(57)【要約】【課題】  本発明は、風況の良い立地に設置されている大型のプロペラ式風力発電装置における、ブレードよりも下域の空間に小型の縦軸風車式風力発電装置を風留堰状に配設し、上昇する気流でプロペラ式風力発電装置を効率良く稼働させるとともに、縦軸風車式風力発電装置においても発電させようとするものである。【解決手段】  立設されたプロペラ式風力発電装置１の支柱１Ａの周囲に、上端がプロペラ式風力発電装置１のブレード１Ｂと接触しないように、かつプロペラ式風力発電装置１の支柱１Ａの周囲を、風が通過しにくくなる風留ダム状に小型の風車２、３を配設し、小型の風車２、３に当って生じる上昇気流を、プロペラ式風力発電装置１のブレード１Ｂに当てて回転効率を高めるようにした。【選択図】  図１
2020060145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
立設されたプロペラ式風力発電装置の支柱の周囲に、上端がプロペラ式風力発電機のブレードと接触しないように、かつプロペラ式風力発電装置の支柱の周囲を、風が通過しにくくなる風留ダム状に小型の風車を配設し、小型の風車に当たって生じる上昇気流を、プロペラ式風力発電装置のブレードに当てて、回転効率を高めるようにしたことを特徴とする風力発電システム。
【請求項２】
前記風留ダム状に配設する小型の風車は、縦長ブレードを備えた縦軸風車式風力発電装置であり、縦長ブレードの回転により遮られる気流をプロペラ式風力発電装置のブレードに当て、縦軸風車式風力発電装置自身も風力発電するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の風力発電システム。
【請求項３】
前記縦軸風車式風力発電装置は、縦長ブレードの主部の上下から縦主軸方向へ突出する内向曲傾部の先端部を、それぞれ縦主軸に固定するものであることを特徴とする請求項２に記載の風力発電システム。
【請求項４】
前記風留ダム状に配設する小型の風車は、小型のプロペラ式風力発電装置であり、プロペラの回転により遮られる気流を大型のプロペラ式風力発電機のブレードに当て、小型のプロペラ式風力発電装置自身も、風力発電するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の風力発電システム。
【請求項５】
前記小型のプロペラ式風力発電装置の風車におけるプロペラのブレードは、側面視で、主部の先に前向曲成部が大きく突出形成され、前向曲成部の前向先端面は回転軸心線と直交状とし、かつその正面は略魚形とし、その前縁端と後縁端は、同一の回転円弧上にあることを特徴とする請求項４に記載の風力発電システム。
【請求項６】
前記小型の風車は、大型のプロペラ式風力発電装置の支柱の周囲において、前後左右で定間隔に配設されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の風力発電システム。  
【請求項７】
前記小型の風車は、高さの高いものと低いものとを、前後左右で交互に配設したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の風力発電システム。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風況の良い土地をより有効に利用して効率の良い風力発電を行うことができる風力発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
風を効率良く利用するために、風車を集合させて配置することは、例えば特許文献１に記載されている。これは、幅の広い支持枠体に、多段式の羽根車を、複数並列して支持したものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２０７３５５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の発明においては、支持枠体を左右前後で複数に区画し、各区画ごとに縦主軸を支持し、その各縦主軸に、縦長ブレードを支持腕で垂直に固定したもので、いずれの方向から風が吹いても、各縦長ブレードに気流が当り、回転するものである。
本発明は、高さ数10ｍにも及ぶ大型のプロペラ式風力発電装置の支柱の周囲に、小型の風車を複数、風留ダム状に配設して上昇気流を生じさせ、その気流をプロペラ式風力発電装置に利用して回転効率を高めるとともに、プロペラ式風力発電装置の支柱の間を通過する気流を利用して、小型の風車も、縦主軸風車式風力発電装置等を使用し、風力発電を効果的にする風力発電システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、前記課題を解決するために、次のような技術的手段を講じたものである。      
【０００６】
（１） 立設されたプロペラ式風力発電装置の支柱の周囲に、上端がプロペラ式風力発電装置のブレードと接触しないように、かつプロペラ式風力発電装置の支柱の周囲を、風が通過しにくくなる風留ダム状に複数の小型の風車を配設し、風車に当って生じる上昇気流を、プロペラ式風力発電装置のブレードに当てて、回転効率を高めるようにした風力発電システム。
【０００７】
（２）前記風留ダム状に配設する小型の風車は、縦長ブレードを備えた縦軸風車式風力発電装置であり、縦長ブレードの回転により遮られる気流を、プロペラ式風力発電装置のブレードに当て、縦軸風車式風力発電装置自身も、風力発電するようにした、前記（1）に記載の風力発電システム。
【０００８】
（３）前記縦軸風車式風力発電装置は、縦長ブレードの主部の上下から縦主軸方向へ突出する内向曲傾部の先端部を、縦主軸に固定するものである前記（2）に記載の風力発電システム。
【０００９】
（４）前記風留ダム状に配設する小型の風車は、小型のプロペラ式風力発電装置であり、プロペラの回転により遮られる気流を大型のプロペラ式風力発電装置のブレードに当てて、小型のプロペラ式風力発電装置自身も風力発電するようにした前記（1）に記載の風力発電システム。   
【００１０】
（５）前記小型のプロペラ式風力発電装置の風車におけるプロペラのブレードは、側面視で主部の先に、前向曲成部が大きく突出形成され、前向曲成部の前向先端面は、回転軸心線と直交状とし、かつその正面は略魚形とし、その前縁端と後縁端は同一の回転円弧上にある前記（4）に記載の風力発電システム。
【００１１】
（６）前記小型の風車は、大型のプロペラ式風力発電装置の支柱の周囲において、前後左右で定間隔に配設する前記（1）〜（5）のいずれかに記載の風力発電システム。
【００１２】
（７）前記小型の風車は、高さの高いものと低いものとを、前後左右で交互に配設することを特徴とする前記（1）〜（6）のいずれかに記載の風力発電システム。  
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、次のような効果が奏せられる。
【００１４】
前記（1）に記載の発明においては、用地に立設された大型のプロペラ式風力発電装置の支柱の周囲に、上端がプロペラ式風力発電装置のブレードと接触しないように、かつプロペラ式風力発電装置の支柱の周囲を、風が通過しにくくなる風留ダム状に複数の小型の風車を配設すると、遮られた気流は上昇し、大型のプロペラ式風力発電装置のブレードに当るので、風流とは別に、下の風車に当たって上昇する気流も、プロペラ式風力発電装置のプロペラに当るため、効率良くプロペラ式風力発電装置を稼働させることができる。
【００１５】
前記（2）に記載の発明においては、大型のプロペラ式風力発電装置の周囲に、所定の間隔を開けて複数の縦軸風車式風力発電装置を、風留ダム状に配設してあるので、風が吹くと、プロペラ式風力発電装置のブレードが回転して発電される。
このプロペラ式風力発電装置の支柱の周囲には、複数の風車として、縦軸風車式風力発電装置が配設されるので、これが風留ダム状の役割を果たし、これに当る気流は上昇気流となって上方に移動して、プロペラ式風力発電装置のブレードに当り、これを効率良く回転させる。
また縦軸風車式風力発電装置自体も、風況の良い場所に複数配設されることとなり、風力を効果的に利用して、効率のよい風力発電をすることが出来る。
【００１６】
前記（3）に記載の発明においては、前記縦軸風車式風力発電装置における縦軸風車は、縦長ブレードの主部の上下から縦主軸方向へ突出する内向曲傾部の先端部を、それぞれ縦主軸に固定するものであるので、剛性に優れている。また回転性に優れ、プロペラ式風力発電装置のプロペラが回転しない低風速の時においても、効率良く回転して発電するので、風力を有効に利用することができる。 
【００１７】
前記（4）に記載の発明においては、前記小型のプロペラ式風力発電装置は、大型のプロペラ式風力発電装置の支柱周囲において、前後左右で定間隔に配設されているので、風向きが逆になった時においても、風留ダム状の役割を果たし、上昇気流を大型のプロペラ式風力発電装置に効率良く当てることが出来、かつ、複数の小型のプロペラ式風力発電装置の風車は、どの位置においても、風向きに関わりなく回転して、発電することができる。
【００１８】
前記（5）に記載の発明においては、前記小型のプロペラ式風力発電装置の風車におけるプロペラのブレードは、側面視で、主部の先に前向曲成部が大きく突出して形成され、前向曲成部の前向先端面は回転軸心線と直交状としてあるので、前向先端面の内側端部分が最大厚さを有して、ブレードが回転すると、回転遠心部分であるその部分に生じるコアンダ効果が最大となり、回転効率を高める。
前向先端面の正面は、回転軸心線に対して直交した状態であって、主部に対して大きく曲がって前方向に突出しており、ブレードの前面に当たる気流は、回転時に生じる遠心力により前向曲成部に当って遮られ、圧力を高めて前向曲成部を回転方向に強く押して通過し、回転効率を高める。通過した気流は、上昇して大型のプロペラ式発電装置のブレードに当り、風車を効率良く回転させる。
【００１９】
前記（6）に記載の発明においては、前記小型の風車は、大型のプロペラ式風力発電装置の支柱周囲において、前後左右で定間隔に配設されているので、風向きが逆になっても風車は回転し、かつ風留ダムの役割を果たすことが出来る。
【００２０】
前記（7）に記載の発明においては、前記小型の風車は、高さの高いものと低いものとを前後左右で交互に配設されているので、風向きが逆になっても、複数の風車の各間における風通しがよくなり、各風車における発電効率が高められ、また風留ダムとしての役割も変わることはない。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の風力発電システムにおける発電装置の配列一部正面図である。
【図２】本発明の風力発電システムにおける発電装置の配列略示的平面図である。
【図３】本発明の風力発電システムの縦軸風車式風力発電装置の正面図である。
【図４】小型プロペラ式風力発電装置の風車のプロペラを示す正面図である。
【図５】図４におけるＶーＶ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の風力発電システムにおいて使用される、プロペラ式風力発電装置１と、その周囲に、風溜ダムとして配設する、複数の小型の風車の、配設状況の一部を示す正面図で、図２はその配置状態を示す平面図であり、小型の風車として、小型の縦軸風車式風力発電装置２、３が使用されている。
【００２３】
図１において、一般的な高寸のプロペラ式風力発電装置１、１が２基、所定の間隔を開けて配設されている。この配置間隔は、各ブレード１Ｂが回転する時に気流の干渉が近隣との間で生じることのない間隔であり、この各支柱１Ａの間は、一般には気流が素通りしている。
【００２４】
本発明は、この素通りする気流を有効に利用しようとするもので、図１に示すように、大型のプロペラ式風力発電装置１の支柱１Ａの側方に、適宜の間隔を開けて、高寸の縦軸風車式風力発電装置２と、やや低寸の縦軸風車式風力発電装置３とを、交互に複数配設してある。
【００２５】
これによって、同じ高さの発電装置を配列した場合に比して、風が何れの方向から吹いても、風下にある縦軸風車式風力発電装置２、３に対して、気流が均等に当り易くなる。
【００２６】
縦軸風車式風力発電装置２、３同士の間隔は、その縦長ブレード４の回転直径の約３倍以上離してあるが、縦長ブレード４が縦主軸７を中心として回転すると、縦長ブレード４の回転軌跡内の空気は、遠心力によって外側へ導かれて、縦長ブレード４の内側が負圧になり、外部から入り込む気流は、縦長ブレード４の内側面に沿って上昇し、自然風と合流して、プロペラ式風力発電装置１のブレード１Ｂに当って、これを高効率に回転させる。
【００２７】
前記縦長ブレード４の主部４Ａの弦長は、主部４Ａの回転半径の４５％〜５５％としてあり、その最大厚さは、最大弦長の２０％〜３５％としてあり、従来には見ることの出来ない厚さと弦長としてある。
この厚さが厚いため、回転時に生じる主部４Ａにおけるコアンダ効果が高くなり、回転速度は高くなる。また弦長が長いため、回転遠心部における受風面積が大となり、回転速度が大となる効果がある。
【００２８】
図２は、本初明の風力発電システムの平面図を示し、左右２基のプロペラ式風力発電装置１、１それぞれの前後左右に、適宜の間隔を開けて、高さの高い縦軸風車式風力発電装置２と、高さの低い縦軸風車式風力発電装置３とが、交互に複数配設されている。
【００２９】
縦軸風車式風力発電装置２、３は、拡大正面図を図３に示すように、支柱５の中間部に発電機６が固定され、その上側における管柱５Ａの上に、回転可能に嵌装された縦主軸７の下部は、管柱５Ａ内に挿通されて、その下端は発電機６に連係されており、縦長ブレード４の回転により、発電機６が発電するようになっている。
縦主軸７には、３方向から縦長ブレード４のほぼ垂直な主部４Ａの上下の内向曲傾部４Ｂ、４Ｂの先端が、固定片７Ａを介して固定されている。
【００３０】
風が吹くと、大型のプロペラ式風力発電装置１のブレード１Ｂは回転し、同時に小型の縦軸風車式風力発電装置２、３の縦長ブレード４が回転して、発電機６は発電をする。
【００３１】
この場合、縦軸風車式風力発電装置２、３の縦長ブレード４が回転すると、縦長ブレード４の回転円弧の内側の気流は、遠心力と圧力差によって外側へ導かれるため、回転円弧の内側の気圧は低下し、外側から入り込む気流は、更に外側へ導き出される中で、上部の内向曲傾部４Ｂの下面を回転方向へ押すので、縦長ブレード４は、風速による回転に加えて更に回転する。
【００３２】
そのため、前方から当たる気流は、縦軸風車式風力発電装置２、３の回転している縦長ブレード４の中を通過することができずに遮られて、上方へ移動し、縦長ブレード４の回転円弧の内側から上昇する気流と合流して、大型のプロペラ式風力発電装置１のブレード１Ｂに効果的に当り、これを効率良く回転させる。
【００３３】
すなわち、従来は、大型のプロペラ式風力発電装置１のブレード１Ｂの下域を通過していた気流が、縦軸風車式風力発電装置２、３の縦長ブレード４によって遮られて上昇し、プロペラ式風力発電装置１のブレード１Ｂに当る気流と合流して当るもので、気流を有効に利用することができる。
【００３４】
縦軸風車式風力発電装置２、３の代わりに、構築物で風留堰状体を構築すると、それ以外に用途のない費用がかかるが、複数の縦軸風車式風力発電装置２、３を配設することによってダムのように風を留め、大型のプロペラ式風力発電装置１に供給することができ、加えて、風況の良い場所の風を、小型の縦軸風車式風力発電装置２、３で有効に利用して、余分に発電をすることができるものである。
【００３５】
なお、縦軸風車式風力発電装置２、３において、高さの高い方か、又は低い方のいずれかの縦長ブレード４の寸法を、異なるものとすることができる。
また縦長ブレード４の枚数は、図においては３枚が示されているが、２枚、もしくは４枚以上とすることができる。
【００３６】
この縦長ブレード４は、図２におけるＡ矢示方向、Ｂ矢示方向、Ｃ矢示方向、Ｄ矢示方向の何れからの風でも、風向きの変化にかかわらず回転するので、風向きが変化しても、同じように回転し、その効果は変わらない。
【００３７】
図４は、小型のプロペラ式風力発電装置における風車のプロペラ８を示す正面図である。
小型のプロペラ式風力発電装置は、図示しない支柱上に、水平旋回可能に図示しないナセルが配設され、その内部の図示しない発電機から後部へ突出する回転軸の後部に、風車のプロペラ８が固定されている。
【００３８】
プロペラ８は、ハブ９の周面に均等間隔でブレード１０の基部１０Ａが固定されている。正面視においてブレード１０の前縁１３は、翼端方向の中間まで、ほぼ直線状で、主部１１の先部分から前向曲成部１２の先端へかけて、後縁１４方向へ弧曲状にほぼ同じ弦長で曲がっている。
【００３９】
ブレード１０の後縁１４部分は、正面視で前向曲成部１２は、ほぼ同じ幅の弦長とし、前向先端面１６の傾状と同じ断面としてあり、主部１１は、基部１０Ａの近くで後縁部分が前縁方向へ深く湾入して湾入部１５となり、その部分の後縁は前縁部分とほぼ同じように厚くなって、気流が通過しやすくなっている。
【００４０】
図５は、図４におけるＶーＶ線断面図である。主部１１の後面１８は、基部１０Ａから前向曲成部１２に至るまでほぼ垂直であり、前面１７は、基部１０Ａから前向曲成部１２にかけて、後面１８方向に傾斜して、前向曲成部１２へかけて厚さが次第に薄くなるように形成されている。
【００４１】
前向曲成部１２は、主部１２の端部から前方へ大きく屈曲して、前向先端面１６を、基部１０Ａの厚さほど突出させて、その前向先端面１６は、回転軸心線Ｓと直交するように形成され、図４に示すように、略魚形であり、前縁端１３Ａと後縁端１４Ａは同一の回転円弧Ｔ上に設定されている。また図５に示すように、前向先端面１６は前縁よりも後縁の方がやや後面１８方向へ傾斜している。
【００４２】
前向曲成部１２の後面１２Ａの曲率半径は、前面１２Ｂの曲率半径よりも大きく、前向先端面１６の内側端１６Ａを通る軸心線Ｓと平行な最厚部線１２Ｃ部分の厚さが、このブレード１０において最大の厚さとなっている。
ブレード１０における前縁部分の厚さが厚いほど、コアンダ効果が高くて、回転効率があがる。
【００４３】
図５において、Ｘ矢示方向から気流が当ると、ブレード１０の前面１７は、前縁１３から後縁方向へ傾斜しているので、ブレード１０は前縁１３方向へ押されて回転する。
また主部１１の前面１７は、基部１０Ａから先端方向へ傾斜しているので、この傾斜面を滑る気流は、前向曲成部１２の前面１２Ｂに移動し、この前面１２Ｂに当たる気流と合流して囲いこまれ、ブレード１０を回転方向に強く回転させる。
【００４４】
ブレード１０が回転すると、ブレード１０の表面に生じるコアンダ効果は、翼端に近い前向先端面１６の、前記内側端１６Ａを通る、軸心線Ｓと平行な最厚部線１２Ｃの部分で最大となるが、ここは回転遠心部分であるため、その回転速度は大であり、回転に伴って生じる遠心力により、ブレード１０の前面１７に当る気流は、前向曲成部１２の前面１２Ｂでブレード１０を回転方向に押し出し、更に回転効率を高め、効率のよい発電をする。
【００４５】
ブレード１０を回転させて抜けた気流は上昇し、普通に当る気流と合流して、大型のプロペラ式発電装置１のブレード１Ｂに当り、これを効率良く回転させる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
風況の良い場所において、大型の風力発電装置の回転効率を高め、またその地において使用されなかった風力を、小型の風力発電装置で利用し、効率良く風力発電をすることができる。
【符号の説明】
【００４７】
１．プロペラ式風力発電装置  
１Ａ．支柱
１Ｂ．ブレード
２、３．縦軸風車式風力発電装置
４．縦長ブレード
４Ａ．主部
４Ｂ．内向曲傾部
５．支柱
５Ａ．管柱
６．発電機
７．縦主軸
７Ａ．固定片
８．小型のプロペラ式風力発電装置の風車のプロペラ
９．ハブ
１０．ブレード
１０Ａ．基部
１１．主部
１２．前向曲成部
１２Ａ．後面
１２Ｂ．前面
１２Ｃ．最厚部線
１３．前縁
１３Ａ．前縁端
１４．後縁
１４Ａ．後縁端
１５．湾入部
１６．前向先端面
１７．前面
１８．後面
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ．風向
Ｓ．軸心線
Ｔ．回転円弧
Ｘ．気流
【図１】
2020060145.tif 000003
【図２】
2020060145.tif 000004
【図３】
2020060145.tif 000005
【図４】
2020060145.tif 000006
【図５】
2020060145.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成30年12月27日(2018.12.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
立設されたプロペラ式風力発電装置の支柱の周囲に、上端がプロペラ式風力発電機のブレードと接触しないように、かつプロペラ式風力発電装置の支柱の周囲を、風が通過しにくくなる風留ダム状に小型の風車を配設し、小型の風車に当たって生じる上昇気流を、プロペラ式風力発電装置のブレードに当てて、回転効率を高めるようにし、    
前記小型の風車は、縦長ブレードを備える縦軸風車式風力発電装置であり、縦長ブレードの回転により遮られる気流をプロペラ式風力発電装置のブレードに当て、縦軸風車式風力発電装置自身も風力発電するようにしたことを特徴とする風力発電システム。
【請求項２】
前記縦軸風車式風力発電装置は、縦長ブレードの主部の上下から縦主軸方向へ突出する内向曲傾部の先端部を、それぞれ縦主軸に固定するものであることを特徴とする請求項１に記載の風力発電システム。
【請求項３】
前記風留ダム状に配設する小型の風車は、小型のプロペラ式風力発電装置であり、プロペラの回転により遮られる気流を大型のプロペラ式風力発電機のブレードに当て、小型のプロペラ式風力発電装置自身も、風力発電するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の風力発電システム。
【請求項４】
前記小型のプロペラ式風力発電装置の風車におけるプロペラのブレードは、側面視で、主部の先に前向曲成部が大きく突出形成され、前向曲成部の前向先端面は回転軸心線と直交状とし、かつその正面は略魚形とし、その前縁端と後縁端は、同一の回転円弧上にあることを特徴とする請求項３に記載の風力発電システム。
【請求項５】
前記大型のプロペラ式風力発電装置の支柱の周囲において、該支柱を中心として前後方向と４５度で交差する、右傾線と左傾線との各交点上に、前記小型の風車を配置し、該小型の風車は、横列方向に、高さの高いものと低いものとを交互に配設し、前後の横列方向では、その順番を１っずつずらしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の風力発電システム。  
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風況の良い土地をより有効に利用して、効率の良い風力発電を行うことができるようにした風力発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
風を効率良く利用するために、風車を集合させて配置することは、例えば特許文献１に記載されている。これは、幅の広い支持枠体に、多段式の羽根車を、複数並列して支持したものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２０７３５５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の発明においては、支持枠体を左右前後で複数に区画し、各区画ごとに縦主軸を支持し、その各縦主軸に、縦長ブレードを支持腕で垂直に固定したもので、いずれの方向から風が吹いても、各縦長ブレードに気流が当り、回転するものである。
本発明は、高さ数10ｍにも及ぶ大型のプロペラ式風力発電装置の支柱の周囲に、小型の風車を複数、風留ダム状に配設して上昇気流を生じさせ、その気流をプロペラ式風力発電装置に利用して回転効率を高めるとともに、プロペラ式風力発電装置の支柱の間を通過する気流を利用して、小型の風車も、縦主軸風車式風力発電装置等を使用し、風力発電を効果的にする風力発電システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、前記課題を解決するために、次のような技術的手段を講じたものである。      
【０００６】
（１） 立設されたプロペラ式風力発電装置の支柱の周囲に、上端がプロペラ式風力発立設されたプロペラ式風力発電装置の支柱の周囲に、上端がプロペラ式風力発電機のブレードと接触しないように、かつプロペラ式風力発電装置の支柱の周囲を、風が通過しにくくなる風留ダム状に小型の風車を配設し、小型の風車に当たって生じる上昇気流を、プロペラ式風力発電装置のブレードに当てて、回転効率を高めるようにし、    
前記小型の風車は、縦長ブレードを備える縦軸風車式風力発電装置であり、縦長ブレードの回転により遮られる気流をプロペラ式風力発電装置のブレードに当て、縦軸風車式風力発電装置自身も風力発電するようにした風力発電システム。
【０００７】
（２）  前記縦軸風車式風力発電装置は、縦長ブレードの主部の上下から縦主軸方向へ突出する内向曲傾部の先端部を、それぞれ縦主軸に固定するものである前記（1）に記載の風力発電システム。
【０００８】
（３）  前記風留ダム状に配設する小型の風車は、小型のプロペラ式風力発電装置であり、プロペラの回転により遮られる気流を大型のプロペラ式風力発電機のブレードに当て、小型のプロペラ式風力発電装置自身も、風力発電するようにした前記（1）に記載の風力発電システム。
【０００９】
（４）前記小型のプロペラ式風力発電装置の風車におけるプロペラのブレードは、側面視で、主部の先に前向曲成部が大きく突出形成され、前向曲成部の前向先端面は回転軸心線と直交状とし、かつその正面は略魚形とし、その前縁端と後縁端は、同一の回転円弧上にある前記（3）に記載の風力発電システム。
【００１０】
（５）  前記大型のプロペラ式風力発電装置の支柱の周囲において、該支柱を中心として前後方向と４５度で交差する、右傾線と左傾線との各交点上に、前記小型の風車を配置し、該小型の風車は、横列方向に、高さの高いものと低いものとを交互に配設し、前後の横列方向では、その順番を１っずつずらした前記（1）〜（4）のいずれかに記載の風力発電システム。  
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、次のような効果が奏せられる。
【００１２】
前記（1）に記載の発明においては、用地に立設された大型のプロペラ式風力発電装置の支柱の周囲に、上端がプロペラ式風力発電装置のブレードと接触しないように、かつプロペラ式風力発電装置の支柱の周囲を、風が通過しにくくなる風留ダム状に複数の小型の風車を配設すると、遮られた気流は上昇し、大型のプロペラ式風力発電装置のブレードに当るので、風流とは別に、下の風車に当たって上昇する気流も、プロペラ式風力発電装置のプロペラに当るため、効率良くプロペラ式風力発電装置を稼働させることができる。
また大型のプロペラ式風力発電装置の周囲に、所定の間隔を開けて複数の縦軸風車式風力発電装置を、風留ダム状に配設してあるので、風が吹くと、プロペラ式風力発電装置のブレードが回転して発電される。
このプロペラ式風力発電装置の支柱の周囲には、複数の風車として、縦軸風車式風力発電装置が配設されているので、これが風留ダム状の役割を果たし、これに当る気流は上昇気流となって上方に移動して、プロペラ式風力発電装置のブレードに当り、これを効率良く回転させる。
また縦軸風車式風力発電装置自体も、風況の良い場所に複数配設されることとなり、風力を効果的に利用して、効率のよい風力発電をすることが出来る。
【００１３】
前記（2）に記載の発明においては、前記縦軸風車式風力発電装置における縦軸風車は、縦長ブレードの主部の上下から縦主軸方向へ突出する内向曲傾部の先端部を、それぞれ縦主軸に固定したものであるので、剛性に優れている。また回転性に優れ、プロペラ式風力発電装置のプロペラが回転しない低風速の時においても、効率良く回転して発電するので、風力を有効に利用することができる。 
【００１４】
前記（3）に記載の発明においては、前記小型のプロペラ式風力発電装置は、大型のプロペラ式風力発電装置の支柱周囲において、前後左右で定間隔に配設されているので、風向きが逆になった時においても、風留ダム状の役割を果たし、上昇気流を大型のプロペラ式風力発電装置に効率良く当てることが出来、かつ、複数の小型のプロペラ式風力発電装置の風車は、どの位置においても、風向きに関わりなく回転して、発電することができる。
【００１５】
前記（4）に記載の発明においては、前記小型のプロペラ式風力発電装置の風車におけるプロペラのブレードは、側面視で、主部の先に前向曲成部が大きく突出して形成され、前向曲成部の前向先端面は回転軸心線と直交状としてあるので、前向先端面の内側端部分が最大厚さを有して、ブレードが回転すると、回転遠心部分であるその部分に生じるコアンダ効果が最大となり、回転効率を高める。
前向先端面の正面は、回転軸心線に対して直交した状態であって、主部に対して大きく曲がって前方向に突出しており、ブレードの前面に当たる気流は、回転時に生じる遠心力により前向曲成部に当って遮られ、圧力を高めて前向曲成部を回転方向に強く押して通過し、回転効率を高める。通過した気流は、上昇して大型のプロペラ式発電装置のブレードに当り、風車を効率良く回転させる。
【００１６】
前記（5）に記載の発明においては、前記小型の風車は、大型のプロペラ式風力発電装置の支柱の周囲において、前後左右で定間隔に配設されているので、風向きが逆になっても風車は回転し、かつ風留ダムの役割を果たすことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の風力発電システムにおける発電装置の配列一部正面図である。
【図２】本発明の風力発電システムにおける発電装置の配列略示的平面図である。
【図３】本発明の風力発電システムの縦軸風車式風力発電装置の正面図である。
【図４】小型プロペラ式風力発電装置の風車のプロペラを示す正面図である。
【図５】図４におけるＶーＶ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の風力発電システムにおいて使用される、プロペラ式風力発電装置１と、その周囲に、風溜ダムとして配設する、複数の小型の風車の、配設状況の一部を示す正面図で、図２はその配置状態を示す平面図であり、小型の風車として、小型の縦軸風車式風力発電装置２、３が使用されている。
【００１９】
図１において、一般的な高寸のプロペラ式風力発電装置１、１が２基、所定の間隔を開けて配設されている。この配置間隔は、各ブレード１Ｂが回転する時に気流の干渉が近隣との間で生じることのない間隔であり、この各支柱１Ａの間は、一般には気流が素通りしている。
【００２０】
本発明は、この素通りする気流を有効に利用しようとするもので、図１に示すように、大型のプロペラ式風力発電装置１の支柱１Ａの側方に、適宜の間隔を開けて、高寸の縦軸風車式風力発電装置２と、やや低寸の縦軸風車式風力発電装置３とを、交互に複数配設してある。
【００２１】
これによって、同じ高さの発電装置を配列した場合に比して、風が何れの方向から吹いても、風下にある縦軸風車式風力発電装置２、３に対して、気流が均等に当り易くなる。
【００２２】
縦軸風車式風力発電装置２、３同士の間隔は、その縦長ブレード４の回転直径の約３倍以上離してあるが、縦長ブレード４が縦主軸７を中心として回転すると、縦長ブレード４の回転軌跡内の空気は、遠心力によって外側へ導かれて、縦長ブレード４の内側が負圧になり、外部から入り込む気流は、縦長ブレード４の内側面に沿って上昇し、自然風と合流して、プロペラ式風力発電装置１のブレード１Ｂに当って、これを高効率に回転させる。
【００２３】
前記縦長ブレード４の主部４Ａの弦長は、主部４Ａの回転半径の４５％〜５５％としてあり、その最大厚さは、最大弦長の２０％〜３５％としてあり、従来には見ることの出来ない厚さと弦長としてある。
この厚さが厚いため、回転時に生じる主部４Ａにおけるコアンダ効果が高くなり、回転速度は高くなる。また弦長が長いため、回転遠心部における受風面積が大となり、回転速度が大となる効果がある。
【００２４】
図２は、本初明の風力発電システムの平面図を示し、左右２基のプロペラ式風力発電装置１、１それぞれの前後左右に、適宜の間隔を開けて、高さの高い縦軸風車式風力発電装置２と、高さの低い縦軸風車式風力発電装置３とが、交互に複数配設されている。
【００２５】
縦軸風車式風力発電装置２、３は、拡大正面図を図３に示すように、支柱５の中間部に発電機６が固定され、その上側における管柱５Ａの上に、回転可能に嵌装された縦主軸７の下部は、管柱５Ａ内に挿通されて、その下端は発電機６に連係されており、縦長ブレード４の回転により、発電機６が発電するようになっている。
縦主軸７には、３方向から縦長ブレード４のほぼ垂直な主部４Ａの上下の内向曲傾部４Ｂ、４Ｂの先端が、固定片７Ａを介して固定されている。
【００２６】
風が吹くと、大型のプロペラ式風力発電装置１のブレード１Ｂは回転し、同時に小型の縦軸風車式風力発電装置２、３の縦長ブレード４が回転して、発電機６は発電をする。
【００２７】
この場合、縦軸風車式風力発電装置２、３の縦長ブレード４が回転すると、縦長ブレード４の回転円弧の内側の気流は、遠心力と圧力差によって外側へ導かれるため、回転円弧の内側の気圧は低下し、外側から入り込む気流は、更に外側へ導き出される中で、上部の内向曲傾部４Ｂの下面を回転方向へ押すので、縦長ブレード４は、風速による回転に加えて更に回転する。
【００２８】
そのため、前方から当たる気流は、縦軸風車式風力発電装置２、３の回転している縦長ブレード４の中を通過することができずに遮られて、上方へ移動し、縦長ブレード４の回転円弧の内側から上昇する気流と合流して、大型のプロペラ式風力発電装置１のブレード１Ｂに効果的に当り、これを効率良く回転させる。
【００２９】
すなわち、従来は、大型のプロペラ式風力発電装置１のブレード１Ｂの下域を通過していた気流が、縦軸風車式風力発電装置２、３の縦長ブレード４によって遮られて上昇し、プロペラ式風力発電装置１のブレード１Ｂに当る気流と合流して当るもので、気流を有効に利用することができる。
【００３０】
縦軸風車式風力発電装置２、３の代わりに、構築物で風留堰状体を構築すると、それ以外に用途のない費用がかかるが、複数の縦軸風車式風力発電装置２、３を配設することによってダムのように風を留め、大型のプロペラ式風力発電装置１に供給することができ、加えて、風況の良い場所の風を、小型の縦軸風車式風力発電装置２、３で有効に利用して、余分に発電をすることができるものである。
【００３１】
なお、縦軸風車式風力発電装置２、３において、高さの高い方か、又は低い方のいずれかの縦長ブレード４の寸法を、異なるものとすることができる。
また縦長ブレード４の枚数は、図においては３枚が示されているが、２枚、もしくは４枚以上とすることができる。
【００３２】
この縦長ブレード４は、図２におけるＡ矢示方向、Ｂ矢示方向、Ｃ矢示方向、Ｄ矢示方向の何れからの風でも、風向きの変化にかかわらず回転するので、風向きが変化しても、同じように回転し、その効果は変わらない。
【００３３】
図４は、小型のプロペラ式風力発電装置における風車のプロペラ８を示す正面図である。
小型のプロペラ式風力発電装置は、図示しない支柱上に、水平旋回可能に図示しないナセルが配設され、その内部の図示しない発電機から後部へ突出する回転軸の後部に、風車のプロペラ８が固定されている。
【００３４】
プロペラ８は、ハブ９の周面に均等間隔でブレード１０の基部１０Ａが固定されている。正面視においてブレード１０の前縁１３は、翼端方向の中間まで、ほぼ直線状で、主部１１の先部分から前向曲成部１２の先端へかけて、後縁１４方向へ弧曲状にほぼ同じ弦長で曲がっている。
【００３５】
ブレード１０の後縁１４部分は、正面視で前向曲成部１２は、ほぼ同じ幅の弦長とし、前向先端面１６の傾状と同じ断面としてあり、主部１１は、基部１０Ａの近くで後縁部分が前縁方向へ深く湾入して湾入部１５となり、その部分の後縁は前縁部分とほぼ同じように厚くなって、気流が通過しやすくなっている。
【００３６】
図５は、図４におけるＶーＶ線断面図である。主部１１の後面１８は、基部１０Ａから前向曲成部１２に至るまでほぼ垂直であり、前面１７は、基部１０Ａから前向曲成部１２にかけて、後面１８方向に傾斜して、前向曲成部１２へかけて厚さが次第に薄くなるように形成されている。
【００３７】
前向曲成部１２は、主部１２の端部から前方へ大きく屈曲して、前向先端面１６を、基部１０Ａの厚さほど突出させて、その前向先端面１６は、回転軸心線Ｓと直交するように形成され、図４に示すように、略魚形であり、前縁端１３Ａと後縁端１４Ａは同一の回転円弧Ｔ上に設定されている。また図５に示すように、前向先端面１６は前縁よりも後縁の方がやや後面１８方向へ傾斜している。
【００３８】
前向曲成部１２の後面１２Ａの曲率半径は、前面１２Ｂの曲率半径よりも大きく、前向先端面１６の内側端１６Ａを通る軸心線Ｓと平行な最厚部線１２Ｃ部分の厚さが、このブレード１０において最大の厚さとなっている。ブレード１０における前縁部分の厚さが厚いほど、コアンダ効果が高くて、回転効率があがる。
【００３９】
図５において、Ｘ矢示方向から気流が当ると、ブレード１０の前面１７は、前縁１３から後縁方向へ傾斜しているので、ブレード１０は前縁１３方向へ押されて回転する。
また主部１１の前面１７は、基部１０Ａから先端方向へ傾斜しているので、この傾斜面を滑る気流は、前向曲成部１２の前面１２Ｂに移動し、この前面１２Ｂに当たる気流と合流して囲いこまれ、ブレード１０を回転方向に強く回転させる。
【００４０】
ブレード１０が回転すると、ブレード１０の表面に生じるコアンダ効果は、翼端に近い前向先端面１６の、前記内側端１６Ａを通る、軸心線Ｓと平行な最厚部線１２Ｃの部分で最大となるが、ここは回転遠心部分であるため、その回転速度は大であり、回転に伴って生じる遠心力により、ブレード１０の前面１７に当る気流は、前向曲成部１２の前面１２Ｂでブレード１０を回転方向に押し出し、更に回転効率を高め、効率のよい発電をする。
【００４１】
ブレード１０を回転させて抜けた気流は上昇し、普通に当る気流と合流して、大型のプロペラ式発電装置１のブレード１Ｂに当り、これを効率良く回転させる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
風況の良い場所において、大型の風力発電装置の回転効率を高め、またその地において使用されなかった風力を、小型の風力発電装置で利用し、効率良く風力発電をすることができる。
【符号の説明】
【００４３】
１．プロペラ式風力発電装置  
１Ａ．支柱
１Ｂ．ブレード
２、３．縦軸風車式風力発電装置
４．縦長ブレード
４Ａ．主部
４Ｂ．内向曲傾部
５．支柱
５Ａ．管柱
６．発電機
７．縦主軸
７Ａ．固定片
８．小型のプロペラ式風力発電装置の風車のプロペラ
９．ハブ
１０．ブレード
１０Ａ．基部
１１．主部
１２．前向曲成部
１２Ａ．後面
１２Ｂ．前面
１２Ｃ．最厚部線
１３．前縁
１３Ａ．前縁端
１４．後縁
１４Ａ．後縁端
１５．湾入部
１６．前向先端面
１７．前面
１８．後面
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ．風向
Ｓ．軸心線
Ｔ．回転円弧
Ｘ．気流