未電化地域における垂直軸型小型風車の利用促進に関する研究

• Project/Area Number: 21919009
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Scientists
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 工学Ⅰ(機械系)
• Research Institution: Oita University
• Principal Investigator: 奥林 豊保 Oita University, 工学部・技術部, 技術専門職員
• Project Period (FY): 2009
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2009)
• Budget Amount: ¥580,000 (Direct Cost: ¥580,000); Fiscal Year 2009: ¥580,000 (Direct Cost: ¥580,000)
• Keywords: 風力エネルギ / 垂直軸型風車 / パラメータの最適値

Research Abstract

研究目的
本研究は、開発途上国の未電化地域における風力エネルギの利用促進について提起するものである。一般に普及している水平軸型のプロペラ風車は、定速運転のため高出力は定格風速近傍に限られ、方向制御も必要なことから構造が複雑となり、高回転による圧迫感や恐怖感と同時に騒音問題や強風に対する脆弱性も含んでおり、未電化地域などの苛酷な自然環境の下での使用を考えるならば、現状では不向きであると言わざるを得ない。これらの地域で風車を活用するためには、1)風向きの影響を受けない、2)自立独立型である、3)小型小容量で保守が容易、4)可変速制御である等の条件を満足させることが必要となる。
今回提案する垂直軸型風車は、低風速でも回転し、低回転で高トルク、構造が簡単で強度もあり、風切り音もほとんど発生せず、どの方向からの風にも対応できるので方向制御の必要がない等の優れた特徴を有している。しかし、いずれの風車もプロペラ型風車に比べ効率が低いため、これらの風車の利用を促進するには効率の改善が重要な条件の一つとなる。
研究方法
今回は垂直軸型風車の1種であるクロスフロー型風車を2台製作し、入口角2種類(40°,60°)、翼枚数2種類(16枚,8枚)、翼は円弧形状で翼長3種類、計12種類のパラメータについて風洞実験を行い、ロータ形状の最適値を求めた。
研究成果
実験の結果、入口角40°、翼枚数16枚、翼長は長い翼と短い翼を交互に組み合わせたロータが効率約10%を示した。これはこれまでに報告されたクロスフロー型風車効率の最大値とほぼ同じ値である。また、風車性能には入口角の影響が最も大きなことも今回の実験で解かった。今後は翼形状や枚数などに工夫を加えることで、製作やメンテナンスが容易にできる構造への転換を計ると共に風車性能の向上を目指したい。