JP3817675B2

JP3817675B2 - 風力発電用集風システム

Info

Publication number: JP3817675B2
Application number: JP2003335144A
Authority: JP
Inventors: 敏雄野沢; 耕一前田
Original assignee: 敏雄野沢
Priority date: 2003-09-26
Filing date: 2003-09-26
Publication date: 2006-09-06
Anticipated expiration: 2023-09-26
Also published as: JP2005098256A

Description

本発明は、建築物や構造物の壁面に自然風が衝突し、発生する所謂「ビル風」を防止し、逆にその風を集風し、その風エネルギーを風力発電機の駆動源として有効利用するための風力発電用集風システムである。

集風装置と負圧を利用して風力発電を行うものは、下記文献等に見られるが、壁面に発生する所謂「ビル風」のベクトルは一定ではなく、「ビル風」の一部の風エネルギーを利用するに過ぎなく、壁面に加わる風エネルギーを集風し、「ビル風」そのものの発生を防ぎ、また集風面に局所的に発生する負圧による風エネルギーの吸出しによる効率低下に配慮した風力発電用集風システムはなかった。
特開２００１−３２９９４１号公報

かような点に鑑み、建築物や構造物のガラス窓を含む壁面に受ける風エネルギーを積極的に吸収し、また、局所的に発生する負圧による逆流を防止し、その風エネルギーを風力発電に活用し、さらに建築物や構造物の宿命とも言うべき所謂「ビル風」の発生を防ぐことである。

本発明は、建築物や構造物の壁面に取り付けられる集風システムであり、多数の偏向板で構成された集風部で集風し、逆止弁を介して導風部に風エネルギーを送り込む方式の集風部と導風部が一体となった集風装置、および偏向板を透明素材で形成した可動式のブラインド形の集風部で集風し、逆止弁を介して導風部に風エネルギーを送り込む方式の集風部と導風部が一体となった集風装置で、組み合わせ自在で効率の良い集風システムを構築することを最も主要な特徴とする。

建築物や構造物の壁面に受ける風エネルギーを積極的に活用し、従来ならば所謂「ビル風」として、むしろ厄介なものとされていた風エネルギーを、風力発電に有効活用でき、構造物または建築物が発生する所謂「ビル風」の発生を防ぐことができる。集風システムは構造が簡単で、新築、既設を問わず設置でき、また風力発電システムは集風システムの構築の形態により発電効率のよい方式を採用でき、周囲との景観に違和感なく設置することが可能となる。

また、強風地域に於いて、防風壁に応用すれば、防風の役割を果たしながら、発電を行うことができ、従来は無駄にしていた風エネルギーを風力発電として積極的に取り込み、有効に活用することができる。

集風装置は多数の偏向板で風エネルギーを取り込み、また、風エネルギーの逆流を防止するための逆止弁と集風装置同士とを連結するための導風口を取り入れることで、集風装置の多数組合せができ、広い面での集風が可能となり、風エネルギーを、導風路を経由して風力発電機を駆動する。

建築物または構造物の集風部と負圧発生部に至るまでに、風力発電機室及び導風路を有し、集風システムによって取り込まれた風エネルギーは風力発電の形態に最適な方法で風力発電機を駆動し電気エネルギーに変換しながら、負圧発生部の排気口より外気に放出される。

図１は本発明を建築物に応用した概念図であり、図２、図３及び図４は本発明の構成図の一例であり、図５は集風装置を説明した図であり、図８は負圧発生部の一例を示した図である。本発明の主題は、壁面に受ける風エネルギーを如何に効率良く集風するか、ということであり、風力発電機、羽根及び電力制御系に関する説明は省略する。

図１の集風部２は、風向きがほぼ一定の場合には風を受ける壁面だけに設置してもよく、風向きが一定しない場合には、任意の壁面に設置してもよい。この場合、建築物または構造物の風下側に負圧が発生し、集風された風エネルギーが逆流する可能性があるが、図５の逆止弁２９または図７の逆止弁５２で逆流を防止できる。同様に風を受けている面でも、局所的に何れかの集風装置に負圧が発生した場合も同様である。

図２は負圧発生部と風力発電機室とが一体となった形態を示し、集風装置５で集められた風エネルギーが、導風管６を経由して負圧発生部１３の排気口１５に流れ、その風エネルギーで風力発電機１０のプロペラ１１を回転させ、風エネルギーを電気エネルギーに変換する。

図３は負圧発生部と風力発電機室とが分離した形態を示し、導風管６に集められた風エネルギーは正圧であり、負圧方向に流れることにより集風部５、導風管６、風力発電機室１６及び負圧発生室１７の位置関係は建築物または構造物の形状あるいは目的に応じて自由に配置できるが、負圧発生部分は地上から高い方が有利である。

図２に示す風力発電機１０及び負圧発生室１２、または図３に示す風力発電室１６は、強風時に風力発電機１０及びプロペラ１１を保護するために、風エネルギーをバイパスさせる受風量調整バイパスゲート７，８と隔壁９を有する。受風量調整バイパスゲート７は通常時の動作を示したもので、風エネルギーは全てプロペラの回転力に転換される。受風量調整バイパスゲート８は強風時の動作を示したもので、風力発電機１０またはプロペラ１１の負荷により、開閉量が制御され、風エネルギーはバイパスされ、風力発電機１０やプロペラ１１を保護する。

図５に示す集風装置２７は装置自体を多数組合せて使うことが前提であるので、集風部のみならず、導風路３１も有し、偏向板２８で集風された風エネルギーが逆止弁２９を通過して導風路３１に合流する。そのため、集風部と導風路３１は隔壁３０で仕切られ逆止弁２９の作用で、集風作用のみ働き集風面に負圧がかかっても風エネルギーは逆流しない。尚、負圧の発生がない、もしくは少ない場合には逆止弁２９と隔壁３０は省略できる。実施例２に於いても同様である。

図５に示す集風装置２７の前面にフィルター３２を取り付け、集風装置２７内にゴミ等の異物の進入を防ぎ、また、集風装置の大きさにより、図５（ｃ）に示す整流板３４を適宜配置することにより、より集風能力が向上する。実施例２に於いても同様である。

図５に示す集風装置２７は垂直方向に多数積み上げて使うことが前提であるので、最下端の集風装置下部の装置結合部３５は開口部を塞ぐ板を取り付ける。

集風装置２７の偏向板の形状は図５（ｂ）の偏向板２８のような板状のものか、あるいは図５（ｅ）に示す主偏向板を曲げた形状の偏向板３６、あるいは図５（ｆ）に示すような曲面形状の偏向板３７でもよい。

図６は集風装置を縦方向に三個、横方向に二列設置した例である。集風装置Ｃ４０に集められた風エネルギーは図５（ｄ）に示す装置結合部３５を経由して集風装置Ｂ３９の集風装置内導風路４２に入る。集風装置Ｂ３９に集められた風エネルギーは集風装置Ｃ４０の風エネルギーと合流し、さらに集風装置Ａ３８の風エネルギーと合流し導風管４１に集められる。もう一列の働きも同様である。

図８（ａ）、（ｂ）は負圧発生部５４の一例であり、風向きに関係なく効率的に自然風を負圧発生室５５付近に集中するために隔壁５７を設け、自然風の流速を加速する。その結果、負圧室排気口５６から負圧発生室６１の空気を吸気減圧し、負圧発生室６１を負圧にする。図８（ｃ）は建築物または構造物の屋根を負圧発生部とした概念図であり、動作原理は上記と同様であり、実施例３に於いても同様である。

導風路の曲がり箇所が多いと、その部分で風エネルギーの損失が発生する。図４は導風路での損失を極力少なくした集風システムの構成を示したものであり図４（ａ）は多数の集風装置と風力発電機と負圧発生部の正面図であり，図４（ｂ）は断面を示したものである。

垂直方向に積み上げられた集風装置は風エネルギーを集約しながら上部に向かい風力発電機２０の羽根１９を回転させ、雨よけを兼ねた負圧発生装置１８より排気する。集風装置を積み上げた集風原理は実施例１と同様である。集風部から排気部までに導風路の曲がり箇所が最小限に抑えられ、風エネルギーを最大限利用できる。

個々の風力発電機自体は小規模だが、図４のシステム構成では集風システムの導風路の損失を抑えられ、風力発電機２０によって電気エネルギーに変換されたものは、図４（ｃ）に示すように電気配線のみで電気エネルギーを集約でき、いかなる構成も可能となる。

図４に示すような羽根１９を使用した場合、羽根の円周の片面のみに風エネルギーを集約することも可能で風力発電機１９の効率もさらに上げることが可能である。

図４に示す雨水防止兼負圧発生部１８は単に排気口でも良く、住宅等に応用した場合は煙突のようなものでも良い。

図７（ａ），（ｂ）は壁面の大半がガラス等で構築されている建築物に本発明を応用したものである。窓または壁面５１を導風路として流用し、風を受ける時はブラインド状の可動式の偏向板４７を図７（ａ）の偏向板収納部４５，４８から下ろし、受風した風エネルギーを窓または壁面５１を導風路とみたて、導風管４６，４９に送り込む。このような方法で所謂「ビル風」を整流しベクトルを一定にし、効率的に利用できる。

図７（ａ）の時、偏向板４７は透明な素材で形成されているので、採光には全く支障がない。図７（ｃ）の時は無風時または強制的に偏向板を引き上げた状態を示したものであり、図７（ｄ）は偏向板４７が偏向板収納部４８に収容された状態を示したものであり、建築物から外の景色をみるのに全く障害はない。

逆止弁５２により導風路から集風部へ風エネルギーが逆流せず、風エネルギーを最大限取り込め、風エネルギーの無駄が生じない。

構造物や住宅、工場、ビル等の壁面に必然的に発生する「ビル風」を防止しながら、その風エネルギーを集風し風力発電機の駆動源とすることができ、また防風壁に応用すれば防風の役目を果たしながら風力発電も行え、自然と共生しながら効率良くエネルギーを取り出すことができる。

風力発電用集風システムを建築物に応用した概略図である。風力発電用集風システムの形態を示した一例である。（実施例１）風力発電用集風システムの別の形態を示した一例である。（実施例１）（ａ）〜（ｃ）は風力発電用集風システムの別の形態を示した一例であり、（ａ）は集風装置の組合せと風力発電機が一体となった形態の正面図、（ｂ）はそれを断面で示した図であり、（ｃ）は発電システムの構成例を示した図である。（実施例２）（ａ）は集風装置を前面方向から見た図であり、（ｂ）は垂直方向の断面図、（ｃ）は前面のフィルターを外した図、（ｄ）は他の集風装置との連結部分を示した図、（ｅ），（ｆ）は偏向板の他の形状を示した図である。（ａ）は複数の集風装置と導風路の組合せを示した一例であり、（ｂ）は風エネルギーの流れを示した図である。窓ガラス等を導風路として利用した集風装置の一例であり（ａ）は正面図であり、（ｂ）は集風装置の断面と風の流れを図示したものである。（ｃ）は偏向板を収納した状態を示した図であり、（ｄ）は（ｃ）の断面を示した図である。（実施例３）（ａ）、（ｂ）は負圧発生部の一例を示した図であり、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は断面図である。（ｃ）は負圧発生部を建築物の屋上等を利用して構築した一例である。

符号の説明

１建築物
２集風部
３導風管
４風力発電及び負圧発生室
５集風部
６導風管
７通常時に於ける受風量調整バイパスゲートの働き
８強風時に於ける受風量調整バイパスゲートの働き
９隔壁
１０発電機
１１プロペラ
１２風力発電及び負圧発生室
１３負圧発生部
１４負圧発生用集風部
１５排気口
１６風力発電室
１７負圧発生室
１８雨水防止兼負圧発生部
１９風力発電機用羽根
２０風力発電機
２１風力発電機部
２２集風装置Ａ
２３集風装置Ｂ
２４集風装置Ｃ
２５導風管
２６建築物または構造物の壁または取り付け面
２７集風装置
２８偏向板
２９逆止弁
３０隔壁
３１導風路
３２フィルター
３３建築物または構造物の壁または取り付け面
３４整流板
３５装置結合部
３６偏向板
３７偏向板
３８集風装置Ａ
３９集風装置Ｂ
４０集風装置Ｃ
４１導風管
４２集風装置内導風路
４３建築物または構造物の壁または取り付け面
４４集風装置
４５偏向板収納部
４６導風管
４７偏向板
４８偏向板収納部
４９導風管
５０建築物または構造物の壁または取り付け面
５１窓または壁面
５２逆止弁
５３偏向板収納部
５４負圧発生用集風部
５５負圧発生室
５６負圧発生室排気口
５７隔壁
５８負圧発生用集風部屋根
５９負圧発生用集風側
６０負圧発生用排気側
６１負圧発生室
６２負圧発生用集風部屋根
６３負圧発生装置付き建築物

Claims

集風装置は前面と後面とが一部を除き仕切られ、後面は各集風装置間を接続する導風部であり、前面は多数の偏向板で構成される集風部となり、風エネルギーは前面と後面とを仕切る仕切り板の開口部に位置する逆止弁を介して集風装置内の導風部に送り込む構造を有し、建築物や構造物の壁面に多数の集風装置を組み合わせ、ビル風の集風システムを構築し、集風した風エネルギーを、導風路を経由して負圧発生部との間に設置された風力発電機で発電を行う固定型の風力発電用集風システム。
集風用の偏向板を透明素材で形成した可動型のブラインド形の集風装置であって、外光を取り入れられるようにし、集風部の上面に設けられた導風路に、逆止弁を介して集風された風エネルギーを送り込む構造を有する集風装置であり、建築物や構造物の壁面に多数の集風装置を組み合わせ、ビル風の集風システムを構築し、集風した風エネルギーを、導風路を経由して負圧発生部との間に設置された風力発電機で発電を行う固定型の風力発電用集風システム。