JP2023128671A

JP2023128671A - 風速加速型風車

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Publication number: JP2023128671A
Application number: JP2022033188A
Authority: JP
Inventors: 壮一郎浅井; Soichiro Asai; 邦光佐藤; Kunimitsu Sato; 則雄清徳; Norio Seitoku; 康隆吉場; Yasutaka Yoshiba; 浩司山田; Koji Yamada
Original assignee: Green Power By Accelerated Flow Research LLC
Current assignee: Green Power By Accelerated Flow Research LLC
Priority date: 2022-03-04
Filing date: 2022-03-04
Publication date: 2023-09-14
Anticipated expiration: 2042-03-04
Also published as: DE112022002110T5; US20240280075A1; WO2023166750A1; JP7370089B2; US12276249B2

Abstract

【課題】風車背面の風速を上げると共に風胴体の出口部分の風速を上げる、」その結果、風車の羽根の回転効率を向上せしめて、発電電力を高めると共に、装置の高さの問題、設置の安定性及び風胴体支持の安定性を改良した風速加速型風車を提供する。【解決手段】風車は風胴体の内部に設置されており、風胴体はその断面積が風流入口から風車の設置された位置までの間で直線的又は曲線的に縮小するように形成されている前方風胴部材と、その縮小した断面積が風車の設置された位置から風流出口までの間で直線的若しくは曲線的に拡大するか又は同じ断面積を保持するように形成された後方風胴部材と、からなり、該後方風胴部材の風流出口に風分散部あるいは風分散形を持つことを特徴とする風速加速型風車。【選択図】図１

Description

本発明は風速加速型風車に関し、風車背面の風速を上げると共に風胴体の出口部分の風速を上げる、その結果、風車の羽根の回転効率を向上せしめて、発電電力を高めると共に、設置の高さの問題、装置の安定性及び風胴体支持の安定性を改良した風速加速型風車に関する。

近年、地球温暖化防止が叫ばれて、新しいクリーンエネルギーの開発が急務となっている。該クリーンエネルギーの一つとして注目されているのがＣＯ^２を排出しない風力発電システムである。しかしながら、風力発電は、現状では石油代替えエネルギーとしての位置は極めて低い。風力エネルギーを有効に捕捉する手段を開発していかなければならない。

従来、風力エネルギーの補足手段は揚力型プロペラ式風車による風力発電が主流となっている。該揚力型プロペラ式風車の場合は長大なブレード（プロペラ翼）を必要とするため、風車自体が大型化するという問題がある。また、そのエネルギー効率は４０％前後、すなわち、風力エネルギーの４０％前後を捕捉しているのが現状である。ちなみに理論的最高効率は５９．３％（ベッツの法則）である。

前記の風力発電用風車は、（１）できるだけ回転直径の大きな羽根を備え、（２）できるだけ背の高い風車を、（３）できるだけ風が吹く場所に設置する、という方向で発展してきた。

しかし、できるだけ多くの風を捕捉するために回転羽根の直径を大きくすると支柱を高くしなければならず、強風に対しては不安定になり、風が強すぎると破損を恐れて運転を停止しなければならない、という問題があり、建設費にしても数億円と莫大である。

時に、人がビルの谷間やアーケード街を通過する時、思いもよらぬ強風に出会うことがある。これは、ビルの壁などに堰き止められた風が空隙を求めて谷間やアーケード街の通過可能地点に集中するためである。これは一種のラバール管効果と考えられる。したがって、ラッパ管を前後に繋ぎ合わせた形のラバール管の中央部、すなわち、最小断面積の近傍に風車を置く風力発電装置が提案されている（特許文献１）。

本発明者は、扇風機と風車との間に隔壁を設け、その壁面に穴をあけ、その穴を通して扇風機で風を送り、その穴の直後に風車を置き、風車の回転数を検討した。その結果、驚いたことに、隔壁を設けずに扇風機から直接風車に風を送った場合に比べてはるかに風車の回転数が落ちることが判明した。すなわち、風車の回転には、風車に当たる前面の風だけではなく、風車の周辺から背面へと通過する風の量も重要であることが判明し、二重構造風胴体の外側の風胴体により収束した大量の風力を風車背面へと送ることにより風車の発電効率を高める集風型風車が提案されている（特許文献２）。

前記した集風型風車は以下に述べる原理で機能する。風車を通過する空気の速度をＶ、密度をρ、圧力をＰとすれば、単位体積当たりの風の全エネルギーは（１／２）ρＶ^２＋Ｐ＝一定であるから、集風は圧力エネルギーが減り、運動エネルギーを増やす。これは、Ｖ、Ｐの整流化（ランダム化の反対）だからエントロピー（Ｓ）の減少である。従って、―ＴΔＳ（Ｔ：温度）だけ自由エネルギーが増大する。従って、集風型の方がエネルギー効率が高い。しかし、これは、ベルヌーイ流管の定常流を想定した場合である。これに風車を置き、エネルギーを取り出せば、風車の背後のＶは減少し、Ｐは増大する。従って、これを定常流に近づけるためには流管外測の高速流の摩擦によって低速流を高速化する必要がある。換言すれば、高速空気分子によって低速化した風車背後の空気分子を後方へ叩き出すのである（特許文献３）。

さらに、風車背後の空気分子を叩き出すには中間風胴体の内部に設置されている風車の側面の両側と上下面側との両方に風が吹き抜ける隙間を設け高い風速を持った風を流すことが有効である（特許文献４）。

特開２００８－５２０９００号公報特開２０１１－１４０８８７号公報特許第６０３３８７０号公報特許第６１１０４５５号公報

本発明は前記特許文献３、特許文献４が基本的な考えである。その詳細を以下に説明する。

人がビルの谷間やアーケード街を通過する時、しばしば思いもよらぬ強風に出会うことがある。これは、ビルの壁等に堰き止められた風が空隙を求めて谷間やアーケード街の通過可能地点に集中するためである。通貨空気の質量をｍ、密度をρ、風速をＶとすれば、単位体積当たりの風のエネルギーは、（１／２）ρＶ^２＋Ｐ＝一定であるから、壁で堰き止められて速度が０になればエネルギーは圧力だけとなり、谷間等の入り口の両側の壁に圧力の高い空気の壁が生じる。これが風胴ダクトとなり、風速が上がるものと考えられる。

そこで、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、扇風機１１（φ＝２４０ｍｍ）と風車１２（φ１５０ｍｍ）とを約７５０ｍｍの間隔で配置し、風車１２の風の流入口の口縁の外側には、それぞれ鍔状の壁部材１３ a及び１３ｂを設け、扇風機１１から送風した場合の風車１２の回転数を観測した。この壁部材１３ａの外径は扇風機１１の風束よりも大きく、また、壁部材１３ｂの外径は扇風機１１の風束以下になるように構成した。また、図示していないが、壁部材を設けない場合についても同様にして回転数を観測した。

その結果、壁部材１３ａを設けた場合（図７（ａ））は、壁部材を設けなかった場合よりも風車１２の回転数が大幅に落ちた。これは風源が扇風機であるために、基本的には扇風機１１の羽根の直径に相当する風束しか得られないので、壁
部材の外径を扇風機１１の風速より大きくすると、風車１２の背面への風流が完全に遮断されるためである。また、壁部材１３ｂを設けた場合（図７（ｂ））は、
壁部材１３ａを設けた場合よりも風車の回転数が増大した。これは扇風機１１の風束以下の外径を有する壁部材１３ｂを設けた場合、風量の一部が風車の背面に流れるため、風車を通過する風が引っ張られて速度が上がるためであると考えられる。

風が風車を通過すると、エネルギーが奪われて風速が下がる。このことは、分子運動論的には温度が下がることである。上記の実験は風車の背面風流の低下エネルギーを外側の風速の大きい、すなわち、動圧・運動エネルギーの大きい空気流との混合・摩擦により補い、風車背面の風流の速度が上がることを示している。その結果、風車の回転数を上げるためには風車を通過する風を風車後方へ強制的に追い出すことが重要であることが分かる。

本発明は、前記事情を踏まえて、従来技術の問題点を解決することにあり、風車背面の風速を上げると共に風胴体の出口部分の風速を上げる、その結果、風車の回転効率を向上せしめて、発電電力を高めると共に、装置の高さの問題、装置の安定性及び風胴体支持の安定性を改良した風速加速型風車を提供することを目的とする。

前記目的を達成する本発明の風速加速型風車は、風車と風胴体とからなり、風車は風胴体の内部に設置されており、風胴体はその断面積が風流入口から風車の設置された位置までの間で直線的又は曲線的に縮小するように形成されている前方風胴部材と、その縮小した断面積が風車の設置された位置から風流出口までの間で直線的若しくは曲線的に拡大するか又は同じ断面積を保持するように形成されている後方風胴部材と、からなり、該後方風胴部材の風流出口の口縁に風胴体の外側の風を分散する風分散部を形成したことを特徴とする風速加速型風車（請求項１）である。

前記風胴体は、その断面積が風流入口から風車の設置された位置までの間で風の流れ方向に沿って直線的又は曲線的に縮小するように形成された前方風胴部材により風が速度を上げ風車に導かれる効果を示す。その後、縮小した断面積が風車の設置された位置から風流出口までの間で風の流れ方向に沿って直線的若しくは曲線的に拡大するか又は同じ断面積を保持するように形成されている後方風胴部材があることで風車に流入する風の速度が上昇する効果を生む。

前記風速加速型風車において、風胴体は風流入口の断面積及び風流出口の断面積が風胴体内に設置された風車の位置における断面積のほぼ２倍であるように構成されていることが好ましい（特許文献２）。

前記風分散部は風車の後方に小さい流速で存在する風を強制的に追い出すために風胴体の外側の風を分散し風胴体の外側の風が風胴体内の風との接触面積を増やすものであればその形状に制限はない。

＜実施例１＞
前記風分散部が後方風胴部材の風流出口の口縁の外測に形成した星形風分散部であることを特徴とする。この実施の一形態によれば風胴体の外側の風を分散し、風車の後方に小さい流速で存在する風を強制的に追い出すことができる。

＜実施例２＞
前記風分散部が後方風胴部材の流出口の口縁の外測に形成した鍔状風分散部であることを特徴とする。この実施の一形態によっても風胴体の外側の風を分散し、風車の後方に小さい流速で存在する風を強制的に追い出すことができる。

＜実施例３＞
前記風分散部が後方風胴部材の流出口の周囲に形成した複数の切欠き風分散部であることを特徴とする。この実施の一形態によっても風胴体の外側の風を分散し、風車の後方に小さい流速で存在する風を強制的に追い出すことができる。

なお、風分散部の形状は前記に限定されない。風分散部により風胴体の外側を流れる風が分散され、該分散された風と後方風胴部材の風流出口から流れ出す風との接触面積を増やすことができ、風の混合が促進されて、ひいては流出風の速度を上昇させることが有効であり、風胴体内の風を強制的に追い出すことができる。

本発明によれば、風車背面の風速を上げると共に風胴体の出口部分で風速を上げる、その結果、風車の羽根の回転効率を向上せしめて、発電電力を高めると共に、装置の高さの問題、装置の安定性及び風胴体の安定性を改良した風速加速型風車を提供することができる。

本発明の風速加速型風車（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の概念図である。星形風分散部(ａ)、（ｂ）、（ｃ）の例を示す正面図である。鍔状風分散部の正面図である。切欠き風分散部の側面図及び正面図である。歯車形風分散部の正面図である。星形風分散部の大きさを説明する正面図である。風車効率の実験図である。本発明の風速加速型風車の概念図である。本発明の風速加速型風車の概念図である。本発明の風速加速型風車の概念図である。本発明の風速加速型風車の概念図である。本発明の風速加速型風車の概念図である。本発明の風速加速型風車の概念図である。本発明の風速加速型風車の概念図である。本発明の風速加速型風車の概念図である．本発明の風速加速型風車の概念図である。本発明の風速加速型風車の概念図である。本発明の風速加速型風車の概念図である。本発明の風速加速型風車（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の概念図である。切欠き風分散部の平面図及び側面図である。本発明の風速加速型風車の概念図である。本発明の風速加速型風車の概念図である。外側風胴体の概念図である。外側風胴体の概念図である。外側風胴体の概念図である。外側風胴体の概念図である。

以下、図１～図６の風速加速型風車及び風分散部に基づいてその詳細を説明する。

図１（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ本発明の風速加速型風車の概念図であり、図中、２１は風車、２２ｄは風車２１の設置位置、２２は風胴体であり、２２－１は前方風胴部材、２２－２は後方風胴部材、２２ａは風流入口、２２ｂは風流出口である。

本発明は、前記後方風胴部材２２－２の風流出口２２ｂの口縁に風胴体２２の外側の空気を分散する風分散部２３ｄを形成したことを特徴とする。

風分散部２３ｄの例としては、図２（ a ）（ｂ）（ｃ）に示す星形風分散部、図３に示す鍔状風分散部、図４に示す切欠き風分散部、図５に示す歯車形風分散部などが考えられるがこれらの形状に限定されない。

図１に示す各風速加速型風車では、（ａ）に星形風分散部、（ｂ）に鍔状風分散部、（ｃ）は切欠き風分散部が形成されている。

図１（ａ）の星形風分散部の一例としては、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように６角形、８連形、１６連形などがある。なお、図６に示すように星形風分散部の最外部を結ぶ外周円Ｄが描く円の面積が風胴体２２の風流出口２２ｂの外径ｄが描く円の面積の２倍以上であることが好ましい。

また、風分散部による圧力損失を外側風胴体への風の流入を妨げないような抵抗とするためには風分散部の面積を風が通過する部分の面積よりも小さくすることが好ましい。図６において、外側の点線で描かれる円は星形風分散部の頂点を繋ぐ仮想円径であり、内側の実線で示された円は風胴体２の風流出口２２ｂの外径である。仮想円径Ｄ及び風流出口外径ｄで挟まれた円径帯状空間において星形風分散部の面積はそれ以外の部分の面積の半分未満程度であることが好ましい。

また、図５に示すように歯車形風分散部も可能である。これ以外にも波形や鍔形も使用可能でこれらに限定されない。多孔板形も適用可能であるが圧力損失を大きくしないような設計が必要である。

図１（ｂ）の鍔状風分散部の場合は、図３に示すように、鍔の高さは鍔の外径Ｄと風流出口２２ｂの内径ｄ差の半分は内径ｄの１／１０～1／５であることが好ましい。

図１（ｃ）の切り欠き風分散部の場合は、図４に示すように、切欠きは連続に限らず、間隔を開いてもよいが切欠き部での圧力損失の観点から切欠き部の総面積が切欠きのある周囲部の面積の半分を超える程度が好ましい。

＜実施例４＞
つぎに、風速加速型風車の他の実施の一形態について説明する。
他の実施の一形態は、風車と内側風胴体と、該内側風胴体の外側に設けられた外側風胴体とからなり、前記風車は前記内側風胴体の内部に設置されており、該内側風胴体は、その断面積が風流入口から風車の設置された位置までの間で直線的又は曲線的に縮小するように形成された前方風胴部材と、その縮小した断面積が風車の設置された位置から風流出口までの間で直線的若しくは曲線的に拡大するか又は同じ断面積を保持するように形成された後方風胴部材とからなり、該後方風胴部材の風流出口に風分散部が形成されてなることを特徴とする風速加速型風車（請求項２）である。

以下、図８及び図９に示す風速加速型風車の概念図に基づいて、その詳細を説明する。

図中、２１は風車、２２は内側風胴体、２５は内側風胴体２２の外側に設けられた外側風胴体である。風車２１は内側風胴体２２の内部に設置されている。

図８では、前記内側風胴体２２は、断面が風流入口２２ａから風車２１の設置された位置までの間で直線的又は曲線的に縮小するように形成された前方風胴部材２２－１と、その縮小した断面積が風車２１の設置された位置から風流出口２２ｂまでの間で直線的若しくは曲線的に拡大するか又は同じ断面積を保持するように形成された後方風胴部材２２－２とからなり、該後方風胴部材２２－２の風流出口２２ｂの周囲に複数の切欠き風分散部２３ｄが形成されている。

前記外側風胴体２５は、その断面が風流入口２５ａから前記内側風胴体２２の風流出口２２ｂに対応する位置又はその近傍までの間で直線的又は曲線的に縮小するように形成された前方外側風胴部材２６とその縮小した断面積が前記内側風胴体２２の風流流出口２２ｂに対応する位置又はその近傍から該外側風胴体２５の風流出口２５ｂまでの間で直線的若しくは曲線的に拡大するか又は同じ断面積を保持する後方外側風胴部材２７とからなる。

そして、前記外側風胴体２５の風流入口２５ａが内側風胴体２２の風流入口２２ａに対応する位置よりも後方に位置するように配置され、且つ前記外側風胴体２５の風流出口２５ｂが内側風胴体２２の風流出口２２ｂに対応する位置よりも後方に位置するように配置されて構成される。

前記構成によって、内側風胴体２２と外側風胴体２５の内壁との間に風の直線流路が形成され風の取り込みが確実になり、風車２１の回転効率が向上する。

なお、図面では、外側風胴体２５の後方外側風胴部材２７がその風流出口２５ｂに向けて断面積を拡大するように形成されているが該後方外側風胴部材２７は断面積を同じにする直管としても同様の効果が得られる。また、後方外側風胴部材２７の風流入口２５ａを内側風胴部材２２の風流出口２２ｂに対応する位置に配置した例を示したがその対応する位置の近傍であればよく内側風胴体２２の風流出口２２ｂより手前でも先方でもよい。

さらに、内側風胴体２２の風流出口２２ｂに切欠き風分散部２３ｄを形成したことにより外側風胴体２５からの風を分散し内側風胴体２２から流出する風を叩き出す効果が発揮される。

＜実施例５＞
図９は、前記実施例４の風速加速型風車において、さらに外側風胴体２５の風流出口２５ｂに星形風分散部２５ｄを形成したものである。この構成によれば、外側風胴体２５の外側を流れる風が分散されて外側風胴体２５の内側に入り込み外側風胴体２５の内側の空気、ひいては内側風胴体２２の中の空気を排出する効果が高めるので好ましい。

＜実施例６＞
図１０では、２１は風車、該風車２１は内側風胴体２２の内部に設置されている。

前記内側風胴体２２は、その断面積が風流入口２２ａから風車２１が設置された位置までの間で直線的又は曲線的に縮小するように形成された前方風胴部材２２－１と、その縮小した断面積が風車２１の設置された位置から風流出口２２ｂまでの間で直線的若しくは曲線的に拡大するか又は同じ断面積を保持するように形成された後方風胴部材２２－２とからなり、該後方風胴部材２２－２の風流出口２２ｂの周囲に複数の切欠き風分散部２３ｄが形成されている。

また、前記外側風胴体２５は、その断面積が風流入口２５ａから風流出口２５ｂまでの間で直線的又は曲線的に縮小するように形成されている。そして前記外側風胴体２５の風流入口２５ａが内側風胴体２２の風流入口２２ａに対応する位置よりも後方に位置するように配置され、且つ前記外側風胴体２５の風流出口２５ｂが内側風胴体２２の風流出口２２ｂとほぼ同じ位置に配置されている。

前記の構成によっても、風の取り込みが確実になり、風車２１の回転効率が向上する。さらに、内側風胴体２２の風流出口２２ｂに切欠き風分散部２３ｄを形成したことにより外側風胴体２５からの風を分散し内側風胴体２２から流出する風を叩き出す効果が発揮される。

＜実施例７＞
図１１は、前記実施例１０の風速加速型風車において、内側風胴体２２の風流入口２２ａ及び風流出口２２ｂと外側風胴体２５の風流入口２５ａ及び風流出口２５ｂを同じ位置にした構成である。この構成によっても、風の取り込みが確実になり、風車２１の回転効率が向上する。

＜実施例８＞
つぎに、風速加速型風車の他の実施の一形態について説明する。
他の実施の一形態は、風車と、内側風胴体と該内側風胴体の外側に設けた外側風胴体を有し、風車は内側風胴体の内部に設置されており、該内側風胴体は、その断面積が風流入口から風車の設置された位置までの間で、直線的又は曲線的に縮小するように形成されている前方風胴部材と、その縮小した断面積が風車の設置された位置から風流出口までの間で、直線的若しくは曲線的に拡大するか又は同じ断面積を保持するように形成されている後方風胴部材で構成されており、該方風胴部材の風流出口に風分散部が構成され、また、前記外側風胴部材は、風流入口が前記内側風胴体の風流出口に対応する位置又はその近傍にあり、風流入口から風流出口までの間で、直線的若しくは曲線的に拡大するか又は同じ断面積を保持するように形成されていることを特徴とする風速加速型風車である（請求項３）。

図１２に基づいてその詳細を説明する。内側風胴体２２の後方風胴部材２２－２の風流出口２２ｂに切欠き風分散部２３ｄが構成され、外側風胴体２７の風流入口２５ａが前記内側風胴体２２の風流出口２２ｄに対応する位置又はその近傍にあり、風流入口２５ａから風流出口２５ｂまでの間で、直線的若しくは曲線的に拡大するか又は同じ断面積を保持するように形成されている。

前記切欠き風分散部２３ｄは、外側風胴体２７に流入しようとする風を分散し該外側風胴体２７に流入させることで風車２１の風の下流部にある内側風胴体２２から出てくる風との接触面積を増加させることができ、風の排出をより促進するものである。

＜実施例９＞
図１３は、前記実施例１２の風速加速型風車において、外側風胴体２７の風流出口２５ｂに星形風分散部２５ｄを形成している。該星形風分散部２５ｄは前記の作業に加えて、外側風胴体２７の外側の風を分散し風車２１の後方に小さい流速で存在する風を強制的に追い出すものである。

＜実施例１０＞
図１４には、外側風胴体２７の風流入口２５ａが内側風胴体２２の風流出口２２ｂに対応する位置又はその近傍にあり、該外側風胴体２７は風流入口２５ａから風流出口２５ｂまでの間で、直線的若しくは曲線的に拡大するか又は同じ断面積を保持するように形成され、その風流入口２５ａに星型風分散部２３ｄか形成されている。

前記星形風分散部２３ｄは、外側風胴体２７に流入しようとする風を分散し該外側風胴体２７の内部に流入させることで風車２１の風の下流部にある内側風胴体２２から出てくる風との接触面積を増加させることができ、該風の排出をより促進するものである。

＜実施例１１＞
図１５には、図１４の風速加速型風車において、さらに外側風胴体２７の風流出口２５ｂに星形風分散部２５ｄを形成している。該星形風分散部２５ｄは、前記の作用に加えて、外側風胴体２７の外側の風を分散し風車２１の後方に小さい流速で存在する風を強制的に追い出すものである。

＜実施例１２＞
さらに、風速加速型風車の他の実施の一形態について説明する。
他の実施の一形態は、風車が内部に設置されている内側風胴体と、該内側風胴体の外側に設けられた外側風胴体とからなり、内側風胴体は、縦の長さよりも横の長さの方が大きい扁平な横断面を持つ風流入口を有する前方内側風胴部材と、縦の長さよりも横の長さの方が大きい扁平な横断面を持つ風流出口を有する後方内側風胴部材とにより一体的に構成されており、前方内側風胴部材は、その横断面積が風流入口から後方内側風胴部材との接続部分までの間で縮小するように形成されており、後方内側風胴部材は、前方内側風胴部材の縮小した接続部分から風流出口までの間で拡大するか又は同じ横断面積を保持するように形成され、且つ風流出口の周辺に風分散部あるいは風分散形を持ち、前記風車は、前方内側風胴部材と後方内側風胴部材との接続部分の近傍に設置されており、前方内側風胴部材と後方内側風胴部材の接続部分の風車以外の隙間に風分散部を持つように構成されており、外側風胴体は、縦の長さよりも横の長さの方が大きい扁平な横断面を持つ風流入口を有する前方外側風胴部材と、縦の長さよりも横の長さの方が大きい扁平な横断面を持つ風流出口を有する後方外側風胴部材とから一体的に構成されており、前方外側風胴部材は、その横断面積が風流入口から後方外側風胴部材との接続部分までの間で縮小するように形成されており、後方外側風胴部材は、前方外側風胴部材の縮小した接続部分から風流出口までの間で拡大するように形成され、且つ風流出口の周辺に風分散部あるいは風分散形を持ち、前方外側風胴部材の風流入口が、前方内側風胴部材と後方内側風胴部材との接続部分から後方内側風胴部材の風流出口の前までの間に配置されており、後方内側風胴部材の風流出口が、前方外側風胴部材と後方外側風胴部材との接続部分又はその近傍に配置されていることを特徴とする風速加速型風車（請求項４）である。

図１６に基づいてその詳細を説明する。風速加速型風車は、横の長さが縦の長さより長い扁平な長方形状の断面を有する筒状の内側風胴体２２、内側風胴体２２の外側に設けた縦の長さより横の長さが長い扁平な長方形状の断面を有する筒状の外側風胴体２３及び風車２１とからなる。

内側風胴体２２は、前方内側風胴部材２２ａと、中間風胴部材１２と、後方内側風胴部材２２ｂが一体的に構成され、風車２１は中間風胴部材１２の内部に設置されている。なお、風車２１は前方内側風胴部材２２ａの後端部に設置してもよい。風車２１の横にある隙間に風分散部２１ｆが設置されている。内側風胴体２２の風流出口２２ｅに切欠き風分散部２２ｆが設けられている。

外側風胴部材２３は、断面積が風の流れ方向に沿って縮小する前方外側風胴部材２３ａと、逆に拡大する後方外側風胴部材２３ｂが一体的に構成され、外側風胴体２３の風流出口２３ｂにも風分散部２３ｆが設けられている。

前記構成において、風流入口２２ｃ、接続部分２２ｄ、風流出口２２ｅ、風流入口２３ｃ、接続部分２３ｄ、風流出口２３ｅの横断面積の関係は以下の通りである。

風流入口２２ｃの横断面積は接続部分２２ｄの横断面積よりも大きく、接続部分２２ｄの横断面積は風流出口２２ｅの横断面積よりも小さいか又は等しく、風流入口２３ｃの総横断面積（後方内側風胴部材２２ｄの横断面積を含める）は風流出口２３ｅの面積よりも小さく、また、風流入口２３ｃの実質横断面積（風流入口２３ｃの総断面積から後方内側風胴部材２２ｂの横断面積を引いた面積）は接続部分２３ｄの実質横断面積（接続部分２３ｄの総面積から後方内側風胴部材２２ｂの横断面積を引いた面積）よりも大きい。

内側風胴体２２は、前記のように構成されるので、風車２１の側の両側及び/又は上下面に風がそのまま吹き抜ける隙間ができる。このため、風が該隙間をそのまま吹き抜け、風車２１の背面に、吹き抜けた風の高速気流が供給され、集風された高速の風流が風車背面の速度の低下した風流を叩き出し、風車２１の速度エネルギーを回復させることになる。

また、この一実施例では、中間風胴部材１２の風車２１以外の隙間に風分散部２１ｆが設けられている。該風分散部２１ｆはルーバー型であることが好ましい。ルーバーは風の流れの方向を一方向に合わせる効果を持つので、風が風車２１の風を排出するのに効果的である。ルーバー型は圧力損失が小さくなるように設計すればよい。

また、内側風胴体２２の風流出口２２ｅに設けられた風分散部２２ｆは、内側風胴体２２の外側から流れ込む風を分散し、風車２１の後方にある風との接触面積が増えることで混合が促進され風の排出が良好になる。さらに、この実施例では外側風胴体２３の風流出口２３ｅにも風分散部２３ｆが設けられる。

＜実施例１３＞
図１７は、上記の実施例に関連する実施例であって、風車２１を設置した場合において、風車２１の横にある隙間に風分散部２１ｆ、内側風胴体２２の風流出口２２ｅに風分散部２２ｆを設けた例を示す。

＜実施例１４＞
図１８も上記の実施例に関連する実施例であって、風車２１を設置した場合において、風車２１の横にある隙間の風分散部２１ｆを除き、内側風胴体２２の風流出口２２ｅに風分散部２２ｆ、外側風胴体２３の風流出口２３ｅにも風分散部２３ｆを設けた例を示す。図２０は、図１６、図１７及び図１８の切欠き風分散部の平面図及び側面図である。

＜実施例１５＞
風車が内部に設置されている内側風胴体と、該内側風胴体の外側に設けられた外側風胴体とから一体的に構成され、内側風胴体は縦の長さより横の長さの方が大きい扁平な横断面を持つ風流入口を有する前方内側風胴部材と、縦の長さよりも横の長さの方が大きい扁平な横断面を持つ風流出口を有する後方内側風胴部材とから一体的に構成されており、前方内側風胴部材は、その断面積が風流入口から中間風胴部材との接続部分までの間で直線的又は曲線的に傾斜して縮小するように且つなだらかに風分散形をなすように形成されており、中間風胴部材は風分散形を保ち後方内側風胴部材につながり、後方内側風胴部材は、中間風胴部材出口から風流出口まで風分散形を保ちつつ前方内側風胴部材の縮小した横断面積が、中間風胴部材出口から風流出口までの間で拡大するか又は同じ断面積を保持するように形成され、風車は前方内側風胴部材と中間風胴部材との接続部分の近傍に設置されており、中間風胴部材の風車以外の隙間にも風分散部を持つように構成されており、そして、外側風胴体は縦の長さよりも横の長さの方が大きい扁平な横断面を持つ風流入口を有する前方外側風胴部材と、縦の長さよりも横の長さの方が大きい扁平な横断面を持つ風流出口を有する後方外側風胴部材とから一体的に構成されており、その断面積が風分散形であり、前方外側風胴部材は、その断面積が風流入口から後方外側風胴部材との接続部分までの間で縮小するように形成されており、後方外側風胴部材は、前方外側風胴部材の縮小した横断面積が、前方外側風胴部材との接続部分から風流出口までの間で拡大するように形成されており、前方外側風胴部材の風流入口が、前方内側風胴部材と後方内側風胴部材との接続部分から後方の内側風胴部材の風流出口の前までの間に配置されており、後方内側風胴部材の風流出口が、前方外側風胴部材と後方外側風胴部材との接続部分又はその近辺に配置されてなる風速加速型風車である。

図１９(ａ)、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に基づいて、その詳細を説明する。

図１９（ａ）は、風車２１の横にある隙間に風分散部２１ｆを設置した風速加速型風車の斜視図である。該風速加速型風車は、横の長さが縦の長さより長い扁平な長方形状の断面を有する筒状の内側風胴体２２と、該内側風胴体２２の外側に設けた横の長さが縦の長さより長い扁平な長方形状を有する筒状の外側風胴体２３とから一体的に構成され、風車２１が中間風胴部材１２の内部の所定の場所に設置されている。

内側風胴体２２は、横断面積が横の長さが縦の長さよりも長い扁平な長方形状の断面から風分散形の断面となる前方内側風胴部材２２ａとその風分散形を保持する中間風胴部材１２と、風分散形を維持しつつ断面積が拡大してゆく後方内側風胴部材２２ｂとから一体的に構成されている。

風車２１は、前方内側風胴部材２２ａの後端部と中間風胴部材１２の接続部分２２ｄに設置されていてもよい。風車２１の横にある隙間にルーバー型の風分散部２１ｆが設置されて且つ後方内側風胴部材２２ｂの横断面は中間風胴部材１２から後方内側風胴部材２２ｂの風流出口２２ｅまでの間で風分散形をしている。

外側風胴体２３は、断面積が風の流れ方向に沿って縮小する前方外側風胴部材２３ａと、逆に拡大する後方外側風胴部材２３ｂとから一体的に構成されている。

前記前方内側風胴部材２２ａは、風流入口２２ｃから接続部分２２ｄまでの間で、その形状が扁平な長方形状から風分散形になだらかに変化しながら縮小するように形成されている。そして、中間風胴部材１２は、接続部分２２ｄから２２ｄ^，までの間で横の長さが縦の長さより長い扁平な風分散形の断面形状を、断面積を一定に保つように形成されている。

後方内側風胴部材２２ｂは、接続部分２２ｄ^，から風流出口２２ｅまでの間で、風分散形に変化した中間風胴部材１２の末端形状を風の流れ方向に沿って直線的若しくは曲線的に傾斜してその形状を維持したまま拡大している。

前方外側風胴部材２３は、風流入口２３ｃから接続部分２３ｄまでの間で、その断面積が風の流れ方向に沿って直線的又は曲線的に傾斜してその形状を維持したまま縮小するように形成されている。

後方外側風胴部材２３ｂは、接続部分２３ｄから風流出口２３ｅまでの間で、その断面積が風の流れ方向に沿って直線的又は曲線的に傾斜してその形状を維持したまま拡大するように形成されている。

なお、図１９（ｂ）は、図１９（ａ）の風速加速型風車の内側風胴体２２の斜視図（外側風胴体２３が無い場合の斜視図）であり、横断面積が横の長さが縦の長さよりも長い扁平な長方形状の断面から風分散形の断面となる前方内側風胴部材２２ａとその風分散形を保持する中間風胴部材１２と、風分散形を維持しつつ断面積が拡大していく後方内側風胴部材２２ｂが一体的に構成されている状態を示す。

図１９（ｃ）は、図１９（ａ）の風速加速型風車の外側風胴体２３の斜視図（外側風胴体２３の形状が分散部である斜視図）であり、断面積が風の流れ方向に沿って縮小する前方外側風胴部材２３ａと、逆に拡大する後方外側風胴部材２３ｂとから一体的に構成されている状態を示す。

また、図１９（ｄ）は、内側風胴体２２を風の上流側から見た場合の風分散形の模式図であり、一例として星形の風分散形を示す。

前記図１９（ｂ）、図１９（ｃ）及び図１９（ｄ）は、図１９（ａ）と同一部分に同一符号を付している。

上記の実施例によれば、風分散形及び風車２１の両側の隙間を風が吹き抜けることにより、風車２１の背面に高速気流が供給され、風車２１背面の速度が低下した風流を叩き出し、風車２１の速度エネルギーを回復させることができる。

＜実施例１６＞
さらに、風速加速型風車の他の実施の一形態について説明する。

他の実施の一形態は、風車と、風胴体とがあり、風車は、風胴体の内部に設置されており、該風胴体は、その断面積が風流入口から風車の設置された位置までの間で、風流入口が円形（楕円形、多角形を含む）で直線的又は曲線的に縮小し且つなだらかに風分散形を形成するように構成されている前方風胴部材と、風車の設置された位置から風流出口までの間で、前記風分散形を維持したまま断面積が直線的若しくは曲線的に拡大するか又は同じ断面積を保持する後方風胴部材とからなることを特徴とする風速加速型風車（請求項５）である。

図２１に基づいてその詳細を説明する。風車２１が内部に設置された風胴体２２は、風車２１の設置位置（前方風胴部材２２ａと後方風胴部材２２ｂの接続部分２２ｄ）より前方部分２２ａが風流入口２２ｃより連続的にその断面積を縮小するよう且つ星形の風分散形になるように形成されており、風車２１の位置２２ｄより後方部分２２ｂは風分散形を保持したまま風流出口２２ｅまでその断面積を拡大するか若しくは断面積を一定に保持した風分散形で構成されている。

前方風胴部材２２ａを風流入口２２ｃから断面積を縮小し、それから後方風胴部材２２ｂを拡大若しくは断面積一定で保持し風流出口２２ｅまでもっていくことで流入する風の風速を効果的に上げることができ、そうでない場合に比べ風車２１の回転数が上がる効果を有する。

さらに、風車２１の位置２２ｄで風分散形にすることで風車２１と風胴体２２の間に大きな隙間ができ、風車２１を通過しないで風車位置２２を通過する風が多くできる。この風が風車２１の後方に存在する風速の落ちた風を追い出すのに効果的に役立つ。さらに風分散形をした後方風胴部材２２ｂの外側を流れる風が分散されるため風胴体２２の内側の風との接触面積が増えることで風胴体２２から流出しようとする風をさらに強く叩き出す効果を生む。

＜実施例１７＞
風胴体の外側に設けた外側風胴体を有し、該外側風胴体は、その断面積が風胴体（以下、内側風胴体という。）の風流出口に対応する位置又はその近傍までの間で、風流入口が円形（楕円形、多角形を含む）で直線的又は曲線的に縮小するように形成されている前方外側風胴部材と、その縮小した断面積が、内側風胴体の風流出口に対応する位置又はその近傍から外側風胴体の風流出口までの間で、直線的若しくは曲線的に拡大するか又は同じ断面積を保持するように形成されている後方外側風胴部材とで構成されていることを特徴とする風速加速型風車。

図２２には、外側風胴体２３を設置した例を示す。ここに示す風速加速型風車は、図２１の風速加速型風車に図２５に示す外側風胴体２３を設置した構成である。外側風胴体２３は前方２３ａが風の流れ方向に縮小し、接続部分２３ｄより後方２３ｂが拡大する形の場合は、接続部分２３ｄが内側風胴体２２の風流出口２２ｅ近傍にあるのが良い。図２５に示す外側風胴体は断面積が一定を保持している場合で、外側風胴体２３の設置位置は内側風胴体２２の風流出口２２ｅが外側風胴体２３の内部に収まる位置なら限定されない。外側風胴体２３を設けることは、集風型風車２０の内側の風を追い出す効果が大きい。よって、さらに風車２１の回転数上昇効果を発揮する。

＜実施例１８＞
風胴体の外側に設けた外側風胴体を有し、該外側風胴体は、その断面積が風胴体（以下、内側風胴体という。）の風流出口に対応する位置又はその近傍までの間で、流入口の形が風分散形であって直線的又は曲線的に縮小するように形成されている前方外側風胴部材と、その縮小した断面積が、風分散形を維持しながら内側風胴体の風流出口に対応する位置又はその近傍から風流出口までの間で、直線的若しくは曲線的に拡大するか又は同じ断面積を維持する後方外側風胴部材とで構成されていることを特徴とする風速加速型風車。

図２３に示す外側風胴体２３は、その風流入口２３ｃから風分散形をしており、その断面積が、風胴体（以下、内側風胴体という。）の風流出口に対応する位置又はその近傍までの間で直線的又は曲線的に縮小するように形成された前方外側風胴部材２３ａと、その縮小した断面積が、風分散形を維持しながら内側風胴体の風流出口に対応する位置又はその近傍から風流出口２３ｅまでの間で、直線的若しくは曲線的に拡大するか又は同じ断面積を保持するように形成されている後方外側風胴部材２３ｂとで構成されていることで、外側風胴体２３内を通る風が分散され、内側風胴体２２から排出される風を外に排出する効果をより大きくすることができる。

＜実施例１９＞
風胴体の外側に設けた外側風胴体を有し、該外側風胴体は、その断面積が風胴体（以下、内側風胴体という。）の風流出口に対応する位置又はその近傍までの間で、風流入口が円形（楕円形、多角形を含む）であって、直線的又は曲線的に縮小しながら風分散形を形成する前方外側風胴部材と、その縮小した断面積が、風分散形を維持しながら内側風胴体の風流出口に対応する位置又はその近傍から風流出口までの間で、直線的若しくは曲線的に拡大するか又は同じ断面積を保持するように形成された後方外側風胴部材で構成されていることを特徴とする風速加速型風車。

図２４に示す外側風胴体２３は、その断面積が風胴体（以下、内側風胴体という。）の風流出口に対応する位置又はその近傍までの間で、風流入口２３ｃが円形（楕円形、多角形を含む）であって、直線的又は曲線的に縮小しながら風分散形を形成する前方外側風洞部材２３ａと、その縮小した断面積が、風分散形を維持しながら内側風胴体の風流出口に対応する位置又はその近傍から風流出口２３ｅまでの間で、直線的若しくは曲線的に拡大するか又は同じ断面積を保持するように形成された後方外側風胴部材２３ｂで構成されていることで、外側風胴体２３内を通る風が分散され、内側風胴体２２から排出される風を外に排出する効果をより大きくすることができる。

＜実施例２０＞
風胴体の外側に設けた外側風胴体は、その断面積が風流入口から内側風胴体の風流出口より後方までの間で直線的又は曲線的に縮小するか又はその断面積が一定の断面積を保持するように形成されていることを特徴とする風速加速型風車。

図２５、図２６に示す外側風胴体２３は、風分散形を有せず、その断面積が風流入口２３ｃから内側風胴体の風流出口より後方までの間で、直線的又は曲線的に縮小するか又はその断面積が一定の断面積を保持するように形成されている。

この場合の設置位置は、内側風胴体２２の風流出口２２ｅが外側風胴体２３の内部に収まる位置なら限定はされず、外側風胴体２３内を通る風が分散され、内側風胴体２２から排出される風を外に排出する効果をより大きくすることができる。

産業上の利用分野

本発明の風分散部を形成した本発明の風速加速型風車によれば、高い発電電圧を得ることができ、高い風力エネルギーを必要とする技術分野、例えば風力発電等の分野で利用可能性が大である。

２１風車
２２風胴体
２２－１前方風胴部材
２２－２後方風胴部材
２２ａ、２５ａ風流入口
２２ｂ、２５ｂ風流出口
２１ｆ、２３ｄ、２３ｆ、２２ｆ、２５ｄ風分散部
２５外側風胴体
２６前方外側風胴部材
２７後方外側風胴部材

前記構成によって、内側風胴体２２の外壁と外側風胴体２５の内壁との間に風の直線又は曲線の流路が形成され風の取り込みが確実になり、風車２１の回転効率が向上する。

つぎに、風速加速型風車の他の実施の一形態について説明する。
他の実施の一形態は、風車と、内側風胴体と該内側風胴体の外側に設けた外側
風胴体を有し、風車は内側風胴体の内部に設置されており、該内側風胴体は、
その断面積が風流入口から風車の設置された位置までの間で、直線的又は曲線
的に縮小するように形成されている前方風胴部材と、その縮小した断面積が風
車の設置された位置から風流出口までの間で、直線的若しくは曲線的に拡大す
るか又は同じ断面積を保持するように形成されている後方風胴部材で構成され
ており、該後方風胴部材の風流出口に風分散部が構成され、また、前記外側風
胴部材は、風流入口が前記内側風胴体の風流出口に対応する位置又はその近傍
にあり、風流入口から風流出口までの間で、直線的も若しくは曲線的に拡大す
るか又は同じ断面積を保持するように形成されていることを特徴とする風速加
速型風車である（請求項３）。

後方内側風胴部材２２は、接続部分２２ｄから風流出口２２ｅまでの間で、風分散形に変化した中間風胴部材１２の末端形状を風の流れ方向に沿って直線的若しくは曲線的に傾斜してその形状を維持したまま拡大している。

図１９（ｃ）は、図１９（ａ）の風速加速型風車の外側風胴体２３の斜視図（外側風胴体２３の形状が風分散形である斜視図）であり、断面積が風の流れ方向に沿って縮小する前方外側風胴部材２３ａと、逆に拡大する後方外側風胴部材２３ｂ）とから一体的に構成されている状態を示す。

他の実施の一形態は、風車と、風胴体とがあり、風車は、風胴体の内部に設置されており、該風胴体は、その断面積が風流入口から風車の設置された位置までの間で、風流入口が円形（楕円形、多角形を含む）で直線的又は曲線的に縮小し且つなだらかに風車位置の風分散形を形成する前方風胴部材と、風車の設置された位置から風流出口までの間で、前記風分散形を維持したまま断面積が直線的若しくは曲線的に拡大するか又は同じ断面積を保持する後方風胴部材とからなる風速加速型風車（請求項５）。

図２１に基づいてその詳細を説明する。風車２１が内部に設置された風胴体２２は、風車２１の設置位置（前方風胴部材２２ａと後方風胴部材２２ｂの接続部分２２ｄ）に風分散形が形成され、当該設置位置より前方部分２２ａが風流入口２２ｃより連続的にその断面積が縮小するように構成され、風車２１の位置２２ｄより後方部分２２ｂは風分散形を保持したまま風流出口２２ｅまで断面積を拡大するか若しくは断面積を一定に保持した風分散形で構成されている。

Claims

風車と風胴体とからなり、風車は風胴体の内部に設置されており、風胴体はその断面積が風流入口から風車の設置された位置までの間で直線的又は曲線的に縮小するように形成されている前方風胴部材と、その縮小した断面積が風車の設置された位置から風流出口までの間で直線的若しくは曲線的に拡大するか又は同じ断面積を保持するように形成されている後方風胴部材と、からなり、該後方風胴部材の風流出口の口縁に風胴体の外側の風を分散する風分散部を形成したことを特徴とする風速加速型風車。
風車と内側風胴体と、該内側風胴体の外側に設けられた外側風胴体とからなり、前記風車は前記内側風胴体の内部に設置されており、該内側風胴体は、その断面積が風流入口から風車の設置された位置までの間で直線的又は曲線的に縮小するように形成された前方風胴部材と、その縮小した断面積が風車の設置された位置から風流出口までの間で直線的若しくは曲線的に拡大するか又は同じ断面積を保持するように形成された後方風胴部材とからなり、該後方風胴部材の風流出口に風分散部が形成されてなることを特徴とする風速加速型風車。
風車と内側風胴体と、該内側風胴体の外側に設けた外側風胴体とを有し、前記風車は前記内側風胴体の内部に設置されており、該内側風胴体は、その断面積が風流入口から風車の設置された位置までの間で直線的又は曲線的に縮小するように形成された前方風胴部材と、その縮小した断面積が風車の設置された位置から風流出口までの間で直線的若しくは曲線的に拡大するか又は同じ断面積を保持するように形成された後方風胴部材で構成されており、該後方風胴部材の風流出口に風分散部が構成され、また、該外側風胴体は風流入口が内側風胴体の風流出口に対応する位置又はその近傍にあり、風流入口から風流出口までの間で、直線的若しくは曲線的に拡大するか又は同じ断面積を保持するように形成されていることを特徴とする風速加速型風車。
風車が内部に設置されている内側風胴体と、該内側風胴体の外側に設けられた外側風胴体とからなり、内側風胴体は、縦の長さよりも横の長さの方が大きい扁平な横断面を持つ風流入口を有する前方内側風胴部材と、縦の長さよりも横の長さの方が大きい扁平な横断面を持つ風流出口を有する後方内側風胴部材とにより一体的に構成されており、前方内側風胴部材は、その横断面積が風流入口から後方内側風胴部材との接続部分までの間で縮小するように形成されており、後方内側風胴部材は、前方内側風胴部材の縮小した接続部分から風流出口までの間で拡大するか又は同じ横断面積を保持するように形成され、且つ風流出口に風分散部あるいは風分散形を持ち、前記風車は、前方内側風胴部材と後方内側風胴部材との接続部分の近傍に設置されており、前方内側風胴部材と後方内側風胴部材の接続部分の風車以外の隙間に風分散部を持つように構成されており、外側風胴体は、縦の長さよりも横の長さの方が大きい扁平な横断面を持つ風流入口を有する前方外側風胴部材と、縦の長さよりも横の長さの方が大きい扁平な横断面を持つ風流出口を有する後方外側風胴部材とから一体的に構成されており、前方外側風胴部材は、その横断面積が風流入口から後方外側風胴部材との接続部分までの間で縮小するように形成されており、後方外側風胴部材は、前方外側風胴部材の縮小した接続部分から風流出口までの間で拡大するように形成され、且つ風流出口に風分散部あるいは風分散形を持ち、前方外側風胴部材の風流入口が、前方内側風胴部材と後方内側風胴部材前記との接続部分から後方内側風胴部材の風流出口の前までの間に配置されており、後方内側風胴部材の風流出口が、前方外側風胴部材と後方外側風胴部材との接続部分又はその近傍に配置されていることを特徴とする風速加速型風車。
風車と、風胴体とがあり、風車は、風胴体の内部に設置されており、該風胴体は、その断面積が風流入口から風車の設置された位置までの間で、風流入口が円形（楕円形、多角形を含む）で直線的又は曲線的に縮小し且つなだらかに分散形を形成するように構成されている前方風胴部材と、風車の設置された位置から風流出口までの間で、前記風分散形を維持したまま断面積が直線的若しくは曲線的に拡大するか又は同じ断面積を保持する後方風胴部材とからなることを特徴とする風速加速型風車。