JP2011012588A

JP2011012588A - 直線翼複数軌道配置垂直軸型タービン及び発電装置。

Info

Publication number: JP2011012588A
Application number: JP2009156753A
Authority: JP
Inventors: Shigeyuki Iida; 茂幸飯田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-07-01
Filing date: 2009-07-01
Publication date: 2011-01-20

Abstract

【課題】水や空気等の小さな流体エネルギーから大きな流体エネルギーまでを幅広く、尚且つ流体エネルギーが流れる方向３６０度の全方向に対して効率良く回転エネルギーに変換する始動性に優れたタービンと、これを採用して効率良く発電する流体エネルギー発電装置を実現する。
【解決手段】揚力型垂直軸タービンにおいて、従来一つの同一軌道上に配置される揚力型ブレードを複数の軌道上に揚力型ブレードを配置して翼枚数を増やすことで大きな翼面積を確保し、これによりタービンの中心部で渦エネルギーを発生させると共に揚力型ブレードで抗力を効率良く得られるようになり、タービンは始動時から高速回転するまで安定して大きなトルクを得られるようになる。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体エネルギー、中でも特に自然流体エネルギーを回転エネルギーに効率良く変換し、変換した回転エネルギーで効率良く発電することが出来る水平設置が可能な垂直軸型高効率タービン及びこれを使用する発電装置に関するものである。

従来の流体エネルギーを回転エネルギーに変換するタービンの型式には様々なものがあるが、特に水流発電や風力発電等に使用しているものは大きく分けると水平軸型と垂直軸型に分けることが出来、更に揚力式と抗力式に分けることが出来る。

これらの中で現在特に大型の風力発電装置では水平軸揚力型の発電装置が殆どであり、大型の風力発電装置がこの方式を多く採用する理由として一方向に対して流れる風力エネルギーを現在ある技術の中で最も効率良く電気エネルギーに変換出来ると考えられている為である。

次に中型から小型の風力発電装置では水平軸型で風向きに応じて方向転換するものや風向きに左右されない垂直軸型等があり、これらには揚力型か抗力型、又は抗力型と揚力型を組み合わせたハイブリッド型を採用した様々なものが存在している。

水力発電装置については基本的に水の高低差による落差により得るエネルギーで流体が流れる方向が定まっているものを利用するものが多いので抗力式が多くなり、ダムで貯水した水を利用するものや、河川の水の流れ等一定の方向性を持って流れる流体を利用するものの場合は揚力式と抗力式が設置する場所や状況によって使い分けられている。

特開２００５−１１３８９６（Ｐ２００５−１１３８９６Ａ）特開２００８−２０２５０８（Ｐ２００８−２０２５０８Ａ）特開２００７−４６５７４（Ｐ２００７−４６５７４Ａ）特開２００７−２７０７４６（Ｐ２００７−２７０７４６Ａ）特開２００８−５１０７０（Ｐ２００８−５１０７０Ａ）特開２００８−１０１５３６（Ｐ２００８−１０１５３６Ａ）

自然流体エネルギーを利用する発電装置の中でも水力発電の多くは水の流れる方向が決まっている場所に設置することが多く、この場合は現在までにも優れた技術が確立されているものが存在するが、水力発電でも潮流や波力を利用する発電装置の場合は水の流れる方向が一定ではないので、水の流れる方向性に左右されず効率良く発電出来るようにする必要がある。

そして特に自然流体エネルギーを利用して発電する発電装置でも風力発電においては風の流れる方向が常に同じで一定である場所は基本的には存在しないので、風力を効率良く回転エネルギーに変換して発電する為には風の流れる方向に左右されず、常に瞬時に風速を変化させて流れる風力エネルギーを極力無駄無く捉え、又、特に日本国内では年間平均風速が２ｍ〜８ｍ/Sec程度の地域が殆どを占めるので、この実用風速域においてより大きな電気エネルギーを取り出せること等が重要になる。

風力発電で最も効率良く風力を回転エネルギーに変換出来るとされている構造は水平軸型でプロペラのブレードに働く揚力を利用して風力を回転エネルギーに変換する方法であるが、始動性が悪く、ある程度大きな流体エネルギーを受けなければ効率良く回転することが出来ない欠点を持っており、中には抗力を利用するものも存在するが、風の流れる方向は常に変化するので、水平軸型の場合プロペラの向きを風向きに合わせる為の機構が必要になり、これらの中でも特に大型のものであった場合、風を受けるプロペラの向きは機械的に制御されるものがあるが、常に瞬時に変化する風向きには合わせることが出来ないので、現実には自然流体エネルギーを回転エネルギーに変換する場合年間を通して考えれば効率が真に良いと言えるものでは無く、又、落雷や台風等の強風によってブレードが破損してしまう事例もいくつか報告されているのでこの危険性も考慮しなければならなくなってしまう。

風力発電でも中型から小型のもので水平軸型の場合、風の流れる向きに合わせてプロペラの向きを風力で変化させるものがあるので頻繁に変わる風向きにもある程度対応できるが、それでも瞬時に変化する風向きによって損失も多く存在するので理想的な構造とは言えない。

風力発電で垂直軸型の場合、風向きに左右されずに発電出来るという点では理想的であり、既に実用化されているもので優れているものも存在するが、既存の技術では風力を回転エネルギーに変換する変換効率が現在最も効率が良いとされている水平軸型と比較して最大効率が明らかに悪い欠点を持っている。

従来の垂直軸型タービンは大きく分けて揚力型と抗力型に分けることが出来るが、これらにはそれぞれに利点と欠点があり、揚力型は一定以上の流速で流れる流体エネルギーに対して大きな回転力を得てタービンは高速で回転出来るので効率が良い利点を持っている反面、起動性が悪く、頻繁に瞬時に変化する流体エネルギーに対して応答速度が遅いことや、一定以下の流速で流れる流体エネルギーに対してタービンは大きな回転力を得られないので発電装置とした場合大きな電気エネルギーを取り出せない欠点を持っており、抗力型は揚力型とはおよそ逆の特性を持っており、起動性が良く、頻繁に瞬時に変化する流体エネルギーに対して応答速度が速いことや、タービンは一定以下の流速で流れる流体エネルギーに対しても大きな回転力を得られるので、発電装置とした場合流体の流量が少なくてもある程度大きな電気エネルギーを発生させることが出来るが、その反面、抗力翼は流体から受ける抵抗が大きい等の理由から一定以上の流速で流れる流体エネルギーに対してタービンは高速回転出来ず、その結果この時大きな電気エネルギーを発生出来ないことになるが、自然流体エネルギーを効率良く回転エネルギーに変換することの中でもっとも重要になるのは、遅い速度で流れる流体から速い速度で流れる流体まで幅広い流体の速度領域において、流体エネルギーを効率良く回転エネルギーに変換することであり、オールシーズンを通して自然流体エネルギーの実用域の発電効率向上を目的として抗力型と揚力型を組み合わせてハイブリッド型にしたものがあるが、現在実用化されているものは互いの欠点を補う反面、逆に別の欠点を抱えることとなり完全なものとは言えず、揚力式でブレードにタービンの始動時からタービンがある程度回転速度を上げるまで補助的に抗力を受ける機構を持たせたものがあるが、機構部の耐久性や信頼性を確保しなければならなくなり、又、抗力型で抗力翼が流体エネルギーに向かう時大きな負荷となっていた流体エネルギーを、機構部を設けることで流体を逃がして抵抗を減らし効率を上げたもの等も存在するが、これらの場合、技術的にも複雑になり、大きなコストアップに繋がる問題がある。

自然流体エネルギーが流れる向きが頻繁に変わる場所において自然流体エネルギーを回転エネルギーに効率良く変換する為には、流体が流れる方向に左右されず、弱い流体エネルギーでもタービンが回転力を得ることが出来、タービンは高速回転することが出来るものであることの３つの要素が不可欠であり、これら３要素を満たして尚且つ、台風等で非常に大きな流体エネルギーが発生する状況下に於いてもタービンの破損を防止し安定して回転させることのできるタービンとこれを採用する発電装置の構造を実現すると共に、バードストライクや騒音といった問題にも配慮して環境問題にも対処する必要がある。

現在までに自然流体エネルギーを回転エネルギーに変換するタービンの中で、風力発電は技術的に進歩しつつあるが、潮流や水流発電や波力発電に使用されるタービンの技術はまだ未発展な部分も多く、自然エネルギーから有効な電気エネルギーを発生させる為には、風力発電のみならず、その他の自然流体エネルギー発電装置においても応用出来る優れたタービンを実現する必要がある。

乱流する自然流体エネルギーを効率良く回転エネルギーに変換する為には、自然流体エネルギーが流れる方向に左右されず、少ない流体エネルギーでも回転エネルギーに変換出来、自然流体エネルギーから大きな回転エネルギーに変換することが求められるが、更に発電装置で高効率を達成する為にはタービンが高速で回転出来ることが重要になり、これら全ての条件を満たす為、本発明では垂直軸型タービンで、自然流体エネルギーを効率良く回転エネルギーに変換する為に、ブレードは主にジャイロミル型タービン等に採用されているような直線翼で揚力を得る構造とし、この直線翼を上下の回転軸に固定する役割も担う直電翼の取り付け位置から適度にはみ出る大きさの円盤型支持具で挟み込むように取り付けることで、従来直線翼の両端で流体エネルギーが無駄に逃げてしまっていたエネルギーを効率良く捉えるようにし、更に外周に取り付けた直線翼の軌道の内側、タービンの大きさや状況によっては更にその軌道の内側の軌道上にも揚力型直線翼を大きさ、形状、取り付け位置、取り付け角度等に工夫して複数の軌道上に直線翼を適切に取り付けることによって大きな翼面積を得られるようになり、本発明のタービンは流体エネルギーから効率良く非常に大きな回転力を得られるようになる。

本発明は揚力型垂直軸タービンで多翼型であるが、従来技術と明確に違う点は確保出来る有効な翼面積にあり、従来の全ての揚力型垂直軸タービンはブレードを同一軌道上に取り付けるので、翼面積を確保しようとして翼枚数を多くしても、ある程度実用域の効率改善は見込めても、総合的な効率が悪くなってしまう欠点をかかえてしまうのでバランスをとることが重要になり、従来の揚力型垂直軸タービンで確保出来る翼面積には限界があるが、本発明では従来とは違い複数の軌道上に直線翼を配置して取り付けることに大きな特徴があり、１つの軌道上に直線翼を複数配置し、その軌道から一定の距離をあけた内側の軌道上にも直線翼を複数枚配置し、タービンの大きさや使用用途により更にその内側にも同じように直線翼を繰り返し配置していくことで、大きな翼面積の確保を実現する。

翼面積の確保という点では従来技術でも抗力型垂直軸タービンは構造上大きな翼面積を確保出来るが、抗力型垂直軸タービンは流体から受ける抵抗も大きい為高速回転出来ないことから流体の速い流速に対しての効率が悪い欠点を持っているのに対し、本発明のタービンは、使用する直線翼が全て揚力型である為、本発明のタービンは流体から大きな負荷を受けることなく高速で回転することが出来るので、タービンを高速で回転させる流体の流速の速度領域でも大きな回転力を維持することが出来る。

本発明のタービンは、タービンの中心付近に流体の渦エネルギーが発生することも大きな特徴であり、発生する流体の渦エネルギーはタービンの回転をアシストする働きをするので、本発明のタービンは非常に効率良く回転することが出来るようになる。

本発明のタービンが流体エネルギーをどのようにして回転エネルギーに変換するのかを簡潔に示す為、本発明のタービンの中で複数の軌道上に直線翼を複数枚配置するものの内、２つの軌道上に直線翼をそれぞれ複数枚ずつ配置した場合の動作について説明する。

先ず流体は最初タービンの最も外周の軌道上にある直線翼に衝突して、この時タービンの最も外周の軌道上にある直線翼では従来型とおよそ同じように揚力と抗力を得、この時同時に流体はタービンの最も外周の軌道上にある直線翼の間を抜けてタービン内部に侵入しようとする成分が生じ、この流体はタービンの内側の軌道上にある直線翼に衝突し、この時この流体エネルギーは又外周に配置された直線翼の内側の軌道上にある直線翼に揚力を与えると同時にタービンの最も外周の軌道上にある直線翼の裏面に抗力を与え、更にタービンの中心に向かって流体の一部が流れ込み、この流体はタービンの中心部で渦を巻き、一部の流体はまた直線翼に抗力を与えながら直線翼の間を抜け後方に抜けていく。

流体は広い方から狭い方に進入する時は圧力が生じ、狭い方から広い方へ抜けやすい性質を持っており、又、流体は分岐点で分割する時、面積がより広い方へより大きく流れ込む性質があり、本発明のタービンはこれらの特性を活かして流体エネルギーがタービンの回転方向に対してより有利で、より多く流れ込むようにすることと、流体が後方に抜けていく場合にも非常に効率良くタービンが流体を排出出来るような直線翼の形状と配置により流体エネルギーはスムーズに排出されるので、本発明のタービンはこれら一連の動作の中で非常に効率良く流体エネルギーから多くの直線翼で揚力と抗力を得て回転エネルギーに変換するので、従来の抗力型タービンと比較しても遜色の無い起動トルクを生みだし、又、揚力型直線翼で構成する本発明のタービンは、流体エネルギーから大きな抵抗を受けずに揚力を得て高速回転出来、本発明のタービンは回転速度に応じて抗力も効率良く利用出来るので、負荷特性に優れ安定して大きなトルクを発生することが出来るようになり、頻繁に瞬時に変化する流体エネルギーに対して応答速度が速い等の利点を持つようになる為、特に自然流体エネルギーを回転エネルギーに変換する場合で実用域の効率が非常に良いものとなる。

本発明のタービン自体、又は支柱や軸受けを構成する構造物にガイドベーンをタービンの上下の位置に配置することで、本発明のタービンは流体エネルギーをより効率良く集め、より効率良く排出することが出来るようになるので、ガイドベーンを配置することで流体エネルギーが効率良くタービンに流れ込むことが出来るようになり、本発明のタービンは、更に高効率を実現出来るようになる。

強力に流れる流体エネルギーから発電装置を保護するだけでなく、流体エネルギーが強力に流れる状況下においても安全に安定したタービンの回転速度で発電出来るようにする為に、本発明ではタービンを覆うことが出来るフードを設け、このフードを流れる流体エネルギーの量に応じて電子制御によって移動し、タービンを覆うようにすることによって、流体がタービンに衝突する量を制御出来るようになり、タービンは設定回転数以上に上がらなくなるようにすると共にタービンの直線翼を保護することが出来るようになるので、本発明の発電装置は台風等で強力な自然流体エネルギーが発生する状況下でも安定して安全に発電出来るようになる。

波力発電はウェルズタービン等を使用することが多いが、ウェルズタービン等の欠点として瞬時に変化する流体の流れに対して応答速度が悪く、この為効率が非常に悪いが、本発明のタービンは流体エネルギーの速度と量が瞬時に変化する状況にあっても素早く反応して回転エネルギーに変換出来、波力発電に使用する場合ガイドベーンを設置してタービンの直線翼が流体から受ける負荷を減少させることにより、更なる高効率を実現出来るようになる。

本発明のタービンの直線翼の形状や大きさ、取り付け位置や取り付け方法と取り付け角度、そして翼枚数等を最適化して用途に応じてガイドベーンを適切な形で設置することにより、気体を利用する風力や波力発電等に限らず、液体を利用する水力や水流、海流や潮流発電等あらゆる自然エネルギー発電装置において本発明のタービンは非常に優れた性能を発揮出来るようになる。

本発明は基本的に従来からあるジャイロミル型タービンの多くで採用される構造を応用して欠点を解消して発展させた部分が多いので、技術的にも在来技術から応用できることが多く、又、本発明のタービンは、従来よりも翼枚数は増えるもののタービン自体は複雑な機構構造を持たないので設計を簡素化して堅牢で低コストのものを製作出来るようになる。

本発明を発電装置とした場合、流体エネルギーが非常に弱い地域や場所、状況でもタービンは始動し効率良く回転することが出来るので、即ち小さな流体エネルギーでも効率良くタービンを回転させ発電モーターで発電することが出来るようになるので、発電装置の設置場所の選定にも柔軟性を持つことが出来る。

本発明のタービン及び発電装置は、風力、水流や潮流、波力といった乱流する自然エネルギーから電気エネルギーを取り出す為に使用することにより、非常に効率良く流体エネルギーから電気エネルギーを取り出すことが出来るばかりでなく、台風等で非常に大きな流体エネルギーが発生した場合においても、タービンを制止させることなく、タービンの回転数を安定させてタービン及び発電装置の破損を防ぐことのできる機能を設けることが出来るので、年間を通して自然流体エネルギーから安全に安定して効率良く電気エネルギーを取り出すことが出来るようになる。

本発明のタービンは垂直軸型で垂直翼の形をとるが、従来のこの形式のものは水平軸の揚力プロペラ型のものより基本的に効率が悪く、その為大きなものを製作する場合建設コストに対して発電コストが大きい等の理由から現在まで大型のものを建設されていないが、本発明の流体エネルギー発電装置は大型のものを製作しても発電コストを抑えるに十分なエネルギー変換を実用域において実現出来ると共に、騒音を抑え、バードストライクの問題が発生する確率も水平軸プロペラ型風車より抑えることが出来るので、小型のものから大型のものまで幅広く安全で効率が良く、又、環境にも配慮した製品を提供出来るようになる。

本発明のタービンは発電装置としてのみならず、水車や自動車のエンジンに強制的に空気を送り込む強制過給装置等で、ガイドベーンやフード、配管を設ける等の工夫をすることで流体エネルギーを回転エネルギーに変換する様々な用途において簡単な構造でありながら効率良く流体エネルギーから回転エネルギーを得ることが出来るようになる。

本発明のタービンで２つの軌道上に直線翼をそれぞれ４枚ずつ配置する場合を一例として簡潔に示した平面図である。本発明のタービンで３つの軌道上に直線翼をそれぞれ６枚ずつ配置する場合を一例として簡潔に示した平面図である。本発明を発電装置とした場合の主にタービン部のイメージを一例として簡潔に示した立体図である。本発明を風力発電装置とした場合の基本的な設置イメージを一例として簡潔に示した平面図である。本発明を波力発電装置とした場合の基本的な設置イメージを一例として簡潔に示した平面図である。本発明を波力発電装置等に使用する場合に採用するガイドベーンの配置イメージを一例として簡潔に示した平面図である。

本発明のタービンで直線翼をどのように配置するのかを例として図１と図２に簡潔に示したが、図１にはタービンで２つの軌道上に直線翼（１）と直線翼（２）をそれぞれ４枚ずつ配置した場合について示し、図２にはタービンで３つの軌道上に直線翼（１）と直線翼（２）と直線翼（３）をそれぞれ６枚ずつ配置した場合について示したが、タービンの大きさや使用用途、流体が液体か気体なのかに応じて直線翼をいくつの軌道上に何枚ずつ配置するのか、軌道の間隔をどれだけ空けるのか、直線翼の大きさ、形状、取り付け角度、固定軸の位置等を最適な状態にする必要があり、全ての直線翼は円盤型支持具（５）で上下を挟み込むように取り付けるものとし、円盤型支持具（５）の大きさはガイドベーン（６）を設置する場合の大きさも考慮して直線翼（１）に流体が衝突する時に損失を抑えられる程度まで直線翼（１）よりはみ出る大きさにするものとする。

本発明のタービンの上下にガイドベーン（６）を設置することで本発明のタービンは更に効率の良いものとなるが、タービンの上下のどちらかのみに回転軸（４）の軸受け（１０）を設置する場合、ガイドベーン（６）は円盤型支持具（５）の上下又はどちらかにガイドベーン（６）の機能を付与して一体化するか、又は、タービンの上下両方で回転軸（４）の軸受け（１０）を設置する場合、ガイドベーン（６）の一つはタービンとは別に軸受け（１０）を設ける支持具（１１）に取り付け、もう一つは電子制御でタービンに衝突する流体の量を調整する為のフード（８）を設ける場合はフード（８）に、フード（８）を設置しない場合は支柱（９）に取り付けることが望ましい。

００３３では本発明のタービンを主に風力発電や水流発電等に使用する場合に設置するガイドベーン（６）について示したが、本発明のタービンを波力発電等で使用する場合、波力発電では上下に流れる空気の流れを利用するので、タービンを水平設置してこの上下にガイドベーン（６）とは形状と設置方法が異なるガイドベーン（２１）を流体がタービンの回転方向に有利に流れるように設置することで、流体がタービンの回転方向に与える負荷を軽減し、流体の流速も上げることが出来るようになり、又、その他の流体エネルギーから回転エネルギーに変換する場合も使用用途に応じてガイドベーンの設置方法や形状等に工夫することで、本発明のタービンはビル風を利用した風力発電や波力発電等の特徴を持って流れる流体エネルギーを回転エネルギーに非常に効率良く変換出来るようになる。

設定するタービンの大きさにより取り付ける直線翼の幅や長さ、形状や枚数は調整する必要があり、大きなものを製作する場合で特に直線翼が長くなるような場合、図３のタービン部を縦に複数連結するように回転軸に取り付けることで大きなものでも堅牢なタービンを構成することが出来、タービンに流体が衝突する量を調整する為のフード（８）を設ける場合は連結するタービンの間に設置してここにも軸受け（１０）と軸受けを設ける為の支持具（１１）を設置し、タービンの外周に支持具（１１）を固定する為の構造を持ち支柱の役割も担うことが出来る塔を設置することで、本発明のタービンは大型化させることが出来るようになる。

従来の垂直軸型タービンを採用する発電装置も同じであるが、本発明でも発電装置とした場合、発電モーターや増速機等の重量物は、特別な使用方法を除きタービンの下部に設置することが望ましい。

図３の回転軸（４）で、図３には示していないが本発明の発電装置である程度大きなものを製作する場合タービンの回転軸（４）は必然と長くなるので、タービンの上部にも図４に示すように支持具（１１）と軸受（１０）を設ける必要がある。

本発明のタービンで大きいものを製作する場合、タービンを複数に分けて連結することでタービンの堅牢性を維持することが出来、タービンを連結する場合は連結するタービンとタービンの間に支持具（１１）と軸受け（１０）を設け、フード（８）を設置する場合は連結するタービンとタービンの間にフード（８）を設置するのに十分な間隔を空けてフード（８）を設置する。

フード（８）を制御する為には、風速計等の流速計で流体の速度を検知し、流体の流量に合わせて制御する方法もあるが、タービンの回転数を検知して制御した方が、より安定した電気エネルギーを得ることが出来るようになる。

垂直翼（１）（２）（３）を円盤型支持具（５）に取り付ける為の固定軸の位置は、垂直翼（１）（２）（３）の形状や大きさ、取り付け角度等に応じて調整する必要がある。

タービンを構成する部材は極力軽量で堅牢なものをタービンの大きさや使用用途に応じて適切に選択する。

本発明のタービンに制動装置を設ける場合、円盤型支持具（５）に制動用の円盤を取り付けるか円盤型支持具（５）の外周に制動用の円盤を取り付け、この円盤を自動車のディスクブレーキのように制動することでブレーキ装置に大きな負担をかけることなくタービンを効率良く制動出来る優れた制動システムを構成することが出来る。

本発明のタービンは流体の流れに対して回転軸を中心に垂直設置の場合は左右、水平設置の場合は上下のどちらか１方向に流れる流体エネルギーからより大きく高速な回転エネルギーに変換することが出来るので、自然流体エネルギーに限らず自動車のエンジンに空気を強制的に送り込む過給装置等で流体の流れる向きが常に一定である場所や装置等で本発明のタービンを使用して流体エネルギーを効率良く回転エネルギーに変換する為には、本発明のタービンの垂直翼（１）（２）（３）が流体エネルギーを大きく回転エネルギーに変換できる位置に流体の流れを誘導するようにガイドベーン又はフードを設置するか配管し、流体を排出させるためのガイドベーン又はフードや配管を適切な位置に設置することで非常に効率良く流体エネルギーを回転エネルギーに変換出来るタービンなる。

本発明を自然流体エネルギー発電装置とした場合、風力発電では垂直に設置し、潮力発電や波力発電、水流発電等の水力発電では設置する場所や状況により垂直又は水平に使い分けて設置し、波力発電等では水平に設置することで自然流体エネルギーを流体エネルギーが流れる方向が３６０度どの角度に於いても効率良く回転エネルギーに変換し、回転エネルギーから効率良く電気エネルギーを取り出すことが出来るようになる。

本発明のタービンを流体の流れる方向が常に定まっている場所や状況に於いては、本発明のタービンが流体エネルギーを効率良く回転エネルギーに変換出来る領域に流体の流れを誘導する為のガイドベーンやフード、又は配管を設け、更に流体を排出する為のガイドベーンやフード、又は配管を適切な位置に設置することで、水車等で効率良く流体エネルギーから動力を得、この動力から効率良く電気エネルギーを取り出す為の発電装置、自動車のエンジンに空気を強制的に送り込む過給装置等、様々な機器に於いて流体エネルギーから効率良く回転エネルギーを得ることが出来るようになる。

１第一軌道上に配置する垂直翼２第二軌道上に配置する垂直翼３第三軌道上に配置する垂直翼４回転軸５垂直翼を取り付けて回転軸に動力を伝える為の円盤型支持具又はガイドベーン付き円盤型支持具６ガイドベーン７発電モーターや増速機等の設置部８タービンに流体エネルギーが衝突する量を制御する為の可動性フード９支柱１０軸受１１軸受やガイドベーン等を設置する支持アーム１２電子制御盤及び蓄電設備等１３電線１４基礎１５増速機１６発電モーター１７架台１８空気室を形成する為の鉄筋コンクリート等で構成する壁１９水位２０地面２１波力発電等に使用するガイドベーン

Claims

垂直軸型タービンに於いて、従来の直線翼揚力型垂直軸タービンのように一つの軌道上に全ての揚力型ブレードを配置するのではなく、揚力型ブレードを複数の軌道上に揚力型ブレードの枚数、大きさ、形状、取り付け角度、取り付け位置等に工夫して配置することで大きな翼面積を確保し、これらの揚力型ブレードを、回転軸に接続する役割も担う円盤型支持具で挟み込むように固定することで揚力型ブレードの端で発生する流体エネルギーの損失を抑えてタービンの揚力型ブレードで流体エネルギーを的確に捉えられる構造とし、流体がタービンに衝突する時に最も外周の軌道上に配置する揚力型ブレードでは概ね従来型と同じように揚力と抗力を得、これらの揚力型ブレードの間を抜けてタービン内部に侵入する流体は内側の軌道上に配置する揚力型ブレードに衝突して揚力型ブレードに揚力と抗力を与えると共に一部の流体は誘導され最も外周に配置する揚力型ブレードにも抗力を与え、一部の流体はまた揚力型ブレードの間を抜けて更にタービン内部に侵入し、更に内側の軌道上にも揚力型ブレードを配置する場合は前記までの工程を繰り返し、内側に揚力型ブレードを配置しない場合、侵入した一部の流体はタービンの中心部で渦エネルギーを発生させてタービンの回転を補助する動作をし、また一部の流体が揚力型ブレードの間を抜けて後方に抜けていく時に流体は揚力型ブレードに抗力を与えながらスムーズに抜けていくようにすることで、これらの構造と動作により、従来の揚力型垂直軸タービンでは実現出来ない翼面積を確保して大きな揚力と抗力を揚力型ブレードで得られるようになり、タービンの起動時は大きな抗力により大きな起動トルクを確保し、タービンの回転数が上がるにつれて揚力を得る比率が上昇すると共にタービン中心部の渦エネルギーは増大してタービンが高速回転出来るようになり、タービンの回転軸に負荷がかかって回転数が下がった場合は抗力を得る比率が増大することで安定したトルクを得ることが出来るようになり、結果、少ない流体エネルギーから大きな流体エネルギーまで幅広い流体速度領域において流体エネルギーの流れる方向が３６０度どの角度にあっても非常に効率良くあらゆる流体エネルギーを回転エネルギーに変換することが出来、又、使用用途により水平設置も可能な直線翼複数軌道配置垂直軸型タービン。
請求項１のタービンの揚力型ブレードを固定して回転軸に接続する役割も担う円盤型支持具自体にガイドベーンの機能を付与するか、請求項１のタービンの上下にガイドベーンをタービンとは別に設け、タービンの使用用途により、更にタービンの回転方向により有利になるように流体をタービンに誘導するガイドベーンを適切な形状で適切な位置に配置することで、あらゆる流体エネルギーを回転エネルギーに効率良く変換することの出来る直線翼複数軌道配置垂直軸型タービン。
請求項１と請求項２のタービンを使用して発電装置とした場合、タービンの下部、又は上部にタービンを覆うことの出来るフードを設け、このフードを流体エネルギーの大きさ、又はタービンの回転速度に応じて電子制御で移動してフードがタービンを覆う量を調整することにより、台風等で非常に大きな流体エネルギーが発生する状況下においても、タービンを保護すると共にタービンの安定した回転数を維持して安全に安定した発電を可能にする直線翼複数軌道配置垂直軸型タービン及び発電装置。