JP4727277B2

JP4727277B2 - 揚力・抗力複合型垂直軸風車

Info

Publication number: JP4727277B2
Application number: JP2005107087A
Authority: JP
Inventors: 達浩南川; 次郎塚原; 泰庸岸上; 高志目崎
Original assignee: Daiwa House Industry Co Ltd
Current assignee: Daiwa House Industry Co Ltd
Priority date: 2005-04-04
Filing date: 2005-04-04
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2025-04-04
Also published as: JP2006283713A

Description

本発明は、例えばジャイロミルなどの翼形揚力羽根とサボニウスなどの抗力羽根との両方を垂直軸風車の羽根として備えた、揚力・抗力複合型垂直軸風車に関する。

揚力型垂直軸風車の一つとして知られている例えばジャイロミル風車は、高風速域において、風速を越える回転数で回転することができるという利点を有し、風力発電用風車などとして好適に用いることができるが、その一方で、起動性が悪く、低風速時の風車性能もあまり良いとはいえないという問題がある。

この問題点を解決する策の一つとして、ジャイロミル風車に、抗力型垂直軸風車として知られているサボニウス風車の半円筒羽根を組み合わせ、該半円筒羽根を、支軸と翼形揚力羽根との間に配置し、翼形揚力羽根と半円筒羽根とが一体回転するように備えさせて、揚力・抗力複合型垂直軸風車にすることが考えられる。

この複合型垂直軸風車によれば、半円筒羽根がジャイロミルの起動性と低風速時の風車性能を補い、起動性を向上させ、低風速時の風車性能を改善することができる。
意匠登録第１２１７７２２号

しかしながら、発明者らは、更なる緻密な調査と研究を進めていくうち、この揚力・抗力複合型垂直軸風車では、半円筒羽根の風受け凹面が風の方向に対して正対するように備えられているため、風受け凹面において空気のよどみを生じ、このよどみによって半円筒羽根が空気を効率良く受けることができず、それが起動性の更なる向上と低風速での更なる風車性能改善の妨げの一つになっていることを突き止めた。

また、半円筒羽根の風逃がし凸面も風の方向に対して正対するように備えられているため、風逃がし凸面の受けた空気によって、裏面側の風受け凹面の側に大きな負圧域を生じ、この負圧域によって抵抗が大きくなり、そのことも、起動性の更なる向上と低風速での更なる風車性能改善の妨げの一つなっていることを突き止めた。

本発明は、上記のような調査と研究に基づいてなされたもので、起動性の更なる向上と低風速での更なる風車性能改善を実現することができる揚力・抗力複合型垂直軸風車を提供することを課題とする。

上記の課題は、複数の翼形揚力羽根が支軸回りに周方向に間隔的に配置される共に、複数の抗力羽根が支軸回りに周方向に間隔的に配置され、これら羽根が一体回転するようになされており、かつ、
前記抗力羽根は、風受け凹面で受けた空気を、支軸側と反支軸側のいずれか一方に相対的に集中させて流すように備えられていることを特徴とする、揚力・抗力複合型垂直軸風車によって解決される（第１発明）。

この複合型風車では、抗力羽根が、風受け凹面で受けた空気を、支軸側と反支軸側のいずれか一方に相対的に集中させて流すように備えられているので、風受け凹面における空気のよどみが減少し、半円筒羽根が空気を効率良く受けるようになり、起動性の更なる向上と低風速での更なる風車性能改善を実現することができる。

また、上記の課題は、複数の翼形揚力羽根が支軸回りに周方向に間隔的に配置される共に、複数の抗力羽根が支軸回りに周方向に間隔的に配置され、これら羽根が一体回転するようになされており、かつ、
前記抗力羽根は、風逃がし凸面で受けた空気を、支軸側と反支軸側のいずれか一方に相対的に集中させて流すように備えられていることを特徴とする、揚力・抗力複合型垂直軸風車によって解決される（第２発明）。

この複合型風車では、抗力羽根が、風逃がし凸面で受けた空気を、支軸側と反支軸側のいずれか一方に相対的に集中させて流すように備えられているので、風逃がし凸面の受けた空気によって裏面側の風受け凹面の側に生じる負圧域を小さくすることができ、そのため、抵抗を小さくすることができて、起動性の更なる向上と低風速での更なる風車性能改善を実現することができる。

また、この第２発明の複合型風車において、前記抗力羽根が、支軸と各翼形揚力羽根との間に配置され、風逃がし凸面で受けた空気を、支軸との間よりも翼形揚力羽根との間に相対的に集中させて流すように備えられ、かつ、
翼形揚力羽根との間を通じて流される前記空気が、翼形揚力羽根に作用し、翼形揚力羽根の揚力による回転力を大きくするようになされているとよい。

この場合は、抗力羽根が風逃がし凸面で受けた空気を支軸側と反支軸側のいずれか一方に相対的に集中させて流すこととの組み合わせにおいて、抗力羽根を支軸と各翼形揚力羽根との間に配置すること、及び、風逃がし凸面で受けた空気を、支軸との間よりも翼形揚力羽根との間に相対的に集中させて流すようにすることを構成要件として採用したものであるから、上記のように負圧域を小さくして抵抗を小さくすることができることに加え、翼形揚力羽根との間を通じて流される空気を翼形揚力羽根に作用させ、翼形揚力羽根の揚力による回転力を大きくすることができ、起動性の向上と低風速での風車性能改善をより一層効果的に実現することができる。

上記の各発明において、抗力羽根が支軸方向に延びる半円筒状羽根からなる場合は、例えば、パドル型などの半球形の抗力羽根の場合に比べて、起動性の向上と低風速での風車性能改善を効果的に実現することができる。

本発明の揚力・抗力複合型垂直軸風車は、以上のとおりのものであるから、起動性の更なる向上と低風速での更なる風車性能改善を実現することができる。

次に、本発明の実施最良形態を図面に基づいて説明する。

図１に示す実施形態の揚力・抗力複合型垂直軸風車１は、複合風力発電用として用いられるもので、図１及び図２に示すように、支軸２回りに、支軸２から半径線方向外方に離れるようにして、２つの翼形揚力羽根３が周方向に間隔的に配置され、各翼形揚力羽根３…は、高さ方向の中間部２箇所において、支軸２に対してアーム４…で連結されている。

また、支軸２と各翼形揚力羽根３…との間に、抗力羽根としての半円筒状羽根５…が、支軸２、翼形揚力羽根３の両方との間に間隔をおくようにして配置され、各半円筒状羽根５は、上下の端部を上下のアーム４，４に連結されて備えられ、これら半円筒状羽根５…と、翼形揚力羽根３…とは、それらの相対位置関係及び相対的な向き関係を一定にして、支軸２の軸線回りで、一体回転するようになされて、ジャイロミルとサボニウスの複合による揚力・抗力複合型垂直軸風車１を構成している。

そして、半円筒状羽根５は、図３（イ）に示すように、風受け凹面６で受けた空気を、翼形揚力羽根３との間よりも支軸２との間に相対的に集中させて流すように備えられている。また、半円筒状羽根５は、図３（ロ）に示すように、風逃がし凸面７で受けた空気を、支軸２との間よりも翼形揚力羽根３との間に相対的に集中させて流すように備えられ、かつ、本実施形態では、翼形揚力羽根３との間を通じて流される空気が、翼形揚力羽根３に作用し、翼形揚力羽根３の揚力による回転力を大きくするようになされている。

具体的には、半円筒状羽根５が図１に示すような形態のものなどからなっている場合には、円弧方向における反支軸側の端部が、風車の回転方向と反対方向に後退し、その後退の大きさが、支軸２と翼形揚力羽根３とを結ぶ線に対する傾斜角度θでみた場合に、該θが例えば２５〜３５°の範囲となるように設定すれば、上記のような空気の流れを効果的に形成することができる。

上記の複合型風車１では、半円筒状羽根５が、図３（イ）に示すように、風受け凹面６で受けた空気を、翼形揚力羽根３との間よりも支軸２との間に相対的に集中させて流すように備えられているので、風受け凹面６における空気のよどみ８が減少し、半円筒状羽根５が空気を効率良く受けるようになって、起動性の更なる向上と低風速での更なる風車性能改善を実現することができる。

しかも、同半円筒状羽根５は、図３（ロ）に示すように、風逃がし凸面７で受けた空気を、支軸２との間よりも翼形揚力羽根３との間に相対的に集中させて流すように備えられているので、風逃がし凸面７の受けた空気によって裏面側の風受け凹面６の側に生じる負圧域９を小さくすることができ、そのため、受ける抵抗を小さくすることができて、起動性の向上と低風速での風車性能改善をより一層効果的に実現することができる。

加えて、同半円筒状羽根５が、図３（ロ）に示すように、風逃がし凸面７で受けた空気を、支軸２との間よりも翼形揚力羽根３との間に相対的に集中させて流すように備えられていることとの組み合わせにおいて、翼形揚力羽根３との間を通じて流される空気が翼形揚力羽根３に作用し、翼形揚力羽根３の揚力による回転力を大きくするようになされているので、翼形揚力羽根３に風で受けて生じる揚力による回転力のほか、それに加えて半円筒状羽根５の作用によって生じさせられる揚力による回転力も加えられて、起動性の向上と低風速での風車性能改善を更に一層効果的に実現することができる。

以上に、本発明の実施形態を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、発明思想を逸脱しない範囲で各種の変更が可能である。例えば、上記の実施形態では、風受け凹面６で受けた空気を、翼形揚力羽根３との間よりも支軸２との間に相対的に集中させて流し、また、風逃がし凸面７で受けた空気を、支軸２との間よりも翼形揚力羽根３との間に相対的に集中させて流すようにするための具体的手段として、半円筒状羽根５の円弧方向における反支軸側の端部を、風車の回転方向と反対方向に後退させ、その後退の大きさを、支軸２と翼形揚力羽根３とを結ぶ線に対する傾斜角度θでみた場合に、該θが例えば２５〜３５°の範囲となるように設定した場合を示した。しかし、それに限らず、半円筒状羽根の円弧状形状の形態を眉毛形などにしたり、あるいは、同羽根の肉厚寸法を円弧の方向において異ならせることなどによって、上記のような傾斜角度をつけることなく、あるいは、つけて、上記のような空気の流れを形成するようにしてもよい。

また、上記の実施形態では、翼形揚力羽根３と半円筒状羽根５とが２つづつ備えられている場合を示したが、３以上づつ備えられていてもよい。また、第１発明、第２発明では、半円筒状羽根が、風受け凹面で受けた空気を、支軸との間よりも翼形揚力羽根との間に相対的に集中させて流すように備えられていてもよいし、また、風逃がし凸面で受けた空気を、翼形揚力羽根との間よりも支軸との間に相対的に集中させて流すように備えられていてもよい。

また、上記の実施形態では、半円筒状羽根５が、支軸２と翼形揚力羽根３との間に配置されている場合を示したが、第１発明、第２発明では、半円筒状羽根は、翼形揚力羽根を挟んで支軸とは反対の側に備えられていてもよいし、また、翼形揚力羽根の上側あるいは下側、あるいは上下両側に備えられていてもよいし、また、支軸回りにおける半円筒状羽根の数を翼形揚力羽根よりも多くしたり、少なくしたり、同じにしたりして、半円筒状羽根と翼形揚力羽根との支軸回りでの配置関係における位相を支軸回りで異ならせるようにするのもよい。

更に、上記の実施形態では、抗力羽根として半円筒状羽根５を用いた場合を示したが、パドル風車に用いられる半球羽根など各種抗力羽根であってよいし、翼形揚力羽根３についても、ジャイロミル風車に用いられる翼形揚力羽根に限らず、各種翼形揚力羽根が用いられてよい。また、本発明の揚力・抗力複合型垂直軸風車は、発電以外の用途に用いられてももちろんよい。

実施形態の揚力・抗力複合型垂直軸風車を示す概略平面図である。同複合型風車の斜視図である。図（イ）及び図（ロ）はそれぞれ、同複合型風車の作動状態を示す部分平面図である。

符号の説明

１…抗力複合型垂直軸風車
２…支軸
３…翼形揚力羽根
５…半円筒状羽根
６…風受け凹面
７…風逃がし凸面

Claims

複数の翼形揚力羽根が支軸回りに周方向に間隔的に配置される共に、複数の抗力羽根が支軸回りに周方向に間隔的に配置され、これら羽根が一体回転するようになされていて、揚力によって回転しようとする方向と、抗力によって回転しようとする方向とが一致するように設定されており、
前記抗力羽根は、支軸方向に延びる半円筒状羽根からなり、支軸と各翼形揚力羽根との間に、円弧方向における一端側を支軸側に、円弧方向における他端側を反支軸側に位置させるよう配置され、円弧方向における前記反支軸側の端部を、前記支軸側の端部よりも、風車の回転方向と反対方向に後退させた構成とすることによって、風逃がし凸面で受けた空気が、支軸との間よりも翼形揚力羽根との間に相対的に集中させて流されるようになされていると共に、翼形揚力羽根との間を通じて流される前記空気が、翼形揚力羽根に作用して、翼形揚力羽根の揚力による回転力を大きくするようになされていることを特徴とする、揚力・抗力複合型垂直軸風車。