(57)【要約】【課題】回転効率を高めることができ、発電に利用したときには、発電効率を飛躍的に高めることができる流体用回転装置を提供する。【解決手段】回転基体１１が、円錐台状を成し、中心軸周りに回転可能に設けられている。回転基体１１は、円錐台の底面から成り、流体の上流に向けて配置される円形の受流面１１ａと、円錐台の側面から成る傾斜側面１１ｂとを有している。複数のブレード１２が、回転基体１１の中心軸に対して回転対称を成すよう、それぞれ回転基体１１に設けられている。各ブレード１２は、受流面１１ａの中心部から外周縁の外側に突出して伸びる傾斜した正面部１２ａと、正面部１２ａの突出した部分から傾斜側面１１ｂの下流側に向かって、正面部１２ａと同じ方向に傾斜して伸びる側面部１２ｂと、正面部１２ａおよび側面部１２ｂの上流側の外側方を覆う外周部１２ｃとを、一体的に有している。【選択図】図１
2014055535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を利用して回転する流体用回転装置であって、
中心軸周りに回転可能に設けられた回転基体と、
前記回転基体の中心軸に対して回転対称を成すよう、それぞれ前記回転基体に設けられた複数のブレードとを有し、
前記回転基体は、円錐台の底面から成り前記流体の上流に向けて配置される円形の受流面と、円錐台の側面から成る傾斜側面とを有し、
各ブレードは、前記受流面の中心部から外周縁の外側に突出して伸びるとともに、前記受流面に対して傾斜して設けられた正面部と、前記傾斜側面から外側に突出しており、前記正面部の傾斜方向と同じ方向に傾斜して、前記正面部のうち前記受流面の外周縁から突出した部分から前記傾斜側面の下流側に向かって伸びるとともに、前記傾斜側面からの突出量が下流に向かって徐々に大きくなるよう設けられた側面部と、前記受流面の外周縁および前記傾斜側面との間に間隔をあけて、前記正面部および前記側面部の上流側の外側方を覆うよう、前記正面部および前記側面部と一体的に設けられた外周部とを有することを
特徴とする流体用回転装置。
【請求項２】
各ブレードは翼状の断面形状を成していることを特徴とする請求項１記載の流体用回転装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電や動力源として利用可能な流体用回転装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の回転体を利用して発電を行う水平軸型の発電装置として、プロペラ等を利用した風力発電装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１１５９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の水平軸型の風力発電装置は、風の一部がプロペラのブレードの間をすり抜けたり、回転面から円周方向に逃げたりすることにより、回転効率が低下し、発電効率も低下するという課題があった。また、風力発電は、水力発電と比べると発電効率が約半分であるため、風力を利用する場合には、できるだけ発電効率を高めたいという要望があった。
【０００５】
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、回転効率を高めることができ、発電に利用したときには、発電効率を飛躍的に高めることができる流体用回転装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る流体用回転装置は、流体を利用して回転する流体用回転装置であって、中心軸周りに回転可能に設けられた回転基体と、前記回転基体の中心軸に対して回転対称を成すよう、それぞれ前記回転基体に設けられた複数のブレードとを有し、前記回転基体は、円錐台の底面から成り前記流体の上流に向けて配置される円形の受流面と、円錐台の側面から成る傾斜側面とを有し、各ブレードは、前記受流面の中心部から外周縁の外側に突出して伸びるとともに、前記受流面に対して傾斜して設けられた正面部と、前記傾斜側面から外側に突出しており、前記正面部の傾斜方向と同じ方向に傾斜して、前記正面部のうち前記受流面の外周縁から突出した部分から前記傾斜側面の下流側に向かって伸びるとともに、前記傾斜側面からの突出量が下流に向かって徐々に大きくなるよう設けられた側面部と、前記受流面の外周縁および前記傾斜側面との間に間隔をあけて、前記正面部および前記側面部の上流側の外側方を覆うよう、前記正面部および前記側面部と一体的に設けられた外周部とを有することを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る流体用回転装置は、受流面を流体の上流側に向けて、受流面で流体の流れを受けることにより、回転基体を回転させることができる。流体の流れは、例えば風や水流などである。本発明に係る流体用回転装置は、受流面で流体の流れを受けると、受流面に設けられた複数のブレードの正面部に当たる。このとき、流体が正面部の傾斜に沿って、その傾斜を下流側に押すようにして流れるため、正面部の傾斜の上流側に向かって回転基体が回転する。
【０００８】
ブレードの正面部に当たった流体は、受流面の表面に沿って中心部から外周縁に向かって流れ、受流面の外周縁を越えて各ブレードの外周部に当たる。さらに、流体は、受流面の外周縁と各ブレードの外周部との間隔から、各ブレードの側面部および回転基体の傾斜側面に沿って、回転基体の後方背面に流れていく。このとき、各ブレードの側面部が、正面部の傾斜方向と同じ方向に傾斜しているため、流体がその傾斜を下流側に押すことにより、側面部の傾斜の上流側に向かって回転基体が回転する。この回転方向は、各ブレードの正面部による回転方向と同じ方向であるため、回転基体の回転速度を高めることができる。
【０００９】
本発明に係る流体用回転装置で、受流面の外周縁と各ブレードの外周部との間隔から後方背面に流れる流体は、次々と受流面に流れてくる流体や、回転基体の回転により回転してくる正面部により圧縮を受けている。また、各ブレードの側面部の傾斜側面からの突出量が下流に向かって徐々に大きくなるよう設けられているため、流体が流れる流路断面積が下流に向かって徐々に増加している。これにより、圧縮を受けた流体が各ブレードの側面部を流れるとき、減圧されて流速が増加するため、回転基体の回転をさらに高めることができる。このように、本発明に係る流体用回転装置は、回転基体を高速で回転させることができ、回転効率を高めることができる。
【００１０】
本発明に係る流体用回転装置は、各ブレードの正面部により得られる回転だけでなく、回転基体の後方背面への流体の流れによって得られる回転も利用することができ、また、受流面で受けた流体を逃さず無駄なく利用することができるため、回転効率を飛躍的に高めることができる。本発明に係る流体用回転装置は、回転基体を発電手段に接続して発電に利用したり、回転基体の回転を動力源として利用したりすることができる。発電に利用したときには、発電効率を飛躍的に高めることができる。特に、流体の流れとして風を利用する場合には、従来の風力発電装置で得られるものよりもはるかに高い発電効率を得ることができる。
【００１１】
本発明に係る流体用回転装置は、羽根を外側に拡げた従来の風車などと比べて、回転直径を小さくすることができるため、容易に小型化を図ることができる。本発明に係る流体用回転装置は、常に受流面で流体を受けるよう、流体の流れの向きに応じて受流面の向きを変更可能に構成されていることが好ましい。発電に利用する場合には、発電手段は、回転基体の内部や背後など、流体の影響を受けない場所に配置されていることが好ましい。また、回転基体がさらに高速で回転するよう、各ブレードの外周部のうち、正面部の外側方を覆う部分が、受流面の外周縁から離れるに従って徐々に外側に開いていくよう設けられていることが好ましい。
【００１２】
本発明に係る流体用回転装置で、各ブレードは翼状の断面形状を成していてもよい。この場合、各ブレードに当たる風により揚力が発生するため、その揚力を利用して、さらに回転基体の回転速度を高めることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、回転効率を高めることができ、発電に利用したときには、発電効率を飛躍的に高めることができる流体用回転装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態の流体用回転装置を示す斜視図である。
【図２】図１に示す流体用回転装置の正面図である。
【図３】図１に示す流体用回転装置の背面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
図１乃至図３は、本発明の実施の形態の流体用回転装置を示している。
図１乃至図３に示すように、流体用回転装置１０は、風や水流などの流体を利用して発電する発電装置から成り、回転基体１１と複数のブレード１２と発電手段１３とを有している。
【００１６】
回転基体１１は、円錐台状を成しており、円錐台の底面から成る円形の受流面１１ａと、円錐台の側面から成る傾斜側面１１ｂとを有している。回転基体１１は、受流面１１ａを流体の上流に向けて配置され、受流面１１ａの中心を通る中心軸周りに回転可能に設けられている。これにより、傾斜側面１１ｂは、上流から下流に向かって、外径が徐々に小さくなるよう配置されている。回転基体１１は、受流面１１ａの中心部に立てて設けられた円錐状の軸材１１ｃを有している。
【００１７】
複数のブレード１２は、それぞれ１枚の板状の部材により形成されており、正面部１２ａと側面部１２ｂと外周部１２ｃとを一体的に有している。各ブレード１２は、回転基体１１の中心軸に対して回転対称を成すよう、それぞれ回転基体１１に設けられている。正面部１２ａは、受流面１１ａの中心部の軸材１１ｃから外周縁の外側に突出して伸びるよう、受流面１１ａに沿って設けられている。正面部１２ａは、受流面１１ａに円弧状に湾曲して配置されており、受流面１１ａに対して湾曲の内側に向かって傾斜するよう設けられている。正面部１２ａは、受流面１１ａおよび軸材１１ｃに固定されている。
【００１８】
側面部１２ｂは、正面部１２ａのうち受流面１１ａの外周縁から突出した部分から傾斜側面１１ｂの下流側に向かって伸びるよう設けられている。側面部１２ｂは、傾斜側面１１ｂから外側に向かって突出するよう、傾斜側面１１ｂに固定されている。側面部１２ｂは、正面部１２ａの傾斜方向と同じ方向に傾斜して、傾斜側面１１ｂを斜めに横切るよう、傾斜側面１１ｂに沿って設けられている。側面部１２ｂは、円錐台の側面である傾斜側面１１ｂの径が、下流に向かって徐々に小さくなるのを利用して、傾斜側面１１ｂからの突出量が下流に向かって徐々に大きくなるよう設けられている。
【００１９】
外周部１２ｃは、正面部１２ａのうち受流面１１ａの外周縁から突出した部分の端縁、および側面部１２ｂの外側の側縁に連続して、正面部１２ａおよび側面部１２ｂと一体的に設けられている。外周部１２ｃは、受流面１１ａの外周縁および傾斜側面１１ｂとの間に間隔をあけて、正面部１２ａおよび側面部１２ｂの上流側の外側方を覆うよう配置されている。また、外周部１２ｃは、正面部１２ａの外側方を覆う部分が、受流面１１ａの外周縁から離れるに従って徐々に外側に開いていくよう設けられている。
【００２０】
発電手段１３は、回転基体１１の回転により発電を行うよう構成されている。発電手段１３は、流体の影響を受けないよう、回転基体１１の背後に配置されている。なお、発電手段１３は、回転基体１１の内部に配置されていてもよい。
流体用回転装置１０は、常に受流面１１ａで流体を受けるよう、流体の流れの向きに応じて受流面１１ａの向きを変更可能に構成されている。
【００２１】
次に、作用について説明する。
流体用回転装置１０は、受流面１１ａを流体の上流側に向けて、受流面１１ａで流体の流れを受けることにより、発電を行うことができる。流体用回転装置１０は、受流面１１ａで流体の流れを受けると、受流面１１ａに設けられた複数のブレード１２の正面部１２ａに当たる。このとき、流体が正面部１２ａの傾斜に沿って、その傾斜を下流側に押すようにして流れるため、正面部１２ａの傾斜の上流側に向かって回転基体１１が回転する。
【００２２】
受流面１１ａに当たった流体は、受流面１１ａの表面に沿って中心部から外周縁に向かって流れ、受流面１１ａの外周縁を越えて各ブレード１２の外周部１２ｃに当たる。このとき、流体が当たる外周部１２ｃが、受流面１１ａの外周縁から離れるに従って徐々に外側に開いていくよう設けられているため、回転基体１１の回転速度を高めることができる。さらに、流体は、受流面１１ａの外周縁と各ブレード１２の外周部１２ｃとの間隔から、各ブレード１２の側面部１２ｂおよび回転基体１１の傾斜側面１１ｂに沿って、回転基体１１の後方背面に流れていく。このとき、各ブレード１２の側面部１２ｂが、正面部１２ａの傾斜方向と同じ方向に傾斜しているため、流体がその傾斜を下流側に押すことにより、側面部１２ｂの傾斜の上流側に向かって回転基体１１が回転する。この回転方向は、各ブレード１２の正面部１２ａによる回転方向と同じ方向であるため、回転基体１１の回転速度をさらに高めることができる。
【００２３】
流体用回転装置１０で、受流面１１ａの外周縁と各ブレード１２の外周部１２ｃとの間隔から後方背面に流れる流体は、次々と受流面１１ａに流れてくる流体や、回転基体１１の回転により回転してくる正面部１２ａにより圧縮を受けている。また、各ブレード１２の側面部１２ｂの傾斜側面１１ｂからの突出量が下流に向かって徐々に大きくなるよう設けられているため、流体が流れる流路断面積が下流に向かって徐々に増加している。これにより、圧縮を受けた流体が各ブレード１２の側面部１２ｂを流れるとき、減圧されて流速が増加するため、回転基体１１の回転をさらに高めることができる。なお、具体的な一例では、側面部１２ｂを有する回転基体１１は、側面部１２ｂがないものと比べて、約１５％回転数が増加することが確認されている。このように、流体用回転装置１０は、回転基体１１を高速で回転させることができ、発電手段１３により高い発電効率で発電を行うことができる。
【００２４】
流体用回転装置１０は、各ブレード１２の正面部１２ａにより得られる回転だけでなく、回転基体１１の後方背面への流体の流れによって得られる回転も利用することができ、また、受流面１１ａで受けた流体を逃さず無駄なく利用することができるため、発電効率を飛躍的に高めることができる。特に、流体の流れとして風を利用する場合には、従来の風力発電装置で得られるものよりもはるかに高い発電効率を得ることができる。また、流体用回転装置１０は、羽根を外側に拡げた従来の風車などと比べて、回転直径を小さくすることができるため、容易に小型化を図ることができる。
【００２５】
また、流体用回転装置１０で、各ブレード１２は翼状の断面形状を成していてもよい。この場合、各ブレード１２に当たる風により揚力が発生するため、その揚力を利用して、さらに回転基体１１の回転速度を高めることができる。これにより、発電効率をさらに高めることができる。なお、流体用回転装置１０は、回転基体１１に発電手段１３を接続して発電に利用するだけでなく、回転基体１１の回転を機械的な動力源として利用することもできる。
【符号の説明】
【００２６】
１０  流体用回転装置
１１  回転基体
１１ａ  受流面
１１ｂ  傾斜側面
１１ｃ  軸材
１２  ブレード
１２ａ  正面部
１２ｂ  側面部
１２ｃ  外周部
１３  発電手段
【図１】
2014055535.tif 000003
【図２】
2014055535.tif 000004
【図３】
2014055535.tif 000005