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公開番号2025085347
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-05
出願番号2023199155
出願日2023-11-24
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 20060101AFI20250529BHJP(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】装置の性能と強度の向上を両立させ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支持軸3に固定される複数の支持部材4と、支持軸3の周囲に対称的に一対で配置されて、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、外側端53と内側端54との間に延設される壁面部として、外側端53から延設されて曲面状に形成された外側壁面部50と、外側壁面部50から延設されて平面状に形成された中間壁面部51と、中間壁面部51から内側端54に延設されて平面状に形成された内側壁面部52とを有する。一対の受圧部材5が対称的に配置される際、一方の受圧部材5の内側端54は、平面視において、第1の直線ZL1と、第2の直線ZL2と、第3の直線ZL3と、第4の直線ZL4とで囲まれた第1の領域に配置される。
【選択図】図5
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、
隣り合う複数の前記支持部材の間を前記軸方向に沿って、かつ、前記支持軸の径方向に離間した状態で前記支持軸の周囲に対称的に一対で配置されて、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、前記径方向外側に配置される外側端と、前記支持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、
前記外側端から、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支持軸寄りに延設されて、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、
前記外側壁面部から、湾曲状又は屈曲状の外側境界部を介して前記進行方向側かつ前記支持軸寄りに延設されて、平面状に形成された中間壁面部と、
前記中間壁面部から、湾曲状又は屈曲状の内側境界部を介して前記中間壁面部よりも前記進行方向側に配置された前記内側端に延設されて、平面状に形成された内側壁面部とを有し、
一対の前記受圧部材が対称的に配置される際、一方の前記受圧部材の前記内側端は、
前記平面視において、第１の領域に配置され、
前記第１の領域は、
一方の前記受圧部材の前記中間壁面部に平行な直線であって、一方の前記受圧部材側で前記支持軸に接する第１の直線と、
一方の前記受圧部材の前記中間壁面部に平行な直線であって、他方の前記受圧部材側で前記支持軸に接する第２の直線と、
一方の前記受圧部材の前記内側境界部と、他方の前記受圧部材の前記外側境界部とを結ぶ第３の直線と、
他方の前記受圧部材の前記外側端と、他方の前記受圧部材の前記外側境界部とを結ぶ第４の直線とで囲まれた領域である、
抗力型タービン装置。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
一対の前記受圧部材が対称的に配置される際、一方の前記受圧部材の前記内側端は、
前記平面視において、第２の領域に配置され、
前記第２の領域は、
前記第１の直線と、
前記第３の直線と、
一方の前記受圧部材の前記中間壁面部に平行な直線であって、前記支持軸の回転中心軸を通る第５の直線と、
前記支持軸の回転中心軸を中心として、他方の前記受圧部材の前記外側境界部を通る第１の円弧線とで囲まれた領域である、
請求項１に記載の抗力型タービン装置。
【請求項３】
一対の前記受圧部材が対称的に配置される際、一方の前記受圧部材の前記内側端は、
前記平面視において、第３の領域に配置され、
前記第３の領域は、
前記第３の直線と、
前記第５の直線と、
前記第１の円弧線と、
前記第５の直線と前記外側端の外接円との交点を通る直線であって、一方の前記受圧部材側で前記支持軸に接する第６の直線とで囲まれた領域である、
請求項２に記載の抗力型タービン装置。
【請求項４】
一対の前記受圧部材が対称的に配置される際、一方の前記受圧部材の前記内側端は、
前記平面視において、第４の領域に配置され、
前記第４の領域は、
前記第３の直線と、
前記第５の直線と、
前記第６の直線と、
前記第１の円弧線と、
前記第２の直線と前記外側端の外接円との交点を通る直線であって、一方の前記受圧部材側で前記支持軸に接する第７の直線とで囲まれた領域である、
請求項３に記載の抗力型タービン装置。
【請求項５】
一対の前記受圧部材が対称的に配置される際、一方の前記受圧部材の前記内側境界部は、
前記平面視において、前記第１の直線に対して前記支持軸と反対側に配置される、
請求項１に記載の抗力型タービン装置。
【請求項６】
一対の前記受圧部材が対称的に配置される際、一方の前記受圧部材の前記内側境界部は、
他方の前記受圧部材の前記外側端を通る直線であって、一方の前記受圧部材側で前記支持軸に接する第８の直線に対して前記支持軸と反対側に配置されるとともに、
他方の前記受圧部材の前記外側端と一方の前記受圧部材の前記外側境界部とを結ぶ第９の直線に対して前記支持軸側に配置される、
請求項５に記載の抗力型タービン装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６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８】
請求項１乃至請求項６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 3,000 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、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２００６－１５２９３７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、抗力型風力発電機の回転中心に支持軸を備えることなく、上下方向に間隔を空けて配置された支持部材によりブレードを支持するものである。そのため、ブレードの設計では、その形状や配置の自由度が高いというメリットを有するが、支持軸を備えない構成とした場合に装置の強度を確保するには、ブレードの強度を高める必要があるため、ブレードの重量が大きくなり、装置コストの上昇が避けらなかった。一方、抗力型風力発電機の回転中心に支持軸を備える構成とした場合、支持軸の存在によりブレードの設計に制約が生じるほか、風上側から風下側に進むブレードから、風下側から風上側に進むブレードに向かって流入する気流が阻害されるため、発電効率の低下を招くことになり、装置の性能と強度の向上を両立させることは困難であった。
【０００５】
そこで、本発明は、装置の性能と強度の向上を両立させ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】
【０００６】
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、
隣り合う複数の前記支持部材の間を前記軸方向に沿って、かつ、前記支持軸の径方向に離間した状態で前記支持軸の周囲に対称的に一対で配置されて、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、前記径方向外側に配置される外側端と、前記支持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、
前記外側端から、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支持軸寄りに延設されて、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、
前記外側壁面部から、湾曲状又は屈曲状の外側境界部を介して前記進行方向側かつ前記支持軸寄りに延設されて、平面状に形成された中間壁面部と、
前記中間壁面部から、湾曲状又は屈曲状の内側境界部を介して前記中間壁面部よりも前記進行方向側に配置された前記内側端に延設されて、平面状に形成された内側壁面部とを有し、
一対の前記受圧部材が対称的に配置される際、一方の前記受圧部材の前記内側端は、
前記平面視において、第１の領域に配置され、
前記第１の領域は、
一方の前記受圧部材の前記中間壁面部に平行な直線であって、一方の前記受圧部材側で前記支持軸に接する第１の直線と、
一方の前記受圧部材の前記中間壁面部に平行な直線であって、他方の前記受圧部材側で前記支持軸に接する第２の直線と、
一方の前記受圧部材の前記内側境界部と、他方の前記受圧部材の前記外側境界部とを結ぶ第３の直線と、
他方の前記受圧部材の前記外側端と、他方の前記受圧部材の前記外側境界部とを結ぶ第４の直線とで囲まれた領域である。
【０００７】
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】
【０００８】
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、複数の受圧部材の各々が、支持軸の軸方向に垂直な平面視において、外側端から延設されて曲面状に形成された外側壁面部と、外側壁面部から延設されて平面状に形成された中間壁面部と、中間壁面部から内側端に延設されて平面状に形成された内側壁面部とを有する。そして、一対の受圧部材が対称的に配置される際、一方の受圧部材の内側端は、平面視において、上記の第１の直線、第２の直線、第３の直線及び第４の直線で囲まれた第１の領域に配置される。
【０００９】
これにより、一対の受圧部材は、隣り合う支持部材の間に支持されることにより、装置全体では、モノコック構造をなすように構成される。また、受圧部材の内側端が第１の領域に配置されることで、支持軸と複数の受圧部材との間に流体が流れための通路が確保される。そのため、所定の方向から流体の流れを受けたとき、その流体は、外側端から外側壁面部に沿って流れ込み、支持軸と中間壁面部及び内側壁面部との間を通過し、内側端から流れ出る。したがって、装置の性能と強度の向上を両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
第１の実施形態に係る垂直軸抗力型風力発電機１Ａの一例を示す全体斜視図である。
第１の実施形態に係る垂直軸抗力型風力発電機１Ａの一例を示す部分分解斜視図である。
第１の実施形態に係る垂直軸抗力型風力発電機１Ａの一例を示す横断面図である。
第１の実施形態に係る垂直軸抗力型風力発電機１Ａの各パラメータを示す概要図である。
第１の実施形態に係る垂直軸抗力型風力発電機１Ａの配置例と各特徴線を示す概要図である。
受圧部材５の内側端５４の位置を変化させたときの出力係数Ｃｐと、第１の領域ＺＡを示す分布図である。
受圧部材５の内側端５４の位置を変化させたときの出力係数Ｃｐと、第２の領域ＺＢを示す分布図である。
受圧部材５の内側端５４の位置を変化させたときの出力係数Ｃｐと、第３の領域ＺＣを示す分布図である。
受圧部材５の内側端５４の位置を変化させたときの出力係数Ｃｐと、第４の領域ＺＤを示す分布図である。
第１の最短距離ｓ、及び、第３の最短距離ｕに対する出力係数Ｃｐの変化を示す分布図である。
第２の実施形態に係る垂直軸抗力型風力発電機１Ｂの一例を示す全体斜視図である。
第２の実施形態に係る垂直軸抗力型風力発電機１Ｂの一例を示す横断面図である。
第３の実施形態に係る垂直軸抗力型風力発電機１Ｃの一例を示す全体斜視図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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