだけでなく、羽が風に対して抵抗となるため、発電機の支持をする部材に大きな力が加わる。特に台風の時などは、強風によって乱流が発生し、急激に風向が変わる場合が多く、このような場合に上記のような現象が発生する。すると発電機の支持をする部材や羽そのものに大きな力が加わり、破損の問題が発生する。

特許文献１および特許文献２に開示されるように、ワイヤで発電機を懸下することによって、発電機の支持手段として、例えば２つの山頂間に渡したワイヤとするものにあっては、支柱のように風を邪魔して乱流の発生することが少ないのであるが、より風向の急激な変化に追随し、さらに風速の低い場合の発電効率を高くするものが求められる。

上記のとおり、特許文献１および特許文献２に開示された、ダウンウィンド型の風力発電機は、多くの特徴を有するのであるが、さらに効率を高めることが求められる。

このため、風上側に開口面積が大きく風下側に開口面積の小さくなるように形成された導風ダクトを一対設け、一方の導風ダクトを羽の回転軸に対して上に、他方の導風ダクトを下に位置させ、一対の導風ダクトの風下側に羽を位置させた。これによって、一対の導風ダクトによる集風効果とともに、風向が急激に変化しても導風ダクトの風上側開口部から風が入ると、導風ダクトの出口側で羽に風が当り、効率よく羽が回転する。

羽の上下に設けた一対の導風ダクトによって、風速が遅い場合にも羽に当たる空気の流速が早くなる。また、風向が急速に変化した場合に発電機がその変化に追随するまでに時間が掛かり、追随するまでの期間は羽に風が斜めに当り、場合によっては羽の回転に制動を掛けるように作用する。しかし一対の導風ダクトによって、常に風が羽に対して正面から当たる。このため、急激に風向が変化しても発電能力が落ちることがない。

また、発電機を支持するワイヤを上下に設け、風向の変化に発電機が追随するため、その上下のワイヤに対して発電機が回転できるように発電機の上下に回転軸を設け、この回転軸の間に羽の軸と一致する方向にメインフィンを設けたため、風向の急変に対してメインフィンによって、発電機がすばやく追随できるようになる。

さらに導風ダクトの断面を矩形に形成し、矩形の上下面を水平に、矩形の左右面を垂直にすると、矩形の左右面の垂直面が補助フィンとなって、風向の急変に対して、発電機がよりすばやく追随できるようになる。

以上のとおり、導風ダクトによって風向の急変に対して、発電機の方向の追随が間に合わない場合であっても、発電効率が低下することがない。また、メインフィンや補助フィンを設けることによって、風向の急激な変化に対して素早く追随することができる。

本発明のダウンウィンド型風力発電装置の実施例１における斜視図。本発明のダウンウィンド型風力発電装置の実施例１における正面図。本発明のダウンウィンド型風力発電装置の実施例２における側面図。

本発明は、風上側に開口面積が大きく風下側に開口面積の小さくなるように形成された導風ダクトを一対設け、一方の導風ダクトを羽の回転軸に対して上に、他方の導風ダクトを下に位置させ、一対の導風ダクトの風下側に羽を位置させた。これによって、一対の導風ダクトによる集風効果とともに、風向が急激に変化しても導風ダクトの風上側開口部から風が入ると、導風ダクトの出口側で羽に風が当り、効率よく羽が回転するようにしたダウンウィンド型の風力発電機である。

図１について、１は上ワイヤであり、２は下ワイヤである。上ワイヤ１と下ワイヤ２は、例えばそれぞれ一対の山頂の間に張られている。３はメインフィンであり、ステンレスや鉄の板より構成され、その上端は上ワイヤプレート４によって上ワイヤ１に結合されている。上ワイヤプレート４はメインフィン３に対して、回転軸５によって回動自在である。

メインフィン３の下端は、下ワイヤプレート６によって下ワイヤ２に結合されている。下ワイヤプレート６はメインフィン３に対して、回転軸７によって回動自在である。

８は上導風ダクトであり、図１および図２に示すように導入口９および排出口１０の形状が扇形である。また導入口９の面積は、排出口１０の面積よりも大きい。

１１は下導風ダクトであり、図１および図２に示すように導入口１２および排出口１３の形状が扇形である。また導入口１２の面積は、排出口１３の面積よりも大きい。

上導風ダクト８および下導風ダクト１１とも、それぞれの排出口１０，１３は上記のとおり扇形をしており、小径Ｒ１は羽１４の径Ｒに対し、１／２〜２／３程度である。また上導風ダクト８および下導風ダクト１１それぞれの排出口１０，１３の大径Ｒ２は羽１４の径とほぼ同一である。

上導風ダクト８および下導風ダクト１１とも、それぞれ扇形の形成する角度はθである。上導風ダクト８の側面および下導風ダクト１１の側面は、それぞれ上補助フィン１５および下補助フィン１６として機能する。１７は発電機ユニットであり、羽１４が軸に固定され、羽の回転によって発電する部分である。

本発明の実施例１は以上のような構成よりなり、次にその動作について説明する。風は上導風ダクト８および下導風ダクト１１の導入口９および導入口１２より入り、排出口１０および排出口１３より排出される。この時に導入口９および導入口１２の面積よりも排出口１０および排出口１３の面積が小さいため、導入口９および導入口１２より入った風の風速よりも排出口１０および排出口１３から出て行く風の風速が速くなる。

また、回転翼の回転エネルギーの９０％程度は、羽の径の外側１／２〜２／３の部分で発生する。よって、この部分の風速を高めることで、羽の回転エネルギーが高まる。本発明のものは、羽の外側を通過する風も、導入口９および導入口１２より集め、羽の径の１／２〜２／３の部分に当てることによって、羽の回転エネルギーを高めている。また風向が急激に変化した場合であっても、導入口９および導入口１２に風が入れば、上導風ダクト８および下導風ダクト１１によって空気の流れが整流され、羽に対してほぼ垂直に風が当たるため、羽の回転効率が大幅に改善される。

さらに、上ワイヤ１および下ワイヤ２に上ワイヤプレート４および下ワイヤプレート６によって結合されたメインフィン３が板によって構成されているため、風向の急激な変化に対してメインフィン３が追従する。特にメインフィン３は、上ワイヤ１および下ワイヤ２間にわたって形成され、十分な面積を有するため、風向の変化に対して追従する作用が発揮される。

また、上導風ダクト８および下導風ダクト１１の側面は、それぞれ上補助フィン１５および下補助フィン１６として機能し、風向の急激な変化に対してさらに追従する能力が向上する。

本発明のダウンウィンド型風力発電装置は、以上のように風向が急激に変化しても、羽に当たる風の流れが大きく変化せず、またその変化に対して短時間で追従できるため、結果として発電能力が向上する。

１上ワイヤ
２下ワイヤ
３メインフィン
４上ワイヤプレート
５上回転軸
６下ワイヤプレート
７下回転軸
８上導風ダクト
９導入口
１０排出口
１１下導風ダクト
１２導入口
１３排出口
１４羽
１５上補助フィン
１６下補助フィン
１７発電機ユニット

Claims

風上側に開口面積が大きく風下側に開口面積の小さくなるように形成され扇形の導風ダクトを一対設け、一方の導風ダクトを羽の回転軸に対して上に、他方の導風ダクトを下に位置させ、前記一対の導風ダクトの風下側に羽を位置させ、前記一対の導風ダクトの排出口も扇形をし、その小径は羽の径に対し１／２〜２／３程度であり、その大径は羽の径と同一であり、さらに風力発電機を支持するワイヤを上下に設け、前記上下のワイヤに対して風力発電機が回転可能になるように風力発電機の上下に回転軸を設け、この回転軸の間に風力発電機の羽の軸と一致する方向にメインフィンを設け、たことを特徴とするダウンウィンド型風力発電装置。