特開 2025-27702 集風型風車

(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】P2025027702

(43)【公開日】2025-02-28

(54)【発明の名称】集風型風車

(51)【国際特許分類】

   F03D 1/04 20060101AFI20250220BHJP

【ＦＩ】

F03D1/04 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023132756

(22)【出願日】2023-08-17

(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

(71)【出願人】

【識別番号】304021288

【氏名又は名称】国立大学法人長岡技術科学大学

(74)【代理人】

【識別番号】110003063

【氏名又は名称】弁理士法人牛木国際特許事務所

(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】尾崎 健一

(72)【発明者】

【氏名】高橋 勉

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 靖徳

(72)【発明者】

【氏名】仲田 翔太

(72)【発明者】

【氏名】笠置 諒一

【テーマコード（参考）】

3H178

【Ｆターム（参考）】

3H178AA03

3H178AA40

3H178AA43

3H178BB31

3H178BB90

3H178CC21

3H178DD26X

(57)【要約】

【課題】内部流速を大きくすることができる集風型風車を提供する。
【解決手段】集風型風車１が、前方風胴体３と、風車が内部の中心に設置されている中間風胴体４と、後方風胴体５とから構成された風車本体２を備え、風流入口６の前方左右に設けられた少なくとも１対の風案内羽８を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

前方風胴体と、風車が内部の中心に設置されている中間風胴体と、後方風胴体とから構成された風車本体を備える集風型風車であって、
風流入口の前方左右に設けられた少なくとも１対の風案内羽を備える、集風型風車。

【請求項2】

後方から前方に向かって縦列に設けられる少なくとも３対の前記風案内羽を備え、
前記風案内羽の少なくとも１対の後端が、前記前方風胴体の側方に位置する、請求項１に記載の集風型風車。

【請求項3】

風流出口の後方側面に、垂直に立設された１対の側板を備える、請求項１に記載の集風型風車。

【請求項4】

前記中間風胴体の上部に一側面で風を受ける三角柱形状の突起を備え、
前記後方風胴体の上部に長手方向に平行な長軸を有する通風孔を備える、請求項１に記載の集風型風車。

【請求項5】

風流出口の後方に、両側板および上下板を有する四角形の後流物体を備える、請求項１に記載の集風型風車。

【請求項6】

前記後流物体の前記上下板の側断面を中央が盛り上がった三角形状にした、請求項５に記載の集風型風車。

【請求項7】

前記後流物体の前記上下板の側断面を中央が盛り上がった曲線形状にした、請求項５に記載の集風型風車。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、風流入口の前方に風案内羽を備える集風型風車に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、前方風胴体と、プロペラ型風車が内部の中心に設置されている中間風胴体と、後方風胴体とから一体的に構成された集風型風車や風力発電機が提案されている（例えば、特許文献１、非特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６－１００１号公報

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】M. Rivarolo，A. Freda，A. Traverso，Test campaign and application of a small-scale ducted wind turbine with analysis of yaw angle influence，Applied Energy，279 (2020) 115850，University of Genoa，Italy．

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１、非特許文献１の集風型風車では、風の流入方法に課題があった。

【0006】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、内部流速を大きくすることができる集風型風車を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明はかかる課題を解決するため、前方風胴体と、風車が内部の中心に設置されている中間風胴体と、後方風胴体とから構成された風車本体を備える集風型風車であって、風流入口の前方左右に設けられた少なくとも１対の風案内羽を備える、集風型風車を提供する。

【0008】

前記集風型風車では、後方から前方に向かって縦列に設けられる少なくとも３対の前記風案内羽を備え、前記風案内羽の少なくとも１対の後端が、前記前方風胴体の側方に位置することができる。

【0009】

前記集風型風車では、風流出口の後方側面に、垂直に立設された１対の側板を備えることができる。

【0010】

前記集風型風車では、前記中間風胴体の上部に一側面で風を受ける三角柱形状の突起を備え、前記後方風胴体の上部に長手方向に平行な長軸を有する通風孔を備えることができる。

【0011】

前記集風型風車では、風流出口の後方に、両側板および上下板を有する四角形の後流物体を備えることができる。

【0012】

前記集風型風車では、前記後流物体の前記上下板の側断面を中央が盛り上がった三角形状にすることができる。

【0013】

前記集風型風車では、前記後流物体の前記上下板の側断面を中央が盛り上がった曲線形状にすることができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明の集風型風車によれば、風流入口の前方に風案内羽を設けることで、内部流速を大きくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】好適な実施形態の集風型風車の前方斜視図である。

【図2】好適な実施形態の集風型風車の上面図である。

【図3】好適な別の実施形態の集風型風車の前方斜視図である。

【図4】好適な別の実施形態の集風型風車の上面図である。

【図5】突起および通風孔を備える集風型風車の前方斜視図である。

【図6】後流物体を備える集風型風車の前方斜視図である。

【図7】後流物体の変形例を示す前方斜視図である。

【図8】側板を備える集風型風車のシミュレーション結果を示すベクトルコンタ図である。

【図9】側板を備える集風型風車のシミュレーション結果を示すベクトルコンタ図である。

【図10】側板を備える集風型風車のシミュレーション結果を示すベクトルコンタ図である。

【図11】突起および通風孔を備える集風型風車のシミュレーション結果を示すベクトルコンタ図である。

【図12】突起および通風孔を備える集風型風車のシミュレーション結果を示すベクトルコンタ図である。

【図13】突起および通風孔を備える集風型風車のシミュレーション結果を示すベクトルコンタ図である。

【図14】後流物体を備える集風型風車のシミュレーション結果を示すベクトルコンタ図である。

【図15】後流物体を備える集風型風車のシミュレーション結果を示すベクトルコンタ図である。

【図16】後流物体を備える集風型風車のシミュレーション結果を示すベクトルコンタ図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について説明する。

【0017】

図１～図６は、本発明の集風型風車１の好適な各実施形態を示す図である。本実施形態の集風型風車１は、風車本体２を備え、風車本体２は、前方風胴体３と、風車（図示せず）が内部の中心に設置されている中間風胴体４と、後方風胴体５とから構成されている。前方風胴体３、中間風胴体４および後方風胴体５は、一体的に構成されてもよい。

【0018】

前方風胴体３、中間風胴体４および後方風胴体５は、風が流入する面が、例えば四角形などの多角形、または、例えば楕円形などの円形である。前方風胴体３は、風流入口６から中間風胴体４に向かって、風が流入する面の断面積が次第に小さくなっている。後方風胴体５は、中間風胴体４から風流出口７に向かって、風が流入する面の断面積が次第に大きくなっている。

【0019】

風車本体２内に設けられる風車は、例えばプロペラ型風車とすることができるが、風を受けて回転する機能を有するものであれば、特に限定されない。風車の回転軸に取付けられた発電機などにより、風力を電力に変換する。風車は、中間風胴体４内近辺に設けられるのが好ましいが、風車本体２内であれば、任意の位置に設けてもよい。

【0020】

前方風胴体３、中間風胴体４および後方風胴体５は、任意の方法で一体成形することができ、または、別々に作製して互いに接合してもよい。前方風胴体３、中間風胴体４および後方風胴体５は、特に限定されないが、例えば、ステンレスや、鉄、アルミニウム、合成樹脂などで作製することができる。

【0021】

集風型風車１は、風流入口６の前方左右に少なくとも１対の風案内羽８を備える。風案内羽８は、前方から風流入口６に向かって横断面が流線形状に形成され、設置された状態で左右方向の外側から内側に向かって略中央部が凸状となるように湾曲している。対となる風案内羽８の間隔は、前方が幅広で、風流入口６に向かって幅狭となり、風案内羽８の配置の上面視は、前方を下、後方を上としたときに、カタカナのハの字状になる。風案内羽８の対の後端の間隔は、前方風胴体３の風流入口６の横幅と概ね一致させるとよい。

【0022】

風案内羽８が複数対設けられる場合、風案内羽８は、後方から前方に向かって縦列に設けられる。それぞれの風案内羽８は、隣り合う風案内羽８と側方から見て重なり合うようにして設けられるとよい。風流入口６に最も近い風案内羽８の後端は、前方風胴体３の側方に位置するように設けるとよい。図３および図４では、集風型風車１は、後方から前方に向かって縦列に設けられた３対の風案内羽８を備え、風流入口６に近い１対の風案内羽８の後端が、前方風胴体３の側方に位置する。風案内羽８の数は、特に限定されない。

【0023】

風は、風案内羽８を通して、風流入口６から風車本体２内部に流入して、風車を回転させる。風案内羽８を設けることで、風車本体２内部の流速を大きくできるとともに、９０°側方からの風も、風車本体２内部に流入させることができるようになる。

【0024】

集風型風車１は、風流出口７の後方側面に、垂直に立設された１対の側板９を備えてもよい。側板９も、風車本体２と同様の材料で作製することができる。側板９は、後方風胴体５の側面に若干被るように設けられてもよい。

【0025】

集風型風車１は、中間風胴体４の上部に三角柱形状の突起１０を備え、後方風胴体５の上部に長手方向に平行な長軸を有する通風孔１１を備えてもよい（図５）。突起１０も、風車本体２と同様の材料で作製することができる。突起１０は、長手方向が風向きに対して直角になるように配置され、その一側面が風を受ける。このような構成により、吸込みを発生させ、壁面の剥離を抑制し、風車本体２の内部の最大流速を大きくすることができる。突起１０は、風を受けることができるものであれば、三角柱以外の形状とすることもできる。突起１０の位置は、前方風胴体３または後方風胴体５の方に若干ずれて設けられてもよい。通風孔１１は、例えば長円形状であり、後方風胴体５の上部の中心付近に設けられるとよい。

【0026】

集風型風車１は、側板９の代わりに、風流出口７の後方に、両側板１２および上下板１３、１４を有する四角形の後流物体１５を備えてもよい（図６、図７（Ａ）～（Ｃ））。後流物体１５の開口部の面積は、風流出口７の断面積よりも若干大きくすることが好ましい。後流物体１５も、風車本体２と同様の材料で作製することができる。後流物体１５は、上下板１３、１４の側断面を中央が盛り上がった三角形状にしてもよい（図７（Ｂ））。後流物体１５は、上下板１３、１４の側断面を中央が盛り上がった曲線形状にしてもよい（図７（Ｃ））。

【0027】

本実施形態の集風型風車１のシミュレーション結果について説明する。

【0028】

図８～図１０は、風案内羽８および側板９を備えた集風型風車１のベクトルコンタ図である。図８は縦断面、図９は横断面、図１０は中間風胴体４の正面から見た図である。風を正面から流入させた場合、３０°の角度から流入させた場合、９０°の角度から流入させた場合を示す。最大流速は、正面流入の場合、８．６４ｍ／ｓ、３０°流入の場合、９．５６ｍ／ｓであった。平均流速は、正面流入の場合、７．６８ｍ／ｓ、３０°流入の場合、８．４８ｍ／ｓ、９０°流入の場合、３．２５ｍ／ｓであった。風流入口６が風向きに対して直角である場合にも、風車本体２内に風を流入させることができることが確認できた。これにより、風車本体２を風向きによって回転させなくても、風車を回すことができる。

【0029】

図１１～図１３は、突起１０および通風孔１１を備えた集風型風車１のベクトルコンタ図である。図１１は縦断面、図１２は横断面、図１３は中間風胴体４の正面から見た図である。最大流速は９．１７ｍ／ｓ、平均流速は８．２４ｍ／ｓであった。

【0030】

図１４～図１６は、図７（Ａ）～（Ｃ）の後流物体１５を備えた集風型風車１のベクトルコンタ図である。図１４は縦断面、図１５は横断面、図１６は中間風胴体４の正面から見た図である。（Ａ）の最大流速は８．７０ｍ／ｓ、（Ｂ）の最大流速は９．４２ｍ／ｓ、（Ｃ）の最大流速は８．９１ｍ／ｓ、（Ａ）の平均流速は７．７４ｍ／ｓ、（Ｂ）の平均流速は８．５７ｍ／ｓ、（Ｃ）の平均流速は７．９６ｍ／ｓであった。

【0031】

以上、本実施形態の集風型風車１によれば、風車本体２内部の流速を大きくできることが確認できた。

【0032】

本実施形態の集風型風車１は、種々の変形実施が可能である。例えば、風車本体２の形状は、集風型風車に適用可能なものであれば、特に限定されない。

【符号の説明】

【0033】

１ 集風型風車
２ 風車本体
３ 前方風胴体
４ 中間風胴体
５ 後方風胴体
６ 風流入口
７ 風流出口
８ 風案内羽
９ 側板
１０ 突起
１１ 通風孔
１２ 側板
１３ 上板
１４ 下板
１５ 後流物体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】