垂直軸型ラセン風車

【発明の名称】垂直軸型ラセン風車
【早期審査対象出願】
【特許権者】
【識別番号】720002160
【氏名又は名称】井手下謙治
【住所又は居所】香川県坂出市福江町１丁目4番10号
【発明者】
【氏名】井手下謙治
【住所又は居所】香川県坂出市福江町１丁目4番10号
【要約】（修正有）
【課題】小型風力発電の世界で大量生産された風車が回っている風景をまだ見たことがなく、この世界を作り出す方法の一つとして回旋塔が浮かび、台風や突風に負けない強い骨格を造り、そのラセン軸に羽根を付けることを考えた、垂直軸型ラセン風車を提供する。
【解決手段】回旋塔の骨格をヒントにし、軽くて丈夫なラセン風車を造るため、風車の心棒2に筒形台３を取付け、筒形台の回りに長楕円体形状になるよう、複数の円形横縁５と、複数のラセン軸４と、を組み立てた骨格を造り、ラセン軸に帯状の羽根１０をつけ、羽根の中央部に風抜き穴１１をあけた薄い板状で、羽根の穴を利用してラセン軸に簡便に取り付けられる、地場産業で造れる垂直軸型ラセン風車を使用し、風速を捉えて回転力に変え、そのエネルギーを必要とする発電装置に動輪７を介してベルト１７で届けることができ、社会に貢献することができる垂直軸型ラセン風車。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直軸型ラセン風車であって、
風車の心棒に回転自在な筒形台を取付け、
前記筒形台の周りに長楕円体形状となるよう、複数の円形横縁と、複数のラセン軸と、を組み立てた骨格が形成され、
前記円形横縁は、長楕円形状の赤道の直径部が一番大きく上下に向かい直径が小さくなるよう円形に形成され、前記筒形台の上下に水平に間隔を空けて配置され、
前記ラセン軸は、前記円形横縁に沿いながら前記筒形台の上の端から下の端に向け同じ角度傾斜したラセン形状に形成され、長楕円形状に沿って等間隔に配置され、
前記複数のラセン軸に、前記ラセン軸に沿った長さの帯状の羽根を取付けた垂直軸型ラセン風車。
【請求項２】
前記羽根は、前記円形横縁が交差する箇所に穴を開けられ、前記穴を利用して前記ラセン軸に簡便に取り付けられる、請求項1に記載された垂直軸型ラセン風車。
【請求項３】
垂直軸型ラセン風車のシステム全体を軽量化にするため、ラセン軸や円形横縁に空気の層を取入れ、前記ラセン軸には材質の違う数種類の円管やホース、裂いた竹等を束ねたもの、前記円形横縁には基礎になる円形の輪に、円管を丸めたものやホース、裂いた竹などを束ねて巻き付け作製した請求項1に記載された垂直軸型ラセン風車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直軸型ラセン風車に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、例えば、特許文献1に開示された発明の考案者は、発電装置の発電に関する提案がされている。
【０００３】
特許文献2に開示された考案者は、ヘリカル型翼本体と発電装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実用新案登録 3245014号公報
【０００５】
【特許文献２】特開 2020-84872号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するため、ビルの屋上、農家の庭先、農地や牧草地帯、海岸線等地球上至る所において吹く風を利用可能な、垂直軸型ラセン風車であって、台風や突風にも強い回旋塔をヒントにしたラセン軸と円形横縁の骨格を組み立て、その骨格のラセン軸に、始めから羽根の中央に穴をあけた巾の狭い羽根を多くつけ、風の運動エネルギーを効率よく捉えることができる垂直軸型ラセン風車の提供を図るものである。
【０００７】
風力発電の切り札として、今、盛んに建設されているのが洋上発電であり、アメリカは2500基、独逸は1500基が稼働しているが我が国は、地形的に遠浅の海が少なく、建設コストが高くつく、これがネックになって洋上風車の建設が他国より遅れている。
北海道の石狩湾では大型作業船を造り、作業船を4本柱で海面に持ち上げ洋上発電機を建設していた、一方昨年からあらゆるものが値上がりし、採算が取れない企業も現れ、契約を破棄したニュースがあった、建設する技術は上がったが、最終的には電力料金を国民が負担できるかにかかっている。
【０００８】
小型風力発電にレスリング(体重別)のような階級があれば，本発明はどの階級に入るか、洋上発電やオランダの風車(羽根は格子の骨に帆を張ったもの)は映像でよく見かけるが、そのほかの物はあまり見かけない。
前記(特許文献1)や(特許文献2)は、使用目的に合わせ造られたものと思い羽根の長さは推測1ｍ以下かと思われ、最近見たＴＶで再生エネルギーの展示会場が紹介され、太陽光発電パネルが縦型になり、北海道の広い雪の中に黒い境界線が映し出され、これがみな太陽光発電パネルを両面に付けた垣根、数百ｍ延びた光景が映り、雪が降っても反射板につく雪は風で飛ばされ、雪下ろしもしなくなった、裏側のパネルも雪の反射光で発電していると話されていた。
次の面では、東京の方の風力発電機が展示されており，同じ機種の発電機が道路縁に高床式の四角い囲いの建屋を造り、東西南北の4面に大きな開放口(風の取り入れ口)を造り、観音開きの扉を半開きに開き、扉の内側に当たった風が勢いよく開放口に入り、風速が自然風より早くなるように見えた。
ここからは推測ですが、建屋の中の垂直軸型風車の羽根が回転し、東京都がデータの収取をしており,かなりの成果が挙げられていると思いました。
【０００９】
従来の小型風力発電の羽根(羽根の巾は0.2～0.35ｍ、長さは１～２ｍ、枚数2～４枚程度)は、風力の全運動エネルギーを風車の羽根が捉え、効率よく発電していても、商業ベースに乗らないのは羽根の受風面積が小さいか、稼働日数が少ないか、そのどちらにも該当するかと思われます。その上、風の凄まじいエネルギーに羽根の強度が付いていけず風車の大量生産に至ってない。
本発明の垂直軸型ラセン風車は、上記の欠陥を補うため、幅の狭い羽根の枚数を多く使用し、その上、取り付ける前から穴をあけていた、風抜き穴から風が逃げるので、既存の風車に比べ羽根の事故率は際立って少ないと考慮している、垂直軸型ラセン風車を使用しての発電に大いに期待されるところである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、ビルの屋上、農家の庭先、農地や牧草地帯、海岸線、島等地球上至る所において吹く風を利用可能な、垂直軸型ラセン風車であって、風車の心棒に回転自在な筒形台と、前記筒形台を中心とする長楕円体形状のラセン軸と、前記ラセン軸に沿って回転方向に等間隔に取り付けられる穴あき羽根と、を備え、前記ラセン軸が長楕円の表面を上から下に向けて水平に配置される複数の円形横縁と、が互いに交差する点で連結されて構成され、前記穴あき羽根を風抜き穴として利用し、前記ラセン軸の長楕円の上から下に向け取付けられ、台風や突風に強い特徴のある垂直軸型ラセン風車。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の垂直軸型ラセン風車で得られた回転力を前記垂直軸型ラセン風車の動輪7からベルトを介して送り出し、必要とする発電機が本格的に稼働すると、人として生きていくのに必要なエネルギーの心配はなくなり、電気の使い放題の時代が来る、生活スタイルの中で少しの差異はあれ、世界中で電気のない生活者が居なくなり、稲盛和夫さんの「人間として何が正しいのか、皆が幸せになること」、に一歩近づけるか？戦争のいけないことを体験した人類は、世界中に真の平和が訪れることを願うでしょう。電気の消費地に近いところに垂直軸型ラセン風車を利用した小型風力発電機を設置することができ、世界中の人々の生活水準が一段と良くなることが期待される。
【００１２】
垂直軸型ラセン風車を活用し、発電装置で発電ができるようになると、電気の分散化に貢献し、地域の街に元気を与えたい、垂直軸型ラセン風車に携わる者がその地域の住民、即ち、垂直軸型ラセン風車を製造するところからかかわり、地場産業が造った風力風車を使用した発電ができれば、その地域に携わる人がその電気の消費者、このように生活が安定したら、住民が地域に住み着きやすくなり、格差社会からも解放され、地域文化が継承され、地域の祭り事が復活し、年寄りだけでなく、若者が継いで行ける社会が実現すれば人口増化にもつながる。
本発明の垂直軸型ラセン風車と発電装置を使用して発電ができるようになればと「願い」、地球上至る所において吹く風を利用した垂直軸型ラセン風車による小型発電風車を完成させたい。
垂直軸型ラセン風車の設置に当たっては、上空に制限がないので高さ10ｍのラセン風車の心棒を立て、その心棒を4～5本の支柱で補強し、本発明の垂直軸型ラセン風車が2段、3段と重ねられ、回転している風景を目の当たりに「思い浮かべると」夢は大きく広がり、平和な世界がそこまで来ているように思える。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係わる垂直軸型ラセン風車の斜視図である。本発明のラセン軸4は8本、従って帯状の羽根も8枚になる、羽根が重なって見づらく成るので見やすくするため、対面同士のラセン軸、2本に絞って羽根をつけた。
【図２】垂直軸型ラセン風車のラセン軸と円形横縁の骨格の斜視図である。
【図３】ラセン風車を組み立て、ラセン軸さしこみ口の平面図である。ラセン軸4の上と下の端を差込むホイルは上が6、下が6zと重なっている、差し込み口18は(1)～(4)で表示している。
【図４】垂直軸型ラセン風車の心棒2と筒形台3の斜視図である。
【図５】帯状の羽根10、羽根の真ん中に風抜き穴をあけた薄い板状の羽根10と10A、10Ｂ、10Ｃは羽根の機能面(穴の切込み口の修復に12、13を使用し、また、風が穴から逃げる風を防ぐ円形ホース14)の拡大図である。
【図６】羽根の赤道部の拡大斜視図である。
【図７】上記斜視図の断面視である。
【図８】ラセン軸と円形横縁に空気の層を取り入れた拡大図及び断面図と、4Ａ,5Ａ、は裂いた竹を束ねたラセン軸や円形横縁にまるめた拡大図である。
【図９】実施例2の参考写真羽根「a」と羽根b」並びに取付け平面図(ラセン軸と円形横縁の関係を赤道より上下を同時に見たイメージ)
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の垂直軸型ラセン風車1は、地球上至る所において吹く風の運動エネルギーを利用し、台風や突風、豪雨に負けないよう軽さと丈夫さを備えた垂直軸型ラセン風車1で、骨格はラセン軸4と円形横縁5を組み合わせ風にはビクともしないものを造り、前記ラセン軸4に帯状の羽根10をつけ、風の運動エネルギーを効率よく捉え、回転力に換え動輪7からベルト17を介して、他の発電装置に回転力を送り出すことができる垂直軸型ラセン風車である。以下、実施例を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１５】
図1は、本発明の垂直軸型ラセン風車全体を示す斜視図である。図2は、ラセン風車の骨格(ラセン軸4と円形横縁5の組立)を示す斜視図である。図3はラセン軸4の取付け位置を示す平面図である。図4は、垂直軸型ラセン風車の心棒2と、心棒の周りを回転する筒形台3である。
この筒形台3の上のホイル6と下のホイル6zの間に成型されたラセン軸4の端を上のホイルに差し、長楕円状に配置された円形横縁5の外形に沿いながら組立、ラセン軸4と円形横縁5が交差するところにタイロップを使い、緩く縛り長楕円の垂直軸型ラセン風車の骨格を完成させた。
【００１６】
次に消耗品である帯状の羽根10は、材料にポリプロピレンを主原料にし、始めからラセン軸4と円形横縁5が交差するところに穴をあけた薄い板状の羽根を造り、穴から羽根の外側に開けた切り込み口12を利用し、簡便に取り付けられる。図3は羽根を取り付けるためのラセン軸4の差込み位置を示した上のホイル6と下のホイル6zの平面図である、ラセン軸4の差込位置は、風車の直径により変わるものであり、骨格と羽根を一体化させた垂直軸型ラセン風車。
【００１７】
それぞれのラセン軸4に付けた羽根が風の運動エネルギーを捉え、筒形台3を効率よく回転させることができる、この回転力を同じ筒形台3に取り付けた動輪7を回転させ、ベルト17を介して送り出すことができる、他の発電装置につなぐと発電することができる垂直軸型ラセン風車。
【００１８】
ラセン軸4と円形横縁5を使用し、羽根の穴の切り込み口12を利用してラセン風車の内側から外側に向け帯状の羽根10を入れ、ラセン軸4と円形横縁5が穴に入っておれば取り付け終了です、穴から羽根の縁まで開いていた切り込み口12を防ぐため、名刺サイズの超薄いアルミ板13(羽根の厚みを揃えるため)を羽根の縁の切り目に入れ、羽根の厚みを揃え、テープで貼り合わせ完了です。
【００１９】
ラセン風車は、ラセン軸4がラセン形になっているので最初から羽根のピッチは効いている。穴から逃げる風を塞いで回転数を上げたいとき穴から逃げる風を防ぐため、ラセン軸の両サイドの穴の裏側にエアーで膨らむ円形ホース14をラセン軸の両サイドに2本つけ、風の弱いときはエアーを張り、強くなるとエアーを抜くことができる、「エアーを張ったり、抜いたりするのはユーザーが管理する」、垂直軸型ラセン風車。
【００２０】
本発明の垂直軸型ラセン風車の設置場所によっては、例えば山の尾根に設置する場合は水平に設置して使用することができる。
【００２１】
上記目的を達成するために、本発明は、回旋塔(公園等で見かける”グローブジャングル”)をヒントにし、軽くて丈夫な風車を造るため、ラセン軸や円形横縁に空気の層を取入れ、システム全体を軽量化し、設置工事が簡便になるように考え、アルミや硬質プラスチックだけでなく、セルロースナノファイバーを主原料にし、ユニット方式で組み立てる。
材質については限定されるものではなく、安価な材料として竹を裂いたものなど、用途の使用目的に合った物であればよい。
【００２２】
上記主原料を使用し、ラセン軸や円形横縁を作製するとき、厚みや、強さ、曲がりの違う円管やホースを数種類作り、これらを7,8～10本ぐらい束ね、弓なりに成型したラセン軸を造り、一方円形横縁は、基礎になる輪に、数種類の円管やホース等の折や曲がりに特徴のあるものを5,6～7,8本ぐらい束ねて円形横縁に仕立てる、細く裂いた竹を防水し、これを芯にして円形横縁やラセン軸を造る。
羽根は、クネクネした薄い板状の風抜き穴を開け、断面が少し内向きに曲がった羽根をつけた特徴ある垂直軸型ラセン風車を考案した。
【００２３】
本発明の垂直軸型ラセン風車の羽根10は、巾が0.35～0. 4ｍ、長さは筒形台の高さにより異なるが、風車の直径が2ｍ位であれば、筒形台は4m、風抜き穴は直径0.01ｍ以内、穴の数は円形横縁とラセン軸が交差する数と同じである。
本発明の風車の本体は、風速の25m／秒までは耐えられるように思えるから、ＴＶや書物で見かけたものは、風力の急変に風車の機材が付いていけず、壊されてしまう、これを打破するため、回旋塔をヒントにした骨格を利用し、羽根を付けた垂直軸型ラセン風車。
【００２４】
ラセン軸8本に羽根を取りつける場合、筒形台の上のホイル6と下にホイル6zに成型されたラセン軸8本を差しこみ、図3平面図に従い作業を進める。
1番最初に差すラセン軸の上の端を差し込み口(1)に入れ、そのラセン軸の下の端は下のホイル6zの差し込み口(4)へ差す、以下(2)は(5)へ、(3)は(6)へ、(4)は(7)へ、(5)は(8)へ、(6)は(1)へ、(7)は(2)へ、(8)は(3)に差す、差す角度が135度ずれることによりラセン型が生じる。
【００２５】
ラセン軸と円形横縁を使用し、円形横縁の外周に沿いラセン軸をユニット式に組み立て長楕円形状の骨格ができ、この骨格のラセン軸４に帯状の羽根10をつけた垂直軸型ラセン風車。
【実施例２】
【００２６】
従来品があれば本発明の垂直軸型ラセン風車の比較検討をしたいけれど類似品が見つからなかった。
実施例2で使用する垂直軸型ラセン風車は、ラセン風車の心棒2に筒形台3をはめ、筒形台3の上のホイル6と下のホイル6zをつけ、ホイルの間に複数のラセン軸4を差込み口にプラヒゴ、円形横縁5に竹ヒゴを使用し、図3(平面図)の差し込み口に斜めに差し込み、水平かつ直径の違う円形横縁を吊るし組み立て、ラセン軸が円形横縁の表面に沿い下の差込み口まで延び、長楕円の骨格ができた。
そのラセン軸に羽根の中央に穴を開けた紙の羽根をつけ、切込み口12を利用し紙の羽根を差込、大きさも違う2種類の羽根「a」、羽根「b」」を造り、いずれも羽根の枚数は8枚の回転数を比較したもので、比較する風力風車の風は扇風機の風、強、中、弱を採用した。
参考、写真の羽根「a」、羽根「b」は、図9紹介。
平面図、ラセン軸4の差し込み口12を利用して羽根8枚((1)～(8))の
取付け位置のイメージ(羽根「a」、羽根「b」)。
テスト結果
【００２７】
【表１】

【００２８】
回転数一位は、羽根「a」、また、弱い風も拾い上げることが出来たので採用することにした。
羽根「a」は、(平面図)上のホイル6の(1)番口にラセン軸の上の端を差込み、弓なりになりながら下方の円形横縁に向かって延び赤道部(直径0.2m)に達する、そのまま下の(4)番口に向かって延び、ラセン軸の下の端がホイル6zに収まり、これをラセン軸の数だけ繰り返し8枚羽の垂直軸型ラセン風車のラセン軸が完成した。
羽根「a」は直径0.2m、羽根の巾0.03m長さ0.29と小さく受風面積(自己流、羽根全体の1/3=2.66％)も狭いが、円周が小さいと羽根と羽根の間隔も狭いから次から次へとラセン風車の羽根が風を捉えリズミカルに回転しているように見えた。
ラセン軸のラセン角度が良かったのか、風の捉え方や、風を逃がすのにも優れており、それが回転数に現れているのではないか。
ちなみに羽根「a」の風抜き穴を塞いでの回転数は強のとき131回Ｒ(ＲＰМ)でした。
羽根「b」は、(平面図)のホイル6の(5)にラセン軸の上の端を差込み、下のホイル6zの(1)に収め、垂直軸型ラセン風車の直径が0.3m、ラセン軸の長さが0.43m、円周も大きくなり、ラセン軸の傾斜角も弱く、風をうまく捉えられなかった、羽根の直径も広すぎ羽根と羽根の間が空きすぎた感があり、風を捉え切れてないように思えた、全体的にはラセン風車のラセン軸と羽根のアンバランスが悪く回転数が伸びなかった。
【符号の説明】
【００２９】
1 垂直軸型ラセン風車
2 垂直軸型ラセン風車の心棒
3 筒形台
4 ラセン軸
4Ａ竹材を使用したラセン軸
5 円形横縁
5Ａ竹材を使用した円形横縁
6 上のホイル
6z 下のホイル
7 動輪
8 ロールベアリング
9 タイラップ
10 帯状の羽根
10Ａ、１０Ｂ、10Ｃは羽根の機能の拡大図
11 羽根の穴
12、切り込み口
13 アルミ板(切込み口修復用)
14 円形ホース
15 電子バルブ
16 コンプレッサー(小型自動車のタイヤの空気入れ用と同等品)
17 ベルト
18 ラセン軸差込み口

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

【図７】

【図８】

【図９】

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