JP2011094582A - 風力発電ユニットおよびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】垂直軸風車の羽材と台座を簡単に装着でき、かつ安価に製造できる羽材と台座を提供する。
【解決手段】羽材と台座の双方にアルミ合金を材料の押出加工によって形成可能なタッピングホール備えることで、アルミ合金の押出加工技術のみによって形成した部材だけで垂直軸風車を構成する
【選択図】 図２

Description

本発明は、風力を利用して発電を行う風力発電装置を、アルミサッシの手摺・フェンスに組み込んだシステムに関するものである。

近年、クリーンエネルギーへの要請への高まりから、風力発電システムが注目されている。一般に、風力発電システムは、大きなプロペラを回す水平軸風車が一般的である。ここで「水平軸風車」とは、風向きに対して回転軸が平行となるタイプの風車である。しかし、この水平軸風車は、変化する風向きに対して平行であり続ける必要があり、一般には大型になる。

これに対して、風向きに対して回転軸が垂直となる「垂直軸風車」は、風向きの変化に対して方向を制御する必要がなく、小型化が可能である。この垂直軸風車には、揚力型（揚力で回転力を得る風車）と抗力型（抗力で回転力を得る風車）がある。また、両者を兼ね備えたタイプのものもある。

上記の垂直軸風車は比較的狭いスペースに設置できるため、フェンスタイプのものも提案されている。
特開２００３−２１０４５

この例では、垂直軸風車としてクロスフロー風車を「工場や一般家屋の敷地周囲に設けられた塀」の代わりに敷設できることが示されている。

上記の例では、クロスフロー風車を塀の代わりに用いている。この特許文献は個々のクロスフロー風車の構造を詳細に開示している訳ではないが、一般的に、このような風車を作る場合、図３のように、羽材を羽台座にビス止め等の方法で固定する必要がある。しかし、この方法では、加工が複雑になり費用が高くなる。

アルミサッシのフェンスに組み込む場合、土台となるアルミサッシは非常に安価に製造できる。従って、トータルシステムのコスト上昇を抑制するためには、上記のアルミサッシ形成の技術−具体的には、アルミ合金を材料に用いて、押出加工によって形成する技術によって、材料が加工されることが望ましい。

上記問題を解決するために、本願発明では、一般的なアルミサッシのフェンスを用い、従来のアルミサッシの加工技術の延長線上によって、風力発電システムを構成した。

フェンス型のシステムとするため、また、風向に左右されないようにするため、垂直軸風車を用い、従来のアルミフェンスに組み込める形状とした。

風車の形状は、羽格子に羽材を付加した形状を採用している。羽材を付加しなければ、普通のアルミサッシフェンスとして利用できるものである。

必要なコストを低減するには“風力発電システム”を従来のフェンス施工技術を十分活用した上で、最大限費用の増大を抑える必要がある。具体的には、アルミサッシと同じ材料（アルミ合金）によって主要な部材（例えば、支柱、羽材、羽台座、羽格子）を製造し、これを簡単な方法で組立てることが必要になる。

羽格子に羽材を付加するために、羽材、羽格子を上下から固定する部材（以下、羽台座）を用いる。この羽台座と羽材、羽格子を各々上下から“固定”して、羽材と羽格子を固定する。

この羽台座と羽材、羽格子を固定するために、羽台座、羽材、羽格子の各々のタッピングホールを備え、前記羽台座のタッピングホールと前記羽格子あるいは羽材のタッピングホールを合わせて、取付部材を前記タッピングホールに挿入・結合する。

このタッピングホールというものは、従来であれば（例えば、図３のように）ビス止めする接合部を設定する。この方法は、確かに接合部に必要な材料は少量である。しかし、このような形状の部材は、アルミサッシを形成する押出加工によっては製造できない。

さらに、風車を軽量化するために、羽台座の断面形状が、羽材と羽格子を結合した構造物の断面形状と同一にする。

また、羽材と羽台座を結合した構造物がサボニウス型風車に近い形状にする。これにより低い風速域でも十分に風車が回転できるサボニウス型風車に近い特性が得られる。

上記の羽材、羽格子、羽台座は、アルミサッシの加工技術を用いて製作できる。従って、コストの上昇は最小限に抑えられる。

本願発明により、従来のアルミサッシと比べて、コスト上昇を僅少に抑えた風力発電システムが構成できる。低価格であるため、広大な範囲に敷設可能になる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。

図１には、実施例１の風力発電システムの全体部である。

図１において、支柱１０１、下桟１０４、笠木１１０は固定した（動かない）骨格のフェンスを形成している。このフェンスに、羽格子台座１１２に取り付けられた羽格子１０２が、ベアリング１０３を用いることで回転自在に設置されている。この羽格子台座１１２に取り付けられた羽格子１０２が、各々垂直軸風車を構成している。この風車で得られた動力は、図示はしていないが各々に装着された発電装置１０６を駆動してもよいし、図１のようにドライブシャフト１０８を介して、複数の風車の動力で一つの発電装置１０６を駆動させてもよい。

図１では、支柱１０１の間に羽格子台座１１２に取り付けられた羽格子１０２によるサボニウス型類似の垂直軸風車が１０本備えられている。

図２には、本願発明による垂直軸風車の構成例を示している。図２(a)は、羽格子１０２の断面図、図２(b)は羽格子台座１１２の例である。この二つの図を見比べれば分かるように、図２(b)は羽格子台座１１２には、図２(a)は、羽格子１０２が３枚装着できる形状をしている。そして、羽格子１０２、羽格子台座１１２の双方に、羽格子１０２と羽格子台座１１２を簡単に結合させるための穴（以下、タッピングホール）を設けている。

このタッピングホールは、対応する位置に、同じ穴径で設けられる。この穴に対応する棒状の素材で両者を貫通するか、またはビス留めすれば、従来のように複雑な加工を行わなくとも、垂直軸風車が容易に構成できる。

図２(b)は羽格子台座１１２は複雑な形状をしているが、アルミ合金を押出加工すれば、アルミ素材、あるいはアルミ合金素材を用いるならば、比較的容器に加工できる。

図３と図４で、本発明の実施例２を説明する。図３には、一般的なサボニウス型風車の構成例を示す。これに対して、図４では、本願発明によるサボニウス型風車の構成例を示す。

一般的なサボニウス型風車は（図示はしていないが）半円形の羽を二枚ずらせ形成する。図３の形状も広い意味ではサボニウス型風車である。何れにしても、サボニウス型風車の場合、二枚の羽を台座に固定する必要がある。

この方法としては、図３のように、ビスを使用する方法が一般的である。すなわち、ビス３０４によって、上台座３０１あるいは下台座３０２と羽３０３に備えられている取付部３０５とを結合する。

しかし、この方法では、羽の加工が煩雑になる。フェンス型風車の場合、装着する垂直軸風車の数は、非常に多数であることを想定している。従って、このような煩雑な羽材では、コストが高くなり、多数の風車を装着する障害になる。

これに対して、本願発明の実施例を図４に示す。本願でもビス留めすることは変わらない。しかし、羽材自体にビス留め穴となるタッピングホールが形成されている。

図３の羽材３０３と図４の羽材４０３の違いは一見して明らかであるが、本願発明の羽材は、どの断面でも同じ形状をしていることにある。

このため、本願の羽材は、アルミの押出加工によって形成できる。これに対して、図３の羽材は、本願の羽材よりも複雑な工程が必要となる。従って、図３の羽材は（一見すれば材料の使用が少なく安価に見えるが）結局コストが高くなるのに対して、本願発明は安価に制作できる利点がある。

本発明は、従来のアルミサッシによるフェンスを敷設する場所には、コストの上昇を抑えて敷設できる。

本発明の実施例１の全体図 図１の羽格子と羽台座の説明 サボニウス型風車の例 本願発明の実施例２の説明図

１０１ ；支柱
１０２ ；羽格子
１０３ ；ベアリング
１０４ ；下桟
１０５ ；取付ビス
１０６ ；発電装置
１０７ ；非接触ギア
１０８ ；ドライブシャフト
１０９ ；ギアボックス
１１０ ；笠木
１１１ ；取付ビス
１１２ ；羽格子台座
２０１ ；タッピングホール（羽格子）
２０２ ；タッピングホール（羽格子台座）
３０１ ；上台座
３０２ ；下台座
３０３ ；羽（従来例）
３０４ ；取付ビス
３０５ ；取付部
４０１ ；上台座
４０２ ；下台座
４０３ ；羽
４０４ ；取付ビス
４０５ ；取付部

Claims (5)

1. 風に対して回転軸が垂直となる風車（以下、垂直軸風車）によって発電を行う風力発電機を、固定された支柱の間に組み込んだ、アルミサッシを用いた手摺型フェンス風力発電システムにおいて、
   前記風車が、羽材と羽台座を備え、羽材と羽台座には両者を結合する取付部材を挿入するためのタッピングホールを備え、前記羽材のタッピングホールと前記羽台座のタッピングホールの位置を合わせて、取付部材を前記タッピングホールに挿入・取付けたことを特徴とした風力発電システム。
2. 請求項１に係わり、
   羽台座の断面形状が、羽材と羽格子を結合した構造物の断面形状と同一であることを特徴とした風力発電システム
3. 請求項１あるいは２に係わり、
   羽材と羽台座を結合して構成される垂直軸風車がサボニウス風車であることを特徴とした風力発電システム。
4. 請求項１あるいは２に係わり、
   羽材と羽台座を結合して構成される垂直軸風車がクロスフロー風車であることを特徴とした風力発電システム。
5. 請求項１〜４に係わり、
   支柱、羽材、羽台座、羽格子がアルミ合金を押出加工して形成されたことを特徴とする風力発電システム。