JP2015503698A - ハイブリッドエネルギーを生成するための人工木 - Google Patents

Abstract

地面（Ｇ）と一体の基礎構造体（１０）に接続され、これにより支持される高い構造体（１００）を含む、ハイブリッドエネルギーを生成するための人工木（１、２）が説明される。基礎構造体（１０）は、地面と一体であり、互いに接合された、垂直に重ね合わされた管状部材により形成されたモジュール式中央幹（７０）を含む。【選択図】図１２

Description

本発明は、ハイブリッドエネルギーを生成するための人工木、すなわち、公的又は私的ユーザに対してエネルギーを生産及び分配する要望がある自然又は都市屋外環境のいずれかにおいて典型的な美観、景観、及び材料適合性のニーズに対して好適な形状及び材料で作成される再生可能資源エネルギー生成装置に関する。具体的には、このエネルギー生成装置は、再生可能な風力及び光起電力技術エネルギー源を組み合わせた方法で活用し、雨水の懸濁蓄積、浄化及び分配に適した水槽及び水配管を使用するのに適している。

一般に、都市及び都市郊外区域におけるエネルギー生成装置の据付及び使用には、必ず、関係する建築物の識別を有する空中写真測量；町議会及びより高い水準の都市計画要件並びに地元の建築法規に関する据付の景観適合性証明を含んだ詳細な技術報告書；景観に対する示唆された介入の影響の評価を可能にするための、環境的観点において重要な存在を強調する歴史的・重要な環境報告書を伴う写真入り文書、図面及び周辺区域の説明；景観計画基準により必要とされかつ承認されたものに対して使用される建築物の型式及び材料の適合性の声明を添えて、景観適合性調査要領を開始する必要がある。

前述の方法で規制される景観上の制約下において、確認された又は容易に確認可能な景観適合性を有するエネルギー生成装置は、再生可能資源エネルギー生成装置に関する従来技術において、興味を引く話題である。

特許文献１は、自然木の枝を再現及び模造する装飾構造に挿入され隠される型式の、発電のための、中央軸に接続された垂直軸風力タービンについて記載する。
特許文献２は、自然木の形状を有する構造体に挿入するハイブリッド型式の工業、住宅及び輸送用のエネルギー生成モジュールについて記載する。具体的には、特許文献２は、都市構造に分散されたハイブリッド車両の充電ステーションと通信する太陽電池モジュールネットワークについて記載する。
特許文献３は、自然木形状に挿入された発電用の垂直軸風力タービンについて記載する。

小型／中型エネルギー生成装置は、一般に、隣接する自然木の高さに適合する垂直高さに配置される。このことは、とりわけ、平坦な小高い都市及び都市郊外区域に典型的な、非常に変化しやすい風速勾配、並びに障害物の存在下でウィンドブレードにおいて、エネルギー効率目標に到達し、これを維持する問題がることを暗示する。この問題は、とりわけ風力発電型式の、スペクトル電力密度への適合に関連するが、同じことが、とりわけ都市区域における、障害物の存在下での太陽光エネルギー勾配にも当てはまり、これは、景観適合可能形状及びサイズのハイブリッドエネルギー生成装置の普及及び使用を妨げ、従って、エネルギー効率を低下させる風速勾配及び太陽光エネルギー勾配の影響を受けやすい。

特許文献４は、磁力がエネルギー生成効率を高める風力タービンについて記載する。風力エネルギー生成装置は、回転部分と、磁性反発力を用いて磁石部分を押して回転させる磁石システムと一体の固定部分とを含む。
特許文献５は、磁性反発力に曝された固定及び可動磁石の使用によって、低風量で動作する風力型式のエネルギー生成装置について記載する。
特許文献６は、太陽光及び風力エネルギーを利用することによる発電のための人工木について記載する。
特許文献７は、雨水回収タンクを付加的に含む太陽光及び風力資源から発電するための装置について記載する。

米国特許公開第２０１０１５８６７３号明細書 米国特許公開第２０１１１３９２１５号明細書 英国特許第２３７４１２２号 韓国公開特許第２０１０００４８５３４号明細書 日本国特開２００３−１３９０４１公報 米国特許公開第２０１０２８９２６９号明細書 国際公開第２０１０／０９８６５６号

本発明の目的は、所与の都市及び都市郊外区域の景観的及び美観的制約と適合可能な、ハイブリッドエネルギーを生成するための人工木を作成することである。
本発明の更に別の目的は、広範囲の速度分布内の最適な発電曲線に従って動作できる、ハイブリッドエネルギーを生成するための中型／小型人工木を作成することである。
本発明の更に別の目的は、容易に運搬可能であり、どこにでも据付可能な、ハイブリッドエネルギーを生成するための人工木を作成することである。
本発明によると、かかる目的は、請求項１に開示するような人工木により達成される。

本発明は、添付図面を参照しながら、非限定的な例を用いて、幾つかの好ましい実施形態により、より詳細に説明される。

本発明の第１の実施形態による、人工木の正面図である。 図１の線ＩＩ−ＩＩに沿って取った断面図である。 図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿って取った断面図である。 図１の線ＩＶ−ＩＶに沿って取った断面図である。 図１の木の分解図である。 本発明の第２の実施形態による、人工木の正面図である。 図６の線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿って取った断面図である。 図６の線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿って取った断面図である。 図６の線ＩＸ−ＩＸに沿って取った断面図である。 図６の線Ｘ−Ｘに沿って取った断面図である。 図６の分解図である。 ウィンドブレードに固定された光起電部材が設けられた図１の木の分解図である。 図１２の木の部分垂直断面図である。 ウィンドブレードと一体化された光起電部材を有する図１の人工木の正面図である。 ウィンドブレードと一体化された光起電群葉を有する図１の人工木の正面図である。 ウィンドブレードと一体化された光起電部材を有する図６の人工木の正面図である。 ウィンドブレードと一体化された光起電部材及び光起電群葉を有する図６の人工木の正面図である。

特に図１−図５を参照すると、ハイブリッドエネルギーを生成するための人工木１の第１の型式が、鋼製ねじ付きアンカーボルト１１が設けられたプレート１２を用いて、地面Ｇの中に作成された強化コンクリート基礎Ｆと一体化された基礎構造体１０に接続され、支持される高い構造体１００を含む。

基礎構造体１０は、例えば亜鉛メッキ鉄板製の重ね合わされた管状部材１３−１６により形成されたモジュール式中央幹７０を含み、そのフランジ付きの穿孔された端部は、耐蝕性ボルトを用いて接合される。
重ね合わされた管状部材１３−１６の数は、木１の所望の全高に応じて変わる。
中央幹７０がモジュール方式であることにより、任意の場所で組み立てる際に、構成部材１３−１６を容易に運搬することが可能になる。

穴が設けられた４つの半径方向に突出する断面材１８は、管状部材１５に固定され、ボルトを用いて、例えば同じく亜鉛メッキ鉄製の４つの等距離に置かれかつ半径方向に突出する棚部１９のそれぞれの穴開き端部に結合される。

中央幹７０と棚部１９との間の接続は、棚部１９の突出する端部を接続する亜鉛メッキ鉄リング２０と、各棚部１９の中間線を接続するリング２１とからなる帯筋を用いてさらに安定化された剛性耐荷重構造体を形成する。

前述の中央幹７０は、２つの半殻２２、２３で形成された積層された木製被覆により裏打ち（ライニング）される。一連の積層された木製リブ２８が、被覆２２、２３の上端部から半径方向に突出する。メッシュ１２２で強化された人工群葉被覆１２２は、棚部１９により形成されたキャップ形状を覆う。

ＰＶＣ製水配管２４が、被覆２２、２３内に得られる区画内に設けられ、水計量分配装置２５を用いてユーザに接続され、制御ユニット２６が、中央幹７０の内部空洞に沿って通る電線２７によって接続される。

前述の棚部１９は、底部は棚部１９に固定するような形状にされ、上部は周辺縁部８１を定める、例えばプラスチック製の４つのタンク１０１−１０４に分割された水貯留水槽８０を支持する。
前述のタンク１０１−１０４は、中心に形成され、接合し、水が入らない液体密封性円筒型区画１３０を形成する。

ケーシング１０５は、区画１３０内に収容され、かつ管状部材１６に沿った取り付けを可能にするように中央に穴が開けられ、ケーシング１０５の内部には、電気バッテリ１０６のアレイ及び浄水装置１０７が収容される。

ボックス１０８は、これにも中央に穴が開けられて管状部材１６に沿った取り付けができ、ケーシング１０５に沿って配置される。具体的には、発電機１０９、電荷調節器１１０及びインバータ１１１を含む電気装置が、ボックス１０８内に収容される。内周の周りに均等に分散された一連の磁石が設けられた内部冠部１１７は、ボックス１０８内に収容された発電機の固定子部材と一体である。

半径流風力タービン９０は、らせんに従って中心に向けて集束し、一対のボール軸受によって、区画１３０内に収容された部材１５に固定された重ね合わされた管状部材１７と回転可能に固定された中央軸１１５を用いて接続される、例えばガラス繊維、カーボン又はアルミニウム製のブレード１１２、１１３及び１１４により形成される。中空の軸１１５と一体の回転冠部１１６には、外周に沿って均等に配分された一連の磁石が設けられる。
回転冠部１１６と固定子冠部１１７との同軸結合は、反復する磁極により形成される磁石モータを形成する。

特に図１２を参照すると、各々のブレード１１２−１１４は、外側凸型湾曲表面９１を有し、この表面は、底部で他のブレード１１４、１１３、１１２と接合して、風力タービン９０の単一の下縁部９２を形成する。前述のブレード１１２−１１４は、その中央軸１１５に固定され、中央軸１１５の回転を作動させる。

前述の湾曲表面９１は、上部から下向きに半径方向に広がるので、組み立て後、その下縁部９２が水槽８０の縁部８１にとどまる。結果的に、雨水は湾曲表面９１に沿って容易に滑ることができ、有利に最終的に水槽８０に入る。

表面９１は、該表面９１の湾曲に追従し、それと共に回転する光起電部材３４を支持する（図１２及び図１３）。前述の部材３４は、剛性のものであってもよく又は繊維（多色群葉効果）で作成してもよい、光起電表面を含む。有利なことに、光起電太陽光放射集光表面全体を活用することができる（従って、南、南東及び南西向きのみでない）。

水受容器１１８は、軸受１１９を用いて管状部材１７の端部上に固定される。
光起電キャップ１２０は、水受容器１１８と一体である（図２）。
風力計１２１は、人工木１と一体の一体型ハイブリッドエネルギー生成装置の上に重ね合わされる。
風力タービン９０は、スノーキャップで覆ってもよい。

従って、人工木１は、各々が、例えばガラス繊維及び／又はカーボン及び／又はアルミニウム及び／又はナイロン製とすることができる、３つのパネル（らせん形状の半径を有する、つまりブレード１１２−１１４）に分割される大型キャップを有する風力タービン９０を含み、キャップ・セクタの上部表面は、光起電ライニング３４が統合される（図１４）半円形及び／又は楕円形プロファイルを有し、半径方向に風が衝突する。キャップ形状により、ウィンドブレードと一体の大型光起電集光表面を作り出すことが可能になり、ブレード自体の瞬間的回転運動のおかげで、この表面全体に太陽光放射が当たる（従って、南、南東及び南西向きの部分だけではない）。風力システムと一体型光起電システムとの間の相乗作用により、反応表面が２倍になり、結果的に、発生する光起電エネルギーも２倍になることが可能になる。

代替的に（図１５）、光起電部材３４は、図１４に示す光起電表面に代わって、半径方向に風がぶつかる、人工プラスチック群葉及び／又は人工光起電繊維群葉で作成されたライニングからなることもできる。

風力タービン９０の曲線プロファイルのキャップ形状は、相乗的に、利用可能な（ブレード１１２−１１４と一体の）光起電表面を拡大する、結果的に、表面上を滑り、重力によって運ばれる、大量の雨水をさえぎるための表面も拡大することを可能にする機能を有する。従って、雨水は、潜在的に、縁部８１の近くの、水槽８０の蓋１２７上の円形開口部からなる、円形に配置された大型水受容器１２５も用いて、水槽８０内に貯蔵される。水受容器１２５は、水槽８０が一杯になると、水槽８０内部に位置決めされた溢流フロート１２６に接続された固有の機構により閉じられる。

水槽８０は、中央に向かって下向きに集束する曲線プロファイルを有するキャップ形状であり、回収された雨水を、重力により、水浄化器１０７及び中央幹７０に位置決めされた水分配配管２４に向かって運ぶことができるようにする。

本発明による人工木２の第２の実施形態を、図６乃至図１１を参照して説明する。
第１の人工木１と同一の参照数字を意図的に用いて、第２の人工木２は、概ね木１の全ての部品を備える。
木２は、ヌマスギの形状を模した細長い上向き形状を有する点で、木１とは異なる。
構造上の観点からは、形状の上記の差は、水槽８０の異なる構造を意味し、水槽８０は、全体的に（中央に円筒形孔１０５を有する）切頭錐体の形状で上向きにテーパする積層されたタンク１０１−１０４の様々な層により形成される。

従って、水槽８０の二重モジュール方式は、中央幹７０の周りに隣り合わせに配置された４つのタンク１０１−１０４を有する、水槽８０の水平モジュール方式、及び木２の頂部に向かって上向きにテーパする、半径方向の寸法を有する複数のタンク層１０１−１０４を有する、水槽８０の垂直モジュール方式で作られる（図７及び図１１）。
木１とは異なり、木２は、タンク１０１−１０４の下で、管状部材１４に沿って取り付けることができるように中央に穴が開けられたケーシング１０５を含む。いずれの場合も、電気バッテリ１０６のアレイ及び水浄化器１０７は、ケーシング１０５内に収容される。さらに、ボックス１０８は、環状部材１７を水槽８０の上に嵌めることができるように中央に穴が開けられる。

結果的に、区画１３０は、中央幹７０と結合するための空間を定めるためのみに用いられる。
木２は、雨水回収リングを形成する、水槽８０の頭部上に配置された付加的な水受容器３１をさらに含む。
更に別の光起電表面３２が、同じく人工プラスチック群葉及び／又は人工光起電繊維でできた人工群葉から作成され得る、木の垂直冠部上に設けられる（図１６及び図１７）。

水貯留槽８０が占める空間は、亜鉛メッキ鉄板で作成され、人工木２の垂直中央軸に対して水平な表面上に一定間隔で分配され、鋼製ケーブル３０を用いて垂直に接続された、安定化ループ２０により区切られる。
人工木１、２と一体のハイブリッドエネルギー生成装置のエネルギー電力は、数キロワットから０．５メガワットの範囲を網羅する。
木自体の高さは、発生するエネルギー電力及び据付けられる周辺環境のタイプに応じて変わり得る。
人工木１、２は、景観上の制約と適合可能な、組み合わせられた風力及び光起電技術を含む。

風力システムと一体化された磁石モータとの組み合わせは、再生可能資源からエネルギーを発生させるために十分な最小の回転を可能にし、弱い又は乱れている風速勾配がある場合の運転の問題を解決する。
ハイブリッド運転は、砂漠つまり低降水量地域、山岳、農業地域及び都市郊外地域など、電力及び水道本管に接続されていない非都市化地域における自給自足の必要に応じた、エネルギー源の組み合わせられた活用を可能にする。

木１、２は、景観への影響及び景観の変形の意味において侵襲性ではない懸濁水集積の可能性と合わせて、再生可能風力、磁力及び光起電資源からエネルギーを生産することを可能にする。加えて、構造体を移動及び解体することができる。降水中に回収された雨水は、水槽に貯留され、浄化され、動物及び人間の飲用、衛生的な使用のため、及び地球上の従来の水道本管に接続できない地域又は頻繁な干ばつのため作物を育てられない地域における灌漑用に使用される。

構造体全体は、組み立てが簡単で、到達が困難な遠隔地での使用を可能にする、再生可能な材料で作成されたモジュール部材で形成される。
据え付けは、管状部材１３−１７のヒンジ３３（木１及び２）の存在により容易であり、ヒンジ３３により、組み立て中に地面で組み立てられた構造体を、大型クレーンの助けなしに傾けて、現場に到達するために使用される輸送手段を備えた吊り装置又はプーリーを使用するだけで、据付現場に輸送することができる。
このシステムにより、垂直構造体は、定期的維持管理のために地面に配置することができる。

有利なことに、本発明による人工木１、２は、人間、動物及び植物が生きるために不可欠の、（暖房、照明その他用の）エネルギー及び（浄化もされた）水などの一次資源を、水道若しくは電力本管に接続されていない地域において提供し、又は既に上述の接続が設けられた都市化地域において、再生可能エネルギー及び水の活用を行うことができる。

人工木１、２は、幾つかの再生可能な風力、光起電及び水資源技術を組み込み、これらは、内部で相乗的に作用し、同時に、雨量が少ない環境において、又は風速が低い／風が吹かない（ウィンドブレードが起動され、その回転中に）、又は太陽光照射が低い／無いなどの好ましくない機構条件が、いずれにせよ、高容量水回収水槽が設けられていない従来の風力及び光起電システムの最適な一定の利用を許容しない場所において、大量の水の貯留、コンポーネント部材のサイズに比例して大量のクリーンエネルギーを生成し、貯蔵する可能性を保証する。

有利なことに、基礎構造体は、大型トラックで到達できない場所でも据え付け及び解体を単純化する、幾つかのモジュール型モジュール及びヒンジからなる。

人工木１、２は、風力が弱い若しくは風が無い場合のブレードの回転を開始するため又は風力が弱い場合のブレードの回転を支援するための電動モータを含んでもよい。モータは、制御ユニットにより制御され、電気バッテリのアレイに蓄積され、ウィンドブレード内に統合された光起電システムにより生産されたエネルギーが供給される。

光起電システム、ウィンドブレード及び／又は人工群葉と一体の大型収集表面、並びに磁石モータ及び電気モータにより支援される風力システムにより得られた、単一のエネルギー生産を合算することができるので、従来の風力システム、ブレード１１２−１１４と一体の磁石モータシステム１１７（風力が低い場合でもブレードの回転を増大することを可能にする）、電気モータシステム１２４（風速が低い／無い場合でも起動／回転の支援を行うための）、及びウィンドブレード１１２−１１４及び／又は人工光起電繊維群葉と一体の光起電システムの相乗作用により、再生可能資源エネルギー生産全体をより高くすることが可能になる。
本発明による人工木１、２は、木１、２自体の発電機により電源供給されるＬＥＤ照明部材を含んでもよい。

１、２：人工木
１０：基礎構造体
１３、１４、１５、１６：管状部材
１９：棚部
２２、２３：半殻
２４：水配管
２５：水計量分配装置
２６：制御ユニット
２７：電気配線
３１、１１８、１２５：水受容器
３４：光起電部材
７０：中央幹
８０：水槽
８１：縁部
９０：風力タービン
９１：湾曲表面
９２：下縁部
１００：高い構造体
１０１、１０２、１０３、１０４：タンク
１０５：ケーシング
１０６：電気バッテリ
１０７：水浄化器
１０８：ボックス
１０９：発電機
１１０：電荷調節器
１１１：インバータ
１１２、１１３、１１４：ブレード
１１５：中心軸
１１６、１１７：冠部
１２１：風力計
１２４：電気モータ
１２６：溢流フロート
１３０：区画
Ｆ：強化コンクリート基礎
Ｇ：地面

Claims (6)

1. 地面（Ｇ）と一体の基礎構造体（１０）に接続され、支持される高い構造体（１００）を含む、ハイブリッドエネルギーを発生するための人工木（１、２）であって、
   前記基礎構造体（１０）は、互いに接合された垂直に重ね合わされた管状部材（１３−１６）により形成された、前記地面と一体のモジュール式中央幹（７０）を含み、棚部（１９）が、前記管状部材（１５）の１つに固定され、かつ、上部に周縁部（８１）を定めるタンク（１０１−１０４）に分割された水貯留水槽（８０）を含む前記高い構造体（１００）を支持し、
   内部に電気バッテリ（１０６）のアレイ及び水浄化器（１０７）が収容されるケーシング（１０５）が付加的に設けられ、中央に穴が開けられた管状部材（１４、１６）に結合するのを可能にし、内部に磁石型式（１１６、１１７）の発電機（１０９）、電荷調節器（１１０）及びインバータ（１１１）が収容されるボックス（１０８）が、同じく中央に穴が開けられて前記管状部材（１６）に結合するのを可能にし、
   前記モジュール式中央幹（７０）は、２つの半殻（２２、２３）により閉じられ、その内部に前記水槽（８０）を外部ユーザに接続する水配管（２４）及び電気配線（２７）を有する制御ユニット（２６）が設けられ、
   前記高い構造体（１００）は、らせんに従って中心に向けて集束し、重ね合わされた管状部材（１７）と回転可能に固定された中心軸（１１５）を用いて接続され、かつ、前記モジュール式中央幹（７０）の前記管状部材（１３−１６）に固定された、ブレード（１１２、１１３、及び１１４）により形成された半径流風力タービン（９０）をさらに含み、
   前記風力タービン（９０）の各ブレード（１１２−１１４）は、底部で他のブレード（１１２−１１４）に結合されて単一の下縁部（９２）を形成する外側凸型湾曲表面（９１）を含み、前記ブレード（１１２−１１４）は、前記中央軸（１１５）に固定され、その回転を作動させ、
   前記外側凸型湾曲表面（９１）は頂部から下に向けて半径方向に広がり、組み立て後、前記下縁部（９２）は前記水槽（８０）の前記縁部（８１）内にとどまり、雨水が前記水槽（８０）内に滑り落ちるようにし、
   前記外側凸型湾曲表面（９１）は、前記外側凸型湾曲表面（９１）の前記湾曲に追従し、一緒に回転する光起電部材（３４）を支持する、
   ことを特徴とする人工木（１、２）。
2. 前記タンク（１０１−１０４）は、中心に形成され、接合することにより、内部に前記ケーシング（１０５）及び前記ボックス（１０８）が収容される、水のない流体密封円筒形区画（１３０）を形成することを特徴とする、請求項１に記載の人工木（１）。
3. 前記水槽（８０）は、前記中央幹（７０）の周りに隣り合わせに配置された前記タンク（１０１−１０４）を有する前記水槽（８０）の水平モジュール方式、及び前記タンク（１０１−１０４）の層の積層を有する前記水槽（８０）の垂直モジュール方式を作成する複数のタンク（１０１−１０４）層により形成されることを特徴とする、請求項１に記載の人工木（２）。
4. 風力が弱い又は風が無い場合に前記ブレード（１１２−１１４）の回転を始動させるため及び風力が弱い場合に前記ブレード（１１２−１１４）の回転を支援するための電気モータ（１２４）を含み、前記モータは、制御ユニットにより制御され、前記電気バッテリ（１０６）のアレイにより蓄積され、前記ウィンドブレード（１１２−１１４）内に統合された前記光起電部材（３４）により生産されたエネルギーが供給されることを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の人工木（１、２）。
5. 前記縁部（８１）の近くの、前記水槽（８０）の蓋（１２７）上の円形開口部により構成される円形に配置された水受容器（３１、１２５）を含み、前記水受容器（３１、１２５）は、前記水槽（８０）が一杯であると、前記水槽（８０）の内部に位置決めされた固有の溢流フロート（１２６）により閉じられることを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の人工木（１、２）。
6. 前記光起電部材（３４）は、人工プラスチック群葉ライニング及び／又は光起電繊維で作られた人工群葉からなることを特徴とする、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の人工木（１、２）。

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