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公開番号2024090396
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-04
出願番号2022206283
出願日2022-12-23
発明の名称風車及び風力発電装置
出願人株式会社熊谷組,学校法人常翔学園,公立大学法人大阪
代理人個人
主分類F03D 3/06 20060101AFI20240627BHJP(液体用機械または機関;風力原動機,ばね原動機,重力原動機;他類に属さない機械動力または反動推進力を発生するもの)
要約【課題】ブレードの機械的な破損を防ぎ、初期起動に必要とされる風速を下げ、起動性に優れた風車及び風力発電装置を提供する。
【解決手段】
回転軸と、前記回転軸の回転中心軸を中心とする同心円上に均等な間隔で離隔して設けられた複数のブレードと、を備え、前記複数のブレードに風が当たることにより複数のブレードが回転軸とともに回転可能とされた風車であって、前記ブレードが該ブレードの後縁より後方にジェットを噴射可能な開口部を備え、前記開口部からのジェットの噴射を制御するジェット噴射装置を備えた構成とした。
【選択図】図4

特許請求の範囲【請求項１】
回転軸と、前記回転軸の回転中心軸を中心とする同心円上に均等な間隔で離隔して設けられた複数のブレードと、を備え、前記複数のブレードに風が当たることにより複数のブレードが回転軸とともに回転可能とされた風車であって、
前記ブレードが該ブレードの後縁より後方にジェットを噴射可能な開口部を備え、
前記開口部からのジェットの噴射を制御するジェット噴射装置を備えたことを特徴とする風車。
続きを表示（約 380 文字）【請求項２】
前記ブレードは、翼形状を有することを特徴とする請求項１に記載の風車。
【請求項３】
前記開口部がブレードの延長方向に沿って開口するように形成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の風車。
【請求項４】
前記ジェット噴射装置は、
各ブレードに対する風向に基づいて、ジェットを噴射することを特徴とする請求項１に記載の風車。
【請求項５】
前記ジェット噴射装置は、
風が向かい風となるブレードからのジェットの噴射を停止し、
風が追い風となるブレードからジェットを噴射することを特徴とする請求項１に記載の風車。
【請求項６】
前記請求項１乃至請求項５に記載の風車を備え、
前記回転軸の回転により発電する発電機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、風車及び風力発電装置に関する。
続きを表示（約 2,900 文字）【背景技術】
【０００２】
風力エネルギーを回収する風車には大きく分けて水平軸型風車と垂直軸型風車がある。水平軸型風車としてプロペラ型風車があり、世界的に見ても最も多用されている風車である。この風車は、効率が高いものの風の風向が変化すると回転軸の方向を風のくる方に向け直す必要がある。一方、垂直軸型風車は、あらゆる方向からの風に対して有効に働くので、風向が頻繁に変化する環境に適した風車である。
垂直軸型風車には、抗力型と揚力型とがある。抗力型の代表的なものにはサボニウス風車があり、現在も広く用いられている。この風車は、起動トルクが大きいものの一般に効率が低い。
一方、揚力型風車としては、ダリウス風車とジャイロミル風車が代表的である。揚力型風車は翼が回転しているときに、翼に働く揚力を用いることから、起動トルクが小さいだけでなく、低速回転時、具体的には周速度比（翼の周速度/風速）が１以下の場合における効率が低い。特に、ダリウス風車は起動トルクが低いのでサボニウス風車と組み合わせた使用も試みられている。
ジャイロミル風車は、直線型ダリウス風車とも呼ばれ、起動トルクが比較的高く、自律的な起動が可能である。
但し、揚力型の特性として、低速回転時におけるトルク、効率は低い。しかし、騒音が低い、或いは起動特性が良いなどの優れた特性が評価され、近年この種の風車が注目されている。
例えば、特許文献１に示すように、ブレードの後端に補助ブレードを設けることにより、初期起動に必要とされる風速を下げ、ローターの抗力及び揚力の増大によって発電効率を向上させたものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１３－５１５２０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、補助ブレードは、風車の回転が上がるに従い、補助ブレードが遠心力により外側に反り、流れに対する抵抗となって急激なトルクの低下を招く場合がある。また、補助ブレードが弾性材料を素材として構成されるため、変形の繰り返しによる疲労破壊や自然環境下での耐久性に劣る等の問題を生じさせていた。
本発明は、上記課題を解決するため、ブレードの機械的な破損を防ぎ、初期起動に必要とされる風速を下げ、起動性に優れた風車及び風力発電装置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】
【０００５】
上記課題を解決するための風車の構成として、回転軸と、回転軸の回転中心軸を中心とする同心円上に均等な間隔で離隔して設けられた複数のブレードと、を備え、複数のブレードに風が当たることにより複数のブレードが回転軸とともに回転可能とされた風車であって、ブレードが該ブレードの後縁より後方にジェットを噴射可能な開口部を備え、開口部からのジェットの噴射を制御するジェット噴射装置を備えた構成とした。
本構成によれば、ジェットの反力によりブレードを回転させることができる。即ち、風の力が弱い（風速が遅い）場合であっても、風車の回転の起動を補助することができる。
また、ブレードが翼形状を有することにより、噴射されたジェットの反力によって揚力が生じ、風の力が弱い（風速が遅い）場合であっても、風車の回転の起動を補助することができる。
また、前記開口部が、ブレードの延長方向に沿って開口するように形成されたことにより、開口部から噴射されたジェットが、航空機などで知られるフラップとして機能し、噴射されたジェットの反力とともに大きな揚力が得られ、風車の回転の起動を補助することができる。
また、前記ジェット噴射装置は、各ブレードに対する風向に基づいて、ジェットを噴射することにより、ジェットの噴射に要するエネルギーの消費を減らすことができる。
また、前記ジェット噴射装置が、風が向かい風となるブレードからのジェットの噴射を停止し、
風が追い風となるブレードからジェットを噴射することにより、ジェットの噴射に要するエネルギーの消費を減らすことができる。
風力発電装置が、前記請求項１乃至請求項４に記載の風車を備え、前記回転軸の回転により発電する発電機を備えることにより、風速が遅い場合であっても発電を開始することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
本発明の実施形態に係る垂直軸型風力発電装置を示す外観図である。
垂直軸型風力発電装置を示す側断面図である。
ブレードを翼弦方向に沿って断面視したときの表面形状を示す図である。
回転軸とアームの連結部分及びアームとブレードの連結部分の拡大断面図である。
ブレードを後縁側から平面視した拡大図である。
ブレードの後縁に設けられた開口部を含む断面図である。
ジェット噴射装置のブロック図である。
ブレードからジェットを噴射したときのイメージ図である。
ジェット噴射装置の他の形態を示すブロック図である。
【０００７】
以下、発明の実施形態を通じて本発明を詳説するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明される特徴の組み合わせのすべてが発明の解決手段に必須であるとは限らず、選択的に採用される構成を含むものである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る垂直軸型の風力発電装置１の平面図である。図２は、風力発電装置１の側断面図である。
図１、図２に示すように、風力発電装置１は、風Ｗを受けて回転する回転機構２と、回転機構２により得られた機械エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機構４と、ジェット噴射装置８等を備える。
これら回転機構２、発電機構４及びジェット噴射装置８は、地面Ｆに立設されて鉛直方向に延びる台座６の上部に配設される。
【０００９】
回転機構２は、風Ｗを受ける風車１０と、風車１０に連結された回転軸２０、軸受３０を介して回転軸２０を中心軸Ｃ回りに回転可能に支持するケーシング４０を備える。
本実施形態に係る風車１０は、例えば垂直軸型風車の一つであるジャイロミル型風車を構成している。風車１０は、風向きに対して依存性がなく、どの方向からの風Ｗに対しても回転軸２０の中心軸Ｃ回りに回転可能に構成される。
【００１０】
ケーシング４０は、下端部が台座６の上端部に固定して設けられる。ケーシング４０は、上側部分４１（風車１０側）が、下側部分４２（台座６側）よりも縮径された多段筒形に形成される。
（【００１１】以降は省略されています）

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