(57)【要約】      （修正有）【課題】低廉な製作コストで製作可能であり、風向への追従性および使用状態における安全性に優れた風車用の調流ダクトを提供する。【解決手段】帆布などのシート状部材より成り風洞部に位置する風車９の回転ブレード９ａを外周側から覆うダクト体８を、風洞部の風上側および風下側にそれぞれ開口した第１の円形開口部１０および第２の円形開口部１１と、第１の円形開口部と第２の円形開口部とを連結し中間部が内側方向に所定の湾曲形状で凹入した筒状部１２と、第２の円形開口部１１において筒状部１２から外径方向に延出して設けられた鍔状部１３を有した構成とし、筒状部１２に少なくとも第１の円形開口部１０にて結合される円環状部材６と円環状部材を軸支機構３に保持させる桿部材５とを有する保持枠部４によって、ダクト体８を軸支機構３に保持させる。【選択図】図４
0003207888.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
風力によって駆動軸廻りに回転する複数の回転ブレードを備えた風車と組み合わせて用いられる風車用の調流ダクトであって、
シート状部材より成り、前記駆動軸の軸線方向の風洞部を形成しこの風洞部に位置する前記回転ブレードを外周側から覆うダクト体と、
前記ダクト体を前記駆動軸を軸支する軸支機構に枠部材によって保持させる保持枠部とを備え、
前記ダクト体は、前記風洞部の風上側および風下側にそれぞれ開口した第１の円形開口部および第２の円形開口部と、前記第１の円形開口部と第２の円形開口部とを連結し、中間部が内側方向に所定の湾曲形状で凹入した筒状部と、前記第２の円形開口部において前記筒状部から外径方向に延出して設けられた鍔状部とを有し、
前記枠部材は、前記筒状部に少なくとも第１の円形開口部にて結合される円環状部材と、前記円環状部材を前記軸支機構に保持させる桿部材とを有し、
前記筒状部および前記鍔状部は、平面形状の個片部品の縁部を相互に継合することにより形成されていることを特徴とする風車用の調流ダクト。
【請求項２】
前記保持枠部は、前記筒状部の形状を保持するための補助枠部材を有することを特徴とする請求項１に記載の風車用の調流ダクト。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、風力発電装置の風車と組み合わせて用いられる風車用の調流ダクトに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
環境に対する負荷が低くクリーンな再生可能エネルギーの１つである風力発電では、風力により回転する回転ブレードを有する風車によって発電機を回転駆動して電力を得る。この風力発電において、風力エネルギーを回転駆動力に変換する駆動効率の向上を目的として、流体力学的な解析によって調製された形状を有するダクト状の部材（ディフューザ）によって回転ブレードの外周側を覆う構成の、いわゆる「風レンズ」（登録商標）を組み合わせた構成の風車が提案されている（例えば非特許文献１参照）。このようなダクト状の部材を風車と組み合わせることにより、風車に風上側から入射する風の流動状態を駆動効率の向上に適した状態に調流することができ、この結果として従来の風力発電装置と比較して発電効率を向上させる効果が得られる。
【０００３】
このようなダクト状の部材である調流ダクトを備えた風車式の風力発電装置は既に実用化されて試用段階にある。そしてこれまでに製作された従来技術による調流ダクトは、例えば金属板を所定の曲面形状に曲げ加工した複数の部品を組み合わせて構成され、回転ブレードの回転軸に結合された発電機を収納するナセルに枠部材を介して保持される構造が採用されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】大屋裕二、他５名、「風レンズ（風の局所集中効果）による風量発電の高出力化」、第３３回流体力学講演会講演集、日本航空宇宙学会、２００１年、ｐ.２２９−２３２
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の従来技術における調流ダクトには、その材質および構成に起因して以下のような難点があった。まず調流ダクトは複雑な３次元曲面を有する形状であることから、金属板を素材として用いる場合にはその製作に複雑な曲げ加工を含む煩雑な手間を要し、高い製作コストが避けられない。また調流ダクトは風車とともに風向きに追従して旋回させる必要があることから、極力重量が軽いことが求められる。
【０００６】
ところが状来技術においては素材が金属製であることに起因して重量軽減には制約があり、風向に対する良好な追従性を実現することが困難であった。そして強風に曝されて吹き飛ばされた場合を想定すると、重量が大きい金属製の部品が落下して人間に衝突するという重大事故を招くおそれが指摘されている。このように、従来技術による風車用の調流ダクトには、その材質や構成に起因して高い製作コストを要するとともに、風向への追従性および使用状態における安全性に改善を要するという課題があった。
【０００７】
そこで本考案は、低廉な製作コストで製作可能であり、風向への追従性および使用状態における安全性に優れた風車用の調流ダクトを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本考案の風車用の調流ダクトは、風力によって駆動軸廻りに回転する複数の回転ブレードを備えた風車と組み合わせて用いられる風車用の調流ダクトであって、シート状部材より成り、前記駆動軸の軸線方向の風洞部を形成しこの風洞部に位置する前記回転ブレードを外周側から覆うダクト体と、前記ダクト体を前記駆動軸を軸支する軸支機構に枠部材によって保持させる保持枠部とを備え、前記ダクト体は、前記風洞部の風上側および風下側にそれぞれ開口した第１の円形開口部および第２の円形開口部と、前記第１の円形開口部と第２の円形開口部とを連結し、中間部が内側方向に所定の湾曲形状で凹入した筒状部と、前記第２の円形開口部において前記筒状部から外径方向に延出して設けられた鍔状部とを有し、前記枠部材は、前記筒状部に少なくとも第１の円形開口部にて結合される円環状部材と、前記円環状部材を前記軸支機構に保持させる桿部材とを有し、前記筒状部および前記鍔状部は、平面形状の個片部品の縁部を相互に継合することにより形成されている。
【考案の効果】
【０００９】
本考案によれば、低廉な製作コストで製作可能であり、風向への追従性および使用状態における安全性に優れた風車用の調流ダクトを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本考案の一実施の形態の風車用の調流ダクトを使用した風力発電装置の斜視図
【図２】本考案の一実施の形態の風車用の調流ダクトに用いられるダクト体の構成説明図
【図３】本考案の一実施の形態の風車用の調流ダクトに用いられるダクト体を構成する個片部品の形状説明図
【図４】本考案の一実施の形態の風車用の調流ダクトにおけるダクト体の装着状態の説明図
【図５】本考案の一実施の形態の風車用の調流ダクトにおけるダクト体の装着状態の説明図
【考案を実施するための形態】
【００１１】
次に本考案の実施の形態を図面を参照して説明する。まず図１を参照して、本考案の風車用の調流ダクトを使用した風力発電装置１について説明する。図１において、発電設備を内蔵した機構本体部２は支持基部２ａによって垂直軸廻りに旋回自在に支持されている。機構本体部２からは軸支機構３が水平方向に延出して設けられており、軸支機構３は複数の回転ブレード９ａを備えた風車９の駆動軸ＡＸを軸支している。
【００１２】
回転ブレード９ａは風力によって駆動軸ＡＸ廻りに回転し、この回転が機構本体部２に伝達されることにより発電が行われる。このとき、風向によって風車９が機構本体部２に対して風下側に位置するように、機構本体部２は支持基部２ａに対して旋回する。風車９には、風上側から入射する風の流動状態を駆動効率の向上に適した状態に調流する機能を有する調流ダクト７が組み合わせて用いられている。
【００１３】
調流ダクト７は、シート状部材より成り回転ブレード９ａを外周側から覆うダクト体８を、枠部材４ａによって軸支機構３に保持させる保持枠部４を備えた構成となっている。ここで、枠部材４ａとしては、少なくとも図２に示す筒状部１２の第１の円形開口部１０に結合される円環状部材６と、円環状部材６を軸支機構３に保持させる複数の桿部材５とが配設されている。
【００１４】
図２を参照して、ダクト体８の構成を説明する。ダクト体８は帆布や樹脂シートなど、強度や剛性が比較的大きいシート状部材よりなる。図２（ａ）に示すように、ダクト体８は風上側、風下側にそれぞれ開口した第１の円形開口部１０、第２の円形開口部１１を有しており、さらに第１の円形開口部１０と第２の円形開口部１１とを連結して、中間部が内側方向に所定の湾曲形状で凹入した筒状部１２を有する形状となっている。第１の円形開口部１０から第２の円形開口部１１に至る筒状部１２内の空間は、風車９の駆動力となる風が駆動軸ＡＸの軸線方向に通過する風洞部８ａを形成している。さらにダクト体８には、第２の円形開口部１１において筒状部１２から外径方向に延出する鍔状部１３が設けられている。
【００１５】
ここに示すダクト体８の断面形状は、風車９の回転ブレード９ａに風上側から入射する風の流動状態を、駆動効率の向上に適した状態に調流することができるように、流体力学的な解析によって調製された形状となっている。そして調流ダクト７を風車９に装着した状態（図１参照）では、回転ブレード９ａは風洞部８ａ内に位置し、ダクト体８の断面形状によるダクト効果によって風の流動状態が調流され、発電効率を改善することが可能となっている。
【００１６】
このような形状を有するダクト体８の製作に際しては、図２（ｂ）に示すように、筒状部１２、鍔状部１３をそれぞれ複数の平面形状の個片に分割した第１個片部品１２ａ、第２個片部品１３ａを準備する。そしてこれらの個片部品の縁部を相互に継合して継ぎ目部Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を形成することにより、３次元形状のダクト体８を製作する。
【００１７】
図３（ａ）は筒状部１２を分割した第１個片部品１２ａを示しており、３次元の曲面形状を有する筒状部１２を、近似的に平面形状に展開して複数に分割した形状となっている。筒状部１２を組み立てる際には、隣接する第１個片部品１２ａの両側端の縁部Ｅ１を相互に継合して継ぎ目部Ｓ１を形成する。第１個片部品１２ａの下端の縁部Ｅ２は、図３（ｂ）に示す第２個片部品１３ａの内側端の縁部Ｅ３と継合されて継ぎ目部Ｓ２を形成する。そして隣接する第２個片部品１３ａの両側端の縁部Ｅ４は、相互に継合されて継ぎ目部Ｓ３を形成する。
【００１８】
なお、継ぎ目部Ｓ１、Ｓ２，Ｓ３の形成方法については、ダクト体８に使用されるシート状部材の材質などを勘案して、糸状材を用いた縫合や、縁部を重ね合わせて接着材により接着する貼着などを適宜選択する。そしてダクト体８の製作後には、屋外使用における耐久性などを考慮して、防汚効果を有する塗膜をダクト体８の表裏面に形成するなどの表面処理を施すことが望ましい。
【００１９】
図４は、このようにして製作されたダクト体８を、図１に示す保持枠部４に装着する方法の１例を示している。図４（ａ）において、軸支機構３には円環状部材６および桿部材５よりなる保持枠部４が組み付けられており、円環状部材６にはダクト体８の第１の円形開口部１０が結合される。なおここでは、軸支機構３に既に組み付けられた保持枠部４にダクト体８を装着する例を示しているが、先にダクト体８が装着された状態の保持枠部４を軸支機構３に組み付けるようにしてもよい。
【００２０】
ダクト体８において筒状部１２の上端の近傍には、第１の円形開口部１０に沿って複数のハトメ孔１４が設けられている。ハトメ孔１４はダクト体８のシート状部材に設けられた貫通孔にハトメ金具を嵌着することにより形成される。次いで図４（ｂ）に示すように、固縛用の紐部材１５によってハトメ孔１４を介してダクト体８の第１の円形開口部１０を円環状部材６に結合する。
【００２１】
すなわちハトメ孔１４を挿通させた紐部材１５を円環状部材６の周囲に巻き付ける操作を複数のハトメ孔１４について順次反復することにより、第１の円形開口部１０の全周端を円環状部材６に結合する。なお、ダクト体８を円環状部材６に結合する方法としては、上述のハトメ孔１４および紐部材１５を用いる固縛による方法以外にも、第１の円形開口部１０に締結用金具を取り付けて円環状部材６に締結する方法など、種々の方法を用いることができる。
【００２２】
図４（ｃ）は、このようにして軸支機構３に保持された保持枠部４の円環状部材６にダクト体８が装着されて、調流ダクト７が風車９と組み合わされた状態を示している。すなわちこの状態では、風車９を構成する回転ブレード９ａはダクト体８によって外周側から覆われた状態となり、ダクト体８のダクト効果によって風の流動状態が調流される。
【００２３】
なお、ダクト体８のサイズや使用するシート状部材の剛性などにより、ダクト体８自体のみでは筒状部１２の形状を保持することが難しいと判断される場合には、保持枠部４に補助枠部材を追加して設けるようにしてもよい。すなわち図５（ａ）に示す例では、まず桿部材５の下端部から、筒状部１２の断面形状に対応した形状の第１補助枠部材１６ａを延出させて設けている。また第１補助枠部材１６ａの下端部には、第２の円形開口部１１の形状に対応した円環形状の第２補助枠部材１６ｂが設けられており、さらに第２補助枠部材１６ｂから鍔状部１３の形状に対応した第３補助枠部材１６ｃが外径方向に延出させて設けられている。
【００２４】
このような補助枠部材を追加して設けることにより、図５（ｂ）に示すように、筒状部１２は内周側から第１補助枠部材１６ａによって保持され、また第２の円形開口部１１は第２補助枠部材１６ｂによって円形状に保持され、さらに鍔状部１３は第３補助枠部材１６ｃによって平面形状に保持される。ダクト体８をこれらの補助枠部材に保持させる方法としては、図４に示す方法と同様に、ダクト体８に設けられたハトメ孔１４を介して紐部材１５を用いて固縛する方法を用いる。なお、このような補助枠部材は、ダクト体８の形状・サイズに応じて適宜追加または削除することができる。
【００２５】
上記説明したように、本実施の形態に示す風車用の調流ダクト７では、帆布などのシート状部材より成り風洞部８ａに位置する風車９の回転ブレード９ａを外周側から覆うダクト体８を、風洞部８ａの風上側および風下側にそれぞれ開口した第１の円形開口部１０および第２の円形開口部１１と第１の円形開口部１０と第２の円形開口部１１とを連結し中間部が内側方向に所定の湾曲形状で凹入した筒状部１２とを有した構成とし、筒状部１２に少なくとも第１の円形開口部１０にて結合される円環状部材６と円環状部材６を軸支機構３に保持させる桿部材５とを有する保持枠部４によって、ダクト体８を軸支機構３に保持させるようにしている。
【００２６】
これにより、金属板を素材として用いた従来技術におけるダクトと比較して重量を大幅に軽減することができ、風向きに対する追従性を向上させることができる。また従来技術のように複雑な曲面形状を調製するための曲げ加工などの煩雑な手間とコストを必要とせず、低廉な製作コストでダクト体８を製作することが可能となっている。さらに、可撓性を有するシート状部材によってダクト体８を形成していることから、強風時においてはダクト体８が風向きに応じて撓むことにより、破損を防止することができる。したがって、破損した部品が落下して人間に衝突することによる人的事故を防止して、使用状態における安全性を向上させることが可能となっている。すなわち本考案によれば、低廉な製作コストで製作可能であり、風向への追従性および使用状態における安全性に優れた風車用の調流ダクトを提供することが可能となっている。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本考案の風車用の調流ダクトは、低廉な製作コストで製作可能であり、風向への追従性および使用状態における安全性に優れるという効果を有し、風車を回転させて発電を行う風力発電分野において有用である。
【符号の説明】
【００２８】
１  風力発電装置
３  軸支機構
４  保持枠部
４ａ  枠部材
５  桿部材
６  円環状部材
７  調流ダクト
８  ダクト体
９  風車
９ａ  回転ブレード
１０  第１の円形開口部
１１  第２の円形開口部
１２  筒状部
１３  鍔状部
【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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