JP2017025708A

JP2017025708A - 風洞回転羽根

Info

Publication number: JP2017025708A
Application number: JP2015141486A
Authority: JP
Inventors: 博重石川; Hiroshige Ishikawa
Original assignee: KASHIMANO KANRI SERVICE KK
Current assignee: KASHIMANO KANRI SERVICE KK
Priority date: 2015-07-15
Filing date: 2015-07-15
Publication date: 2017-02-02
Anticipated expiration: 2035-07-15
Also published as: JP5877458B1

Abstract

【課題】十分な発電量が得られる風洞回転羽根を提供する。
【解決手段】ブレードが回転し、根元側の小孔１に対し、風が垂直方向から吹いてきた時に、高い圧力の風が小孔１に吹き込むことになり、小孔１の背面では、吹き込む風により風速の速い風となって、背面に吹き出し、この時、ベルヌーイの定理から、受風面背面は、その風速分が増す分、圧力が低くなる。受風面１４の小孔１を吹き抜けようとする風の圧力が高ければ高いほど、その背面は圧力が低くなり、ブレードを押す力が強くなる。又ブレードが少し傾き、風圧閉じ込め片２によって、それまで吹き込んできた風の「だま」ができると、該「だま」から小孔背面に吹き抜けようとする風が残り、小孔１の背面では、風速の速い風となって背面に吹き出すので、同定理から受風面背面はその分、圧力が低くなる。「だま」の部分に閉じ込められる風の圧力が高ければ高いほど、ブレードを押す力が強くなる。
【選択図】図２

Description

本発明は、風洞に設置されて、発電に使用される風洞回転羽根に関する。

現在本発明者並びに本件特許出願人によって取得された下記特許文献１の風洞回転羽根の構成は、図１２〜図１７に示すように、風洞２０に設置された時に、該風洞２０に１乃至複数枚突き出るブレード１２によって、上記風洞２０を吹き抜ける風を受けて回転する回転羽根１０であり、該ブレード１２はその回転羽根１０の回転軸から外側に軸寄り部分１６が延出され、さらにその軸寄り部分１６延出方向に風を受け止め易い形状に成形された受風面１４が備えられていて、上記風洞２０を吹き抜ける風を上記ブレード１２の受風面１４に受けてその力によって回わる回転羽根の回転力を用いて発電器に発電させる風洞回転羽根１０であって、上記回転羽根１０は、該受風面１４より軸寄り部分１６が、風洞２０を吹き抜ける風に対して直交する位置に回転移動して来た時に、その軸寄り部分１６から風が吹き抜け、吹き抜けたその風が、上記風洞２０より風下側にある別のブレード１２の受風面１４に受けられる位置に来るように、手前のブレード１２の軸寄り部分１６の位置にのみ、通風孔（乃至通風スリット）１８が穿設されているというものである。

このような構成によって、風洞２０内で風を受けて回転している回転羽根１０の、あるブレード１２の受風面１４より軸寄り部分（根元側）１６が、風洞２０を吹き抜ける風に対して直交する位置に回転移動して来た時に、図１６に示すように、風洞２０内を吹き抜ける風が、上記通風孔（乃至通風スリット）１８を通って、その風洞２０のより風下側にある別のブレード１２の受風面１４に突き当たることになる。この別のブレード１２の受風面１４は、一番強い風を受けてから、次第に弱まって来たまさにその時に、新たに、通風孔（乃至通風スリット）１８を通って来た風を受けて、さらに強い回転力が与えられるため、その位置に置いても、より回転力が強まることになる。この際、そのような風の吹き抜けをさせた通風孔（乃至通風スリット）１８を有するブレード１２の受風面１４は、間もなく直接風洞２０内を吹き抜ける風を受けることになるので、少なくとも２つのブレード受風面１４で、この風洞回転羽根１０は、風洞２０を吹き抜ける風を受けることになり、それによって、より強い回転力が得られるようになる。その一瞬の後、そこから上記の別のブレード１２がわずかに回転した位置で、図１７に示すように、下方に抜けていた風は、方向を変えて、風洞２０の風下側に吹き抜けていき、風洞２０内をそのまま吹き抜けていく風と合流することになる。従って、オーバーフローは、発生しない。
特許第５２４０８８３号

このように、オーバーフローは発生させずに、強い回転力が得られる構成ではあるが、その回転羽根の回転軸を発電器につなげると、一定程度の回転数までには達するが、実際には、その回転数（回転速度）以上には達せられず、結局思うような発電量が得られていないことが分かった。

本発明は、斯かる実情に鑑み創案されたものであって、上記構成を有する風洞回転羽根を元に、新しい構成を提供することで、これまで以上の回転数が得られ、十分な発電量が得られる風洞回転羽根を提供せんとするものである。

何回ものトライアンドエラーの結果、上記状況は、図１８に示すように、風下側のブレード１２の受風面１４側に受けた風が、その受風面１４内を抜けられず、その回転の抵抗になっているのではないかと仮説が立てられた。

その結果、上記構成を有する風洞回転羽根に対し、風下側のブレード受風面側に受けた風が、その受風面内を抜けられないために、その回転の抵抗となっていた現象を解消できる新しい構成について、多くの試験が繰り返された。その多くの試みによって、本発明の構成は創案されたものである。

即ち、本発明の風洞回転羽根の構成は、
風洞に設置された時に、該風洞に１乃至複数枚突き出るブレードによって、上記風洞を吹き抜ける風を受けて回転する共に、上記風洞を吹き抜ける風を上記ブレードに受けてその力によって回わる回転羽根の回転力を用いて発電器に発電させる風洞回転羽根であって、上記回転羽根は、その軸より離れた位置で、上記風を受けるブレード部分が風を受け止め易い形状に成形された受風面として形成されており、該受風面より軸寄り部分が、風洞を吹き抜ける風に対して直交する位置に回転移動して来た時に、その軸寄り部分から風が吹き抜け、吹き抜けたその風が、上記風洞の、より風下側にある別のブレードの受風面に受けられる位置に来るように、手前のブレードの軸寄り部分の位置に、通風孔乃至通風スリットが穿設された風洞回転羽根において、
上記ブレード受風面上の幅方向に、１乃至複数列にわたって、小孔が穿設され、さらに、該受風面形状に対して逆反り状に断面形状が形成された風圧閉じ込め片が、受風面幅方向にわたって、１乃至複数枚設けられたことを基本的な特徴としている。

以上の構成の原理を図１及び図２を使用して説明する。図１（ａ）は、受風面１４に対して小孔１が設けられて、そこへ風が垂直方向から吹いてきた場合の説明図である。この場合、かなり高い圧力の風が小孔１に吹き込むことになるので、小孔１の背面では、吹き込む風より風速の速い風となって、背面に吹き出す。この時、ベルヌーイの定理から、受風面１４背面は、その風速分が増す分、圧力が低くなる。そのため、受風面１４に対して小孔１が穿設されると、該小孔１を吹き抜けようとする風の圧力が高ければ高いほど、その背面は圧力が低くなり、ブレード１２を押す力が強くなる。

ところが、風の押す力によって少しでもそのブレード１２が傾いた状態では、図１（ｂ）に示すように、その小孔１を吹き抜けようとする風の量が少なくなって、受風面１４背面には、上記のような受風面１４背面の圧力低下が期待できなくなり、その分ブレード１２を押す力が弱まる。

次に図２を使用して、本発明の原理を説明する。同図（ａ）に示されるように、小孔１の周辺（図面では断面で示される小孔１の上段と下段）に、受風面形状に対して逆反り状に断面形状が形成された（図１及び図２では説明の便宜上後述する実施例構成の場合とは異なり、受風面形状が平面で説明されているが、受風面１４は後述するように風を受け止め易い形状に成形されている）風圧閉じ込め片２が、設けられている。そして、図２（ａ）の場合の状態は、上記図１（ａ）の場合と同じである。

次にブレード１２の風の押す力によって少しでも傾いた状態では、図２（ｂ）に示すように、ほんの一瞬ではあるが、風圧閉じ込め片２によって、それまで吹き込んできた風の「だま」（風のたまり場；風圧が閉じ込められた状態）ができ、従って、その「だま」から小孔１背面に吹き抜けようとする風が残ることになり、小孔１の背面では、上記と同様に、吹き込む風より風速の速い風となって、背面に吹き出す。そのため、ベルヌーイの定理から、受風面１４背面は、その風速が高くなる状態が温存されることになり、その分、圧力が低くなる。そのため、受風面１４に対して小孔１が穿設され、さらに上記のような風圧閉じ込め片２が設けられていると、「だま」によってそこに閉じ込められる風の圧力が高ければ高いほど、その背面は圧力が低くなり、ブレード１２を押す力が温存されることになる。

図３〜図６は、上記原理の説明を実際の、風の受け止めやすい状態に構成されたブレード１２の曲面（受風面１４）に複数の小孔１と、その小孔１の周辺に（図面上では受風面曲面に亘って小孔１が複数設けられているためブレード先端側を除き小孔１の周辺上下段に）、風圧閉じ込め片２が設けられている。尚、このブレード１２は断面状態で示されているため、小孔１もブレード幅方向に亘って並んで複数穿設されると共に、夫々複数設けられ、さらに、風圧閉じ込め片２も、同様に、ブレード１２幅方向に亘って夫々複数設けられている。

通常風を受けやすくされた受風面１４を有するブレード１２は、風洞２０を吹き抜ける風によって、該受風面１４に風を受けて回転し始め、まず図３（ａ）まで回転した時点で、ブレード根元側にある小孔１に対し、図２（ａ）と同様に、風が垂直方向から吹いてきた場合、かなり高い圧力の風が小孔１に吹き込むことになるので、小孔１の背面では、吹き込む風より風速の速い風となって、背面に吹き出す。この時、ベルヌーイの定理から、受風面１４背面は、その風速分が増す分、圧力が低くなる。そのため、受風面１４に対して小孔１が穿設されていると、該小孔１を吹き抜けようとする風の圧力が高ければ高いほど、その背面は圧力が低くなり、ブレードを押す力が強くなる。

次に風の押す力によってそのブレード１２が少しでも傾いた状態では、図３（ｂ）に示すように、ほんの一瞬ではあるが、風圧閉じ込め片２によって、それまで吹き込んできた風の「だま」（風のたまり場）ができ、従って、その「だま」から小孔１背面に吹き抜けようとする風が残ることになり、小孔１の背面では、上記と同様に、吹き込む風より風速の速い風となって、背面に吹き出す。そのため、上記と同様に、ベルヌーイの定理から、受風面１４背面は、その風速が高くなる状態が温存されることになり、その分、圧力が低くなる。そのため、受風面１４に対して小孔１が穿設され、さらに上記のような風圧閉じ込め片２が設けられていることによって、「だま」の部分に閉じ込められる風の圧力が高ければ高いほど、その背面は圧力が低くなり、ブレード１２を押す力が温存されることになる。以下、同様な説明は、図４〜図６まで続くことになる。

従って本発明の構成によれば、後述する実施例３の実験にも示されるように、受風面１４に何も孔の開いてないブレード１２の場合は、受けた風に対して、ブレード受風面側に受けた風が、その受風面内を抜けられず、その回転の抵抗になっているのに対し、本発明構成によれば、受風面１４に小孔１が設けられているにも関わらず、受けた風に対して回転の抵抗にならないばかりか、さらに、回転力を増し、該ブレード構成を有する回転羽根１０の回転軸に発電器につなげると、発電器によって一定の発電ができるまでの回転数まで達することができるようになった。

また、ブレード１２の受風面１４に対して小孔１を設けており、受風面１４で受ける風は、その小孔１から吹き抜けるため、該吹き抜けにより、本構成では、一切オーバーフローを生じさせない。

さらに、特願２０１４−６１５７６号（現状特許査定まで出されておりただ今特許権の設定登録料を収めている段階である）の構成で示される抵抗軽減片と上記風圧閉じ込め片２が同じ役割を果たし、本発明構成でも上記出願と同じ効果が得られる。すなわち、先行して既に特許となった構成では、風下側のブレード受風面側に受けた風が、その受風面内を抜けられず、その回転の抵抗になっていたのに対し、本発明構成によれば、風下側のブレード受風面側に風を受けた時に、後述する図９に示すように、抵抗軽減片と同じ形をした風圧閉じ込め片２の逆反り面に当たり、その逆反り面部分を撫でるようにして吹き抜け、その際、受風面内で回転の抵抗とならずに、その逆反り面のトップ部分を押し下げることになり、さらにブレード１２をその回転方向により強く回転せしめることが可能となる。このように、本発明で採用された風圧閉じ込め片２の構成の別の特徴は、抵抗軽減片と同じ風圧閉じ込め片２が受風面内に設けられることで、その逆反り面で受風面内に回転の抵抗を作らず、逆にブレード１２の回転方向により強く回転せしめる力に変えることにもある。

もちろん受風面１４は、その風受け面が広くなれば、上記風圧閉じ込め片２を設けたところ以外に、受風面内での上記抵抗が生ずることになるはずであるが、その部分には小孔１が既に穿設されているため、抵抗は生ぜず、その効果はより高まることになる。

従って、最初は軸寄り部分に近い側の風圧閉じ込め片２の逆反り面を、吹き抜けたその風が、撫でるようにしてその逆反り面のトップ部分を押し下げ、さらに、その後方にある風圧閉じ込め片２の逆反り面についても、吹き抜けたその風が、同様に作用する。

さらに、後述する図１０に示すように、上記小孔１の脇であって、風圧閉じ込め片２と一緒に該小孔１を囲うように、且つ該小孔１に向けて斜向する斜向片３が設けられるようにすると良い。

これは、図２（ｂ）に示すように、それまで吹き込んできた風の「だま」が風圧閉じ込め片２によりでき、その「だま」から小孔１背面に吹き抜けようとする風が残ることになった状態の時に、さらにその周りを上記斜向片３によって囲われていると、「だま」中の圧力がより高まり、小孔１の背面で、上記と同様に、吹き込む風と比べより一層風速の速い風となって、背面に吹き出すようにできるからである。

一方、上記小孔１の径が、吹き抜ける風の速さに応じて変化せしめられ、その速さが速くなるほど小孔１の径が大きくなるように制御されるようにすると良い。これは、吹き抜ける風の速さが低い時には、小孔１を吹き抜ける前の受風面１４で圧力が高まらず、そのため小孔１の径を小さくしておいた方が、そこを吹き抜けた風が小孔１の後方でその速度が速くなり、上記ベルヌーイの定理から、速くなった分、その周りの圧力が低まるからである。逆に、吹き抜ける風の速さが速い時には、小孔１を吹き抜ける前の受風面１４で圧力が高くなるため、小孔１の径を大きくしておいて、そこを吹き抜けた風が小孔１の後方でその速度がより速くなり、上記ベルヌーイの定理から、速くなった分、その周りの圧力が低まるからである。またその方が風圧が高まった場合も、オーバーフローを生じさせることがなくなる。

本発明の上記構成によれば、風が垂直方向から吹いてきた場合、かなり高い圧力の風が小孔に吹き込むことになり、小孔の背面では、吹き込む風より風速の速い風となって、背面に吹き出すので、ベルヌーイの定理から、受風面背面は、その風速分が増す分、圧力が低くなり、そのため、受風面に対して小孔が穿設されていると、該小孔を吹き抜けようとする風の圧力が高ければ高いほど、その背面は圧力が低くなり、ブレードを押す力が強くなると共に、そのブレードが風の押す力によって少しでも傾いた状態では、ほんの一瞬ではあるが、風圧閉じ込め片によって、それまで吹き込んできた風の「だま」（風のたまり場）ができ、従って、その「だま」から小孔背面に吹き抜けようとする風が残ることになって、小孔の背面では、上記と同様に、吹き込む風より風速の速い風となり、背面に吹き出すため、上記と同様に、ベルヌーイの定理から、受風面背面は、その風速が高くなる状態が温存されることになり、その分、圧力が低くなるので、受風面に対して小孔が穿設され、さらに上記のような風圧閉じ込め片が設けられている本発明の構成では、「だま」の部分に閉じ込められる風の圧力が高ければ高いほど、その背面は圧力が低くなり、ブレードを押す力が温存されることになるという優れた効果を奏し得ることになる。

また、現在特許査定を得ている特願２０１４−６１５７６号の構成で示される抵抗軽減片と上記風圧閉じ込め片が同じ役割を果たしており、そのため、本構成によれば、風下側のブレード受風面側に風を受けた時に、抵抗軽減片と同じ形をした風圧閉じ込め片の逆反り面に当たり、その逆反り面部分を撫でるようにして吹き抜け、その際、受風面内で回転の抵抗とならずに、その逆反り面のトップ部分を押し下げることになり、さらにブレードをその回転方向により強く回転せしめることが可能となる。このように、本発明で採用された風圧閉じ込め片の構成の別の特徴は、抵抗軽減片と同じ風圧閉じ込め片が受風面内に設けられることで、その逆反り面で受風面内に回転の抵抗を作らず、逆にブレードの回転方向により強く回転せしめる力に変えることにもある。

上記小孔の構成によって、オーバーフローの発生は全くないこともその特徴の一つである。

さらに、上記小孔の脇であって、風圧閉じ込め片と一緒に該小孔を囲うように、且つ該小孔に向けて斜向する斜向片が設けられる構成が付加されていると、それまで吹き込んできた風の「だま」が風圧閉じ込め片によりでき、その「だま」から小孔背面に吹き抜けようとする風が残ることになった状態の時に、さらにその周りを上記斜向片によって囲われていることで、「だま」中の圧力がより高まり、小孔の背面で、上記と同様に、吹き込む風と比べより一層風速の速い風となって、背面に吹き出すようにできると言う優れた効果を奏することになる。

加えて、上記小孔の径が、吹き抜ける風の速さに応じて変化せしめられ、その速さが速くなるほど小孔の径が大きくなるように制御されるようにした場合、吹き抜ける風の速さが低い時には、小孔を吹き抜ける前の受風面で圧力が高まらず、そのため小孔の径を小さくしておいた方が、そこを吹き抜けた風が小孔の後方でその速度が速くなり、上記ベルヌーイの定理から、速くなった分、その周りの圧力が低まることになると共に、逆に、吹き抜ける風の速さが速い時には、小孔を吹き抜ける前の受風面で圧力が高くなるため、小孔の径を大きくしておいて、そこを吹き抜けた風が小孔の後方でその速度がより速くなり、上記ベルヌーイの定理から、速くなった分、その周りの圧力が低まるので、そのような制御がなされることで、回転羽根の回転軸に繋げられた発電機の発電効率は、非常に高まることになる。またその方が風圧が高まった場合も、オーバーフローを生じさせることがない。

以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。

図７、図８は、本発明の一実施例を示す説明図である。
本実施例の構成を説明する前に、本発明の開発の元となった、本発明者の創案にかかる元発明の構成を、図１１〜図１６を使用して説明する。

これらの図に示されるように、特許第５２４０８８３号の、風洞回転羽根の構成は、風洞２０に設置された時に、該風洞２０に複数枚突き出るブレード１２によって、上記風洞２０を吹き抜ける風を受けて回転する回転羽根１０であり、該ブレード１２はその回転羽根１０の回転軸から外側に軸寄り部分１６が延出され、さらにその軸寄り部分１６延出方向に風を受け止め易い形状に成形された受風面１４が備えられていて、図１３〜図１６に示されるように、上記風洞２０を吹き抜ける風を上記ブレード１２の受風面１４に受けてその力によって回わる回転羽根の回転力を用いて発電器に発電させる風洞回転羽根１０である。

そして、図１５に示すように、上記回転羽根１０は、該受風面１４より軸寄り部分１６が、風洞２０を吹き抜ける風に対して直交する位置に回転移動して来た時に、その軸寄り部分１６から風が吹き抜け、吹き抜けたその風が、上記風洞２０より風下側にある別のブレード１２の受風面１４に受けられる位置に来るように、手前のブレード１２の軸寄り部分１６の位置にのみ、通風孔（乃至通風スリット）１８が穿設されている。

このような構成によって、風洞２０内で風を受けて回転している回転羽根１０の、あるブレード１２の受風面１４より軸寄り部分（根元側）１６が、風洞２０を吹き抜ける風に対して直交する位置に回転移動して来た時に、図１５に示すように、風洞２０内を吹き抜ける風が、上記通風孔（乃至通風スリット）１８を通って、その風洞２０のより風下側にある別のブレード１２の受風面１４に突き当たることになる。この別のブレード１２の受風面１４は、一番強い風を受けてから、次第に弱まって来たまさにその時に、新たに、通風孔（乃至通風スリット）１８を通って来た風を受けて、さらに強い回転力が与えられるため、その位置に置いても、より回転力が強まることになる。

この際、そのような風の吹き抜けをさせた通風孔（乃至通風スリット）１８を有するブレード１２の受風面１４は、間もなく直接風洞２０内を吹き抜ける風を受けることになるので、少なくとも２つのブレード受風面１４で、この風洞回転羽根１０は、風洞２０を吹き抜ける風を受けることになり、それによって、より強い回転力が得られるようになる。

その一瞬の後、図１６に示すように、そこから上記の別のブレード１２がわずかに回転した位置で、下方に抜けていた風は、方向を変えて、風洞２０の風下側に吹き抜けていき、風洞２０内をそのまま吹き抜けていく風と合流することになる。従って、オーバーフローは、発生しない。

以上のような、特許第５２４０８８３号の構成と同等な構成を有していると共に、本発明の実施例構成では、図３〜図６に示すように、ブレード受風面１４上の幅方向に、複数列（図上４列）にわたって、小孔１が穿設され、さらに、該受風面形状に対して逆反り状に断面形状が形成された風圧閉じ込め片２が、受風面１４幅方向にわたって、複数枚（図上４枚）設けられている構成を有している。

本発明の小孔１が穿設される理由は、図２（ａ）に示すように、小孔１へ風が垂直方向から吹いてきた場合、かなり高い圧力の風が小孔１に吹き込むことになるので、小孔１の背面では、吹き込む風より風速の速い風となって、背面に吹き出す。この時、ベルヌーイの定理から、受風面背面は、その風速分が増す分、圧力が低くなる。そのため、受風面１４に対して小孔１が穿設されていると、該小孔１を吹き抜けようとする風の圧力が高ければ高いほど、その背面は圧力が低くなり、ブレード１２を押す力が強くなる。尚、図２では説明の便宜上受風面形状が平面で説明されているが、実際には図３〜図６に示すように受風面１４は風を受け止め易い形状に成形されている。

そして、風の押す力によってそのブレードが少しでも傾いた状態では、図２（ｂ）に示すように、ほんの一瞬ではあるが、風圧閉じ込め片２によって、それまで吹き込んできた風の「だま」（風のたまり場；風圧が閉じ込められてた状態）ができ、従って、その「だま」から小孔１背面に吹き抜けようとする風が残ることになり、小孔１の背面では、上記と同様に、吹き込む風より風速の速い風となって、背面に吹き出すことになる。

そのため、ベルヌーイの定理から、受風面背面は、その風速が高くなる状態が温存されることになり、その分、圧力が低くなる。そのため、受風面１４に対して小孔１が穿設され、さらに上記のような風圧閉じ込め片２が設けられていると、「だま」によってそこに閉じ込められる風の圧力が高ければ高いほど、その背面は圧力が低くなり、ブレード１２を押す力が温存されることになる。

図３〜図６は、上記原理の説明を、本実施例の構成に即して、風の受け止めやすい状態に構成されたブレードの曲面（受風面１２）に複数の小孔１と、その小孔１の周辺に（図面上では受風面曲面に亘って小孔１が複数設けられているためブレード先端側を除き小孔１の周辺上下段に）、風圧閉じ込め片２が設けられている状態が示されており、これらの図面により、上記原理に基づく動きが連続して行われている状態が示されている。

尚、このブレード１２は断面状態で示されているため、小孔１もブレード幅方向に亘って並んで複数穿設されると共に、夫々複数段設けられ、さらに、風圧閉じ込め片２も、同様に、ブレード幅方向に亘って夫々複数段設けられている。

通常風を受けやすくされた受風面１４を有するブレード１２は、風洞２０を吹き抜ける風によって、該受風面１４に風を受けて回転し始め、まず図３（ａ）まで回転した時点で、ブレード根元側の小孔１に対し、図２（ａ）と同様に、風が垂直方向から吹いてきた場合、かなり高い圧力の風が小孔１に吹き込むことになるので、小孔１の背面では、吹き込む風より風速の速い風となって、背面に吹き出す。この時、ベルヌーイの定理から、受風面背面は、その風速分が増す分、圧力が低くなる。そのため、受風面１４に対して小孔１が穿設されていると、該小孔１を吹き抜けようとする風の圧力が高ければ高いほど、その背面は圧力が低くなり、ブレード１２を押す力が強くなる。

次にそのブレード１２が風の押す力によって少しでも傾いた状態では、図３（ｂ）に示すように、ほんの一瞬ではあるが、風圧閉じ込め片２によって、それまで吹き込んできた風の「だま」（風のたまり場）ができ、従って、その「だま」から小孔背面に吹き抜けようとする風が残ることになり、小孔１の背面では、上記と同様に、吹き込む風より風速の速い風となって、背面に吹き出す。そのため、上記と同様に、ベルヌーイの定理から、受風面背面は、その風速が高くなる状態が温存されることになり、その分、圧力が低くなる。そのため、受風面１４に対して小孔１が穿設され、さらに上記のような風圧閉じ込め片２が設けられていることによって、「だま」の部分に閉じ込められる風の圧力が高ければ高いほど、その背面は圧力が低くなり、ブレード１２を押す力が温存されることになる。以下、同様な説明は、図４〜図６まで続くことになる。

従って本発明の実施例構成によれば、受風面１４に何も孔の開いてないブレードの場合は、受けた風に対して、ブレード受風面側に受けた風が、その受風面内を抜けられず、その回転の抵抗になっているのに対し、本発明の実施例構成によれば、受風面１４に小孔１が設けられているにも関わらず、受けた風に対して回転の抵抗にならないばかりか、さらに、回転力を増し、該ブレード構成を有する回転羽根１０の回転軸に発電器（図示無し）につなげると、発電器によって一定の発電ができるまでの回転数まで達することができるようになった。

また、ブレードの受風面１４に対して小孔１が設けられており、受風面１４で受ける風は、その小孔１から吹き抜けるため、該吹き抜けにより、本構成では、一切オーバーフローを生じさせない。

さらに、特願２０１４−６１５７６号（現状特許査定まで出されておりただ今特許権の設定登録料を収めている段階である）の構成で示される抵抗軽減片と上記風圧閉じ込め片２が同じ役割を果たし、本発明の実施例構成でも上記出願と同じ効果が得られる。すなわち、先行して既に特許となった構成では、風下側のブレード受風面側に受けた風が、その受風面内を抜けられず、図１８に示すように、その回転の抵抗になっていたのに対し、本発明の実施例構成によれば、風下側のブレード受風面側に風を受けた時に、図９に示すように、抵抗軽減片と同じ形をした風圧閉じ込め片２の逆反り面に当たり、その逆反り面部分を撫でるようにして吹き抜け、その際、受風面内で回転の抵抗とならずに、その逆反り面のトップ部分を押し下げることになり、さらにブレード１２をその回転方向により強く回転せしめることが可能となる。このように、本発明の実施例構成で採用された風圧閉じ込め片２の構成の別の特徴は、抵抗軽減片と同じ風圧閉じ込め片２が受風面内に設けられることで、その逆反り面で受風面内に回転の抵抗を作らず、逆にブレードの回転方向により強く回転せしめる力に変えることにもある。

従って、最初は軸寄り部分１６に近い側の風圧閉じ込め片２の逆反り面を、吹き抜けたその風が、撫でるようにしてその逆反り面のトップ部分を押し下げ、さらに、その後方にある風圧閉じ込め片２の逆反り面についても、吹き抜けたその風が、同様に作用する。

本発明の２つ目の実施例構成では、図１０に示すように、上記小孔１の脇であって、風圧閉じ込め片２と一緒に該小孔１を囲うように、且つ該小孔１に向けて斜向する斜向片３が設けられている。即ち、夫々の小孔１の脇に本実施例では「へ」の字状に形成された斜向片３が、その頂上の線を、各風圧閉じ込め片２の設けられる方向と直交する方向に向け、夫々設けられている。

これは、図２（ｂ）に示すように、それまで吹き込んできた風の「だま」が風圧閉じ込め片２によりでき、その「だま」から小孔背面に吹き抜けようとする風が残ることになった状態の時に、さらにその周りを上記斜向片３によって囲われていると、「だま」中の圧力がより高まり、小孔１の背面で、上記と同様に、吹き込む風と比べより一層風速の速い風となって、背面に吹き出すことを可能にする構成である。本実施例構成では、風圧閉じ込め片２と斜向片３を小孔１周りいっぱいいっぱいに近接して設けて（小孔１周りが風圧閉じ込め片２と斜向片３の端になるように該小孔１周りを取り囲んでいる）、受風面で受けた風が略全て上記小孔１に入るようにしている。

本発明の３つ目の実施例構成では、図１１に示すように、風洞２０に吹き込む風の風速をモニタリングする風速モニタ４を該風洞２０内に設けると共に、メカニカルシャッタと同様な構成により上記小孔１の径が絞られたり開口したりする開閉機構部５と、上記風速モニタ４からの信号を受け取り、上記開閉機構部５に指令を出力し、吹き抜ける風の速さに応じて上記小孔１の径を制御する制御部６とを、実施例１乃至実施例２と同様な構成に付加している。

そのような構成を有しており、上位小孔１の径が、吹き抜ける風の速さに応じて変化せしめられる構成となっている。

上記構成では、小孔１を吹き抜ける風の速さが上記風速モニタ４で、速くなる傾向にあると判断されれば、制御部６によって、開閉機構部５に制御指令を出し、該小孔１の径を大きくなるように制御する。

逆に風洞２０内を吹き抜ける風の速さが、上記風速モニタ４で、低くなる傾向にあると判断されれば、制御部６によって、開閉機構部５に制御指令が出力され、該小孔１の径が小さくなるように制御される。

これは、風洞２０内を吹き抜ける風の速さが低くなれば、その風が小孔１を吹き抜ける前の受風面１４で圧力が高まらず、そのため小孔１の径を小さくしておいた方が、そこを吹き抜けた風が小孔１の後方でその速度が速くなり、上記ベルヌーイの定理から、速くなった分、その周りの圧力が低まるからであり、逆に、吹き抜ける風の速さが速い時には、小孔１を吹き抜ける前の受風面１４で圧力が高くなるため、小孔１の径を大きくしておいて、そこを吹き抜けた風が小孔１の後方でその速度がより速くなり、上記ベルヌーイの定理から、速くなった分、その周りの圧力が低まるからである。またその方が風圧が高まった場合も、その分小孔１の径を大きくするので、オーバーフローを生じさせることがなくなる。

以上の実施例１及び実施例２の構成につき、小孔１及び風圧閉じ込め片２が無い特許第５２４０８８３号の構成（比較例）との、発電器に連結される回転軸の回転数比較実験を行った。その結果を下記表１に示す。尚、これらは、全て同じ風洞を使用し、同じ実験条件の下に行った。

同表では、比較例構成で得た回転数を１とした場合の、実施例１及び実施例２がその何倍になるかを数値により表している。同表から明らかなように、実施例１の場合に、比較例の２倍になっており、実際でもその回転軸に連結された発電器により発電される電力は、例えば自動車等に本実施例構成が搭載された場合に、バッテリを充電するのに十分な状態になっている。さらに、実施例２の場合に、比較例の６倍に達しており、実施例１と同様なことが言える。

この実験の際に、確認的に、上記通風孔１８だけを塞いでみる実験も行った。やはり、ここを塞ぐと、全くと言って良いほど、回転せず、風洞２０内に吹き込む風はそのほとんどがオーバーフローとなってしまった。従って、本発明の構成も、特許第５２４０８８３号の構成が前提であることが分かる。

また、発電器側のプーリと本実施例の羽根側のプーリの比を、当初１：３として行っていたが、パワーとトルクがあるので、これを１：２の比に替えてもむしろ発電器の方が良く回わり、さらに、その比を１：１にしてみたが、羽根側の回転数が上昇するにつれ、発電器側も良く回り、これ以上あげると、発電器側のコイルを焼き切ってしまいそうであったので、途中で実験を中断した。

尚、本発明の実施例に係る風洞回転羽根は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の風洞回転羽根は、発電用設備など、たとえば、電気自動車やプラグインハイブリッド車、その他自動車以外の電車や船舶などにも、風を利用して発電できるものであれば、他への利用も可能であることは言うまでもない。

本発明構成の原理を説明する原理説明図である。同じく本発明構成の原理を説明する原理説明図である。実際のブレードに上記本発明の原理を適用した場合の説明図である。同じく実際のブレードに上記本発明の原理を適用した場合の説明図である。同じく実際のブレードに上記本発明の原理を適用した場合の説明図である。同じく実際のブレードに上記本発明の原理を適用した場合の説明図である。本発明の一実施例において元になった発明構成を示す説明図である。同じく本発明の一実施例において元になった発明構成を示す説明図である。本実施例構成で、風洞２０内を吹き抜ける風が、通風孔１８を通過して受風面１４にある風圧閉じ込め片２に当たる状態を示す説明図である。実施例２の構成を示す説明図である。実施例３の構成を示す説明図である。元になった特許発明の回転羽根１０に設けられる１枚のブレード１２を示す斜視図である。上記ブレード１２の正面図（ｂ）と側面図（ａ）である。上記構成の風洞回転羽根１０を風洞２０内に設置した状態を示す断面斜視図である。上記構成の場合のブレード１２の受風面１４が風洞２０内の風を最も受けた状態の時の側面図である。上記構成により通風孔１から、別のブレード１２の受風面１２が風洞２０内の風を最も受けた状態の時の側面図である。上記構成により通風孔１から、別のブレード１２の受風面１２が風洞２０内の風を最も受けた状態の時よりさらに回転した時の側面図である。風下側のブレード受風面側に受けた風が、その受風面内を抜けられず、その回転の抵抗になっている状態を示す側面図である。

１小孔
２風圧閉じ込め片
３斜向片
４風速モニタ
５開閉機構部
６制御部
１０風洞回転羽根
１２ブレード
１４受風面
１６軸寄り部分
１８通風孔
２０風洞

即ち、本発明の風洞回転羽根の構成は、
風洞に設置された時に、該風洞に１乃至複数枚突き出るブレードによって、上記風洞を吹き抜ける風を受けて回転する共に、上記風洞を吹き抜ける風を上記ブレードに受けてその力によって回わる回転羽根の回転力を用いて発電器に発電させる風洞回転羽根であって、上記回転羽根は、その軸より離れた位置で、上記風を受けるブレード部分が、風に対して凹となる断面Ｒ状に形成された受風面として形成されており、該受風面より軸寄り部分が、風洞を吹き抜ける風に対して直交する位置に回転移動して来た時に、その軸寄り部分から風が吹き抜け、吹き抜けたその風が、上記風洞の、より風下側にある別のブレードの受風面に受けられる位置に来るように、手前のブレードの軸寄り部分の位置に、通風孔乃至通風スリットが穿設された風洞回転羽根において、
上記ブレード受風面上の幅方向に、１乃至複数列にわたって、小孔が穿設され、さらに、該受風面形状に対して逆反り状に断面形状が形成された風圧閉じ込め片が、受風面幅方向にわたって、１乃至複数枚設けられたことを基本的な特徴としている。

次に図２を使用して、本発明の原理を説明する。同図（ａ）に示されるように、小孔１の周辺（図面では断面で示される小孔１の上段と下段）に、受風面形状に対して逆反り状に断面形状が形成された（図１及び図２では説明の便宜上後述する実施例構成の場合とは異なり、受風面形状が平面で説明されているが、受風面１４は後述するように風に対して凹となる断面Ｒ状に形成されている）風圧閉じ込め片２が、設けられている。そして、図２（ａ）の場合の状態は、上記図１（ａ）の場合と同じである。

図３〜図６は、上記原理の説明を、実際の風に対して凹となる断面Ｒ状に形成されたブレード１２の曲面（受風面１４）に複数の小孔１と、その小孔１の周辺に（図面上では受風面曲面に亘って小孔１が複数設けられているためブレード先端側を除き小孔１の周辺上下段に）、風圧閉じ込め片２が設けられているものに基づいて示している。尚、このブレード１２は断面状態で示されているため、小孔１もブレード幅方向に亘って並んで複数穿設されると共に、夫々複数設けられ、さらに、風圧閉じ込め片２も、同様に、ブレード１２幅方向に亘って夫々複数設けられている。

通常風に対して凹となる断面Ｒ状に形成された受風面１４を有するブレード１２は、風洞２０を吹き抜ける風によって、該受風面１４に風を受けて回転し始め、まず図３（ａ）まで回転した時点で、ブレード根元側にある小孔１に対し、図２（ａ）と同様に、風が垂直方向から吹いてきた場合、かなり高い圧力の風が小孔１に吹き込むことになるので、小孔１の背面では、吹き込む風より風速の速い風となって、背面に吹き出す。この時、ベルヌーイの定理から、受風面１４背面は、その風速分が増す分、圧力が低くなる。そのため、受風面１４に対して小孔１が穿設されていると、該小孔１を吹き抜けようとする風の圧力が高ければ高いほど、その背面は圧力が低くなり、ブレードを押す力が強くなる。

本発明の小孔１が穿設される理由は、図２（ａ）に示すように、小孔１へ風が垂直方向から吹いてきた場合、かなり高い圧力の風が小孔１に吹き込むことになるので、小孔１の背面では、吹き込む風より風速の速い風となって、背面に吹き出す。この時、ベルヌーイの定理から、受風面背面は、その風速分が増す分、圧力が低くなる。そのため、受風面１４に対して小孔１が穿設されていると、該小孔１を吹き抜けようとする風の圧力が高ければ高いほど、その背面は圧力が低くなり、ブレード１２を押す力が強くなる。尚、図２では説明の便宜上受風面形状が平面で説明されているが、実際には図３〜図６に示すように受風面１４は風に対して凹となる断面Ｒ状に形成されている。

図３〜図６は、上記原理の説明を、本実施例の構成に即して、風に対して凹となる断面Ｒ状に構成されたブレードの曲面（受風面１２）に複数の小孔１と、その小孔１の周辺に（図面上では受風面曲面に亘って小孔１が複数設けられているためブレード先端側を除き小孔１の周辺上下段に）、風圧閉じ込め片２が設けられている状態が示されており、これらの図面により、上記原理に基づく動きが連続して行われている状態が示されている。

通常風に対して凹となる断面Ｒ状に形成された受風面１４を有するブレード１２は、風洞２０を吹き抜ける風によって、該受風面１４に風を受けて回転し始め、まず図３（ａ）まで回転した時点で、ブレード根元側の小孔１に対し、図２（ａ）と同様に、風が垂直方向から吹いてきた場合、かなり高い圧力の風が小孔１に吹き込むことになるので、小孔１の背面では、吹き込む風より風速の速い風となって、背面に吹き出す。この時、ベルヌーイの定理から、受風面背面は、その風速分が増す分、圧力が低くなる。そのため、受風面１４に対して小孔１が穿設されていると、該小孔１を吹き抜けようとする風の圧力が高ければ高いほど、その背面は圧力が低くなり、ブレード１２を押す力が強くなる。

Claims

風洞に設置された時に、該風洞に１乃至複数枚突き出るブレードによって、上記風洞を吹き抜ける風を受けて回転する共に、上記風洞を吹き抜ける風を上記ブレードに受けてその力によって回わる回転羽根の回転力を用いて発電器に発電させる風洞回転羽根であって、上記回転羽根は、その軸より離れた位置で、上記風を受けるブレード部分が風を受け止め易い形状に成形された受風面として形成されており、該受風面より軸寄り部分が、風洞を吹き抜ける風に対して直交する位置に回転移動して来た時に、その軸寄り部分から風が吹き抜け、吹き抜けたその風が、上記風洞の、より風下側にある別のブレードの受風面に受けられる位置に来るように、手前のブレードの軸寄り部分の位置に、通風孔乃至通風スリットが穿設された風洞回転羽根において、
上記ブレード受風面上の幅方向に、１乃至複数列にわたって、小孔が穿設され、さらに、該受風面形状に対して逆反り状に断面形状が形成された風圧閉じ込め片が、受風面幅方向にわたって、１乃至複数枚設けられたことを特徴とする風洞回転羽根。
上記小孔の脇であって、風圧閉じ込め片と一緒に該小孔を囲うように、且つ該小孔に向けて斜向する斜向片が設けられたことを特徴とする請求項１記載の風洞回転羽根。
上記小孔の径が、吹き抜ける風の速さに応じて変化せしめられ、その速さが速くなるほど小孔の径が大きくなるように制御されることを特徴とする請求項１乃至２記載の風洞回転羽根。