WO2016208632A1 - タービン用羽根車及び発電装置 - Google Patents

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WO2016208632A1 PCT/JP2016/068541 JP2016068541W WO2016208632A1 WO 2016208632 A1 WO2016208632 A1 WO 2016208632A1 JP 2016068541 W JP2016068541 W JP 2016068541W WO 2016208632 A1 WO2016208632 A1 WO 2016208632A1
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blades
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栗田秀實
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栗田秀實
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    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Definitions

  • the present invention relates to a turbine impeller and a power generation apparatus suitable for use in wind power generation or hydropower generation that performs low-power power generation.
  • Patent Document 1 proposes a vertical axis driving device such as a vertical axis windmill suitable for use in a power generation system and a power generation device using the vertical axis driving device.
  • a vertical axis driving device such as a vertical axis wind turbine disclosed in the patent document 1 and a power generation apparatus using the vertical axis wind turbine have a significantly larger output than conventional Savonius type wind turbines most practically used in vertical axis wind turbines.
  • the purpose is to automatically prevent wind turbine damage during strong winds without external power by controlling the rotation (especially at high loads).
  • each rotary blade has a central axis. The configuration is such that the blade surfaces are obliquely intersected with respect to the central radial direction.
  • the issue is how to convert efficiently, especially in small power generation systems, This is an important issue because of the low power.
  • the geometric configuration of the impeller that outputs the hydroelectric power or wind power converted into rotational force is an important technical element to increase the motion conversion efficiency, but the impeller in the conventional low-power generation system is It cannot be said that a sufficient geometric configuration is considered, and there is room for further improvement from the viewpoint of increasing the motion conversion efficiency.
  • the impeller in this kind of low-power generation system ensures the motion conversion efficiency, but also how to realize the miniaturization, weight reduction and cost reduction in constructing the impeller. It becomes. In other words, it is necessary to secure motion conversion efficiency, and at the same time, to ensure miniaturization, weight reduction, and cost reduction, and to improve these overall merits, but the impeller in the conventional low power generation system has a complicated structure. There is room for further improvement from the viewpoint of further miniaturization, weight reduction, and cost reduction.
  • An object of the present invention is to provide a turbine impeller and a power generation apparatus that solve the problems existing in the background art.
  • the turbine impeller 1 fixes a position with respect to the rotation output shaft 2 that outputs a rotational force, the rotation output shaft 2, and the periphery of the rotation output shaft 2.
  • a fluid action section 3 having a plurality of blades 3p to which the force of the fluid W is applied by facing the fluid W flowing in the circumferential direction Ff at predetermined intervals.
  • the outer end portions 3po of the blades 3p are positioned on the same circle S as seen from the axial direction Fs of the rotary output shaft 2, and at predetermined intervals Lc along the circumferential direction Ff.
  • the blade groups G1,... Are divided into at least four blade groups G1, G2,... Including at least three blades 3p.
  • the blade 3p located at the rearmost part in the rotation direction Fr is selected as the main blade 3pm, the remaining blades 3p are selected as the secondary blades 3pa, 3pb, and the length of each of the secondary blades 3pa, 3pb,.
  • the inner end 3pi corresponding to the normal line Lv passing through the outer end 3po of each blade 3p is positioned on the front side in the rotational direction Fr, and outside the blade 3p.
  • An extension line Lge ... of the chord line Lg ... connecting the end 3po ... and the inner end 3pi ... is set so as to intersect with the main blade 3pm adjacent to the front in the rotation direction Fr.
  • the power generator M includes the turbine impeller 1 described above, the generator 10 to which the rotational force of the rotation output shaft 2 in the turbine impeller 1 is applied, and the turbine impeller 1. It is characterized by comprising fluid applying means 11 for applying the force of the fluid W to the fluid action unit 3.
  • the force of the fluid W can include one of wind power and hydraulic power.
  • the angle Rm between the normal Lv passing through the outer end 3pmo of the main blade 3pm and the chord line Lg of the main blade 3pm is preferably selected in the range of 12 to 22 °.
  • the interval Lc between the outer end portions 3po of each blade 3p in each blade group G1 can be set wider than the interval Li between the corresponding inner end portions 3pi.
  • An angle Rs between the normal Lv passing through the outer end 3pao of the arbitrary sub blade 3pa in the blade group G1 and the chord line Lg of the arbitrary sub blade 3pa is the main in the blade group G1.
  • the angle Rm between the normal line Lv passing through the outer end 3pmo of the blade 3pm and the chord line Lg of the main blade 3pm can be set larger.
  • the shape of each blade 3p... Seen from the axial direction Fs of the rotation output shaft 2 may be selected as a straight line shape, or may include only a curve or a combination of a curve and a straight line, and an intermediate position in the rotation direction. You may select in the curved shape bulged ahead of Fr.
  • the cross-sectional shape of the outer ends 3po of the blades 3p is preferably selected to be pointed or rounded.
  • the fluid action unit 3 can be used as a single unit or configured as fluid action unit units 31, 32... And a plurality of the fluid action unit units 31, 32. In this case, it is desirable that the plurality of fluid action unit units 31, 32... Be arranged with different relative phase angles in the rotation direction Fr.
  • the fluid action part 3 can be constituted by arranging blades 3p... Between a pair of opposing support plates 21p, 21q formed in a confrontation. At this time, the support plates 21p, 21q are cross sections of the outer periphery. It is desirable to form in the shape of a point or a round shape.
  • a discharge nozzle 12 that discharges the fluid W can be used as the fluid applying means 11.
  • the discharge nozzle 12 has a rectangular injection port 12 e and more preferably a rotation output shaft.
  • the tip shape of the injection port 12e viewed from the axial direction Fs of 2 is selected as an inclined shape along the rotation locus of each blade 3p in the turbine impeller 1.
  • the last rotation direction Fr in each blade group G1 ... is divided into four or more blade groups G1, G2, ... including a certain number of blades 3p ...
  • the blade 3p positioned in the section is selected as the main blade 3pm
  • the remaining blades 3p ... are selected as the secondary blades 3pa, 3pb ...
  • the length of each of the secondary blades 3pa, 3pb ... is set shorter than the length of the main blade 3pm.
  • the corresponding inner end 3pi is positioned on the front side in the rotation direction Fr
  • the extension line Lge of the chord line Lg of each blade 3p is the rotation direction Fr.
  • the motion conversion efficiency of the impeller 1 and further the overall power generation efficiency of the power generation apparatus related to the low power generation can be further increased, and the system is efficient even for uses other than power generation such as pumping and milling. Can be built.
  • the force of the fluid W can include one of wind power and hydraulic power, so that it can be implemented with various fluids W when constructing a small power generation system. It is possible to provide a low power generation system that is easy to implement.
  • the length (distance between both ends) of each of the sub-blades 3pa, 3pb ... in the blade group G1 ... is set gradually shorter toward the front side in the rotational direction Fr according to a preferred mode, the shape of the main blade 3pm Regardless of the layout, the fluid W after colliding with each of the sub blades 3pa, 3pb... Can be smoothly discharged, and the effectiveness of reusing the fluid W by colliding with other blades 3pm, 3pa, 3pb. Can be increased. That is, the fluid W after colliding with the sub blades 3pa, 3pb... Can be directly collided with the main blade 3pm adjacent in front of the rotation direction Fr without colliding with the sub blades 3pa, 3pb. Therefore, it can contribute to further improvement of motion conversion efficiency.
  • the angle Rm between the normal Lv passing through the outer end 3pmo of the main blade 3pm and the chord line Lg of the main blade 3pm is set to 12 to 22 °. If the range is selected, since the angle Rm can be optimized from the viewpoint of selecting the angle Rm of each blade 3p, the motion conversion efficiency can be further increased.
  • the interval Li between the inner ends 3pi of the blades 3p is set narrower than the interval Lc between the corresponding outer ends 3po, and the blade group G1 ...
  • the fluid W discharged from the blade 3p that collides first can be caused to collide smoothly and intensively at a position where the generation of rotational force in the main blade 3pm adjacent to the front in the rotation direction Fr is large. Therefore, it is possible to contribute to further improvement of the motion conversion efficiency from the side of setting the position and angle of each blade 3p.
  • the shape of each blade 3p... Seen from the axial direction Fs of the rotary output shaft 2 includes only a curve or a combination of a curve and a straight line, and the intermediate position is expanded forward in the rotation direction Fr. If the curved shape is selected, the optimization can be achieved from the viewpoint of efficiently taking in the force when the flowing fluid W collides, so that the shape of each blade 3p. It can contribute to the improvement of motion conversion efficiency.
  • the impeller 1 can be implemented in the simplest form at a low cost, so that it can be provided as an inexpensive power generator M.
  • the fluid action unit 3 is configured as the fluid action unit 31, 32... And a plurality of fluid action unit 31, 32. Since a plurality of fluid action unit units 31 are prepared and any number of combinations are possible, it is possible to easily and inexpensively obtain various power generation devices M depending on the power generation capacity.
  • the fluid action unit units 31, 32,... are arranged with different relative phase angles in the rotation direction Fr, the number of the main blades 3pm is substantially increased, and the main blades 3pm. Since the force per collision given by the fluid W to the ... can be reduced, a smooth rotational force can be generated. As a result, the motion conversion efficiency can be further improved, and noise / vibration can be reduced.
  • the fluid action unit 3 is configured by arranging the blades 3p ... between the support plates 21p, 21q formed in a pair of opposing circles, the support plates 21p, 21q are formed by the blades 3p ...
  • an unnecessary scattering phenomenon when the fluid W collides can be achieved, which can contribute to the improvement of the motion conversion efficiency.
  • the target fluid W is reliably and efficiently applied to the target position of the turbine impeller 1. be able to.
  • the discharge nozzle 12 and the injection port 12e are selected to have a rectangular shape according to a preferred embodiment, the motion conversion efficiency when the fluid W collides with the blade 3p and is converted into the rotational motion of the impeller 1 is improved. Since the shape of the ejection port 12e can be selected from the viewpoint of improvement, the shape of the ejection port 12e can be optimized from the viewpoint of motion conversion between the fluid W and the impeller 1.
  • tip shape of the injection port 12e seen from the axial direction Fs of the rotary output shaft 2 is selected as an inclined shape along the rotation locus of each blade 3p in the turbine impeller 1 according to a preferred embodiment. Since the entire opening surface of the injection port 12e can be brought close to the turbine impeller 1, energy loss due to air resistance or the like of the fluid W after being discharged from the discharge nozzle 12 is reduced, and motion conversion efficiency is further improved. Can contribute to the improvement.
  • a cross-sectional plan view of a turbine impeller according to a preferred embodiment of the present invention Front view of the turbine impeller,
  • the schematic diagram which shows the various aspects which changed the blade quantity per group and the number of groups of the impeller for turbines, Action explanatory diagram when the number of blades provided in the turbine impeller is different, Correlation diagram showing the relationship of the total efficiency of the turbine to the total number of blades provided in the turbine impeller, Action explanatory diagram when the blade shape provided in the turbine impeller is different, Characteristic diagram of impeller conversion efficiency with respect to the cross-sectional shape of the blade provided in the turbine impeller, Schematic diagram showing various examples of changes in blade shape for the turbine impeller, An explanatory diagram of the principle of the impeller including the extracted enlarged cross section of the blade tip of the turbine impeller, Action explanatory diagram when the fluid collides with the main blade provided in the impeller for the turbine, Action explanatory diagram when the fluid collides with the sub blade provided for the impeller for the turbine,
  • the turbine impeller 1 includes a rotation output shaft 2 and a fluid action unit 3 integrated with the rotation output shaft 2 as a basic configuration.
  • the fluid action unit 3 includes a plurality of blades 3p arranged at predetermined intervals (eg, a constant interval) Lc in the circumferential direction Ff around the rotation output shaft 2, and both ends of the blades 3p in the axial direction Fs. Is provided with a pair of opposing support plates 21p and 21q formed in a circular shape to support (fix). Accordingly, the support plates 21p and 21q are perpendicular to the rotation output shaft 2, and the rotation output shaft 2 is fixed to the support plates 21p and 21q in a state of passing through the centers of the support plates 21p and 21q.
  • the fluid action part 3 is made to face the circulating fluid W, the force of the fluid W is applied to the blades 3p, and the rotary output shaft 2 is swung around the fulcrum.
  • a turbine impeller 1 capable of output is configured.
  • the fluid action unit 3 is configured by arranging the blades 3p,... Between the opposing support plates 21p, 21q formed in a pair, the support plates 21p, 21q support functions for supporting the blades 3p.
  • an unnecessary scattering phenomenon when the fluid W collides can be achieved, it is possible to contribute to the improvement of the motion conversion efficiency.
  • the turbine impeller 1 configured as described above can be basically realized by the geometric configuration of each blade 3p, so that it is not necessary to add other parts than the fluid action unit 3 having the plurality of blades 3p. Therefore, it can be implemented without increasing the number of parts, so that it is possible to reduce the size, weight and cost of the impeller 1 as well as to improve the motion conversion efficiency in the impeller 1 at the same time as described later. Can be increased.
  • the illustrated turbine impeller 1 uses a total of 16 blades 3p.
  • the sixteen blades 3p are formed on the support plates 21p and 21q formed on the same circle S, that is, in a circular shape when the outer end 3po of each blade 3p is viewed from the axial direction Fs of the rotary output shaft 2. It is located at the outer peripheral edge (or the vicinity thereof) and is arranged at predetermined intervals (constant intervals) Lc... Along the circumferential direction Ff. Further, all the blades 3p... (16) have at least four (illustrated four) blade groups G1, G2, G3 including a certain number of blades 3p. , G4.
  • FIG. 3B shows a configuration example in which a total of twelve blades 3p are used, and four blade groups G1... G4 and each group G1.
  • FIG. 3 (c) shows a configuration example in which a total of 15 blades 3p are used, and five blade groups G1... G5 and each group G1.
  • FIG. 3D shows a configuration example in which a total of 18 blades 3p... Are used and six blade groups G1... G6 and each group G1.
  • FIG. 3A is shown for comparison and is the same as FIG. That is, this is a basic example in which a total of 16 blades 3p are used, and four blade groups G1... G4 and each group G1.
  • FIG. 4B shows the case of the conventional impeller 100 in Patent Document 1. In this case, a wasteful fluid Wr that does not contribute to motion conversion is generated at a considerable rate.
  • 3pr indicates a blade
  • 2r indicates a rotation output shaft.
  • FIG. 5 shows the relationship between the total number of blades in the turbine impeller 1 and the overall efficiency (turbine total efficiency) when the turbine impeller 1 is used as a turbine.
  • the total efficiency of the turbine is approximately 44%.
  • the total efficiency of the turbine is approximately 61%.
  • the total efficiency of the turbine is approximately 65%. ⁇ 69%.
  • the basic shape of one blade 3p is formed as follows.
  • the blade 3p illustrated in FIG. 1 has a shape as viewed from the axial direction Fs of the rotation output shaft formed only by a curve, and is selected as a curve shape in which an intermediate position is bulged forward in the rotation direction Fr.
  • the curved shape is selected such that the outer radius of curvature is reduced and the inner radius of curvature is increased.
  • FIG. 6A the outflow angle Rr of the fluid Wo that rebounds outward when the fluid W collides with the fixed position of the impeller 1 can be reduced. It is known that the force applied to the impeller 1 increases as the outflow angle Rr decreases.
  • FIG. 6B shows a case of an arc shape with a constant curvature radius, but in the illustrated example, the outflow angle Rr of the fluid Wo that bounces outward is larger than that in the case of FIG. growing.
  • the shape of the blade 3p ... shown in FIG. 1 is an example of a compound curve type.
  • the shapes of the blades 3p... Can be implemented in various other shapes as shown in FIG.
  • FIG. 8B shows a J type in which the outer side is an arc shape Xo having a constant curvature radius and the inner side is a linear shape Xi.
  • FIG. 8C shows a linear type in which the whole is a linear shape Xs.
  • FIG. 8D shows an arc type having an arc shape Xr in which the entire curvature radius is constant.
  • FIG. 8A is shown for comparison, and the blade 3p configured under the same conditions as in FIG.
  • FIG. 7 shows the characteristics of the impeller conversion efficiency with respect to the cross-sectional shape of the blade 3p. As is clear from this, the composite curve type gave the best results. Next, the J type had a good result, and the arc type had a good result.
  • each blade 3p... Seen from the axial direction Fs of the rotation output shaft 2 includes only a curve or a combination of a curve and a straight line, and a curve in which an intermediate position bulges forward in the rotation direction Fr. If the shape is selected, optimization can be achieved from the viewpoint of efficiently taking in the force when the circulating fluid W collides. Therefore, the motion conversion efficiency can be further improved from the side of setting the shape of each blade 3p. It can contribute to improvement. In addition, if the shape of each blade 3p... Seen from the axial direction Fs of the rotary output shaft 2 is selected as a linear shape, it can be implemented with the simplest shape, so that it is possible to enjoy an advantage from the viewpoint of reducing manufacturing costs.
  • the cross-sectional shape of the outer end 3po of the blade 3p is formed into a pointed shape as shown in the partial extraction enlarged view of FIG.
  • each blade 3p in the blade group G2 (the other blade groups G1, G3, and G4 are also the same) has a blade 3p located at the rearmost part in the rotation direction Fr as a main blade 3pm as shown in FIG.
  • the remaining three blades 3p ... are connected to the secondary blades 3pa, 3pb.
  • the length of each secondary blade 3pa, 3pb... Is set shorter than the length of the main blade 3pm, and preferably the length (distance between both ends) of each secondary blade 3pa, 3pb, 3pc in the blade group G1 is rotated.
  • the direction is gradually shortened toward the front side in the direction Fr. That is, as shown in FIG.
  • the length Lsa of the secondary blade 3pa is set shorter than the length Lsm of the primary blade 3pm, and the length of the secondary blade 3pb is set with respect to the length Lsa of the secondary blade 3pa.
  • the length Lsb is set shorter, and the length Lsc of the secondary blade 3pc is set shorter than the length Lsb of the secondary blade 3pb.
  • the corresponding inner end 3pi... With respect to the normal line Lv... Passing through the outer end 3po of each blade 3p.
  • the extension line Lge ... of the chord line Lg ... connecting the outer end 3po ... and the inner end 3pi ... of 3p ... is set so as to intersect with the main blade 3pm adjacent forward in the rotation direction Fr.
  • the angle Rm between the normal Lv passing through the outer end 3pmo of the main blade 3pm and the chord line Lg of the main blade 3pm is selected in the range of 12 to 22 °, preferably around 17 °. To do.
  • FIG. 12 shows the characteristics of the output relative value with respect to the angle Rm between the normal line Lv and the chord line Lg of the main blade 3pm provided in the impeller 1.
  • the output relative value also changes, and the range of approximately 12 to 22 ° is a good range, and the vicinity of 17 ° is the best.
  • the angle Rm between the normal line Lv passing through the outer end 3pmo of the main blade 3pm and the chord line Lg of the main blade 3pm is selected in the range of 12 to 22 °, the angle Rm of each blade 3p is selected. From this viewpoint, the angle Rm can be optimized, and there is an advantage that the motion conversion efficiency can be further increased.
  • the interval Li between the inner ends 3pi of each blade 3p is set to be smaller than the interval Lc between the corresponding outer ends 3po.
  • An angle Rs between the normal Lv of the sub blade 3pb and the chord line Lg of the sub blade 3pb Is set larger than the angle Rm between the normal Lv at the outer end 3pmo of the main blade 3pm and the chord line Lg of the main blade 3pm.
  • the fluid W discharged from the blade 3p that collides first can be caused to collide smoothly and intensively at a position where the generation of rotational force in the main blade 3pm adjacent to the front in the rotation direction Fr is large.
  • the outer end portions 3po of the blades 3p are positioned on the same circle S and predetermined along the circumferential direction Ff.
  • Each blade Lp is arranged at intervals, and is divided into at least four or more blade groups G1, G2... Including at least three blades 3p.
  • the blade 3p located at the rearmost part in the rotation direction Fr is selected as the main blade 3pm, the remaining blades 3p are selected as the sub blades 3pa, 3pb, and so on, and the lengths of the sub blades 3pa, 3pb.
  • the inner end 3p corresponding to the normal Lv ... passing through the outer end 3po ...
  • each blade 3p ... is set shorter than the length of 3pm. ... is located on the front side in the rotational direction Fr, and an extension line Lge ... of the chord line Lg ... connecting the outer end 3po ... and the inner end 3pi ... of each blade 3p ... is in the main blade 3pm adjacent to the front in the rotational direction Fr.
  • the motion conversion efficiency of the impeller 1 and further the overall power generation efficiency of the power generation apparatus related to the low power generation can be further increased, and the system is efficient even for uses other than power generation such as pumping and milling. Can be built.
  • the power generation apparatus M couples the turbine impeller 1 described above and the rotation output shaft 2 of the turbine impeller 1 to the rotation input shaft 10 s via the coupling 25. Then, the flowing fluid W is applied to the generator 10 to which the rotational force of the rotational output shaft 2 is applied and the fixed position of the fluid action unit 3 in the turbine impeller 1 to apply the force of the fluid W.
  • the fluid application means 11 is provided.
  • the turbine impeller 1 can be configured by a combination of a plurality of fluid action unit units 31, 32... (See FIG. 18) that are coupled on the same axis as in a modification example described later.
  • the turbine impeller 1 shown in FIG. 14 illustrates a case where a single fluid action unit 3 is used.
  • the impeller 1 can be implemented at a low cost as the simplest form, there is an advantage that it can be provided as an inexpensive power generator M.
  • the generator 10 is not limited to a specific generator, and various known generators can be used as long as they have a function of converting rotational input into electrical output.
  • the discharge nozzle 12 shown in FIG. the discharge nozzle 12 has a function of discharging water (river water or the like) as the fluid W, and in particular, the ejection port 12e of the discharge nozzle 12 is selected to have a rectangular shape.
  • 15A is a partial cross-sectional plan view of the discharge nozzle 12
  • FIG. 15B is a front view thereof
  • FIG. 15C is a cross-sectional side view of the same portion
  • FIG. A conventional discharge nozzle 12r is represented by a virtual line for comparison.
  • the exemplary discharge nozzle 12 discharges water (river water or the like) as the fluid W.
  • the discharge nozzle 12 can be similarly implemented by discharging wind (air) as the fluid W.
  • wind air
  • water or wind can be used as the fluid W, that is, either wind power or hydraulic power can be used as the force of the fluid W. It can be implemented with various fluids W, and can provide a low-power generation system that is versatile and easy to implement.
  • FIG. 16 shows the shapes (rectangular and circular) of the ejection ports 12e and 12re of the discharge nozzles 12 and 12r, the cross-sectional areas (153 square mm and 313 square mm) of the ejection ports 12e and 12re, and the blades 3p in the fluid action unit 3.
  • required the relationship of the conversion efficiency of the impeller 1 with respect to the combination of quantity (3 sheets, 4 sheets) and the number of groups (4 groups, 6 groups) of blade group G1 ... is shown.
  • “4-4G” on the horizontal axis indicates that the number (number) of blades 3p per group is 4 and the number of blade groups G1 is 4 groups. Is shown.
  • the shape of the ejection ports 12e and 12re of the discharge nozzles 12 and 12r is better in the rectangular shape than in the circular shape.
  • the target fluid W can be reliably and efficiently applied to the target position of the turbine impeller 1.
  • the shape of the ejection port 12e in the discharge nozzle 12 is selected to be a rectangular shape, the viewpoint of improving the motion conversion efficiency when the fluid W collides with the blades 3p and is converted into the rotational motion of the impeller 1. Therefore, the shape of the ejection port 12e can be optimized from the viewpoint of motion conversion between the fluid W and the impeller 1.
  • the tip shape of the injection port 12e seen from the axial direction Fs of the rotation output shaft 2 can be formed as shown in FIG. That is, the tip shape shown in FIG. 14 and FIG. 15 and the like described above is selected as a shape cut substantially perpendicular to the discharge direction, but the tip shape shown in FIG. It is selected with the inclined shape along.
  • it may have an inclined shape along an arc line Fmr close to the outer peripheral circle of the support board 21q formed in a circular shape, or as shown in FIG. 17 (b).
  • it may have an inclined shape along a straight line Fms perpendicular to the normal line of the outer circumference of the support plate 21q.
  • the entire opening surface of the injection port 12e can be brought close to the turbine impeller 1, so that energy loss due to the air resistance or the like of the fluid W after being discharged from the discharge nozzle 12 Can contribute to further improvement of the motion conversion efficiency.
  • FIG. 13 shows an overall efficiency characteristic showing a comparison between the power generation device M using the impeller 1 according to the present embodiment configured as a small hydroelectric power generation device and the power generation device including the existing impeller.
  • ⁇ and ⁇ are the power generation device 1 according to the present embodiment, “ ⁇ ” uses the “four to 4G” fluid action unit 3, and “ ⁇ ” to “3 to 6G”. Is used. That is, the power generator 1 according to this embodiment is included in a range surrounded by a dotted ellipse. The maximum output is about 5 to 50 [W], and the overall efficiency is as high as about 70 [%].
  • ⁇ and ⁇ are conventional power generators, “ ⁇ ” indicates a general existing example, and “ ⁇ ” indicates a commercial catalog value.
  • the maximum output includes approximately 10 to 300 [W], and the overall efficiency is almost less than 60 [%].
  • the power generator M using the impeller 1 according to the present embodiment can obtain high overall efficiency.
  • the turbine impeller 1 according to the modification shown in FIG. 18 and FIG. 19 is configured by combining a plurality of fluid action unit units 31, 32,. is there. That is, a plurality (two examples) of fluid action unit 31 is prepared in which the thickness in the axial direction Fs of the standard fluid action unit 3 shown in FIG. One is the fluid action unit 31 and the other is the fluid action unit 32, which are coupled on the same axis in the rotary output shaft 2.
  • the turbine impeller 1 according to the modified example can arbitrarily select the number of fluid action unit units 31, 32... To be combined, and arbitrarily set the thickness in the axial direction Fs of each fluid action unit 31. it can. 18 and 19, 25...
  • the turbine impeller 1 includes the fluid action unit 3 configured by a combination of a plurality of fluid action unit units 31, 32.
  • Various power generation devices M depending on the capacity can be obtained easily and at low cost.
  • each fluid action unit 31, 32,... can be arranged with a different relative phase angle in the rotation direction Fr, the number of the main blades 3pm is substantially increased, and the main blades 3pm. It is possible to reduce the force per collision given by the fluid W to generate a smooth rotational force. As a result, the motion conversion efficiency can be further improved, and noise / vibration can be reduced.
  • the turbine impeller 1 according to the modified example shown in FIG. 20 is formed by forming the cross section of the outer peripheral edge of the support plates 21p and 21q constituting the turbine impeller 1 in a pointed shape or a round shape.
  • 20 (a) shows a case where the turbine impeller 1 is used as a single unit, and shows an example in which the cross section of the outer peripheral edge of the support boards 21p and 21q is formed in a round shape, and FIG.
  • the impeller 1 is configured as a fluid action unit 31..., And the two fluid action units 31 and 32 are used in combination, and the outer peripheral edges of the support plates 21p and 21q have a pointed cross section. An example is shown.
  • the force of the fluid W the force of various fluids W such as steam and gas as well as wind power and hydraulic power can be used.
  • the fluid action unit 3 it is desirable to set the lengths of the sub blades 3pa, 3pb,... In the blade group G1,... Gradually shorter toward the front side in the rotational direction Fr. It does not exclude various length settings other than gradually shortening.
  • the angle Rm between the normal line Lv passing through the outer end 3pmo of the main blade 3pm and the chord line Lg of the main blade 3pm is selected within a range of 12 to 22 °. It is not excluded.
  • the number is arbitrary depending on the size of the impeller 1 and the like. Can be selected. Further, it is desirable to set the intervals Lc... Along the circumferential direction of the outer end portions of the blades 3p to a constant interval, but this does not exclude the case where the intervals are set to be unequal.
  • the power generation apparatus M has exemplified the simplest configuration, but various attached devices and additional mechanisms can be added. Moreover, although the case where the discharge nozzle 12 that discharges the fluid W is used as the fluid applying unit 11 is illustrated, the shape of the injection port 12e in the discharge nozzle 12 is various shapes other than those illustrated, for example, various shapes such as an elliptical shape. It is not excluded.
  • the fluid application means 11 includes a water channel when the impeller 1 directly faces the water channel.
  • the rotation output shaft 2 of the impeller 1 and the rotation input shaft 10 s of the generator 10 can be coupled via an acceleration / deceleration device (mechanism) such as a gear.
  • the turbine impeller and the power generation apparatus according to the present invention can be used particularly for various power generation systems such as wind power generation or hydroelectric power generation that perform low power generation.
  • the low power generation does not specify the capacity range of the power but is a concept including the entire range to which the present invention can be applied. Therefore, it is a concept including various power generation methods not specified in terms such as micro power generation and medium-scale power generation.

Abstract

全ブレード（３ｐ…）に対して三つ以上となる一定数量のブレード（３ｐ…）を含む四つ以上のブレードグループ（Ｇ１…）に区分することにより、各ブレードグループ（Ｇ１…）における回転方向（Ｆｒ）最後部に位置するブレード（３ｐ）を主ブレード（３ｐｍ），残りのブレード（３ｐ…）を副ブレード（３ｐａ…），にそれぞれ選定し、各副ブレード（３ｐａ…）の長さを主ブレード（３ｐｍ）の長さよりも短く設定するとともに、各ブレード（３ｐ…）の外端部（３ｐｏ…）を通る法線（Ｌｖ…）に対して、対応する内端部（３ｐｉ…）を回転方向（Ｆｒ）前側に位置させ、かつ各ブレード（３ｐ…）の外端部（３ｐｏ…）と内端部（３ｐｉ…）を結ぶ弦線（Ｌｇ…）の延長線（Ｌｇｅ…）を回転方向（Ｆｒ）前方に隣接する主ブレード（３ｐｍ）に対して交差させる。

Description

タービン用羽根車及び発電装置
　本発明は、小電力発電を行う風力発電或いは水力発電等に用いて好適なタービン用羽根車及び発電装置に関する。
　近時、身近な水路や小河川等を利用して水力発電を行ったり風を利用して風力発電を行う小電力発電システムが注目されており、本出願人も、既に、このような小電力発電システムに用いて好適な垂直軸風車等の垂直軸駆動装置およびこれを用いた発電装置を、特許文献１により提案した。
　同特許文献１で開示される垂直軸風車等の垂直軸駆動装置およびこれを用いた発電装置は、従来、垂直軸風車の中で最も実用化されているサボニウス形風車に比べて格段に大きな出力を得（特に高負荷時）、また、回転を制御することによって、強風時の風車の破損防止を外部動力なしに自動的に行うことを目的としたものであり、具体的には、遊星軸にブレードを支持してなる複数の回転翼を中心軸の周方向に均等に配置するとともに、中心軸と一体に周回移動可能に設けた垂直軸駆動装置において、各々の回転翼が、中心軸を中心とする径方向に対してブレードの面が斜交した多点交差形配置となるように構成したものである。
国際公開公報Ｎｏ．ＷＯ０３／０９８０３５Ａ１
　しかし、上述した従来の垂直軸駆動装置（発電装置）は、次のような解決すべき課題も残されていた。
　第一に、水車や風車等のタービンを用いて、水力や風力等を電力にエネルギ変換する発電システムでは、如何に効率良く変換を行うかが課題となるが、特に、小電力発電システムでは、小電力ゆえに、この点が重要な課題となる。この場合、水力又は風力を回転力に運動変換して出力する羽根車の幾何学的構成は、運動変換効率を高める重要な技術的要素となるが、従来の小電力発電システムにおける羽根車は、必ずしも十分な幾何学的構成を考慮しているとは言えず、運動変換効率を高める観点からは、更なる改善の余地があった。
　第二に、この種の小電力発電システムにおける羽根車は、運動変換効率を確保する一方、羽根車を構成する際における小型化，軽量化及び低コスト化を如何に実現するかも、重要な課題となる。即ち、運動変換効率を確保すると同時に、小型化，軽量化及び低コスト化を確保し、これらの総合的なメリットを高める必要があるが、従来の小電力発電システムにおける羽根車は、構造が煩雑化する傾向があり、より小型化，軽量化及び低コスト化を図る観点からも更なる改善の余地があった。
　本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決したタービン用羽根車及び発電装置の提供を目的とするものである。
　本発明に係るタービン用羽根車１は、上述した課題を解決するため、回転力を出力する回転出力軸２と、この回転出力軸２に対して位置を固定し、かつ回転出力軸２の周囲の周方向Ｆｆに、所定間隔おきに配するとともに、流通する流体Ｗに臨ませることにより当該流体Ｗの力が付与される複数のブレード３ｐ…を有する流体作用部３とを備えてなる羽根車を構成するに際して、各ブレード３ｐ…の外端部３ｐｏ…を、回転出力軸２の軸方向Ｆｓから見て、同一円Ｓ上に位置させ、かつ周方向Ｆｆに沿って所定間隔Ｌｃ…おきに配するとともに、全ブレード３ｐ…に対して、少なくとも三つ以上となる一定数量のブレード３ｐ…を含む少なくとも四つ以上のブレードグループＧ１，Ｇ２…に区分することにより、各ブレードグループＧ１…における回転方向Ｆｒ最後部に位置するブレード３ｐを主ブレード３ｐｍ，残りのブレード３ｐ…を副ブレード３ｐａ，３ｐｂ…，にそれぞれ選定し、各副ブレード３ｐａ，３ｐｂ…の長さを主ブレード３ｐｍの長さよりも短く設定するとともに、各ブレード３ｐ…の外端部３ｐｏ…を通る法線Ｌｖ…に対して、対応する内端部３ｐｉ…を回転方向Ｆｒ前側に位置させ、かつ各ブレード３ｐ…の外端部３ｐｏ…と内端部３ｐｉ…を結ぶ弦線Ｌｇ…の延長線Ｌｇｅ…が回転方向Ｆｒ前方に隣接する主ブレード３ｐｍに対して、交差するように設定してなることを特徴とする。
　一方、本発明に係る発電装置Ｍは、上述したタービン用羽根車１と、当該タービン用羽根車１における回転出力軸２の回転力が付与される発電機１０と、当該タービン用羽根車１の流体作用部３に対して、流体Ｗの力を付与する流体付与手段１１とを備えてなることを特徴とする。
　また、本発明は、発明の好適な態様により、流体Ｗの力には、風力，水力，の一方を含ませることができる。他方、流体作用部３を構成するに際しては、ブレードグループＧ１…における各副ブレード３ｐａ，３ｐｂ…の長さ（両端距離）を、回転方向Ｆｒ前側に行くに従って漸次短く設定することができる。なお、主ブレード３ｐｍの外端部３ｐｍｏを通る法線Ｌｖと当該主ブレード３ｐｍの弦線Ｌｇ間の角度Ｒｍは、１２～２２°の範囲に選定することが望ましい。さらに、各ブレードグループＧ１…における各ブレード３ｐ…の外端部３ｐｏ…同士間の間隔Ｌｃ…は、対応する内端部３ｐｉ…同士間の間隔Ｌｉ…よりも広く設定することができるとともに、当該ブレードグループＧ１…における任意の副ブレード３ｐａ…の外端部３ｐａｏ…を通る法線Ｌｖ…と当該任意の副ブレード３ｐａ…の弦線Ｌｇ…間の角度Ｒｓ…は、当該ブレードグループＧ１…における主ブレード３ｐｍ…の外端部３ｐｍｏ…を通る法線Ｌｖ…と当該主ブレード３ｐｍ…の弦線Ｌｇ…間の角度Ｒｍ…よりも大きく設定することができる。また、回転出力軸２の軸方向Ｆｓから見た各ブレード３ｐ…の形状は、直線形状に選定してもよいし、曲線のみ，又は曲線と直線の組合わせを含み、かつ中間位置を回転方向Ｆｒ前方に膨出させた曲線形状に選定してもよい。なお、ブレード３ｐ…の外端部３ｐｏ…の断面形状は、尖形形状又は丸み形状に選定することが望ましい。さらに、流体作用部３は、単一で使用，又は流体作用部ユニット３１，３２…として構成し、複数の当該流体作用部ユニット３１，３２…を同軸上で結合して使用することができるとともに、この際、複数の流体作用部ユニット３１，３２…は、回転方向Ｆｒの相対位相角度を異ならせて配することが望ましい。一方、流体作用部３は、対峙する一対の円形に形成した支持盤２１ｐ，２１ｑ間にブレード３ｐ…を配して構成することができ、この際、支持盤２１ｐ，２１ｑは、外周縁の断面を尖形形状又は丸み形状に形成することが望ましい。また、流体付与手段１１には、流体Ｗを放出する放出ノズル１２を使用することができ、特に、この放出ノズル１２は、噴射口１２ｅを矩形形状に選定するとともに、より望ましくは、回転出力軸２の軸方向Ｆｓから見た噴射口１２ｅの先端形状を、タービン用羽根車１における各ブレード３ｐ…の回転軌跡に沿わせた傾斜形状に選定する。
　このような構成を有する本発明に係るタービン用羽根車１及び発電装置Ｍによれば、次のような顕著な効果を奏する。
　（１）　全ブレード３ｐ…に対して、三つ以上となる一定数量のブレード３ｐ…を含む四つ以上のブレードグループＧ１，Ｇ２…に区分することにより、各ブレードグループＧ１…における回転方向Ｆｒ最後部に位置するブレード３ｐを主ブレード３ｐｍ，残りのブレード３ｐ…を副ブレード３ｐａ，３ｐｂ…，にそれぞれ選定し、各副ブレード３ｐａ，３ｐｂ…の長さを主ブレード３ｐｍの長さよりも短く設定するとともに、各ブレード３ｐ…の法線Ｌｖ…に対して、対応する内端部３ｐｉ…を回転方向Ｆｒ前側に位置させ、かつ各ブレード３ｐ…の弦線Ｌｇ…の延長線Ｌｇｅ…が回転方向Ｆｒ前方に隣接する主ブレード３ｐｍに対して交差させてなるため、流通する流体Ｗに臨ませた際は、当該流体Ｗの力を、無駄を生じることなく効率的に受けることができる。したがって、羽根車１の運動変換効率、更には小電力発電に係わる発電装置の総合的な発電効率をより高めることができるとともに、揚水や製粉等の発電以外の用途であっても効率の良いシステムを構築することができる。
　（２）　羽根車１の運動変換効率を高めるに際し、基本的には各ブレード３ｐ…の幾何学的構成により実現できるため、複数のブレード３ｐ…を有する流体作用部３以外の他の部品の追加が不要になり、部品点数を増加させることなく実施できるなど、羽根車１を構成する際における小型化，軽量化及び低コスト化を実現できる。
　（３）　好適な態様により、流体Ｗの力には、風力，水力，の一方を含ませることができるため、小電力発電システムを構築する際における多様な流体Ｗにより実施可能となり、汎用性及び実施の容易性に優れた小電力発電システムを提供できる。
　（４）　好適な態様により、ブレードグループＧ１…における各副ブレード３ｐａ，３ｐｂ…の長さ（両端距離）を、回転方向Ｆｒ前側に行くに従って漸次短く設定すれば、特に、主ブレード３ｐｍの形状やレイアウトに左右されることなく、各副ブレード３ｐａ，３ｐｂ…に衝突した後の流体Ｗを円滑に排出できるとともに、他のブレード３ｐｍ，３ｐａ，３ｐｂ…に衝突させて再利用する際の有効性を高めることができる。即ち、各副ブレード３ｐａ，３ｐｂ…に衝突した後の流体Ｗを、各副ブレード３ｐａ，３ｐｂ…に衝突させることなく、回転方向Ｆｒ前方に隣接する主ブレード３ｐｍに直接衝突させることが可能になるため、更なる運動変換効率の向上に寄与できる。
　（５）　好適な態様により、流体作用部３を構成するに際し、主ブレード３ｐｍの外端部３ｐｍｏを通る法線Ｌｖと当該主ブレード３ｐｍの弦線Ｌｇ間の角度Ｒｍを、１２～２２°の範囲に選定すれば、各ブレード３ｐ…の角度Ｒｍを選定する観点から当該角度Ｒｍの最適化を図れるため、運動変換効率をより高めることができる。
　（６）　好適な態様により、各ブレード３ｐ…の内端部３ｐｉ…同士間の間隔Ｌｉ…を対応する外端部３ｐｏ…同士間の間隔Ｌｃ…よりも狭く設定するとともに、当該ブレードグループＧ１…における任意の副ブレード３ｐａ…の外端部３ｐａｏ…を通る法線Ｌｖ…と当該任意の副ブレード３ｐａ…の弦線Ｌｇ…間の角度Ｒｓ…を、当該ブレードグループＧ１…における主ブレード３ｐｍ…の外端部３ｐｍｏ…を通る法線Ｌｖ…と当該主ブレード３ｐｍ…の弦線Ｌｇ…間の角度Ｒｍ…よりも大きく設定すれば、最初に衝突したブレード３ｐ…から排出される流体Ｗを再利用する観点からの有効性を高めることができる。即ち、最初に衝突したブレード３ｐ…から排出される流体Ｗを回転方向Ｆｒ前方に隣接する主ブレード３ｐｍ…における回転力の発生が大きい位置に円滑かつ集中して衝突させることが可能となり、流体Ｗを効率的に再利用できるため、各ブレード３ｐ…の位置及び角度を設定する側面から更なる運動変換効率の向上に寄与できる。
　（７）　好適な態様により、回転出力軸２の軸方向Ｆｓから見た各ブレード３ｐ…の形状を、直線形状に選定すれば、最もシンプルな形状により実施できるため、製造コストを削減する観点からのメリットを享受できる。
　（８）　好適な態様により、回転出力軸２の軸方向Ｆｓから見た各ブレード３ｐ…の形状を、曲線のみ，又は曲線と直線の組合わせを含み、かつ中間位置を回転方向Ｆｒ前方に膨出させた曲線形状に選定すれば、流通する流体Ｗが衝突した際の力を効率的に取り込む観点からの最適化を図ることができるため、各ブレード３ｐ…の形状を設定する側面から更なる運動変換効率の向上に寄与できる。
　（９）　好適な態様により、ブレード３ｐ…の外端部３ｐｏ…の断面形状を、尖形形状又は丸み形状に選定すれば、流体Ｗの衝突時における無用な乱流現象や飛散現象を低減できるため、ブレード３ｐ…の先端形状を設定する側面から更なる運動変換効率の向上に寄与できる。
　（１０）　好適な態様により、流体作用部３を、単一で使用すれば、羽根車１を最もシンプルな形態として低コストに実施できるため、廉価な発電装置Ｍとして提供できる。
　（１１）　好適な態様により、流体作用部３を、流体作用部ユニット３１，３２…として構成し、複数の流体作用部ユニット３１，３２…を同軸上で結合して使用すれば、標準的な流体作用部ユニット３１…を複数用意し、任意の数量の組合わせが可能になるため、発電能力の大小による各種の発電装置Ｍ…を容易かつ低コストに得ることができる。
　（１２）　好適な態様により、各流体作用部ユニット３１，３２…の、回転方向Ｆｒの相対位相角度を異ならせて配すれば、主ブレード３ｐｍ…の数量を実質的に増加させ、主ブレード３ｐｍ…に対して流体Ｗが与える一回の衝突当たりの力を小さくすることができるため、円滑な回転力を発生させることができる。これにより、運動変換効率の更なる向上を実現できるとともに、騒音／振動の低減に寄与できる。
　（１３）　好適な態様により、流体作用部３を、対峙する一対の円形に形成した支持盤２１ｐ，２１ｑ間にブレード３ｐ…を配して構成すれば、支持盤２１ｐ，２１ｑは、ブレード３ｐ…を支持する支持機能に加えて、流体Ｗが衝突した際の無用な飛散現象を図れるため、運動変換効率の向上に寄与できる。
　（１４）　好適な態様により、流体作用部３の支持盤２１ｐ，２１ｑにおける外周縁の断面を尖形形状又は丸み形状に形成すれば、流体Ｗが衝突した際の無用な乱流現象や飛散現象をより低減できるため、運動変換効率の無用な低下の防止に寄与できる。
　（１５）　好適な態様により、流体付与手段１１に、流体Ｗを放出する放出ノズル１２を使用すれば、タービン用羽根車１の目標位置に対して目的の流体Ｗを確実かつ効率的に付与することができる。
　（１６）　好適な態様により、放出ノズル１２を、噴射口１２ｅを矩形形状に選定すれば、流体Ｗがブレード３ｐ…に衝突して羽根車１の回転運動に変換される際における運動変換効率の向上を図る観点から噴射口１２ｅの形状を選定できるため、流体Ｗと羽根車１間における運動変換の観点から当該噴射口１２ｅ形状の最適化を図ることができる。
　（１７）　好適な態様により、回転出力軸２の軸方向Ｆｓから見た噴射口１２ｅの先端形状を、タービン用羽根車１における各ブレード３ｐ…の回転軌跡に沿わせた傾斜形状に選定すれば、噴射口１２ｅの全開口面をタービン用羽根車１に対して近接させることができるため、放出ノズル１２から放出した後における流体Ｗの空気抵抗等によるエネルギ損失を低減し、運動変換効率の更なる向上に寄与できる。
本発明の好適実施形態に係るタービン用羽根車の断面平面図、 同タービン用羽根車の正面図、 同タービン用羽根車の一グループ当たりのブレード数量とグループ数を変更した各種態様を示す模式図、 同タービン用羽根車に備えるブレード数量が異なる場合の作用説明図、 同タービン用羽根車に備える全ブレード枚数に対する水車総合効率の関係を示す相関図、 同タービン用羽根車に備えるブレード形状が異なる場合の作用説明図、 同タービン用羽根車に備えるブレードの断面形状に対する羽根車変換効率の特性図、 同タービン用羽根車に備えるブレード形状の各種変更例を示す模式図、 同タービン用羽根車のブレード先端の抽出拡大断面を含む同羽根車の原理説明図、 同タービン用羽根車に備える主ブレードに流体が衝突した際における作用説明図、 同タービン用羽根車に備える副ブレードに流体が衝突した際における作用説明図、 同タービン用羽根車に備える主ブレードの法線と弦線間の角度に対する出力相対値の特性図、 同タービン用羽根車を用いた発電装置と既存の羽根車を備えた発電装置を対比して示す羽根車変換効率の特性図、 同タービン用羽根車を用いた発電装置の全体構成を示す外観斜視図、 同タービン用羽根車を用いた発電装置に備える放出ノズルを示す一部断面を含む三面図、 同タービン用羽根車に備える放出ノズルの断面形状と断面積に対する羽根車変換効率の特性図、 同タービン用羽根車に備える放出ノズルの先端形状の変更例を示す断面平面図、 同タービン用羽根車の変更例を示す側面図、 同平面図、 同タービン用羽根車の他の変更例を示す一部を省略した側面図、
　１：タービン用羽根車，２：回転出力軸，３：流体作用部，３ｐ…：ブレード，３ｐｏ…：ブレードの外端部，３ｐｉ…：ブレードの内端部，３ｐｍ：主ブレード，３ｐａ…：副ブレード，３ｐｍｏ：主ブレードの外端部，３ｐａｏ…：副ブレードの外端部，１０：発電機，１１：流体付与手段，１２：放出ノズル，１２ｅ：放出ノズルの噴射口，３１：流体作用部ユニット，３２：流体作用部ユニット，Ｆｆ：周方向，Ｆｒ：回転方向，Ｆｓ：軸方向，Ｌｃ…：所定間隔（外端部同士間の間隔），Ｌｉ…：内端部同士間の間隔，Ｌｖ…：法線，Ｌｇ…：弦線，Ｌｇｅ…：弦線の延長線，Ｗ：流体，Ｓ：同一円，Ｇ１…：ブレードグループ，Ｍ：発電装置，Ｒｍ：法線と弦線間の角度，Ｒｓ…：法線と弦線間の角度
　次に、本発明に係る最良実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
　まず、本実施形態に係るタービン用羽根車１の基本的な構成について、図１及び図２を参照して説明する。
　タービン用羽根車１は、図１及び図２に示すように、基本構成として、回転出力軸２と、この回転出力軸２に一体となる流体作用部３を備えて構成する。流体作用部３は、回転出力軸２の周囲の周方向Ｆｆに、所定間隔（例示は一定間隔）Ｌｃ…おきに配した複数のブレード３ｐ…と、このブレード３ｐ…の軸方向Ｆｓにおける両端辺を支持（固定）する円形に形成した対峙する一対の支持盤２１ｐ，２１ｑを備える。したがって、各支持盤２１ｐ，２１ｑは、回転出力軸２に対して直角となり、この回転出力軸２は各支持盤２１ｐ，２１ｑの中心を貫通した状態で、各支持盤２１ｐ，２１ｑに固定される。これにより、流体作用部３を、流通する流体Ｗに臨ませれば、ブレード３ｐ…に流体Ｗの力が付与され、回転出力軸２を支点に旋回するため、回転出力軸２の回転力として出力可能となるタービン用羽根車１が構成される。この場合、流体作用部３は、対峙する一対の円形に形成した支持盤２１ｐ，２１ｑ間にブレード３ｐ…を配して構成するため、支持盤２１ｐ，２１ｑは、ブレード３ｐ…を支持する支持機能に加えて、流体Ｗが衝突した際の無用な飛散現象を図れるため、運動変換効率の向上に寄与できる。
　このように構成するタービン用羽根車１は、基本的に各ブレード３ｐ…の幾何学的構成により実現できるため、複数のブレード３ｐ…を有する流体作用部３以外の他の部品の追加が不要になり、部品点数を増加させることなく実施できるなど、羽根車１を構成する際における小型化，軽量化及び低コスト化を実現できるとともに、後述するように、同時に羽根車１における運動変換効率をより高めることができる。
　次に、このような基本構成を有するタービン用羽根車１の細部の構成について、図１～図１１を参照して具体的に説明する。
　図１に示すように、例示するタービン用羽根車１は、全１６枚のブレード３ｐ…を使用する。この１６枚のブレード３ｐ…は、各ブレード３ｐ…の外端部３ｐｏ…を、回転出力軸２の軸方向Ｆｓから見て、同一円Ｓ上、即ち、円形に形成した支持盤２１ｐ，２１ｑの外周縁（又はその近傍）に位置させるとともに、周方向Ｆｆに沿って所定間隔（一定間隔）Ｌｃ…おきに配する。また、全ブレード３ｐ…（１６枚）は、少なくとも三つ以上（例示は四つ）となる一定数量のブレード３ｐ…を含む少なくとも四つ以上（例示は四つ）のブレードグループＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４に区分する。
　したがって、ブレードグループＧ１…のグループ数及び各ブレードグループＧ１…に含まれるブレード３ｐ…の数量は、図３に示すような各種態様により実施可能である。図３（ｂ）は、全１２枚のブレード３ｐ…を使用し、四つのブレードグループＧ１…Ｇ４と各グループＧ１…に三枚のブレード３ｐ…を含ませた構成例を示す。図３（ｃ）は、全１５枚のブレード３ｐ…を使用し、五つのブレードグループＧ１…Ｇ５と各グループＧ１…に三枚のブレード３ｐ…を含ませた構成例を示す。図３（ｄ）は、全１８枚のブレード３ｐ…を使用し、六つのブレードグループＧ１…Ｇ６と各グループＧ１…に三枚のブレード３ｐ…を含ませた構成例を示す。なお、図３（ａ）は、対比のために示したものであり、図１と同一である。即ち、全１６枚のブレード３ｐ…を使用し、四つのブレードグループＧ１…Ｇ４と各グループＧ１…に四枚のブレード３ｐ…を含ませた基本例となる。
　このような条件に従うことにより、ブレード３ｐ…の全数量として、少なくとも１２枚以上が確保されるため、流体Ｗを羽根車１の定位置に作用（衝突）させた際には、図４（ａ）に示すように、運動変換に寄与しない無駄な流体Ｗｒはほとんど発生しなくなる。なお、図４（ｂ）は、特許文献１における従来の羽根車１００の場合を示しており、この場合、かなりの割合で運動変換に寄与しない無駄な流体Ｗｒを生じてしまう。なお、図４（ｂ）中、３ｐｒはブレード、２ｒは回転出力軸を示す。
　図４（ａ），（ｂ）のいずれの場合も、タービン用羽根車１に対して流体Ｗが衝突する位置を、回転出力軸２側に移動させた場合、運動変換に寄与しない無駄な流体Ｗｒを無くすことができる反面、運動変換効率は低くなる。即ち、図４（ｂ）の場合、無駄な流体Ｗｒをなくすために、羽根車１に対する流体Ｗが衝突する位置を、回転出力軸２側に移動させても運動変換効率は低くなる。したがって、流体Ｗの有するエネルギをできるだけ多く回転出力軸２の回転エネルギとして取り出すためには、運動変換に寄与しない無駄な流体Ｗｒを無くす又はできるだけ少なくするとともに、羽根車１に対する流体Ｗが衝突する位置を外周に対して、より近い位置を選定する必要があり、このためには羽根車１におけるブレード３ｐ…の枚数を多くすることが必要となる。
　図５は、タービン用羽根車１における全ブレード枚数とタービン用羽根車１を水車として用いた場合の総合効率（水車総合効率）の関係を示している。全ブレード枚数が８枚の場合、水車総合効率は概ね４４％、全ブレード枚数が１２枚の場合、水車総合効率は概ね６１％、全ブレード枚数が１５枚以上の場合、水車総合効率は概ね６５～６９％である。これより明らかなように、全ブレード枚数が増えるに従って、水車総合効率は高くなる。なお、水車総合効率が高くなる度合は徐々に緩やかになり、特に、１５枚以上では、その度合は僅かである。
　また、一つのブレード３ｐの基本的な形状は次のように形成する。図１に例示するブレード３ｐは、回転出力軸の軸方向Ｆｓから見た形状を、曲線のみにより形成し、中間位置を回転方向Ｆｒ前方に膨出させた曲線形状に選定している。この場合、特に、曲線形状は、外側の曲率半径を小さくし、内側の曲率半径を大きく選定している。このように形成することにより、図６（ａ）に示すように、流体Ｗを羽根車１の定位置に衝突させた際における外側に跳ね返る流体Ｗｏの流出角度Ｒｒを小さくすることができる。この流出角度Ｒｒは小さくなるほど、羽根車１に与える力は大きくなることが知られている。なお、図６（ｂ）は、曲率半径が一定となる円弧形状の場合を示しているが、例示の場合、外側に跳ね返る流体Ｗｏの流出角度Ｒｒは、図６（ａ）の場合に比べて大きくなる。
　図１に示すブレード３ｐ…の形状は複合曲線タイプの一例となる。ブレード３ｐ…の形状は、その他、図８に示すような各種形状により実施可能である。図８（ｂ）は、外側を曲率半径が一定となる円弧形状Ｘｏとし、内側を直線形状ＸｉとしたＪタイプを示す。図８（ｃ）は全体を直線形状Ｘｓとした直線タイプを示す。図８（ｄ）は、全体の曲率半径が一定となる円弧形状Ｘｒとした円弧タイプを示す。図８（ａ）は、対比のために示したものであり、図１と同じ条件により構成したブレード３ｐ、即ち、外側を曲率半径の小さい円弧形状Ｘｏとし、内側を曲率半径の大きい円弧形状Ｘｉとした複合曲線タイプとなる。図７に、ブレード３ｐの断面形状に対する羽根車変換効率の特性を示す。これより明らかなように、複合曲線タイプが最も良好な結果を得た。次にＪタイプが良好な結果となり、次に円弧タイプが良好な結果となった。
　このように、回転出力軸２の軸方向Ｆｓから見た各ブレード３ｐ…の形状を、曲線のみ，又は曲線と直線の組合わせを含み、かつ中間位置を回転方向Ｆｒ前方に膨出させた曲線形状に選定すれば、流通する流体Ｗが衝突した際の力を効率的に取り込む観点からの最適化を図ることができるため、各ブレード３ｐ…の形状を設定する側面から更なる運動変換効率の向上に寄与できる。なお、回転出力軸２の軸方向Ｆｓから見た各ブレード３ｐ…の形状を、直線形状に選定すれば、最もシンプルな形状により実施できるため、製造コストを削減する観点からのメリットを享受できる。
　また、ブレード３ｐ…の外端部３ｐｏ…の断面形状は、図９の部分抽出拡大図に示すように、尖形形状に形成する。これにより、流体Ｗの衝突時における無用な乱流現象や飛散現象を低減でき、ブレード３ｐ…の先端形状を設定する側面から更なる運動変換効率の向上に寄与できる利点がある。なお、ブレード３ｐの外端部３ｐｏの断面形状は、仮想線３ｐｏｅで示すように、丸み形状に形成しても同様の効果を得ることができる。
　一方、ブレードグループＧ２（他のブレードグループＧ１，Ｇ３，Ｇ４も同じ）内おける各ブレード３ｐ…は、図１に示すように、回転方向Ｆｒ最後部に位置するブレード３ｐを、主ブレード３ｐｍとし、残りの三つのブレード３ｐ…を副ブレード３ｐａ，３ｐｂ．３ｐｃにそれぞれ選定する。この場合、各副ブレード３ｐａ，３ｐｂ…の長さは、主ブレード３ｐｍの長さよりも短く設定、望ましくは、ブレードグループＧ１における各副ブレード３ｐａ，３ｐｂ，３ｐｃの長さ（両端距離）を、回転方向Ｆｒ前側に行くに従って漸次短く設定する。即ち、図９に示すように、主ブレード３ｐｍの長さＬｓｍに対して、副ブレード３ｐａの長さＬｓａを短く設定し、また、副ブレード３ｐａの長さＬｓａに対して、副ブレード３ｐｂの長さＬｓｂを短く設定し、さらに、副ブレード３ｐｂの長さＬｓｂに対して、副ブレード３ｐｃの長さＬｓｃを短く設定する。このように設定することにより、特に、主ブレード３ｐｍの形状やレイアウトに左右されることなく、各副ブレード３ｐａ，３ｐｂ…に衝突した後の流体Ｗを円滑に排出できるとともに、他のブレード３ｐｍ，３ｐａ，３ｐｂ…に衝突させて再利用する際の有効性を高めることができる。即ち、各副ブレード３ｐａ，３ｐｂ…に衝突した後の流体Ｗを、各副ブレード３ｐａ，３ｐｂ…に衝突させることなく、回転方向Ｆｒ前方に隣接する主ブレード３ｐｍに直接衝突させることが可能になるため、更なる運動変換効率の向上に寄与できる利点がある。
　この場合、図９に示すように、各ブレード３ｐ…の外端部３ｐｏ…を通る法線Ｌｖ…に対して、対応する内端部３ｐｉ…は、回転方向Ｆｒ前側に位置させ、かつ各ブレード３ｐ…の外端部３ｐｏ…と内端部３ｐｉ…を結ぶ弦線Ｌｇ…の延長線Ｌｇｅ…が回転方向Ｆｒ前方に隣接する主ブレード３ｐｍに対して交差するように設定する。
　これにより、図１０に示すように、流体Ｗが主ブレード３ｐｍに衝突した際は、当該主ブレード３ｐｍに沿って流体Ｗが流れた後、この主ブレード３ｐｍから流出する流体Ｗは、回転方向Ｆｒ前側に位置する次の主ブレード３ｐｍに対して交差する方向から衝突する。この流体Ｗの衝突は羽根車１を回転させる二次的水力として作用し、流体Ｗの一部は主ブレード３ｐｍに沿って外端部３ｐｍｏ側に流れた後、外部に排出されるとともに、流体Ｗの残りは、さらに、回転方向Ｆｒ前側に位置する次の主ブレード３ｐｍに対して交差する方向から衝突する作用を繰り返すことになる。また、図１１に示すように、流体Ｗが副ブレード３ｐａ…（例示は３ｐｂ）に衝突した際も同様となり、流体Ｗが副ブレード３ｐｂに衝突した際は、当該副ブレード３ｐｂに沿って流体Ｗが流れるとともに、この副ブレード３ｐｂから流出する流体Ｗは、回転方向Ｆｒ前側に位置する次の主ブレード３ｐｍに対して交差する方向から衝突する。この流体Ｗの衝突は羽根車１を回転させる二次的水力として作用し、流体Ｗの一部は主ブレード３ｐｍに沿って外端部３ｐｍｏ側に流れた後、外部に排出されるとともに、流体Ｗの残りは、さらに、回転方向Ｆｒ前側に位置する次の主ブレード３ｐｍに対して交差する方向から衝突する作用を繰り返すことになる。
　また、図９に示すように、主ブレード３ｐｍの外端部３ｐｍｏを通る法線Ｌｖと当該主ブレード３ｐｍの弦線Ｌｇの角度Ｒｍは、１２～２２°の範囲、望ましくは１７°前後に選定する。このように選定する理由について、図１２を参照して説明する。図１２は、羽根車１に備える主ブレード３ｐｍの法線Ｌｖと弦線Ｌｇ間の角度Ｒｍに対する出力相対値の特性を示したものである。同図から明らかなように、角度Ｒｍの大きさを変化させることにより、出力相対値も変化し、概ね１２～２２°の範囲が良好な範囲になるとともに、１７°付近が最も良好となる。したがって、主ブレード３ｐｍの外端部３ｐｍｏを通る法線Ｌｖと当該主ブレード３ｐｍの弦線Ｌｇ間の角度Ｒｍを、１２～２２°の範囲に選定すれば、各ブレード３ｐ…の角度Ｒｍを選定する観点から当該角度Ｒｍの最適化を図れるため、運動変換効率をより高めることができる利点がある。
　さらに、図９に示すように、各ブレード３ｐ…の内端部３ｐｉ…同士間の間隔Ｌｉ…を対応する外端部３ｐｏ…同士間の間隔Ｌｃ…よりも狭く設定する。また、各ブレードグループＧ１…における任意の副ブレード３ｐａ…、例えば、副ブレード３ｐｂの場合、この副ブレード３ｐｂにおける法線Ｌｖとこの副ブレード３ｐｂの弦線Ｌｇ間の角度Ｒｓを、当該ブレードグループＧ１における主ブレード３ｐｍの外端部３ｐｍｏにおける法線Ｌｖとこの主ブレード３ｐｍの弦線Ｌｇ間の角度Ｒｍよりも大きく設定する。
　このように設定すれば、最初に衝突したブレード３ｐ…から排出される流体Ｗを再利用する観点からの有効性を高めることができる。即ち、最初に衝突したブレード３ｐ…から排出される流体Ｗを回転方向Ｆｒ前方に隣接する主ブレード３ｐｍ…における回転力の発生が大きい位置に円滑かつ集中して衝突させることが可能となり、流体Ｗを効率的に再利用できるため、各ブレード３ｐ…の位置及び角度を設定する側面から更なる運動変換効率の向上に寄与できる利点がある。
　よって、このような本実施形態に係るタービン用羽根車１によれば、基本構成として、各ブレード３ｐ…の外端部３ｐｏ…を同一円Ｓ上に位置させ、かつ周方向Ｆｆに沿って所定間隔Ｌｃ…おきに配するとともに、全ブレード３ｐ…に対して、少なくとも三つ以上となる一定数量のブレード３ｐ…を含む少なくとも四つ以上のブレードグループＧ１，Ｇ２…に区分することにより、各ブレードグループＧ１…における回転方向Ｆｒ最後部に位置するブレード３ｐを主ブレード３ｐｍ，残りのブレード３ｐ…を副ブレード３ｐａ，３ｐｂ…，にそれぞれ選定し、各副ブレード３ｐａ，３ｐｂ…の長さを主ブレード３ｐｍの長さよりも短く設定するとともに、各ブレード３ｐ…の外端部３ｐｏ…を通る法線Ｌｖ…に対して、対応する内端部３ｐｉ…を回転方向Ｆｒ前側に位置させ、かつ各ブレード３ｐ…の外端部３ｐｏ…と内端部３ｐｉ…を結ぶ弦線Ｌｇ…の延長線Ｌｇｅ…が回転方向Ｆｒ前方に隣接する主ブレード３ｐｍに対して、交差するように設定してなるため、流通する流体Ｗに臨ませた際は、当該流体Ｗの力を、無駄を生じることなく効率的に受けることができる。したがって、羽根車１の運動変換効率、更には小電力発電に係わる発電装置の総合的な発電効率をより高めることができるとともに、揚水や製粉等の発電以外の用途であっても効率の良いシステムを構築することができる。
　次に、タービン用羽根車１を用いた本実施形態に係る発電装置Ｍについて、図１３～図１７を参照して説明する。
　本実施形態に係る発電装置Ｍは、図１４に示すように、上述したタービン用羽根車１と、当該タービン用羽根車１における回転出力軸２をカップリング２５を介して回転入力シャフト１０ｓに結合し、回転出力軸２の回転力が付与される発電機１０と、タービン用羽根車１における流体作用部３の定位置に対して、流通する流体Ｗを作用させ、流体Ｗの力を付与する流体付与手段１１とを備えて構成する。
　この場合、タービン用羽根車１は、後述する変更例のように、同軸上で結合した複数の流体作用部ユニット３１，３２…（図１８参照）の組合わせにより構成することも可能であるが、図１４に示すタービン用羽根車１は単一の流体作用部３を用いた場合を例示する。このように単一の流体作用部３を用いれば、羽根車１を最もシンプルな形態として低コストに実施できるため、廉価な発電装置Ｍとして提供できる利点がある。
　また、発電機１０は、特定の発電機に限定されるものではなく、回転入力を電気出力に変換する機能を有するものであれば、公知の各種発電機を用いることができる。さらに、流体付与手段１１には、図１５に示す放出ノズル１２を使用することが望ましい。例示の場合、放出ノズル１２は、流体Ｗとして水（河川水等）を放出する機能を有し、特に、放出ノズル１２の噴射口１２ｅは矩形形状に選定する。図１５中、（ａ）は放出ノズル１２の一部断面平面図、（ｂ）は同正面図、（ｃ）は同一部断面側面図をそれぞれ示すとともに、（ｄ）に噴射口１２ｒｅが円形形状となる従来の放出ノズル１２ｒを比較用として仮想線で示す。例示の放出ノズル１２は、流体Ｗとして水（河川水等）を放出するが、流体Ｗとして、風（空気）を放出しても同様に実施可能である。このように、タービン用羽根車１には、流体Ｗとして水又は風を利用可能、即ち、流体Ｗの力には、風力又は水力のいずれも利用できるため、小電力発電システムを構築する際における多様な流体Ｗにより実施可能となり、汎用性及び実施の容易性に優れた小電力発電システムを提供できる。
　図１６に、放出ノズル１２，１２ｒの噴射口１２ｅ，１２ｒｅの形状（矩形，円形），噴射口１２ｅ，１２ｒｅの断面積（１５３平方ｍｍ，３１３平方ｍｍ），流体作用部３におけるブレード３ｐ…の数量（３枚，４枚），ブレードグループＧ１…のグループ数（４グループ，６グループ）の組合わせに対する羽根車１の変換効率の関係を実験により求めた結果を示す。なお、横軸における、例えば、「４枚－４Ｇ」の表示は、１グループ当たりのブレード３ｐ…の数量（枚数）が４枚であって、ブレードグループＧ１…のグループ数が４グループであることを示している。この結果から明らかなように、放出ノズル１２，１２ｒの噴射口１２ｅ，１２ｒｅの形状は、矩形形状が円形形状よりも良好な結果を得ている。
　このように、流体付与手段１１に、流体Ｗを放出する放出ノズル１２を使用すれば、タービン用羽根車１の目標位置に対して目的の流体Ｗを確実かつ効率的に付与することができる。この際、放出ノズル１２における噴射口１２ｅの形状を矩形形状に選定すれば、流体Ｗがブレード３ｐ…に衝突して羽根車１の回転運動に変換される際における運動変換効率の向上を図る観点から噴射口１２ｅの形状を選定できるため、流体Ｗと羽根車１間における運動変換の観点から当該噴射口１２ｅ形状の最適化を図ることができる。
　なお、回転出力軸２の軸方向Ｆｓから見た噴射口１２ｅの先端形状は、図１７に示すように形成することができる。即ち、前述した図１４及び図１５等で示した先端形状は、放出方向に対して、略直角にカットした形状に選定したが、図１７に示す先端形状は、各ブレード３ｐ…の回転軌跡に沿わせた傾斜形状に選定したものである。この場合、図１７（ａ）に示すように、円形に形成した支持盤２１ｑ…の外周円に近接する円弧線Ｆｍｒに沿った傾斜形状であってもよいし、図１７（ｂ）に示すように、円形に形成した支持盤２１ｑ…の外周円の法線に対して垂直となる直線Ｆｍｓに沿った傾斜形状であってもよい。このような傾斜形状に選定すれば、噴射口１２ｅの全開口面をタービン用羽根車１に対して近接させることができるため、放出ノズル１２から放出した後における流体Ｗの空気抵抗等によるエネルギ損失を低減し、運動変換効率の更なる向上に寄与できる。
　図１３に、小水力発電装置として構成した本実施形態に係る羽根車１用いた発電装置Ｍと既存の羽根車を備えた発電装置を対比して示す総合効率特性を示す。図中、「□」と「〇」は本実施形態に係る発電装置１であり、「□」は「４枚－４Ｇ」の流体作用部３を使用し、「〇」は「３枚－６Ｇ」の流体作用部３を使用したものである。即ち、本実施形態に係る発電装置１は、点線楕円により囲った範囲に包含される。最大出力としては、概ね５～５０〔Ｗ〕程度となり、総合効率は、概ね７０〔％〕程度の高い効率を得ている。一方、「△」と「▽」は従来の発電装置であり、「△」は一般既設例、「▽」は市販カタログ値を示している。従来の発電装置では、最大出力として、概ね１０～３００〔Ｗ〕のものが含まれるとともに、総合効率は、ほとんどが６０〔％〕未満である。このように、本実施形態に係る羽根車１用いた発電装置Ｍは高い総合効率を得ることができる。
　次に、本実施形態に係るタービン用羽根車１の変更例について、図１８～図２０を参照して説明する。
　図１８及び図１９に示す変更例に係るタービン用羽根車１は、流体作用部３を構成するに際し、同軸上で結合した複数の流体作用部ユニット３１，３２…の組合わせにより構成したものである。即ち、図１４に示した標準的な流体作用部３の軸方向Ｆｓにおける厚さを薄く構成（例示は１／２に構成）した流体作用部ユニット３１を複数（例示は二つ）用意し、一方を流体作用部ユニット３１、他方を流体作用部ユニット３２として回転出力軸２における同軸上で結合したものである。
　この場合、流体作用部ユニット３１と３２を結合するに際しては、回転方向Ｆｒの相対位置が一致するように配してもよいし、例示のように、回転方向Ｆｒの相対位相角度を異ならせて配してもよい。回転方向Ｆｒの相対位相角度を異ならせる場合、最大位相角度は、例示のように、４５〔°〕となるが、設定する相対位相角度の大きさは任意に設定できる。なお、図１９中、３ｐｍ１は流体作用部ユニット３１の主ブレードを示し、３ｐｍ２は流体作用部ユニット３２の主ブレードを示す。
　このような変更例に係るタービン用羽根車１は、組合わせる流体作用部ユニット３１，３２…の数量を任意に選定できるとともに、各流体作用部ユニット３１…の軸方向Ｆｓにおける厚さも任意に設定できる。図１８及び図１９において、２５…は、流体作用部ユニット３１と３２を結合するボルトナット、即ち、流体作用部ユニット３１の支持盤２１ｑと流体作用部ユニット３２の支持盤２１ｐを結合するボルトナットを示す。
　したがって、図１８及び図１９に示す変更例に係るタービン用羽根車１は、流体作用部３を、同軸上で結合した複数の流体作用部ユニット３１，３２…の組合わせにより構成するため、発電能力の大小による各種の発電装置Ｍ…を容易かつ低コストに得ることができる。また、この場合、各流体作用部ユニット３１，３２…は、回転方向Ｆｒの相対位相角度を異ならせて配することができるため、主ブレード３ｐｍ…の数量を実質的に増加させ、主ブレード３ｐｍ…に対して流体Ｗが与える一回の衝突当たりの力を小さくし、円滑な回転力を発生させることができる。これにより、運動変換効率の更なる向上を実現できるとともに、騒音／振動の低減に寄与できる。
　一方、図２０に示す変更例に係るタービン用羽根車１は、タービン用羽根車１を構成する支持盤２１ｐ，２１ｑにおける外周縁の断面を尖形形状又は丸み形状に形成したものであり、図２０（ａ）は、タービン用羽根車１を単一使用する場合であって、支持盤２１ｐ，２１ｑにおける外周縁の断面を丸み形状に形成した例を示すとともに、図２０（ｂ）は、タービン用羽根車１を流体作用部ユニット３１…として構成し、二つの流体作用部ユニット３１，３２を結合して使用する場合であって、支持盤２１ｐ，２１ｑにおける外周縁の断面を尖形形状に形成した例を示す。支持盤２１ｐ，２１ｑにおける外周縁の断面をこのような尖形形状又は丸み形状に形成すれば、流体Ｗが衝突した際の無用な乱流現象や飛散現象を低減できるため、運動変換効率の無用な低下防止に寄与できる利点がある。
　以上、変更実施形態を含む最良実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，素材，数量，数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。
　例えば、流体Ｗの力には、風力，水力をはじめ、蒸気やガス等の各種流体Ｗの力を利用可能である。また、流体作用部３を構成するに際しては、ブレードグループＧ１…における各副ブレード３ｐａ，３ｐｂ…の長さを、回転方向Ｆｒ前側に行くに従って漸次短く設定することが望ましいが、同一に設定するなど、漸次短く設定する以外の様々な長さ設定を排除するものではない。さらに、主ブレード３ｐｍの外端部３ｐｍｏを通る法線Ｌｖと当該主ブレード３ｐｍの弦線Ｌｇ間の角度Ｒｍは、１２～２２°の範囲に選定することが望ましいが、この範囲を外れる場合を排除するものではない。なお、数量に関して、ブレードグループＧ１…の数として４～６、各グループＧ１…におけるブレード３ｐ…の数として３～５を例示したが、羽根車１の大きさ等に対応して最適となる任意の数量を選定できる。また、各ブレード３ｐ…の外端部の周方向に沿った間隔Ｌｃ…を一定間隔に設定することが望ましいが、不等間隔に設定する場合を排除するものではない。他方、発電装置Ｍは、最もシンプルな構成を例示したが、様々な付属機器や付加機構を追加可能である。また、流体付与手段１１として、流体Ｗを放出する放出ノズル１２を使用した場合を例示したが、放出ノズル１２における噴射口１２ｅの形状は例示以外の各種形状、例えば、楕円形状などの各種形状を排除するものではない。さらに、流体Ｗを同様に付与可能な、放出ノズル１２以外の各種流体付与手段１１を適用できる。したがって、水路等に羽根車１を直接臨ませる場合における水路等も流体付与手段１１に含まれる。なお、羽根車１の回転出力軸２と発電機１０の回転入力シャフト１０ｓは歯車等の増減速装置（機構）を介して結合することも可能である。
　本発明に係るタービン用羽根車及び発電装置は、特に、小電力発電を行う風力発電或いは水力発電等の各種発電システムに利用することができる。なお、小電力発電とは電力の容量範囲を特定するものではなく、本発明を適用可能な範囲を全て含む概念である。したがって、マイクロ電力発電，中規模電力発電等、用語に特定されない各種発電方式を包含する概念である。

Claims (16)

  1. 　回転力を出力する回転出力軸と、この回転出力軸に対して位置を固定し、かつ前記回転出力軸の周囲の周方向に、所定間隔おきに配するとともに、流通する流体に臨ませることにより当該流体の力が付与される複数のブレードを有する流体作用部とを備えてなるタービン用羽根車であって、各ブレードの外端部を、前記回転出力軸の軸方向から見て、同一円Ｓ上に位置させ、かつ周方向に沿って所定間隔おきに配するとともに、全ブレードに対して、少なくとも三つ以上となる一定数量のブレードを含む少なくとも四つ以上のブレードグループに区分することにより、各ブレードグループにおける回転方向最後部に位置するブレードを主ブレード，残りのブレードを副ブレード，にそれぞれ選定し、各副ブレードの長さを主ブレードの長さよりも短く設定するとともに、各ブレードの外端部を通る法線に対して、対応する内端部を回転方向前側に位置させ、かつ各ブレードの外端部と内端部を結ぶ弦線の延長線が回転方向前方に隣接する主ブレードに対して、交差するように設定してなることを特徴とするタービン用羽根車。
  2. 　前記流体の力には、風力，水力，の一方を含むことを特徴とする請求項１記載のタービン用羽根車。
  3. 　前記流体作用部は、前記ブレードグループにおける各副ブレードの長さ（両端距離）を、回転方向前側に行くに従って漸次短く設定することを特徴とする請求項１記載のタービン用羽根車。
  4. 　前記流体作用部は、前記主ブレードの外端部を通る法線と当該主ブレードの弦線間の角度を、１２～２２°の範囲に選定してなることを特徴とする請求項１記載のタービン用羽根車。
  5. 　前記流体作用部は、前記各ブレードグループにおける各ブレードの内端部同士間の間隔を、対応する外端部同士間の間隔よりも狭く設定するとともに、当該ブレードグループにおける任意の副ブレードの外端部を通る法線と当該任意の副ブレードの弦線間の角度を、当該ブレードグループにおける主ブレードの外端部を通る法線と当該主ブレードの弦線間の角度よりも大きく設定してなることを特徴とする請求項１記載のタービン用羽根車。
  6. 　前記流体作用部は、前記回転出力軸の軸方向から見た各ブレードの形状を直線形状に選定してなることを特徴とする請求項１記載のタービン用羽根車。
  7. 　前記流体作用部は、前記回転出力軸の軸方向から見た各ブレードの形状を、曲線のみ，又は曲線と直線の組合わせを含み、かつ中間位置を回転方向前方に膨出させた曲線形状に選定してなることを特徴とする請求項１記載のタービン用羽根車。
  8. 　前記流体作用部は、前記ブレードの一部又は全部における外端部の断面形状を、尖形形状又は丸み形状に選定してなることを特徴とする請求項１記載のタービン用羽根車。
  9. 　前記流体作用部は、単一で使用，又は流体作用部ユニットとして構成し、複数の当該流体作用部ユニットを同軸上で結合して使用することを特徴とする請求項１記載のタービン用羽根車。
  10. 　前記複数の流体作用部ユニットは、回転方向の相対位相角度を異ならせて配することを特徴とする請求項９記載のタービン用羽根車。
  11. 　前記流体作用部は、対峙する一対の円形に形成した支持盤間に前記ブレードを配して構成することを特徴とする請求項１記載のタービン用羽根車。
  12. 　前記支持盤は、外周縁の断面を尖形形状又は丸み形状に形成してなることを特徴とする請求項１１記載のタービン用羽根車。
  13. 　請求項１～１２のいずれかに記載のタービン用羽根車と、当該タービン用羽根車における回転出力軸の回転力が付与される発電機と、当該タービン用羽根車の流体作用部に対して、流体の力を付与する流体付与手段とを備えることを特徴とする発電装置。
  14. 　前記流体付与手段は、前記流体を放出する放出ノズルを備えることを特徴とする請求項１３記載の発電装置。
  15. 　前記放出ノズルは、噴射口を矩形形状に選定することを特徴とする請求項１４記載の発電装置。
  16. 　前記放出ノズルは、前記回転出力軸の軸方向から見た噴射口の先端形状を、前記タービン用羽根車における各ブレードの回転軌跡に沿わせた傾斜形状に選定することを特徴とする請求項１４又は１５記載の発電装置。
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