JP2001153025A - 建造物に設置する風力エネルギー変換装置 - Google Patents

建造物に設置する風力エネルギー変換装置

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JP2001153025A JP33718999A JP33718999A JP2001153025A JP 2001153025 A JP2001153025 A JP 2001153025A JP 33718999 A JP33718999 A JP 33718999A JP 33718999 A JP33718999 A JP 33718999A JP 2001153025 A JP2001153025 A JP 2001153025A
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正弥 長島
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Abstract

(57)【要約】 【課題】建造物に簡単に設置することができ、構造が簡
単で堅牢としうる構造で、風向きも少なくとも風車の軸
に対して左右2方向以上に対応して回転する羽根を有す
る建造物に設置する風力エネルギー変換装置を提供する
ことにある。 【解決手段】長尺の回転軸の円周面に複数の風受板を設
けた風車であって、該風受板は回転軸に直角で放射状の
ほぼ直線の断面形状であり、該風受板の回転軌跡のほぼ
半分の範囲には風圧を受けないような風避け手段を設け
た建造物に設置する風力エネルギー変換装置である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、建造物周辺の風力
を利用して、電力に変換したり、ポンプを稼働する建造
物に設置する風力エネルギー変換装置の技術分野に属す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、風力を利用した風力発電は、自然
エネルギーを利用した環境にやさしいエネルギーとして
注目されていおり、おおきなプロペラを回転させる形式
の風力発電機は比較的大きな出力が得られることから開
発が進んでいる。また、高層ビルの周辺は強いビル風に
悩まされており、これをエネルギーに変換することは特
開平8-200204号公報,特開平8-128384号公報,特開平4-30
3181号公報等として提案されている。上記特開平8-2002
04号公報に開示された技術は、プロペラ型の風車を用い
た発電装置を、ビル側の側面に設けたレール上を移動制
御させて効率よく、エネルギー変換するものであり、特
開平8-128384号公報に開示されたものも、高層ビルの屋
上に風の案内通路を固設して風通路途中にプロペラ型の
風車を用いた発電装置であり、上記特開平4-303181号公
報に開示された技術は半円柱上の凹部を有する風受部を
設けた風力発電装置を高層建築物に設置したものであ
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な従来の風力エネルギー変換装置において、特開平8-20
0204号公報,特開平8-128384号公報等のプロペラ型の風
車を用いた発電装置は大型となるばかりか、プロペラの
風受面は1方向にしかないので、プロペラの風受面を常
に風の向きに向くように調整しなければならないという
問題点があった。また、上記特開平4-303181号公報に開
示された風力発電装置も、風受けが半円柱上の凹部を有
する形状であるので、凹部の開口方向を常に風の向きに
向くように制御しなければならなず、半円柱の裏面にも
回転方向とは逆の方向の風力を受けて効率が悪いという
問題点があった。
【0004】本発明は、上記の問題点に鑑みてなされた
もので、その課題は、建造物に簡単に設置することがで
き、構造が簡単かつ堅牢としうるもので、風向きも少な
くとも風車の軸に対して左右2方向以上に対応して回転
する羽根を有する、建造物に設置する風力エネルギー変
換装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項1に記載の発明は、長尺の回転軸の円周面
に複数の風受板を設けた風車であって、該風受板は回転
軸に直角で放射状のほぼ直線の断面形状であり、該風受
板の回転軌跡のほぼ半分の範囲には風圧を受けないよう
な風避け手段を設けた建造物に設置する風力エネルギー
変換装置である。上記の課題を解決するために、請求項
2に記載の発明は、前記風受板の頂部縁線が、回転軸の
長手方向に直線でかつ回転軸と平行であり、前記風受板
の風受面は長方形平板である請求項1に記載の建造物に
設置する風力エネルギー変換装置である。上記の課題を
解決するために、請求項3に記載の発明は、前記風受板
の頂部縁線が、回転軸の長手方向に直線でかつ回転軸に
対して斜行しており、前記風受板の風受面は多少よじれ
た長方形平板である請求項1に記載の建造物に設置する
風力エネルギー変換装置である。上記の課題を解決する
ために、請求項4に記載の発明は、前記風避け手段との
対向位置は、回転軸と直交方向に風の流れを案内する風
案内手段を設けた請求項2または請求項3に記載の建造
物に設置する風力エネルギー変換装置である。上記の課
題を解決するために、請求項5に記載の発明は、前記回
転軸、風受板、および、風避け手段を一体として揺動自
在として、風力に応じて回転軸の回転力を調整する請求
項2または請求項3に記載の建造物に設置する風力エネ
ルギー変換装置である。
【0006】
【発明の実施の形態】ここで、本発明の建造物に設置す
る風力エネルギー変換装置の好適な実施例を図面に沿っ
て説明する。
【0007】[実施例1]図1(a)は第1の実施例を上方
から見た平面図であり、図1(b)はその中央部分の側面
からの断面図である。符号1は底面が広く平らな基礎枠
であり、基礎枠1の両端にはベアリング11を嵌着した一
対の軸支持部材12,12が設けられ、この軸支持部材12,12
に回転自在に風車2の回転軸21が支持され、回転軸21の
一端にはエネルギー変換装置たる発電機3が連結されて
いる。風車2の回転軸21は軸方向に延長されて長尺であ
り、この長尺の回転軸21は風車2の回転軸を兼ており、
風車2の回転軸21の円周面22には複数の風受板23が固着
され、この風受板23は回転軸21に直角な断面で放射状で
ほぼ直線であり、風受板23の頂部の縁線24と回転軸21の
軸線25とは同じ方向でかつ平行であって、風受板23の風
受面は平らな長方形をしており、風受板23の回転軌跡の
ほぼ半分の範囲には風圧を受けないような風避け部材4
が設けられている。この風避け部材4は、風向の案内を
兼ねた斜めの面を有する案内板41,41が、風車2の回転
軸21に対して左右対称に基礎枠1の左右端に全体として
台形になるように固設されている。第1実施例は上記の
ような構成であるから、屋根等に基礎枠1の底面13を固
定し、仮に、風向が図面左方向の矢印A方向から吹いて
いる場合には、風車2は時計方向の矢印a方向に回転
し、逆に風向が図面右方向の矢印B方向から吹いている
場合には、反時計方向の矢印b方向に回転する。この
際、風向Aと逆方向の風向Bとで、回転軸21の回転方向が
変わるが、回転軸21に発電機を直結する場合には、電気
的に極性を切り換えて整合した出力とすればよく、回転
軸21にポンプを直結する場合には、逆転機構を備えた変
速装置を介在させて、一方向回転として出力してもよ
く、或いは、ポンプと逆止弁とを組み合わせ一方向に吐
出するようにしてもよい。
【0008】[実施例2]次に、第2の実施例を説明する
が、図2において、実施例1の基礎枠1を風が通る風洞
の天井91に揺動自在にぶら下げた構成で、基礎枠1の底
部中央部分に連結部材14を突設して、天井91の突設部93
に揺動自在に軸支持したものである。したがって、無風
あるいは弱い風力の場合は、基礎枠1の底面13は天井91
の風通路面と平行になるようにぶる下がって図中一点鎖
線の状態であって、弱い風力であっても、最も効果的に
風受板23に風を受けるが、強風Cの場合には風受板23、
案内板41、基礎枠1、連結部材14等に風圧が加わり基礎
枠1の全体が回転方向cに回動し、図中実線の状態にな
る。この場合には、風受板23の風を受ける面積は小さく
なり、装置に過度の負荷が加わることがなく、また、強
風であっても過度に回転軸が回転することがなく、風の
強さが変化しても、自動的に出力の変化を少なくするこ
とができる。
【0009】[実施例3]次に、第3の実施例を説明する
が、図3(a)は第3の実施例を上方から見た平面図であ
り、図3(b)はその中央部分の側面からの断面図であ
り、図4(a)は発電機3側からみた斜視図であり、図4
(b)は発電機3の反対側からみた斜視図である。第3の実
施例は、第1の実施例において、斜めの面を有する案内
板41,41に対向して、風向Aと逆方向の風向Bとを整流す
る頂部案内部板42を設けて、効率的に風受板23に風を当
てるようしたものである。この頂部案内部板42は、回転
軸21の両端部で基礎枠1から延びる支持柱15,15によっ
て固定されている。このような構成であるので、風はA
方向或いはB方向に整流されて、効率よく風受板23に案
内されるとともに、回転軸21に対する軸受けに無理な負
荷が加わることがなく、保守が容易である。また、実施
例2で述べたように実施例3の構成の風車を天井或いは
後述する屋根や屋上に揺動自在に設けた場合には、風の
強さが変化しても、より適格に自動的に出力の変化をよ
り少なくすることができる。
【0010】[実施例4]次に、第4の実施例を説明する
が、図5(a)は第4の実施例を上方から見た平面図、図
5(b)はその中央部分の側面からの断面図であり、図6
(a)は発電機3側からの斜視図であり、図6(b)は発電機3
の反対側からの斜視図である。第4の実施例が第3の実
施例と異なる点は、風受板23は回転軸21に直角な断面で
放射状でほぼ直線である点は変わりがないが、第4の実
施例は風受板23の頂部の縁線26と回転軸21の軸線25とは
平行であるが異なった方向であり、風受板23の風受面は
長方形をしているが多少よじれた面をしている点である
ことと、発電機3が風車2の回転軸21には直結ではな
く、下方にずらして位置しベルト(歯車)31で伝動してい
る点である。なお、発電機3は小型であれば、風力をあ
まり弱めることはないから、風車2の回転軸21に直結し
てもよい。第4の実施例は、上記のような構成であるの
で、実施例1から実施例3と同様に屋根等に基礎枠1の
底面13を固定し、仮に、風向が図面左方向の矢印A方向
から吹いている場合には、風車2は時計方向の矢印a方
向に回転し、逆に風向が図面右方向の矢印B方向から吹
いている場合には、反時計方向の矢印b方向に回転する
ことに加えて、風車2の回転軸21の軸線25と同方向の矢
印D方向から風が吹いている場合にも、風車2は時計方
向の矢印a方向に回転し、逆に、軸線25と同方向の矢印E
方向から風が吹いている場合には、風車2は反時計方向
の矢印b方向に回転し、全体として4方向からの風を効
率良く回転運動に変換することができる。また、第4の
実施例においては、第3の実施例と同様に、斜めの面を
有する案内板41,41に対向して、風向Aと逆方向の風向B
とを整流する頂部案内部板42を設けて、効率的に風受板
23に風を当てるようしているが、整流作用が多少劣るの
が、第1の実施例のように頂部案内部板42を設けなくて
も良い。
【0011】[実施例5]次に、第5の実施例を説明する
が、図7において、実施例4の基礎枠1を屋上や屋根上
に揺動自在に設置したもので、基礎枠1の底部中央部分
に連結部材14を突設して、屋上92の突設部93に揺動自在
に軸支持したものであるが、実施例2と異なる点は無風
状態や弱い風力状態においては、図7の状態のように、
基礎枠1と屋上92の面とが平行になるように、連結部材
14の下部に腕部17とその下端に重り16を一体的に連結固
定した点である。したがって、無風あるいは弱い風力の
場合は、基礎枠1の底面13は水平で屋上92の面と平行に
なるように平衡状態にあって、弱い風力であっても、最
も効果的に風受板23に風を受けるが、強風の場合には風
受板23、案内板41、基礎枠1、連結部材14等に風圧が加
わり基礎枠1の全体が実施例2と同様に、重り(W)15の
定位置に止まろうとする力に反して回動し、その結果、
第2の実施例(図2)と同様に風受板23の風を受ける面積
は小さくなり、装置に過度の負荷が加わらず、また、強
風であっても過度に回転軸が回転することがなく、風の
強さが変化しても、自動的に出力の変化を少なくするこ
とができる。なお、軸方向から風圧を受ける場合には、
回転力は比較的弱いから自動的に出力調整する必要はな
い。
【0012】[実施例6]次に、第6の実施例を説明する
が、図8において、実施例1(実施例3においても同様)
の形式の風車2において、風受板23の両端部に補強側板
27を設けて、風受板23を補強側板27に固定して補強する
とともに、複数の風車2を直交するように図示の如く十
文字に4個配置し、中央部には四つの風車からの出力軸
を入力して、差動歯車装置32等により回転力を1つの主
力軸として出力し発電機(図示せず)に連結している。し
たがって、第6の実施例においては、風受板23が強固で
堅牢になり、構造が比較的単純であるから、装置全体と
してもより堅牢にしうるうえ、四方向、即ちほぼ全方向
からの風力を効率よく電力等にエネルギー変換できる。
【0013】ここで、上記の各実施例の風力エネルギー
変換装置を実際に通常の建造物である家屋に設置した状
態を図9を用いて説明する。図9において、第1の実施
例の形式のものは符号Xで示されるもので、風受板を垂
直にして家屋の左右方向の風向きの多い壁面に設置した
ものであり、第3の実施例の形式のものは符号Yで示さ
れるもので、整流させる必要が多い斜行した屋根の面
や、乱流が生じ易い壁の面に設置したものであり、第4
の実施例の形式のものは符号Zで示されるもので、4方
からの風向きがある屋根の頂部に設置したものである
が、4方向からの風向き対応した形式の第6の実施例を
設けてもおあんじであり、タイプものいり、第2の実施
例の形式のものは符号Y1で示されもので家屋の壁面か
ら張り出した支柱94に設置したものである。
【0014】なお、本発明の特徴を損なうものでなけれ
ば、上記の実施例に限定されるものでないことは勿論で
あり、例えば、エネルギー変換として上記の各実施例は
発電機を用いたが、各種のポンプを原動力として用いて
もよいことは勿論である。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1に記載の
発明よれば、長尺の回転軸の円周面に複数の風受板を設
けた風車であって、該風受板は回転軸に直角で放射状の
ほぼ直線の断面形状であり、該風受板の回転軌跡のほぼ
半分の範囲には風圧を受けないような風避け手段を設け
た建造物に設置する風力エネルギー変換装置であるか
ら、建造物に簡単に設置することができ、構造が簡単
で、かつ堅牢としうる構造で、風向きも少なくとも風車
の軸に対して左右2方向以上に対応できるという効果が
得られる。請求項2に記載の発明よれば、請求項1に記
載の建造物に設置する風力エネルギー変換装置におい
て、風受板の頂部縁線が、回転軸の長手方向にほぼ直線
でかつ回転軸と平行であり、前記風受板の風受面は長方
形平板であるであるから、請求項1の効果に加えて、風
車の軸に対して左右2方向の風力に均等に対応できると
いう効果が得られる。請求項3に記載の発明よれば、請
求項1に記載の建造物に設置する風力エネルギー変換装
置において、前記風受板の頂部縁線が、回転軸の長手方
向に直線でかつ回転軸に対して斜行しており、前記風受
板の風受面は多少よじれた長方形平板であるので、請求
項1の効果に加えて、風車の軸に対して左右方向の風向
きの他に、風車の軸方向に対しても風車は回転するの
で、4方向の風向に対応するという効果が得られる。請
求項4に記載の発明よれば、請求項2または請求項3に
記載の建造物に設置する風力エネルギー変換装置におい
て、前記風避け手段との対向位置に、回転軸と直交方向
に風の流れを案内する風案内手段を設けたので、請求項
2または請求項3の効果に加えて、整流作用を有するの
で、特に乱流に対して効果的に作用する。請求項5に記
載の発明によれば、請求項2または請求項3に記載の建
造物に設置する風力エネルギー変換装置において、回転
軸、風受板、および、風避け手段を一体として揺動自在
とし、風力に応じて回転軸の回転力を調整するので、請
求項2または請求項3の効果に加えて、強風に対しても
適格に対応することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(a)は、本発明の第1の実施例を上方から
見た平面図であり、図1(b)はその中央部分の側面から
の断面図
【図2】本発明の第2の実施例の動作を説明する側面図
【図3】図3(a)は、本発明の第3の実施例を上方から
見た平面図であり、図3(b)はその中央部分の側面から
の断面図
【図4】図4(a)は、本発明の第3の実施例を発電機側
からみた斜視図であり、図4(b)は発電機の反対側から
みた斜視図
【図5】図5(a)は、本発明の第4の実施例を上方から
見た平面図であり、図5(b)はその中央部分の側面から
の断面図
【図6】図6(a)は、本発明の第4の実施例を発電機側
からみた斜視図であり、図6(b)は発電機の反対側から
みた斜視図
【図7】本発明の第5の実施例の動作を説明する側面図
【図8】図8(a)は、本発明の第6の実施例を上方から
見た平面図であり、図8(b)はその側面図、図8(c)は補
強側板の部分斜視図、
【図9】本発明の各実施例の風力エネルギー変換装置を
家屋に設置した状態を示した説明図である。
【符号の説明】
1…基礎枠 11…ベアリング 12,12…軸支持部材 13…底面 14…連結部材 15…支持柱 16…重り 17…腕部 2…風車 21…回転軸 22…円周面 23…風受板 24,26…風受板頂部の縁線 25…回転軸の軸線 27…補強側板 3…発電機 31…発ベルト(歯車) 32…差動歯車装置 4…風避け部材 41,41…案内板 42…頂部案内部板 91…天井 92…屋上 93…突設部 94…支柱 X…第1の実施例の形式の風力エネルギー変換装置 Y,Y1…第3の実施例の形式の風力エネルギー変換装置 Z…第4の実施例の形式の風力エネルギー変換装置

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】長尺の回転軸の円周面に複数の風受板を設
    けた風車であって、該風受板は回転軸に直角で放射状の
    ほぼ直線の断面形状であり、該風受板の回転軌跡のほぼ
    半分の範囲には風圧を受けないような風避け手段を設け
    たことを特徴とする建造物に設置する風力エネルギー変
    換装置。
  2. 【請求項2】前記風受板の頂部縁線は、回転軸の長手方
    向に直線でかつ回転軸と平行であり、前記風受板の風受
    面は長方形平板であることを特徴とする請求項1に記載
    の建造物に設置する風力エネルギー変換装置。
  3. 【請求項3】前記風受板の頂部縁線は、回転軸の長手方
    向に直線でかつ回転軸に対して斜行しており、前記風受
    板の風受面は多少よじれた長方形平板であることを特徴
    とする請求項1に記載の建造物に設置する風力エネルギ
    ー変換装置。
  4. 【請求項4】前記風避け手段との対向位置は、回転軸と
    直交方向に風の流れを案内する風案内手段を設けたこと
    を特徴とする請求項2または請求項3に記載の建造物に
    設置する風力エネルギー変換装置。
  5. 【請求項5】前記回転軸、風受板、および、風避け手段
    を一体として揺動自在に設置し、風力に応じて回転軸の
    回転力を調整することを特徴とする請求項2または請求
    項3に記載の建造物に設置する風力エネルギー変換装
    置。
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