JP2014070618A - 発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】再生可能エネルギーを利用することにより羽根車に作用する気流の速度を増速させて発電効率を高め、比較的小さな構造物であっても電力を安定的に供給することが可能なソーラータワー型の発電装置を提供すること。
【解決手段】立設された上方拡開型の筒体と、筒体の下端開口部の周辺領域において地面との間に間隔を設けて布設された透光体を備える集熱部と、地面と透光体との間の空間および筒体の内部空間を連通させて形成された空気流通路と、空気流通路に設けられた羽根車と、羽根車の回転に連動して発電する発電機と、を備える発電装置とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、再生可能エネルギーを利用することにより羽根車に作用する気流の速度を増速させて発電効率を高めることが可能な発電装置に関するものである。

現在、化石燃料枯渇の問題や、化石燃料の燃焼に伴う地球環境への影響の問題等を解決すべく、クリーンな再生可能エネルギーを利用する技術の開発が急速に進んでいる。

再生可能エネルギーを利用した発電技術の中でも、風力発電は発電コストが比較的低く、また、エネルギーの変換効率が高いため、今後の更なる技術開発が期待されている。

風力発電を従来の原子力発電や火力発電等に取って代わる技術とするためには、発電装置の高出力化および安定化に向けた技術開発が必須となる。そこで、例えば特許文献１では、いわゆるソーラータワーやソーラーチムニー等と称される発電装置（以下、ソーラータワーと呼ぶ。）が提案されている。

図１６は、このような従来のソーラータワーＰ１００の基本構成を示した参考断面図である。ソーラータワーＰ１００は、筒体１０１と、筒体１０１の下端開口部１０１ａの周辺領域において地面Ｇとの間に所定の間隔を設けて布設された透光性の集熱部１０２と、筒体１０１の下端開口部１０１ａ周辺に配設された羽根車１０３とを備えており、羽根車１０３の回転により発電を行うよう構成されている。筒体１０１内部の空間と、集熱部１０２表面と地面Ｇとの間の空間とは連通させており、羽根車１０３はこの連通させた空間内に配設されている。

ソーラータワーＰ１００は、温度が上昇した空気は密度が低下して熱上昇風となるという物理現象を利用することにより、人工的な気流を内部に発生させて風力発電を行うものである。人工的な気流が発生する仕組みは以下の通りである。

まず、集熱部１０２に太陽光が照射されると、集熱部１０２と地面Ｇとの間に存在する空気が加熱される。ここで、集熱部１０２天井の高さは、中央部、すなわち筒体１０１に向かって次第に高くなっているため、加熱されて温度が上昇した空気は熱上昇風となって筒体１０１の下端開口部１０１ａに集まる。そして、筒体１０１の下端開口部１０１ａに到達した空気は、煙突効果により上昇気流となって筒体１０１内部を上昇し、筒体１０１の上端開口部１０１ｂから上空へと排出される。

ソーラータワーＰ１００は、このような原理で人工的に発生させた気流のエネルギーを利用し、羽根車１０３を回転させて風力発電を行う装置である。従って、ソーラータワーＰ１００をできるだけ高出力の発電装置とするためには、上空と下層（地上付近）の空気の温度差を利用した筒体１０１による強い煙突効果を得るべく、集熱部１０２と地面Ｇとの間に存在する空気をできるだけ高温とし、かつ、筒体１０１の高さをできるだけ高くする必要がある。

以上のように、ソーラータワーによる発電には、十分な太陽エネルギーが必要不可欠となる。そのため、夜間等の太陽エネルギーが得られない状況においては、常に安定した電力を供給することが困難であるという問題があった。そこで、特許文献１では、太陽エネルギーが得られない夜間においても、人工的な気流を発生させて発電を行うことが可能なソーラータワーが提案されている。

すなわち、特許文献１に開示されているソーラータワーは、集熱部の布設領域とは別の離れた場所に昼間の太陽エネルギーを吸収して蓄熱することができるソーラーポンド（Ｓｏｌａｒ ｐｏｎｄ）を備えており、太陽エネルギーが得られない夜間においても集熱部と地面との間の空気を加熱することを可能としている。ソーラーポンドには、昼間の太陽エネルギーを吸収して蓄熱できるよう構成された塩水が蓄えられている。ソーラーポンドと集熱部との間にはこの塩水を循環させる循環路が設けられており、集熱部に配設された循環路には塩水の熱を空気中に放熱させるための熱交換器が設けられている。太陽エネルギーが得られない夜間においては、熱交換器により塩水の熱を放熱して、集熱部と地面との間の空気を加熱することを可能としている。

ＷＯ２００８／０２２３７２号公報

風力発電による発電量は風速の三乗に比例する。従って、できるだけ高出力の発電装置とするためには、風力発電の羽根車に作用する気流の流速を少しでも速くできるかどうかが重要なポイントとなる。また、常に安定した電力を供給するためには、高速の気流を安定的に発生させることができるかどうかについても重要なポイントとなる。

ソーラータワーは、太陽エネルギーおよび筒体の煙突効果を利用することにより、人工的に気流を発生させて風力発電を行う装置である。従来のソーラータワーの出力、すなわち、従来のソーラータワーによって発生させることのできる人工気流の流速は、地上に届く太陽エネルギー量を一定とすると、集熱部の布設面積および筒体の高さによってほぼ決定される。

従って、より高出力の発電装置とするためには、従来のソーラータワーでは必然的に巨大な装置となってしまい、建設やメンテナンスに莫大なコストが必要となる。例えば、オーストラリアのエンバイロミッション社が実際に計画を進めているソーラータワーは、筒体の高さ約１０００ｍ、集熱部の布設積約１００ｋｍ^２という規模である。

更に、特許文献１に開示されるソーラータワーは、集熱部の布設に必要な敷地とは別に、十分な蓄熱を可能とするソーラーポンドを設置するための広大な敷地も必要となる。

また、特許文献１に開示されるような蓄熱手段を備えたソーラータワーであっても、雨天や曇天の日においてはソーラーポンドに蓄熱することができないという問題がある。

以上のような理由により、従来のソーラータワーの機能を十分に発揮させるためには、長い年間日照時間が確保できる広大な土地、すなわち砂漠地帯等に設置場所が限定されてしまうという問題がある。

そこで本発明は、再生可能エネルギーを利用することにより羽根車に作用する気流の速度を増速させて発電効率を高め、比較的小さな構造物であっても電力を安定的に供給することが可能なソーラータワー型の発電装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明に係る発電装置は、立設された上方拡開型の筒体と、筒体の下端開口部の周辺領域において地面との間に間隔を設けて布設された透光体を備える集熱部と、地面と透光体との間の空間および筒体の内部空間を連通させて形成された空気流通路と、空気流通路に設けられた羽根車と、羽根車の回転に連動して発電する発電機と、を備える。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発電装置であって、集熱部は透光体の下方に配設された放熱部を備える。

また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発電装置であって、放熱部は太陽電池パネルを備える。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発電装置であって、筒体の上端開口部に低圧形成手段が設けられている。

また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発電装置であって、低圧形成手段は筒体の上端縁を凸凹状とすることにより形成された凸凹部を備える。

また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発電装置であって、低圧形成手段は凸凹部を挟むように対面配設された一対の縦板状のガイド体を備え、一対の縦板状のガイド体は筒体の上端開口部を略水平に流れる自然気流に沿って拡開状に対面配設されたガイド部を有する。

また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発電装置であって、一対の縦板状のガイド体はガイド部の拡開側端縁部を外方に折曲して自然気流に正対するよう形成された渦生成部を有する。

また、請求項８に記載の発明は、請求項６または７に記載の発電装置であって、一対の縦板状のガイド体は筒体の中心軸回りに回転自在に配設されている。

また、請求項９に記載の発明は、請求項４または５に記載の発電装置であって、低圧形成手段は筒体の上端縁との間に間隔を設けて垂設された矩形板状の渦生成体を備える。

また、請求項１０に記載の発明は、請求項４または５に記載の発電装置であって、低圧形成手段は筒体の上端縁との間に間隔を設けて横設された角柱状の渦生成体を備える。

また、請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の発電装置であって、角柱状の渦生成体は、高さをｈ、自然気流の流れ方向の前後幅をｗとした場合において、ｗ／ｈ＝０．５〜０．７とした。

また、請求項１２に記載の発明は、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の発電装置であって、渦生成体の両端に端板を備える。

また、請求項１３に記載の発明は、請求項４または５に記載の発電装置であって、低圧形成手段は筒体の上端縁との間に間隔を設けて斜設された三角板状の渦生成体を備える。

また、請求項１４に記載の発明は、請求項４，９〜１３のいずれか１項に記載の発電装置であって、低圧形成手段は平板状の風受体を有した風見安定手段を備え、低圧形成手段は筒体の上端開口部の上方を略水平に流れる自然気流に正対するように配設されている。

また、請求項１５に記載の発明は、請求項４または５に記載の発電装置であって、低圧形成手段は、筒体の上端開口部の上方に回転自在に配設された垂直軸型風車を備える。

また、請求項１６に記載の発明は、請求項４または５に記載の発電装置であって、低圧形成手段は上端開口部の上方の空間を挟むように対面配設された一対の縦板状のガイド体を備え、一対の縦板状のガイド体は筒体の上端開口部の上方を略水平に流れる自然気流に沿って拡開状に対面配設されたガイド部を有する。

また、請求項１７に記載の発明は、請求項１５に記載の発電装置であって、低圧形成手段は垂直軸型風車が有する複数のブレードの回転空間を挟むように対面配設された一対の縦板状のガイド体を備え、一対の縦板状のガイド体は筒体の上端開口部の上方を略水平に流れる自然気流に沿って拡開状に対面配設されたガイド部を有する。

また、請求項１８に記載の発明は、請求項１６または１７に記載の発電装置であって、一対の縦板状のガイド体はガイド部の拡開側端縁部を外方に折曲して自然気流に正対するよう形成された渦生成部を有する。

また、請求項１９に記載の発明は、請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の発電装置であって、一対の縦板状のガイド体は回転軸回りに回転自在に配設されている。

また、請求項２０に記載の発明は、請求項１５または１７に記載の発電装置であって、垂直軸型風車の回転軸に連設され、筒体の直上内部に収納配設された撹拌体を備える。

また、請求項２１に記載の発明は、請求項１〜２０のいずれか１項に記載の発電装置であって、羽根車は空気流通路の水平断面面積が最小となるスロート部において筒体の中心軸回りに回転自在に配設されている。

また、請求項２２に記載の発明は、請求項２〜２１のいずれか１項に記載の発電装置であって、放熱部は排熱由来の熱を放熱可能に構成されている。

また、請求項２３に記載の発明は、請求項２〜２２のいずれか１項に記載の発電装置であって、放熱部は地熱由来の熱を放熱可能に構成されている。

本発明によれば、再生可能エネルギーを利用して羽根車に作用する人工気流を増速させて発電効率を高めることができるため、比較的小さな構造物であっても電力を安定的に供給することが可能なソーラータワー型の発電装置とすることができる。

本発明による発電装置の外観斜視図。 本発明による発電装置の一部断面図。 排熱を利用可能に構成された本発明による発電装置の説明図。 地熱を利用可能に構成された本発明による発電装置の説明図。 本発明による発電装置の別実施形態の外観斜視図。 本発明による発電装置の別実施形態の一部断面図。 低圧形成手段の構成例を示した説明図。 低圧形成手段の構成例を示した説明図。 低圧形成手段の構成例を示した説明図。 垂直軸型風車を備える低圧形成手段の構成例を示した説明図。 垂直軸型風車を備える低圧形成手段の構成例を示した説明図。 垂直軸型風車を備える低圧形成手段の構成例を示した説明図。 垂直軸型風車を備える低圧形成手段の構成例を示した説明図。 低圧形成手段の構成例を示した説明図。 低圧形成手段の構成例を示した説明図。 従来のソーラータワーの参考断面図。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。

本発明によるソーラータワー型の発電装置Ｐを図１，２に示す。図１は発電装置Ｐの外観斜視図であり、図２は発電装置Ｐの一部断面図である。

本発明によるソーラータワー型の発電装置Ｐは、立設された上方拡開型の筒体１と、筒体１の下端開口部１ａの周辺領域において地面Ｇとの間に間隔を設けて布設された透光体２を備える集熱部Ｈｃと、周辺領域の地面Ｇと透光体２との間の空間および筒体１の内部空間を連通させて形成された空気流通路３と、空気流通路３に設けられた羽根車４と、羽根車４の回転に連動して発電する発電機５と、を備えている。

透光体２は筒体１の下端開口部１ａ周辺領域の地面Ｇに立設された複数の支柱６上に隙間無く布設されており、透光体２と地面Ｇとの間には所定の間隔が設けられている。透光体２の高さは中央の筒体１に向けて次第に高くなるよう構成されている。筒体１の下端開口部１ａは下方に向けてラッパ状に拡開しており、透光体２の中央部となめらかに連続させている。

集熱部Ｈｃは、再生可能エネルギーである太陽エネルギーや、後述の排熱や地熱を利用して、透光体２と地面Ｇとの間に存在する空気を加熱できるよう構成されている。透光体２はガラスやプラスチック等の太陽光が透過可能な透光性材料で構成されており、集熱部Ｈｃが温室となって透光体２と地面Ｇとの間に存在する空気を太陽エネルギーにより効率的に加熱することができる。この場合、透光体２の布設面積を広くするほど利用できる太陽エネルギーは大きくなり、発電装置Ｐの発電量は増加する。なお、図１において透光体２は略円形状に布設されているが、布設形状は発電装置Ｐを設置する土地の状況等に合わせて適宜設計しても良い。

筒体１は下端開口部１ａの下部に設けられた筒体支持部７によって支持されている。筒体支持部７は、筒体１の重量を十分に支持可能な構造体で形成されると共に、透光体２と地面Ｇとの間の空間および筒体１の内部空間が連通するように構成されている。透光体２と地面Ｇとの間の空間および筒体１の内部空間を連通させて空気流通路３を形成することにより、太陽エネルギーによって暖められた透光体２下方の空気は透光体２の下面に沿って上昇して中央に集まり、煙突効果により筒体１内部を上昇して上端開口部１ｂから上空へと排出される。このように、空気流通路３には、透光体２の周縁２ａの下方から筒体１の上端開口部１ｂに向けて流れる人工気流Ｆａが発生する。

筒体支持部７は人工気流Ｆａの流れをできるだけ妨げない形状とするのが好ましい。例えば、筒体支持部７を複数の柱で構成すると共に、当該柱で構成された各筒体支持部７の横断面形状を人工気流Ｆａの流れに対して流線形の形状とすれば、透光体２と地面Ｇとの間の空間から筒体１の内部空間に向けての人工気流Ｆａの流れをスムーズにすることができる。

本発明による発電装置Ｐは、発生させた人工気流Ｆａの風力エネルギーを利用して羽根車４を回転させることにより発電を行う。羽根車４は、人工気流Ｆａが通過する空気流通路３であれば任意の場所に設置することが可能であり、複数設置しても良い。人工気流Ｆａの流速は中央部に近いほど速くなるため、羽根車４は筒体１の下端開口部１ａにできるだけ近い位置に設けるのが良い。

筒体１は、くびれとなる狭小のスロート部１ｃを下端開口部１ａに有しており、スロート部１ｃから上方に向かって拡開する上方拡開型（ディフューザ型）に形成されている。すなわち、筒体１の内部空間の水平断面面積は、スロート部１ｃにおいて最小となり、スロート部１ｃから上方に向かって次第に大きくなっている。このように筒体１の形状を上方拡開型とすることによりディフューザ効果が発現し、内部空間の水平断面面積が最小となるスロート部１ｃは低圧となる。その結果、スロート部１ｃを流れる人工気流Ｆａの流速が大きく増速する。

従って、スロート部１ｃにおいて筒体１の中心軸回りに回転自在の羽根車４を配設することにより、発電量を効果的に増加させることができる。その際、羽根車４の翼端とスロート部１ｃの内壁との間に所定のクリアランスを設け、羽根車４のローター径をスロート部１ｃの横断面の大きさに合わせてできるだけ大径とするのが良い。

筒体１の広がり角θは４〜１０度程度とするのが良い。なお、本明細書において広がり角θとは、筒体１の内周面の鉛直方向に対する傾斜角度のことを指す。広がり角θを４〜１０度程度とすることにより、筒体１のスロート部１ｃにおける人工気流Ｆａの流速を十分に増速させることができる。非粘性流体の場合は広がり角θが大きいほど圧力回復率が大きくなるため、スロート部１ｃがより低圧となってスロート部１ｃを流れる人工気流Ｆａはより増速する。しかしながら粘性流体である空気の場合、広がり角θが１０度を超えると境界層はく離が生じ易くなるため、スロート部１ｃにおける人工気流Ｆａの増速効果が十分に得られない。一方、広がり角を４度未満とすると筒体１の内壁と人工気流Ｆａとの間に生じる摩擦による損失が支配的となってしまうため、スロート部１ｃにおける人工気流Ｆａの増速効果が十分に得られない。

なお、実際は空気流通路３に羽根車４が設けられており、羽根車４は人工気流Ｆａの流れに対する抵抗体となるものと考えられる。また、その他にも、後述する低圧形成手段Ａ等、人工気流Ｆａの流れに対する抵抗体となり得るものが存在する場合がある。従って、発電装置Ｐの設計の違いにより広がり角θの最適値は異なってくるため、設計に従って広がり角θの最適値を求めることが好ましい。

このように本発明による発電装置Ｐは筒体１を上方拡開型としており、従来のソーラータワーに比べて比較的小さな構造物であっても内部に発生する人工気流Ｆａが増速するため、発電効率を高めて電力を安定的に供給することができる。

本発明の発電装置Ｐは、透光体２と地面Ｇとの間に存在する空気の温度を高くするほど人工気流Ｆａが増速して発電効率が高くなる。そこで、図３，４に示すように、集熱部Ｈｃの透光体２の下方に放熱部Ｈｒを配設し、放熱部Ｈｒにより透光体２と地面Ｇとの間に存在する空気を加熱して熱上昇風を発生できるよう構成しても良い。図３は、様々な排熱を利用して熱上昇風を発生できるよう構成された発電装置Ｐを示した説明図である。図４は、地熱を利用して熱上昇風を発生できるよう構成された発電装置Ｐを示した説明図である。

図３に示す発電装置Ｐは、工場Ｅ１、オフィスビルＥ２および家庭Ｅ３等（以下、排熱部Ｅと呼ぶ。）から排出される排熱を集熱部Ｈｃに集熱し、排熱由来の熱を放熱部Ｈｒより放熱可能に構成されており、いわゆるコジェネレーションシステムの構成となっている。この発電装置Ｐは、透光体２の下方に配設された放熱部Ｈｒと、排熱部Ｅと放熱部Ｈｒとの間で熱媒体ｍを循環させるための循環路１５と、を備えている。放熱部Ｈｒにおける循環路１５にはヒートシンクを設けたり、放熱部Ｈｒにおける循環路１５を複数に分岐させるとともにその径を細くしたりすることにより、放熱部Ｈｒで熱媒体ｍの熱を放熱し易い構成とするのが良い。この発電装置Ｐによれば、排熱部Ｅから排出される排熱は熱媒体ｍを介して集熱部Ｈｃに集熱され、放熱部Ｈｒより熱を放出して透光体２と地面Ｇとの間に存在する空気を加熱することができる。なお、図中、符号１６は高温の熱媒体ｍの流れを示し、符号１７は低温の熱媒体ｍの流れを示している。

また、図３に示す排熱を利用する発電装置Ｐは、透光体２と地面Ｇとの間に存在する空気を熱媒体ｍにより間接的に加熱する構成とすることに限定されない。例えば、排熱部Ｅから集熱部Ｈｃへと通じるダクトを配設し、排熱部Ｅで発生する排熱をダクトを通じて集熱部Ｈｃの放熱部Ｈｒから放出できるよう構成しても良い。その場合、送風ファンなどを用いて排熱部Ｅから集熱部Ｈｃへと一方向へ流れる送気路をダクト内部に形成し、放熱部Ｈｒに設けられたダクトの開口部から透光体２の下方に排熱を直接放出できるよう構成すれば良い。

図４に示す発電装置Ｐは、地熱貯留層８０の地熱水８１の熱を集熱部Ｈｃに集熱し、地熱由来の熱を放熱部Ｈｒより放熱可能に構成されている。この発電装置Ｐは、地熱貯留層８０の地熱水８１を取り出す蒸気井８２と、取り出された地熱水８１を蒸気と熱水とに分離する気水分離器８３と、蒸気を放熱部Ｈｒに導く蒸気供給配管８４と、熱水を放熱部Ｈｒに導くとともに放熱部Ｈｒで冷却された熱水を還元井８５に返送する熱水供給配管８６と、を備えている。

蒸気供給配管８４には放熱部Ｈｒにおいて複数の蒸気放出孔８７が形成されており、蒸気放出孔８７より透光体２の下方に蒸気が放出される。放熱部Ｈｒにおける熱水供給配管８６にはヒートシンクを設け、熱水の熱を放熱部Ｈｒで放熱し易い構成とするのが好ましい。また、放熱部Ｈｒにおける熱水供給配管８６を複数に分岐させるとともにその径を細くすることにより、熱水の熱を放熱部Ｈｒで放熱し易い構成としても良い。

なお、このように排熱や地熱水８１の熱を利用して透光体２と地面Ｇとの間に存在する空気を加熱できるよう構成された発電装置Ｐは年間日照時間の少ない地域でも高い発電量を確保することが可能であり、透光体２に用いる材料は必ずしも透光性材料でなくても良い。

また、図５，６で示されるように、布設された透光体２の下方には地面Ｇおよび透光体２との間にそれぞれ所定の間隔を設けて太陽電池パネル８を配設しても良い。この場合、太陽電池パネル８は発電機として機能するとともに、放熱部Ｈｒとしても機能する。太陽電池パネル８を備えた発電装置Ｐによれば、太陽電池パネル８による発電に寄与せずに放出される熱エネルギーを利用して空気を暖め、発生した人工気流Ｆａを増速させて羽根車４による風力発電を行うことができる。

現状、一般的な太陽光パネルのエネルギー吸収率（発電効率）は１５％程度であり、残りの８５％は熱として捨てられている。太陽電池パネル８を備える発電装置Ｐによれば、熱として放出される８５％のエネルギーも利用して熱上昇風を発生させることが可能である。すなわち、太陽電池パネル８を備える発電装置Ｐは、いわゆる高効率のコジェネレーションシステムであるとも言える。

更に、図５，６に示すように、筒体１の上端開口部１ｂには低圧形成手段Ａを設けても良い。低圧形成手段Ａは、筒体１の上端開口部１ｂ上方を略水平に流れる再生可能エネルギーである自然気流Ｆｂを利用して、上端開口部１ｂ、すなわち人工気流Ｆａの出口に強い渦度の渦を生成させて低圧領域を形成できるよう構成されている。人工気流Ｆａの出口に低圧領域が形成されることにより筒体１の内部空間に発生する上昇気流がより強くなって人工気流Ｆａの流速が増速するため、羽根車４による風力発電量を更に増大させることができる。また、低圧形成手段Ａは、平板状の風受体を有した風見安定手段９を備えているため、自然気流Ｆｂの流れの方向に関わらず常に自然気流Ｆｂに正対した状態を維持して人工気流Ｆａの出口に低圧領域を安定的に形成させることができる。

自然気流Ｆｂとして、例えば、地面Ｇから約５０〜２００ｍの上空において恒常的に発生する低層ジェットを利用することができる。低層ジェットは夜間において特に頻繁に発生するので、夜間ジェットやノクターナルジェットとも呼ばれる。筒体１の上端開口部１ｂに低圧形成手段Ａを設けるにより、本発明の発電装置Ｐは例えばこのような低層ジェットによる風力エネルギーも発電に利用することができる。

低圧形成手段Ａを備える発電装置Ｐによれば、時間帯や天候に大きな影響を受けることなく、羽根車４による風力発電を安定的に行うことが可能である。昼間は太陽エネルギーを利用して発生させる人工気流Ｆａを自然気流Ｆｂのエネルギーにより増速させ、風力発電量を増加させることができる。夜間は太陽エネルギーが得られないため煙突効果が弱くなるが、低層ジェット等の自然気流Ｆｂのエネルギーを利用して人工気流Ｆａを低圧形成手段Ａで吸い上げ増速させることができるため、十分な発電量を確保することができる。また、悪天候のため昼間であっても十分な太陽エネルギーが得られない場合も、夜間と同様に低層ジェット等の自然気流Ｆｂのエネルギーを利用して人工気流Ｆａを増速させることができるため、十分な発電量を確保することができる。

このように本発明の発電装置Ｐによれば、従来のソーラータワーに比べて比較的小さな構造物であっても、時間帯や天候に大きな影響を受けることなく、再生可能エネルギーを利用して電力を安定的に供給することが可能となる。

低圧形成手段Ａは、低層ジェット等の自然気流Ｆｂを利用することにより、筒体１の上端開口部１ｂ、すなわち人工気流Ｆａの出口に自然気流Ｆｂによる渦を生成できる構造体であれば良い。より好ましい強い渦度の渦を生成することが可能な低圧形成手段Ａの具体的な構成について、以下に詳細に説明する。

［矩形板状の渦生成体を備える低圧形成手段］
図７は低圧形成手段Ａの構成例を示した図である。図７（ａ）は本構成例に係る低圧形成手段Ａ１の斜視図であり、図７（ｂ）は低圧形成手段Ａ１の一部断面図である。

低圧形成手段Ａ１は、筒体１の上端開口部１ｂに架設された支持体１０と、支持体１０を介して筒体１の中心軸に沿って当該中心軸回りに回転自在に垂設された回転軸１１と、中途部が回転軸１１上端で支持されるとともに略水平に伸延する水平杆１２と、水平杆１２の一端に設けられた矩形板状の渦生成体Ｃ１と、水平杆１２の他端に立設された平板状の風受体１３と、を備えている。水平杆１２の一端は渦生成体Ｃ１の内面Ｃ１ａの略中央に固定され、水平杆１２と内面Ｃ１ａとは垂直をなしている。矩形板状の渦生成体Ｃ１は垂設された状態で筒体１の上端縁１ｄの略上方に位置させており、渦生成体Ｃ１の下縁Ｃ１ｂと筒体１の上端縁１ｄとの間には所定の間隔が設けられている。

矩形板状の渦生成体Ｃ１の外面Ｃ１ｃに当たった自然気流Ｆｂは、渦生成体Ｃ１の下縁Ｃ１ｂ下方および上縁Ｃ１ｄ上方を迂回して渦生成体Ｃ１の内面Ｃ１ａ側に回り込み、渦生成体Ｃ１の下流方向に強い渦度のカルマン渦列Ｖ１が生成する。カルマン渦列Ｖ１が生成した領域は周辺の気圧よりも低圧となり、強い低圧領域Ｌ１が形成される。

また、本構成例の低圧形成手段Ａ１では、回転軸１１と水平杆１２と平板状の風受体１３とにより風見安定手段９を構成している。風受体１３は、その両面を水平杆１２の伸延方向に対して垂直方向に向けて水平杆１２上に立設されているため、渦生成体Ｃ１の外面Ｃ１ｃを自然気流Ｆｂの流れの方向に対して常に正対させた状態に保つことができる。従って、本構成例の低圧形成手段Ａ１によれば、自然気流Ｆｂの流れの方向に関わらず、筒体１の上端開口部１ｂに安定した強い低圧領域Ｌ１を形成することができる。

低圧領域Ｌ１は、上端開口部１ｂの開口面積のできるだけ広い範囲を覆うように形成されることが好ましい。従って、矩形板状の渦生成体Ｃ１の水平方向の長さは、筒体１の上端開口部１ｂの直径以上とすることが好ましい。また、水平杆１２の、回転軸１１上端との接点から内面Ｃ１ａとの接点までの長さは、筒体１の上端開口部１ｂの半径以上とすることが好ましい。低圧形成手段Ａ１をできるだけコンパクトに収めつつ、十分な大きさの低圧領域Ｌ１を形成させるためには、矩形板状の渦生成体Ｃ１の水平方向の長さを筒体１の上端開口部１ｂの直径と同等とするとともに、水平杆１２の、回転軸１１上端との接点から内面Ｃ１ａとの接点までの長さを筒体１の上端開口部１ｂの半径と同等とするのが良い。

更に、矩形板状の渦生成体Ｃ１の両端には、略直角状に矩形板状の端板１４，１４を対向させて設けることが好ましい。端板１４，１４は自然気流Ｆｂの流れを整える整流板として機能するため、渦生成体Ｃ１の下流方向に整ったカルマン渦列Ｖ１の二次元生成を促すことができる。

［角柱状の渦生成体を備える低圧形成手段］
図８は低圧形成手段Ａの他の構成例を示した図である。図８（ａ）は本構成例に係る低圧形成手段Ａ２の斜視図であり、図８（ｂ）は低圧形成手段Ａ２の一部断面図である。

低圧形成手段Ａ２は、筒体１の上端開口部１ｂに架設された支持体２０と、支持体２０を介して筒体１の中心軸に沿って当該中心軸回りに回転自在に垂設された回転軸２１と、中途部が回転軸２１上端で支持されるとともに略水平に伸延する水平杆２２と、水平杆２２の一端に設けられた角柱状の渦生成体Ｃ２と、水平杆２２の他端に立設された平板状の風受体２３と、を備えている。水平杆２２の一端は渦生成体Ｃ２の内面Ｃ２ａの略中央に固定され、水平杆２２と内面Ｃ２ａとは垂直をなしている。角柱状の渦生成体Ｃ２は横設された状態で筒体１の上端縁１ｄの略上方に内面Ｃ２ａを位置させており、渦生成体Ｃ２の下面Ｃ２ｂと筒体１の上端縁１ｄとの間には所定の間隔が設けられている。

角柱状の渦生成体Ｃ２の外面Ｃ２ｃに当たった自然気流Ｆｂは、渦生成体Ｃ２の下面Ｃ２ｂ下方および上面Ｃ２ｄ上方を迂回して渦生成体Ｃ２の内面Ｃ２ａ側に回り込み、渦生成体Ｃ２の下流方向に強い渦度のカルマン渦列Ｖ２が生成する。カルマン渦列Ｖ２が生成した領域は周辺の気圧よりも低圧となり、強い低圧領域Ｌ２が形成する。

また、本構成例の低圧形成手段Ａ２では、回転軸２１と水平杆２２と平板状の風受体２３とにより風見安定手段９を構成している。風受体２３は、その両面を水平杆２２の伸延方向に対して垂直方向に向けて水平杆２２上に立設されているため、渦生成体Ｃ２の外面Ｃ２ｃを自然気流Ｆｂの流れの方向に対して常に正対させた状態に保つことができる。従って、本構成例の低圧形成手段Ａ２によれば、自然気流Ｆｂの流れの方向に関わらず、筒体１の上端開口部１ｂに安定した強い低圧領域Ｌ２を形成することができる。

低圧領域Ｌ２は、上端開口部１ｂの開口面積のできるだけ広い範囲を覆うように形成されることが好ましい。従って、角柱状の渦生成体Ｃ２の長手方向の長さは、筒体１の上端開口部１ｂの直径以上とすることが好ましい。また、水平杆２２の、回転軸２１上端との接点から内面Ｃ２ａとの接点までの長さは、筒体１の上端開口部１ｂの半径以上とすることが好ましい。低圧形成手段Ａ２をできるだけコンパクトに収めつつ、十分な大きさの低圧領域Ｌ２を形成させるためには、角柱状の渦生成体Ｃ２の長手方向の長さを筒体１の上端開口部１ｂの直径と同等とするとともに、水平杆２２の、回転軸２１上端との接点から内面Ｃ２ａとの接点までの長さを筒体１の上端開口部１ｂの半径と同等とするのが良い。

更に、角柱状の渦生成体Ｃ２の高さをｈ、自然気流Ｆｂの流れ方向の前後幅をｗとした場合、ｗ／ｈ＝０．６程度をピークとしてｗ／ｈ＝０．５〜０．７程度の範囲で低い背圧係数（矩形板状の渦生成体Ｃ１の場合と比較して、１．７〜２．０倍程度の背圧係数）を示す。すなわち、角柱状の渦生成体Ｃ２の形状をｗ／ｈ＝０．５〜０．７程度、更に好ましくはｗ／ｈ＝０．６程度とすることにより、渦生成体Ｃ２の自然気流Ｆｂ下流側により強い渦度のカルマン渦列Ｖ２を生成し、筒体１の上端開口部１ｂにより強い低圧領域Ｌ２を形成することができる。

更に、角柱状の渦生成体Ｃ２の両端には、略直角状に矩形板状の端板２４，２４を対向させて設けることが好ましい。端板２４，２４は自然気流Ｆｂの流れを整える整流板として機能するため、渦生成体Ｃ２の下流方向に整ったカルマン渦列Ｖ２の二次元生成を促すことができる。

［斜設された三角板状の渦生成体を備える低圧形成手段］
図９は低圧形成手段Ａの更に他の構成例を示した図である。図９（ａ）は本構成例に係る低圧形成手段Ａ３の斜視図であり、図９（ｂ）は低圧形成手段Ａ３の一部断面図である。

低圧形成手段Ａ３は、筒体１の上端開口部１ｂに架設された支持体３０と、支持体３０を介して筒体１の中心軸に沿って当該中心軸回りに回転自在に垂設された回転軸３１と、中途部が回転軸３１上端で支持されるとともに略水平に伸延する水平杆３２と、水平杆３２の一端に斜設された三角板状の渦生成体Ｃ３と、水平杆３２の他端に立設された平板状の風受体３３と、を備えている。水平杆３２の一端は渦生成体Ｃ３の下面Ｃ３ａに固定されており、渦生成体Ｃ３は水平に対し１０〜４０度程度の角度をなした状態で頂角Ｃ３ｐを下方に向けて斜設されている。渦生成体Ｃ３の頂角Ｃ３ｐと筒体１の上端縁１ｄとの間には所定の間隔を設けており、頂角Ｃ３ｐは上端縁１ｄの略上方に位置している。

三角板状の渦生成体Ｃ３の上面Ｃ３ｂに当たった自然気流Ｆｂは渦生成体Ｃ３の両側縁Ｃ３ｃ，Ｃ３ｄを迂回して下面Ｃ３ａ側に回り込み、渦生成体Ｃ３の下流方向に強い渦度の渦列Ｖ３が生成する。渦列Ｖ３が生成した領域は周辺の気圧よりも低圧となり、強い低圧領域Ｌ３が形成する。

また、本構成例の低圧形成手段Ａ３では、回転軸３１と水平杆３２と平板状の風受体３３とにより風見安定手段９を構成している。風受体３３は、その両面を水平杆３２の伸延方向に対して垂直方向に向けて水平杆３２上に立設されているため、渦生成体Ｃ３の上面Ｃ３ｂを自然気流Ｆｂの流れの方向に対して常に対向させた状態に保つことができる。この時、頂角Ｃ３ｐを下方に向け、水平に対し１０〜４０度程度の角度をなした状態で渦生成体Ｃ３を斜設しておけば、自然気流Ｆｂの流れの方向に関わらず、筒体１の上端開口部１ｂに安定した強い低圧領域Ｌ３を形成することができる。

渦生成体Ｃ３の後端縁Ｃ３ｅは、筒体１の上端縁１ｄの略上方に位置するまで伸延させるのが良い。このような構成とすることにより、自然気流Ｆｂによって形成される低圧領域Ｌ３が筒体１の上端開口部１ｂの面積の大部分を覆うこととなるため、より効果的に人工気流Ｆａを増速させることができる。

［垂直軸型風車や拡開状のガイド体を備える低圧形成手段］
図１０，１１は低圧形成手段Ａの更に他の構成例を示した図である。図１０（ａ）は本構成例に係る低圧形成手段Ａ４の斜視図であり、図１０（ｂ）は低圧形成手段Ａ４の平面図であり、図１１は低圧形成手段Ａ４の一部断面図である。

低圧形成手段Ａ４は、筒体１の上端開口部１ｂ上方に回転自在に配設された垂直軸型風車４０を備えている。垂直軸型風車４０は、筒体１の上端開口部１ｂに架設されるとともに筒体１の中心軸上の位置から放射状に広がる形状をなす支持体４３と、支持体４３の当該中心軸上の位置に設けられた第１の軸受４４と、第１の軸受４４を介して支持体４３に支持されるとともに筒体１の中心軸に沿って上端開口部１ｂの内外に伸延して当該中心軸回りに回転自在に垂設された回転軸４１と、回転軸４１の上端開口部１ｂ上方側から略水平方向に放射状に延設された第１のアーム４５と、第１のアーム４５の先端に垂設された鉛直長手状のブレード４６と、を備えている。ここで第１の軸受４４を備える支持体４３を筒体１の上端開口部１ｂ内に所定の間隔を設けて複数設けることにより、複数の第１の軸受４４によって回転軸４１を安定して支持することができる。なお、ブレード４６の形状は特に限定されず、揚力型および抗力型のどちらを用いても良い。

垂直軸型風車４０は自然気流Ｆｂの作用により自在に回転する。従って、回転によりブレード４６が自然気流Ｆｂの上流側に位置した場合において、自然気流Ｆｂに対して４６の背後側、すなわち筒体１の上端開口部１ｂに自然気流Ｆｂによる渦が生成し、上端開口部１ｂに低圧領域が形成される。その結果、筒体１内部に発生する人工気流Ｆａが増速する。ブレード４６の枚数は限定されないが、ブレード４６の枚数が多い程、上端開口部１ｂに形成される低圧領域がより安定化する。ブレード４６を複数枚設ける場合は回転時のバランスを考慮し、回転軸４１上に重心が来るよう複数のブレード４６を配設するのが良い。

なお、垂直軸型風車４０には、回転軸４１の回転に連動して発電することが可能な発電機を設けても良い。この場合、ブレード４６の枚数が少ないほど垂直軸型風車４０の回転速度は速くなり、発電量は増加する。

また、低圧形成手段Ａ４には、垂直軸型風車４０を側方よりカバーする平面視略Ｌ字状の一対の縦板状のガイド体５０，５０を設けても良い。一対のガイド体５０，５０は、回転軸４１回りに回転自在に設けられた第２の軸受５１と、第２の軸受５１から略水平方向に放射状に延設された支持フレーム５２とを介して支持されており、垂直軸型風車４０が有する複数のブレード４６の回転空間を挟むように対面状態で配設されている。第１の軸受４４および第２の軸受５１はそれぞれ独立して回転軸４１回りに回転自在に構成されている。従って、回転軸４１を介して連設された垂直軸型風車４０の回転とは独立して、一対のガイド体５０，５０は、回転軸４１回り、すなわち筒体１の中心軸回りを自在に回転することが可能である。

一対のガイド体５０，５０は、筒体１の上端開口部１ｂの上方を略水平に流れる自然気流Ｆｂに沿って拡開状に対面配設されたガイド部５０ａ，５０ａと、ガイド部５０ａ，５０ａの拡開側端縁部（自然気流Ｆｂの下流側の端縁部）を外方に略直角に折曲して自然気流Ｆｂに正対するよう形成された渦生成部５０ｂ，５０ｂとを有している。すなわち、対面配設されたガイド部５０ａ，５０ａ間の距離は、渦生成部５０ｂ，５０ｂに向けて次第に大きくなるよう構成されている。

一対のガイド体５０，５０の前縁部５０ｃ，５０ｃによって、自然気流Ｆｂは、一対のガイド体５０，５０間を通過する内部流れＦｂ１と、一対のガイド体５０，５０の外側を通過する外部流れＦｂ２とに分かれる。ここで一対のガイド体５０，５０を自然気流Ｆｂの下流方向に向けて拡開状とすることによりディフューザ効果が発現し、一対のガイド体５０，５０間の距離が小さい上流側の領域における圧力が低下して内部流れＦｂ１の流速が増速する。従って、自然気流Ｆｂの下流方向に向けて拡開状とした一対のガイド体５０，５０を垂直軸型風車４０の側方をカバーするように設けることにより、ブレード４６の回転速度を速めることができる。このとき、ブレード４６の回転速度をより速めるためには、ブレード４６の回転領域における一対のガイド体５０，５０間の距離はできるだけ小さくするとともに、ブレード４６の回転領域から自然気流Ｆｂの下流方向に向けて次第に拡開状とするのが良い。更に、ガイド部５０ａ，５０ａの長さを長くするほどディフューザ効果が高くなり、ブレード４６の回転速度をより速くすることができる。ブレード４６の回転速度が速くなると、ブレード４６に作用する自然気流Ｆｂによって筒体１の上端開口部１ｂに形成する低圧領域がより安定化する。また、回転軸４１の回転に連動して発電可能な発電機を設けた場合は、その発電量が増加する。

内部流れＦｂ１の境界層はガイド体５０，５０の折曲部５０ｄ，５０ｄではく離し、下流側に渦を生成する。同様に、外部流れＦｂ２の境界層は渦生成部５０ｂ，５０ｂの側端縁５０ｅ，５０ｅではく離し、下流側に渦を生成する。このとき内部流れＦｂ１および外部流れＦｂ２により生成するそれぞれの渦は、渦生成部５０ｂ，５０ｂの下流側に巻き込まれるように交互に生成する。すなわち、渦生成部５０ｂ，５０ｂの下流方向に強い渦度のカルマン渦列Ｖ４が生成する。カルマン渦列Ｖ４が生成した領域は周辺の気圧よりも低圧となり、強い低圧領域Ｌ４が形成する。低圧領域Ｌ４の形成により内部流れＦｂ１が更に増速するため、ブレード４６の回転速度がより一層速くなる。

なお、本構成例に係る低圧形成手段Ａ４では、回転軸４１と、回転軸４１回りに回転自在に設けられた第２の軸受５１と、第２の軸受５１から略水平方向に放射状に延設された支持フレーム５２と、支持フレーム５２の先端に固定されて支持されたガイド体５０とにより風見安定手段９を構成している。すなわち、この風見安定手段９の構成により、前縁部５０ｃ，５０ｃを自然気流Ｆｂの風上側、渦生成部５０ｂ，５０ｂを自然気流Ｆｂの風下側に向けた状態にガイド体５０，５０を保つことができる。従って、本構成例に係る低圧形成手段Ａ４によれば、自然気流Ｆｂの流れの方向に関わらず、ガイド部５０ａ，５０ａを自然気流Ｆｂの流れ方向に対して略平行とするとともに、渦生成部５０ｂ，５０ｂを風下側で自然気流Ｆｂに略正対した状態にガイド体５０，５０を保つことができるため、渦生成部５０ｂ，５０ｂの下流側、すなわちガイド体５０，５０の拡開側に強い渦度のカルマン渦列Ｖ４を安定的に生成することができる。

なお、上記低圧形成手段Ａ４の構成において、ガイド体５０，５０、およびガイド体５０，５０を回転自在に支持するための支持体４３、第１の軸受４４、回転軸４１、第２の軸受５１、支持フレーム５２の構成によっても、筒体１の上端開口部１ｂに低圧領域を形成することが可能である。すなわち、垂直軸型風車４０を設けない場合であっても、筒体１の上端開口部１ｂの上方の空間を挟むように対面配置されたガイド体５０，５０の作用により内部流れＦｂ１が増速するため、筒体１の上端開口部１ｂが低圧となって筒体１内部に発生する人工気流Ｆａが増速する。

また、低圧形成手段Ａ４には、垂直軸型風車４０の回転軸４１に連設されるとともに筒体１の直上内部に収納配設された渦生成体Ｃ４を設けても良い。渦生成体Ｃ４は、筒体１の直上内部まで伸延した回転軸４１の上端開口部１ｂ下方位置から略水平方向に放射状に延設された第２のアーム４７と、第２のアーム４７の先端に垂設された板状の撹拌体４８とを備えている。垂直軸型風車４０と渦生成体Ｃ４とは回転軸４１を介して連設されており、ブレード４６および撹拌体４８は回転軸４１を介して同軸回転する。板状の撹拌体４８は筒体１の直上内部で回転方向に対向するように第２のアーム４７の先端に垂設されている。

従って、自然気流Ｆｂによるブレード４６の回転と連動して撹拌体４８も回転軸４１回りに同軸回転し、筒体１の直上内部の空気が撹拌されるため、筒体１の直上内部に筒体１の中心軸回りの強い渦度の縦渦Ｖ５が生じ、強い低圧領域Ｌ５が形成する。そして、形成した低圧領域Ｌ５により筒体１内部に発生する人工気流Ｆａが増速する。

撹拌体４８の枚数は特に限定されないが、撹拌体４８を複数枚設ける場合は回転時のバランスを考慮し、回転軸４１上に重心が来るよう複数の撹拌体４８を配設するのが良い。

また、垂直軸型風車４０を側方よりカバーするガイド体５０，５０を上記構成と同様に更に設けた場合は、撹拌体４８の回転速度が速くなって低圧領域Ｌ５の圧力が更に低下する。

図１２，１３は垂直軸型風車４０を備える低圧形成手段Ａ４の変形例を示した図である。図１２（ａ）は本変形例に係る低圧形成手段Ａ４’の斜視図であり、図１２（ｂ）は低圧形成手段Ａ４’の平面図であり、図１３は低圧形成手段Ａ４’の一部断面図である。なお、低圧形成手段Ａ４’と前述の低圧形成手段Ａ４とは渦生成体Ｃ４，Ｃ４’の構成が異なっているのみであり、図１２，１３に示した低圧形成手段Ａ４’の構成において図１０，１１に示した低圧形成手段Ａ４の構成と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を適宜省略する。

低圧形成手段Ａ４’は、筒体１の上端開口部１ｂ上方に回転自在に配設された垂直軸型風車４０の回転軸４１に連設されるとともに筒体１の直上内部に収納配設された渦生成体Ｃ４’を備えている。

渦生成体Ｃ４’は、筒体１の直上内部まで伸延した回転軸４１の上端開口部１ｂ下方側に設けられた螺旋型スクリュー状の撹拌体４８’で構成されている。垂直軸型風車４０と渦生成体Ｃ４’とは回転軸４１を介して連設されており、ブレード４６および螺旋型スクリュー状の撹拌体４８’は回転軸４１を介して同軸回転する。螺旋型スクリュー状の撹拌体４８’は、自然気流Ｆｂによるブレード４６の回転と同軸回転することにより、筒体１の直上内部の空気を上方へ送出するよう構成されている。すなわち、垂直軸型風車４０のブレード４６が平面視時計回りに回転するよう構成されている場合は螺旋型スクリュー状の撹拌体４８’を右ねじ型とし、垂直軸型風車４０のブレード４６が平面視反時計回りに回転するよう構成されている場合は螺旋型スクリュー状の撹拌体４８’を左ねじ型とすれば良い。なお、図１２，１３で示される垂直軸型風車４０のブレード４６は平面視反時計回りに回転するよう構成されているため、螺旋型スクリュー状の撹拌体４８’は左ねじ型としている。

従って、自然気流Ｆｂによるブレード４６の回転と連動して螺旋型スクリュー状の撹拌体４８’も回転軸４１回りに同軸回転し、筒体１の直上内部の空気が撹拌されるため、筒体１の直上内部に筒体１の中心軸回りの強い渦度の縦渦Ｖ６が生じ、強い低圧領域Ｌ６が形成する。そして、形成した低圧領域Ｌ６により筒体１内部に発生する人工気流Ｆａが増速する。

また、低圧形成手段Ａ４’には、垂直軸型風車４０を側方よりカバーする平面視略Ｌ字状の一対のガイド体５０，５０を設けても良い。なお、一対のガイド体５０，５０の構成、およびその作用や効果等については上記低圧形成手段Ａ４の場合と同様のため、ここでの説明は省略する。

［凸凹状とした上端開口部により構成された低圧形成手段］
図１４は低圧形成手段Ａの更に他の構成例である低圧形成手段Ａ５の斜視図を示したものである。

本構成例においては、筒体１の上端縁１ｄが凸凹状に形成されており、この凸凹状に形成された凸凹部６０が低圧形成手段Ａ５として機能する。すなわち、凸凹部６０の凸部６１の外面側から自然気流Ｆｂが作用することにより、凸部上縁６２および凸部左右縁６３からはく離した流れにより上端開口部１ｂに強い渦度の渦列Ｖ７が生成する。渦列Ｖ７が生成した領域は周辺の気圧よりも低圧となり、強い低圧領域Ｌ７が形成する。その結果、筒体１内部に発生する人工気流Ｆａが増速する。

また、図１５に示すように、低圧形成手段Ａ５には、凸凹部６０を側方よりカバーするとともに筒体１の中心軸回りに回転自在に構成された平面視略Ｌ字状の一対の縦板状のガイド体７０，７０を設けても良い。一対のガイド体７０，７０は、凸凹部６０を挟むように対面配設されている。一対のガイド体７０，７０の内側面の任意の位置の回転軸４１軸中心からの水平距離は、上端開口部１ｂの外周半径よりも大きくなるよう構成されている。一対のガイド体７０，７０の下端縁７０ａ，７０ａは凸凹部６０の凹部底縁６４よりも下方に位置するまで延在されるとともに、一対のガイド体７０，７０の上端縁７０ｂ，７０ｂは凸凹部６０の凸部上縁６２よりも上方に位置するまで延在されている。なお、一対のガイド体７０，７０のその他の構成は前述の一対のガイド体５０，５０の構成に対応しており、一対のガイド体７０，７０の作用効果は前述の一対のガイド体５０，５０の場合と同様のため、図１５において図１０，１１に示した低圧形成手段Ａ４の構成例と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を適宜省略する。

一対のガイド体７０，７０を備えた低圧形成手段Ａ５においては一対のガイド体７０，７０間を通過する内部流れＦｂ１が増速するため、凸凹部６０の作用により上端開口部１ｂに生成する渦列Ｖ７の渦度が更に強くなり、低圧領域Ｌ７は更に低圧となる。その結果、筒体１内部に発生する人工気流Ｆａが更に増速し、羽根車４による発電量が増加する。

更に、図示は省略するが、図７〜１３で示される低圧形成手段Ａ１〜Ａ４’の場合と同様の構成を低圧形成手段Ａ５に更に設けることも可能である。また、低圧形成手段Ａ５に垂直軸型風車４０や渦生成体Ｃ４，Ｃ４’を設けるとともに一対のガイド体７０，７０を設ける場合は、凸凹部６０および垂直軸型風車４０の双方を側方よりカバーできるように一対のガイド体７０，７０を上下方向に延在させれば良い。

以上の通り、本発明の発電装置Ｐは、再生可能な自然エネルギーを利用して発電効率を高めることができるよう構成されたものである。すなわち、本発明の発電装置Ｐは、太陽エネルギーを用いて人工気流Ｆａを発生させる創風効果に加え、発生させた人工気流Ｆａの流れを増速させて羽根車４へ気流を集める集風効果を有するものである。このような集風効果を有するソーラータワー型の発電装置は従来提案されていない。風力発電による発電量は風速の三乗に比例するため、この集風効果が発電効率に寄与する役割は極めて大きいと言える。このように、本発明の発電装置Ｐによれば、比較的小さな構造物であっても内部に発生する人工気流Ｆａを増速させることができるため、発電量を増加させて電力を安定的に供給することが可能である。

更に、排熱を利用可能とした発電装置Ｐや太陽電池パネル８を備えた発電装置Ｐによるコジェネレーションシステムは従来捨てられていた熱エネルギーも利用可能とするものであり、極めて高効率の発電を実現することが期待できる。

以上、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、当業者の知識に基づき、様々な組み合わせの変更を行った形態や、種々の変形、改良等を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。図面で示された構成や組み合わせに限られず、上記発明を実施するための形態で説明した趣旨や技術的思想を逸脱しない範囲内で、適宜変更することが可能であることは言うまでもない。

１ 筒体
１ａ 下端開口部
１ｂ 上端開口部
１ｃ スロート部
１ｄ 上端縁
２ 透光体
３ 空気流通路
４ 羽根車
５ 発電機
８ 太陽電池パネル
９ 風見安定手段
１３，２３，３３ 風受体
１４，２４ 端板
４０ 垂直軸型風車
４１ 回転軸
４６ ブレード
４８，４８’ 撹拌体
５０，７０ ガイド体
５０ａ ガイド部
５０ｂ 渦生成部
６０ 凸凹部
Ａ，Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ４’，Ａ５ 低圧形成手段
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ４’ 渦生成体
Ｆｂ 自然気流
Ｇ 地面
Ｈｃ 集熱部
Ｈｒ 放熱部
Ｐ 発電装置

Claims (23)

1. 立設された上方拡開型の筒体と、
   前記筒体の下端開口部の周辺領域において地面との間に間隔を設けて布設された透光体を備える集熱部と、
   前記地面と前記透光体との間の空間および前記筒体の内部空間を連通させて形成された空気流通路と、
   前記空気流通路に設けられた羽根車と、
   前記羽根車の回転に連動して発電する発電機と、
   を備える発電装置。
2. 前記集熱部は前記透光体の下方に配設された放熱部を備える請求項１に記載の発電装置。
3. 前記放熱部は太陽電池パネルを備える請求項２に記載の発電装置。
4. 前記筒体の上端開口部に低圧形成手段が設けられた請求項１〜３のいずれか１項に記載の発電装置。
5. 前記低圧形成手段は前記筒体の上端縁を凸凹状とすることにより形成された凸凹部を備える請求項４に記載の発電装置。
6. 前記低圧形成手段は前記凸凹部を挟むように対面配設された一対の縦板状のガイド体を備え、
   前記一対の縦板状のガイド体は前記筒体の上端開口部を略水平に流れる自然気流に沿って拡開状に対面配設されたガイド部を有する請求項５に記載の発電装置。
7. 前記一対の縦板状のガイド体は前記ガイド部の拡開側端縁部を外方に折曲して前記自然気流に正対するよう形成された渦生成部を有する請求項６に記載の発電装置。
8. 前記一対の縦板状のガイド体は前記筒体の中心軸回りに回転自在に配設された請求項６または７に記載の発電装置。
9. 前記低圧形成手段は前記筒体の上端縁との間に間隔を設けて垂設された矩形板状の渦生成体を備える請求項４または５に記載の発電装置。
10. 前記低圧形成手段は前記筒体の上端縁との間に間隔を設けて横設された角柱状の渦生成体を備える請求項４または５に記載の発電装置。
11. 前記角柱状の渦生成体は、高さをｈ、前記自然気流の流れ方向の前後幅をｗとした場合において、ｗ／ｈ＝０．５〜０．７とした請求項１０に記載の発電装置。
12. 前記渦生成体の両端に端板を備える請求項９〜１１のいずれか１項に記載の発電装置。
13. 前記低圧形成手段は前記筒体の上端縁との間に間隔を設けて斜設された三角板状の渦生成体を備える請求項４または５に記載の発電装置。
14. 前記低圧形成手段は平板状の風受体を有した風見安定手段を備え、該低圧形成手段は前記筒体の上端開口部の上方を略水平に流れる自然気流に正対するように配設された請求項４，９〜１３のいずれか１項に記載の発電装置。
15. 前記低圧形成手段は、前記筒体の上端開口部の上方に回転自在に配設された垂直軸型風車を備える請求項４または５に記載の発電装置。
16. 前記低圧形成手段は前記上端開口部の上方の空間を挟むように対面配設された一対の縦板状のガイド体を備え、
    前記一対の縦板状のガイド体は前記筒体の上端開口部の上方を略水平に流れる自然気流に沿って拡開状に対面配設されたガイド部を有する請求項４または５に記載の発電装置。
17. 前記低圧形成手段は前記垂直軸型風車が有する複数のブレードの回転空間を挟むように対面配設された一対の縦板状のガイド体を備え、
    前記一対の縦板状のガイド体は前記筒体の上端開口部の上方を略水平に流れる自然気流に沿って拡開状に対面配設されたガイド部を有する請求項１５に記載の発電装置。
18. 前記一対の縦板状のガイド体は前記ガイド部の拡開側端縁部を外方に折曲して前記自然気流に正対するよう形成された渦生成部を有する請求項１６または１７に記載の発電装置。
19. 前記一対の縦板状のガイド体は前記回転軸回りに回転自在に配設された請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の発電装置。
20. 前記垂直軸型風車の回転軸に連設され、前記筒体の直上内部に収納配設された撹拌体を備える請求項１５または１７に記載の発電装置。
21. 前記羽根車は前記空気流通路の水平断面面積が最小となるスロート部において前記筒体の中心軸回りに回転自在に配設された請求項１〜２０のいずれか１項に記載の発電装置。
22. 前記放熱部は排熱由来の熱を放熱可能に構成された請求項２〜２１のいずれか１項に記載の発電装置。
23. 前記放熱部は地熱由来の熱を放熱可能に構成された請求項２〜２２のいずれか１項に記載の発電装置。

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