JP6047348B2 - Rotating device for fluid - Google Patents
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Description
本発明は、発電や動力源として利用可能な流体用回転装置に関する。 The present invention relates to a fluid rotating device that can be used as a power source or a power source.
従来の回転体を利用して発電を行う水平軸型の発電装置として、プロペラ等を利用した風力発電装置がある(例えば、特許文献1参照)。 As a horizontal axis type power generator that generates power using a conventional rotating body, there is a wind power generator using a propeller or the like (see, for example, Patent Document 1).
従来の水平軸型の風力発電装置は、風の一部がプロペラのブレードの間をすり抜けたり、回転面から円周方向に逃げたりすることにより、回転効率が低下し、発電効率も低下するという課題があった。また、風力発電は、水力発電と比べると発電効率が約半分であるため、風力を利用する場合には、できるだけ発電効率を高めたいという要望があった。 The conventional horizontal axis type wind power generator is said to have a reduction in rotational efficiency and a decrease in power generation efficiency as a part of the wind passes between the blades of the propeller or escapes from the rotating surface in the circumferential direction. There was a problem. In addition, since wind power generation has about half the power generation efficiency compared to hydropower generation, there is a demand to increase power generation efficiency as much as possible when using wind power.
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、回転効率を高めることができ、発電に利用したときには、発電効率を飛躍的に高めることができる流体用回転装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made paying attention to such a problem, and can provide a fluid rotating device that can increase the rotation efficiency and can dramatically increase the power generation efficiency when used for power generation. It is aimed.
本発明に係る流体用回転装置は、流体を利用して回転する流体用回転装置であって、中心軸周りに回転可能に設けられた回転基体と、前記回転基体の中心軸に対して回転対称を成すよう、それぞれ前記回転基体に設けられた複数のブレードとを有し、前記回転基体は、円錐台の底面から成り前記流体の上流に向けて配置される円形の受流面と、円錐台の側面から成る傾斜側面とを有し、各ブレードは、前記受流面の中心部から外周縁の外側に突出して伸びるとともに、前記受流面に対して傾斜して設けられた正面部と、前記傾斜側面から外側に突出しており、前記正面部の傾斜方向と同じ方向に傾斜して、前記正面部のうち前記受流面の外周縁から突出した部分から前記傾斜側面の下流側に向かって伸びるとともに、前記傾斜側面からの突出量が下流に向かって徐々に大きくなるよう設けられた側面部と、前記受流面の外周縁および前記傾斜側面との間に間隔をあけて、前記中心軸に沿った上流側に向かって突出するよう前記正面部および前記側面部と一体的に設けられた外周部とを有することを特徴とする。
A fluid rotating device according to the present invention is a fluid rotating device that rotates using a fluid, and is a rotational base that is rotatably provided around a central axis, and rotationally symmetric with respect to the central axis of the rotating base. A plurality of blades provided on the rotating base, each of which includes a circular receiving surface formed from a bottom surface of the truncated cone and disposed upstream of the fluid; and a truncated cone Each of the blades extends from the central portion of the receiving surface to the outside of the outer peripheral edge, and is provided with a front portion provided to be inclined with respect to the receiving surface. It protrudes outward from the inclined side surface, is inclined in the same direction as the inclined direction of the front portion, and extends from the portion of the front portion that protrudes from the outer peripheral edge of the receiving surface toward the downstream side of the inclined side surface. Extends and protrudes from the inclined side At intervals, projecting toward the upstream side along the central axis between but the side surface portion provided so as to gradually increase toward the downstream, the outer circumferential edge and the inclined side surface of said受流surface And the outer peripheral part provided integrally with the front part and the side part.
本発明に係る流体用回転装置は、受流面を流体の上流側に向けて、受流面で流体の流れを受けることにより、回転基体を回転させることができる。流体の流れは、例えば風や水流などである。本発明に係る流体用回転装置は、受流面で流体の流れを受けると、受流面に設けられた複数のブレードの正面部に当たる。このとき、流体が正面部の傾斜に沿って、その傾斜を下流側に押すようにして流れるため、正面部の傾斜の上流側に向かって回転基体が回転する。 The fluid rotating device according to the present invention can rotate the rotating base by receiving the flow of the fluid at the receiving surface with the receiving surface facing the upstream side of the fluid. The fluid flow is, for example, wind or water flow. When the fluid rotating device according to the present invention receives a fluid flow on the receiving surface, the fluid rotating device hits the front portions of a plurality of blades provided on the receiving surface. At this time, since the fluid flows along the inclination of the front portion so as to push the inclination toward the downstream side, the rotating base body rotates toward the upstream side of the inclination of the front portion.
ブレードの正面部に当たった流体は、受流面の表面に沿って中心部から外周縁に向かって流れ、受流面の外周縁を越えて各ブレードの外周部に当たる。さらに、流体は、受流面の外周縁と各ブレードの外周部との間隔から、各ブレードの側面部および回転基体の傾斜側面に沿って、回転基体の後方背面に流れていく。このとき、各ブレードの側面部が、正面部の傾斜方向と同じ方向に傾斜しているため、流体がその傾斜を下流側に押すことにより、側面部の傾斜の上流側に向かって回転基体が回転する。この回転方向は、各ブレードの正面部による回転方向と同じ方向であるため、回転基体の回転速度を高めることができる。 The fluid that hits the front part of the blade flows from the central part toward the outer peripheral edge along the surface of the receiving surface, and hits the outer peripheral part of each blade beyond the outer peripheral edge of the receiving surface. Further, the fluid flows from the distance between the outer peripheral edge of the receiving surface and the outer peripheral portion of each blade to the rear back surface of the rotating base along the side surface of each blade and the inclined side surface of the rotating base. At this time, since the side surface portion of each blade is inclined in the same direction as the inclination direction of the front portion, when the fluid pushes the inclination to the downstream side, the rotating base body moves toward the upstream side of the inclination of the side surface portion. Rotate. Since the rotation direction is the same as the rotation direction by the front portion of each blade, the rotation speed of the rotating base can be increased.
本発明に係る流体用回転装置で、受流面の外周縁と各ブレードの外周部との間隔から後方背面に流れる流体は、次々と受流面に流れてくる流体や、回転基体の回転により回転してくる正面部により圧縮を受けている。また、各ブレードの側面部の傾斜側面からの突出量が下流に向かって徐々に大きくなるよう設けられているため、流体が流れる流路断面積が下流に向かって徐々に増加している。これにより、圧縮を受けた流体が各ブレードの側面部を流れるとき、減圧されて流速が増加するため、回転基体の回転をさらに高めることができる。このように、本発明に係る流体用回転装置は、回転基体を高速で回転させることができ、回転効率を高めることができる。 In the fluid rotating device according to the present invention, the fluid flowing from the outer peripheral edge of the receiving surface and the outer peripheral portion of each blade to the rear back surface is caused by the fluid flowing to the receiving surface one after another or the rotation of the rotating base. It is compressed by the rotating front part. Further, since the protruding amount from the inclined side surface of each blade is gradually increased toward the downstream side, the flow path cross-sectional area through which the fluid flows gradually increases toward the downstream side. As a result, when the compressed fluid flows through the side surface of each blade, the pressure is reduced and the flow velocity increases, so that the rotation of the rotating base can be further increased. As described above, the fluid rotating device according to the present invention can rotate the rotating base at a high speed and can increase the rotation efficiency.
本発明に係る流体用回転装置は、各ブレードの正面部により得られる回転だけでなく、回転基体の後方背面への流体の流れによって得られる回転も利用することができ、また、受流面で受けた流体を逃さず無駄なく利用することができるため、回転効率を飛躍的に高めることができる。本発明に係る流体用回転装置は、回転基体を発電手段に接続して発電に利用したり、回転基体の回転を動力源として利用したりすることができる。発電に利用したときには、発電効率を飛躍的に高めることができる。特に、流体の流れとして風を利用する場合には、従来の風力発電装置で得られるものよりもはるかに高い発電効率を得ることができる。 The rotating device for fluid according to the present invention can use not only the rotation obtained by the front part of each blade but also the rotation obtained by the flow of fluid to the rear back surface of the rotating base, Since the received fluid can be used without waste, the rotational efficiency can be dramatically increased. The fluid rotating device according to the present invention can be used for power generation by connecting the rotating base to power generation means, or the rotation of the rotating base can be used as a power source. When used for power generation, power generation efficiency can be dramatically increased. In particular, when wind is used as the fluid flow, it is possible to obtain much higher power generation efficiency than that obtained with a conventional wind power generator.
本発明に係る流体用回転装置は、羽根を外側に拡げた従来の風車などと比べて、回転直径を小さくすることができるため、容易に小型化を図ることができる。本発明に係る流体用回転装置は、常に受流面で流体を受けるよう、流体の流れの向きに応じて受流面の向きを変更可能に構成されていることが好ましい。発電に利用する場合には、発電手段は、回転基体の内部や背後など、流体の影響を受けない場所に配置されていることが好ましい。また、回転基体がさらに高速で回転するよう、各ブレードの外周部のうち、正面部の外側方を覆う部分が、受流面の外周縁から離れるに従って徐々に外側に開いていくよう設けられていることが好ましい。 The rotating device for fluid according to the present invention can be reduced in size easily because the rotating diameter can be reduced as compared with a conventional windmill or the like having blades spread outward. The fluid rotating device according to the present invention is preferably configured to be able to change the direction of the receiving surface according to the direction of the fluid flow so that the fluid is always received by the receiving surface. When used for power generation, the power generation means is preferably disposed in a location that is not affected by the fluid, such as inside or behind the rotating base. Further, in order to further rotate the rotating base at a higher speed, a portion of the outer peripheral portion of each blade that covers the outer side of the front portion is provided so as to gradually open outward as the distance from the outer peripheral edge of the receiving surface increases. Preferably it is.
本発明に係る流体用回転装置で、各ブレードは翼状の断面形状を成していてもよい。この場合、各ブレードに当たる風により揚力が発生するため、その揚力を利用して、さらに回転基体の回転速度を高めることができる。 In the fluid rotating device according to the present invention, each blade may have a wing-like cross-sectional shape. In this case, since lift is generated by the wind hitting each blade, the rotational speed of the rotating base can be further increased by using the lift.
本発明によれば、回転効率を高めることができ、発電に利用したときには、発電効率を飛躍的に高めることができる流体用回転装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, rotation efficiency can be improved and when it utilizes for electric power generation, the rotation apparatus for fluid which can raise electric power generation efficiency dramatically can be provided.
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
図1乃至図3は、本発明の実施の形態の流体用回転装置を示している。
図1乃至図3に示すように、流体用回転装置10は、風や水流などの流体を利用して発電する発電装置から成り、回転基体11と複数のブレード12と発電手段13とを有している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 3 show a fluid rotating device according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1 to FIG. 3, the
回転基体11は、円錐台状を成しており、円錐台の底面から成る円形の受流面11aと、円錐台の側面から成る傾斜側面11bとを有している。回転基体11は、受流面11aを流体の上流に向けて配置され、受流面11aの中心を通る中心軸周りに回転可能に設けられている。これにより、傾斜側面11bは、上流から下流に向かって、外径が徐々に小さくなるよう配置されている。回転基体11は、受流面11aの中心部に立てて設けられた円錐状の軸材11cを有している。
The rotating
複数のブレード12は、それぞれ1枚の板状の部材により形成されており、正面部12aと側面部12bと外周部12cとを一体的に有している。各ブレード12は、回転基体11の中心軸に対して回転対称を成すよう、それぞれ回転基体11に設けられている。正面部12aは、受流面11aの中心部の軸材11cから外周縁の外側に突出して伸びるよう、受流面11aに沿って設けられている。正面部12aは、受流面11aに円弧状に湾曲して配置されており、受流面11aに対して湾曲の内側に向かって傾斜するよう設けられている。正面部12aは、受流面11aおよび軸材11cに固定されている。
Each of the plurality of
側面部12bは、正面部12aのうち受流面11aの外周縁から突出した部分から傾斜側面11bの下流側に向かって伸びるよう設けられている。側面部12bは、傾斜側面11bから外側に向かって突出するよう、傾斜側面11bに固定されている。側面部12bは、正面部12aの傾斜方向と同じ方向に傾斜して、傾斜側面11bを斜めに横切るよう、傾斜側面11bに沿って設けられている。側面部12bは、円錐台の側面である傾斜側面11bの径が、下流に向かって徐々に小さくなるのを利用して、傾斜側面11bからの突出量が下流に向かって徐々に大きくなるよう設けられている。
The
外周部12cは、正面部12aのうち受流面11aの外周縁から突出した部分の端縁、および側面部12bの外側の側縁に連続して、正面部12aおよび側面部12bと一体的に設けられている。外周部12cは、受流面11aの外周縁および傾斜側面11bとの間に間隔をあけて、正面部12aおよび側面部12bの上流側の外側方を覆うよう配置されている。また、外周部12cは、正面部12aの外側方を覆う部分が、受流面11aの外周縁から離れるに従って徐々に外側に開いていくよう設けられている。
The outer
発電手段13は、回転基体11の回転により発電を行うよう構成されている。発電手段13は、流体の影響を受けないよう、回転基体11の背後に配置されている。なお、発電手段13は、回転基体11の内部に配置されていてもよい。
流体用回転装置10は、常に受流面11aで流体を受けるよう、流体の流れの向きに応じて受流面11aの向きを変更可能に構成されている。
The power generation means 13 is configured to generate power by the rotation of the rotating
The fluid
次に、作用について説明する。
流体用回転装置10は、受流面11aを流体の上流側に向けて、受流面11aで流体の流れを受けることにより、発電を行うことができる。流体用回転装置10は、受流面11aで流体の流れを受けると、受流面11aに設けられた複数のブレード12の正面部12aに当たる。このとき、流体が正面部12aの傾斜に沿って、その傾斜を下流側に押すようにして流れるため、正面部12aの傾斜の上流側に向かって回転基体11が回転する。
Next, the operation will be described.
The fluid
受流面11aに当たった流体は、受流面11aの表面に沿って中心部から外周縁に向かって流れ、受流面11aの外周縁を越えて各ブレード12の外周部12cに当たる。このとき、流体が当たる外周部12cが、受流面11aの外周縁から離れるに従って徐々に外側に開いていくよう設けられているため、回転基体11の回転速度を高めることができる。さらに、流体は、受流面11aの外周縁と各ブレード12の外周部12cとの間隔から、各ブレード12の側面部12bおよび回転基体11の傾斜側面11bに沿って、回転基体11の後方背面に流れていく。このとき、各ブレード12の側面部12bが、正面部12aの傾斜方向と同じ方向に傾斜しているため、流体がその傾斜を下流側に押すことにより、側面部12bの傾斜の上流側に向かって回転基体11が回転する。この回転方向は、各ブレード12の正面部12aによる回転方向と同じ方向であるため、回転基体11の回転速度をさらに高めることができる。
The fluid that hits the
流体用回転装置10で、受流面11aの外周縁と各ブレード12の外周部12cとの間隔から後方背面に流れる流体は、次々と受流面11aに流れてくる流体や、回転基体11の回転により回転してくる正面部12aにより圧縮を受けている。また、各ブレード12の側面部12bの傾斜側面11bからの突出量が下流に向かって徐々に大きくなるよう設けられているため、流体が流れる流路断面積が下流に向かって徐々に増加している。これにより、圧縮を受けた流体が各ブレード12の側面部12bを流れるとき、減圧されて流速が増加するため、回転基体11の回転をさらに高めることができる。なお、具体的な一例では、側面部12bを有する回転基体11は、側面部12bがないものと比べて、約15%回転数が増加することが確認されている。このように、流体用回転装置10は、回転基体11を高速で回転させることができ、発電手段13により高い発電効率で発電を行うことができる。
In the fluid
流体用回転装置10は、各ブレード12の正面部12aにより得られる回転だけでなく、回転基体11の後方背面への流体の流れによって得られる回転も利用することができ、また、受流面11aで受けた流体を逃さず無駄なく利用することができるため、発電効率を飛躍的に高めることができる。特に、流体の流れとして風を利用する場合には、従来の風力発電装置で得られるものよりもはるかに高い発電効率を得ることができる。また、流体用回転装置10は、羽根を外側に拡げた従来の風車などと比べて、回転直径を小さくすることができるため、容易に小型化を図ることができる。
The fluid
また、流体用回転装置10で、各ブレード12は翼状の断面形状を成していてもよい。この場合、各ブレード12に当たる風により揚力が発生するため、その揚力を利用して、さらに回転基体11の回転速度を高めることができる。これにより、発電効率をさらに高めることができる。なお、流体用回転装置10は、回転基体11に発電手段13を接続して発電に利用するだけでなく、回転基体11の回転を機械的な動力源として利用することもできる。
In the fluid
10 流体用回転装置
11 回転基体
11a 受流面
11b 傾斜側面
11c 軸材
12 ブレード
12a 正面部
12b 側面部
12c 外周部
13 発電手段
DESCRIPTION OF
Claims (2)
中心軸周りに回転可能に設けられた回転基体と、
前記回転基体の中心軸に対して回転対称を成すよう、それぞれ前記回転基体に設けられた複数のブレードとを有し、
前記回転基体は、円錐台の底面から成り前記流体の上流に向けて配置される円形の受流面と、円錐台の側面から成る傾斜側面とを有し、
各ブレードは、前記受流面の中心部から外周縁の外側に突出して伸びるとともに、前記受流面に対して傾斜して設けられた正面部と、前記傾斜側面から外側に突出しており、前記正面部の傾斜方向と同じ方向に傾斜して、前記正面部のうち前記受流面の外周縁から突出した部分から前記傾斜側面の下流側に向かって伸びるとともに、前記傾斜側面からの突出量が下流に向かって徐々に大きくなるよう設けられた側面部と、前記受流面の外周縁および前記傾斜側面との間に間隔をあけて、前記中心軸に沿った上流側に向かって突出するよう前記正面部および前記側面部と一体的に設けられた外周部とを有することを
特徴とする流体用回転装置。 A fluid rotating device that rotates using a fluid,
A rotating base provided rotatably around a central axis;
A plurality of blades each provided on the rotary base so as to be rotationally symmetric with respect to the central axis of the rotary base;
The rotating base has a circular receiving surface formed from the bottom surface of the truncated cone and disposed upstream of the fluid, and an inclined side surface formed from the side surface of the truncated cone,
Each blade protrudes and extends from the center of the receiving surface to the outside of the outer peripheral edge, and protrudes outward from the inclined side surface and the front portion provided to be inclined with respect to the receiving surface, Inclining in the same direction as the inclination direction of the front portion, extending from the portion of the front portion protruding from the outer peripheral edge of the receiving surface toward the downstream side of the inclined side surface, and the protruding amount from the inclined side surface It protrudes toward the upstream side along the central axis with a space between the side surface provided so as to gradually increase toward the downstream side, the outer peripheral edge of the receiving surface and the inclined side surface. A fluid rotation device comprising: an outer peripheral portion provided integrally with the front portion and the side portion.
2. The fluid rotating device according to claim 1, wherein each blade has a wing-like cross-sectional shape.
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