JP6061611B2

JP6061611B2 - 垂直軸形風車

Info

Publication number: JP6061611B2
Application number: JP2012231444A
Authority: JP
Inventors: 徹前橋
Original assignee: 前橋工業株式会社
Priority date: 2012-10-19
Filing date: 2012-10-19
Publication date: 2017-01-18
Anticipated expiration: 2032-10-19
Also published as: JP2014084718A

Description

この発明は、垂直軸形風車、すなわち駆動軸が地面に対して垂直に立てられる風車に属する。

風車は、形態上、駆動軸の方向により水平軸形と垂直軸形に大別される。水平軸形は、回転翼の回転面が風向きに垂直であるから、風向きの変わりやすい我が国の山間部に設置する場合は風向きに応じて風車を方向変換させる機構を具備する必要がある。従って、非効率的であり、故障しやすい。また、翼端周速が大きいため騒音も大きい。これに対して、垂直軸形は、始動が困難である始動時を除いて、水平面内のいずれの方向の風でも等しく作動する上に、出力を地表設備に取り込みやすく、騒音も小さい。そして、水平軸形に比べて原理的に劣る変換効率もジャイロミル形やダリウス形といった羽根の形状に工夫を施すことで向上させることができる。

垂直軸形の変換効率を水平軸形と同等の制作費で改善するべく、羽根を尾翼付きで水平方向に貫通した筒状とし、追い風位置にあるときに羽根を風に抵抗するようにリミッターで支持し、羽根が向かい風位置へ移動するときに尾翼が受ける風の作用により、羽根を反転させてリミッターの支持が解除されるようにしたものが提案されている（特許文献１）。

特許第４３１５９４８号公報

しかし、前記提案の垂直軸形風車は、羽根を反転させる機構を備えなければならないことから、原材料、組み立て、メンテナンスなどの全般においてコスト低減に限界がある。
それ故、この発明の課題は、変換効率及び耐久性に優れた垂直軸形風車を低コストで提供することにある。

その課題を解決するために、この発明の垂直軸形風車は、
垂直方向の軸の回りに回転可能な回転体と、
椀状のヘルメットからなり、その開口端面が垂直になるように、少なくとも回転体の軸方向に複数個取り付けられた羽根と
を備えることを特徴とする。

この発明の風車によれば、各羽根が椀状をなしているので空気抵抗が少なく、しかも垂直方向の複数段に取り付けられているので、エネルギー変換効率に優れる。そして、羽根がヘルメットからなるので、安価な既製品を仕入れることが可能である。また、頭部保護のために使用済みのヘルメットを再利用してもよい。これにより、更に製造コストを下げることができる。前記ヘルメットとして好ましいのは、産業用保護帽である。開口端面が広くて風を取り込みやすいうえ、各種国家検定に合格していて耐久性に優れることが実証済みだからである。

前記回転体は、前記軸を伴って回転可能で、軸を包囲する円周線上に均等な間隔でフレーム取り付け部を有するベースと、ベースの前記フレーム取り付け部に固定されて、ほぼ垂直方向に延びる複数の縦フレームと、平面視で円形の輪郭を有し、その円周部において隣り合う各縦フレームの端部を連結する横フレームとからなるものである。縦横のフレームが互いに支え合っているので、各フレームが細くて加工しやすい割に全体が頑丈だからである。この場合、前記羽根は、各縦フレームの長寸方向に並べて取り付けられる。

前記縦フレームと横フレームとの組み合わせを全体で円錐台形とし、前記羽根の色を緑色とすることにより、風車全体を樹木に似せて山間部の景観を維持させたりモニュメント性を発揮させたりすることもできる。

変換効率及び耐久性に優れた垂直軸形風車であることから、我が国の山間部のように風向の変わりやすい地域で長期間使用することができ、環境を汚染することなくエネルギー源を得ることができる。

実施形態１に係る垂直軸形風車の斜視図である。同じく（ａ）が平面図、（ｂ）が（ａ）におけるＡ矢視断面図である。同じく（ｂ）が図１（ｂ）におけるＢ矢視断面図、（ｃ）が図１（ｂ）におけるＣ矢視断面図、（ｄ）が図１（ａ）におけるＤ部拡大図、（ｅ）が図１（ａ）におけるＥ部拡大図である。実施形態２に係る垂直軸形風車の垂直方向断面図である。

−実施形態１−
第一の実施形態に係る垂直軸形風車を図１〜図３とともに説明する。
この実施形態の垂直軸形風車（以下、「風車」）１は、支柱２と、支柱２の上端に固定された発電機３と、発電機３の上端面より突き出た回転軸４と、円盤状のベース５と、６本の縦フレーム６、６・・６と、２本の横フレーム７、７と、頭部保護のためには使用済み産業用保護帽からなる多数の羽根８、８・・・８とを備える。

ベース５は、その中心が回転軸４の端部に固定されている。ベース５には、回転軸４を包囲する円周線上の６個所に均等な間隔でフレーム取り付け穴が開けられており、そこに棒状の縦フレーム６が１本ずつ挿入され、溶接されている。各縦フレーム６は、上端部及び下端部において輪状の横フレーム７に溶接されることにより、隣同士互いに連結されている。

各縦フレーム８には、羽根８の鍔を支柱２寄りにして且つその開口端面が同じ方向を向いて垂直になるように羽根８が長寸方向に並べて取り付けられている。縦フレーム８に対する羽根８の取り付けは、この風車１のために特製されたアタッチメント９と市販のＵ字ボルト１０を用いてなされている。

アタッチメント９は、両端面に縦フレーム８の外周面と相補する半円状凹部が形成された金属板であって、当該両端部を直角に曲げてコの字形になるよう加工してなるものである。アタッチメント９には、主面中央の両側２個所にＵ字ボルト１０のねじが通過しうる貫通孔が設けられている。羽根８の鍔近傍にも同様に貫通孔が設けられている。

羽根８は、縦フレーム８をＵ字ボルト１０で挟んだ状態でＵ字ボルト１０のねじをアタッチメント９及び羽根８の貫通孔に通し、ナットを締結することにより、固定されている。

−実施形態２−
この実施形態の垂直軸形風車は、図４に垂直方向断面図として示すように、複数本の縦フレームが全体で円錐台状をなすように組まれている。このため、例えば羽根を緑色、支柱やフレームを焦げ茶色に塗ることで、樹木のような外観となり、山間部の景観に適合する。

１垂直軸形風車
２支柱
３発電機
４回転軸
５ベース
６縦フレーム
７横フレーム
８羽根

Claims

垂直方向の軸の回りに回転可能な回転体と、
椀状のヘルメットからなり、その開口端面が垂直になるように、少なくとも回転体の軸方向に複数個取り付けられた羽根と
を備え、
前記回転体が、
前記軸を伴って回転可能で、軸を包囲する円周線上に均等な間隔でフレーム取り付け部を有するベースと、
ベースの前記フレーム取り付け部に固定されて、ほぼ垂直方向に延びる複数の縦フレームと、
平面視で円形の輪郭を有し、その円周部において隣り合う各縦フレームの端部を連結する横フレームとからなり、
前記羽根が、各縦フレームの長寸方向に並べて取り付けられている
ことを特徴とする垂直軸形風車。
前記縦フレームと横フレームとの組み合わせが全体で円錐台形をなしており、前記羽根が緑色を呈している請求項１に記載の垂直軸形風車。