(57)【要約】      （修正有）【課題】従来の垂直軸型風車の効率をさらに向上させ、かつ微風状態に於ける起動性をさらに改善する。【解決手段】回転ロータ２の気流中心線に対する右側にブレードの回転軌道に近接して配設された右側フローガイド４を備え、この右側フローガイドを、風車回転軸２ａに対し平行な柱状に形成し、その断面の周線形状を、気流中心線に対向する側である内側４ａが、弧状に形成し、その逆側である外側４ｂが、風下側に於いて内側の弧状の周線と滑らかに接続し、且つ風上側に於いて内側の弧状の周線と鋭角を為して接続する逆Ｓ字状に形成する。右側フローガイドの内側の弧状側面の風上側に突出して、導風板５を連設する。【選択図】図１
2016169721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車回転軸を中心とする円周上の回転対称な位置に、ブレードが該風車回転軸とアームで連結され回転自在に配設された回転ロータを具備する垂直軸型風車であって、
前記風車回転軸を通り前記風車回転軸に垂直な直線を気流中心線、前記風車回転軸に対して前記気流中心線の一方を風上側，他方を風下側、前記風上側から前記風下側に向かう方向を気流方向、前記回転ロータを前記気流中心線により二分したときに、前記回転ロータが順方向に回転する場合に前記気流方向に対して前記ブレードが逆行する側を左側，順行する側を右側とすると、前記回転ロータの前記気流中心線に対する右側に前記ブレードの回転軌道に近接して配設された右側フローガイドを備え、
前記右側フローガイドは、前記風車回転軸に対し平行な柱状に形成され、その断面の周線形状は、前記気流中心線に対向する側である内側が、弧状に形成され、その逆側である外側が、風下側に於いて内側の弧状の周線と滑らかに接続し、且つ風上側に於いて内側の弧状の周線と鋭角を為して接続する逆Ｓ字状に形成されており、
前記右側フローガイドの内側の弧状に形成された側面の風上側に突出して連設された、平板状又は湾曲板状の導風板を備えたことを特徴とする垂直軸型風車。
【請求項２】
前記回転ロータの前記気流中心線に対する左側に前記ブレードの回転軌道に近接して配設された左側フローガイドを備え、
前記左側フローガイドは、前記風車回転軸に対し平行な柱状に形成され、その断面の周線形状は、前記気流中心線に対向する側である内側が、弧状に形成され、その逆側である外側が、風上側に於いて内側の弧状の周線と滑らかに接続し、且つ風下側に於いて内側の弧状の周線と鋭角を為して接続する逆Ｓ字状に形成されていることを特徴とする、請求項１記載の垂直軸型風車。
【請求項３】
前記回転ロータの上下に、前記回転ロータに向かって風を集風する上側フローガイド及び下側フローガイドの何れか一方又は双方を備え、
前記上側フローガイドは、前記回転ロータに対向する下側面が、前記回転ロータの前記風上側から前記風下側に向かって上方に傾斜した平面状又は下に凸の曲面状に形成されており、
前記下側フローガイドは、前記回転ロータに対向する上側面が、前記回転ロータの前記風上側から前記風下側に向かって下方に傾斜した平面状又は上に凸の曲面状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の垂直軸型風車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微風状態に於いても起動し易く且つ発電効率の高い垂直軸型風車に関する。
【背景技術】
【０００２】
垂直軸型風車とは、垂直回転軸を中心としてブレードが回転する風車をいい、ダリウス型風車、ジャイロミル型風車（直線ダリウス型風車）、サボニウス型風車、クロスフロー型風車などがある（非特許文献１，図１参照）。これらの垂直軸型風車の問題点として、風車に吹き込む風の気流方向に対し、左右一方の側のブレードが順行し他方の側のブレードが逆行することに起因して、ブレードの回転中に周期的な失速現象が現れることが知られている。この失速現象の影響は、特に低周速比での回転時に顕著となり、微風時における風車の起動の妨げとなる。
【０００３】
そこで、本発明者は、かかる失速現象の影響を抑え、微風条件においても起動し易くした垂直軸型風車について提案している（特許文献１）。
【０００４】
図１８は、特許文献１記載の垂直軸型風車の斜視図である。この垂直軸型風車１では、垂直に回転自在に立設された回転ロータ２を備え、回転ロータ２は、回転軸２ａの周囲に５枚のブレード２ｂが等間隔で配されている。また、垂直軸型風車１に吹き込む風の気流方向Ｆに対し、回転ロータ２の左右に、柱状の左側フローガイド３及び右側フローガイド４が垂直に配設されている。左側フローガイド３は、回転ロータ２に対向する側の側面（内側面）３ａが円弧面状に形成され、その逆側の側面（外側面）３ｂが、風上側において内側面３ａの円弧と滑らかに接続し風下側において内側面３ａの円弧と鋭角を為して接続する逆Ｓ字状に形成されている。右側フローガイド４は、回転ロータ２に対向する側の側面（内側面）４ａが円弧面状に形成され、その逆側の側面（外側面）４ｂが、風下側において内側面４ａの円弧と滑らかに接続し風上側において内側面４ａの円弧と鋭角を為して接続する逆Ｓ字状に形成されている。このようなフローガイドを設けることで、左側フローガイド３及び右側フローガイド４の下流側に低圧帯が生じ、回転ロータ２周辺の気流が調整されることにより、微風条件においても起動し易くなるとともに、風車による発電効率を８倍以上向上させることができることが、数値計算及び実験により確認されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５４２１４９８号明細書
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】鈴木雅彦，鈴木修二，谷口英人，関和市，「垂直軸風車の実験的研究」，第29回風力エネルギー利用シンポジウム，2007年11月．
【非特許文献２】藤沢延行，渋谷賢志，高野剛，「ダリウス風車における動的失速現象の可視化と画像解析に関する研究」，日本機械学會論文集 B編，一般社団法人日本機械学会，1999年10月25日，65(638), pp.3374-3379.
【非特許文献３】布浦賢作，黒田成昭，朴炳湖，坪倉誠，「ジャイロミル形風車の周りの流れの解析」，日本機械学會年次大会講演論文集 : JSME annual meeting 2005(2)，一般社団法人日本機械学会，2005年9月18日，pp.163-164.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、上記従来の垂直軸型風車の効率をさらに向上させ、かつ微風状態に於ける起動性をさらに改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る垂直軸型風車の第１の構成は、風車回転軸を中心とする円周上の回転対称な位置に、ブレードが該風車回転軸とアームで連結され回転自在に配設された回転ロータを具備する垂直軸型風車であって、
前記風車回転軸を通り前記風車回転軸に垂直な直線を気流中心線、前記風車回転軸に対して前記気流中心線の一方を風上側，他方を風下側、前記風上側から前記風下側に向かう方向を気流方向、前記回転ロータを前記気流中心線により二分したときに、前記回転ロータが順方向に回転する場合に前記気流方向に対して前記ブレードが逆行する側を左側，順行する側を右側とすると、前記回転ロータの前記気流中心線に対する右側に前記ブレードの回転軌道に近接して配設された右側フローガイドを備え、
前記右側フローガイドは、前記風車回転軸に対し平行な柱状に形成され、その断面の周線形状は、前記気流中心線に対向する側である内側が、弧状に形成され、その逆側である外側が、風下側に於いて内側の弧状の周線と滑らかに接続し、且つ風上側に於いて内側の弧状の周線と鋭角を為して接続する逆Ｓ字状に形成されており、
前記右側フローガイドの内側の弧状に形成された側面の風上側に突出して連設された、平板状又は湾曲板状の導風板を備えたことを特徴とする。
【０００９】
この構成により、上記従来の垂直軸型風車に対して、風車効率を向上させることが可能となる。
【００１０】
また、本発明に係る垂直軸型風車の第２の構成は、前記第１の構成に於いて、前記回転ロータの前記気流中心線に対する左側に前記ブレードの回転軌道に近接して配設された左側フローガイドを備え、
前記左側フローガイドは、前記風車回転軸に対し平行な柱状に形成され、その断面の周線形状は、前記気流中心線に対向する側である内側が、弧状に形成され、その逆側である外側が、風上側に於いて内側の弧状の周線と滑らかに接続し、且つ風下側に於いて内側の弧状の周線と鋭角を為して接続する逆Ｓ字状に形成されていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る垂直軸型風車の第３の構成は、前記第１又は２の構成に於いて、前記回転ロータの上下に、前記回転ロータに向かって風を集風する上側フローガイド及び下側フローガイドの何れか一方又は双方を備え、
前記上側フローガイドは、前記回転ロータに対向する下側面が、前記回転ロータの前記風上側から前記風下側に向かって上方に傾斜した平面状又は下に凸の曲面状に形成されており、
前記下側フローガイドは、前記回転ロータに対向する上側面が、前記回転ロータの前記風上側から前記風下側に向かって下方に傾斜した平面状又は上に凸の曲面状に形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明の垂直軸型風車によれば、右側フローガイドの内側の弧状側面の風上側に導風板を連設し、この導風板を該弧状側面とは逆向きに反った弧状に形成することにより、該導風板のない上記従来の垂直軸型風車（特許文献１）に比べ、風車による発電量を向上させることが可能となる。特に、右側フローガイド及び左側フローガイド並びに上側フローガイド及び下側フローガイドを備えた場合には、上記特許文献１の図１８の風車に対し、風車効率が１０〜１２倍程度向上することが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例１に係る垂直軸型風車の外観斜視図である。
【図２】図１の垂直軸型風車の平面視断面図である。
【図３】導風体５のない従来（特許文献１の図１参照）のフローガイドを用いた場合における垂直軸型風車周辺の気流及び気圧分布の時間変化の一例を表す図である。
【図４】図３の場合の速度場の分布の時間変化の一例を表す図
【図５】実施例１の垂直軸型風車周辺の気流及び気圧分布の時間変化の一例を表す図である。
【図６】図５の場合の速度場の分布の時間変化の一例を表す図である。
【図７】実施例１の垂直軸型風車１の他の例を示す図である。
【図８】実施例１の垂直軸型風車１を用いて発電量比の測定を行った結果を表す図である。
【図９】本発明の実施例２に係る垂直軸型風車の外観斜視図である。
【図１０】導風体５のない従来（特許文献１の図１４参照）のフローガイドを用いた場合における垂直軸型風車周辺の気流及び気圧分布の時間変化の一例を表す図である。
【図１１】図１０の場合の速度場の分布の時間変化の一例を表す図である。
【図１２】実施例２の垂直軸型風車周辺の気流及び気圧分布の時間変化の一例を表す図である。
【図１３】図１２の場合の速度場の分布の時間変化の一例を表す図である。
【図１４】実施例２の垂直軸型風車１を用いて発電量比の測定を行った結果を表す図である。
【図１５】本発明の実施例３に係る垂直軸型風車の（ａ）外観斜視図及び（ｂ）正面図である。
【図１６】図１５の垂直軸型風車の（ａ）平面図及び（ｂ）Ａ−Ａ線矢視断面図である。
【図１７】実施例３の垂直軸型風車１を用いて発電量比の測定を行った結果を表す図である。
【図１８】特許文献１記載の垂直軸型風車の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の実施例１に係る垂直軸型風車の外観斜視図である。尚、図１において、説明の便宜上、風車の回転ロータやフローガイドを支持する土台や発電機やフレームの表示は省略している。図２は、図１の垂直軸型風車の平面視断面図である。
【００１６】
本実施例の垂直軸型風車１は、回転ロータ２、左側フローガイド３、右側フローガイド４、及び導風体５を備えている。尚、図１，図２において、垂直軸型風車１に対して矢印Ｆ（以下「気流方向」という。）の方向に風が吹き込むものとする。また、図２において、気流方向Ｆに平行で、回転ロータ２の中心を通る直線を気流中心線Ａという。回転ロータ２に対して風が吹き込む側を風上側，風が流れ出す側を風下側と呼ぶ。回転ロータ２を気流中心線Ａにより二分したときに、回転ロータが順方向（図２に「回転方向」と示した方向）に回転する場合に、気流方向Ｆに対して回転ロータ２のブレード２ｂが逆行する側を左側，順行する側を右側とする。
【００１７】
回転ロータ２は、円柱状の回転軸２ａと５枚のブレード２ｂを備えている。回転軸２ａは、垂直に立設され、その下端は、垂直軸型風車１の下部に設けられる発電機（図示せず）の回転軸に接続されている。
【００１８】
各ブレード２ｂは、断面（水平断面）が翼形をなす柱状に形成され、回転軸２ａと平行となるように垂直に立設されている。また、各ブレード２ｂは、回転軸２ａを中心とする円周上の回転対称な位置に配設され、上下端近傍で回転軸２ａとアーム２ｃ，２ｃで連結されている。これにより、各ブレード２ｂは、回転軸２ａとともに回転する。各ブレード２ｂの断面形状は、一般に使用されている翼形であり、例えば、ジューコフスキー翼形やＮＡＣＡ翼形などを使用することができる。尚、本実施例に於いては、一例として、ブレード２ｂの枚数Ｎが５枚の例を説明するが、本発明においては、枚数Ｎは任意である。
【００１９】
左側フローガイド３は、回転軸２ａに対して平行な柱状に形成されている。左側フローガイド３の断面の周線形状は、気流中心線Ａに対向する内側３ａが弧状に形成され、その逆側（外側３ｂ）が、風上側に於いて内側３ａの弧状周線と滑らかに接続し、且つ風下側に於いて内側３ａの弧状周線と鋭角を為して接続する逆Ｓ字状に形成されている。
【００２０】
右側フローガイド４は、回転軸２ａに対して平行な柱状に形成されている。右側フローガイド４の断面の周線形状は、気流中心線Ａに対向する内側４ａが弧状に形成され、その逆側（外側４ｂ）が、風下側に於いて内側４ａの弧状周線と滑らかに接続し、且つ風上側に於いて内側４ａの弧状周線と鋭角を為して接続する逆Ｓ字状に形成されている。
【００２１】
尚、本実施例に於いては左側フローガイド３及び右側フローガイド４は円弧状に形成した例を示すが、左側フローガイド３及び右側フローガイド４は、必ずしも完全な円弧でなくてもよい（例えば、楕円弧状）。
【００２２】
導風体５は、右側フローガイド４の内側４ａの弧状側面の風上側に連設されている。導風体５は、右側フローガイド４と平行となるように垂直に立設された縦長の湾曲板状に形成されており、その断面は、右側フローガイド４の内側４ａの弧状側面とは反対向き（以下この曲げ向きを「順向き」という。）に反った円弧状（右向きに凸の円弧状）に形成されている。
【００２３】
図２に示すように、回転軸２ａの中心点をＯ、中心点Ｏを通り気流中心線Ａに垂直な直線を気流法線Ｂ、左側フローガイド３の内側３ａの円弧面の中心点を中心点Ｐ、右側フローガイド４の内側４ａの円弧面の中心点を中心点Ｑ、５枚のブレード２ｂをそれぞれｂ０，ｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４とする。気流法線Ｂの左半線分に対して線分ＯＰが成す角をθｌ、気流法線Ｂの右半線分に対して線分ＯＱが成す角をθｒ、気流中心線Ａの風上側に対してブレードｂ０が成す角をブレード回転角θｂとする。また、右側フローガイド４の中心点Ｑを通り気流中心線Ａに平行な直線をＥ、導風体５が右側フローガイド４の内側３ａの円弧面に接続する点を接続点Ｔ、直線Ｅから接続点Ｔまでの距離をｄｔ、導風体５の円弧面の半径をＲｔ、導風体５の両端（両端の垂直辺）を結ぶ直線と直線Ｅとが成す角を導風板傾斜角θｔ、導風体５の弧長をＬｔとする。
【００２４】
以上のように構成された本実施例の垂直軸型風車について、以下その作用について説明する。
【００２５】
図３は、導風体５のない従来（特許文献１の図１参照）のフローガイドを用いた場合における垂直軸型風車周辺の気流及び気圧分布の時間変化の一例を表す図、図４は、図３の場合の速度場の分布の時間変化の一例を表す図、図５は、実施例１の垂直軸型風車周辺の気流及び気圧分布の時間変化の一例を表す図、図６は、図５の場合の速度場の分布の時間変化の一例を表す図である。図３，図５において、気流は曲線により表されており、気圧は背景色により表されている。図４，図６において、気流は曲線により表されており、速度の大きさは背景色により表されている。また、各図において、（ａ）から（ｆ）へ向かい時間が経過している。これらの図の計算には、各ブレードの翼形としてＮＡＣＡ翼形（N:NACA 64）を使用し、回転ロータ２を静止状態として二次元有限要素法により風の流れの計算を行った。各図において、風は図の左側から一様な流速（１ｍ／ｓ）で吹き込んでおり、左側フローガイド３及び右側フローガイド４のサイズは、内側３ａ，４ａの円弧部分の半径が回転ロータ２の起動半径の１．０倍としている。
【００２６】
導風体５のない従来のフローガイド（図３，図４）では、右側フローガイド４の外側４ｂの側面に沿って、大きな渦Ｂ（図３（ａ）のＢ）が次々と発生し、生成された渦Ｂは時間と共に風下側に移動する。この渦Ｂが、右側フローガイド４の下流側端の近傍の領域Ａの付近を通過する際に、領域Ａの周辺の気流が乱されている。これにより、回転ロータ２に加わるトルクの振動が大きくなる（特許文献１の図５参照）。一方、実施例１の垂直軸型風車では、右側フローガイド４の風上側の先端に導風体５を設けることにより、右側フローガイド４の外側４ｂの側面付近に於いて渦の発生が抑制されている。これにより、右側フローガイド４の下流側端の近傍の領域Ａの付近の気流が安定している。また、速度場を見ると、右側フローガイド４の風上側の気流は、導風体５によって右側フローガイド４の内側に導かれ、ブレード２ｂに対して順方向に当たる気流の速度が全体的に大きくなっている。このように、回転ロータ２のブレード２ｂが順行する側の下流の気流が安定し、且つブレード２ｂの順方向により多くの気流が集風されることにより、風車に加わるトルクの振動が抑えられるとともに、逆行方向に働くトルクよりも順行方向に働くトルクの方が平均的に大きくなり、風車の効率が改善されると考えられる。
【００２７】
図７は、実施例１の垂直軸型風車１の他の例を示す図である。図１の場合と同様、風車の回転ロータやフローガイドを支持する土台や発電機やフレームの表示は便宜上省略している。図７（ａ），（ｂ）は、導風体５を、右側フローガイド４の内側４ａの弧状側面と同じ向き（以下この曲げ向きを「逆向き」という。）に反った円弧状（左向きに凸の円弧状）に形成した例を表し、図７（ａ）が斜視図、図７（ｂ）が平面図である。図７（ｃ），（ｄ）は、導風体５を、平板状に形成した例を表し、図７（ｃ）が斜視図、図７（ｄ）が平面図である。
【００２８】
〔実験例〕
表１は、実施例１の垂直軸型風車１を用いて発電量の測定を行った結果である。表１において、表２において、「タイプ」欄は実験に使用したフローガイドのタイプを表す。「タイプ」欄において、“ＬＲＦＧ”は左側フローガイド３及び右側フローガイド４を備えたことを表す。“導風板（ストレート）”は図７（ｃ），（ｄ）のような平板状の導風体５を備えたことを表す。“導風板（ｘ ｍｍ円弧・順向き）”は図１のような右向きに凸の円弧板状に形成された導風体５を備えたことを表し、その円弧の直径２Ｒｔがｘ ｍｍであることを表す。「導風板（ｘ ｍｍ円弧・逆向き）」は図７（ａ），（ｂ）のような左向きに凸の円弧板状に形成された導風体５を備えたことを表し、その円弧の直径２Ｒｔがｘ ｍｍであることを表す。“導風板なし”は導風体５を備えていないことを表す。
【００２９】
実験に使用した風車のサイズ（図２参照）は、Ｒｒ＝Ｒｌ＝９５．５ｍｍ，ｒｗ＝１５０ｍｍ，θｌ＝１５ｄｅｇ，θｒ＝５ｄｅｇ，Ｌｇ＝２４６．５ｍｍ，ｄｔ＝１５ｍｍ，Ｌｔ＝１２０ｍｍとし、導風体５の半径Ｒｔ及び傾斜角θｔを変化させて測定を行った。
【００３０】
実験は室内で行い、回転ロータ２の下部に発電機を接続し、送風ファンにより一定の風速で送風したときに発電機が出力する電力を測定した。それぞれの入力風速において、「導風板なし」の場合の発電量を基準とする電力比を「発電量比」として求めた。従って、発電量比が１以上であれば、上記特許文献１の図１の垂直軸型風車よりも風車効率が高いことになる。
【００３１】
【表１】
2016169721.tif 000003
【００３２】
図８は、実施例１の垂直軸型風車１を用いて発電量比の測定を行った結果を表す図である。図８より、今回実験に用いた導風体５は、何れを用いた場合においても、傾斜角θｔ＝１０〜５０ｄｅｇ（図２参照）の範囲に於いて、発電量比は１より大きい値が得られた。従って、右側フローガイド４の風上側に導風体５を取り付けることによって、導風体５のない場合よりも風車効率を向上させることができることが実証された。
【実施例２】
【００３３】
図９は、本発明の実施例２に係る垂直軸型風車の外観斜視図である。図１の場合と同様、風車の回転ロータやフローガイドを支持する土台や発電機やフレームの表示は便宜上省略している。本実施例の垂直軸型風車１では、実施例１と比べ、左側フローガイド３を省略した点が異なり、その他は実施例１と同様である。図９（ａ），（ｂ）は平板状の導風体５を用いた例、図９（ｃ），（ｄ）は右向きに凸の円弧板状の導風体５を用いた例、図９（ｅ），（ｆ）は左向きに凸の円弧板状の導風体５を用いた例を示す。また、図９（ａ），（ｃ），（ｅ）は斜視図であり、図９（ｂ），（ｄ），（ｆ）は、それぞれ図９（ａ），（ｃ），（ｅ）の平面図である。
【００３４】
次に、本実施例の垂直軸型風車について、導風体５による風の流れの調整作用について説明する。
【００３５】
図１０は、導風体５のない従来（特許文献１の図１４参照）のフローガイドを用いた場合における垂直軸型風車周辺の気流及び気圧分布の時間変化の一例を表す図、図１１は、図１０の場合の速度場の分布の時間変化の一例を表す図、図１２は、実施例２の垂直軸型風車周辺の気流及び気圧分布の時間変化の一例を表す図、図１３は、図１２の場合の速度場の分布の時間変化の一例を表す図である。図１０，図１２において、気流は曲線により表されており、気圧は背景色により表されている。図１１，図１３において、気流は曲線により表されており、速度の大きさは背景色により表されている。また、各図において、（ａ）から（ｆ）へ向かい時間が経過している。これらの図の計算には、各ブレードの翼形としてＮＡＣＡ翼形（N:NACA 64）を使用し、回転ロータ２を静止状態として二次元有限要素法により風の流れの計算を行った。各図において、風は図の左側から一様な流速（１ｍ／ｓ）で吹き込んでおり、左側フローガイド３のサイズは、内側３ａ，４ａの円弧部分の半径が回転ロータ２の起動半径の１．０倍としている。
【００３６】
実施例１と同様、導風体５のない従来のフローガイド（図１０，図１１）では、右側フローガイド４の外側４ｂの側面に沿って、大きな渦Ｂ（図１０（ａ）のＢ）が次々と発生し、この渦Ｂが、右側フローガイド４の下流側端の近傍の領域Ａの付近を通過する際に、領域Ａの周辺の気流が乱されている。これにより、回転ロータ２に加わるトルクの振動が大きくなる（特許文献１の図１６参照）。一方、実施例２の垂直軸型風車では、右側フローガイド４の風上側の先端に導風体５を設けることにより、右側フローガイド４の外側４ｂの側面付近に於いて渦の発生がある程度抑制されている。これにより、右側フローガイド４の下流側端の近傍の領域Ａの付近の気流が比較的安定している。また、速度場を見ると、右側フローガイド４の風上側の気流は、導風体５によって右側フローガイド４の内側に導かれ、ブレード２ｂに対して順方向に当たる気流の速度が全体的に大きくなっている。このように、回転ロータ２のブレード２ｂが順行する側の下流の気流が安定し、且つブレード２ｂの順方向により多くの気流が集風されることにより、風車に加わるトルクの振動が抑えられるとともに、逆行方向に働くトルクよりも順行方向に働くトルクの方が平均的に大きくなり、風車の効率が改善されると考えられる。
【００３７】
〔実験例〕
表２は、実施例２の垂直軸型風車１を用いて発電量の測定を行った結果である。表２において、「タイプ」欄は実験に使用したフローガイドのタイプを表す。「タイプ」欄において、“ＲＦＧ”は右側フローガイド４を備えたこと，“導風板なし”は導風体５がない状態、“導風板（ストレート）”は図９（ａ），（ｂ）のような平板状の導風体５を取り付けた状態、“導風板（ｘ ｍｍ円弧・逆向き）”は直径ｘ ｍｍの円弧状の導風体５を逆向き（右側フローガイド４の内側の弧状側面と同じ向きに反った状態、すなわち、左向きに凸の状態）に取り付けた状態（図９（ｅ）（ｆ）参照）、“導風板（ｘ ｍｍ円弧・順向き）”は直径ｘ ｍｍの円弧状の導風体５を順向き（右側フローガイド４の内側の弧状側面と逆向きに反った状態、すなわち、右向きに凸の状態）に取り付けた状態（図９（ｃ）（ｄ）参照）を表す。「発電量比」は、“導風板なし”の状態（特許文献１の図１４参照）の発電量に対する発電量の比である。
【００３８】
実験に使用した風車のサイズ（図２の記号を参照）は、実施例１と同様とし、右側フローガイド４の半径はＲｒ＝９５．５ｍｍ、右側フローガイド４の位置はθｒ＝５ｄｅｇ，Ｌｇ＝２４６．５ｍｍ、導風体５の接続点Ｔの位置はｄｔ＝１５ｍｍ、導風体５の長さ（円弧の弦の長さ）Ｌｔは１２０ｍｍとした。
【００３９】
実験は室内で行い、回転ロータ２の下部に発電機を接続し、送風ファンにより一定の風速で送風したときに発電機が出力する電力を測定し、それぞれの入力風速において、発電量比を求めた。従って、発電量比が１以上であれば、上記特許文献１の図１４の垂直軸型風車よりも風車効率が高いことになる。
【００４０】
【表２】
2016169721.tif 000004
【００４１】
図１４は、実施例２の垂直軸型風車１を用いて発電量比の測定を行った結果を表す図である。図１４より、今回実験に用いた導風体５は、表２の実験例１６を除く全ての場合においても、傾斜角θｔ＝１０〜５０ｄｅｇ（図２参照）の範囲に於いて、発電量比は１より大きい値が得られた。なお、表２の実験例１６の場合のみ発電量比０．９９であったが、測定誤差があることを考慮すると、実験例１６の場合は、特許文献１の図１４の垂直軸型風車の風車効率とほぼ同等と考えてよい。従って、右側フローガイド４の風上側に導風体５を取り付けることによって、導風体５のない場合よりも風車効率を向上させることができることが実証された。
【実施例３】
【００４２】
図１５は、本発明の実施例３に係る垂直軸型風車の（ａ）外観斜視図及び（ｂ）正面図である。図１の場合と同様、風車の回転ロータやフローガイドを支持する土台や発電機やフレームの表示は便宜上省略している。図１６は、図１５の垂直軸型風車の（ａ）平面図及び（ｂ）Ａ−Ａ線矢視断面図である。本実施例の垂直軸型風車１では、実施例１と比べ、上側フローガイド６及び下側フローガイド７を追加した点が異なり、その他は実施例１と同様である。
【００４３】
上側フローガイド６及び下側フローガイド７は、ともに水平に配置された円弧板状に形成されている。上側フローガイド６は、下に凸の円弧板状であり、下側フローガイド７は上に凸の円弧板状である。上側フローガイド６は、回転ロータ２の風上側の回転ロータ２の斜め上方に近接して配設され、下側フローガイド７は、回転ロータ２の風上側の回転ロータ２の斜め下方に近接して配設されている。
【００４４】
尚、本実施例では、上側フローガイド６及び下側フローガイド７を円弧板状に形成した例を示すが、上側フローガイド６及び下側フローガイド７は回転ロータ２に対向する面が円弧面であればよく、例えば、上側フローガイド６及び下側フローガイド７を闕円柱状体（弓形（闕円）を垂直に引き延ばしてできる柱状立体図形）としてもよい。
【００４５】
〔実験例〕
上側フローガイド６及び下側フローガイド７の形状及び位置の各パラメータを、図１６（ｂ）に示したような記号で表す。また、上側フローガイド６及び下側フローガイド７の幅をＷｔ，Ｗｂとする（図１６（ａ）参照）。上側フローガイド６の円弧の中心点をＯｔ、下側フローガイド７の円弧の中心点をＯｂとし、上側フローガイド６及び下側フローガイド７の円弧の半径をそれぞれｒｔ，ｒｂ、上側フローガイド６の円弧中心点をＯｔに対し上側フローガイド５の円弧が張る角をφｔ、下側フローガイド７の円弧中心点をＯｂに対し下側フローガイド６の円弧が張る角をφｂとする。中心点Ｏｔから上側フローガイド６の円弧の中央点Ｐｔに下ろした線を直線ＯｔＰｔとし、中央点Ｐｔにおける弧の接線が水平線（回転軸２ａの法線）となす角を上側フローガイド５の傾角αｔとする。中心点をＯｂから下側フローガイド７の円弧の中央点Ｐｂに下ろした線を直線ＯｂＰｂとし、中央点Ｐｂにおける弧の接線が水平線（回転軸２ａの法線）となす角を下側フローガイド７の傾角αｂとする。回転ロータ２の各ブレード２ｂの回転軌道の半径をｒｗ、ブレード２ｂの回転軌道上端と上側フローガイド６との間の隙間距離をＤｔ、ブレード２ｂの回転軌道下端と下側フローガイド７との間の隙間距離をＤｂとする。上側フローガイド６の前端がブレード２ｂの回転軌道の前側にはみ出した距離をζｔ、下側フローガイド７の前端がブレード２ｂの回転軌道の前側にはみ出した距離をζｂとする。
【００４６】
実験で使用した垂直軸型風車１においては、回転ロータ２の起動半径はｒｗ＝１５０ｍｍとした。上側フローガイド６及び下側フローガイド７は同径のものを使用し、形状パラメータは、φｔ＝φｂ＝１０６ｄｅｇ，ｒｔ＝ｒｂ＝８７．５ｍｍ，Ｗｔ＝Ｗｂ＝３１０ｍｍとした。回転ロータ２の各ブレード２ｂと上側フローガイド６及び下側フローガイド７との間の隙間距離はＤｔ＝Ｄｂ＝５ｍｍ、回転ロータ２の各ブレード２ｂの軌道に対する上側フローガイド６及び下側フローガイド７のはみ出し距離はξｔ＝ξｂ＝２０ｍｍとした。また、傾角αｔ，αｂは１７ｄｅｇとした。
【００４７】
表３は、実施例３の垂直軸型風車１を用いて発電量の測定を行った結果である。実験は室内で行い、回転ロータ２の下部に発電機を接続し、送風ファンにより一定の風速で送風したときに発電機が出力する電力を測定した。それぞれの入力風速において、「導風板なし」の場合（特許文献１の図１８の垂直軸型風車）の発電量を基準とする電力比を「発電量比」として求めた。表の各欄の項目の意味は、表１，表２の場合と同じである。尚、“ＬＲＴＢＦＧ”は左側フローガイド３及び右側フローガイド４並びに上側フローガイド６及び下側フローガイド７を備えたことを表す。
【００４８】
【表３】
2016169721.tif 000005
【００４９】
図１６は、実施例３の垂直軸型風車１を用いて発電量の測定を行った結果を表す図である。図１６より、今回実験に用いた導風体５は、何れを用いた場合においても、傾斜角θｔ＝１０〜５０ｄｅｇ（図２参照）の範囲に於いて、発電量比は１０〜１２程度の値が得られた。従って、右側フローガイド４の風上側に導風体５を取り付けることによって、導風体５のない場合よりも風車効率を１０〜１２倍向上させることができることが実証された。
【符号の説明】
【００５０】
１  垂直軸型風車
２  回転ロータ
２ａ  回転軸
２ｂ  ブレード
２ｃ  アーム
３  左側フローガイド
３ａ  内側
３ｂ  外側
４  右側フローガイド
４ａ  内側
４ｂ  外側
５  導風板
６  上側フローガイド
７  下側フローガイド
【図１】
2016169721.tif 000006
【図２】
2016169721.tif 000007
【図３】
2016169721.tif 000008
【図４】
2016169721.tif 000009
【図５】
2016169721.tif 000010
【図６】
2016169721.tif 000011
【図７】
2016169721.tif 000012
【図８】
2016169721.tif 000013
【図９】
2016169721.tif 000014
【図１０】
2016169721.tif 000015
【図１１】
2016169721.tif 000016
【図１２】
2016169721.tif 000017
【図１３】
2016169721.tif 000018
【図１４】
2016169721.tif 000019
【図１５】
2016169721.tif 000020
【図１６】
2016169721.tif 000021
【図１７】
2016169721.tif 000022
【図１８】
2016169721.tif 000023