(57)【要約】【課題】実用的で多目的に適応する籠型風車を提供する。【解決手段】上下方向の中心軸に所定の間隔を置いて直交し、かつ該中心軸を中心とする複数の円環部の間に案内羽根を設けた案内籠の中に風車をその回転軸を前記中心軸を中心に回転自在に収容した案内羽根を持つ籠型風車において、前記案内羽根の数を７〜２０枚とし、該案内羽根に応じて決めた形状の風杯を５〜１０個とするようにし、風車の回転軌跡を前記案内籠の円環部の内径に近接させて設け且つ推進側の前記案内羽根により導入された風を抵抗側の前記案内羽根により吸引して排出させるようにしている。【選択図】図２
2005127293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸に所定の間隔を置いて直交する該中心軸を中心とする複数の円環部の間に所定の間隔を置き且つ前記中心軸に平行且つ前記円環部の内径側より外径側に向かって放射状に配置した案内羽根と、前記中心軸を回転軸とし、複数の風杯を備えた籠型風車を前記案内籠の中心軸を中心に回転自在に収容した案内羽根付き籠型風車において、前記円環部の内径部を覆い、前記案内羽根の数を７〜２０枚、風杯の数を５〜１０個とし、且つ籠型風車の外径前記円環部の外径の３／４から１／２とし、更に前記風車の回転軌跡の最外径部を前記案内羽根の円環部の内径に近接させて設けたことを特徴とする案内羽根付き籠型風車。
【請求項２】
中心軸が一致するように案内籠を上下に連結し且つ風車の回転軸を相互に回転軸の中心が一致するように連結したことを特徴とする請求項１に記載の案内羽根つき籠型風車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は案内羽根付き籠型風車について風力を有効に使い且つ排出側の空気流の活用に着目した改良に関するもので、風力発電等に適用して効果のあるものである。
【背景技術】
【０００２】  風車には空気流に平行な回転軸を持つプロペラ型の風車と空気流に垂直な回転軸を持つ籠型の風車がある。プロペラ型の風車は、発電にも広く活用されている。一方籠型風車については特許文献１、特許文献２，特許文献３，特許文献４他多くの特許文献がある。また非特許文献１他非特許文献もあるが、商品化されたと言うことは聞かないのが実状である。【０００３】
【特許文献１】特開平０５−２４０１４１
【特許文献２】特開昭５０−１４４８４２
【特許文献３】特開昭５５−１４２９７８
【特許文献４】実開昭６１−３３９８０
【非特許文献１】「サボニウス風車に関する研究（第２報、静止案内羽根を持つ場合）」日本機械学会論文集、５１巻、４７１号、昭和６０年１１月．Ｐ３５１６〜
【０００３】  これらの文献からも判るとおり籠型風車にはプロペラ型風車に比較して多くの利点がある。第１に風の方向に影響されずに常に一定の方向に回転することで、プロペラ型風車における風向制御の必要が無く安定して風エネルギーを吸収できる。第２に構造が簡単、軽量で且つ高い剛性を持つため安価に製造できる。第３に軸受け部が比較的広く大きい基礎となっているため発電機等の動力活用機器との連結が簡単である。等総じて構造、制御、動力系が全て低コストで生産が可能であるという利点を備えている。【０００４】  このように多くの利点を持つ籠型風車ではあるが、風杯が風を受ける側（推進側）で有効に動力化出来るが風杯の裏側に風を受ける反対側（抵抗側）が該推進側で受けた動力の一部を打ち消すために効率の悪いものになっていた。従って上記文献においては何れも抵抗側の弊害を消し且つ吸入空気を有効に活用すべく。籠型風車は案内羽根を設けた案内籠の中に収容している。【０００５】  図７は公知の案内羽根付き籠型風車の一例である。の上面断面図である。図において５０は案内羽根付き籠型風車である。５１は案内籠である。該案内籠５１において５２は案内籠の中心軸である。該中心軸５２は案内籠５１の中心で上下方向に設けてある。５３は案内籠５１の端板である。該端板５３は２枚あり、前記案内籠５１の中心軸５２の上下方向に所定の間隔を置いて直角に交わるように設けてある。該上下２枚の端板５３には各々前記中心軸５２を中心とする円環５５が描かれている。５４は案内羽根である。該案内羽根５４は前記上下２枚の端板５３の円環５５の間にあり前記中心軸に直角な水平線に対して所定の角度を成し、その内端を前記円環５５の内径側に、又その外端を前記円環５５の外径上に置くように等間隔に配置され、夫々上下の端板５３に固定されている。５７はベアリングである。該ベアリング５７は夫々上下の端板５３の中心軸５２にその中心を一致させて設けてある。【０００６】  ５８は籠型風車である、５９は籠型風車５８の風杯である。６０は籠型風車５８の回転軸である。前記風杯５９は水平断面が半円弧乃至類似の形をしており、その上下端は、端板で封止している。前記風杯５９を前記回転軸６０に沿い、且つ前記円環５５の内側に近接する円周上に等間隔となるように前記回転軸６０に支持している。【０００７】  前記籠型風車５８は、その外周が前記案内籠５１の案内板５４の内端に近接してその回転軸６０を前記上下のベアリング５７に回転自在に支持されて収容されている。【０００８】  次にその作用を説明する。図６において７０の矢印は風向きを示す。案内羽根付き籠型風車５０の案内羽根５４が風向き７０に対して掬い角となっている部分から風は導入され案内羽根５４に沿って案内籠５１の内側に向かう。この風は案内羽根５４が内側に向かうにつれてその断面積が狭くなるために圧縮風となって風速を増しつつ籠型風車５８に向かい風杯５９に運動エネルギーを伝え風車５８を回転させる。かくして風車を回転させた風は風の向き７０に対して掬い角とならない案内羽根５４間を通って案内羽根の外に流出すると考えられている。【０００９】  而して図１１において図１１ａ及び１１ｂは、案内羽根付き籠型風車について新し���知見を説明する概念図である。図１１ａ及び１１ｂによりその知見について説明する。図１１ａにおいて７２は案内羽根を持たない公知の籠型風車である。
７３は該籠型風車７２の風杯である。７４は籠型風車７２の回転軸である。７０は矢印である該矢印７０は前記風車７２に向かう風の向きをあらはしている。
該籠型風車７２の回転軸７４の左側の風杯は風をその凹部で受けて右回転方向に付勢される。それに対して右側の風杯は、その凸部で風を受けて風上に回転しようとし風により勢力を殺がれる。即ち回転軸７４を境に左側は推進側、右側は抵抗側となる。【００１０】  図１１ｂおにおいて８０は案内羽根付き籠型風車である。案内羽根付き籠型風車８０において、８１は案内籠である。該案内籠８１は前記籠型風車７２をその回転軸７４を回転自在に支持して収容している。なお前記籠型風車７２については同じ部分に同じ符号を付して説明を省略する。
図１１ｂにおいて案内籠８０により風は回転軸の左側はもとり右側の一部では案内板８１に誘導されて風杯７３に達し、風杯７３を付勢する。その上、右側の案内板８１に誘導されない部分についても案内坂内を負圧にし案内籠内の風を吸引する。この吸引力は風杯７３を正回転させる力を持っている。換言すると全域を推進側とするする事が出来る。【００１１】  発明者等は、案内羽根付き籠型風車を更に効率が良く且つ使いやすい機器とするために単に案内籠を風の導入及び圧縮風として活用するという視点でなく、より広い視野に立って風の持つエネルギーを有効に活用するという視点で実験及び検討が必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】  従来案内羽根付き籠型風車について、案内羽根５１の作用は上記の如く風車の風上の風の有効利用に着目した設計が成されてきた。その目的に添うものとして案内羽根５４の長さは籠型風車の直径程度の長さが良いとされ、籠型風車５８の外径は案内籠５１の外径の約１／２から１／３としている。この場合案内羽根５１の入り口の面積に対して出口の面積は約１／２から１／３となる。そこで、案内籠５１の入り口から入った風は圧縮増速されて籠型風車５８の風杯５９を回転させる。【００１３】  本発明者は風の有効活用の観点から案内羽根の推進側及び抵抗側の活用について全面的な見直しを行い、実験を通して抵抗側の負圧を活用することにより籠型風車の効率を更に向上できる見通しを得た。【００１４】  即ち従来の案内羽根付き籠型風車では推進側の風を有効に活用することに重点が偏ったため、案内羽根５４は圧縮増速風として風車に供給すると言う発想に至ったが、本発明者は、抵抗側において負圧により案内羽根内の風は吸い出されていることを勘案すると、推進側の案内羽根で圧縮増速された時点で絞り損失を受けており折角多量の風を取り入れても、それにより増速されて風杯を回転させた風は絞り損失を差し引いたエネルギーの利用に止まり且つ抵抗側の出口で十分に吸い出されず、一部は案内羽根の中に残り全体として効率を落としていると推測される。本発明者は以上の新しい知見に基づいて推進側と抵抗側両方の風力エネルギーを有効に活用すべく実験検討の結果以下の問題解決手段に到達した。
【課題を解決するための手段】
【００１５】  本発明の第１の手段は請求項１に該当し、中心軸に所定の間隔を置いて直交する該中心軸を中心とする複数の円環部の間に所定の間隔を置き且つ前記中心軸に平行且つ前記円環部の内径側より外径側に向かって放射状に配置した案内羽根と、前記中心軸を回転軸とし、複数の風杯を備えた籠型風車を前記案内籠の中心軸を中心に回転自在に収容した案内羽根付き籠型風車において、前記円環部の内径部を覆い、前記案内羽根の数を７〜２０枚、風杯の数を５〜１０個とし、且つ籠型風車の外径前記円環部の外径の３／４から１／２とし、更に前記風車の回転軌跡の最外径部を前記案内羽根の円環部の内径に近接させて設けるようにしている。【００１６】  本発明の第２の手段は請求項２に該当し、本発明の第１の手段に加えて前記中心軸を中心に前記案内羽根を上下に連結し且つ風車の回転軸を相互に連結するようにしている。
【発明の効果】
【００１７】  本発明の第１の手段によれば、案内羽根の外径に対し籠型風車の回転軌跡の最外径が大きいため推進側の案内羽根に入った風は最低限の絞り損失を受けるだけで、案内羽根に案内されて風杯に到達する。一方籠型風車の外径は拡径されているためにトルクは大きくなっている。又同様に負圧側の出口もの抵抗が少なく且つ圧縮が利いていないだけ風量が少ないので、案内羽根内に滞留する風は少なく良く負圧が保たれるため風抵抗が少ない。よって推進側の風の持つエネルギー及び抵抗側の風の持つエネルギーも有効に活用できる。然も籠型風車の外径が大きいだけ発生トルクが大きいため、総合効率は高くなる。【００１８】  なお本発明の第１の手段において円環部の内径部分を覆うとしたのは、推進側においては風杯を押す風が上下より逃げることを防止して風杯にエネルギーを無駄なく与えるよう計り、また抵抗側の負圧により案内羽根の外部より空気を吸引され風車の効率を低減することを防止したものである。又案内羽根の数及び風杯の数については後述の実験の結果決めたものである。【００１９】  本発明の第２の手段によればこのようにして効率が上がった風車を上下に連結して更に大きい出力を得ることが出来る。と言う効果奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【実施例１】
【００２０】  本発明の実施の形態として以下の諸元の案内羽根付き風車を試作し実験を行った。図１は本発明になる案内羽根付き籠型風車の正面図である。図２は図１のＡ−Ａ断面図である。【００２１】図１及び図２において１は案内羽根付き籠型風車である。２は案内籠である。該案内籠２において３は案内籠の中心軸である。該中心軸３は案内籠の中心で上下方向に設けてある。４は案内籠２の端板である。該端板４は上下２枚あり、前記案内籠２の中心軸３の上下方向に所定の間隔を置いて直角に交わるように設けてある。該上下２枚の端板４の形状は正方形をしており各々前記中心軸３を中心として描かれた円環６の外周に外接する大きさである。５は案内羽根である。該案内羽根５は前記上下２枚の端板４の間にあり前記中心軸３に直角な水平線に対して所定の角度を成し、その内端を前記円環６の内径上に、又その外端を円環６の外径上に置くように等間隔に配置され、夫々上下の端板４に固定されている。８はベアリングである。該ベアリング８は夫々上下の端板４の中心軸３にその中心を一致させて設けた。【００２２】  ９は籠型風車である、１０は籠型風車９の風杯である。１２は籠型風車９の回転軸である。前記風杯１０は水平断面が半円弧をなしその上下端は端板で封止している。１１は支腕である。該支腕１１は前記風杯１０を前記回転軸１２に沿い且つ前記円環６の内径の内側に近接する円周上に等間隔となるように前記回転軸１２に支持している。【００２３】  前記籠型風車９は、その回転軌跡の外周が前記案内籠２の案内羽根５の内端に近接してその回転軸１２を前記上下のベアリング８に回転自在に支持されて収容されている。
１３はジョイントボルトである。該ジョイントボルトは前記端板４の４隅に設けたジョイントボルト挿通孔を通してナット１４により上下より締め付け固定され、案内羽根付き籠型風車を保護する強度部材を構成している。【００２４】  本実験用風車の試作については回転力を高めるため次のような考察を行った。
１．  籠型風車９の回転部直径を案内籠の円環部６の外径の約半分以上とする。実験には上限に近い値での効果を確認するために極力大きく取る。
２．  １により案内羽根５の取り付け部の円環部６の幅が籠型風車９の直径より小さくなるが、案内羽根５の取り付けピッチをその幅程度として空気の流れを良くした。
３．  籠型風車の上下端板４の円環部６の内径側に蓋をする効果を確認する。
４．  風杯１０の形状は、風を受け易く且つ回転抵抗が少ない水平断面形状を半円形又はそれに類似した形状とし、上下端に蓋をする。【００２５】  上記考察を基に案内羽根付き籠型風車を試作し、以下の条件で実験を行った。
案内籠の諸元  円環部６の外径            ０．９ｍ
上下端板４の間隔          ０．５ｍ
案内羽根５の数            １６枚
籠型風車      外径                      ０．６５ｍ
高さ                      ０．５  ｍ
風杯の数                          ６個【００２６】実験条件
案内羽根５の取り付け角度（度）    ０      ４５      ６０
円環部６の内径部                  蓋なし          蓋あり
実験には扇風機（ファン径６０ｃｍ）を使用し、風速計は（電流計式風速計）を使用して測定した。なお風速は扇風機の強：３．８ｍ／ｓｅｃ、中：３ｍ／ｓｅｃ、弱：約２．８ｍ／ｓｅｃ。のスイッチを切り替えて実験した。【００２７】実験の結果を図５及び図６に示す。図５は本実験により風の流れを測定した結果を表示した図である。図６は各種条件により行った試作風車の回転速度をプロットしたグラフである。
図５において案内羽根の効果は、本来抵抗となる右側が吸引作用によって推進側となる。これは右半分のみに風を送って確認した結果風杯は正回転をすることで確認できた。
更に項目番号２１の実験前の考察に対する実験結果からの判断は、
１．  実験に供した試作品は十分実用域にあり籠型風車９の直径を拡大した効果により従来のものより大きい回転力を有すると考えられる。
２．  吸引作用は案内羽根の数が少な過ぎても多過ぎても低下することは容易に推測できる。取り付け角度は約４５度で最も回転数が高まる。
３．  上下の蓋の効果も図５の結果より明確である。
４．  風杯の形状については円弧状が良いと推測できる。【００２８】上記の如く案内羽根付き籠型風車において風の持つエネルギーを総合的に活用するには単に推進側のみに着目した改善では限界があり、抵抗側の吸引作用にも着目して項目番号２４の推測の部分について実験的に定量化したい。又より効率の良い風車とするために図９及び図１０に示す風杯の形状についても実験的に効果を確かめる予定である。図９に付いては案内羽根付き籠型風車２０において風杯のみ形状を変更して風杯２２の内側をＬ程高くして、図１０については同じく風杯の形状を内側を直線Ｍにより円弧に外接する形とする等色々試みて風力エネルギーをより確実に確保できる形状を追求したい。又図２において案内籠の円環６を内周部からが外周部に向かって空気の取り入れを良くするために開口した形状を試みたいこれは前記検討の通り絞り効果が問題になるが、実用上影響が少なく且つ効果の上がる点を追求してみたい。、
【実施例２】本発明の第２の実施の態様例とし図７、図８により説明する。図７は図１に示した案内羽根付き小型風車１を２台上下に連結して出力の倍増を計った例である。図８は図７のＢ−Ｂ断面図である。
図７において１は図１で説明した案内羽根付き籠型風車である。図において１３はジョイントボルトである、該ジョイントボルト１３上下の端板の四隅のジョイントボルト挿通孔を挿通してナット１４でその上下から締め上げている。ジョイントボルトは十分な剛性を有しているため非常に剛性が高い保護枠となる。、又同時にジョイントボルトの端板より所定長さだけ突出させて上に同じ案内羽画根付き籠型風車を載置して該ターンバックル１６で上下の風車を固定する。更に風車の回転軸１２を連結ピース１５で固定することにより上下の風車は連結され風による仕事量は倍増する。なお１７は基礎で
【図１】
2005127293.tif 000003
【図２】
2005127293.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2005127293.tif 000012
【図１２】
2005127293.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成16年1月20日(2004.1.20)
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は案内羽根付き籠型風車について風力を有効に使い且つ排出側の空気流の活用に着目した改良に関するもので、風力発電等に適用して効果のあるものである。
【背景技術】
【０００２】  風車には空気流に平行な回転軸を持つプロペラ型の風車と空気流に垂直な回転軸を持つ籠型の風車がある。プロペラ型の風車は、発電にも広く活用されている。一方籠型風車については特許文献１、特許文献２，特許文献３，特許文献４他多くの特許文献がある。また非特許文献１他非特許文献もあるが、商品化されたと言うことは聞かないのが実状である。【特許文献１】特開平０５−２４０１４１
【特許文献２】特開昭５０−１４４８４２
【特許文献３】特開昭５５−１４２９７８
【特許文献４】実開昭６１−３３９８０
【非特許文献１】「サボニウス風車に関する研究（第２報、静止案内羽根を持つ場合）」日本機械学会論文集、５１巻、４７１号、昭和６０年１１月．Ｐ３５１６〜
【０００３】  これらの文献からも判るとおり籠型風車にはプロペラ型風車に比較して多くの利点がある。第１に風の方向に影響されずに常に一定の方向に回転することで、プロペラ型風車における風向制御の必要が無く安定して風エネルギーを吸収できる。第２に構造が簡単、軽量で且つ高い剛性を持つため安価に製造できる。第３に軸受け部が比較的広く大きい基礎となっているため発電機等の動力活用機器との連結が簡単である。等総じて構造、制御、動力系が全て低コストで生産が可能であるという利点を備えている。【０００４】  このように多くの利点を持つ籠型風車ではあるが、風杯が風を受ける側（推進側）で有効に動力化出来るが風杯の裏側に風を受ける反対側（抵抗側）が該推進側で受けた動力の一部を打ち消すために効率の悪いものになっていた。従って上記文献においては何れも抵抗側の弊害を消し且つ吸入空気を有効に活用すべく。籠型風車は案内羽根を設けた案内籠の中に収容している。【０００５】  図９は公知の案内羽根付き籠型風車の一例である。図１０は該図９のＣ−Ｃ断面図である。図において５０は案内羽根付き籠型風車である。５１は案内籠である。該案内籠５１において５２は案内籠の中心軸である。該中心軸５２は案内籠５１の中心で上下方向に設けてある。５３は案内籠５１の端板である。該端板５３は２枚あり、前記案内籠５１の中心軸５２の上下方向に所定の間隔を置いて直角に交わるように設けてある。該上下２枚の端板５３には各々前記中心軸５２を中心とする円環５５が描かれている。５４は案内羽根である。該案内羽根５４は前記上下２枚の端板５３の円環５５の間にあり前記中心軸に直角な水平線に対して所定の角度を成し、その内端を前記円環５５の内径側に、又その外端を前記円環５５の外径上に置くように等間隔に配置され、夫々上下の端板５３に固定されている。５７はベアリングである。該ベアリング５７は夫々上下の端板５３の中心軸５２にその中心を一致させて設けてある。【０００６】  ５８は籠型風車である、５９は籠型風車５８の風杯である。６０は籠型風車５８の回転軸である。前記風杯５９は水平断面が半円弧乃至類似の形をしており、その上下端は、端板で封止している。前記風杯５９を前記回転軸６０に沿い、且つ前記円環５５の内側に近接する円周上に等間隔となるように前記回転軸６０で支持している。【０００７】  前記籠型風車５８は、その外周が前記案内籠５１の案内板５４の内端に近接してその回転軸６０を前記上下のベアリング５７に回転自在に支持されて収容されている。７０は矢印である。該矢印７０は風の方向を示している。【０００８】  次にその作用を説明する。図１０において案内籠５１の案内羽根５４が風向き７０に対して掬い角となっている部分から風は導入され案内羽根５４に沿って案内籠５１の内側に向かう。この風は案内羽根５４が内側に向かうにつれてその断面積が狭くなるために圧縮風となって風速を増しつつ籠型風車５８に向かい風杯５９に運動エネルギーを伝え風車５８を回転させる。かくして風車を回転させた風は風の向き７０に対して掬い角とならない案内羽根５４間を通って案内羽根の外に流出すると考えられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】  而して図１１において図１１ａ及び１１ｂは、案内羽根付き籠型風車について新しい知見を説明する概念図である。図１１ａは案内籠を持たない公知の籠型風車での上面図ある。図１１ｂは新しい知見による案内羽根付き籠型風車の上面図である。図１１ａにおいて７２は案内羽根を持たない公知の籠型風車である。７３は該籠型風車７２の風杯である。７４は籠型風車７２の回転軸である。７０は矢印である該矢印７０は前記風車７２に向かう風の向きを表している。【００１０】  該籠型風車７２の回転軸７４の左側の風杯７３は風７０をその凹部で受けて右回転方向に付勢される。それに対して右側の風杯７３は、その凸部で風７０を受けて左回転方向に回転しようとし右回転の勢力を殺ぐ様に働く。即ち回転軸７４を境に左側は推進側、右側は抵抗側となる。【００１１】  図１１ｂにおいて８０は案内羽根付き籠型風車である。該案内羽根付き籠型風車８０において、８１は案内籠である。該案内籠８１は図において前後２枚の円環をなした端板８２と直角且つその外端を該円環外周部に、その内端を該円環の内径部に揃えて放射状に複数配置した案内羽根８３とで構成されている。尚端板８２の内径部は閉止されている。【００１２】  案内籠８１の前後方向の中心軸に一致させて図示しないベアリングにより前記籠型風車７２をその回転軸７４を回転自在に支持して収容している。なお前記籠型風車７２については図９ａで説明したものと同じ部分に同じ符号を付して説明を省略する。【００１３】  図１１ｂにおいて案内籠８１により風７０は回転軸の左側はもとり右側の一部では案内羽根８３に誘導されて風杯７３の凹部に達し、風杯７３を付勢する。その上、右側の案内羽根８３に誘導されない部分についても案内羽根８３と端板８２で囲まれた部分を負圧にし案内籠８１内の風を吸引する。この吸引力は風杯７３を正回転させる力を持っている。換言すると全域を推進側とする事が出来る。と言う知見を得た。【００１４】  発明者等は、案内羽根付き籠型風車を更に効率が良く且つ使いやすい機器とするために単に案内籠を風の導入及び圧縮風として活用するという視点でなく、より広い視野に立って風の持つエネルギーを有効に活用するという視点で実験及び検討が必要であると思考している。【００１５】  従来案内羽根付き籠型風車について、案内羽根５１の作用は上記の如く風車の風上の風を有効に利用する事に着目した設計が成されてきた。その目的に添うものとして案内羽根５４の長さは籠型風車の直径程度の長さが良いとされ、籠型風車５８の外径は案内籠５１の外径の約１／２から１／３としている。この場合、案内羽根５１の入り口の面積に対して出口の面積は約１／２から１／３となる。そこで、案内籠５１の入り口から入った風は圧縮増速されて籠型風車５８の風杯５９を回転させる。【００１６】  本発明者は風の有効活用の観点から案内羽根の推進側及び抵抗側の活用について全面的な見直しを行い、実験を通して抵抗側の負圧を活用することにより籠型風車の効率を更に向上できる見通しを得た。【００１７】  即ち従来の案内羽根付き籠型風車５０では推進側の風を有効に活用することに重点が偏ったため、案内羽根５４は圧縮増速風として風車に供給すると言う発想に至ったが、本発明者は、図１１ｂの抵抗側において負圧により案内籠８１内の風が吸い出されていることを勘案すると、従来の案内羽根付き籠型風車５０は、一方で推進側の案内羽根５４で圧縮増速された時点で絞り損失を受けており、折角多量の風を取り入れても、それにより増速されて風杯を回転させた風は絞り損失を差し引いたエネルギーの利用に止まり且つ、抵抗側の出口で十分に吸い出されず、一部は案内籠５１の中に残り全体として効率を落としていると推測される。更に風車の外径が小さくなってトルクが出せないと言う点もある。従って、本発明者は新しい知見に基づいて図１１ｂに於ける推進側と抵抗側両方の風力エネルギーを有効に活用すべく実験検討の結果以下の問題解決手段に到達した。
【課題を解決するための手段】
【００１８】  本発明の第１の手段は請求項１に該当し、中心軸に所定の間隔を置いて直交する該中心軸を中心とする複数の円環部の間に所定の間隔を置き且つ前記中心軸に平行且つ前記円環部の内径側より外径側に向かって放射状に配置した案内羽根と、前記中心軸を回転軸とし、複数の風杯を備えた籠型風車を前記案内籠の中心軸を中心に回転自在に収容した案内羽根付き籠型風車において、前記円環部の内径部を覆い、前記案内羽根の数を７〜２０枚、風杯の数を５〜１０個とし、且つ籠型風車の外径を前記円環部の外径の３／４から１／２とし、更に前記風車の回転軌跡の最外径部を前記案内羽根の円環部の内径に近接させて設けるようにしている。【００１９】  本発明の第２の手段は請求項２に該当し、本発明の第１の手段に加えて前記中心軸を中心に前記案内籠を上下に連結し且つ風車の回転軸を相互に連結するようにしている。
【発明の効果】
【００２０】  本発明の第１の手段によれば、案内羽根の外径に対し籠型風車の回転軌跡の最外径が大きいため推進側の案内羽根に入った風は最低限の絞り損失を受けるだけで、案内羽根に案内されて風杯に到達する。一方籠型風車の外径は拡径されているためにトルクは大きくなっている。又同様に負圧側の出口もの抵抗が少なく且つ圧縮が利いていないだけ風量が少ないので、案内籠内に滞留する風は少なく良く負圧が保たれるため籠型風車に対する抵抗が少ない。よって推進側の風の持つエネルギー及び抵抗側の風の持つエネルギーも有効に活用できる。然も籠型風車の外径が大きいだけ発生トルクが大きいため、総合効率は高くなる。【００２１】  なお本発明の第１の手段において円環部の内径部分を覆うとしたのは、推進側においては風杯を押す風が上下より逃げることを防止して風杯にエネルギーを無駄なく与えるよう計り、また抵抗側の負圧により案内羽根の外部より空気を吸引され風車の効率を低減することを防止したものである。又案内羽根の数及び風杯の数については後述の実験の結果決めたものである。【００２２】  本発明の第２の手段によれば、このようにして効率が上がった風車を上下に連結して更に大きい出力を得ることが出来る。と言う効果奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【実施例１】
【００２３】  本発明の実施の形態として以下の諸元の案内羽根付き風車を試作し実験を行った。図１は本発明になる案内羽根付き籠型風車の正面図である。図２は図１のＡ−Ａ断面図である。【００２４】  図１及び図２において１は案内羽根付き籠型風車である。２は案内籠である。該案内籠２において３は案内籠の中心軸である。該中心軸３は案内籠の中心で上下方向に設けてある。４は案内籠２の端板である。該端板４は上下２枚あり、前記案内籠２の中心軸３の上下方向に所定の間隔を置いて直角に交わるように設けてある。該上下２枚の端板４の形状は正方形をしており各々前記中心軸３を中心として描かれた円環６の外周に外接する大きさである。５は案内羽根である。該案内羽根５は前記上下２枚の端板４の間にあり前記中心軸３に直交し且つ前記案内羽根５の上下方向の中心線に交わる直線に対して所定の角度を成し、その内端を前記円環６の内径上に、又その外端を円環６の外径上に置くように等間隔に配置され、夫々上下の端板４に固定されている。８はベアリングでる。該ベアリング８は夫々上下の端板４の中心軸３にその中心を一致させて設けた。【００２５】  ９は籠型風車である、１０は籠型風車９の風杯である。１２は籠型風車９の回転軸である。前記風杯１０は水平断面が半円弧をなし、その上下端は平板で封止している。１１は支腕である、該支腕１１は前記風杯１０を前記回転軸１２に沿い且つ前記円環６の内径の内側に近接する円周上に等間隔となるように前記回転軸１２に支持している。【００２６】  前記籠型風車９は、その回転軌跡の外周が前記案内籠２の案内羽根５の内端に近接してその回転軸１２を前記上下のベアリング８に回転自在に支持されて収容されている。  １３はジョイントボルトである。該ジョイントボルト１３は前記端板４の４隅に設けた図示しないジョイントボルト挿通孔を通してナット１４により上下より締め付け固定され、案内羽根付き籠型風車１を保護する強度部材を構成している。【００２７】  本実験用風車の試作については回転力を高めるため次のような考察を行った。１．  案内羽根付き籠型風車１の回転部直径を案内籠２の円環部６の外径の約半分以上とする。実験には上限に近い値でその効果を確認するために極力大きく取る。２．  第１項により案内羽根５の取り付け部である円環部６の幅が籠型風車９の直径より小さくなるが、案内羽根５の取り付けピッチを案内羽根５の幅程度として空気の流れを良くした。３．  籠型風車９の上下端板４の円環部６の内径側に蓋をする効果を確認する。４．  風杯１０の形状は、風を受け易く且つ回転抵抗が少ない水平断面形状として半円形又はそれに類似した形状とし、上下端を平板で蓋をする。【００２８】  上記考察を基に案内羽根付き籠型風車を試作し、以下の条件で実験を行った。案内籠２の諸元  円環部６の外径            ０．９ｍ                上下端板４の間隔          ０．５ｍ                案内羽根５の数            １６枚籠型風車        外径                      ０．６５ｍ                高さ                      ０．５  ｍ            風杯の数                      ４個、６個【００２９】実験条件      案内羽根５の取り付け角度（度）      ０      ４５      ６０      風杯の数                            ４個              ６個      円環部６の内径部                    蓋なし            蓋あり  前記蓋あり、蓋なしとは、円環部６の内径部を閉止した場合が蓋あり、解放状態の場合が蓋なしと表示した、  実験には扇風機（ファン径６０ｃｍ）を使用し、風速計は（電流計式風速計）を使用して測定した。なお風速は扇風機の強：３．８ｍ／ｓｅｃ、中：３ｍ／ｓｅｃ、弱：約２．８ｍ／ｓｅｃ。のスイッチを切り替えて実験した。【００３０】  実験の結果を図３及び図４に示す。図３では円環部内径に上下蓋あり且つ風杯６個が最も良い組み合わせであった。図４においては案内羽根の角度は４５度且つ上下蓋ありの組み合わせが最も良く風速が最も大きい場合、回転数が高かった。  図４において案内羽根の効果は、本来抵抗となる右側が吸引作用によって推進側となる。これは右半分のみに風を送って確認した結果風杯は正回転をすることで確認できた【００３１】  更に項目番号２７に示した実験前の考察に対する実験結果から、１．  実験に供した試作品は十分実用域にあり籠型風車９の直径を拡大した効果により従来のものより大きい回転力を有すると考えられる。２．  吸引作用は案内羽根の数が少な過ぎても多過ぎても低下することは容易に推測できる。取り付け角度は約４５度で最も回転数が高まる。３．  上下の蓋の効果も図４の結果より明確である。４．  風杯の形状については円弧状が良いと推測できる。【００３２】  前記の如く案内羽根付き籠型風車１において風の持つエネルギーを総合的に活用するには単に推進側のみに着目した改善では限界があり、抵抗側の吸引作用にも着目して項目番号２７で行った推測について実験的に定量化したい。  又より効率の良い風車とするために図５及び図６に示す風杯の形状についても実験的に効果を確かめる予定である。  図５は案内羽根付き籠型風車２０の上面１部破断図である。該案内羽根付き籠型風車２０において２は案内籠である該案内籠２は図２で説明した案内籠と同一であるから同じ符号を付して説明を省略する。２１は籠型風車である。該籠型風車２１において２２は風杯でりその他の部分は図２において説明したと同じであるから同じ符号を付して説明を省略する。該風杯２２は内側をＬ程高くした。【００３３】  又図６は案内羽根付き籠型風車２３の上面１部破断図である。該案内羽根付き籠型風車２３において２は案内籠である該案内籠２は図２で説明した案内籠と同一であるから同じ符号を付して説明を省略する。２４は籠型風車である。該籠型風車２４において２５は風杯でりその他の部分は図２において説明したと同じであるから同じ符号を付して説明を省略する。該風杯２５は風杯の内側を直線Ｍにより円弧に外接する形としている。【００３４】  これらは共に案内籠２の案内羽根の５により導かれる風が風杯内２２又は２５に滞留する時間内に該風杯２２又は２５に十分なエネルギー伝達をさせるという試みである。等色々試みて風力エネルギーをより効率よく確保できる形状を追求したい。又図２において案内籠の円環６を内周部から外周部に向かって外に広げて空気の取り入れを良くす形状を試みたい。これは前記検討の通り絞り効果が問題になるが、実用上影響が少なく且つ効果の上がる点を追求してみたい。
【実施例２】
【００３５】本発明の実施の形態の第２例を図７、図８により説明する。図７は本発明の案内羽根付き籠型風車１を上下に積み重ねた正面図である。図８は図７のＢ−Ｂ断面図である。  図７において１は図１で説明した案内羽根付き籠型風車である。図において図１で説明したと同じ部分には同じ符号を付して説明を省略する。１３はジョイントボルトである、該ジョイントボルト１３は上下にある端板４の四隅のジョイントボルト挿通孔を挿通してナット１４でその上下から締め上げている。又１６はターンバックルである。該ターバックル１６は前記ジョイントボルト１３を端板４より所定長さだけ突出させて上に同じ案内羽根付き籠型風車１を載置して上下の風車を固定する。ジョイントボルトは十分な剛性を有しているため非常に剛性が高い保護枠となる。【００３６】  １５は連結ピースである。該連結ピース１５は、上下の案内羽根付き籠型風車１の回転軸１２を連結し固定することにより上下の風車は連結され風による仕事量は倍増する。なお１７は基礎である。この基礎は十分地上高を確保できるので、発電機等を最下位の案内羽根付き籠型風車の底板下に固定することが出来て都合がよい
【産業上の利用可能性】
【００３７】１．  効率良く安価且つ構造簡単で維持費の少ない小型発電用風車として、又その他の小規模の動力源として利用可能である。２．  連結して効率が良く安価且つ構造簡単で維持費の少ない中大型発電機として又動力源として利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の案内羽根付き籠型風車の正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である
【図３】本発明の実施例１による実験結果を示すグラフである。
【図４】本発明の実施例１の実験結果を示す他のグラフである。
【図５】本発明の実施例として検討したい風杯の例を示す上面１部破断図である。
【図６】本発明の実施例として検討したい風杯の他の例を示す上面１部破断図である。
【図７】本発明の実施例２を説明する正面図である。
【図８】図７のＢ−Ｂ断面図である。
【図９】従来の案内羽根付き籠型風車を示す正面図である。
【図１０】図９のＣ−Ｃ断面図である。
【図１１】（ａ）本発明に係る新しい知見を説明するため（ｂ）との対比に用いる上面図である。（ｂ）本発明の新しい知見を説明するための上面図である。
【符号の説明】
【００３９】  １、２０，２３，５０、８０  案内羽根つき籠型風車  ２、５１、８１  案内籠  ３、５２  中心軸  ４，５３、８２  端板  ５，５４、８３  案内羽根  ６，５５  円環部  ８，５７  ベアリング  ９，２１，２４，５８、７２  籠型風車  １０，２２，２５、５９、７３  風杯  １１      支腕  １２，６０、７４  回転軸  ７０  風の向き（を示す矢印）  Ｍ、Ｎ  直線部分
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】図面    【図１】2005127293.tif 000014
【図２】2005127293.tif 000015
【図３】2005127293.tif 000016
【図４】2005127293.tif 000017
【図５】2005127293.tif 000018
【図６】2005127293.tif 000019
【図7】2005127293.tif 000020
【図8】2005127293.tif 000021
【図９】2005127293.tif 000022
【図１０】2005127293.tif 000023
【図１１】2005127293.tif 000024