(57)【要約】      （修正有）【課題】垂直軸式風車に風の進入用および排出用を兼ねる一体型の固定ダクトを設け、この断面積の変化でより広い面積から風を取り入れ、風車を通過する有効風速を飛躍的に増大させ実効発電量を増加させるとともに、振動騒音の低減と安全の確保を図る。【解決手段】垂直軸式風車１は主に風の進入側ダクト２と排出側ダクト３を構成する円板状ダクトとこれにそれぞれ付随する隔壁により囲まれ、その風路断面積は中心部の風車より軸心方向に放射状に増加するように設定され、この全体の効果で風向に関係なく前項目的の効果を得る。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直軸式風車本体の周辺に一体的に形成されその風路垂直断面積が風車本体より放射状に遠ざかるほど大きくなるようなダクトを設け上記風車にはその投影表面積より大きい実効吸い込み面積の風が流入かつ排出するように形成される風力発電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、風力を利用して発電する分野全般に用い得るが、特に中高層建造物の屋上など比較的風力や風向が不安定、弱小な所で従来の方式では得られなかった高性能、高効率を期待できる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、本発明で述べるような垂直軸式風車（ダリウス式、ツイスト式、サボニウス式、クロスフロー式等）ではプロペラ式等の水平軸式風車に比べて通過する風の断面積が得られにくく且つ動力への変換効率が低い欠点があった。しかし反面変化する風向への対応性に優れ特に風向調整機構を必要としないし騒音や振動が小さい長所があるため、中高層建造物の屋上や人家密集地域等での使用には向いている傾向にあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前述の垂直軸式風車の有する欠点の解決を簡易な方法で図ろうとするもので、特に風車通過風量、風速の増大および流体力学的方法でその効率自体の向上を可能とする。同時により静かで安全なシステムも提供する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、従来から用いられる垂直軸式風車本体の周辺に一体的に形成されるダクトを設けることを特徴とする。このダクトは後述の図面のように風車に対しほぼ水平な面上で風車への風の進入側および排出側全体を覆うように構成される。ここにダクトの風路垂直方向の断面積（図１でＡ、Ｂで示す）は風車本体部で最小となり、これを中心とする放射状円周方向に遠ざかるほど大きくなるようにする。このため風の進入側ではその進行方向に従ってＡは減少し風車直前で最小となり、逆に風車をでた後のＢは増大する。風の向きが逆の時はそれぞれの働きは交替する。このためＡの減少比率とＢの拡大比率は逆数の関係となる。このダクトの設置により、風車は本体の断面積より大きな断面積の風を得られより高出力化を図れる。ここに風力は風車を通過する風速の３乗に比例するが、仮に進入側の断面積比率（Ａの入り口部分の最大値と風車入り口部分の最小値の比率）を２倍とすると風車通過速度はほぼ２倍となり出力はほぼ８倍になることが期待される。ここに風の排出側もこのために大きく貢献する。すなわちこのダクト周辺を流れる風の吸引効果により一般的にダクトの流れの阻害要因になるＡが最小となる中心部の絞り効果がＢの増大の拡張効果により減殺される。ダクトは原則的に風車の垂直軸と直角な水平面上の風車頭頂部および基底部を覆う２枚の円盤状の板で設けられるが、その形状は前述のようにその断面積が変化するよう適宜中心部より放射状に外円周部に行くほど大きくなるように形成される。また、上記の２枚の板状部分の間には隔壁を適宜設け両者の補強および風路の確保に用いることも可能である。なお、風車の頭頂部相当の部分では場合により空隙を設け風量の調整や雨水の排出に用いることもあり得る。また一般的には風車基底部より出力軸を取り出しこれに発電機本体を接続し所定の発電力を得る。
【０００５】
【発明実施の形態】
この目的のため先述したような形態をとるが一般的にはダクトは風車とは別に据え置きされる。この際隔壁は場合に応じて適宜配設され原則的には先述のような風の進入側と排出側が対になるよう構成されるような位置に偶数枚数を設けるが極端には無い場合もあり得る。また、可動なるように設け最適風向に適応させることもできる。
【０００６】
【実施例】
以下、本発明を図１及び図２に示す実施例について説明する。同図において（１）は垂直軸式風車、（２）は出力軸、（３）は進入側ダクト、（４）は排出側ダクト、（５）は隔壁を示す。また、補助的にダクトの風路進行方向垂直断面積ＡおよびＢならびに風の進行方向の矢印（→）を示す。
【０００７】
一例として、図１に本発明の側断面概念図を、図２に図１の内部平面概念図（縮尺は異なる）を示す。いずれも前項までに述べた構成を例に図示し、垂直軸式風車（１）はその上部（風車頭頂部）および下部（風車基底部）を円盤状のダクトで挟まれるようにほぼ水平面上に設けられ、その間に隔壁（５）が適宜配設される。ここに風車の基底部からは垂直軸方向に出力軸（２）が設けられ発電機（図示せず）に結合される。本例では風が矢印（→）のようにダクトに進入するときこの側を進入側ダクト（３）、逆に排出する側を排出ダクト（４）として示すがこのダクトの役割は固定されるものではなく、例えば風向が逆になればその役割も逆転することが特長である。このようにして構成されるダクトの垂直方向断面積ＡおよびＢはダクトの風車に近い中心部即ち風車近接部が最小で円盤の最外縁部即ち風の入り口あるいは出口部が最大となるよう設定される。この結果Ａは風の進入とともに減少し風車に入り、逆に風車からの風の排出とともにＢは増大する。なお、プロペラ式風車にもその前面あるいはこれの周囲に風を集めるためのダクトを設ける場合があるがこの場合は風向の変化に対応するためにはプロペラの方向変化に合わせて一体として動くことが必須で、装置が大がかりになるばかりでなく慣性の増大により素早い反応が困難になるため実用性が小さい。垂直軸式風車はもともと風向の変化にほとんど左右されないが、広い面積の風を受ける構造をとることが困難なことが多い。本案は前述の両者の長所を取り入れることができるものである。先述のように排出側に設けられるダクトの吸出し効果は大きく、より大きな面積からの風を流入させこれを小面積に絞って風車に流入させ得る。隔壁（５）は中心部より放射直線状に設けると風向への対応性は良いが場合によりこれに曲率を持たせたほうが風車への風の流入が円滑になることもあり適宜形状、枚数を設定する。これを可動として適宜変化させることも可能である。
【０００８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば比較的簡易な構成でダクト形状は全風向に有効に働き固定設置でよいため駆動本体の回転慣性による問題は最小限に抑制できる。この結果発生振動も最小となり、かつ駆動部がダクトで覆われるため騒音も抑えられ駆動部への接触事故等への懸念も減る。また、先述のように風車本体はそのままでも、風に対する有効取り入れ面積が増大するため風車通過風速の３乗速に基く風速の飛躍的増加により相対出力が飛躍的に増加するのみならず、最小駆動風速が向上するので全体として駆動時間が増え従って期間あたりの総発電量も飛躍的に増加し得る。また、従来普及しているプロペラ式のように変化する風向に適応させるための風車支持軸等の回転機構等は不要で突風等に耐力が優れかつ簡易なシステムとなる。従って製品コストも最小限になることが期待され、その性能特性や安全性から特に中小型出力の民生用として中高層建造物の屋上や人家密集地等への設置に最適になり得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関わる側断面概念図を
【図２】に内部平面概念図を示す。
【符号の説明】
（１）  垂直軸式風車
（２）  出力軸
（３）  進入側ダクト
（４）  排出側ダクト
（５）  隔壁
【図１】
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【図２】
2004251260.tif 000004