(57)【要約】【課題】垂直軸型翼車装置において、気流に対する作用、効果は問題ないが、大きな出力を得るために大型にすると、長方形の翼は風力で弓なり湾曲し、脱落、破損し翼軸受け部分も破損する構造である。【解決手段】垂直軸型重層翼車装置を鳥籠状の円筒形筺体構造としたことで、堅牢で柔軟性にとみ積雪や着氷を軽減し、空間体積の大きな気流を効率よく利用できる、さらに、垂直翼を複数の翼輪の間へ複数階に設け、翼軸と中空翼軸を被覆する垂直翼としたことで、垂直翼の弓なり湾曲を軽減し破損や飛散を無くし、垂直翼の交換が簡単にできる構造である。【選択図】  図１
2011132847.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直軸型重層翼車装置の中心へ動力伝達用の回転軸(１)を垂直に設ける、該回転軸(１)へ直交するよう四方の周方向へ均等間隔で放射状に複数の支持アーム(２)を階層状で、かつ、上下等間隔に設ける、該支持アーム(２)の周縁辺部へ均等間隔に翼輪(３)を設ける、該翼輪(３)は内翼輪(４)と外翼輪(５)からなり、該内翼輪(４)と外翼輪(５)の間へ円周を均等間隔に複数の翼軸受け板(６)を設ける、該翼軸受け板(６)に翼軸受け(７)を設ける、該翼軸受け(７)を貫通する翼軸(８)を設ける、該翼軸(８)を被覆する中空翼軸(９)と、該中空翼軸(９)を被覆する垂直翼(１０)を設ける、該垂直翼(１０)の形状は翼輪(３)と翼輪(３)の間の高さに近い長方形状とする、上記回転軸(１)と平行に複数の翼衝止棒体(１１)を上記内翼輪(４)又は外翼輪(５)の円周へ均等間隔で回転軸(１)と平行に設ける、該翼衝止棒体(１１)は複数階に設けられた内翼輪(４)又は外翼輪(５)と連結して設けた構成で、回転軸(１)、支持アーム(２)、翼輪(３)、内翼輪(４)、外翼輪(５)、翼軸受け板(６)、翼軸受け(７)、翼軸(８)、中空翼軸(９)、垂直翼(１０)、翼衝止棒体(１１)で構成し、翼輪(３)と翼輪(３)の間へ複数の垂直翼(１０)を並列に設け一階層とする、該一階層を重層の複数階に設け円筒状の筺体構造としたことを特徴とする垂直軸型重層翼車装置。
【請求項２】
垂直翼(１０)の回動範囲を定める翼衝止棒体(１１)は、内翼輪(４)と外翼輪(５)へ直交するよう設け、翼衝止棒体(１１)による垂直翼(１０)の回動範囲は１８０°以内であることを特徴とする請求項１に記載の垂直軸型重層翼車装置。
【請求項３】
垂直軸型重層翼車装置内へ進入する気流について、垂直軸型重層翼車装置の入り口付近の垂直翼(１０)は気流と略平行になる、垂直軸型重層翼車装置進入した気流は、回転軸(１)の回転進行方向側の垂直翼(１０)より気流の圧縮を開始する、垂直軸型重層翼車装置内を通過した気流は、気流の出口付近の垂直翼(１０)で回転トルクを出力することを特徴とする構造の請求項１乃至請求項２のいずれかに記載の垂直軸型重層翼車装置。
【請求項４】
垂直翼(１０)の受風翼表面では抗力(押圧力)が作用し、垂直翼(１０)の受風翼裏面では揚力(吸引力)が作用する、垂直翼(１０)の受風翼裏面では気流線(１４)が渦巻き(１５)状の気流となり減圧され、空気の希薄部分ができる、この希薄部分へ垂直翼(１０)が引き込まれて回転トルクが出力される、円弧(１６)で示す気流線(１４)は垂直翼(１０)の回動慣性モーメントの衝撃応力を示したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の垂直軸型重層翼車装置。
【請求項５】
垂直翼(１０)は重層に設けられた翼輪(３)と翼輪(３)の各階へ垂直で並列に立設し複数配設した重層構造であり、垂直軸型重層翼車装置を大型構造物として制作することができることを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の垂直軸型重層翼車装置。
【請求項６】
重層に設けられた内翼輪(４)又は、外翼輪(５)の各々へ回転軸(１)と平行で均等に複数配設された翼衝止棒体(１１)としたことで、鳥籠状の円筒形筺体となり、堅牢で柔軟な構造であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の垂直軸型重層翼車装置。
【請求項７】
風力エネルギーを原動力とし、風車として活用する請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の垂直軸型重層翼車装置。
【請求項８】
水力エネルギーを原動力とし、水車として活用する請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の垂直軸型重層翼車装置。
【請求項９】
垂直軸型重層翼車装置を広告塔として活用する請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の垂直軸型重層翼車装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力エネルギーの流体エネルギーを利用した装置に用いられる垂直軸型重層翼車装置であって、特に低風速タイプとして知られているサポニウス型の一種である複数の垂直翼を有したクロスフロー形風車に似た外見の翼車である垂直軸型重層翼車装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、風は地表の摩擦を受け易く、高度が増すごとに地表の摩擦を受けにくくなる。
そして、風速の出現率は２ｍより８ｍがもっとも顕著である。
したがって、風力発電用の風車の発明に当たっては、風力出現率のもっとも多い所、地表より高い位置で風力を捕捉できる構造とすることが肝要である。
然るに、高度の風力を利用するための垂直軸型風車装置の構造は、円筒状の空間体積を大きくすることが要求される。
【０００３】
特許文献１の、垂直軸型翼車装置において、翼車内を通過する風力に対する作用と効率においては、なんら、問題はないが、垂直軸型翼車装置を大型の構造物として、大きな出力を得ようとすると問題である。
【０００４】
特許文献１の、垂直軸型翼車装置において、大型の構造物を制作すると、一段の円筒形であるため垂直軸型翼車装置の翼は全体が大型になり、その翼が大型になると風力を受けた時に、翼は弓なりに湾曲し、翼の回転不良、破損，飛散等の被害を生ずる。「垂直軸型翼車装置」(例えば、特許文献１参照)
【０００５】
特許文献２の、垂直軸型翼列翼車装置において大型の構造物を制作すると、翼が複数に分割されている、そして、翼の軽量化のために、翼軸を細く制作する構造となり、大型の翼を制作することは困難である、さらに、翼を分割していても、風力で回転する翼からは大きな騒音を発生する。「垂直軸型翼列翼車装置」(例えば、特許文献２参照) 
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１８８４９４号公報
【特許文献２】特開２００６−１２５３７８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】関和市、牛山泉共著「垂直軸風車」パワー社出版２００８年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１、特許文献２で解決しようとする問題点は、垂直軸型翼車装置又は、垂直軸型翼列翼車装置そのままの構造形態で大型の装置を制作すると、風力に対して風車の耐久力は保障されない点がある。  
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、垂直軸型重層翼車装置の回転中心へ動力伝達用の回転軸１を垂直に設ける、該回転軸１へ直交するよう四方の周方向へ均等間隔で放射状に複数の支持アーム２を階層状で、かつ、上下等間隔に設ける、該支持アーム２の周縁辺部へ等間隔に翼輪３を設ける、該翼輪３は内翼輪４と外翼輪５からなり、該内翼輪４と外翼輪５の間へ円周を均等間隔に複数の翼軸受け板６を設ける、該翼軸受け板６に翼軸受け７を設ける、該翼軸受け７を貫通する翼軸８を設ける、該翼軸８を被覆する中空翼軸９と、該中空翼軸９を被覆する垂直翼１０を設ける、該垂直翼１０の形状は翼輪３と翼輪３の間の高さに近い長方形状とする、上記回転軸１と平行に複数の翼衝止棒体１１を上記内翼輪４又は外翼輪５の円周へ均等間隔で回転軸１と平行に設ける、該翼衝止棒体１１は複数階に設けられた内翼輪４又は外翼輪５を連結して設けた構成で、回転軸１、支持アーム２、翼輪３、内翼輪４、外翼輪５、翼軸受け板６、翼軸受け７、翼軸８、中空翼軸９、垂直翼１０、翼衝止棒体１１で構成し、翼輪３と翼輪３の間へ複数の垂直翼１０を並列に設け一階層とする、該一階層を重層の複数階に設け円筒状の筺体構造としたことを特徴とする垂直軸型重層翼車装置。
【００１０】
垂直翼１０の回動範囲を定める翼衝止棒体１１は、内翼輪４と外翼輪５へ直交するよう設けられ、そして、翼衝止棒体１１による垂直翼１０の回動範囲は１８０°以内である筺体構造の垂直軸型重層翼車装置。
【００１１】
垂直軸型重層翼車装置内へ進入する気流について、垂直軸型重層翼車装置の入り口付近の垂直翼１０は気流と略平行になる、垂直軸型重層翼車装置内に進入した気流は、回転軸１の回転進行方向側の垂直翼１０より気流の圧縮を開始する、垂直軸型重層翼車装置内を通過する気流は、気流の出口付近の垂直翼１０で回転トルクを出力する構造の垂直軸型重層翼車装置。
【００１２】
垂直軸型重層翼車装置に関する垂直翼１０の作用について、垂直翼１０の受風翼表面では抗力(押圧力)が作用し、垂直翼１０の受風翼裏面では揚力(吸引力)が作用する、垂直翼１０の受風翼裏面では気流線１４が渦巻き１５状の気流となり減圧され、空気の希薄部分ができる、この希薄部分へ垂直翼１０が引き込まれて回転トルクを出力する、円弧１６で示す気流線１４は垂直翼１０の回動慣性モーメントの衝撃応力を示した垂直軸型重層翼車装置。
【００１３】
垂直翼(１０)は重層に設けられた翼輪(３)と翼輪(３)の各階へ垂直で並列に立設し複数配設した構造であり、垂直軸型重層翼車装置を大型構造物として制作することができる垂直軸型重層翼車装置。
【００１４】
重層に設けられた内翼輪(４)又は、外翼輪(５)の各々へ回転軸１と平行で均等に複数配設された翼衝止棒体(１１)としたことで、鳥籠状の円筒形筺体となり、堅牢で柔軟な構造である垂直軸型重層翼車装置。
【００１５】
風力エネルギーを原動力とし、風車として活用する垂直軸型重層翼車装置。
【００１６】
水力エネルギーを原動力とし、水車として活用する垂直軸型重層翼車装置。
【００１７】
垂直軸型重層翼車装置を広告塔として活用する垂直軸型重層翼車装置。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の、垂直軸型重層翼車装置は鳥籠状の円筒筺体構造としたことあり、堅牢で柔軟性にとみ、積雪や着氷を軽減し、低風速域はもとより高風速域にも対応する、四方のどの方向からの風向にも対応できて自己起動し風力を効率よく利用する構造で、流体エネルギーを回転エネルギーとして活用できる構造の垂直軸型重層翼車装置。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、垂直軸型重層翼車装置の実施例で全体像を示す斜視図の説明図である。(実施例１)
【図２】図２は、垂直軸型重層翼車装置の各部品と各部位の配置を示す底面図を示した説明図である。(実施例２)
【図３】図３は、垂直軸型重層翼車装置の風圧を受けた垂直翼１０の回動状態を示した説明図である。(実施例３)
【図４】図４は、垂直軸型重層翼車装置と風の気流線１４を示し、垂直軸型重層翼車装置を通過する風の変遷を示す説明図である。(実施例４)
【図５】図５は、垂直軸型重層翼車装置の垂直翼１０の全体を示した説明用の斜視図である。(実施例５)
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明は、風力利用の最適なものとして考慮すれば、垂直翼１０を翼輪３と翼輪３の間へ垂直で並列に複数立設し、この、一階層を複数階層に組み合わせた構造の風車で鳥籠状の円筒形筺体であり、水平回転の垂直軸型重層翼車装置である。
【００２１】
以下、本発明の、実施例について図１〜図５を参照しながら説明する。
ここで、各実施例中、同一機能を有する構成要素は同一符号を付して説明を省略する。
そして、垂直軸型重層翼車装置の回転方向は、時計周りと反対の左回りとしてある。
【００２２】
図１は、本発明の代表的な垂直軸型重層翼車装置の全体を示す斜視図である、垂直軸型重層翼車装置の大きさは目的とする出力によって定めればよいので、寸法記載は全て省略したが、図から各部分の大きさや使用部品点数においては相対的に十分判断できると信ずる。
【００２３】
垂直軸型重層翼車装置の骨格をなす制作素材は、主にステンレス鋼材を主体とするが、軽量でありながら堅牢であり、弾力性と柔軟性と耐久性と耐候性に優れた素材を選択することが肝要である。
【００２４】
以下は、垂直軸型重層翼車装置を構成する部品の形状と付随する部分の説明である。
【実施例１】
【００２５】
図１は、垂直の回転軸１と、回転軸１へ上下均等で複数階に設け固着された三角形状の支持アーム２と複数階の翼輪３と、回転軸１と平行に設けられた複数の翼軸８と翼輪３と翼輪３の間へ垂直で複数の垂直翼１０と、複数階の内翼輪４又は、外翼輪５の円周へ均等で回転軸１と平行に複数設け固着された翼衝止棒体１１で構成された状態を示す斜視図であり、垂直軸型重層翼車装置の形状は中心に回転軸１を有する鳥籠状で円筒形の筺体構造である。
【実施例２】
【００２６】
図２は、垂直軸型重層翼車装置の翼輪３の底面図であり、翼輪３の中心に回転軸１と、その、回転軸１より放射状に設け固着された三角形状の支持アーム２で、その、支持アーム２の先端近傍に設けた内翼輪４と外翼輪５の間で円周へ均等間隔に翼軸受け板６を設け固着する、その、翼軸受け板６を貫通するように翼軸受け７を設けた垂直軸型重層翼車装置の底面図である。
【実施例３】
【００２７】
図３は、垂直軸型重層翼車装置の上面図であり、図面上部の方向よりの風向による垂直翼１０の回動する様子を示しており、各々の垂直翼１０が翼軸８を中心に回動し、翼衝止棒体１１によって衝止、又は、解放されて、気流の流体エネルギーを回転エネルギーに変換する垂直翼１０の様子を示す。
【実施例４】
【００２８】
図４は、風の気流線１４をしめし、気流が均等間隔に垂直軸型重層翼車装置へ進入状況を示し、気流線１４に現れる垂直軸型重層翼車装置の入り口付近の垂直翼１０は気流線１４と略平行となる、気流線１４に現れる受風状態を示した垂直翼１０の受風翼表面では抗力(押圧力)が作用し、垂直翼１０の受風翼裏面では揚力(吸引力)が作用する、そして、垂直翼１０の受風翼裏面では気流線１４が渦巻き１５状態を示す、受風翼裏面に発生する渦巻き１５が空気の希薄部分を作り空気は減圧される、この希薄部分へ垂直翼１０が引き込まれて回転トルクとなる、図４、右下の円弧１６で示す気流線１４は垂直翼１０の回動慣性モーメントの衝撃応力を示した、上記の総合作用により、流体エネルギーを回転エネルギーに変換できる垂直翼１０の様子を示す。
【実施例５】
【００２９】
図５は、垂直軸型重層翼車装置の垂直翼１０の斜視図であり、中空翼軸９を被覆した長方形状の垂直翼１０で、垂直翼１０の短辺を３対７に振り分け、中空翼軸９を芯にして３部分の先端を翼頭１２とし、７部分の先端を翼尾１３とする。
【実施例６】
【００３０】
回転軸１は、軽量化のため中空の円筒、又は、角筒を用いるとよい。
【００３１】
三角形状の支持アーム２は、上下左右の振動や遥動を抑止するよう直角三角形で筋交いを設け、底辺の短い辺を回転軸１に設け固着し、高さの辺は翼輪３の半径で、その、高さの先端の周縁辺部へ翼輪３を設け固着する。
【００３２】
翼輪３は、内翼輪４と外翼輪５より成り、この両輪を水平に連結する複数の翼軸受け板６を内翼輪４と外翼輪５の間の円周へ均等に設け固着することで、翼輪３がより堅牢で耐久性のある構造となる。
【００３３】
翼軸受け板６へ翼軸受け７を設け、その、翼軸受け７へ細長い丸棒の翼軸８を垂直に設けたことで、垂直翼１０はスムーズに回動する。
【００３４】
翼軸８は回転軸１と平行で回転軸１に近い長さとする、翼軸８を回動する中空翼軸９は円滑に回動し垂直翼１０を軽量化できる。
【００３５】
翼軸８を翼軸受け７へ通し、さらに、中空翼軸９へ通すことで、垂直翼１０の組み込みと修理や交換が簡単にできる、さらに、翼軸８の両端をネジ状に加工し固定することで翼軸８の湾曲を防ぎ、垂直翼１０の脱落や飛散を防ぐ。
【００３６】
中空翼軸９は、被覆する長方形の垂直翼１０の短辺の両端より突出して設けたことで、垂直翼１０の回動を円滑にする。
【００３７】
中空翼軸９を被覆する長方形状の垂直翼１０としたことで、垂直翼１０が堅牢になり、弓なり湾曲を防ぎ、さらに、垂直翼１０の交換や修理が簡単になる。
【００３８】
垂直翼１０を翼輪３と翼輪３の間へ垂直で複数並列に立設し、翼輪３の周縁辺部へ均等に設けた垂直翼１０と翼輪３を一階とし、これを、複数階とすることで重層状の垂直軸型重層翼車装置となる。
【００３９】
垂直翼１０の高さは、翼輪３と翼輪３の高さに近い長方形であり、垂直翼１０の幅を大幅にすると低風速に対応し、垂直翼１０を小幅にするとともに、翼頭１２部分を小さくすることでも高風速に対応する。
【００４０】
垂直翼１０の翼素材は中空のステンレス管と強靭な帆布製又は繊維と樹脂の合成材で制作する。  
【００４１】
翼衝止棒体１１は、重層された内翼輪４又は、外翼輪５の周辺へ複数本の翼衝止棒体１１を均等間隔で直交に固着する、さらに、回転軸１と平行に設ける。
【００４２】
翼衝止棒体１１を複数階の内翼輪４、又は、外翼輪５の周辺へ均等間隔に設け固着したことで、垂直軸型重層翼車装置の筺体が堅牢で変形や破損を軽減する。
【００４３】
垂直軸型重層翼車装置の構造としたことで、円筒状の風車となり、大きな空間体積の大きな風力を効率よく利用することができる。
【００４４】
垂直軸型重層翼車装置の構造としたことで、低風速域においては、垂直翼１０の使用枚数を多くすることで、大きな回転出力を得ることができる。
【００４５】
垂直軸型重層翼車装置の構造としたことで、高風速域においては、垂直翼１０の使用枚数を少なくすることで、高風速に対応する。
【００４６】
垂直軸型重層翼車装置を水車として用いる際は、水平軸型の水車としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
流体エネルギーを、回転エネルギーとして取り出すことができる構造であり、回転運動を必要とする、あらゆる装置に利用できる。
【００４８】
垂直軸型重層翼車装置を広告塔として利用することもできる。
【符号の説明】
【００４９】
１      回転軸
２      支持アーム
３      翼輪
４      内翼輪
５      外翼輪
６      翼軸受け板
７      翼軸受け
８      翼軸
９      中空翼軸
１０    垂直翼
１１    翼衝止棒体
１２    翼頭
１３    翼尾
１４    気流線
１５    渦巻き
１６    円弧
【図１】
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【図２】
2011132847.tif 000004
【図３】
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【図４】
2011132847.tif 000006
【図５】
2011132847.tif 000007