特許 7610895 風力発電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-25

(45)【発行日】2025-01-09

(54)【発明の名称】風力発電装置

(51)【国際特許分類】

   F03D 80/00 20160101AFI20241226BHJP

   F03D 1/06 20060101ALI20241226BHJP

【ＦＩ】

F03D80/00

F03D1/06 A

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2024115479

(22)【出願日】2024-07-19

【審査請求日】2024-07-19

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000129150

【氏名又は名称】株式会社カランテ

(74)【代理人】

【識別番号】100108006

【弁理士】

【氏名又は名称】松下 昌弘

(72)【発明者】

【氏名】山田 要次郎

【審査官】所村 陽一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１５５６９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０３Ｄ ８０／００

Ｆ０３Ｄ １／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の風車と、
前記第１の風車の風下に設けられ、前記第１の風車からの後流を受けて当該第１の風車と同じ仮想回転軸を中心に回転する第２の風車と
を有し、
前記第２の風車の羽根は、前記第１の風車からの後流を受けて前記第１の風車とは逆向きに回転するように構成されており、
前記第１の風車の第１の羽根の受風面は、風を受ける方向と直交する仮想面に対して２０°の所定の角度で傾斜しており、
前記第２の風車の第２の羽根は、前記第１の羽根と同一形状であり、当該第２の羽根の受風面は、風を受ける方向と直交する仮想面に対して前記第１の羽根の傾斜とは逆向きに２０°だけ傾斜しており、
前記第１の風車の前記第１の羽根の先端の回転外周の直径と、前記第２の風車の前記第２の羽根の先端の回転外周の直径とが略同じであり、
前記第１の風車と前記第２の風車とは直径をＤとし、Ｄの１／１０をｄとした場合に、
前記第１の風車と前記第２の風車との前記仮想回転軸上で距離は、６ｄ～１１ｄであり、
前記第１の風車は、風速３．５ｍ／秒の風を受ける
風力発電装置。

【請求項2】

板状の第１の取付部（１７１）と第２の取付部（１７３）とが一体成型されている第１の取付具（１７）と、
板状の第３の取付部（２７１）と第４の取付部（２７３）とが一体成型されている第２の取付具（２７）と
を有し、
前記第１の取付部（１７１）の取付面と前記第２の取付部（１７３）の取付面とは第１の角度を形成しており、
前記第１の取付部（１７１）は、前記第１の風車（１１）の第１の回転具（１８０）の正面（１８１）に固定されており、
前記第２の取付部（１７３）には、前記第１の羽根（１３）が固定されており、
前記第３の取付部（２７１）の取付面と前記第４の取付部（２７３）の取付面とは第２の角度を形成しており、
前記第３の取付部（２７１）は、前記第２の風車（２１）の第２の回転具（２８０）の正面（２８１）に固定されており、
前記第４の取付部（２７３）には、前記第２の羽根（２３）が固定されている
請求項１に記載の風力発電装置。

【請求項3】

前記第１の羽根は第１の回転軸を中心に回転し、前記第２の羽根は前記第１の回転軸とは独立して設けられた第２の回転軸を中心に回転する
請求項１に記載の風力発電装置。

【請求項4】

前記第１の回転軸の回転を基に発電する第１の発電機と、
前記第１の発電機とは独立して設けられ前記第２の回転軸の回転を基に発電する第２の発電機と
を有する請求項３に記載の風力発電装置。

【請求項5】

陸上あるいは海洋上に設置されて作動をする
請求項１に記載の風力発電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数の水平軸風車発電機で構成する水平軸風車発電に関し、再生エネルギーの主力となる風力発電の風力利用の風力発電装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

風力発電の風車の作動は水平または垂直軸に固定された羽根を風力により回転させ締結した発電機に回転力を伝えて電気エネルギーを得る構成をなしている。
本願発明に関わる風力発電機は水平軸風車発電機を複数組み合わせる技術であり、出願書類及び明細書にある風車とは水平軸風車発電機の略称である。

【0003】

風車発電機は環境などの法規あるいは送電設備など諸条件のため設置する場所に制約を受け、認可を受けた場所に集合して複数設置される場合が多く、その場合始めに風を受ける一次側の風車の羽根の平行面に平行して並列に設置するほか、地形あるいは海岸線または風向の状況により一次側の後方または左右上下方向に二次側以降の風車を設置することが避けられず一次側風車の後流の影響を受けることになる。

【0004】

一次側風車の羽根を回転し羽根の後方に進んだ気流は乱流となり、後方や周辺にある風車の回転に影響を与え、例えば風車の回転効率を１０％から２０％あるいはそれ以下に低下する、または機器を損傷し発電に影響を及ぼすなどの風力発電運用上の障害を生じこの乱流現象は風車ウエイクと名称されている。
風車は通常の大気流である風力を羽根で受けて抗力と揚力を発生し回転エネルギーとする構造であり、この大気流と異なる乱流を受風しては円滑には作動しない。明細書では乱気流も乱流と表現する。

【0005】

またこの乱流は陸上あるいは海洋上に設置される風車のいずれでも発生し一次側風車の後流による乱流は後方の上下や左右方向に幅を広げながら拡散し、大型風車にあっては後方や周辺の数百メートルの広範囲に及ぶことがあり、この風車ウエイク現象は霧煙の吹流試験により目視化され確認されている。
この風車発電機の作動を阻害する乱流現象は太陽光発電と併せ再生エネルギーの主力をなす風力発電の運用に関わる課題でありこれを解消することは再生エネルギーの新たな進捗の技術となる。

【0006】

１９９０年台に航空機の翼に発生する乱流を解消するウイングレットと言われる技術が開発された。これは主翼の先端を上に折り曲げて乱流の発生を解消しそれにより揚力が増えて燃費が５％前後節約され騒音が１０％程度低下し離着陸時の騒音対策費の負担を軽減するなど経済性を発揮することが分かったので国内の航空企業において、この技術を採用することで改造費用を上まわるコストの合理化があり既に数十機を改造している。
飛行機が発明されてから１世紀を経ても未だ大気や気流と人工物との相互の干渉の実体には未解明の分野があることを示している。
風車ウエイクの障害を解消すれば損失する発電出力は増加となり、太陽光発電と共に再生エネルギーの主力をなす風力発電の新たな発展に寄与する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２０２４－０９０３９６号公報

【文献】２０２３年１０月６日公告。ＮＥＤＯ新エネルギー事業団の公募課題: 「風車ウエイクの観測および評価手法の検討に関する研究開発」

【文献】２０２３年１1月８日新聞発表。東芝エネルギーシステムズ

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

水平軸風車発電機を複数配置し運用する際に、風車相互間に発生する風力が乱流となり周辺に位置する風車の受ける風力を乱すあるいは減衰させる。この乱流の影響をうける風車の風力発電の効率を低下し、またときには風車や機器を損傷することもあり、この乱流現象である風車ウエイクは風力発電を推進するうえでの課題であり、これは陸上洋上を問わずまた形状や大きさの大小に拘わらず複数の風車の設置運用について共通する課題である。
大型風車発電機の破損による修復に際しては運用の停止期間が長期に亘り発電力の損失のほか補修の費用や人手の経済的損失がある。
上記の風車ウエイクを巡る諸課題を解消し隣接する風車発電機を円滑に運転し運用を図ることが解決すべき課題である。

【0009】

本発明は、上述した従来技術問題点に鑑みてなされ、風車ウエイクを巡る諸課題を解消し隣接する風車発電機を円滑に運転して高い発電効率を得ることができる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】

【0010】

本発明は、第１の風車と、前記第１の風車の風下に設けられ、前記第１の風車からの後流を受けて当該第１の風車と同じ仮想回転軸を中心に回転する第２の風車とを有し、前記第２の風車の羽根は、前記第１の風車からの後流を受けて前記第１の風車とは逆向きに回転するように構成されている、風力発電装置である。

【0011】

好適には、前記第１の風車の第１の羽根の受風面は、風を受ける方向と直交する仮想面に対して第１の角度だけ傾斜しており、前記第２の風車の第２の羽根の受風面は、風を受ける方向と直交する仮想面に対して前記第１の羽根の傾斜とは逆向きに第２の角度だけ傾斜している。

【0012】

好適には、前記第１の角度及び前記第２の角度は、１０°～８０°である。

【0013】

好適には、前記第１の風車の前記第１の羽根の先端の回転外周の直径と、前記第２の風車の前記第２の羽根の先端の回転外周の直径とが略同じである。

【0014】

好適には、前記第１の風車と前記第２の風車とは直径をＤとし、Ｄの１／１０をｄとした場合に、前記第１の風車と前記第２の風車との前記仮想同一回転軸上で距離は、６ｄ～１１ｄである。

【0015】

好適には、前記第１の羽根と前記第２の羽根とは、線対称の関係にある。

【0016】

好適には、前記第１の羽根は第１の回転軸を中心に回転し、前記第２の羽根は前記第１の回転軸とは独立して設けられた第２の回転軸を中心に回転する。

【0017】

好適には、前記第１の回転軸の回転を基に発電する第１の発電機と、前記第１の発電機とは独立して設けられ前記第２の回転軸の回転を基に発電する第２の発電機とを有する。

【0018】

好適には、陸上あるいは海洋上に設置し作動をする。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、風車ウエイクを巡る諸課題を解消し隣接する風車発電機を円滑に運転して高い発電効率を得ることができる風力発電装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】図１は、本発明の実施形態に係る風力発電装置１の第１の風車１１及び第２の風車２１の形状と位置関係を説明するための図である。

【図2】図２は、第１の風車１１と第２の風車２１との位置関係（間隔）を説明するための側面方向の図である。

【図3】図３は、第１の羽根１３の取付具１７を説明するための図である。

【図4】図４は、第２の羽根２３の取付具２７を説明するための図である。

【図5】図５は、第１の羽根１３及び第２の羽根２３の角度を説明するための図である。

【図6】図６は、第１の風車１１及び第２の風車２１を取り付ける発電機Ｍを説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の実施形態に係る風力発電装置について説明する。
本実施形態に関わる風車発電装置は水平軸に羽根を固定した構造と形式であり構成要素の異なる水平軸風車発電機２基を組み合わせ基本とする。
この２基の風車は夫々異なる風力を受け作動も異なるので一次側と二次側として区別する発電装置となる。
風力発電に用いられる水平軸風車はプロペラ、多翼、セイルウイング、オランダ形などの形式があるが、本発明ではこれらの形式は問わず、羽根や翼の形状や数および大型や中型や小型の大きさに関係なく、複数設置の水平軸風車発電機に共通して発生する風車ウエイクの課題を解決する手段である。

【0022】

構成が異なる同一規模の水平軸風車発電機２基を用意し、最初に風力を受ける風車を一次側風車とし、その後方に位置し一次側風車の後流である風車ウエイクを受ける同軸延長上に二次側風車を配置する。
同軸延長上とは一次側風車の回転軸の中心の延長方向と二次側風車の回転軸の中心とが一致する風車の位置関係である。
二次側風車は一次側風車とは構成が異なり、受風する羽根の向きが一次側風車とは反対向きであり従って回転方向も反対方向である。

【0023】

この二次側風車は乱流である風車ウエイクを受風するが、二次側風車の羽根はこの乱流を受風するにも拘わらず抗力を発生し風車を回転させるエネルギーとなり一次側風車とほぼ同じ出力の風車発電機として運転運用することができる。
これは一次側風車の風車ウエイクを受風した二次側風車は、一次側風車の回転方向に対して逆回転をすることで風車ウエイクを風力として活用し一次側風車と同様な回転エネルギーを発生する風車の構成と機能を見出した。
さらにこの技術は単に風車ウエイクの障害を解消するのみでなく新たなエネルギーを発見したことに繋がる。
この一次側と二次側の組み合わせが本発明の水平軸風車発電装置である。

【0024】

この二次側の風車の開発による風力の利用は、既存の集合体の風車にあっては二次側風車に相当する風車を増設し発電出力を増加し、既存の単独に設置した風車にあっては二次側風車を増設し出力を倍増し、新規の集合体風車の設置にあっては設置できる基数と発電出力を増やし、新規の単独の設置では同時に２基を設置することであり、いずれの場合でも従来の方法による設置建設規模より設置数と発電出力を増加し再生エネルギーの開発と普及の推進となる。

【0025】

図１は、本発明の実施形態に係る風力発電装置１の第１の風車１１及び第２の風車２１の形状と位置関係を説明するための図である。
図１の例では、第１の風車１１が風上側の一次側風車、第２の風車２１が風下側の二次側風車となる。
図１に示すように、第２の風車２１は、第１の風車１１の風下に設けられ、第１の風車１１からの後流を受けて第１の風車１１と同じ仮想回転軸３１を中心に回転する。
第２の風車２１の羽根２３は、第１の風車１１からの後流を受けて前記第１の風車とは逆向きに回転するように構成されている。

【0026】

図１に示すように、第１の風車１１の第１の羽根１３の受風面は、風を受ける方向と直交する仮想面に対して第１の角度Ｐ１（受風する角度）だけ傾斜している。
第２の風車２１の第２の羽根２３の受風面は、風を受ける方向と直交する仮想面に対して第１の羽根１３の傾斜とは逆向きに第２の角度Ｐ２だけ傾斜している。
本実施形態において、第１の角度Ｐ１及び第２の角度Ｐ２は、１０°～８０°である。

【0027】

図２は、第１の風車１１と第２の風車２１との位置関係（間隔）を説明するための側面方向の図である。
Ｄは風車の直径でありｄはＤの１０分の１を単位とする間隔距離でＷｔは風向を示す。

【0028】

図２に示すように、第１の風車１１と第２の風車２１とは直径が同じである。当該直径は、第１の羽根１３及び第２の羽根２３の先端が回転する円周（先端の回転外周）の直径Ｄである。
第１の風車１１と第２の風車２１とは直径が同じである。

【0029】

当該直径をＤとした場合に、第１の風車１１と第２の風車２１との仮想回転軸上での距離Ｘは、０．６Ｄ～１．１Ｄである。
図２に示すように、第１の羽根１３と第２の羽根２３とは線対称の関係にある、
また、第１の風車１１の第１の回転軸１９と、第２の風車２１の第２の回転軸２９とは独立して設けられている。

【0030】

風力発電装置１は、陸上あるいは海洋上に設置し作動をする水平軸風力発電装置である。

【0031】

以下、本発明の各種実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
大型の水平軸風車発電機の例えば発電容量１，５００ｋｗ級では増速機構や発電機も規模が大きくなり設置する支柱も高いが、このような大型風車においても一次側風車発電機（第１の風車１１）と受風面の向きと回転が反対の二次側風車発電機（第２の風車２１）を一定の設置間隔で同軸上に設置すれば水平軸風車発電装置となり同一の設置条件でありながら高出力の発電を得られる。
発電出力の増加による経済性があれば敢えて強風を得るための高い支柱ではなくこれを縮小低層化することで建設、保守、送電の夫々に合理化が図れて発電コストの低減に寄与する。

【0032】

＜第２実施形態＞
規模の大きさに関わらず既設の風車発電機の後方に同一規模で二次側構成の風車発電機（第２の風車２１）を一定の間隔と距離をもって新たに設置することで発電量が増加し新たな再生エネルギーを得る。これは新たな設置ではなく増設であり容易である。

【0033】

＜第３実施形態＞
風が少ない弱風の地形や地域にあって単機の発電出力では採算上風力発電が難しい設置条件にあっても、２基あるいは４基など複数の風車による本実施形態の風力発電装置を利用し発電力を増加し運用することで採算性を得ることができればこれまで風力発電に不適とされてきた地域に導入の機会が増える。

【0034】

＜第４実施形態＞
本実施形態の一次側および二次側発電機（第１の風車１１及び第２の風車２１）の構成を持つ発電装置を取り扱いや設置の方法が容易な汎用品とすることで、事業所、学校、諸施設や家庭および都市部のビル屋上などの未利用空間、あるいは船舶など移動体などに利用を進めると再生エネルギーの活用と一般の意識向上になり非常用電源としても有効である。

【0035】

以下、本実施形態の風力発電装置１の実施例を比較例と共に説明する。
これまで小型の風車発電機により気流や風況と共に風車ウエイクの解明とこれらに関係する研究開発をしてきたが新たに実機試験のため風車を製作した。
通常の風車発電機の構造は羽根を取り付けた回転部のローターと伝動装置及び発電機を収納するナセルと地上に設置する支柱から構成される。
当試験の目的として風況や風速と風車の作動や運転を観察するため風車に発電機を締結せず風車の挙動を詳細に計測観察したが、実施例において発電機と締結しての試験をした。軸と表示するのは風車の回転軸である。

【0036】

実機試験に供する試験装置は、鋳鉄製のＶプーリー直径２５．６ｃｍを回転板とし、これに軸を固定し軸を両側で支持する木製の架台２組を用意してベアリング軸受けを双方の架台に設置して軸受けとし、架台の中間に風車が位置する構造とした。
羽根は長方形の木製の板を部材とし幅９ｃｍｘ長さ５５ｃｍ、厚さ１．２ｃｍで面積４９５ｃｍ^２でありこれを４枚取り付けオランダ形とした。
第１の風車１１の第１の羽根１３及び第２の風車２１の第２の羽根２３の各々の受風面１３ａ，２３ａの向きを変えて回転板に取り付けた。

【0037】

図１に示すように第１の風車１１では、風向Ｗｔに面して受風する４枚の第１の羽根１３が受風面１３ａの第１の角度Ｐ１（斜角）が左向となるように図３に示す第１の取付具１７を介して第１の回転具１８０にそれぞれ固定されている。
図３は、第１の羽根１３を図１に示す第１の回転具１８０に固定する第１の取付具１７の外観図である。
図３に示すように、第１の取付具１７は、板状の取付部１７１と取付部１７３とが一体成型されている。
取付部１７１の取付面と取付部１７３の取付面とは第１の角度Ｐ１を形成している。
取付部１７１は、図１に示す第１の風車１１の第１の回転具１８０の正面１８１（仮想面）に固定される（ネジ等）。
取付部１７３には、第１の羽根１３が固定される。これにより、正面１８１と第１の羽根１３とが第１の角度Ｐ１を形成する。

【0038】

図１に示すように第２の風車２１では、風向Ｗｔに面して受風する４枚の第２の羽根２３が受風面２３ａの第１の角度Ｐ１（斜角）が左向となるように図４に示す第２の取付具２７を介して第２の回転具２８０にそれぞれ固定されている。
図４は、第２の羽根２３を図１に示す第２の回転具２８０に固定する第２の取付具２７の外観図である。
図４に示すように、第２の取付具２７は、板状の取付部２７１と取付部２７３とが一体成型されている。
取付部２７１の取付面と取付２１３の取付面とは第２の角度Ｐ２を形成している。
取付部２７１は、図１に示す第２の風車２１の第２の回転具２８０の正面２８１（仮想面）に固定される（ネジ等）。
取付部２７３には、第２の羽根２３が固定される。これにより、正面２８１と第２の羽根２３とが第１の角度Ｐ１を形成する。
図１に示すように第２の風車２１では、風向Ｗｔに面して受風する４枚の第２の羽根２３が受風面２３ａの第２の角度Ｐ２（斜角）が右向となるように図４に示す取付具２７を介して円盤１５に固定されている。
第１の角度Ｐ１及び第２の角度Ｐ２は、例えば、２０°である。
斜角は図５の平面図に示すように、風向に対して直角方向を０°とし風向方向を９０°とし、第１の羽根１３の第１の角度Ｐ１と、第２の羽根２３の第２の角度Ｐ２が１０°以下では風車が円滑に回転せず８０°以上では回転はするが羽根に発生する抗力が低いことから適切な回転エネルギーを得るため斜角の範囲を１０°～８０°以内とし、実施例の試験機では、２０°とした。

【0039】

実機試験は屋外で実施した。
天候条件は晴天、気温１７℃、風速１～２ｍ／秒であった。
他の試験日も温度以外は同様な気候条件を選んで行った。
一定の風速を得るため送風機出力１５０Ｗを使用し風速の測定点は風車正面の中心から５０ｃｍの位置とした。

【0040】

第１の風車１１を単独で運転した。
送風機による風速３．５ｍ／秒で風車の回転数６６ｒｐｍであった。

【0041】

２基の同じ構造の第１の風車１１を直列に配置した。
仮想同軸延長上で軸の中心を合わせ間隔は双方の風車の中心を起点とし、配置の間隔距離は第１の風車１１の直径約１３６ｃｍをＤとし、Ｄの１０分の１を１ｄとし１、ｄから１０ｄと１２ｄまでの各間隔距離における後段の第１の風車１１の作動を観察した。
配置の間隔については前段の第１の風車１１の直径と関係のある距離であることを試験により知見を得ており、これは後段の第１の風車１１の回転数と風車の制御にも応用する。
前段の第１の風車１１に風速３，５ｍ／秒で送風し回転は６６ｒｐｍであり、後段の第１の風車１１の風車の回転は前段の第１の風車１１との間隔距離１ｄから計測を開始したが、１ｄから５ｄは停止、６ｄは停止し羽根が振動し、７ｄと８ｄも停止と振動があり、９ｄと１０ｄは停止、１１ｄと１２ｄは停止であった。

【0042】

これにより前段の第１の風車１１は６６ｒｐｍ／秒の回転をするが、羽根の向きと回転方向が同じ構成の後段の第１の風車１１はすべての間隔ｄにおいて回転せず停止のままであるのは、前段の第１の風車１１が受風し風車を回転した後流が風車ウエイクを発生し、それを受風した後段の第１の風車１１に運転上の障害を及ぼす現象を確認した。

【0043】

第１の風車１１と構成が異なる第２の風車２１の同軸延長上で第２の風車２１がその位置を移動し間隔を変更した場合の第２の風車２１の回転の状況について試験した。
図２は、第１の風車１１と第２の風車２１との仮想同軸延長上に軸を合わせ風車の中心を起点とした配置の側面を示す。
送風機による風速３．５ｍ／秒で第１の風車１１の回転数６６ｒｐｍにて後段に第２の風車２１を配置し回転の状態を観察した。

【0044】

第１の風車１１と第２の風車２１との間隔Ｘが１ｄから３ｄでは回転せず、Ｘが４ｄから５ｄで２０～３０回転前後に不規則に変動し、Ｘが６ｄと７ｄは５７ｒｐｍで回転し、Ｘが８ｄは６６ｒｐｍで回転し、Ｘが９ｄは７２ｒｐｍで回転し、Ｘが１０ｄは５９ｒｐｍで回転し、Ｘが１１ｄは４５ｒｐｍで回転し、Ｘが１２ｄは回転しなかった。この経過を表１に示す。
表１は風速３．５ｍ／秒で、第１の風車１１の回転数６６ｒｐｍにおけるＸが１ｄ～１２ｄまでの回転状態を示す。
第１の風車１１と第２の風車２１との間隔Ｘと、第２の風車２１の回転数ｒｐｍの関係

【0045】

【表1】

【0046】

これにより風車ウエイクを受風し作動する第２の風車２１の回転を確認した。

第１の風車１１の後段に第２の風車２１を同軸延長上に配置するメリットの根拠について試験をした。
第１の風車１１の回転軸の延長線上に第２の風車２１の回転軸を合わせて間隔９ｄに配置した。風速３．５ｍ／秒で第１の風車１１の回転数は６６ｒｐｍであり第２の風車２１の回転数７２ｒｐｍの状態にて、そのまま第２の風車２１を受風面から見て左方向に１ｄ相当の距離を移動すると、第２の風車２１の風車の回転は変動し間欠的に３０ｒｐｍ前後となり２ｄの距離の移動では停止となりさらに左に移動すると回転は停止の状態を続けた。

【0047】

この試験により、第１の風車１１の回転軸の仮想同軸延長上より第２の風車２１が１ｄ以上離れると羽根の回転は変動しあるいは回転を停止し移動の距離を同様にして右方向や上方向さらに下方向に移動しても回転は変動または停止することを確認した。
これにより第１の風車１１と羽根の向きと回転方向が正反対の第２の風車２１の回転は一次側風車の回転軸の中心線の延長上に軸が位置することでのみ実現する。

【0048】

第１の風車１１の受風の風速３．５ｍ／秒で回転数が６６ｒｐｍであり、後段の第２の風車２１の回転数が７２ｒｐｍの状況で、第１の風車１１と第２の風車２１との中間の風速を計測した。
これは風車ウエイクを受風しこれを風力とし作動する第２の風車２１の気流を観察し第２の風車２１の受風についての知見を得るためである。
第２の風車２１の第２の羽根２３の受風面の中央の前方５０ｃｍを中心計測点とし、中心点は２．５ｍ／秒であり、上方５０ｃｍは２．７ｍ／秒、同下方２．１ｍ／秒、左方２．７ｍ／秒、右方１．８ｍ／秒であり、限られた空間において極めて不均衡な風速であるがこの乱れた気流が第２の羽根２３に逆向きの回転エネルギーを与え風車ウエイクを新しいエネルギーとして活用することができる。

【0049】

構成が異なる第１の風車１１と第２の風車２１について配置場所を交換して同じ風速試験をしたが、これは羽根と回転方向を入れ替えた条件となる。
第２の風車２１を一次側風車とし、第１の風車１１を二次側風車とし間隔Ｘを９ｄに配置した。このとき、風速３．５ｍ／秒では第２の風車２１は回転数６６ｒｐｍで回転し、第１の風車１１の回転は７２ｒｐｍであり双方の作動には変化はなく、羽根の向きと回転方向が逆であれば風車の作動に支障はなった。

【0050】

次に、二次側風車の羽根を一次側より大形にした場合の二次側風車が受風する風車ウエイクの影響と運転状態について試験をした。
第２の風車２１に幅９ｃｍ長さ７０ｃｍ厚さ１．２ｃｍ面積６３０ｃｍ^２の板を第２の風車２１の板と交換して４枚を取り付けた場合に、第１の風車１１の仮想同軸延長上の後方９ｄに第２の風車２１配置し運転し計測した。
このとき、風速３．５ｍ／秒で第１の風車１１は６６ｒｐｍの回転数のとき、第２の風車２１は４０～６０ｒｐｍ前後の回転数であるが変動が激しく回転数は不定であった。風車ウエイクの範囲と外側の気流との境界など種々の原因が想定され二次側風車の羽根を単に大形とするのは運転が不安定であり一次側風車と規模の異なる風車は不適であることが分かった。

【0051】

以下に本願発明の実施例を記述するが用途はこれに限定されるものではない。
実機試験として第１の風車１１の第１の回転軸１９及び第２の風車２１の第２の回転軸２９に発電機を締結して出力を計測した。
第１の回転軸１９と第２の回転軸２９は独立して設けた。

【0052】

図６は、第１の風車１１及び第２の風車２１を取り付ける発電機Ｍを説明するための図である。
第１の風車１１と第２の風車２１の後方の軸受けの外側の軸にＶプーリーＶ１を取り付け発電機Ｍの軸にも同様にＶプーリＶ２を取り付けた。
第１の風車１１と第２の風車２１とも使用する発電機Ｍは同一の仕様である。
風車側のＶプーリーＶ１は直径３５．４ｃｍとし、発電機Ｍ側のＶプーリーＶ２は直径６．３ｃｍとして、増速比は約５．６倍でとした。そして、Ｖベルト８１により発電機Ｍを運転し発電出力を計測した。

【0053】

発電機Ｍの定格は三相交流１００ｖ、出力１．５ＫＷ、回転５００ｒｐｍ、負荷として６００Ｗ電熱器２台を接続し出力のアンペアＡを計測した。
風速３．５ｍ／秒で第１の風車１１の回転数６２ｒｐｍにて５９Ｖ、４．５Ａであり、第２の風車２１は回転数６８ｒｐｍで６６Ｖ、５．５Ａであり合計出力は９Ａであった。
プーリーによる増速回転数は出力回転数ｘ出力側直径÷伝導側直径にて算出することから第１の風車１１の発電機側プーリーＶ２の回転数は、６２ｘ３５．４÷６．３≒３４８ｒｐｍ であり、第２の風車２１のＶ２は同様にして約３８２ｒｐｍである。
風車の回転数が無負荷運転より低下するのは発電機Ｍの負荷によるものである。

【0054】

次に送風機２基を使用し風速７ｍ／秒における風車の発電出力を試験した。
第１の風車１１は１０６ｒｐｍで１００ｖ、１５Ａであり、第２の風車２１は１１６ｒｐｍで１００ｖ、１５Ａであり発電装置となる風車２基の合計出力は３０Ａであった。
第１の風車１１のV2の回転数は上記計算例により約５９５ｒｐｍであり、二次側風車のV2は同じく６５１ｒｐｍである。
風速７ｍ／秒において高い発電出力となり再生エネルギーを創出している。

【0055】

本発明は上述した実施形態には限定されない。
すなわち、当業者は、本発明の技術的範囲またはその均等の範囲内において、上述した実施形態の構成要素に関し、様々な変更、コンビネーション、サブコンビネーション、並びに代替を行ってもよい。

【符号の説明】

【0056】

１…風力発電装置
１１…第１の風車
１３…第１の羽根
１７…取付具
１９…第１の回転軸
２１…第２の風車
２３…第２の羽根
２７…取付具
２９…第２の回転軸
３１…仮想回転軸
６１…第１の支持台
６３…第２の支持台

【要約】

【課題】 風車ウエイクを巡る諸課題を解消し隣接する風車発電機を円滑に運転して高い発電効率を得ることができる風力発電装置を提供する。
【解決手段】 第１の風車と、前記第１の風車の風下に設けられ、前記第１の風車からの後流を受けて当該第１の風車と同じ仮想回転軸を中心に回転する第２の風車とを有し、前記第２の風車の羽根は、前記第１の風車からの後流を受けて前記第１の風車とは逆向きに回転するように構成されている風力発電装置である。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】