JPS59226282A

JPS59226282A - 風力発電装置

Info

Publication number: JPS59226282A
Application number: JP58101453A
Authority: JP
Inventors: Ryuichi Hata; 龍一秦
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-06-07
Filing date: 1983-06-07
Publication date: 1984-12-19
Also published as: JPS6211190B2

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】本発明は、ベンチュリー効果によって生じる差圧を利用
して風力発電を行う発電装置に関するものである。

昨今のエネルギー問題に鑑み、省エイ・ルギーの観点か
ら、太陽熱発電１、地熱発゛亀、潮汐発電、風力発電等
の見直しが近年盛んに行なわれるようになっできた。し
かし自然界に存在する熱エネルギーや運動エネルギーを
そのまま発電に利用しようとするこれらの発電方式は、
高コスト低効率のため特殊な環境や特殊な目的の場合に
のみ利用されているにすぎなかった。この中でも風力を
利用した発電は、環境条件がそろえば小規模であっても
実施が容易なことから実際に利用されている例も多い。

これらに使用されている加、力発電装置は、通常大径の
回転翼とこれによって駆動される発電機とからなり、風
の運動エネルギーを電気的エネルギーに変換するもので
ある。したがって、一般の風車式と称される発電装置に
おいては、大径の回転翼を地上に架設した場合、回転翼
が風から得ることができる運動エネルギーは、風速と回
転翼の受風面積によって規定される。このため、発電効
率を高めようとすれば、回転翼の直径をなるべく大径に
して、受は入れる風の面積を大きくすればよい。しかし
、回転翼の直径を大きくすれば回転翼が重くなり、微ノ
虱では回転しにくくなるとともに、軸受なとの回転機構
における抵抗力が増大し摩擦損失が大きくなるため、回
転翼の拡大化にも効率上限度がある。また製造コストも
権めて犬キくなり現実的ではない。一方、回転翼の受風
面積を累積１〜で大きくし、総合的な発電量を増大させ
るという発電もあるが、発電量の増大と製造コスト運転
コストが１対１で対応するため、採算面から見て大規模
にこれを行うことは困難である。

さらに、風は刻々と速度や方向を変えるため、回転翼の
回転速度が一定せず、これによって駆動される発電機の
回転数も不定となるので、安定した発電がのぞめないば
かりでなく、非定常運転による故障が多々発生するとい
う問題もある。

このように、回転翼を地上に設置して風の運動エネルギ
ーを直接回転翼の回転エネルギーに変換１て発電を行な
う従来の風力発電には自ずと限界があった。

本発明は、このような点に鑑みて提案されるもので、そ
の目的とするところは、従来の所謂風車式の風力発電装
置よりも効率がよく、安定した発電性°能を発揮する風
力発電装置を提供することにある。

すなわち本発明は、中央部に絞り部が形成された導風径
路と、導風径路内に導入された気流を導入側径路と排出
側径路とに三方する導風部と、導風部に隣接して備えら
れた貯気室および排気室と、導入側の導風部の絞り部に
おいて開口した導入口と、排出側の導風部の絞り部にお
いて開口した排出口と、貯気室と排気室の連通部に位置
し貯気室と排気室との差圧によって生じる気流により回
転Ｉ−ろファンと、このファンによって駆動される発電
装置と、導入口に対向する位置の導風部に股“けられ気
流の導入方向を制御する導風弁とを構成要旨とし、ベン
チュリー効果によって導風径路の絞り部に生じろ圧力降
下を利用して排気室内を負圧にし、導入口から導入され
た空気により正圧となった貯気室との差圧により貯気室
と排気室間に気流を生じせしめ、この気流によりファン
を回転させて発電することを特徴としている。この構成
によると、導風径路の空気導入面積すなわち受風部の開
口面積を増加すれば、ファンの受風面積を増加すること
なく発電能力の向上が図れるため、効率的に極めて有効
である。

以下、本発明を添付図面に示した実施の一例に基づいて
詳ａＫ説明する。

第１図は水平に構成した本発明に係る風力発電装置の斜
視図、第２図はその内部’Ｊｌｔ造を示′を横断面図で
ある。第１図、第２図において、風力発電装置は同一の
曲率によって形成され中央部に絞り部１を備えた一対の
導風部３，５と、この導風部３．５によって形成された
導風径路７の中央部である前記絞り部１に配置され、該
導風径路７を導入側径路８と排出側径路８′とに三方す
る導風部９と、導風部５の内部に形成された貯気室１１
および排気室１３と、貯気室１１と排気室１３の隔壁１
５を貫通して設けられたファン１７およびこれに連なる
発電機１９と、導風部５上面の絞り部１に開口され貯気
室１１と連通する導入口２１と導風部６下面の絞り部１
に開口され排気室１３と連通ずる排出口２６と、導風部
９の排出側径路８′の絞り部１の前気排出口２６と対向
する位ｔｉｔＫ開口され同じく排気室１３と連通ずる排
出口２５とから主に構成されている。導風径路７は導風
部３゜５によって形成された所謂ベンチュリー管であっ
て、流路は矩形であり、導Ｊｔ径路７内を流れる気流は
流体力学的には二次限流れと考えられるものである。す
なわち、本実施例においては、第２図に示した断面形に
よって風力発電装置の径路が全幅にわたって形成されて
いる。

同一曲率によって対称に形成された導風部６゜５の曲面
は気流の′抵抗を減じるため滑らかに形成されており、
絞り部１の中央に位置する導風部９も該導風部３，５と
同一曲率により、上側の曲面２７と下側の曲面２９は対
称に形成されている。

導風径路７を導入側８と排出側ぎに三方する導風部９は
たとえ平行平板であっても導風径路７が絞っであるため
絞り部１において圧力降下を生じる力（気流を三方して
効果的に利用するには実施例に示したように、対称な曲
面によって形成されたほうがのぞましい。下側の導風部
５の内部には、隔壁１５によって仕切られた貯気室１１
と排気室１６が気密的に形成されている。導入側径路８
の導風部５の絞り部１に開口された導入口２１は、スリ
ット状であって気流をスムーズに導入するためのガイド
３１が貯気室１１内に付設されている。導風部９の導入
側８の絞り部１で力）って、前記スリット状の導入口２
１に対向する位置には、導風弁６３が軸３５に関し揺動
可能に設けられ、その先端Ｒ３７は導入口２１の開端縁
３９　、３９’の一方に当接して気流の導入方向を制御
している。

上側の導風部６と導風部９の排出側径路８′に連通して
スリット状開口した排出口２３．２５は、風力発電装置
の側面部４１から前記排気室１３に連通している。４３
　、４５’は排気方向を規定する排気弁であって、排出
口２３．２５の開口部中央に設けられ、排気弁ｄ　３　
、４３’の開側か排出側径路８′の絞り部１の最小断面
個所よりも若干下流側に位置するように構成されている
。

ファン１７は、隔壁１５を貫通１〜、下側の導風部５の
下面に据付られ、減速機４５を介して発’ｔＨＩ機１９
に連結されている。また、隔壁１５には、貯気室１１と
排気室１６の差圧を調整し、ファンｊ７ＫＭｔｆｉ入さ
れる風量の調節を行うバイパス弁４７が設けられている
。４９は、導風部３，５の開口部前面および後面に備ヅ
ーられた風力調整板であって、導風径路７の受側面積を
変化させ、導入される風力の調整するためのもので、油
圧により角度調整自在である。

次に上記構成の風力発電装置の作用効果を順次説明する
。

導風径路７の前面のから導入された風は、導風部６，５
の曲率に従って絞り込まれた導風径路７を増速しながら
導風部９前面に至る。そしてこの導風部９の前縁９′に
おいて三方された風は、導風部３下面と導風部９上面に
よって形成された上４１１！１の排出側径路８′と、導
風部５上面と導風部９下面によって形成された下側の導
入側径路８にそれぞれ導入される。排出側径路８′に導
入された風は、導風部９と尋風部乙によって形成された
絞り部２′においてさらに増速するとともに圧力がその
最小断面積部において最低となり、最小断面積部を通過
すると徐々に減速するとともに圧力も徐々に回復する。

このとき、導入側径路８に導入された風端縁３９に当接
させることにより、導入口２１から貯気室１１に導入さ
れる。貯気室１１は気密的につくられているため、バイ
パス弁４７とファン１７の入口を閉めておくと、風は貯
気室１１にたまり、貯気室１１の圧力は、外気より高く
なり正圧を示すととどなる。

一方、排出側径路８′の絞り部グの最小断面積部におい
ては絞り比に応じた圧力降下を生じるため、導風部６と
導風部９に設けられた４Ｊ１出口２３．２５に設けられ
た下流側の排気弁４３を開くと排出口２３．２５内の空
気を吸い出し、同時に漣通する排気室１６の空気も吸い
出す。これにより、排気室１３の圧力は外気より低くな
り負圧を示すこととなる。

このように、貯気室１１は正圧に、排気室１６は負圧に
なることから、貯気室１１と排気室１ろ間に圧力差が生
じる。したがって、この状態でファン１７の入口を開く
と、貯気室１１の空気がファン１７を通って排気室に進
入し、この時生じる気流によってファン１７が回転する
。ファン１７には前述のように減速機４５を介して発電
機１９が連結されているため、ファン１７の回転に応じ
て発電機１９が回転し発電が行なわれる。貯気室１１に
は、貯気室１１の圧力の減少に応じて導入口２１から風
が導入され、一方、排気室１３の空気は排出側径路８′
を通る気流の圧力降下により、吸引されるため、風が導
風径路７前面の開口部から導入される限り発電機１９は
稼動可能である。

風向きが変化して逆向きとなった場合には、これまで述
べた導風径路７の後面の開口部を受風部この場合は上流
側にあたる排気弁４３を閉じて下流側の排気弁４６′を
開けると前述の場合と同じ状態で運転ができろ。これら
の運転に際しては、風力に応じ、導風部３，５の延長上
に角度調整自在に付設されたノ虱力調整板４９を調整し
て導入される風の量を規制し、ファン１７や発電１機１
９が過負荷状態にならないようにすることがでとる。な
お、この作用は隔壁１５に設けたバイパス弁４７によっ
ても可能である。

本実施例の場合、第２図に示した断面形により第１図に
示すように導風、径路７の開口部を水平方向に広くとっ
ており、受風面積が大きく、導入される空気量も多いの
で、貯気室１１に数基のファン１７および発電２機１９
等を据え付けて発電量を増加することも可能である。ま
た貯気室１１の容量を大きくとれ、はんの微風でも差圧
が発生するため、通常の旋車式の側力発電装置よりも微
風でも発電が可能であり、強風の場合には差圧を調整し
て過負荷になることを避は得るので極めて安定した風力
発′亀が可能である。

なお、本発明に係る風力発電装置は、第１図に示したよ
うに水平ではなく、例えば第３図に示すように垂直に数
段形成してもよく、水平方向、垂直方向いずれの方向に
も集積していくことが可能である。さらに、小規模の場
合、第４図に示すように開口部および発電装置等共に、
常に風上に向けて稼動することも可能である。

また、発電機１９のかわりに例えばポンプを連結して稼
動させることも可能であり、機械の動力源として直接使
用することもできる。

以上述べたことから明らかなように、ベルチュリー管の
原理を応用した本発明のｊ風力発電装置によれば、ファ
ンの受風面積に比して極めて大きな受風面積を得ること
ができることと、微風から強風まで安定した稼動をｒＭ
ることができるため、従来の風力発電装置よりも効率、
安定性ともに優れた風力発電装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は水平に形成した本発明に係る風力発電装置の斜
視図、第２図はその横断面図、第３図は垂直に数段形成
した他の実施例を示す斜視図、第４図は小規模な実施例
を示す斜視図である。１・・・絞り部、２，２′・・・絞り部、３，５・・・
導風部、７・・・導風径路、８・・・導入側径路、８′
・・・排出側径路、９・・・導風部、１１・・・貯気室
、１３・・・排気室、１５・・・隔壁、１７・・・ファ
ン、１９・・・発電機、２１・・・導入口、２３．２５
・・・排出口、３３・・・導風弁、３９，３９’・・・
開端縁、４１・・・側面部、４３　、４３’・・・排気
弁、４５・・・減速機、４７・・・バイパス弁、４９・
・・風力調整板。第１’ａ２ａ９９第２　図

Claims

【特許請求の範囲】１　径路内に導入された気流に生じる差圧を利用してフ
ァンを回転させて発電する発電装置において、中央部に
絞り部が形成され外界の気流を導入する導風径路を備え
た導風部と、導風径路内に導入された気流を導入側径路と排出側径路
に三方１−る導風部と、導風部に隣接して備えられた貯気室および排気室と、導入側の導風部の絞り部において開口し、貯気室と連通
して該絞り部における気流を貯気室に導　５人する導入
口と、排出側の導風部の絞り部において開口し、排気室と連通
して排気室の望気を該絞り部から排出側の導風径路に排
出する排出口と、貯気室と排気室の連通部に位置し貯気室と排気室との差
圧によって生じる気流により回転するファンと、該ファンに連動して駆動される発電装置と、からなるこ
とを特徴とする風力発電装置。２　前記排出側の導風部の絞り部において開口した排出
口と対向する位置の導風部に、排気室と連通し排気室の
空気を排出する排出口を設けたことを特徴とする特許請
求の範囲第１頷記載の風力発電装置。３　前記排出口の開口部に、排気方向を却定する排気弁
を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第
２項記載の風力発電装置。