JPH0735765U - 風力を利用した回転装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本考案は発電機及び水揚げ装置に運用できる
回転エネルギーを風力を利用して発生させる装置として
も、全方位に送風できる扇風機としても使用することが
できる回転装置を提供することである。 【構成】 固定式外塔と外塔の内部に半浮状態で固定さ
れた回転可能の内塔によって構成され、その周辺に配置
された数枚の導流葉片が空気の導入及び導出を行う。内
塔は導入された気流を受けてファンリーフが回転駆動
し、支持軸を経て動力が出力され発電機を駆動する。又
モーターで内塔を駆動した場合には、内塔が主導的に回
転して発生した気流は外部に排出される。外塔の導流葉
片は角度の調節が可能で、且つ導流葉片及びファンリー
フの表面にＶ字型溝紋を刻み込んでおり、導向と増圧の
効果を実現させたものである。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は電力や機械的動力として利用できかつ単なる扇風機としても利用でき る回転エネルギーを風力を利用して発生させるための回転装置に関するものであ る。

【０００２】

【従来の技術】

風力の活用に言及するには先ずオランダの風車が想起される。事実、オランダ の風車は風力を活用して排水作用を実現させた好例ではあっても、この種の風車 は型式上横軸式となっているため、変化の甚だしい風向に敏速に対応して有効に 風力を捕捉導入することが難しい。そのため、風車本体に備わる受風部を効果的 に運用する機能に欠ける。又オランダ風車はその構造上ファンリーフの大小と回 転効率とが正比例する故、効率が低く従って応用領域も狭い。後に至って直立型 の風力回転塔の発展が実現し、多方向の風力を確実に受けることが可能となり効 率も一段と向上し、風力回転のトルクは発電機などに広く応用されるようになっ た。

【０００３】 一方、本考案の考案者は従来から風力の応用に関して興味があり、自らこの分 野の研究に投入して以来かつて「回転発電塔」の新しい発明を完成させ、幸いに 米国特許局より特許証書第４９３５６３９によって特許権の認可を獲得した実績 があり、その構造図を図１に示し、本考案に係る「風力を利用した回転装置」の 審査に於いて些かの参考にでもなれば幸いである。

【０００４】 前述の「回転発電塔」の設計が完成して以来、幾年にもわたってたゆまず実験 と改進を続けて来た結果新たに本創作に係る「風力を利用した回転装置」の考案 を完成するに至った。

【０００５】 茲にその機能と構造について以下分析を兼ねて説明をする。 1. 伝統の発電塔はその底部に加熱器（Ｈ）を配置すると共に太陽エネルギー（ Ｓ）を活用して補助動力とするため、受熱面は充分な面積を必要とし、熱源の吸 収功率を増加しなければならない。従ってこの種の装置は僅かに体積の大きい発 電にのみ使用され適用性が低い。 2. 伝統の発電塔にあっては内塔のファンリーフ（Ｆ）はその形状が甚だしく複 雑で、且つ気流の入口（Ｃ）と非常に接近しているため、理論上吸熱片（Ｔ）に よって導入された熱気流或いは風力は実際上有効的に内塔内部に進入し人工渦流 を発生させることが難しい。このことは即ち内塔が回転することによって外向き の遠心力が働き、導入された熱気流の進行方向と相反する矛盾が発生し、内塔を 回転させるための適切な空間がなく実際の効果が低い。 3. 伝統の発電塔の外塔吸熱片（Ｔ）は固定した傾角を持ち、風力の大小や風向 の変化に対して適宜に角度を調節することが出来ない。即ち、風力が非常に大の とき（例えば台風来襲時など）全体の構造或いは回転内塔のファンリーフを損傷 する可能性が大きい。 4. 伝統の発電塔の内塔ファンリーフ（Ｆ）はその数が多く、且つ形状が複雑で ありながら却って期待された回転効果が得られない。このため功率の割りにコス トが高く、重量も重い。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

本考案に係る「風力を利用した回転装置」は、その改良と発展の過程において 、当初は前述の風力発電塔をベースに風力を利用した発電の分野で改善を試みて 来た。しかし本考案に係る「風力を利用した回転装置」の設計が成熟した段階に おいて本考案者は逆方向運用の面に着目し、本考案の適用範囲を拡大するため動 力を使用して回転を促成し、風力を発生させる作用も可能であることを知るに至 った。

【０００７】 但し、本考案の主要目的はあくまで一種の「風力を利用した回転装置」を提供 するもので、即ち、風向の変化に伴って方向を変える導流葉片と、風力を受けて 回転するファンリーフはその断面形状が簡単で、流体力学原理に合致した設計と なっており、又、該導流葉片とファンリーフ本体に設けられたＶ字型溝は風向の 変化に伴う導向作用と増圧作用を具えるため、風力の利用のみで大幅に回転力を 向上させることが可能で更めて別個の補助動力源を必要としないことが前述の風 力発電機と異なる一つの特徴とする「風力を利用した回転装置」を提供すること にある。

【０００８】 本考案のもう一つの目的は補助動力を必要としない「風力を利用した回転装置 」を提供するもので、前述の如く、外塔周囲に設けられた導流葉片は角度の変化 を制御可能な設計となっており、風向計及び風速計と配合して風向及び風力の大 小に従って角度を調節出来る機能を具えるため、風向の変化による制限を受ける ことなく、常に最大の風力を導入して発生する動力を有効に活用出来ると共に全 体の構造も又損傷を受けることがない「風力を利用した回転装置」を提供するこ とである。

【０００９】 本考案のさらに別の目的は、その体積は何ら設置場所の制限を受けることなく 、自由に最小の面積範囲内で装設することが出来る「風力を利用した回転装置」 を提供することである。

【００１０】 特に、本考案は、動力を利用して内塔を回転させ、外部に無指向性の切線風力 を出力することが可能である「風力を利用した回転装置」を提供することである 。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

本考案による「風力を利用した回転装置」は、中空の外塔と回転自在で外塔内 に装着された内塔によって構成され、外塔の周囲に多くの導流葉片が設けられ、 風向の変化に従って風流を導入し内部に設けられた回転可能の内塔を駆動回転さ せ、その回転トルクを外部に出力させるものである。

【００１２】 この様な構成の中で、外塔の底部と回転式内塔下方が隣接する界面に両極が相 互反発する磁力装置を設け、これによって内塔は磁力作用で外塔内部に於いて浮 いた状態で存在し、回転抵抗を下げる。又回転内塔は支持軸と最小２枚以上のフ ァンリーフ（扇葉）が設けられてあり、このファンリーフの断面は受風平面と排 風曲面によって組み合わされた揚力型の葉片となっており、外塔から導入された 切線風流はその平面浸風部に当たって内塔が駆動されて回転する。又外塔の導流 葉片及び内塔のファンリーフの平面部に何れもＶ字形の溝が刻まれている。

【００１３】 本考案による「風力を利用した回転装置」は、導流葉片を各々チェーンスプロ ケット軸と連結し、且つスプロケットをチェーンによって連動し、導流葉片を自 由に角度が変化可能な方式としてもよく、また、主スプロケットをチェーンで各 導流葉片のスプロケットと連結して各導流葉片の角度を調節してもよく、更に、 外塔と内塔に隣接する個所に設けられた磁力装置をその磁力圏が相対した状態で 装着してもよい。

【００１４】 本考案による「風力を利用した回転装置」はまた、外塔、回転する内塔及び動 力系統によって構成され、外塔側面周囲に多くの導流葉片が分布して風の方向に 速やかに対応して気流を導入し、回転する内塔は自在活動が可能な状態で外塔内 に装着され、回転内塔は一本の支持軸及び少なくても２枚以上のファンリーフで 構成され、動力装置の駆動によって回転し切線気流を起こしてこれを排出し、以 上の組合せによって外塔の導流葉片は外塔の円周を一周する方式で配置され、且 つ風向の変化によって角度が調節可能であり、又内塔の回転によって発生する切 線気流は３６０度の全方位にわたって排出する機能を具えることも可能である。

【００１５】

【作用】

外塔の円周壁に沿って角度調節が可能な導流葉片が排列されて特定の大小の風 力を導入（出）し、内塔のファンリーフを推動して内塔を回転させる。この内塔 の回転によって発生した回転トルクが出力される。又、導流葉片とファンリーフ に設けられたＶ字型の溝の作用と磁浮原理に基づいて摩擦を減少させ、本回転装 置の回転効果が一層向上する。

【００１６】

【実施例】

先ず本考案の構想は風力発電を基礎として発展したものであることを前提に説 明をする。

【００１７】 図２に於いて示す如く、本考案の実施例による「風力を利用した回転装置」は 外塔１及び回転する内塔２から成り、外塔１はまたその周側に多数の導流葉片１ １をめぐらせてある。この導流葉片１１は上部塔板１２及び下部塔板１３の間に 配置され、その中の数本は固定されて上塔板１２の重量を支える役目をなし、そ の他の導流葉片１１は自在に活動が可能な状態で嵌められ風向の変化に伴って角 度を調節出来るようになっている。また各導流葉片１１は同時に角度を調節しな がら回転可能な状態が維持出来るよう軸方向に下に向けて下部塔板１３の外部に 凸出している。そして各軸凸出部には各々チェーンスプロケット１４が固定され てあり、これら各スプロケット１４はチェーン１５で連結されている。

【００１８】 以上の構成により、一つのメインスプロケット１６を設けてこれらのスプロケ ット群１４をチェーンで連結して動力を伝達する。従って各導流葉片１１は同期 して角度の変換が可能となる。メインスプロケット１６は当然ながら、各スプロ ケット群の角度調節のための基本となるものであるから、操作者は風信器又は風 向計３と風力計４或いは天気予報などの資料に基づいて風の方向を判断決定して その角度を調整しておく。

【００１９】 例えば、風力計４が測定した風力値が構造全体の安全負荷を越えた場合、又は 天気予報で台風警報が発布された様な時には、導流葉片１１の角度を適当に調節 して導入する気流の強度を減少させて内塔２の損傷を未然に防止するなどの方法 がとられる。又導流葉片１１角度の調整と導入する気流に対する影響は、図４及 び図５に示すように、導流葉片１１の角度が変化することによって導入された気 流が内部切線に沿って流れる角度も異なる。従って、気流が容易に内塔２を駆動 し、回転させることが出来るか否かは最も適当な受風角度を選択して内塔２の回 転功率を最大に発揮出来るように調節することが必要な手段となる。

【００２０】 この点に就いていろいろな学術理論、例えば流体力学理論に基づく順流、逆流 、擾流、正圧、負圧を運用して分析するには余りにも複雑であるため、最も簡単 な方法、即ち、回転に伴うトルクによって発生する発電量の大小を検測すること が実際的に有効な方法であると言える。

【００２１】 今仮に導流葉片１１と気流の進行方向とが或る特定の角度を形成した時に発電 量が最大となった時は角度が適切であると判断し、同様に非常に強い風力を受け た場合は、適宜に導流葉片１１の角度を調節して内塔２を駆動回転させる気流が 過大とならないように制御することが可能で安定した回転が得られるものである 。

【００２２】 又図中で示される単方向の風力は何れの方向からとを問わず共に同様の切線風 流効果を形成する。このことは本考案では風向によって何等の制限を受けるもの ではないことを意味する。

【００２３】 再び図２に就いて説明をすると、上述の如く回転する内塔２の役目は即ち風を 受けて回転し、回転によって発生したトルクを外部に出力することであるので回 転のために支持軸２１及び数枚のファンリーフ２２が必要である。故に上、下支 持板２３、２４を設けてファンリーフ２２及び支持軸２１を固定し、さらに支持 軸２１の上端をサポート２５に設けられたベアリング２５１内に挿入して安定さ せる。サポート２５と外塔１は固定された状態にある。また、支持軸２１下方の 下塔板２４は外塔１内に収容され外塔１の下塔板１３と隣接した状態で配置され る。

【００２４】 又本考案者はこの両者の間に特に極性が同じで相対する磁性リング５を追加装 備し、回転内塔が半浮状態で外塔１内に停留する。これにより、図３に示すよう に、摩擦のない回転環境が得られると共に内塔２自体の回転がスムーズに進行さ れる。また、回転する内塔２のファンリーフ２２は外塔１から導入された切線方 向の気流を受けるため（図４、図５参照）、本考案者は特にファンリーフ２２の 設計を受風平面２２１と排風用の曲面２２２によって構成される揚力型ファンリ ーフ２２を設け、適当な角度を保持したファンリーフとしている。これにより、 外塔１から導入した切線気流がこの平面２２１を駆動し内塔２を回転させて旋回 気流を発生させる。又別側の曲面２２２は相対的に抵抗効果が発生する。

【００２５】 従ってこの固定型ファンリーフ２２は受風抵抗係数の小さい固形曲面２２２と し抵抗を減少させる。これが即ち揚力型ファンリーフ２２の特徴である。同時に 揚力型ファンリーフ２２と半浮状態の回転内塔２の作用によって本考案では噪音 のない回転が実現出来ることを優点とする。

【００２６】 本考案のもう一つの特徴として本考案者は導流葉片１１の葉片、ファンリーフ ２２の平面２２２部及び曲面２２で部分的に外囲に寄った葉身に何れもＶ字型の 溝紋７を刻みつけ、図２のＸで示す如く、この種の溝紋は風を受けた時導向と増 圧の作用を具備する。この点に関して考案者はかつて溝紋のある葉片と溝紋のな い葉片の両者を比較実験した結果、このＶ字型溝紋７のある葉片の方が確実に上 述の効能があると証明された。

【００２７】 その原理は図５に於いて示す如く、図６は一般平（曲）面葉片が風力８を受け た時、風力は平（曲）面の外側に向かって不規則に飛散する。今この平（曲）面 を図７に示す如くＶ字型溝紋７を設けた場合、風力８が葉片面の近くに到達した 時葉片に刻まれたＶ字型溝紋７に誘導されて一定の方向に流れる。この外、Ｖ字 型溝紋７はＶ字型断面となっているため、下方になるに従って体積が縮小し、風 力８がＶ字型の底部に吹きつけた時空間がより狭くなり、圧縮された状態となっ て圧力が増大する。故にこの様な増圧の方法は葉片の駆動速度を増大し、一般平 （曲）面葉片と比べて回転がより順調となる。

【００２８】 上述のＶ型溝紋７の導向作用を充分に活用するため、本考案者は更に導流葉片 １１とファンリーフ２２の溝紋を塔の中心方向に向けて上方に某一程度の角度を 以て傾斜させ、図３に示すように、導入された気流が上方に向く傾向を与え、切 線方向の運動を回転内塔２及び外塔の間に於いて旋回させる。また同時に回転内 塔２の回転によって気流が攪乱されて上昇する旋風の形態を形成させる。これに よって回転が加速される。

【００２９】 また図中で示す如く、ファンリーフ２２上のＶ紋溝７はただ下方から上方に向 かって適当の高さの部位で止まり、ファンリーフ７の葉身の全長にわたって敷き 詰められているのではない。これは本考案者が実験を試みた結果、気流が塔内に 於いて旋回して上方に向かって流れた後、外塔１の上塔板１２から排出するまで にすでに上昇の気勢が蓄積されているので更めてその気流導向を制限する必要性 がないと云うことを発見したため、ファンリーフ２２上段部は溝紋なしの平（曲 ）面方式を採用し迅速に気流を排出させることが重要であると認めたものである 。

【００３０】 図６は本考案を発電に供する為の実施例を示す図で、スチールワイヤー９で本 考案に係る風力を利用した回転装置を固定し、装置下部に突出した支持軸２１を ギアーボックス９Ａ及び発電機９Ｂと連結し、支持軸２１の回転速率をギアーボ ックス９Ａで適当に変速し発電機９Ｂに回転動力を伝動する仕組となっている。 図中で示す塔の台座は支持脚１３Ａで下塔板１３を適当の高さに持ち上げ支持す るもので、その目的は下塔板１３の下方に充分な空間を確保し、より多くの風量 が進入出来るような意図に基づく設計である。又この空間は一面では気流の引き 抜きの作用も具えると共に又発電機９Ｂが発生した熱度を放散させるための目的 もある。

【００３１】 図７は即ち、前述の如く、逆方向利用の構想から発展した風力を利用した回転 装置の実施例を示す図で、モーター（Ｍ）を主動力として回転内塔２を回転させ 、理論的に内塔で発生した風力を外塔１の切線方向に排出させることが成立する 。本考案者はこの理論に基づいて実験を試みた結果予期した通りの成果が得られ た。即ちモーターＭの駆動で回転する内塔２が吹き出す冷風を直ちに本考案を扇 風機として活用することが出来、且つ３６０度の全方位にわたって送風する特性 を具えていることが特徴である。

【００３２】 図７の実施例に於いて、本考案者は外塔１の上部を密封し、下方は支持脚１３ Ａで適当の高さに本体を持ち上げ支持し、外塔１の下方から気流を吸入し、また 外塔１と回転内塔２の間にネットＳを設けて安全性を確保した。且つ外塔１の導 流葉片１１の角度を後半部が密封出来るように調節し、前半部は切線方向に固定 する。これにより、風量の吹き出し範囲Ｗの大小は制御され得る故に３６０度全 方位の吹き出し特性が得られる。これとは別に、場所により局部吹き出しに調整 することも可能で、この場合局部吹き出しの風力は稍大となる。

【００３３】 本考案を単に扇風機として活用する場合、前述の発電用と比較して体積は極め て小さくなる。故に磁性リング５はその必要性がなく軸承（ベアリング）で代替 することが出来る。

【００３４】

【考案の効果】

本考案に係る「風力を利用した回転装置」の効果を集約すると下記の如くとな る。 1. 本考案での外塔１の導流葉片１１は角度可変式で、風向、風速により適当に 角度を調節することが出来、風向の制限を受けることなく最大の風力効果が 得られ且つ構造強度を損傷しない。 2. 回転内塔２は磁浮型の活動式で固定され、回転摩擦は極めて小さく、回転持 続力が強い。 3. 導流葉片１１とファンリーフ２２の断面形状は各々特別設計されたシャトル 形及び揚力型で、上面に導向作用と増圧効能を具えるＶ字型溝紋が刻み込ま れてあり、回転効率を大幅に向上させる。 4. 本考案はまた全方位の送風装置として運用することが出来る。

【００３５】 以上の如く本考案に係る「風力を利用した回転装置」は実用性が高く、叙述し た技術内容も同業に於いてもこれを実施することが可能である。本稿で述べた実 施例は比較的理想的な例で、本考案者に限らず、志ある者が別のよき利用例を考 案することも実用の幅を広げることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】伝統の発電塔の構造を示す図である。

【図２】本考案による実施例の立体分解図である。

【図３】本考案による実施例の平面図である。

【図４】図３の線Ａ−Ａの断面により導流葉片を異なる
角度に調節し、二通りの受風と気流導入を示すための図
である。

【図５】図３の線Ａ−Ａの断面により導流葉片を異なる
角度に調節し、二通りの受風と気流導入を示すための別
の図である。

【図６】平（曲）面で受風した場合の風力が四方に飛散
する状況を示す図である。

【図７】Ｖ字型溝紋が風を受けた時風の誘導効果と増圧
の効果を示す図である。

【図８】本考案を発電機に応用した実施例を示す図であ
る。

【図９】本考案を扇風機として応用する場合の実施例を
示す図である。

【符号の説明】

１ 外塔 １１ 導流葉片 １２ 上部塔板 １３ 下部塔板 １４ チェーンスプロケット １５ チェーン １６ メインスプロケット ２ 内塔 ２１ 支持軸 ２２ ファンリーフ ２２１ 受風平面 ２２２ 固形曲面 ２３ 上支持板 ２４ 下支持板 ２５ サポート ２５１ ベアリング ３ 風向計 ４ 風力計 ５ 磁性リング ７ Ｖ字型溝紋 ８ 風力 ９ スチールワイヤー ９Ａ ギアーボックス ９Ｂ 発電機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０４Ｄ 17/08 8714−3Ｈ

Claims (5)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空の外塔と回転自在で外塔内に装着さ
   れた内塔によって構成され、外塔の周囲に多くの導流葉
   片が設けられ、風向の変化に従って風流を導入し内部に
   設けられた回転可能の内塔を駆動回転させ、その回転ト
   ルクを外部に出力させるものであって、この様な構成の
   中で、外塔の底部と回転式内塔下方が隣接する界面に両
   極が相互反発する磁力装置を設け、これによって内塔は
   磁力作用で外塔内部に於いて浮いた状態で存在し、回転
   抵抗を下げ、又回転内塔は支持軸と最小２枚以上のファ
   ンリーフ（扇葉）が設けられてあり、このファンリーフ
   の断面は受風平面と排風曲面によって組み合わされた揚
   力型の葉片となっており、外塔から導入された切線風流
   はその平面浸風部に当たって内塔が駆動されて回転し、
   又外塔の導流葉片及び内塔のファンリーフの平面部に何
   れもＶ字形の溝が刻まれていることを特徴とする風力を
   利用した回転装置。
2. 【請求項２】 導流葉片は各々チェーンスプロケット軸
   と連結され、且つスプロケットはチェーンによって連動
   し、導流葉片は自由に角度が変化可能な方式となってい
   ることを特徴とする請求項１記載の風力を利用した回転
   装置。
3. 【請求項３】 主スプロケットはチェーンで各導流葉片
   のスプロケットと連結して各導流葉片の角度を調節する
   ことを特徴とする請求項２記載の風力を利用した回転装
   置。
4. 【請求項４】 外塔と内塔に隣接する個所に設けられた
   磁力装置はその磁力圏が相対した状態で装着されている
   ことを特徴とする請求項１記載の風力を利用した回転装
   置。
5. 【請求項５】 外塔、回転する内塔及び動力系統によっ
   て構成され、外塔側面周囲に多くの導流葉片が分布して
   風の方向に速やかに対応して気流を導入し、回転する内
   塔は自在活動が可能な状態で外塔内に装着され、回転内
   塔は一本の支持軸及び少なくても２枚以上のファンリー
   フで構成され、動力装置の駆動によって回転し切線気流
   を起こしてこれを排出し、以上の組合せによって外塔の
   導流葉片は外塔の円周を一周する方式で配置され、且つ
   風向の変化によって角度が調節可能であり、又内塔の回
   転によって発生する切線気流は３６０度の全方位にわた
   って排出する機能を具えることを特徴とする風力を利用
   した回転装置。