JPH04342876A - 風力従動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の利用分野】本発明は移動流体における運動エネ
ルギーの回転的な機械エネルギーへの変換に関し、特に
発電や流体（水）ポンプ用等のための風力従動装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】数多くの流体力或は風力による従動機構
があり、運動エネルギーを機械エネルギー等、特にシャ
フト又はタービンの回転へ変換している。此等の機構の
各々は、風や流体をコレクタに対し指向させて回転させ
ることによって所望の機械的なエネルギーを作り出し、
その意図された目的を達成している。

【０００３】このような機構の全てはそれぞれ分類化さ
れている。例えば、コレクタの回転軸が水平或は垂直で
あるかによってグループ化できる。更には、ロータブレ
ード或はコレクタの翼が開型類或は閉型類であってもよ
い。開型ケージ或はリス用ケージ（回転車があるかご）
の類は風をエアロフォイルのように、翼の回りに巡らせ
て通過させるように流すことができる。此等は航空力学
的な揚力に依存して回転を生じさせている。これとは逆
に、閉型ロータブレードではブレード表面に対する風の
直接的な衝突に依存して回転を生じさせている。

【０００４】また、風又は流体がコレクタに対してどの
ように指向されているかに従って此等機構を分類化する
ことができる。この種では少なくとも４つの異なるグル
ープ化が形成される。第１のグループとしては、流体流
又はフローストリーム中に単に置かれるものであり、フ
ローストリームの方向変化に順応することができないも
のを含む。このタイプの例としてはＷｒｉｇｈｔの米国
特許第３，８０７，８９０号が挙げられる。こうした装
置は風力従動とするよりもむしろ水力従動とする方が卓
越しており、その訳は水は容易に導くことができ頻繁に
方向を変えることがないからである。

【０００５】第２のタイプは上流側のじょうご状通風筒
部材に依存するもので、フローストリームを指向させ且
つ集中させている。その理論は、じょうご状通風筒部材
の断面領域（面積）が減少すると、同一体積の流れを収
納すべく風速が増大すると云うことである。残念ながら
殆どの此等装置は環境大気圧と通風筒部材内部の圧力と
の差を考慮していない。

【０００６】それ故に、じょうご状に形成された流れの
速度及び体積は予想よりも小さくなる可能性がある。加
えて、此等装置では、かなり高いエネルギー交換率が必
要となるようなコレクタの比較的に小さい領域に衝突さ
せるように空気流を指向させている。こうしたタイプの
幾つかの典型例としては、Ｍｕｒｐｈｙの米国特許第４
，１２７，３５６号、Ｂｕｎｚｅｒの米国特許第４，０
１９，８２８号、Ｎｅｌｓｏｎの米国特許第１，９３５
，０９７号等が挙げられる。

【０００７】第３のタイプはより多くの風を奪うように
軽いじょうご状の通風筒部材を利用しているが、此等の
機構はより大きなコレクタ領域に対して流れを指向させ
るような上流側に遮蔽板を組み込んでいる。此等の機構
は多少より効率的であるのかもしれないが、如何なる遮
蔽でもフローストリームからエネルギーを取り除いてし
まうので、より高速の風が必要とされる。こうした例と
しては、Ｈａｒｌｏｆｆの米国特許第４，２７９，５６
９号やＳａｎｔａｒｓｉｅｒｏの米国特許第１，９７３
，５０９号がある。

【０００８】第４であると共に最後のタイプは吸入フロ
ーストリームを単に遮蔽するばかりではなく、９０°以
上回転させて最大限のコレクタ衝突を得るべくフロース
トリームを導入するものである。容易に想像されるよう
に、このようなフローストリームの導入法及び強引な回
転はフローストリームの有効なエネルギーを相当程度削
減することになる。こうした機構の例としては、Ｂａｕ
ｇｈｍａｎの米国特許第４，３５０，９００号やＣｌａ
ｒｋの米国特許第１，３１５，５９５号がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題点に
鑑みてなされたものであり、その目的は風から運動エネ
ルギーを抽出してこのエネルギーを機械的な回転に変換
する有効手段を提供することである。本発明の他の目的
は大量の空気をコレクタへ指向させることから成る風力
発電機を提供することであり、しかもエネルギー損失が
殆どない状態でこれを達成することである。本発明の更
なる目的は方向をシフトするようにして風をさえぎるた
めに自動的に回動する機構を提供することである。本発
明の更なる目的は低い切り入れ閾値と高い切り捨て閾値
とを提供して、風速のより広い範囲を機械的エネルギー
に変換するようにしている。本発明のこうした特徴等は
以下の説明等によって明確になる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る装置の好適
実施例では上述の問題点等を簡明且つ簡素な方法により
解決している。ここで提供されるものは、回転的機械エ
ネルギーを発生する風力従動装置であり、支持部材に枢
支されて水平回転軸を有する閉型回転自在ドラム部材か
ら構成されている。この実施例では、複数の閉型延伸状
翼がこの円筒状部材（ドラム部材）の外面に連結されて
おり、前記水平回転軸に平行して配向させられている（
垂直方向配向も可能である）。此等の延伸状翼の各々は
、円筒部材から遠ざかるように均一且つ外側に湾曲して
、当該円筒部材に隣接するひしゃく状又は凹状の衝突領
域を形成している。この円筒部材の上流側には前記支持
部材に連結させられた吸入用のじょうご状通風筒部材が
あり、風を集めて前記複数の翼に指向させるべく形成さ
れている。この通風筒部材は前記水平回転軸の両側で終
了している上部壁及び底部壁を有するべく形成されてい
る。この通風筒部材を部分的に形成して、通常は閉止さ
れる一方予め選択された風圧では開口するように付勢さ
れている複数の吹き抜け用パネルの一連を備えている。 前記通風筒部材及び円筒部材を支持する支持部材は順に
ベース部材に連結されて、略々垂直な軸の回りに回転可
能である。前記円筒部材の下流側に接して開口排出領域
があり、この領域には消費され風又は不活性な風に対す
る如何なる障害物も更なる案内部もない。更に、この装
置には、前記通風筒部材を風の方向に関して適切に整合
する整合手段が組み込まれている。

【００１１】

【実施例】本発明の特徴等をより明確に理解するために
、添付図面を用いて以下に詳細に説明する。尚、図面中
において、同様部材には同様符号を付する。

【００１２】添付図面、特に図１乃至図５には、本発明
に係る装置を符号１０で示す。この装置１０は、コレク
タ１２、（じょうご状）通風筒部材１４、及び支持部材
１６を基本的には備えている。図示の如く、コレクタ１
２は閉型タイプでありフローストリーム又は風１８に直
交する方向に向けられている。コレクタ１２は水平軸回
りを回転（矢印１９））しており、この水平軸は支持部
材１６に枢支されたシャフト２０を表している。この装
置１０は、場合によっては、垂直軸回り回転用に変更す
ることもできる。

【００１３】コレクタ１２は閉塞ドラム又は円筒部材２
２から構成されており、その周囲面には一連の複数の延
伸状ロータブレード又はロータ翼２４が連結させられて
いる。此等翼２４も同じくまた閉型タイプであり、円筒
部材２２の長さ方向に沿ってシャフト２０に向け平行し
て伸ばされている。此等は外側に向かって円筒部材２２
から遠ざかるべく均一に湾曲して、フローストリーム１
８が噛み合う衝突領域２７を包囲する衝突面２６を形成
している。翼２４及び円筒部材２２の両方が閉塞タイプ
のために、フローストリーム１８はコレクタ１２を通過
して流れず、円筒部材２２の周辺を流れ、これによって
衝突面２６を押圧してコレクタ１２を回転させることに
なる（矢印方向１９）。こうして、フローストリーム１
８を円筒部材２２を通過させるように流すのではなく、
円筒部材２２の周辺に流れるように強いることによって
、シャフト２０におけるトルクは翼２４の回転加速と共
に増大させられる。

【００１４】この実施例において、衝突領域２７は概略
半円形状の凹状であり、楕円又は四半分円により近い形
状を含むように画成されている。また注目すべきは、翼
２４は、カップ状、帆状、フィン状、さもなければ周囲
に結着させられてシャフト２０に回転を与えるようなも
のであってもよいことである。

【００１５】図示される如く、通風筒部材１４はコレク
タ１２よりも高さ及び幅の両方の点においてより大きい
吸入領域を有する。この通風筒部材１４は、上部３０、
底部３２、及び側部３４を備え、此等全ては（通風筒部
材１４の外側に向けて）凸状の曲率を有する。しかし乍
ら、他の形状も同等に可能である、即ち、その主目的は
フローストリーム１８の大きな部分を集めて、集中させ
、コレクタ１２へ指向させることであり、コレクタ１２
と通風筒部材１４の間でトラップされたり、失速させな
いようにすることである。

【００１６】通風筒部材１４の図示される独特な湾曲は
フローストリーム１８が翼２４に向かって導かれるよう
な補助をなしている。前記上部３０はシャフト２０の下
流側で終了している一方、前記底部３２はシャフト２０
の上流側で終了している。このようにして此等各部がコ
レクタ１２に向けて変則的に収束しているので、フロー
ストリーム１８は特に衝突面２６に対して指向させられ
る。上部３０と底部３２の末端間における間隙のために
、円筒部材２２の複数翼２４の半分またはそれ以上がフ
ローストリーム１８に如何なる時にも露出させられるこ
とになる。

【００１７】一連の吹き抜けパネル３６が通風筒部材１
４の上部３０、底部３２及び側部３４の回りに配置させ
らている。此等パネル３６はスプリング３８によって通
常閉ざされるように付勢されており、通風筒部材１４内
の圧力が所与の量に達するか或は所与の量を超えた時だ
けに開口すべく回動（矢印方向３９）し始める。一般的
にパネル３６は圧力のかなりの蓄積部分を解放する必要
があるような通風筒部材１４のより狭められた部分でコ
レクタ１２近辺に配置させられている。この実施例にお
いて、パネル３６はコレクタ１２に直に隣接する上部３
０及び底部３２の両方の末端領域に配置させられている
。また、両側部３４上において、向かい合わせに隔てら
れたパネル３６は前記吸入口とコレクタ１２の中間域に
配置させられている。此等全ての配置箇所において、パ
ネル３６は矢印３９の方向に向かって外側へ回動するよ
うに、通風筒部材１４から遠ざかるように配向させられ
ており、この方向はフローストリーム１８の方向と調和
している。他の実施例としては、パネル３６を全て異な
る大きさとし（或は、一方側部には設けないようにし）
、高速の風の間は装置１０を風が当たらないように回転
させる補助をなしている。

【００１８】通風筒部材１４内の底部３２近辺には偏向
翼４０が配置されている。偏向翼４０は底部３２と相補
って、最大限の衝撃とより高い効率を得るべく、じょう
ご形状となったフローストリーム１８を翼２４に対して
指向させる補助をなすことになる。ここでは唯１つだけ
の翼４０が示されているが、１つ以上を使用してもよい
。

【００１９】通風筒部材１４の外側の底部３２には風偏
向器４２が連結させられている。この風偏向器４２は底
部３２の凸状湾曲から遠ざかるように外側に湾曲してい
る。またこれは底部３２に直交するように（或は相当に
接近して）延在することもできる。風偏向器４２はフロ
ーストリーム１８を通風筒部材１４の下側から遠ざける
べく偏向しており、これによってフローストリーム１８
が通風筒部材１４の外側でコレクタ１２に衝突すること
を防止している。更に風偏向器４２は翼２４がシャフト
２０回りに回転の後に通風筒部材１４に再度投入される
辺りであると共に底部３２の末端の辺りにおける吹き抜
けパネル３６の領域内での如何なる乱れをも防止してい
る。その目的はコレクタ１２に対する障害又は他の如何
なる抵抗力をも減少又は削減させることである。

【００２０】図示される如く、コレクタ１２の直後の風
下側は大気圧の下に開放されている。フローストリーム
１８がコレクタ１２回りを通過した直後に、更に指向さ
せるような収容器、遮蔽部材、又は偏向翼は設けられて
いない。それ故に、通風筒部材１４を通るフローストリ
ーム１８の体積又は力を減じることになるような如何な
る背圧も発生することができない（そのような装置は使
用できない程ではないが、もしその使用によって通風筒
部材１４を通過してコレクタ１２に向かうフローストリ
ーム１８の体積又は流れを減じるような背圧を生じるの
であれば使用されないことになる）。上部３０及び風偏
向器４２の形状はコレクタ１２の通常の回転方向と相反
するようにコレクタを打つ如何なる風をも防止している
。

【００２１】コレクタ１２及び通風筒部材１４の両方は
支持部材１６に連結されている。図示される如く、支持
部材１６はプラットフォーム４６に連結された複数の直
立部材４４から構成されている。発電機又は他の機構４
８の部品は通風筒部材１４下方のプラットフォーム４６
上に搭載されている。この発電機４８はベルト・プーリ
機構５０によってコレクタ１２のシャフト２０に連結さ
れている。それ故に、シャフト２０が回転すると共に、
発電機４８が回転し、そして、ベルト・プーリ機構５０
の巧みな選択又は調整によって、発電機の回転比率が他
の機構の許容回転速度に一致すべく調整可能となる。明
らかにシャフト２０の回転速度は常に一致しているわけ
ではなく、よって、広い範囲の回転速度（回転数／分）
を許容できるような発電機４８が必要となる。

【００２２】支持部材１６は次にベース部材５２に回転
自在に連結されて矢印５３の方向に回転することができ
るようになる。支持部材１６は調整可能或は高さが固定
された柱部材５４を介してベース部材５２の回りに回転
してもよく、或は、（不図示の）車の上で円形トラック
の回りに回転してもよい。どのような方法が選択された
としても、風力装置１０は通風筒部材１４が回転するこ
とができ、必要に応じて、それ自体をフローストリーム
１８に配向させたり、高速の風の間はそれ自体がフロー
ストリームから逸れるように回転する。

【００２３】図６及び図７に示す如くそのような配向を
補助するために、風力装置１０は方向翼５５を組み入れ
ている。図示の如く、方向翼５５はコレクタ１２の下流
側において支持部材１６のプラットフォーム４６に連結
させられており、場合によっては、直立部材４４に連結
させられても、或はまた所望ならばシャフト２０に枢支
させることもできる。方向翼５５は略々水平な部材５６
を組み込んで大きく上方に湾曲するウィンドフォイル５
８を支持させている。ウィンドフォイルの重量を支持す
るために、該ウィンドフォイル又は水平部材５６の末端
（不図示）は車輪６２を介してトラック６０上に置かれ
る。フローストリーム１８がウィンドフォイル５８の表
面を打つと、ウィンドフォイルは、該ウィンドフォイル
５８への合成的な水平力が水平部材５６に平行となるま
で、トラック６０に沿って回転又は移動させられること
になる。それ故に、ウィンドフォイル５８がトラック６
０に沿って再配置させられると共に、その移動は風力装
置１０及び通風筒部材１４を、適切に配向及び整合させ
るために、柱部材５４の回りに回転させることにもなる
。任意にマイクロプロセッサを、ウィンドフォイル５８
の表面、更にはフローストリーム１８の力及び方向に応
じて風力装置１０を回転させることができるモータにも
接続することもできる。更に注目すべきことは、図示さ
れた実施例におけるコレクタ１２は水平軸の回りに回転
するものであるが、所望に応じて垂直軸或はどっちつか
ずの如何なる軸の回りにも回転させるように適合させる
ことが可能である。そのためには、支持部材１６は、上
述されたその他全ての特徴は相対的に同一に維持されて
、風力装置１０の下方に依然として配置させらることに
なる。

【００２４】多くの変更及び異なる実施例がここに教示
された発明的概念の内でなすことができるために、また
、多くの修正等をここに詳述した実施例において原理の
記述的な要件に従ってなすことができるために、ここで
の詳細は制限的な意味ではなく単なる図解例であるとし
て解されるべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適実施例に係る風力従動装置の上面
図である。

【図２】図１における風力従動装置の側面図である。

【図３】図１における風力従動装置の後面図である。

【図４】図１における風力従動装置の正面図である。

【図５】上記風力従動装置の作用を模式的に示した当該
装置の一部破断側面図である。

【図６】上記風力従動装置におけるウィンドフォイル及
びトラックを示した当該装置の上面図である。

【図７】上記風力従動装置における上記ウィンドフォイ
ルを示した当該装置の側面図である。

【符号の説明】

１０　　風力従動装置　　　　　　　　　　　　　　　
　１２　　コレクタ１４　　通風筒部材　　　　　　　
　　　　　　　　　　　１６　　支持部材１８　　フロ
ーストリーム又は風　　　　　　２０　　シャフト２２
　　円筒部材　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　２４　　翼２６　　衝突面　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　３０　　通風筒部材の上部 ３２　　通風筒部材の底部　　　　　　　　　　　　３
４　　通風筒部材の側部 ３６　　吹き抜けパネル　　　　　　　　　　　　　　
４０　　偏向翼４２　　風偏向器　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　４８　　発電機５０　　ベルト・
プーリ機構　　　　　　　　　　５２　　ベース部材５
４　　柱部材　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　５８　　ウィンドフォイル

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　回転的機械エネルギーを発生する風力
   従動装置において、（ａ）支持部材に枢支されて第１の
   回転軸を有する閉型回転自在円筒部材と、（ｂ）前記円
   筒部材に連結され且つ前記第１回転軸に対し平行して配
   向させられた複数の閉型延伸状翼であって、それぞれが
   前記円筒部材から遠ざかるように外側に湾曲して当該円
   筒部材に隣接する凹状の衝突領域を形成している翼と、
   （ｃ）前記支持部材に連結され且つ風を集めて前記複数
   の翼に指向すべく形成された吸入用通風筒部材であって
   、前記第１回転軸の両側で終了している上部壁及び底部
   壁を有する通風筒部材と、（ｄ）前記通風筒部材の一部
   を形成し且つ予め選択された風圧で開口するように付勢
   されている複数の吹き抜け用パネルと、（ｅ）前記支持
   部材はベース部材に連結されて第２の回転軸の回りに回
   転可能であり、当該第２回転軸は前記第１回転軸と略々
   直交していることと、（ｆ）前記第１回転軸の下流側に
   接する開口排出領域であって、前記通風筒状となった風
   に対しての如何なる隣接障害物も又は更なる案内部もな
   い開口排出領域と、（ｇ）前記通風筒部材を前記風に関
   して整合する整合手段と、を含んで成る風力従動装置。
2. 【請求項２】　　前記第１回転軸は水平に配置され、前
   記第２回転軸は垂直に配置されていることから成る請求
   項１に記載の風力従動装置。
3. 【請求項３】　　前記吸入用通風筒部材は前記閉型回転
   自在円筒部材で収束していることから成る請求項２に記
   載の風力従動装置。
4. 【請求項４】　　前記吸入用通風筒部材の上部壁は前記
   水平回転軸の下流側で終了している一方、前記底部壁は
   前記水平回転軸の上流側で終了していることから成る請
   求項３に記載の風力従動装置。
5. 【請求項５】　　前記吸入用通風筒部材は、外側へ凸状
   となった、側部壁、上部壁、及び底部壁を含むことから
   成る請求項４に記載の風力従動装置。
6. 【請求項６】　　前記通風筒部材内部に連結させられ且
   つ前記底部壁に整合させられている偏向翼を更に備え、
   当該偏向翼は前記底部壁と共に前記通風筒状となった風
   を前記翼に指向させるように当該底部壁を補助している
   ことから成る請求項５に記載の風力従動装置。
7. 【請求項７】　　前記底部壁の外部に連結させられてい
   る風偏向部材を更に備え、当該風偏向部材は如何なる通
   風筒部材非通過の風をも前記閉型回転自在円筒部材を迂
   回するように指向させて、前記翼の回転の法線と相対す
   る方向での当該翼との衝突を回避していることから成る
   請求項６に記載の風力従動装置。
8. 【請求項８】　　少なくとも１つの前記吹き抜けパネル
   は前記通風筒部材の上部壁及び底部壁の各々に連結させ
   られており、此等両吹き抜けパネルは前記円筒部材に隣
   接して配置させられて、前記通風筒部材から遠ざかるよ
   うに外側に開口することから成る請求項７に記載の風力
   従動装置。
9. 【請求項９】　　前記吹き抜けパネルは、通常、スプリ
   ングによって閉位置に付勢されていることから成る請求
   項８に記載の風力従動装置。
10. 【請求項１０】　　前記通風筒部材は如何なる所与の時
    間においても前記風を前記複数の翼の約半分に対して指
    向させるべく形成されていることから成る請求項９に記
    載の風力従動装置。