JP2002257029A - 風力エネルギー変換装置 - Google Patents

風力エネルギー変換装置

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JP2002257029A
JP2002257029A JP2001105257A JP2001105257A JP2002257029A JP 2002257029 A JP2002257029 A JP 2002257029A JP 2001105257 A JP2001105257 A JP 2001105257A JP 2001105257 A JP2001105257 A JP 2001105257A JP 2002257029 A JP2002257029 A JP 2002257029A
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wind
roof
flow fan
cross
cross flow
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JP2001105257A
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Tatsutoshi Hashimoto
達鋭 橋本
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/30Wind power
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/74Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

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  • Wind Motors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】安価で、低騒音で専用の設置面積もとらず、密
集した住宅街にでも設置可能な、効率良く風力発電する
ための風力発電装置を提供する。 【解決手段】そのために、家屋の屋根の稜線付近にクロ
スフローファンと集風ガイド(ダクト)をクロスフロー
ファンの回転軸が屋根の稜線と略平行になるように設置
する。クロスフローファンの軸には交流発電機を連結し
ている。この構成により、屋根面で受けた風が屋根の斜
面を伝い稜線に向かって吹く性質を利用して効率よく集
風させ、クロスフローファンを回転させることで特別に
専用の設置空間を設けなくても、風力発電ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】風力を回転エネルギーに変換する
エネルギー変換装置であって、とりわけ出力エネルギー
形態が電力となる風力発電装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、風力を回転エネルギーに変換して
その回転力で発電する装置においては風を受ける翼の形
状により、プロペラ型、ダリウス型、サボニウス型等の
ものが考案されている。これら今までの風力発電装置は
大電力を発電するには風を受ける面積を大きく取るた
め、高さ方向に伸ばした巨大な建造物にならざるを得な
い。これらのうち、現在最も普及しているものはプロペ
ラ型で、一般家庭での数十Wレベルの発電が出来るロー
ター半径約50cm程度の小型のものから、ローター半
径約25m程度の1000KW級の大型のものまで普及
しはじめた。しかし、このように発電電力を大きくする
にはローターの半径を大きくする必要がある。このた
め、一般家庭での電力を部分的にでも賄うほどの風力発
電装置は、日本国内のように密集した住宅地にははとん
ど設置不可能である。また、プロペラタイプはローター
先端が高速で回転するので、風切り音が出易く、騒音の
原因にもなる。また風速が大きい時、プロペラが壊れな
いように強度をあげる、プロペラのピッチを可変にす
る。等の工夫をしなければいけなかった。その結果、強
風に耐える構造、装置の大型化等が必要であった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】安価で、低騒音で専用
の設置面積もとらず、密集した住宅街にでも設置可能
な、効率良く風力発電するための風力発電装置を提供す
る。特に高層ビル等には挟まれた日照時間が短くて、太
陽電池による発電に期待できない地域でも、風が吹く場
所であれば、風力による発電を期待できる。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の風力発電装置は
家屋の屋根の上にクロスフローファンを設置し、屋根で
受けた風が屋根の斜面を伝い稜線に向かって吹く性質を
利用して集めた風を、クロスフローファンに当てて回転
し発電するように構成する。そのために、特別に専用の
設置空間を設けなくても、風力発電ができる。
【0005】
【発明実施の形態】家屋の屋根の稜線付近にクロスフロ
ーファンと集風ガイド(ダクト)をクロスフローファン
の回転軸が屋根の稜線と略平行になるように設置する。
クロスフローファンの軸には交流発電機を連結してい
る。この構成により、屋根面で受けた風が屋根の斜面を
伝い稜線に向かって吹く性質を利用して効率よく集風さ
せ、クロスフローファンを回転させることを特徴とす
る。
【0006】
【実施例】図1はこの発明の一実施例を示している側断
面図である。図2はこの発明を南側から見た、正面図で
あり、一部断面をとっている。夫々の図において、同じ
番号は同じ構成要素を示す。
【0007】図1において、1Aは北から吹く風を示
す。2は屋根である。1Bは南から吹く風を示す。3は
屋根の稜線である。
【0008】は本発明の風力発電装置である。5は下
ダクトであり、6は上ダクトである。7A、7Bは側
板、8A、8Bはルーバーである。9はクロスフローフ
ァンである。10はクロスフローファンの回転軸であ
る。
【0009】11A、11Bはベアリングで、これらの
ベアリングは塵埃や風雨に曝される機会が多いので、シ
ールド性の高く、錆難いタイプで例えば、両シールドの
ステンレス性やセラミック製のものがよい。12はフラ
イホィールで13は発電機である。14はワンウエイク
ラッチである。
【0010】次にこれらの作用を説明する。下ダクト5
はクロスフローファン9への風の案内であるとともに、
この風力発電装置を屋根2の稜線3基準に位置決め
し、装置全体を支持するベースである。
【0011】上ダクト6は水平又は屋根2から吹き上げ
てくる風1A、1Bをクロスフローファン9に導く上側
の案内である。
【0012】側板7A、7Bはベアリング11A、11
Bを位置決めし、発電機13を固定する構造体である。
【0013】また、側板7A、7Bは下ダクト5と上ダ
クト6結合し、ダクトを形成する。そして、ルーバー8
A、8Bは側板7A、7Bにスイング自在に軸支されて
おり、図示しない手段によりスイング可能な構成であっ
て、通常は整流版として、風1A、1Bの向きをクロス
フローファン9に効率よく向かわせる働きをする。
【0014】しかし、図1にあるように、強風の場合、
矢印のように約90度回転させて、ルーバー8A、8B
同士を夫々お互い重なる状態(ルーバー8a、8bの位
置)で固定して、風1A、1Bがダクト内へ入るのを塞
ぐ。そうすることで、強風によりクロスフローファン9
が破壊するのを防ぐ働きもする。
【0015】クロスフローファン9は回転軸10と一体
であり、風力を受け矢印方向に回転することで、回転エ
ネルギーに変換する手段である。側板7A、7Bに固定
されたベアリング11A、11Bに回転自在に支えられ
ている。
【0016】発電機13はフライホィール12と一体で
あり、ワンウエイクラッチ14を介して、クロスフロー
ファンの軸10の回転を発電機13に伝える。
【0017】次に、この動作の詳細を説明する。北向き
からの風1Aがある場合、北側の屋根の斜面に沿ってあ
るいは斜面にぶっつかり斜面に沿う方向に曲げられた風
は屋根の稜線3に向かって吹き、下ダクト5と下ダクト
6と側板7A、7Bから形成されるダクトに向かう。
【0018】ここでルーバー8Aにて整流され、クロス
フローファン9にぶっつかり、クロスフローファン9を
矢印方向に回転させ、反対側(南側)のダクトより排気
される。クロスフローファン9と一体であるクロスフロ
ーファンの軸10が回転すると、同軸上に設けられた、
発電機13を回転することで、交流電力を発生する。
【0019】一方、南向きからの風1Bがある場合、南
側の屋根の斜面に沿ってあるいは斜面にぶっつかり斜面
に沿う方向に曲げられた風は屋根の稜線3に向かって吹
き、下ダクト5と下ダクト6と側板7A、7Bから形成
されるダクトに向かう。
【0020】ここでルーバー8Bにて整流され、クロス
フローファン9にぶっつかり、クロスフローファン9を
矢印方向に回転させ、反対側(北側)のダクトより排気
される。クロスフローファン9と一体であるクロスフロ
ーファンの軸10が回転すると、同軸上に設けられた、
発電機13を回転することで、交流電力を発生する。
【0021】急激な回転変動があると、電力として扱い
にくいので、安定化させるために、本発明においては、
発電機13にフライホィール12を直結している。フラ
イホィール12とクロスフローファンの軸10とはワン
ウエイクラッチ14を介して、回転力を伝えるように構
成している。
【0022】具体的には、フライホィール12よりもク
ロスフローファンの回転軸10の回転数が大きい時、発
電機13に回転力が伝わり、フライホィール12より回
転数が少ない時、回転は伝わらない。
【0023】つまり、急に風が吹いてクロスフローファ
ン9がより早く急激に回転しようとしても、フライホイ
ール12の慣性力で緩和されて緩やかに回転は上昇す
る。
【0024】一方、突然風が止んでクロスフローファン
9の回転数が落ちた時はワンウエイクラッチ14の働き
により、フライホィール12の回転はクロスフローファ
ン9に伝わらない。
【0025】よって、クロスフローファン9を回そうと
することで起きる抵抗を受けないで、フライホィール1
2の慣性力で暫く回転することで、発電を続けることが
できる。このようにして、フライホィール12に回転エ
ネルギーを貯えることで、より安定した発電をすること
ができる。
【0026】
【発明の効果】直接、ダクトに向かって吹く風と、屋根
に当たり、屋根伝いに上昇してくる風を集風して利用す
るように構成したため。効率良く、回転エネルギーに変
換できる。
【0027】また、ワンウェイクラッチにより、クロス
フローファンの回転が発電機のフライホイールより高い
ときだけ回転を伝えるようにしたため、効率よく回転を
伝えると同時に、フライホィールに回転エネルギーを貯
えることで、より安定した発電をすることができる。
【0028】クロスフローファンを屋根の稜線近傍に屋
根の斜面に略平行に設置するため、高さが高くならな
い。よって、他の方式に比べはるかに軽量かつ低強度で
構成できる。また、クロスフローファンの周速と風速と
の差が小さいことで、風切り音が発生しにくい。
【0029】太陽電池を屋根に設置しても併設できる。
以上のことにより、密集した住宅街にでも設置可能な風
力発電装置である。
【0030】発明の例では屋根の斜面は夫々北南向きと
したが、風が屋根の斜面にあたり集風できればよいの
で、必ずしも一致させる必要はない。
【0031】また、三角屋根でなく、片斜面の屋根でも
円弧状の屋根でも同じ効果が得られれば、設置可能であ
る。
【0032】大きな工場等の稜線の長い屋根であれば、
一層この発電に適している。建造物の屋根の稜線のみな
らず、地形的に集風効果のある場所、例えば湖岸や海岸
又は河川の堤防や土手の斜面の頂上付近、あるいは山の
斜面や稜線や崖の頂上付近へ設置しても発電が可能であ
る。
【0033】実施例ではクロスフローファンと発電機は
同軸上にて駆動したが、変速機を介して発電機の回転を
増減速したり、調速機を介して発電機の回転数を一定に
するなどの構成にしてもよい。
【0034】発明の例において出力は発電機による電力
としたが、風力を回転エネルギーとして変換後、スター
リングサイクルの冷凍気やヒートポンプ等による冷暖房
の空調機器の動力としても良い。
【0035】集風量を上げるために上ダクトや下ダクト
をシート状のもので延長させたり、側面に壁を延長した
りしてもよい。
【0036】クロスフローファンの回転で生じる負圧を
利用して、屋根裏内の換気も可能である。
【0037】風力による発電だけでは、電力が安定しな
いので、直流電圧に変換して、バッテリーやコンデンサ
ーに蓄え、消費電力(使用状況)に応じて対応できるよ
うにしても良い。前述のように、太陽電池との併設で、
より安定的に電力を賄う事も可能となる。
【0038】
【図面の簡単な説明】
【図1】図1はこの発明の一実施例を示す側断面図であ
る。
【図2】図2はこの発明の一部断面をとった正面図であ
る。
【符号の説明】
1A 南から吹く風 2 屋根 1B 北から吹く風 3 屋根の稜線 風力発電装置 5 下ダクト 6 上ダクト 7A 側板 7B 側板 8A ルーバー 8a ルーバー(閉じた状態) 8B ルーバー 8b ルーバー(閉じた状態) 9 クロスフローファン 10 クロスフローファンの回転軸 11A ベアリング 11B ベアリング 12 フライホィール 13 発電機 14 ワンウエイクラッチ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】屋根の稜線近傍にあって、該屋根の斜面に
    略平行に回転軸を設けたクロスフロークロスフローファ
    ンが、風力を受けて回転するように構成することで、風
    力を回転エネルギーに変換することを特徴とする風力エ
    ネルギー変換装置。
  2. 【請求項2】特許請求項1の該風力エネルギー変換装置
    に連結した発電機を回転させることで発電するように構
    成したことを特徴とする風力発電装置。
JP2001105257A 2001-02-27 2001-02-27 風力エネルギー変換装置 Pending JP2002257029A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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