JP3212745U - 風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】風洞状部材を備えた風力発電装置であって、従来技術よりもさらに発電効率が向上し、また、風洞状部材及び風洞状部材の支持台が回動自在に構成されることで、風洞状部材が吹いてくる風の方向を向くように回動制御される構成の風力発電装置を提供する。【解決手段】内部に羽根車が配設された風洞状部材を備えた風力発電装置１であって、複数の風洞状部材２ａ、２ｂが、該風洞状部材の中心軸方向に沿って直列に配設されている。また、複数の風洞状部材が、該風洞状部材の中心軸方向に交差する方向に並列に配置されている。さらに、垂直方向に配設されている。【選択図】図１

Description

本考案は、風力発電装置に関し、特に、風洞状部材の内部に羽根車を有する風力発電装置に関するものである。

近年、地球環境への配慮から、クリーンエネルギーを利用した発電装置への関心が高まってきており、このような発電装置の一つとして、風力を利用して発電を行う風力発電装置が知られている。風力発電装置は、風力により羽根車を回転させ、この回転エネルギーを発電機により電気エネルギーに変換するものである。

風力発電装置としては、水平軸の先端に複数のブレードからなるプロペラを有するロータを備えたプロペラ型の風車が広く知られているが、十分な発電量を得るために、近年、略円筒形状に形成された風洞状部材の内部にプロペラを設け、風洞状部材の内壁が内部（内側）に膨出して形成された構成を備えた風力発電装置が提案されている。

このような構成の風力発電装置として、例えば、特許文献１には、「エネルギ発生装置であって、実質上、ベース（１）、フレーム（６）に支持され直径が一様でない筒状風案内エレメント（２）、該筒状風案内エレメント（２）内で変位させ得る風車（３）とより成り、該風車（３）を変位させる手段（４）は実質上、一方はフレーム（６）に、他方は上記風車（３）との間に延びた１本或いはそれ以上の枢着アーム（１４−１５）と、該アーム（１４−１５）を動かす駆動手段とより成ることを特徴とするエネルギ発生装置」（「請求項１」、図１〜図４参照。）が記載され、特許文献２には、「地球表面もしくは地球表面に係留された基台に軸受けを介して回転可能に設置された支柱、そして該支柱の両側に互いに対称的に配置された風力発電装置からなり、該風力発電装置のそれぞれが、壁体の断面が前端部から後端部にかけて流線形をなす円筒状ダクト、該ダクトの内壁表面から立設された柱状部材によって固定された、ダクトの中心軸に沿って延びる、回転軸と発電機とを収容する筒状容器、そして回転軸の前端部に接続する羽根車を含む風力発電装置であることを特徴とする風力発電装置集合体」（「請求項１」、図１〜図１０参照。）が記載され、特許文献３には、「内側に膨出した内周面を有するダクト、該ダクトの内周面に立設された支柱に固定された、ダクトの中心軸に沿って延びる、回転軸と発電機とを収容する筒状容器、そして回転軸に接続された羽根車を備えた風力発電装置であって、該ダクトの内周が、ダクト前端部から少なくとも羽根車を囲む位置までは円形をなし、そして該円形内周面の後端部よりダクトの後端部にかけて、該ダクト後端部が非円形開口をなすように連続的に変化していることを特徴とする風力発電装置」（「請求項１」、図１〜図１４参照。）が記載されている。

特開２００１−２３４８４４号公報 特開２００３−０９７４１６号公報 特開２００４−０５２７２１号公報

ここで、特許文献１〜３には、風洞状部材（特許文献１では「風案内エレメント」、特許文献２では「円筒状ダクト」、特許文献３では「ダクト」と表現されている。）を１つ配設すること、又は、複数の風洞状部材を横方向（水平方向）に並設すること、又は、複数の風洞状部材を垂直方向に配設することは記載されているが、このような構成以外の構成にすることで、さらなる発電効率の向上が望まれている。

また、特許文献１〜３には、複数の風洞状部材の支持台の構成については、具体的に記載されておらず、風洞状部材の個数に応じて効率よく配設することができるかどうか不明である。また、風洞状部材の支持台・支柱は、風向に沿うようにスムーズに回転する必要があるが、特許文献１〜３に記載の支持台・支柱の回転制御機構は、さらなる改良の余地がある。

そこで、本考案は、風洞状部材を備えた風力発電装置であって、従来技術よりもさらに発電効率の向上する風力発電装置を提供することを目的とする。

また、本考案は、風洞状部材を備えた風力発電装置であって、風洞状部材及び風洞状部材の支持台が回動自在に構成されることで、風洞状部材が、吹いてくる風の方向を向くように回動制御される構成の風力発電装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、請求項１の考案は、内部に羽根車が配設された風洞状部材を備えた風力発電装置であって、複数の前記風洞状部材が、該風洞状部材の中心軸方向に沿って直列に配設されていることを特徴とする。

また、請求項２の考案は、請求項１に記載の風力発電装置であって、複数の前記風洞状部材が、さらに、該風洞状部材の中心軸方向に交差する方向に並列に配設されていることを特徴とする。

また、請求項３の考案は、請求項１又は請求項２に記載の風力発電装置であって、複数の前記風洞状部材が、さらに、垂直方向に配設されていることを特徴とする。

また、請求項４の考案は、請求項１乃至請求項の３いずれか１項に記載の風力発電装置であって、複数の前記風洞状部材を支持する支持台と、該支持台を回転自在に支持する第１の支柱と、該第１の支柱に連結された第２の支柱とを備え、前記第１の支柱と前記第２の支柱との連結部にベアリングが配設され、前記第１の支柱と前記第２の支柱とは互いに独立に回動自在に構成され、前記風洞状部材の吸気口が、吹いてくる風の方向に向くように回動制御されて構成されていることを特徴とする。

また、請求項５の考案は、請求項４に記載の風力発電装置であって、前記支持台が、ユニット化されて構成されていることを特徴とする。

本考案の風力発電装置によれば、風洞状部材を直列に配設することで、従来の風洞状部材を備えた風力発電装置よりも発電効率が大幅に向上するという顕著な効果を奏することができる。

また、本考案の風力発電装置によれば、風洞状部材の吸気口の向きが、常時風の吹く方向に向くように制御されて構成されているので、発電効率が大幅に向上するという顕著な効果を奏することができる。

本考案の第一実施形態における風力発電装置の斜視図である。 本考案の第一実施形態における風力発電装置の平面図である。 本考案の第一実施形態における風力発電装置の正面図である。 本考案の第一実施形態における風力発電装置の右側面図である。 本考案の第二実施形態における風力発電装置の斜視図である。 本考案の第二実施形態における風力発電装置の平面図である。 本考案の第二実施形態における風力発電装置の正面図である。 本考案の第二実施形態における風力発電装置の右側面図である。 本考案の第三実施形態における風力発電装置の斜視図である。 本考案の第三実施形態における風力発電装置の平面図である。 本考案の第三実施形態における風力発電装置の正面図である。 本考案の第三実施形態における風力発電装置の右側面図である。 本考案の第四実施形態における風力発電装置の斜視図である。 本考案の第四実施形態における風力発電装置の平面図である。 本考案の第四実施形態における風力発電装置の正面図である。 本考案の第四実施形態における風力発電装置の右側面図である。

以下、好適な実施形態を用いて本考案をさらに具体的に説明する。但し、下記の実施形態は本考案を具現化した例に過ぎず、本考案はこれに限定されるものではない。なお、以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略又は簡略化する。また、本文中の説明においては、必要に応じ、それ以前に述べた符号を用いるものとする。

（第一実施形態）
本考案の第一実施形態におけるに風力発電装置１について、図１〜図４を参照しながら説明する。本考案の第一実施形態における風力発電装置１は、風力発電部２と、風力発電部２を支持する支持台３を備えている。風力発電部２は、２つの風洞状部材２ａ，２ｂが、中心軸ｃａ（図２、図４参照。）方向に沿って直列に配設されて構成されている。風洞状部材２ａと風洞状部材２ｂとは、同一構成であり、上記特許文献１〜３に示すように公知のものを用いることができ、それぞれ、内部に発電用のプロペラ、発電機、集電ケーブル、その他発電に必要な部材を備えている。本考案では、風洞状部材２ａ，２ｂの内部構造は、公知のものを採用するので、内部構造とその作用・機能については、説明を省略し、図面には内部構造を示していない。なお、本考案において、風洞状部材の外形は、本実施形態で示す完全な円筒形の外、特許文献１〜３に示すような略円筒形のものも含むものとする。

本考案の風力発電装置１は、図示するように、風洞状部材２ａ，２ｂが、風洞状部材の中心軸ｃａに沿って直列に配設されている。風洞状部材２ａ，２ｂは、中心軸ｃａを同軸とする。上述したように、従来の風力発電装置においては、風洞状部材が、風洞状部材の中心軸方向には一つしか配設されていなかったが、本考案では、風洞状部材２ａと風洞状部材２ｂとを中心軸ｃａ方向に沿って直列に配設することにより、前方に配設された風洞状部材２ａの吸気口２ｃから吸気された風が増速されて排気口２ｄから排気され、この増速された排気を後方の風洞状部材２ｂの吸気口２ｅから吸気することで、従来技術に比べ、風力発電装置の発電効率を大幅に向上することができる。なお、後述するように、風力発電装置１は、吹いてくる風の向きに中心軸ｃａが一致するように制御される。

風力発電部２を支持する支持台３は、第１の支持台４と、第２の支持台５を備えている。第１の支持台４は、平行に配設された一対の縦部材４ａ，４ａと、縦部材４ａと縦部材４ａとを連結固定する複数の横部材４ｂ，４ｂ，・・・，４ｂとを備えている。縦部材４ａ，４ａは、周知のＨ鋼で形成され、長手方向の寸法は、風力発電部２の長手方向寸法と略同一である。横部材４ｂ，４ｂ，・・・，４ｂは、周知の鋼材で矩形に形成され、一方の縦部材４ａであるＨ鋼のウェブ部と対向する他方の縦部材４ａであるＨ鋼のウェブ部とに溶接等により連結固定されている。横部材４ｂの個数は、支持台３の強度を考慮して適宜決めればよい。

第２の支持台５は、風洞状部材２ａが載置されて固設される固設部材５ａと、風洞状部材２ｂが載置されて固設される固設部材５ｂを備え、第１の支持台４上に取り付けられている。固設部材５ａと固設部材５ｂとは同一構成であるので、固設部材５ａについて説明すると、固設部材５ａは、風洞状部材２ａを載置可能な大きさの矩形状の鋼板で形成された固設板５ｃと、固設板５ｃの下面四隅に垂設された４本の支持脚５ｄ，５ｄ，５ｄ，５ｄを備えている。４本の支持脚５ｄ，５ｄ，５ｄ，５ｄの下端部は、第１の支持台３の縦部材４ａ，４ａの上面に固定して取り付けられる。固設板５ｃ上には、風洞状部材２ａが載置されて固設される。第２の支持台５ｂを構成する部材も、周知の鋼材、鋼管等で形成される。各部材同士を取り付ける手段は、例えば、溶接、螺接等がある。なお、本実施形態では、直列に配設される風洞状部材の個数は、風洞状部材２ａ，２ｂの２個で示したが、３個以上の風洞状部材を設けてもよい。

（第二実施形態）
本考案の第二実施形態におけるに風力発電装置１０について、図５〜図８を参照しながら説明する。本考案の第二実施形態における風力発電装置１０は、第一実施形態の風力発電装置１に支柱６を連結した構成である。このような構成にすることにより、風洞状部材２ａ，２ｂの中心軸ｃａが、常時、吹いてくる風の向き（風向）に一致するように制御される。換言すれば、風洞状部材２ａ，２ｂそれぞれの吸気口２ｃ，２ｅが、常時風向を向くように、風力発電装置１０が回動制御される。

風力発電装置１については、第一実施形態で説明したので、ここでは、風力発電装置１と重複する説明はなるべく省略する。以下の実施形態三，四についても同様である。
支柱６は、円筒形に形成された第１の支柱６ａと、第１の支柱６ａに連結された円筒形状の第２の支柱６ｂとを備えている。第１の支柱６ａと第２の支柱６ｂとは、同軸、つまり、中心軸が同一である。第１の支柱６ａは、上端部が第１の支持台３の下部中間部に固定して連結され、下端が第２の支柱６ｂの上端部に回動自在に連結されている。つまり、第１の支柱６ａと第２の支柱６ｂとは互いに独立に回動自在に構成されている。第２の支柱６ｂの下端部は、風力発電装置１０の設置場所に固設されている。

第１の支柱６ａと第２の支柱６ｂとの支柱連結部６ｃには、ボールベアリング（不図示）が配設されており、第１の支柱６ａが、第２の支柱６ｂに対して回動自在に構成されている。なお、ボールベアリングに代えて、例えば、ローラーベアリング、テーパーベアリング、テーパーローラーベアリング、ニードルベアリングを用いてもよい。これらのベアリングは、周知のものである。

第二実施形態の風力発電装置１０は、このような構成にしたことにより、風向が変化した場合、風洞状部材２ａ，２ｂが、風向に沿って向きを変えようと回動動作するときに、支持台３も連動して同じ向きに回動する。このとき、支持台３に連結された第１の支柱６ａも連動して回動する。このような作用を奏することで、風力発電装置１０は、風洞状部材２ａ，２ｂが、常時、風向に沿った状態となるように回動制御されるので、発電効率を大幅に向上することができる。なお、従来技術にみられるように、風向計、回転制御装置等を設けて、風向計で計測した風向に合わせて支持台３または第１の支柱６ａが回動するように回動制御装置で制御する構成にしてもよい。

（第三実施形態）
本考案の第三実施形態におけるに風力発電装置２０について、図９〜図１２を参照しながら説明する。本考案の第三実施形態における風力発電装置２０は、第二実施形態の風力発電装置１０で説明した支柱６に、風力発電部２が、並列に配設された構成である。このような構成にすることにより、風力発電装置２０としての発電量を、必要に応じて適宜増加させることができる。

第三実施形態の風力発電装置２０においては、中心軸ｃａ方向に沿って直列に配設された風洞状部材２ａ，２ｂを備えた風力発電部２が、並列、つまり、中心軸ｃａ方向に交差する方向（例えば、直角の方向）に２列配設されている。並列に配設された二つの風力発電部２，２を支持する必要があるので、本実施形態では、二つの風力発電部２，２のそれぞれの第１の支持台３，３同士が支持台連結部材７によって連結固定されている。支持台連結部材７も、第一実施形態、第二実施形態と同様に、周知の鋼材、鋼管で形成されてよい。支持台連結部材７は、一方の支持台３の中間部と、他方の支持台３の中間部とを連結するように構成され、支持台連結部材７の中間部に、第１の支柱６ａの上端部が連結固定されるように構成される。

支持台連結部材７は、第１の支持台４と同様に、周知のＨ鋼、鋼材等で形成され、これらの部材で構成された支持台連結部材７と、二つの第１の支持台４，４とが溶接、または、螺接等により、連結されて固定されている。なお、支持台３、支持台連結部材７、および、これらを組み合わせた構成は、簡単に形成することができ、また、ユニット化（または、モジュール化）することができるので、例えば、予め同一構成の複数の支持台３を製作しておき、新たに設置される風力発電装置の必要発電量に応じて、必要な数の支持台３を提供することができる。また、支持台３と支持台連結部材７とを組み合わせた同一構成を予め複数製作しておき、新たに設置される風力発電装置の必要発電量に応じて、必要な数の支持台３と支持台連結部材７との組み合わせた構成を提供することができる。予め同一規格品を多数製作することができるので、第一実施形態〜第三実施形態の風力発電装置では、製作時間・製作工程等の短縮化が図られ、製造コスト・設置コストも低減することができる。

第三実施形態の風力発電装置２０も、第二実施形態の風力発電装置１０と同様に、風向が変化した場合、風洞状部材２ａ，２ｂが、風向に沿って向きを変えようと回動動作するときに、支持台３も連動して同じ向きに回動する。このとき、支持台３に連結された第１の支柱６ａも連動して回動する。このような作用を奏することで、風力発電装置２０は、４つの風洞状部材２ａ，２ａ，２ｂ，２ｂが、常時、風向に沿った状態となるように回動制御されるので、発電効率を大幅に向上することができる。

（第四実施形態）
本考案の第四実施形態におけるに風力発電装置３０について、図１３〜図１６を参照しながら説明する。本考案の第四実施形態における風力発電装置３０は、風洞状部材を直列に配設することなく、並列に配設する構成とし、この構成をさらに垂直方向に複数配設する構成である。第一実施形態〜第三実施形態のように風洞状部材２ａ，２ｂを直列に配設することができないような場所に風力発電装置を設置する場合は、本実施形態のように構成してもよい。本実施形態では、風洞状部材を直列に配設することの効果は得られないが、複数の風洞状部材を並列、垂直に配設することで、風力発電装置３０全体の発電力を増加することができる。

また、本実施形態では、支持台３の長手方向（つまり、縦部材４ａであるＨ鋼の長手方向）に交差する方向（例えば、直角方向）に、風洞状部材２ａ，２ａが並列に配設されている。すなわち、本実施形態のような構成にするときでも、風洞状部材２ａ，２ａの向きを変えて支持台３（具体的には、固設板５ｃ）に取り付ければよいので、第二実施形態と同様に、予めユニット化されて製作された支持台３を第一実施形態〜第四実施形態のいずれにも利用することができ、製作時間・製作工程等の短縮化が図られる。

１，１０，２０，３０ 風力発電装置
２ 風力発電部
２ａ，２ｂ 風洞状部材
２ｃ，２ｅ 吸気口
２ｄ 排気口
３ 支持台
４ 第１の支持台
４ａ 縦部材
４ｂ 横部材
５ 第２の支持台
５ａ，５ｂ 固設部材
５ｃ 固設板
５ｄ 支持脚
６ 支柱
６ａ 第１の支柱
６ｂ 第２の支柱
６ｃ 支柱連結部
７ 支持台連結部材

Claims (5)

1. 内部に羽根車が配設された風洞状部材を備えた風力発電装置であって、
   複数の前記風洞状部材が、該風洞状部材の中心軸方向に沿って直列に配設されている
   ことを特徴とする風力発電装置。
2. 複数の前記風洞状部材が、さらに、該風洞状部材の中心軸方向に交差する方向に並列に配設されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
3. 複数の前記風洞状部材が、さらに、垂直方向に配設されている
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の風力発電装置。
4. 複数の前記風洞状部材を支持する支持台と、
   該支持台を回動自在に支持する第１の支柱と、
   該第１の支柱に連結された第２の支柱とを備え、
   前記第１の支柱と前記第２の支柱との連結部にベアリングが配設され、前記第１の支柱と前記第２の支柱とは互いに独立に回動自在に構成され、
   前記風洞状部材の吸気口が、吹いてくる風の方向に向くように回動制御されて構成されている
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の風力発電装置。
5. 前記支持台が、ユニット化されて構成されている
   ことを特徴とする請求項４項に記載の風力発電装置。

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