JPS5874877A

JPS5874877A - 風車装置

Info

Publication number: JPS5874877A
Application number: JP56172075A
Authority: JP
Inventors: Iwao Umeda; 梅田　巌
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1981-10-29
Filing date: 1981-10-29
Publication date: 1983-05-06

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】この発明嬬、風車装置に係シ、特に、全方向風力を利用
可能とした風車装装置Ｅｌｌするものである。

従来の風車装置は、第１図に斜視図で示したように、水
平軸１を中心に回転する羽根２をもつ風車装置Ａか、第
２図に斜視図で示したように、垂直軸３を中心に回転す
る羽根４をもつ風車装置Ｂに゛分類されるが、これら従
来の風車装置にはつぎに記す問題点があった。

（１）風力を有゛効に利用するには羽根を大きくする必
要があるが、羽根を大きくす゛ると、その重量も増加し
、軸に大きな荷重がかかり、風圧に耐えるための支持構
造が大規模となってしまう。

（２）水平軸１を有する風車装置Ａは風向によって軸の
方向を変えなければならず、垂直軸３を有する風車装置
りは強度上、羽根４の回転半径を大きくできない。　− （３）羽根２，４が軸に対して固・定の場合、風が吹い
ている限り、停止できず、強風下では破壊゛し易いので
、可変ピッチとすることになるが、可変ピッチの羽根と
しても、羽根面は捩れているので、完全に風車を止める
ことができず、かつ、強度を確保するには、羽−根の根
元の可変ピッチ装置が著しく大青くなってしまう。

（４）羽根が高速で回転するため、補助翼の取付けは不
可能である。

（５）　　羽根が軽いので、慣性力が小さく、風の呼吸
（短時間内での風速の変化）に対して回転数が大きく変
化し、出力不安定をもたらす。

（６）高速回転する羽根が騒音公害を発生するおそれが
ある。

このように、従来の風車装置には多くの問題があるので
、これらの問題を解決した大出力が可能な風車装置の開
発が強く望まれてきた０この発明は、上述の観点に基き、前記要望に応えた風車
装置を提供するもので、水に浮いた状態での軸線を垂直
とした回転を自在としてなる環状浮体上の同心円上等間
隔位置に、それぞれ帆柱を立設し、各帆柱に、帆柱軸線
中心の回動制御を自在とした硬帆を支持する一方、前記
環状浮体の回転により回転される回転機を、環状浮体付
近の定位置に設け、硬帆の向きの自動制御および風力方
向に制約のない環状浮体の回転による出力を自在とした
点に特徴を有するものである。

ついで、この発明の装置を実施例により図面を参照りな
がら説明する。

始めに第３図に平面図で示した原理説明図により、この
発明の装置における環状浮体の回転原理を説明する。

第３図上において円形で略示した環状浮体５上には、円
周方向に等角度分割配列で８本の帆柱６を立設し、各帆
柱６に、帆柱−軸線を中心として回転制御が自在な硬帆
７が取付けられている。

まず、図上に符号Ｉ−■で示す各位置での硬帆７の向き
を、図上左方から右方に風が吹き環状浮体５が時計方向
に回転するとして説明すると、位置Ｉでは風力を最大に
受けることができるように、硬帆７の風の方向に対する
角度０Ｉを９０°とし、硬帆７の正面を風に正対させる
。即ち、風向に直交する向きとする。

位置■では、矢印ａで示す時計方向の回転を環状浮体５
に生じさせるために風の方向に対し１３５゜の角度θ２
に硬帆７を回動する。

位置■では同じ目的で風の方向に対し約１５００の角度
θ３に一硬帆７を回動する。

位置■、　Ｖ、　Ｖｌでは、硬帆７を最も抵抗の少ない
向きに回動し、環状浮体５に回転力を与えず、かつ環状
浮体５の回転を妨げる抵抗も生じないようにする。

位置■では風の方向に対し約３０°の角度θ７　に硬帆
７を回動する。

さ°ら′に、位置■では風に対し、硬帆７を４５°の角
度θ８に回動する。

上記硬帆７の各位置における角度変更は、環状浮体５の
回動変位につれて帆柱６に支持した硬帆７を、それぞれ
、コンピュータの指示により回動操作することによって
行なう。

各硬帆７を前記の向きにすることにより、環状浮体５は
、各硬帆７に作用する風力８の分力または合力で矢印ａ
方向に回転し１水平のスポーク状放射梁９が集まる中心
のデス５Ａに固着した回転軸１０を回転する。

風の方向が変っても、風に対して前記諸角度に硬帆７を
向ける限り、風向による差異は全く生じない。

また、強風下で使用が危険となるときには、すべての硬
帆７を、風と平行にしてしまうことにより環状浮体５を
停止できる。このことは、従来の風車では不可能な作動
である。

もし、保守整備等のために回転機を停止したり、環状浮
体５を停止したりする必要があるときは、同様に硬帆７
のすべてを風８と平行にしておくことによって、環状浮
体５は停止させることができる。

つぎに、第４図、第５図を参照してこの発明の装置の実
施例を説明する。なお、各部材、構造に付す符号は、同
じ部材、構造に対し、第３図において使用した符号を使
用する。

第４図にはこの発明の装置の第１実施例が平面図で、ま
た第５図には第４図Ｘ−Ｘ線視断面図で示されている。

なお、第５図において、ｎ、　ｍ。

■位置の硬帆は欠落して示しである。図面において環状
浮体５は、環体１４と、環体１４にスカー）１４Ａを介
して同心的に取付けられた、水中にある中空ドーナツ状
の浮体１５とからなり、前記浮体１５によって環体１４
が水面上方に浮上した状態で保持されている。

１１は水底上に構築された固定構造物で、固定構造物ｌ
ｌ内には回転機として発電機１２が設置されており、発
電機１２には回転軸１０が増速装置１３．を介して取付
けられ、前記回転“軸１０に環状浮体５の環体１４が、
水平のスポーク状放射梁９を介して固着されている。

環状浮体５の環体上面には、円周方向の等角度分割配置
で、垂直に帆柱６が立設され、帆柱６には、その軸線中
心の回動を自在として硬帆７が取付けられ、また硬帆７
にはその左右両側にフラップ状補助帆１６．１６が取付
けられている。

各補助帆１６．１６はコンピュータの指示によって、各
硬帆７内に組込んである油圧シリンダ（図示しない）を
作動し、操向駆動する。

なお、各硬帆７は帆柱６ごと駆動機構（例えば歯車機構
）１７により回動してもよく、また帆柱６は固定とし゛
、硬帆のみが回動するようにしてもよい。

発電機１２は陸上の変電設備あるいは人工島の変電設備
にケーブル１８を介して接続しておく。

上述の構成からなるこの発明の装置は、第３図によって
説明した原理により、風８がどの方向から吹いていても
環状浮体５が風に押されて回転し、回転機１２を回転す
る。もし、環状浮体５の回転を止める必要があるときは
、硬帆７の向きをすべて風８の方向と平行にすればよい
。

硬帆７、補助帆１６．ｘ’Ｔｈの操向はコンピュータか
らの信号に上るが、この信号は、図示しない風向計、風
速計からの風向、風速に関する検出データが有効に作用
するようにしておく。

この発明の装置は、硬帆７群の作用で環状浮体５を回転
してエネルギを得るが、環状浮体５の回動に伴う水の随
伴流の慣性効果によって風の呼吸（短即問内での風力の
変動）に対し安定であり、回転数は安定したものとなる
。

第６図に一部を縦断した第５図に相当する図面で示され
ている第２実施例は、゛陸上設備としての一例であって
、地上等に設置された環状の水槽１９（例えば、外径３
４ｔｔｔ％内径２６ｍ１幅４ｍｓ深さ３電程度）の中に
水を張り、これに、断面形状を２×２ｍの角形とした外
゛径３２ｍ１内径２８ｍの浮体２０で浮力を得るように
しである環状浮体２１を浮かせである。

環状浮体２コ１はその外周面を歯車２２に形成してあり
、この歯車２２は側方に定置された回転機である発電ｉ
２３の回転軸２４．に固着した歯車２５に噛合わされて
いる。

この第２実施例では環状浮体２１は、中心部力；回転軸
２６に支持されていて偏、心回動すること力くないよう
にしである。

環状浮体２１上に等角度分割配列で帆柱６を立設し、こ
れに硬帆７を回動制御自在に取付け、さらに、各硬帆７
に回動制御自在の補助帆１６．１６を取付けである点に
おいては上述した第１実施例におけると同様である。

なお、各帆柱６の頂部に亘ってスポーク２７またはこれ
に代るトラバース線等を張ることにより各帆柱６の倒れ
を防いでいる。

次に、第６図に示した第２実施例の装置により発電を行
なった場合の具体例について説明する。

１、帆（１）寸法　　１０ｎ　（Ｗ）Ｘ２５ｍ　（Ｈ）（２）
面積　　２５０　ｉ／　５ｅｔ（３）重量　　　１５ｔ／５ｅｔ（４）帆数　　Ｑｋ）８　ｓｅｔ　　（Ｂ）３０５ｅｔ
（５）有効帆数（Ａ）４　　　　（Ｂ）１５（６）有効
面積（Ａ）　　１０００ｍ”　　（Ｂ）　３７５０　ｍ
”２、　浮体（１）寸法　　２　ｍ　（Ｗ）　Ｘ　２　ｍ　（Ｈ）（
２）断面積　　　　４ぜ（３）重量　　　　　１ｔ／ｍ（４）直径　（浮体中心）（Ａ＞３０ｍ５２’　　０３
）１１０ｍ０（５）全長　　　　　囚９４．２　ｍ　　
　ＣＢ）３４５．６　ｍ（６）全重量　　　　（Ａ）１
００ｔ　　　（Ｂ）３５０ｔ（７）帆込総重量　　（Ａ
）２２０ｔ　　０３）８００を上記装置において、平均
風速を７　＠　／　ｓｅｃとし、浮、　　体の周速を２
　＠　／　ｓｅｃとすると、上記（Ａ）の装置の場合の
平均発電力は３４ｋｗ１まだ（Ｂ）の装置の場合の平均
発電力は１２．３ｋＷとなるＯまた、平均風速をｌ１ｍ／ｓｅＣとし、浮体の周速を３
＠／ｓｅｃとすると、上記（４）の装置の場合の平均発
電力は１３０ｋＷｓまた（Ｂ）の装置の場合の平均発電
力は５００　ｋＷとなる。

以上の説明から明らかなように、この発明の装置は、環
状浮体上に立設した帆柱に取付けである硬帆の向きを、
環状浮体が一定の方向に回動できるように風の方向に対
し、所定の角度に刻々回動制御することによって風力を
回転エネルギに変換できる。なお得られた回転エネルギ
ーは、上述した実施例のように発電機にかぎらず、ポン
プ等にも利用できる。

特に、一定方向に回転する環状浮体は、硬帆の風に対す
る角度を変えてゆくだけで、無限に長い羽根とすること
ができ、さらに、水上に浮ぶため、半径を著しく大きく
してもその重量が回転軸等に悪影響を及ばさず、また、
多数の硬帆ケ取付けて、風力を巨大な回転エネルギーに
変換できるし、大きな慣性による水の随伴流の作用で、
風の呼吸にも拘らず、常に安定した゛回転を得ることが
できる。

特に、帆柱に取付けた硬帆は刻々回動されるが、風を切
らず風に押され、あるいパ風の抵抗を受けない方向に向
けられ為ことになるので、従来の風車装置の羽根のよう
に騒音を発生することがなく′− 運転され、比較的低速で回転するため、補助帆の取付が
可能で、風の方向に関係なく運転でき、全方向からの風
を有効に利用できるなど優れた効果を奏するものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は従来の風車装置の各−例を示す斜視図
、第３図はこの発明の風車装置の原理を説明する平面図
、第４図はこの発明の風車装置の第１実施例の平面図、
第５図は第４図Ｘ−Ｘ線視断面図、第６図は第２実施例
を示す一部を欠除した第５図相当の縦断面図である。図
面において、５・・・環状浮体、　　　６・・・帆柱、
７・・・硬帆、　　　　　９・・・放射梁、（１０・・・回転軸、　　　　１１・・・固定構造物、１
２・・・発電機、　　　１３・・・増速装置、１４・・
・環体、　　　　　１４Ａ・・・スカート、１５・・・
浮体、　　　　１６・・・補助帆、１７・・・駆動機構
、　　　１９・・・水′槽、２０・・・浮体、　　　　
２１・・・環状浮体、２゛２・・・歯車１、　　　２３
・・・発電機、−２４・・・回転軸、　　　２５・・・
歯車、２６・・・回転軸、　　　　２７・・・スポーク
。出願人　日本鋼管株式会社代理人　堤敬太部　外１名

Claims

【特許請求の範囲】

水に浮いた状態での軸線を垂直とした回転を自在として
なる環状浮体上の同心円上の等間隔位置に、それぞれ帆
柱を立設し、各帆柱に、帆柱軸線中心の回動制御を自在
とした硬帆を支持する一方、前記環状浮体の回転によシ
駆動される回転機を環状浮体付近の定位置に設けたこと
を特徴と１する風車装置。