JP2007046574A - 増速フード付風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 風速及び風向きに対応でき、発電出力の増加を可能にした増速フード付風力発電装置を提供する。
【解決手段】 風の流入口３から流出口４にかけて中空の筒形状を呈し、流出口４における内壁周辺長さが流入口３における内壁周辺長さと同等かそれ以上で、流出口４の周縁から外向に張り出したフランジ部１３を有する増速フード６と、該増速フード６内に設けられ、該増速フード６の流入口３から流入する風を受けるプロペラ型風力発電機８とを有した増速フード付風力発電装置１であって、増速フード６の外部に、該増速フード６の中心軸に平行な平板状の板部１６を少なくとも１つ有しており、該板部１６が増速フード６の半径方向外側に突出するようにして設けられる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自然風を利用して発電を行う風力発電装置に関するもので、特に、増速フード付風力発電装置に関するものである。

近年、自然エネルギーを利用した環境にやさしい発電装置が注目され、風力エネルギーを電気エネルギーに変換する風力発電装置が多数使用されているが、自然風の風向き及び風速は一定ではなく、常に複雑に変化しており、台風や突風などのような激しい風から微風、時には無風というように、場所や季節によって大幅に変動するため発電効率が低く、かえって設置費用の方が高くついてしまうことがある。また、風力発電機の発電出力は風速の３乗で変化するため、年間を通じて安定した風速の風が吹く場所に設置することが望ましいが、そのような好環境の設置場所はほとんど存在しないのが現実であり、設置場所の地形や気象等の条件に関わらず風の流れを効率よく増速することが求められている。

そこで、微風であっても十分な発電出力を確保するために、風の流入口から流出口に向かって拡大する長筒状の風胴体により構成され、この風胴体の流入口の口縁には外側に向かって曲面をもって開いた流入案内片を備え、流入口の口縁には外側に向かって広がる鍔状のフランジ部を備えて、流入口の近傍を風力の取り出し位置とする風増速装置及びそれを用いた風力発電装置が開示されている。（特許文献１参照）
特開２００２−２１３３４３号公報

上述した従来技術においては、流入口近傍に風力を取り出すための高風速の領域を得ることができるので、外風が弱いときでも、風胴体の高風速の領域に配置される回転翼を効果的に回転させることができ、発電能力を飛躍的に向上させることができる。しかし、風力発電機を風向きが頻繁に変化する領域へ設置した場合、風向変化に追従する必要があるのに対し、上記した風力発電装置は、このような風向変化への追従性が低く、その結果、発電出力の増加効果が低下する場合がある。

本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたもので、風速及び風向きに対応でき、発電出力の増加を可能にした増速フード付風力発電装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、風の流入口から流出口にかけて中空の筒形状を呈し、流出口における内壁周辺長さが流入口における内壁周辺長さと同等かそれ以上で、流出口の周縁から外向に張り出したフランジ部を有する増速フードと、該増速フード内に設けられ、該増速フードの流入口から流入する風を受ける風力発電機とを有した増速フード付風力発電装置であって、増速フードの外部に、該増速フードの中心軸に平行な平板状の板部を少なくとも１つ有していることを特徴とする。
上記のような風の流入口から流出口にかけて中空の筒形状を呈する増速フードを用いることで、外風が微風であっても発電可能な風速に増速させることができ、かつ、外風を受ける板部を設けることによって増速フードを風向きに追従可能としたため、風向変化に対応できてより効果的に発電を行うことができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、風力発電機は、プロペラ型風力発電機または垂直軸型風力発電機であることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、増速フード内の流入口近傍に、少なくとも１台以上の風力発電機を設けることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明において、風力発電機は、複数枚の風車羽根を有するプロペラ型風力発電機で、増速フードの流入口の直径は、風車羽根の回転直径以上の長さであることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明において、風力発電機は、複数枚の風車羽根を有するプロペラ型風力発電機で、風車羽根を増速フードの流入口から所定距離おいた設置位置に位置させるようにして設けられ、流入口と風車羽根の設置位置との距離は、流入口の直径をＤとすると、増速フードの長さが１×Ｄ以上の場合には、０．０５×Ｄから１×Ｄの範囲内であるとともに、増速フードの長さが１×Ｄ未満の場合には、０．０５×Ｄから該増速フードの長さの範囲内であることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか一項に記載の発明において、風力発電機は、複数枚の風車羽根を有するプロペラ型風力発電機で、該プロペラ型風力発電機の風車羽根の中心軸を増速フードの中心軸に一致させるようにして設けることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１から５のいずれか一項に記載の発明において、風力発電機は、複数枚の風車羽根を有するプロペラ型風力発電機で、該プロペラ型風力発電機を複数設け、これらプロペラ型風力発電機の風車羽根の中心軸を増速フードの中心軸に平行するようにして設けることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項１から７のいずれか一項に記載の発明において、増速フードの断面形状が円形、楕円形、三角形、四角形または多角形のいずれかであることを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項１から８のいずれか一項に記載の発明において、増速フードのフランジ部のフランジ幅は、流入口の直径をＤとすると、０．１×Ｄ以上であることを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、請求項１から９のいずれか一項に記載の発明において、増速フードの斜面と前記増速フードの中心軸とのなす傾斜角度θが、０°≦θ≦１５°であることを特徴とする。

請求項１１に記載の発明は、風の流入口から流出口にかけて中空の筒形状を呈し、流出口における内壁周辺長さが流入口における内壁周辺長さと同等かそれ以上で、流出口の周縁から外向に張り出したフランジ部を有する増速フードと、該増速フード内に設けられ、該増速フードの流入口から流入する風を受ける風力発電機とを有した増速フード付風力発電装置であって、設置場所において、季節や月別の風向データを計測する風向・風速計と、該風向・風速計によって収集したデータに基づいて増速フードの向きを制御する制御装置とを備えていることを特徴とする。

第１の発明によれば、増速フードを備えた増速フード付風力発電装置の発電出力の増加効果は、増速フード内を通過する風の速度に依存するため、流入口を最適な方向へと向けるべく増速フードの向きを制御可能にすることで、常に変化する風向に対応でき、出力の増加を可能にする。
第２の発明によれば、設置場所において、季節や月別の風向データを計測する風向・風速計と、該風向・風速計によって収集した風向データに基づいて増速フードの向きを制御する制御装置とを備えているので、時期に応じて増速フードの向きを自動的に制御することができる。さらに、風向データを蓄積して設置場所における最適な風向を学習することを可能にし、年間を通して安定した発電出力を得ることができる。

以下、本発明の第１実施形態を図１及び図２を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態における増速フード付風力発電装置の構成を示す図である。この増速フード付風力発電装置１は、流入口３から流出口４に向かって漸次拡大する中空の筒形状を呈する増速フード６と、この増速フード６内の所定位置に設けられるプロペラ型風力発電機（風力発電機）８とを有する風力発電装置本体１０により構成されている。

図２（ａ）は、増速フード６の側面図、図２（ｂ）は、増速フード６の正面図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、増速フード６は、断面形状が円形となるように形成され、小径の開口側に流入口３、大径の開口側に流出口４を有する本体部１２に、流出口４の周縁から所定幅で外方に張り出すフランジ部１３とを備えてなり、流入口３から風を通過させるものである。増速フード６内における流入口３の近傍位置には、プロペラ型風力発電機８（図１参照）が設置されるため、流入口３の直径Ｄを該プロペラ型風力発電機８の有する回転翼（風車羽根）１４の回転直径以上の長さとなるように設定する。本体部１２及びフランジ部１３の寸法は、試験での風速の増速効果により設定する。

以下に、図３を参照しながら試験データについて述べる。まず、図３（ａ）に、流入口３の直径Ｄを１ｍ、本体部１２の傾斜角度θを０°、４°、フランジ部１３のフランジ幅Ｔを０．１ｍ、０．４ｍとして、増速フード６の本体部１２の長さＬと風速比率との関係を示す。これによると、傾斜角度θが０°の増速フード６の場合、フランジ幅Ｔの長さに関わらず、増速フード６の本体部長さ１２の影響はなく、略一定の風速比率であった。一方、傾斜角度θが４°の増速フード６の場合は、本体部１２の長さの増加に比例して風速の風速比率が上昇していることが解る。即ち、傾斜角θが大きくなると本体部長さ１２の影響も大きく現れた。しかし、フランジ幅Ｔの影響はいずれのケースでも大きくはなかった。しかし、傾斜角度θが０°の場合でも、フランジ幅Ｔが０．１、ないしは０．４ｍの有限の幅を有すると、風速比率が１以上になっておりフランジ幅は風速比率の上昇に効果を有する事が確認された。このような結果に基づき、本体部１２の長さの最低長さを０．５×Ｄ以上に設定し、１．２以上の風速比率を確保する。風速は、本体部１２の長さや傾斜角度θに応じて増速されることが知見され、所望の風速比率により本体部１２の長さ等が設定される。また、発電開始風速を幾つに設定するかによって設定してもよい。なお、設置時の安定性から本体部１２の最大長さを流入口３の直径の５倍程度までとするが、図３（ａ）より、本体部１２の長さＬは０．５Ｄ≦Ｌ≦３Ｄの範囲内で十分であることが解る。

図３（ｂ）に、流入口３の直径Ｄを１ｍ、増速フード６の長手方向長さＬを２ｍ、フランジ部１３のフランジ幅Ｔを０．１ｍ、０．４ｍとして、増速フード６の傾斜角度θと風速比率との関係を示す。これによると、フランジ幅Ｔが０．１ｍ以上のフランジを装着すれば、傾斜角度θが０°でも１．２以上の風速比率が得られることが解る。そして、フランジ幅Ｔが０．１ｍ以上であれば、傾斜角度θが大きくなるにつれて風速比率も向上し、傾斜角度θが２°になったところから急激な風速比率の増加が知見され、傾斜角度θが２°から１０°の範囲内で最も効果的に増速されていることが解る。また、グラフから傾斜角度θが１５°程度までは１．２以上の風速比率が得られると予想されるため、傾斜角度の範囲を０°≦θ≦１５°とするが、好ましくは、上記したように増速効果が最も現れた２°≦θ≦１０°の範囲内である。フード外面に傾斜角が無い単なる円筒形状の増速フード６でも増速効果は得られるが、所定角度で拡大形状を成す増速フード６の方がより高い増速効果を得ることができる。
このような上記範囲内において、増速フード６の長さＬとの関係から増速効果の高い傾斜角度θに設定する。

図３（ｃ）に、流入口３の直径を１ｍ、増速フード６の長手方向長さＬを２ｍ、本体部１２の傾斜角度θを０〜１２°として、フランジ部１３のフランジ幅Ｔと風速比率との関係を示す。これによると、フランジ幅Ｔの長さが０．１ｍ以上になると、その長さに関係なく風速比率は略一定となっていることが解る。この関係は、傾斜角度θが０〜１２°において同様であったが、傾斜角度によって風速増速率の値はことなり、傾斜角度の影響が大きいことが分かる。したがって、流入口３の直径が１ｍの場合には、フランジ幅Ｔは０．１ｍで十分である。すなわち、流入口３の直径の１０分の１以上の長さがあればよいことになり、フランジ部１３のフランジ幅ＴをＤ×０．１以上として設定する。
このようにして、増速フード６の本体部１２が構成されるが、上記した各寸法の決定には、設置場所の風向き及び風速環境や所望の発電出力量も考慮される。

図１に示すように、増速フード６には、本体部１２の外面１２Ａから半径方向外側に突出する平板状の一対の板部１６，１７が上端部及び下端部に設けられており、その長手方向が増速フード６の中心軸に平行するようにして立設されている。各板部１６，１７は、平面視略直角三角形状を呈するもので、略直角を成す二辺のうち一方の第１辺１８が増速フード６の長手方向長さの略半分の長さであるとともに他方の第２辺１９がフランジ部１３のフランジ幅Ｔよりも長い長さを有して形成されており、第１辺１８を外面１２Ａに、第２辺１９をフランジ部１３に、それぞれ垂直に当接させて強固に固定している。各板部１６，１７の大きさは、本体部１２の寸法や重量によって決定される。

増速フード６は、内部にプロペラ型風力発電機８を備え、増速フード６の中心軸を水平にした状態で、その中央部を支持する円柱状の頑強な支持軸２１によって所定の設置場所へと設置される。支持軸２１は、増速フード６の中心軸に直交するとともに増速フード６の中央部を通るようにして、本体部１２の外面１２Ａに設けられた貫通孔２２から増速フード６の内部に先端側を挿入して設けられる。このとき、支持軸２１の中心軸を、増速フード６に設けられた一対の板部１６，１７を含む平面内で板部１６，１７の配設方向と平行に設けることで支持軸２１に対する増速フード６の向きを定める。支持軸２１と一体となった増速フード６は地面に対して水平方向に回転可能なものとする。このように設置されると、本体部１２の外面１２Ａに設けられた板部１６，１７で風を受けることによって風向きが変化しても増速フード６の流入口３を風上へと導くことができる。したがって風向変化に追従可能な増速フード６となり、常に最適な方向に向くように該増速フード６の向きを変えることができる。また、設置場所の地形や気象等の条件に関わらず風を効率よく捕らえられるため、今まで以上の発電出力の増加を可能にする。

プロペラ型風力発電機８は、細棒状の軸部２４に複数の回転翼１４を有して構成される。軸部２４は、長手方向中央部から後端側に向かって先鋭形状にすることで軸部２４の軽量化を図り、先端側には、軸方向に対して垂直姿勢でかつ軸部２４の周方向に沿って放射状となるように等間隔に配置される回転翼１４を２〜５枚有している。このプロペラ型風力発電機８が有する全ての回転翼１４を流入口３から導入される風に対向させるべく、軸部２４を上記支持軸２１に直交させて増速フード６内に設置する。このとき、軸部２４の中心軸を増速フード６の中心軸と一致させ、連結具２５を介して支持軸２１へと設ける。このようにプロペラ型風力発電機８の中心軸と増速フード６の中心軸とを一致させることによって、流入口３から流入する風を各回転翼１４が効率よく受けることができ、プロペラ型風力発電機８の安定的な運転を可能にする。

このプロペラ型風力発電機８は、増速フード６に対して位置が固定となっており、増速フード６と一体的に動く。また、図４より明らかなように、破線で示した回転翼１４の回転直径よりも流入口３の直径の方が大きいことが解る。よって、プロペラ型風力発電機８の回転翼１４を効果的に回転させることができる。

図５に増速フード６内外の解析事例を示す。この増速フード６は、流入口３から流出口４にかけて徐々に拡大形状をなしているので、増速フード６を通過する風は流入口３付近で増速され、流出口４に向かって徐々に風速が遅くなっていくが、図５から解るように、増速フード６の後方の風速が急激に低下している。これはつまり、増速フード６の外側を通る風が増速フード６に設けられたフランジ部１３に衝突することによってフランジ部１３の後方で乱流・渦流となり、これによってもたらされる低圧現象によるものと考えられる。したがって、流入口３からより強い風の流れを流入させており、流入口３から所定距離内側に入ったところで風速が最も増加されている。風速は、増速フード６全体の長さ等にも関わってくるが、流入口３からその直径Ｄに相当する奥行きまでの部分で増加されている。このように、風速が増加される領域内に上記プロペラ型風力発電機８の回転翼１４を位置させることで、回転翼１４を効率的に回転させることができるので発電出力向上に効果的であるといえる。このとき、回転翼１４が増速フード６から突出しないよう、流入口３の縁部を避けて若干内方に設ける。そのため、流入口３からの回転翼１４の設置位置までの距離をＬｐとすると、増速フード６の長さＬが流入口３の直径Ｄ以上の場合には、０．０５Ｄ≦Ｌｐ≦Ｄの範囲内とし、増速フード６の長さＬが流入口３の直径Ｄよりも短い場合にはＬ＝Ｌｐとする。すなわち、増速フード６の長さＬが流入口３の直径Ｄよりも短い場合には、回転翼１４を増速フード６の後端に位置させる。より発電効果を向上させるためには、回転翼１４を増速フード６内の風速増加領域内で最も風速が最大となる位置に設けることで、より効果的に多くの電力量を発電させることができる。以上のようにして風力発電装置本体１０を構成する。

図６は、本発明の第２実施形態における風力発電装置のシステム構成を示す図である。
本実施形態が、第１実施形態と異なる点は、風力発電装置本体１０に、設置場所の風向き及び風速を測定する風向・風速センサ（風向・風速計）２７と、該風向・風速センサ２７の測定値を読み取る制御装置２８と、増速フード６の向きを制御する方向制御機２９及びプロペラ型風力発電機８の回転翼１４の回転を抑制する過回転抑制機３０とを装備した点である。制御装置２８には、カレンダが内蔵されており、風向・風速センサ２７により測定された風向きの測定値を風向データとして月別等の一定期間毎に蓄積する一方、そのデータに基づいて増速フード６の向きを制御する。

図７に、特定年の１月、８月及び通年における風向出現率を示す。
図７（ａ）に示す特定年の１月に測定した風向出現率は、約４０％が西向きとなっている。また、図７（ｂ）に示す同年８月に測定した風向出現率は、西東方向から若干の出現はあるものの３０％弱が南南東からの風向きとなっている。図７（ｃ）に示すように、年間を通じて測定した風向きは、他の方角に比べて西からの出現率が最も高くなっている。

上記のように一定期間毎に測定した風向データを記録して、これを季節別の風向出現率データベースとして制御装置２８に蓄積し、この風向出現率データベースを基にして風向変化時の対応を行う。つまり、こうした内蔵データに基づいた風向きに増速フード６の向きを自動設定すると同時に風向データを収集し、内蔵データの随時更改を図る。これにより、風向変化に迅速に対応することができる。そこでまず、制御装置２８に内蔵されているカレンダにより月毎の風向きの測定値を検知する。そして、制御装置２８から発せられる方向制御信号により方向制御機２９を作動させ、増速フード６の向きを季節毎に最適な方向へと設定する。

例えば、上記図７に示すようなデータが得られた場合、プロペラ型風力発電機８が主として西からの風を受けることができるように、また、８月には南南東からの風を受けることができるように、増速フード６の向きを設定する。基本的には、蓄積された風向データに基づいた方向に増速フード６を向け、頻繁な風向変化には対応しないものとする。周知の通り、風速及び風向きは常時変化しているため、月別等の一定期間毎に明らかにしておくことで季節毎の風向きが分かり、風速の変化に十分に追従して対応可能な風力発電装置本体１０となる。さらに、設置場所での風向データを収集して設置場所における最適な風向を学習することが可能なため、年間を通して安定した発電出力を可能にし、従来よりも効率的な発電を可能にする。

また、風向・風速センサ２７により風速を測定し、その測定値によりプロペラ型風力発電機８の回転翼１４の回転を制御する。例えば、台風等による高風速でプロペラ型風力発電機８の回転翼１４が過回転になる場合には、制御装置２８から過回転抑制信号が発せられ、過回転抑制機３０を作動させることで回転翼１４の回転を規制し、プロペラ型風力発電機８の故障を防止する。或いは、不図示のストッパを作動させて回転翼１４の回転を止めてもよい。このように、風速及び風向きの検知を常時行い、回転翼１４の最適な回転及び出力が求められるようにしている。

増速フード付風力発電装置１は、プロペラ型風力発電機８における回転翼１４の回転運動によって発電が行われるものであり、この回転翼１４の回転運動を出力変換器３２で所望の電力形態に変換させることで他の機構へと送電される。さらに、ここでの発電電力を制御装置２８に記録することで月別の電力量を管理することも可能である。

図８は、本発明の第３実施形態における風力発電装置の構成を示す図である。
本実施形態が、第１実施形態と異なる点は、平面視略直角三角形状の一対の板部１６，１７が、増速フード６における流出口４の後方に設けられている点である。これら一対の板部１６，１７は、流出口４の上端部及び下端部から突出する一対の細棒状の支持棒３６を介して増速フード６から半径方向に延出するように設けられ、増速フード６における本体部１２の傾斜に沿ってその延長上に位置している。このように、増速フード６の後方に板部１６，１７を設けたとしても、増速フード６の向きを風向きに追従させる効果は変わらず得ることができる。

図９は、本発明の第４実施形態における風力発電装置の構成を示す図である。
本実施形態が、上記実施形態と異なる点は、その形状が側面視台形を呈し、１枚のみ設けられた点である。この台形板部３８は、増速フード６から突出するように延長されたプロペラ型風力発電機８の軸部２４に、該軸部２４に対して垂直姿勢で上方に立設されており、上底３９より長さを有する下底４０を軸部２４に固定する。これによって、所定の高さを有する台形板部３８を安定化できる。このように、増速フード６の後方に板部３８を設けたとしても、増速フード６の向きを風向きに追従させる効果は変わらず得ることができる。

上記構成の増速フード付風力発電装置のモデルを用いて従来の風力発電装置との発電特性の比較を以下に述べる。比較には、流入口３の直径Ｄが１ｍ、本体部１２の長手方向長さＬが２ｍ、本体部１２の傾斜角度θが４°及びフランジ部１３のフランジ幅Ｔが０．１ｍの増速フード６の内部に、回転翼１４の回転直径が０．９５ｍのプロペラ型風力発電機８を備えた増速フード付風力発電装置１を用いた。

図１０に本発明の増速フード付風力発電装置１と増速フード６のない従来の風力発電装置との発電特性について示す。図１０（ａ）に、両風力発電装置を設置した場所における一日の風速記録を示し、図１０（ｂ）に従来の風力発電装置による発電出力量、図１０（ｃ）に増速フード付風力発電装置１の発電出力量を示す。増速フード付風力発電装置１の発電出力量と従来の風力発電装置による発電出力量とを比較すると、本発明の増速フード付風力発電装置１の方が低風速であっても頻繁に発電が行われているのが解る。また、１０ｗを超える発電も数回行われていることから、従来装置に比べて発電出力量が増加していることが一見できる。

次に、図１１に上記した増速フード付風力発電装置１と、増速フード６のない従来の風力発電装置との発電出力量の比率を示す。これにより、時間帯に関わらず本実施形態の増速フード付風力発電装置１の発電出力量の方が従来の風力発電装置の発電出力量を上回っており、発電出力の向上効果が現れていることが解る。発電出力量の比率は時間帯によって様々であるが、これは、風速及び風向頻度によるものと考えられる。結果としては、従来に比べて２倍前後の発電出力を確実に実現していることが知見できる。

さらに、これら各装置の発電出力量は、図１２に示すように、風速３ｍｓ^−１付近から急激な出力差が生じており、風速の増加とともに従来装置との出力差は、更なる拡大傾向を示している。これにより、同じ風速の風であっても、増速フード付風力発電装置１の方が従来の風力発電装置に比べて効果的に風速を増速させて発電を行っているといえる。

なお、上記実施形態においては、増速フード６の断面形状を円形状としたが、図１３に示すように正方形としたり、図１４に示すように長方形としたり、図１５に示すように三角形としたりすることが可能である。また、図示してはいないが、楕円形や多角形としても構わない。

図１６及び図１７は、断面形状が円形の増速フード６内に複数のプロペラ型風力発電機８が設置された状態を示す図である。このように、複数のプロペラ型風力発電機８を設置することによって、発電出力等を増大させることができる。その一方で、各プロペラ型風力発電機８の回転翼１４が接触しないよう、回転翼１４の回転直径を考慮して設ける必要があるとともに、これらプロペラ型風力発電機８の回転翼１４の中心軸を増速フード６の中心軸に平行するようにして設けることは勿論のことである。

また、図１８に示すように、断面形状が三角形の増速フード６の場合には、プロペラ型風力発電機８の中心軸を増速フード６の中心軸に一致させるようにして設ける。増速フード６内のスペースを有効に活用するため、例えば図１９に示すように、大小異なる大きさのプロペラ型風力発電機８を複数設けることも可能である。

図２０は、断面形状が長方形の増速フード６内にプロペラ型風力発電機８を設ける場合の例を示したものであり、プロペラ型風力発電機８の大きさや個数はこれに限ったものではない。

図２１及び図２２は、断面形状が長方形の増速フード６内に複数の垂直軸型風力発電機４２が設置された状態を示す図である。この場合、断面形状が長方形の増速フード６を用いることにより、複数の垂直軸型風力発電機４２を設置しても無駄なスペースを生じさせることなく設けることができる。したがって、増速フード６内に複数の垂直軸型風力発電機４２を効率よく配置させることができる。以上のことから、増速フード６内にプロペラ型風力発電機８または垂直軸型風力発電機４２のうちどちらを幾つ設けるかによって、各回転翼１４の形状に適した増速フード６の形状を選択する。

なお、上述した実施形態に限らず、フード外面の傾斜角度θが０°の増速フード６であってもよい。

本発明における第１実施形態に係る増速フード付風力発電装置を示す斜視図である。 本発明における第１実施形態に係る増速フード付風力発電装置における増速フードを示すもので、（ａ）はその外観を示す側面図であり、（ｂ）は増速フードの内部を示す正面図である。 本発明における第１実施形態に係る増速フード付風力発電装置における増速フードの形態と風速比率との関係を示すもので、（ａ）は本体部の長さと風速比率との関係を示す特性図であり、（ｂ）は本体部の傾斜角度と風速比率との関係を示す特性図であり、（ｃ）は本体部に設けられるフランジ部のフランジ幅と風速との関係を示す特性図である。 本発明における第１実施形態に係る増速フード付風力発電装置における増速フードの流入口の直径とプロペラ型風力発電機の回転翼の回転直径との関係を示す正面図である。 本発明における第１実施形態に係る増速フード付風力発電装置における増速フード内外の速度分布を示す特性図である。 本発明における第２実施形態に係る増速フード付風力発電装置の風力発電システムを示す構成図である。 特定月及び通年の風向出現率を示す特性図であり、（ａ）はある年の１月の風向頻度率を示す風配図で、（ｂ）は同年８月の風向頻度率を示す風配図で、（ｃ）は通年の風向頻度率を示す風配図である。 本発明における第３実施形態に係る増速フード付風力発電装置の構成を示す全体斜視図である。 本発明における第４実施形態に係る増速フード付風力発電装置の構成を示す全体斜視図である。 本発明の増速フード付風力発電装置と従来の風力発電装置との発電特性を示すもので、（ａ）は設置場所の一日の風速を示す図であり、（ｂ）は従来の風力発電装置の発電出力を示す特性図であり、（ｃ）は増速フード付風力発電装置の発電出力を示す特性図である。 本発明の増速フード付風力発電装置と従来の風力発電装置との発電出力の比率を示す特性図である。 本発明の増速フード付風力発電装置及び従来の風力発電装置それぞれの出力と風速との関係をパワーカーブで示す特性図である。 本発明における第１実施形態に係る増速フード付風力発電装置の増速フードの変形例を示す正面図である。 本発明における第１実施形態に係る増速フード付風力発電装置の増速フードの他の変形例を示す正面図である。 本発明における第１実施形態に係る増速フード付風力発電装置の増速フードの他の変形例を示す正面図である。 本発明における第１実施形態に係る増速フード付風力発電装置の増速フード内におけるプロペラ型風力発電機の設置状況を示す正面図である。 本発明における第１実施形態に係る増速フード付風力発電装置の増速フード内におけるプロペラ型風力発電機の設置状況を示す正面図である。 断面視三角形の増速フード内におけるプロペラ型風力発電機の設置状況を示す正面図である。 断面視三角形の増速フード内に複数のプロペラ型風力発電機を設置する場合の設置例を示す正面図である。 断面視四角形の増速フード内におけるプロペラ型風力発電機の設置状況を示す正面図である。 断面視長方形の増速フード内に垂直軸型風力発電機を設置する場合の設置状況を示す正面図である。 断面視長方形の増速フード内に垂直軸型風力発電機を設置する場合の他の設置状況を示す正面図である。

符号の説明

１ 増速フード付風力発電装置
３ 流入口
４ 流出口
６ 増速フード
８ プロペラ型風力発電機（風力発電機）
１３ フランジ部
１４ 回転翼(風車羽根)
１６ 板部
２７ 風向・風速センサ（風向・風速計）
２８ 制御装置
４２ 垂直軸型風力発電機（風力発電機）

Claims (11)

1. 風の流入口から流出口にかけて中空の筒形状を呈し、前記流出口における内壁周辺長さが前記流入口における内壁周辺長さと同等かそれ以上で、前記流出口の周縁から外向に張り出したフランジ部を有する増速フードと、
   該増速フード内に設けられ、該増速フードの前記流入口から流入する風を受ける風力発電機とを有した増速フード付風力発電装置であって、
   前記増速フードの外部に、該増速フードの中心軸に平行な平板状の板部を少なくとも１つ有していることを特徴とする増速フード付風力発電装置。
2. 前記風力発電機は、プロペラ型風力発電機または垂直軸型風力発電機であることを特徴とする請求項１に記載の増速フード付風力発電装置。
3. 前記増速フード内の前記流入口近傍に、少なくとも１台以上の前記風力発電機を設けることを特徴とする請求項１または２に記載の増速フード付風力発電装置。
4. 前記風力発電機は、複数枚の風車羽根を有するプロペラ型風力発電機で、前記増速フードの前記流入口の直径は、前記風車羽根の回転直径以上の長さであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の増速フード付風力発電装置。
5. 前記風力発電機は、複数枚の風車羽根を有するプロペラ型風力発電機で、前記風車羽根を前記増速フードの前記流入口から所定距離おいた設置位置に位置させるようにして設けられ、前記流入口と前記風車羽根の設置位置との距離は、前記流入口の直径をＤとすると、前記増速フードの長さが１×Ｄ以上の場合には、０．０５×Ｄから１×Ｄの範囲内であるとともに、前記増速フードの長さが１×Ｄ未満の場合には、０．０５×Ｄから該増速フードの長さの範囲内であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の増速フード付風力発電装置。
6. 前記風力発電機は、複数枚の風車羽根を有するプロペラ型風力発電機で、該プロペラ型風力発電機の前記風車羽根の中心軸を前記増速フードの中心軸に一致させるようにして設けることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の増速フード付風力発電装置。
7. 前記風力発電機は、複数枚の風車羽根を有するプロペラ型風力発電機で、該プロペラ型風力発電機を複数設け、これらプロペラ型風力発電機の前記風車羽根の中心軸を前記増速フードの中心軸に平行するようにして設けることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の増速フード付風力発電装置。
8. 前記増速フードの断面形状が円形、楕円形、三角形、四角形または多角形のいずれかであることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の増速フード付風力発電装置。
9. 前記増速フードの前記フランジ部のフランジ幅は、前記流入口の直径をＤとすると、０．１×Ｄ以上であることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の増速フード付風力発電装置。
10. 前記増速フードの斜面と前記増速フードの中心軸とのなす傾斜角度θが、０°≦θ≦１５°であることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の増速フード付風力発電装置。
11. 風の流入口から流出口にかけて中空の筒形状を呈し、前記流出口における内壁周辺長さが前記流入口における内壁周辺長さと同等かそれ以上で、前記流出口の周縁から外向に張り出したフランジ部を有する増速フードと、
    該増速フード内に設けられ、該増速フードの前記流入口から流入する風を受ける風力発電機とを有した増速フード付風力発電装置であって、
    設置場所において、季節や月別の風向データを計測する風向・風速計と、
    該風向・風速計によって収集したデータに基づいて前記増速フードの向きを制御する制御装置とを備えていることを特徴とする増速フード付風力発電装置。
    
    

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