JP2006170195A

JP2006170195A - 風力発電機

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Publication number: JP2006170195A
Application number: JP2005334871A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Watabe; 良治渡部
Original assignee: WATARYO ENGINEERING KK
Current assignee: WATARYO ENGINEERING KK
Priority date: 2004-11-19
Filing date: 2005-11-18
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2025-11-18
Also published as: JP5075335B2

Abstract

【課題】通風力を効率的に向上させる風力発電機を提供する。
【解決手段】下端に空気取り入れ口14を設けると共に、上端を排気用の開口50として直立した通気路２に臨んで発電用の羽根９を回動自在に設ける。羽根９に発電機11を接続する。通気路２を形成する通気筒２の流路断面積を順次上方へ沿って小さく形成する。通気路１に熱交換器としてのラジエーター15、遠赤外線放射体18及び底部熱媒体路19、下段熱媒体路23、中段熱媒体路40を設けて、熱源を第１の太陽光吸収体25及び第２の太陽光吸収体42を介した太陽光として、通路１中の空気を温める。通風力発生のメカニズムにおける高さを可及的に大きくできる。流速が大きくなった状態の風力によって羽根９を高速回転駆動することができる。空気の比重量を小さくして通風力を向上することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、風力発電機に関するものである。

岡や山の斜面に、上部に風車を設けた煙突又は箱状の筒をもたせかけて設置し、下の部分をガラス、ビニール等で温室の様にして、一方に風取り入れ口を設け他方に排出口を設けた筒の前記風取り入れ口付近に温室部を設け、この温室部に近い筒内にシャッターを設け、前記排出口寄りに風車を設け、筒の中では煙突の中と同じ様に下から上に風が吹きあがる風力を利用して、風車を回しその回転力を発電機に伝え発電するようにした煙突式風力発電装置が知られている（例えば特許文献１）。

そして、煙突の中と同じ様に下から上に風が吹きあがる風力（通風力ｚ）は、下式によりあらわされる。ｚ＝ｈ（γａーγｇ）但し、ｈは煙突の高さ、γａは外気の比重量、γｇはガス（空気）の比重量である。
特開２０００−３４９７２号公報

前記従来技術においては、筒をもたせかけて設置するものであるので、その全長をＬ、傾斜角度をθとしたとき高さｈは、ｈ＝Ｌ・ｓｉｎθとなる。したがって、全長Ｌが大きくとも傾斜によって高さｈを大きくすることはできない。

さらに、従来技術においては前記風取り入れ口付近に温室部を設けて、該温室部により空気を温めるようにするものであるが、温室部による加熱量は限界があり、十分な加熱ができないという問題がある。

さらに、従来技術では地上の空気（風）を利用しているものであるから、前記煙突の高さは地上高さとなり、これ以上の高さを確保することはできなくなる。

解決しようとする問題点は、通風力を効率的に向上させる点である。また解決しようとする問題点は、建設コストを低減したり、省スペース化とする点である。さらに、本発明は煙突の高さを可及的に大きくする点である。

請求項１の発明は、下端側に空気取り入れ口を設けると共に上端側を開口して直立した通気路に臨んで発電用の羽根を回動自在に設けると共に該羽根に発電機を接続したことを特徴とする風力発電機である。

請求項２の発明は、前記通気路を形成する通気筒の流路断面積を順次上方へ沿って小さく形成し、前記羽根を前記通気筒の上端側に設けたことを特徴とする請求項１記載の風力発電機である。

請求項３の発明は、前記通気路に熱交換器を設けると共に、該熱交換器の熱源を太陽光或いは地熱としたことを特徴とする請求項１又は２記載の風力発電機である。

請求項４の発明は、前記通気路に空気浄化手段を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の風力発電機である。

請求項５の発明は、前記通気路をビル又は家屋等建築物と一体に設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の風力発電機である。

請求項６の発明は、前記空気取り入れ口に地下道との空気連通路が接続していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の風力発電機である。

請求項７の発明は、前記空気取り入れ口に空気連通路とは別に地上が連通していることを特徴とする請求項６記載の風力発電機である。

請求項１の発明によれば、直立した通気路によって通気路高さを確保できるので、通風力を高めて発電能力を大きくすることができる。

請求項２の発明によれば、流速が大きくなった状態の風力によって羽根を高速回転駆動して発電することができる。

請求項３の発明によれば、通気路中の空気を温めることで、空気の比重量を小さくして通風力を向上することができ、さらにこれら熱交換器の熱源を太陽光又は地熱としたことで、クリーンエネルギーを有効利用することができる。

請求項４の発明によれば、通気路から排出される空気を浄化して大気汚染を抑止することができる。

請求項５の発明によれば、通気路の建設コストを低減したり、通気路の設置スペースを小さくすることができる。

請求項６の発明によれば、地下道から導入した風を直立した通気路に通すことにより、通気路高さをいっそう確保できるので、通風力を高めて発電能力を大きくすることができる。

請求項７の発明によれば、通気路に地下道から導入した風と地表の風を導入して風力発電を確実に行うことができる。

本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照して説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。

図１〜図７は実施例１を示しており、大気に触れる地上に直立する通気路１は、地上に直立する煙突状の円筒状の通気筒２によって形成されており、この通気筒２は基礎コンクリート３上に立設している。通気筒２は、下段通気筒部４、中段通気筒部５及び上段通気筒部６のように上下３段に上方に向けて順次直径を縮小している。下段通気筒部４と中段通気筒部５との間には、レジューサー等と称せられる上方へ縮径し内部を空洞とする下部テーパ−管７が介在し、さらに中段通気筒部５と上段通気筒部６との間にも、レジューサー等と称せられる上方へさらに縮径し内部を空洞とする上部テーパ−管８が介在している。そして、上段通気筒部６の内部には発電用の羽根９を回動自在に設けると共に、該羽根９の中心軸10に、該中心軸10の回転力を発電機11に伝達するように発電機回転軸12が接続している。さらに、上段通気筒部６の上端に空気浄化手段たる空気浄化器13が設けられている。

そして、下段に位置する下段通気筒部４の周面下端には、該下端と基礎コンクリート３との間に空気取り入れ口14が設けられている。この空気取り入れ口14には、熱媒体たる液体の流路を形成する熱媒体路としてのラジエーター15が設けられており、その外側に空気導入用案内板16を設けている。空気導入用案内板16は外周の開口面積を空気取り入れ口14の開口面積より大きくなるように形成されており、その外周開口部16Ａに異物流入を防止する金網状のフィルター17が設けられている。また、空気取り入れ口14の底部に遠赤外線放射体18が設けられており、この遠赤外線放射体18と一体的に、熱媒体たる液体の流路を形成するパイプ状の底部熱媒体路19が平面を蛇腹状として設けられている。

また、前記下段通気筒部４の内部には複数のパイプ状の下段通気路部20が、該下段通気路部20の長手方向を通気筒２の軸線Ｘと平行になるように配置されている。この下段通気路部20は間隔をおいて配置されるものであって、下段通気筒部４の上端側と下端側には上部閉塞部材21と下部閉塞部材22がそれぞれ設けられると共に、上部閉塞部材21に接続した下段通気路部20の上端は開口し、下部閉塞部材22に接続した下段通気路部20の下端は開口して、通気できるようになっている。そして、下段通気筒部４の内部において、下段通気路部20を除いた空間に熱媒体たる液体の流路を形成する下段熱媒体路23が設けられる。

そして、ラジエーター15、底部熱媒体路19及び下段熱媒体路23の上方である下部テーパ−管の７外周に下部足場24が設けられると共に、この下部足場24の外周にクリーンエネルギーたる太陽熱エネルギーを利用した熱源となるパネル状の第１の太陽光吸収体25が、通気筒２を間隔をおいて同軸状に設けられており、この太陽光吸収体25には不凍液等流体の熱媒体26が設けられており、この熱媒体26はパイプ状の第１の下部熱媒体通路27を介して下段熱媒体路23の上部に接続し、また第２の下部熱媒体通路28を介してラジエーター15の上部に接続し、さらに第３の下部熱媒体通路29を介して底部熱媒体路19の上部に接続している。一方、下段熱媒体路23、ラジエーター15及び底部熱媒体路19のそれぞれの下部には第１〜３の下部熱媒体排出通路30,31,32が接続しており、それらの端部はタンク状の第１の液収容体33に接続している。そして、第１の液収容体33に１次側34を接続した第１のポンプ35の２次側36を第１の太陽光吸収体25側に接続している。尚、太陽光にかえて温泉水や地下蒸気或は地熱を直接利用するなどクリーンエネルギーたる地球マグマによる地熱を利用するようにしてもよい。

同様に、前記上段通気筒部６の内部には複数の中段通気路部37が、該中段通気路部37の長手方向を通気筒２の軸線Ｘと平行になるように配置され、中段通気路部37は間隔をおいて配置されるものであって、上段通気筒部５には上部閉塞部材38と下部閉塞部材39が設けられると共に、上部閉塞部材38に接続した中段通気路部37の上端は開口し、下部閉塞部材39に接続した中段通気路部37の下端は開口して、上段通気筒部５の内部において、中段通気路部37を除いた空間に中段熱媒体路40が設けられる。さらに、中段熱媒体路40の上方である上部テーパ−管８の外周に上部足場41が設けられると共に、この上部足場41の外周に熱源となる第２の太陽光吸収体42が、上段通気筒部６の外周に間隔をおいて同軸状に設けられており、その熱媒体43は上部熱媒体通路44を介して中段熱媒体路40の上部に接続し、一方、中段熱媒体路40の下部には上部熱媒体排出通路44Ａが接続しており、その端部はタンク状の第２の液収容体45に接続し、第２の液収容体45に１次側46を接続した第２のポンプ47の２次側48を第２の太陽光吸収体42側に接続している。

発電用の前記羽根９は中心軸10の軸線を通気筒２の軸線Ｘと直交するように設けると共に、複数の羽根部材49を中心軸10を中心に放射状に配置したものであり、実施例においては中心軸10に発電機11の回転軸を直結している場合を示している。

さらに、前記空気浄化器13は上段通気筒部６の上端の開口50の上方を覆うように設けられるものであって、下向きに外気と接続するようになっており、有害物質を吸着して取り除く触媒などによる化学方式或いは塵などを、静電気を利用して吸着して取り除く電気式等によって形成されている。

そして、複数設けられた下段通気路部20の通路断面積の総合面積Ｓ１より、複数設けられた中段通気路部37の通路断面積の総合面積Ｓ２を小さくし、さらに総合面積Ｓ２より上段通気筒部６の通路断面積Ｓ３を小さくして、中空の先細型となるように形成している（Ｓ１＞Ｓ２＞Ｓ３）。

尚、図中51,52は下部テーパ−管７、ラジエーター15に設けた内外を連通可能な点検用扉である。また、53は底部熱媒体路19の下方を囲む断熱部材である。また、54は上段通気筒部６における羽根９の排出側に設けられた流路面積を調節する絞り装置等によりなる流路面積調節装置である。さらに、55は梯子である。また、第１の液収容体32や第２の液収容体45或は下段熱媒体路23にはドレン排出用弁56を設けてもよい。

次に前記構成についてその作用を説明する。地表の大気の空気が風となって空気導入用案内板16より空気取り入れ口14を介して通気路１に流入し、煙突作用により空気は上昇し、この空気の上昇力により羽根９を回転し、この回転力を中心軸10より発電機11に伝達して発電を行うものである。そして、通気路１の上端の開口50より排気されるとき、空気浄化器13により排出空気は浄化される。

この際、クリーンエネルギーである太陽光によって第１の太陽光吸収体25に設けた熱媒体26は加熱され、加熱されて温められた熱媒体26は、第１〜３の下部熱媒体通路27,28,29を介して下段熱媒体路23、ラジエーター15、底部熱媒体路19へ供給され、それぞれ下段通気路部20を流れる空気、空気取り入れ口14時及びその導入後の空気を温めることとなる。尚、底部熱媒体路19の熱は遠赤外線放射体18をいったん温め、該温められた遠赤外線放射体18から放射する遠赤外線により導入後の空気は温められる。そして、空気と熱交換された熱媒体26は、第１〜３の下部熱媒体排出通路30,31,32により第１の液収容体33へ回収され、該第１の液収容体33の熱媒体26は第１のポンプ35によって再び第１の太陽光吸収体25へ送り込まれて循環するようになっている。

同様に、太陽光によって第２の太陽光吸収体42に設けた熱媒体43は加熱され、加熱されて温められた熱媒体43は、上部熱媒体排出通路44を介して中段熱媒体路40へ供給され、中段通気路部37を上昇する空気を温めることとなる。そして、空気と熱交換された熱媒体43は、上部熱媒体排出通路44Ａにより第２の液収容体45へ回収され、該第２の液収容体45の熱媒体43は第２のポンプ47によって再び第２の太陽光吸収体42へ送り込まれて循環するようになっている。

以上のように、前記実施例においては、下端に空気取り入れ口14を設けると共に、上端を排気用の開口50として直立した通気路２に臨んで発電用の羽根９を回動自在に設けると共に該羽根９に発電機11を接続したことにより、通風力発生のメカニズムにおける高さを可及的に大きくでき、通風力を高めて発電を効率的に行うことができる。

また、前記通気路２を形成する通気筒２、ひいては下段通気路部20、下部テーパ−管７、中段通気路部37、上部テーパ−管８、上段通気筒部６の流路断面積を順次上方へ沿って小さく形成し（Ｓ１＞Ｓ２＞Ｓ３）、前記羽根９を前記通気筒２の上端側に設けたことにより、流速が大きくなった状態の風力によって羽根９を高速回転駆動することができる。尚、流路面積調節装置54により流路面積を調節することで、風速、ひいては羽根９の回転数を調節することができる。

さらに、前記通気路１に熱交換器としてのラジエーター15、遠赤外線放射体18及び底部熱媒体路19、下段熱媒体路23、中段熱媒体路40を設けて、通路１中の空気を温めることで、空気の比重量を小さくして通風力を向上することができ、さらにこれら熱交換器の熱源を第１の太陽光吸収体25及び第２の太陽光吸収体42を介した太陽光としたことで、クリーンエネルギーを有効利用することができる。

しかも、前記通気路１に空気浄化手段たる空気浄化器13を設けたことで、通気路１から排出される空気を浄化して大気汚染を抑止することができる。

図８は実施例２を示しており、前記実施例１と同じ部分には同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。実施例２においては、コンクリート製ビル61の外壁63に直立した通気路１を形成する角筒状の通気筒２の背面62側を一体に設けたものである。

したがって、下端に空気取り入れ口を兼用するラジエーター15を設けると共に、上端を排気用の開口50として直立した通気路２に臨んで発電用の羽根９を回動自在に設けると共に該羽根９に発電機11を接続し、通風力を高めて発電を効率的に行うことができるものである。

以上のように、実施例２では実施例１で記載した効果の他に、通気筒２の背面62側を独立した建築物であるコンクリート製ビル61の外壁63に一体に設けたことで、背面62と外壁63とを兼用でき、通気筒２の建設コストを低減できると共に、通気筒２の設置スペースも小さくすることができる。

図９は実施例３を示しており、前記実施例１と同じ部分には同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。実施例３においては、木造建築の家屋71の外壁72に直立した通気路１を形成する角筒状の通気筒２の背面73側を一体に設けたものである。

以上のように、実施例３では実施例１で記載した効果の他に、通気筒２の背面73側を独立した建築物である家屋71の外壁72に一体に設けたことで、背面73と外壁72とを兼用でき、家屋71等にも設置可能で、しかも通気筒２の建設コストを低減できると共に、通気筒２の設置スペースも小さくすることができる。

図10及び図11は実施例４を示しており、前記実施例１と同じ部分には同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。実施例４においては、通気路１の下端側には空気取り入れ口としての下部開口部81が形成されている。そして、下部開口部81には地下鉄道の地下道82が空気連通路83を介して、空気取り入れ口14も連通し通気路１の下端側空洞部１Ａ側に接続している。この下端側空洞部１Ａは空気取り入れ口１４からの空気と空気連通路83との混合部となり、この下端側空洞部１Ａは下段通気路部20の下端が連通して接続している。さらに地下鉄道の地下道82は地下の所定の深さに掘削したトンネルにより形成されており、その床に電車84が走行するレール84Ａが配置され、また駅舎には乗降客の歩道であるホーム85が配置されていると共に、ホーム85には地上への通路（図示せず）が配置されている。

前記地下道82の天井に風排出のための前記空気連通路83の１次側83Ａが接続されると共に２次側83Ｂが下部開口部81に接続している。尚、空気連通路83、ひいては通気路１は地下鉄道に沿って適宜間隔毎に地上に設けられている。そして、地上に直立する通気路１は、地上に直立する煙突状の円筒状の通気筒２によって形成されており、この通気筒２は基礎コンクリート３上に立設している。通気筒２は、上下３段に上方に向けて順次直径を縮小している。上段通気筒部６の内部には発電用の羽根９を回動自在に設けると共に、該羽根９の中心軸10に、該中心軸10の回転力を発電機11に伝達するように発電機回転軸12が接続している。さらに、上段通気筒部６の上端に空気浄化手段たる空気浄化器13が設けられている。

そして、下段に位置する下段通気筒部４の周面下端には、該下端と基礎コンクリート３との間に空気取り入れ口14が設けられている。この空気取り入れ口14には、熱媒体たる液体の流路を形成する熱媒体路としてのラジエーター15が設けられており、その外側に空気導入用案内板16を設けている。

尚、この実施例では地下道82は地下鉄道の場合を示しているが、地下道としては後述するビル間の地下を結ぶ連絡通路などのほかに、地下歩道、地下駐車場、地下下水道のような地表下にあり大気と連通して通気のあるトンネル状或いはそれに類するものをいう。

次に前記構成についてその作用を説明する。地上の空気Ａ２が風となって空気導入用案内板16より空気取り入れ口14を介して通気路１に流入し、さらに、地下道82を流れる空気Ａ１が風となって空気連通路83を介して通気路１に併せて流入して、これら地上から空気Ａ２と地下道82からの空気Ａ１は煙突作用により上昇する。この際、地下道82を流れる風力が強いため、地下道82からの空気Ａ１は地上の空気Ａ２を空気取り入れ口14を介して誘引して上昇する。この空気Ａ１，Ａ２の上昇力により羽根９を回転し、この回転力を中心軸10より発電機11に伝達して発電を行うものである。そして、通気路１の上端の開口50より排気されるとき、空気浄化器13により排出空気は浄化される。

この際、クリーンエネルギーである太陽光によって第１の太陽光吸収体25に設けた熱媒体26は加熱され、加熱されて温められた熱媒体26は、第１、２の下部熱媒体通路27,28を介して下段熱媒体路23、ラジエーター15へ供給され、それぞれ下段通気路部20を流れる空気、空気取り入れ口14時及びその導入後の空気を温めることとなる。そして、空気と熱交換された熱媒体26は、第１、２の下部熱媒体排出通路30,31により第１の液収容体33へ回収され、該第１の液収容体33の熱媒体26は第１のポンプ35によって再び第１の太陽光吸収体25へ送り込まれて循環するようになっている。

以上のように、前記実施例においては、実施例１に記載した効果の他に、前記空気取り入れ口としての下部開口部81に地下道82との空気連通路83が接続していることにより、風力（通風力）における煙突の高さは、地上部分のみならず、地表から地下道82までの深さを加えたものとなるので、風力（通風力）をいっそう大きくして発電機11による発電量を増大することができる。

さらに、地下道82として地下鉄道のトンネルを利用することで、トンネルの有効活用を図ることができる。

しかも、実施例４では通気路１における下段に位置する下段通気筒部４の周面下端には、該下端と基礎コンクリート３との間に空気取り入れ口14が地上に設けられ、さらに通気路１の下端側には空気取り入れ口としての下部開口部81が形成されている。また、下部開口部81には地下鉄道の地下道82が空気連通路83を介して接続しており、そして、地下道82を流れる風力が強いため、地上の空気Ａ２を空気取り入れ口14を介して周囲より誘引して一緒に混合して上昇することよって、発電機11により発電し、空気浄化器13により排出空気は浄化され、しかも地上の空気Ａ２の移動を誘発することで、ヒートハイランドの防止も図ることができる。

図12は実施例５を示しており、前記実施例１、４と同じ部分には同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。実施例４においては、通気路１の周面下端側には空気取り入れ口としての下部開口部81が形成されている。そして、通気路１下部開口部81にはビル91，92のそれぞれの地下を結ぶ連絡通路の地下道93が空気連通路83を介して、空気取り入れ口14も連通し通気路１の下端側空洞部に接続している。

このようの実施例５では通気路１における下段通気筒部４の周面下端には、該下端と基礎コンクリート３との間に空気取り入れ口14が地上に設けられ、さらに通気路１の下端側には空気取り入れ口としての下部開口部81が形成されている。そして、下部開口部81には地下道93が空気連通路83を介して接続しており、そして、地下道93を流れる風力が強いため、地下道93からの空気Ａ１は地上の空気Ａ２を空気取り入れ口14を介して誘引して一緒に混合して上昇することよって、発電機により発電し、空気浄化器13により排出空気は浄化され、しかも地上の空気Ａ１の移動を誘発することで、ヒートハイランドの防止も図ることができる。

以上のように本発明にかかる風力発電機は種々の用途にも適用できる。例えば、建築物としては、橋や煙突等種々のものに利用することができる。また熱媒体としては不棟液にかえて油や液状化学薬品などでもよい。さらに通気路を建築物の内部に一体化するように設けてもよい。

本発明の実施例１を示す全体の縦断面図である。本発明の実施例１を示す底部熱媒体路まわりの縦断面図である。本発明の実施例１を示すラジエーターまわりの平面図である。本発明の実施例１を示す下段通気筒部まわりの平断面図である。本発明の実施例１を示す中段通気筒部まわりの平断面図である。本発明の実施例１を示す上段通気筒部まわりの平断面図である。本発明の実施例１を示す空気浄化器まわりの底面図である。本発明の実施例２を示す斜視図である。本発明の実施例３を示す斜視図である。本発明の実施例４を示す断面図である。本発明の実施例４を示す要部の断面図である。本発明の実施例５を示す断面図である。

符号の説明

１通気路
２通気筒
９羽根
11 発電機
13 空気浄化器（空気浄化手段）
14 空気取り入れ口
15 ラジエーター（熱交換器）
18 遠赤外線放射体（熱交換器）
19 底部熱媒体路（熱交換器）
23 下段熱媒体路（熱交換器）
25 第１の太陽光吸収体
40 中段熱媒体路（熱交換器）
42 第２の太陽光吸収体
50 開口
61 コンクリート製ビル（建築物）
71家屋（建築物）
81 下部開口部（空気取り入れ口）
82，93 地下道
83 空気連通路

Claims

下端側に空気取り入れ口を設けると共に上端側を開口して直立した通気路に臨んで発電用の羽根を回動自在に設けると共に該羽根に発電機を接続したことを特徴とする風力発電機。
前記通気路を形成する通気筒の流路断面積を順次上方へ沿って小さく形成し、前記羽根を前記通気筒の上端側に設けたことを特徴とする請求項１記載の風力発電機。
前記通気路に熱交換器を設けると共に、該熱交換器の熱源を太陽光或いは地熱としたことを特徴とする請求項１又は２記載の風力発電機。
前記通気路に空気浄化手段を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の風力発電機。
前記通気路をビル又は家屋等建築物と一体に設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の風力発電機。
前記空気取り入れ口に地下道との空気連通路が接続していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の風力発電機。
前記空気取り入れ口に空気連通路とは別に地上が連通していることを特徴とする請求項６記載の風力発電機。