サボニウス風力タービン

サボニウス風力タービンは垂直軸風力タービン(VAWT)の一種で、風の力を回転軸のトルクに変換するために使用されます。タービンは多数の翼で構成されており、通常は (常にではありませんが) 回転軸またはフレームワークに垂直に取り付けられ、地上に設置されるか、空中システムで固定されます。

サヴォニウス風力タービンは、フィンランドの技術者シグルド・ヨハネス・サヴォニウスによって1922年に発明され、1926年に特許を取得しました。 ^{[1] [2]} ヨーロッパ人はそれ以前にも数十年にわたって垂直風力タービンに湾曲したブレードの実験を行っていました。最も古い言及は、技術者でもあったチャナド県の司教ファウスト・ヴェランツィオによるものです。彼は1616年の著書「Machinae novae」で、湾曲したブレードやV字型のブレードを備えたいくつかの垂直軸風力タービンについて書いています。彼や他の初期の例はどれも、サヴォニウスが達成した開発段階には達していませんでした。彼の伝記には、フレットナー・ローターに似ているが自己回転するタービン型ローターを開発するつもりだったと書かれています。彼はフィンランドの湖でさまざまな小型ボートにローターを付けて実験しました。彼の研究結果は知られていませんが、マグナス効果はフェリックス・ファン・ケーニヒ（1978年）によって確認されています^{[説明が必要] 。 [3]}サボニウスの風力タービンの特許は米国で2件申請されており、1件は1925年^[4]、もう1件は1928年^[5]にサボニウスによって申請された。

サボニウス水車は最も単純な水車の一つです。 空気力学的には、 2つまたは3つのスクープからなる抗力型装置です。 ^[6]上からローターを見下ろすと、2つのスクープを持つ機械は、断面が「S」の字に似ているかもしれません。曲率のため、スクープは風に向かって動くときよりも風に向かって動くときの抗力が小さくなります。この差動抗力により、サボニウス水車は回転します。抗力型装置であるため、サボニウス水車は、同様のサイズの揚力型水車よりも風力の抽出がはるかに少なくなります。実際には、サボニウスローターの支持面積の大部分が、支柱を延長せずに短いマウントの場合、地面に近いため、低い高度では風速が低いため、全体的なエネルギー抽出の効率が低くなります。水平軸風車に比べて、騒音レベルが低いこと、低風速でも動作できること、風向に比較的左右されないことなど、いくつかの利点があります。^[7]

ベッツの法則によれば、理論上の理想的なローターから抽出可能な最大電力は で、 は空気の密度、はローターの高さと直径、は風速です。しかし、実際には抽出可能な電力はその半分程度であり^[8]（各瞬間に機能するのはローターの半分、つまり風とともに動くスクープだけだと主張することもできます）、特定のローターの効率にも依存します。したがって、理論上の理想的なローターでは が得られますが、サボニウス風力タービンの平均最大効率は約 20% ( )であるため^[9] 、典型的なサボニウスの実際の抽出可能な電力は になります。 ${\displaystyle P_{\mathrm {max} }={\frac {16}{27}}{\frac {1}{2}}\rho \cdot h\cdot d\cdot v^{3}}$${\displaystyle \rho}$${\displaystyle h}$${\displaystyle d}$${\displaystyle v}$${\displaystyle P_{\mathrm {max} }\approx 0.18\,\mathrm {kg\,m^{-3}} \cdot h\cdot d\cdot v^{3}}$${\displaystyle Cp}$${\displaystyle Cp=0.2}$${\displaystyle P_{\mathrm {max} }\approx 0.12\,\mathrm {kg\,m^{-3}} \cdot h\cdot d\cdot v^{3}}$

ローターの角周波数は で与えられ、は半径、 は先端速度比と呼ばれる無次元係数です。λ は各風車の特性であり、サボニウス ローターの場合、λ は通常 1 前後です。 ${\displaystyle \omega ={\frac {\lambda \cdot v}{r}}}$${\displaystyle r}$${\displaystyle \lambda}$

例えば、石油バレルサイズのサボニウスロータは、h =1 mおよびr =0.5 mの風v =10 m/s、最大出力は120 W、最大角速度20 rad/s（毎分190回転）。

サボニウス水車は、効率よりもコストや信頼性が重要になる場合に使用されます。

風速計のほとんどがサボニウス水車である理由は、風速測定の用途では効率は無関係だからである。はるかに大型のサボニウス水車は、少量の電力しか必要とせず、メンテナンスもほとんど必要としない深海ブイで発電するために使用されている。水平軸風力タービン (HAWT) とは異なり、風向を変えるための指向機構が不要で、タービンが自動始動するため、設計が簡素化されている。サボニウスやその他の垂直軸機械は、水の汲み上げやその他の高トルク、低回転数の用途に適しており、通常は電力網に接続されていない。1980 年代初頭、Risto Joutsiniemi は、エンド プレートが不要で、より滑らかなトルク プロファイルを持ち、交差した 2 つの直線ローターと同じように自動始動するらせんローター (wiki:fi) バージョンを開発した。^[要出典]

サボニウス風力タービンの最も普遍的な用途はフレットナーベンチレーターで、^{バンやバス}の屋根によく見られ^、冷却装置として使用されています。このローターは、1920年代にドイツの航空技術者アントン・フレットナーによって換気用に開発されました。 ^[10]これは、サボニウス風力タービンを使用して排気ファンを駆動します。換気装置は現在でも英国のフレットナーベンチレーター社によって製造されています。^[11]

特別に建設されたサボニウス風力タービンは、南極のロス棚氷におけるARIANNA実験の自律型ニュートリノ検出ステーションに電力を供給するために使用されている。^[12]

ヨーロッパでは、小型のサボニウス風力タービンが「アニメーション」広告看板として使用されているのを目にすることがあります。回転する動きによって広告対象物への注目を集めることができます。単純な 2 フレームのアニメーションが特徴の場合もあります。^[要出典]

• 空中風力タービン
• 凧の種類
• サボニウス回転軸が水平に設定され、固定されている場合、カイティング^{[説明が必要]が発生します。サボニウス回転子の}自動回転で発生する純揚力マグヌス効果を利用した特許や製品は数多くあります。回転エネルギーの一部は、音、熱、または電気を生成するために利用される可能性があります。

• 
  サボニウス水車の運転
• 
  サボニウスローターブレードWECS

ウィキメディア・コモンズには、サボニウス風力タービンに関連するメディアがあります。

• 自分だけのサボニウス風力タービンを組み立てよう
• 極限環境下での使用に適したウィンドサイドサボニウス型風力タービン
• 動的環境向けのサボニウス水車 www.spinpower.org
• サボニウス風力発電機の作り方

• 完全な馬鹿のための風力エネルギーの概念