WO2018163527A1 - 風力発電システムおよびこれに用いる風受けブレード - Google Patents

風力発電システムおよびこれに用いる風受けブレード Download PDF

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    • F03D—WIND MOTORS
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    • F03D5/02—Other wind motors the wind-engaging parts being attached to endless chains or the like
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a wind power generation system, and more particularly to a wind power generation system using wind power for a large number of circulating windshield blades and a windshield blade used in the system.
  • Wind energy is recognized as an energy source that can protect the natural environment and ensure energy security as one of the renewable energy, and wind power plants and wind power generators are being built in many places.
  • a wind turbine (wind turbine) is used for wind power generation as wind energy.
  • a huge wind farm (wind farm) consists of hundreds of windmills connected to a transmission line.
  • newly constructed land wind turbines are a cheap power source, cheaper and more competitive than power plants using fossil fuels such as coal and gas.
  • small onshore wind farms transmit power in conjunction with the power grid, or self-consume electricity without being connected.
  • wind turbines are used for wind power generation, and the horizontal axis propeller type is most often used as the type, but in addition, depending on the application, the vertical axis Darius type, gyromill type, Savonius type or its A combination type is used.
  • the present invention provides a wind power generation system that is simpler than the conventional apparatus and easy to maintain.
  • the present invention forms a tow rope having a plurality of wind receiving blades that open and close in accordance with the wind direction at regular intervals in a loop shape, and includes a generator rotating wheel, one or a plurality of rotation support means, and the like. It is a wind power generation system characterized by passing over.
  • the present invention has two plates used in the above system and a shaft fixed with a tow rope up and down, and the two plates are each attached to the shaft so as to be rotatable on one side thereof.
  • the wind-receiving blade is characterized in that the side is a free end.
  • the present invention has a simple configuration and is low in cost for construction and maintenance. Also, because it is flat, unlike conventional wind power generators, for example, it can be installed around the land used for solar power generation, etc. without interfering with the power generation, or farming fields Because it can be installed around the power, it is possible to efficiently obtain power from natural energy.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the wind power generation system of the present invention in plan view
  • FIG. 2 is a partial front view of the vicinity of the rotating wheel for the generator.
  • 1 is a power generation system
  • 2 is a rotating wheel for a generator
  • 3 is a generator
  • 4 is a rotation support means
  • 5 is a wind receiving blade
  • 6 is a tow rope
  • 7 is a fixed shaft
  • 8 is a connecting member.
  • the system of the present invention includes two tow ropes 6 in which the upper and lower ends of a plurality of wind-receiving blades 5 are connected to a generator rotating wheel 2 having two stages of rotating wheels,
  • a loop is formed between one or a plurality of rotation support means 4 having a two-stage rotation holding portion and is passed over.
  • the generator rotating wheel 2 and the rotation support means 4 may be a rotating wheel or one that is used in, for example, a ski lift as shown in FIG. Also, the reason why this is used as two stages is to prevent the windshield blade 5 from shaking in the vertical direction and to suppress movement.
  • the number of the rotation support means 4 may be one, but in that case, only the wind force in the linear direction with the generator rotating wheel 2 can be used, which is disadvantageous, and the rotation support means 4 should be plural. Therefore, power generation is possible regardless of the wind direction.
  • FIG. 4 is a perspective view showing an embodiment of the wind-receiving blade 5 used in the present invention.
  • 5, 6, 7 and 8 are the same as described above, and 10 indicates a stopper.
  • the wind-receiving blade 5 has two plates 5a and 5b coupled to the fixed shaft 7 on one side thereof and the other end being a free side. It is pivotable about the center.
  • the plates 5a and 5b may have the same area. However, when the plates 5a and 5b have different areas, the plate 5a and 5b are opened from the closed state when heading toward the leeward side. It is preferable because it tends to be. In addition, it is easier to close on the windward side and to open on the leeward side if it opens slightly toward the outside on the tip side (free end side) than the flat plate shape. preferable.
  • the angle of the plates 5a and 5b in the opened state is about 90 to 180 °, particularly 90 to 120 °. It is preferable.
  • the stopper 10 may be made of a member whose respective ends are rotatable on the plates 5 a and 5 b so as not to exceed a predetermined opening angle.
  • a stopper 10 protruding as a rod-like object may be provided on the connecting member 8, or a part of the connecting member 8 itself may be cut out to restrict the movement of the plates 5a and 5b.
  • a string hole may be provided in a part of the cable, and the degree of opening may be adjusted using a string passed through the hole (both not shown).
  • the material of the plates 5a and 5b is not particularly limited, but is preferably a material that has a certain level of strength and is resistant to corrosion, such as a metal plate or an FRP plate.
  • the two plates 5a and 5b are coupled to the fixed shaft 7 with a hinge structure on one side thereof so as to be rotatable.
  • the present invention is not limited to this, and the two plates can be rotated. Any structure may be used.
  • arms may be used and attached to the fixed shaft 7 so as to be openable and closable only at the upper and lower sides of each, or at a plurality of intermediate portions.
  • the two tow ropes 6 to which the windshield blade 5 of the present invention is attached are preferably made of a material that has a certain level of strength and is resistant to corrosion. Specifically, a rope made of steel or stainless steel or an aramid fiber is preferable. Further, instead of a rope, a chain can also be used. In this case, the force for turning the rotating wheel 2 can be increased by using the rotating wheel 2 side as a gear.
  • the two tow ropes 6 to which the wind vane blades 5 are attached have a rope-like shape, and the two-stage rotating wheel of the generator rotating wheel 2 and preferably the two-stage rotation of each of the plurality of rotation support means 4. By passing between the wheels or the rotation holding portion, the generator rotating wheel 2 is rotated to generate power.
  • the wind power generation system 1 of the present invention is configured as described above, when the wind receiving blade 5 receives wind from the front, the plates 5a and 5b are closed by the resistance, and there is almost no resistance during movement. On the other hand, when the wind is received from behind, the plates 5a and 5b are opened by the force, the open plates receive wind force, and the generator rotating wheel 2 is rotated through the tow rope to which the wind force is connected. As a result, the generator 3 can generate power. Specifically, for example, the rotation of the generator rotating wheel 2 is transmitted to the generator side gear 9b via the rotary shaft side gear 9a, but at this time, the speed of the generator side gear 9b increases due to the difference in gear ratio, A sufficient rotational force for power generation can be obtained.
  • the wind power generation system of the present invention does not involve a large structure, for example, a solar power generation plant that requires a certain area and is required to be sunny can be operated without problems if wind is blowing. be able to. Moreover, it is not restricted to this, It can install around a field or guessing, and can operate it while cultivating a crop, or can be operated using the rooftop of a building.
  • a solar power generation plant if it is installed so as to surround the outside, it is possible to generate power even at night when solar power generation is not possible, and the power can be efficiently sold as natural energy power. Is very advantageous.

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Abstract

装置として従来のものより簡素であり、維持管理も容易である風力発電システムを提供する。　複数の、風の風向に応じて開閉する風受けブレードを一定間隔で取り付けた２本の牽引索をループ状に形成し、これを発電機用回転輪と１または複数の回転支持手段とにかけ渡した風力発電システムであって、前記風受けブレードは、２枚のプレートと、上下を牽引索で固定される軸を有し、２枚のプレートはそれぞれその一辺で前記軸に回動可能に取り付けられ、他辺は自由端となっていることを特徴とする風力発電システム。

Description

風力発電システムおよびこれに用いる風受けブレード
　本発明は風力発電システムに関し、さらに詳細には、循環する多数の風受けブレードに対する風力を利用する風力発電システムおよびこのシステムで使用する風受けブレードに関する。
　風力エネルギーは再生可能エネルギーのひとつとして、自然環境の保全、エネルギーセキュリティの確保可能なエネルギー源として認められ、多くの地に風力発電所や風力発電装置が建設されている。
　風力エネルギーの利用として、風力発電には発電風車（風力タービン）が用いられている。巨大な風力発電所（ウインドファーム）は、送電線に接続されている何百機もの風車で構成されている。最近のＥＵの調査では、新規に建設された陸上風車は安価な発電源であり、石炭・ガスなどの化石燃料による発電所より安価で、競争力を持っているという。また、小型陸上風力発電所は送電網に連系して送電したり、あるいは連系しないで電気を自己消費する。
　ところで、風力発電には、風車が使用され、その形式として水平軸のプロペラ型が最も多く用いられているが、その他に、用途に応じて垂直軸のダリウス型、ジャイロミル型、サボニウス型またはその併用型などが用いられている。
　しかしながら、いずれの発電用風車も、構造物としてかなりの大きさおよび高さを持つものであり、その建設に費用がかかるうえ、その維持管理にも高所での作業が必要となるという問題がある。
特開２００８－１０６６２２ 特開２０１２－　６７７４２ 特開２０１３－１３００７１
　従って本発明は、装置として従来のものより簡素であり、維持管理も容易である風力発電システムを提供するものである。
　本発明者は、巨大な建造物の建築が不要であり、かつ維持管理も簡単な風力発電システムに関し検討した結果、ループ状に形成した牽引索に、風の風向に応じて開閉する風受けブレードを一定の間隔で取り付け、これで発電機に連結した回転輪を回転させることで風力発電が可能となることを見出し、本発明を完成した。
　すなわち本発明は、複数の、風の風向に応じて開閉する風受けブレードを一定間隔で取り付けた牽引索をループ状に形成し、これを発電機用回転輪と１または複数の回転支持手段とにかけ渡したことを特徴とする風力発電システムである。
　また本発明は、上記システムで使用する、２枚のプレートと、上下を牽引索で固定される軸を有し、２枚のプレートはそれぞれその一辺で前記軸に回動可能に取り付けられ、他辺は自由端となっていることを特徴とする風受けブレードである。
　本発明は、簡単な構成を有するものであり、その建設にも、また維持管理にも費用が安いものである。また、従来の風力発電機と異なり平面的なものであるので、例えば、太陽光発電などで利用される土地の周りにその発電の妨害とならずに設置することができたり、耕作を行う田畑の周りに設置することができるので、自然エネルギーからの電力を効率良く得ることができる。
本発明の風力発電システムを平面的に示した模式図である。図中、矢印は風向を、太矢印は牽引索の進行方向を示す。 本発明の風力発電システムの発電機用回転輪付近の部分正面図である。 回転支持手段の別の態様を示す図面である。 本発明で使用される風受けブレードの斜視図である。 風受けブレードの平面図である。図中、Ａは開いた状態、Ｂは閉じた状態を示す。
　以下、本発明の風力発電システムの一態様を示す図面を挙げ、本発明をさらに詳しく説明する。
　図１は、本発明の風力発電システムを平面的に示した模式図であり、図２は、その発電機用回転輪付近の部分正面図である。図中、１は発電システム、２は発電機用回転輪、３は発電機、４は回転支持手段、５は風受けブレード、６は牽引索、７は固定軸、８は連結部材をそれぞれ示す。
　本発明のシステムは、図１で示すように、複数の風受けブレード５の上端と下端が連結された２本の牽引索６を、２段の回転輪を有する発電機用回転輪２と、これまた２段の回転保持部を有する１または複数の回転支持手段４の間にループを形成し、かけ渡したものである。
　上記発電機用回転輪２および回転支持手段４は、回転輪や、図３に示すような、例えばスキーのリフトなどで使用されているようなものなどを利用することができる。また、これを２段として使用するのは、風受けブレード５の上下方向の揺れを防ぎ、動きを抑えるためである。ここで回転支持手段４は１個であっても良いが、その場合は、発電機用回転輪２との直線方向の風力しか利用できず、不利であり、回転支持手段４を複数とすることで、風向に関係なく発電可能となる。
　図４は、本発明で用いる風受けブレード５の一態様を示す斜視図である。図中、５、６、７および８は前記と同じであり、１０はストッパを示す。この図からわかるように風受けブレード５は、２枚のプレート５ａ、５ｂが、それらの一辺において、固定軸７に結合され、他端は自由辺となっているものであり、固定軸７を中心に回動可能である。
　上記プレート５ａ、５ｂは、同じ面積であってもよいが、その面積を異なるものとした方が、風上側に向かう際の閉の状態から、風下側に向かう際に横からの風で開になりやすいため好ましい。また形状も平坦な板状よりも、先端側（自由端側）で外に向かって若干そり気味に開いている方が、風上側では閉になりやすく、また風下側へ向かう際は開きやすいため好ましい。
　また、本発明のブレード５においては、風を最大に受けるため、開いた状態でのプレート５ａ、５ｂの角度が９０～１８０°程度になるようにすることが好ましく、特に９０～１２０°とすることが好ましい。このためにはストッパ１０を用い、開き度合いを調整することが好ましい。このストッパ１０は、図５に示すように、プレート５ａ、５ｂの上にそれぞれ各末端が回動可能な部材を用い、所定の開き角度以上にならないようにしても良い。また、連結部材８上に棒状物として突出したストッパ１０を設けたり、連結部材８自体の一部を切り欠き、プレート５ａ、５ｂの動きを制約するようにしても、更には、プレート５ａ、５ｂの一部に紐穴を設け、ここに通した紐を利用し、開き度合いを調整してもよい（いずれも図示せず）。なお、プレート５ａ、５ｂの材質は、特に制約されるものではないが、ある程度以上の強度を持ち、腐食しにくい材質、例えば金属板やＦＲＰ板であることが好ましい。
　前記態様では、２枚のプレート５ａ、５ｂが、それらの一辺において、固定軸７に蝶番構造で結合され、回動可能となっているが、これに限らず２枚のプレートが回動可能な構造であれば良く、例えば、腕木等を用い、それぞれの上辺、下辺のみで、あるいはさらに中間部の複数個所で固定軸７に開閉可能に取り付けても良い。
　本発明の風受けブレード５を取り付ける２本の牽引索６は、ある程度以上の強度を持ち、腐食しにくい材質であることが好ましい。具体的には、鋼・ステンレス製のロープや、アラミド繊維などのロープであることが好ましい。また、ロープでなく、チェーンを利用することもでき、この場合は回転輪２側を歯車（ギア）とすることで回転輪２を回す力を高めることができる。
　風受けブレード５を取り付けた２本の牽引索６は、縄バシゴ状であり、発電機用回転輪２の２段の回転輪と、好ましくは、複数の回転支持手段４の各々２段の回転輪あるいは回転保持部の間でかけ渡されることにより、発電機用回転輪２を回転させ、発電が可能となる。
　本発明の風力発電システム１では、上記のように構成されるので、風受けブレード５が前から風を受ける場合は、その抵抗によりプレート５ａ、５ｂは閉じ、移動の際の抵抗はほとんどない。一方、後ろから風を受ける場合は、その力によってプレート５ａ、５ｂは開き、この開いたプレートが風力を受けることになり、この風力が連結されている牽引索を通して発電機用回転輪２を回すことで、発電機３での発電が可能となる。具体的には、例えば発電機用回転輪２の回転を、回転軸側歯車９ａを介して発電機側歯車９ｂに伝えるが、その際ギア比の違いによって発電機側歯車９ｂの速度が上がり、発電に十分な回転力を得ることができるのである。
　本発明の風力発電システムは、大きな構造物を伴わないものであるため、例えば、ある程度の面積が必要で、日当たりの良いことが求められる太陽光発電プラントでも風が吹くところであれば問題なく稼働させることができる。また、これに限られず、畑や推断の周囲に設置し、作物を耕作しながら稼働させることや、ビルの屋上を利用して稼働させることもできる。
　そして、例えば太陽光発電プラントにおいて、その外側を取り囲むように設置すれば、太陽光発電のできない夜間等であっても発電することが可能となり、効率よく自然エネルギーの電力として売電することができ、極めて有利である。
　　１ … … 発電システム
　　２ … … 発電機用回転輪
　　３ … … 発電機
　　４ … … 回転支持手段
　４１ … … 支柱
　４２ … … 滑車
　４３ … … 腕木
　　５ … … 風受けブレード
　　６ … … 牽引索
　　７ … … 固定軸
　　８ … … 連結部材
　　９ … … 歯車
　９ａ … … 回転軸側歯車
　９ｂ … … 発電機側歯車
　１０ … … ストッパ

Claims (6)

  1. 　複数の、風の風向に応じて開閉する風受けブレードを一定間隔で取り付けた２本の牽引索をループ状に形成し、これを発電機用回転輪と１または複数の回転支持手段とにかけ渡した風力発電システムであって、前記風受けブレードは、２枚のプレートと、上下を牽引索で固定される軸を有し、２枚のプレートはそれぞれその一辺で前記軸に回動可能に取り付けられ、他辺は自由端となっていることを特徴とする風力発電システム。
  2. 　風受けブレードは、２本の牽引索の上下でこの牽引索に固定される請求項１記載の風力発電システム。
  3. 　発電機用回転輪および回転支持手段の回転輪が２段で構成される請求項１または２記載の風力発電システム。
  4. 　風受けブレードの、２枚のプレートの面積が異なる請求項１ないし３のいずれかの項記載の風力発電システム。
  5. 　風受けブレードの、２枚のプレートの先端が外側に湾曲する請求項１ないし４のいずれかの項記載の風力発電システム。
  6. 　２枚のプレートが最大に開いた場合の角度が、９０～１８０°に制約された請求項１ないし５のいずれかの項記載の風力発電システム。
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