JPH0511218B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、風車装置、さらに詳しくは、風力利
用動力発生装置に関する。

〔従来技術〕

従来、風車装置としては各種の型式のものが開
発されているが、これらの装置では風車を鉄塔等
の上に取り付けた型式のものが多い。このような
風車装置は、暴風などの際の強風、突風、乱流等
から風車を保護するための対策ならびに保守、点
検が相当に困難であるという欠点がある。

上記のような従来の風車装置の欠点を解消した
と思われるものに第４図に示すような風車装置が
ある（米国特許第4164382号参照）。

同図において、４０は円環体状外側風路形成構
体であつて、外側に向つて下方に傾斜した截頭円
錐状の表面をもつた円環状の固定床４１と外側に
向つて上方に傾斜した截頭円錐状の裏面をもつた
円環状の屋根４２と、前記床４１及び屋根４２の
間に等間隔で垂直かつ放射状に設けられた複数の
固定案内壁４３とからなり、前記床４１と屋根４
２と固定案内壁４３とによつて、複数の外側風路
４４が放射状に形成されている。

４５は内側風路形成構体であつて、前記円環体
状外側風路形成構体部４０の内周部に形成されて
いる円筒状空間４６内に平行な上下面４７ａ，４
７ｂと円筒状外周面４８を有し、前記外側風路形
成構体４０の軸の周りに回動可能にベアリング４
９を介して前記円筒状空間４６内に前記外側風路
形成構体４０の固定床４１の一部によつて保持さ
れ、かつその内部に内側風路５０が形成されてい
る。この内側風路５０は前記外側風路形成構体４
０の形成する外側風路４４の風上側及び風下側の
複数個とつながる風路入口５１と風路出口５２を
有し、該入口５１と出口５２を結ぶ内側風路５０
の中間部に該入口５１と出口５２の面積より小さ
い断面積を有する円形の垂直風路部５３が形成さ
れ、該入口５１からほぼ水平に風路４４内に入つ
た風は下方から垂直に上昇して該垂直風路部５３
を通り、該垂直風路部５３の上方でほぼ水平方向
に曲げられ、該風路出口５２から出て行くように
なつている。

前記内側風路形成構体４５内の内側風路５０の
垂直風路部５３内には、前記内側風路形成構体４
５と外側風路形成構体４０の中心を下方に突き抜
け、該内、外側風路形成構体の軸と一致する垂直
回転軸５４を有し、かつ水平面内で回転する風車
５５が配置され、該垂直回転軸５４の下端には発
電機等の動力装置５６が連結され、さらに、前記
内側風路形成構体４５の下方の前記外側風路形成
構体４０の内周部内に該内側風路形成構体４５を
風向方向に向けるための風向機構５７が設けられ
ている。

上記米国特許に示されている風車装置は、以上
のように構成されているので、以下のような欠点
がある。すなわち、前記内側風路形成構体４５の
内側風路５０における垂直風路部５３の断面積は
風路入口５１と風路出口５２の面積に比べて小さ
くしぼられている。風路をしぼれば風速は速くな
るが、風路抵抗は風速の２〜３乗に比例して増加
する。さらに、内側風路５０は風路入口５１から
風路出口５２に向つて水平→垂直→水平方向へと
２度直角に曲げられているので、このためにも風
路抵抗が大きくなる。このように、内側風路５０
の風路抵抗が大きくなると、前記外側風路形成構
体４０の風上側の外側風路４４の入口に来た風の
一部は該外側風路入口からその内部に流入せず、
前記外側風路形成構体４０の外周部をまわつて下
流に流れ去り、その分だけ風上側外側風路４４に
流入する風量が減少する。風車の回転運動エネル
ギは、風車の径に比例すると共に流入風量と風車
の能率の積によつて決められるが、上記のように
風路への流入風量の減少と風路抵抗の増大と風車
径の小さいこととによつて風力の利用効率が悪く
なる欠点がある。また、前記内側風路形成構体４
５は上記のような構成となつているので、構造が
複雑であり、製造上それだけ高価なものとなると
いう欠点もある。

本願発明者は、先に上記従来技術の欠点をなく
した第５図に示すような風車装置を提案した（特
開昭56−64169号公報参照）。ここで図Ａは図Ｂの
Ｂ−Ｂ断面を一部断面で示した側面図、図Ｂは図
ＡのＡ−Ａ断面を一部断面で示した平面図であ
る。

図において、６０は円環体状外側風路形成構体
であり、円環状の第１の床６１と円環状の第１の
屋根６２と該第１の床及び第１の屋根の間に等間
隔で垂直かつ放射状に配置された複数の外側風路
形成用固定案内壁６３とからなり、該第１の床６
１と第１の屋根６２と固定案内壁５４とによつて
外側風路６４が形成されている。

６５は前記円環体状外側風路形成構体６６の内
周部内に形成されている円筒状空間６６内に回動
可能に設けられた内側風路形成構体であり、円板
状の第２の床６７と第２の屋根６８と両者の間を
連結する一対の内側風路形成壁柱６９とからな
る。内側風路形成壁柱６９は第２の床６７と第２
の屋根６８の直径を含む垂直面に対して対称にそ
の前後端が該床と屋根の円周部にあるように配置
され、外側風路６４を遮断するように円周上にあ
る外側風路遮断壁６９１と内側風路７０を形成す
るように円内にある内側風路形成壁６９２とから
なる。７１１は風路入口、７１２は風路出口であ
る。７２，７３はそれぞれ外側風路形成構体６０
の第１の床６１と第１の屋根６２の内周部を塞ぐ
円形の第１の支持床および第１の支持屋根であ
り、中心にそれぞれ軸受７４および７５を有す
る。７６，７７はそれぞれ第２の床６７および第
２の屋根６８の回転軸であり、それぞれ第１の支
持床７２の軸受７４および第１の支持屋根７３の
軸受７５に回動可能に嵌合し、また、軸受７７は
軸受７５中心を貫通する回動軸７８を有し、回動
軸７８には風向翼７９が取り付けられている。

内側風路形成構体６５の一対の内側風路形成壁
柱６９の間に水平回転軸を有する風車８０をもつ
風車発電機８１が整流翼柱８２，８３，８４，８
５によつて支持されている。

この風車装置は、以上のように構成されている
ので、外側風路６４によつて収歛されて内側風路
入口７１１から内側風路７０に流入した風は風車
８０を駆動した後、内側風路出口７１２から外側
風路６４を経て外側風路形成構体６０の外部へと
流れるが、内側風路入口７１１から入り、風車８
０に当つた風は風車８０を駆動するために減速さ
れ、風車８０の後方の内側風路部分に滞流ないし
は乱流を生じ易く、その結果として、外側風路６
４内に流入すべき風の一部が該風路内に流入せ
ず、外側風路形成構体６０の外周部を回つて風下
に流され、それだけ風車８０の効率を低下させて
いた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記のような従来技術の欠点
をなくし、風力利用効率がより高く、構造も比較
的簡単な風車装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、先に引用した特開昭56−64169号公
報に記載された風車装置の改良に関するものであ
る。この風車装置は先に述べたように、水平に配
置された円環状の第１の床と第２の屋根との間に
鉛直かつ放射状に複数の固定案内壁が配設され、
該第１の床と第１の屋根と固定案内壁の間に外側
風路が形成されている円環体状外側風路形成構体
の内周部内に、円板状の第２の床と第２の屋根と
の間に該円板の円周上の２点間を該円板の内側で
結ぶ内側風路形成壁と該円板の円周上で結ぶ外側
風路遮断壁とからなる一対の内側風路形壁柱が配
設された内側風路形成構体を回動自在に設け、該
一対の内側風路形成壁柱の間に形成された一つの
内側風路内の中間に風車を配設したものである。
この場合、風車を通過する風の流れは、該風車の
抵抗のために、滞り或は乱れて、該風車の後方に
渦流等を生じ易く、この滞流が前記外側風路形成
構体の風上側の外側風路内への風の流入を妨げ、
該外側風路形成構体内に流入しようとする風の一
部は該外側風路形成構体の外周を囲つて風下に流
れ、該外側風路形成構体内を通り、前記内側風路
形成構体の内側風路内へ流入する風量がその分だ
け減少し、風車の効率を低下させるきらいがあつ
た。

本発明は、上記のような風車装置の内側風路形
成構体における内側風路の構成に改良を加え、上
記のような欠点をなくすようにしたものである。
すなわち、本発明における外側風路形成構体は、
上記特開昭56−64169号公報記載の風車装置と同
様なものとし、内側風路形成構体は、円板状の第
２の床と第２の屋根との間に該円板の円周上に風
路入口、該円板内の中間に風路出口を有し、該風
路出口を出た近辺に風車が配設された第１の内側
風路と該第１の内側風路の風路入口両側に風路入
口、該第１の内側風路の風路出口を出た近辺で内
側に曲げられた後に該第１の内側風路の風下側に
延びて前記円板の円周上に風路出口を有する第２
の内側風路をもつた二重風路構造のものとし、前
記第２の内側風路を出た風の流れを前記第１の内
側風路を出た風の流れに合流させ、前記風車の後
方に生ずる風の流れの滞りを前記第２の内側風路
から流入する風の流れによつて速やかに後方に排
出し、それによつて前記第１の内側風路内の風速
を高め、前記風車の回転効率を高めるようにした
ものである。

〔発明の実施例〕

以下に本発明を実施例に基づき詳細に説明す
る。

実施例 １ 第１図は本発明の風車装置の一実施例を示す図
で、図Ａは図ＢのＢ−Ｂ断面を一部断面図で示し
た平面図、図Ｂは図ＡのＡ−Ａ断面を一部断面図
で示した側面図である。

図において、１は円環体状の外側風路形成構体
であり、所定の間隔を置いて水平に配置され、か
つ所定の内外径をもつた円環状の第１の床２と第
１の屋根３と、該両者の間に等間隔で放射状かつ
鉛直に配置、固定された複数の外側風路形成用固
定案内壁４とからなり、前記第１の床２と第２の
屋根３と固定案内壁４とによつて外側風路５が形
成されている。ここで、前記複数の放射状固定案
内壁４の互いに隣接する２個の壁の作る中心角は
2゜〜20゜の範囲にあることが好ましい。

６は前記円環状外側風路形成構体１の内周部内
に形成されている円筒状空間７内に回動可能に設
けられた内側風路形成構体であり、前記第１の床
２と第１の屋根３の間隔と同一間隔で水平に配置
された円板状の第２の床８と第２の屋根９と、該
第２の床８と第２の屋根９との間を連結し、第１
の内側風路１０を形成するための一対の第１の内
側風路形成壁１１と該第１の内側風路１０の外側
に近接して一対の第２の内側風路１２を形成する
ための一対の内側風路形成壁柱１３とからなる。
該一対の第１の内側風路形成壁１１と内側風路形
成壁柱１３とは前記円筒状空間７の中心軸を含む
垂直２等分面に対して対称な所定位置に鉛直に設
けられている。

そして、前記第１の内側風路形成壁１１は前記
第２の床８と第２の屋根９との間に形成されてい
る円筒状の内側風路形成空間の外周上にあり、前
記第１の内側風路１０の風路入口側となる鉛直端
縁部と該内側風路形成空間内の中間にあり、かつ
該第１の内側風路１０の風路出口側となる端縁部
との間を結び、かつ互に対向な方向に凸な弧状断
面を有する壁であり、一対の該第１の内側風路形
成壁１１と前記第２の床８と第２の屋根９とに囲
まれた空間によつて前記円筒状内側風路形成空間
の外周に風路入口、中間に該風路入口より狭い風
路出口を有する第１の風路１０が形成されてい
る。

また、前記内側風路形成壁柱１３は前記第１の
内側風路形成壁１１の風路入口側端縁部から外側
に所定距離だけ離れた前記円筒状内側風路形成空
間の外周上に風路入口側となる鉛直端縁部を、該
第１の風路形成壁１１の風路出口より風下側の該
円筒状内側風路形成空間の外周上に風路出口側と
なる鉛直端縁部を有し、該風路入口側端縁部と風
路出口側端縁部との間を前記円筒状内側風路形成
空間の外周上で結ぶ外側風路遮断壁１３１と該内
側風路形成空間の内側で結び、かつ互に対向する
方向に凸な弧状断面を有する二つの壁が前記第１
の内側風路１０の風路出口を出た近辺で凹部を有
するようにして接続された断面形状を有する第２
の内側風路形成壁１３２とからなり、前記第２の
床８と第２の屋根９と前記第１の内側風路形成壁
１１と該第１の内側風路形成壁１１の外側に位置
する前記第２の内側風路形成壁１３２とによつて
囲まれた空間によつて第２の内側風路１２が形成
されており、該第２の内側風路１２を通過した風
の流れは前記第１の内側風路１０の風路出口を出
た近辺で該第１の内側風路１０方向に偏向されて
該第１の内側風路を通過した風の流れと合流させ
た後、前記第２の内側風路形成壁１３２の後端部
に形成されている風路出口から外側風路７へと流
れるようになつている。

１４は前記第１の内側風路形成壁１１によつて
形成された前記第１の内側風路１０の風路出口を
出た近辺に配設され、該第１の内側風路１０の中
心方向を向いた水平回転軸を有する風車１５を有
し、発電機（図示せず）を内蔵する風車発電機、
１６，１７は該風車発電機１４を前記第２の床８
と第２の屋根９との間に支持するための翼柱、１
８は前記第２の床８の中心に設けた回転軸、１９
は前記第２の屋根９の中心に設けた回転軸であ
る。

２０は前記円環状の第１の床８の内周部内に、
これと一体に設けられた円板状の第１の床で、そ
の中心に前記第２の床８の回転軸１８を支持する
軸受２１を有する。２２は前記円環状の第１の屋
根３の内周部内に、これと一体に設けられた円板
状の第１の屋根で、その中心に前記第２の屋根９
の回転軸１９を支持する軸受２３を有する。した
がつて、前記軸受２１，２３と回転軸１８，１９
によつて、前記内側風路形成構体６は前記円環体
状外側風路形成構体１の内周部内形成されている
円筒状空間７内で回動することができる。

２４は前記第２の屋根９の中心に設けた回転軸
１９を前記円板状の第１の屋根９の中心に設けた
軸受２３を貫通させて外方に延ばした部分に取り
付けられ、風車１５の回転軸と同一方向をもつた
該風車１５を風上方向に向けるための風向翼であ
る。２５は前記第２の床８の底面部に取り付けら
れ、前記風車発電機１４の出力を前記内側風路形
成構体６の外部に取り出すための摺動導電端子、
２６は前記円板状の第１の床２０の上面に設けら
れた円形溝２７内に前記摺動導電端子２５と接触
するように埋め込まれた円形の取出し電極であ
る。

ここで、前記第１の内側風路１０の風路入口を
規制する第１の内側風路形成壁１１の風路入口側
端縁部は中心角で40゜〜60゜の範囲にあることが好
ましく、前記第２の内側風路の風路入口側端縁部
は中心角で60゜〜80゜の範囲にあることが好まし
い。

本実施例の風車装置は、以上説明したように、
内側風路を二重構造とすることによつて、風車の
後方に生ずる風の滞流を効果的に防ぐことができ
るので、前記第１の内側風路への風の流入量を減
少させることが少なく、流入風力を効率よく、風
車の回転力に変換することができる。

実施例 ２ 第２図は本発明の風車装置の他の実施例を示す
図で、図Ａは図ＢのＢ−Ｂ断面を一部断面で示し
た平面図、図Ｂは図ＡのＡ−Ａ断面を一部断面で
示した側面図である。同図において、第１図と対
応する部分は同一符号で示す。

第２図において、第１図と異なるところは、内
側風路形成構体６を外側風路形成構体１の内周部
に形成されている円筒状空間７内に回動可能にす
るために、第１図の回転軸１８，１９と軸受２
１，２３を除き、内側風路形成構体６の第２の床
８と円板状の第１の床２０との間にボールベアリ
ング２８を配設すると共に第１図の円板状の第１
の屋根２２を除き、内側風路形成構体６の第２の
屋根９の上面が外部に露出するようにし、該第２
の屋根９の上に風向翼２４を取り付けるようにし
たことである。他の部分は第１図のものとほぼ同
様である。

以上述べたように本実施例の風車装置は内側風
路形成構体の回動機構が実施例１のものとやや異
なるだけで、他の部分の構成はほとんど変らない
ので、実施例１のものと同様な効果がある。

実施例 ３ 第３図は本発明の風車装置のさらに他の実施例
を示す図で、図Ａは図ＢのＢ−Ｂ断面を一部断面
で示した平面図、図Ｂは図ＡのＡ−Ａ断面を一部
断面で示した側面図である。

第３図において、第２図と異なるところは、風
車１５と直結する発電機を除き、風車１５の回転
力を歯車機構２９，３０を介して内側風路形成構
体６の第２の床８を経て円板状の第１の床２０の
下面に設けた室３１内に配置した発電機３２に伝
達するようにした点である。

本実施例においても、実施例１および実施例２
と同様な効果が得られることは明らかである。

なお、以上の実施例では、外側風路形成構体の
第１の床と第２の屋根との間隔は一定のものとし
たが、これを外側ほど大きくなるようにしてもよ
い。

〔発明の効果〕 以上説明したところから明らかなように、本発
明の風車装置は、従来のものに比べ、風力利用効
率が高く、かつ構造も簡単であるという特徴があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の風車装置の実施例を
示す図、第４図および第５図は従来の風車装置の
説明図である。 図において、１は円環体状の外側風路形成構
体、２は円環状の第１の床、３は円環状の第１の
屋根、４は固定案内壁、５は外側風路、６は内側
風路形成構体、７は円筒状空間、８は円板状の第
２の床、９は円板状の第２の床、１０は第１の内
側風路、１１は第１の内側風路形成壁、１２は第
２の内側風路、１３は内側風路形成壁柱、１３１
は外側風路遮断壁、１３２は第２の内側風路形成
壁、１４は風車発電機、１５は風車、１６と１７
は翼柱、１８と１９は回転軸、２０は円板状の第
１の床、２１は軸受、２２は円板状の第１の屋
根、２３は軸受、２４は風向翼、２５は摺動導電
端子、２６は円形の取出し電極、２８はボールベ
アリング、２９と３０は歯車機構、３２はモー
タ、４０は外側風路形成構体、４１は円環状の固
定床、４２は円環状の屋根、４３は固定案内壁、
４４は外側風路、４５は内側風路形成構体、５０
は内側風路、５１は風路入口、５２は風路出口、
５３は垂直風路部、５４は垂直回転軸、５５は風
車、５６は動力装置、５７は風向指向機構、６０
は円環体状外側風路形成構体、６１は円環状の第
１の床、６２は円環状の第２の屋根、６３は固定
案内壁、６４は外側風路、６５は内側風路形成構
体、６７は円板状の第２の床、６８は円板状の第
２の屋根、６９は内側風路形成壁柱、６９１は外
側風路遮断壁、６９２は内側風路形成壁、７０は
内側風路、７２は円形の第１の支持床、７３は円
形の第１の支持屋根、７９は風向翼、８０は風車
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所定の間隔を置いて水平に配置され、かつ所
   定の内径と外径を有する円環状の第１の床と第１
   の屋根と該第１の床と第１の屋根との間に鉛直か
   つ放射状に配設された所定数の固定案内壁とを有
   し、該第１の床と第１の屋根と互いに対向する一
   対の該固定案壁によつて囲まれた空間により外側
   風路が形成されている円環体の外側風路形成構体
   と、該外側風路形成構体の内周部に形成されてい
   る円筒状空間内に該円筒状空間の外径より僅かに
   小さい所定の直径を有し、前記第１の床と第１の
   屋根との間隔と同一間隔で水平に配置され、かつ
   前記円筒状空間の中心軸と中心が一致する円板状
   の第２の床と第２の屋根と該第２の床と第２の屋
   根との間に前記円筒状空間の中心軸を含む面に対
   して対称に配設された一対の第１内側風路形成壁
   と該第１の内側風路形成壁の外側に配置された一
   対の内側風路形成壁柱とを有し、前記第１の内側
   風路形成壁は前記第２の床と第２の屋根との間に
   形成されている円筒状の内側風路形成空間の外周
   面上の所定位置にある風路入口側となる鉛直端縁
   部と該内側風路形成空間内の所定位置にある風路
   出口側となる鉛直端縁部との間を結び、かつ互に
   対向する方向に凸な所定の弧状水平断面を有する
   ものであり、前記第２の床と第２の屋根と一対の
   前記第１の内側風路形成壁によつて囲まれた空間
   により前記内側風路形成空間の外周に風路入口、
   該内側風路形成空間の内部中間に該風路入口より
   狭い風路出口を有する第１の内側風路が形成され
   ており、さらに前記内側風路形成壁柱は前記第１
   の内側風路形成壁の風路入口側端縁部から外側に
   所定の距離だけ離れた前記内側風路形成空間の外
   周上の所定位置にある風路入口側となる鉛直端縁
   部と前記第１の内側風路形成壁の風路出口側鉛直
   端縁部より風下側の前記内側風路形成空間の外周
   上の所定位置にある風路出口側となる鉛直端縁部
   との間を該内側風路形成空間の外周上で結んだ外
   側風路遮断壁と該内側風路形成空間の内側で互に
   対向する方向に凸な所定の弧状水平断面を有する
   二つの壁が前記第１の内側風路の出口を出た近辺
   で凹部をもつように接続された構造を有する第２
   の内側風路形成壁とからなり、前記第２の床と第
   ２の屋根と一方の前記第１の内側風路形成壁と該
   第１の内側風路形成壁に近い側の前記第２の内側
   風路形成壁とによつて囲まれた空間により第２の
   内側風路が形成されており、該第２の内側風路を
   通過した風の流れは前記第１の内側風路の風路出
   口を出た近辺で該第１の内側風路方向に偏向され
   て該第１の内側風路を通過した風の流れと合流す
   るようになつている内側風路形成構体と、該内側
   風路形成構体内に形成されている前記第１の内側
   風路の風路入口の中心を通る水平軸の周りに回転
   できるように該第１の内側風路出口を出た近辺に
   配設された風車と、前記内側風路形成構体を前記
   外側風路形成構体の内周部に形成されている前記
   円筒状空間内で該円筒状空間と同軸に回動可能に
   する手段と、前記内側風路形成構体内に形成され
   ている前記第１の内側風路の風路入口が風上方向
   に向くように該内側風路形成構体を回動させる風
   向指向手段と、前記風車の回転力を他の動力に変
   換する手段とを含むことを特徴とする風車装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の風車装置におい
   て、前記第１の内側風路形成壁の風路入口側鉛直
   端縁部は中心角で40〜60゜の範囲にあり、前記内
   側風路形成壁柱の風路入口側鉛直端縁部は中心角
   で60〜80゜の範囲にあることを特徴とする風車装
   置。