JP6638952B2 - 風洞付きｗタービン発電機 - Google Patents
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Description
本発明は風力発電機において、小形、軽量、高性能、設置面積が少なく、工事が簡単、故障が少なく、修理が簡単、カットオフ無し、安価で、利用率が高く、初期投資金の回収が早い、風切り音が出ない、鳥類にもよく見える、などの特徴を有する風洞付きＷタービン発電機を提供する。
従来より、横軸プロペラ風力発電機は、小形、中型、大型など世界中で多く使われている。
しかし、実際使用現場においては、強風時の故障や破損、風速２０ｍ〜２５ｍ／秒でのカットオフなど、利用率が低いのが現実である。
例えば定格１ＭＷの風力発電機では、初期投資金約３億円かかるが、実際の利用率は２０％〜３０％発電量で２００ｋＷ〜３００ｋＷと低く、初期投資金を回収するのに長期間掛かっている。
加えて、風切り音による騒音被害・バードストライクなど環境にも問題がある。
しかし、実際使用現場においては、強風時の故障や破損、風速２０ｍ〜２５ｍ／秒でのカットオフなど、利用率が低いのが現実である。
例えば定格１ＭＷの風力発電機では、初期投資金約３億円かかるが、実際の利用率は２０％〜３０％発電量で２００ｋＷ〜３００ｋＷと低く、初期投資金を回収するのに長期間掛かっている。
加えて、風切り音による騒音被害・バードストライクなど環境にも問題がある。
従来の横軸プロペラ風力発電機と風洞付きＷタービン発電機との違いは、３枚羽根の場合、従来型では風の捕捉率は４５％で５５％の風は羽根の隙間から後方へ逃がしていた。更に、羽根の先端では風が外側に拡散し、羽根に風のエネルギーが充分伝わっていなかった。
この問題を解決するため、前タービンは左向き回転のピッチとし、後タービンは右向き回転のピッチとしたＷタービンを取り入れた。
これにより風の捕捉率は２倍の９０％に向上した。
これにより風の捕捉率は２倍の９０％に向上した。
タービンを風洞で覆うと、羽根の先端で風が外側に逃げ拡散するのを防ぎ、風のエネルギーを充分タービンに取込むことができ、風速は風洞外側より風洞内側で約１．５倍速くなり風速の３乗に比例して発電量が増大するのが定理である。
前タービンの左回転と後タービンの右回転により、発電機のローターとステータ―が逆回転となり、相対速度が２倍に増える。発電効率は速度の３乗に比例して増大するのが定理なので、従来型と比べて数倍の発電効率が向上する。
しかし、風洞付きＷタービン発電機は、設計上強度の問題で大型の機種は制作できない。現実的には、タービンの直径５ｍ程度が限界である。
タービン直径５ｍの風洞付きＷタービン発電機は、従来型横軸プロペラ風力発電気の直径１５ｍ〜２０ｍクラス相当の発電量は可能である。
風洞付きＷタービン発電機の特徴は、小形、軽量、高性能、設置面積が少なく、工事が簡単、故障が少なく、修理が簡単、カットオフ無し、安価で、利用率が高く、初期投資金の回収が早い、騒音問題や鳥類の衝突が無い、等長所がある。
１ シャフト
２ ローター
３ ステータ―
４ 永久磁石
５ 巻き線コイル
６ 前タービン
７ 後タービン
８ シャフト支柱
９ 風洞
１０ 風洞支柱
１１ 風向ベアリング
１２ 発電機
１３ シャフト軸受
１４ ロータ・ステータベアリング
１５ 風の流れ
２ ローター
３ ステータ―
４ 永久磁石
５ 巻き線コイル
６ 前タービン
７ 後タービン
８ シャフト支柱
９ 風洞
１０ 風洞支柱
１１ 風向ベアリング
１２ 発電機
１３ シャフト軸受
１４ ロータ・ステータベアリング
１５ 風の流れ
１５より風が風洞に流れ込み、前タービン３枚６に当たり左回転が生じる。
前タービン６の隙間を抜けた風は、後タービン３枚７に当たり右回転が生じる。
前と後のタービンは、羽根の取付け角度を前後逆向きの角度で取付けてある。
前タービン６の隙間を抜けた風は、後タービン３枚７に当たり右回転が生じる。
前と後のタービンは、羽根の取付け角度を前後逆向きの角度で取付けてある。
羽根の先端から外側に拡散しようとする風は、風洞９の内壁に遮られ逃げ場がなく、羽根に当たりタービンの回転速度とトルクの向上に寄与する。
風洞９の後部はラッパ状に広がっており、風洞９外側を通過する風はこれに遮られて後方で空気の渦が発生する。これにより気圧が下がり、風洞９内側の空気の流れが約１．５倍速くなる。
風洞９の後部はラッパ状に広がっており、風洞９外側を通過する風はこれに遮られて後方で空気の渦が発生する。これにより気圧が下がり、風洞９内側の空気の流れが約１．５倍速くなる。
前タービン６に直結したローター２は左回転する。後タービン７に直結したステータ―３は右回転する。ローター２には永久磁石４が取り付けてある。
ステータ―３には巻線コイル５が永久磁石４を挟む形で取り付けてある。
ステータ―３には巻線コイル５が永久磁石４を挟む形で取り付けてある。
永久磁石４と巻線コイル５は互いに反対方向に回転し、相対速度は２倍になる。
発電効率は速度の３乗に比例して向上するのが定理である。
発電効率は速度の３乗に比例して向上するのが定理である。
シャフト１とローター２、シャフト１とステータ―３の間にはベアリング１４が設けてあり、歯車は使用していない。ローター２とステータ―３は全く制限なく自由に左回転も右回転も作動できる。すべて風力のみにより逆回転するので自然体であり故障が少ない。
風洞９の風下側はラッパ状に開いており風の抵抗を受け易くしてある。又風向きベアリング１１により３６０度全方向に回転可能である。従って風向きの変化に対応して自由に風洞９の向を変えることが出来る。
風洞付きＷタービン発電機は、小形、軽量、取付作業が簡単なので、独自に櫓や支柱を設置して取付けるよりも、むしろ既存の建築物や工作物を利用して、風の強いところを選び付帯設備として併設し利用するのが良い。建設費も安く、高性能で発電効率も他の機種と比較して格段に良いので、初期投資金の回収も短期間で終了する。
Claims (3)
- 互に異なる方向に回転する風上側前タービンと風下側後ろタービンを備え、前記風上側前タービンと前記風下側後タービンとの間に発電機を置き、前記発電機は、前記風上側前タービンが永久磁石を備えたローターに直結され、前記風下側後タービンが巻き線コイルを備えたステーターに直結されており、前記巻き線コイル部分が前記永久磁石部分を内側と外側とで挟む構造の発電機であり、前記風上側前タービンと前記風下側後ろタービンの回転力が、前記永久磁石と前記巻き線コイルに直接伝導される構造の横軸風力発電機。
- 請求項１に記載の横軸風力発電機において、前記風上側前タービンと前記風下側後ろタービンの羽根の取付け角度を前後逆向きに取付けた構造の風力発電機。
- 請求項１又は請求項２に記載の横軸風力発電機において、前記風上側前タービンと前記風下側後ろタービンの全体を覆った風洞の風下側一端がラッパ状に開いた構造の横軸風力発電機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015201511A JP6638952B2 (ja) | 2015-09-24 | 2015-09-24 | 風洞付きｗタービン発電機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2015201511A JP6638952B2 (ja) | 2015-09-24 | 2015-09-24 | 風洞付きｗタービン発電機 |
Publications (2)
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| JP2017061917A JP2017061917A (ja) | 2017-03-30 |
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Family
ID=58429388
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2015201511A Expired - Fee Related JP6638952B2 (ja) | 2015-09-24 | 2015-09-24 | 風洞付きｗタービン発電機 |
Country Status (1)
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| JP (1) | JP6638952B2 (ja) |
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- 2015-09-24 JP JP2015201511A patent/JP6638952B2/ja not_active Expired - Fee Related
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