JP2012112335A - 風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来、風力発電装置（風力発電）は、ＣＯ２が発生しないことから、脚光を浴びている。しかし、風力発電には、近時、低周波による健康被害と、台風、強風時の取扱い等とか、又は景観を阻害すること、等の負の問題も抱えている。問題解決を意図し、種々の工夫を施した、風力発電が存在する。しかし、問題を、簡易かつ根本より解決する風力発電がなく、改良が望まれている。
【解決手段】 本発明は、吸込開口、及び、吹出開口を備えたフレームに設ける（設置可能な）風胴と、風胴に設けた、吸込開口の１／２を遮蔽する遮蔽材と、風胴内で、かつ遮蔽材の吹出開口側に設けた羽根と、羽根の回転部に設けた発電機と、発電機にコードを介して接続するバッテリーとで構成する発電装置であり、低周波の弊害解除と、低コスト化を図る。
【選択図】 図１

Description

本発明は、略１／２の風を取込み可能とした耐久性に優れた風力発電装置に関する。

従来、風力発電装置（風力発電）は、資源が不要であること、ＣＯ２が発生しないこと等から、脚光を浴びている。しかし、この風力発電には、近時、低周波による健康被害と、台風、強風時の取扱い等とか、又は景観を阻害すること、等の負の問題も抱えている。

上記に鑑み、近時、種々の工夫を施した、風力発電が存在する。例えば、下記の構造がある。

例えば、文献（１）は、再表２００７―１４１８３４の「風車用の羽根、風車、及び、風力発電機」であり、この発明は、風を効率的に受けて、回転軸とともに風車用の羽根が、確実、かつ効率的に回転すること、又は受けた風を、勾玉形状の羽根と、この羽根間に形成される空間とを利用して、次の勾玉形状の羽根に送込み、この次の羽根に揚力を付与することを特徴とする。その構造は、勾玉形状の羽根の構造を限定し、回転方向前側に向かって凸状に湾曲された前側面と、回転方向後側に向かって凹状に湾曲された後側面とで構成し、その前側面は、平均曲率の最も大きい前縁面と、気流低速通過面と、気流低速通過面よりも大きく膨らむ曲面で、かつ気流低速通過面よりも長い面積を有する気流高速通過面とでなる風車用の羽根である。

次に、文献（２）は、特開２００４−１１５９８の「クロスフロー風車における風流路形成方法、クロスフロー風車および風力発電機」であり、この発明は、より多くの風を、遮蔽しながら、かつ効率よく流入可能な流入効率向上が図れるクロスフロー風車の提供であり、ケーシングに、風車本体に対して風を流入案内する流入口をもうけるとともに、この流入した風が、ケーシング外周に沿った流れ、かつこのケーシング背後に発生する剥離流れにより生じる負圧発生領域付近に面して、風車本体を通過する風を流出案内する流出口を設けた構造である。そして、風車本体に、流入した風の一部を当てることで、その耐久性の向上を図ること、又は風切り音の減少化等を図ること、等を意図するものと考えられる。

再表２００７―１４１８３４ 特開２００４−１１５９８

前記文献（１）は、羽根間に形成される空間を利用し、受けた風の抵抗を緩和しつつ、この風を、逆に、次の羽根に送ることを特徴とする。しかし、何れかの羽根で、風を受入れる構造となることから、この羽根に対する抵抗は、同じとなり、羽根の損傷と、障害が軽減されることは少ない構造であり、改良の余地がある。また、低周波に対する配慮がなく、近辺の住民や、この近辺にいる人に対して、悪影響を与えることが考えられ、改良の余地がある。

また、文献（２）は、ケーシングの構造上で、受入れる風を絞り込むことはできるが、流入口が、収れん形状であることから、羽根に対する抵抗が強くなり、羽根の損傷と、障害が軽減されることは少ない構造であり、改良の余地がある。また、低周波に対する配慮がなく、近辺の住民や、この近辺にいる人に対して、悪影響を与えることが考えられ、改良の余地がある。

請求項１の発明は、風胴に受入れる風を絞り込むことで、羽根に対する抵抗を軽減し、かつ羽根の損傷回避と、障害回避とを図ることを意図する。そして、これに併せて、風の吹出開口を、高くすることで、低周波が及ぼす悪影響、例えば、近辺の住民や、この近辺にいる人に対して、精神的・肉体的な障害発生回避を図り、これら住民の健康維持と、生活環境維持とを図ることを意図する。また、請求項１の発明は、風胴構造のケートングであって、このケーシングの吸込開口に対して、吹出開口を、上方に位置するとともに、この風胴の旋回位置（重心位置）を、吹出開口側に偏倚することで、この吸込開口の首振りをスムーズ、かつ僅かな風の流れを利用して旋回可能とし、確実かつ効率的に、旋回（首振り）可能とする。さらに、請求項１の発明は、風力発電の低コスト化、メンテナンス・設置の容易化と、構造の簡略化等を意図する。

請求項１は、吸込開口、及び、吹出開口を備えたフレームに設ける風胴と、この風胴に設けた、前記吸込開口の１／２を遮蔽する遮蔽材と、この風胴内で、かつこの遮蔽材の吹出開口に設けた羽根と、この羽根の回転部に設けた発電機と、この発電機にコードを介して接続するバッテリーとで構成する発電装置である。

請求項２の発明は、風胴が、風の方向に向かって、自然に姿勢を変え得る構造を提供し、前記請求項１の目的を、確実に達成することを意図する。

請求項２は、請求項１に記載の発電装置であって、
前記風胴は、設置場所に設けたフレームと、このフレームに設けた軸を介して設け、かつこの風胴は、前記フレームに旋回可能に設ける構造とした風力発電装置である。

請求項３の発明は、風胴が、容易な風の受入れを図るとともに、吹出した風による低周波障害を回避し、前記請求項１の目的を、確実に達成することを意図する。

請求項３は、請求項１に記載の発電装置であって、
請求項１に記載の発電装置であって、
前記風胴に設けた吸込開口の開口面積と、吹出開口の開口面積との大小は、吸込開口の開口面積＞吹出開口の開口面積となる構造とした風力発電装置である。

請求項４の発明は、風胴の吹出開口の開口位置と、その吹出開口から排出される風による低周波障害を回避し、前記請求項１の目的を、確実に達成することを意図する。

請求項４は、請求項１に記載の発電装置であって、
前記風胴を、フレームに設けるに際して、吸込開口が、このフレームの天井面に接近する位置とし、また吹出開口が、空に向かって競上がり形態とする構造とした風力発電装置である。

請求項５の発明は、風胴と羽根とが引起す、微振動回避し、低周波障害を、極めて少なくすることで、前記請求項１の目的を、確実に達成することを意図する。

請求項５は、請求項１に記載の発電装置であって、
前記羽根の一枚は、前記風胴の内側に装置される構造であって、半月形状と、この半月形状の羽根を、前記回転軸に複数枚設ける構造とした風力発電装置である。

請求項１の発明は、吸込開口、及び、吹出開口を備えた風胴と、風胴に設けた、吸込開口の１／２を遮蔽する遮蔽材と、風胴内で、かつ遮蔽材の吹出開口に設けた羽根と、羽根の回転部に設けた発電機と、発電機にコードを介して接続するバッテリーとで構成する発電装置である。

従って、請求項１は、風胴に受入れる風を絞り込むことで、羽根に対する抵抗を軽減し、かつ羽根の損傷回避と、障害回避とが図れる特徴がある。そして、これに併せて、風の吹出開口を、高くすることで、低周波が及ぼす悪影響、例えば、近辺の住民や、この近辺にいる人に対して、精神的・肉体的な障害発生回避を図り、これら住民の健康維持と、生活環境維持とが図れる特徴がある。また、請求項１は、風胴構造のケートングであって、このケーシングの吸込開口に対して、吹出開口を、上方に位置するとともに、この風胴の旋回位置（重心位置）を、吹出開口側に偏倚することで、この吸込開口の首振りをスムーズ、かつ僅かな風の流れを利用して旋回可能とし、確実かつ効率的に、旋回（首振り）可能となり得る特徴がある。さらに、請求項１は、風力発電の低コスト化、メンテナンス・設置の容易化と、構造の簡略化等を達成できる実益がある。

請求項２の発明は、請求項１に記載の発電装置であって、
風胴は、設置場所に設けたフレームと、フレームに設けた軸を介して設け、かつ風胴は、フレームに旋回可能に設ける構造とした風力発電装置である。

従って、請求項２は、風胴が、風の方向に向かって、自然に姿勢を変え得る構造を提供し、前記請求項１の目的を、確実に達成できる特徴がある。

請求項３の発明は、請求項１に記載の発電装置であって、
請求項１に記載の発電装置であって、
風胴に設けた吸込開口の開口面積と、吹出開口の開口面積との大小は、吸込開口の開口面積＞吹出開口の開口面積となる構造とした風力発電装置である。

従って、請求項３は、風胴が、容易な風の受入れを図るとともに、吹出した風による低周波障害を回避し、前記請求項１の目的を、確実に達成できる特徴がある。

請求項４の発明は、請求項１に記載の発電装置であって、
風胴を、フレームに設けるに際して、吸込開口が、フレームの天井面に接近する位置とし、また吹出開口が、空に向かって競上がり形態とする構造とした風力発電装置である。

従って、請求項４は、風胴の吹出開口の開口位置と、その吹出開口から排出される風による低周波障害を回避し、前記請求項１の目的を、確実に達成できる特徴がある。

請求項５の発明は、請求項１に記載の発電装置であって、
羽根の一枚は、風胴の内側に装置される構造であって、半月形状と、半月形状の羽根を、回転軸に複数枚設ける構造とした風力発電装置である。

従って、請求項５は、風胴と羽根とが引起す、微振動回避し、低周波障害を、極めて少なくすることで、前記請求項１の目的を、確実に達成できる特徴がある。

本発明の一部省略した全体の斜視図 本発明の一部省略した全体の正面図 本発明の一部省略した全体の側面図 本発明の一部省略し、かつ内部機構を省略した全体の断面図 本発明の他の実施例であり、その一部省略した全体の断面図 本発明の羽根と回転軸の拡大斜視図 本発明の風力発電装置の使用の一例であり、建屋の屋上に縦列設置した例を示した俯瞰図 本発明の風力発電装置の使用の一例であり、建屋の屋上に設置した例を示した俯瞰図 本発明の風力発電装置の使用の他の一例であり、建屋の屋根に設置した例を示した俯瞰図 本発明の風力発電装置の使用の他の一例であり、建屋の庭に設置した例を示した俯瞰図 本発明の風力発電装置の使用の別の一例であり、建屋のベランダに設置した例を示した俯瞰図 本発明の風力発電装置の使用の別の一例であり、高原に縦列設置した例を示した俯瞰図

以下、本発明の好ましい一例を説明する。

１はフレーム（架台、ベース、又は建屋、埋設ベース等に直接も可能）で、このフレーム１には、軸２と、この軸２に設けた軸受け３を介して（図４−２参照）、略々ホルン形の風胴５が旋回可能（回転可能）に設けられる。この可動は、風胴５が自然風を確実に受入れ可能とするために可動し、又は横風を受けることなく、破損回避と、耐強風対策の軽減化とか、軽量化等を図るためである。また、この風胴５は、金属製、樹脂製とか、複合材料製等の各種の素材が可能であるが、図６、図７等の如く、建屋Ｈの各所に設ける例では、軽量化がよく、また、小型の風胴５が望ましい。一方、図８の如く、高原等の屋外の例では、大型の風胴５が望ましい。

そして、この風胴５の好ましい形状は、大きなラッパ形の吸込開口５００と、この吸込開口５００に繋がり、かつ略直角に折曲がった膨出部屋５０１ａを備えた筒体５０１と、この筒体５０１の収れん部で、かつ風の吹出口になるラッパ形（吸込開口５００に比べてやや小さいラッパ形）の吹出開口５０２とで構成する。この風胴５の特性を説明する。「イ」は、風胴５は、吸込開口５００の大きな開口面積５００ａと、吹出開口５０２のやや小さい開口面積５０２ａとは、次の関係となる。即ち、吸込開口５００の開口面積５００ａ＞吹出開口５０２の開口面積５０２ａである。その理由は、例えば、風胴５内に、後述する構造の遮蔽板６を設け、この風胴５内の風の受入れ量を制限（風量の調整）すること、かつこの風胴５の下方を、風が流れる構造とする。これにより、例えば、膨出部屋５０１ａに受入れた風を、スムーズに排出し、かつ静寂性の確保を図ること、又は、風胴５内の羽根８の一部で、かつその下側の羽根８に当てることで、抵抗の軽減化と、故障の減少化等を図ること、等を意図する。次に、「ロ」は、この風胴５を、フレーム１に設けるに際して、吸込開口５００が、フレーム１の天井面１００に接近する位置とし、また吹出開口５０２が、空Ａに向かって競上がった構造とする。その理由は、例えば、吹出開口５０２の開口位置を確保しつつ、かつ吹出開口５０２から排出される風による低周波障害を回避すること、騒音障害回避を図ること、等を意図する。

尚、前記膨出部屋５０１ａに羽根８を設置する構造とし、筒体５０１で、収れんされた風を、一時的に拡散し、この羽根８への抵抗軽減化と、羽根８の径の拡大化を可能とすること、或いは騒音の減少化、又は風のスムースな搬送と、風胴５の振動の軽減化と耐久性の向上とを図ること、等を意図する。

前記遮蔽板６は、吸込開口５００のやや内方で、かつ受入れた（吸込んだ）風を収れんし、風の流速を早めること、並びに羽根８の一部に導き、かつこの羽根８に与える衝撃の緩和等を意図するために、例えば、その軸心に向かって、順次、スロープ形状とする。また、この遮蔽板６で、収れん通路５０３が形成される。これにより、前記各意図する処の羽根８への抵抗回避と、その耐久性の確保、或いはスムーズな風の移動と、風の加速と、又は衝撃、抵抗、騒音の軽減化等を図ること、等が理由である。尚、図示しないが、この遮蔽板６のスロープ方向に向かって、一条又は数条の切溝を設け、前記理由の確保を図ることも可能である。さらに、この遮蔽板６を可撓性とすることでも、前記理由の確保と、その確保をより充実できることが考えられる。尚、遮蔽板６が可撓性の場合には、収れん通路５０３がフレキシブルとなり、前記理由の確保をより充実するに有益と考えられる。

また、前記羽根８は、風胴５の内面形状に沿った形状とし、図５の如く、風胴５に差し渡した回転軸１０と、この回転軸１０に複数枚設けた半截円形状（半円形状）の羽根片８００とで構成し、この羽根８は、収れん通路５０３より吸込まれて、かつ加速した受入れ風で回転する。この加速した風により、羽根８を効率的、かつ高速で回転できる利点が考えられる。

図中１１は回転軸１０の一端に設けた発電機、１２はコード（ケーブル）、１３はバッテリーを示している。

以下、図４を参照して、受入れる風の流れと、発電を説明すると、本発明の風胴５は、自然風を素早く受入れるための工夫がある。この一例では、この風胴５の吹出開口５０２に設けた風見鶏１５で、風の流れをキャッチし、風胴５の下端に設けた軸受け３と軸２を介して、この風胴５の吸込開口５００を、常に風の方向に開口する。この際に、重心位置を、吹出開口側５０２ｂに偏倚する構造を採用することで、前記風胴５の方向性を確保する。

このようにして、風胴５の方向性を利用して、吸込開口５００より風を受入れるとともに、この受入れられた風は、遮蔽板６に誘導かつ整流された状態で、収れん通路５０３に到ると、この収れん通路５０３に位置する羽根片８００に回転力を付与し、この羽根片８００が、例えば、時計方向に回転されて、羽根８と回転軸１０が回転する。この羽根８と回転軸１０の回転により、発電機１１で電気が生成される。

また、この発明では、軸２を回転自在に天井面１００に設ける構造とし、風胴５を旋回可能とする構造である（図４−１参照）。この一例では、この軸２に方位センサ１６を設け、この方位センサ１６により、軸２に設けた駆動機構１７を介して、前記風胴５の吸込開口５００を常に風上を向くようにした構造（旋回自在）である。従って、軸２は天井面１００に設けた軸受け３を介して、回転する。図中１８はケーブルである。図面では、この方位センサ１６と駆動機構１７の内部機構を省略した断面図である。

そして、羽根片８００を回転し、働きを終えた風は、略９０度をなす筒体５０１の曲面形状に誘導され、空の上方に向く、吹出開口５０２に至り、空中高く、広域的に排出（排気）される。この空中高く、かつ広域的に排出されることで、前述した、低周波障害・健康障害、又は騒音障害等の悪影響の回避が図れること、等の実益と特徴がある。前記発電機１１で生成された電気は、コード１２を介して、バッテリー１３に蓄電されるか、又は電源として利用される。

そして、図示しないが、発電は増幅装置を利用して、バッテリー１３に蓄電することも可能である。

この風力発電装置は、図６の建屋Ｈの屋上Ｈ１に設置した例、また、図７の建屋Ｈの屋根Ｈ２、又は庭Ｈ３に設置した例、さらには、図８の建屋Ｈの広くし、方位センサ１６を採用することでベランダＨ４に設置した例とかが、このましい例として考えられる。また、図９の高原Ｉに効率化とメンテナンスの容易化等を考慮し、連設状に設置した例の如く、海岸、農地、グランド等も設置ができる。

１ フレーム
１００ 天井面
２ 軸
３ 軸受け
５ 風胴
５００ 吸込開口
５００ａ 開口面積
５０１ 筒体
５０１ａ 膨出部屋
５０２ 吹出開口
５０２ａ 開口面積
５０２ｂ 吹出開口側
５０３ 収れん通路
６ 遮蔽板
８ 羽根
８００ 羽根片
１０ 回転軸
１１ 発電機
１２ コード
１３ バッテリー
１５ 風見鶏
１６ 方位センサ
１７ 駆動機構
１８ ケーブル
Ｈ 建屋
Ｈ１ 屋上
Ｈ２ 屋根
Ｈ３ 庭
Ｈ４ ベランダ
Ｉ 高原
Ａ 空

Claims (5)

1. 吸込開口、及び、吹出開口を備えた風胴と、この風胴に設けた、前記吸込開口の１／２を遮蔽する遮蔽材と、この風胴内で、かつこの遮蔽材の吹出開口に設けた羽根と、この羽根の回転部に設けた発電機と、この発電機にコードを介して接続するバッテリーとで構成する発電装置。
2. 請求項１に記載の発電装置であって、
   前記風胴は、設置場所に設けたフレームと、このフレームに設けた軸を介して設け、かつこの風胴は、前記フレームに旋回可能に設ける構造とした風力発電装置。
3. 請求項１に記載の発電装置であって、
   前記風胴に設けた吸込開口の開口面積と、吹出開口の開口面積との大小は、吸込開口の開口面積＞吹出開口の開口面積となる構造とした風力発電装置。
4. 請求項１に記載の発電装置であって、
   前記風胴を、フレームに設けるに際して、吸込開口が、このフレームの天井面に接近する位置とし、また吹出開口が、空に向かって競上がり形態とする構造とした風力発電装置。
5. 請求項１に記載の発電装置であって、
   前記羽根の一枚は、前記風胴の内側に装置される構造であって、半月形状と、この半月形状の羽根を、前記回転軸に複数枚設ける構造とした風力発電装置。

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