自然に学び、結果で確かめ、技術へと育てる。
風車は翼の形状やアスペクト比によって回転特性が大きく変化します。
一般的に細く長い翼を持つ高アスペクト比の風車は高速回転には適していますが、低風速域では十分なトルクを発生できず自己起動が難しくなる場合があります。
一方、抗力型風車は始動性や加速性に優れていますが回転速度を高くすることが難しく、発電用途では十分な出力を得にくいという特徴があります。
発電用風車では低風速から回転し、大きなトルクを発生しながら効率よく発電できる特性が重要です。
今回の比較実験では同じ受風面積で各風車を比較し、回転数だけではなく発生するトルクと出力を測定しました。
風車を大型化する場合には、性能だけではなく翼や構造体の強度、製造コストとのバランスが重要になります。
アスペクト比の大きな揚力型風車
私たちの実験では翼が細すぎると圧力差が十分に形成されず、
大きなトルクを発生できないという結果が得られています。
風に押されて回る抗力型風車
回転数が周速比0.7程度
ベルシオン型風車
ある回転数を超えると風車内部の圧力が低下し、大気が流入して流れが変化します。
この流れの変化によって、風車はさらに加速する状態へ移行します。
垂直軸風車は回転により気圧の変化を起こし大気圧を引き込み負圧で加速の条件を作る、これは竜巻と同じ現象です。
回転すると内圧が下がる確認
モーターで翼を回転させ、煙の流れを可視化することで、
回転による圧力変化が周囲の空気を風車内部へ引き込むことを確認しました。
竜巻では中心部の圧力が低下し、周囲の空気が中心へ引き込まれます。
風車でも回転によって内部の圧力が低下すると、周囲の空気を引き込む現象が起こる可能性があります。
私たちは風車を単純に「風が通過する装置」としてではなく、
「回転によって周囲の流れを変化させる装置」として考えています。
風が羽根を押すだけではない、回転によって内圧が下がり大気圧が流れ込む、
その流れが、さらに回転に関わる。
これらの実験を繰り返し最適な条件の結果を確認して実証実験を行っています。
直径1.2m1段300W、2段1KWのハイブリット風車です
風速３～６m/sの回転です(風速は右下の吹き流しが目安)
左側：直径2m2段、瞬間風速12m/sで3kw風車です。瞬間風速16m/sで6kwの出力です。（発電機10kw）
中央：直径1.2m6段、瞬間風速12m/sで3.5kwの風車です。瞬間風速16m/sで10kwの出力です。段数を高く積むほど高回転高トルクになります。（発電機3kw4台）
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