動圧の計算例
ここで、一例として同集風チャンバーの入口面積（Ｅ）を２０Ｍ＾２（タテ４ｍｘヨコ５ｍ）とし、上記漏斗型集風器の受風入口の円面積を（Ｆ）とし、両者略同
圧（Ｐｖ）は、Ｐｖ＝１／２ｐＶ＾２より、２４５（ｐａ，パスカル）→約２５Ｋｇｆ／ｍ＾２）である。（ｐは空気密度で、１．２２５とする）、添付 （図 １）（Ｂ）参照
ここで、前記漏斗型集風器の入口面積（Ｆ）の円半径（２．５ｍ）を１／２（半径１．２５ｍ）にした場合、上記（Ｆ）の面積は、１／４になる。（円の面積、π ｘ ｒ＾２より）因って、上記定理より、異径管の出口部位の動圧は、４倍の９８０（ｐａ）→約
更に、同異径管の管路の円半径を１／２（半径０．６２５ｍ）にすると、４倍の３９２０（ｐａ）
１／ａにすれば、その逆数のａ倍で動圧は増大する。即ち、これは、エネルギー保存の法則に準じるベルヌーイの定理の応用である。
因みに、参考までに、火力発電３０万ＫＷ出力の蒸気タービンの動圧は２５Ｍｐａ
２である。即ち、１ｍ＾２当たり、２，５００トンの重力が作用していることである。以上の計算は管路の抵抗ロスが無い場合の値である。又、通風チャンバーの設置位置レベル、或いは、空気の温度差によって若干の値の変動はある。Calculation example of dynamic pressure Here, as an example, the inlet area (E) of the same air collecting chamber is 20M^2 (vertical 4m x horizontal 5m), and the circular area of the receiving air inlet of the funnel type air collector is (F). , both roughly the same
The pressure (Pv) is 245 (pa, Pascal)→approximately 25 Kgf/m̂2) from Pv=1/2pV̂2. (p is the air density and is assumed to be 1.225), see attached (Fig. 1) (B) Here, the radius of the circle (2.5 m) of the inlet area (F) of the funnel-type air collector is halved In the case of (radius of 1.25 m), the area of the above (F) becomes 1/4. (From the area of a circle, π x r^2) Therefore, according to the above theorem, the dynamic pressure at the outlet of the pipe with a different diameter is four times 980 (pa) → about
Furthermore, if the circular radius of the same and different diameter pipe is halved (radius 0.625 m), it is 4 times 3920 (pa)
If it is 1/a, the dynamic pressure increases by a times the reciprocal. That is, it is an application of Bernoulli's theorem according to the law of conservation of energy .
By the way , for reference , the dynamic pressure of a steam turbine with a thermal power generation output of 300,000 KW is 25 Mpa.
2. That is, 2,500 tons of gravity is acting per 1 m^2. The above calculation is the value when there is no resistance loss in the pipeline. In addition, there are slight fluctuations in the values depending on the installation position level of the ventilation chamber or the temperature difference of the air.
本風力発電機の発電に係わるコンセプト
本風力発電機は、前記の通風タワーに依って捕獲された風力エネルギー（風圧力）を動力源として電気エネルギーを創生する。従って、創生される電気ネルギーの容量は捕獲される風圧力（風量ｘ風速）の大小に左右される。そして前記異径管の効用により、同風力エネルギーの全圧が略動圧エネルギーに変換される。物理的には、エネルギー保存の法則により、変換後の動力エネルギーは、捕獲された風力エネルギーの全圧に等しい、即ち、受風面で捕獲される風力エネルギーの全圧Ｆ（Ｎ）は、Ｆ（Ｎ）＝
面積（ｍ＾２）、Ｖは、風速（ｍ／ｓｅｃ．）である。同式Ｆ（Ｎ）に於いて、異径管の半径を１／２にすると、同異径管の面積（Ａ）は、１／４となり、ベルヌーイの定理により、Ｆ（Ｎ）は一
ａ倍に増大する。ここに、同面積（Ａ）を縮小することによって、前記全圧
これは、流体の流通経路に於いて当経路の面積を縮小すれば、捕獲された全圧力エネルギーはその縮小比（１／ａ）の逆数のａ倍に応じて動圧に変換されるが、全圧力エネル
ギーの絶対量は不変であると云うベルヌーイの定理の応用である。
（補足）ベルヌーイの定理
ベルヌーイの定理とは、流体を扱う異径管において、その管のあらゆる断面に於ける流体の運動エネルギー（この場合は、風力エネルギー）の総量は、一定で不変であると云う定理である。即ち、一例として、同異径管の入口に於ける同エネルギーの総量をＱ１とし、同異径管の出口の同エネルギーの総量をＱ２とした時、Ｑ１＝Ｑ２であると云う定理であり、“エネルギー不変の法則”に相当するものである。この定理は、流体が完全流体（非粘性、非圧縮性）であることを前提としているが、この完全流体に近い空気や水に対しても現象として適応可能である。即ち、高圧洗浄機、ウオータージェットカッター、或いは、高圧エアーダスタークリーナーなるデバイスは、この定理を応用したものであるが、同カッターはノズルの出口面積の径を、極小の０．１～１．０φｍ／ｍにして、高水速を編み出し、約３００ＭＰａの高動圧によりあらゆる物体を切断できるというデバイスである。これは、高動圧の効用の一例である。
一方，この風力エネルギーの総量は、地上レベルに設置される当風力発電機として、空気密度（ｐ）は、１．２２５とし、位置エネルギーは、大気圧としゼロ扱いとし、又、温度
断面積で、“ｐｘＡ”は、単位時間の質量を表す。即ち、異径管に於いて、断面積を縮小したＱ２の流速は早くなるので単位時間当りの質量は一定で不変であるので、同エネルギー量は、Ｑ１＝Ｑ２であると云う定理である。即ち、“流体の質量保存の法則”である。
そして、風速の強弱がこの動圧（Ｐｖ）エネルギーの絶対量を左右することになり、本風力発電機はこの動圧をエネルギー源として電気エネルギーを生産すると云う発電に係わるニューコンセプトである。
風力発電機において、風速（Ｖ）が電気エネルギーの生産量を左右するのであるが、上記の通り、プロペラ型風力発電機では、その構造、機構上、カットアウト風速２５Ｍ／秒を定め、これを超えた運転は構造の強度上不可能としている。即ち、直径が概ね５０Ｍを超える巨大な回転体（プロペラ）を２５Ｍ／秒を超える強風の中で回転させるにはその構造に係わる強度上、対応が不可能である。更に、プロペラ型機は上空で懸架されたナセルなる容器に発電機、増速機、等の重量物を収納している。従って、このナセルは重量が数十トンに及ぶもので、これを地上レベルより略８０Ｍを超える上空に支柱（タワー）に乗せて懸架する構造である。因って、建造物として重心が可なり上空にある。
斯様に建造物として重心が上空にある時に台風の巨大な風圧に遭遇すると同タワーは前後左右の揺れを生じ、結果、応力歪みを生じ金属疲労によりタワーの倒壊事故に至る。斯様な状況下でプロペラ型風力発電機はカットアウト風速（２５Ｍ／秒）を定めている。
そこで、台風のようなある程度の強風下でも発電行為を行うには、水力発電、或いは、火力、原子力発電所のように回転機器並びに発電機器の重量物を地上レベルに設置することが物理上、合理である。そして、上空の風力エネルギー（風圧力）を上空で捕獲して通風管によって地上に誘導して、地上レベルで発電行為を行うことが合理的である。
そこで、考案されたのが、上空の高圧力の風力エネルギー（風圧力）を直接に捕獲して、地上レベルに同風圧力を直送する為の集風タワー“（実用新案登録第３２３７０７４号）である。当特願の発明は、当集風タワーによって捕獲された風力エネルギー（風圧力＝動圧）をエネルギー源として発電機に誘導して発電行為を行うプロペラ機構を排除したことを特徴とする風力発電機である。添付 （図３）参照）Concept related to power generation of this wind power generator This wind power generator generates electric energy by using the wind energy (wind pressure) captured by the ventilation tower as a power source. Therefore, the capacity of the generated electric energy depends on the magnitude of the captured wind pressure (air volume x wind speed). Then, due to the effect of the reduced diameter pipe, the total pressure of the wind energy is converted into substantially dynamic pressure energy. Physically , by the law of conservation of energy, the kinetic energy after conversion is equal to the total pressure of the captured wind energy, i.e. the total pressure of the captured wind energy F(N) on the swept surface is equal to F (N) =
Area (m^2), V is the wind speed (m/sec.). In the same formula F(N), when the radius of the tube with different diameter is halved, the area (A) of the tube with the same diameter is 1/4, and according to Bernoulli's theorem , F(N) is equal
increases a times. Here, by reducing the same area (A), the total pressure
This is because if the area of the fluid flow path is reduced, the total pressure energy captured will be converted to dynamic pressure according to the reciprocal of the reduction ratio (1/a) times a. It is an application of Bernoulli's theorem that the absolute amount of total pressure energy is constant.
(Supplement) Bernoulli's Theorem Bernoulli's theorem states that the total amount of fluid kinetic energy (in this case, wind energy) in all cross-sections of pipes with different diameters that handle fluids is constant and unchanging. This is the theorem. That is, as an example, when the total amount of the same energy at the entrance of the same diameter pipe is Q1 and the total amount of the same energy at the exit of the same diameter pipe is Q2, it is the theorem that Q1 = Q2, It corresponds to the "law of constancy of energy". This theorem is based on the premise that the fluid is a perfect fluid (non-viscous, incompressible), but it can also be applied as a phenomenon to air and water that are close to perfect fluids. That is, devices such as high-pressure cleaners, water jet cutters, and high-pressure air duster cleaners apply this theorem. It is a device that can cut any object with a high water speed of about 300 MPa and a high dynamic pressure of about 300 MPa. This is an example of the utility of high dynamic pressure.
On the other hand, the total amount of this wind energy is assumed to be the wind power generator installed at the ground level, the air density (p) is 1.225, the potential energy is assumed to be atmospheric pressure and treated as zero, and the temperature
In the cross section, "pxA" represents mass per unit time. That is, in the reduced diameter pipe, the flow velocity of Q2 with a reduced cross-sectional area increases, so the mass per unit time is constant and unchanged, so the same energy amount is the theorem that Q1 = Q2. That is, it is the "law of conservation of mass of fluids".
The strength of the wind speed affects the absolute amount of this dynamic pressure (Pv) energy, and this wind power generator is a new concept related to power generation that uses this dynamic pressure as an energy source to produce electrical energy.
In a wind power generator, the wind speed (V) determines the amount of electrical energy produced. Exceeding operation is impossible due to structural strength. That is, it is impossible to rotate a huge rotating body (propeller) with a diameter exceeding 50M in a strong wind exceeding 25M/sec due to the structural strength. Furthermore, a propeller-type machine stores heavy objects such as a generator and a gearbox in a container called a nacelle that is suspended in the sky. Therefore, the weight of this nacelle is several tens of tons, and it is suspended on a pillar (tower) above the ground level by approximately 80M. Therefore, the center of gravity of the building is quite high in the sky.
In this way, when the center of gravity of the building is in the sky, when it encounters the huge wind pressure of a typhoon, the tower will sway back and forth, left and right, and as a result, stress distortion will occur and metal fatigue will cause the tower to collapse. Under such circumstances, the propeller type wind power generator defines a cutout wind speed (25 M/s).
Therefore, in order to generate power even under strong winds such as typhoons, it is physically difficult to install heavy rotating equipment and power generating equipment on the ground level, such as in hydroelectric power plants, thermal power plants, and nuclear power plants. Reasonable . Then, it is rational to capture wind energy (wind pressure) in the sky and guide it to the ground through ventilation pipes to generate power on the ground level.
Therefore, what was devised was a wind collection tower "(Utility model registration No. 3237074) for directly capturing the high-pressure wind energy (wind pressure) in the sky and sending the same wind pressure directly to the ground level. The invention of this patent application is characterized by eliminating the propeller mechanism that induces the wind energy (wind pressure = dynamic pressure) captured by the wind tower to the generator as an energy source to generate power. It is a wind power generator.See attached (Fig. 3))
