JPH11201018A - 発電設備 - Google Patents

発電設備

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JPH11201018A
JPH11201018A JP10005205A JP520598A JPH11201018A JP H11201018 A JPH11201018 A JP H11201018A JP 10005205 A JP10005205 A JP 10005205A JP 520598 A JP520598 A JP 520598A JP H11201018 A JPH11201018 A JP H11201018A
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JP
Japan
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straight
pressure receiving
wind turbine
blade
wind
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Application number
JP10005205A
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English (en)
Inventor
Mitsunori Murakami
光功 村上
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Hitachi Zosen Corp
Original Assignee
Hitachi Zosen Corp
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/727Offshore wind turbines
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    • Y02E70/00Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

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  • Wind Motors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】構造が簡単でかつ起動が容易な効率がよい発電
設備を提供する。 【解決手段】回転軸13A〜13Cに風車部14A〜1
4Cが複数段に配置された直線翼型風車装置11を設
け、これら各風車部14A〜14Cで周方向一定間隔毎
に回転軸13A〜13Cと平行に配置される複数の直線
翼16a〜16cの上端部および下端部が、互いに平行
な水平ガイド板15a,15bを介して支持されるとと
もに、前記各風車部14A〜14Cの回転方向が上下で
異なるように直線翼16a〜16cを配置し、前記水平
ガイド板15a,15bの外周部複数位置に起動時に風
を受けて直線翼16a〜16cを回転させる複数の受圧
翼17aを有する自己起動装置17A〜17Cを設け
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、主に風力を利用し
た洋上や海岸線などに有効な発電設備に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から発電に使用される風車のうち、
垂直回転軸を有するものに、図6(a)のサボニウス型
風車や(b)のダリウス型風車、(c)の直線翼型風車
(ジャイロミル)などがあり、また水平回転軸を有する
ものに(d)のプロペラ形2枚羽根風車や(e)のアメ
リカ形多羽根風車がある。そして、これら風車のそれぞ
れの風速比λ=(周速/風速)に対する出力係数Cpは
図7に示すとおりである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記風車のう
ち、効率のよいプロペラ形2枚羽根風車やアメリカ形多
羽根風車は、風速により羽根の角度を制御する機構や多
くの骨組みを持ち、構造が複雑でコストが高いという問
題がある。また残りの風車のうち、直線翼型風車は出力
係数が高いが、自己起動力がないことがわかっている。
【0004】本発明は、上記問題点を解決して、構造が
簡単な直線翼型風車を利用して、効率の良い洋上や海岸
線で風速が低くても効率よく発電が可能な発電設備を提
供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の請求項1記載の発明は、発電機に連結され同
軸状に回転自在に立設された複数の回転軸に、それぞれ
風車部が複数段に配置された直線翼型風車装置を配設
し、これら各風車部で周方向一定間隔毎に回転軸と平行
に配置される複数の直線翼の上端部および下端部が、互
いに平行な水平ガイド板を介して支持されるとともに、
前記各風車部の回転方向が上下で異なるように直線翼を
配置し、前記水平ガイド板の外周部複数位置に起動時に
風を受けて直線翼を回転させる複数の受圧翼を有する自
己起動装置を設けたものである。
【0006】上記構成によれば、受圧翼を備えたことに
より、直線翼型風車を小さい風力で回転起動することか
可能となり、また上下の水平ガイド板により、直線翼の
端部で生じる渦流による効率の低下を防止することがで
きる。したがって、簡単な構造で、効率よく発電するこ
とができる。
【0007】また、請求項2の発明は、上記構成の自己
起動装置を、正面側からの抵抗が大きく背面側からの抵
抗の小さい受圧翼と、風圧の影響を大きく受ける受圧姿
勢と受圧翼の抵抗が極めて小さくなる退避姿勢との間で
受圧翼を駆動する翼抵抗減少手段と、この直線翼の回転
速度または風力が所定値になった時に翼抵抗減少手段を
駆動する受圧翼制御手段とを具備したものである。
【0008】上記構成によれば、直線翼型風車装置が高
効率で回転される高速回転時には、受圧翼制御手段によ
り翼抵抗減少手段を作動させて受圧翼の抵抗を減少させ
ることができるので、直線翼型風車装置の特性を十分に
発揮することができる。
【0009】さらに請求項3記載の発明は、海面上で平
面視正三角形に形成されたデッキが複数のケーソンを介
してフローティングに支持された半潜水式の洋上浮体を
係留し、この洋上浮体のデッキの各コーナー部近傍にそ
れぞれ直線翼型風車装置を立設配置し、前記洋上浮体の
各辺にそれぞれ対向する浮き消波堤を海上に平行に係留
配置したものである。
【0010】上記構成によれば、直線翼型風車装置を洋
上浮体に設置したので、発電効果は風速の3乗に比例す
ることから、陸上よりはるかに大きい風力を得ることが
でき、また正三角形のデッキを採用してコーナー部に直
線翼型風車装置を設けたので、力学的に高強度な構造体
に設置できるとともに、海面から浮上するデッキが、波
浪の影響も受けにくく、さらに浮き消波堤によりさらに
波浪の影響が軽減され、より効率良く安定して発電する
ことができる。
【0011】さらにまた請求項4記載の発明は、水平ガ
イド板の上面と洋上浮体の構造物の上面に光発電パネル
とを設けたものである。上記構成によれば、同時に風力
発電と太陽光発電とを複合して同時に実施することがで
き、ハイブリットな発電設備を提供することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】ここで、本発明に係る発電設備の
実施の形態を図1〜図5に基づいて説明する。
【0013】この発電設備は、図4に示すように、たと
えば地上に比べて風が強く風量の豊かな洋上や港湾1に
洋上浮体2を介して配置されるもので、発電された電力
は海底ケーブル3を介して集配電施設4に送られる。
【0014】前記洋上浮体2は、図2に示すように、半
潜水式(セミサブマーシブル)を採用しており、デッキ
5が単数または複数(図では3本)のケーソン6を介し
てフローティング7に支持されて係留索8で係留されて
おり、フローティング7の浮力によりデッキ5が支持さ
れて喫水線がケーソン7の中間位置にくるように設計さ
れているため、波動による上下動はフローティング7の
上面および下面のみで受け、また喫水面に沿う断面積が
小さいため揺動を受けにくいのが特徴である。またデッ
キ5は構造強度の高い平面視三角形に形成されており、
半潜水式としたこと、および動力、発電部分が低い位置
に配置されて構造的に重心が低いことにより、波動に対
する動的安定性と相まって構造的強度が確保される。さ
らに洋上浮体2の各辺と略同一長さの浮き消波堤9(図
4)が各辺にそれぞれ対向する海上に所定距離離れて各
辺とそれぞれ平行に係留配置され、波浪の影響を軽減す
るように構成されている。このデッキ5には、3基の直
線翼型風車装置11が各コーナー部近傍にそれぞれ立設
配置され、中央部に居住区ドーム12が設けられてい
る。なお、このデッキ5の一辺の長さはたとえば約10
0m、直線翼型風車装置11の高さは約50m程度であ
る。
【0015】この直線翼型風車装置11は、図1に示す
ように、同軸状に互いに回転自在に立設された複数の3
本の回転軸13A〜13Cにそれぞれ風車部14A〜1
4Cが上下3段に配置され、これら各風車部14A〜1
4Cは、回転軸13A〜13Cの上下位置に固定された
上下一対の水平ガイド板15a,15bと、水平ガイド
板15a,15b間の外周部で120°ごとに軸心方向
に配置され上端部および下端部が水平ガイド板15a,
15bに固定された3本の直線翼16a〜16cと、上
水平ガイド板15aの外周部で90°毎に受圧翼17a
が配置された自己起動装置17A〜17Cと、各回転軸
13A〜13Cの基端部が増速装置18A〜18Cを介
して入力軸に接続された発電機19A〜19Cとで構成
される。そして、回転軸13Cの最上端部には、風速計
21と避雷装置22が配設されるともに、3基の直線翼
型風車装置11の回転軸13A〜13Cの上端部が支持
される風車ステー23が設けられている。
【0016】各風車部14A〜14Cの直線翼は、安価
軽量で高精度で製作可能なFRPにより製作されてお
り、対称翼型断面の直線翼16a〜16cが所定の取付
角を持って取り付けられている。そして図5に示すよう
に、風速Uと直線翼16a〜16cによる相対速度Wが
形成され、この相対速度Wにより直線翼16a〜16c
に揚力Lが発生し、これら各直線翼16a〜16cが対
称翼型であるため、直線翼16a〜16cがどの周回位
置にあっても、揚力Lのt方向成分Ltが回転力を発生
し、風車が回転される。またここでは、回転軸13A〜
13Cの捩じれを解消するため、中央部の風車部14B
の回転方向に対して上下の風車部14A,14Cが相対
する方向に回転するように直線翼16bが取付けられて
いる。
【0017】また上下水平ガイド板15a,15bは、
直線翼16a〜16cの端部近傍で生じる渦流により揚
力Lが減少するのを防止するためのもので、これにより
直線翼16a〜16cの長さ方向全長にわたってほぼ均
一な揚力を得て回転効率を高めることができる。
【0018】前記自己起動装置17A〜17Cは、図3
に示すように、正面側からの抵抗が大きく背面側からの
抵抗の小さい半円筒型の受圧翼17aと、受圧翼17a
の半径方向の支持軸17bを介して、実線で示す垂直の
受圧姿勢と仮想線で示す水平の退避姿勢との間で回動さ
せ、高速回転時の抵抗を極めて小さくする翼抵抗減少手
段である翼回動モータ17cと、直線翼16a〜16c
の回転速度計17e(図1)の検出値、または風速計2
1の検出値が所定値になった時に、翼回動モータ17c
を作動させる受圧翼制御装置17dとで構成される。ま
た海面上空では、高さが高くなるほど風が強くなり、こ
れを考慮してこれら風車部14A〜14Cの上水平ガイ
ド板15aの直径が下部ほど大きく形成され、下部ほど
受圧翼17aによる回転トルクが大きくなって自己起動
が容易なように構成されている。
【0019】なお、風車部14A〜14Cの上下水平ガ
イド板15a,15bの上面と居住区ドーム12の上面
には、光発電パネル24A,24Bがそれぞれ配設され
て風力と太陽光による複合発電設備に構成されている。
【0020】上記構成において、風力が小さい時には、
受圧翼17aが受圧姿勢にされており、これにより初期
起動力を得て各風車部14A〜14Cが回転される。風
力が大きくなると、直線翼16a〜16cによる回転力
で回転され、受圧翼17aが回転抵抗として作用するた
めに受圧翼17aが退避位置に回動され、各風車部14
A〜14Cの回転抵抗とならないように考慮される。そ
して、風力が上がるとともに最高効率を得ることができ
る。
【0021】上記実施の形態によれば、受圧翼17aに
よる自己起動装置17A〜17Cを備えた直線翼型風車
装置11により、小さい風力で起動が可能となる。ま
た、上下水平ガイド板15a,15bにより、直線翼1
6a〜16cの端部で生じる渦流による効率の低下を防
止することができ、簡単な構造で、効率よく発電するこ
とができる。また、自己起動装置17A〜17Cは、直
線翼型風車装置11が最も高効率で回転される高速回転
時に、受圧翼制御手段17dにより翼回動モータ17c
を作動させて受圧翼の抵抗を減少させることができるの
で、直線翼型風車装置の特性を十分に発揮することがで
きる。さらに直線翼型風車装置11を洋上浮体2に設置
したので、陸上よりも確実に大きい風力を得ることがで
き、また正三角形のデッキ5を採用して各コーナー部に
それぞれ直線翼型風車装置11を設けたので、力学的に
高強度な構造体に設置できるとともに、海面から浮上す
るデッキ5は、波浪の影響も受けにくく、さらに浮き消
波堤により波浪の影響が軽減され、より効率良く安定し
て発電することができる。そして風力発電と光発電パネ
ル24A,24Bによる太陽光発電とを複合して同時に
実施することができ、ハイブリットな発電設備を提供す
ることができる。
【0022】
【発明の効果】以上に述べたごとく本発明の請求項1記
載の発明によれば、受圧翼を備えたことにより、直線翼
型風車を小さい風力で回転起動することか可能となり、
また上下の水平ガイド板により、直線翼の端部で生じる
渦流による効率の低下を防止することができる。したが
って、簡単な構造で、効率よく発電することができる。
【0023】また、請求項2の発明によれば、直線翼型
風車装置が高効率で回転される高速回転時には、受圧翼
制御手段により翼抵抗減少手段を作動させて受圧翼の抵
抗を減少させることができるので、直線翼型風車装置の
特性を十分に発揮することができる。
【0024】さらに請求項3記載の発明によれば、直線
翼型風車装置を洋上浮体に設置したので、陸上よりも大
きい風力を得ることができ、また正三角形のデッキを採
用してコーナー部に直線翼型風車装置を設けたので、力
学的に高強度な構造体に設置できるとともに、海面から
浮上するデッキが、波浪の影響も受けにくく、さらに浮
き消波堤によりさらに波浪の影響が軽減され、より効率
良く安定して発電することができる。
【0025】さらにまた請求項4記載の発明によれば、
同時に風力発電と太陽光発電とを複合して同時に実施す
ることができ、ハイブリットな発電設備を提供すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る直線翼型風車装置による発電設備
の実施の形態を示す斜視図である。
【図2】洋上浮体に配置した同直線翼型風車装置を示す
斜視図である。
【図3】同直線翼型風車装置の自己起動装置を示す斜視
図である。
【図4】同発電設備を示す全体斜視図である。
【図5】同直線翼型風車装置の動作原理の説明図であ
る。
【図6】(a)〜(e)は従来の発電用風車装置を示す
説明図である。
【図7】図6に示す発電用風車装置の出力係数を示すグ
ラフである。
【符号の説明】
1 港湾 2 洋上浮体 5 デッキ 6 ケーソン 7 フローティング 8 係留索 9 浮き消波堤 11 直線翼型風車装置 12 居住区ドーム 13A〜13C 回転軸 14 風車部 15a,15b 水平ガイド板 16a〜16c 直線翼 17A〜17C 自己起動装置 17a 受圧翼 17e 回転速度計 19A〜19C 発電機 21 風速計

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発電機に連結され同軸状に回転自在に立
    設された複数の回転軸に、それぞれ風車部が複数段に配
    置された直線翼型風車装置を配設し、 これら各風車部で周方向一定間隔毎に回転軸と平行に配
    置される複数の直線翼の上端部および下端部が、互いに
    平行な水平ガイド板を介して支持されるとともに、前記
    各風車部の回転方向が上下で異なるように直線翼を配置
    し、 前記水平ガイド板の外周部複数位置に起動時に風を受け
    て直線翼を回転させる複数の受圧翼を有する自己起動装
    置を設けたことを特徴とする発電設備。
  2. 【請求項2】 自己起動装置は、正面側からの抵抗が大
    きく背面側からの抵抗の小さい受圧翼と、風圧の影響を
    大きく受ける受圧姿勢と受圧翼の抵抗が極めて小さくな
    る退避姿勢との間で受圧翼を駆動する翼抵抗減少手段
    と、この直線翼の回転速度または風力が所定値になった
    時に翼抵抗減少手段を駆動する受圧翼制御手段とを具備
    したことを特徴とする請求項1記載の発電設備。
  3. 【請求項3】 海面上で平面視正三角形に形成されたデ
    ッキが複数のケーソンを介してフローティングに支持さ
    れた半潜水式の洋上浮体を係留し、 この洋上浮体のデッキの各コーナー部近傍にそれぞれ直
    線翼型風車装置を立設配置し、 前記洋上浮体の各辺にそれぞれ対向する浮き消波堤を海
    上に平行に係留配置したことを特徴とする請求項1また
    は2記載の発電設備。
  4. 【請求項4】 水平ガイド板の上面と洋上浮体構造物の
    上面に光発電パネルとを設けたことを特徴とする請求項
    3記載の発電設備。
JP10005205A 1998-01-14 1998-01-14 発電設備 Pending JPH11201018A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012506516A (ja) * 2008-10-24 2012-03-15 ヴィトリオ ペレグリニ 環境を尊重し保全する、再生可能ゼロエミッション代替エネルギ源からエネルギを発生するための一体化発電機デバイス
WO2012165444A1 (ja) * 2011-06-01 2012-12-06 合同会社アルバトロス・テクノロジー 自然エネルギー取出装置
US9284941B2 (en) 2011-07-05 2016-03-15 Albatross Technology LLC Natural energy extraction apparatus

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