￨ノート￨
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風 力 発 電 用 縦 軸 風 車 の 計 画
新
宮
博
康
PLAN OF VERTICAL AXIS WINDMILL
FOR GENERA
TING SYSTEM
HIROYAYU SHINGU
これまでの小規模風力発電機には軸流プロペラが多く使われている. 特に風向の変化する場合の車自流形風車発電機のもつ欠点は，風向の変化に伴いジャイロ効果の働 きで振動の発生や強風時の強度や制御に難点が考えられる. そこで風向に変化のある地域では縦軸形風車を採用すべきであると考え，風向によって制御され るセールをもった縦軸風車模型の試作を行ない一応の結果を得たのでこの検討をふまえ，新たに揚 力9抗力をもちいて回転力を発空さす風車を試案し計画している.1
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まえがき 省資源がさければ，サンシャイン計画なるものも政府 の音頭取りで行なわれており，愛知県でも風力利用が県 段階で取り組まれるようである. (]) 我が国民の一人の消費する資源は発展途上国のそれの2
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倍といわれ，国民一人一人の省資源化を進める事はエ ネルギー問題を考える上で重要である. 我が国は年聞を通じ季節風がふき9 特 lこ夏期冬期の風 向は全く異っている，又{民地にあっては周囲の建造物や 自然条件によって風の息などによる風向の変化ははげし し¥ この様な条件の中にあって縦軸風車を採用する事は当 を得ていると考える. 一般家庭で消費される電力は日平均5
~lOkwh 前後で、 あわこれを全て風力にたよるのも夢ではない. また消費点に於L、て個別に発電する場合ばかりでな く，山岳地帯のような土地利用度の低い地域での風力発 電はエネルギー輸送の必要のない事や，風力の条件，お よび無公害などから大いに期待出来るものである.(2)， (3)2
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風車とその特性 愛知県下 3 地点の 1960~1970年の風速の平均値，年平 均値を表1
f乙示す. 風速の月平均，年平均は O 時~24時までの l 自の全風 程の平均秒速を日平均としている.最大風速の極値を表2
fこ示す.(4) 表l
によれば名古屋に於ける平均風速はほぼ3
7sであ り，年聞を通じ一定の風速がある.月毎の最大風速の極 値は lO7s~15広 lこ集中レている。 そこで一方向性の回転力を得るような風車模型を試作 した. 試作機を写真1
fこ示す. セールは開閉の出来る構造をもっ2
枚の風受け舎もっ ており，2
枚は連動して開聞を行う.この一対のセール を4組もった，いわゆる4枚羽根形の風車である. 写真l
では回転方向は上から見て右回りである. セーJレは外郎からの制御がなくても風圧により自由開 閉が出来るが，セールに対して一方向性の風にしか働か ない構造である. セールの最大開き断面積はO
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0
3
m
'
，
腕の長さはO.5m
としている，セールは小さし腕も短い事から充分なト ルク発生は期待出来ないが主としてセールの制御特性に 視点を合せた。 実 験 ステップ1(Sェ) .・.uセーJレ自由形(個々のセーJレは 単独に開閉でき，風圧により開閉する) ステフプ2(
S
2)ー・・セール対向連動自由形(対向す るセールは連動して開閉でき，風圧により開閉する) ステップ3(S 3)…・セール風向制御形 (4組のセー ルは風向によりカムを介し制御され，風圧による開閉ぞ 助けセールの回転と同期化している)Sl
fこ於ては風速3
7s以下では機械摩擦に打ちかつだ けの力は発生しない，回転は不安定自 S2f乙於ては風向 および風向が一定の場合には回転力を発生するが，風向 の変化に対して追随性が惑い. S3に於ては充分な回転力を発生しないまでもゆるや かな風向の変化には充分追随する.風の休止後時間をお康 図2bの形式を採用する場合にはセーJレは翼形断面を もっ必要があり，その翼の配置は垂直配置となり強度的 にも良好なデザインが要求される. そこで図2bにおける抗力場では積極的に回転力を発 生させるためスボイラーを開き，揚力場では翼をコント ロールして最適の仰角を得るようにした風車を計画して 博 宮 い て 前 と 異 な っ た 風 向 時 に 同 転 力 の 発 生 に 時 間 差 を も で コ 図
1
こ(53の風速一無負荷回転数特性を示す. 風速の測定は島津製ビラム式風速計AB-I0
形により 1分間の平均をとった. この試作機では図2a
の抗力場でのみ風の動圧を回転 力 発 生lこもちいているが，実用的には図2b!こ示すよう に揚力を発生させ利用域を拡大する事が考えられる. 新 374 し、る. 翼の制御は機械的制御と電気制御が考えられる. 年 平 均3
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1
3
.
1
3.03
.
1
3.2 3.32
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9
3
.
1
3.3 3.23
.
1
3.4 3.3 3.33
噌3
3.43
.
3
3.23
.
3
3.3 3.23
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3
m/s 12 10 11 3.4 3.1 3.02
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8
3.5 3.0 3.0 3.2 3.0 3.1 2.6 3.2 3.1 3.12
.
8
2
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9
3.2 3.4 2圃6 3.2 3.0 3.19
3.43
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1
2.6 3.03
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3
3.
4
2
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8
2.6 2.5 2.42
.
9
3
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1
3.8 3.22
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8
3.23
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1
2
.
8
3.1 3.2 3.03
.
1
8
風 速 の 月 平 均 ・ 年 平 均 7 9 J J 7 A J A J 5 Q J J ↑ ワ 卸 つ 4 q u ワ ﹄ つ ん つ ム つ ﹄ つ ω つ ム 7 -ヮ “ 一 6 一 心 3 8 J P 心 A ι 1 4 0 J J 一一つ凸つUワμquつんつuqJっ、unJつ白qu 一 j ) 一 A 4 1 1 4 0 0 ﹃ υQL﹁口つり門ioOA1A4 一 亡 し 一 一 一 3 3 2 3 3 3 3 3 3 3 3 4 一 J J J 心 ﹂ J A 6 J 2 必 一一QdAせっUつοA生ηJηd ぺ JηdηοηJ ウ toOワム4&AqnU ウ inu ウ jつムハυ η ペ υ 一 ・ ・ ・ ・ 司 nJηJ4ムAせ4AAuiつ014QUA生4 2 一 n J 心 J J n J 7 3 心 o J 3 3 一 q υ η J A q A 斗 A A A つ 、 し つ U 4 A η 心 つ U n d -一 5 4 4 ρ 心 心 A o 心 8 J J P 心 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 月一 表l
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言 古年¥
10年 平 均 ￨ 名 -ムRu--QU?IqLQunun 川u n u n H U 一 ど υ 4 4 A F h U 4 A T D F U A 住 民 UにdrDFD一 つμ11?-nb ゥ i44qJ1ioooDAせ一 tuturDA 住 民 U 片 D p h u 日 U目URυにU一 つ-4AnUつju--QUPりηJワ-4AQd一 ﹁ 内 υ d A せ ﹁ 吋 U F h U ﹁ ﹁ U A A -A 4 4 ム S 4 A ﹁ 町 U F h U S 4 ι 一 一 A 斗 A n U ワ ム A 性 つ J Q U A 生 A 生 つ ん 1 1 n ' O 一 F h u d A 立 に U d 斗 A a A 1 ， A A A A ヨ S 4 A F h d A 4 A 4 4 A 一QUOonunUGURuqu ウ iRυnbqυ 一 4 η 0 4 4 4 A 4 ﹁ D 4 4 n J ﹃ U A 侍 円 υ44qυハUoophunUハUηOQU1A 一 η ペ U A 4 A A A A A A 1 n ︽ U A 斗 ム ﹄ 4 A d 斗 ム 4 A Y η べ υ 4 A T F U ウ i ウ tFUついにUA生1iQonJQo quqυqunJ ﹃ uqunJ口υquA斗AQJ n u n 4 A A T 4 ム q υ ウ i A ヨ ハ U R U 7 ・ q U 5 4 4 4 3 4 4 4 4 3 4 一 Q U つ ん 3 4 4 に υ o 口 に d F h U A q つ 乙 Q U O D イ斗AdqAq44A ﹁ J d 斗 A 戸 U ﹁ U A 4 4 A 告 白 υ η / ︼ Q O ハ U 口 υ A 斗 A C O η i 1 i n J に U 亡 。 ロ υAAPU﹁UζUAAd斗AFUFU 月 / η d p n u F h u n u ハ U U R U J 4 R U O 八 U Q U 4-﹁DRU 巴 U 門 i ρ h u q u 口 U F h u p h u r D A 斗 A P 3 に U ウiQU ウiっdnUワμ00ワμ ρORUFOPUにUEURU ウ i p h U ﹁ d p o ﹁ d ロ υQUOO巳dnJtυAq ウi q J d 生 p h U ρ h v 門 / t F h u p h U ハ h U ρ h U ハ 仏 U ﹁ h U ハ h u n h U 均 平 一 41つルη04ムPUFOηiQUQunU﹁ F ﹂ ハb 門i p 工 一 ハ u u ハ U U 一 湖 良 伊 一 Q U ヴ jcuηJ ヴ iηipUρb円iRU ヴ t 一?-ηノム?旬ワμワ﹄ワ﹄ワムワ臼ワ臼ワ何?“ 一 A せ A せ っ μ A 斗 A R u d 斗 A 7 “ A 守 ρbワt4A 一ヲ﹄ワ﹄?“つゐつんつ-ワ旬ワ臼ワ︼?-つん 一pu--つ占巳υAAZUFUqυFUnUFhu 一7﹄つゐワ﹄ワ ω ワムワ-つμつんつんquワ旬 一 。 凸 q u o 凸 4 A 1 1 ム ハ U 4 a q L n h u q L A A 一 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 一 8 4 9 4 7 7 1 0 9 1 3 一 2 2 1 i 2 2 2 2 2 1 2 2 一にυつムρりηapopりつん目URUPUFO 2 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 一4AqJFU--nuviQd4AQdnbワム 一 2 7 3 0 1 9 3 5 1 1 7 一 3 2 2 3 2 2 1乙
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