JPWO2010150670A1 - 自転羽根式垂直軸型風車 - Google Patents
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Abstract
Description
図3は、本実施形態に係る自転羽根式垂直軸型風車(以下「本風車」という。)を上面から見た場合の概略図である。本図で示すように、本風車は、回転軸3と、回転軸3の周囲に配置され、回転軸3を中心に回転(公転)し、かつ、自転軸4を中心に自転可能な複数の自転羽根1bと、回転軸3の上に配置される風向計2と、を有して構成されている。なお本風車において自転軸4は、回転軸3に接続されかつ回転軸3の回転とともに回転するアームに支持されており、自転羽根1bを回転可能に支持している。
図4の風向計3aは図8に示されるように自転軸11の近辺に固定される風向軸と、この風向軸に設けられる尾翼4、バランス錘7と、を有して構成されている。図4の風向計3aのオーバーシュート、リバウンドを防止するには、まず風向計感度を出来るだけ上げ、全体の重量を極力低減することが重要である。そのためには尾翼に軽量な帆布を使用して作成することが好ましい。そしてバランスウエイトで風向軸からバランスをとることが好ましい。
図5、6は、本実施形態に係る自転羽根式垂直軸型風車(以下「本風車」という。)の上面図を示しており、具体的には、固定式直線翼6と自転羽根(1b+3a)とを組み合わせたものとなっており、それ以外の構成はほぼ実施形態2と同様である。なお図5は本風車の回転時又は回転後風速比が1以下のときの上面図を示し、図6は風速比が1を超えたときの上面図を示す。
図7は、反転音のしない帆布の形成方法の例を示す図であり、断面を上から見た場合の上面図である。図7(a)、(b)は、断面が翼形となるように張ったロープの外側に帆布翼を両面に張って作成する自転羽根を示す図であり、特に図7(a)は、左右の縦枠材を包み込まないようにする自転羽根を、図7(b)は、左右の縦枠材をも包み込む自転羽根をそれぞれ示す。また図7(c)、(d)は、翼形形成のために張ったロープのかわりに、軽量な発泡材を使用したものであり、特に図7(c)は、左右の縦枠材を包み込まないようにする自転羽根を、図7(d)は、左右の縦枠材をも包み込む自転羽根をそれぞれ示す。
ここで図9に、強風対策を施した自転羽根の例を示しておく。図9(a)は通常時の帆布翼の上面図である。(b)は強風時作動したときの上面図である。14は翼型形成のためのロープ、16は限時装置付巻き取りドラムで、強風のとき一旦巻き出された後、例えば5時間で巻き取るような限時装置をつける。17は巻き取り側と反対方向に取り付けられたロープガイドである。18は帆布翼端に設けられたストッパーである。19は強風時に巻きだされるロープ又は細い紐である。本図は帆布翼を2枚で構成する例であるが、勿論帆布翼1枚でも可能である。ただしこの場合ロープは 中央部の帆を挟む形で2本をセットすることとなる。
また図10は強風対策を施した自転羽根の他の例を示しておく。本自転羽においては、下部自転軸23はアーム12に固定される。勿論上部自転軸は横枠材10に固定され、タイミングプーリー21により自転制御される。縦枠材8は、横枠材9,10によって少なくとも一方はリニアガイドされ移動可能となっている。リニアガイドされる少なくとも一方の縦枠材は、ストッパーを介して常時引っ張りバネで引かれている。横枠材の中心部には帆布を挟む形で自転可能な帆巻き取り棒がセットされる。
帆巻き取り棒の下端は、クラッチを介して自転軸23と結合されている。本風車は、強風の場合にクラッチを入れ、帆巻き取り棒24を作動(回転)させ、安全な面積になるまで帆布を巻き取る。このようにすることで強風の場合帆を巻き取り、面積を縮小させ回転を継続させることもできるようになる。そして風が弱まった時点で逆回転クラッチをいれ、巻き取り棒24を逆回転させ、左右一対の縦枠材を元の位置に回復させる。なおこの帆巻き取り棒24の回転は、減速歯車を介して減速させても良い。
また、図11に、強風対策を施した自転羽根の他の例を示しておく。本自転羽根は自転軸22、23を具備した一対の横枠材9,10とこの横枠材にリニアガイドされて移動する左右一対の縦枠材8と縦枠材に張られる帆布1と、を有し構成されている。リニアガイドされる縦枠材はどちらか一方でもよい。
リニアガイドされる縦枠材は、横枠材に設けられた、上下のストッパーを介して引張りバネが装着されている。通常時には帆布にたるみを持たせて作動させる一方、強風時には、左右横枠材8のどちらか一方を引っ張りバネで引いて帆のたるみを無くすことによって揚力の発生を抑えることができる。本強風対策は強風の最大値が余り大きくないところで有効に利用できる。
また、図12に、強風対策を施した自転羽根の他の例を示しておく。
本自転羽根は自転軸22、23を具備した一対の横枠材9,10とこの横枠材にリニアガイドされて移動する左右一対の縦枠材8と縦枠材に張られる帆布1と、を有し構成されている。リニアガイドされる縦枠材はどちらか一方でも良くそれはロールカーテン方式の巻き取りドラムとなっている。
通常時には帆布はたるみを持たせて作動させる一方、強風時には、巻き取りドラムで帆を巻き取り帆幅を減少させ安全な幅で巻き取り停止を行わせる。
また、図13に、強風対策を施した自転羽根の他の例を示しておく。図中、符号24は巻尺方式の巻取り箱で25は強風で巻きだされた細紐である。巻き取りは限時装置を付けて、ある時間経過後巻き取る。
本実施形態は、ほぼ実施形態1と同様であるが、自転羽根が公転半径方向及び公転円周方向の双方において複数配置されている点が異なる。
図2の例で示す自転羽根式垂直軸型風車(以下「本風車」という。)を、自転羽根3枚で構成し、風向計の取り付け角度を今まで実施してきた基準角度(0°)の位置から−20°偏移させた。この結果、本風車の出力係数は、0°のときに比べて30%も上昇した(図15、図16参照)。出力係数も風速4m/sで0.32と極めて高い価を示した。
図4の例で示す自転羽根式垂直軸型風車(以下「本風車」という。)を、自転羽根を3枚用いて構成し、風向計の回転軸を帆布翼の自転軸に近接して置き、尾翼の素材を帆布で構成し、尾翼面積を比較的大きくして帆布翼で製作し風車直径を3mと大きくした。この結果、風向計のオーバーシュートの問題を回避することができた。
また図5の例で示す自転羽根式垂直軸型風車(以下「本風車」という。)を、自転羽根2枚と、固定式直線翼2枚で構成し、風車直径1mの風車を試作した。起動は図5のように簡単に起動し速度を上げて簡単に周速比1を超えて、図6のごとく回転することを確認した。
また、図7(a)、(b)、(c)、(d)の例で示す自転羽根をそれぞれ3枚用い、自転羽根式垂直軸型風車(以下「本風車」という。)をそれぞれ、直径1mで作成した。この風車は図2で示す風車における自転羽根を1枚使用するのと比較して反転時の音はなかった。
また、図9の例で示す強風対策をした自転羽根を風洞試験でテストした。この結果、風速15m/sで動作し風は帆枠内を通り抜けることを確認した。
また、図11の例で示す自転羽根を、左右一対の縦枠材の片側をストッパーを介して、強いバネで引く構造とし、テストした。この結果、強風時にはストッパーがはずれ、帆布がたるみ無く張られた結果、風速40m/sまで風車は回転し続けることができた。
Claims (10)
- 風向計の風向軸を、正規の基準取り付け角度から10°以上30°以下の範囲で、回転方向の反対方向に取り付けた自転羽根式垂直軸型風車。
- 回転軸と、前記回転軸を中心として公転し、かつ自転する自転羽根と、を有する自転羽根式垂直軸型風車であって、前記自転羽根は、上下一対の横枠材と、左右一対の縦枠材と、前記上下一対の横枠材に、翼型に配列された複数本のロープ又は軽量構造物と、前記一対の縦枠材の間に張られた帆布を有する自転羽根式垂直軸型風車。
- 回転軸と、前記回転軸を中心として公転し、かつ自転する前記自転羽根と、前記自転羽根の自転軸に近接して配置される風向計と、を有する自転羽根式垂直軸型風車。
- 回転軸と、前記回転軸を中心として公転し、かつ自転する自転羽根と、を有する自転羽根式垂直軸型風車であって、前記自転羽根は、帆布を備えた自転羽根と、固定式直線翼と、を有する自転羽根式垂直軸型風車。
- 回転軸と、前記回転軸を中心として公転し、かつ自転する自転羽根と、を有する自転羽根式垂直軸型風車であって、前記自転羽根は、公転半径方向に複数配列し、かつ、公転円周方向にも複数配置されている自転羽根式垂直軸型風車。
- 帆枠の左右の少なくても一方に巻き取りばねが装着されたロールカーテン方式のもしくは、巻尺方式の巻き取り箱を強風時に巻き取り力に抗して細紐が巻き出され、帆布は上下の帆枠中心部で細紐などでゆるく拘束しておくので強風は両サイドより逃げてゆくが、帆布は回転しているので帆布面に垂直にかかる風圧は強、弱が繰り返されるのであるが、巻き取り時間を例えばテンプなどを使用して長くとれば、振動を防止できるので、風速が弱まったときに徐々に復帰することが出来る強風対策を施した自転羽根式垂直軸風車。
- 回転軸と、前記回転軸を中心として公転し、かつ自転する自転羽根と、を有する自転羽根式垂直軸型風車であって、前記自転羽根は、上下一対の横枠材と、前記横枠軸にリニアガイド方式で移動可能な左右一対の縦枠材と、前記一対の縦枠材の間に張られた帆布と、自転軸にクラッチを介して配置されかつ前記帆布を貫通させ自身の回転により前記帆布を巻き取るための帆巻き取り棒と、を有する自転羽根式垂直軸型風車。
- 回転軸と、前記回転軸を中心として公転し、かつ自転する自転羽根と、を有する自転羽根式垂直軸型風車であって、前記自転羽根は、上下一対の横枠材と、左右一対の縦枠材と、前記一対の縦枠材の間に張られた帆布を有し、前記左右一対の縦枠材の少なくともいずれかは巻き取り停止ストッパーを備えたロールカーテン方式の巻き取りドラムである自転羽根式垂直軸型風車。
- 回転軸と、前記回転軸を中心として公転し、かつ自転する自転羽根と、を有する自転羽根式垂直軸型風車であって、前記自転羽根は、上下一対の横枠材と、前記横枠軸にリニアガイド方式で少なくともいずれか一方が移動可能な左右一対の縦枠材と、前記一対の縦枠材の間に張られた帆布を有し、前記左右一対の縦枠材の少なくともいずれかはロールカーテン方式の巻き取りドラムである自転羽根式垂直軸型風車。
- 洋上移動体の上に、複数の自転羽根式垂直軸型風車を配置してなる移動式洋上発電設備。
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