JP2018091280A - 横軸ロータ - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、流体の流れる方向が反転しても、速度を低下させず、連続して回転する事ができる、横軸ロータを提供することを目的としている。【解決手段】 ハブ２の周面に配設された、揚力型ブレード３の翼端を上向きとした正面視が、長さ方向の中間を最大弦長部３Ｃとし、最大弦長部３Ｃから翼根の方を基部３Ａとし、翼端の方を後縁３Ｈ方向に大きく屈曲した横向傾斜部３Ｂとし、かつブレード３の厚さは前後対称で、翼根から翼端へかけて次第に薄くなっている。【選択図】 図１

Description

本発明は、横軸ロータに係り、特に流体の流れ方向が変化しても、回転効率の低下しない横軸ロータに関する。

水力発電に適した横軸ロータの提案が特許文献１に開示されている。

特開２０１２−１３２３３５号公報

特許文献１に記載の横軸ロータは、翼端部が正面方向に傾斜する傾斜部が形成されているので、正面からのみ水流を受ける場合はよいが、例えば潮流発電のように、潮流が上げ潮、引き潮のように逆転する場合には、連続して同じ回転力を得ることに適さない。
本発明は、流体の流れる向きが逆転する場合にも、正常に連続して回転する横軸ロータを提供するものである。

本発明は前記課題を解決するために、次のような技術的手段を講じた。具体的な内容は次の通りである。

（１） ハブの周面に配設された、揚力型ブレードの翼端を上向きとした正面視が、長さ方向の中間を最大弦長部とし、最大弦長部から翼根の方を基部とし、翼端の方を後縁方向に大きく屈曲した横向傾斜部とし、かつブレードの厚さは前後対称で、翼根から翼端へかけて次第に薄くなっている横軸ロータ。

（２） 前記揚力型ブレードの横向傾斜部は、正面視で最大弦長部から翼端へかけて湾曲しつつ、次第に細くなっている前記（1）に記載の横軸ロータ。

（３） 前記揚力型ブレードの正面と背面に、複数の段差縦条が、前縁から後縁方向へかけて形成されている前記（1）または（2）に記載の横軸ロータ。

（４） 前記揚力型ブレードの正面と背面に、複数の段差凹窪が、前縁から後縁方向にかけて、かつ翼根から翼端方向にかけて形成されている前記（1）または（2）に記載の横軸ロータ。

本発明によると、次のような効果が奏せられる。

前記（1）に記載の発明は、平面視でブレードの前後が対称になっているので、例えば水車に使用すると、上げ潮と引き潮に対しても同じ回転力で、連続して回転する効果がある。
ブレードの翼根から翼端へかけて次第に薄くなっているので、回転抵抗が小で回転効率が高い。
ブレードの長さの中間から翼端の方が、後縁方向に屈曲した横向傾斜部とされているので、回転時に翼根の方から翼端方向へ移動する流体は、横向傾斜部において前縁部分から後縁部分に流れるため、流体がブレードの回転直径の外にはみ出すことがなく内側に流れ、反作用としてブレードは回転方向へ押し出され、横軸ロータの回転効率が高められることになる。

前記（2）に記載の発明においては、ブレードの横向傾斜部は、正面視で最大弦長部から翼端へかけて湾曲しつつ、次第に細くなっているので、翼端部に受ける回転時の抵抗を小とすることができる。

前記（3）に記載の発明において、ブレードの正面と背面に、複数の段差縦条が、前縁から後縁方向へかけて形成されているので、ブレードの正面と背面を後縁方向へ通過する高速流体の反作用による反発力を、段差縦条の後面に受けることによって、回転効率が高まる。

前記（4）に記載の発明において、ブレードの正面と背面に、複数の段差凹窪が、前縁から後縁方向にかけて、かつ翼根から翼端方向にかけて形成されているので、
ブレードの正面と背面を後縁方向へ通過する高速流体の反作用による反発力を、段差凹窪の後面に受けることによって、横軸ロータの回転効率が高まる。

本発明の横軸ロータの一実施形態の正面図である。 図１における直立したブレードの拡大正面図である。 図２のブレードの拡大側面図である。 図２のＡ−Ａ線拡大平面図である。 図２のＢ−Ｂ線横断拡大平面図である。 図２のＣ−Ｃ線横断拡大平面図である。 図２のＤ−Ｄ線横断拡大平面図である。 図２のＥ−Ｅ線横断拡大平面図である。 図２のＦ−Ｆ線横断拡大平面図である。 図２のＧ−Ｇ線横断拡大平面図である。 本発明横軸ロータのブレードの実施例２の正面図である。 本発明横軸ロータのブレードの実施例３の正面図である。

本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の横軸ロータの正面図であり、ハブ２の周面に揚力型ブレード３（以下単にブレードという）が３枚、均等間隔で配設されている。この枚数は限定されない。

ブレード３の正面は、図示するように、長さの中間部分から基端方向を基部３Ａとし、先端部が、回転後方向に大きく屈曲された横向傾斜部３Ｂとされている。
基部３Ａと横向傾斜部３Ｂとの境界における部分を、最大弦長部３Ｃとしてある。

最大弦長部３Ｃの幅の中心部を中心点Ｏとし、ロータ軸４の軸心Ｐと弦の中心点Ｏを結ぶ基部中心線Ｓと、弦の中心点Ｏと横向傾斜部３Ｂの翼端３Ｄとを結ぶ横向傾斜部の中心線Ｔとの交差角度は、図１では約130度とされているが、この交差角度は120度〜140度の範囲で設定される。この角度より小角では曲がり過ぎであり、大角では屈曲する意味が薄れる。

すなわち、図１において、普通のブレードの前縁から後縁方向へ通過する流体
は、基部３Ａの幅の中心線Ｓと直行する方向へ通過するが、本発明においては、横向傾斜部３Ｂの中心線Ｔと直行する内側方向へ通過することになり、基部３Ａの後縁３Ｃから通過する流体と合流するため、その反作用は大きく横向傾斜部３Ｂを前縁方向に押す。

直線Ｔが直線Ｓに近ずく角度では、目的に合わなくなり、直線Ｔが直線Ｓから離れ過ぎる角度では、横向傾斜部３Ｂを通過する流体の反作用は、回転方向へブレードを押す力が弱くなる。

またブレード３の側面は、図３に示すように翼根部分は厚く、翼端方向へ次第に薄く、かつ前後対称に形成されている。図４に示す平面図のように、正面３Ｅと背面３Ｆとは、それぞれ回転方向に対して約５度の傾斜角度となっている。
従って、流体が正面３Ｅから当たっても、背面３Ｆから当たっても、このブレード３は回転する。

図５〜図１０までは、図２におけるＢ−Ｂ線〜Ｇ−Ｇ線の横断平面図である。
ブレード３は平面視、前後対称であるが、翼根から翼端方向へ次第に薄くなっているので、正面３Ｅと背面３Ｆそれぞれが、回転方向に対して交差する角度は、例えば図８では約１０度、図１０では約１５度となっている。

これによって、基部３Ａの正面３Ｅあるいは背面３Ｆに当たる流体は、効率の良い回転力をブレード３に与える。ブレード３の回転に伴って、横向傾斜部３Ｂの方向へ移動する流体は、図１における横向傾斜部３Ｂの、前縁３Ｇから後縁３Ｈ方向へ移動し、後縁３Ｈ端からその直交方向へ通過する。

その結果、横向傾斜部３Ｂの後縁３Ｈから後方へ通過する流体は、ブレード３の回転直径の範囲から外方にはみ出すことなく、回転直径の内側で後方向に通過する。その結果、ブレード３の前縁３Ｇに当り、表面に沿って後縁３Ｈ方向へ通過する流体は、コアンダ効果により高速となって通過し、ブレード３は図１におけるＸ矢示方向に反作用を受けて回転効率が高められる。

ブレード３の翼根部分に対して、横向傾斜部３Ｂの厚さは、先端方向へ次第に薄く形成されているので、ブレード３の回転時における抵抗が小で、回転効率に優れている。

またブレード３の正面３Ｅと背面３Ｆは、平面視で対称に形成されているので、この横軸ロータ１を水力発電機に使用するとき、潮の流れが、上げ潮と引き潮のように変化しても、横軸ロータ１の回転速度を変えることなく、連続して回転させることができる。

図１１は、横軸ロータのブレード３の実施例２の正面図である。前例と同じ部材には、同じ符号を付して説明を省略する。
この実施例２のブレード３は、正面３Ｅと背面３Ｆに、それぞれ図示するような、厚さの中心に向かって凹む段差縦条３Ｊが、前縁３Ｇ方向から後縁３Ｈ方向へ段差を付けて形成されている。

ブレード３が回転し、ブレード３の表面に沿って、前縁３Ｇから後縁３Ｈの後方向に通過した流体の反作用が生じた時、その反作用が、段差縦条３Ｊの段差後面３Ｋに当たってこれを押すので、ブレード３の回転効率が高められる。

図１２は、ブレード３の実施例３を示す正面図である。前例と同じ部材には同じ符号を付して説明を省略する。
この実施例３のブレード３は、図示するように、正面３Ｅ及び背面３Ｆに、それぞれ多数の点状の段差凹窪３Ｌが、縦方向及び幅方向に形成されている。

正面３Ｅ及び背面３Ｆの横断面は、図１０に示すように、前縁３Ｇが厚く後縁３Ｈが薄くなっているので、その表面に段差凹窪３Ｌを形成すると、前縁３Ｇのものより、後縁３Ｈ側の段差凹窪３Ｌの方が、厚さの中心に近くなっている。

従って、ブレード３が回転し、ブレード３の表面に沿って後縁３Ｈの後方に通過した流体の反作用が生じた時、その反作用が段差縦条３Ｌの段差後面３Ｍに作用してこれを押すので、ブレード３の回転効率が高められる。
なお、前記段差縦条３Ｊの幅や本数、点状の段差凹窪３Ｌの形状、大きさなどは任意に設定される。

回転効率が高いので、風水力発電機に有効に利用される。

１．横軸ロータ
２．ハブ
３．揚力型ブレード
３Ａ．基部
３Ｂ．横向傾斜部
３Ｃ．最大弦長部
３Ｄ．翼端
３Ｅ．正面
３Ｆ．背面
３Ｇ．前縁
３Ｈ．後縁
３Ｊ．段差縦条
３Ｋ．段差後面
３Ｌ．段差凹窪
３Ｍ．段差後面
４．ロータ軸

Claims (4)

1. ハブの周面に配設された、揚力型ブレードの翼端を上向きとした正面視が、長さ方向の中間を最大弦長部とし、最大弦長部から翼根の方を基部とし、翼端の方を後縁方向に大きく屈曲した横向傾斜部とし、かつブレードの厚さは前後対称で、翼根から翼端へかけて次第に薄くなっていることを特徴とする横軸ロータ。
2. 前記揚力型ブレードの横向傾斜部は、正面視で最大弦長部から翼端へかけて湾曲しつつ、次第に細くなっていることを特徴とする請求項１に記載の横軸ロータ。
3. 前記揚力型ブレードの正面と背面に、複数の段差縦条が、前縁から後縁方向へかけて形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の横軸ロータ。
4. 前記揚力型ブレードの正面と背面に、複数の段差凹窪が、前縁から後縁方向にかけて、かつ翼根から翼端方向にかけて形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の横軸ロータ。
   

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