JP6126287B1 - Vertical axis spiral turbine - Google Patents

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Abstract

【課題】ブレードの揚力を更に増加させて、風力エネルギー等の利用効率を更に向上するとともに、初動が容易かつ確実な垂直軸型螺旋タービンを実現すること。【解決手段】本発明に係る垂直軸型螺旋タービンは、回転軸体11に連結され、回転軸10方向の翼幅と回転軸10の回転方向の翼弦長とを有し、回転軸10との間隔が翼端91から翼根元92にかけて対数螺旋状に変化して形成された複数のブレード20と、ブレード表面に配置された小さないわゆるボルテックスジェネレータ50と、翼端にいわゆるウィングレット60とを備え、またブレード20と回転軸体11とを接続する腕部30Bも螺旋状あるいは対数螺旋状とし、かつエアロフォイル形状を有することで副翼効果を持たせる構成とした。【選択図】図1An object of the present invention is to achieve a vertical axis spiral turbine that can further increase the lift of blades to further improve the utilization efficiency of wind energy and the like, and can be easily and reliably started. A vertical axis spiral turbine according to the present invention is connected to a rotating shaft body 11, has a blade width in the direction of the rotating shaft 10 and a chord length in the rotating direction of the rotating shaft 10. Are provided with a plurality of blades 20 formed in a logarithmic spiral shape from the blade tip 91 to the blade root 92, a small so-called vortex generator 50 arranged on the blade surface, and a so-called winglet 60 at the blade tip. Further, the arm portion 30B connecting the blade 20 and the rotary shaft body 11 is also formed in a spiral shape or a logarithmic spiral shape, and has an aerofoil shape so as to have a sub wing effect. [Selection] Figure 1

Description

本発明はたとえば垂直軸型螺旋タービンに係り、特に風力発電等に使用するための垂直軸型螺旋タービン(垂直軸型風車)に関する。   The present invention relates to, for example, a vertical axis spiral turbine, and more particularly to a vertical axis spiral turbine (vertical axis wind turbine) for use in wind power generation or the like.

風力発電等に使用されるタービンは、風向きに対して回転軸が平行となる水平軸型タービンと風向きに対して回転軸が垂直になる垂直軸型タービンとに大別される。水平軸型タービンは、主に揚力型であり、プロペラ風車、オランダ型風車、多翼型風車などがある。垂直軸型タービンは、サボニウス型に代表される抗力型と、ジャイロミル型タービン、ダリウス型タービン、直線翼型タービンに代表される揚力型とに分類される。   Turbines used for wind power generation and the like are roughly classified into a horizontal axis turbine whose rotation axis is parallel to the wind direction and a vertical axis turbine whose rotation axis is perpendicular to the wind direction. Horizontal axis turbines are mainly lift type, and include propeller wind turbines, Dutch wind turbines, and multi-blade wind turbines. The vertical axis turbine is classified into a drag type represented by a Savonius type and a lift type represented by a gyromill turbine, a Darrieus turbine, and a straight blade turbine.

水平軸型タービンとして代表的なプロペラ風車は回転軸にハブなどによって翼根元が固定され、回転軸を中心とする回転半径の方向を翼幅として、その先端が翼端になる形状が一般的であり、現在の風力発電用のタービンとしては主流となっている。   A typical propeller wind turbine as a horizontal axis turbine has a blade root fixed to a rotating shaft by a hub or the like, and the direction of the radius of rotation around the rotating shaft is the blade width, and the tip is the blade tip. Yes, it is the mainstream for current wind turbines.

水平軸型タービンは、風力エネルギーの変換効率(以下、「効率」と表記することがある。)が垂直軸型タービンよりも高いとされているが、受風面が風向に対し直交となるように回転軸の方向を合わせて変えなければならず、方向制御機構が必要とであると同時に風向きが変わるたびに損失を生じる。また翼幅の二倍以上の高さを必要とするだけでなく、翼幅を半径とする360度周囲の設置面積を必要とすることになる。また、発電機などを格納するナセルを高所に配置せざるを得ないためメンテナンスもしづらく、高い重心を支える構造や安全性確保のための制御機構による一定の配慮が必要となる。つまり、水平軸型タービンは風向が変わりやすい地域では不利であり、かつ広い設置面積が必要であり、機構そのものが複雑かつ高コストになりやすいという点が短所となる。   The horizontal axis turbine is said to have higher wind energy conversion efficiency (hereinafter referred to as “efficiency”) than the vertical axis turbine, but the wind receiving surface is perpendicular to the wind direction. The direction of the rotating shaft must be changed to match the direction of the rotation shaft, and a direction control mechanism is required, and at the same time, a loss occurs whenever the wind direction changes. In addition to requiring a height of more than twice the wingspan, it also requires a 360-degree installation area with the wingspan as the radius. In addition, since the nacelle for storing the generator and the like must be arranged at a high place, it is difficult to perform maintenance, and certain considerations are required by a structure that supports a high center of gravity and a control mechanism for ensuring safety. That is, the horizontal axis turbine is disadvantageous in an area where the wind direction is likely to change, and requires a large installation area, and the mechanism itself is complicated and expensive.

それに対し、垂直軸型タービンは、地面に対して垂直に固定することで回転軸が風向に対して常に垂直になるようにすることができる。回転軸に直接ブレードが取り付けられるのではなく、円板状の台座や水平方向に伸ばした腕などで一定の半径を保ち、回転軸と平行になる方向を翼幅とするのが一般的な形状である。風向きに対する依存性がないため方向制御装置は不要となる他、発電機などの重量物を地面近くの下方に配置できる。よって、水平軸型タービンに比べて、シンプルかつ安定性の高い構造とすることができる。また、翼幅を伸ばしても回転半径が拡大されないので、設置面積を小さくすることができる。   On the other hand, the vertical axis turbine can be fixed perpendicular to the ground so that the rotation axis is always perpendicular to the wind direction. Instead of attaching the blade directly to the rotating shaft, it is common to maintain a constant radius with a disk-shaped pedestal or horizontally extending arm, etc., and make the span parallel to the rotating shaft the wing span It is. Since there is no dependency on the wind direction, the direction control device is not necessary, and a heavy object such as a generator can be arranged below the ground. Therefore, a simple and highly stable structure can be obtained as compared with the horizontal axis turbine. Further, even if the blade width is increased, the rotation radius is not enlarged, so that the installation area can be reduced.

こうした垂直軸型タービンは、ジャイロミル型タービン、ダリウス型タービン、直線翼型タービンに代表される揚力型の方がサボニウス型に代表される抗力型に比べて高出力を得られる。しかし、揚力型は自己起動性が低いという課題があった。   In such a vertical shaft type turbine, a lift type represented by a gyromill type turbine, a Darrieus type turbine, and a straight blade type turbine can obtain a higher output than a drag type represented by a Savonius type. However, the lift type has a problem of low self-starting property.

そこで垂直軸型タービンのうち揚力型の分野においては、自己起動性の低さを改善するための様々な取り組みが行われてきたが、自己起動性の改善のためだけに別の機構を用いるものが多く、その分コストが嵩む結果となるもの、高速時に安定的な出力を得られなくなるものが多かった。そうした中、垂直軸型タービンの中で風力エネルギーの変換効率が最も高いとされる直線翼型タービンに対して、翼に後退角を持たせることで翼の回転軌道上に傾斜させた(ブレードをヘリカル螺旋状とした)垂直軸型タービン(以下、「ヘリカルタービン」ともいう。)が開発された(特許文献1)。   Therefore, in the lift-type field of vertical shaft turbines, various efforts have been made to improve the low self-startability, but other mechanisms are used only to improve self-startability. In many cases, the cost increases accordingly, and a stable output cannot be obtained at high speed. Under such circumstances, the straight blade turbine, which is considered to have the highest wind energy conversion efficiency among the vertical axis turbines, is inclined on the blade rotation trajectory by giving the blade a receding angle (the blade is A vertical axis turbine (hereinafter also referred to as “helical turbine”) has been developed (Patent Document 1).

かかるヘリカルタービンは翼型の断面を有し、主として揚力によって回転を得るように構成されているが、ヘリカル形状によって、すべての回転角位相においてブレードの断面のいずれかが常時流体の流れに対して最適な迎角を持つことが保証される。また、同様にすべての回転角位相において、抗力によって回転モーメントを得られる断面を持つことが保証される。これによりタービンの自己起動を容易にし、回転を安定させるとされている。   Such helical turbines have an airfoil cross-section and are configured to obtain rotation primarily by lift, but due to the helical shape, one of the blade cross-sections is always subject to fluid flow at all rotational angle phases. An optimum angle of attack is guaranteed. Similarly, in all rotation angle phases, it is guaranteed to have a cross section that can obtain a rotation moment by a drag force. This facilitates self-starting of the turbine and stabilizes rotation.

また、上記ヘリカルタービンに対して、その翼幅の中心となる位置を最大回転半径とし、翼端を最小回転半径になるようにブレードを傾斜変形させ、さらに輪状体にて複数のブレードを連結させて樽型状とすることで、主にその構造上の強度など高める改善を施された垂直軸型螺旋タービンも開発された(特許文献2)。   In addition, with respect to the helical turbine, the blade is inclined and deformed so that the position at the center of the blade width is the maximum rotation radius and the blade tip is the minimum rotation radius, and a plurality of blades are connected by a ring-shaped body. By adopting a barrel shape, a vertical axis spiral turbine that has been improved mainly to improve its structural strength has also been developed (Patent Document 2).

特表平11−506180号公報Japanese National Patent Publication No. 11-506180 特許第5651680号公報Japanese Patent No. 5651680

設置面積やメンテナンス性などにおいて有利な垂直軸型螺旋タービンでは、より高い風力エネルギー等の変換効率と、自己起動性の更なる容易性と確実性とが求められている。そこで本発明では、垂直軸タービンのブレードが生じる揚力/抗力による回転モーメントをより増加させて、風力エネルギー等の利用効率を更に向上させることができ、また自己起動が容易且つ確実となる垂直軸型螺旋タービンの実現を課題とした。   A vertical axis spiral turbine that is advantageous in terms of installation area and maintainability is required to have higher conversion efficiency of wind energy, etc., and further ease and certainty of self-starting performance. Therefore, in the present invention, the vertical moment type that can increase the rotational moment due to the lift / drag generated by the blades of the vertical axis turbine to further improve the utilization efficiency of wind energy and the like, and can easily and reliably self-start. The realization of a spiral turbine was an issue.

<基本形状>
上記課題を解決するために、本発明の第1の態様は、回転軸体と、前記回転軸体の周りを回転する翼型の横断面を有し前記回転軸体の軸方向に沿って対数螺旋状で変化するように形成されたブレードと、前記回転軸体と前記ブレードとを連結する腕部とを備えて構成される。即ち、たとえば図1に示されるように(ただし図1に示されるものに限定されるものではない。以下同様に、本「課題を解決するための手段」項において、「たとえば」の後に図面を示す場合、本発明の態様は当該示された図面に限定されるものではない)、回転軸体と、たとえば図2に示すように回転軸体の長さ方向を翼幅とし、たとえば図3に示すようにブレードの回転円周方向の長さを翼弦とする翼型の断面を持つブレードが円板状の台座や水平方向に伸ばした腕部などで回転軸体に連結される垂直軸型螺旋タービンの形状として構成される。そのブレードは、たとえば図2に示すように、翼端が翼根元に対して後退するように後退角を持ちつつ、図3に示すように回転軸からの半径を翼根元から翼端側に広げる拡大角θ(0度<θ<90度)によって、ほぼ対数螺旋状の前縁及び後縁を持つ形状とする。拡大角θは対数螺旋のピッチと同意である。
<Basic shape>
In order to solve the above-mentioned problem, a first aspect of the present invention is a logarithm along the axial direction of the rotary shaft having a rotary shaft and a cross section of an airfoil that rotates around the rotary shaft. The blade includes a blade formed to change in a spiral shape, and an arm portion that connects the rotating shaft body and the blade. That is, for example, as shown in FIG. 1 (however, the invention is not limited to that shown in FIG. 1. Similarly, in the “Means for Solving the Problems” section, the drawings are displayed after “for example”. In this case, the aspect of the present invention is not limited to the drawings shown), and the rotation shaft body and, for example, the length direction of the rotation shaft body as shown in FIG. As shown in the figure, a vertical shaft type in which a blade with a blade-shaped cross section whose length in the rotation circumferential direction of the blade is a chord is connected to a rotating shaft body by a disk-like pedestal or a horizontally extending arm portion, etc. Configured as a spiral turbine shape. For example, as shown in FIG. 2, the blade has a receding angle so that the blade tip moves backward with respect to the blade root, and the radius from the rotating shaft is widened from the blade root to the blade tip side as shown in FIG. A shape having a substantially logarithmic spiral leading edge and trailing edge is formed by an enlargement angle θ (0 degrees <θ <90 degrees). The expansion angle θ is the same as the pitch of the logarithmic spiral.

<基本形状の特徴と形状全体による効果>
上記の構成を持つ垂直軸型対数螺旋タービンは、従来のヘリカルタービン同様に後退角を有しているため、流体の流れに対してブレードの断面のいずれかが常時最適な位置になることが保証され、タービンの自己起動を容易にし、回転を安定させることができる。さらに垂直軸型対数螺旋タービンは拡大角θによってブレード全体が翼根元から翼端側に回転半径が広がるように傾斜を持っているため、前縁または後縁の長さは翼幅÷signθで求められることになり、同一スケールの翼幅及び回転半径の従来の直線翼タービンやヘリカルタービンに比べ、前縁及び後縁の長さが長くなる。これはブレード1枚あたりの面積を拡張することになるため、抗力と揚力とを問わずに受風によるエネルギーの獲得に有利となる。よって、タービンの初動時に特に必要となる抗力の増大によって初期の起動性が高まると同時に、揚力の増大によって回転時のトルクを増大することが期待できる。
<Effects of basic shape features and overall shape>
The vertical axis logarithmic spiral turbine having the above configuration has a receding angle like a conventional helical turbine, so that it is guaranteed that one of the blade cross sections is always in an optimum position with respect to the fluid flow. Therefore, the self-starting of the turbine can be facilitated and the rotation can be stabilized. In addition, the vertical axis logarithmic spiral turbine is inclined so that the entire blade has a rotation radius extending from the blade root to the blade tip side by the enlargement angle θ, so the length of the leading edge or trailing edge is calculated by blade width ÷ sign θ. Therefore, the lengths of the leading edge and the trailing edge are longer than those of the conventional straight blade turbine and helical turbine having the same scale blade width and turning radius. This expands the area per blade, which is advantageous for obtaining energy by receiving wind regardless of drag and lift. Therefore, it can be expected that the initial starting performance is improved by an increase in the drag particularly required at the initial operation of the turbine, and at the same time the torque at the rotation is increased by an increase in the lift.

<基本形状における流体の流れによる効果>
上記構成を有する垂直軸型対数螺旋タービンは、前述の通り翼根元から翼端に向けて回転半径が広がることになるので、常に翼端側の周速が翼根元よりも速くなる。すなわち翼表面の流れの速度は常に翼端側が翼根元側よりも速くなる。ベルヌーイの定理により流体の速度が増加すると圧力は降下するので翼端側が翼根元側よりも負圧となる。ここで翼端側は翼根元よりも回転軸に対して後退しているため、たとえば図4Bに示されるように、正圧側の翼根元より負圧側の翼端に向けての2次的な流れが生じることになる。
<Effects of fluid flow in basic shape>
In the vertical axis logarithmic spiral turbine having the above-described configuration, the rotational radius increases from the blade root toward the blade tip as described above, so that the peripheral speed on the blade tip side is always faster than the blade root. That is, the flow speed on the blade surface is always higher on the blade tip side than on the blade root side. As the fluid velocity increases according to Bernoulli's theorem, the pressure drops, so that the blade tip side is more negative than the blade root side. Here, since the blade tip side is retracted with respect to the rotation axis rather than the blade root, for example, as shown in FIG. 4B, a secondary flow from the blade root on the pressure side toward the blade tip on the suction side. Will occur.

特に垂直軸タービンにおいて大きな揚力を発生させる回転角位相(時計周りの回転方向の場合は2時から4時の間に相当する回転角位相)では周速の差によって発生する圧力差から生じる流体の流れと、タービンに流入する一様の流れとが合成されることにより、翼の上面及び下面表面の流れが常に翼端側に引き上げられつつ加速することになる。タービンに流入する流体の流れが元々は水平であると仮定した場合、従来の垂直軸型タービンはその流れを二次元的に水平のままタービン後方に流していくが、垂直軸型対数螺旋タービンでは、前述の負圧による引き上げ効果と傾斜角とによって、流れが後ろ斜め上方に三次元的に傾くことが予測される。これは流体が単一時間内に翼表面のより長い距離に対して働きかけを行ったことになる。   Especially in the rotation angle phase (a rotation angle phase corresponding to between 2 o'clock and 4 o'clock in the case of clockwise rotation) that generates a large lift in a vertical axis turbine, the flow of fluid resulting from the pressure difference generated by the difference in peripheral speed By combining the uniform flow flowing into the turbine, the flow on the upper surface and the lower surface of the blade is accelerated while being always pulled up to the blade tip side. Assuming that the flow of fluid flowing into the turbine is originally horizontal, the conventional vertical axis turbine flows in the two-dimensional horizontal direction behind the turbine, but in the vertical axis logarithmic spiral turbine, It is predicted that the flow is inclined in a three-dimensional manner obliquely upward and backward due to the pulling effect and the inclination angle due to the negative pressure described above. This means that the fluid has acted on a longer distance on the blade surface within a single time.

この効果は翼弦長を長くして揚力を増やすことと同じであるとも言えるが、実際には翼弦長を伸ばしていないためタービンへの流体の流入量を減らすことがない。一般にタービンの出力エネルギー量Pは[数1]式に示すとおり回転角速度ω[rad/s] とトルクQ[Nm]とによって求められる。また、風車において受風面積に対する実際の翼の持つ表面積の占める割合をソリディティと言うところ、ソリディティと回転角速度、トルクには以下の[表1]の関係があるとされる。すなわちトルク増大のためにはソリディティの増大(翼弦長の拡大)が必要となり、それに伴い時間あたりのタービンへの流体の流入量が減るため回転角速度が減少する。つまり、トルクと回転角速度とはソリディティを介して相反する関係にあるわけである。この点において、本発明ではソリディティを増大させないようにするために回転角速度は減少させずに、流体の流れを三次元的に傾けることで揚力の働く面を拡大してトルクを増大させることを企図している。つまり風車の出力エネルギー量を求める式[数2]におけるエネルギー変換効率Cpを高めていることになる。   This effect can be said to be the same as increasing the chord length and increasing the lift, but since the chord length is not actually increased, the amount of fluid flowing into the turbine is not reduced. In general, the output energy amount P of the turbine is obtained from the rotational angular velocity ω [rad / s] and the torque Q [Nm] as shown in the formula [1]. Further, the ratio of the surface area of the actual blade to the wind receiving area in the windmill is called solidity, and the relationship between the solidity, the rotational angular velocity, and the torque is shown in the following [Table 1]. That is, to increase the torque, it is necessary to increase the solidity (enlarge the chord length), and accordingly, the amount of fluid flowing into the turbine per hour decreases, and the rotational angular velocity decreases. That is, the torque and the rotational angular velocity are in a contradictory relationship via the solidity. In this regard, the present invention intends to increase the torque by expanding the surface on which the lift works by tilting the fluid flow in three dimensions without decreasing the rotational angular velocity so as not to increase the solidity. doing. That is, the energy conversion efficiency Cp in Equation [2] for obtaining the output energy amount of the windmill is increased.

Figure 0006126287
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<基本形状の変形要素及び変形例>
この基本形状は、翼型の形状(前縁半径の大きさや、翼弦長など)と翼幅の長さ、ヘリカルタービンにて導入された後退角、そして本発明で導入された半径の拡大角θという概念的要素を備えて構成される。ここにおいて、前述の対数螺旋による効果を得るためには、翼の一部に基本形状が取り入れられていれば良い。翼の性能は設置される環境や発電機などの特徴によって、トルクを増大させた方が有利な場合と回転速度を増大させた方が有利な場合とがある。これは主に翼弦長の調整によって、ソリディティを変化させることで実現可能であるが、翼弦長や後退角は必ずしも固定である必要はない。例えば、後退角と水平断面におけるソリディティとを固定とした場合、たとえば図5Aにその一例を示すが、翼根元から翼端に向かって翼弦長が大きくなる形状となる。また、前縁の後退角と翼弦長とを固定とした場合、たとえば図5Bにその一例を示すが、後縁の後退角はおのずと小さくなる。翼端に向かうに従って、翼弦長を小さくする、いわゆるテーパー形状を形成する場合、たとえば図5Cにその一例を示すが、前縁の後退角を翼端に向けて次第に大きくするか、後縁の後退角を次第に小さくすることになる。
<Deformation element and modification of basic shape>
This basic shape includes the shape of the airfoil (leading edge radius size, chord length, etc.) and blade width, the receding angle introduced by the helical turbine, and the radius expansion angle introduced by the present invention. It is configured with a conceptual element of θ. Here, in order to obtain the effect of the logarithmic spiral described above, it is only necessary that the basic shape is incorporated in a part of the wing. Depending on the installation environment and the characteristics of the generator, the performance of the blades may be advantageous when the torque is increased or may be advantageous when the rotational speed is increased. This can be achieved by changing the solidity mainly by adjusting the chord length, but the chord length and the receding angle do not necessarily have to be fixed. For example, when the receding angle and the solidity in the horizontal cross section are fixed, for example, FIG. 5A shows an example, but the chord length increases from the blade root toward the blade tip. Further, when the receding angle of the leading edge and the chord length are fixed, for example, FIG. 5B shows an example, but the receding angle of the trailing edge is naturally reduced. In the case of forming a so-called tapered shape in which the chord length is reduced toward the blade tip, for example, as shown in FIG. 5C, the leading edge receding angle is gradually increased toward the blade tip, or the trailing edge The receding angle is gradually reduced.

翼弦長や後退角の調整だけではなく、拡大角θ(=対数螺旋のピッチ)を翼幅の途中で変更することもできる。例えば、拡大角θを0度とした場合は、従来の直線翼型タービンやヘリカルタービンと同一形状となるが、これと対数螺旋状の形状とを組み合わせた形状は回転半径を一定程度に留めながら翼幅の長さを拡大させる手段として有効である。対数螺旋状の形状を翼根元側や翼端側、またはその両方として、従来の直線翼型タービンやヘリカルタービンと接合させることや、その逆パターン、接合を交互に繰り返すことが可能である。たとえば図6ではeの部分がヘリカルタービンと同じθ=0度となっている。   In addition to adjusting the chord length and receding angle, the enlargement angle θ (= logarithmic spiral pitch) can be changed in the middle of the blade width. For example, when the enlargement angle θ is 0 degree, the shape is the same as that of a conventional straight airfoil turbine or helical turbine, but the combination of this and the logarithmic spiral shape keeps the radius of rotation constant. This is effective as a means for expanding the blade width. It is possible to join a logarithmic spiral shape to a conventional straight airfoil turbine or a helical turbine as a blade root side, a blade tip side, or both, and to repeat the reverse pattern and the joining alternately. For example, in FIG. 6, the portion e is the same as that of the helical turbine, θ = 0 degrees.

<スリットの導入による効果>
本発明の第2の態様として、本発明の第1の態様において、前記ブレードが前記翼型の翼幅の方向に形成された1又は2以上のスリットを備える構成としても良い。一般に風向きが安定している場合においては、水平軸タービンは垂直軸タービンに比べてエネルギー変換効率が高い。これは水平軸型タービンの受風面が風向きに対して直交しているときには、ブレードはその回転角位相の360度のすべての位置において同一の的確な迎角を保って回転することができるのに対し、垂直軸型タービンではブレードの回転角位相の360度のすべての位置において迎角が変わり、受風によってモーメントを発生させる方法やエネルギー変換効率も変わるからである。その上、垂直軸型タービンでは、揚力を発生させることが困難となって失速状態となる回転角位相が存在するからである。さらにこの失速状態となる回転角位相において、回転方向とは逆向きの摩擦抗力も増大する回転角位相がある。翼上面をタービン内側として回転方向が時計周りのタービンの場合には、回転角位相がおおよそ4時から6時の位置にあるときがそれにあたる。
<Effects by introducing slits>
As a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the blade may include one or more slits formed in the direction of the blade width of the airfoil. In general, when the wind direction is stable, the horizontal axis turbine has higher energy conversion efficiency than the vertical axis turbine. This is because when the wind receiving surface of the horizontal axis turbine is orthogonal to the wind direction, the blade can rotate with the same exact angle of attack at all positions of 360 degrees of the rotation angle phase. On the other hand, in the vertical axis turbine, the angle of attack changes at all positions where the rotation angle phase of the blade is 360 degrees, and the method of generating a moment and the energy conversion efficiency change by receiving wind. In addition, in the vertical axis turbine, there is a rotation angle phase that makes it difficult to generate lift and causes a stalled state. Furthermore, there is a rotation angle phase in which the frictional drag in the direction opposite to the rotation direction also increases in the rotation angle phase at which the stalling state occurs. In the case of a turbine whose rotation direction is clockwise with the blade upper surface as the inside of the turbine, this is the case when the rotation angle phase is in the position of approximately 4 o'clock to 6 o'clock.

この垂直軸型タービンが避けて通ることができない不都合をもたらす可能性のある回転角位相をなるべく減少させるために、本発明の別の態様として、ブレードを複数に分割してサブブレードとし、タービンの外側から回転方向の後ろに向けて、各サブブレードの外側から次のサブブレード内側に流体が斜めに抜けるようにスリットを設置する。スリットを設けることで、たとえば図7に示されるように、風の流入側となる翼下面から翼上面へ勢いのある流れが送出され、隙間より後方にあたる翼上面の流速を取り戻し、翼下面の流速を減衰させる。これにより翼上面の境界層における流体の隔離が遅延され翼の揚力を維持するとともに、翼下面に発生する回転とは逆向きの大きな摩擦効力を低減するという二つの効果が期待できる。   In order to reduce as much as possible the rotational angle phase that this vertical shaft turbine can avoid and avoid, it is possible to divide the blade into a plurality of sub-blades, From the outside toward the back in the rotational direction, a slit is installed so that the fluid can escape obliquely from the outside of each sub blade to the inside of the next sub blade. By providing the slit, for example, as shown in FIG. 7, a vigorous flow is sent from the lower surface of the blade on the wind inflow side to the upper surface of the blade, and the flow velocity on the upper surface of the blade that is behind the gap is recovered. Is attenuated. As a result, it is possible to expect two effects that the separation of the fluid in the boundary layer on the upper surface of the blade is delayed, the lift of the blade is maintained, and the large friction effect opposite to the rotation generated on the lower surface of the blade is reduced.

またスリットは、好適には、迎角がおおよそ90度になるあたりでスリットが見えなくなるように次のサブブレードが重なりあう形状とする。こうすることで、抗力を主体に回転のモーメントが得られることになる6時の方向の回転角位相以降はスリットから流体が抜けづらくなり、影響を抑えることができる。このスリットを用いた手法は翼上面がタービンの内側に向いている形態で特に効果を発揮するが、翼上面がタービン外側に向いている形状であっても、一定の効果を発揮することができる。その場合はスリットを翼上面か翼下面に流れが吸い込まれることによって流速の減衰を防ぐことになる。   The slit is preferably shaped so that the next sub-blade overlaps so that the slit becomes invisible when the angle of attack is approximately 90 degrees. By doing this, it becomes difficult for the fluid to escape from the slit after the rotation angle phase in the 6 o'clock direction, where the moment of rotation is obtained mainly with the drag, and the influence can be suppressed. This method using slits is particularly effective when the blade upper surface is directed toward the inside of the turbine. However, even if the blade upper surface is directed toward the outside of the turbine, a certain effect can be achieved. . In that case, the flow is sucked into the upper surface or the lower surface of the blade to prevent the flow velocity from being attenuated.

<翼表面への乱流発生による流体の剥離遅延効果>
本発明の第3の態様として、本発明の第1の態様または第2の態様において、前記ブレードが、前記翼型の表面に流体渦を発生させるための流体渦発生機構としてのボルテックスジェネレータを備えた構成としても良い。即ち、各ブレードの翼上面または翼下面に、たとえば図8Aのように複数の小さな楔状凸型や、複数の小さな窪み状凹型など、前記ボルテックスジェネレータを配置することができる。実際にボルテックスジェネレータを配置した態様の例が、たとえば図8Bに示される。ボルテックスジェネレータはブレードの翼表面に小さな渦流を発生させることで境界層の運動量を高め翼表面からの流体の剥離を抑制することができるため、迎角の大きい回転角位相のときの流体の剥離を遅延させて揚力低減を防ぐことができる。
<Effect of delay of fluid separation due to turbulent flow on blade surface>
As a third aspect of the present invention, in the first aspect or the second aspect of the present invention, the blade includes a vortex generator as a fluid vortex generating mechanism for generating a fluid vortex on the surface of the airfoil. It is good also as a composition. In other words, the vortex generators such as a plurality of small wedge-shaped convex shapes and a plurality of small concave-shaped concave shapes as shown in FIG. 8A can be arranged on the blade upper surface or the blade lower surface of each blade. An example of a mode in which a vortex generator is actually arranged is shown in FIG. 8B, for example. Since the vortex generator generates a small eddy current on the blade surface of the blade to increase the momentum of the boundary layer and suppress fluid separation from the blade surface, fluid separation during a rotation angle phase with a large angle of attack is prevented. It can be delayed to prevent a reduction in lift.

<前縁のドッグトゥース形状によるアウトフロー抑止効果>
ブレードの前縁の後退角を大きめにしてブレードを形成した場合、たとえば図9Aのように、流体が翼上面方向ではなく、前縁から翼端方向に横滑りしてしまうアウトフローが発生しやすくなる。このアウトフローは、翼上面を前縁から後縁に向かうべき流体の流れを減少させてしまうことで、揚力を発生させることができない前縁失速状態を引き起こす。これを避けるために、本発明の第4の態様として、本発明の第1の態様から第3の態様までのうちいずれか1つの態様において、前記ブレードが、前記翼型の前縁部に流体渦を発生させるための流体渦発生機構としてのドッグトゥース形状を備えた構成としても良い。即ち、たとえば図9Bのように、翼の前縁をギザギザの形状いわゆるドッグトゥース形状とするものである。これは、いわゆるボルテックスジェネレータの別の態様でもある。ドッグトゥースはアウトフローを遮る役割と、翼上面に強い帯状の乱流を発生させることで、翼端側に極端にそれてしまう流れを翼上面に安定させる働きとを持っている。
<Outflow suppression effect due to the dogtooth shape of the leading edge>
When the blade is formed with a large receding angle of the leading edge of the blade, for example, as shown in FIG. 9A, an outflow in which the fluid slides from the leading edge toward the blade tip instead of toward the blade upper surface is likely to occur. . This outflow causes a leading edge stall state in which lift cannot be generated by reducing the flow of fluid that should be directed from the leading edge to the trailing edge on the blade upper surface. In order to avoid this, as a fourth aspect of the present invention, in any one of the first aspect to the third aspect of the present invention, the blade is fluidized at the leading edge of the airfoil. It is good also as a structure provided with the dogtooth shape as a fluid vortex generating mechanism for generating a vortex. That is, for example, as shown in FIG. 9B, the leading edge of the wing has a jagged shape so-called dogtooth shape. This is another aspect of the so-called vortex generator. Dogtooth has a function of blocking outflow and a function of stabilizing a flow that is extremely diverted to the blade tip side on the blade upper surface by generating a strong belt-like turbulent flow on the blade upper surface.

<ウィングレットにより翼端渦の影響による揚力低下を抑制する効果>
一般に翼端においては、たとえば図10のように、負圧側となる翼上面へ正圧側の翼下面からの流体の回り込みの渦が発生する。この渦は翼端渦と呼ばれ、翼端における揚力の低下をもたらすことが知られている。これに鑑み、本発明の第5の態様として、本発明の第1の態様から第4の態様までのうちいずれか1つの態様において、前記ブレードが、前記翼型の翼端に流体による翼端渦を防止するための翼端渦防止機構としての平面状あるいは立体的なウィングレットを備えた構成としても良い。あるいは本発明の第6の態様として、本発明の第1の態様から第4の態様までのうちいずれか1つの態様において、前記ブレードが、前記翼型の翼端に流体による翼端渦を利用するための翼端渦利用機構としての立体的形状のウィングレットを備えた構成としても良い。即ち、この翼端渦の影響による揚力低下を抑制する手段として、翼端にいわゆるウィングレットを設置することとする。一般に、ウィングレットには以下にあげるタイプがある。
a)翼端に遮蔽板を設けてしまうことで翼端渦の回り込みを防止するタイプ
b)翼端の形状を丸めたり狭めたりするなどの形状を与えることで圧力差そのものを低減するタイプ
c)翼端の形状を翼上面または翼下面方向に折り曲げることで、揚力の働くベクトルを変え、主たる翼部の揚力低下を防ぐタイプ
d)b)とc)とを組み合わせたタイプ
<Effect of suppressing lift reduction due to wing tip vortex effect by winglet>
In general, at the blade tip, as shown in FIG. 10, for example, a fluid vortex from the blade lower surface on the pressure side is generated on the blade upper surface on the negative pressure side. This vortex is called a tip vortex and is known to cause a reduction in lift at the tip. In view of this, as a fifth aspect of the present invention, in any one of the first aspect to the fourth aspect of the present invention, the blade has a blade tip formed by a fluid on the blade tip of the airfoil. It is good also as a structure provided with the planar or three-dimensional winglet as a wing tip vortex prevention mechanism for preventing a vortex. Alternatively, as a sixth aspect of the present invention, in any one of the first aspect to the fourth aspect of the present invention, the blade uses a tip vortex by a fluid at a tip of the airfoil. It is good also as a structure provided with the winglet of the three-dimensional shape as a blade tip vortex utilization mechanism for doing. That is, a so-called winglet is installed at the blade tip as a means for suppressing a reduction in lift due to the influence of the blade tip vortex. In general, there are the following types of winglets.
a) Type that prevents the wing tip vortex from wrapping around by providing a shielding plate at the blade tip b) Type c) that reduces the pressure difference itself by giving a shape such as rounding or narrowing the shape of the blade tip A type combining type d) b) and c) that changes the vector of the lift force by bending the shape of the wing tip in the direction of the wing upper surface or the lower surface of the wing to prevent the reduction of the lift of the main wing part

ここで、鳥類の一部などは翼端の羽の間隔を広げることで、翼端渦の影響を低減していると考えられている。これは単に揚力の低減を防ぐだけでなく、風切り音を低減することにもつながる。これらの考察を踏まえて、たとえば図11に、本発明に適用することが可能と本発明者が考えたウィングレットの形態の例を示す。このような形状にすることはブレード成型時などでより手間が掛かることになるが、翼端渦の発生を抑制することにより揚力の低下を防ぐことができるので、更なる効率の向上を図ることが可能となる。また、風切り音の低減効果も期待できる。   Here, it is considered that some birds and the like reduce the influence of the wing tip vortex by increasing the wing tip spacing. This not only prevents the reduction of lift, but also reduces wind noise. Based on these considerations, for example, FIG. 11 shows an example of a winglet form that the present inventor considered to be applicable to the present invention. Although it takes more time and effort to form such a shape at the time of blade molding, etc., it is possible to prevent a decrease in lift by suppressing the generation of wing tip vortices, so further improvement in efficiency can be achieved. Is possible. In addition, a wind noise reduction effect can be expected.

<加速された気流と翼端渦とを利用した推進力の獲得効果>
従来の垂直軸型タービンとは異なり、垂直軸型対数螺旋タービンでは、束縛渦及び気流そのものが翼端側すなわち、回転方向の後方に傾き加速する特性を持つため、その翼端において気流は最大速になっていると考えられる。翼端形状を回転軸側に折り曲げるだけでなく、気流が後方に流れるように後退角をさらに大きくし、たとえば図12のように翼端を狭めることで、加速された気流と翼端渦とを積極的に取り入れ、推力に変換することが可能となる。
<Effect of obtaining propulsive force using accelerated airflow and tip vortex>
Unlike conventional vertical axis turbines, in a vertical axis logarithmic spiral turbine, the constrained vortex and the air flow itself have a characteristic of accelerating the blade tip side, i.e., backward in the direction of rotation, so that the air flow is It is thought that. In addition to bending the blade tip shape to the rotating shaft side, the swept angle is further increased so that the airflow flows backward, for example, by narrowing the blade tip as shown in FIG. It is possible to actively incorporate and convert to thrust.

<腕部に翼型を採用し副翼とする効果>
垂直軸型螺旋タービンでは、各ブレードが回転軸体に対して腕部により連結されるが、腕部も回転し流体を受けることから、当該腕部の断面を翼型にして摩擦抗力を低減することはエネルギー変換効率を高めることになると考えられる。そこで本発明の第7の態様として、本発明の第1の態様から第6の態様までのうちいずれか1つの態様において、前記腕部の横断面が翼型を形成し、該腕部が縦方向が螺旋状あるいは対数螺旋状に形成される構成としても良い。たとえば図13のように、この腕部をブレードと同様に対数螺旋状あるいは螺旋状の形状にする構成とするのも好ましい。このようにすることで、主たるブレードに対する副翼的な効果を持たせて、この腕部からも揚力及び抗力による回転モーメントを発生することで、更に効率を向上させることが可能となる。
<Effect of using a wing shape for the arm and making it a secondary wing>
In the vertical shaft type spiral turbine, each blade is connected to the rotating shaft body by an arm portion. However, since the arm portion also rotates and receives the fluid, the cross section of the arm portion is made an airfoil to reduce frictional drag. This will increase the energy conversion efficiency. Accordingly, as a seventh aspect of the present invention, in any one of the first aspect to the sixth aspect of the present invention, the cross section of the arm portion forms a wing shape, and the arm portion is vertical. The direction may be formed in a spiral or logarithmic spiral. For example, as shown in FIG. 13, it is preferable that the arm portion has a logarithmic spiral shape or a spiral shape like the blade. By doing so, it is possible to further improve the efficiency by giving a secondary wing effect to the main blade and generating a rotational moment by lift and drag from this arm portion.

<垂直軸型螺旋タービンの連結設置による効果>
本発明の第8の態様として、本発明の第1の態様から第7の態様までのうちいずれか1つの態様において、前記回転軸体の軸方向に複数段連結されたタンデム型の垂直軸型螺旋タービン、としても良い。この場合、ブレード回転半径を下部に向けて対数螺旋状に減少する型(A型)と、下部に向けて対数螺旋状に増加する型(B型)との組み合わせは、たとえば図18A、図18B、図18C、図18Dに示されるように、A+A、A+B、B+A、B+Bなど、色々な組み合わせが可能であるが、設置場所や季節などの条件により好適な組合せを選ぶことが望ましい。これらは少ない設置面積で総受風面積を増やすことになるので、より大きな運動エネルギーを得ることが可能となる。
<Effects of connecting and installing vertical shaft type spiral turbine>
As an eighth aspect of the present invention, in any one of the first aspect to the seventh aspect of the present invention, a tandem type vertical axis type connected in a plurality of stages in the axial direction of the rotary shaft body It may be a spiral turbine. In this case, a combination of a die (A type) in which the blade rotation radius decreases in a logarithmic spiral toward the lower portion and a die (B type) in which the blade rotation radius increases in a logarithmic spiral toward the lower portion is, for example, FIG. As shown in FIGS. 18C and 18D, various combinations such as A + A, A + B, B + A, and B + B are possible, but it is desirable to select a suitable combination depending on conditions such as the installation location and the season. Since these increase the total wind receiving area with a small installation area, it becomes possible to obtain larger kinetic energy.

<ブレードの回転半径を下部に向けて減少させることの効果>
本発明の第9の態様として、本発明の第1の態様から第7の態様までのうちいずれか1つの態様において、前記ブレードの一部または全部の回転半径が、縦方向に下部に向けて対数螺旋状に減少するよう形成された構成としても良い。翼端が垂直軸型螺旋タービンの上部側になるように形成した場合は、気流の上昇成分の運動エネルギーを回転数増加につなげることができることになるので、ビルなどの建物の屋上や、山の稜線上など、気流の上昇成分が多くなる場所に設置する場合に、より大きな運動エネルギーを得ることが可能となる。
<Effect of reducing blade turning radius toward bottom>
As a ninth aspect of the present invention, in any one of the first aspect to the seventh aspect of the present invention, a part or all of the turning radius of the blade is directed vertically downward. It is good also as a structure formed so that it might reduce to a logarithmic spiral. If the blade tip is formed to be on the upper side of the vertical axis spiral turbine, the kinetic energy of the rising component of the air current can be linked to the increase in the number of rotations. When it is installed in a place where the rising component of the airflow increases, such as on a ridgeline, it becomes possible to obtain larger kinetic energy.

<ブレードの回転半径を下部に向けて増加させることの効果>
本発明の第10の態様として、本発明の第1の態様から第7の態様までのうちいずれか1つの態様において、前記ブレードの一部または全部の回転半径が、縦方向に下部に向けて対数螺旋状に増加するよう形成された構成としても良い。このように翼端をタービンの下部になるように形成した場合は、気流の下降成分や降雨、降雪が持つ運動エネルギーをブレードが受けとめることから、回転数増加につなげることができる。したがって、高層ビルの下などのように気流の下降成分が多くなる場所や、降雨や降雪の多い地域に設置する場合に、より大きな運動エネルギーを得ることが可能となる。
<Effect of increasing the turning radius of the blade toward the bottom>
As a tenth aspect of the present invention, in any one aspect from the first aspect to the seventh aspect of the present invention, a part or all of the turning radius of the blade is longitudinally directed downward. It is good also as a structure formed so that it might increase in a logarithmic spiral. When the blade tip is formed at the lower part of the turbine as described above, the blade receives the kinetic energy of the descending component of the air flow, rainfall, and snowfall, which can increase the rotational speed. Therefore, it is possible to obtain larger kinetic energy when installed in a place where the descending component of the airflow increases, such as under a high-rise building, or in an area where there is a lot of rainfall or snowfall.

<垂直軸型螺旋タービンの向きを上下逆にできることの効果>
本発明の第11の態様として、本発明の第1の態様から第7の態様までのうちいずれか1つの態様において、垂直軸型螺旋タービンを上下の向きを逆向きに変更することが可能な機構を更に備えた構成としても良い。前述のように垂直軸型螺旋タービンでは、設置場所や季節などの条件により、翼端側をタービンの上部になるように設置するか下部になるようにするか、どちらかがより好適となるが、それらの条件は変化することも考えられる。従って、これらの条件に対応して、対数螺旋状タービンの天地を変えることができるような機構にすることにより、より好適な回転効率を得ることが可能となる。
<Effect of being able to turn the direction of vertical axis spiral turbine upside down>
As an eleventh aspect of the present invention, in any one of the first to seventh aspects of the present invention, it is possible to change the vertical axis type spiral turbine upside down. It is good also as a structure further provided with the mechanism. As described above, in the vertical axis type spiral turbine, either the blade tip side is set to be the upper part of the turbine or the lower part is more suitable depending on conditions such as the installation place and the season. These conditions may change. Therefore, a more suitable rotational efficiency can be obtained by adopting a mechanism that can change the top and bottom of the logarithmic spiral turbine corresponding to these conditions.

<翼弦長が一定であることの利点>
本発明の第12の態様として、本発明の第1の態様から第11の態様までのうちいずれか1つの態様において、前記ブレードの幅が一定である構成としても良い。翼弦長を一定にすることは、対数螺旋状で3次元的に回転半径が変化するブレードを形成するときに、形成しやすい利点がある。形成しやすいといってもブレードは対数螺旋状であるので、ここまで述べてきたように、従来型の垂直軸型螺旋タービンに比べ、より良い回転効率を得ることが可能である。
<Advantages of constant chord length>
As a twelfth aspect of the present invention, in any one of the first aspect to the eleventh aspect of the present invention, the blade may have a constant width. Making the chord length constant has an advantage that it is easy to form when a blade having a logarithmic spiral shape and a three-dimensional rotation radius is formed. Even if it is easy to form, since the blade has a logarithmic spiral shape, as described above, it is possible to obtain better rotational efficiency than the conventional vertical axis spiral turbine.

<翼弦長と翼弦の中心と回転軸体の間隔が共に増加することの利点>
本発明の第13の態様として、本発明の第1の態様から第11の態様までのうちいずれか1つの態様において、前記回転軸体と前記ブレードに係る翼弦長の中心との間隔が、前記回転軸体の翼根元側から翼端側にかけて対数螺旋状で増加するのに合わせて、前記翼弦長も増加するように形成される構成としても良い。回転軸体と翼弦長の中心との間隔が対数螺旋状に増加する場合は、翼弦長も同時に増加させ、ソリディティを保つ方が自然で、ブレードを形成しやすいという利点がある。この形状とした場合には、ブレードの面積を若干拡大することになり、トルクを得やすく、弱風時の初動に有利となる。
<Advantages of increasing both chord length, chord center, and rotating shaft>
As a thirteenth aspect of the present invention, in any one of the first aspect to the eleventh aspect of the present invention, an interval between the rotary shaft body and the center of the chord length related to the blade is It is good also as a structure formed so that the said chord length may also increase according to the logarithmic spiral shape increasing from the blade root side of the said rotating shaft body to the blade end side. When the distance between the rotating shaft body and the center of the chord length increases in a logarithmic spiral, it is natural to increase the chord length at the same time and maintain the solidity, and there is an advantage that it is easy to form a blade. In the case of this shape, the area of the blade is slightly enlarged, and it is easy to obtain torque, which is advantageous for the initial movement in a weak wind.

<翼弦の中心と回転軸体との間隔が拡大する中で翼弦長が減少することの利点>
本発明の第14の態様として、本発明の第1の態様から第11の態様までのうちいずれか1つの態様において、前記回転軸体と前記ブレードに係る翼弦の中心との間隔が、前記回転軸体の翼端側から翼根元側にかけて対数螺旋状で拡大する中で、前記翼弦長は逆に縮小するように形成される構成としても良い。回転軸体と翼弦の中心との間隔が対数螺旋状に拡大する中で、翼弦長を逆に縮小させることは、ブレードを形成し難いというデメリットがある。しかし、回転軸体と翼弦の中心との間隔が拡大していき、周速が早まるにつれ、ブレードの面積も減少することになるので、より良い回転効率につなげられるという効果が得られる。
<Advantages of reducing chord length while increasing the distance between the chord center and the rotating shaft>
As a fourteenth aspect of the present invention, in any one of the first aspect to the eleventh aspect of the present invention, an interval between the rotating shaft body and the center of the chord related to the blade is The chord length may be formed so as to decrease on the contrary while expanding in a logarithmic spiral shape from the blade tip side to the blade root side of the rotating shaft body. While the distance between the rotating shaft body and the center of the chord increases in a logarithmic spiral shape, reducing the chord length on the contrary has a demerit that it is difficult to form a blade. However, since the space between the rotating shaft and the center of the chord increases and the area of the blade decreases as the peripheral speed increases, the effect of being connected to better rotational efficiency can be obtained.

<マグヌス効果の利用>
本発明の第15の態様として、本発明の第1の態様から第14の態様までのうちいずれか1つの態様に示される垂直軸型螺旋タービンと、前記垂直軸型螺旋タービンを同一円周上に配置できるような一体型フレームと、前記一体型フレームの回転軸と、前記一体型フレームの外周脚部を支え、かつ、回転が可能となるような軌道溝とを更に備え、前記一体型フレームの回転方向と前記垂直軸螺旋タービンの回転方向とが同じになるように形成された構成を有する垂直軸型螺旋タービン群体として本発明を実現しても良い。
<Use of Magnus effect>
As a fifteenth aspect of the present invention, the vertical axis spiral turbine shown in any one of the first aspect to the fourteenth aspect of the present invention and the vertical axis spiral turbine are arranged on the same circumference. An integral frame that can be disposed on the frame, a rotating shaft of the integral frame, and a track groove that supports an outer peripheral leg portion of the integral frame and that can rotate. You may implement | achieve this invention as a vertical axis | shaft type spiral turbine assembly which has the structure formed so that the rotation direction of this and the rotation direction of the said vertical axis spiral turbine may become the same.

一様流の中の回転する円柱体や円錐台には、移動方向または一様流に対して垂直の揚力が発生することが知られている。これをマグヌス効果と言うが、垂直軸型螺旋タービンにおいても、そのブレードが回転しているときのタービン全体の形状は円柱形となるので、ブレードやタービン自体にもマグヌス効果が働くことになる。垂直軸型タービンは水平軸型タービンのように重心が高くなることはなく、タービン全体に風圧がかかることになるので、強風時において安全性の面では有利であるが、同一方向からの強風が一定時間吹くような環境にあるときには、このマグヌス効果によりタービン全体または腕部等へ強い圧力がかかることになる。 It is known that a rotating cylinder or a truncated cone in a uniform flow generates a lifting force perpendicular to the moving direction or the uniform flow. This is called the Magnus effect. In the vertical axis spiral turbine as well, since the shape of the entire turbine when the blades are rotating is a cylindrical shape, the Magnus effect also acts on the blades and the turbine itself. The vertical axis turbine does not have a high center of gravity unlike the horizontal axis turbine, and the wind pressure is applied to the entire turbine, which is advantageous in terms of safety in strong winds. When it is in an environment where it blows for a certain period of time, a strong pressure is applied to the entire turbine or arms by this Magnus effect.

このように強い風圧からタービンを守り、このマグヌス効果による揚力も回転エネルギーに変換する設置方法としては、たとえば図19に示すような複数の垂直軸型螺旋タービンを同一円周上に配置できるような一体型フレームと、その一体型フレームの回転軸と、一体型フレームの外周脚部を支え、かつ、回転が可能となるような軌道溝とで、複数の垂直軸型螺旋タービンを設置するというものがある。   As an installation method for protecting the turbine from such a strong wind pressure and converting the lift caused by the Magnus effect into rotational energy, for example, a plurality of vertical axis spiral turbines as shown in FIG. 19 can be arranged on the same circumference. A plurality of vertical-shaft spiral turbines are installed with an integral frame, a rotation axis of the integral frame, and a raceway groove that supports the outer peripheral leg of the integral frame and that can rotate. There is.

個々の垂直軸螺旋タービンの回転が時計回りになるように設置されている場合は、一体型フレームの回転もマグナス効果が働き、時計回りとなる。この機構により、一体型フレームは、単独の垂直軸型螺旋タービンのフレームより頑強な構造にすることができ、かつ強風時の強いマグヌス効果による回転軸への圧力も、回転運動に変換することで安全性を図れる。ここで得た回転エネルギーは個々の垂直軸型螺旋タービンの回転と同様に電力などに変換して利用することができる。   When the individual vertical-axis spiral turbines are installed so as to rotate clockwise, the rotation of the integral frame also works clockwise due to the Magnus effect. By this mechanism, the integrated frame can be made more robust than the frame of a single vertical shaft spiral turbine, and the pressure on the rotating shaft due to the strong Magnus effect in strong winds can also be converted into rotational motion. Safety can be achieved. The rotational energy obtained here can be used after being converted into electric power or the like in the same manner as the rotation of each vertical axis spiral turbine.

本発明に係る垂直軸型螺旋タービンは、各ブレードで生じる揚力/抗力による回転モーメントをより増加させることで、風力エネルギー等の利用効率を更に向上させることができ、また自己起動が容易且つ確実となる。   The vertical axis spiral turbine according to the present invention can further improve the utilization efficiency of wind energy and the like by further increasing the rotational moment due to the lift / drag generated by each blade, and can easily and reliably self-start. Become.

本発明の一実施形態に係る垂直軸型螺旋タービンの、概略構成を示す図である。It is a figure showing a schematic structure of a vertical axis type spiral turbine concerning one embodiment of the present invention. 図1に示す垂直軸型螺旋タービンの、ブレードの概略正面構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic front structure of the braid | blade of the vertical axis | shaft spiral turbine shown in FIG. 図1に示す垂直軸型螺旋タービンの、ブレードの概略平面構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic plan configuration of blades of the vertical axis spiral turbine illustrated in FIG. 1. ヘリカルタービン(従来型)でのブレードを通過する風の流れを示す図である。It is a figure which shows the flow of the wind which passes the braid | blade in a helical turbine (conventional type). 本発明の一実施形態に係る垂直軸型対螺旋タービンにおけるブレードを通過する風の流れを示す図である。It is a figure which shows the flow of the wind which passes along the braid | blade in the vertical axis type | mold versus spiral turbine which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る基本形状の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the basic shape which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る基本形状の別の変形例を示す図である。It is a figure which shows another modification of the basic shape which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る基本形状のまた別の変形例を示す図である。It is a figure which shows another modification of the basic shape which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るヘリカルタービンなどとの合成例の図である。It is a figure of a synthesis example with the helical turbine etc. which concern on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るスリットの導入による効果を示す図である。It is a figure which shows the effect by introduction of the slit which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るブレード表面に配置する、いわゆるボルテックスジェネレータの色々なバリエーション例(型)を示した図である。It is the figure which showed various variation examples (type | mold) of what is called a vortex generator arrange | positioned on the blade surface which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るブレード表面に楔状凸型のボルテックスジェネレータを設置した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which installed the wedge-shaped convex vortex generator in the blade surface which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るブレード側前縁にアウトフローが発生する様子を示した図である。It is the figure which showed a mode that the outflow generate | occur | produced in the braid | blade side front edge which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るブレード側前縁にいわゆるドッグトゥース形状を施した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which gave what is called a dogtooth shape to the braid | blade side front edge which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る翼端渦の発生状態などを示す図である。It is a figure which shows the generation | occurrence | production state of the blade tip vortex concerning one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る揚力低下を抑制するいくつかのウィングレットの例(型)を示す図である。It is a figure which shows the example (type | mold) of some winglets which suppress the lift fall which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る加速された気流と翼端渦を利用して推進力を得るウィングレットの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the winglet which obtains a thrust using the accelerated airflow and blade tip vortex which concern on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る腕部を副翼化した例を示す図である。It is a figure which shows the example which made the arm part which concerns on one Embodiment of this invention into a subwing. 本発明の別の実施形態に係る垂直軸型螺旋タービンの概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the vertical axis | shaft spiral turbine which concerns on another embodiment of this invention. 本発明の別の実施形態に係る垂直軸型螺旋タービンの翼型断面を示す図である。It is a figure which shows the airfoil cross section of the vertical axis | shaft spiral turbine which concerns on another embodiment of this invention. 本発明のまた別の実施形態に係る垂直軸型螺旋タービンの、いわゆるウィングレットを示す図である。It is a figure which shows what is called a winglet of the vertical axis | shaft type spiral turbine which concerns on another embodiment of this invention. 本発明のさらに別の実施形態に係る垂直軸型螺旋タービンの、また別のいわゆるウィングレットを示す図である。FIG. 6 is a view showing another so-called winglet of a vertical axis spiral turbine according to still another embodiment of the present invention. 本発明のまた別の実施形態に係る、いわゆるタンデム構造にした状態と気流の経路を示す図である。(A+A型)It is a figure which shows the state made into what is called a tandem structure, and the path | route of an air flow based on another embodiment of this invention. (A + A type) 本発明のさらに別の実施形態に係る、いわゆるタンデム構造にした状態と気流の経路を示す図である。(B+B型)It is a figure which shows the state made into what is called a tandem structure, and the path | route of an air flow based on another embodiment of this invention. (B + B type) 本発明のまた別の実施形態に係る、いわゆるタンデム構造にした状態と気流の経路を示す図である。(A+B型)It is a figure which shows the state made into what is called a tandem structure, and the path | route of an air flow based on another embodiment of this invention. (A + B type) 本発明のさらに別の実施形態に係る、いわゆるタンデム構造にした状態と気流の経路を示す図である。(B+A型)It is a figure which shows the state made into what is called a tandem structure, and the path | route of an air flow based on another embodiment of this invention. (B + A type) 本発明のまた別の実施形態に係る、マグヌス効果を利用する一体型フレームに組み込んだ構造を示す図である。It is a figure which shows the structure built into the integral-type flame | frame using a Magnus effect based on another embodiment of this invention.

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る垂直軸型螺旋タービンについて説明する。以下では、本発明の目的を達成するための説明に必要な範囲を模式的に示し、当該範囲について主に説明することとし、説明を省略する箇所については公知技術によるものとする。   Hereinafter, a vertical axis spiral turbine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Below, the range required for the description for achieving the object of the present invention is schematically shown, and the range will be mainly described, and the description will be omitted according to known techniques.

<第1の実施形態:ブレードの基本形状>
図1は本発明の第1の実施形態に係る垂直軸型螺旋タービンの概略構成を示す斜視図である。また図2はそのブレード部分の概略正面図であり、図3は概略平面図である。図1に示されるように、本発明の一実施形態に係る垂直軸型螺旋タービン1Aは、回転軸体11に腕部30により3枚のブレード20が取り付けられて構成される。これらの構成のうち、ブレード20はその延伸方向と略直交する断面(以下、「横断面」ともいう。)が図1及び図3に示されるように、翼型もしくは涙の雫を引き伸ばした形状をなし、こうした断面が上下方向(延伸方向)にいわば積層されてもしくは積算的に構成されて形成されている。各ブレード20はその上下方向(延伸方向)の断面(以下、「縦断面」ともいう。)が、図2で示されるように、上側の翼端91から下側の翼根元92に向かって、回転軸体11からの水平距離がたとえば図3で示すように対数螺旋状に減少するように形成されている。
<First Embodiment: Basic Shape of Blade>
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a vertical axis spiral turbine according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic front view of the blade portion, and FIG. 3 is a schematic plan view. As shown in FIG. 1, a vertical shaft type spiral turbine 1 </ b> A according to an embodiment of the present invention is configured by attaching three blades 20 to a rotating shaft body 11 by arm portions 30. Of these configurations, the blade 20 has a cross-section (hereinafter, also referred to as a “cross-section”) that is substantially orthogonal to the extending direction thereof, as shown in FIGS. These cross sections are formed so as to be laminated in a vertical direction (stretching direction) or to be configured in an integrated manner. Each blade 20 has a cross section (hereinafter also referred to as a “longitudinal section”) in the vertical direction (stretching direction), as shown in FIG. 2, from the upper blade tip 91 toward the lower blade root 92. For example, as shown in FIG. 3, the horizontal distance from the rotating shaft body 11 is formed to decrease in a logarithmic spiral.

上記の構成を有する垂直軸型螺旋タービン1Aの作用・動作について説明する。図1において、回転軸10に直交する方向から風などの流体が流れてきて各ブレード20がかかる流体によって押圧されると、その縦断面の中心線によって形成される線分が螺旋状に形成されていることから、ブレード20面のいずれかの部分が常に最適な位置となり初期の回転を起動するトルクを発生する。更にブレード20はその縦断面の中心線によって形成される線分が対数螺旋状に形成されていることから、従来のヘリカルタービンに比べてブレード1枚あたりの面積が拡張される効果を持ち、受風によるエネルギーをより多く獲得することとなる。これらの結果、回転時のトルクの増大、即ち回転数の増大につなげることが可能となる。   The operation and operation of the vertical axis spiral turbine 1A having the above-described configuration will be described. In FIG. 1, when a fluid such as wind flows from a direction orthogonal to the rotation axis 10 and each blade 20 is pressed by the fluid, a line segment formed by the center line of the longitudinal section is formed in a spiral shape. Therefore, any part of the blade 20 surface is always in an optimal position and generates torque for starting the initial rotation. Further, since the blade 20 is formed by a logarithmic spiral line segment formed by the center line of the longitudinal section, the blade 20 has an effect of expanding the area per blade as compared with the conventional helical turbine. You will get more energy from the wind. As a result, it is possible to increase torque during rotation, that is, increase rotation speed.

このように本願に係る第1の実施形態によれば、ブレード20を複数枚(たとえば3枚)回転軸体11の周りに均等に配置し、各ブレードの翼端から翼根元にかけて回転軸10を中心としたその縦断面を略対数螺旋状に形成したことから、より大きな揚力/トルクを発生させ、回転数の増加を実現することが可能となる。   As described above, according to the first embodiment of the present application, a plurality of (for example, three) blades 20 are evenly arranged around the rotary shaft body 11, and the rotary shaft 10 is arranged from the blade tip to the blade root of each blade. Since the central longitudinal section is formed in a substantially logarithmic spiral shape, it is possible to generate a larger lift / torque and realize an increase in the number of rotations.

<第2の実施形態:ブレードの構成要素:スリットの導入>
以下、第2以降の実施形態及び該当する図では、第1の実施形態と同じ機能のものは同一の符号を付し、その説明を省略する。図14は、本発明の第2の実施形態に係る垂直軸型螺旋タービンの概略構成を示す図であり、図15はそのブレードの翼型断面を示した図である。本発明の第2の実施形態に係る垂直軸型対数螺旋状タービン2Aにおいては、図14に示されるように、各ブレード20Aは複数のスリット41、42を有するように複数のサブブレード(ブレード構成要素)21、22、23を備えて構成される。これらのサブブレードは、図7で示されるように、各サブブレードの翼型形状が若干の重なりを持つように、すなわち、サブブレード21の横断面における翼型もしくは涙滴型形状の尖端部とサブブレード22の同様形状の円弧端部とが正面視で若干の重なりを帯び、サブブレード22の横断面における翼型もしくは涙滴型形状の尖端部とサブブレード23の同様形状の円弧端部とが正面視で若干の重なりを帯びるように、形成される。このように構成されることで、流体がそのスリットをスムーズに通り抜けることが可能となる。また、上記では1枚のブレードが3枚のサブブレードを有して構成される態様を例にとって説明したが、サブブレードの数は3に限らず、任意の自然数とすることができる。その場合には、スリットの数は(サブブレードの数)−1となる。
<Second Embodiment: Components of Blade: Introduction of Slit>
Hereinafter, in the second and subsequent embodiments and the corresponding drawings, the same functions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. FIG. 14 is a diagram showing a schematic configuration of a vertical axis spiral turbine according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 15 is a diagram showing a blade profile of the blade. In the vertical axis logarithmic spiral turbine 2A according to the second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 14, each blade 20A has a plurality of sub-blades (blade configurations) so as to have a plurality of slits 41 and. Element) 21, 22, and 23. As shown in FIG. 7, these sub-blades are configured so that the airfoil shape of each sub-blade has a slight overlap, that is, the airfoil-shaped or teardrop-shaped tip in the cross section of the sub-blade 21 The arcuate end of the sub-blade 22 having a similar shape is slightly overlapped in front view, and the wing-shaped or teardrop-shaped apex in the cross section of the sub-blade 22 and the arc-shaped end of the sub-blade 23 having the same shape Are formed so as to have a slight overlap in front view. By being configured in this way, the fluid can smoothly pass through the slit. In the above description, an example in which one blade has three sub-blades has been described. However, the number of sub-blades is not limited to three, and any natural number can be used. In that case, the number of slits is (number of sub-blades) -1.

本発明の第2の実施形態によれば、スリット41,42を備えたことにより、回転軸10に(略)直交する方向から風などの流体が流れてきて各ブレード20Bがかかる流体からの押圧力を受けた場合、図7で示したように、スリットからかかる流体(たとえば風)が抜けることから当該流体(たとえば風)のブレードからの剥離を遅らせ、風などの流速を増大する効果を持たせることが可能となる。この結果、垂直軸型螺旋タービンで風の状態により発生するいわゆる失速状態を回避し、安定的に風のエネルギーを回転数に変換することが可能となる。   According to the second embodiment of the present invention, since the slits 41 and 42 are provided, fluid such as wind flows from the direction (substantially) perpendicular to the rotation shaft 10 and each blade 20B is pushed from the fluid. When the pressure is applied, as shown in FIG. 7, the fluid (for example, wind) is removed from the slit, so that the separation of the fluid (for example, wind) from the blade is delayed and the flow velocity of the wind is increased. It becomes possible to make it. As a result, it is possible to avoid the so-called stall condition that occurs due to the wind condition in the vertical shaft type spiral turbine, and to stably convert the wind energy into the rotational speed.

<第3の実施形態:ブレードの別の構成要素:ボルテックスジェネレータの配置>
本発明の第3の実施形態に係る垂直軸型螺旋タービンとして、上記の第1もしくは第2の実施形態の構成に加えて、図8Bに示すように各ブレード21の表面に複数の小さな楔状凸型のボルテックスジェネレータ50(図8Aの(a))を配置することもできる。ボルテックスジェネレータの形状としては種々のパターンが可能であり、たとえば、板状凸型51(図8Aの(b))、ブレードの翼幅方向に沿った縦溝状凹型52(図8Aの(c))、ブレードの翼弦方向に沿った横溝状凹型53(図8Aの(d))もしくは複数の小さな窪み状凹型54(図8Aの(e))などを採用することもできる。これらブレード表面に凸型もしくは凹型のボルテックスジェネレータを備えることで、流体が各ブレードの表面を流れるときに小さな渦流が発生し、流体のブレードからの剥離を遅らせることを可能としている。その結果、風のエネルギーからより多くの揚力を発生させ、トルクの増加から回転数の増加につなげることができるようになる。
<Third Embodiment: Another Component of Blade: Arrangement of Vortex Generator>
As a vertical axis spiral turbine according to the third embodiment of the present invention, in addition to the configuration of the first or second embodiment described above, a plurality of small wedge-shaped protrusions are formed on the surface of each blade 21 as shown in FIG. 8B. A vortex generator 50 of the type (FIG. 8A (a)) can also be arranged. Various shapes are possible as the shape of the vortex generator. For example, a plate-shaped convex mold 51 (FIG. 8A (b)), a vertical groove-shaped concave mold 52 along the blade width direction of the blade (FIG. 8A (c)). ), A horizontal groove-shaped concave mold 53 ((d) in FIG. 8A) or a plurality of small concave concave molds 54 ((e) in FIG. 8A) along the blade chord direction can also be employed. By providing a convex or concave vortex generator on the blade surface, a small vortex is generated when the fluid flows on the surface of each blade, and the separation of the fluid from the blade can be delayed. As a result, more lift can be generated from the wind energy, and an increase in torque can be linked to an increase in rotational speed.

<第4の実施形態:ブレードの別の構成要素:ドッグトゥース形状の導入>
本発明の第4の実施形態に係る垂直軸型螺旋タービンとして、上記の第1〜第3のうちのいずれかの実施形態の構成に加えて、図9Bに示すように各ブレードの前縁にギザギザ形状のいわゆるドッグトゥース503を導入する機能を採用する。これによりブレードが回転するときに気流に作用し、図9Aで示されるようなアウトフロー502を遮り、翼上面に帯状の乱流を発生させる。これらの作用により翼端側に極端にそれてしまう流れを翼上面に安定させ、揚力を安定させる機能を持つことが可能となる。
<Fourth Embodiment: Another Component of Blade: Introduction of Dog Tooth Shape>
As a vertical axis type spiral turbine according to the fourth embodiment of the present invention, in addition to the configuration of any one of the first to third embodiments, as shown in FIG. A function of introducing a so-called dog tooth 503 having a jagged shape is adopted. This acts on the airflow when the blade rotates, interrupts the outflow 502 as shown in FIG. 9A, and generates a strip-like turbulent flow on the blade upper surface. By these actions, it is possible to have a function of stabilizing the flow that is extremely diverted to the blade tip side on the blade upper surface and stabilizing the lift.

<第5、第6の実施形態:ブレードの別の構成要素:ウィングレットの導入>
図16及び図17は、それぞれ本発明の第5の実施形態及び第6の実施形態に係る垂直軸型螺旋タービンとして、上記の第1〜第4のうちのいずれかの実施形態の構成に加えて、ブレードの翼端にウィングレットとして機能する部分を導入した状態を示す図である。ウィングレットとは、各ブレードの翼端を他の翼部とは異なる形状/角度に加工し、もしくは当該の異なる形状体を取り付けた翼端のことである。本発明の第5の実施形態に係る垂直軸型螺旋タービンの概略は、図16に示されている。本発明の第5実施形態では、第2の実施形態のように各ブレードはサブブレードで構成されスリットを持っているが、各ブレードの翼端部には曲り型のウィングレット61が導入されている。このようなウィングレットを持った構成を備えることで、ブレードが回転するときに気流に作用して翼端渦を発生、これにより揚力低減を抑止することや空気抵抗(誘導抗力)を減らす機能を持つことが可能となる。
<Fifth and Sixth Embodiments: Another Component of Blade: Introduction of Winglet>
FIGS. 16 and 17 show the vertical axis spiral turbine according to the fifth and sixth embodiments of the present invention, respectively, in addition to the configuration of any one of the first to fourth embodiments. FIG. 6 is a view showing a state where a portion functioning as a winglet is introduced at the blade tip of the blade. A winglet is a blade tip obtained by processing the blade tip of each blade into a shape / angle different from that of the other blade portions or attaching the different shape body. An outline of a vertical axis spiral turbine according to a fifth embodiment of the present invention is shown in FIG. In the fifth embodiment of the present invention, each blade is composed of sub blades and has slits as in the second embodiment, but a curved winglet 61 is introduced at the blade tip of each blade. Yes. By having such a structure with winglets, it acts on the airflow when the blade rotates, generating wing tip vortices, thereby suppressing the reduction of lift and reducing the air resistance (induced drag) It becomes possible to have.

本発明の第6の実施形態に係る垂直軸型螺旋タービンにおいては、図17に示されるように、各ブレード20の翼端部に先細り形状62が与えられている。このように、各ブレードの翼端に、翼端翼機能相当部を設けることで、翼端(ブレード端)渦の発生を抑制する効果を持たせることができる。翼端翼の形状は図11の(a)から同図(l)に示されるように先端を細くする、先端を丸める、先端を細分化するなど様々な類型を用いることができる。図17の場合は、各ブレードの翼端部に立体的な曲りを持ったウィングレット62が導入されている。このウィングレット62によって、ブレードが回転するときに気流に作用し、図12で説明されたように翼端渦404と増大した翼表面の流れ500とが合成されて、翼を進行方向に押し出す推進力(抗力)501を作り出す機能を持つことが可能となる。その結果、風のエネルギーからより多くのトルクを発生し、回転数の増加を実現することができる。   In the vertical axis spiral turbine according to the sixth embodiment of the present invention, as shown in FIG. 17, a tapered shape 62 is given to the blade tip portion of each blade 20. Thus, by providing the blade tip blade function equivalent portion at the blade tip of each blade, it is possible to have an effect of suppressing the generation of blade tip (blade end) vortices. As shown in FIG. 11 (a) to FIG. 11 (l), the shape of the blade tip wing can be various types such as narrowing the tip, rounding the tip, or subdividing the tip. In the case of FIG. 17, a winglet 62 having a three-dimensional curve is introduced at the blade tip of each blade. This winglet 62 acts on the airflow when the blade rotates, and as shown in FIG. 12, the blade tip vortex 404 and the increased blade surface flow 500 are combined to propel the blade in the traveling direction. It becomes possible to have a function of creating a force (drag) 501. As a result, more torque can be generated from the wind energy, and an increase in the rotational speed can be realized.

このようなウィングレットは、好適には、図12に示すように翼に対して、内側かつ回転方向後方に後退しながら先細りになるような形状として導入する。   Such a winglet is preferably introduced in a shape that tapers while retreating inward and backward in the rotational direction with respect to the wing as shown in FIG.

<第7の実施形態:垂直軸型螺旋タービンの構成要素:腕部の副翼化>
図13は、本発明の第7の実施形態に係る、各ブレードを回転軸に連結する腕部の形状を示す概念的斜視図である。本発明の第7の実施形態に係る垂直軸型螺旋タービンにおいては、上記の第1〜第6のうちのいずれかの実施形態の構成に加えて、図13に示されるように、各ブレード20Bを回転軸に接続する腕部30Bは、各ブレードと同様に螺旋状あるいは対数螺旋状であり、この部分でも揚力及び抗力を回転モーメントとして生かせるように翼型の断面を有している。この構成により、ブレードを対数螺旋状としたことによる作用・効果を、腕部30Bにおいても享受でき腕部に副翼的な機能を持たせることが可能となる。したがって、たとえば上記の各ブレードを対数螺旋状とした第1もしくは第2の実施形態と本第7の実施形態とを重畳的に用いれば、両者が相まってさらに風のエネルギーを回転数の増加につなげる効果を増大させることができる。
<Seventh Embodiment: Components of Vertical Axis Type Spiral Turbine: Sub-wing of Arm Part>
FIG. 13 is a conceptual perspective view showing the shape of an arm portion for connecting each blade to a rotating shaft according to the seventh embodiment of the present invention. In the vertical axis spiral turbine according to the seventh embodiment of the present invention, in addition to the configuration of any one of the first to sixth embodiments, as shown in FIG. Like the blades, the arm portion 30B that connects to the rotation shaft has a spiral shape or a logarithmic spiral shape, and this portion also has a wing-shaped cross section so that lift and drag can be utilized as a rotational moment. With this configuration, the arm 30B can enjoy the actions and effects of the blade having a logarithmic spiral shape, and the arm portion can have a sub-wing function. Therefore, for example, if the first or second embodiment in which each of the blades described above is formed in a logarithmic spiral and the seventh embodiment are used in a superimposed manner, the two together combine to further increase the energy of the wind. The effect can be increased.

上述した本発明の第1もしくは第2の実施形態は、それぞれ、第3の実施形態及び/もしくは第4の実施形態、及び/もしくは第5の実施形態もしくは第6の実施形態、及び/もしくは第7の実施形態、と組み合わせた構成とすることができる。これらを組み合わせることによって、上述したそれぞれの実施形態の効果が重畳的に奏されることとなる。因みに、図13は第2の実施形態をベースに翼幅方向の縦溝状凹型ボルテックスジェネレータを施した第3の実施形態、翼端渦を利用するウィングレット61である第5の実施形態、そして第7の実施形態である腕部30Bの副翼化、を組み合わせた構成を有するものである。これらの構成を組み合わせることで、風のエネルギーから安定的にトルクを発生し、回転数をより増大させることが期待できる。   The first or second embodiment of the present invention described above is the third embodiment and / or the fourth embodiment, and / or the fifth embodiment or the sixth embodiment, and / or the first embodiment, respectively. The embodiment can be combined with the seventh embodiment. By combining these, the effects of the respective embodiments described above are produced in a superimposed manner. Incidentally, FIG. 13 shows a third embodiment in which a longitudinal groove-shaped concave vortex generator in the blade width direction is provided on the basis of the second embodiment, a fifth embodiment which is a winglet 61 using a blade tip vortex, and The arm portion 30B according to the seventh embodiment is combined with the sub wing. By combining these configurations, it can be expected that torque is stably generated from wind energy and the rotational speed is further increased.

<第8の実施形態:対数螺旋タービンの連結設置による効果>
図18A、図18B、図18C、図18Dは、本発明の第8の実施形態に係る対数螺旋タービンの連結設置を示す図である。上記の第1〜第7のうちのいずれかの実施形態の構成を有する垂直軸型対数螺旋タービンのユニットは、回転方向を同一にして複数組み合わせて同一軸に連結する、いわゆるタンデム構造としてもよい。この場合、各ブレードの回転半径を下部に向けて減少する型(A型)と、下部に向けて増加する型(B型)との組み合わせは、図18A、図18B、図18C、図18Dに示すように、A+A、A+B、B+A、B+Bなど、色々な組み合わせが可能であるが、設置場所や季節などの条件により好適な組合せを選ぶことが望ましい。また、同一軸に連結するのではなく、発電機などのエネルギー変換ユニットと一体化したものを一つの出力モジュールとして、同一垂直軸位置に積み上げる、いわゆるスタック構造としてもよい。これらのスタック構造を採用すれば少ない設置面積で総受風面積を増やすことになるので、より大きな運動エネルギーを得ることにつながる。このスタック構造は垂直軸タービンに特有な有効的方法である。なおこの様々な組み合わせにおいては、流体の流れは翼端方向に傾斜しているので、翼端と翼端とが天地で向き合うような積み重ねをする場合は、その距離を広げクリアランス602を設ける等の処置をして、互いの流れの干渉を考慮した上でスタック構造を形成するのが好ましい。逆に翼根元が天地で向き合うような積み重ねをする場合では互いの距離を広げる必要はないため、積み重ねではなく完全に一体化した構造であっても問題はない。
<Eighth Embodiment: Effects of Linked Installation of Logarithmic Spiral Turbine>
FIGS. 18A, 18B, 18C, and 18D are diagrams showing the connection installation of the logarithmic spiral turbine according to the eighth embodiment of the present invention. The unit of the vertical axis logarithmic spiral turbine having the configuration of any one of the first to seventh embodiments may have a so-called tandem structure in which the rotation directions are the same and a plurality of units are combined and connected to the same shaft. . In this case, a combination of a mold (A type) in which the rotational radius of each blade decreases toward the lower part and a mold (B type) that increases toward the lower part is shown in FIGS. 18A, 18B, 18C, and 18D. As shown, various combinations such as A + A, A + B, B + A, and B + B are possible, but it is desirable to select a suitable combination depending on conditions such as installation location and season. Moreover, it is good also as what is called a stack structure which does not connect with the same axis | shaft but is piled up on the same vertical-axis position as what was integrated with energy conversion units, such as a generator, as one output module. If these stack structures are adopted, the total wind receiving area is increased with a small installation area, which leads to a larger kinetic energy. This stack structure is an effective method unique to vertical axis turbines. In these various combinations, the fluid flow is inclined in the direction of the blade tip. Therefore, when stacking the blade tip and the blade tip facing each other on the top and bottom, the distance is widened and a clearance 602 is provided. It is preferable to form a stack structure by taking into account the mutual flow interference. Conversely, when stacking the blade roots facing each other on the top and bottom, there is no need to increase the distance between them, so there is no problem even with a completely integrated structure.

<垂直軸型対数螺旋タービンの天地と回転方向>
垂直軸型対数螺旋タービンでは、翼端が後退し拡開する形状をとるが、翼端がタービンの上部側となるように設置しても、天地を変えて翼端をタービンの下部側になるように設置しても良い。また、タービンの回転方向は時計回りでも反時計回りでも良いが、各ブレード断面は風などの流体の流れに対して、最大の受益を得られる翼型断面としておくのが好ましい。
<Vertical and logarithmic spiral turbine vertical and rotating direction>
The vertical axis logarithmic spiral turbine takes a shape in which the blade tip retreats and expands, but even if it is installed so that the blade tip is on the upper side of the turbine, the blade tip is changed to the lower side of the turbine by changing the top and bottom. You may install as follows. The turbine may be rotated clockwise or counterclockwise, but each blade cross section is preferably an airfoil cross section that can obtain the maximum benefit with respect to the flow of fluid such as wind.

<天地の違いによる効果>
ところで、本発明者がより考察を深めたところ、垂直軸型対数螺旋タービンの向きには、それぞれ好適な設置条件があることが解った。本発明の第9の実施形態に係るものとして、上記の第1〜第7のうちのいずれかの実施形態の構成に加えて、各ブレードの一部または全部の回転半径が縦方向に減少するよう形成さる。この構成の場合、即ち翼端がタービンの上部側になるように設置した場合は、気流の上昇成分の運動エネルギーを回転数増加につなげることができるので、ビルなどの建物の屋上や、山の稜線上など、気流の上昇成分が多くなる場所に設置する場合に好適ということができる。
<Effects of differences in top and bottom>
By the way, as a result of further study by the present inventor, it has been found that there are suitable installation conditions in the direction of the vertical axis logarithmic spiral turbine. According to the ninth embodiment of the present invention, in addition to the configuration of any one of the first to seventh embodiments, a part or all of the rotation radius of each blade decreases in the vertical direction. Ru is formed as. In the case of this configuration, that is, when the blade tip is installed on the upper side of the turbine, the kinetic energy of the rising component of the air current can be connected to the increase in the number of rotations. It can be said that it is suitable when it is installed in a place where the rising component of the airflow increases, such as on a ridgeline.

一方で、本発明の第10の実施形態に係るものとして、上記の第1〜第7のうちのいずれかの実施形態の構成に加えて、各ブレードの一部または全部の回転半径が縦方向に増加するよう形成する。この構成の場合、即ち翼端をタービンの下部になるように設置した場合では、気流の下降成分や降雨、降雪が持つ運動エネルギーをも回転数増加につなげることができるので、高層ビルの下などのように気流の下降成分が多くなる場所や、降雨や降雪の多い地域に設置する場合に好適となるのである。   On the other hand, according to the tenth embodiment of the present invention, in addition to the configuration of any one of the first to seventh embodiments, a part or all of the rotation radius of each blade is in the vertical direction. Form to increase. In the case of this configuration, that is, when the blade tip is installed at the lower part of the turbine, the descending component of the air current, the kinetic energy of rainfall and snowfall can also be linked to the increase in the number of revolutions, so Thus, it is suitable for installation in a place where the descending component of the airflow increases, or in an area where there is a lot of rainfall or snowfall.

このように垂直軸型対数螺旋タービンでは、設置場所や季節などの条件により、翼端側をタービンの上部になるように設置するか下部になるようにするか、どちらかがより好適となるが、それらの条件は変化するといえる。この点に鑑みて、本発明の第11の実施形態として、上記の第1〜第7のうちのいずれかの実施形態の構成に加えて、垂直軸型対数螺旋タービンの上下(天地)の向きを逆向きに変更することが可能な機構を更に備えた構成としても良い。この機構を備えることで、季節などの条件の変化に合わせて、より適した回転効率を得ることが可能となる。その機構としては例えば、複数のブレードで構成されるタービン部を回転軸に固定する方法をネジ止めとし、ネジを外してタービン部を取り出して天地の向きを反転させた後、再びタービン部を回転軸に固定する、などのメカニズムを採用することができるが、本願発明においてはこのメカニズムに限定されることなく、各種公知の機構を採用することができる。   In this way, in the vertical axis logarithmic spiral turbine, either the blade tip side is set to be the upper part of the turbine or the lower part is more suitable depending on the conditions such as the installation location and the season. These conditions can be said to change. In view of this point, as the eleventh embodiment of the present invention, in addition to the configuration of any one of the first to seventh embodiments, the vertical axis logarithmic spiral turbine is oriented vertically (top and bottom). It is good also as a structure further provided with the mechanism which can be changed to reverse. By providing this mechanism, it becomes possible to obtain more suitable rotation efficiency in accordance with changes in conditions such as seasons. As the mechanism, for example, the method of fixing the turbine part composed of a plurality of blades to the rotating shaft is screwed, the screw is removed, the turbine part is taken out, the direction of the top and bottom is reversed, and the turbine part is rotated again. Although a mechanism such as fixing to a shaft can be employed, the present invention is not limited to this mechanism, and various known mechanisms can be employed.

<対数螺旋タービンにおける翼弦長の変化の違いと利点>
対数螺旋タービンの重要な構成要素であるブレード部20について、その幅を垂直方向にどのようにするかについては、3つのパターンがある。本発明の第12の実施形態として、上記の第1〜第11のうちのいずれかの実施形態の構成に加えて、翼弦長を一定にした場合は、ブレードを製作する場合に、その要素の一つを一定にすることで製作しやすい。一方で、本発明の第13の実施形態として、上記の第1〜第11のうちのいずれかの実施形態の構成に加えて、回転軸体と各ブレードの翼弦の中心との間隔が、回転軸体の翼根元から翼端にかけて対数螺旋状で増加するのと同様に、各翼弦長も同じ比率で増加させ、ソリディティが一定となるように形成する構成の場合は、自然な変化となるので、前述の場合とは違う意味で製作しやすい、即ち製作コストを抑えられるという利点があると言える。ブレード全体のソリディティは若干拡大するため、トルクが増大し初期起動が容易となる。さらに、本発明の第14の実施形態として、上記の第1〜第11のうちのいずれかの実施形態の構成に加えて、回転軸体と各ブレードの翼弦中心との間隔が、回転軸体の翼根元から翼端にかけて対数螺旋状で増加するのに対して、各翼弦長が逆に減少するように形成するような構成の場合は、前述の場合とは異なり、減少させる度合いを微妙に調整する必要があることから、設計や製作の面でコスト増になると考えられる。しかし、ブレード全体のソリディティ、特に周速の速い翼端側のソリディティが縮小されることになるため、高速回転時においてより速度を増加させる効果が期待できる。いずれも設置環境に合わせて設計することが可能である。
<Difference and advantage of chord length change in logarithmic spiral turbine>
There are three patterns of how the width of the blade portion 20 which is an important component of the logarithmic spiral turbine is to be set in the vertical direction. As a twelfth embodiment of the present invention, in addition to the configuration of any one of the first to eleventh embodiments described above, in the case where the blade chord length is constant, It is easy to produce by keeping one of the items constant. On the other hand, as a thirteenth embodiment of the present invention, in addition to the configuration of any one of the first to eleventh embodiments, the distance between the rotary shaft body and the center of the chord of each blade is In the same way as increasing in a logarithmic spiral from the root of the rotating shaft to the tip of the blade, each chord length is also increased at the same ratio, so that the solidity is constant. Therefore, it can be said that there is an advantage that manufacturing is easy in a sense different from the above case, that is, manufacturing cost can be suppressed. Since the solidity of the entire blade is slightly enlarged, the torque is increased and initial startup is facilitated. Furthermore, as a fourteenth embodiment of the present invention, in addition to the configuration of any one of the first to eleventh embodiments described above, the interval between the rotating shaft body and the chord center of each blade is set to the rotating shaft. In contrast to the case described above, the degree of reduction is different in the case of a configuration in which each chord length is decreased while the number increases in a logarithmic spiral shape from the blade root to the tip of the body. Since it needs to be adjusted delicately, it is thought that the cost will increase in terms of design and production. However, since the solidity of the entire blade, particularly the solidity on the blade tip side where the peripheral speed is high, is reduced, the effect of increasing the speed during high-speed rotation can be expected. Both can be designed according to the installation environment.

<マグヌス効果の利用>
一様流の中の回転する球体や円柱体、並びに円錐・円錐台には、移動方向または一様流に対して垂直の力(揚力)が発生することが知られている。これをマグヌス効果と言うが、垂直軸型螺旋タービンについても、各ブレードが回転しているときのタービン全体の形状は円柱形となるので、ブレードのみならずタービン自体にもマグヌス効果が働くことになる。垂直軸型タービンは水平軸型タービンのように重心が高くなることはなくタービン全体に風圧が均一にかかることになるので、強風時においても安全性の上では有利であるが、同一方向からの強風が一定時間吹くような環境にあるときには、このマグヌス効果によりタービン全体またはシャフト等には強い圧力がかかることになる。
<Use of Magnus effect>
It is known that a force (lift) perpendicular to the moving direction or the uniform flow is generated in the rotating sphere or cylinder in the uniform flow, and the cone / frustum. This is called the Magnus effect. Even in the case of a vertical axis type spiral turbine, the shape of the entire turbine when each blade is rotating is a cylindrical shape, so that the Magnus effect works not only on the blade but also on the turbine itself. Become. The vertical axis turbine does not have a high center of gravity unlike the horizontal axis turbine, and the wind pressure is uniformly applied to the entire turbine, so it is advantageous in terms of safety even in strong winds, but from the same direction. When there is an environment in which strong winds blow for a certain period of time, strong pressure is applied to the entire turbine or the shaft due to the Magnus effect.

このように強い風圧からタービンを守り、このマグヌス効果による揚力も回転エネルギーに変換するものとして、本発明の第15の実施形態を図19に示す。同図に示されるように、本発明の第15の実施形態は、上記の第1〜第14のうちのいずれかの実施形態の構成に加えて、複数の垂直軸型螺旋タービンを同一円周上に配置できるような一体型フレーム70と、その一体型フレームの回転軸71と、一体型フレームの外周脚部を支え、かつ、回転が可能となるような軌道溝72とで、複数の垂直軸型螺旋タービンすなわち垂直軸型螺旋タービン群体が設置される。   FIG. 19 shows a fifteenth embodiment of the present invention in which the turbine is protected from such a strong wind pressure and the lift due to the Magnus effect is also converted into rotational energy. As shown in the figure, in the fifteenth embodiment of the present invention, in addition to the configuration of any one of the first to fourteenth embodiments described above, a plurality of vertical axis spiral turbines are arranged on the same circumference. An integral frame 70 that can be placed on top, a rotation shaft 71 of the integral frame, and a track groove 72 that supports the outer peripheral leg portion of the integral frame and that can rotate, and a plurality of vertical frames. An axial spiral turbine or vertical axis spiral turbine assembly is installed.

個々の垂直軸型螺旋タービンの回転80が時計回りになるように設置されている場合には、一体型フレームの回転81もマグナス効果が働き、時計回りとなる。この機構により、一体型フレームは、単独の垂直軸型螺旋タービンのフレームより頑強な構造にすることができ、かつ強風時の強いマグヌス効果による回転軸への圧力も回転運動に変換することで安全性が図れる。ここで得た回転エネルギーは個々の垂直軸型螺旋タービンの回転と同様に電力などに変換して利用することができる。個々の垂直軸型螺旋タービンの回転は、ベルトドライブなどで中央の回転軸に動力を伝えても良い。また、一体型フレームの回転エネルギーは中央の回転軸から伝達ではなく、軌道溝を移動する外周脚部からの伝達であっても良い。   When the rotations 80 of the individual vertical axis type spiral turbines are installed in the clockwise direction, the rotation 81 of the integral frame also works in the clockwise direction due to the Magnus effect. With this mechanism, the integrated frame can be made more robust than the frame of a single vertical-shaft spiral turbine, and it is safe by converting the pressure on the rotating shaft due to the strong Magnus effect in strong winds into rotational motion. Sex can be achieved. The rotational energy obtained here can be used after being converted into electric power or the like in the same manner as the rotation of each vertical axis spiral turbine. The rotation of each vertical shaft type spiral turbine may transmit power to the central rotating shaft by a belt drive or the like. Further, the rotational energy of the integrated frame may not be transmitted from the central rotating shaft, but may be transmitted from the outer peripheral leg moving in the raceway groove.

以上、本発明に係る垂直軸型螺旋タービンについて説明したが、本発明に係る垂直軸型螺旋タービンは、各実施形態に限定されず、本発明の趣旨を変更することなく、適宜変形・拡大・縮小して、或いは部分的に代替させて実施することができるが、これらはすべて本発明の技術思想の範囲内のものである。例えば、ブレードの枚数や各ブレードを構成するサブブレード枚数などに限定はない。もちろん本発明に係る垂直軸型螺旋タービンは、気体の運動エネルギーで回転するものに限定されず、流体(例えば水)の運動エネルギーで回転するものであればよい。   The vertical axis spiral turbine according to the present invention has been described above. However, the vertical axis spiral turbine according to the present invention is not limited to each embodiment, and can be appropriately modified, expanded, and modified without changing the gist of the present invention. The present invention can be carried out in a reduced or partially substituted manner, all of which are within the scope of the technical idea of the present invention. For example, the number of blades and the number of sub-blades constituting each blade are not limited. Of course, the vertical axis spiral turbine according to the present invention is not limited to the one that rotates with the kinetic energy of the gas, and may be one that rotates with the kinetic energy of the fluid (for example, water).

本発明に係る垂直軸型螺旋タービンは、上記で詳述したような効果を奏することができるから、本発明は造電業を始めとする各種産業における経済的価値及び利用可能性を有するものである。   Since the vertical axis spiral turbine according to the present invention can achieve the effects as described in detail above, the present invention has economic value and applicability in various industries including the electric construction industry. is there.

1A、2A 垂直軸型螺旋タービン
10 回転軸
11、11B 回転軸体
12 回転方向
20 ブレード
20B ブレード(スリットあり)
20C ブレードの変形例
20D ブレードの別の変形例
20E ブレードのまた別の変形例
20F ブレードのヘリカルタービンとの合成例(一部が対数螺旋状)
21 第1サブブレード
22 第2サブブレード
23 第3サブブレード
30 腕部
30B 腕部(螺旋状または対数螺旋状)
30C 腕部(斜め直線状)
41 第1のスリット
42 第2のスリット
50 ボルテックスジェネレータ(楔状凸型)
51 ボルテックスジェネレータ(板状凸型)
52 ボルテックスジェネレータ(縦溝状凹型)
53 ボルテックスジェネレータ(横溝状凹型)
54 ボルテックスジェネレータ(窪み状凹型)
60 ウィングレット(先端割れ型)
61 ウィングレット(先端曲り型)
62 ウィングレット(立体的先端曲り型)
63 ウィングレット(先端丸形)
70 一体型フレーム
71 一体型フレームの回転軸
72 一体型フレームの回転用軌道溝
80 垂直軸型螺旋タービンの回転方向
81 一体型フレームの回転方向
90 翼幅
91 翼端
92 翼根元
θB 後退角
θ 拡大角
100 タービンの大回転径(翼端の回転軌跡)
101 タービンの小回転径(翼根元の回転軌跡)
102 前縁
103 後縁
104 翼上面
105 翼下面
106 翼弦
201 ヘリカルタービンのブレードを通過する流れ
202 翼端の回転半径
203 垂直軸型螺旋タービンのブレードを通過する風の流れ
204 周速差で生じる圧力差による2次的流れ
205 翼根元の回転半径(202より小さい)
301 摩擦抗力の低減
302 剥離の遅延
303 流速の増大
304 ヘリカルタービン部分e
401 揚力の働く向き
402 正圧側から負圧側への回り込みの流れ
403 ブレード翼端を流れる風の流れ
404 翼端渦
500 拘束渦
501 推進力(抗力)
502 アウトフロー
503 ドッグトゥース形状
601 気流の流れ
602 タンデム構造におけるクリアランス
1A, 2A Vertical shaft type spiral turbine 10 Rotating shaft 11, 11B Rotating shaft body 12 Rotating direction 20 Blade 20B Blade (with slit)
20C blade variation 20D blade variation 20E blade variation 20F blade synthesis with helical turbine (partly logarithmic spiral)
21 First sub blade 22 Second sub blade 23 Third sub blade 30 Arm 30B Arm (spiral or logarithmic spiral)
30C Arm (diagonal straight)
41 First slit 42 Second slit 50 Vortex generator (wedge-shaped convex)
51 Vortex generator (plate-shaped convex type)
52 Vortex Generator (Vertical Groove Concave Type)
53 Vortex generator (horizontal groove concave)
54 Vortex generator (concave concave)
60 Winglet (cracked tip)
61 Winglet (Bend tip)
62 Winglet (Three-dimensional bend type)
63 Winglet (round tip)
70 Integral frame 71 Rotating shaft 72 of the integral frame Rotating track groove 80 of the integral frame Rotating direction of the vertical axis spiral turbine 81 Rotating direction of the integral frame 90 Blade width 91 Blade tip 92 Blade root θB Retraction angle θ Expansion Angle 100 Large rotating diameter of turbine (blade tip rotation trajectory)
101 Small rotation diameter of turbine (rotation locus of blade root)
102 Leading edge 103 Trailing edge 104 Blade upper surface 105 Blade lower surface 106 Blade chord 201 Flow through blade of helical turbine 202 Tip radius of rotation 203 Wind flow through blade of vertical axis spiral turbine 204 Occurs due to difference in peripheral speed Secondary flow due to pressure difference 205 Turning radius of blade root (less than 202)
301 Reduction of frictional drag 302 Delay of separation 303 Increase of flow velocity 304 Helical turbine part e
401 Direction in which lift acts 402 Flow of wraparound from the pressure side to the suction side 403 Wind flow flowing through the blade blade tip 404 Blade tip vortex 500 Restraint vortex 501 Propulsive force (drag)
502 Outflow 503 Dogtooth shape 601 Airflow 602 Clearance in tandem structure

Claims (15)

回転軸体と、
前記回転軸体の周りに配置され該回転軸体に近い方の端部である翼根元から前記回転軸体に遠い方の端部である翼端までの区間のうち少なくとも一部の区間において拡開するように形成されるブレードであって、該ブレードは前記回転軸体の延伸方向と略直交する断面である横断面において翼型を有し前記横断面の前記回転軸体からの水平距離が前記回転軸体の軸方向に沿って対数螺旋状で変化するように形成されたブレードと、
前記回転軸体と前記ブレードとを連結する腕部と
を備えたことを特徴とする垂直軸型螺旋タービン。
A rotating shaft body;
In at least a part of the section from the blade root, which is arranged around the rotary shaft body, to the blade tip, which is the end portion closer to the rotary shaft body, to the blade tip, which is the end portion far from the rotary shaft body. A blade formed so as to open, the blade having an airfoil in a cross-section that is a cross-section substantially orthogonal to the extending direction of the rotary shaft body, and a horizontal distance from the rotary shaft body in the cross-section is A blade formed to change in a logarithmic spiral along the axial direction of the rotating shaft;
A vertical shaft spiral turbine comprising an arm portion that connects the rotating shaft body and the blade.
前記ブレードが、前記翼型の翼幅の方向に形成された1又は2以上のスリットを備えたことを特徴とする請求項1記載の垂直軸型螺旋タービン。   The vertical axis spiral turbine according to claim 1, wherein the blade includes one or more slits formed in a direction of a blade width of the airfoil. 前記ブレードが、前記翼型の表面に流体渦を発生させるための流体渦発生機構としてのボルテックスジェネレータを備えたことを特徴とする請求項1または2記載の垂直軸型螺旋タービン。   The vertical axis spiral turbine according to claim 1 or 2, wherein the blade includes a vortex generator as a fluid vortex generating mechanism for generating a fluid vortex on the surface of the airfoil. 前記ブレードが、前記翼型の前縁部に流体渦を発生させるための流体渦発生機構としてのドッグトゥース形状を備えたことを特徴とする請求項1から3までのうち何れか1項記載の垂直軸型螺旋タービン。   4. The blade according to claim 1, wherein the blade has a dogtooth shape as a fluid vortex generating mechanism for generating a fluid vortex at a leading edge of the airfoil. 5. Vertical axis spiral turbine. 前記ブレードが、前記翼型の翼端に流体による翼端渦を防止するための翼端渦防止機構としての平面状あるいは立体的なウィングレットを備えたことを特徴とする請求項1から4までのうち何れか1項記載の垂直軸型螺旋タービン。   5. The blade according to claim 1, wherein the blade includes a flat or three-dimensional winglet as a tip vortex preventing mechanism for preventing a tip vortex caused by a fluid at a tip of the airfoil. The vertical axis spiral turbine according to claim 1. 前記ブレードが、前記翼型の翼端に流体による翼端渦を利用するための翼端渦利用機構としての立体的形状のウィングレットを備えたことを特徴とする請求項1から4までのうち何れか1項記載の垂直軸型螺旋タービン。   The blade includes a winglet having a three-dimensional shape as a tip vortex utilization mechanism for utilizing a tip vortex by a fluid at a tip of the airfoil. The vertical axis spiral turbine according to claim 1. 前記腕部の横断面が翼型を形成し、該腕部が縦方向に螺旋状あるいは対数螺旋状に形成されることを特徴とする請求項1から6までのうち何れか1項記載の垂直軸型螺旋タービン。   The vertical section according to any one of claims 1 to 6, wherein a cross section of the arm portion forms an airfoil, and the arm portion is formed in a longitudinal spiral shape or a logarithmic spiral shape. Shaft type spiral turbine. 前記請求項1から7までのうち何れか1項記載の垂直軸型螺旋タービンが、前記回転軸体の軸方向に複数段連結されたことを特徴とするタンデム型垂直軸型螺旋タービン。   A tandem type vertical axis spiral turbine characterized in that the vertical axis type spiral turbine according to any one of claims 1 to 7 is connected in a plurality of stages in the axial direction of the rotary shaft body. 前記請求項1から7までのうち何れか1項記載の垂直軸型螺旋タービンにおいて、前記ブレードの一部または全部の回転半径が縦方向に減少するよう形成されたことを特徴とする垂直軸型螺旋タービン。   The vertical axis type spiral turbine according to any one of claims 1 to 7, wherein a rotation radius of a part or all of the blades is reduced in a vertical direction. Spiral turbine. 前記請求項1から7までのうち何れか1項記載の垂直軸型螺旋タービンにおいて、前記ブレードの一部または全部の回転半径が縦方向に増加するよう形成されたことを特徴とする垂直軸型螺旋タービン。   The vertical axis type spiral turbine according to any one of claims 1 to 7, wherein a rotation radius of a part or all of the blades increases in a vertical direction. Spiral turbine. 前記請求項1から7までのうち何れか1項記載の垂直軸型螺旋タービンにおいて、上下の向きを逆向きに変更することが可能な機構を更に備えたことを特徴とする垂直軸型螺旋タービン。   8. The vertical axis spiral turbine according to claim 1, further comprising a mechanism capable of changing the vertical direction to the reverse direction. . 前記請求項1から11までのうち何れか1項記載の垂直軸型螺旋タービンにおいて、前記翼型をなす翼弦が一定であることを特徴とする垂直軸型螺旋タービン。 The claims in the vertical axis type helical turbine according to any one of items 1 to 11, the vertical axis type helical turbine, wherein the length of the chord forming the airfoil is constant. 前記請求項1から11までのうち何れか1項記載の垂直軸型螺旋タービンにおいて、前記回転軸体と前記ブレードに係る翼弦中心との間隔が、前記回転軸体の翼根元側から翼端側にかけて対数螺旋状で拡大する中で、前記翼型をなす翼弦も拡大するように形成されたことを特徴とする垂直軸型螺旋タービン。 The vertical axis spiral turbine according to any one of claims 1 to 11, wherein an interval between the rotating shaft body and a chord center of the blade is from a blade root side of the rotating shaft body to a blade tip. in expanding toward the side with a logarithmic spiral, vertical axis helical turbine, characterized in that the length of chord forming the airfoil is formed to expand. 前記請求項1から11までのうち何れか1項記載の垂直軸型螺旋タービンにおいて、前記回転軸体と前記ブレードに係る翼弦中心との間隔が、前記回転軸体の翼根元側から翼端側にかけて対数螺旋状で増加する中で、前記翼型をなす翼弦は縮小するように形成されたことを特徴とする垂直軸型螺旋タービン。 The vertical axis spiral turbine according to any one of claims 1 to 11, wherein an interval between the rotating shaft body and a chord center of the blade is from a blade root side of the rotating shaft body to a blade tip. in that increases toward the side with a logarithmic spiral, vertical axis helical turbine, characterized in that the length of the chord forming the airfoil is formed to reduce. 前記請求項1から14までのうち何れか1項記載の垂直軸型螺旋タービンと、
前記垂直軸型螺旋タービンを同一円周上に配置できるような一体型フレームと、
前記一体型フレームの回転軸と、
前記一体型フレームの外周脚部を支え、かつ、回転が可能となるような軌道溝と
を更に備え、前記一体型フレームの回転方向と前記垂直軸螺旋タービンの回転方向とが同じになるように形成されたことを特徴とする垂直軸型螺旋タービン群体。
The vertical axis spiral turbine according to any one of claims 1 to 14,
An integral frame that allows the vertical axis spiral turbine to be arranged on the same circumference;
A rotating shaft of the integral frame;
Supporting the outer circumferential legs of the integrated frame, and further comprising, to the direction of rotation of the vertical shaft type spiral turbine and the rotational direction of the integrated frame is the same and a raceway groove as rotation is possible A vertical axis spiral turbine assembly characterized by being formed into
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