(57)【要約】【課題】縦軸方のクロスフロー型風力発電装置が風を受けて回転する際、回転部分であるブレードには常に回転方向とは逆の方向へ負の力が作用している。この負の力をブレードに作用させず、常に有効な力でのみ回転する効率のよい風力発電装置を提供する。更に発電の仕事量は受風面積に比例するため、有効に働く部分の受風面積を最大限に広げた装置を提供する。【解決手段】回転ブレードが運動する際に抵抗となる負の力を、風量調節ガイドを設けてブレードを覆うことにより、負の力をブレードに作用させない構造とする。加えて、有効に働く受風面積を増やすため、ガイドの先端プレートの位置を図２の様に回転軸からα°程度を頂点として半オーバル形状で回転軌跡に接しているため、先端プレートに受けた風をブレードの回転方向へ流す効果がある。この効果により、本来は負の力を受けていた部分を、回転方向に有効に働く力へ変換することが可能である。【選択図】図１
2009293610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
図１の回転ブレードＣの回転方向Ｆに対し逆方向へ作用し、回転の抵抗になる負の風Ｈに対し風量調節ガイドＡをブレードを覆うかたちで回転軸Ｄに取り付けることによって、負の風がブレードに作用しない風量調節ガイドを有する低抵抗風力発電装置。
【請求項２】
最大量の風を回転ブレードに作用させるため、図２の様に風量調節ガイドＡを、装置中心から距離Ｉ離し、風量調節ガイドが覆っていない部分を有効な受風面として風の量を増やしていることを特徴とした風量調節ガイドを有する低抵抗風力発電装置。
【請求項３】
請求項２の位置に設定した風量調節ガイドＡの先端プレートｂを、図１の様に半オーバル形に形状加工する。形状の特性上、図１の様に回転方向へ風を巻き込ませる特性と、図３の様に斜め方向から風が当たった場合に、風が垂直に先端プレートを押さずに、風を逃がす特性を持つことでバランスを保ちやすくなっている、風量調節ガイドを有する低抵抗風力発電装置。
【請求項４】
風量調節ガイドＡの先端プレートｂは受風面に図１の用にアゴ形状ｃ１を出す形を特徴としている。よってブレードの回転方向に風を向かわせやすくしていることを特徴としている風量調節ガイドを有する低抵抗風力発電装置。
【請求項５】
風量調節ガイドＡが風に押されて装置後方へ回転してしまうことを防ぐため、ガイドの対面に風の力を受けるバランス調節ガイドＢを設け、図２の様に風量調節ガイドが押されて回転を起こそうとする力Ｊに対し、バランス調節ガイドが跳ねだされて回転を起こそうとする力Ｋで打ち消している、バランス調節ガイドＢを有することを特徴とした低抵抗風力発電装置。
【請求項６】
バランス調節ガイドＢは、図１の様に飛行機の羽根の断面形状をしており、取付角は曲線部分がブレード方向を向くように設定している、バランス調節ガイドを有することを特徴としている低抵抗風力発電装置。
【請求項７】
図４の方向から風を受けた場合、風方向に対して風量調節ガイドＡより受風面積が広くなるバランス調節ガイドＢの押される力により、両ガイドが回転Ｌを起こし、バランスを取り戻し、所定位置へ戻るバランス調節ガイドを有することを特徴としている低抵抗風力発電装置。
【請求項８】
図５の方向から風を受けた場合、風量調節ガイドＡの背面プレートａと尾翼ｅが受風面となり、且つ、バランス調節ガイドＢも押されることにより、両ガイドが回転Ｌを起こし、バランスを取り戻し、所定位置へ戻るバランス調節ガイドを有することを特徴としている低抵抗風力発電装置。
【請求項９】
図６、７の様に回転ブレードＣが偏風羽ｆを持った形状により、受けた風をより有効に回転方向へ受けることを特徴とした、回転ブレード。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９いずれか１項に記載のガイド、回転ブレードを少なくとも１つを具備してなることを特徴とする低抵抗風力発電装置。
【請求項１１】
図９の、回転ブレードｘａを２箇所設け、左右対称の位置とはせずに、位置をずらすことで本体ガイドｘｂの幅を狭くし、風抵抗を少なくできる形状とした低抵抗風力発電装置。
【請求項１２】
先端ガイドｘｃが有効線ｙの位置まで回転ブレードを覆い、回転ブレードの回転方向ｘｅとは逆方向へ働く風の抵抗の力を受けることなく、回転できる低抵抗風力発電装置。
【請求項１３】
本体ガイドの尾翼ｘｄが流線型をしていることにより、装置後方へ生じる乱れた風を生じさせず、流線型に沿った形で風を流し、抵抗を少なくできる低抵抗風力発電装置。
【請求項１４】
一体となった本体ガイドと回転ブレードは、図１０の回転軸ｘｆにより支持されており、あらゆる方向から風が吹いた場合でも回転軸ｘｆでの回転により、先端ガイドｘｃを風上に向けバランスを保つことができる低抵抗風力発電装置。
【請求項１５】
斜め方向から風が吹いた場合など、本体ガイドの尾翼ｘｄが受風面となり回転する低抵抗風力発電装置。
【請求項１６】
図１１の装置を海岸線や川に設置し、水Ｚの力を利用する。水が押し寄せる力を利用して、回転ブレードｘａが回転することを特徴としている低抵抗水力発電装置。
【請求項１７】
回転軸ｘｆに支持された本体ガイドｘｂが海流の方向により、回転軸ｘｆを中心に回転することで、海流の変化に対応可能な低抵抗水力発電装置。
【請求項１８】
請求項１１ないし請求項１７いずれか１項に記載のガイド、回転ブレードを少なくとも１つを具備してなることを特徴とする低抵抗風力発電装置。
【請求項１９】
図１５の水流が流体形状に沿って流れるよう、本体ガイドｗｂが流線形をしていることを特徴とした発電装置。
【請求項２０】
本体ガイドｗｂが図１４のｗｈの位置まで回転ブレードｗａを覆っているため、水流は落下する力と横へ流れる力により回転ブレードに作用し、ブレードの回転率を上げることを特徴とした発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は風力発電設備用の風量調節ガイド、ならびにこの風量調節ガイドを有する低抵抗風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】従来の縦軸型の風力発電設備であるクロスフロー型風力発電は、小さな風力からも電気エネルギーを得ることができ、どの方向の風に対しても回転できるという利点があったが、風を受ける受風面積の約５０％は回転方向と逆方向にも風を受けている。即ち抵抗を受けながら運動しているため、発電効率が良いとは言えない。【０００３】こうした状況を回避するべく、多くの縦軸型風力発電設備は集風装置と称する固定式のプレートを回転ブレードの外側に設け、集風機能と、ブレードの回転方向とは逆方向に働く負の風を防ごうとするものがある。【０００４】集風機能としては装置をある一定方向へ囲い集風するものなどがある。【０００５】しかしながらその外付けのプレートは固定式のものであり、風が斜め方向から吹いた場合など、風の変化によっては、回転方向とは逆向きの力を防ぎきれない。これは固定式であるが故、風向に対して随時対応していくという機能を有していないことが原因にある。【０００６】現時点での従来技術に関する事情については特許文献１〜４を参照されたい。
【特許文献１】特許公開２００３−１２０５０１
【特許文献２】特許公開２００４−２８０７４
【特許文献３】特許公開２００４−１１５９８
【特許文献４】特許公開昭和５６−１３８４６６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】したがって本発明の目的は、回転ブレードが受風面積の風量を最大限有効に働かせるよう、可動式の風量調節ガイドを取り付けると共に、ブレードに作用する回転方向とは逆方向の負の力を受けない構造とした低抵抗風力発電設備に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】即ち本発明の風力発電装置は、縦軸型風力発電装置に回転方向とは逆方向へ働く風の力を受けないため、かつ最大限に有効に働く風を増やすため、ブレードの外周部に風量調節ガイドを設け、回転エネルギーを増大させる手段として用いている事を特徴とする。【０００９】図１の風量調節ガイドＡとバランス調節ガイドＢの相互が連結軸Ｅで繋がっており、又、風を受けた場合に回転軸Ｄを中心に回転することにより、あらゆる方向から風を受けても同じ効果を有することができる。【００１０】回転ブレードは回転軸に固定されており、その廻りを風量調節ガイドが風向により回転するという仕組みである。【００１１】風量調節ガイドＡはそれ自体では風に押され後方へ回転してしまう為、バランスを保つため、回転ブレードＣの対面にも受風装置であるバランス調節ガイドＢを備えている。【００１２】別の形状での実施形態として図９の様に、回転ブレードを２つ設けて、発電能力を高めようとした形態もある。【００１３】更に、図１４の形状は回転ブレードを横軸型としたもので、水流の力を利用して発電を行う。請求項１の低抵抗風力発電装置の応用であり、水流の流れる力と、落下する力を利用する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】以下、図面を参照して本発明、ならびにその実施例としての実施形態についてさらに詳しく説明する。【００１５】図１は本発明の一実施例の平面図。
風を受けて回転する部分はブレードＣであり、湾曲した形状のため矢印の回転方向Ｆへ回転する。ブレードは回転軸Ｄに固定されており、回転した力は回転軸を通して発電機に伝えられる。【００１６】図１の風量調節ガイドＡは回転ブレードＣが働く回転方向Ｆとは逆方向へ働く風の力Ｈを、ブレードを覆う事でブレードに作用させないものである。当ガイドは図１のようにガイド外側の背面プレートａと半オーバル型に形状加工した先端プレートｂの形状に機能的特長を持っている。【００１７】背面プレートａは図２のように回転軌跡Ｇに接するような形状をしており、この形状により、当ガイドが受けた風をガイドの背面プレートａに沿うようなかたちで逃がす役目がある。【００１８】ガイドの背面プレートａと先端プレートｂとの交点ｄの位置は受風面積に大きく影響する。この交点ｄがブレードの外側へ近づくと受風面積を拡大できる。しかしながら、先端プレートｂの面積が広がると、図３のように斜め方向から風を受けると風に押される面積が大きくなりバランスを失う。よって本発明のように交点ｄは図２の回転軸からα°程度の位置に設定する。【００１９】先端プレートｂは前述した交点Ａから回転軌跡Ｇに向けて半オーバル形で接している。先端プレートの半オーバル形の形状は、図１の様に吹く風に対しては回転方向へ風を追いやる、という増風・集風機能を持っている。この機能の増幅する役割として先端プレートの回転軌跡側の先端には跳ね出すように屈曲したアゴ形状ｃを持っている。【００２０】先端プレートの半オーバル形の形状は上記［００１９］の他に風を逃がすという役目も持っている。図３の様に斜め方向から吹いた風に対し先端プレートが受風面となる。受風面が広い場合、風に押されて風量調節ガイドＡが装置後方へ回転してしまう。この現象を防ぐ為、受風面となる先端プレートは半オーバル形の形状をすることにより、受けた風を形状に沿う形で逃がし、バランスを保つことができる。【００２１】しかしながら風量調節ガイドＡが片側にしかつかない場合は風向が急に変化した場合など、やはり風量調節ガイドＡはバランスを保てない。その回避のため回転ブレードを挟んだ対面にバランス調節ガイドＢを設けている。【００２２】バランス調節ガイドＢは風量調節ガイドＡと連結軸Ｅで一体となっており、それぞれの受風による抵抗を補い合い、バランスを保つ。【００２３】図２の様にバランス調節ガイドＢの抵抗とは形状を飛行機の羽の断面形状をしており、取り付け角度を直線部分が回転ブレード側に向くように設置している。バランス調節ガイド側に吹く風はバランス調節ガイドＢを回転ブレード側へ跳ねだすような力Ｋを発生させ、風量調節ガイドＡが押されてブレード側に回転しようとする力Ｊと打ち消しあう作用でバランスを保つ。【００２４】又、図３の様に風を受けた場合、バランス調節ガイドＢの受風面積が、先端プレートｂの受風面積より広いことにより、ガイドの回転はバランス調節ガイドを後方にして回転し、所定の位置でバランスを保つ。【００２５】図６の様に回転ブレードＣに偏風羽ｆを設け、受風する風を回転方向へより有効に作用させる。図７がその拡大図であり、ブレードに当たる風Ｐは偏風羽ｆへ当たることにより、回転ブレ��ドＣへ直角に作用する。【００２６】つまり、本来は回転ブレードの湾曲形状により、ブレードに当たり、巻き込むような動きをしていた風を、偏風羽によって直角に押す力を増大させることにより、風を逃がさず、より押す力を増大させることができる。【００２７】図８は本発明装置の姿図である。装置が既存建築物の屋上に設置されることを想定し、装置の固定部には構造ブレースＭを設けている。この構造ブレースにより装置自体のしなりや、たわみを防止する。【００２８】又、Ｎは装置を載せる土台であり、既存建築物の屋上スラブと構造上一体となれるよう、鉄筋コンクリート製で作る。【００２９】ベースプレートＱは構造ブレースＭと一体となり、装置本体を支えるものである。ベースプレートは装置の荷重、装置の受ける横ゆれの力を基礎に伝達するため、アンカーボルトＲにより土台Ｎに緊結する。【００３０】又、Ｎは装置を載せる土台であり、既存建築物の屋上スラブと構造上一体となれるよう、鉄筋コンクリート製で作る。【００３１】落雷対策として装置の頂点には避雷針Ｏを設け、アースとして既存建物の伝道線へ連結、又は、地面へ設置極を取り、落雷のダメージを装置から逃がす。【００３２】図９、図１０の形状は、回転ブレードを２つ備えた機構で、本発明の別の実施形態である。２つの回転ブレードが同時に発電可能なため、発電量を稼ぐことが可能である。【００３３】２つの回転ブレードｘａは互いに本体ガイドｘｂに覆われる形となっているが、配置を左右対称としていないため、本体ガイドの幅を狭めることができ、これにより装置全体が受ける風の抵抗を少なくしている。【００３４】先端ガイドｘｃにより有効線ｙの位置まで覆われた回転ブレードｘａは、ブレードの回転方向ｘｅとは逆方向へ働く風の力をブレードに作用させない働きをし、それにより有効線ｙから出ている部分はブレードの回転から抵抗をなくし、効率的な発電をすることができる。【００３５】又、本体ガイドｘｂは流線型の形状をしており、装置後方へ生じる乱れた風を起こさせない。尾翼も風を後方へ流せるよう後方へ近づくにつれ幅を狭くし流線形に伸びている。風は尾翼ｘｄに沿うように後方へ流れていく。【００３６】本体ガイドと回転ブレードは一体となって回転軸ｘｆに支持されており、装置に対し、あらゆる方向から風が当たった場合でも尾翼ｘｄが受風面となり、本体ガイドを回転させることを特徴としている。【００３７】図１１は装置を海岸や川に設置した場合で、風力発電では得られなかった力を、水流の力で得ようとするもので、水Ｚが押し寄せる力を利用して、回転ブレードｘａが回転し発電する。風の場合と同様に、回転方向とは逆方向へ働く水の力を受けないように、先端ガイドによって覆われている。【００３８】海流の方向の変化により、装置は回転軸ｘｆを中心として回転する。つまり、あらゆる方向から波が押し寄せたとしても、尾翼ｘｄが舵をとる役割をし、装置の本体先端部ｘｃが押し寄せる方向へ向き、バランスを保つ仕組みである。【００３９】海岸線という立地の特性上、軟弱地盤への対策として、装置の回転軸の基礎への固定部を構造ブレースｘｇで補強する。さらに、装置の基礎ｘｈは必要耐力の得られる地盤まで到達する。【００４０】��１４は請求項１の低抵抗風力発電装置のガイドの役割を利用し、海岸や川で、水流の力を利用するために、回転ブレードを横軸型とした実施例である。【００４１】図１４の本体ガイドｗｂは距離ｗｈの位置まで回転ブレードｗａを覆っているため、回転ブレードには回転方向ｗｅとは逆方向へ働く水流の負の力が加わらない構造となっている。【００４２】図１５の本体ガイドｗｂは水を受ける部分の先端ｗｃから流線形に回転ブレードの方向へ伸び上っているため、水はガイドの形態に沿って流れ、回転ブレードｗａに水の落下の力と、流れる力を作用させ、回転ブレードを回転させる。【００４３】本体ガイドの先端部分ｗｃは受ける水流をガイドの上方に流線形に沿って流す役割と、ガイド下方に流す役割を持っており、水流を乱さずに流す役割を持っている。
【発明の効果】
【００４４】本発明は縦軸型回転ブレードが風を受けて回転する際に、受風面積の約半分が回転方向とは逆方向へ風を受けていたのに対し、風量調節ガイドで回転ブレードを覆うことにより、ブレードに働いていた逆方向の負の力を作用させない機構を特徴としている。
【００４５】これにより、回転ブレードは回転に有効な力のみを使い回転できるため、装置の発電効率が上がることになる。
【００４６】又、この機構は応用することができ、回転ブレードを２つ設けた場合にも、ガイドを共通とすることで、ひとつの機構とすることができる。
【００４７】応用型の別の形態として、回転ブレードを横軸型して設置場所を海岸や川へとし、水流の潮力を利用して大容量の電力を確保する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】装置平面図
【図２】装置の受ける力の関係
【図３】先端プレートとバランス調節ガイドの役割
【図４】風向が変わった場合１
【図５】風向が変わった場合２
【図６】回転ブレードに偏風羽を取付けた場合
【図７】図６の偏風羽拡大図
【図８】本発明装置の姿図
【図９】回転ブレードを２つ設けた形状の平面図
【図１０】回転ブレードを２つ設けた形状の立面図
【図１１】回転ブレードを２つ設けた形状の海、川への設置例
【図１２】横軸方発電装置の断面図
【図１３】横軸方発電装置の姿図
【符号の説明】
【００４９】Ａ．風量調節ガイド
Ｂ．バランス調節ガイド
Ｃ．回転ブレード
Ｄ．回転軸
Ｅ．連結軸
Ｆ．回転ブレードの回転方向
Ｇ．回転ブレードの回転軌跡
Ｈ．抵抗となる風
Ｉ．距離
Ｊ．風量調節ガイドが押される力
Ｋ．バランス調節ガイドが押される力
Ｌ．ガイドの回転軌跡
Ｍ．構造ブレース
Ｎ．土台
Ｏ．避雷針
Ｐ．風
Ｑ．ベースプレート
Ｒ．アンカーボルト
ａ．背面プレート
ｂ．先端プレート
ｃ１．アゴ形状
ｄ．交点
ｅ．尾翼
ｆ．偏風羽
ｘａ．回転ブレード
ｘｂ．本体ガイド
ｘｃ．先端ガイド
ｘｄ．ガイド尾翼
ｘｅ．回転ブレードの回転方向
ｘｆ．回転軸
ｘｇ．構造ブレース
ｘｈ．基礎
Ｚ．水
ｗａ．回転ブレード
ｗｂ．本体ガイド
ｗｃ．先端ガイド
ｗｄ．本体ガイド端部
ｗｅ．回転ブレードの回転方向
ｗｈ．距離
【図１】
2009293610.tif 000003
【図２】
2009293610.tif 000004
【図３】
2009293610.tif 000005
【図４】
2009293610.tif 000006
【図５】
2009293610.tif 000007
【図６】
2009293610.tif 000008
【図７】
2009293610.tif 000009
【図８】
2009293610.tif 000010
【図９】
2009293610.tif 000011
【図１０】
2009293610.tif 000012
【図１１】
2009293610.tif 000013
【図１２】
2009293610.tif 000014
【図１３】
2009293610.tif 000015