【手続補正書】
【提出日】平成26年5月1日(2014.5.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形平板状の車板から複数の羽根平が延出した形状をなした回転羽根であり、
回転羽根の厚さは全体が均一で、
各羽根平の回転方向の前縁には、
円筒部材が取り付けられている
ことを特徴とする軸流タービン風車の回転羽根。
【請求項２】
円形平板状の車板から複数の羽根平が延出した形状をなした回転羽根であり、
回転羽根の厚さは全体が均一で、
各羽根平の回転方向の前縁には、
円筒部材が取り付けられており、
羽根平の弦長に対する円筒部材の幅の割合が、０．０５〜０．３である
ことを特徴とする軸流タービン風車の回転羽根。
【請求項３】
前記の円筒部材が、
風下方向が開口した、断面が弧状の曲板部材である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の軸流タービン風車の回転羽根。
【請求項４】
前記の円筒部材は、
外端が開口した形状をなしている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の軸流タービン風車の回転羽根。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
本発明の軸流タービン風車は、ウエルズタービンと同じく、軸方向の流体の往復流に追従して常に同一方向に回転するタービン型風車であるが、従来のウエルズタービンの欠点を改善したことが特徴である。
例えば、無回転から所定の回転数までの起動時間を大幅に短縮し、かつ低回転数域においても高トルクを発生しながら回転を持続して稼動する可能にした。
又、ウエルズタービンでは設備コストが高く発電のコストパフォーマンスに課題があったが本発明は円周上に配列した複数の矩形または扇形の平板羽根に曲板や円筒などを組み付けた構造であるため、製作が比較的容易で、かつ製造設備を廉価に製造できること等も大きな特徴であり、比較的小規模の分散電力用発電機として実用性に優れる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
本発明は図１に示すように、平板の車板と複数の羽根平からなる極めてシンプルな構造である。流体による往復流を一定方向の回転力に変える為に、羽根平の前縁に、対称的な曲率の構造物を有することが特徴である。
こうしたシンプルな構成、材料の為に形状の設計は非常に自由にでき、又、製作費も従来のウエルズタービンに比べて大幅に低下する。
推進力を出すための曲率をもつ構造物は円筒をつけたものでも良いし、半円筒を取り付けたものでもよい。
或いは、放物線、楕円、他任意の曲率を有してもよいが、流体に対して最適な曲率は計算で求めることができる。
また、製作コストやメンテナンスの容易さも考慮して選定すればいい。
また、本発明のタービンの羽根の枚数は、２枚以上であれば偶数、奇数を問わないが、コスト・性能のバランスで設定すればいい。
好ましくは、２−８枚程度である。
８枚以上になると製作が面倒なばかりか、重量増加、コスト増加になる。
羽根の材質は軽くて剛性が高いものほど大型化、軽量化ができるので好ましいが、好ましくは、アルミニウム、鉄、繊維強化プラスチック、木材などの材料の１種或いはこれらを組み合わせて作ることができる。
ハブと羽根を合わせてタービンを形成するがこの外形は余りに大きくなると、発電システムの設備が課題になり実用性がなくなる。
従って、高々５ｍ程度である。
好ましくは、１−３ｍ程度の小中規摸分散電源として用いる。車板と羽根平は別々に作ってリベットやねじ止め或いは溶接で固定してもいいが、或いは、車板部と羽根平部を一枚の材料から切り出してもよい。
３ｍ程度の比較的小型のタービンではこうしたことも大いに可能であり、コスト低減やメンテナンスも容易になる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
曲率を有する構造物の幅と羽根平の弦長との比は、構造物が円筒の場合、好ましくは０．０５−０．３である。
この比が０．０５より小さくなると、推力が十分に得られないという問題が生じ、０．３より大きくなると構造物の後方流れの剥離域が過大になり、減速しやすく、十分な回転速度が得られなくなる恐れがある。
又、設計費も増大する。
従来使用されているウエルズタービンではこの比、すなわち羽根最大厚比は、０．１２−０．３程度であり、本発明とは下限値が大きく異なる。
曲率を有する構造物は全面、後面、或いは上下の端面部は閉じていても良いし、流体の流れを制御する為にどこか開放していてもよい。
特に、後面の一部開放は回転の推力にもなり好ましい。
開放部の形状、大きさは運転状態等により最適化することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
実施例１
本発明のタービン風車の回転羽根は、代表的な形状としては［図１］のような形状を有している。
ここでは、性能の検証のために［図１］における（２）の構造物が直径１６ｍｍの円筒を有する模型を作製して実験を行った。
厚み２ｍｍのアルミニウム板を用い、それぞれ切込みを入れて作成した。
車板の外径は３６０ｍｍであり、車板の内径は２６０ｍｍ、羽根平の弦長は１１０ｍｍ、羽根幅５０ｍｍとして、羽根幅の全長に亘って羽根平の前縁に幅２ｍｍの切り込み（スリット）を入れた直径１６ｍｍの円筒を組み付けた。車板の厚さは２ｍｍ、ベアリングにて軸受に固定する車軸の太さは１６ｍｍとした。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
［図２］は羽根平の前縁部に組み付ける曲率を有する構造体（円筒）の形状を示す。
この材料にはアルミニウムを用いた。
（１）と（２）の円筒は、いずれも回転羽根の内径側（図２中の下側）を斜めに切り込んで尖らせ、外端部（図２中の上側）は蓋を被せてある。
（１）と（２）の円筒の相違は、外端（図２中の上側）付近（回転方向の下流側）に適当な大きさの開口を付けてあるかどうかである。
［図２］（１）は開口を設けていない場合であり、［図２］（２）は開口を設けてある場合である。
実験は、吹き出し型の小型風洞（テストセクションの直径３７０ｍｍ、長さ１３００ｍｍ）に取り付けて、送風機（定格毎分流量２００ｍ ３ 、５．５ｋＷ）により空気を吸い込み、供試の当該風車を駆動して、回転数とトルクを同時に変化させて測定した。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
［図４］（ａ）および［図４］（ｂ）は、本発明のタービンの回転の原理を示す。
前縁部分に円筒部材を組み付けた羽根平に速度Ｖの流れが当たることによって羽根平周りの圧力分布に基づく抗力Ｄと揚力Ｌの発生によって、羽根平が速度ｕで前進していく場合の速度の三角形と力の関係を示す。αは相対速度Ｗに対する羽根の迎角である。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
［図５］は上記で作成したタービン風車の回転羽根についてのトルク係数ＣＴと周速比λ（＝羽根車の外周速度／風速）の実験結果を示す。
図中のＷＴ６は、６枚羽根のウエルズタービン（比較例）を示し、他はすべて曲板または円筒を前縁に組み付けた回転羽根の軸流タービン風車（ＣＭＦ４Ｔｂ，ＣＭＦ６Ｔａほか：本発明例）を示す。
添字の”ａ”は、曲率を有する構造体（円筒）の先端部に開口を設けない場合（［図２］（１）に対応）を、”ｂ”は設けた場合（［図２］（２）に対応）を示す。
この図から、ＷＴ６は周速比が約１５まで達し、かつ負荷トルクも大きくなっているが、中速度比（約７）以下では計測不可であり、急激に停止になっている。
即ちウエルズタービンの欠点を顕著に表している。
一方、本発明の６枚羽根（ＣＭＦ６ＴａおよびＣＭＦ６Ｔｂ）は、最大周速比がほぼ７程度でＷＴ６の約半分であるが、ＣＴは同程度である。
曲率を有する構造体（円筒）の先端部の開口の有無は周速度にわずかながら影響している。
また、４枚羽根、およびその他の回転羽根では、ＣＴあるいは周速比λがわずかに小さくなっている。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
次に［図７］は、各回転羽根について始動時から定常回転に達するまでの回転数ｎ（ｒｐｍ）と経過時間ｔ（ｓ、秒）の関係を示す。
この図から、ＷＴ６（比較例）の起動時間は、４５秒とかなり長く、一方、本発明のタービン（ＣＭＦ４Ｔｂ，ＣＭＦ６Ｔａほか）の起動時間は、５秒程度とかなり短く、ＷＴ６のほぼ１／９といえる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
１  車板
２  前縁に組み付けられた構造物（円筒または曲板）
３  羽根平
４  軸孔
５  留めネジ孔
６  円筒留めネジ