JPH09242658A - ツイン風車式発電装置 - Google Patents
ツイン風車式発電装置Info
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- JPH09242658A JPH09242658A JP8073180A JP7318096A JPH09242658A JP H09242658 A JPH09242658 A JP H09242658A JP 8073180 A JP8073180 A JP 8073180A JP 7318096 A JP7318096 A JP 7318096A JP H09242658 A JPH09242658 A JP H09242658A
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- Japan
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- wind turbine
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- frame
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-
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction
Landscapes
- Wind Motors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 縦型の風車を使う風力発電のエネルギー変換
効率を上げ、コンパクトな装置でも大きな出力が得ら
れ、且つ装置の設置が一本のパイプタワーに取り付けら
れるだけの簡単な構造の装置を得る事を目的とする。 【構成】 ２つの１対の縦形の風車を、フードプレート
とウェッジノーズとで風の増速流路を構成してあるフレ
ームにセットし、両方の風車に出て来る出力を傘歯車に
よって１本の軸に合力して、発電機を駆動させる構成で
ある。
効率を上げ、コンパクトな装置でも大きな出力が得ら
れ、且つ装置の設置が一本のパイプタワーに取り付けら
れるだけの簡単な構造の装置を得る事を目的とする。 【構成】 ２つの１対の縦形の風車を、フードプレート
とウェッジノーズとで風の増速流路を構成してあるフレ
ームにセットし、両方の風車に出て来る出力を傘歯車に
よって１本の軸に合力して、発電機を駆動させる構成で
ある。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は空気の流れを機構的に増
速して、縦型ツイン羽根車に当て、高速回転させて発電
機を駆動する風力発電装置に関する。
速して、縦型ツイン羽根車に当て、高速回転させて発電
機を駆動する風力発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の風力発電装置において、縦型羽根
車を使う場合では、代表的なサボニウス型風車やダリュ
ウス型風車、又はジャイロミル形風車やパドル形風車に
見られる様に、その構造は一つのローターだけで構成さ
れている。風力発電の場合気流のエネルギー密度が薄い
上に分布密度も不均一であるので、実用的な発電規模の
装置を製作するには、エネルギーを取り込む風車には相
当に大きなものを用意する事になる。縦型風車装置の場
合大形の風車を支える機構は構造的にプロペラ形より複
雑になる為、特殊な目的以外現状では使用例が少なく大
形の装置はプロペラ形の方が圧倒的に多くなっている。
車を使う場合では、代表的なサボニウス型風車やダリュ
ウス型風車、又はジャイロミル形風車やパドル形風車に
見られる様に、その構造は一つのローターだけで構成さ
れている。風力発電の場合気流のエネルギー密度が薄い
上に分布密度も不均一であるので、実用的な発電規模の
装置を製作するには、エネルギーを取り込む風車には相
当に大きなものを用意する事になる。縦型風車装置の場
合大形の風車を支える機構は構造的にプロペラ形より複
雑になる為、特殊な目的以外現状では使用例が少なく大
形の装置はプロペラ形の方が圧倒的に多くなっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】風力発電の場合、気流
が持っているエネルギーの密度は非常に小さい上に、分
布が不均一である為、これを利用して発電機を安定して
駆動させようとすると、気流の運動のエネルギーを直接
受ける風車の大きさは大きくすることは避けられい。特
に風車の出力係数は風車の受風面積に反比例するので、
幅の狭い細長いブレードを１〜３枚にしたプロペラ方式
のものが広く普及している。しかし風車の実際の出力は
受風する風の速度の３乗と受風面積に比例するので、高
い出力係数を維持しながら大出力を求める場合はブレー
ドの長さを長くせざるを得ない。しかしブレードの長さ
が長くなってプロペラの外径が大きくなると、プロペラ
の周速度が大きくなるので、回転速度は低く設定しなけ
ればならない。その為発電機を駆動するのに増速比の大
きな増速装置が必要になる。しかしこの増速比の大きい
装置では歯車の伝達効率が低くなる事は避けられず、必
要起動トルクも大きくなるので風車で風より受け取った
エネルギーのうち発電に利用できる率が低くなる事が避
けられないという問題点があった。一方縦型の風車を使
用する装置では、風車の径を大きくするとそれを支える
支持機構が大きくなり、複雑になる問題がある。又起動
トルクはプロペラ型より大きいが、出力係数がプロペラ
型に比較して低いので、結局実用的大形の風力発電の装
置ではほとんどがプロペラ形の発電装置しか使われてい
ないという問題点もある。
が持っているエネルギーの密度は非常に小さい上に、分
布が不均一である為、これを利用して発電機を安定して
駆動させようとすると、気流の運動のエネルギーを直接
受ける風車の大きさは大きくすることは避けられい。特
に風車の出力係数は風車の受風面積に反比例するので、
幅の狭い細長いブレードを１〜３枚にしたプロペラ方式
のものが広く普及している。しかし風車の実際の出力は
受風する風の速度の３乗と受風面積に比例するので、高
い出力係数を維持しながら大出力を求める場合はブレー
ドの長さを長くせざるを得ない。しかしブレードの長さ
が長くなってプロペラの外径が大きくなると、プロペラ
の周速度が大きくなるので、回転速度は低く設定しなけ
ればならない。その為発電機を駆動するのに増速比の大
きな増速装置が必要になる。しかしこの増速比の大きい
装置では歯車の伝達効率が低くなる事は避けられず、必
要起動トルクも大きくなるので風車で風より受け取った
エネルギーのうち発電に利用できる率が低くなる事が避
けられないという問題点があった。一方縦型の風車を使
用する装置では、風車の径を大きくするとそれを支える
支持機構が大きくなり、複雑になる問題がある。又起動
トルクはプロペラ型より大きいが、出力係数がプロペラ
型に比較して低いので、結局実用的大形の風力発電の装
置ではほとんどがプロペラ形の発電装置しか使われてい
ないという問題点もある。
【０００４】その為本発明では次の２つの課題を解決の
目的とした。即ち １，装置としての受風面積は大きく取りながら、風車は
高速回転が出来る外径の小さなものが使え、増速装置の
歯車の増速比を低く押さえられて、高い伝達効率が得ら
れるようにする。 ２，風車の出力が受風速度の３乗に比例するという原理
を利用して、自然風を直接風車に衝突させる前に増速し
て、コンパクトな設計でも大きな出力が得られるように
する。
目的とした。即ち １，装置としての受風面積は大きく取りながら、風車は
高速回転が出来る外径の小さなものが使え、増速装置の
歯車の増速比を低く押さえられて、高い伝達効率が得ら
れるようにする。 ２，風車の出力が受風速度の３乗に比例するという原理
を利用して、自然風を直接風車に衝突させる前に増速し
て、コンパクトな設計でも大きな出力が得られるように
する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する為
次のような方策を取る事にした。即ち自然流の気流を直
接風車の受風面に当てて回転力を得る従来の方式では、
風力エネルギーの変換効率に一定の限界がある為上記の
課題の解決にはならないから、その限界の変換効率を越
える方法として機構的に風速を増すという方法を採る。
次のような方策を取る事にした。即ち自然流の気流を直
接風車の受風面に当てて回転力を得る従来の方式では、
風力エネルギーの変換効率に一定の限界がある為上記の
課題の解決にはならないから、その限界の変換効率を越
える方法として機構的に風速を増すという方法を採る。
【０００６】自然気流の風力エネルギーの変換効率の限
界を越えるには、風車の受風面より上流に於いて自然風
が風車に当たる前に風の速度を増速し、同時に風車の受
風面の面積を大きくする方法しかない。その原理を実現
する為装置に入る自然気流を２つに分かれた流路に導
き、流路の断面積を絞る方法で増速し、その流路から吹
き出される風が縦型のツインの風車の受風側ブレードに
衝突するように装置を設計する。そして両方の風車の回
転軸に出てくる回転駆動力を１本の回転軸に集めて発電
機が駆動出来る様にする。
界を越えるには、風車の受風面より上流に於いて自然風
が風車に当たる前に風の速度を増速し、同時に風車の受
風面の面積を大きくする方法しかない。その原理を実現
する為装置に入る自然気流を２つに分かれた流路に導
き、流路の断面積を絞る方法で増速し、その流路から吹
き出される風が縦型のツインの風車の受風側ブレードに
衝突するように装置を設計する。そして両方の風車の回
転軸に出てくる回転駆動力を１本の回転軸に集めて発電
機が駆動出来る様にする。
【０００７】
【作用】自然風を通す流路が先細りの構造になっている
と、通風断面積が絞られるのでそこを通る空気の流速が
上がる。２つの流路から増速された気流をそれぞれ２つ
の風車の受風面に導いて回転力を発生させると、両方の
風車に出て来る回転力は互いに反対方向の回転力とな
る。これを相対する向きにセットした傘歯車に伝達し、
その両方の傘歯車の間にあって同時に両方に噛み合って
いる１つの傘歯車に回転力を合流させ発電機を駆動出来
る様にする。この方法を採ると風車装置の風向に垂直な
面の受風投影面積がどの様な大きさになってもツインの
風車の外径は自由に設計出来る。つまり風車の外径は小
さいが実質的な受風面積は大きく、風車には高速化され
た気流が吹き付けられて効率の高いエネルギー変換が行
われる装置になる。
と、通風断面積が絞られるのでそこを通る空気の流速が
上がる。２つの流路から増速された気流をそれぞれ２つ
の風車の受風面に導いて回転力を発生させると、両方の
風車に出て来る回転力は互いに反対方向の回転力とな
る。これを相対する向きにセットした傘歯車に伝達し、
その両方の傘歯車の間にあって同時に両方に噛み合って
いる１つの傘歯車に回転力を合流させ発電機を駆動出来
る様にする。この方法を採ると風車装置の風向に垂直な
面の受風投影面積がどの様な大きさになってもツインの
風車の外径は自由に設計出来る。つまり風車の外径は小
さいが実質的な受風面積は大きく、風車には高速化され
た気流が吹き付けられて効率の高いエネルギー変換が行
われる装置になる。
【０００８】
【実施例】上記に述べた原理を利用した実施例を図面に
よって説明する。図１に示す様に支柱６は風車やその他
の装置がセットされたフレーム３の一点を支える構造に
なって居る。左右に互いに反対方向に回転する一対の風
車１と２がセットされている。そのフレーム３の中心に
は図３に示す様に楔形のウェッジノーズ４があり、両サ
イドにはフードプレート５が設けられ、通過する風を増
速する風洞を形成している。フレーム３は風向きに順応
する様に一本の支柱６で支え、風がどの方向から来ても
支柱６を中心に回転出来、ウェッジノーズ４の先端が必
ず風上に向く様に、中心よりずれた位置で支柱６に取り
付けられている。今風上から矢印のように気流が流れて
いる場合を想定すると、気流はウェッジノーズ４によっ
て左右に分れ、両側のフードプレート５との間に形成さ
れる流路を通って風車１と２に吹き付けられる。この時
流路の断面積は先絞りの形になっているので気流は増速
され、風車１と２のブレードに衝突する時には互いに反
対方向に回転力を発生する。その回転力は図４に示すよ
うに、風車の回転軸１.a及び２.aに発生し、ベルト１４
によってプーリー１.c及び２.cからギヤーボックス９の
プーリー ７及び８に伝達される。互いに逆方向に回転
するプーリー ７及び８の回転力は、それぞれ同じ軸に
セットされて、向かい合って取り付けられている傘歯車
７.a及び８.aに伝わり、同時に両者の間に挟まった状態
で噛み合っている小傘歯車１０を駆動し、同軸上のプー
リー１０.aから発電機１１に伝達される。
よって説明する。図１に示す様に支柱６は風車やその他
の装置がセットされたフレーム３の一点を支える構造に
なって居る。左右に互いに反対方向に回転する一対の風
車１と２がセットされている。そのフレーム３の中心に
は図３に示す様に楔形のウェッジノーズ４があり、両サ
イドにはフードプレート５が設けられ、通過する風を増
速する風洞を形成している。フレーム３は風向きに順応
する様に一本の支柱６で支え、風がどの方向から来ても
支柱６を中心に回転出来、ウェッジノーズ４の先端が必
ず風上に向く様に、中心よりずれた位置で支柱６に取り
付けられている。今風上から矢印のように気流が流れて
いる場合を想定すると、気流はウェッジノーズ４によっ
て左右に分れ、両側のフードプレート５との間に形成さ
れる流路を通って風車１と２に吹き付けられる。この時
流路の断面積は先絞りの形になっているので気流は増速
され、風車１と２のブレードに衝突する時には互いに反
対方向に回転力を発生する。その回転力は図４に示すよ
うに、風車の回転軸１.a及び２.aに発生し、ベルト１４
によってプーリー１.c及び２.cからギヤーボックス９の
プーリー ７及び８に伝達される。互いに逆方向に回転
するプーリー ７及び８の回転力は、それぞれ同じ軸に
セットされて、向かい合って取り付けられている傘歯車
７.a及び８.aに伝わり、同時に両者の間に挟まった状態
で噛み合っている小傘歯車１０を駆動し、同軸上のプー
リー１０.aから発電機１１に伝達される。
【０００９】自然の風はその強さが不規則で、強弱の差
が大きい。風力発電としては出来るだけ安定した状態で
作動することが望ましい。図５は風車の回転速度の安定
化装置を示す。フラッパー５.aはフード５に、フラッパ
ー４.aはウェッジノーズ４にそれぞれ取り付けられ、両
方をリンク１２で連結し連動するようになっている。引
っ張りバネ１３によって風車のブレードには風が最大限
に当たるようにセットされているが、強力な風が来る
と、フラッパー４.a及び５.aには風圧が掛かり、両方と
も外側に押し出す。その場合リンク１２で連結されてい
るフラッパー４.a及び５.aは風が風車を通り過ぎる方向
に動く。即ち強力な風や突風が来た時にはフラッパー
４.b及び５.bは風車１及び２に衝突する風を逃がして暴
走状態にならない様に作用する。つまり風車の回転速度
をコントロールするガバナーの役割をする。
が大きい。風力発電としては出来るだけ安定した状態で
作動することが望ましい。図５は風車の回転速度の安定
化装置を示す。フラッパー５.aはフード５に、フラッパ
ー４.aはウェッジノーズ４にそれぞれ取り付けられ、両
方をリンク１２で連結し連動するようになっている。引
っ張りバネ１３によって風車のブレードには風が最大限
に当たるようにセットされているが、強力な風が来る
と、フラッパー４.a及び５.aには風圧が掛かり、両方と
も外側に押し出す。その場合リンク１２で連結されてい
るフラッパー４.a及び５.aは風が風車を通り過ぎる方向
に動く。即ち強力な風や突風が来た時にはフラッパー
４.b及び５.bは風車１及び２に衝突する風を逃がして暴
走状態にならない様に作用する。つまり風車の回転速度
をコントロールするガバナーの役割をする。
【００１０】プーリー１.c及び２.cには図４に示す様に
風車の回転軸１.a及び２.a との間にはワンウエイクラ
ッチ１.b及び２.bを介在させ、装置に入る風の方向の変
化によって左右の風車の回転速度がアンバランスになっ
た時でも、速度の遅い方の回転軸のプーリーはスリップ
して風車に発生する回転力がどの様な状態でもロスなく
有効に発電機に伝達されるようにする。
風車の回転軸１.a及び２.a との間にはワンウエイクラ
ッチ１.b及び２.bを介在させ、装置に入る風の方向の変
化によって左右の風車の回転速度がアンバランスになっ
た時でも、速度の遅い方の回転軸のプーリーはスリップ
して風車に発生する回転力がどの様な状態でもロスなく
有効に発電機に伝達されるようにする。
【００１１】風車の出力は受風速度によって大きな差が
出るが、自然風を直接風車に衝突させて回転エネルギー
に変換する方式よりも、図６の様にフードプレート５を
省略してウエッジノーズ４だけにした単純な構造して
も、その表面を流れる風の速度は自然風より相当に増速
されるので、風車のエネルギー変換効率を大きく改善す
る事が出来る。強風の発生しやすい場所ではこの方式が
有効である。
出るが、自然風を直接風車に衝突させて回転エネルギー
に変換する方式よりも、図６の様にフードプレート５を
省略してウエッジノーズ４だけにした単純な構造して
も、その表面を流れる風の速度は自然風より相当に増速
されるので、風車のエネルギー変換効率を大きく改善す
る事が出来る。強風の発生しやすい場所ではこの方式が
有効である。
【００１２】
【発明の効果】風力エネルギーの変換効率には一定の限
界があり、理想風車でも６０％を越えることは出来な
い。風車の実際の出力は風車の受風面積に比例し、風速
の３乗に比例するので、本発明はこの原理を２つの風車
を使って機構的に実現した。その結果１つの風車を使う
方式よりコンパクトな設計でありながら、発電に適した
風車の高速回転作動を可能にし、大きな出力が出る風車
を製作することが可能になった。内部に気流の流速を上
げられる２本の風洞を設けた箱形のフレームは１本のパ
イプタワーの支柱６で簡単に支持する事が出来、小径の
縦形の一対の風車１と２は発電機１１を作動する為の歯
車装置の増速比がは小さいので動力伝達効率が高く、実
質的な風車の受風面積はフレームの投影面積に該当する
ので、従来の一個の縦型風車を使ったどのタイプの風力
発電装置よりも風力エネルギーの変換効率の高い実用装
置を製作することが可能になった。
界があり、理想風車でも６０％を越えることは出来な
い。風車の実際の出力は風車の受風面積に比例し、風速
の３乗に比例するので、本発明はこの原理を２つの風車
を使って機構的に実現した。その結果１つの風車を使う
方式よりコンパクトな設計でありながら、発電に適した
風車の高速回転作動を可能にし、大きな出力が出る風車
を製作することが可能になった。内部に気流の流速を上
げられる２本の風洞を設けた箱形のフレームは１本のパ
イプタワーの支柱６で簡単に支持する事が出来、小径の
縦形の一対の風車１と２は発電機１１を作動する為の歯
車装置の増速比がは小さいので動力伝達効率が高く、実
質的な風車の受風面積はフレームの投影面積に該当する
ので、従来の一個の縦型風車を使ったどのタイプの風力
発電装置よりも風力エネルギーの変換効率の高い実用装
置を製作することが可能になった。
【図１】装置の斜視図
【図２】（イ）横の側面図（ロ）後の側面図
【図３】
【図２】（イ）のＡ−Ａ面の断面図
【図４】装置の動力伝達経路図
【図５】フラッパーの作動説明図
【図６】ウエッジノーズだけで風速を増す風車装置の断
面図
面図
１，２ 風車 １.a ２.a 回転軸 １.b ２.b ワンウェイクラッチ １.c ２.c プーリー ３ フレーム ４ ウェッジノーズ ５ フードプレート ４.a ５.a フラッパー ６ 支柱 ７，８ プーリー ７.a ８.a １０ 傘歯車 １０.a １１.a プーリー １１ 発電機 １２ リンク １３ 引っ張りバネ １４ ベルト
Claims (4)
- 【請求項１】 ウェッジノーズ４とフードプレート５で
風速を増す２本の流路を設けた箱形のフレーム３に、互
いに反対方向に回転する一対の風車１と２をセットし、
上記の風車１と２に出て来る回転力を、それぞれ２つの
傘歯車７.aと８.aに伝え、この２つの傘歯車の両方に噛
み合っている傘歯車１０に回転力を合流させて、発電機
１１を駆動出来るようにしている構造が特徴のツイン風
車式発電装置 - 【請求項２】 ウェッジノーズ４とフードプレート５で
形成する２本の風の流路にフラッパー４.aと４.b及び
５.aと５.bを設け、それぞれをリンク１２で連結し、風
の強さに連動して動くようにし、風車１と２の回転速度
の変動を押さえるようにしてある機構が特徴の請求項１
記載のツイン風車式発電装置 - 【請求項３】 ツインの風車１と２の回転軸１.a及び
２.aとプーリー１.c及び２.cとの間にワンウエイクラッ
チ１.b及び２.bを設け、風の吹く方向が急に変化したと
きに風車１及び２の回転速度にアンバランスが発生して
も、安定して回転力の伝達が出来る様にしてある構造が
特徴の請求項１記載のツイン風車式発電装置 - 【請求項４】 ツインの風車１と２が衝突させる風を、
フードプレート５を省略して流路を作らず、ウェッジノ
ーズ４の楔形の曲面だけで増速させる方法が特徴の請求
項１記載のツイン風車式発電装置
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8073180A JPH09242658A (ja) | 1996-03-04 | 1996-03-04 | ツイン風車式発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8073180A JPH09242658A (ja) | 1996-03-04 | 1996-03-04 | ツイン風車式発電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09242658A true JPH09242658A (ja) | 1997-09-16 |
Family
ID=13510694
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8073180A Pending JPH09242658A (ja) | 1996-03-04 | 1996-03-04 | ツイン風車式発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09242658A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100420537B1 (ko) * | 2001-03-14 | 2004-03-02 | 백운철 | 풍력발전기의 회전력 결합장치 |
| JP2009275690A (ja) * | 2008-05-17 | 2009-11-26 | Kazumasa Osawa | 風力制御式風力発電装置 |
| WO2010021731A3 (en) * | 2008-08-22 | 2010-05-20 | Natural Power Concepts, Inc. | Column structure with protected turbine |
| CN101907070A (zh) * | 2010-08-06 | 2010-12-08 | 曹付德 | 防风治沙风力发电机组 |
| KR101015437B1 (ko) * | 2009-09-10 | 2011-02-22 | 유영실 | 풍력발전용 편심 이중 회전자 구조체 |
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| JP2014043849A (ja) * | 2012-08-28 | 2014-03-13 | Kazumasa Osawa | 自律制御風力発電装置 |
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| KR101508304B1 (ko) * | 2012-11-30 | 2015-04-06 | (주)자운영 | 수직형 풍력발전기 |
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-
1996
- 1996-03-04 JP JP8073180A patent/JPH09242658A/ja active Pending
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