JPH09242658A - ツイン風車式発電装置 - Google Patents
ツイン風車式発電装置Info
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- JPH09242658A JPH09242658A JP8073180A JP7318096A JPH09242658A JP H09242658 A JPH09242658 A JP H09242658A JP 8073180 A JP8073180 A JP 8073180A JP 7318096 A JP7318096 A JP 7318096A JP H09242658 A JPH09242658 A JP H09242658A
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- wind turbine
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- 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
- Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction
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- Wind Motors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 縦型の風車を使う風力発電のエネルギー変換
効率を上げ、コンパクトな装置でも大きな出力が得ら
れ、且つ装置の設置が一本のパイプタワーに取り付けら
れるだけの簡単な構造の装置を得る事を目的とする。 【構成】 2つの1対の縦形の風車を、フードプレート
とウェッジノーズとで風の増速流路を構成してあるフレ
ームにセットし、両方の風車に出て来る出力を傘歯車に
よって1本の軸に合力して、発電機を駆動させる構成で
ある。
効率を上げ、コンパクトな装置でも大きな出力が得ら
れ、且つ装置の設置が一本のパイプタワーに取り付けら
れるだけの簡単な構造の装置を得る事を目的とする。 【構成】 2つの1対の縦形の風車を、フードプレート
とウェッジノーズとで風の増速流路を構成してあるフレ
ームにセットし、両方の風車に出て来る出力を傘歯車に
よって1本の軸に合力して、発電機を駆動させる構成で
ある。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は空気の流れを機構的に増
速して、縦型ツイン羽根車に当て、高速回転させて発電
機を駆動する風力発電装置に関する。
速して、縦型ツイン羽根車に当て、高速回転させて発電
機を駆動する風力発電装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の風力発電装置において、縦型羽根
車を使う場合では、代表的なサボニウス型風車やダリュ
ウス型風車、又はジャイロミル形風車やパドル形風車に
見られる様に、その構造は一つのローターだけで構成さ
れている。風力発電の場合気流のエネルギー密度が薄い
上に分布密度も不均一であるので、実用的な発電規模の
装置を製作するには、エネルギーを取り込む風車には相
当に大きなものを用意する事になる。縦型風車装置の場
合大形の風車を支える機構は構造的にプロペラ形より複
雑になる為、特殊な目的以外現状では使用例が少なく大
形の装置はプロペラ形の方が圧倒的に多くなっている。
車を使う場合では、代表的なサボニウス型風車やダリュ
ウス型風車、又はジャイロミル形風車やパドル形風車に
見られる様に、その構造は一つのローターだけで構成さ
れている。風力発電の場合気流のエネルギー密度が薄い
上に分布密度も不均一であるので、実用的な発電規模の
装置を製作するには、エネルギーを取り込む風車には相
当に大きなものを用意する事になる。縦型風車装置の場
合大形の風車を支える機構は構造的にプロペラ形より複
雑になる為、特殊な目的以外現状では使用例が少なく大
形の装置はプロペラ形の方が圧倒的に多くなっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】風力発電の場合、気流
が持っているエネルギーの密度は非常に小さい上に、分
布が不均一である為、これを利用して発電機を安定して
駆動させようとすると、気流の運動のエネルギーを直接
受ける風車の大きさは大きくすることは避けられい。特
に風車の出力係数は風車の受風面積に反比例するので、
幅の狭い細長いブレードを1〜3枚にしたプロペラ方式
のものが広く普及している。しかし風車の実際の出力は
受風する風の速度の3乗と受風面積に比例するので、高
い出力係数を維持しながら大出力を求める場合はブレー
ドの長さを長くせざるを得ない。しかしブレードの長さ
が長くなってプロペラの外径が大きくなると、プロペラ
の周速度が大きくなるので、回転速度は低く設定しなけ
ればならない。その為発電機を駆動するのに増速比の大
きな増速装置が必要になる。しかしこの増速比の大きい
装置では歯車の伝達効率が低くなる事は避けられず、必
要起動トルクも大きくなるので風車で風より受け取った
エネルギーのうち発電に利用できる率が低くなる事が避
けられないという問題点があった。一方縦型の風車を使
用する装置では、風車の径を大きくするとそれを支える
支持機構が大きくなり、複雑になる問題がある。又起動
トルクはプロペラ型より大きいが、出力係数がプロペラ
型に比較して低いので、結局実用的大形の風力発電の装
置ではほとんどがプロペラ形の発電装置しか使われてい
ないという問題点もある。
が持っているエネルギーの密度は非常に小さい上に、分
布が不均一である為、これを利用して発電機を安定して
駆動させようとすると、気流の運動のエネルギーを直接
受ける風車の大きさは大きくすることは避けられい。特
に風車の出力係数は風車の受風面積に反比例するので、
幅の狭い細長いブレードを1〜3枚にしたプロペラ方式
のものが広く普及している。しかし風車の実際の出力は
受風する風の速度の3乗と受風面積に比例するので、高
い出力係数を維持しながら大出力を求める場合はブレー
ドの長さを長くせざるを得ない。しかしブレードの長さ
が長くなってプロペラの外径が大きくなると、プロペラ
の周速度が大きくなるので、回転速度は低く設定しなけ
ればならない。その為発電機を駆動するのに増速比の大
きな増速装置が必要になる。しかしこの増速比の大きい
装置では歯車の伝達効率が低くなる事は避けられず、必
要起動トルクも大きくなるので風車で風より受け取った
エネルギーのうち発電に利用できる率が低くなる事が避
けられないという問題点があった。一方縦型の風車を使
用する装置では、風車の径を大きくするとそれを支える
支持機構が大きくなり、複雑になる問題がある。又起動
トルクはプロペラ型より大きいが、出力係数がプロペラ
型に比較して低いので、結局実用的大形の風力発電の装
置ではほとんどがプロペラ形の発電装置しか使われてい
ないという問題点もある。
【0004】その為本発明では次の2つの課題を解決の
目的とした。即ち 1,装置としての受風面積は大きく取りながら、風車は
高速回転が出来る外径の小さなものが使え、増速装置の
歯車の増速比を低く押さえられて、高い伝達効率が得ら
れるようにする。 2,風車の出力が受風速度の3乗に比例するという原理
を利用して、自然風を直接風車に衝突させる前に増速し
て、コンパクトな設計でも大きな出力が得られるように
する。
目的とした。即ち 1,装置としての受風面積は大きく取りながら、風車は
高速回転が出来る外径の小さなものが使え、増速装置の
歯車の増速比を低く押さえられて、高い伝達効率が得ら
れるようにする。 2,風車の出力が受風速度の3乗に比例するという原理
を利用して、自然風を直接風車に衝突させる前に増速し
て、コンパクトな設計でも大きな出力が得られるように
する。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する為
次のような方策を取る事にした。即ち自然流の気流を直
接風車の受風面に当てて回転力を得る従来の方式では、
風力エネルギーの変換効率に一定の限界がある為上記の
課題の解決にはならないから、その限界の変換効率を越
える方法として機構的に風速を増すという方法を採る。
次のような方策を取る事にした。即ち自然流の気流を直
接風車の受風面に当てて回転力を得る従来の方式では、
風力エネルギーの変換効率に一定の限界がある為上記の
課題の解決にはならないから、その限界の変換効率を越
える方法として機構的に風速を増すという方法を採る。
【0006】自然気流の風力エネルギーの変換効率の限
界を越えるには、風車の受風面より上流に於いて自然風
が風車に当たる前に風の速度を増速し、同時に風車の受
風面の面積を大きくする方法しかない。その原理を実現
する為装置に入る自然気流を2つに分かれた流路に導
き、流路の断面積を絞る方法で増速し、その流路から吹
き出される風が縦型のツインの風車の受風側ブレードに
衝突するように装置を設計する。そして両方の風車の回
転軸に出てくる回転駆動力を1本の回転軸に集めて発電
機が駆動出来る様にする。
界を越えるには、風車の受風面より上流に於いて自然風
が風車に当たる前に風の速度を増速し、同時に風車の受
風面の面積を大きくする方法しかない。その原理を実現
する為装置に入る自然気流を2つに分かれた流路に導
き、流路の断面積を絞る方法で増速し、その流路から吹
き出される風が縦型のツインの風車の受風側ブレードに
衝突するように装置を設計する。そして両方の風車の回
転軸に出てくる回転駆動力を1本の回転軸に集めて発電
機が駆動出来る様にする。
【0007】
【作用】自然風を通す流路が先細りの構造になっている
と、通風断面積が絞られるのでそこを通る空気の流速が
上がる。2つの流路から増速された気流をそれぞれ2つ
の風車の受風面に導いて回転力を発生させると、両方の
風車に出て来る回転力は互いに反対方向の回転力とな
る。これを相対する向きにセットした傘歯車に伝達し、
その両方の傘歯車の間にあって同時に両方に噛み合って
いる1つの傘歯車に回転力を合流させ発電機を駆動出来
る様にする。この方法を採ると風車装置の風向に垂直な
面の受風投影面積がどの様な大きさになってもツインの
風車の外径は自由に設計出来る。つまり風車の外径は小
さいが実質的な受風面積は大きく、風車には高速化され
た気流が吹き付けられて効率の高いエネルギー変換が行
われる装置になる。
と、通風断面積が絞られるのでそこを通る空気の流速が
上がる。2つの流路から増速された気流をそれぞれ2つ
の風車の受風面に導いて回転力を発生させると、両方の
風車に出て来る回転力は互いに反対方向の回転力とな
る。これを相対する向きにセットした傘歯車に伝達し、
その両方の傘歯車の間にあって同時に両方に噛み合って
いる1つの傘歯車に回転力を合流させ発電機を駆動出来
る様にする。この方法を採ると風車装置の風向に垂直な
面の受風投影面積がどの様な大きさになってもツインの
風車の外径は自由に設計出来る。つまり風車の外径は小
さいが実質的な受風面積は大きく、風車には高速化され
た気流が吹き付けられて効率の高いエネルギー変換が行
われる装置になる。
【0008】
【実施例】上記に述べた原理を利用した実施例を図面に
よって説明する。図1に示す様に支柱6は風車やその他
の装置がセットされたフレーム3の一点を支える構造に
なって居る。左右に互いに反対方向に回転する一対の風
車1と2がセットされている。そのフレーム3の中心に
は図3に示す様に楔形のウェッジノーズ4があり、両サ
イドにはフードプレート5が設けられ、通過する風を増
速する風洞を形成している。フレーム3は風向きに順応
する様に一本の支柱6で支え、風がどの方向から来ても
支柱6を中心に回転出来、ウェッジノーズ4の先端が必
ず風上に向く様に、中心よりずれた位置で支柱6に取り
付けられている。今風上から矢印のように気流が流れて
いる場合を想定すると、気流はウェッジノーズ4によっ
て左右に分れ、両側のフードプレート5との間に形成さ
れる流路を通って風車1と2に吹き付けられる。この時
流路の断面積は先絞りの形になっているので気流は増速
され、風車1と2のブレードに衝突する時には互いに反
対方向に回転力を発生する。その回転力は図4に示すよ
うに、風車の回転軸1.a及び2.aに発生し、ベルト14
によってプーリー1.c及び2.cからギヤーボックス9の
プーリー 7及び8に伝達される。互いに逆方向に回転
するプーリー 7及び8の回転力は、それぞれ同じ軸に
セットされて、向かい合って取り付けられている傘歯車
7.a及び8.aに伝わり、同時に両者の間に挟まった状態
で噛み合っている小傘歯車10を駆動し、同軸上のプー
リー10.aから発電機11に伝達される。
よって説明する。図1に示す様に支柱6は風車やその他
の装置がセットされたフレーム3の一点を支える構造に
なって居る。左右に互いに反対方向に回転する一対の風
車1と2がセットされている。そのフレーム3の中心に
は図3に示す様に楔形のウェッジノーズ4があり、両サ
イドにはフードプレート5が設けられ、通過する風を増
速する風洞を形成している。フレーム3は風向きに順応
する様に一本の支柱6で支え、風がどの方向から来ても
支柱6を中心に回転出来、ウェッジノーズ4の先端が必
ず風上に向く様に、中心よりずれた位置で支柱6に取り
付けられている。今風上から矢印のように気流が流れて
いる場合を想定すると、気流はウェッジノーズ4によっ
て左右に分れ、両側のフードプレート5との間に形成さ
れる流路を通って風車1と2に吹き付けられる。この時
流路の断面積は先絞りの形になっているので気流は増速
され、風車1と2のブレードに衝突する時には互いに反
対方向に回転力を発生する。その回転力は図4に示すよ
うに、風車の回転軸1.a及び2.aに発生し、ベルト14
によってプーリー1.c及び2.cからギヤーボックス9の
プーリー 7及び8に伝達される。互いに逆方向に回転
するプーリー 7及び8の回転力は、それぞれ同じ軸に
セットされて、向かい合って取り付けられている傘歯車
7.a及び8.aに伝わり、同時に両者の間に挟まった状態
で噛み合っている小傘歯車10を駆動し、同軸上のプー
リー10.aから発電機11に伝達される。
【0009】自然の風はその強さが不規則で、強弱の差
が大きい。風力発電としては出来るだけ安定した状態で
作動することが望ましい。図5は風車の回転速度の安定
化装置を示す。フラッパー5.aはフード5に、フラッパ
ー4.aはウェッジノーズ4にそれぞれ取り付けられ、両
方をリンク12で連結し連動するようになっている。引
っ張りバネ13によって風車のブレードには風が最大限
に当たるようにセットされているが、強力な風が来る
と、フラッパー4.a及び5.aには風圧が掛かり、両方と
も外側に押し出す。その場合リンク12で連結されてい
るフラッパー4.a及び5.aは風が風車を通り過ぎる方向
に動く。即ち強力な風や突風が来た時にはフラッパー
4.b及び5.bは風車1及び2に衝突する風を逃がして暴
走状態にならない様に作用する。つまり風車の回転速度
をコントロールするガバナーの役割をする。
が大きい。風力発電としては出来るだけ安定した状態で
作動することが望ましい。図5は風車の回転速度の安定
化装置を示す。フラッパー5.aはフード5に、フラッパ
ー4.aはウェッジノーズ4にそれぞれ取り付けられ、両
方をリンク12で連結し連動するようになっている。引
っ張りバネ13によって風車のブレードには風が最大限
に当たるようにセットされているが、強力な風が来る
と、フラッパー4.a及び5.aには風圧が掛かり、両方と
も外側に押し出す。その場合リンク12で連結されてい
るフラッパー4.a及び5.aは風が風車を通り過ぎる方向
に動く。即ち強力な風や突風が来た時にはフラッパー
4.b及び5.bは風車1及び2に衝突する風を逃がして暴
走状態にならない様に作用する。つまり風車の回転速度
をコントロールするガバナーの役割をする。
【0010】プーリー1.c及び2.cには図4に示す様に
風車の回転軸1.a及び2.a との間にはワンウエイクラ
ッチ1.b及び2.bを介在させ、装置に入る風の方向の変
化によって左右の風車の回転速度がアンバランスになっ
た時でも、速度の遅い方の回転軸のプーリーはスリップ
して風車に発生する回転力がどの様な状態でもロスなく
有効に発電機に伝達されるようにする。
風車の回転軸1.a及び2.a との間にはワンウエイクラ
ッチ1.b及び2.bを介在させ、装置に入る風の方向の変
化によって左右の風車の回転速度がアンバランスになっ
た時でも、速度の遅い方の回転軸のプーリーはスリップ
して風車に発生する回転力がどの様な状態でもロスなく
有効に発電機に伝達されるようにする。
【0011】風車の出力は受風速度によって大きな差が
出るが、自然風を直接風車に衝突させて回転エネルギー
に変換する方式よりも、図6の様にフードプレート5を
省略してウエッジノーズ4だけにした単純な構造して
も、その表面を流れる風の速度は自然風より相当に増速
されるので、風車のエネルギー変換効率を大きく改善す
る事が出来る。強風の発生しやすい場所ではこの方式が
有効である。
出るが、自然風を直接風車に衝突させて回転エネルギー
に変換する方式よりも、図6の様にフードプレート5を
省略してウエッジノーズ4だけにした単純な構造して
も、その表面を流れる風の速度は自然風より相当に増速
されるので、風車のエネルギー変換効率を大きく改善す
る事が出来る。強風の発生しやすい場所ではこの方式が
有効である。
【0012】
【発明の効果】風力エネルギーの変換効率には一定の限
界があり、理想風車でも60%を越えることは出来な
い。風車の実際の出力は風車の受風面積に比例し、風速
の3乗に比例するので、本発明はこの原理を2つの風車
を使って機構的に実現した。その結果1つの風車を使う
方式よりコンパクトな設計でありながら、発電に適した
風車の高速回転作動を可能にし、大きな出力が出る風車
を製作することが可能になった。内部に気流の流速を上
げられる2本の風洞を設けた箱形のフレームは1本のパ
イプタワーの支柱6で簡単に支持する事が出来、小径の
縦形の一対の風車1と2は発電機11を作動する為の歯
車装置の増速比がは小さいので動力伝達効率が高く、実
質的な風車の受風面積はフレームの投影面積に該当する
ので、従来の一個の縦型風車を使ったどのタイプの風力
発電装置よりも風力エネルギーの変換効率の高い実用装
置を製作することが可能になった。
界があり、理想風車でも60%を越えることは出来な
い。風車の実際の出力は風車の受風面積に比例し、風速
の3乗に比例するので、本発明はこの原理を2つの風車
を使って機構的に実現した。その結果1つの風車を使う
方式よりコンパクトな設計でありながら、発電に適した
風車の高速回転作動を可能にし、大きな出力が出る風車
を製作することが可能になった。内部に気流の流速を上
げられる2本の風洞を設けた箱形のフレームは1本のパ
イプタワーの支柱6で簡単に支持する事が出来、小径の
縦形の一対の風車1と2は発電機11を作動する為の歯
車装置の増速比がは小さいので動力伝達効率が高く、実
質的な風車の受風面積はフレームの投影面積に該当する
ので、従来の一個の縦型風車を使ったどのタイプの風力
発電装置よりも風力エネルギーの変換効率の高い実用装
置を製作することが可能になった。
【図1】装置の斜視図
【図2】(イ)横の側面図(ロ)後の側面図
【図3】
【図2】(イ)のA−A面の断面図
【図4】装置の動力伝達経路図
【図5】フラッパーの作動説明図
【図6】ウエッジノーズだけで風速を増す風車装置の断
面図
面図
1,2 風車 1.a 2.a 回転軸 1.b 2.b ワンウェイクラッチ 1.c 2.c プーリー 3 フレーム 4 ウェッジノーズ 5 フードプレート 4.a 5.a フラッパー 6 支柱 7,8 プーリー 7.a 8.a 10 傘歯車 10.a 11.a プーリー 11 発電機 12 リンク 13 引っ張りバネ 14 ベルト
Claims (4)
- 【請求項1】 ウェッジノーズ4とフードプレート5で
風速を増す2本の流路を設けた箱形のフレーム3に、互
いに反対方向に回転する一対の風車1と2をセットし、
上記の風車1と2に出て来る回転力を、それぞれ2つの
傘歯車7.aと8.aに伝え、この2つの傘歯車の両方に噛
み合っている傘歯車10に回転力を合流させて、発電機
11を駆動出来るようにしている構造が特徴のツイン風
車式発電装置 - 【請求項2】 ウェッジノーズ4とフードプレート5で
形成する2本の風の流路にフラッパー4.aと4.b及び
5.aと5.bを設け、それぞれをリンク12で連結し、風
の強さに連動して動くようにし、風車1と2の回転速度
の変動を押さえるようにしてある機構が特徴の請求項1
記載のツイン風車式発電装置 - 【請求項3】 ツインの風車1と2の回転軸1.a及び
2.aとプーリー1.c及び2.cとの間にワンウエイクラッ
チ1.b及び2.bを設け、風の吹く方向が急に変化したと
きに風車1及び2の回転速度にアンバランスが発生して
も、安定して回転力の伝達が出来る様にしてある構造が
特徴の請求項1記載のツイン風車式発電装置 - 【請求項4】 ツインの風車1と2が衝突させる風を、
フードプレート5を省略して流路を作らず、ウェッジノ
ーズ4の楔形の曲面だけで増速させる方法が特徴の請求
項1記載のツイン風車式発電装置
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8073180A JPH09242658A (ja) | 1996-03-04 | 1996-03-04 | ツイン風車式発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8073180A JPH09242658A (ja) | 1996-03-04 | 1996-03-04 | ツイン風車式発電装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09242658A true JPH09242658A (ja) | 1997-09-16 |
Family
ID=13510694
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8073180A Pending JPH09242658A (ja) | 1996-03-04 | 1996-03-04 | ツイン風車式発電装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09242658A (ja) |
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100420537B1 (ko) * | 2001-03-14 | 2004-03-02 | 백운철 | 풍력발전기의 회전력 결합장치 |
JP2009275690A (ja) * | 2008-05-17 | 2009-11-26 | Kazumasa Osawa | 風力制御式風力発電装置 |
WO2010021731A3 (en) * | 2008-08-22 | 2010-05-20 | Natural Power Concepts, Inc. | Column structure with protected turbine |
CN101907070A (zh) * | 2010-08-06 | 2010-12-08 | 曹付德 | 防风治沙风力发电机组 |
KR101015437B1 (ko) * | 2009-09-10 | 2011-02-22 | 유영실 | 풍력발전용 편심 이중 회전자 구조체 |
WO2012173139A1 (ja) * | 2011-06-16 | 2012-12-20 | 株式会社ユニバンス | 流体力発電装置 |
JP2013545931A (ja) * | 2010-12-13 | 2013-12-26 | デニス・パトリック・シュテール | 風力および/または水力のために風/水を追跡するツインタービンシステム |
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KR101508304B1 (ko) * | 2012-11-30 | 2015-04-06 | (주)자운영 | 수직형 풍력발전기 |
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-
1996
- 1996-03-04 JP JP8073180A patent/JPH09242658A/ja active Pending
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