直线翼型风·水车的制作方法

专利名称：直线翼型风·水车的制作方法
技术领域：
本发明涉及例如在垂直轴周围配置直线翼且用支承翼连接到轴侧的直线翼型风·水车，该直线翼型风·水车兼顾了效率、自起动性和噪音等，并谋求坚固性、安装角和翼厚等的最佳化。
背景技术：
近年来，从节省能源和保护自然环境等观点出发，风力发电和水利发电被重新看好。
对于风力发电来说，以前，使用螺旋桨的水平轴型的风车是主流。螺旋桨式风车有种种缺点，在自起动性高、不需要特别的启动装置的反面，需要相对风向的指向性，需要用于使螺旋桨朝向风的方向的装置等，并且由于螺旋桨的形状复杂，难以大量生产加工。
近年来，与螺旋桨式的水平轴风车相反，开始采用使用纵长的叶片的垂直轴型的风车。例如，在垂直的轴部的周围具有多根圆弧状的细长的叶片的达里厄斯型风车是有名的。
垂直轴风车，有种种优点，由于对风向无指向性，所以适用于风向变化的日本的风况，并且由于叶片的形状简单，所以容易大量生产。垂直轴风车的效率(输出系数)不比任何螺旋桨式的水平轴风车差。在此所谓效率是风车做的功(力矩×转速)相对于风能的比例。在水力发电的情况下，效率即为风车做的功相对于水能的比例。
但是，对于原有的垂直轴风车，由于自起动性非常低，所以需要起动用的马达和控制马达的控制装置等各种设备，虽然使用简单形状的叶片，但存在装置大型化和高成本化的问题。另外，为了得到高的效率(输出系数)要在翼型上下功夫等，要付出种种辛苦。另外，回转时切风音大，需要找出对策。这些问题不限于风车，在水车中也会出现。
鉴于上述问题，本发明是主要作为垂直轴风·水车使用的能发挥出良好效率(输出系数)的风·水车，其目的在于提供自起动性高，不需要特别的起动装置，并且回转音安静的风·水车。

发明内容
为了达到上述目的，本发明的第1技术方案的直线翼型风·水车，备有在轴心的周围与该轴心平行地配置的二维翼型的直线翼，使假想线从该轴心开始垂直于该直线翼的翼弦线，当把该交点作为中心且把旋转该直线翼的角度作为安装角时，该安装角被设定在+3°～-2°的范围内，而且，使假想线从该轴心开始垂直于该直线翼的翼弦线，当把从该直线翼的前缘到该交点的距离相对于翼弦长的比例作为安装位置时，该安装位置被设定在15～40％的范围内，而且，当把从该轴心到该直线翼的距离作为半径R，把该直线翼的翼弦长作为C，把该直线翼的个数作为N时，NC/R被设定在0.5～2.2的范围内，而且，最大翼厚相对于该直线翼的翼弦长的比例被设定在15～25％的范围内。
根据上述构成，安装角在5°以上时风·水车的效率(输出系数)为零，作为风·水车不起作用，把安装角做在+3°～-2°的范围内，至少可以发挥最大效率的一半以上的效率(输出系数)，可以在回转时得到良好的效率。另外，把安装位置做在15～40％的范围内，虽然效率与安装位置为25％时相比稍微降低，但是能被良好地维持，由于直线翼的转头力矩，自起动性被确保。另外，NC/R(坚固性即回转面积比)在0.5以上能够发挥出良好的自起动性，由于坚固性超过2.2时效率(输出系数)降低，所以NC/R在0.5～2.2范围内，始动性和效率能被确保。另外，把直线翼的最大翼厚做成15～25％，风·水车的自起动性提高，效率也提高，强度也被确保。如上所述，风·水车的自起动性和效率双方能良好地发挥。
本发明的第2技术方案的直线翼型风·水车，其特征在于，在第1技术方案的直线翼型风·水车中，备有把上述直线翼连结到上述轴心侧的对称翼型的支承翼，最大翼厚相对于该支承翼的翼弦长的比例被设定在15～20％的范围内。
根据上述构成，可以降低支承翼的回转阻力，确保强度，同时可以更加提高风·水车的自起动性。
本发明的第3技术方案的直线翼型风·水车，备有在轴心的周围与该轴心平行地配置的直线翼，其特征在于，在该直线翼的轴向端部上形成翼型截面的大致一半厚度的山状部。
由于上述构成，作为风车使用时，回转时在翼端后方不产生空气涡流，切风音被降低乃至完全消除。作为水车使用时也一样。回转时在翼端后方不产生水涡流，切水音被降低乃至完全消除本发明的第4技术方案的直线翼型风·水车，其特征在于，在第3技术方案的直线翼型风·水车中，上述山状部的翼厚是12～17％左右。
由于上述构成，切风音和切水音被完全消除。
本发明的第5技术方案的直线翼型风·水车，其特征在于，在本发明的第3或第4技术方案的直线翼型风·水车中，该直线翼型风·水车备有第1或第2技术方案所述的各要素。
由于上述构成，通过安装角为+3°～-2°、安装位置为15～40％、坚固性NC/R＝0.5～2.2直线翼厚为15～25％、支承翼厚为15～20％、翼端的山状部的组合、风·水车的效率(输出系数)和自起动性双方被满足，并且切风音和切水音被降低乃至被完全消除。


图1是表示本发明的直线翼型风·水车的一个实施例的立体图。
图2是表示直线翼的截面形状的图1的A-A截面图。
图3是表示支承翼的截面形状的图1的B-B截面图。
图4是表示直线翼的安装位置和安装角的说明图，(a)表示安装角为0，(b)表示+的安装角，(c)表示-的安装角。
图5是表示安装角和效率(输出系数)的关系的曲线图。
图6是表示安装角和效率的关系的曲线图。
图7是表示对应每个安装角的强度与效率的关系的曲线图。
图8是表示使用另一直线翼时的坚固性与效率的关系的曲线图。
图9表示对应于每个坚固性下的线速度比和效率的关系的曲线图。
图10是根据图9表示对应于每个线速度比的坚固性和效率的关系的曲线图。
图11的(a)是表示直线翼的翼端的山状部的俯视图，(b)是其正视图，(c)是其侧视图。
具体实施例方式
下面根据附图详细地说明本发明的实施例。
图1表示本发明的垂直轴式的直线翼型风·水车的一个实施例。
该直线翼型风·水车1由垂直的轴部2、在轴部2的周围与轴部2平行配置的多个(在本例中为三个)作为主翼的直线翼(叶片)3、把各直线翼3连结到轴部2上的水平的支承翼4构成。
如图2(省略截面线)表示的直线翼3的A-A截面那样，直线翼3呈非对称的二维翼型，其翼形中心线9从直线翼3的前缘7向下(在图2中是向下，在图1中相当于轴向内侧)弯曲，在最大翼厚中心10处与翼弦线11一致，再向上弯曲到后缘8。在图2中的前方下侧设置支承翼4。由于该形状，不会因风和水流的方向(风向和水向)改变直线翼3的安装角，可以提高风·水车的效率(输出系数)。对于直线翼3的形状，本申请人在日本特公昭56-42751号公报中已提出。
另外，如图3(a)中表示的支承翼4的B-B截面那样，支承翼4是对称翼，从前缘12直到后缘13，翼形中心线19与翼弦线15一致。由于在支承翼4上使用对称翼，所以在图1中，使前缘12承受风和水流时的阻抗减低，使后缘13承受风和水流时的阻抗增大且能发挥出旋转风·水车1的力量。
作为支承翼4的截面形状，当采用与图2相同的非对称的翼型时，把图1上侧的支承翼4做成与图2同样的截面形状，图1下侧的支承翼4使用把图2的截面形状做成上下线对称的截面形状(上下反转的形状)。
由此，在上侧的支持翼上产生的升力与作用在下侧支持翼上的向下的力抵消，能得到顺畅的回转，同时能减少加在轴部2的轴承(未图示)的轴向力，能提高轴承(未图示)的寿命。
上述直线翼3和支承翼4最好用玻璃纤维和石墨纤维那样的重量轻且强度高的材料一体地形成。由此，风·水车1不仅可以作为风车使用，也可以作为水车使用。由于翼的刚性高，所以可以耐受强的水流，由于是一体型，在接缝上没有孔等，不用担心水侵入翼内部。另外，由于各翼部的轻量化，提高了始动性及效率(输出系数)。
轴部2最好是金属制的中空的外齿轮，例如，在外齿轮(2)的端部上固定发电机(未图示)的回转轴。由于使用外齿轮，使轴部2轻量化，提高了始动·起动性。再有，在例如风向和水流的方向一定的地方使用，不需要改变安装角时，直线翼3也可以使用对称翼(截面对称翼型)。另外，在直线翼3的上下也可以配置圆板状等的盘(未图示)，通过支承盘中心，可以废除轴部2。
上述直线翼型风·水车1的效率(输出系数)根据相对于支承翼4的直线翼3的安装角、直线翼3相对于轴部2的中心的安装位置、风·水车1的坚固性(回转面积比)等进行变动，另外，风·水车1的自起动性根据坚固性(回转面积比)和直线翼3·支承翼4的翼厚等进行变动。
在此，作为安装位置，如图4(a)所示，在从轴部2的中心20向与直线翼3的翼弦线11垂直方向引出径向的假想线22时，是用从直线翼3的前缘7到径向的假想线22和翼弦线11的交点21的距离X相对于翼弦长C的比例(％)所表示的数值。另外，作为安装角，如图4的(b)、(c)所示，当直线翼3的相对于与图4(a)的翼弦线11的翼弦线11相当的平直线18向回转方向外侧或内侧倾斜时，是指翼弦线11和平直线18所成的角度α(°)。图4(b)表示+α的安装角，图4(c)表示-α的安装角，图4(a)表示安装角为0°另外，坚固性，在风·水车的半径为R(m)，直线翼的个数为N(个)、直线翼的翼弦长为C(m)时，用NC/R表示。半径R在图4(a)中是从轴中心20到翼弦线11与假想线22的交点21的距离。另外，作为翼厚是用％表示最大翼厚相对于翼弦长的比例。效率(输出系数)是用带小数点的数字表示风或者水的能量为1时风·水车的做功(转矩×转速)的比例。
本发明的目的在于，找出所谓这些安装角和安装位置、坚固性、厚翼等要素的最佳值及有效使用范围，提供一种能发挥出高的自起动性和足够的效率(输出系数)的直线翼型风·水车，下面说明对这些要素的调查研究结果。
首先，在图5的曲线图中表示安装角和效率(输出系数)的调查结果。
在图5中，纵轴表示效率，横轴表示安装角(°)。坚固性从0.18到4.0表示成五个阶段(0.18，1.08，2.0，3.0，4.0)。
如图5所表明的那样，风·水车的效率随安装角进行大的变动，在坚固性从0.18至4.0的极大的范围内，安装角只在±4°或者最大±5°以内的范围内成为有效。当安装角超出±4°或者最大±5°的范围时，风·水车的效率几乎为零，完全不能使用。为了在图5中得到良好的效率(例如0.1以上的效率)，应该把安装角抑制在±2°或者至少±3°以内。通过把安装角抑制在±2°以内，至少可以发挥最大效率(在图5中为0.25)的一半以上的效率(输出系数)。安装角最大必须在±5°以内，最佳值(范围)可以说是±1°。
如图5所示，坚固性是0.18时，在安装角为+1°处效率成为最大。在其他的坚固性为1.08～4.0的范围内，在安装角为0和+1°的地方成为几乎同样的最大效率。+1°的地方比-1°的地方效率稍高些，+2°的地方比-2°的地方效率高，+3°的地方比-3°的地方高很多。这样，在全体上+侧的安装角比-侧安装角效率都高。图5的倾向，无论在风车的情况下还是在水车的情况下都一样。
接下来，在图6中表示安装位置和效率(输出系数)的调查结果。
在图6中，纵轴表示效率，横轴表示安装位置(％)。坚固性(NC/R)只用0.18为代表表示。作为一个例子，风·水车的半径R是1.25m，直线翼的翼弦长C是0.3m。
如图6所表示的那样，安装位置在25％的地方效率(输出系数)最大(0.235)。安装位置在0～50％的范围内，效率(输出系数)显示出比较稳定的数值，为0.118～0.079。
安装位置为0％的位置是图4(a)的从轴部开始延伸的径向的线(即支持翼)与直线翼的前缘相接那样交叉的位置，安装位置为50％的位置是该径向的线与翼弦线的中央交叉的位置。
从图6可知，安装位置的最佳值是25％。即，在图4(a)中，是从轴部开始延伸的径向的线与从直线翼的前缘开始的翼弦长的1/4的位置交叉的位置。
另外，在图6中，安装位置的范围相当宽，为0～50％，但是当安装位置在0和其附近的位置时，没有风·水车回转时的直线翼的转头力矩(使直线翼的前缘部向着轴部的内向力)作用，如果考虑到自起动性恶化的问题，安装位置应该是15％以上，为了得到0.1以上的效率，不是50％而应该是40％以内，从而，有效的安装位置应该抑制在15～40％的范围内。图6的倾向无论在风车的情况下还是在水车的情况下都是相同的。
图7是把图5的曲线变成坚固性与效率的关系的图。
在图7中，横轴表示坚固性(NC/R)，纵轴表示效率(输出系数)。安装角是0°，+1°，+2 °，+3°，-1°，-2°，-3°七个水准。
如图7所示的那样，随着坚固性变大，效率降低(这点以前是公知的)。安装角在为0°和+1°时，效率表示为大致相同的值。安装角为+2°和-1°时，效率近似，安装角为+3°和-2时，效率比较近似，安装角为-3°时，效率下降很大(降到0.1以下)。根据图7，可以说安装角最好在+3°～-2°的范围内，如果安装角在+3～-2°的范围内，坚固性在0.18～4.0的范围内，能发挥良好的效率。
但是，坚固性是3或4的情况在现实中几乎没有。即，对于坚固性为3的情况，条件为例如在半径为0.3m的风·水车中，直线翼3的翼弦长是0.3m，直线翼3的个数是3个，可以说实施的可能性非常小。随着坚固性的增大，风·水车内(直线翼3的内侧空间内)难以进入风或水，风·水车内的流速降低，转速和转矩降低。从而，图7中的各线的弯曲比较平缓，可以说坚固性为2左右是实际使用范围的上限。在包含安装角为-3°的情况在内的所考虑的情况下，也可以说坚固性的上限值为1至1+α(α为0.2左右)比较妥当。
由于坚固性越高，始动性越高(这一点是公知的)，所以在考虑自起动性的情况下，坚固性的下限值应该比0.18大。下限值被认为应该比0.18大比1小，在0.6左右。对于坚固性的检测结果将在后面叙述。图7的倾向无论在风车情况下还是在水车的情况下都一样。
表1表示上述图5～图7的根据(原始数据)的一部分，作为参考。
表1

表1中线速度比是直线翼的前端的转速相对于风速或者水速的比例，线速度比2.6意味着以风速或者水速的2.6倍的速度进行回转。效率随着线速度比进行大的变动。对于线速度比将在后面进行叙述。
图8是坚固性在从0.1以下的极小区域到3.5的范围内表示坚固性和效率(输出系数)的关系的图。作为直线翼，假定使用翼厚为12％的比较薄的对称翼(NACA0012)。
如图8所表明的那样，坚固性在0.1时效率为0.1以上，坚固性从0.1到0.35，效率曲线陡峭地上升，坚固性在0.35附近，效率为最大值，坚固性从0.35到0.65，效率急剧下降，坚固性从0.65到2.2，效率平缓下降，坚固性在2.2附近，效率大致恒定，坚固性在2.4以上，效率再次下降。
根据图8的结果，在重视性能(效率)的情况下，需要把坚固性设置在0.1～0.65的范围内，在重视始动性的情况下，可以说效率要做出某种程度的牺牲，需要把坚固性设定在0.65～2.2的范围内。
效率的最大值Cpmax随着雷诺数Re和翼型(翼截面型)进行变动。Cpmax的变动幅度是0.2～0.48左右。图8中的雷诺数是1.33×105，另外，效率也随着直线翼的线速度比进行变动。图8的倾向无论在风车的情况下还是在水车的情况下都是相同的。
图9是在把坚固性做成0.36，0.6，1.2，1.4，1.6，1.8，2.2七个水准的情况下表示线速度比和效率(输出系数)的关系的图。
如图9所表明的那样，随着线速度比即直线翼的转速相对于风速或水速的比例的增高效率增高。另外，随着线速度比β降低坚固性增加。随着线速度比增高坚固性减少。图9的倾向无论在风车的情况下还是在水车的情况下都相同。
图10是从图9求出坚固性和效率关系的曲线图。
在图10中，横轴表示坚固性，纵轴表示效率。线速度比采用1.9，2.0，2.5，3.0四个水准。
如图10所表明的那样，在线速度比β高(2.5，3.0)的情况下，在低的坚固性的范围内效率最大，在线速度比低(1.9，2.0)的情况下，在高的坚固性的范围内效率最大。
因此，在迅速回转风·水车的情况下，需要小的坚固性，在缓慢回转风·水车的情况下，需要大的坚固性。由图10可知，考虑始动性时，坚固性需要在0.6以上，需要在0.6～1.2或者0.6～2.2范围内。坚固性大、线速度比小，从风·水车的安全性和耐运动的强度性·耐疲劳的强度性的观点出发是有效的。图10的倾向无论在风车的情况下还是在水车的情况下都是相同的。
上述的直线翼型风·水车的性能可以由例如以下的特性式算出。
速度降低率a=1/2{1-(1-Cfx)}]]>VR=(1-a)(1-2βsinφ+β2)]]>阻抗系数Cfx=-(n1B/4π)∫02πVR2{(CLcosφ+CDsinφ)cosφ]]>+(CDcosφ-CLsinφ)sinφ}dφ]]>CTB=(n1B/4π)∫02πVR2{(CLsinφ-CDcosφ-CM1B)dφ]]>效率CP＝β×CTB在这里，1B表示用半径R除翼弦长CB的值，VR表示相对流入风速或者相对流入水速，φ表示风·水车回转角，φ表示流入角，CL表示升力系数，CD表示阻力系数，CM表示力矩系数。
表2是根据实验和计算再参考感觉上捕捉到的结果表示坚固性和自起动性及效率关系的表。
表2

在表2中，最左栏表示坚固性，左数第2栏用○△×(○是使用良好的范围、×是不能使用的范围，△是可以使用的范围)表示自起动性的可否，左数第3栏用大中小表示效率，右栏用数值和大小表示效率最大时的线速度比作为参考。
根据表2，为了使自起动性和效率双方获得良好的发挥(即使为了始动性在某种程度上牺牲效率，在发电性能上也不会成为问题)，最好把始动性设定在△以上的范围内，把效率设定在从中到小的范围内，从而，从表2中可以说坚固性在0.5～0.8的范围内是理想的。
另外，从安全性及耐强度性方面看线速度比低是有效的，所以说始动性是△效率是中线速度比低，坚固性0.7左右是最佳值。即使坚固性在0.8以上的范围内，由于如图7、图8所示，效率的低落幅度不是那么大，所以坚固性直到2.2左右都是可以使用的。表2的倾向无论在风车的情况下还是在水车的情况下都是相同的。
除了坚固性(由风·水车的半径R、直线翼的个数N和翼弦长C决定的回转面积比)以外，始动性和效率也受直线翼的翼厚(在图4(a)中用T表示测定位置)和支承翼的翼厚的影响。以下对直线翼和支承翼的翼厚的调查结果进行说明。
表3根据实验和计算直线翼(主翼)的翼厚和自起动性·效率·强度的关系表示感觉上捕捉到的结果。
表3

在表3中，翼厚是用百分比表示最大厚翼相对于翼弦长C的比例的值。
如表3所表示的那样，翼厚为20～25％时，始动性、效率、强度都是○(良好)，可以说是最佳值。可以使用的范围是包含△的范围，即翼厚为15～30％的范围。翼厚为15％和30％时，始动性都是△，但是翼厚是30％时，始动性差一点就是良好。
随着翼厚增加到35～40％，直线翼的刚性增加，但是翼的重量的增加会有回转中的惯性力增加且机械强度降低的危险(即使把翼厚为30％时的强度表示为△、把翼厚为35～40％时的强度表示为×，也不能一概而论说成是错误)。从而，直线翼需要用玻璃纤维和石墨纤维那样的重量轻且强度高的纤维材料形成。纤维材料的板厚是大约2mm左右。
在风·水车的回转中，在直线翼上作用以阻力方向(X方向)的假想轴为中心的横摆力矩，以横力方向(Y方向即直线翼的长度方向)的假想轴为中心的纵摆力矩和以升力方向(Z方向)的假想轴为中心的偏摆力矩。从而强度的设定是重要的，表3的倾向无论在风车的情况下还是在水车的情况下都是同样的。
表4表示根据实验和计算支承翼(对称翼)的翼厚和自起动性·回转阻力(降低效率的主要因素)·强度的关系在感觉上捕捉到的结果。
表4

表4的支承翼为图3所示的形态为上下对称的翼型。回转阻力是在与风向或水向同方向上作用的空气阻力或水阻力即流体阻力，回转阻力小时效率高但自起动性低。在支承翼上也同在直线翼上一样，作用三个方向的力矩。
从表4中可以看出，在考虑风·水车的始动性的情况下，当始动性是△以上时，支承翼厚在15％以上是有效的。在考虑始动性加上回转阻力的情况下，可以说回转阻力在中等程度的范围内，翼厚在15～20％的范围内是最佳的。如果从强度上看，翼厚在15～20％的范围内强度是△(中等程度)，例如，由于用上下二个支承翼支承直线翼，所以可以没有任何问题地使用。
为了提高始动性，由于回转阻力大，效率多少会有些牺牲，但翼厚直到40％左右都是可以使用的。与直线翼相比，在翼厚的大的范围内强度都很高，这是因为翼截面形状不同和形状适合作用在支承翼上的重力方向的力。翼厚为5～10％时，对始动性及强度是不利的，但回转阻力小。翼厚为5～10％的风·水车通过增加翼的个数等来提高强度是可以使用的。表4的倾向无论在风车的情况下还是在水车的情况下都是相同的。
综上所述，从第5～图10及表1～表2可知，为了得到自起动性，坚固性即NC/R最好设定在0.5以上，其最佳使用范围是0.65～1.2，允许使用范围是0.5～2.2。不用说，在忽视始动性(使用起动装置的情况下)只重视性能(效率)的情况下，坚固性在0.1～0.5的范围内也可以使用。
另外，对于直线翼的安装角，根据图5，安装角的最佳范围是±1°至±2℃以内，可以使用范围是±5°以内。±5℃以上不能使用。图5的结果是附加了坚固性的结果，上述最佳范围及使用范围适用于每一种坚固性。
另外，关于直线翼的安装位置，根据图6，从前缘开始25％的位置是最佳位置，考虑到自起动性(直线翼的转头力矩)，可以说可以使用的范围是15～40％。图6的结果也同样适用于每种坚固性。
另外，从表3可知，直线翼的翼厚，考虑到始动性、效率和强度，20～25％是最佳范围，15～30％是较理想的允许范围。
另外，从表4可知，支承翼(对称翼)的翼厚，考虑到始动性、阻力和强度，15～20％是最佳范围。
这些安装角、安装位置、坚固性、翼厚等因素可以单独设定，但是通过把各因素2个或者3个或者4个或者5个地组合起来，会提高效果。
组合的方法，例如，有安装角在±5℃以内或者在±2°以内和安装位置为25％或者为15～40％的组合，安装角在±5°以内或者在±2°以内和坚固性为0.5～2.2或者为0.65～1.2的组合，安装角在±5℃以内或者在2°以内和直线翼厚为15～30％的组合、安装角在±5℃以内或者在±2°以内和支承翼厚为15～20％的组合等，在由5个因素总计10种组合之上，再加上由安装角、安装位置和坚固性三因素的组合和由安装角、安装位置、坚固性和翼厚四～五个因素的组合。
特别通过安装角在±2°以内和坚固性为0.65～1.2的组合、安装角为25°和坚固性为0.65～1.2的组合、坚固性为0.65～1.2和直线翼厚为15～30％的组合，坚固性为0.65～1.2和直线翼厚为15～30％和支承翼厚为15～20％的组合等，可以满足效率和自起动性两方面的要求。
再有，如果废除上述支承翼4而用圆板状的薄壁盘等代替，如果强度足够，也可以不用上下2根支承翼而只在中央做一根。另外，也可以用上下的短圆柱状的凸起部(未图示)代替上述直线翼型风·水车1的轴部2。另外，如使上述直线翼型风·水车1的轴心为水平，也可将其配置在高层建筑的上层部分的侧壁。另外，在把上述风·水车用作水车使用的情况下，与用作风车同样，在把轴心做成垂直的状态下，使各直线翼3从端部侧进入水中。进入水中的直线翼3的进入长度可以根据发电量和水流等适当变更。上述直线翼型风·水车1不仅可用于发电，也可以用做加热用的热交换机和扬水用等的能量交换机。另外，本发明作为直线翼型风·水车的制造方法也是有效的。
图11(a)～(c)所表示的构造，是作为上述直线翼型风·水车1的回转声音的对策，在直线翼(主翼)3的长度方向(轴向)的上下两端部(在图11中只图示了上端部)上形成翼型的山状部(翼型截面的几乎一半的厚度的山状部)41。
图11(a)表示直线翼3的俯视图(缩小图2的图)，图11(b)表示其正视图，(把回转方向作为前侧)，图11(c)表示其侧视图。翼型的山状部41，如图11(c)所示，翼截面形状(图11(a)与翼截面形状相同)为沿翼弦线11(图2)切断成大致1/2的形状，如图11(b)所示，从前面看，为左右大致对称的山型。即，把直线翼(不局限于符号3的直线翼)的翼型截面沿厚度方向切成两半，把其截面形状作为山状部41的纵截面，使该纵截面的顶部42和直线翼3的表里面(侧面)43圆滑地弯曲状地连接。
山状部41的峰(顶部)42，从图11(a)的前端到大致中央，如图11(b)所示，在板厚方向上比较圆滑地形成弯曲状，从图11(a)的中央附近到后端，随着山状部41的宽度变窄，棱线部逐渐变细。山状部41的前端44及后端45圆滑地与直线翼3的前缘7及后缘8连接。翼型的山状部41最好用上述纤维材料与直线翼3一体地形成。
山状部41的翼厚即最大高度(最大翼厚)H相对于翼弦长的比例，在某种程度上受直线翼3的翼厚的限制，最好是(24～34％)/2左右即12～17％左右。在此，24～34％是做成山状部41之前的翼型截面的翼厚，用2除是因为把翼型截面看作大致对称(如果做成对称翼面则正好是1/2)。这些最佳范围是根据实验等得出的。
由于山状部41的翼厚设定在12～17％左右，特别在用作风车回转时，完全没有切风音。这是因为翼端后方的空气因翼型的山状部41而不产生涡流。在作为水车使用时也一样，翼端后方的水不产生涡流，没有切水音。通过形成翼型的山状部41，即使翼厚是12～17％以外的翼厚，也能使切风音和切水音减小，实用上是非常有效的。
再有，也可以在直线翼3的两端上设置侧板(未图示)代替翼型的山状部41。侧板最好是代替支承翼4且与多个直线翼3连结的圆板状的物体，形状可以适当设定。
对付噪音的翼型的山状部41和上述板，即可以是单独的有用物体，也可以是通过组合上述图5的安装角和图6的安装位置、图7～图10和表2的坚固性、表3的直线翼3的翼厚、表4的支承翼4的翼厚各因素而成的有用的物体。
如上所述，根据本发明的第1技术方案，由于把直线翼的安装角做成+3°～-2°，所以至少能发挥最大效率的一半左右以上的效率(输出系数)。另外，由于把安装位置做成15～40％，由于直线翼的转头力矩，自己始动被确保，另外，由于NC/R(坚固性)在0.5以上，良好的自起动性被发挥出来，由于当坚固性超过2.2时效率(输出系数)降低，所以NC/R在0.5～2.2范围内，始动性和效率双方都能被确保，另外，由于把直线翼的翼厚做成15～25％，所以风·水车的自起动性提高，而且效率也提高了，由于他们的相乘效果，可以提供兼顾效率和始动性双方的风·水车。
根据本发明的第2技术方案，由于可以降低支承翼的回转阻力且确保强度，同时提高自起动性，所以可以提供进一步兼顾始动性和效率的风·水车。
根据本发明的第3和第4技术方案，回转时的切风音和切水音被减低乃至完全消除，由肃静的风·水车能防止噪音对环境的危害。
根据本发明的第5技术方案，通过安装角为+3°～-2°、安装位置为15～40％、坚固性NC/R＝0.5～2.2、直线翼厚为15～25％、支承翼厚为15～20％、翼端的山状部的组合、可以提供充分满足效率(输出系数)、自起动性和解决噪音的风·水车。
权利要求
1.一种直线翼型风·水车，备有在轴心的周围与该轴心平行地配置的二维翼型的直线翼，其特征在于，使假想线从该轴心开始垂直于该直线翼的翼弦线，当把该交点作为中心且把旋转该直线翼的角度作为安装角时，该安装角被设定在+3°～-2°的范围内，而且，使假想线从该轴心开始垂直于该直线翼的翼弦线，当把从该直线翼的前缘到该交点的距离相对于翼弦长的比例作为安装位置时，该安装位置被设定在15～40％的范围内，而且，当把从该轴心到该直线翼的距离作为半径R，使该直线翼的翼弦长为C，使该直线翼的个数为N时，NC/R被设定在0.5～2.2的范围内，而且，最大翼厚相对于该直线翼的翼弦长的比例被设定在15～25％的范围内。
2.如权利要求1所述的直线翼型风·水车，其特征在于，备有把上述直线翼连结到上述轴心侧的对称翼型的支承翼，最大翼厚相对于该支承翼的翼弦长的比例被设定在15～20％的范围内。
3.一种直线翼型风·水车，备有在轴心的周围与该轴心平行地配置的直线翼，其特征在于，在该直线翼的轴向端部上形成翼型截面的大致一半厚度的山状部。
4.如权利要求3所述的直线翼型风·水车，其特征在于，上述山状部的翼厚是12～17％左右。
5.如权利要求3或4所述的直线翼型风·水车，其特征在于，该直线翼型风·水车备有权利要求1或2所述的各要素。
全文摘要
本发明考虑了风·水车的效率、自起动性和噪音等，把实现坚固性、安装角、翼厚等的最佳化作为目的，在备有与轴心平行配置的2维翼型的直线翼3的直线翼型风·水车中，使假想线从轴心开始与直线翼的翼弦线垂直，当把交点21作为中心并把回转直线翼的角度作为安装角α时，安装角被设定在+3°～－2°的范围内，而且，当把从该直线翼3的前缘7到该交点的距离×相对于翼弦长C的比例作为安装位置时，该安装位置被设定在15～40％的范围内，而且，当把从该轴心到该直线翼3的距离作为半径R，把该直线翼的翼弦长作为C，把该直线翼的个数作为N时，NC/R被设定在0.5～2.2的范围内，而且，最大翼厚T相对于该直线翼的翼弦长的比例被设定在15～25％的范围内。最大翼厚相对于该支承翼的翼弦长的比例是15～20％。在直线翼的端部上形成翼型截面的山状部。
文档编号F03B3/12GK1484734SQ02803506
公开日2004年3月24日 申请日期2002年11月8日 优先权日2001年11月8日
发明者关和市 申请人:学校法人东海大学