JPS60243378A - ベンチユリロ−タ−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】 （産業上の利用分野） 本発明は垂直に配されたベンチュリローター装置に関し
、更に詳細には、丸味を帯びた三角形断面を有する垂直
に配された回転可能なセンタースポイラ−コアと前記丸
味を帯びた三角形の頂部がら延びる支持アームに取付け
られた３つのエアホイルとを具備するベンチュリロータ
ー装置に関する。エアホイルとセンターコアはそれらの
間にギャップが形成されるごとく互いに位置決めされる
二このギャップは空気が該ギャップを通って流れるとき
ベンチーリ効果を生じさせる。構造体のまゎり及びギャ
ップを通る空気の流れはエアボイルの運動を起こさせ、
この運動は支持アームを介してセンターコアに該センタ
ーコアを回転させるトルへ クを与え、またセンターコアの回転は適当な力伝達機構
（パワートランスミッション）ヲ介してパワーを生じさ
せる。ペンチーリローター構造体により生じたパワーは
発電機、ポンプ、船のスクリーーあるいは機械的パワー
人力を要するあらゆる他の装置に供給することかできる
。

（従来の技術） 力を発生させるために空気の流れを利用した風車のごと
き装置が知られている。従来の風車は、一般に、空気の
流れの方向にはｙ垂直な面内で動径方向外側に延びる複
数の羽根または翼を持つプロペラ型構造体を有していた
。垂直に配向されたこの種の従来の装置は通常ダリウス
型（１）；］ｒｒｉｕｓｔｙｐｅ　）またはデボニアス
型（Ｄｅｖｏｎｉｕｓ　’ｔｙｐｅ　）のローターを使
用している。羽−あるいは翼に抗する空気の力はそれら
を回転させ、この回転は機械的な結合を介してパワー出
力を与えるべく利用される。

このタイプの従来の装置は、力が有効的に発生せず、風
気の流れが遅い間はどのような実際的利用に対しても十
分な力を供給できないと℃・う不都合があった。風が高
速の場合、高速の空気により生じる乱れのためこのタイ
プの従来の装置は動作しなくなる。このような従来の風
車の最も不都合なことは、翼の速さには物理的限界があ
りそれ以上になると装置自身が破壊されてしまうことで
ある。また、空気流のダイナミック捕捉領域が幾何学的
捕捉領域と等しく、従って装置を通る空気質量の流れが
誘起されない。更に、これらの装置は羽根と風との干渉
の結果かな゛りの騒音を発生する。

力を発生させるために風を利用した別のタイプＤ従来の
装置はセンターコアを有する流れ分割型（ｓｔｒｅａｍ
ｉｎｇ　ｄｉｖｉｄｅｒ　）装置である。流゛れ分割方
式は、本発明で使用する流れ収集（ｓｔｒｅａｍ　ｃｏ
ｌｌｅｃｔｉｎｇ　。

とは原理が異なっている。この種の装置は西ドイツ国特
許Ｎｏ、　ＤＥ　３００３２７０　Ｃ２及び同Ｎｏ、　
ＤＥ　−ＰＳ６０４３３３に記載されている。後者の特
許に開示されている装置は固定されたセンターコアと該
センターコアを囲む複数の羽根を有している。この装置
を通る空気の流れは揚力のみを生じさせるので、効率的
には不十分である。前者の特許に開示された装置は回転
可能なコアと２つのエアホイルを有している。この装置
内に流れ込む空気は最も抵抗の小さい通路に従うほとん
どの空気と分けられる。

、この空気流は装置の後方側のある領域では低圧となり
、その結果揚力がエアホイルの１つに加えられる。この
揚力はローターを、従ってコアを回転させる。

（発明の要約） 本発明の主たる目的は、構造がシンプルで力の発生効率
が良いペンチーリローター装置を提供することである。

本発明の別の目的は、動作の効率性及び装置のパワー出
力の効率性を高めるベンチュリ効果を利用した構造体を
有するベンチュリローター装置を提供することである。

本発明の更に別の目的は、幅広い範囲の風の速さとあら
ゆる風の方向を含む極端に広範な風の条件の下で動作可
能なペンチーリローター装置を提供することである。

本発明の更に別の目的は、構造がシンプルで、信頼度が
高く、保守が最少となるペンチーリローター装置を提供
することである。

本発明は当該装置の回転から力を発生させるベンチュリ
ローター装置に係るものである。この装置は支持手段と
センターコア手段を具備し、該センターコア手段は自身
を通る中心軸のまわりの回転のために前記支持手段に取
付けられ、丸味を帯びた三角形断面を有している。セン
ターコア手段に固定された複数の支持アームは、丸味を
帯びた三角形の各頂部においてそれぞれセンターコア手
段から動径方向外側に延びている。少なくとも３つのエ
アホイル手段が、センターコア手段の表面とエアホイル
手段の表面との間にギャップが形成されるごとく支持ア
ームの動径方向外側に延びた部分に固定されている。エ
アホイル手段はセンターコア手段の中心軸に平行な軸上
に配されている。

少なくともセンターコア手段の中心軸に垂直な方向の成
分を有する空気流のごとき流体の流れは、センターコア
手段の中心軸のまわりにエアホイル手段の運動を誘起す
るベンチュリ効果を生じさせるギャップを通って流れる
。エアホイル手段の運動は支持アームを介してセンター
コア手段にトルクを付与し、センターコア手段を回転さ
せる。センターコア手段は、該センターコア手段ととも
に回転し、かつ回転するセンターコア手段より力を敗り
出す手段として使用される出力手段を含んでいる。

エアホイル手段は支持アーム上に固定して設けるかある
いは支持アーム上に回動自材に設けることができる。ま
た、ペンチーリローターは垂直に配することができ、あ
らゆる方向からの風に応じて回転する。更に、センター
コア手段及びエアボイル手段は、種々のサイズでシンプ
ルな構成の装置を提供するために複数のモジュールユニ
ットより作製することができる。

（以下余白） （発明の構成及び作用） 以下本発明の実施例を詳細に説明する。

図面を参照すると、本発明によるペンチーリローター構
造体は垂直に配向しており、丸味を帯びた三角形断面３
を有する回転可能なセンタースポイラ−コア１（以下セ
ンターコアと称する。）を具備している。３つのエアホ
イル（翼状部）５，７゜９は支持アーム１１．１１’、
　］：３．　］３’、　１５．　］５’によりセンター
コア１に固定されている。これらの支持アームは丸味を
帯びた三角形３の頂部１７．１９．２１においてセンタ
ーコア］から動径方向外側に向って延びている。ギャッ
プ２３．２５．２７が頂部１７．１９．２］とエアホイ
ル５．７．９との間にそれぞれ形成されている。

センターコア構造の一部をなすシャツ）　３１はセンタ
ーコア１の中心軸Ｃに沿って延びている。センターコア
１の回転は／ギフト３１を回転させ、この回転により基
台あ上に支持されるトランスミッション３３を介してパ
ワーが出力される。トランスミッション田は、ギア伝動
、ベルト伝動、〆油圧伝動、あるいは回転するシャフト
から力を取り出す他の適当な手段とすることができる。

エアホイル５．７．９の軸Ｆ５．　Ｆ７．１；”９はセ
ンターコア１の軸Ｃと平行となっている。

本ベンチ３リローター構造体は支持ポスト（支柱）３７
．３９及び少なくとも１つの付加的ポスト（図示せず）
により支持されている。これらのポストは上部構造４Ｊ
によりセンターコア１に連結されている。センターコア
１は上部構造４】により回転可能に保持されかつ支持さ
れている。当該装置の安定な支持構造を付方するために
、支持ポストに代えであるいは支持ポストと関連させて
ささえ線（ｇｕｙ　ｗｉｒｅｓ　）を使用することもで
きる。

第３図に示すように、センターコア構造１は丸味を帯び
た三角形断面の外側部分おと円形断面の内側部分砺とを
有している。内側部分４５と外側部分おは複数のリブ４
７により互いに堅固に連結されている。相互連結された
内側及び外側コア構造は強固で剛性で軽量なセンターコ
アを与える。内側及び外側コアは相互連結構造によりセ
ンターシャフト３１に連結されている。

第４図に示すように、エアホイル５．７．９の各々はナ
イフェツジである前縁部おと円形断面の後縁部５５を有
している。各エアホイルの最大幅ＷＡはエアホイルとセ
ンターコイルとの間のギャップ幅ＷＧとはｙ等しくなっ
ている。また、ギャップ幅と各エアホイルの最大幅Ｗと
の和ＷＡ＋Ｗｏは、センターコアの中心軸Ｃからセンタ
ーコアの頂部までの距離りと等しくなっている。好まし
い実施例では、センターコアの頂部は実際の幾何学的頂
点よりわずかに丸味を帯びている。従ってこの違いのた
めに図に示すように距離にわずかな変動が生じる。また
各エアホイルの軸からその前縁部までの距離は、該前縁
部とセンターコアの隣りの頂部との間に延びるラインＬ
が、軸Ｃとエアホイルの軸との間のラインＭと平行にな
るごときものである。

次に第１図により動作について説明する。センターコア
１はペンチーリローターに向かう風の流れＷに対するバ
リアとして機能する。そしてセンターコア１は捕捉領域
Ａ′内の空気をエアホイ野回かわせ、エアホイル５とセ
ンターコア１との間のギャップ器内に導く。ギャップ器
を通る空気の流れはベンチ−り効果を生じさせ、このよ
うな空気流の向きはベンチュリ゛ローターの回転を誘起
する効果の組合わせとなり、これによりシンプルかつ効
率的に力を発生することが可能となる。

エアホイル５に抗する空気流の向きは、エアホイル５の
前側表面上に大きな圧力または抗力を発生させ、この力
はエアホイル５を風の向きに押し、これにより支持アー
ム１１を介してセンターコア１上にトルクが生じる。こ
のトルクはセンターコア１を回転させる。同時に、ギャ
ップ器を通る空気流がベンチーリ効果を持つようになる
。このベンチ−り効果によりギャップを通る空気の速度
が増加し、その結果ギャップ近傍領域の動的圧力ががな
り増加するとともに該領域の静的圧力が大幅に減少する
。動的圧力により風の流れ方向に力が発生し、静的圧力
により風の流れ方向に対して垂直な方向に力が発生する
。そしてこのベンチーリ効果はセンターコア１の後方側
あるいは下流側及びニアホイル５０反対側あるいは後面
側に非常に小さい静的圧力を生じさせる。この非常に小
さい静的圧力は、エアホイル５及びセンターコア１を回
転方向に吸引または引き寄せるリフト効果を生じさせ、
その結果付加的トルクがセンターコア１に加えられ、こ
れによりセンターコア１の回転が誘起される。

ギャップ２３のベンチュリ効果はギャップを通る空気流
の速度を増加させるとともにギャップ２３の中及びその
後方あるいは下流側の圧力を減少させる。そして、先ず
センターコア１のバリア効果により、次に高℃・圧力の
前方側から低い圧力の後方側に流れる空気により、ギャ
ップ２３を通る空気流が誘起される。

空気流からペンチーリローターへ移る運動エネルギは次
式のように空気流の質量の関数となる。

Ｐ＝−）ｍｖ２ ここでＰは力、ｍは空気の質量、■は空気量の速さであ
る。

上式より分かるように、力は空気流の質量が増加するに
つれて増加する。空気流の質量はベンチ、　リローター
の捕捉領域の増加により増加する。

本発明の装置においては、ベンチュリ効果によるギャッ
プお内並びにセンターコア１及びエアホイル５の後方側
の低圧領域はグイナミノク捕促領域Ａ′を拡大させ、そ
れは幾何学的な捕捉領域Ａよりかなり大きくなる。何故
ならば低い圧力はベンチュリギャップの後方の低圧領域
を充足させるために幾何学的捕捉領域Ａを超えて空気を
吸引１−るからである。

第１図に示すような風の方向に対するエアホイルの位置
決めでは、エアホイル７．９の各々に作用１−る揚力及
び抗力による力は、エアホイルの各々に作用する合力が
エアホイル５に関しては無視できるごときものとなる。

そしてエアホイルが第１図に示す位置にあると、センタ
ーコア１を回転させるトルクが、エアホイル７．９によ
る寄与または低下なしにエアホイル５のみに作用する種
々の力の結果として生じる。

ペンチーリローター構造体が回転すると、種々の抗力、
揚力とともにエアホイルとセンターコアの表面付近の高
圧、低圧領域が始終変化する。しかし、回転を生じさせ
る構造体自身に働く合力は比較的一定のままである。

第５図（Ａ＋及び第５図（Ｂ＋は、エアホイルがピボッ
トアーム上に回動可能に軸支されている本発明の別の実
施例である。第５図聞及び第５図（Ｂ）において、エア
ホイル１０５は回転可能なシャフト１０７により支持ア
ーム１１．１１’に取付けられている。ばわ】０９が孔
１１１を介してシャフト１０７に連結され、ばね１０９
はエアホイルの前縁部おをセンターコアの方向にバイア
スするためにアーム１１と係合している。装置が回転す
ると、遠心力はエアホイルの前縁部なセンターコアから
離れるように押す。この遠心力はばねのパイアスカによ
り少なくともある程度反対に作用し、これによりエアホ
イルの配向を最適化させる。停止部材のごとき手段を、
アームに対するエアホイルのピボット運動を制限するた
めに設けることができる。全運動は１２０℃までに制限
されるのが好ましい。

この実施例は、ばね定数を特定の角速度に対して選択で
きるので風速が比較的一定の場合に非常に有効である。

また風速に大きな変動がある場合には、固定エアホイル
の美施例がより効果的となる。エアホイルの配向を調整
するために他の技術を使用することも可能である。

センターコアｌ及び／又はエアホイル５．７．９は単一
構造体として構成することができ、また複数のモジュー
ルユニットを互いに堅固に締伺は固定させて構成するこ
ともできる。第２図では、センターコア１は複数のモジ
ュールユニットＩＡ・・・ＩＥより成り、これらは溶接
、ボルト締め、リベット等の適当な手段により互いに堅
固に締付は固定されている。また、エアホイル５．９は
複数のモジュールユニソ）５Ａ・・５Ｅ、９．Ａ・・・
９Ｅより構成される。これらのユニットも適当な手段に
より互いに堅固に締付は固定されている。モジュール構
成の利点は、標準的なモジュールを用℃・てあらゆるサ
イズの装置を容易に構成できることである。

このことは装置の製造及び構成に大きなフレキシビリテ
ィを与える。

センターコアとエアホイルの材質を選択する際、該材質
は装置が大ぎな風速に耐え得るような犬き（・強度を有
するように選択されなければならない。

更に、材質は装置の回転から生じる遠心力を最小化する
ために軽量でなくてはならない。

上記の好ましい実施例においては、装置は風により生じ
る空気の流れによって駆動されるとして説明してきたが
、本発明はあらゆるタイプの流体（気体、液体）の流れ
とともに使用することが可能である。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によれば、シンプル
な構造で力の発生効率が良好となる利点がある。また広
範な風の条件の下で動作することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のベンチ・−リローターの平面図、第２
図は本発明のペンチーリローターの正面図、第３図は本
発明の好まし７い実施例のセンターコアの断面図、第４
図は本発明の好ましい実施例のエアホイルの断面図、第
５図（へ〜第５図ｔＣ）は本発明の別の実施例のエアホ
イルを示す図である。 ■・・・センターコア ５、７．９・・・エアホイル １］　、　］：３．１５・・支持アーム３１・・・シャ
フト 田・・・トランスミッション 特許出願人 アンチ　ヘルマン 特許出願代理人 弁理士　山　本　恵　− 図面の浄書（内容に勿４更なし） ＦＩＧ、　２ 手続補正書（自発） 昭和５９年１２月２０日 特許庁長官　志賀　学殿 １　事件の表示 昭和５９年特許願第１９６９６４号 ２　発明の名称 ペンチーリローター装置 ３　補正をする者 事件との関係　特許出願人 氏　名　アンテ　ヘルマン ４代理人 千 ５補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄及び図面６　補正の内容 （１１明細書第１２頁第１９行の１相互連結構造」を「
相互連結構造体４７」と補正する。 （２）　同第１８頁第１３行〜第１４行の「エアホイル
５゜９は　・・より構成」を「エアホイル５，７，９は
複数のモジュールユニット５Ａ−５Ｅ、？Ａ・７Ｅ（第
２図では見えない）、９　Ａ、−９Ｅより構成」と補正
する。 （３）図面の浄書（内容に変更なし）を別紙の通り提出
する。 以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｔｌｌ（ａ）　支持手段と、 （ｂ）　該支持手段上に設けられ、当該センターコア手
   段を通る中心軸のまわりを回転するセンターコア手段と
   、 （Ｃ１該センターコア手段に固定され、該センターコア
   手段から動径方向外側に延びる複数の支持アームと、 （ｄｌ　該複数の支持アームの動径方向延長部分にそれ
   ぞれ固定される′少なくとも３つのエアホイル手段とを
   有し、 前記センターコア手段の表面と前記エアホイル手段の各
   々の表面との間にそれぞれギャップが形成され、前記エ
   アホイル手段の各々は前記センターコア手段の前記中心
   軸に平行な軸上に配され、前記センターコア手段の前記
   中心軸に垂直な方向の成分を少なくとも有する流体の流
   れが前記ギャップのうちの少なくとも１つのギャップを
   通ることにより、前記センターコア手段の前記中心軸の
   まわりの前記エアホイル手段の運動を誘起させるベンチ
   ュリ効果を生じさせ、前記エアホイル手段の前記運動が
   前記支持アームを介して前記センターコア手段にトルク
   を付与して前記センターコア手段を回転させることを特
   徴とする当該装置の回転により力を生じさせるベンチュ
   リローター装置。 （２）前記センターコア手段が丸味を帯びた三角形断面
   を有し、前記支持アームが前記丸味を帯びた三角形断面
   の頂部から動径方向に延びる特許請求の範囲第１項に記
   載のペンチーリローター装置。 （３）前記センターコア手段が円形断面の内側コア部分
   と丸味を帯びた三角形断面の外側部分を有し、前記内側
   コア部分及び前記外側部分が互いに堅固に連結されてい
   る特許請求の範囲第２項に記載のベンチュリローター装
   置。 （４）前記エアホイル手段の各々の前縁部が後縁部より
   幅狭である特許請求の範囲第１項または第２項に記載の
   ベンチュリローター装置。 （５）前記エアホイル手段の各々の前縁部がナイフェツ
   ジである特許請求の範囲第４項に記載のベンチ・、リロ
   ーター装置。 （６）前記エアホイル手段の各々の後縁部が弧状である
   特許請求の範囲第５項に記載のペンチーリローター装置
   。 （７）前記エアホイル手段の各々の後縁部が弧状である
   特許請求の範囲第４項に記載のペンチーリローター装置
   。 （８）前記支持アームが前記センターコア手段の両端よ
   り延びて℃・る特許請求の範囲第１項に記載のベンチー
   リローター装置。 （９）前記センターコア手段の前記中心軸が鉛直方向で
   ある特許請求の範囲第１項に記載のベンチュリローター
   装置。 （ＩＯｌ　前記各ギャップの幅が前記各エアホイル手段
   の最大幅にはＶ等しい特許請求の範囲第２項に記載のペ
   ンチーリローター装置。 （ＩＩ）前記ギャップの幅と前記各エアホイル手段の最
   大幅との和が前記中心軸から前記エアホイル手段の頂部
   までの距離に等しい特許請求の範囲第２項に記載のベン
   チュリローター装置。 （１２前記エアホイル手段の前縁部から前記センターコ
   ア手段の隣りの頂部までのラインが、前記センターコア
   手段の前記中心軸から前記エアホイル手段の前記軸まで
   のラインと平行である特許請求の範囲第２項に記載のペ
   ンチーリローター装置。 ０３）前記各エアホイル手段が前記支持アーム上に回動
   可能に設けられている特許請求の範囲第１項に記載のベ
   ンチーリローター装置。 ０４）前記各エアホイル手段が、当該装置の回転により
   生じる遠心力に対して前記エアホイル手段をバイアスさ
   せるための手段を含む特許請求の範囲第１３項に記載の
   ペンチーリローター装置。 （１５）前記センターコア手段が互いに堅固に結合され
   た複数のモジュールユニットから成り、前記エアホイル
   手段の各々が互（・に堅固に結合された複数のモジュー
   ルユニットから成る特許請求の範囲第１４項に記載のペ
   ンチーリローター装置。 （１６）　前記センターコア手段が当該装置のパワー出
   力を与えるために前記センターコア手段より延びるシャ
   フト手段を含む特許請求の範囲第１項に記載のペンチー
   リローター装置。