JP2018188989A - 風力発電装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また、特許文献2に記載の技術は、気体の生成と、この気体を利用した発電装置であり、付帯設備を要し、コストの問題が発生する。また水車を利用することで、設置場所の限定がある。
さらに、特許文献3に記載の技術は、有益であるが、本件発明は、さらなる技術の向上と、この特許文献3の技術を補填する。
風力、及び/又は、人工風でなる風(空気)の風路と、前記風路に介設した導管と、前記導管内に備えた前記風の流れ、向き又は強さを制御する導管収れん部と、前記導管収れん部の部屋に輪郭体の一部を陥入した羽根車と、前記羽根車に設けた多数の導入部屋と、を備える建屋に設けた風力発電装置であって、
前記羽根車の輪郭体の一部は、前記導管収れん部の狭窄部に陥入し、
前記導管収れん部の前記風路と、前記部屋の壁面と、前記導入部屋の壁面とは、滑らかな面とし、
前記導入部屋は、前記導管収れん部を通った風の受止め用の平板及び傾斜板を備える。
前記狭窄部において前記羽根車の風路の壁面と接続し、前記流入風を排出する排気部を備えていてもよい。
前記平板は、前記羽根車の回転方向と垂直であってもよい。
前記狭窄部において、前記平板の少なくとも1枚は、前記風を垂直に受け止めてもよい。
(イ)風力という自然のエネルギーを利用するため、環境に対する負荷が低い。
(ロ)導管収れん部と羽根車の構造及びこれらの関係を最適化したことにより、風力のエネルギーを高い効率で電気エネルギーに変換することができる。
(ハ)羽根車が風を受ける部分が外界から遮蔽されているため、低周波音等による不快感や健康被害を低減することができる。
(ニ)コンパクトな羽根車を使用するため、発電装置全体の小型化を図ることができる。
(ホ)導管収れん部の吸入部は、管などの空洞部材で延長することができるため、発電装置の設置場所に関する自由度が高い。
図中102は、空中の空気を取入れる風力(空気)導入第二風路を示す。風力導入第二風路102は、風力導入第一風路100を邪魔しない位置で発電室3に繋がる。また、図示しないが、風力導入第一・第二風路100・102には、それぞれ切換弁を備えてあり、風力導入経路を制御できる。
風力発電装置1、風力導入第一風路100(風路となり、柱R1となる)に繋がる吸気端(吸入口)12と、風力導入第一風路100、又は風力導入第二風路102(風路となる)に繋がる排気端(排気口)13とを備えた導管11(導管本管である)と、羽根車21とを備える。導管11は、風を通すための管状部材であり、例えば、直径5cmに設定されている。羽根車21(風車構造)は、風力を回転の運動エネルギーに変換する要素であり、例えば、直径15cm、幅5cmに設定されている。図2には、羽根車21の厚さ方向(後述のZ方向)の中央で風力発電装置1を中心軸に垂直な平面で切断した断面を、切断した側から見下した場合の斜視断面図が示されている。図1の如く、風力導入第一風路100は、建屋の柱R1を兼用する構成である。また、この構造であれば、耐震効果が期待できる。
図7に示すように、実施の形態1に係る風力発電装置1の羽根車21は、例えば、1対の環状輪郭体24(羽根車21の外郭体)の間に、複数の羽根25を差し渡して構成される。羽根25の各々は、例えば、1枚の平板22と、1枚の傾斜板23とで形成される。なお、羽根25は、対の環状輪郭体24(羽根車21の外郭体)の間に、均等に(整然と)配備されている。また、この導管11には、その両端にそれぞれ吸気端12及び排気端13を形成するとともに、後述する羽根車21に接触する部位に導管本体収れん部14を形成する。この例では、導管本体収れん部14は、導管11の一方の内壁曲面より突出した膨出曲面形状の突部14a1と、対峙する羽根車21の輪郭体24、又は導管11の他方の内壁曲面とで形成した、断面視して、切欠きした半月形状、又は眞半月形状等の狭窄部14aであり、収れん部14(狭窄部14a)は、当該導管11を流れる風の流れ、向き又は強さを調節する(絞り形態である)。この例では、狭窄部14aは、導管11の管路内に形成した羽根車21の陥入を許す滑らかに凹んだ部分(各形態を後述する)をいう。狭窄部14aは、後述する図2〜図4−4と、図8〜図10に示した、それぞれの形態があるが、何れも一例である。
なお、図2や図7などでは、この対の輪郭体24の中間に位置する支持構造も、環状輪郭体24として示してあるが、図2−1に示すように、羽根25の軸側(裏側)の面を面一に覆う、いわば対の輪郭体24と中間の輪郭体24とを一体化した構造の環状輪郭体24も有り得る。
なお、導管11の吸気端12には、前述の如く、風力導入第一風路100が、また排気端13には、大気中に、働きを終えた風力を排出する風力排気風路5が接続される。
回転軸29は、羽根車21の中心軸であり、図示しないシャフト等の棒状部材によって、回転力を直接的又は間接的に図示しない発電機に伝える。これにより、風力が電力に変換される。回転軸29は、複数のスポーク27の交点に位置する。
本実施の形態に係る羽根車21は、回転軸29を中心として、例えば、8つのスポーク27を備え、45°毎回転した位置に形成される。
図8は、実施の形態2に係る風力発電装置1の正面断面図である。図示のように、実施の形態2の導管11は、狭窄部14aの羽根車21から遠い側(−Y方向)に、支持板31を備えている。吸気端12から流入した風は、その一部が狭窄部14a付近のカーブに沿って羽根車21に導かれ、他の一部が導管11の方向に直進して支持板31に衝突する。これにより、支持板31がない場合に比べ、強い風が流入した場合でも、導管11や羽根車21が破損し難い。また、支持板31に衝突した風は、その後、羽根車21に向かい、羽根車21を回転させることになるため、エネルギーの損失が少なく、高効率の発電を維持することができる。尚、支持板31には、余剰風力を逃がす開口を形成する構造も有り得る。
(イ)及び要部の図面(イ´)は、実施の形態1に係るものであり、導管11の内壁より、羽根車21側に向って膨出した例えば可撓性の突部14a1を利用して狭窄部14aを形成する。この狭窄部14aにより、風力導入第一風路100を流れる風を絞り込み、風の増速と増圧を達成する(圧力を上げる)。この増圧した風を、導管11と狭窄部14aとを繋ぐ導入風路11aより、羽根車21の羽根25(羽根25と外の郭輪体24−1とで形成した風取込み部屋25a)に送り、平板22に直角rに当てる。この風の圧力を、羽根車21の回転動力とするのが、本発明の特徴である。その後は、狭窄部14aから排気風路11bに到った風(働きを終えた風)は、導管11の排気風路11bを利用して排出するが、羽根25によって長く蓄えることで、羽根車21の回転動力(駆動力)の向上に役立ち、かつ発電量の拡充が確保できる。
尚、導管11の排気風路11bより、その排気端13に到る。この風力の流れを、図9と図10において、矢視Aで示す。
(ロ)及び要部の図面(ロ´)は、実施の形態2に係るものであり、前述の(イ)及び要部の図面(イ´)に準ずる。但し、突部14a1の形態が異なる。その構成と作用は略同じである。
(ハ)及び要部の図面(ハ´)は、実施の形態3に係るものであり、図3−1の実施の形態1に準ずるが、排気風路11bがより大きく形成されている。風を搾り込む狭窄部14aに送られた風力を、導管11と部屋16とを繋ぐ導入風路11aより、羽根車21の羽根24の風取込み部屋25a(ポケット)に送り、当該羽根車21の回転動力とする、等のその他の点は、前述(イ)等に準ずる。
(ニ)及び要部の図面(ニ´)は、実施の形態4に係るものであり、実施の形態2及び3の特徴を併せ持ち、前述の(ロ)及び(ハ)に準ずる。
本実施の形態1〜6においては、風力発電装置1の導管11及び羽根車21はプラスチック製であるが、材質はこれに限られず、例えば、アルミニウム、木製等の素材であってもよく、複合材料であってもよい。
また、平板22、傾斜板23、スポーク27、周方向支持部材28の数は、上述したものに限られず、適宜変更されてもよい。
100 風力(空気)導入第一風路
101 入口
102 風力(空気)導入第二風路
2 土台
3 発電室
5 風力排気風路
500 排気口
501 風見鶏
6 シャッタ
11 導管
11a 導入風路
11b 排気風路
12 吸気端
13 排気端
14 収れん部(導管本体収れん部)
14a 狭窄部
14a1 突部
14b ガイド片
14c 抜け道
14d 整流片
15 補強材
16 部屋
21 羽根車
21a 一部
22 平板
23 傾斜板
23a 受入れ傾斜板
24 輪郭体
25 羽根
25a 風取込み部屋
27 スポーク
28 部材
29 回転軸
31 支持板
40 発電機
41 熱交換部
42 風路
A ハイブリッド
B 中心
R 建屋
R1 柱
R2 天井
R3 床下
r 直角
R4 屋根裏
X1 自然気流
Claims (4)
- 風力、及び/又は、人工風でなる風(空気)の風路と、前記風路に介設した導管と、前記導管内に備えた前記風の流れ、向き又は強さを制御する導管収れん部と、前記導管収れん部の部屋に輪郭体の一部を陥入した羽根車と、前記羽根車に設けた多数の導入部屋と、を備える建屋に設けた風力発電装置であって、
前記羽根車の輪郭体の一部は、前記導管収れん部の狭窄部に陥入し、
前記導管収れん部の前記風路と、前記部屋の壁面と、前記導入部屋の壁面とは、滑らかな面とし、
前記導入部屋は、前記導管収れん部を通った風の受止め用の平板及び傾斜板を備える、
ことを特徴とした風力発電装置。
- 前記狭窄部において前記羽根車の風路の壁面と接続し、前記風力を排出する排気口を備える、
請求項1に記載の風力発電装置。
- 前記平板は、前記羽根車の回転方向と垂直である、
請求項1又は2に記載の風力発電装置。
- 前記狭窄部において、前記平板の少なくとも1枚は、前記風を垂直に受け止める、
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の風力発電装置。
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KR102506061B1 (ko) | 2021-03-23 | 2023-03-06 | 우찬식 | 온도차에 의해 발생하는 상승기류를 이용한 발전시스템 |
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