WO2023188263A1 - 縦型風速加速型風車 - Google Patents

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WO2023188263A1
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windmill
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wind turbine
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壮一郎 浅井
邦光 佐藤
則雄 清徳
康隆 吉場
浩司 山田
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合同会社加速流グリーンパワー研究所
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/04—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor  having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels
    • F03D1/046—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor  having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels comprising additional flow modifying means, e.g. vanes or turbulators
    • F03D1/048—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor  having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels comprising additional flow modifying means, e.g. vanes or turbulators for changing the flow direction, e.g. a horizontal inlet and a vertical outlet
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/30—Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/34—Wind motors specially adapted for installation in particular locations on stationary objects or on stationary man-made structures
    • F03D9/35—Wind motors specially adapted for installation in particular locations on stationary objects or on stationary man-made structures within towers, e.g. using chimney effects
    • F03D9/37—Wind motors specially adapted for installation in particular locations on stationary objects or on stationary man-made structures within towers, e.g. using chimney effects with means for enhancing the air flow within the tower, e.g. by heating
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Definitions

  • the present invention relates to a vertical wind speed acceleration type wind turbine, which collects wind from all directions, increases the wind speed at the back of the wind turbine, and increases the wind speed at the exit part of the wind body, and as a result, improves the rotational efficiency of the wind turbine blades.
  • This article relates to a vertical wind speed acceleration type wind turbine that increases generated power.
  • the wind turbines for wind power generation described above have been developed in the following directions: (1) have blades with as large a rotational diameter as possible, (2) make the wind turbine as tall as possible, and (3) install it in a location where the wind blows as much as possible.
  • the present inventor provided a partition wall between a fan and a windmill, made a hole in the wall surface, sent wind with the fan through the hole, placed the windmill immediately after the hole, and studied the rotation speed of the windmill.
  • the rotation speed of the windmill was much lower than when the fan blows air directly to the windmill without a partition wall.
  • a wind collector type windmill has been proposed that increases the power generation efficiency of the windmill by sending a large amount of wind power to the back of the windmill (Patent Document 2).
  • Patent Document 3 the air molecules behind the windmill whose speed has been reduced by the high-speed air molecules are pushed out backwards.
  • Patent Document 4 In order to blow out the air molecules behind the windmill, gaps must be created on both sides of the windmill installed inside the intermediate wind body and on both the top and bottom sides of the windmill to allow the wind to blow through at high speeds. is effective (Patent Document 4).
  • Patent Document 3 The basic idea of the present invention is the above-mentioned Patent Document 3 and Patent Document 4. The details will be explained below.
  • the outer diameter of this wall member 13a is larger than the air flux of the electric fan 11, and the outer diameter of the wall member 13b is configured to be smaller than the air flux of the electric fan 11.
  • the rotation speed was similarly observed in the case where no wall member was provided.
  • the present invention aims to solve the problems of the prior art, and collects wind from all directions to increase the wind speed at the back of the wind turbine and at the outlet of the wind body.
  • the purpose of the present invention is to provide a vertical wind speed acceleration type wind turbine that improves the rotational efficiency of the wind turbine and increases the generated power.
  • the vertical wind speed acceleration type wind turbine of the present invention consists of a wind collector base, a wind body, and a wind turbine.
  • the wind collector base has a wind inflow part formed around the entire circumference, and the wind body is installed upright on the wind collector base.
  • a lower wind barrel member having a substantially rectangular cross-section and having a cross-sectional area reduced in a linear or curved manner from the wind inlet formed on the wind collector base side, and the reduced cross-sectional area; and an upper wind body member formed to expand linearly or curvedly from the position of It is characterized in that it is installed with a minimum interval and the ratio of the short side to the long side of the wind body is 1 to 10 times (Claim 1).
  • the wind collector base by providing the wind collector base, wind from all directions is collected, and the collected wind is transmitted from the wind inlet, which has a substantially rectangular cross-section and whose cross-sectional area is formed on the wind collector base side.
  • a lower wind fuselage member formed to have a cross-sectional area reduced in a straight line or a curve, and an upper part formed to expand linearly or curved from the position of the reduced cross-sectional area to the wind outlet at the upper end.
  • the substantially rectangular cross section of the wind fuselage includes an elliptical shape having a long side and a short side, and other polygonal shapes.
  • the present invention reduces the speed of the back side of the wind turbine without allowing the wind speed flowing along the sides of the wind turbine to escape to the left and right sides of the wind turbine, compared to when the wind body is circular or square. It is possible to effectively knock out the airflow and recover the velocity energy of the airflow behind the windmill.
  • the wind turbine is installed in the reduced part of the wind body with a minimum distance between the long sides of the wind body and a ratio of 1 to 10 times the short side and long side of the wind body. Therefore, a gap is formed on both sides of the windmill, and the high-speed airflow blowing through the gap knocks out the airflow whose speed has decreased on the backside of the windmill, which has been deprived of energy by the windmill, to effectively recover the velocity energy of the airflow on the backside of the windmill. I can do it.
  • An embodiment of the present invention is characterized in that a vane is provided on the periphery of the upper surface of the wind collector base to guide the collected wind to the center of the wind collector base (Claim 2).
  • wind from all directions from the wind inlet is efficiently collected at the center of the wind collector base and is supplied without waste to the wind inlet formed in the lower wind body member of the wind body.
  • a rotating body is provided on the outer periphery of the wind collector base to cover approximately half of the wind inflow portion of the wind collector base, and a weather vane having a yaw function is provided approximately at the center of the rotating body. (Claim 3) According to this embodiment, when the wind direction changes, the weather vane exhibits a yaw function to rotate the rotating body so that the open part of the rotating body automatically faces the wind direction and becomes effective. Can collect wind.
  • One embodiment of the present invention is characterized in that a wind dispersion portion is formed at the edge of the wind outlet at the upper end of the upper wind body member (claim 4).
  • a wind dispersion portion is formed at the edge of the wind outlet at the upper end of the upper wind body member (claim 4).
  • the wind outside the wind body is dispersed, the contact area between the wind outside the wind body and the wind from inside the wind body is increased, and the wind inside the wind body is dispersed from the upper wind body member.
  • the amount and speed of wind passing through the wind turbine can be increased by being forced out of the wind outlet.
  • the wind from all directions collected by the wind collector base is collected by the wind inlet of the lower wind barrel member, and the collected wind passes through the lower wind barrel member into a reduced size having a substantially rectangular cross section.
  • the robot reaches a windmill installed in the area and rotates the windmill.
  • high-speed airflow blows through gaps formed on both sides of the windmill.
  • the high-speed airflow that blows through the gaps on both sides of the windmill beats out the slowed airflow on the backside of the windmill, which has had its energy taken away by the windmill, and restores the velocity energy of the airflow on the backside of the windmill.
  • the lower wind body member whose cross-sectional area is formed to decrease linearly or curvedly from the wind inlet to the position where the wind turbine is installed, increases the speed of the wind and guides it through the wind turbine. The amount and velocity of the air is increased and supplied to the upper wind barrel member.
  • wind is collected from all directions to increase the wind speed at the back of the wind turbine and at the outlet of the wind body.As a result, the rotational efficiency of the wind turbine blades is improved and the power generated is increased.
  • a vertical wind speed acceleration type wind turbine can be provided. Furthermore, by making the wind collector vertical, the wind flow inside the wind collector and the wind flow outside the wind collector are substantially perpendicular to each other at the outlet of the wind collector, which further increases the blowout. This is because the contact area between the internal and external air currents is larger compared to the horizontal type.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a vertical wind speed acceleration type wind turbine of the present invention.
  • FIG. 2 is a front cross-sectional view of the vertical wind speed acceleration type wind turbine of FIG. 1.
  • FIG. FIG. 2 is a side sectional view of the vertical wind speed acceleration type wind turbine of FIG. 1; 4 is a different side sectional view of FIG. 3;
  • FIG. FIG. 2 is a plan view of a wind collector base with vanes on the top surface.
  • FIG. 2 is a plan view of a wind collector base provided with a rotating body and a weather vane on its outer periphery.
  • 7 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 6.
  • FIG. FIG. 7 is a front sectional view of a vertical wind speed acceleration type wind turbine showing another embodiment.
  • FIG. 7 is a plan view of a vertical wind speed acceleration type wind turbine showing another embodiment.
  • 10 is a front sectional view of the vertical wind speed acceleration type wind turbine of FIG. 9.
  • FIG. FIG. 7 is a front sectional view of a vertical wind speed acceleration type wind turbine showing another embodiment.
  • FIG. 12 is a plan view of the guide of FIG. 11; It is a front view which shows the example of a star-shaped dispersion part (a), (b), and (c).
  • FIG. 3 is a front view of the flange-like dispersion section.
  • FIG. 6 is a side view and a front view of the notch protrusion distribution section.
  • FIG. 3 is a front view of the gear-shaped dispersion section.
  • FIG. 3 is a front view illustrating the size of a star-shaped dispersion section.
  • FIG. 3 is a front view and a side view of a rectangular dispersion section. It is an experimental diagram of wind turbine efficiency.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a vertical wind speed acceleration type wind turbine of the present invention
  • FIG. 2 is a front sectional view of FIG. 1
  • FIG. 3 is a side sectional view of FIG. 1.
  • 1 is a wind collector base
  • 2 is a wind body
  • 3 is a wind turbine
  • 4 is a wind inflow part formed around the entire circumference of the wind collector base 1
  • 5 is a lower wind body member of the wind body 2
  • 6 is a wind turbine
  • 7 is a reduced part of the wind body 2
  • 8 is a wind inlet of the wind body 2
  • 9 is a wind outlet of the wind body 2.
  • H is a generator
  • S is a gap.
  • the wind collector base 1 is formed into a hollow disk shape, and furthermore, a wind inflow portion 4 is formed around the entire circumference.
  • the wind body 2 is installed upright on the wind collector base 1, has a substantially rectangular cross section, and has a cross-sectional area that is reduced linearly or curved from the wind inlet 8 formed on the collector base 1 side. It consists of a lower wind barrel member 5 that is formed, and an upper wind barrel member 6 that expands in a linear or curved manner from the position of the reduced cross-sectional area to the wind outlet 9 at the upper end, and each has a long side portion. 10 and a short side portion 11.
  • the wind turbine 3 has a minimum distance between the reduced part 7 of the wind body 2 and the long side 10 of the wind body 2, and the ratio of the short side 11 of the wind body 2 to the long side 10 is 1 to 10 times. will be installed. As a result, a gap S is formed on both sides of the wind turbine 3.
  • FIG. 4 is a different side sectional view from FIG. 3, and is an example in which the wind fuselage 2 is configured as a straight type. Note that even in this configuration, the front sectional view (not shown) has the same configuration as in FIG. 1, and the reduced portion is configured.
  • FIG. 5 is a plan view in which a vane 15 is provided on the periphery of the upper surface of the wind collector base 1 to guide the collected wind to the center of the wind collector base 1.
  • the vane 15 is curved toward the center of the wind collector base 1 so that wind from all directions can be collected at the center of the wind collector base 1, and the collected wind is transferred to the lower wind body member 5.
  • the air is supplied to the air inlet 8 of the air.
  • FIG. 6 is a plan view showing a rotating body 16 provided on the outer periphery of the wind collector base 1 to cover approximately half of the collector base 1, and a weather vane 17 provided approximately at the center of the rotating body 16, and FIG. FIG. 7 is a sectional view taken along line AA in FIG. 6; According to this configuration, the weather vane 17 having a yaw function is moved to the leeward according to the wind direction, and the opening portion of the rotating body 16 directly faces the wind direction, so that the opening portion can effectively collect the wind.
  • FIGS. 13 to 18 An example of a wind dispersion section is shown in FIGS. 13 to 18.
  • dispersion section examples include a star-shaped dispersion section shown in FIGS. 13(a), (b), and (c), a flange-like dispersion section shown in FIG. 14, a notch-like dispersion section shown in FIG. 15, and a gear-shaped dispersion section shown in FIG. 16.
  • a rectangular dispersion section shown in FIG. 18 may be considered, but other shapes may be used, and the present invention is not limited thereto.
  • the area of the circle drawn by the outer circumferential circle D connecting the outermost parts of the star-shaped dispersion part is at least twice the area of the circle drawn by the outer diameter d of the wind outlet 22b of the wind body 22. .
  • the circle drawn by the outer dotted line is the diameter of a virtual circle connecting the vertices of the star-shaped dispersion part
  • the circle drawn by the inner solid line is the outer diameter of the wind outlet 9 of the wind body 2. It is preferable that the area of the star-shaped dispersion portion in the circular band-shaped space sandwiched between the virtual circle diameter D and the air outlet outer diameter d is about less than half of the area of the other portions.
  • the height of the flange is half the difference between the outer diameter D of the flange and the inner diameter d of the air outlet 22b, which is 1/10 to 1/5 of the inner diameter d. It is preferable that there be.
  • the notches are not limited to being continuous and may be spaced apart, but from the viewpoint of pressure loss at the notch, the total area of the notch is smaller than the surrounding area of the notch. It is preferable that the area exceeds half of the area.
  • the wind from all directions collected by the wind collector base 1 reaches the wind inlet 8 of the lower wind body member 5, and further passes through the lower wind body member 5 to the wind body 2.
  • the windmill 3 installed in the reduction section 7 is rotated (arrow 12).
  • high-speed airflow blows through gaps S formed on both sides of the windmill 3.
  • the high-speed airflow blowing through the gap S on both sides of the windmill 3 knocks out the reduced speed airflow on the backside of the windmill 3, which has been deprived of energy by the windmill 3, and restores the velocity energy of the airflow on the backside of the windmill 3 (arrow 13 ).
  • the wind from the lower wind body member 5 whose cross-sectional area is formed to decrease linearly or curvedly from the wind inlet 8 to the position where the wind turbine 3 is installed increases its speed and is guided to the wind turbine 3.
  • the wind passing through the wind turbine 3 is supplied to the upper wind barrel member 6.
  • the upper wind barrel member 6 is formed so that the reduced cross-sectional area expands linearly or curved from the position where the wind turbine 3 is installed to the wind outlet 9.
  • the wind that has passed through the wind turbine 3 and is supplied to the upper wind barrel member 6 is brought into contact with a faster, lower pressure airflow that blows through the outside of the upper wind barrel member 6, and is supplied by mixing, friction, and absorption.
  • the lower speed, higher pressure wind from the upper wind barrel member 6 is dragged out from the wind outlet 9, and the amount and speed of the wind passing through the wind turbine 3 are increased again (arrow 14).
  • This effect is further promoted by forming a wind dispersion section at the edge of the wind outlet 9 at the upper end of the upper wind body member 6.
  • the present invention uses the two-stage wind speed acceleration to increase the wind speed on the back side of the wind turbine 3, thereby improving the rotational efficiency of the wind turbine 3 and increasing the power generation efficiency.
  • FIG. 8 is a front sectional view of another embodiment of a vertical wind speed acceleration type wind turbine in which the wind collector base 1 is configured in multiple stages (two stages) and each stage has a raised central portion.
  • the same parts as in the above invention are given the same reference numerals. According to this embodiment, the wind collection function of the wind collector base 1 can be further improved.
  • FIG. 9 and 10 further show another embodiment, in which the wind fuselage 2 is formed into a cylindrical shape.
  • FIG. 9 is a schematic plan view of a vertical wind speed acceleration type wind turbine
  • FIG. 10 is a front sectional view thereof. Note that in this embodiment, the side sectional view is the same as the front sectional view.
  • the same parts as in the above invention are given the same reference numerals.
  • the gap S is not formed.
  • FIGS. 11 and 12 further show another embodiment, in which the wind fuselage structure described above is arranged in two stages.
  • FIG. 11 is a front sectional view of the vertical wind speed acceleration type wind turbine
  • FIG. 12 is a plan view of the guide.
  • FIGS. 11 and 12 20 is a guide
  • FIG. 12 is a plan view thereof
  • a vane 21 is formed on the upper surface.
  • the wind inlet is configured in two stages, with the lower wind inlet 22 serving as an intake for wind for rotating the windmill, and the upper wind inlet 23 being guided above the windmill 3 and serving as an intake for wind for stagnation and sweeping.
  • 24 is a support bar for the wind turbine 3 and the generator H
  • 25 is a bearing.
  • the wind turbine 3 is installed in the reduced part 7 of the wind body 2.
  • lower speed, higher pressure wind that has passed through the wind turbine 3 is supplied from the stagnation sweep wind intake 23, which is faster and higher pressure. It is possible to increase the amount and speed of the wind passing through the wind turbine 3 by being brought into contact with the low pressure airflow and being dragged out.
  • the present invention consists of a wind collector base, a wind body, and a wind turbine, and collects wind from all directions to increase the wind speed at the back of the wind turbine and at the outlet of the wind body.
  • This provides a vertical wind speed acceleration type wind turbine that improves the rotational efficiency of the wind turbine blades and increases the generated power, and has great potential for use in the field of wind power generation.
  • Wind collector base Wind body 3 Wind turbine 4 Wind inflow part 5 Lower wind body member 6 Upper wind body member 7 Reduction part 8 Wind inflow part 9 Wind outflow part 10 Long side part 11 Short side part 15 Vane 16 Rotating body 17 Weather vane

Abstract

【課題】　全方位からの風を収集して風車背面の風速を上げると共に風胴体の出口部分の風速を上げる、その結果、風車の羽根の回転効率を向上せしめて、発電電力を高めた縦型風速加速型風車を提供する。 【解決手段】　風コレクター基台と風胴体と風車と、からなり、風コレクター基台は全周に風流入部がけいせいされ、風胴体は風コレクター基台上に起立設置されて断面略長方形状でその断面積が前記風コレクター基台側に形成された風流入口から直線的又は曲線的に縮小するように形成されている下部前方風胴部材と、その縮小した断面積の位置から上端の風流出口までの間で直線的若しくは曲線的に拡大するように形成された上部風胴部材と、からなり、前記風車２１は風胴体の縮小部に風胴体の長辺部との間隔を最小とし、風胴体の短辺部と長辺部の比を１～１０倍として設置されている縦型風速加速型風車。

Description

縦型風速加速型風車
　本発明は縦型風速加速型風車に関し、全方位から風を収集し、風車背面の風速を上げると共に風胴体の出口部分の風速を上げる、その結果、風車の羽根の回転効率を向上せしめて、発電電力を高めた縦型風速加速型風車に関する。
　近年、地球温暖化防止が叫ばれて、新しいクリーンエネルギーの開発が急務となっている。該クリーンエネルギーの一つとして注目されているのがＣＯ２を排出しない風力発電システムである。しかしながら、風力発電は、現在開発中であるが、現状では石油代替えエネルギーとしての位置は低い。風力エネルギーを有効に捕捉する手段を開発していかなければならない。
　従来、風力エネルギーの補足手段は揚力型プロペラ式風車による風力発電が主流となっている。該揚力型プロペラ式風車の場合は長大なブレード（プロペラ翼）を必要とするため、風車自体が大型化するという問題がある。また、そのエネルギー効率は４０％前後、すなわち、風力エネルギーの４０％前後を捕捉しているのが現状である。ちなみに理論的最高効率は５９．３％（ベッツの法則）である。
　前記の風力発電用風車は、（１）できるだけ回転直径の大きな羽根を備え、（２）できるだけ背の高い風車を、（３）できるだけ風が吹く場所に設置する、という方向で発展してきた。
　しかし、できるだけ多くの風を捕捉するために回転羽根の直径を大きくすると支柱を高くしなければならず、強風に対しては不安定になり、風が強すぎると破損を恐れて運転を停止しなければならない、という問題があり、建設費にしても数億円と莫大である。
　時に、人がビルの谷間やアーケード街を通過する時、思いもよらぬ強風に出会うことがある。これは、ビルの壁などに堰き止められた風が空隙を求めて谷間やアーケード街の通過可能地点に集中するためである。これは一種のラバール管効果と考えられる。したがって、ラッパ管を前後に繋ぎ合わせた形のラバール管の中央部、すなわち、最小断面積の近傍に風車を置く風力発電装置が提案されている（特許文献１）。
　本発明者は、扇風機と風車との間に隔壁を設け、その壁面に穴をあけ、その穴を通して扇風機で風を送り、その穴の直後に風車を置き、風車の回転数を検討した。その結果、驚いたことに、隔壁を設けずに扇風機から直接風車に風を送った場合に比べてはるかに風車の回転数が落ちることが判明した。すなわち、風車の回転には、風車に当たる前面の風だけではなく、風車の周辺から背面へと通過する風の量も重要であることが判明し、二重構造風胴体の外側の風胴体により収束した大量の風力を風車背面へと送ることにより風車の発電効率を高める集風型風車が提案されている（特許文献２）。
　前記した集風型風車は以下に述べる原理で機能する。風車を通過する空気の速度をＶ、密度をρ、圧力をＰとすれば、単位体積当たりの風の全エネルギーは（１／２）ρＶ２＋Ｐ＝一定であるから、集風は圧力エネルギーが減り、運動エネルギーを増やす。これは、Ｖ、Ｐの整流化（ランダム化の反対）だからエントロピー（Ｓ）の減少である。従って、―ＴΔＳ（Ｔ：温度）だけ自由エネルギーが増大する。従って、集風型の方がエネルギー効率が高い。しかし、これは、ベルヌーイ流管の定常流を想定した場合である。これに風車を置き、エネルギーを取り出せば、風車の背後のＶは減少し、Ｐは増大する。従って、これを定常流に近づけるためには流管外測の高速流の摩擦によって低速流を高速化する必要がある。換言すれば、高速空気分子によって低速化した風車背後の空気分子を後方へ叩き出すのである（特許文献３）。
　さらに、風車背後の空気分子を叩き出すには中間風胴体の内部に設置されている風車の側面の両側と上下面側との両方に風が吹き抜ける隙間を設け高い風速を持った風を流すことが有効である（特許文献４）。
特開２００８－５２０９００号公報 特開２０１１－１４０８８７号公報 特許第６０３３８７０号公報 特許第６１１０４５５号公報
　本発明は前記特許文献３、特許文献４が基本的な考えである。その詳細を以下に説明する。
　人がビルの谷間やアーケード街を通過する時、しばしば思いもよらぬ強風に出会うことがある。これは、ビルの壁等に堰き止められた風が空隙を求めて谷間やアーケード街の通過可能地点に集中するためである。通過空気の密度をρ、風速をＶとすれば、単位体積当たりの風のエネルギーは、（１／２）ρＶ２＋Ｐ＝一定であるから、壁で堰き止められて速度が０になればエネルギーは圧力だけとなり、谷間等の入り口の両側の壁に圧力の高い空気の壁が生じる。これが風胴ダクトとなり、風速が上がるものと考えられる。
　そこで、図１９（ａ）及び（ｂ）に示すように、扇風機１１（φ＝２４０ｍｍ）と風車１２（φ１５０ｍｍ）とを約７５０ｍｍの間隔で配置し、風車１２の風の流入口の口縁の外側には、それぞれ鍔状の壁部材１３ a及び１３ｂを設け、扇風機１１から送風した場合の風車１２の回転数を観測した。この壁部材１３ａの外径は扇風機１１の風束よりも大きく、また、壁部材１３ｂの外径は扇風機１１の風束以下になるように構成した。また、図示していないが、壁部材を設けない場合についても同様にして回転数を観測した。
　その結果、壁部材１３ａを設けた場合（図１９（ａ））は、壁部材を設けなかった場合よりも風車１２の回転数が大幅に落ちた。これは風源が扇風機であるために、基本的には扇風機１１の羽根の直径に相当する風束しか得られないので、壁部材の外径を扇風機１１の風速より大きくすると、風車１２の背面への風流が完全に遮断されるためである。また、壁部材１３ｂを設けた場合（図１９（ｂ））は、壁部材１３ａを設けた場合よりも風車の回転数が増大した。これは扇風機１１の風束以下の外径を有する壁部材１３ｂを設けた場合、風量の一部が風車の背面に流れるため、風車１２を通過する風が引っ張られて速度が上がるためであると考えられる。
　風が風車を通過すると、エネルギーが奪われて風速が下がる。このことは、分子運動論的には温度が下がることである。上記の実験は風車の背面風流の低下エネルギーを外側の風速の大きい、すなわち、動圧・運動エネルギーの大きい空気流との混合・摩擦により補い、風車背面の風流の速度が上がることを示している。その結果、風車の回転数を上げるためには風車を通過する風を風車後方へ強制的3に追い出すことが重要であることが分かる。
　本発明は、前記事情を踏まえて、従来技術の問題点を解決することにあり、全方位から風を収集して風車背面の風速を上げると共に風胴体の出口部分で風速を上げる、その結果、風車の回転効率を向上せしめて、発電電力を高めた縦型風速加速型風車を提供することを目的とする。
本発明の縦型風速加速型風車は、風コレクター基台と風胴体と風車と、からなり、風コレクター基台は全周に風流入部が形成され、風胴体は風コレクター基台上に起立設置されて断面略長方形状でその断面積が前記風コレクター基台側に形成された風流入口から直線的又は曲線的に縮小した断面積に形成されている下部風胴部材と、その縮小した断面積の位置から上端の風流出口までの間で直線的若しくは曲線的に拡大するように形成された上部風胴部材と、からなり、前記風車は風胴体の縮小部に風胴体の長辺部との間隔を最小とし、風胴体の短辺部と長辺部の比を１～１０倍として設置されてなることを特徴とする（請求項１）。
　本発明によれば、風コレクター基台を設けたことによって全方位からの風が収集され、収集された風を断面略長方形状でその断面積が風コレクター基台側に形成された風流入口から直線的又は曲線的に縮小した断面積に形成されている下部風胴部材とその縮小した断面積の位置から上端の風流出口までの間で直線的若しくは曲線的に拡大するように形成された上部風胴部材に供給して風車背面の風速を上げると共に風胴体の出口部分で風速を上げる、その結果、風車の回転効率を向上せしめて、発電電力を高めた縦型風速加速型風車を提供することができる。
　なお、前記風胴体の断面略長方形状には長辺部及び短辺部を有する楕円形状、その他の多角形状なども含む。本発明は風胴体を断面略長方形状にすることにより、風胴体を円形状や正方形状とした場合と比べて風車の脇を流れる風速を風車の左右に逃がすことなく風車の背面の速度が低下した気流を効果的に叩き出して風車背面の気流の速度エネルギーを回復させることができる。
　具体的には、風車は風胴体の縮小部に風胴体の長辺部間との間隔を最小とし、風胴体の短辺部と長辺部の比を１～１０倍として設置される。したがって風車の両側に隙間が形成され、該隙間を吹き抜ける高速気流によって風車によってエネルギーが奪われた風車背面の速度の低下した気流を叩き出して風車背面の気流の速度エネルギーを効果的に回復させることができる。
　本発明の実施の一形態は、前記風コレクター基台の上面の周縁部に集風を風コレクター基台の中央部に案内するベーンを設けたことを特徴とする（請求項２）。
　この実施の一形態によれば、風流入部からの全方位の風が風コレクター基台の中央部に効率的に集められて風胴体の下部風胴部材に形成された風流入口に無駄なく供給される。
　本発明の実施の一形態は、前記風コレクター基台の外周に該風コレクター基台の風流入部の略半分を覆う回転体を設け、該回転体の略中央部にヨー機能を有する風見羽根を設けたことを特徴とする（請求項３）。この実施の一形態によれば、風向きが変わった場合いにも風見羽根がヨー機能を発揮して回転体が回転させられて該回転体の開放部分が自動的に風向きに正対して有効に風を収集することができる。
　本発明の実施の一形態は、上部風胴部材上端の風流出口の口縁に風分散部を形成したことを特徴とする（請求項４）。この実施の一形態によれば、風胴体の外側の風が分散され、該風胴体の外側の風と風胴体内からの風との接触面積が増やされ風胴体内の風が上部風胴部材の風流出口から強制的に追い出されて風車を通過する風の量及び速度を向上させることができる。
　なお、風分散部の形状は限定されない、風分散部により風胴体の外側を流れる風が分散され、該分散された風と上部風胴部材の風流出口から流れ出す風との接触面積を増やすことができ、風の混合を促進して、ひいては流出風の速度を上昇させることができる形状であればその形状は限定されない。
　前記構成の本発明は、風コレクター基台で収集された全方位の風が下部風胴部材の風流入口によって収集され、該収集された風が下部風胴部材を通って断面略長方形状の縮小部に設置された風車に至り該風車を回転させる。同時に、風車の両側に形成された隙間から高速気流が吹き抜ける。そして、風車によってエネルギーが奪われた風車背面の速度の低下した気流を、風車の両側の隙間を吹き抜ける高速気流が叩き出して風車背面の気流の速度エネルギーを回復させる。
　同時に、断面積が風流入口から風車の設置された位置までの間で直線的又は曲線的に縮小するように形成された下部風胴部材により風が速度を上げて風車に導かれて風車を通過する風の量及び速度が上昇させられて上部風胴部材に供給される。
　上部風胴部材は縮小した断面積が風車の設置された位置から風流出口までの間で直線的若しくは曲線的に拡大するように形成されている。該上部風胴部材に供給された前記風車を通過した風に対し、上部風胴部材の外側を吹き抜ける、より速い、より低圧の気流と接触させて混合・摩擦、吸収により供給された、より低速、より高圧の上部風胴部材内の風を風流出口から引きずり出し、再度、風車を通過する風の量及び速度を上昇させる。この作用は、上部風胴部材上端の風流出口の口縁に風の分散部を形成することによりさらに助長される。本発明は前記二段構えの風速加速により風車背面の風速を上げ、風車の回転効率を向上せしめて、発電効率を高めるものである。
　本発明によれば、全方位から風を収集して風車背面の風速を上げると共に風胴体の出口部分の風速を上げる、その結果、風車の羽根の回転効率を向上せしめて、発電電力を高めた縦型風速加速型風車を提供することができる。
　さらに、集風型風車を縦型にすることにより集風装置の内部を流れる風流と、その外側を流れる風流は集風装置の出口部分でほぼ直交することにより、より叩き出しが増す。これは横型に対して内部及び外部の風流の接触部分が大きくなるためである。
本発明の縦型風速加速型風車の概略平面図である。 図１の縦型風速加速型風車の正面断面図である。 図１の縦型風速加速型風車の側面断面図である。 図３の異なる側面断面図である。 上面にベーンを設けた風コレクター基台の平面図である。 外周に回転体及び風見羽根を設けた風コレクター基台の平面図である。 図６のＡ―Ａ線断面図である。 他の実施例を示す縦型風速加速型風車の正面断面図である。 他の実施例を示す縦型風速加速型風車の平面図である。 図９の縦型風速加速型風車の正面断面図である。 他の実施例を示す縦型風速加速型風車の正面断面図である。 図１１のガイドの平面図である。 星形分散部（ａ）（ｂ）（ｃ）の例を示す正面図である。 鍔状分散部の正面図である。 切欠き突起分散部の側面図及び正面図である。 歯車形分散部の正面図である。 星形分散部の大きさを説明する正面図である。 矩形の分散部の正面図及び側面図である。 風車効率の実験図である。
　以下に図面に基づいて本発明の実施の一形態を説明する。
　図１は本発明の縦型風速加速型風車の概略平面図、図２は図１の正面断面図、図３は図１の側面断面図である。
　図中、１は風コレクター基台、２は風胴体、３は風車、４は風コレクター基台１の全周に形成された風流入部、５は風胴体２の下部風胴部材、６は風胴体２の上部風胴部材、７は風胴体２の縮小部、８は風胴体２の風流入口、９は風胴体２の風流出口である。また、Ｈは発電機、Sは隙間である。
　前記風コレクター基台１は、中空円盤状に形成され、さらに全周に風流入部４が形成される。風胴体２は前記風コレクター基台１上に起立設置されて断面略長方形状でその断面積が前記コレクター基台１側に形成された風流入口８から直線的又は曲線的に縮小した断面積に形成されている下部風胴部材５と、その縮小した断面積の位置から上端の風流出口９までの間で直線的若しくは曲線的に拡大する上部風胴部材６と、からなり、それぞれ長辺部１０及び短辺部１１を有する。
　前記風車３は風胴体２の縮小部７に風胴体２の長辺部１０間との間隔を最小とし、風胴体２の短辺部１１と長辺部１０との比を１～１０倍として設置される。その結果、風車３の両側には隙間Sが形成される。
　なお、１２は風コレクター基台１から下部風胴部材５への風の流れを示す矢印、１３は風胴体２の内部の風の流れを示す矢印、１４は風胴体２の外部及び上部の風の流れを示す矢印である。
　図４は、図３の異なる側面断面図であり、風胴体２をストレートタイプに構成した例である。なお、この構成にあっても図示しない正面断面図は図１と同様に構成されて縮小部が構成される。
　図５は、風コレクター基台１の上面の周縁部に集風を風コレクター基台１の中央部に案内するベーン１５を設けた平面図である。該ベーン１５は風コレクター基台１の中央部に向けて湾曲させられて全方位の風を風コレクター基台１の中央部に収集することができ、該収集された風は下部風胴部材５の風流入口８に供給される。
　図６は、風コレクター基台１の外周に該コレクター基台１の略半分を覆う回転体１６を設け、該回転体１６の略中央部に風見羽根１７を設けた平面図、図７は、図６のＡ―Ａ線断面図である。この構成によれば、風向きに応じてヨー機能を有する風見羽根１７が風下に移動されるとともに回転体１６の開口部分が風向きに正対して該開口部が有効に風を収集することができる。
　さらに、上部風胴部材６の風流出口９の口縁に風分散部を形成することが好ましい。図１３～図１８に風分散部の一例を示す。
　分散部の例として、図１３(ａ）（ｂ）（ｃ）に示す星形分散部、図１４に示す鍔状分散部、図１５に示す切欠き状分散部、図１６に示す歯車形分散部、図１８に示す矩形の分散部などが考えられるがその他の形状であってもよく、それらに限定されない。
　なお、図１７示すように星形分散部の最外部を結ぶ外周円Ｄが描く円の面積が風胴体２２の風流出口２２ｂの外径ｄが描く円の面積の２倍以上であることが好ましい。
　図１７において、外側の点線で描かれる円は星形分散部の頂点を繋ぐ仮想円径であり、内側の実線で示された円は風胴体２の風流出口９の外径である。仮想円径Ｄ及び風流出口外径ｄで挟まれた円径帯状空間において星形分散部の面積はそれ以外の部分の面積の半分未満程度であることが好ましい。
　図１４の鍔状分散部の場合は、同図に示すように、鍔の高さは鍔の外径Ｄと風流出口２２ｂの内径ｄ差の半分は内径ｄの１／１０～1／５であることが好ましい。
　図１５の切欠き分散部の場合は、切り欠きは連続に限らず、間隔を開いてもよいが切り欠き部での圧力損失の観点から切り欠き部の総面積が切り欠きのある周囲部の面積の半分を超える程度が好ましい。
　前記の構成の縦型風速加速型風車は、風コレクター基台１によって収集された全方位の風は下部風胴部材５の風流入口８に至り、さらに下部風胴部材５を通って風胴体２の縮小部７に設置された風車３を回転させる（矢印１２）。同時に、風車３の両側に形成された隙間Sから高速気流が吹き抜ける。そして、風車３によってエネルギーを奪われた風車背面の速度の低下した気流を、風車３の両側の隙間Sを吹き抜ける高速気流が叩き出して風車３の背面の気流の速度エネルギーを回復させる（矢印１３）。
　同時に、断面積が風流入口８から風車３の設置された位置までの間で直線的又は曲線的に縮小するように形成された下部風胴部材５による風が速度を上げて風車３に導かれて風車３を通過する風が上部風胴部材６に供給される。
　上部風胴部材６は縮小した断面積が風車３の設置された位置から風流出口９までの間で直線的若しくは曲線的に拡大するように形成されている。該上部風胴部材６に供給された前記風車３を通過した風に対し、上部風胴部材６の外側を吹き抜ける、より速い、より低圧の気流と接触させて混合、摩擦、吸収により供給された、より低速、より高圧の上部風胴部材６の風を風流出口９から引きずり出し、再度、風車３を通過する風の量及び速度を上昇させる（矢印１４）。この作用は、上部風胴部材６上端の風流出口９の口縁に風分散部を形成することによりさらに助長される。本発明は前記二段構えの風速加速により風車３の背面の風速を上げ、風車３の回転効率を向上せしめて、発電効率を高めるものである。
　図８は、他の実施例を示し、風コレクター基台１を多段（二段）且つそれぞれ中央部を隆起させて構成した縦型風速加速型風車の正面断面図である。前記発明と同一部分には同一符号付している。この実施例によれば、風コレクター基台１の集風機能をさらに向上させることができる。
　図９及び図１０は、さらに、他の実施例を示し、風胴体２を円筒状に形成した例である。図９は縦型風速加速型風車の概略平面図、図１０は同正面断面図である。なお、この実施例では側面断面図は正面断面図と同一である。前記発明と同一部分には同一符号を付している。この実施例では前記本発明と異なり隙間Sが構成されていない。
　図１１及び図１２は、さらに、他の実施例を示し、前記の風胴体構造を二段に配置した構造である。図１１は縦型風速加速型風車の正面断面図、図１２はガイドの平面図である。
　図１１及び図１２において、２０はガイド、図１２はその平面図であり上面にベーン２１が形成される。さらに、風流入口が二段に構成されて下部風流入口２２は風車回転用風の取入れ口とされ、上部風流入口２３は風車３の上方に導かれて淀み掃流用の風の取入れ口とされている。図中、２４は風車３及び発電機Ｈのサポートバー、２５はベアリングである。
　この実施例においても風車３は風胴体２の縮小部７に設置される。そして、風車回転用の風の取入れ口２２からの風に加えて、風車３を通過したより低速、より高圧の風が、淀み掃流用の風の取入れ口２３から供給される、より速い、より低圧の気流と接触させられて引きずり出されて風車３を通過する風の量及び速度を上昇させることができる。
産業上の利用分野
　本発明は、風コレクター基台と風胴体と風車と、からなり、全方位からの風を収集して風車背面の風速を上げると共に風胴体の出口部分の出口部分で風速を上げる、その結果、風車の羽根の回転効率を向上せしめて、発電電力を高めた縦型風速加速型風車を提供するもので風力発電分野での利用可能性が大である。
１　　風コレクター基台
２　　風胴体
３　　風車
４　　風流入部
５　　下部風胴部材
６　　上部風胴部材
７　　縮小部
８　　風流入部
９　　風流出部
１０　長辺部
１１　短辺部
１５　ベーン
１６　回転体
１７　風見羽根

Claims (4)

  1. 　風コレクター基台と風胴体と風車と、からなり、風コレクター基台は全周に風流入部が形成され、風胴体は風コレクター基台上に起立設置されて断面略長方形状でその断面積が前記風コレクター基台側に形成された風流入口から直線的又は曲線的に縮小した断面積に形成されている下部風胴部材と、その縮小した断面積の位置から上端の風流出口までの間で直線的若しくは曲線的に拡大するように形成された上部風胴部材と、からなり、前記風車は風胴体の縮小部に風胴体の長辺部間との間隔を最小とし、風胴体の短辺部と長辺部の比を１～１０倍として設置されてなることを特徴とする縦型風速加速型風車。
  2. 　風コレクター基台上面の周縁部に集風を風コレクター基台の中央部に案内するベーンを設けたことを特徴とする請求項１に記載の縦型風速加速型風車。
  3. 　風コレクター基台の外周に該風コレクター基台の風流入部の略半分を覆う回転体を設け、該回転体の略中央部にヨー機能を有する風見羽根を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の縦型風速加速型風車。
  4. 　上部風胴部材の風流出口の口縁に風の分散部を形成したことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の縦型風速加速型風車。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS562477A (en) * 1979-06-20 1981-01-12 Meidensha Electric Mfg Co Ltd Spiral power generating device
JPS5765882A (en) * 1980-10-09 1982-04-21 Shimizu Constr Co Ltd Wind-power generation and apparatus thereof
JPS57148077A (en) * 1981-03-11 1982-09-13 Hitachi Ltd Wind collection type wind wheel
JP2003049760A (ja) * 2001-08-08 2003-02-21 Noriyasu Matsumoto 風力発電装置
JP2003278635A (ja) * 2002-03-22 2003-10-02 Sangaku Renkei Kiko Kyushu:Kk 風力発電装置
JP2005054642A (ja) * 2003-08-01 2005-03-03 Ohbayashi Corp 風力発電設備
WO2009063599A1 (ja) * 2007-11-15 2009-05-22 Kyushu University, National University Corporation 非定常流れを利用した流体機械、風車、及び流体機械の内部流れ増速方法
WO2014038661A1 (ja) * 2012-09-06 2014-03-13 特定非営利活動法人国際資源活用協会 集風型風車

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IL165233A (en) 2004-11-16 2013-06-27 Israel Hirshberg Energy conversion facility
JP2011140887A (ja) 2010-01-05 2011-07-21 Kokusai Shigen Katsuyo Kyokai 集風型風車

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS562477A (en) * 1979-06-20 1981-01-12 Meidensha Electric Mfg Co Ltd Spiral power generating device
JPS5765882A (en) * 1980-10-09 1982-04-21 Shimizu Constr Co Ltd Wind-power generation and apparatus thereof
JPS57148077A (en) * 1981-03-11 1982-09-13 Hitachi Ltd Wind collection type wind wheel
JP2003049760A (ja) * 2001-08-08 2003-02-21 Noriyasu Matsumoto 風力発電装置
JP2003278635A (ja) * 2002-03-22 2003-10-02 Sangaku Renkei Kiko Kyushu:Kk 風力発電装置
JP2005054642A (ja) * 2003-08-01 2005-03-03 Ohbayashi Corp 風力発電設備
WO2009063599A1 (ja) * 2007-11-15 2009-05-22 Kyushu University, National University Corporation 非定常流れを利用した流体機械、風車、及び流体機械の内部流れ増速方法
WO2014038661A1 (ja) * 2012-09-06 2014-03-13 特定非営利活動法人国際資源活用協会 集風型風車

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