特開 2024-19772 集風型垂直軸風車

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024019772

(43)【公開日】2024-02-14

(54)【発明の名称】集風型垂直軸風車

(51)【国際特許分類】

   F03D 3/04 20060101AFI20240206BHJP

【ＦＩ】

F03D3/04 Z

【審査請求】有

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022122434

(22)【出願日】2022-08-01

(71)【出願人】

【識別番号】521518910

【氏名又は名称】合同会社加速流グリーンパワー研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100133411

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 龍郎

(74)【代理人】

【識別番号】100067677

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 彰司

(72)【発明者】

【氏名】浅井 壮一郎

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 邦光

(72)【発明者】

【氏名】清徳 則雄

(72)【発明者】

【氏名】吉場 康隆

(72)【発明者】

【氏名】山田 浩司

【テーマコード（参考）】

3H178

【Ｆターム（参考）】

3H178AA12

3H178AA40

3H178AA43

3H178BB31

3H178DD28X

(57)【要約】

【課題】
羽根の回転に有効な羽根車の面である羽根の受風面に風を効率よく誘導し、風力を効率よく利用し、羽根車の回転及び発電効率を高めた集風型垂直軸風車を提供する。
【解決手段】
垂直軸に適数の羽根が形成された羽根車と、該羽根車を覆い風流入口及び風流出口が形成されたケーシングと、からなり、前記風流入口は羽根車を形成する４分の１の羽根の受風面に向けて形成され、前記風流出口は前記回転軸と同方向に形成され、好ましくは、外側周囲に外側集風体を設けた集風型垂直軸風車。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

垂直軸に適数の羽根が形成された羽根車と、該羽根車を覆い風流入口及び風流出口が形成されたケーシングと、からなり、前記風流入口は前記羽根車を形成する４分の１の羽根の受風面に向けて形成され、前記風流出口は前記回転軸と同方向に向けて形成されたことを特徴とする集風型垂直軸風車。

【請求項2】

前記風流出口を前記風流入口と同じ方向に形成したことを特徴とする請求項１に記載の集風型垂直軸風車。

【請求項3】

垂直軸に適数の羽根が形成された羽根車と、該羽根車を覆い風流入口及び風流出口が形成されたラバール管形状のケーシングと、からなり、風向きに対して羽根が逆向きとなる羽根車の外周部のケーシングを円弧状に形成するとともに該円弧状部の外周に風分入路を形成し、該風分入流路を風向きに対して羽根が逆向きとなるケーシングの内部に延長して該延長部の端部に第２の風流出口を形成したことを特徴とする集風型垂直軸風車。

【請求項4】

前記第２の風流出口にラバール管を連結したことを特徴とする請求項３に記載の集風型垂直軸風車。

【請求項5】

前記集風型垂直軸風車の外側周囲に外側集風体を設けたことを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載の集風型垂直軸風車。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は羽根の回転に有効な羽根車の面である羽根の受風面に風を効率よく誘導し、風力を効率よく利用し、発電効率を高めた集風型垂直軸風車に関する。

【背景技術】

【0002】

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ＣＯ_２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の開発が望まれる。

【0003】

現状の風力発電システムは揚力型のプロペラ式風車（水平軸風車）が主流となっている。このプロペラ式風車の場合は長大なブレード（プロペラ翼）を必要とするとともに、そのエネルギー効率は４０％前後であり、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。

【0004】

従来、垂直軸風車では、効率が２０乃至４０％と低いことを改良する目的で、風向きに直角な軸の周囲にバケット型の羽根を任意数突設し、風向きに対してバケットが逆向きとなる羽根車の外周部を円弧状の遮蔽板で遮蔽すると共に分流路を設けて羽根の背面にも噴射加速するようにした風塔装置を塔形フレームに取り付け、風車装置に取り付けた垂直尾翼により風向きに風車装置を対向誘導して羽根車を高速回転させながら発電機を回転させて電力を得る風力発電装置が提案されている（特許文献１）。

【0005】

この提案は風の主流路の他に分流路を設けて二流路を合流させることにより風車の効率アップを目的としている。さらに風向きに風車装置を対向誘導するために垂直尾翼を構成している。

【0006】

他に、風向きに対向するように一点で支えたフレームに、２つの１対の縦型の風車をフードプレートとウエッジノーズとで風の増速流路を構成してセットし、両方の風車に出て来る出力を傘歯車によって１本の軸に合流して発電機を駆動させるツイン風車式発電装置が提案されている（特許文献２）。しかし、特許文献1や２に記載の提案では、羽根の回転に有効な受風面の効率を上げることが十分にできない、という問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開昭５２－１２５１号公報

【特許文献2】特開平９－２４２６５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明の課題は、上述の従来技術の問題点を解決することにあり、羽根の回転に有効な受風面の効率を上げた集風型垂直軸風車を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の集風型垂直軸風車は、垂直軸に適数の羽根が形成された羽根車と、該羽根車を覆い風流入口及び風流出口が形成されたケーシングと、からなり、前記風流入口は前記羽根車を形成する４分の１の羽根の受風面に向けて形成され、前記風流出口は前記回転軸と同方向に形成されてなることを特徴とする（請求項１）。

【0010】

前記の本発明の集風型垂直軸風車は、風流入口から供給された風が羽根車を形成する４分の１の羽根の受風面に効率よく誘導されるとともに風流がケーシングによって全部の羽根に当てられて羽根車を回転させて回転軸と同方向に形成された風流出口から排出される。

【0011】

すなわち、風流入口からケーシングに供給された風によって羽根車が回転させられて直角方向の風流出口から排出される。そして羽根車の回転に伴い回転軸に連係させられた発電機によって発電が行われる。

【0012】

本発明の実施の一形態は、前記風流出口を前記風流入口と同方向に形成したことを特徴とする（請求項２）。

【0013】

この実施の一形態によれば、風流入口に供給された風は羽根車を回転させた後、風の流入方向と同方向に形成された風流出口から排出される。すなわち、出口の風流と入口の風流及び集風が垂直軸風車の外側の風流を同方向とすることにより迅速に風流出口から排出させられる。そして、羽根車の回転に伴い回転軸に連係させられた発電機によって発電が行われる。

【0014】

本発明の集風型垂直軸風車の実施の一形態は、垂直軸に適数の羽根が形成された羽根車と、該羽根車を覆い風流入口及び風流出口が形成されたラバール管状のケーシングと、からなり、風向きに対して羽根が逆向きとなる羽根車の外周部のケーシングを円弧状に形成するとともに該円弧状部の外周に風流入路を形成し、該風流入路を風向きに対して羽根が逆向きとなるケーシングの内部に延長して該延長部の端部に第２の風流出口を形成したことを特徴とする（請求項３）。

【0015】

前記の実施の一形態によれば、ケーシングがラバール管状に形成されていることから風がケーシングの風流入口から羽根車の設置された位置までの間で直線的若しくは曲線的に縮小するように形成された風流入口とその縮小し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た風流出口に供給されてケーシングの風車に当たる部分の風速を上げて羽根車の回転効率を向上せしめて発電電力が高められる。

【0016】

同時に風分流路からの風が風向きに対して逆向きの羽根に供給されて羽根車の回転に寄与して第２の風流出口から排出される。すなわち、前記風流入路からの風は前記風流入口に供給される加速された風に合流させられることなく羽根車の回転に寄与した後に第２の風流出口から排出されて羽根車の回転効率を向上させる。この実施の一形態は、ラバール管状のケーシングによって加速された風に風分流路からの加速されていない風を合流させないことを特徴とする。

【0017】

本発明の実施の一形態は、前記第２の風流出口にラバール管を連結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、第２の風流出口に連結したラバール管の高められた風速の働きで該第２の風流出口からの風が吸引排出される。したがって、風向きに対して逆向きの羽根が加速されて羽根車の回転効率を向上させるものである。

【0018】

本発明の実施の一形態は、前記集風型垂直軸風車の外側周囲に外側集風体を設けたことを特徴とする（請求項５）。外側集風体を設けることにより、集風型垂直軸風車の集風及び排出効果が高められて羽根車の回転効率が向上させられる。

【0019】

なお、外側集風体は集風型垂直軸風車を覆う形状とされ、該形状としては途中の断面積を縮小したラバール管形状、途中の断面積を縮小しないストレート管形状、その他、集風型垂直軸風車の集風及び排出効果を高める形状とされる。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、回転に有効な羽根車の面である羽根の受風面に風を効率よく誘導し、風力を効率よく利用し、羽根車の回転及び発電効率を高めた集風型垂直軸風車を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の集風型垂直軸風車の正面断面図である。

【図2】図１の集風型垂直軸風車の側面断面図である。

【図3】図１の風流入口を拡大した状態を示す正面断面図である。

【図4】図２の風流出口の変形例を示す側面断面図である。

【図5】他の実施の一形態を示す集風型垂直軸風車の正面断面図である。

【図6】さらに他の実施の一形態を示す集風型垂直軸風車の正面断面図である。

【図7】図６の集風型垂直軸風車の側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

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。

【0023】

図１は本発明の集風型垂直軸風車の正面断面図、図２は同側面断面図である。

【0024】

図中、１は垂直軸２に適数の羽根３が形成された羽根車であり、図中、４は該羽根車１を覆うケーシングである。まず、該ケーシング４には前記羽根車１を形成する４分の１の羽根の受風面に向けて風流入口５が形成される。

【0025】

さらに、ケーシング４には風流出口６が前記回転軸２と同方向に向けて形成される。図面実施例では、風流出口６がケーシング４の内部に延長させられて延長部６ａが干渉しないように羽根３が削られて風の吹き抜けを防止している。

【0026】

図中、１３は前記集風型垂直軸風車の外側周囲に設けた外側集風体であり、図面実施例では途中の断面積を縮小したラバール管形状に形成している。なお、外側集風体は途中の断面積を縮小しないストレート管形状であってもよい。また、断面形状は矩形、円形あるいは楕円形、その他、集風型垂直軸風車の集風及び排出効果を高める形状とされる。

【0027】

図３は図１の風流入口５の入口を拡大した状態を示す正面断面図である。同図に示すように風流入口５の入口を拡大すると集風効果及び羽根車の回転効率を高めることができる。

【0028】

また、図４は、風流出口６の変形例を示す側面断面図である。同図では風流出口６の出口をラバール管形状に形成しており羽根車１の回転後の風の排出効果及び羽根車１の回転効率を高めることができる。

【0029】

前記集風型垂直軸風車は、好ましくは、使用時に公知の手段により風流入口
５が風向きに対向移動させられる。具体的には本体部を一本の支柱で回動自在に支持するとともに本体部の風流入口５と反対側に、例えば風見羽根などを延長して設けるなどの方法により行われる。

【0030】

前記構成の集風型垂直軸風車では、風流入口５に供給された風がケーシング４によって羽根車１を形成する４分の１の羽根３に受風面に効率よく誘導するだけでなく、ケーシング４によって風流が全部の羽根３に当てられて羽根車１を回転させて回転軸２と同方向に形成された風流出口６から排出される。そして、羽根車１の回転に伴い回転軸２に連係させられた発電機によって発電が行われる。

【0031】

図５は他の実施の一形態を示し、風流出口を風流入口と同方向に形成した正面断面図である。この実施の一形態は風流出口６に風流を変えるエルボウ管１２を連結してなる。

【0032】

したがって、風流入口５に供給された風はケーシング４によって風流が全部の羽根３に当てられて羽根車１を回転させた後、エルボウ管１２によって、風の流入方向と同方向に排出される。すなわち、出口の風流と入口の風流及び集風が垂直軸風車の外側の風流と同方向とすることにより迅速に風流出口６であるエルボウ管１２から排出させられる。そして、羽根車１の回転に伴い回転軸２に連係させられた発電機によって発電が行われる。

【0033】

なお、図中、１３は外側集風体であり、図面実施例では途中の断面積を縮小したラバール管形状に形成している。なお、外側集風体は途中の断面積を縮小しないストレート管形状であってもよい。また、断面形状は矩形、円形あるいは楕円形、その他、集風型垂直軸風車の集風及び排出効果を高める形状とされる。

【0034】

この実施の一形態においても、好ましくは、使用時に公知の手段により風流入口５が風向きに対向移動させられる。

【0035】

図６はさらに他の実施の一形態を示す正面断面図であり、図７は図６の集風型垂直軸風車の側面図である。

【0036】

なお、前記実施の一形態と同一部分には同一符号を付している。

【0037】

垂直軸２に適数の羽根３が形成された羽根車１と該羽根車１を覆い風流入口５及び風流出口６が形成されたラバール管状のケーシンク４からなる。すなわち、該ケーシング４を形成する風流入口５は該風流入口５から羽根車１の設置された位置までの間で直線的若しくは曲線的に縮小するように形成され、該縮小した位置から風流出口６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風速を向上させて羽根車１の回転効率を上げる構成になっている。

【0038】

さらに、風向きに対して羽根３が逆向きとなる羽根車１の外周部のケーシング４に円弧状部７を形成するとともに該円弧状部７の外周に風流入路８を形成し、該風流入路８を風向きに対して羽根３が逆向きとなるケーシング４の内部に延長して該延長部９の端部に第２の風流出口１０を形成した構成である。

【0039】

この構成にあっては、風流入路８からの風がその延長部９を通って風向きに対して逆向きの羽根３の背面に供給されて羽根車１の回転に寄与して第２の風流入口１０から排出される。すなわち、羽根車１の回転に寄与した風を風流入口５に供給される加速された風に合流させることなく第２の風流出口１０からは排出するものである。

【0040】

図中、１３は外側集風体であり、図面実施例では途中の断面積を縮小したラバール管形状に形成されている。なお、外側集風体は途中の断面積を縮小しないストレート管形状であってもよい。また、断面形状は矩形、円形あるいは楕円形、その他、集風型垂直軸風車の集風及び排出効果を高める形状とされる。

【0041】

この実施の一形態においても、好ましくは、使用時に公知の手段により風流入口５が風向きに対向移動させられる。

【0042】

図７は前記第２の風流出口１０にラバール管１１を連結した側面図である。この構成によれば、第２の風流出口１０に連結したラバール管１１によって高められた風速の働きで該第２の風流出口１０からの風が吸引排出される。したがって、風向きに対して逆向きの羽根３が加速されて羽根車１の回転効率が向上させられるものである。

【産業上の利用範囲】

【0043】

本発明は、回転に有効な羽根車の面である羽根の受風面に風を効率よく誘導し、風力を効率よく利用し、羽根車の回転及び発電効率を高めるもので風力発電分野での利用可能性は大である。

【符号の説明】

【0044】

１ 羽根車
２ 垂直軸
３ 羽根
４ ケーシング
５ 風流入口
６ 風流出口
８ 風流入路
１０ 第２の風流出口

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【手続補正書】

【提出日】2023-12-27

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

垂直軸に適数の羽根が形成された羽根車と、該羽根車を覆い風流入口及び風流出口が形成されたケーシングとからなり、前記風流入口は前記羽根車を形成する４分の１の羽根の受風面に向けて形成され、前記風流出口に設けたエルボウ管によって、前記風流出口を前記風流入口と同じ方向に形成し、前記集風型垂直軸風車の外側周囲に外側集風体を設けたことを特徴とする集風型垂直軸風車。