JP2004285968A - Wind mill - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は風車に関し、特に垂直軸と該垂直軸を中心に回転する羽根車とを有する風車に関する。
【0002】
【従来の技術】
以前より、風力エネルギーを利用する装置として、風車が利用されてきている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
風力を効率よく利用するためには、ウィンドファームのように多数の風車を設置すればよいが、そのように多くの風車を建設するには多大なコストが必要となる。
【0004】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、風力を効率よく利用することができる風車を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明による風車は、垂直軸と、該垂直軸を中心に回転する2段以上の羽根車とを備えた風車であって、前記2段以上の羽根車は、隣接するもの同士が逆回転するように構成され、それぞれが複数の羽根部を有しており、前記羽根部は、回転方向下流側で受けた風が、隣接する段の羽根部の回転方向上流側に流入するように形成されているものである。
【0006】
本発明によれば、各羽根部の回転方向下流側で受けた風が、隣接する段の羽根部の回転方向上流側に流入し、各羽根車の回転が助勢されることとなり、風車の各羽根車は効率的に回転することとなる。
【0007】
また、本発明による風車では、一方向に回転する前記羽根車の回転軸である第1の回転軸と、他方向に回転する前記羽根車の回転軸である第2の回転軸と、前記第1及び第2の回転軸の回転を、いずれかの方向の回転に変換する回転方向変換機とをさらに備えてもよい。
【0008】
また、本発明による風車では、前記回転方向変換機により変換された一方向の回転により発電を行う発電機をさらに備えてもよい。
【0009】
このような構成を有する本発明によれば、互いに逆回転する羽根車の回転ごとに発電機を設ける必要がなくなり、単一の発電機により発電を行うことができる。
【0010】
また、本発明による風車では、一方向に回転する前記羽根車の回転軸である第1の回転軸と、他方向に回転する前記羽根車の回転軸である第2の回転軸と、前記第1の回転軸の回転により発電を行う第1の発電機と、前記第2の回転軸の回転により発電を行う第2の発電機とをさらに備えてもよい。
【0011】
また、本発明による風車では、前記羽根部が、回転方向下流側に向かって凸形状を有するようにしてもよい。
【0012】
また、本発明による風車では、前記羽根部の凸形状の稜線が、開閉自在に構成されており、前記稜線が閉じるように付勢する付勢手段をさらに備えるようにしてもよい。
【0013】
このような構成を有する本発明によれば、強風時には羽根部の稜線が開口し、回転方向上流側からの風がその開口を介して貫流することとなり、強風による風車の破損等を防止することができる。
【0014】
また、本発明による風車では、前記羽根車は、前記垂直軸近傍に、前記各羽根部の回転方向上流側空間と連通したチャンバーが形成され、前記羽根部は、回転方向上流側で受けた風を前記チャンバーに導き、該チャンバー内を相対的に圧力が高い状態にするように、半径方向外側に向かって延びて配置されているようにしてもよい。
【0015】
このような構成を有する本発明によれば、回転中心となる垂直軸近傍に形成されたチャンバー内は相対的に高圧(正圧)状態となる。一方、風車の風下側の領域は、風車が風を遮るので、相対的に低圧(負圧)状態となる。この結果、風車の風下側ではチャンバー内の空気が、半径方向外方に延びる羽根に沿って流出する。この流出する空気によって、羽根部が回転方向に押圧され、風車は効率的に回転することになる。
【0016】
また、本発明による風車では、前記羽根部は、隣接する羽根部との間隔が前記垂直軸から外方に向けて広くなるように、相互に配置されているようにしてもよい。
【0017】
また、本発明による風車では、前記羽根部は、外端部が内端部より回転方向上流側に位置するように配置されているようにしてもよい。
【0018】
本発明による風車は、垂直軸と、該垂直軸を中心に回転する羽根車とを備えた風車であって、当該羽根車が、前記垂直軸を中心として、外側に延びるようにして配設された複数の羽根部と、前記各羽根部の上部及び下部に設けられ、前記羽根部の回転方向上流側に導かれた風の垂直方向への流出を防止するフィンとを備えたものである。
【0019】
本発明によれば、フィンにより羽根部の回転方向上流側に導かれた風の垂直方向への流出を防止することができ、効率を上げることができる。
【0020】
また、本発明による風車では、最上段の羽根車における前記各羽根部の上部に設けられ、前記羽根部の回転方向上流側に導かれた風の垂直方向への流出を防止する上部フィンと、最下段の羽根車における前記各羽根部の下部に設けられ、前記羽根部の回転方向上流側に導かれた風の垂直方向への流出を防止する下部フィンとをさらに備えてもよい。
【0021】
この上部及び下部フィンを備えることで、羽根部の回転方向上流側に導かれた風の垂直方向への流出を防止することができ、効率を上げることができる。
【0022】
また、本発明による風車では、隣接する羽根車間における前記各羽根部の上部、及び下部に中間フィンをさらに設けてもよい。
【0023】
また、本発明による風車では、前記上部フィン、及び前記下部フィンが、略水平面内に設けられ、半径方向外側に向かって細くなる板状の部材であってもよい。
【0024】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)
【0025】
以下、本発明の実施の形態1による風車について、図面を参照しながら説明する。
【0026】
図1は、本実施の形態1による風車1の外観を示す斜視図であり、図2は、風車1の側面図であり、図3は、風車1の羽根車(ローター)2の上面図であり、図4は、羽根車2,3の回転が発電機19に伝達する機構を示す図である。
【0027】
図1から図3に示されているように、風車1は、垂直方向に伸びる垂直軸4を中心に回転するように配置された2つの羽根車2,3を備える。羽根車2、3は、水平方向に伸びる上部フレーム5、7及び下部フレーム6、8と、それらの間に設けられている上側メインパネル9、下側メインパネル10、上側サブパネル11、及び下側サブパネル12とを備える。本実施の形態1による風車1は、上方から見たときに、羽根車2は時計回り方向に回転し、羽根車2に隣接する羽根車3は反時計回り方向に回転するものである。
【0028】
上部及び下部フレーム5〜8は、それぞれ垂直軸4に接続されている。また、上部及び下部フレーム5〜8は、それぞれ水平方向外側に延びる4本の枝を有しており、隣接する各枝は略垂直となっている。その各枝に上側メインパネル9、あるいは下側メインパネル10の一辺が接合されている。上側メインパネル9と下側メインパネル10とは、羽根車2,3の回転時の回転方向下流側に向かって凸状となるように突出した稜線において接合されている。上側サブパネル11は、上側メインパネル9の半径方向外側の一辺と接合されており、下側サブパネル12は、下側メインパネル10の半径方向外側の一辺と接合されている。また、上側サブパネル11と下側サブパネル12も、上側及び下側メインパネル9,10の稜線が、やや回転方向上流側(谷側)に折れ曲がって連続するように接合されている。このようにして構成された、上部及び下部フレーム5〜8と、上側及び下側メインパネル9,10と、上側及び下側サブパネル11,12とによって、各羽根部13が構成されている。したがって、各羽根車2,3は、回転(円周)方向に略等間隔で配置された4枚の羽根部13を有することになる。なお、各フレーム、及び各パネルは、金属、カーボンファイバ、合成樹脂、木材等の種々の材料から選択された材料により形成される。
【0029】
図2及び図3で示されるように、上側及び下側メインパネル9,10の垂直軸4側(付け根側)には、回転方向上流側(谷側)空間をふさぐパネルが設けられていない。したがって、上側及び下側メインパネル9,10の付け根側は、開口領域となっている。そのため、各羽根部13の回転方向上流側の空間(羽根部13の谷側)は、上側及び下側メインパネル9,10の開口領域を介して、垂直軸4を中心とする空間(チャンバー)14に連通している。
【0030】
本実施の形態の羽根部13は、隣接する羽根部の間隔が中心軸(垂直軸4)から離れる方向(すなわち外方)に向かって広くなるように、かつ、外端(羽根部13の中心軸から一番遠い点)が内端(稜線の中心軸側の端点)より回転方向上流側に位置するように構成されている。
【0031】
図4で示されるように、垂直軸4は、羽根車2の上部及び下部フレーム5,6と接続されている内軸15と、羽根車3の上部及び下部フレーム7,8と接続されている外軸16と、発電機19等を覆うカバー17と、各軸に設けられたベアリング部材20とから構成されている。羽根車2,3はそれぞれ逆回転するため、羽根車2,3の回転軸である内軸15及び外軸16も逆回転する。回転方向変換機18は、内軸15及び外軸16の回転を一方向の回転に変換し、発電機19に伝達させる。発電機19は、その伝達された回転により発電を行う。なお、回転方向変換機18としては、例えば、サイクロ(登録商標)減速機、遊星歯車機構等が用いられる。なお、内軸15及び外軸16ごとに2つの発電機を備えるようにしてもよい。
【0032】
このような構成を有する風車1では、各羽根部13の回転方向下流側で受けた風が、隣接する段の羽根部13の回転方向上流側に流入する。この結果、各羽根車2,3の回転が助勢される。
【0033】
次に、図5から図7を参照して、風車1の各羽根車2,3が回転する原理について説明する。図5及び図6は、図中右側からの風の中におかれた風車1近辺の空気の流れ等を模式的に示す図である。図5において、羽根車2の羽根部13−1は、稜線部が風下に向かって位置しており、回転方向上流側(谷側)の面で風を受ける。羽根車13−1が風を受けることにより、羽根車2は回転する。羽根車3の羽根部13−2は、稜線部が風上に向かって位置しており、回転方向下流側(峰側)の面で風を受ける。この羽根部13−2の回転方向下流側で受けた風のうち、上側メインパネル9で受けた風は、隣接する羽根部13−1の回転方向上流側に流入する。その結果、羽根車2の回転が助勢される。
【0034】
羽根車2,3が回転し、図6で示される位置関係になったとする。羽根車2の羽根部13−3の稜線部が風上に向かって位置しており、回転方向下流側(峰側)の面で風を受ける。この羽根部13−3の回転方向下流側の面で受けた風のうち、下側メインパネル10で受けた風は、隣接する羽根部13−4の回転方向上流側に流入する。その結果、今度は羽根車3の回転が助勢される。
【0035】
図7は、矢印Aで示される風の中におかれた羽根車3付近の空気の流れ等を模式的に示す図である。羽根車3は、稜線部が風下に向かって位置する第1の羽根部13−1が、裏面(回転方向上流側の面)で風を受ける。羽根部13−1の上流側▲1▼の空気は、羽根部13−1の付け根側の開口領域を通り、垂直軸4の周囲空間であるチャンバー▲2▼に送られ、チャンバー▲2▼内の圧力を相対的に高い圧力(正圧)とする。チャンバー▲2▼の正圧の空気は、風下側に位置する第2の羽根部13−2及び稜線部が風上に向かって位置する第3の羽根部13−3の付け根側の開口領域を通って、第2の羽根部13−2の裏側(回転方向上流側)領域▲3▼、及び第3の羽根部13−3の裏側(回転方向上流側)領域▲4▼に流出する。
【0036】
第1の羽根部13−1と第2の羽根部13−2との回転方向下流側の領域▲5▼、▲6▼は、羽根車3の風下側となるので、相対的に圧力が低い状態となっている。したがって、第1の羽根部13−1と第2の羽根部13−2との回転方向下流(表)側▲5▼、▲6▼と、回転方向上流(裏)側▲1▼、▲3▼との間には大きな圧力差が生じ、これらの羽根部13が矢印Bで示される方向に押圧され、羽根車3が矢印Cで示される回転方向に回転させられる。
【0037】
さらに、風上側に向かって延びる第4の羽根部13−4の回転方向下流(表)側を流れる空気は、羽根部の形状により、回転方向上流(裏)側を流れる空気より、流速が速くなるので、第4の羽根部13−4には、矢印Dで示される揚力が作用し、この揚力が羽根車3の回転に寄与する。
【0038】
なお、第3の羽根部13−3の回転方向下流側の面が風を受け、回転方向下流側領域▲7▼が正圧領域となるが、この正圧は、第3の羽根部13−3の回転方向上流領域▲4▼の正圧と相殺され、羽根車3の回転には影響を及ぼさない。
【0039】
次に、図8及び図9を参照して、本実施の形態による2段逆回転型風車の効果について説明する。なお、図8及び図9では、実験の簡易化のために回転方向変換機を用いず、羽根車ごとに発電を行った。
【0040】
図8は、上下2段の羽根車が逆回転する場合(a)と、同方向に回転する場合(b)とを比較するための図である。図8(a)で示される風車は、上下2段の羽根車が逆回転するものであり、発電機は直列接続されている。この風車を風洞の中に置き、一定の風速下で発電を行ったところ、発電された電力は、0.162(W)となった。図8(b)で示される風車は、上下2段の羽根車が同方向に回転するものであり、発電機は直列接続されている。この風車を風洞の中に置き、一定の風速下で発電を行ったところ、発電された電力は、0.1495(W)となった。このデータからわかるように、隣接する各羽根車を逆回転させることにより、羽根部の回転方向下流側で受けた風を、隣接する段の羽根部の回転方向上流側に流入させることができ、効率のよい風車を実現することができる。
【0041】
図9は、上下2段の逆回転する羽根車を有する風車(a)と、上段の羽根車のみを有する風車(b)と、下段の羽根車のみを有する風車(c)とを比較するための図である。図9(a)で示される風車は、上下2段の羽根車が逆回転するものであり、各発電機により発電される電力は、上段と下段で別々に計測されている。この風車を風洞の中に置き、一定の風速下で発電を行ったところ、上段の羽根車による発電量は0.0715(W)となり、下段の羽根車による発電量は0.108(W)となった。図9(b)で示される風車は、上段の羽根車のみを有する。この風車を風洞の中に置き、一定の風速下で発電を行ったところ、発電量は0.0725(W)となった。図9(c)で示される風車は、下段の羽根車のみを有する。この風車を風洞の中に置き、一定の風速下で発電を行ったところ、発電量は0.095(W)となった。これらのデータによれば、上下2段の逆回転する羽根車で発電した場合の合計発電量は、0.1795(W)となるのに対し、上段と下段とを別々に発電した場合の合計発電量は、0.1675(W)となる。このデータからわかるように、隣接する2段の羽根車を逆回転させる風車は、一段の羽根車を有する風車を2つ設置した場合よりも、風力をより効率よく利用することができ、より多くの電力を発電することができることがわかる。つまり、逆回転している2軸を1軸で取り出すことは、同じ風で回転数が2倍になり、発電機の回転を上げるためのギヤー比が少なくすみ、そのトルクを発電に利用でき、効率よく発電できる。
【0042】
なお、本実施の形態では、2段の羽根車2,3を有する風車1について説明したが、羽根車は3段以上であってもよい。3段以上の羽根車の場合でも、隣接する羽根車は逆回転するように構成される。この場合、各羽根車の回転を1軸に変換して1つの発電機により発電を行ってもよく、各羽根車の回転軸ごとに発電を行ってもよく、あるいは、例えば、図10で示されるように、回転方向変換機18を用い、かつ、2つの発電機19を用いて発電を行ってもよい。このように、羽根車の段数と、発電機の個数との関係は、上記説明に限定されるものではない。
【0043】
また、羽根車の各羽根部を、パネルを用いて構成した場合について説明したが、各羽根部は、回転方向下流側で受けた風が、隣接する段の羽根部の回転方向上流側に流入するような形状を有するものであればよく、例えば、膜部材とそれを支持する骨組み部材とにより構成してもよい。
(実施の形態2)
【0044】
以下、本発明の実施の形態2による風車について、図面を参照しながら説明する。
【0045】
図11は、本実施の形態2による風車30の外観を示す斜視図であり、図12は、風車30の羽根車31の上面図である。なお、図中、図1から図3までと同一の符号は、同様の、または相当する構成要素を示すものである。
【0046】
図11及び図12で示されているように、羽根車31の上部フレーム32、及び下部フレーム33は、それぞれ各フレームの基端部(垂直軸4の側)から各枝の先端部(羽根車31の外周側)に延びる板状部材であるフィン34を有する。各フィン34は、各羽根部35の各枝の回転方向上流側に、略水平となるように、かつ、垂直軸4から離れる方向(すなわち外方)に向かって幅が細くなるように、構成されている。
【0047】
このフィン34により、各羽根部35の回転方向上流側に導かれた風の垂直方向への流出を防止することができ、より効率よく風力を利用できる。
【0048】
次に、このフィンを2段以上の羽根車を有する風車に用いる場合について説明する。
【0049】
最上段の羽根車の上部フレームの上部フィンと、最下段の羽根車の下部フレームの下部フィンとは、図11及び図12で示されるフィン34と同様のものとし、それ以外のフレームの中間フィン(隣接する羽根車間のフレームのフィン)は、図13で示されるように、フレーム38の基端部から枝の先端部に向かって延びる板状部材36と、板状部材36の略中点と枝の略中点とを繋ぐ補強部材37とから構成される。
【0050】
なお、上記各実施の形態において、強風時に風車の羽根車が高速で回転することによる風車の破損を防止するための対策を行ってもよい。図14は、強風対策のなされた羽根部の構成を模式的に示す図である。図14(a)で示されるように、羽根部40の回転方向下流側の稜線部が、稜線部の外点42を中心として開口自在に構成されており、稜線部の内端点にバネ41が設けられ、羽根部40の稜線が閉じるように付勢されている。その結果、通常の風速のときには、羽根部40の稜線は閉じている(図14(b))が、強風のときには、羽根部40の回転方向上流側に流入した風力により、バネ41の付勢力に抗して稜線部が開口し、開口部を介して羽根部40の回転方向上流側から回転方向下流側に風が貫流する(図14(c))。したがって、強風時に羽根車を回転する力が減衰され、風車の破損等を防止することができる。なお、バネやゴムなどの付勢手段により羽根部40の稜線が閉じるように付勢してもよく、あるいは、モータとそのモータを制御する制御手段とにより強風時にのみ稜線部が開口するように制御してもよい。
【0051】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、風力を効率よく利用することができる風車を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1による風車の外観を示す斜視図
【図2】同実施の形態による風車の側面図
【図3】同実施の形態による風車の羽根車の上面図
【図4】同実施の形態による垂直軸の構成を模式的に示す断面図
【図5】同実施の形態による風車付近の空気の流れ等を模式的に示す図
【図6】同実施の形態による風車付近の空気の流れ等を模式的に示す図
【図7】同実施の形態による羽根車付近の空気の流れ等を模式的に示す図
【図8】同実施の形態における、上下2段の羽根車が逆回転する場合(a)と、同方向に回転する場合(b)とを比較するための図
【図9】同実施の形態における、上下2段の逆回転する羽根車を有する風車(a)と、上段の羽根車のみを有する風車(b)と、下段の羽根車のみを有する風車(c)とを比較するための図
【図10】同実施の形態による3段の羽根車を有する風車の構成を模式的に示す図
【図11】本発明の実施の形態2による風車の外観を示す斜視図
【図12】同実施の形態による風車の羽根車の上面図
【図13】同実施の形態による羽根車のフレームの構造を示す図
【図14】強風対策のなされた羽根部を模式的に示す図
【符号の説明】
1、30 風車
2、3、31 羽根車(ローター)
4 垂直軸
5、7、32 上部フレーム
6、8、33 下部フレーム
9 上側メインパネル
10 下側メインパネル
11 上側サブパネル
12 下側サブパネル
13、35、40 羽根部
14 チャンバー
15 内軸
16 外軸
17 カバー
18 回転方向変換機
19 発電機
20 ベアリング部材
34 フィン
41 バネ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a wind turbine, and more particularly to a wind turbine having a vertical axis and an impeller rotating about the vertical axis.
[0002]
[Prior art]
BACKGROUND ART A windmill has been used as a device using wind energy.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In order to efficiently utilize wind power, a large number of wind turbines may be installed like a wind farm, but constructing such a large number of wind turbines requires a large cost.
[0004]
The present invention has been made to solve the above problems, and has as its object to provide a windmill that can efficiently use wind power.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a wind turbine according to the present invention is a wind turbine having a vertical axis and two or more stages of impellers rotating about the vertical axis, wherein the two or more stages of the impeller are adjacent to each other. Are configured to rotate in opposite directions, each of which has a plurality of blades, wherein the blades receive the wind received on the downstream side in the rotation direction, and the upstream side in the rotation direction of the blades on the adjacent stage. It is formed so as to flow into.
[0006]
According to the present invention, the wind received on the downstream side in the rotation direction of each blade portion flows into the upstream side in the rotation direction of the blade portion of the adjacent stage, and the rotation of each impeller is assisted, and The impeller will rotate efficiently.
[0007]
Further, in the wind turbine according to the present invention, a first rotation axis which is a rotation axis of the impeller rotating in one direction, a second rotation axis which is a rotation axis of the impeller rotating in the other direction, A rotation direction converter for converting rotation of the first and second rotation shafts into rotation in any direction may be further provided.
[0008]
In addition, the wind turbine according to the present invention may further include a generator that generates electric power by rotating in one direction converted by the rotation direction converter.
[0009]
According to the present invention having such a configuration, it is not necessary to provide a generator for each rotation of the impeller rotating in opposite directions, and power can be generated by a single generator.
[0010]
Further, in the wind turbine according to the present invention, a first rotation axis which is a rotation axis of the impeller rotating in one direction, a second rotation axis which is a rotation axis of the impeller rotating in the other direction, The apparatus may further include a first generator that generates electric power by rotating the first rotating shaft, and a second generator that generates electric power by rotating the second rotating shaft.
[0011]
In the wind turbine according to the present invention, the blade portion may have a convex shape toward the downstream side in the rotation direction.
[0012]
In the wind turbine according to the present invention, the convex ridge line of the blade portion may be configured to be openable and closable, and may further include an urging unit that urges the ridge line to close.
[0013]
According to the present invention having such a configuration, at the time of strong wind, the ridgeline of the blade portion is opened, and wind from the upstream in the rotation direction flows through the opening, thereby preventing damage to the windmill due to strong wind. Can be.
[0014]
Further, in the wind turbine according to the present invention, the impeller has a chamber formed in the vicinity of the vertical axis and communicating with a space in the rotation direction upstream of each blade, and the blade receives wind received in the rotation direction upstream. May be guided to the chamber, and may be arranged so as to extend radially outward so that the pressure inside the chamber is relatively high.
[0015]
According to the present invention having such a configuration, the inside of the chamber formed near the vertical axis serving as the center of rotation is in a relatively high pressure (positive pressure) state. On the other hand, the area on the leeward side of the windmill is in a relatively low pressure (negative pressure) state because the windmill blocks the wind. As a result, on the leeward side of the wind turbine, the air in the chamber flows out along the blades extending radially outward. The blades are pressed in the rotating direction by the outflowing air, and the windmill rotates efficiently.
[0016]
In the wind turbine according to the present invention, the blades may be arranged so that the distance between adjacent blades increases outward from the vertical axis.
[0017]
Further, in the wind turbine according to the present invention, the blade portion may be arranged such that an outer end portion is located on an upstream side in a rotational direction from an inner end portion.
[0018]
A windmill according to the present invention is a windmill provided with a vertical axis and an impeller rotating about the vertical axis, wherein the impeller is disposed so as to extend outward around the vertical axis. And a plurality of fins provided at upper and lower portions of each of the wings to prevent the wind guided to the upstream side in the rotation direction of the wings from flowing out in the vertical direction.
[0019]
According to the present invention, it is possible to prevent the wind guided to the upstream side in the rotation direction of the blade portion by the fins from flowing out in the vertical direction, and to increase efficiency.
[0020]
Further, in the wind turbine according to the present invention, an upper fin that is provided above the respective blades in the uppermost impeller and that prevents the wind guided to the rotation direction upstream side of the blades from flowing out in the vertical direction, A lower fin may be further provided at a lower portion of each of the blades in the lowermost impeller to prevent a wind guided to a rotation direction upstream side of the blades from flowing out in a vertical direction.
[0021]
By providing the upper and lower fins, it is possible to prevent the wind guided to the upstream side in the rotation direction of the blade portion from flowing out in the vertical direction, and to increase the efficiency.
[0022]
Further, in the wind turbine according to the present invention, an intermediate fin may be further provided at an upper portion and a lower portion of each of the blade portions between adjacent impellers.
[0023]
Further, in the wind turbine according to the present invention, the upper fin and the lower fin may be plate-shaped members provided substantially in a horizontal plane and tapered radially outward.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(Embodiment 1)
[0025]
Hereinafter, a windmill according to
[0026]
FIG. 1 is a perspective view showing an appearance of a
[0027]
As shown in FIGS. 1 to 3, the
[0028]
The upper and
[0029]
As shown in FIG. 2 and FIG. 3, no panel is provided on the
[0030]
The
[0031]
As shown in FIG. 4, the
[0032]
In the
[0033]
Next, with reference to FIGS. 5 to 7, the principle of rotation of each
[0034]
It is assumed that the
[0035]
FIG. 7 is a diagram schematically illustrating the flow of air and the like near the
[0036]
Since the regions (5) and (6) on the downstream side in the rotation direction of the first blade portion 13-1 and the second blade portion 13-2 are on the leeward side of the
[0037]
Further, the air flowing on the downstream side (front side) in the rotational direction of the fourth blade section 13-4 extending toward the windward has a higher flow velocity than the air flowing on the upstream side (back side) in the rotational direction due to the shape of the blade section. Therefore, a lift indicated by an arrow D acts on the fourth blade 13-4, and this lift contributes to the rotation of the
[0038]
The downstream surface in the rotation direction of the third blade portion 13-3 receives the wind, and the downstream region {circle around (7)} in the rotation direction becomes a positive pressure region. This positive pressure is applied to the third blade portion 13-. The rotation of the
[0039]
Next, with reference to FIGS. 8 and 9, the effect of the two-stage reverse rotation type wind turbine according to the present embodiment will be described. In FIGS. 8 and 9, power generation was performed for each impeller without using a rotation direction converter to simplify the experiment.
[0040]
FIG. 8 is a diagram for comparing a case where the upper and lower two-stage impellers rotate in the opposite direction (a) and a case where the impeller rotates in the same direction (b). In the windmill shown in FIG. 8A, upper and lower two-stage impellers rotate in reverse, and the generators are connected in series. When the windmill was placed in a wind tunnel and power was generated at a constant wind speed, the generated power was 0.162 (W). In the windmill shown in FIG. 8B, upper and lower two-stage impellers rotate in the same direction, and the generators are connected in series. When the windmill was placed in a wind tunnel and power was generated at a constant wind speed, the generated power was 0.1495 (W). As can be seen from this data, by rotating each of the adjacent impellers in the reverse direction, the wind received on the downstream side in the rotational direction of the blade section can flow into the upstream side in the rotational direction of the blade section on the adjacent stage, An efficient windmill can be realized.
[0041]
FIG. 9 is for comparing a windmill (a) having upper and lower two-stage impellers rotating in reverse, a windmill (b) having only an upper-stage impeller, and a windmill (c) having only a lower-stage impeller. FIG. In the windmill shown in FIG. 9A, upper and lower two-stage impellers rotate in reverse, and the power generated by each generator is separately measured in the upper and lower stages. When this windmill was placed in a wind tunnel and power was generated under a constant wind speed, the power generated by the upper impeller was 0.0715 (W) and the power generated by the lower impeller was 0.108 (W) It became. The windmill shown in FIG. 9B has only the upper impeller. When this windmill was placed in a wind tunnel and power was generated at a constant wind speed, the power generation amount was 0.0725 (W). The windmill shown in FIG. 9C has only the lower impeller. When this windmill was placed in a wind tunnel and power was generated at a constant wind speed, the power generation was 0.095 (W). According to these data, the total power generation when the power is generated by the upper and lower two-stage counter-rotating impellers is 0.1795 (W), while the total power when the upper and lower stages are generated separately. The amount of power generation is 0.1675 (W). As can be seen from this data, the wind turbine that rotates the adjacent two-stage impeller in the reverse direction can use the wind power more efficiently than when two wind turbines having the one-stage impeller are installed, and Can be generated. In other words, taking out two shafts rotating in opposite directions by one shaft doubles the rotation speed with the same wind, reduces the gear ratio for increasing the rotation of the generator, and can use the torque for power generation. Power can be generated efficiently.
[0042]
In this embodiment, the
[0043]
Also, a case has been described in which each blade of the impeller is configured using a panel.However, in each blade, the wind received on the downstream side in the rotation direction flows into the upstream side in the rotation direction of the blade section on the adjacent stage. Any shape may be used as long as the member has a shape as shown in FIG.
(Embodiment 2)
[0044]
Hereinafter, a windmill according to
[0045]
FIG. 11 is a perspective view showing an appearance of a
[0046]
As shown in FIGS. 11 and 12, the
[0047]
The
[0048]
Next, a case where the fin is used for a windmill having two or more stages of impellers will be described.
[0049]
The upper fin of the upper frame of the uppermost impeller and the lower fin of the lower frame of the lowermost impeller are the same as the
[0050]
In each of the above embodiments, measures may be taken to prevent breakage of the windmill due to high-speed rotation of the impeller of the windmill during strong winds. FIG. 14 is a diagram schematically showing a configuration of a blade portion provided with a countermeasure against strong wind. As shown in FIG. 14A, the ridge portion on the downstream side in the rotation direction of the
[0051]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the present invention, it is possible to provide a windmill that can efficiently use wind power.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an appearance of a wind turbine according to a first embodiment of the present invention; FIG. 2 is a side view of the wind turbine according to the embodiment; FIG. 3 is a top view of an impeller of the wind turbine according to the embodiment; 4 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the vertical axis according to the embodiment. FIG. 5 is a diagram schematically showing the flow of air near the wind turbine according to the embodiment. FIG. 6 is a wind turbine according to the embodiment. FIG. 7 is a diagram schematically showing the flow of air in the vicinity, etc. FIG. 7 is a diagram schematically showing the flow of air in the vicinity of the impeller according to the embodiment. FIG. FIG. 9 is a diagram for comparing a case where the car rotates in the reverse direction (a) and a case where the car rotates in the same direction (b). FIG. 9 shows a windmill having two upper and lower stages of reversely rotating impellers in the embodiment. a), a windmill (b) having only an upper impeller, and a windmill (c) having only a lower impeller. FIG. 10 is a diagram schematically showing a configuration of a windmill having three stages of impellers according to the same embodiment. FIG. 11 is a perspective view showing the appearance of a windmill according to a second embodiment of the present invention. 12 is a top view of the impeller of the wind turbine according to the embodiment. FIG. 13 is a diagram showing the structure of the frame of the impeller according to the embodiment. FIG. 14 is a diagram schematically showing an impeller provided with measures against strong winds. Explanation of code]
1,30
4
Claims (13)
前記2段以上の羽根車は、隣接するもの同士が逆回転するように構成され、それぞれが複数の羽根部を有しており、
前記羽根部は、回転方向下流側で受けた風が、隣接する段の羽根部の回転方向上流側に流入するように形成されていることを特徴とする風車。A windmill having a vertical axis and two or more impellers rotating about the vertical axis,
The two or more stages of impellers are configured such that adjacent ones rotate in reverse, each having a plurality of blades,
The windmill, wherein the blade portion is formed such that wind received on the downstream side in the rotational direction flows into the upstream side in the rotational direction of the blade portion on an adjacent stage.
他方向に回転する前記羽根車の回転軸である第2の回転軸と、
前記第1及び第2の回転軸の回転を、いずれかの方向の回転に変換する回転方向変換機と、をさらに備えた請求項1に記載の風車。A first rotation axis that is a rotation axis of the impeller that rotates in one direction;
A second rotation axis that is a rotation axis of the impeller that rotates in the other direction;
The windmill according to claim 1, further comprising: a rotation direction converter that converts rotation of the first and second rotation shafts into rotation in any direction.
他方向に回転する前記羽根車の回転軸である第2の回転軸と、
前記第1の回転軸の回転により発電を行う第1の発電機と、
前記第2の回転軸の回転により発電を行う第2の発電機と、をさらに備えた請求項1に記載の風車。A first rotation axis that is a rotation axis of the impeller that rotates in one direction;
A second rotation axis that is a rotation axis of the impeller that rotates in the other direction;
A first generator that generates power by rotation of the first rotating shaft;
The windmill according to claim 1, further comprising: a second generator configured to generate electric power by rotating the second rotation shaft.
前記稜線が閉じるように付勢する付勢手段をさらに備えた請求項5に記載の風車。The convex ridge line of the blade portion is configured to be freely opened and closed,
The windmill according to claim 5, further comprising a biasing unit configured to bias the ridge line to close.
前記羽根部は、回転方向上流側で受けた風を前記チャンバーに導き、該チャンバー内を相対的に圧力が高い状態にするように、半径方向外側に向かって延びて配置されている、請求項1から6のいずれかに記載の風車。In the impeller, a chamber is formed in the vicinity of the vertical axis, the chamber communicating with the rotation direction upstream space of each of the blades.
The wing portion is arranged to extend radially outward so as to guide the wind received on the upstream side in the rotation direction to the chamber and to maintain a relatively high pressure inside the chamber. The windmill according to any one of 1 to 6.
当該羽根車は、
前記垂直軸を中心として、外側に延びるようにして配設された複数の羽根部と、
前記各羽根部の上部及び下部に設けられ、前記羽根部の回転方向上流側に導かれた風の垂直方向への流出を防止するフィンと、を備えた風車。A windmill having a vertical axis and an impeller rotating about the vertical axis,
The impeller is
A plurality of blades arranged to extend outward with the vertical axis as a center,
A fin provided at an upper portion and a lower portion of each of the blade portions, for preventing a wind guided to a rotation direction upstream side of the blade portions from flowing out in a vertical direction.
最下段の羽根車における前記各羽根部の下部に設けられ、前記羽根部の回転方向上流側に導かれた風の垂直方向への流出を防止する下部フィンと、をさらに備えた、請求項1から9のいずれかに記載の風車。An upper fin provided at an upper part of each of the blade portions in the uppermost impeller, and preventing a wind guided to a rotation direction upstream side of the blade portion from flowing out in a vertical direction,
2. A lower fin provided at a lower portion of each of said blade portions in a lowermost impeller, and further comprising: a lower fin for preventing a wind guided to a rotation direction upstream side of said blade portion from flowing out in a vertical direction. 10. The windmill according to any one of to 9 above.
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- 2003-03-25 JP JP2003081761A patent/JP2004285968A/en active Pending
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