JP2011220321A - 発電装置及び発電ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】流体の強さ及び向きが複雑に変化する立地条件に適した流体発電装置の提供。
【解決手段】発電装置２は、流体の流路４６と、流路４６を囲む壁１０と、この壁１０を貫通する複数の窓１４と、羽根を備えた羽根車１６と、発電機とを備えている。羽根は、流路４６内であって、流路４６の軸線方向で一の窓１４と他の窓１４との間に位置している。この羽根車１６は、流路４６の軸線を回転軸として回転可能に支持されている。一の窓１４の位置と他の窓１４の位置とは、流路の周方向で異なっている。好ましくは、羽根車は、案内面を有する案内板と、案内板を間にして上方に位置する上羽根と、下方に位置する下羽根とを備えている。案内板が上流から下流に向かって流体の流れる向きを径方向に変えており、この流体から受ける回転力の向きが上羽根と下羽根とで同じにされている。
【選択図】図５

Description

本発明は、流体の流れにより発電する発電装置と、この発電装置に用いられる発電ユニットとに関する。

流体発電装置の一種として、風力発電装置がある。風力発電装置は、風力エネルギーを電気エネルギーに変換する。この風力発電装置では、風車が風力により回転させられる。この風車の回転運動から電気エネルギーが得られている。この風車として、プロペラ型風車、ダリウス型風車等が用いられている。

このような風車を用いた風力発電装置は、一様な向き及び一様な強さの風が吹く立地に適している。市街地では、建物が密集している。市街地では、風向き及び風の強さが複雑に変化する。この風力発電装置は、市街地での接地に適さない。

特開２００５−５４６９５公報には、市街地に適した風力発電装置が提案されている。この風力発電装置は、円筒形状の風受ドラム及びドラム型風車を備えている。ドラム型風車は、風受ドラムの内部空間に位置している。いずれかの方向から吹く風は、この風受ドラムで設定向きの風に整流される。この整流された風によりドラム型風車が回転させられる。この風力発電装置は、多方向から吹く風により、ドラム型風車を回転させ得る。

特開２００５−５４６９５公報

市街地では、風向き及び風の強さが短い時間に様々に変化する。風が弱い状態では、前述のドラム型風車でも継続的に回転させることは困難である。この風力発電装置であっても、継続的に発電させることは難しい。

本発明の目的は、風等流体の強さ及びその向きが複雑に変化する立地条件に適した流体発電装置を提供することにある。

本発明に係る発電装置は、流体の流路と、この流路を囲む壁と、この壁を貫通する複数の窓と、羽根を備えた羽根車と、発電機とを備えている。この羽根は、流路内であって、流路の軸線方向で一の窓と他の窓との間に位置している。この羽根車は、この流路の軸線を回転軸として回転可能に支持されている。この一の窓の位置と他の窓の位置とは、流路の周方向で異なっている。

好ましくは、上記羽根車は、案内面を有する案内板を備えている。上記羽根は、この案内板を間にして流路内の上方に位置する上羽根と下方に位置する下羽根とからなっている。この案内面は、案内面に向かう流体の流れる向きを上流から下流に向かって羽根車の径方向の向きに変えている。この上羽根と下羽根とは、流路の軸線に垂直な断面において羽根車の径方向に対して傾けられている。この径方向の向きに流れる向きを変えられた流体から受ける回転力の向きは、上羽根と下羽根とで同じにされている。

好ましくは、上記案内板は、上記案内板が流路の上方に面する上案内面と、流路の下方に面する下案内面とを備えている。この上案内面は、上方から下方に向かって中心から径方向外向きに拡がる面である。この下案内面は、下方から上方に向かって中心から径方向外向きに拡がる面である。この上羽根は、上案内面の外周部に位置している。この下羽根は、下案内面の外周部に位置している。この上羽根と下羽根とは、流路の軸線に垂直な断面において羽根車の径方向に対して同じ向きに傾けられている。

好ましくは、上記発電機は、羽根車の一方向き及び他方向きのいずれの向きの回転に対しても電力エネルギーの正極及び負極を一定の向きに整える整流部を備えている。

好ましくは、上記発電機は、磁石とコイルとを備えている。この磁石又はコイルのいずれか一方の一対は、互いに対向している。この一方の一対は、他方を間にして配置されている。この磁石とコイルとが相対的に移動することで発電がされる。

好ましくは、この発電装置は、蓄電池及び電気接続器具を備えている。この発電装置は、この発電機により発電された電気エネルギーがこの蓄電池に蓄えるように構成されている。この発電装置は、この電気接続器具を介して電気機器を充電可能に構成されている。

好ましくは、この発電装置では、上記壁がコンクリート又は金属からなる。好ましくは、この発電装置は、配電線を支持する支持部を備えている。

好ましくは、この発電装置は、上記流路の上端に上方へ貫通している開口を備えている。好ましくは、この発電装置は、上記開口に取り付けられたフードを備えている。このフードは、下カバーと上カバーとを備えている。この下カバーと上カバーとの間に流体のフード流路が形成されている。この上カバーと下カバーの間隔は、周辺から中央に向かって徐々に狭くなっている。上記開口は、下カバーの中央でフード流路に接続されている。

好ましくは、発電装置の上記上カバーが周辺から中央に向かって徐々に下方に凹んだ形状を備えている。この上カバーの凹んだ中央部に貫通孔が形成されている。

本発明に係る発電ユニットは、本体と、本体を上下方向に貫通する空孔と、本体を貫通して空孔に接続する窓と、羽根を備えた羽根車と、発電機とを備えている。この羽根車は、この空孔の軸線を回転軸として回転可能に支持されている。この羽根は、空孔内であって窓と空孔の上下方向一方端との間に位置している。

好ましくは、この発電ユニットでは、上記羽根車は、案内面を有する案内板を備えている。上記羽根は、この案内板を間にして流路内の上方に位置する上羽根と下方に位置する下羽根とからなっている。この案内面は、案内面に向かう流体の流れる向きを上流から下流に向かって羽根車の径方向の向きに変えている。この上羽根と下羽根とは、流路の軸線に垂直な断面において羽根車の径方向に対して傾けられている。この径方向の向きに流れる向きを変えられた流体から受ける回転力の向きは、上羽根と下羽根とで同じにされている。

本発明に係る発電装置では、複雑に変化する風が窓から入り込むことで、流路の窓周辺部の間で差圧が生じる。この差圧により、流路に空気の流れが生じる。この空気の流れにより羽根が回転させられる。この発電装置は、複雑に変化する風を受けて発電し得る。本発明に係る発電ユニットの複数台を接続することで前述の発電装置が構成され得る。この発電ユニットの組み合わせ台数で、その高さを変更し得る。それぞれの発電ユニットの窓の位置を流路の周方向に異ならせて、発電ユニットが接続され得る。この発電ユニットを接続して形成した発電装置は、様々にその窓の位置を変更し得る。

図１は、本発明の一実施形態に係る発電装置が示された斜視図である。 図２は、図１の発電装置の発電ユニットが第二フードと共に示された平面図である。 図３は、図２のIII−III線に沿った断面図である。 図４は、図１の発電装置の電気回路図である。 図５は、図１の発電装置の使用状態の一部が示された説明図である。 図６は、図１の発電装置の他の使用状態が示された説明図である。 図７は、図１の発電装置の更に他の使用状態が示された説明図である。 図８は、本発明の他の実施形態に係る発電装置が示された斜視図である。 図９は、本発明の更に他の実施形態に係る発電装置が示された正面図である。 図１０は、本発明の更に他の実施形態に係る発電装置が示された斜視図である。 図１１は、図１０の発電装置の発電ユニットが示された平面図である。 図１２は、図１１のXII−XII線に沿った断面図である。 図１３は、図１２の矢印XIIIで示された部分拡大図である。 図１４（ａ）は図１３のXIVａ−XIVａ線に沿った断面図であり、図１４（ｂ）は図１３のXIVｂ−XIVｂ線に沿った断面図である。

以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。

図１に示された発電装置２は、５台の発電ユニット４として、発電ユニット４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ及び４ｅを備えている。この発電装置２は、第一フード６及び複数の第二フード８を備えている。

図２は、図１の発電ユニット４ａが第二フード８と共に示された平面図である。図３は、図２のIII−III線に沿った断面が示されている。ここでは、説明の便宜上、図３の上下方向を発電ユニット４ａの上下方向として説明がされる。この発電ユニット４ａは、壁としての筒１０、空孔１２、窓１４、羽根車１６及び発電機１８を備えている。

この発電ユニット４ａの本体としての筒１０の形状は、例えば円筒である。この筒１０の断面は円形であるが、筒１０の断面は多角形であってもよい。空孔１２は、筒１０に囲まれている。空孔１２は、円柱形状の空間である。図３の一点鎖線Ｌは、この空孔１２の軸線を示している。この軸線Ｌは、上下方向に延びている。空孔１２は、筒１０の上端面２２から下端面２４まで上下方向に貫通している。空孔１２は、その上端及び下端が開口されている。窓１４は、筒１０の外周面から内周面に貫通している。窓１４は、軸線Ｌに交わる向きに貫通している。筒１０の外周面から内周面に向かう、窓１４の前方には、筒１０の内周面が位置している。この発電装置２では、この窓１４は軸線Ｌに直交する向きに貫通している。

図２に示されるように、この筒１０の上端面２２に、８箇所のねじ孔２６が形成されている。この８箇所のねじ孔２６は、直径φＤの円周上に位置している。この８箇所のねじ孔２６は、その円周方向に等間隔に配置されている。図示されないが、下端面２４には、８箇所のボルト孔２８が形成されている。８箇所のボルト孔２８は、ねじ孔２６と同じ直径φＤの円周上に位置している。この８箇所のボルト孔２８は、その円周方向に等間隔に配置されている。この筒１０は、上端部３０及び下端部３２に隣合う他の筒１０との締結手段を備えている。このねじ孔２６及びボルト孔２８はそれぞれ８箇所設けられているが、２箇所以上であればよい。

羽根車１６は、縁部３４、芯部３６及び羽根３７を備えている。縁部３４の形状は、円筒である。この縁部３４の中心に芯部３６が位置している。羽根３７の一端は、縁部３４に固定されている。羽根３７の他端は、芯部３６に固定されている。羽根３７は、芯部３６と縁部３４との間に位置している。羽根３７は、芯部３６から縁部３４に延びている。言い換えると、羽根３７は、羽根車１６の径方向に延びている。羽根３７は、空孔１２内に位置している。この羽根車１６は、上下方向において窓１４の上方に位置している。この羽根車１６は、窓１４と上端面２２との間に位置している。この羽根車１６は、上下方向において窓１４の下方に位置してもよい。この羽根車１６は、窓１４と下端面２４との間に位置してもよい。

発電機１８は、ベアリング２０、コイル３８及び磁石３９を備えている。図３に示される様に、このコイル３８は、筒１０に固定されている。複数のコイル３８が、筒１０の内周面に沿って配置されている。磁石３９は、縁部３４の外周面に固定されている。複数の磁石３９が、縁部３４の外周面に沿って配置されている。

羽根車１６の縁部３４は、ベアリング２０を介して筒１０に支持されている。羽根車１６は、筒１０に支持されている。羽根車１６は、空孔１２の軸線Ｌを回転軸として回転可能されている。この磁石３９は、羽根車１６と共に回転し得る。この磁石３９とコイル３８とは、対向している。この磁石３９とコイル３８との間には、隙間が形成されている。この発電ユニット４ａは、ボルト４１を備えている。このボルト４１は、その軸線に沿った貫通孔を有している。

図４には、この発電機１８の電気回路が蓄電池４２と共に示されている。発電機１８は、変圧器４３、整流部４４及び電圧調整部４５を備えている。変圧器４３は、電圧を高く変換する機能を備えている。整流部４４は、ダイオードブリッジで構成されている。この整流部４４は、交流電圧を直流電圧に変換する機能を備えている。この整流部４４は、電力エネルギーの正極及び負極を一定の向きに整える機能を備えている。電圧調整部４５は、コンデンサ、コイル及び抵抗で構成されている。電圧調整部４５は、電圧及び電流の大きさを平滑にする機能を備えている。発電された電気エネルギーは、変圧器４３、整流部４４及び電圧調整部４５を経て蓄電池４２に送られる。

ここでは、発電ユニット４ａについて説明がされた。発電ユニット４ａと発電ユニット４ｂ、４ｃ、４ｄ及び４ｅとでは、窓１４の周方向位置が異なっている。また、発電ユニット４ｅでは、２つの窓１４が、筒１０の周方向に位置をずらされて形成されている。発電ユニット４ｂ、４ｃ、４ｄ及び４ｅのその他の構成は、発電ユニット４ａのそれと同様であり、その説明が省略される。この発電装置２では、発電ユニット４ａから４ｅの各発電機１８が一の蓄電池４２に接続されている。一の蓄電池４２に代えて、発電ユニット毎に蓄電池を備えていてもよい。

図５に示されるように、この発電装置２では、発電ユニット４ｃの下に発電ユニット４ｄが接続されている。発電ユニット４ｃの下端面２４が、発電ユニット４ｄの上端面２２に当接させられる。ボルト４１は、発電ユニット４ｃのボルト孔２８に通されている。ボルト４１は、発電ユニット４ｄのねじ孔２６にねじ込まれている。電線４０は、ボルト４１の貫通孔に通されている。電線４０は、発電ユニット４ｃの筒１０の内部から発電ユニット４ｄの筒１０の内部に通されている。この発電ユニット４ｃと発電ユニット４ｄとは、８本のボルト４１により締結されている。電線４０は、いずれかのボルト４１を通されている。

同様にして、発電ユニット４ａと発電ユニット４ｂとが接続され、発電ユニット４ｂと発電ユニット４ｃとが接続され、発電ユニット４ｄと発電ユニット４ｅとが接続されている。この発電装置２では、発電ユニット４ａから４ｅまでの５台が接続させて形成されている。発電ユニット４ａから４ｅの上端部及び下端部には、上下方向に隣り合う他の発電ユニットとの締結手段が備えられている。発電ユニット４ａから延びる電線４０は、発電ユニット４ａから４ｅまで通されている。発電ユニット４ｂから延びる電線４０は、発電ユニット４ｂから４ｅまで通されている。発電ユニット４ｃ及び４ｄも同様にして発電ユニット４ｅまで、それぞれから延びる電線４０が通されている。

図６に示されるように、この発電ユニット４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ及び４ｅの空孔１２の軸線Ｌが、一致している。発電ユニット４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ及び４ｅの空孔１２の直径は一致している。この発電装置２では、それぞれの空孔１２が連続して一つの流路４６が形成されている。この流路４６の軸線は、軸線Ｌに一致している。この流路４６は、上下方向に延びている。最も下方に位置する発電ユニット４ｅが架台４８に固定される。発電ユニット４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ及び４ｅから延びる電線４０は、架台４８を通されて蓄電池４２に接続されている。この架台４８に代えて、発電ユニット４ｅは、地面に固定されてもよい。この流路４６は、下端で塞がれている。この発電装置２は、流路４６の上端に開口５０を備えている。この開口５０は、発電ユニット４ａの空孔１２の上端に位置する。軸線Ｌに直交する平面において、開口５０の形状は円形である。

この発電ユニット４ａの上端面２２に、第一フード６が取り付けられている。この第一フード６は、下カバー５２、上カバー５４及びステー５６を備えている。下カバー５２の形状は、円板形状である。下カバー５２の中央に孔５８が形成されている。この孔５８は円形である。この孔５８の直径は、開口５０の直径と同じにされている。上カバー５４の形状は、円板形状である。この上カバー５４は、周辺から中央に向かって徐々に下方に凹んだ形状を備えている。この上カバー５４の中央には、貫通孔６０が形成されている。この貫通孔６０は、孔５８に比較して遙かに小さい。ステー５６の一端が下カバー５２に固定されており、ステー５６の他端が上カバー５４に固定されている。この下カバー５２と上カバー５４とが上下方向に対向して配置されている。

この下カバー５２と上カバー５４とは上下方向に空間を隔てて対向している。この下カバー５２と上カバー５４との間に流体が流れるフード流路６２が形成されている。このフード流路６２の上下方向の高さは、第一フード６の周辺から中央に向かって徐々に狭くなっている。この下カバー５２は、発電ユニット４ａの上端面２２に取り付けられている。第一フード６の孔５８の位置が開口５０の位置に一致させられている。開口５０はフード流路６２に接続されている。流路４６の軸線Ｌは、このフード流路６２に直交している。

第二フード８が、発電ユニット４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ及び４ｅに取り付けられている。この第二フード８は、その一方端に窓１４の形状に合わせた開口部を備えている。第二フード８は、この開口部から他方端に向かって除除にその開口部が大きくされている。この第二フード８の開口部が、窓１４の位置に合わせて取り付けられている。

図５の実線矢印は、風の流れの一例を示している。この矢印は、流体としての空気の流れを示している。この風は、図５の左から右に吹いている。この風は、発電ユニット４ｃの窓１４から空孔１２に吹き込む。この風は、発電ユニット４ｄの窓１４から空孔１２に吹き込まない。発電ユニット４ｃの空孔１２と発電ユニット４ｄの空孔１２とで差圧が生じる。これにより、発電ユニット４ｃの空孔１２から発電ユニット４ｄの空孔１２に空気の流れが発生する。風は、発電ユニット４ｄの羽根車１６を通り抜けて発電ユニット４ｄの窓１４から吹き出る。この風により、この羽根車１６が一方の向きに回転する。これにより、発電ユニット４ｄの発電機１８が発電する。

発電された電気エネルギーは、変圧器４３で電圧を高くされる。その後、この電気エネルギーは整流部４４で交流電圧から直流電圧に整流される。更に、この電気エネルギーは電圧調整部４５でその電圧及び電流の大きさが平滑にされる。平滑にされた後に電気エネルギーが蓄電池４２に蓄えられる。

図５の一点鎖線の矢印は、風の流れの他の例を示している。市街地では、風の方向及び風の強さが様々に変化する。風が実線矢印の向きに吹いた直後に、風が一点鎖線の矢印の向きに吹くこともある。一点鎖線の矢印で示された風は、図５の右から左に吹いている。この風は、発電ユニット４ｄの窓１４から空孔１２に吹き込む。この風は、発電ユニット４ｃの窓１４から空孔１２に吹き込まない。発電ユニット４ｃの空孔１２と発電ユニット４ｄの空孔１２とで差圧が生じる。これにより、発電ユニット４ｄの空孔１２から発電ユニット４ｃの空孔１２に空気の流れが発生する。風は、発電ユニット４ｄの羽根車１６を通り抜けて発電ユニット４ｃの窓１４から吹き出る。この空気の流れにより、この羽根車１６が他方の向きに回転する。

整流部４４により、羽根車１６が一方の向き及び他方の向きのいずれの向きに回転しても、電気エネルギーの正極及び負極が一定の向きに整えられている。この整えられた電気エネルギーが蓄電池４２に送られる。羽根車１６が一方及び他方のいずれの向きに回転しても、蓄電地４２に電気エネルギーが蓄えられる。

この発電装置２では、発電ユニット４ｃと発電ユニット４ｄとが隣り合っている。発電ユニット４ｃの窓１４の位置と発電ユニット４ｄの窓１４の位置とが流路４６（空孔１２）の周方向で異なっている。前述のように、風が吹くと、この流路４６では、風が吹き込み易い窓１４周辺部と風が吹き込み難い窓１４の周辺部とで差圧が発生する。これにより、流路４６に空気の流れが生じる。

上端に位置する発電ユニット４ａの窓１４の位置と、その下方に隣接する発電ユニット４ｂの窓１４の位置とが、流路４６の周方向で異なっている。発電ユニット４ｂ、４ｃ及び４ｄの窓１４の位置は、上下に隣り合う他の発電ユニットの窓１４のうち少なくともいずれか一方の窓１４の位置と、流路４６の周方向で異なっている。下端に位置する発電ユニット４ｃの窓１４の位置は、その上方に隣接する発電ユニット４ｄの窓１４の位置と、流路４６の周方向で異なっている。発電ユニット４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ及び４ｅのそれぞれ隣り合う窓１４の間の流路４６で、空気の流れが生じる。これにより、この発電装置２は、風の向き及び強さが複雑に変化する立地条件でも発電し得る。

この発電装置２の窓１４に、第二フード８が取り付けられている。この第二フード８により、窓１４の入口より広い範囲の風が流路４６に入り込む。この第二フード８は、流路４６で発生する差圧をより大きくする。この第二フード８を備える発電装置２は、この第二フード８を備えない発電装置に比べて発電効率に優れている。

図６の矢印は、風の流れを示している。一般に、風は、地面近傍より上空で強く吹く。図６に示されるように、発電装置２の上方で強い風が流れる。この風の流れにより、流路４６の開口５０から空気が吸い出される。複数の窓１４から、流路４６に空気が流れ込む。これにより、発電装置２の流路４６には、下方から上方に向かって風の流れが生じる。この風の流れにより、羽根車１６が他方の向きに回転させられる。この発電装置２は、上方の強い風を利用して発電し得る。この発電装置２は、地面近傍の風が弱くても発電し得る。

フード流路６２は、第一フード６の周辺から中央に向かって徐々に上下方向の高さが狭くなっているので、フード流路６２を流れる風の流速は周辺部に比べ中央部で速くなっている。これにより、この発電装置２では、流路４６からの空気の単位時間当たりの吸い出し量がより大きくされている。これにより、流路４６の空気の流れがより大きくされている。

この発電装置２の窓１４は、発電ユニット毎に流路４６の周方向の様々な位置に設けられている。これにより、様々な向きの風が、窓１４から吹き込む。様々な向きの風が、流路４６に流れ込む。これにより、流路４６では、差圧が生じる。この流路４６で空気の流れが生じる。この空気の流れにより、発電装置２は発電し得る。市街地では、建物が密集する。市街地では、風向き及び風の強さは、様々に変化する。この発電装置２は、この様な立地条件でも発電し得る。

この発電ユニット４ａは、筒１０の空孔１２に羽根車１６、コイル３８及び磁石３９を位置させている。発電ユニット４ａは、羽根車１６及び発電機１８の回転部分が露出していない。この発電ユニット４ａは、安全性に優れている。この発電ユニット４ａでは、騒音が抑制されている。鉄筋コンクリートや金属などからなる筒１０では、この発電ユニット４ａは、電波障害の原因になりにくい。発電ユニット４ｂから４ｅも同様の構成を備えており、同様の効果を有する。この発電ユニット４ａから４ｅを複数台組み合わせた発電装置２でも同様な効果が得られる。

図７の矢印は、流体としての雨水の流れを示している。この発電装置２では、上カバー５４により雨水が集められる。上カバー５４の周辺から中央に雨水が流れる。雨水が貫通孔６０から開口５０へ流れ込む。雨水が流路４６に侵入する。この雨水の流れにより、発電ユニット４ａの羽根車１６が一方の向きに回転させられる。この発電装置２は、雨水により発電され得る。

羽根車１６の芯部３６の上部は、上方を先端とする円錐形状にされている。貫通孔６０から流れ込む雨水は、この芯部３６より、流路４６の中心から羽根車１６の径方向外側に流される。羽根車１６が回転することで、雨水が流路４６の更に径方向外側を流れる。芯部３６の上部を円錐形状とすることに代えて、芯部３６の上方に、円錐形状のカバーが取り付けられてもよい。

図１の発電装置２は例示であり、本発明でいう発電装置は、２台以上の複数台の発電ユニット４を備えればよい。複数台の発電ユニット４を組み合わせることで、様々な高さの発電装置が形成され得る。この発電装置では、発電ユニット４ａを複数台組み合わせて構成してもよい。発電ユニット４ａの互いのねじ孔２６とボルト孔２８と組み合わせが、周方向に変えられ得る。この発電ユニット４ａは、互いの周方向位置をずらして接続し得る構成とされているので、窓１４の周方向位置を変えることができる。ねじ孔２６及びボルト孔２８が筒１０の円周方向に多く設けられるほど、窓１４の位置を細かく変え得る。この観点から、ねじ孔２６及びボルト孔２８などの締結手段は、４箇所以上が好ましく、８箇所以上が更に好ましい。

複数台の発電ユニット４を組み合わせることで、この発電装置は、建築物等の障害を避けた高さに出来る。その様に高くされた発電装置は、その上方の開口を建築物等の障害を避けた高さに位置させることが出来る。これにより、上空の風を利用した発電効率が向上し得る。一種類の発電ユニット４ａにより、窓１４の位置と発電装置の高さとが異なる発電装置が構成されてもよい。

この発電ユニット４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ及び４ｅでは、コイル３８が筒１０に固定され、磁石３９は縁部３４に固定されたが、磁石３９が筒１０に固定されコイル３８が縁部３４に固定されてもよい。また、発電装置は、発電ユニット４の組み合わせでなく、複数の発電ユニットが一体で形成された構成であってもよい。上下方向に延びる発電装置の形状は、下方が太くされ上方が細くされてもよい。下方から上方に向かって、発電装置の直径がテーパ状に徐々に小さくされてもよい。

図示されないが、複数の発電装置２が一列に並べられて防風壁として機能させられてもよい。防風壁として、発電装置２が強風を和らげる。この発電装置２の窓１４から吹き込む風により発電がされる。この発電装置２の上方を吹く風により、流路４６に下方から上方向きに風の流れが発生する。この発電機１８は、この風により発電する。

図示されないが、発電装置２は、コンセント、プラグ等の電気接続器具を備えてもよい。電気接続器具を備えることで、蓄電池４２に蓄えられた電気エネルギーを取り出すことが出来る。この発電装置２は、充電装置として使用し得る。

発電ユニット４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ及び４ｅにより形成された流路４６の軸線Ｌも直線であったが、流路４６の軸線Ｌは曲線であってもよい。流路４６の軸線Ｌが曲線である場合には、発電ユニット４ａから４ｅのうちの一方と他方とが接する端面において、両方の空孔１２の軸線が接しており、かつその接点における軸線の接線方向が一致していることが好ましい。即ち、複数の発電ユニット４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ及び４ｅそれぞれの空孔１２の軸線が滑らかに接続されていることが好ましい。

図８は、本発明に係る他の実施形態の発電装置６４が示されている。この発電装置６４は、支持部６６を備えていている。この支持部６６は、配電線６８を支持している。この配電線６８は、発電所等から需要所に至る電線路である。図示されないが、この発電装置６４は、複数台の発電ユニット４が接続されて形成されている。ここでは、発電装置２と同様の構成について、その説明が省略される。複数の発電装置６４が互いに間隔を置いて配置されている。図８には、複数の発電装置６４の一部である、２台の発電装置６４が示されている。一の発電装置６４の支持部６６に配電線６８が支持される。他の発電装置６４の支持部６６にも配電線６８が支持されている。複数の発電装置６４は、配電線６８を支持している。

この発電装置６４で発電された電気エネルギーは、配電線６８に送られる。この発電装置６４が発電した電気エネルギーは、配電線６８を介して、各家庭などの使用者に送られ得る。この発電装置６４は、配電線６８を支持する電柱と同様の形状に形成されている。この発電装置６４は、電柱として使用し得る。この発電装置６４は、従来からの景観を損なうことが抑制されている。この発電装置６４は、接地するスペースが小さい。市街地に容易に接地できる。この発電装置６４は、電気エネルギーを使用者の近くで発電出来る。この発電装置６４は、電気エネルギーの送電損失を小さくできる。

図９は、本発明に係る更に他の実施形態の発電装置７０が示されている。この発電装置７０は、左右一対の支柱７２、左右方向に伸びる梁７４及び一対の接続部７６を備えている。接続部７６の軸線は、直角に曲げられている。接続部７６は、軸方向に貫通する空孔を備えている。支柱７２は、複数の発電ユニット４が接続されて構成されている。梁７４は、複数の発電ユニット４が接続されて構成されている。一対の支柱７２は、起立して固定されている。一方の支柱７２の上端が一方の接続部７６の一端に接続されている。一方の接続部７６の他端が梁７４の左端に接続されている。梁７４の右端が他方の接続部７６の他端に接続されている。他方の接続７６の一端が他方の支柱７２の上端に接続されている。この発電装置７０は、一方の支柱７２の下端から他方の支柱７２の下端まで延びる流路を備えている。

この発電装置７０は、複数の窓１４を備えている。この窓１４が様々な方向に開けられている。例えば、発電ユニット４ａを用いることで、窓１４は、流路の周方向において８つの向きに向け得る。発電装置７０は、発電装置２と同様に、流路内部に差圧が生じる。発電装置７０は、この差圧により発電し得る。この発電装置７０では、梁７４も発電に寄与している。更に、梁７４には、貫通窓７８が形成されている。この貫通窓７８は、梁７４を前後方向に貫通している。貫通窓７８の貫通方向は、梁７４の流路に直交している。この貫通窓７８を、風が通り抜けることで、流路内部で空気の流れが生じ得る。貫通窓７８は、発電装置２の開口５０と同様に機能しうる。その他の構成は、発電装置２と同様であり、その説明が省略される。

この発電装置７０では直角に曲げられた接続部７６が用いられたが、梁７４の中央部が上方に凸に屈曲した形状を備えてもよい。接続部７６及び梁７４の軸線が全体で円弧上に湾曲されていてもよい。接続部７６及び梁７４の軸線が波形に屈曲されていてもよい。

図１０には、本発明に係る更に他の実施形態の発電装置８０が示されている。ここでは、発電装置２と異なる構成が説明される。発電装置２と同様の構成の説明が省略される。

この発電装置８０は、５台の発電ユニット８２ａ、８２ｂ、８２ｃ、８２ｄ及び８２ｅを備えている。この発電装置８０は、第一フード６、蓄電池４２及び架台４８を備えている。

図１１は、発電ユニット８２ａの平面図である。図１２は、図１１のXII−XII線に沿った断面図が示されている。図１３は、図１２の矢印XIIIで示された部分拡大図である。図１１から図１３に示されるように、この発電ユニット８２ａは、筒８４、空孔８６、窓８８、整流板８９、羽根車９０及び発電機９２を備えている。

図１１及び図１２に示されるように、本体としての筒８４の形状は、円筒である。筒８４の上端面９６に、ねじ孔９８が形成されている。このねじ孔９８は、例えば、８箇所に形成されている。この８箇所のねじ孔９８は、直径φＤの円周上に位置している。この８箇所のねじ孔９８は、その円周方向に等間隔に配置されている。この筒８４の下端面１００に、上端面９６と同様に、ねじ孔９８が形成されている。

図１２の一点鎖線Ｌは、この空孔８６の軸線を示している。この軸線Ｌは、上下方向に延びている。この空孔８６は、筒８４及び発電機９２に囲まれている。空孔８６は、円柱形状の空間である。空孔８６は、上下方向に貫通している。空孔８６は、その上端及び下端が開口されている。窓８８は、筒８４の外周面から内周面まで貫通している。この窓８８には、整流板８９が取り付けられている。

整流板８９は、細長い平板の組み合わせからなる。横方向をその長手方向として延びる平板と上下方向をその長手方向として延びる平板とが交叉している。これらの平板の広い平面は、筒８４の外周面から内周面の方向に拡がっている。横方向に延びる平板と縦方向に延びる平板とにより、窓８８が細かく仕切られている。

羽根車９０は、案内板としての上案内板１０２及び下案内板１０３と、羽根としての上羽根１０４及び下羽根１０６と、上連結環１０５と、下連結環１０７と、縁部１０８と、ステー１１０とを備えている。ここでは、軸線Ｌに直交する平面において、羽根車９０の中心と縁部１０８とを通る方向を径方向として、説明がされる。

上案内板１０２は、上案内面１１２を備えている。この上案内面１１２の形状は、円錐面である。上案内面１１２は、上方から下方に向かって中心から、径方向外向きに拡がる面である。

上案内板１０２の径方向の外周部１１４に、複数の上羽根１０４が固定されている。複数の上羽根１０４は、上案内板１０２の円周方向に沿って等間隔で並んでいる。上羽根１０４は、上下方向に延びている。図１４（ａ）の一点鎖線Ｌ１は、上案内板１０２及び下案内板１０３の径方向を示している。図１４（ａ）は、軸線Ｌに垂直な断面が示されている。図１４（ａ）において、上羽根１０４の断面は、径方向に対して、傾きθ１で傾いている。

図１２に示された上連結環１０５は、平たい板で形成されたリングである。この上連結環１０５は、上羽根１０４の外周部１１４に沿って、外周部１１４の上方に位置している。上羽根１０４の下端は、外周部１１４に固定されている。上羽根１０４の上端は、この上連結環１０５に固定されている。

同様に、下案内板１０３は、下案内面１１３を備えている。この下案内面１１２の形状は、円錐面である。この下案内面１１３は、下方から上方に向かって中心から径方向外向きに拡がる面である。

下案内板１０３の径方向の外周部１１６に、複数の下羽根１０６が形成されている。複数の下羽根１０６は、下案内板１０３の円周方向に沿って等間隔で並んでいる。下羽根１０６は、上下方向に延びている。図１４（ｂ）は、軸線Ｌに垂直な断面が示されている。図１４（ｂ）において、下羽根１０６の断面は、径方向に対して、傾きθ２で傾いている。

この下連結環１０７は、下羽根１０６の外周部１１６に沿って、外周部１１６の下方に位置している。下羽根１０６の上端は、外周部１１６に固定されている。下羽根１０６の下端は、この下連結環１０７に固定されている。

この上羽根１０４と下羽根１０６とは、軸線Ｌに垂直な平面において羽根車９０の径方向に対して傾けられている。この傾きθ１と傾きθ２は、径方向に対して同じ向きに傾いている。この発電装置８０では、傾きθ１の大きさと傾きθ２の大きさとは、同じにされている。上羽根１０４と下羽根１０６とが一体とされていてもよい。一体の上羽根１０４と下羽根１０６との間に、外周部１１４及び外周部１１６が位置させられてもよい。

図１２に示される縁部１０８の形状は、円筒である。この縁部１０８の中央に上案内板１０２及び下案内板１０３が位置している。外周部１１４及び外周部１１６と縁部１０８とは、ステー１１０で連結されている。外周部１１４及び外周部１１６と縁部１０８との間には、接続路１１８が形成されている。空孔８６は、上案内板１０２及び下案内板１０３により上方と下方とに分かれている。空孔８６の上方と下方とは接続路１１８（図１１参照）で接続されている。

図１３に示されるように、発電機９２は、固定体１２０、回転体１２２、コイル１２４、磁石１２６及びベアリング１２７を備えている。このコイル１２４は、固定体１２０に固定されている。複数のコイル１２４が、固定体１２０の円周方向に沿って配置されている。磁石１２６は、回転体１２２に固定されている。複数の磁石１２６が、回転体１２２の円周方向に沿って配置されている。上下一対の磁石１２６がコイル１２４を間にして位置している。この磁石１２６とコイル１２４とが対向している。この対向する磁石１２６とコイル１２４との間には、隙間が形成されている。

コイル１２４から延びる電線４０が固定体１２０の外に延びている。この電線４０は、発電装置２と同様に、筒８４及び固定体１２０の内部を通されてもよい。

この回転体１２２と羽根車９０とは一体にされている。この回転体１２２は、ベアリング１２７、１２７を介して固定体１２０に支持されている。この回転体１２２と羽根車９０とは共に回転し得る。

この固定体１２０の上端面１２８及び下端面１３０に、ボルト孔１３２が形成されている。この発電ユニット８２ａでは、固定体１２０のボルト孔１３２を通されたボルトが筒８４にねじ込まれている。発電機９２が筒８４に取り付けられている。ここでのボルト締結は例示であって、発電機９２と筒８４とが締結可能であれば、他の締結方法でもよい。特に、発電機９２と筒８４とが相対的に周方向に位置を変えて締結可能な締結方法が好ましい。

発電ユニット８２ｂ及び８２ｅは、発電ユニット８２ａと空孔８６の周方向における窓８８の位置が異なっている。また、発電ユニット８２ｃ及び８２ｄは、窓８８及び整流板８９を備えていない。

ここでは、発電ユニット８２ａについて主に説明がされた。発電ユニット８２ｂ、８２ｃ、８２ｄ及び８２ｅの他の構成は、発電ユニット８２ａのそれと同様であり、その説明が省略される。

図１０では、発電ユニット８２ｂの上に発電ユニット８２ａが重ねられている。発電ユニット８２ｂの上端面１２８に、発電ユニット８２ａの下端面１００が重ねられている。発電ユニット８２ｂの発電機９２のボルト孔１３２と発電ユニット８２ａの筒８４のねじ孔９８とにより、発電ユニット８２ｂと発電ユニット８２ａとが締結されている。この発電ユニット８２ａ及び発電ユニット８２ｂと同様にして、発電ユニット８２ｂから８２ｅまでが締結されている。発電ユニット８２ａから８２ｅの上端部及び下端部には、上下方向に隣り合う他の発電ユニットとの締結手段が備えられている。

ここでは、図示されないが、発電ユニット８２ａから８２ｅまで延びる流路が形成される。発電ユニット８２ａから８２ｅの筒８４と発電機９２とが、流路を囲む壁を構成している。

この発電ユニット８２ａから８２ｅでは、発電機９２と筒８４とが周方向に互いに異なる位置で連結可能にされている。これにより、周方向において、発電機９２の電線４０の引き出し位置と筒８４の窓８８の位置をそれぞれ独立に調整可能にされている。更に、窓８８を有する筒８４と窓８８のない筒８４との付け替えも容易にされている。これにより、発電ユニットは、窓８８の有無、窓８８の周方向位置及び電線４０の周方向引き出し位置の異なる複数の種類を用意にする必要がない。

この発電装置８０の窓８８から、空孔８６に風が吹き込む。窓８８に取り付けられた整流板８９がこの吹き込む風を所定の向きに整流する。更に、この窓８８が整流板８９で細かく仕切られているので、鳥などの侵入が抑制されている。

図１３の実線の矢印は、空孔８６の風の流れの一例を示している。この風は、図１３の上方から下方に吹いている。この風は、上案内板１０２により、上方から下方に向かって径方向外向きに流れる。この風は、上羽根１０４の間を通る。この風は、接続路１１８を上方から下方に通る。

図１４（ａ）において、上羽根１０４は、この風により、反時計回りの回転力を受ける。これにより、羽根車９０が反時計回りに回転する。これにより、発電ユニット８２ａの発電機９２が発電をする。

図１３の一点鎖線の矢印は、風の流れの他の例を示している。この風は、図１３の下方から上方に吹いている。この風は、下案内板１０３により、下方から上方に向かって径方向外向きに流れる。この風は、下羽根１０６の間を通る。この風は、接続路１１８を下方から上方に通る。

図１４（ｂ）において、下羽根１０６は、この風により、反時計回りの回転力を受ける。これにより、羽根車９０が反時計回りに回転する。これにより、発電ユニット８２ａの発電機９２が発電をする。

この羽根車９０では、上下方向に流れる風に径方向の向きの流れを生じさせる。上案内面１１２又は下案内面１１３に向かう風の流れる向きを上流から下流に向かって羽根車の径方向の向きに変えている。風が上流から下流に向かって径方向の向きに流れることにより、羽根車９０が回転する。この羽根車９０は、上下いずれの向きの風に対しても、同じ向きに回転する。風向き変わっても、この羽根車９０は、同じ向きに回転する。これにより、この発電ユニット８２ａから８２ｅは、効率よく発電することが可能とされている。

この観点から、この上案内面１１２及び下案内面１１３は、それに向かって来る風の上流から下流に向かって中心から径方向外向きに拡がる案内面であればよい。上案内板１０２及び下案内板１０３の案内面は、上案内面１１２及び下案内面１１３に代えて、例えば多角錐面を備えてもよい。

ここでは、上流から下流に向かって、中心から径方向外向きに風向きを変える案内面について説明がされたが、径方向外側から内向きに変える案内面であってもよい。図示されないが、上案内板及び下案内板の中心に風が上下に通る接続路を設ける。上案内面及び下案内面は、それに向かって来る流体の下流から上流に向かって中心から径方向外向きに拡がる面が形成される。上案内板及び下案内板の接続路に至る端部に上羽根及び下羽根が形成されてもよい。

さらに、上下いずれか一方は、中心から径方向外向きに風向きを変える案内面として、他方は、径方向外側から内向きに風向きを変える案内面としてもよい。一方の径方向外向きの風は、案内面の径方向外側に位置する接続路を通るように形成する。他方の径方向内向きの風は、案内面の中心に位置する接続路を通るように形成する。上案内板及び下案内板のそれぞれの接続路に至る端部に羽根が形成されてもよい。一方の径方向外向きの風から受ける回転力の向きと他方の径方向内向きの風から受ける回転力の向きとが同じになるように、一方と他方との羽根の径方向に対する傾きが定められる。

この羽根車９０は、軸線Ｌに沿って流れる風の向きを、軸線Ｌに沿って流れる向きと径方向向きとが合成された向きに変える案内面を備えている。この径方向向きの成分を含む向きの風により回転力を受ける上下の羽根を備えている。上下いずれの向きの風を受けても、この羽根車９０が受ける回転力の向きが同じになるように、軸線Ｌに直交する平面において上下の羽根の断面は径方向に対して傾けられている。

この発電機９２は、一対の磁石１２６の間にコイル１２４が位置するので、発電効率に優れている。ここでは、コイル１２４に対して、一対の磁石１２６は、上下方向に配置されているが、径方向に配置されてもよい。一対のコイルの間に磁石が位置させられてもよい。

筒８４の材料として、コンクリート、金属及び樹脂が例示される。ここで言うコンクリートには、鉄筋で補強された鉄筋コンクリートが含まれる。金属としては、鋼管等の構造用鋼が例示される。樹脂としては、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン−共重合体（ＡＢＳ）等のエンジニアリングプラスチックが例示される。

この筒８４は、鉄筋コンクリートからなる。筒８４は、太陽熱を受けると、空孔８６の空気を暖める。空孔８６で、下方から上方に向かって空気の流れが生じる。この空気の流れによっても、羽根車９０は、回転しうる。この発電機９２は、太陽熱によっても発電しうる。この観点から、筒８４の材質として、熱伝導性に優れた材料が好ましく、コンクリート又は金属が好ましい。

この発電装置８０では、窓８８を備える上下発電ユニット（８２ａ、８２ｂ及び８２ｅ）の間に、窓８８を備えない発電ユニット（８２ｃ及び８２）が連結されている。発電ユニット８２ｃ及び８２ｄにより、空孔８６の空気は、暖められ易い。更に、発電ユニット８２ｃ及び８２ｄにより、空孔８６に下方から上方に向かって空気の流れが生じ易い。

ここでは、主に風を例に説明がされたが、本発明に係る発電装置は、海の潮の満ち引きや川の変化の激しい流れなどによる発電にも使用し得る。

２、６４、７０、８０・・・発電装置
４ａから４ｅ、８２ａから８２ｅ・・・発電ユニット
６・・・第一フード
８・・・第二フード
１０、８４・・・筒
１２、８６・・・空孔
１４、８８・・・窓
１６、９０・・・羽根車
１８、９２・・・発電機
２０、１２７・・・ベアリング
２２、９６、１２８・・・上端面
２４、１００、１３０・・・下端面
２６、９８・・・ねじ孔
２８、１３２・・・ボルト孔
３０・・・上端部
３２・・・下端部
３４、１０８・・・縁部
３６・・・芯部
３７・・・羽根
３８、１２４・・・コイル
３９、１２６・・・磁石
４０・・・電線
４１・・・ボルト
４２・・・蓄電池
４３・・・変圧器
４４・・・整流部
４５・・・電圧調整部
４６・・・流路
４８・・・架台
５０・・・開口
５２・・・下カバー
５４・・・上カバー
５６・・・ステー
５８・・・孔
６０・・・貫通孔
６２・・・フード流路
６６・・・支持部
６８・・・配電線
７２・・・支柱
７４・・・梁
７６・・・接続部
７８・・・貫通窓
８９・・・整流板
１０２・・・上案内板
１０３・・・下案内板
１０４・・・上羽根
１０５・・・上連結環
１０６・・・下羽根
１０７・・・下連結環
１１０・・・ステー
１１２、１１３・・・円錐面
１１４、１１６・・・外周部
１１８・・・接続路
１２０・・・固定体
１２２・・・回転体

Claims (13)

1. 流体の流路と、この流路を囲む壁と、この壁を貫通する複数の窓と、羽根を備えた羽根車と、発電機とを備えており、
   この羽根が流路内であって、流路の軸線方向で一の窓と他の窓との間に位置しており、
   この羽根車がこの流路の軸線を回転軸として回転可能に支持されており、
   この一の窓の位置と他の窓の位置とが流路の周方向で異なっている発電装置。
2. 上記羽根車が案内面を有する案内板を備えており、
   上記羽根がこの案内板を間にして流路内の上方に位置する上羽根と下方に位置する下羽根とからなり、
   この案内面が案内面に向かう流体の流れる向きを上流から下流に向かって羽根車の径方向の向きに変えており、
   この上羽根と下羽根とが流路の軸線に垂直な断面において羽根車の径方向に対して傾けられており、
   この径方向の向きに流れる向きを変えられた流体から受ける回転力の向きが上羽根と下羽根とで同じにされている請求項１に記載の発電装置。
3. 上記案内板が流路の上方に面する上案内面と、流路の下方に面する下案内面とを備えており、
   この上案内面が上方から下方に向かって中心から径方向外向きに拡がる面であり、
   この下案内面が下方から上方に向かって中心から径方向外向きに拡がる面であり、
   この上羽根が上案内面の外周部に位置しており、
   この下羽根が下案内面の外周部に位置しており、
   この上羽根とこの下羽根とが流路の軸線に垂直な断面において羽根車の径方向に対して同じ向きに傾むけられている請求項２に記載の発電装置。
4. 上記発電機が羽根車の一方向き及び他方向きのいずれの向きの回転に対しても電力エネルギーの正極及び負極を一定の向きに整える整流部を備えている請求項１に記載の発電装置。
5. 上記発電機が磁石とコイルとを備えており、
   この磁石又はコイルのいずれか一方の一対が互いに対向しており、
   この一方の一対が他方を間にして配置されており、
   この磁石とコイルとが相対的に移動することで発電がされる請求項１に記載の発電装置。
6. 蓄電池及び電気接続器具を備えており、
   この発電機により発電された電気エネルギーがこの蓄電池に蓄えるように構成されており、
   この電気接続器具を介して電気機器に充電可能に構成されている請求項１に記載の発電装置。
7. 上記壁がコンクリート又は金属からなる請求項１に記載の発電装置。
8. 配電線を支持する支持部を備えている請求項１に記載の発電装置。
9. 上記流路の上端に上方へ貫通している開口を備えている請求項１に記載の発電装置。
10. 上記開口に取り付けられたフードを備えており、
    このフードが下カバーと上カバーとを備えており、この下カバーと上カバーとの間に流体のフード流路が形成されており、この上カバーと下カバーの間隔が周辺から中央に向かって徐々に狭くなっており、
    上記開口が下カバーの中央でフード流路に接続されている請求項９に記載の発電装置。
11. 上記上カバーが周辺から中央に向かって徐々に下方に凹んだ形状を備えており、
    この上カバーの凹んだ中央部に貫通孔が形成されている請求項１０に記載の発電装置。
12. 本体と、本体を上下方向に貫通する空孔と、本体を貫通して空孔に接続する窓と、羽根を備えた羽根車と、発電機とを備えており、
    この羽根車がこの空孔の軸線を回転軸として回転可能に支持されており、
    この羽根が空孔内であって窓と空孔の上下方向一方端との間に位置している発電ユニット。
13. 上記羽根車が案内面を有する案内板を備えており、
    上記羽根がこの案内板を間にして流路内の上方に位置する上羽根と下方に位置する下羽根とからなっており、
    この案内面が案内面に向かう流体の流れる向きを上流から下流に向かって羽根車の径方向の向きに変えており、
    この上羽根と下羽根とが流路の軸線に垂直な断面において羽根車の径方向に対して傾けられており、
    この径方向の向きに流れる向きを変えられた流体から受ける回転力の向きが上羽根と下羽根とで同じにされている請求項１２に記載の発電ユニット。

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