JPS6287672A

JPS6287672A - 風車

Info

Publication number: JPS6287672A
Application number: JP60229452A
Authority: JP
Inventors: Joji Watakabe; 渡壁　城治
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1985-10-15
Filing date: 1985-10-15
Publication date: 1987-04-22

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〕本発明は風力エネルギーを効率よく回転エネルギーに変
換することができる風車に関するものである。

［従来の技術］風車の一形式として、軸心を風の進行方向に交差（垂直
交差）させて配置する垂直軸型風車が知られている。（
例えば、オーム社発行、風力エネルギー読本、第３７頁
など）この垂直型風車にも、パドル型、サポニウス型、ダリウ
ス型、ジャイロミル型など各種のものがあるが、パドル
型やサポニウス型は、高速回転力を得ることができず、
高効率風車には不向きである。ダリウス型やジャイロミ
ル型の風車は、長方形板状又は湾曲した帯状の五を用い
、各瓦の長手方向両端が回転軸にビーム等を介して又は
直接に固結されたものであり、パドル型、サポニウス型
の風車に比べ高速回転を得ることができ、効率が高い。

［発明が解決しようとする問題点］ダリウス型やジャイロミル型の垂直軸風車は、風が翼に
当ることにより生ずる揚力の回転方向の分力により回転
力を得る原理となっているのであるが、この揚力につい
ては、翼の回転位相により変動する現象があり、そのた
め回転が必ずしも滑らかではないという問題が生ずる。

また、風速が小さいと回転力を取り出しにくい。

［問題点を解決するための手段］本発明の風車は、内夫、外翼、これらの児が連結される
回転軸及び回転軸の軸心方向に沿って気流を導入する送
気手段を備えて構成されている。

この外翼は、技手方向両端がそれぞれ回転軸に固結され
て軸対称配置されており、例えば前述のダリウス型やジ
ャイロミル型の質構成とされる。また、内翼は、板形状
を有しており、板側辺が回転軸に固結されて軸対称配置
されており、かつ外賓の内部側に配置される。

〔作用１前述のように、ダリウス型やジャイロミル型の垂直軸型
風車は、翼に発生する揚力の回転方向の分力により回転
力を得るのであるが、本発明の風車においては、内翼へ
向けて回転軸に沿って気流奢導入し、この導入気流を内
翼の回転によって放射方向に流し出して外翼に吹き付け
る。このように、気流を軸心方向から風車内に導入し、
次いで放射方向に流れを変えて外翼に当てることにより
、外翼に発生する揚力の絶対値の向上及び揚力の方向性
の改善が図れる。

［実施例］以ド図面を参照して実施例について説明する。

第１図は本発明の実施例に係る風車の縦断面図、第２図
は第１図のｎ−ｎ線に沿う断面図である。なお、第１図
は第２図のＩ−Ｉ線に沿う断面を示し、てり玉ろ。

符号１（吹回転軸であ０．軸受２．３によって枢止され
ている。この回転ｉｈｌは、外翼４及び内翼５の共通の
回転軸となっており、外翼４は放射方向に延びるアーム
６によって回転軸１に対しその長手方向両端側が取り付
けられている。なお、第２図に示すように、この外翼４
は翼型断面形状を有しており、また本実施例では４枚数
リイ１けられている。

本実施例ではアーム６にズ「１ペラ６ａ、６ｂが収り付
けられている。プロペラ６ａ、６ｂは互いに逆の迎角を
とるように取り付けられている。

内翼５は、半月型の断面形状を有しており、断Ｃｍ　Ｓ
字形をなすように側辺部を回転軸ｌに固着して取り付け
られている。なお、外翼４及び内翼５共にそれぞれ軸対
称配置となるように配設されている。

符号７は回転軸１により軸心方向に沿って内翼５方向へ
外気を導入するための送気手段としてのファンでって、
本実施例では外翼４を支持するアーム６の外側に取り付
けられている。なお、図において１二下のファン７同士
はそれぞれ迎角が逆となるように取り付けられており、
回転軸１が正転するときに外気を上下から内翼５へ目が
けて導入可能としている。

符号８は回転軸１に連結された発電機であるが、発電機
の代りにポンプ、コンプレッサ、タービン等を連結して
もよい。

第３図は本発明の別の実施例に係る風車構成を示す縦断
面図である。符号９．１０．１１はそれぞれ回転軸であ
り、回転軸１０．１１は筒状であり、回転軸９が該回転
軸１０．１１内を貫通する２重軸構造となっている。回
転軸１０は軸受１２．１３によって枢止されており、一
方１回転軸１１は軸受１４．１５によって枢止されてい
る。また、この回転軸１１に発電機８が連結されている
。

回転軸９は軸受１６．１７によって枢止されており、軸
受１７は回転軸１１の内周面と回転軸９との間の部分に
配設されている。

この実施例において、外翼４はアーム６を介して回転軸
１０．１１にその長手方向両端が連結されており、回転
軸９には内翼５が外翼４の内側の部分にて連結されてい
る。また１本実施例では、ファン７も外賓４の内側部分
に配置され、回転軸９に取り付けられている。この第３
図の実施例において、ファン７は上段のものと下段のも
のとがそれぞれ逆の迎角をとるように取り付けられてお
り、回転軸９の正転により内翼５へ向けて外気を導入可
能としている。その他の構成は第１図と同様である。

第４図（ａ）は、第３図の実施例においてファン７を外
翼４の外側に配置した実施例である。この風車の回転軸
１１にはプーリｌｌａが設けられ、ベルトｌｌｂを介し
て動力が発電４！１８に伝達可能とされている。（ベル
トの代わりにチェーン等も用い得る。）その他の構成は
第３図と同様である。

第４図（ｂ）は本発明の更に別の実施例に係る風車の構
成を示す縦断面図である。この第４図（ｂ）の実施例に
おいては、トロボスキニン（縄飛びの綱）形状の外翼４
が用いられ、回転時に外翼に遠心力が作用しても引張応
力のみが外翼に作用し、曲げ変形が外翼４に生じない構
成となっている。なお、この外Ｒ４の基端側は翼の迎角
が他の部分と異なるよう構成され、プロペラ６ａ。

６ｂが形成されている。その他の構成は第３図と同様で
あるので、同一部材に同一符号を付してその説明を省略
する。

なお、第４図（ｂ）に示す風車においても、（ａ）図の
ように、ファン７を外翼４の外側に配置してもよい、ま
た、第３図及び第４図（ｂ）の風車においても、第１図
と同様に回転軸を共通の軸１本だけ設置してもよい。

第３図、第４図の実施例では、軸受１７としてラチェッ
ト機能を有するものを用い、軸９の回転力を軸１１に伝
達でき、しかも軸１１は袖９よりも高速回転し得るよう
に構成するのも好適である。

なお、本発明では、ファン７は１段だけ設けても良い０
例えば、Ｌ段側のファン７のみを設け、下段側のファン
を省略することができる。この場合、下段側のファンの
代わりにバッフル板を設け、軸方向流入風の逃げを防止
するよう構成するのが好ましい。

また、第２図にて２点鎖線で示すように、外翼４には半
径方向に対し斜め方向となる仰角をとらせても良い、こ
の仰角は、かなり大きな角度（例えばαが６０〜８００
）としてもよい。

また、プロペラ６ａ、６ｂの迎角の可変機構紫膜けても
良い。

次に第５図を参照して、上記実施例に係る風車の作動に
ついて説明する。

第５図は上記実施例に係る風車を回転軸が鉛直方向とな
るように設置した場合の平面構成を示す概略的な断面図
である。第５図においてＷｌは地面と平行方向に流れる
風である。この風Ｗ＋が風車に当たることにより回転軸
が回転し、この回転軸に取り付けられたファン７が回転
する。また、風Ｗ１を受けて外翼４も回転する。ファン
７が回転すると、風ＷＩとは別に、風車の軸心に沿って
外気が内翼５へ向けて導入される。この風は、内翼５に
よって放射方向に分散され、風Ｗ２となる。外翼４には
、前記の風ＷＩと、この放射方向に吹き出される風Ｗ２
とが合流して合流風Ｗ３となる。また、翼４には、その
回転により相対風Ｗ４が作用しているので、質４に作用
する作用風Ｗ５は合流風Ｗ３と相対風Ｗ４とのベクトル
和となり、この作用風Ｗ５により揚力Ｆが発生する。

しかして、本実施例においては、放射方向の風Ｗ２が存
在するので、かかる風Ｗ２の生じない従来例に比べて作
用風Ｗ５が大きくなり、従って発生する揚力Ｆも従来例
と比べて大きなものとなる。

また、外翼４の迎角を、半径方向と非直角とする（例え
ば第２図の２点鎖線で示される）ようにすることにより
、揚力Ｆの方向を改善し、外χ４に発生する有効な仕事
量の改善が図れる。

また、放射方向への吹出風Ｗ２の作用により、外翼４に
発生する揚力の回転方向の分布が平準化され、外大の回
転が滑らかになるという作用も奏される。

更に、外翼４の回転軸と内翼５の回転軸とを第１図のよ
うに共通軸としたり、軸受１７にラチェット機能を持た
せれば、内翼５が得た回転力をも直接に回転駆動力とし
て取り出すことができ、とりわけ低風速域における起動
性の向にを図ることが可能とされる。

本実施例では外χ４にプロペラ６ａが設けられているの
で、軸方向流入風により、該プロペラ６ａに揚力が生じ
、外翼に回転力が付加される。

第６図は、内翼５の形状例を示す概略的な斜視図である
が、この内翼５のように断面半月形のものである場合、
内翼の深さａと内翼の開きＲとの比ａ：Ｒは１：１〜１
０程度となるように選定するのが好ましい。

なお、第７図に示すように、内翼５には、その上下の部
分に半円形の蓋部材５ａを取り付けてもよい。また、第
８図に示すように、円弧形の帯状の縁部材５ｂを取り付
けてもよい。このような蓋部材５ａや縁部材５ｂを設け
ると、内翼５から外翼４へ向けて流れ出す１Ｒ，Ｗ　２
の方向が揃えられ、一層効率が高められる。

また、第９図に示すように、蓋部材５ａを設ける場合に
は、内翼５は先端方向に向って窄まる形状としてもよい
、このように先端を窄めた場合には、先端から吹き出す
放射方向の風Ｗ２が高速流となるので、内翼５の回転が
高速化されるという効果がある。なお、第９図の場合、
内翼５内にガイド板５Ｃを設けると一層効果的である。

このガイド板５Ｃは回転軸方向に延在し、かつ側縁が内
ズ先端方向を指向して傾斜配置されている。

第１０図は本発明の別の実施例に係る風車に用いられる
内翼５の構成を示す斜視図である。この第１０図の内翼
５には、内翼先端方向に向って接近する一対のプレート
５ｄが設けられている。このプレー）５ｄを設けると、
内翼５の回転に伴って内翼５に向って回転軸軸線方向に
外気が導入されるようになるので、放射方向の吹出風Ｗ
２が更に強くなる。また、プレー）５ｄの設置角度や幅
等を適切に選定し、放射方向吹出風Ｗ２をこのプレート
５ｄのみにより十分なＪ！Ｌ量とできる場合には、第１
図〜第４図に示すファン７の設置を省略することも可能
である。

第１１図は本発明の風車を大型ビルディングに適用した
場合の構成を示す斜視図である。符号２０は高層ビルの
本体であって、左右の側面２０ａ、２０ｂから両側方及
び上下にはみ出るように採風板２１が設けられ、採風板
２１の四囲をフード部材２２が取り囲んでいる。採風板
２１の上部には、開口２３が開設されており、高層ビル
本体２０の屋上中央部に設置されたタービン室２４へ向
けて、風を導く仕切板２５が設置されている。なお、高
層ビル本体２０の屋上上面には、所定間隔をおいて平板
状の屋根部２６が設けられ、仕切部２５とこの屋根部２
６とによって通風部が区画形成されている。

また、高層ビル本体２０の他の側面２０ｃ、２０ｄ側に
は、フード部材２７が左右の採風板２１間に架は渡され
るようにして配設されており、この側面２０ｃ、２０ｄ
のＬ方部には、屋根部２６、高層ビル本体２０の屋上面
及び仕切板２５によってダクト部ｚ８が形成されている
。

かかる構成の高層ビルにおいて、ビル壁面に昌っだ風は
、該壁面に沿って上昇し、開口２３又はダクト部２８を
通ってタービン室２４内に流れ込み、該タービン室２４
内に設置された本発明の風車によって１回転エネルギー
を出力させる。

なお、このような本発明の風車を利用した場合、暴風時
の風車の破損を防止するために、例えばダクト部２８な
どに暴風減衰装置を設置するのが好ましい。暴風減衰装
置としては、例えば採風された風の通過部に、所定風速
以上の風が通過するときに立ち上がる立−ヒかり運を設
置すればよい。

４−　Δ　ｌＩｎ　　小　−ｊ打　）−ト　　−　イ■
口　＋Ｉ　　ｆ４ル　七　ハ　た　１ｈ　力　１士　　
　発電機等に直結してもよく、またギヤ、チェーン、ベ
ルト等の適宜の動力伝達機構成いは増減速機構を介して
用途先に伝達され、利用される。動力の用途としては、
発電の他１例えば大型屋外攪拌槽、揚水、熱発生装置等
が挙げられる。

なお、上記実施例においては、内翼の回転によって外気
を風車内に導入し、これに放射方向に吹き出すように構
成しているが、本発明においては、排ガス等をその排出
圧力を利用して風車内に導入するよう構成してもよい、
また、水力、火力、或いは他の熱源等から得られるエネ
ルギーによって、風車内に軸方向の外気を導入するよう
にしてもよい。

［発明の効果］以上の説明から明らかな通り、本発明の風車によれば、 ■　低風速から高風速まで広い風速範囲で効率のよいエ
ネルギー変換を行うことが可能である。

■　風車の回転が円滑であり、かつ高速回転できス− ■　翼の設計の自由度が広い。

■　全体形状を小型にでき、また同一外形寸法における
出力が大きい。

等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る風車を示す縦断面図、第
２図は第１図■−■線に沿う断面図、第３図及び第４Ｕ
ｇＪはそれぞれ別の実施例を示す縦断面図、第５図は実
施例に係る風車の作動説明図。第６図ないし第１０図の各図は内翼構成を示す斜視図、
第１１図は本発明の風車を高層ビＪしに適用した場合を
説明する斜視図である。１・・・回転軸、　　　４・・・外翼、　　５・・・内
翼、７・・・ファン、　　　　　　８・・・発電機、９
．１０．１１・・・回転軸。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）長手方向両端がそれぞれ回転軸に固結されて軸対
称配置された複数個の外翼と、板形状であって板側面が
回転軸に固結されて外翼の内側に軸対称配置された複数
個の内翼と、回転軸の軸心方向に沿って内翼へ向けて気
流を導入する送気手段と、を備えてなる風車。