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公開番号2025024802
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-21
出願番号2023129082
出願日2023-08-08
発明の名称抗力型タービン装置、前記抗力型タービン装置を用いた風力回転装置、水力回転装置、潮力回転装置、並びに、前記抗力型タービン装置を用いた風力発電機、水力発電機、潮力発電機
出願人株式会社チャレナジー
代理人個人,個人,個人,個人
主分類F03D 3/06 20060101AFI20250214BHJP(液体用機械または機関;風力原動機,ばね原動機,重力原動機;他類に属さない機械動力または反動推進力を発生するもの)
要約【課題】装置性能の低下を抑制しつつ、装置強度の確保を容易に実現することを可能とする抗力型タービン装置を提供する。
【解決手段】抗力型タービン装置1Aは、支持軸3と、支持軸3の軸方向に対して所定の間隔を空けて配置されて、支持軸3に固定される複数の支持部材4と、隣り合う支持部材4の間に支持軸3の回転中心軸O1に対して対称的に一対配置されて、支持部材4により支持される複数の受圧部材5とを備える。受圧部材5は、曲面状に形成された外側壁面部50と、曲面状又は平面状に形成された1又は複数の内側壁面部51、52とを有する。支持部材4は、平面視における形状として、外側壁面部50に沿って曲線状に形成されて、外側端53から離れるほど外側壁面部50から径方向外側に突出した長手方向突出量が大きく設定された曲線外形部40と、内側壁面部51、52に沿って直線状に形成された直線外形部41とを有する。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
回転可能に軸支される支持軸と、
前記支持軸の軸方向に対して所定の間隔を空けて配置されて、少なくとも１つが前記支持軸に固定される複数の支持部材と、
隣り合う前記支持部材の間に前記支持軸の回転中心軸に対して対称的に一対配置されて、前記支持部材により支持される複数の受圧部材とを備え、
複数の前記受圧部材の各々は、
前記軸方向に垂直な平面視において、外側端と、前記回転中心軸に対して前記外側端の反対側で前記外側端よりも前記支持軸の径方向内側に配置される内側端との間に延設される壁面部として、
前記外側端と、前記外側端に対して前記受圧部材が流体圧を受けて前記支持軸が回転するときの進行方向側かつ前記回転中心軸寄りに配置される外側境界部との間に延設されて、前記径方向外側に膨出する曲面状に形成された外側壁面部と、
前記外側境界部と、前記外側境界部に対して前記進行方向側に配置される前記内側端との間に延設されて、前記径方向外側に膨出する曲面状又は平面状に形成された１又は複数の内側壁面部とを有し、
複数の前記支持部材の各々は、前記平面視における形状として、
一対の前記受圧部材の長手方向外側に対して前記外側壁面部に沿って曲線状にそれぞれ形成されて、前記外側端から離れるほど前記外側壁面部から前記径方向外側に突出した長手方向突出量が大きく設定された一対の曲線外形部と、
一対の前記受圧部材の短手方向外側に対して前記内側壁面部に沿って一対の前記曲線外形部同士を結ぶように直線状にそれぞれ形成されて、前記内側壁面部から前記短手方向外側に突出した一対の直線外形部とを有する、
抗力型タービン装置。
続きを表示（約 1,700 文字）【請求項２】
複数の前記支持部材は、
前記軸方向の両端に配置された一対の前記支持部材であり、
一対の前記支持部材の間に所定の間隔を空けて配置されて、前記受圧部材を支持する、少なくとも１つの補助支持部材をさらに備え、
前記補助支持部材は、前記平面視における形状として、
前記外側壁面部から前記径方向外側に突出した長手方向突出量が前記支持部材よりも大きくならないように設定されるとともに、
前記内側壁面部から前記短手方向外側に突出した短手方向突出量が前記支持部材よりも小さく設定された外形部を有する、
請求項１に記載の抗力型タービン装置。
【請求項３】
一対の前記曲線外形部の各々は、
前記平面視の形状が単一の曲率半径を有する円弧となる曲面状に形成されており、
前記曲率半径は、
前記回転中心軸を中心とする前記外側端の外接円の半径よりも小さく設定された、
請求項１に記載の抗力型タービン装置。
【請求項４】
一対の前記曲線外形部の各々は、
前記平面視の形状が複数の曲率半径をそれぞれ有する複数の円弧となる曲面状に形成されて、
複数の前記曲率半径は、
前記外側端から離れるほど小さく設定されるとともに、
前記回転中心軸を中心とする前記外側端の外接円の半径よりも大きな曲率半径と、前記外接円の半径よりも小さな曲率半径とを含む、
請求項１に記載の抗力型タービン装置。
【請求項５】
前記長手方向突出量は、
前記外側端から前記曲線外形部までの突出量を、前記長手方向突出量の基準値（Ｐ１）と定義したとき、
前記回転中心軸を中心とする前記外側端の外接円の直径（Ｄ）に対する前記長手方向突出量の基準値（Ｐ１）の比率が３％以上５％以下に設定されており、
一対の前記直線外形部の各々が前記内側壁面部から前記短手方向外側に突出した短手方向突出量は、
前記外側壁面部と同心状に設定された仮想円弧の接線上に前記直線外形部が形成された場合において、前記外側端から前記仮想円弧までの突出量を、前記短手方向突出量の基準値（Ｐ２）と定義したとき、
前記直径（Ｄ）に対する前記短手方向突出量の基準値（Ｐ２）の比率が１０％以上２０％以下に設定された、
請求項１に記載の抗力型タービン装置。
【請求項６】
前記内側壁面部は、
前記外側境界部と、前記外側境界部に対して前記進行方向側かつ前記回転中心軸寄りに配置される内側境界部との間に延設されて、平面状に形成された第１の内側壁面部と、
前記内側境界部と、前記第１の内側壁面部の延長線に対して前記進行方向側に配置される前記内側端との間に延設されて、平面状に形成された第２の内側壁面部とを有する、
請求項１に記載の抗力型タービン装置。
【請求項７】
一対の前記直線外形部の各々が前記内側境界部から前記短手方向外側に突出した短手方向突出量（Ｐ４）は、
一対の前記直線外形部の各々が前記内側端から前記短手方向外側に突出した短手方向突出量（Ｐ３）よりも小さく設定された、
請求項６に記載の抗力型タービン装置。
【請求項８】
前記支持軸、複数の前記支持部材及び複数の前記受圧部材を１つの抗力型タービンユニットとして、複数の前記抗力型タービンユニットを備え、
前記支持部材及び前記支持軸の少なくとも一方は、
複数の前記抗力型タービンユニットがそれぞれ備える前記支持軸が同軸上に配置されたときに隣接される前記支持部材同士及び前記支持軸同士の少なくとも一方を着脱可能に連結する連結機構部を備える、
請求項１に記載の抗力型タービン装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の抗力型タービン装置を用いた、
風力回転装置、水力回転装置又は潮力回転装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の抗力型タービン装置を用いた、
風力発電機、水力発電機又は潮力発電機。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、抗力型タービン装置、前記抗力型タービン装置を用いた風力回転装置、水力回転装置、潮力回転装置、並びに、前記抗力型タービン装置を用いた風力発電機、水力発電機、潮力発電機に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
従来から、抗力型タービン装置を用いた回転装置や発電機が知られている。例えば、抗力型風力発電機として、特許文献１には、横断面がＣ字状（円弧状）の複数のブレードを有するサボニウス型風車が開示されている。また、特許文献２には、横断面がＪ字状の複数のブレードを有するバッハ型風車が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００４－１８３６４０号公報
特開平６－３２３２３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１及び特許文献２に開示された抗力型風力発電機では、受圧部材を支持する支持部材（特許文献１の風車ローター、特許文献２の端板）は、円板状、すなわち、支持部材の平面視における形状として、円形状に形成されている。受圧部材の端部に支持部材が存在することで、受圧部材が回転したときに、受圧部材の端部（翼端）まで揚力が発生し、受圧部材の端部における渦の発生が抑制されるので、装置性能が向上することが知られている。
【０００５】
しかしながら、円板状に形成された支持部材は、受圧部材から突出した部分の突出量や面積が大きく、受圧部材からのオーバーハングが大きくなる。そのため、受圧部材からのオーバーハングに応じて、支持部材４の流体抵抗と慣性モーメントが大きくなることから、装置性能を低下させる要因になり得るとともに、装置強度を確保するための対策が必要となっていた。
【０００６】
そこで、本発明は、装置性能の低下を抑制しつつ、装置強度の確保を容易に実現することを可能とする抗力型タービン装置、前記抗力型タービン装置を用いた風力回転装置、水力回転装置、潮力回転装置、並びに、前記抗力型タービン装置を用いた風力発電機、水力発電機、潮力発電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記のような問題を解決するものであって、本発明の一実施形態に係る抗力型タービン装置は、
回転可能に軸支される支持軸と、
前記支持軸の軸方向に対して所定の間隔を空けて配置されて、少なくとも１つが前記支持軸に固定される複数の支持部材と、
隣り合う前記支持部材の間に前記支持軸の回転中心軸に対して対称的に一対配置されて、前記支持部材により支持される複数の受圧部材とを備え、
複数の前記受圧部材の各々は、
前記軸方向に垂直な平面視において、外側端と、前記回転中心軸に対して前記外側端の反対側で前記外側端よりも前記支持軸の径方向内側に配置される内側端との間に延設される壁面部として、
前記外側端と、前記外側端に対して前記受圧部材が流体圧を受けて前記支持軸が回転するときの進行方向側かつ前記回転中心軸寄りに配置される外側境界部との間に延設されて、前記径方向外側に膨出する曲面状に形成された外側壁面部と、
前記外側境界部と、前記外側境界部に対して前記進行方向側に配置される前記内側端との間に延設されて、前記径方向外側に膨出する曲面状又は平面状に形成された１又は複数の内側壁面部とを有し、
複数の前記支持部材の各々は、前記平面視における形状として、
一対の前記受圧部材の長手方向外側に対して前記外側壁面部に沿って曲線状にそれぞれ形成されて、前記外側端から離れるほど前記外側壁面部から前記径方向外側に突出した突出量が大きく設定された一対の曲線外形部と、
一対の前記受圧部材の短手方向外側に対して前記内側壁面部に沿って一対の前記曲線外形部同士を結ぶように直線状にそれぞれ形成されて、前記内側壁面部から前記短手方向外側に突出した一対の直線外形部とを有する。
【０００８】
本発明の一実施形態に係る風力回転装置、水力回転装置又は潮力回転装置は、前記抗力型タービン装置を用いたものである。本発明の一実施形態に係る風力発電機、水力発電機又は潮力発電機は、前記抗力型タービン装置を用いたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一実施形態に係る抗力型タービン装置によれば、支持部材の曲線外形部が、平面視において、受圧部材の長手方向外側に対して外側壁面部に沿って曲線状に形成されて、外側端から離れるほど外側壁面部から径方向外側に突出した突出量が大きく設定されている。支持部材において、外側端付近に発生する揚力のベクトルは、支持部材の長手方向の成分となるため、外側端付近の突出量を大きくしたとしても回転軸を回転させるための回転力の増加に与える影響は小さい。一方、外側端付近の突出量を大きくした場合、支持部材の流体抵抗と慣性モーメントが大きくなるため、装置性能が低下してしまう。したがって、曲線外形部の突出量が外側端から離れるほど大きく設定されていることにより、外側端付近の突出量を少なくしながら曲線外形部の突出量を確保することで、装置性能の低下を抑制することができる。
【００１０】
また、支持部材の直線外形部は、平面視において、受圧部材の短手方向外側に対して内側壁面部に沿って曲線外形部同士を結ぶように直線状に形成されて、内側壁面部から短手方向外側に突出している。これにより、直線外形部の突出量は、支持部材の平面視における形状が円形状に形成されたときよりも小さくなるため、内側壁面部からのオーバーハングが低減されるので、装置強度の確保を容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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