JPS6198973A - 回転翼の内周部に反射板を装備した風車装置 - 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】 イ、発明の目的 この発明は風の運動エネルギーを回転エネルギーに変換
する為の効率の風収集装置に関する。

自然二坏ルギーの性質上Ｋｒ１．変動が大きく且エネル
ギー密度が薄い。風力エネルギーヲ４１」用する方法に
おいて、既存の風車のみによる風との対応による風収集
方式に於いては、風の急激な変動性および希薄性其の他
による自然の苛酷な障壁があシ、風車による風力エネル
ギーの変換効率には一定の限界が存在し１現在最も高効
率のプロペラ形風車においても効率において６０％を超
えることはできない状態にちる。風車の出力は風車の受
風面積法 に比例し、風速の３乗に比例するので、この秀則にもと
すいて、風車の回転面上流において自然風を収集し適当
な風収集装置を付加することＫよシ自然風から取り出す
エネルギーを大幅に増大できるとの方法のもとに、換言
すれば風車のみの単一の構成要素による風収実装置に、
風車前面上流において風収集する構成要素を付加して、
二つの？１Ｇ成要素の結合によって風収集効率を倍加さ
せる方式として、タービン風車の前面に静翼を装備した
方式・風車の周囲をダクトで覆った方式・サボニウス風
車の周囲に誘導板を設置した方式・其の他の方式が開発
されている。本装置も以上の方式と同目的のもとに開発
されたものである。

既存の風車において、現在最も効率の高いとされている
プロペラ形風車にお℃・ては回転面を風向に正対させる
ために、抵抗ＩＩＩ］を気流に直角に近（・角度で対応
することにより、揚力は流入する空気の流れに対して直
角方向に作用し風収集の機能としては理想の形態となる
。反面強風圧の正面抵抗を受ける形となる弱点を有する
。又水平軸形の入換は定格風速に達する迄は回転面を風
向に正対させ位 る為に方俟制御の必要があり、装置自体を回転体に搭載
すること忙なり、換言すれば装置及び風車回転軸の・１
山支持機（４ｔ−回転体に搭載することであり、大型化
に比例して物理的制約が大きく設置に際して重量物を高
位置に搭載する工事の困難・軸゛支持機構を回転体に搭
載して可動回転体とするために高度の技術が要求され且
装置も複雑化し強度上問題があり、風の変動による対応
のおくれ、等による故障及び破損率が大きく、遠心力に
よる風車の破損も大きく装置の信頼性、安全性に問題が
多くその為に用地離の問題が生じる等入換が多−・。

以上水平軸形の欠ｔＡ全克服する意味において方位制御
の必要のない垂ｕｆ軸風車において実用化されているダ
リウス風卓ψジャイロミル風車・サボニウス風車等があ
る。ダリウス風車において、ツ枚又は３枚羽根のシンプ
ル化された揚力形の風車であり、軸支持機構を固定する
ために、強度及び安全性にすぐれているものの、風車の
出力に必要な受風面積が少いためにきわめて起動性が悪
く単位面積当りの出力も少い、現在起動性を高めるため
に回転翼の内周部にサボニウス風車を装備して効果を発
揮しているものの収集効率においてプロペラ形に劣る。

次に固定翼のジャイロミル風車について、作動原理はダ
リウス風車と類以しておシ性能においてダリクス風車よ
シ勝れている。次ＩＣ”ｌ−ボニウス風車について、回
転力も大きく起動性もよい、翼構造が抵抗形のために回
転速度が風速以上に出ない入換があり、効率においてプ
ロペラ形の約３分の／程度にとどまる、このために周囲
に籾導板を設置して１虱を集めて風車に当る風の速度を
あげるこころみとして果祇板を設置した方式が実用化さ
れ性能同上の効果のあることは実証されているが、現在
のところ小型装置に限られ大型化した場合に集風板４体
が強風圧を受ける形態となシ、強度面安全性に問題があ
シ、エネルギーコストに於いてプロペラ形に劣る。次に
其の他のタービン風車等風収集装置を装備した方式にお
いて何れも風車の外周江設置した方式によるために強度
面安全性の効果はちるものの、外周形の付加！！置は設
置範囲が大きくなり単位面積並びに容槓当シのエネルギ
ー収支コストにおいてまだプロペラ形法 に及ばない。木兄Ｆ３Ａは風車工学の基本与則に基ずい
て従来の入換を克服するために開発されたものであり、
風車の出力は風車の受風面積に比例し、法 風速の３釆に比例する去則に基ずく為に回転翼（受風面
積を大きくした揚力形の回転翼とした）の内周部（設置
容積が回転直径の範囲内に納めて）に反射板（気流を収
集回速する）を装備した風車装置として、風収集効率を
高めることにおいて従来の風収集方式における入換を克
服した。

口、発明の構成 本装置の構成を図面に基すいて説明すれば、杭機 ７図において、発電４其の他の風力利用装置を収納して
１１Ｍ漬物の基部に固着された支持台（／コ）の上に円
筒状の基底部（／／ンを固着する、基底部の上に上下の
ダクト盤（３）と反射板（２）Ｋより構成さ・れた風収
集装置を固層する、ダクト盤は基部と上部に固着され円
板状の平板の形態であり、反射板は横断面形状を過当な
曲４を有する四囲により構成された多面体の星状の形態
を有する反射板によジ構成されており、適当な効率を可
する凹面には、構造上の形態として湾曲面形態と折曲面
（図面ナシ）の形態の方法があり、多面体の実施例とし
て、３面体（第一図）及びグ面体（第３図）等の型式が
ちシ、本装置の場合３面体以上の多面体により（構成さ
れた面体の構成を多回体とする。次に軸受（１０）は上
部ダクＩＥ及び下部になる基部ダクト盤及び支持台に設
けて、上部ダクト盤より反射板、基底部を介して支持台
迄をＸｍさせて、軸支持機構とする。翼回転＋１ＩＩ（
？）は、上部を建造物に設けｔ軸受（図面ナシ）に支持
されて、上部ダクト盤より挿入して軸支持機構に支持σ
れて支持台内に装備された動力低迷機構に回転翼よシ得
た動力を低迷する。

回転翼の形態の構造については、ＪｇｌＥｆＴ面形状に
おいて、内周側を浅い湾曲面として、翼弦長を長くして
上下を同一形態とじ几揚力形翼の回転翼（→と支持輪は
横に平板状の輪状の構造でろυ翼支持板（７）に固着し
翼支持板は中心部の翼結合部ＣＩ＞に固着されて、回転
翼によシ得た動力を翼結合部を介して翼回転軸＜ｑ＞に
阪達する。

ハ、本装置の機能性能について 本装置の発想の基本は、既存の風収集方式におけるプロ
ペラ形、グリウス形、ジャイロミル形の風車直接の臓収
集方式、又は回転翼の外周部に誘導板を設置した方式、
又は風車の周囲をダクトで覆った方式等に対比すれば、
風収集装置を回転翼の内周部に装備して、風収集装置を
回転翼の軸支持機構として装置を固定装置として設置し
、変動の大きい風との対応に王として建造物としての対
応の構造体として装置を回転体に搭載しな（・ことによ
り、既存の装置が大型化に比例した物理的制約を克服し
た。反射板の総ム体的な機能としては、高性能風車に要
求される諸々の灸件を反射板に代替 美させ、換言すればタービン風車の静μの機能を反射板
の総体的機能としたものであり、反射板を回転翼の内周
部に装備したことにより装置の設置容積も風車の回転直
径内の範囲に納まバ構造もシングルに製作出来るととも
に回転共の内周部に装備した方式にもかかわらず、風車
前面上流における風収集の方法に適応した性能を有する
装置としたことを特徴とするものである。

各部の構造及び機能については、反射板の構造を多面体
の湾曲面の集合体によって構成し１固定構造体として（
第弘図及び第Ｓ図に示すように）風向の変動に多面体の
固定装置として対応することによｌ向の方位制御卸の課
題を克服した。次に反射板の風収集の機能について、既
存の高効率のプロペラ形風車の風収果方式に於いては、
流入する気流を風向に直角な単位面積の成心的な平板を
通過する気流の変換効率とするとらえがたであった、本
装置の反射板内に流入する気流の利用方式によるとらえ
がたは、（第９図・第５図）の動作図に示すように、流
入した気流をワイド面に受ける方式であシ平板の通過面
よシ多少大きくなる。次に加 流入した気流は反射板に衝突した衝撃によシ塔速された
反射気流となって回転具に作用する。次にダクト盤の機
能については構造を円板状の平板の形態として反射板の
上下に装備したことにょｐ１装置を平１１Ｔ１図として
上から見た場合を仮定すれば、反射板は凹面となってお
りダクト盤は凸面となっており、構造も３面体又はグ面
体のシンプルな形態のために、回転直径に比例して大き
な集風口となム密度の薄い気流を効率よく収集できると
とも゛に風車の起動性を高める機構は有する。ダクト盤
は流入する気流の誘導板の機能分有し、流入した気流を
上ドに逃さないために気圧を一定にして反射板の機能を
増加させる。万一ダクト盤を装備上なかったら風収集の
’ＩＮＱが半紙することにな９、反射板とダクト盤の構
成によって従来に例を見ない風収集装置としての機能が
発生する。次に回転具について高性能風車に要求される
諸条件を本装置 置においては反射板に代美させることにした、回転翼に
は、虱の動圧力を受けるに必要な構造が必要であり、流
入回速された気流を効率よく収集す゛　るには、翼弦長
を長くして受風面積を大きくし、上下を同−形の誠構造
として上下を翼支持輪に固着した固定翼として強度を東
点において製作することができ超大型の回転翼の１発を
容易にした。

輪に取付る方法としては、尾部先端を回転円周線の外側
の線の位置に固着する第二図（＋ＡｊｌＬ）。

この取付角度によって翼の運動方向に対する迎角となシ
翼に作用した気流は後方に流れ回転翼は揚力を生じ前方
の連動方向に回転する。運動方向に対する翼の抵抗につ
いては真の頭部の先端の部分だけであり、最小の抵抗形
となり既存の風車に対比して、最大の受風面積を有する
翼形態にもかかわらず高速回転の性能を有する。以上説
明した通り本ｇ装置の機能は反射板とダクト盤により構
成された風収集装置と受風面積の犬さな回転翼によって
構成はれたことによって機能を発生させる風車装置であ
る。

二、次に不装置の作動原理を第７図並びに第５図に基ず
〜・て説明すれば 第グ図において、図の上方を前方とＬ−（風向（１）は
前方より吹いているものとする。垂直軸風車の作動原理
は説明上前方よシの気流を左右に区分して右側を追い風
とし左側を向い風とし、風向（１）に対して、風車の回
転方向は時計回ジの右回転とし右側の回転翼（ＱＢ）は
追い風を受け、左側の回転翼（ダＣ）は向い風を受ける
状態とする。第９図における反射板の密着部（ｕＡ）の
頂点を中心部に位置した状態を仮定して、前方より流入
した通常気流（／Ａ）はダクト盤（Ｊｌｌｌの範囲内に
流入し反射板に衝突して加速された反射気流追い風（／
Ｂ）と反射気流向い風（ＩＣ）となり、追（・風（／Ｂ
）は回転Ｘ（グＢ）に作用し、向い風（ＩＣ）は回転ｇ
（＋ｎ　）に作用する。図に示すように回転翼の位置が
反射板密Ｎ部の頂点の位置に到達した状態の時反射気流
の動圧力を受けることになる。又第５図に示すように回
転具の外周部は通常気流（／Ａ）を受ける状態となり既
存のダリウス風車等の揚力形風車の原理と同じ原理によ
って揚力を発生する。

又第５図の場合反射板は湾曲面を風向に正対した状態と
仮定して、正面よシ流入しｆｃ気流（／Ａ）は反射板に
衝突して加速され之反射気流（／Ｂ）と（ＩＣ）に区分
されてそれぞれ回転具に作用するＯ 約 以上笥グ図、第Ｓ図に基ずく作動原理を要７求−すれば
、反射板の実施例を３面体又はグ面体の方式にもかかわ
らず作動原理は同一であり、本発明の特徴は風向又は風
速の変動に関係なく、回転翼は必ず４回転中にコ回の反
射気流による動圧力を受けることになｐ１且翼の内周外
周の両面に動圧力を受ける作動方式であり、従来の風車
による風力エホ、発明の効果について １回転具の内周部に反射訪導装置を装備する流体利用方
式は、水力利用における水車又は蒸気、ガス、石油等の
他の内熱汽罐の流体利用の原動機羽根方式等に転用可能
な特徴を有する風収集装置の方式であり新方式の流体利
用方式である。

２風収集装置を回転翼の内周部に装備し、軸支持機構と
したことによシ、装置もシンプルとしたことにより、強
匿面・安全性に勝れ、大型化に比例してエネルギーコス
ト面におけるスケールメリットがあり、機ａ選定及び大
量生産が容易である。

回転翼の受風面積が大きく高速回転のために同一回転直
径のプロペラ形風車と対比すれは受風面積はｌ０倍近く
取ることができる。従って出力も７０倍以上の高出力を
発生する。従って軸支持機構を屋根性の鳥かご形を使用
すれば万一の翼の破損事故を防止出来る。以上の特徴を
有する故に風の広域性を生かし広１屹囲の地域に大規模
の風車郡の設置を可能とＬ１風力利用技術において他の
巨大工

【図面の簡単な説明】

第７図は一平面図第２図のＡ−Ａ面を切断した本発明の
縦断面図　第二図は一本発明の実施態様平面図　第３図
は一本発明の実施態様平面図及び一部横断面図　第弘図
及び第５図は一本発明の作動原理を示した動作説明図 番号／は一風向又は気流の方向　／Ａは一通常気流　／
Ｂは一反射気流追い風　ＩＣは一反射気流向い風　λは
一反射板　２Ａは一反射板密着部３は−ダクト盤　ダは
一回転ｇ　　ＩＩＡは一回転翼取付部　ダＢは一迫も・
風を受ける回転翼　グＣ夕

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 垂直軸風車の翼形態において翼断面の内周側を浅い湾曲
   面とした揚力形の回転翼（４）の内周部に、横断面形状
   を適当な曲率を有する凹面の集合体によって構成され且
   凸部を密着して多面体の星状の形態を有し、固定構造物
   に固着された反射板（２）と、其の反射板の基部と上部
   に固定した構造物に固着された平板状のダクト盤（３）
   。以上によって構成された反射板とダクト盤の組合せを
   風収集装置として、回転翼の内周部に風収集装置を装備
   して、回転翼と風収集装置によって構成された装置とし
   たことを特徴とする、回転翼の内周部に反射板を装備し
   た風車装置。