JP2019023454A - 水平軸両端支持型遮風式風車 - Google Patents

Abstract

【課題】翼の大型化可能な効率良き１基で100kw〜30,000kw程度の発電可能な風車の提供【解決手段】水平軸両端支持型遮風式風車が各種の風車と比較して翼が両端支持のため強固に出来て翼の大型化が可能であり邪魔風を遮風しているので他の風杯式やサボニウス式風車と比較して大凡５倍程度は効率が良い事を発見した。そこでこの種の風車で如何に順風及び逆風を有効に利用するかを考え、翼を従来の湾曲状でなく平面状に形成した。更に風車の水平回転軸の軸より下方の四周囲全域に翼に当たる風を遮風する遮風壁を設けて、水平回転軸の軸より上部全域を受風域として開放し、順風及びその斜風を翼の表面で受風し風車を正回転させ、逆風及びその斜風を翼の裏面で受風し風車を逆回転させる様にした。この種の風車では構造を頑丈に出来るため、一基で100kwから30,000kw程度の広範囲な発電出力が期待出来、風力発電に最適なKW当たりの電力が既設のものより安価な電力を提供できる効果がある。【選択図】 図１

Description

本発明は現在まで殆ど未開発の水平軸両端支持型遮風式風車に関し、重要な点は有効風を如何に有利に利用するかであり、その為には妨害風を如何に有効に遮風するかが最大の焦点であり、この目的達成の為に特に総合的に考察された翼と遮風壁の形態とその配置等に関する。

特開２００３−１２０５００発明の名称ー小電力用案内板付垂直型風車図４−１参照 本発明は縦軸式であるが遮蔽式風車の草分けとして尊敬に値する。然し風向きが約３０度も変われば遮風壁が回転に必要な風まで遮蔽して回転を阻害する等の欠点があり、回転軸が片持ちのため形式的に大型化は無理でありこの発明は実用には程遠い設計と思われる。
特開２００９−０４７１４８発電用風車 図４−２参照 本発明は、前記の発明から６年後になされたもので、水平軸両端支持風車においての遮風式風車としては先駆者的存在であり尊敬に値する。然しこの考え方はやはり翼が湾曲しているので風車が一方向回転と言う事を基本方針としていると考えられる。そこでこの基本方針に従がって、遮風壁を考えてみよう。わかりやすくする為に、願書に描かれた図４−２の遮風壁と翼のみを描けば図４−３の様になる。邪魔な回転軸下の順風５０−１及び順斜風５０−２をうまく遮風側壁５３及び５４で夫々遮風していて効率が良い。然し逆風５１−１を考えるとれば遮風壁は図４−４に示した様になり効果は順風の場合と同じであり、この両者を組み合わせれば順風、逆風に対応した遮風壁が出か上がる筈であり図４−５に示した様になる。その鳥瞰図を図４−６に示す。この鳥瞰図では側壁５４及び５５で両側面が遮風されていて側風が全く利用する事が出来無くなり、効率が１／２以下に悪化し風車としては全く失格してしまう事になる。そこでこの側壁５４，５５の一部を除去すれば、逆風の場合に邪魔側風が此処から侵入し翼の回転を阻止する方向に働き具合が悪くなる。ここまではこの道の通常の知識を有する当事者が容易に考えられる事と考えられる。そこで斜風をも上手く利用するには如何にしたら良いか。これから先は当事者がこの特許文献２からは容易に考えられない新規な分野となり、この文献から離れた新たな考えが必要となる新規な分野と考えれる。
以上既成技術に就いて記述したが、この様に水平軸型遮風式風車は未開発の揺籃期であり理論も全く無く、記事も極めて乏しく開発も全く進んでいないのが現状である。
現在発電用に広く使用されている３翼式水平片支持型風車は、台風対策を考慮してか翼の受風面積が小規模に設計されていて出力が弱く日本では最大の島根県出雲市ユーラスホールジング社の新出雲ウィンドファーム内では一機で日本最大の出力３，０００ＫＷ程度であり、この種の風車は受風面積が狭くて発電能力が極めて低い。更に、翼が細長に設計されているにも関わらず強風による翼の座屈による変形、破損が問題になっているし、又台風時にコンクリート製支柱が破損する事例がＴＶで放映されるなど問題が山積しているかに見える。従て、更に受風面積を増やし効率を向上し風力発電、特に現在切望されている大規模風力発電即ち、一機で数万ＫＷ出力に適応する風車に改良する事は望めそうもなく新しい効率良き強力な風車の出現が切望されている。更に説明すれば、新出雲風力発電所では、広大な土地に風車が２６機設置されている。合計で７８，０００ｋｗである。この量を更に大型の一機３０，０００ｋｗ程度の新風力発電装置が出現すれば、設備もわずか３機で済み、広大な土地も必要でなくなり、設備投資も安くなる筈であり、初期投資が安くなり電力料金が安くなる訳である。この様に更に合理的な大型風力発電装置の出現が切望されている。

未開発の揺籃期にあるこの有望な水平軸両端支持型遮風式風車を実用化可能な形態に開発する事である。その最大のキーポイントは風を如何に有効に利用するか、言い変へれば、順風とその反対の逆風及びそれらの各斜風を最も有効に利用する方法はどの様な方法があるか、この目的を達成する翼は如何なる形か、又この翼に当たる有効風を最も有効に翼に当て妨害風を最も有効に遮風する遮風壁は如何なる形態なのか等を総合的に研究考察し、最優良な形の翼と遮風壁を提供する事である。
その結果として効率良き小型風車から巨大風車、即ち一機で１００ＫＷｋ程度から数万ＫＷ程度の発電能力る高効率の水平軸両端支持型遮風式風車を提供する事である。

先に述べた様に既に水平軸両端支持型遮風式風車が他の風車と比較して、翼の受風面積を最大に拡大出来る事が判明したので、本願のキーポイントは、この機種で順風、逆風及び総べての斜風を如何に有効に利用するかであり、熟慮の末、その総合的な有利な解決策として、翼の形状を従来の湾曲型ではなく平面状に構成し翼の表面で順風及び順側風を受風して風車を正回転させ、翼の裏面で逆風及び逆側風を受風して風車を逆回転させる様にした。またこの実現の為には遮風壁を軸の下方か又は上方のどちらか一方の四周に設置するだけで、都合よく邪魔風のみを遮風出来る事が判明した。本願はこの考えの具体策を提供するものである。
以下本願の第一実施例を示す図面により第一実施例を説明する。第１図は鳥瞰図であり、２１は本発明の中心をなす一要素の湾曲状ではなく、平面状に形成した矩形状の翼であり、２２は軸の下方翼の外周全域に配置された本発明の他の中心をなす一要素である遮風壁であり概ね中空の四角柱状に形成する。この平面矩形状の翼と、軸の下方で翼の外周全域に設置した例えば中空の四角柱状の遮風壁がこの発明の中心である。遮風壁はその各面を湾曲状でなく平面状（波形板及び凹凸板を含む）の構造物で並行四辺形状に構成した、又平地並びに山間の傾斜面に設置する場合を問わず、原則として垂直に設置する。２３は加速機、発電機、正逆の自動整流器等を内蔵した箱であり、２４は強風により発生するヒューと言う風の騒音発生を防止する為の翼の尖った角を円弧状に形成したものでありその円弧の直径は１センチメートル以上としたものである。この種の騒音対策は翼のみならず強風に当たる総べての風車の角部を円弧状に形成する。第２図は図１のｅ−ｅ断面側面図であり第３図は図２のｆ−ｆ断面の側面図である。これらの図に於いて、２５は遮風壁下淵と基礎コンクリートの上面との間に設けた空間であり１０センチメートル以上とする。遮風壁の上下方向の長さｈは翼の先端の回転半径ｒの長さの約０，８〜１，５倍にする。又遮風壁が回転軸の下方にある場合は、翼の回転軸の中心線と、遮風壁の上淵面との距離（ｉ）を，翼の先端の回転半径をｒとすればｒの１／１０〜１／４倍となる様に遮風壁の上淵面を回転軸より稍下方に設置し風をより良く翼に当たるようにした。又逆方向の遮風壁が上部に在る場合はこれとは逆に遮風壁の下淵面を回転軸より稍上方に同様の仕様で設置する。２６は基礎コンクリートである。２７は翼の回転軸であり、２８は翼の回転軸を支える支柱であり、２９は翼の回転軸と翼の間に設けた通風口であり、この通風口の半径方向の長さｃは翼の半径ｒの約１／３〜１／２倍にすることに依り風を後方の翼により良く当たる様にした。又翼の形状を矩形状に形成し、翼の縦（ａ）横（ｂ）の長さの比を２対１〜１対２の範囲内に形成するこの範囲内が投資的に一番効率が良い。又翼の枚数は、６枚を基準に±２枚とす。つまり小型風車（翼の先端の回転半径をｒとすれば）ｒ≦３メートルで４枚、３＜ｒ≦６メートルで４〜６枚、ｒ＞６メートルで６〜８枚とする。これが効率良き風車の翼の枚数である。遮風壁の底部の高さを、土台基礎面より１０センチメートル以上高く設置して遮風壁底部と土台基礎上面の間に空間（２５）を設け砂漠地帯での沙埃の堆積を防止し、降雪地帯での雪の堆積を防止し清掃の便をはかるものである。
第５図は本願の第２実施例を示す鳥瞰図であり、遮風壁とピラミッド型に形成したものである。この様に形成すれば、翼の回転軸の下方に当たる風を有効に上方にある翼に誘導出来、効率が約１０〜２０％良く成るものと推定される。この様に遮風壁をピラミッド型に形成出来るのは、本願特有の翼の形状により、順風、逆風を夫々翼の表裏で受風し風車を正逆回転する様にした為に出来る利点である。又台風対策としては翼を覆うシャッターを設置すれば良い。

以上述べた様な水平軸両端支持型遮風式風車では翼の受風面積を他の風車と比較して遥かに広く設定出来、風を有効に活用出来ると共に邪魔風を遮断しているので他の風杯式垂直型風車（風速計等に使用）や、サボニウス式水直軸風車等は曲面翼の風の抵抗差で回転している風車より遥かに強力な回転力を得ることが出来る。これを数式で示せば、風速計等の非遮風型風車の翼の抵抗の大な方を仮に表と呼べば、翼の表の抵抗力をＦｏ，翼の裏の抵抗力をＦｗとすれば、翼の回転力ＦはＦ＝ｒ（Ｆｏ−Ｆｗ）（１）で表される。ｒは平均回転半径、裏の抵抗力は表の抵抗力の大凡４／５程度と思われるのでＦｗ＝４／５Ｆｏと仮定すれば（１）式はＦ＝ｒＦｏ／５となり、遮風式風車では逆風を遮蔽する為Ｆｗ＝０となり回転力Ｆ＝ｒＦｏ（２）のみとなり、非遮風型風車Ｆ＝ｒＦｏ／５（１）と比較すれば、力は約５倍強くなることが解る。即ち効率が他の風車と比較して大凡５倍程度は良く成る事が解る。又翼の面積は３翼水平片支持型風車と比較して、強度的に考えて可なり広く設定出来るものと考えられ、一基で３０，０００ｋｗも夢ではなく現実の可能性に富んだ有望な想定と考えられる。今この事を数式を用いて考えて見よう。
今本願の遮風式風車をＡ、従来の三翼式風車をＢと呼ぶことにする。
今ＡとＢの翼の面積を計算して，その面積に各翼の平均回転半径を掛ければ概略的に１翼の回転力が得られる、これに翼の有効枚数を掛ければ回転軸の回転力がえられる。即ち ａを翼の縦、ｂを翼の横の長さ、ｒを平均回転半径、ｎを翼の有効枚数、回転数を同一とすれば，軸の回転力（トルク）の比はａｂｒｎを比較する事で得られる。ａｂｒｎを計算すれば、
Ａのａｂｒｎは、ａ＝８メートル、ｂ＝１５メートル、ｒ＝８メートル，ｎ＝３（開放域に有効翼が３枚あるとする）とすれば Ａのａｂｒｎ＝８ｘ１５ｘ８ｘ３＝２，８８０
Ｂのａｂｒｎは、 ａ＝１２メートル、ｂ＝１，５メートル、ｒ＝６メートル，ｎ＝３とすれば
Ｂのａｂｒｎは ａｂｒｎ＝１２ｘ１，５ｘ６ｘ３＝３２４ Ａ÷Ｂ＝２８８０÷３２４≒９，０ ∴ Ａ：Ｂ＝９：１となる
即ちＡ一基で大凡Ｂ９基に相当する、出力にしてＡ一基は３，０００ｋｗｘ９＝２７，０００ｋｗとなる。新出雲ウインドファームのＢ２６基は、Ａ３基で十分まかなえる事になる。
更に又他の風車と比較して邪魔風を遮風しているので大凡５倍から９倍程度に効率が良い強力な風車と考えられるので家庭用の小型発電装置にも快適に対応出来風力発電を広く普及させるのに役立ち二酸化炭素の排出を軽減し地球温暖化防止に役立つグリーン効果がある。
尚、請求項６に記載した遮風壁の上淵面を回転軸より稍下方に設置すれば風車の効率が向上する。請求項７に記載した翼の縦（回転軸に直角方向）横（回転軸方向）の長さの比を２対１〜１対２の範囲内に形成すれば一基に就いてのＫＷ当たりの投資額即ち、投資額／ｋｗが上記の範囲内にあり、投資効果が良い。又翼の枚数は小型風車（翼の先端の回転半径をｒとすれば）ｒ≦３メートルで４枚、３＜ｒ≦６メートルで４〜６枚、ｒ＞６メートルで６〜８とすれば風車の効率が良い。

図１は本発明の第一実施例を示す鳥瞰図であり

図５は本発明の遮風壁の第二実施例を示す鳥瞰図でり
説明は［発明を解決するための手段］に記載したので割愛する。

は本発明の一実施例を示す鳥瞰図 は本発明の翼の形状を示す第１図のｅ−ｅ断面側面図 は本発明の翼の形状その他を示す第２図のｆ−ｆ断面側面図 は先行技術文献特開２００３−１２０５００発明の名称ー小電力用案内板付垂直型風車を示す鳥瞰図 は特許文献２特開２００９−０４７１４８発電用風車を示す鳥瞰図 は特許文献２の遮風壁の説明図 は特許文献２の遮風壁の逆風の場合の差風壁の説明図 は特許文献２の順風と逆風に適応する最終合体遮風壁の説明図 は同鳥瞰図 は遮風壁の第２実施例を示すピラミッド型遮風壁を示した鳥瞰図である

未開発の揺籃期にあるこの有望な水平軸両端支持型遮風式風車を実用化可能な形態に開発する事である。その最大のキーポイントは風を如何に有効に利用するか、言い変へれば、順風とその反対の逆風及びそれらの各斜風を最も有効に利用する方法はどの様な方法があるか、この目的を達成する翼は如何なる形か、又この翼に当たる有効風を最も有効に翼に当て妨害風を最も有効に遮風する遮風壁は如何なる形態なのか等を総合的に研究考察し、最優良な形の翼と遮風壁を提供する事である。
その結果として効率良き小型風車から巨大風車、即ち一機で１００ＫＷｋ程度から数万ＫＷ程度の発電能力ある高効率の水平軸両端支持型遮風式風車を提供する事である。

以上述べた様な水平軸両端支持型遮風式風車では翼の受風面積を他の風車と比較して遥かに広く設定出来、風を有効に活用出来ると共に邪魔風を遮断しているので他の風杯式垂直型風車（風速計等に使用）や、サボニウス式水直軸風車等は曲面翼の風の抵抗差で回転している風車より遥かに強力な回転力を得ることが出来る。これを数式で示せば、風速計等の非遮風型風車の翼の抵抗の大な方を仮に表と呼べば、翼の表の抵抗力をＦｏ，翼の裏の抵抗力をＦｗとすれば、翼の回転力ＦはＦ＝ｒ（Ｆｏ−Ｆｗ）（１）で表される。ｒは平均回転半径、裏の抵抗力は表の抵抗力の大凡４／５程度と思われるのでＦｗ＝４／５Ｆｏと仮定すれば（１）式はＦ＝ｒＦｏ／５となり、遮風式風車では逆風を遮蔽する為Ｆｗ＝０となり回転力Ｆ＝ｒＦｏ（２）のみとなり、非遮風型風車Ｆ＝ｒＦｏ／５（１）と比較すれば、力は約５倍強くなることが解る。即ち効率が他の風車と比較して大凡５倍程度は良く成る事が解る。又翼の面積は３翼水平片支持型風車と比較して、強度的に考えて可なり広く設定出来るものと考えられ、一基で３０，０００ｋｗも夢ではなく現実の可能性に富んだ有望な想定と考えられる。今この事を数式を用いて考えて見よう。
今本願の遮風式風車をＡ、従来の三翼式風車をＢと呼ぶことにする。
今ＡとＢの翼の面積を計算して，その面積に各翼の平均回転半径を掛ければ概略的に１翼の回転力の比が得られる、これに翼の有効枚数を掛ければ回転軸の回転力の比がえられる。即ち ａを翼の縦、ｂを翼の横の長さ、ｒを平均回転半径、ｎを翼の有効枚数、回転数を同一とすれば，軸の回転力（トルク）の比はａｂｒｎを比較する事で得られる。ａｂｒｎを計算すれば、
Ａのａｂｒｎは、ａ＝８メートル、ｂ＝１５メートル、ｒ＝８メートル，ｎ＝３（開放域に有効翼が３枚あるとする）とすれば Ａのａｂｒｎ＝８ｘ１５ｘ８ｘ３＝２，８８０
Ｂのａｂｒｎは、 ａ＝１２メートル、ｂ＝１，５メートル、ｒ＝６メートル，ｎ＝３とすれば

即ちＡ一基で大凡Ｂ９基に相当する、出力にしてＡ一基は３，０００ｋｗｘ９＝２７，０００ｋｗとなる。新出雲ウインドファームのＢ２６基は、Ａ３基で十分まかなえる事になる。
更に又他の風車と比較して邪魔風を遮風しているので大凡５倍から９倍程度に効率が良い強力な風車と考えられるので家庭用の小型発電装置にも快適に対応出来風力発電を広く普及させるのに役立ち二酸化炭素の排出を軽減し地球温暖化防止に役立つグリーン効果がある。
尚、請求項６に記載した遮風壁の上淵面を回転軸より稍下方に設置すれば風車の効率が向上する。請求項７に記載した翼の縦（回転軸に直角方向）横（回転軸方向）の長さの比を２対１〜１対２の範囲内に形成すれば一基に就いてのＫＷ当たりの投資額即ち、投資額／ｋｗが上記の範囲内であれば、投資効果が良い。又翼の枚数は小型風車（翼の先端の回転半径

〜８とすれば風車の効率が良い。

本発明は現在まで殆ど未開発の水平軸両端支持型遮風式風車に関し、重要な点は有効風を如何に有利に利用するかであり、その為には妨害風を如何に有効に遮風するかが最大の焦点であり、現在広く使用されている３翼式水平軸片支持風車に代わる物として総合的に考察された遮風壁の形態とその配置等に関する。

特開2003-120500発明の名称ー小電力用案内板付垂直型風車図4-1参照 本発明は縦軸式であるが遮蔽式風車の草分けとして尊敬に値する。然し風向きが約３０度も変われば遮風壁が回転に必要な風まで遮蔽して回転を阻害する等の欠点があり、回転軸が片持ちのため形式的に大型化は無理でありこの発明は実用には程遠い設計と思われる。 特開2009-047148発電用風車 図4-2参照 本発明は、前記の発明から６年後になされたもので、水平軸両端支持風車においての遮風式風車としては先駆者的存在であり尊敬に値する。然しこの考え方はやはり翼が湾曲しているので風車が一方向回転と言う事を基本方針としていると考えられる。そこでこの基本方針に従がって、遮風壁を考えてみよう。わかりやすくする為に、願書に描かれた図4-2の遮風壁と翼のみを描けば図4-3の様になる。邪魔な回転軸下の順風50-1及び順斜風50-2をうまく遮風側壁53及び54で夫々遮風していて効率が良い。然し逆風51-1を考えるとすれば遮風壁は図4-4に示した様になり効果は順風の場合と同じであり、この両者を組み合わせれば順風、逆風に対応した遮風壁が出か上がる筈であり図4-5に示した様になる。その鳥瞰図を図4-6に示す。この鳥瞰図では側壁54及び55で両側面が遮風されていて側風が全く利用する事が出来無くなり、効率が1/2以下に悪化し風車としては全く失格してしまう事になる。そこでこの側壁54,55の一部を除去すれば、逆風の場合に邪魔側風が此処から侵入し翼の回転を阻止する方向に働き具合が悪くなる。ここまではこの道の通常の知識を有する当事者が容易に考えられる事と考えられる。そこで斜風をも上手く利用するには如何にしたら良いか。これから先は当事者がこの特許文献２からは容易に考えられない新規な分野となり、この文献から離れた新たな考えが必要となる新規な分野と考えられる。 以上既成技術に就いて記述したが、この様に水平軸型遮風式風車は未開発の揺籃期であり理論も全く無く、記事も極めて乏しく開発も全く進んでいないのが現状である。現在発電用に広く使用されている３翼式水平片支持型風車は、台風対策を考慮してか翼の受風面積が小規模に設計されていて出力が弱く日本では最大の島根県出雲市ユーラスホールジング社の新出雲ウィンドファーム内では一機で日本最大の出力3,000KW程度であり、この種の風車は受風面積が狭くて発電能力が極めて低い。更に、翼が細長に設計されているにも関わらず強風による翼の座屈による変形、破損が問題になっているし、又台風時にコンクリート製支柱が破損する事例がTVで放映されるなど問題が山積しているかに見える。従って、更に受風面積を増やし効率を向上し風力発電、特に現在切望されている大規模風力発電即ち、一機で数万KW出力に適応する風車に改良する事は望めそうもなく新しい効率良き強力な風車の出現が切望されている。更に説明すれば、新出雲風力発電所では、広大な土地に風車が26機設置されている。合計で78,000kwである。この量を更に大型の一機30,000kw程度の新風力発電装置が出現すれば、設備もわずか3機で済み、広大な土地も必要でなくなり、KW当たりの設備投資も安くなる筈であり、初期投資が安くなりKW当たりの供給電力料金が安くなる訳である。この様に更に合理的な大型風力発電装置の出現が切望されている。

未開発の揺籃期にあるこの有望な水平軸両端支持型遮風式風車を実用化可能な形態に開発する事である。更に詳述すれば現在広く使用されている３翼式水平軸片支持風車より効率良く、即ちKW当たりの設備投資を安価にし供給電力費のKW当たりの電力供給費を安価に提供出来る様にし、且つ大型化が可能な風車を提供する事にある。その最大のキーポイントは風を如何に有効に利用するか、言い変へれば、順風とその反対の逆風及び発電効果を上げるには絶対に欠かせない極めて重要なそれらの各斜風を最も有効に利用する方法はどの様な方法があるか、又如何に設備投資を安価にするか、この２つの目的を達成する為に翼は如何なる形か、又この翼に当たる有効風を最も有効に翼に当て妨害風を最も有効に遮風する遮風壁は如何なる形態なのか又設備投資を如何に安価にするか等を総合的に研究考察し、最優良な形の翼と遮風壁を提供する事である。
その結果として効率良き小型風車から巨大風車、即ち一機で100KWk程度から数万KW程度の発電能力を有する高効率即ち既存の３翼式水平軸片支持風力発電より電気代の安価な水平軸両端支持型遮風式風車を提供する事である。

先に述べた様に既に水平軸両端支持型遮風式風車が他の風車と比較して、翼の受風面積を最大に拡大出来る事が熟慮の末判明したので、本願の更なるキーポイントは、この機種で順風、逆風及び総べての斜風を如何に有効に利用するかであり、熟慮の末、その総合的な有利な解決策として、翼の形状を平面状に構成し翼の表面で順風及び順斜風を受風して風車を正回転させ、翼の裏面で逆風及び逆斜風を受風して風車を逆回転させる様にした。またこの実現の為には遮風壁を軸の下方の四周に設置するだけで、都合よく有効風を有効に、特に従来余り考慮されていない極めて重量な斜風をも有効に活用し、邪魔風のみを見事に遮風出来且つこの種の遮風壁が最安値に建設出来る事を発見した。本願はこの考えの具体策を提供するものである。
以下本願の第一実施例を示す図面により第一実施例を説明する。第１図は鳥瞰図であり、21は湾曲状ではなく、平面状に形成した矩形状の翼であり、22は軸の下方翼の外周全域に配置された本発明の中心をなす遮風壁であり概ね中空の四角柱状に形成する。この軸の下方で翼の外周全域に設置した中空の四角柱状の遮風壁がこの発明の中心である。遮風壁はその各面を湾曲状でなく平面状（波形板及び凹凸板を含む）の構造物で構成した、又平地並びに山間の傾斜面に設置する場合を問わず、原則として垂直に設置する。23は加速機、発電機、正逆の自動整流器等を内蔵した箱であり、24は強風により発生するヒューと言う風の騒音発生を防止する為の翼の尖った角を円弧状に形成したものでありその円弧の直径は1センチメートル以上としたものである。この種の騒音対策は翼のみならず強風に当たる総べての風車の角部を円弧状に形成する。第2図は図1のe-e断面側面図であり第３図は図2のf-f断面の側面図である。これらの図に於いて、25は遮風壁下淵と基礎コンクリートの上面との間に設けた空間であり10センチメートル以上とする。遮風壁の上下方向の長さｈは翼の先端の回転半径ｒの長さの約0,8〜1,5倍にする。又翼の回転軸の中心線と、遮風壁の上淵面との垂直距離(i)を,翼の先端の回転半径をｒとすればrの1/10〜1/4倍となる様に遮風壁の上淵面を回転軸より稍下方に設置し風をより良く翼に当たるようにした。26は基礎コンクリートである。27は翼の回転軸であり、28は翼の回転軸を支える支柱であり、29は翼の回転軸と翼の間に設けた通風口であり、この通風口の半径方向の長さcは翼の半径rの約1/3〜1/2倍にすることに依り風を後方の翼により良く当たる様にし、且つ翼のメンテナンスを容易にした。又翼の形状を矩形状に形成し、翼の縦（a）横（b)の長さの比を1,5対1〜１対２の範囲内に形成するこの範囲内が投資的に一番効率が良い。又翼の枚数は、６枚を基準に±２枚とする。つまり小型風車（翼の先端の回転半径をｒとすれば）ｒ≦3メートルで４枚、3＜r≦６メートルで４〜６枚、ｒ＞6メートルで６〜８枚とする。これが効率良き風車の翼の枚数である。遮風壁の底部の高さを、土台基礎面より10センチメートル以上高く設置して遮風壁底部と土台基礎上面の間に空間（25）を設け砂漠地帯での沙埃の堆積を防止し、降雪地帯での雪の堆積を防止し清掃の便をはかるものである。
第５図は本願の第２実施例を示す鳥瞰図であり、遮風壁をピラミッド型に形成したものである。この様に形成すれば、翼の回転軸の下方に当たる風を側風を含めて有効に上方にある翼に誘導出来、効率が約10〜20％良く成るものと推定される。又台風対策としては翼を覆うシャッターを設置すれば良い。

以上述べた様な水平軸両端支持型遮風式風車では翼の受風面積を他の風車と比較して特に現在広く使用されている３翼式水平軸片支持風車より遥かに広く設定出来、風を有効に活用出来ると共に邪魔風を遮断しているので他の風杯式垂直型風車（風速計等に使用）や、サボニウス式水直軸風車等は曲面翼の風の抵抗差で回転している風車より遥かに強力な回転力を得ることが出来る。これを数式で示せば、風速計等の非遮風型風車の翼の抵抗の大な方を仮に表と呼べば、翼の表の抵抗力をＦo, 翼の裏の抵抗力をＦｗとすれば、翼の回転力ＦはＦ＝r（Ｆｏ−Ｆｗ)（1)で表される。rは平均回転半径、裏の抵抗力は表の抵抗力の大凡4/5程度と思われるのでFw=4/5Foと仮定すれば(1)式はＦ＝rFo/5 となり、遮風式風車では逆風を遮蔽する為Ｆw＝０となり回転力 Ｆ＝rFo (2)のみとなり、非遮風型風車F=rFo/5(1)と比較すれば、力は約５倍強くなることが解る。即ち効率が他の風車と比較して大凡５倍程度は良く成る事が解る。又翼の面積は３翼水平片支持型風車と比較して、強度的に考えて可なり広く設定出来るものと考えられ、一基で30,000kwも夢ではなく又本願の最大の目的である既存の現在広く使用されている３翼式水平軸片支持風車よりKW当たりの出力電気代が安価に供給出来る実現の可能性に富んだ有望な考案と考えられる。今この事を数式を用いて考えて見よう。
今本願の遮風式風車をＡ、従来の三翼式風車をＢと呼ぶことにする。
今ＡとＢの翼の面積を計算して,風力Fを同じとすればその面積に各翼の平均回転半径とFを掛ければ概略的に１翼の回転力が得られる、これに翼の有効枚数を掛ければ回転軸の回転力がえられる。即ち aを翼の縦、bを翼の横の長さ、rを平均回転半径、nを翼の有効枚数、回転数を同一、F=1とすれば,軸の回転力（トルク）の比はabrnを比較する事で得られる。abrnを計算すれば、
Aのabrnは、a=8メートル、b=15メートル、r=８メートル,n=3(開放域に有効翼が３枚あるとする）とすれば Ａのabrn=8x15x8x3=2,880
Ｂのabrn は、 a=12メートル、b=1,5メートル、r=6メートル,n=3とすれば
Ｂのabrn は abrn=12x1,5x6x3=324 A÷B=2880÷324≒9,0 ∴ A：B=9：1 となる
即ちＡ１基で大凡Ｂ９基に相当する、出力にしてＡ１基は3,000kwx9=27,000kwとなるので、新出雲ウインドファームのＢ２６基は、Ａ３基で十分まかなえる事になる。又本案Ａ１基の建設費はＢ９基の建設費より遥かに安価に出来ると考えられ電力費が既存Ｂの３翼風力発電機よりかなり安価に供給出来ると考えられる。
更に又他の風車と比較して邪魔風を遮風しているので効率が良い強力な風車と考えられるので家庭用の小型発電装置にも快適に対応出来風力発電を広く普及させるのに役立ち二酸化炭素の排出を軽減し地球温暖化防止に役立つグリーン効果がある。
尚、請求項５に記載した遮風壁の上淵面を回転軸より稍下方に設置すれば風車の効率が向上する。又翼の枚数は小型風車（翼の先端の回転半径をｒとすれば）ｒ≦3メートルで４枚、3＜r≦６メートルで４〜６枚、ｒ＜6メートルで６〜８とすれば風車の効率が良い。

図１は本発明の第一実施例を示す鳥瞰図であり、説明は[発明を解決するための手段][０００５]に記載したので割愛する。

図５は本発明の遮風壁の第二実施例を示す鳥瞰図である。

は本発明の一実施例を示す鳥瞰図 は本発明の翼の形状を示す第１図のe-e断面側面図 は本発明の翼の形状その他を示す第2図のf-f断面側面図 は先行技術文献特開2003-120500発明の名称ー小電力用案内板付垂直型風車を示す鳥瞰図 は特許文献2特開2009-047148発電用風車を示す鳥瞰図 は特許文献2の遮風壁の説明図 は特許文献2の遮風壁の逆風の場合の差風壁の説明図 は特許文献2の順風と逆風に適応する最終合体遮風壁の説明図 は同鳥瞰図 は遮風壁の第2実施例を示すピラミッド型遮風壁を示した鳥瞰図である

Claims (11)

1. 翼の形状は従来の湾曲状でなく波型平面板、凹凸付平面板等を含む平面状に形成し、順風及び順斜風を翼の表面で受風し風車を正回転させ、逆風及び逆斜風を翼の裏面で受風し風車を逆回転させる様にした事を特徴とする水平軸両端支持型遮風式風車
2. 風車の水平回転軸の軸より下方の四周囲全域に遮風壁を設けて、水平回転軸の軸より上部全域を受風域として開放した事を特徴とする第１項水平軸両端支持型遮風式風車
3. 請求項２とは逆に風車の水平回転軸の軸より上方の四周囲全域に遮風壁を設け、風車の水平回転軸の軸より下方の四周囲全域を受風域として開放した事を特徴とする第１項記載の水平軸両端支持型遮風式風車
4. 遮風壁の形状はその主体を中空の四角柱状に形成しその各面を湾曲状でなく概ね平面状（波形板及び凹凸板を含む）の構造物で並行四辺形状に構成した事を特徴とする第２項及び第３項記載の水平軸両端支持型遮風式風車
5. 中空の四角柱状の遮風壁を平地並びに山間の傾斜面に設置する場合を問わず、常に垂直に設置する事を特徴とする第２項、第３項及び第４項記載の水平軸両端支持型遮風式風車
6. 遮風壁が回転軸の下方にある場合は、翼の回転軸の中心線と、遮風壁の上淵面との距離ｉを，翼の先端の回転半径をｒの長さの約 １／１０〜１／４となる様に遮風壁の上淵面を回転軸より稍下方に設置し、又請求項３に記載した逆方向の遮風壁の場合はこれとは逆に遮風壁の下淵面を回転軸より稍上方に同様の仕様で設置した事を特徴とする第２項、第３項、第４項及び第５項記載の水平軸両端支持型遮風式風車
7. 翼の形状を矩形状に形成し、翼の縦（回転軸に直角方向）横（回転軸方向）の長さの比を２対１〜１対２の範囲内に形成した事を特徴とする第１項記載の水平軸両端支持型遮風式風車
8. 翼の枚数は、６枚を基準に±２枚とす。つまり小型風車（翼の先端の回転半径をｒとすれば）ｒ≦３メートルで４枚、３＜ｒ≦６メートルで４〜６枚、ｒ＞６メートルで６〜８とした事を特徴とする第１項及び第７項記載の水平軸両端支持型遮風式風車
9. 遮風壁を翼の回転軸より下方に設置する場合、遮風壁の底部の高さを、土台基礎面より１０センチメートル以上高く設置して遮風壁底部と土台基礎上面の間に空間（２５）を設けた事を特徴とする第２項、第４項、第５項及び第６項記載の水平軸両端支持型遮風式風車
10. 騒音防止対策として、強風に当たる施設の突起部総べての部分を角を削り取って円弧状に作成し、その円弧状の直径を１センチメートル以上にした事を特徴とする第１項、第二項、第三項、第４項、第５項、第６項、第７項、第８項及び第９項記載の水平軸両端支持型遮風式風車
    突起部とは四角柱の角をも含むもので、四角柱は角を削り取り角を丸く形成しその丸さの円の直径を１センチメートル以上にした四角柱に形成する事を言う。
11. 遮風壁を翼の回転軸より下方に設定する場合、遮風壁を垂直型でなく。ピラミッド型に形成することを特徴とする。第２項記載の水平軸両端支持型遮風式風車

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