JP2024022988A - 集風型風車 - Google Patents

Abstract

【課題】風車を風向きに対向誘導するための装置を必ずしも必要とせずに風の正逆の風流を有効に利用して羽根車の回転効率を向上せしめて発電電力を高めた集風型風車を提供する。【解決手段】風の正逆の風流でも一方向に回転する羽根車と、風胴体とからなり、前記羽根車は風胴体の内部に設置されており、前記風胴体を、その断面積が一方の風出入口から羽根車の設置された位置までの間で直線的または曲線的に縮小するように形成された一方風胴部材と、その縮小した断面積が、前記羽根車の設置された位置から他方の風出入口までの間で直線的若しくは曲線的に拡大するように形成された他方風胴部材とで構成された集風型風車。【選択図】 図１

Description

本発明は風の正逆の流れを有効にとらえて羽根車の回転効率を向上せしめて発電電力を高めた集風型風車に関する。

近年、地球温暖化防止が叫ばれて、新しいクリーンエネルギーの開発が急務となっている。該クリーンエネルギーの一つとして注目されているのがＣＯ_２を排出しない風力発電システムである。しかしながら、風力発電は現状では石油代替えエネルギーとしての位置は低い。風力エネルギーを有効に捕捉する手段の開発が望まれている。

現状の風力発電システムは揚力型のプロペラ式風車が主流となっている。このプロペラ式風車の場合は長大なブレード（プロペラ翼）を必要とするとともに、そのエネルギー効率は４０％前後であり、風力エネルギーの４０％前後を捕捉しているのが現状である。ちなみに理論的最高効率は５９．３％（ベッツの法則）である。

出願人らは、プロペラ式風車に変えて二重構造の風胴体からなる集風型風車の発明を提案している。該集風型風車は、風車と、内側風胴体と、内側風胴体の外側に設けた外側風胴体とを有し、風車は、内側風胴体の内部に設置されており、内側風胴体は、その断面積が風の流れ方向に沿って縮小し、次いで流出口に向かって拡大するか又は同じ断面積を保持するように形成されている風胴部材で構成されており、また、外側風胴体は、その断面積が風の流れ方向に沿って縮小し、次いで縮小した断面積が流出口に向かって拡大するか又は同じ断面積を保持するように形成されている風胴部材で構成されたことを特徴とする（特許文献１）。

さらに、出願人らは、風胴体の風の取入れ口の横断面を、円形状ではなく、楕円形・多角形等の非円形状にして、横に広げた扁平形にすることを提案している。この提案によれば、風車が設置される部分の風胴体の横断面積が、縦の長さよりも横の長さの方が大きい扁平な横断面の風胴体で構成されているので、風車の側面の両側に、場合によっては風車の上面・下面にも、風がそのまま吹き抜ける隙間ができ、該隙間を吹き抜けた高速の風流が風車背面の速度が低下した風流を叩き出し、風車の速度エネルギーを回復させることができるものである（特許文献２）。

さらには、それぞれ縦の長さよりも横の長さの方が大きい扁平な断面積からなる前方風胴体と、同風車が内部の中心に設置されている中間風胴体と、同後方風胴体とから一体的に構成されてなり、前記前方風胴体は、風流入口から前記中間風胴体との接続部分までの間で縮小するように構成され、前記中間風胴体は、前
記前方風胴体の縮小した横断面積が、前記後方風胴体との接続部分までの間で拡大するか又は同じ横断面積を保持するように構成されており、そして前記後方風胴部体は、縦の長さよりも横の長さの方が大きい扁平な横断面を持つ風流出口を有し、かつその横断面積が前記中間風胴体との接続部分から前記風流出口までの間で拡大するように構成され、前記風車の周囲である側面の両側又は側面の両側と上下両側との両方に風が吹き抜ける隙間を設けた集風型風車を提案している（特許文献３）。

上記の各提案によれば、前記隙間を吹き抜ける風により風車背面の風速が上げられて風車の回転効率を向上せしめて発電電力を高めることができる。

しかしながら、前記提案は、風胴体に受け入れて利用される風は一方向のみであり、羽根車の回転効率を向上させるためには風車を風向きに対向誘導するための装置などを設ける必要があった。

特開２０１１－１４０８８７号公報 特許第６０３３８７０号公報 特許第６１１０４５５号公報

本発明は、前記の問題点を解決することにあり、正逆の風流を有効に利用して羽根車の回転効率を向上せしめて発電電力を高めた集風型風車を提供することを目的とする。また、羽根車を風向きに対向誘導するための装置を必ずしも必要としない集風型風車を提供することを目的とする。

本発明は、風の正逆の風流でも一方向に回転する羽根車と、風胴体とからなり、前記羽根車は風胴体の内部に設置されており、前記風胴体は、その断面積が一方の風出入口から前記羽根車の設置された位置までの間で直線的又は曲線的に縮小するように形成された一方風胴部材と、その縮小した断面積が、前記羽根車の設置された位置から他方の風出入口までの間で直線的若しくは曲線的に拡大するように形成された他方風胴部材とで構成されたことを特徴とする（請求項１）。

本発明によれば、風胴体の一方の風出入口からの風に対しても、他方の風出入口からの風に対しても羽根車が一方向（同方向）に回転させられる。すなわち、風向きが変更した場合にも回転軸が同方向に回転し発電機が駆動させられて発電機能を発揮する。

したがって、例えば、昼と夜、季節の風向などに合わせて設置することにより風向の変更に関わらず羽根車が回転させられて風車として機能する。すなわち、羽根車を風向きに対向誘導するための装置を必ずしも必要としない。

さらに、風胴体を、その断面積が一方の風出入口から羽根車の設置された位置までの間で直線的又は曲線的に縮小するように形成された一方風胴部材と、その縮小した断面積が、羽根車の設置された位置から他方の風出入口までの間で直線的若しくは曲線的に拡大するように形成された他方風胴部材で構成したことにより、風向きの変更に関わらず羽根車への風速が高められて羽根車の回転が向上させられるものである。

本発明の実施の一形態は、風の正逆の風流でも一方向に回転する羽根車と、風胴体とからなり、前記羽根車は風胴体の内部に設置されており、前記風胴体は断面積が縦の長さよりも横の長さの方が大きい扁平な横断面に構成され、一方の風出入口から前記羽根車の設置された位置までの間で直線的又は曲線的に縮小するように形成された一方風胴部材と、その縮小した断面積が、前記羽根車の設置された位置から他方の風出入口までの間で直線的若しくは曲線的に拡大するように形成された他方風胴部材で構成され、羽根車の周囲である側面の両側又は側面の両側と上下両側との両方に風が吹き抜ける隙間が形成されたことを特徴とする（請求項２）。

この実施の一形態によれば、羽根車の側面の両側に、場合によっては羽根車の上面・下面にも、風がそのまま吹き抜ける隙間ができ、該隙間を吹き抜けた高速の風流が羽根車背面の速度が低下した風流を叩き出し、羽根車の速度エネルギーを回復させて発電電力を高めることができる。
本発明の実施の一形態は、水力の利用が可能であることを特徴とする（請求項３）。前記は風力の利用について述べたが本発明の集風型風車はそのまま水力の利用が可能であり、水力加速型水車（水力発電機）として機能させることができる。

本発明によれば、風の正逆の風流を有効に利用して羽根車の回転効率を向上せしめて発電電力を高めることができる。さらに、羽根車を風向きに対向誘導するための装置を必ずしも必要としない効果を得ることができる。

本発明の集風型風車の概念図である。 風の正逆の風流を一方向の回転に変える羽根車の斜視図である。 他の実施の一形態の集風型風車の概念図である。

以下に図面に基づいて本発明の実施の一形態を説明する。

図１は本発明の集風型風車の概念図、図２は風の正逆の風流を一方向の回転に変える羽根車の斜視図である。

図中、１は羽根車であり、２は風胴体である。前記羽根車１は前記風胴体２の内部に設置されている。前記羽根車１は回転軸３とその周囲に形成された適数の羽根４を有する。さらに、適数の羽根４は風の正逆の風流を一方向の回転に変えるように設計されている。一例を挙げればウエールズタービンである。なお、図中、５は前記回転軸３に連係させられた発電機である。

前記風胴体２は、その断面積が一方の風出入口６から前記羽根車１の設置された位置までの間で直線的又は曲線的に縮小するように形成された一方風胴部材７と、その縮小した断面積が、前記羽根車１の設置された位置から他方の風出入口８までの間で直線的若しくは曲線的に拡大するように形成された他方風胴部材９とで構成されている。

すなわち、風胴体２を形成する一方風胴部材７は一方の風出入口６から羽根車１の設置された位置までの間で直線的若しくは曲線的に縮小するように形成され、該縮小した位置から他方の風出入口８までの間で直線的若しくは曲線的に拡大するように形成された他方風胴部材９によって風向きの変更に関わらず風速を向上させて羽根車１の回転効率を上げる構成になっている。

図３は他の実施の一形態を示す集風型風車の概念図である。なお、前記発明と同一部分には同一符号を付している。

図中、１は羽根車、２は風胴体である。前記羽根車１は前記風胴体２の内部の中心に設置されている。前記羽根車１は周囲に適数の羽根４を有し、該適数の羽根４は風の正逆の風流を一方向の回転を変えるように設計されている。

前記風胴体２は、全体の断面積が縦の長さよりも横の長さの方が大きい扁平な横断面に構成され、一方の風出入口６から前記羽根車１の設置された位置までの間で直線的又は曲線的に縮小するように形成された一方風胴部材７と、その縮小した断面積が、前記羽根車１の設置された位置から他方の風出入口８までの間で直線的若しくは曲線的に拡大するように形成された他方風胴部材９とで構成されている。

図中、１０は前記一方風胴部材７と前記他方風胴部材９間に設けた中間風胴部材であり、該中間風胴部材１０の中心に前記羽根車１を設置している。この構成により、羽根車１の周囲である側面の両側又は側面の両側と上下両側との両方に風が吹き抜ける隙間Ｓが形成される。

したがって、羽根車１の側面の両側に、場合によっては羽根車１の上面・下面にも、風がそのまま吹き抜ける隙間Ｓができ、吹き抜けた高速の風流が羽根車１背面の速度が低下した風流を叩き出し、羽根車１の速度エネルギーを回復させるものである。

本発明では、前記羽根車１は風の正逆の風流でも一方向に回転する構成であり、したがって、前記一方の風出入口６からの風に対しても、前記他方の風出入口８からの風に対しても羽根車１は一方向（同方向）に回転させられる。すなわち、風向きが変わっても回転軸３及び発電機５が一方向（同方向）に駆動させられて発電機能を発揮する。したがって、羽根車を風向きに対向移動させる装置を必ずしも必要としない。

産業上の利用範囲

本発明によれば、羽根車を風向きに対向移動させるための装置を必ずしも必要とせずに風の往復流を有効に利用して羽根車の回転効率を向上せしめて発電電力を高めることができ風力発電分野の利用範囲は大である。

１ 羽根車
２ 風胴体
３ 回転軸
４ 羽根
５ 発電機
６ 一方の風出入口
７ 一方風胴部材
８ 他方の風出入口
９ 他方風胴部材
１０ 中間風胴部材

本発明は、前記問題点を解決することにあり正逆の風流及び羽根車の周囲を吹き抜ける高速の風流を有効に利用して羽根車の回転効率を向上せしめて発電電力を高めた集風型風車を提供することを目的とする。また、羽根車を風向きに対向誘導するための装置を必ずしも必要としない集風型風車を提供することを目的とする。

本発明は、風の正逆の風流でも一方向に回転する羽根車と、風胴体とからなり、前記羽根車は風胴体の内部の中心に設置されており、前記風胴体は、断面形状が長方形状で、いずれもその断面が縦の長さよりも横の長さの方が大きい扁平な横断面に構成され、一方の風出入口から前記羽根車の設置された位置までの間で直線的又は曲線的に縮小するように形成された一方風胴部材と、その縮小した断面が、前記羽根車の設置された位置から他方の風出入口までの間で直線的若しくは曲線的に拡大するように形成された他方風胴部材で構成され、羽根車の周囲である風胴体の側面と風胴体の上下両面又はその両方に風が吹き抜ける隙間が形成されたことを特徴とする（請求項１）。

さらに、風胴体を、断面形状が長方形状で、いずれもその断面が縦の長さよりも横の長さの方が大きい扁平な横断面に構成され、一方の風出入口から羽根車の設置された位置までの間で直線的又は曲線的に縮小するように形成された一方風胴部材と、その縮小した断面が、前記羽根車の設置された位置から他方の風出入口までの間で直線的若しくは曲線的に拡大するように形成された他方風胴部材で構成したことにより風向きの変更に関わらず羽根車への風速が高められて羽根車の回転が向上させられるものである。

本発明によれば、風胴体は断面形状が長方形状で、羽根車の周囲である風胴体の側面と風胴体の上下両面又は又はその両方に風がそのまま吹き抜ける隙間ができ、該隙間を吹き抜けた高速の風流が羽根車背面の速度が低下した風流を叩き出し、羽根車の速度エネルギーを回復させて発電電力を高めることができる。
本発明の実施の一形態は、水力の利用が可能であることを特徴とする（請求項２）。前記は風力の利用について述べたが本発明の集風型風車はそのまま水力の利用が可能であり、水力加速型水車（水力発電機）として機能させることができる。

本発明によれば、風の正逆の風流及び羽根車の周囲を吹き抜ける高速の の風流を有効に利用して羽根車の回転効率を向上せしめて発電電力を高めることができる。さらに、羽根車を風向きに対向誘導するための装置を必ずしも必要としない効果を得ることができる。

本発明を実施する集風型風車の概念図である。 風の正逆風流を一方向の回転に変える羽根車の斜視図である。 本発明の集風型風車の概念図である。

図１は本発明を実施する集風型風車の概念図、図２は風の正逆の風流を一方向の回転に変える羽根車の斜視図である。

前記風胴体２は、その断面が一方の風出入口６から前記羽根車１の設置された位置までの間で直線的又は曲線的に縮小するように形成された一方風胴部材７と、その縮小した断面が、前記羽根車１の設置された位置から他方の風出入口８までの間で直線的若しくは曲線的に拡大するように形成された他方風胴部材９とで構成されている。

図３は本発明の集風型風車の概念図である。なお、前記図面１及び２と同一部部分には同一符号を付している。

前記風胴体２は、断面形状が長方形状で、全体の断面が縦の長さよりも横の長さの方が大きい扁平な横断面に構成され、一方の風出入口６から前記羽根車１の設置された位置までの間で直線的又は曲線的に縮小するように形成された一方風胴部材７と、その縮小した断面が、前記羽根車１の設置された位置から他方の風出入口８までの間で直線的若しくは曲線的に拡大するように形成された他方風胴部材９とで構成されている。

図中、１０は前記一方風胴部材７と前記他方風胴部材９間に設けた中間風
胴部材であり、該中間風胴部材１０の中心に前記羽根車１を設置している。この構成により、羽根車１の周囲である風胴体２の側面と風胴体２の上下両面又はその両方に風が吹き抜ける隙間Ｓが形成される。

したがって、風胴体２は断面形状が長方形状で、羽根車１の周囲である風胴体２の側面と風胴体２の上下両面又はその両方に風がそのまま吹き抜ける隙間Sができ、吹き抜けた高速の風流が羽根車１背面の速度が低下した風流を叩き出し、羽根車１の速度エネルギーを回復させるものである。

本発明では、前記羽根車１は風の正逆の風流でも一方向に回転する構成であり、したがって、前記一方の風出入口６からの風に対しても、前記他方の風出入口８からの風に対しても羽根車１は一方向に回転させられる。すなわち、風向きが変わっても回転軸３及び発電機５が一方向（同方向）に駆動させられて発電機能を発揮する。したがって、羽根車１を風向きに対向移動させる装置を必ずしも必要としない。さらに、羽根車１の周囲を吹き抜ける高速の風流を有効に利用して羽根車１の回転効率を向上せしめて発電電力を高めることができる。

Claims (3)

1. 風の正逆の風流でも一方向に回転する羽根車と、風胴体とからなり、前記羽根車は風胴体の内部に設置されており、前記風胴体は、その断面積が一方の風出入口から前記羽根車の設置された位置までの間で直線的又は曲線的に縮小するように形成された一方風胴部材と、その縮小した断面積が、前記羽根車の設置された位置から他方の風出入口までの間で直線的若しくは曲線的に拡大するように形成された他方風胴部材とで構成されたことを特徴とする集風型風車。
2. 風の正逆の風流でも一方向に回転する羽根車と、風胴体とからなり、前記羽根車は風胴体の内部の中心に設置されており、前記風胴体は、いずれも断面積が縦の長さよりも横の長さの方が大きい扁平な横断面に構成され、一方の風出入口から前記羽根車の設置された位置までの間で直線的又は曲線的に縮小するように形成された一方風胴部材と、その縮小した断面積が、前記羽根車の設置された位置から他方の風出入口までの間で直線的若しくは曲線的に拡大するように形成された他方風胴部材で構成され、羽根車の周囲である側面の両側又は側面の両側と上下両側との両方に風が吹き抜ける隙間が形成されたことを特徴とする集風型風車。
3. 水力の利用が可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の集風型風車。

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