(57)【要約】【課題】空気抵抗を低減する。【解決手段】風力発電装置は、発電機軸を有する発電機と、前方側から後方側へ流れる風を受けることで回転されて、発電機軸を回転させる羽根車と、羽根車を回転径方向外側から覆う環状に形成されたケーシング１８と、を備えている。ケーシング１８は、径方向に沿って切断した断面視で、径方向内側の面１８Ａが前縁１８Ｂと後縁１８Ｃとを結ぶ線Ｌ１に対して径方向内側へ向けて凸状に形成されていると共に径方向外側の面１８Ｄが前縁と後縁とを結ぶ線に対して径方向外側へ向けて凸状に形成されている。また、ケーシング１８の前縁１８Ｂと後縁１８Ｃとを結ぶ線Ｌ１と前後方向とのなす角度θ１が、後縁１８Ｃを通りかつ径方向外側の面１８Ｄと接する接線Ｌ２と前後方向とのなす角度θ２よりも大きな角度に設定されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機軸を有する発電機と、
前方側から後方側へ流れる風を受けることで回転されて、前記発電機軸を回転させる羽根車と、
前記羽根車を回転径方向外側から覆う環状に形成され、径方向に沿って切断した断面視で、径方向内側の面が前縁と後縁とを結ぶ線に対して径方向内側へ向けて凸状に形成されていると共に径方向外側の面が前記前縁と前記後縁とを結ぶ線に対して径方向外側へ向けて凸状に形成され、前記前縁と前記後縁とを結ぶ線と前後方向とのなす角度が、前記後縁を通りかつ径方向外側の面と接する接線と前後方向とのなす角度よりも大きな角度に設定されたケーシングと、
を備えた風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、環状のケーシングの内側に配置された羽根車が回転されることで発電する風力発電装置が開示されている。この文献に記載された風力発電装置では、ケーシングに沿って流れる風を当該ケーシングから剥離させることで、当該ケーシングの後方側に渦を発生させるようになっている。これにより、羽根車を通過する風の流速を高めることが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５０３０１２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１に記載された風力発電装置は、羽根車を通過する風の流速を高めることができるという観点では有用な装置ではあるが、空気抵抗を低減するという観点で改善の余地がある。
【０００５】
本発明は上記事実を考慮し、空気抵抗を低減することができる風力発電装置を得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の風力発電装置は、発電機軸を有する発電機と、前方側から後方側へ流れる風を受けることで回転されて、前記発電機軸を回転させる羽根車と、前記羽根車を回転径方向外側から覆う環状に形成され、径方向に沿って切断した断面視で、径方向内側の面が前縁と後縁とを結ぶ線に対して径方向内側へ向けて凸状に形成されていると共に径方向外側の面が前記前縁と前記後縁とを結ぶ線に対して径方向外側へ向けて凸状に形成され、前記前縁と前記後縁とを結ぶ線と前後方向とのなす角度が、前記後縁を通りかつ径方向外側の面と接する接線と前後方向とのなす角度よりも大きな角度に設定されたケーシングと、を備えている。
【０００７】
請求項１記載の風力発電装置によれば、羽根車が、前方側から後方側へ流れる風を受けると、当該羽根車が回転される。これにより、発電機の発電機軸が回転されて発電が開始される。また、前方側から後方側へ流れる風は、ケーシングの径方向外側の面及び径方向内側の面に沿って流れた後に当該ケーシングの後方側から剥離する。これにより、羽根車の前方側と後方側との圧力差が大きくなり、羽根車を通過する風の流速が高められる。ここで、請求項１記載の発明では、ケーシングを径方向に沿って切断した断面視で、ケーシングの径方向内側の面がその前縁と後縁とを結ぶ線に対して径方向内側へ向けて凸状に形成されていると共に径方向外側の面がその前縁と後縁とを結ぶ線に対して径方向外側へ向けて凸状に形成されている。これに加えて、ケーシングを径方向に沿って切断した断面視で、ケーシングの前縁と後縁とを結ぶ線と前後方向とのなす角度が、当該ケーシングの後縁を通りかつ径方向外側の面と接する接線と前後方向とのなす角度よりも大きな角度に設定されている。これにより、ケーシングの後方側における風の流れの剥離を小さくすることができる。その結果、風力発電装置の空気抵抗を小さくすることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る風力発電装置は、空気抵抗を低減することができる、という優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態の風力発電装置を斜め後方側から見た斜視図である。
【図２】本実施形態の風力発電装置を示す正面図である。
【図３】本実施形態の風力発電装置のケーシングを斜め後方側から見た斜視図である。
【図４】図３に示された４−４線に沿って切断したケーシングの断面を拡大して示す拡大断面図である。
【図５】比較例に係るケーシングの断面を拡大して示す図４に対応する拡大断面図である。
【図６】本実施形態に係るケーシングの周りの流れ場を模式的に示した模式図である。
【図７】比較例に係るケーシングの周りの流れ場を模式的に示した模式図である。
【図８】空気抵抗と推定発電量との関係を示すグラフである。
【図９】他の実施形態の風力発電装置を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１〜図４を用いて本発明の実施形態に係る風力発電装置について説明する。なお、以下の説明において前後上下の方向を示して説明するときは、風力発電装置の前後上下の方向を示すものとし、また各図に適宜示す矢印ＦＲは前方向、矢印ＵＰは上方向をそれぞれ示すものとする。
【００１１】
図１及び図２に示されるように、本実施形態の風力発電装置１０は、陸上風力発電（図１参照）や洋上風力発電（図２参照）に用いられる。この風力発電装置１０は、陸上や洋上に設置（固定）される支柱部１２と、支柱部１２の上端部に設けられた発電機１４と、発電機１４の発電機軸１４Ａを回転させる羽根車１６と、羽根車１６の外周部に設けられたケーシング１８と、を備えている。
【００１２】
支柱部１２は、上下方向を長手方向とする筒状に形成されており、この支柱部１２の内部には、発電機等と接続された配線が配索されている。
【００１３】
発電機１４は、発電機軸１４Ａが回転されることで発電する交流発電機である。この発電機軸１４Ａと後述する羽根車１６が固定される羽根車軸との間には、ギヤボックスが設けられている。これにより、羽根車１６の回転が増速されて発電機軸１４Ａに伝達されるようになっている。
【００１４】
羽根車１６は、羽根車軸に固定される軸芯部１６Ａと、軸芯部１６Ａから回転径方向外側へ向けて延びると共に回転周方向へ等間隔に配置された３つの羽根１６Ｂと、を備えている。そして、前方から後方側へ流れる風が３つの羽根１６Ｂを通過することで、羽根車１６が回転するようになっている。
【００１５】
図１〜図３に示されるように、ケーシング１８は、羽根車１６を回転径方向外側から覆う環状に形成されている。なお、ケーシング１８は、その一部が支柱部１２に固定されている。
【００１６】
ケーシング１８の細部の構成について説明すると、図４に示されるように、このケーシング１８は、径方向に沿って切断した断面視で、径方向内側の面１８Ａが前縁１８Ｂと後縁１８Ｃとを結ぶ線Ｌ１に対して径方向内側へ向けて凸状に形成されていると共に径方向外側の面１８Ｄが前縁１８Ｂと後縁１８Ｃとを結ぶ線Ｌ１に対して径方向外側へ向けて凸状に形成された翼型状に形成されている。なお、以下の説明において、ケーシング１８を径方向に沿って切断した断面視で前縁１８Ｂと後縁１８Ｃとを結ぶ線Ｌ１を「翼弦線Ｌ１」という。また、ケーシング１８の径方向内側の面１８Ａを「内周面１８Ａ」といい、ケーシング１８の径方向外側の面１８Ｄを「外周面１８Ｄ」という。
【００１７】
本実施形態のケーシング１８の前端側１８Ｅは後端側１８Ｆに比べて緩やかに湾曲している。換言すると、ケーシング１８の後端側１８Ｆは前端側１８Ｅに比べて尖っている。また、ケーシング１８において翼弦線Ｌ１よりも外周側の断面積Ｓ１は、翼弦線Ｌ１よりも内周側の断面積Ｓ２に比べて小さな断面積となるように、内周面１８Ａ及び外周面１８Ｄの形状が設定されている。
【００１８】
そして、本実施形態では、翼弦線Ｌ１と前後方向とのなす角度θ１が、ケーシング１８の後縁１８Ｃを通りかつ外周面１８Ｄと接する接線Ｌ２（以下「後縁外接線Ｌ２」という）と前後方向とのなす角度θ２よりも大きな角度に設定されている。
【００１９】
（本実施形態の作用並びに効果）
次に、本実施形態の作用並びに効果について説明する。
【００２０】
図１及び図２に示されるように、本実施形態の風力発電装置１０によれば、羽根車１６が、前方側から後方側へ流れる風を受けると、当該羽根車１６が回転される。これにより、発電機１４の発電機軸１４Ａが羽根車軸及びギヤボックスを介して回転されて発電が開始される。
【００２１】
また、前方側から後方側へ流れる風の一部は、ケーシング１８の外周面１８Ｄ及び内周面１８Ａに沿って流れた後に当該ケーシング１８の後方側から剥離する。これにより、羽根車１６の前方側と後方側との圧力差が大きくなり、羽根車１６を通過する風の流速が高められる。
【００２２】
ここで、本実施形態では、ケーシング１８を径方向に沿って切断した断面視で、ケーシング１８の内周面１８Ａが翼弦線Ｌ１に対して径方向内側へ向けて凸状に形成されていると共に外周面１８Ｄが翼弦線Ｌ１に対して径方向外側へ向けて凸状に形成されている。これに加えて、ケーシング１８を径方向に沿って切断した断面視で、ケーシング１８の翼弦線Ｌ１と前後方向とのなす角度θ１が、当該ケーシング１８の後縁１８Ｃを通りかつ外周面１８Ｄと接する後縁外接線Ｌ２と前後方向とのなす角度θ２よりも大きな角度に設定されている。これにより、ケーシング１８の外周面１８Ｄに沿って流れる風が後縁１８Ｃにおいて剥離し難くなり、ケーシング１８の後方側における風の流れの剥離を図５に示された対比例に係るケーシング２０と比べて小さくすることができる。その結果、風力発電装置１０の空気抵抗を小さくすることができる。なお、図５に示された対比例に係るケーシング２０では、当該ケーシング２０を径方向に沿って切断した断面視で、ケーシング２０の内周面１８Ａが翼弦線Ｌ１に対して径方向内側へ向けて凸状に形成されていると共に外周面１８Ｄが翼弦線Ｌ１に対して径方向内側へ向けて凹状に形成されている。これに加えて、ケーシング２０を径方向に沿って切断した断面視で、ケーシング２０の翼弦線Ｌ１と前後方向とのなす角度θ１が、当該ケーシング２０の後縁１８Ｃを通りかつ外周面１８Ｄと接する後縁外接線Ｌ２と前後方向とのなす角度θ２よりも小さな角度に設定されている。
【００２３】
図６には、本実施形態のケーシング１８のＣＦＤ（computational fluid dynamics）による解析結果が示されており、図７には、対比例に係るケーシング２０のＣＦＤによる解析結果が示されている。これらの図に示されるように、ケーシング１８の後方側における風の流れの剥離（矢印Ｈで指し示された部分の流れの剥離）が、図５に示された対比例に係るケーシング２０の後方側における流れの剥離（矢印Ｈで指し示された部分の流れの剥離）と比べて小さくなっていることがわかる。
【００２４】
また、図８に示されるように、ケーシング１８を備えていない風力発電装置の推定発電量を１倍とした場合、本実施形態のケーシング１８を備えた風力発電装置１０では、ケーシング１８を備えていない風力発電装置と比べて１．４倍の推定発電量となっている。また、本実施形態のケーシング１８を備えた風力発電装置１０では、対比例に係るケーシング２０を備えた風力発電装置と比べて空気抵抗を約１／５程に低減できる。このように、本実施形態のケーシング１８を備えた風力発電装置１０では、推定発電量を増加させつつ空気抵抗を抑制することができる。
【００２５】
なお、本実施形態では、単一の羽根車１６を有する風力発電装置１０に本発明を適用した例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図９に示されるように、複数の羽根車１６を有する風力発電装置２２に本発明を適用してもよい。この場合、複数の羽根車１６のいずれかの回りにケーシング１８を設ければよいが、図９に示された風力発電装置２２では、全ての羽根車１６の回りにケーシング１８を設けている。
【００２６】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、その主旨を逸脱しない範囲内において上記以外にも種々変形して実施することが可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００２７】
１０   風力発電装置
１４   発電機
１４Ａ 発電機軸
１６   羽根車
１８   ケーシング
１８Ａ 径方向内側の面
１８Ｂ 前縁
１８Ｃ 後縁
１８Ｄ 径方向外側の面
２０   ケーシング
２２   風力発電装置
θ１   前縁と後縁とを結ぶ線と前後方向とのなす角度
θ２   後縁を通りかつ径方向外側の面と接する接線と前後方向とのなす角度
Ｌ１   前縁と後縁とを結ぶ線
Ｌ２   後縁を通りかつ径方向外側の面と接する接線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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