JP2014020274A - 全方位風力源によって風力エネルギー変換を向上させる風力運動エネルギー生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】全方位風力源によって風力エネルギー変換を向上させる風力運動エネルギー生成装置を提供する。
【解決手段】全方向からの風力を接収し、風力エネルギー変換効率を向上させる風力運動エネルギー生成装置１０であって、固定設置された風力引導プラットフォーム１と、風力引導プラットフォーム１の内側に設置され、風力の駆動によって、出力軸３を経由して運動エネルギーを伝送する風力回転機構２と、を含み、風力引導プラットフォーム１には、外側から内側へ向かって複数の羽引導通路１１を設けることによって、風力引導プラットフォーム１の外部各方向に対して、すべて対応する羽引導通路１１を有し、各方向からの風力を風力引導プラットフォーム１へ引導し、風力回転機構２には、複数の回転羽２１を設けることによって、羽引導通路１１からくる風力を受け、風力回転機構２を推進する。
【選択図】図５

Description

本発明は、風力運動エネルギー生成分野、特に各方向から風力を接収し、風力エネルギー変換効率を向上させるとともに、導流方式によって、最大風向きの風力を集中させ、最も有効な推力となし、風力不足或いは一時停頓時にも持続運転させ、更に付加おもりによって、回転慣性の力を増加し、運動エネルギーの生成効率を向上させる風力運動エネルギー生成装置に関する。

従来型風力運動エネルギー生成装置は、羽風切り面の影響、及び風力源が不安定などの要素のため、有効運動エネルギーパワーをもたらす効率が非常に低く、更に機械・電力変換設備の損耗で、その出力エネルギーはさらに残り少ないものとなる。このような状況下では、風力によって巨大なエネルギーを生成しようとすれば、一層大型の風力運動エネルギー生成装置を設置しなければならず、工事に費やされるコストは驚異的であり、加えて据え付け及び分解保守が困難である。

このため、本発明者は、図７と図８に示すような発明を提案した。これは、本出願人がすでに出願した「タワー式マルチ風洞効果によって、抗力羽及び垂直式揚力羽の複合式回転機構の垂直軸風力運動エネルギー生成装置」という発明で（特許文献１を参照）、従来型風力運動エネルギー生成装置５を含み、風力エネルギーを安定生成できるよう制御する機構を提供し、自然環境中の各種風力の流れ方向を有効にコントロールし、安定した風力エネルギーを集中的に生成できるようにしたものである。

前記従来型風力運動エネルギー生成装置５には、風向きに対して９０度垂直面を保持する抗力羽５１を含み、風向きがいつも前記抗力羽５１の風切り面に対向するようにして、風力運動エネルギーの出力を安定させる。且つ前記抗力羽５１には斜め孔５２を設け、風力エネルギー負荷を抗力羽５１の背面へ導き、従来型抗力羽５１の生じる抗力効果を改善した。さらに前記抗力羽５１の外側に揚力羽５３を設け、風を受けた時、前記揚力羽５３に偏圧が生じ、同様に回転推力を形成できる。なお、前記従来型風力運動エネルギー生成装置５は、風力効果を増加させるため、同等体積において最大風力エネルギー変換を取得でき、更にタワー式構築を採用することによって、すなわちタワー５４を設置することによって、限りある土地面積上により多層の風力運動エネルギー生成装置を設置できる。

ただし、前記従来型風力運動エネルギー生成装置５は、実際に応用するとき、その構造が相当複雑なため、前記従来型抗力羽５１及び前記従来型抗力羽５１迎風揺動を制御する機構のほかに、回転を助ける前記揚力羽５３及びホイール５５などを設置してあり、制作やメンテナンスの困難且つコストアップを招くため、なお改善の余地がある。しかも、前記従来型風力運動エネルギー生成装置５は、前記タワー式構築を採用しているが、風力源の不安定を考慮して、前記タワー基台５４にウォールプレート５６を装着して風力源の方向をコントロールしなければならず、タワー基台の複雑さ及びコストアップを招く。

なお、風力エネルギー変換効率が低すぎる問題を解決するため、風力を有効に集中させることは、効率改善の無二の方法である。そして、該参照案或いは従来型風力運動エネルギー生成装置にかかわらず、その解決方法は、すべて前記抗力羽を風向きに合わせて揺動させ、その風切り面積を最大に保ち、より多くの風力を獲得することである。しかし、抗力羽を風向きに合わせて動かすことは、即大幅に製品の複雑さ及びコストを増加することになり、故障や損壊の概率も増え、さらに多くの安全防護設計を必要とし、且つ抗力羽を動かすことは一部エネルギーの損耗を招き、風力発電のコストが始終下げられず、有効に推進発展できない。

本発明者は、上述従来方式に派生する各項の欠点に鑑み、極力新規改善を試み、且つ長年苦心研鑽の末、ついに本件各方向の風力源を接収して風力エネルギーの変換効率を高め、且つ風力不足或いは一時停頓時にも持続運転させることのできる風力運動エネルギー生成装置の研究開発に成功した。

台湾特許第０９９１００７５８号公報

そこで、本発明の主要目的は、各方向から風力を接収し、風力エネルギー変換効率を向上させる風力運動エネルギー生成装置を提供することにある。

本発明のもう一つの目的は、前記各方向から風力を接収する風力運動エネルギー生成装置において、風向きを引導する羽を固定する形式を採用し、すなわち、出力軸を回転させて発電機を駆動するほか、前記風向きを引導する羽を風向きに合わせて方向を調整する必要はなく、従って設置の簡易性及び製品の耐用性を増加でき、コストが比較的安いのみならず、風力衝撃による損壊を受けにくいようにすることにある。

本発明の更にもう一つの目的は、前記風力運動エネルギー生成装置によって、各方向からの風力、乱気流、横方向風力…などを含む各種風力を有効に利用し、いずれも有効風力に変換でき、普段風力が順調な時の回転のみならず、風力不足や一時停頓の状況下でも、すでに接収済みの集中風力によって持続的に運転し、仕事の効率を増進することにある。

本発明の更にもう一つの目的は、前記風力運動エネルギー生成装置は地形の制限を受けることがなく、タワー式多層構築を採用し、同時に前記風力運動エネルギー生成装置を複数搭載し、タワー基台は風を迎える運転空間を提供するのみなので、複雑な設計はなく、制作を比較的に簡易化することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る各方向から風力を接収し、風力エネルギー変換効率を向上させる風力運動エネルギー生成装置は、風力源を引導するために固定設置された風力引導プラットフォームと、風力エネルギーの変換を行う風力回転機構とを含み、前記風力回転機構は出力軸を動かして運動エネルギーを出力する。前記風力引導プラットフォームは、前記風力回転機構の周囲に環状に取り巻いて設けられ、外側から内側へむかって複数の羽引導通路を設置し、前記羽引導通路は外側から内側へ向かって前記風力回転機構の回転方向へ傾斜することによって、前記風力引導プラットフォームの外界各方向にすべて対応する羽引導通路をもたらし、各方向からの風力を前記風力引導プラットフォームへ引導する；前記風力回転機構には、複数の回転羽が設置され、前記回転羽は、前記風力回転機構の回転方向に沿って弧状を形成し、且つ前記風力回転羽に複数の抗力羽を設けることによって、風力を前記回転羽と抗力羽の間に集中して風圧を起こして前記風力回転機構を回転させ、より強い集中風力及び持久的推力を生成し、風力が一時的に停頓或いは弱まった場合でも、持続的に前記回転羽を回転させて安定した回転を保つことができる。

本発明は、以下のような効果がある。
１）本発明は、各方向から風力を接収し、最高効率の風力エネルギー変換応用を達成し、実用的で低コストのクリーンエネルギーを提供できる。
２）本発明は、風向きに対して羽をコントロールする必要がなく、固定式設置を採用しているため、構造上比較的簡単であり、又製品の耐用性も向上でき、コストが安いのみならず、風力衝撃による損壊を被るとこも少ない。
３）本発明は、限られた風力を適切に利用し、普段風力が順調時の回転のほか、風力が不足或いは一時停頓の状況下でも、すでに接収済みの風力によって持続運転することができる。
４）本発明は、タワー式多層構築を採用することができ、タワー基台はただ運転空間を提供するのみであるため、複雑な設計はなく、製作上より簡易である。

本発明に係る各方向からの風力を接収して、風力エネルギー変換効率を向上させ、且つ風力が一時的に停頓した時も持続的に運転できる風力運動エネルギー生成装置の構造斜視図である。 前記風力運動エネルギー生成装置の構造正面図である。 前記風力運動エネルギー生成装置の上方カバー板を外して内部観察しやすいようにした構造斜視図である。 前記風力運動エネルギー生成装置の上方カバー板外した断面図である。 前記風力運動エネルギー生成装置の風力引導プラットフォームと風力回転機構相互の回転角度表示によって相対的空間構造を表した断面図である。 前記風力運動エネルギー生成装置が風を受けている状態時の作業状態図である。 前記風力運動エネルギー生成装置をタワー基台に設置した構造略図である。 従来型特許の構造斜視図である。 従来型特許のタワー式構築応用例の模式図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図４Ｂは、本発明に係る各方向の風力源を接収して、風力エネルギー変換効率を向上させ、且つ風力が一時的に停頓した時も持続的に運転できる風力運動エネルギー生成装置１０を示し、風力引導プラットフォーム１と、風力回転機構２及び出力軸３を含む。

前記風力引導プラットフォーム１には、外側から内側へ向かって複数の羽引導通路１１を設置し、前記風力引導プラットフォーム１の外部各方向に対してすべて羽引導通路１１が対応するようにしてある。このようにして、風力源の方向如何にかかわらず、風力をすべて前記風力引導プラットフォーム１の中へ引導することができる。前記風力回転機構２は、前記風力引導プラットフォーム１の内側に設置され、複数の回転羽２１を有し、前記羽引導通路１１からくる風力を接収することによって、前記風力回転機構２の回転を推進する。前記回転羽２１には、複数の抗力羽２２を設置することによって、風力を阻んで前記抗力羽２２の間に集中させ、比較的強くて持久的な推力を生成させ、風力が一時的に停頓或いは弱まった場合にも、前記回転羽２１を持続的に推進して回転の安定運行を保ち、風力が回復した場合に正常回転を続ける。前記風力回転機構２の回転によって、前記出力軸３が運動エネルギーを出力する。

さらに、前記風力引導プラットフォーム１は、前記風力回転機構２の周囲に環設され、各方向に対してすべて前記羽引導通路１１が対応するようになっている。前記羽引導通路１１は、外側から内側へ向かって、前記風力回転機構２の回転方向へ傾斜し、風力を引導して直接前記回転羽２１を衝撃して推力を生じさせる。同時に、前記回転羽２１は、前記風力回転機構２の回転方向に向かって弧状を形成し、前記抗力羽２２の設置に合わせて、風力を前記回転羽２１と抗力羽２２の間に集中させて風圧を生じさせ、風力が快速に散逸することを防ぎ、より持久的な風力効果の強化を維持することができる。

図５は、本発明の一般受風状態時の作業状態図であり、図中の主要風力Ｆは、前記羽引導通路１１に引導されて前記風力回転機構２の中へ入り、前記回転羽２１に接触して推進し、前記風力回転機構２の回転を開始させ、且つ軸心の出力軸３を連動回転させ、前記出力軸３を経由して運動エネルギーを発電機或いはその他動力機械（図示せず）によってエネルギーを出力する。そして、前記回転羽２１の回転を推進した後は、外部風力Ｆｓが持続的に前記風力回転機構２の中へ入るので、元の主要風力Ｆは前記回転羽２１を動かす時、必然的に前記風力回転機構２の内側へ移動する。前記抗力羽２２の設置によって、前記主要風力Ｆが集中して風圧を起こし、前記回転羽２１の回転を推進する力を増進する。且つ前記外部風力Ｆｓが持続的に進入する影響で、前記主要風力Ｆは前記風力回転機構２の内側方向へ向かって隣接する前記抗力羽２２の中に入り、再度集中させ、風圧を生じ、風力の使用を一層持久的に徹底させることができる。

前記風力回転機構２の内側に増圧区２３を設け、前記外部風力Ｆｓが比較的大きく、持続的である場合は、回転羽２１の受ける前記風力Ｆが比較的飽満であることによって推力が生じるほか、前記回転羽２１から流れ出す前記主要風力Ｆは前記増圧区２３に入って集中し、風圧を起こし、更に前記増圧区２３を経由して向かい側の無風位置へ流れ、無風位置の前記回転羽２１に対して推力を持続する。従って、前記外部風力Ｆｓはただ少数の区域から前記風力回転機構２へ入る。しかし、多数の前記回転羽２１は皆前記主要風力Ｆの推力作用を受けて効能を増加することができる。

又、前記回転羽２１と羽引導通路１１間の空間に排風通路２４が形成されており、前記羽引導通路１１と回転羽２１の間には夾角があるため、前記主要風力Ｆが比較的飽満で集中して風圧が生じた場合、一部分の風力が不規則な方向の干渉流を形成し、前記主要風力Ｆが前記回転羽２１を推進する動作を妨げる可能性がある。そのため、前記排風通路２４の設計によって、前記主要風力Ｆの風圧方向を引導し、且つ余分の風力Ｆｘを排出する。排出された風力Ｆｘは、前方の比較的不足する前記主要風力Ｆと相互結合し、前記回転羽２１のより好ましい回転効率を維持することができる。

更に、風力は前記風力回転機構２の外側から内側へ向かって次第に消耗減衰するので、良好な回転品質を維持するため、前記抗力羽２２の長さを前記風力回転機構２の辺縁から内側へ逓減するように設計すれば、風力が外側の前記回転羽２１を動かして減弱した後も、依然順調に前記風力回転機構２の内側方向へ向かって隣接する前記抗力羽２２の中へ進入し、再度集中、風圧を起こし、前記回転羽２１の回転を持続して推進することができる。前記抗力羽２２には、同時におもりを設置してよい。即ち材料或いは寸法の変化によってその重量を増加させ、回転時の慣性の力を増加することができ、前記風力回転機構２が風力停頓時にも依然慣性によって持続的に回転させることができる。つまりホイールに類似した設計が考えられる。

図１から図５をもう一度参照して、前記風力引導プラットフォーム１と前記風力回転機構２は、複数セットを積み重ねて設置してもよい。本実施例では４セット積み重ねを採用している。そして、隣接した前記風力引導プラットフォーム１の間はある角度を偏位させ、異なる方向からの風力に対する接収効果を増加することもできる。さらに前記羽引導通路１１の設置密度を勘案すれば、風力源の方向変化がいかに微妙であっても、前記風力引導プラットフォーム１にはいつも一部の前記羽引導通路１１が風力源に正面対向しているので、異なる方向からの風力に対する接収効果を効果的に増加することができる。

図６を参照して、前記風力運動エネルギー生成装置１０は、タワー台４の上に設置してよく、前記タワー台４は多層式に設計し、各フロア毎に前記風力運動エネルギー生成装置１０を装着し、実際設計上では、一部のフロアに発電機及びその他機械ユニットのメンテナンス・スペース４１を設け、保守点検人員の出入りが便利なようにする。前記風力運動エネルギー生成装置１０は各方向からの風力を接収できるため、タワー台４自体はいかなる抗風或いは導風の構造も必要とせず、設置を一層簡易にしている。

１０：風力運動エネルギー生成装置
１：風力引導プラットフォーム
１１：羽引導通路
２：風力回転機構
２１：回転羽
２２：抗力羽
２３：増圧区
２４：排風通路
３：出力軸
４：タワー台
４１：発電機及びその他機械ユニットのメンテナンス・スペース
５：従来型風力運動エネルギー生成装置
５１：抗力羽
５２：斜め孔
５３：揚力羽
５４：タワー台
５５：ホイール
５６：ウォールプレート
Ｆ：主要風力
Ｆｓ：外部風力
Ｆｘ：余分の風力

Claims (10)

1. 全方向からの風力を接収し、風力エネルギー変換効率を向上させる風力運動エネルギー生成装置であって、
   風力引導プラットフォームと、風力回転機構と、出力軸と、を含み、
   前記風力引導プラットフォームには、外側から内側へ向かって複数の羽引導通路を設置することによって、前記風力引導プラットフォーム外部の各方向にすべて対応する羽引導通路を有し、各方向からの風力を前記風力引導プラットフォームの中に引導し、
   前記風力回転機構は、前記風力引導プラットフォームの内側に設置され、前記風力回転機構に複数の回転羽を設けることによって、前記羽引導通路からくる風力を接収し、前記風力回転機構の回転を推進し、前記回転羽には、複数の抗力羽を設けることによって、風力を前記抗力羽の間に集中させて風圧を生じさせ、
   前記出力軸は、前記風力回転機構の内側中心に設置され、前記風力回転機構の回転を経由して回転し、運動エネルギーを出力する、ことを特徴とする全方位風力源によって風力エネルギー変換を向上させる風力運動エネルギー生成装置。
2. 前記風力引導プラットフォームは、前記風力回転機構の外周に環設され、前記羽引導通路は、前記風力回転機構の回転方向に沿って外側から内側へ向かって傾斜し、風力を前記回転羽へ引導し、推力を生じさせることを特徴とする、請求項１に記載の全方位風力源によって風力エネルギー変換を向上させる風力運動エネルギー生成装置。
3. 前記風力引導プラットフォームは、前記羽引導通路の設置密度を調整することによって、異なる方向からの風力に対する接収効果を増加できることを特徴とする、請求項１に記載の全方位風力源によって風力エネルギー変換を向上させる風力運動エネルギー生成装置。
4. 前記回転羽は、前記風力回転機構の回転方向に沿って弧状を形成することによって、風力を前記回転羽の中に集中させることを特徴とする、請求項１に記載の全方位風力源によって風力エネルギー変換を向上させる風力運動エネルギー生成装置。
5. 前記回転羽と前記羽引導通路の間には、排風通路を設けることによって、風力が前記回転羽引導通路から前記風力回転機構の位置へ進入することを阻まれて、効率が低減することを避けるようにしたことを特徴とする、請求項１に記載の全方位風力源によって風力エネルギー変換を向上させる風力運動エネルギー生成装置。
6. 前記風力回転機構の内側には、増圧区を設置することによって、風力が前記回転羽末端から排出した後、前記増圧区へ入って集中し、風圧を生じ、更に前記増圧区を経由して向かい側の無風位置へ流れ、無風位置の前記回転羽に対して持続的に働きかけることを特徴とする、請求項１に記載の全方位風力源によって風力エネルギー変換を向上させる風力運動エネルギー生成装置。
7. 前記抗力羽の長さは、前記風力回転機構の辺縁から内側へ向かって逓減し、風力が外側の前記回転羽を動かして減弱した後も、依然順調に前記風力回転機構の内側方向へ向かい、隣接の前記抗力羽の中へ入り、再度集中し、風圧を生じることによって、前記回転羽を持続的に推進することを特徴とする、請求項１に記載の全方位風力源によって風力エネルギー変換を向上させる風力運動エネルギー生成装置。
8. 前記抗力羽は、材料或いは寸法によって、その重量を増加し、回転時の慣性の力を増加させ、ホイールの効果を達成することを特徴とする、請求項１に記載の全方位風力源によって風力エネルギー変換を向上させる風力運動エネルギー生成装置。
9. 前記風力プラットフォーム及び前記風力回転機構は、複数セットを積み重ねて設置し、隣接する前記風力プラットフォーム間はある角度を変位させることによって、異なる方向からの風力接収効果を増進することを特徴とする請求項１に記載の全方位風力源によって風力エネルギー変換を向上させる風力運動エネルギー生成装置。
10. 前記風力運動エネルギー生成装置は、タワー台に設置され、前記タワー台を多層フロアに構築することによって、各フロア毎に前記風力運動エネルギー生成装置を装着することを特徴とする、請求項１に記載の全方位風力源によって風力エネルギー変換を向上させる風力運動エネルギー生成装置。