(57)【要約】垂直軸ロータを備える風車において、水平に配置された上部と下部のマウントに回転翼が固定されていて、ロータ（３）の個々の要素は、垂直中心軸（５）上に水平に配置された金属製保持アーム（４）に連結されていて、それらの要素として、中心軸（５）の周りに回転する３つの翼（６）を含み、これらの翼は、その長さ全体に沿って、その断面において開口プロペラ形状を有する。ロータの中心部には、空気流を制御する手段（７）があって、これは、構成要素を大気の影響から保護するとともに、その空気力学的特性を向上させるカバー（８）で、上下から覆われている。これらのカバーは、互いからの距離“ｈ”で取り付けられたマウントディスク（９）に固定されていて、そこには支持構造のアーム（４）が固定されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直軸ロータを備える風車であって、水平に配置された上部と下部のマウントに回転翼が固定され、
ロータ（３）の個々の要素が、垂直中心軸（５）上に水平に配置された金属製保持アーム（４）に連結され、そのロータ（３）の要素は、垂直中心軸（５）の周りに回転する３つの翼（６）を含み、これらの翼が、その長さ全体に沿って、開口プロペラの断面形状を有し、中心部には、空気流を制御する手段を有し、その空気流制御手段は、大気の影響から保護するとともにロータ（３）の空気力学的特性を向上させるカバー（８）を含み、上下から覆われ、そのカバー（８）が、互いからの距離“ｈ”で取り付けられたマウントディスク（９）に固定され、マウントディスク（９）に支持構造のアームが固定されている
ことを特徴とする風車。
【請求項２】
空気流を制御する手段（７）が、凸面（８）と凹面（９）の壁をもつ六角柱状であり、その壁が、円弧状部分が交互に配置されることで３つの対称な領域を形成し、その領域において、凸形要素が４６°と１０°の円弧であり、凹形要素が６４°の円弧である
請求項１に記載の風車。
【請求項３】
ロータ（３）の回転翼（６）の半開プロペラ形状において、平面要素（１０）がロータ（３）の軸の方を向いていて、半開要素（１１）が円弧状部分であって、ロータ（３）の外側に向いていて、これらの要素（１０）（１１）が、回転翼（６）の前面部分において半径ｒ＝１３６．５ｍｍの半円状の結合装置（１２）をなす
請求項１に記載の風車。
【請求項４】
風車が、地面に固定されたコンクリート柱（２）を基礎とする直方柱形状のセグメント開口型の塔（１）に取り付けられた
請求項１に記載の風車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、支柱に取り付けられた垂直軸ロータを備える風車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
垂直軸風車のロータは、一般に、サボニウス型ロータ、ダリウス型ロータ、さらにはジャクソン型ロータとして知られている。これら古くからのソリューションに改良を加えたものが、いくつか知られている。
【０００３】
水平軸ロータを備える支柱に取り付けられた風車であって、端部にカムを有するスリーブ内をシフトするように放射状に取り付けられた翼を備えた風車が、特許文献１で知られている。エネルギーは駆動軸に伝達され、駆動軸は歯車箱を介して回転垂直軸に連結されていて、その回転垂直軸は、支柱に取り付けられるとともに、発電機に連結されている。
【０００４】
風車ロータのこれまでのプロジェクトは、特許文献２〜４で知られるものである。これらのプロジェクトは、垂直軸ロータを備えるものであり、また、特許文献２においては、そのロータは、少なくとも２つのエアフォイルからなるセグメント構造を有し、それぞれのセグメントはフィン付き構造であって、その側面は双曲面に似た中実断面をもつ。特許文献４に記載の風車は、その上端に垂直軸ロータが取り付けられた円筒状の塔体からなり、ベアリングに簡単に回転固定された３つの翼を備える。翼は、その垂直断面全体にわたって、飛行機の翼構造に似た対称な空気力学的形状を有する。ロータは風向計により制御されるが、その制御機構は機械的駆動、油圧駆動、空気圧駆動により始動させることができる。
【０００５】
特許文献５は、垂直軸風車の回転速度制御機構システムについて、その風車構造とともに記載している。適用される速度制御システムによって、強風時に作動する風車を調節することが可能であり、一方、比較的風が弱いときでも、垂直軸ロータの基本的機能に影響を及ぼすことなくロータを作動させることが可能である。
【０００６】
風車ロータのこれまでのプロジェクトは、特許文献６〜８で知られるものである。特許文献９は、空気圧式の双方向軸流タービンである風車について記載している。これらのソリューション及び他の垂直軸ロータ応用例では、その構成の利点を強調している。その構成の利点とは、以下のようなものである。強風のときと、風が弱いときと、そのどちらにおいても高効率であり、サイズが比較的小さく、水平軸ロータの翼を固定するための高い塔状構造の必要性がない。プロペラ翼の回転する速度がその長さに沿って異なる水平軸ロータとは異なり、静かに作動することが、この種のロータを優れたものにしている非常に重要な特徴である。翼端の速度はしばしば風速よりも高く、これにより大きな騒音を発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ポーランド特許第１６２６４８号
【特許文献２】ポーランド特許第１６８６５２号
【特許文献３】ポーランド特許第１７６１７２号
【特許文献４】ポーランド特許出願公開第３８１１１０号
【特許文献５】国際公開第２００６／１１９９２２号
【特許文献６】国際公開第２００９／０２４７１４号
【特許文献７】国際公開第２００９／０３６７１３号
【特許文献８】国際公開第２００９／０７２１１６号
【特許文献９】特開昭５８‐０５７０８２号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の対象は、セグメント開口型金属塔に取り付けられた１つまたは複数の垂直軸ロータを備えるセグメント型風車である。本発明は、さらに、この設備の空気力学的効率を向上させるための、回転翼の形状及びその構造成分最適化に関するものであり、それは、最大限の風力エネルギー収集を可能にするものでなければならない。ロータ及びタービンの構造は、設備の強度とその運転の安全性を提供するものでなければならない。
【０００９】
本発明の趣旨は、垂直軸ロータを備えた風車にあり、それは、金属製保持アームが垂直中心軸上に水平に配置されて、これらが、中心軸の周りに回転する３つの翼に連結されているものである。翼は、その長さに沿って半開ウィング形状を有している。ロータの中心部には、空気流を制御する装置があり、これは、構成要素を大気の影響から保護するカバーで上下から覆われていて、その主な役割は、この設備の空気力学的特性を向上させることである。
【００１０】
空気流を制御する要素は、ロータの一部であって、凸面と凹面の壁をもつ六角柱であり、それらの壁は、半径ｒ＝９５０ｍｍの円弧状部分であって、交互に配置されることで３つの対称な領域を形成していて、それらの領域において、凸形要素は４６°と１０°の円弧であり、凹形要素は６４°の円弧である。角度１０°は、ステータに対する翼の最大偏向角度である。
【００１１】
回転翼は半開ウィング形状であり、その直線要素はロータ軸のほうに向いているが、一方、半開要素は円弧状部分であって、ロータの外側に向いている。両方の要素は、翼の前面部分において、半径ｒ＝１３６．６ｍｍの半円状の結合装置をなしている。
【００１２】
ステータの形状及び全体寸法により、さらには翼を適切な配置及び形状とすることにより、この設備の最高の空気力学的効率を得ることが可能であり、これによって、最大限の風力エネルギー収集が可能となるはずである。同時に、ロータ及びタービンの構造によって、構造強度とその運転の安全性が提供される。
【００１３】
風車は、地面に固定されたセグメント開口型金属塔に取り付けられた１つまたは複数の垂直軸ロータを備えることが可能である。装置を簡単なモジュール構造の塔に載置することによって、高い機能性と汎用性により際立った設備を得ることができる。風車は、ロータを３つまで備えることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によるこの風車の利点は、２．０ｍ／ｓほどの低風速での利用、及び変動する大気条件における弱風と強風の両方での運転、さらには静音運転にあり、このことは、場所を探すときに判断上の意味を持ち得る。モジュール構造によって、１つのタービンを基準として出力の異なる設備を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ロータを１つ備える風車の側面透視図
【図２】ロータを３つ備える風車の透視図
【図３】風車のロータの平面図
【図４】ロータの側面図
【図５】制御手段の平面図
【図６】空気流を制御するための制御手段の透視図
【図７】回転翼の透視図
【図８】図７のＡ‐Ａ線での断面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の内容を、図面に示している。
【００１７】
図３及び４に示す垂直軸風車のロータは、空気流を制御する六角柱形状の制御手段７で構成されていて、大気の影響から構成要素を保護するカバー８で上下から覆われている。それらの要素は、互いからの距離“ｈ”で取り付けられたマウントディスク９に連結されている。
【００１８】
中心軸５の周りに回転する空気力学的半開プロペラ形状の３つの翼６が、ロータの基本要素である。ステータと回転翼６との間に、この設備の上下から配置されるカバー１４は、二重の意味をもつものである。それらは、空気流を方向づけるとともに、設備を大気効果の影響から保護している。このソリューションでは、風の押す力と引く力を利用している。
【００１９】
図５及び６に示す空気流を制御する手段７は、凸面８と凹面９の壁をもつ六角柱であり、それらの壁は、半径ｒ＝９５０ｍｍの円弧状部分であって、交互に配置されることで３つの対称な領域を形成していて、それらの領域において、凸形要素は４６°と１０°の円弧であり、凹形要素は６４°の円弧である。
【００２０】
図７及び８に示す回転翼６は、半開プロペラであり、その平面要素１０はロータ軸のほうに向いているが、一方、半開要素１１は半径ｒ＝１７１３．５ｍｍの円弧状部分であって、ロータの外側に向いている。両方の要素は、翼の前面部分において、半径ｒ＝１３６．６ｍｍの半円状の結合装置１２をなしている。翼は、その上端と下端に、この翼との交わりによる形状をもつ要素１５を備える。これら端部要素は、図７に示すように、締付けネジ１６によって翼に連結されている。さらに、ステータの内側に、翼構造を補強する２つの要素１７が設けられていて、それらは翼との交わりによる形状を有している。
【００２１】
図１の風車は、直方柱である開口型金属塔１で構成されている。その構造は、プラントの定格要求に応じて１つまたは複数のロータをクロスバー１３で固定するトラス構造である。その全体は、地面に固定されたコンクリート柱２に取り付けられる。図２に示すソリューションは、別々のセグメント１４に１基から３基まで複数のロータを互いに上下に支柱の上に配置して、つなぎ合わせる可能性を示していて、これによって、その運転の安全性は変わらないまま、より大きな出力を得ることができる。
【００２２】
提示した設備を組み合わせて、ウィンドファームを形成することができる。
【００２３】
風車の出力は、説明のために選択されたものとして、直径１８８０ｍｍ、高さ１８６６ｍｍの回転するエアフォイルである１つのロータで、風速が６．５ｍ／ｓであるときに、１．６ｋＷである。３つのロータを設けた場合のシステムの定格出力は、６．０ｋＷである。
【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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【国際調査報告】
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