(57)【要約】【課題】風向の影響を受けにくく、低速回転時でも高速回転時でも効率良く風のエネルギーを取り出すことができ、停止状態から容易に始動し、構造が簡単で高速回転も可能なダリウス形風車を提供すること。【解決手段】垂直回転軸６の周囲に複数のブレード８を取り付けて成るロータ４を備え、ブレード８は、その回転方向後端部を欠損し、この欠損した部分を開口部１６とした袋状であり、垂直回転軸６に沿って均一で固定的な断面を有する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直回転軸の周囲に複数のブレードを取り付けて成るロータを備えたダリウス形風車において、前記ブレードは、その回転方向後端部を欠損し、この欠損した部分を開口部とした袋状であり、前記垂直回転軸に沿って均一で固定的な断面を有することを特徴としたダリウス形風車。
【請求項２】
前記ブレードの開口部から回転方向に沿ってガイド板を張りだした請求項１に記載のダリウス形風車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、風力発電用として好適な風車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来用いられている風車には、風がブレードを押す力を利用する抗力型風車と、風がブレードに当たったときにブレードを持ち上げようとする力を利用する揚力型風車とがある。
抗力型風車は、風の速度より速く動くことができないため、必然的に回転数の少ない風車とならざるを得ず、これに対してプロペラ形風車、ダリウス形風車のような揚力型風車は、回転力は弱いが回転数の多い風車とすることができる。
【０００３】
ところで、どのような回転数の時に、風のエネルギーを回転のエネルギーとして多く取り出せるのかというパワー特性は、風車の種類によって異なる。
即ち、パドル形風車、サボニウス形風車、多翼形風車のような回転数は少ないが回転力が大きい抗力型風車は、低速時に効率よく風のエネルギーを取り出すことができ、プロペラ形風車、ダリウス形風車のような回転数の多い風車は、高速時に最も良く性能を発揮することができる。
従って、風によって発生する抗力及び揚力をいずれも利用して、低速時にも高速時にも効率よくエネルギーを取り出せるようにすることが望ましい。
【０００４】
また、風による抗力及び揚力の双方を利用した風車として、垂直回転軸の周囲に、上部外辺部と下部外辺部とが周角度において９０度変位した３枚の変位形状羽根を、互いに１２０度づつ位相を変えて配置した風車が知られている（特許文献１参照）。
しかし、この変位形状羽根は構造が複雑であり、面積が広いため回転数を多くしにくく、羽根が通過した後の後流が乱れやすいので、エネルギーロスが多くなる。
【０００５】
さらに、断面翼形のブレードを用い、ブレードの内側面に始動用補助羽根を開閉自在に設け、外側面に制動用補助羽根を開閉自在に設け、始動用補助羽根はその回転軸がブレードの回転方向前側にあって、羽根を常時開方向へ付勢するバネを具え、制動用補助羽根はその回転軸がブレードの回転方向後側にあって、羽根を常時開方向へ付勢するバネを具える垂直軸風車が提案されている（特許文献２参照）。
この垂直軸風車は、直線翼ダリウス形風車（ジャイロミル形風車）を改良した風車であって、高速時の出力が大きいが、停止状態から起動しにくく、制動時にも強いブレーキをかけなければならないという、ダリウス形風車の欠点を解消することを目的としている。
しかし、各ブレードの外側面及び内側面の要部に、それぞれ可動の別体の補助羽根を取り付けて、その羽根をバネで付勢してあるため、ブレードの構造が非常に複雑となり、風力が強いとき等には補助羽根が破損しやすい。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−１９９４７２号公報
【特許文献２】
実公昭５９−３６７０５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、風向の影響を受けにくく、低速回転時であっても高速回転時であっても効率良く風のエネルギーを取り出すことができ、停止状態からも容易に始動し、構造が簡単で高速回転も可能なダリウス形風車の提供を課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のダリウス形風車は、垂直回転軸の周囲に複数のブレードを取り付けて成るロータを備え、ブレードは、その回転方向後端部を欠損し、この欠損した部分を開口部とした袋状であり、前記垂直回転軸に沿って均一で固定的な断面を有する。
【０００９】
垂直回転軸型としたことにより、風向の影響を受けにくく、いずれかのブレードの開口部側から風が吹くと、開口部から進入した気流でブレードの凹面が押され、この凹面に加わる抗力は凸面に加わる抗力よりもはるかに大きいので、ブレードが開口部を後ろにして進み、この結果ロータが回転する。
ロータが回転すると、これに伴って発生する伴流により、ロータの一側で相対的な風速が弱まると共に、他側で高まって、ロータの回転が推進される。
【００１０】
ブレードの周方向一側から周方向に沿ってガイド板を張りだしても良い。
ブレードの外寄り面に沿う気流と内寄り面に沿う気流が、それぞれ乱れることなくなだらかに狭められて後方へ案内されるため、エネルギーロスが小さくて済む。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１及び図２に示すように、本実施形態におけるダリウス形風車１は垂直翼ダリウス形風車（ジャイロミル形風車）であって、ベース２の上面に起立したタワー３と、タワー３の上端に設置されたロータ４とを備え、ベース２は地面等の基盤にアンカーボルトによって強固に固定されている。
ロータ４は、タワー３の上端に軸受５を介して回動自在に立設した垂直回転軸６と、垂直回転軸６の周囲にそれぞれ１２０度づつ角度を変えて放射状に張り出す３本の支持軸７と、支持軸７の先端にそれぞれ垂直方向に設置されたブレード８とから成る。
【００１２】
タワー３の内部には、垂直回転軸６の下端と増速歯車９を介して接続された発電機１０が設置され、ロータ４の回転によって発電機１０で発生した電気をバッテリ１１に充電するようになっている。
勿論、ロータ４の回転により発生した電気を直接電力網に送り込むことも可能であり、ロータ４の回転力を揚水等に利用することもできるが、ロータ４の回転力を利用するシステムは従来公知なので、詳細な説明は省略する。
【００１３】
垂直回転軸６から張り出す支持軸７は、垂直回転軸６の上部から水平に張り出す上水平部７ａと、垂直回転軸６の下部寄りから水平に張り出す下水平部７ｂとを有し、上水平部７ａ及び下水平部７ｂの先端部分は二股に分岐され、各分岐部分の先端間がそれぞれ垂直部７ｃで連結される。
また、下水平部７ｂと垂直回転軸６との間には、補強軸１２が斜めに掛け渡される。
そして、支持軸７の２本の垂直部７ｃが、ブレード８の両側部に挿通されている。
【００１４】
図３及び図４に示すように、ブレード８は、周方向に長い翼形状でその回転方向後端部が欠損し、この欠損した部分を開口部１６とした袋状であり、垂直回転軸６に沿いその全長に亘って均一で固定的な断面を有し、全てのブレード８が、周方向において同じ向きとなるよう配置されている。また、ブレード８の外寄り面１４は径方向外側に凸に湾曲し、内寄り面１５は径方向内側に凸に湾曲し、外寄り面１４は内寄り面１５よりも長く形成されている。
さらに、ブレード８の内部には、翼状平面のスペーサ１３が適宜間隔毎に配置される。従って、スペーサ１３の一端部は、ブレード８の開口部１６を通してブレード８の外部へ突出している。
【００１５】
スペーサ１３には、重量を小さくするために孔１７が形成され、支持軸７の垂直部７ｃにスペーサ１３を取り付けることによって、ブレード８が支持されている。
また、スペーサ１３の一側部には、垂直方向に延びるガイド板１８が取り付けられる。ガイド板１８は、ブレード８の断面一端部を内外に分離し、スペーサ１３よりも長く回転方向に沿って延びている。
【００１６】
ブレード８の開口部１６側から風が吹くと、開口部１６を通してブレード８内へ進入した気流によりブレード８の凹面が押されて、ブレード８は開口部１６を後ろとして移動し、この結果、ロータ４が回転する。この時、他のブレード８には逆方向から抗力が働くが、凸面に加わる抗力は凹面に加わる抗力に比べて非常に小さい。
従って、風の抗力によって、ブレード８は開口部１６を後ろにして進もうとし、ロータ４は図１の反時計回りに回転する。
そして、風の抗力によってロータ４がいったん回転を始めると、通常のダリウス形風車と同様に、ロータ４の回転に伴って発生する伴流により、ロータ４の両側の風速が相対的に変化し、ロータ４の高速回転が可能となる。
風速が小さい場合は、図３の破線Ａで示すように、ブレード８の開口部１６後方の空気の流れは外寄り部分と内寄り部分とが接近するが、風速が大になると、一点鎖線Ｂに示すように、ブレード８の開口部１６後方の空気の流れは外寄り部分と内寄り部分とが離間する。
【００１７】
図５は、本発明の第２の実施形態に係るブレード８を示す。
このブレード８には、ガイド板１８が設けられておらず、ブレード８の外寄り面１４がスペーサ１３の後端まで達するよう長く延びている。従って、開口部１６は、ブレード８の後端部内側に形成される。
その他の構成は、第１の実施形態とほぼ同様なので、同一部分に同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図６は、本発明の第３の実施形態に係るブレード８を示す。
このブレード８においては、内寄り面１５がスペーサ１３の後端まで達するよう長く延び、開口部１６がブレード８の後端部外側に形成されている。
その他の構成は、第２の実施形態とほぼ同様である。
【００１８】
なお、ブレード８の断面形状は図示のものに限定されず、後端部が開口した袋状の翼形であれば、内寄り面１５が径方向内側に凹に湾曲した形状等であっても良い。
また、ブレード８の数は適宜変更可能であるが、あまり多くするとロータ４の回転数を高くしにくく、２枚以下では確実に風の抗力を利用できないので、３〜４枚とするのが望ましい。
さらに、湾曲翼ダリウス形風車のように、ブレード８を湾曲させて、その上下端部を垂直回転軸６に接近させることもできる。
【００１９】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、風の抗力を利用して、停止状態からも比較的容易にロータの回転を開始することができると共に、風速よりも速い高速で回転することもでき、高速回転時にも低速回転時にも効率良く風のエネルギーを取り出し、高出力の回転が可能である。
また、ブレードの構造が簡単であり、全長に亘って均一で、可動部分のない固定的な断面を有するため、ブレードが破損しにくく、製造も容易で、コストを低く抑えることができる。
請求項２に係る発明によれば、ブレードの後流の乱れを抑えてその幅を狭くし、エネルギーロスを少なくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のダリウス形風車の平面図
【図２】本発明のダリウス形風車の側面図
【図３】第１の実施形態に係るブレードの平面図
【図４】第１の実施形態に係るブレードの縦断面図
【図５】第２の実施形態に係るブレードの断面図
【図６】第３の実施形態に係るブレードの断面図
【符号の説明】
１  ダリウス形風車
２  ベース
３  タワー
４  ロータ
５  軸受
６  垂直回転軸
７  支持軸
７ａ  上水平部
７ｂ  下水平部
７ｃ  垂直部
８    ブレード
９    増速歯車
１０  発電機
１１  バッテリ
１２  補強軸
１３  スペーサ
１４  外寄り面
１５  内寄り面
１６  開口部
１７  孔
１８  ガイド板
【図１】
2004176551.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004176551.tif 000006
【図５】
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【図６】
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