JP4589178B2

JP4589178B2 - 風力発電装置およびその設置方法

Info

Publication number: JP4589178B2
Application number: JP2005172869A
Authority: JP
Inventors: 通博大江
Original assignee: 通博大江
Priority date: 2005-06-13
Filing date: 2005-06-13
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2025-06-13
Also published as: JP2006348772A

Description

本発明は、小型風力発電装置に関するものであり、小型風力発電装置を建築物の屋上や屋根等に容易設置出来る様にするために、風力発電装置の風車部を支持する支柱部の風圧力による揺動の低減と荷重・応力分散が容易となる支持架台が用いられている風力発電装置およびその設置方法に関する。

風力発電は、エネルギー問題や環境問題から注目され、プロペラ方式の大型風力発電装置のみならず小型風力発電装置にも太陽光発電と同様の電力消費地近接発電の分散型電力の手段としての期待が高まって来ている。そして、一般的に風は地上からの高さが高い位置の方が風力発電に好ましい強い風が得られ易く、小型風力発電装置が分散型電力の手段としての期待に応えるためには建築物の屋上等に設置することによる普及がなされることが不可欠であると思われる。しかし、従来のプロペラ方式は羽根の風切り音による騒音や破損飛散等の問題から居住環境にある建築物の屋上等への設置は難しく多くが居住場所から距離を置いた場所に設置されて来た。このため、現状の小型風力発電機の支持方法としては、好ましい風を得るように出来るだけ支柱を高くする傾向にあるがコストの関係等も影響し細長い筒状部材が用いられ、図１０に示す様に、その中間部から細長部材またはワイヤー等の控え材にて直立固定させる方法が多く用いられているが、支柱部は風圧力による揺動が大きく破損や倒壊の恐れがあるとともに、勾配のある屋根への設置は困難であり建築物の屋上や屋根等への設置には適当でない方法と考えられる。この方法以外には、図１１に示す様に、支柱部の筒状部材を大きくして自立型とし基礎部を大きくした方法も用いられているが、この方法では建築物への負荷が大きくなるとともに勾配のある屋根への適用は困難であるという課題点がある。一方では、技術開発の成果により低騒音の風力発電機が出現しつつあり小型風力発電装置を建築物の屋上等に設置出来る可能性が大きくなって来ている。このため、小型風力発電装置を分散型電力の手段として普及を図るには、風力発電機の支柱部の風圧力による揺動と破損や倒壊の恐れを容易に低減出来るとともに設置する建築物への負荷も軽減出来て、建築物の屋上や屋根等に容易に設置出来る様な小型風力発電装置の提案が望まれている。

これに直接的に関係する先行特許文献は現状では見当たらない。少し異なる支持方法としては本発明者が「風力発電装置（特願２００４−２０２５７１）」を既出願している。
特願２００４−２０２５７１号

本発明が解決しようとする最も主要な課題点は、現状の多くのプロペラ方式等の小型風力発電装置が直面している課題点である風車部を支持する支柱部が風圧力による揺動が大きく破損や倒壊の恐れがあるとともに勾配屋根等には設置が困難であるという課題点であり、その支柱部の風圧力による揺動の低減と破損や倒壊の恐れを容易に低減出来る様にするとともに設置する建築物への負荷も軽減出来る様にして、小型風力発電装置を建築物の屋上等に容易に設置出来る様にし、更には勾配を有する屋根にも容易に設置出来る様にすることにある。

前記の目的を達成するため、本発明の風力発電装置は、風車部の支持部位において、主要部が、風車部を鉛直方向で支持する筒状の支柱部位と、風車部の回転及び旋回に支障を及ぼさない範囲の直下にあり且つ平面外形が略方形であり筒状の水平部材と垂直部材とで架構を形成しているとともに水平部材で階層をなし且つ下方四隅にベースプレート部位が付設された柱脚部を有している架台部位とからなり、前記架台部位の平面的中央部において最上層を含め２層以上の箇所で前記支柱部位が支持固定されていて前記架台部位の柱脚部で建築物の屋上または屋根等に設置固定出来る様にした支持架台が用いられていることを特徴とする。

付加して、前記架台部位の水平部材および垂直部材の接合部に接合部材数および接合点形状に応じて水平部材および垂直部材を挿入して突き合わせ固定出来るカップリングに類する鞘状の部位を有する接合用部材が用いられたことを特徴とする。更には、前記接合用部材の鞘状の部位の一部または全部が水平部材または垂直部材の端部に挿入して固定出来る様な凸状となった形態をした接合用部材が用いられたことを特徴とする。更には、前記架台部位の柱脚部のベースプレート部位が高さ調整機構とヒンジ機構を組み入れたベースプレート部位であることを特徴とする。

そして、本発明の風力発電装置の設置方法は、前述の風力発電装置を用いて、前記支持架台を柱脚部のベースプレート部位の下部に弾性部材を付設して建築物の屋上等の支持基礎となるコンクリート部または鉄骨部に留め付けて設置することを特徴とする。

付加して、前記の高さ調整機構とヒンジ機構を組み入れたベースプレート部位の場合の風力発電装置を用いて、支持架台を柱脚部のベースプレート部位の下部に弾性部材または硬質角型長尺部材と弾性部材を付設して建築物の屋上または屋根等に留め付けて設置することを特徴とする。

本発明によれば、風車部を支持する筒状の支柱部位を短くし２箇所以上で固定することにより風圧力による変形の抑制や架台部位で荷重・応力分散が出来るので揺動の低減や破損や倒壊の恐れも低減出来るとともに設置部への負荷も軽減出来て建築物の屋上等に容易に設置出来る様になり、しかも勾配屋根等にも容易に設置が出来る様になる。このため、小型風力発電装置を電力消費地近接発電の分散型電力の手段として普及を図ることに貢献出来る。

本発明を実施するための最良の形態としては以下に記載することが勘案された形態のものである。
本発明の風力発電装置としては、筒状の支柱部位は、円筒形状で、材質はステンレス鋼または防錆処理鋼とし、長さは風車部の回転径の約１．０倍の寸法を目処に設定する。架台部位は、上端部が風車部の回転・旋回範囲から約０．１〜０．３ｍの間隙を確保し、材質はステンレス鋼または防錆処理鋼とし必要に応じてにアルミ合金や高強度プラスチック等が適宜用いられる。平面的外形は略正方形とし、外形寸法は風車部の回転径の約０．７〜１．２倍の寸法を目処に設定し、各層間の間隔は平面的外形寸法の約０．４〜０．８倍の寸法を目処に架台部位の要求される高さ等を勘案して適宜配設する。また、水平部材および垂直部材は円筒形状のものが好ましく、接合部の接合方法は、架台部位の水平部材および垂直部材の接合部に接合部材数および接合点形状に応じて水平部材および垂直部材を挿入して突き合わせ固定出来るカップリングに類する鞘状の部位を有する接合用部材が用いられ溶接またはボルトにより固定する。尚、架台部位の剛性を確保するために斜材等を設ける必要がある場合には適宜配設する。支柱部位と架台部位との固定方法は、支柱部位の配設位置の両側に近接して最上階と上から２層目に水平部材を平行に配設し変形を生じない強度を有し支柱部位が接して通せる径の支柱支持固定用孔明きプレートを両水平部材に架橋し溶接又はボルトにより留め付け、支柱部位が貫通出来るカップリングに類した締め付け可能な一端部にフランジ部を有する様な支柱支持固定用環状部材等を用いて支柱部位と支柱支持固定用環状部材と支柱支持固定用孔明きプレートを溶接またはボルトにより連結固定して支柱部位を支持固定することが好ましい。架台部位の柱脚部に付設されるベースプレート部位のベースプレートはボルト孔が施されていて荷重・応力伝達分散が有効に働く厚みとし大きさは柱脚部断面幅の約４〜６倍の寸法を目処に設定する。前記ベースプレート部位に組み入れられる高さ調整機構としてはネジ山の特性を利用したものを用い、ヒンジ機構としては少なくとも一軸方向に約１２０度以上の円弧回転可能な機構のものを用いる。また、風車部は、プロペラ方式が好ましく、支持架台以外の風力発電装置システムとして必要な部分については本発明の目的を達成出来るものであれば限定されない。

そして、本発明の風力発電装置の設置方法としては、建築物の屋上等に設置する場合は、ベスプレート部位の下部に板状ゴム系弾性部材を付設して支持基礎となるコンクリート部または鉄骨部にボルト等で留め付けて設置する。また、建築物の屋根に設置する場合は、高さ調整機構とヒンジ機構を組入れたベースプレート部位を有する支持架台を用いて、例えば、新築戸建て住宅等の屋根の場合には、ベースプレート部位の下部に板状ゴム系弾性部材を付設して野地板と防水シートの上部に配設し垂木等にボルト等で留め付けて屋根仕上げ材との取り合いを防水処理する。既存の屋根の場合には、ベースプレート部位の下部に板状ゴム系弾性部材と□型鋼材と屋根仕上げ材にフィットし雨水流下にも対応出来る弾性部材を付設して屋根上に配設し両端の軒部を利用してワイヤー等を用いて□型鋼材の端部を連結して引っ張り固定する。尚、けらば部等を利用して横方向から引っ張り固定の補強することも好ましい。

図１は本発明の風力発電装置の１実施例の側面図、図２は図１の例の側断面図、図３は図１の例の平断面図である。図４は図１の例を建築物の屋上に設置した場合の側断面図、図５は高さ調整機構及びヒンジ機構組み入れベースプレート部位の場合の側断面図、図６は図５の例を新築戸建住宅等の屋根に設置した場合の側面方向の断面図、図７は図５の例を既存戸建住宅等の屋根に設置した場合の側断面図、図８は架台部位の水平部材及び垂直部材の鞘状の部位を有する接合用部材の形状例図、図９は図８の接合用部材の鞘状部の一部または全部が凸状をなした場合の形状例図である。
以下、図面を参照して本発明に係る風力発電装置を説明する。尚、前記図中の符号については後述の符号の説明に記載する。

本発明の風力発電装置は、小型風力発電機の支持部位において、建築物の屋上等に設置する場合には、図１〜３に示す様に、主要部が、風車部２を鉛直方向で支持する筒状の支柱部位１ａと、風車部の回転及び旋回に支障を及ぼさない範囲の直下にあり且つ平面外形が略方形であり筒状の水平部材１ｂａと垂直部材１ｂｂとで架構を形成しているとともに水平部材１ｂａで階層をなし且つ下方四隅にベースプレート部位１ｂｄ付設の柱脚部１ｂｃを有している架台部位１ｂとからなり、架台部位１ｂの平面的中央部において最上層を含めて２層以上の箇所で支柱部位１ａが支持固定されていて、ベースプレート部位１ｂｄで建築物の屋上または屋根等に設置固定出来る様にした支持架台１が用いられる。付加して、図８に示す様に、架台部位１ｂの水平部材１ｂａおよび垂直部材１ｂｂの接合部に接合部材数および接合形状に応じて水平部材および垂直部材を挿入して突き合わせ固定出来るカップリングに類する鞘状の部位を有する接合用部材１ｂｅが用いられている。更には、図９に示す様に、接合用部材１ｂｅの鞘状の部位の一部または全部が水平部材または垂直部材の端部に挿入して固定出来る様な凸状となった形態をした場合がある。更には、図５に示す様に、高さ調整機構１ｂｄｃとヒンジ機構１ｂｄｂを組み入れたベースプレート部位１ｂｄを有する支持架台１が用いられる場合がある。

そして、本発明の風力発電装置の設置方法は、建築物の屋上等に設置する場合には、図４に示す様に、ベースプレート部位１ｂｄのベースプレート１ｂｄａで屋上等８にある支持基礎となるコンクリート部または鉄骨部８ａにボルト等７で留め付けて設置する。建築物の屋根に設置する場合には、高さ調整機構１ｂｄｃとヒンジ機構１ｂｄｂを組み入れたベースプレート部位１ｂｄを付設した支持架台１が用いられ、例えば、新築の戸建住宅の屋根９に設置する場合には、図６に示す様に、ベースプレート部位１ｂｄの下部に板状弾性部材３を付設して野地板と防水シート９ａの上部に配設し垂木等９ｂに留め付けて屋根仕上げ材との取り合いを防水処理する。また、既存の屋根上に設置する場合には、図７に示す様に、ベースプレート部位１ｂｄの下部に板状弾性部材３と□型鋼等の硬質角型長尺部材４と屋根仕上げ材９ｃにフィットし雨水流下を考慮したする異形弾性部材５を付設して屋根上９に配設し、両端の軒部を利用してワイヤーまたは棒状部材等の引っ張り固定用部材６を用いて硬質角型長尺部材４の下端部を連結して引っ張り固定する。以下、各部位等の詳細について説明する。

支柱部位１ａは、ステンレス鋼、防錆処理鋼、アルミ合金等の金属材料、または、炭素繊維補強プラスチック等の高強度強化プラスチック等の高強度と耐久性を有する材質のものが用いられる。形状は円筒状のものが好ましいが角筒状のものを用いても良く、長さは風車部の回転径の約０．８〜１．５倍の寸法を目処に設定され、断面寸法は風車の規模条件等から適宜設定される。

架台部位１ｂは、上端部で風車部の回転・旋回範囲から約０．１〜０．５ｍの間隙を確保する。材質はステンレス鋼または防錆処理鋼とし必要に応じてにアルミ合金や高強度プラスチック等の高強度と耐久性を有するものが用いられる。平面的外形は略正方形が好ましいが矩形にしても良く、外形寸法は風車部の回転径の約０．５〜１．５倍の寸法を目処に設定され、高さは設置場所等の与条件から適宜設定されるが、各層間の間隔は平面的外形寸法の約０．３〜１．０倍の寸法を目処に架台部位の要求される高さ等を勘案して適宜配設する。水平部材１ｂａ及び垂直部材１ｂｂは、円筒状のものが好ましいが角筒状のものを用いても良く、断面寸法は与条件から適宜設定される。水平部材１ｂａと垂直部材１ｂｂとの接合部の接合方法は、水平部材と垂直部材を接合部で直接溶接により固定しても良いが、図８に示す様に、接合部の接合部材数および接合点形状に応じて水平部材及び垂直部材を挿入して突き合わせ固定出来るカップリングに類する鞘状の部位を有する接合用部材１ｂｅを用い該接合用部材に水平部材と垂直部材を挿入し溶接またはボルト等により固定することが好ましい。また、図９に示す様に、接合用部材１ｂｅの鞘状の部位の一部または全部が水平部材又は垂直部材の端部に挿入して固定出来る様な凸状の形態をした場合がある。尚、架台部位の剛性を確保するために斜材等１ｂｈを設ける必要がある場合には適宜配設し配設方法等は与条件から適宜設定されれば良い。柱脚部１ｂｃは、垂直部材１ｂｂが延長された部分で良く長さは平面的外形寸法の約０．３〜１．０倍の寸法を目処に設定される。ベースプレート部位１ｂｄは、図３に示す様に、ベースプレート１ｂｄａはボルト孔が施されていて荷重・応力伝達分散が有効に働き変形が生じない厚みとし大きさは柱脚部１ｂｃ断面幅の約４〜８倍の寸法を目処に設定され、図５に示す様に、高さ調整機構１ｂｄｃとしてはネジ山の特性を利用したものが好ましいが二重管にして伸縮と固定を可能にしたものでも良く、ヒンジ機構１ｂｄｂとしては少なくとも一軸方向に約９０度以上の円弧回転出来るものとするが、本発明の目的を達成出来れば限定されない。

支柱部位１ａの架台部位１ｂへの支持固定方法は、図２，５に示す様に、支柱部位１ａの配設位置の両側に近接して少なくとも最上階と上から２層目に水平部材１ｂａを平行に配設し、変形を生じない強度を有し支柱部位が接して通せる支柱支持固定用孔明きプレート１ｂｆを両水平部材に架橋して溶接またはボルト等により留め付けて、支柱部位が貫通出来るカップリングに類した締め付け可能な一端部にフランジ部を有する様な支柱支持固定用環状部材等１ｂｇを用いて支柱部位１ａと支柱支持固定用環状部材等と支柱支持固定用孔明きプレートとを溶接またはボルト等により連結固定して支柱部位１ａを支持固定する方法を用いるのが良いが、本発明の目的を達成出来る方法であれば限定されない。

風車部２は、プロペラ方式が好ましいが垂直軸直線翼方式でも良く本発明の目的を達成出来る風車であれば限定されない。また、支持架台以外の風力発電装置システムとして必要な部分については限定されず、上市されている風力発電装置に採用されているシステムから最適なものを選択して用いても良い。

板状弾性部材３は、材質はゴム系が好ましいが、支持架台１からの振動伝播の抑制効力を発揮出来て耐久性があり本発明の目的を達成出来れば限定されない。硬質角上長尺部材４は□型のステンレス鋼または防錆処理鋼が好ましいが、耐久性のある高強度プラスチック材等でも良く、本発明の目的を達成出来れば限定されない。異形弾性部材５は、材質は板状弾性部材３の材質に準じたものが用いられ、形状は雨水流下を考慮した形状とする。引っ張り固定用部材６は、ワイヤーまたは防上または板状のものが用いられ、材質はステンレス鋼、防錆処理鋼、アルミ合金等が用いられるが本発明の目的を達成出来れば限定されない。

風力発電装置の設置方法としては、建築物の屋上等に設置する場合では、図４に示す様に、ベースプレート部位１ｂｄの下部に上部の振動伝播防止のために板状弾性部材３を付設するのが好ましく、材質はゴム系弾性部材が好ましいが振動伝播防止の効力を発揮出来る部材であれば限定されない。尚、該設置固定方法の適用対象としては防波堤やペデストリアンデッキ等の構築物上部や山頂部等の地盤面も考えられ建築物の屋上等だけには限定されない。また、建築物の屋根に設置する場合では、図６に示す様に、ベースプレート部位１ｂｄを垂木等９ｂの他に支持補強部材９ｄを配設して留め付けることも良い。また、当該設置方法は鉄骨スレート葺き建築物にも応用出来る。既存の屋根に設置する場合では、ベースプレート部位１ｂｄの下部に付設する硬質角型長尺材４は必要に応じて複数本敷き並べ一体化した状態で配設しても良く、屋根状況により前記硬質角型長尺材の下部の直交方向に間隔を置いて硬質角型長尺材を平行に複数本配設することも出来る。また、引っ張り固定用部材６はけらば部等を利用して横方向から追加して引っ張り固定の補強することも好ましい。また、工場や倉庫等のルーフデッキ屋根等に設置する場合には、図には示さないが、ルーフデッキの山部に弾性部材を介在させて複数の□型鋼等の硬質角型長尺材を水平方向に適宜な間隔で配設し近隣のフックボルト等を利用して留め付け、ベースプレート部位の下部に板状弾性部材と□型鋼等の硬質角型長尺材を付設したものを用いて上下の硬質角型長尺材が直交する状態で留め付け固定する。

建築物の屋上や屋根等に設置して利用することにより、電力分野で今後期待される電力消費地近接発電の分散型電力の手段として利用出来る。

本発明の風力発電装置の１実施例の側面図図１の例の側断面図図１の例の平断面図図１の例を建築物の屋上に設置した場合の側断面図高さ調整機構及びヒンジ機構組み入れベースプレート部位の場合の側断面図図５の例を新築戸建住宅等の屋根に設置した場合の側断面図図５の例を既存戸建住宅等の屋根に設置した場合の側断面図水平部材と垂直部材を挿入する鞘状の部位を有する接合用部材の形状例図図８の接合用部材の鞘状部の一部または全部が凸状をなした場合の形状例図現状の小型風力発電装置の控え材を用いた支柱支持方法の例図現状の小型風力発電装置の自立型支柱の例図である。

符号の説明

１；支持架台
１ａ；支柱部位
１ｂ；架台部位
１ｂａ；架台部位の水平部材
１ｂｂ；架台部位の垂直部材
１ｂｃ；架台部位の柱脚部
１ｂｄ；架台部位の柱脚部に付設するベースプレート部位
１ｂｄａ；ベースプレート
１ｂｄｂ；ヒンジ機構
１ｂｄｃ；高さ調整機構
１ｂｅ；架台部位の水平部材と垂直部材を挿入する鞘状部位を有する接合用部材
１ｂｆ；架台部位と支柱部位との支柱支持固定用孔明きプレート
１ｂｇ；架台部位と支柱部位との支柱支持固定用環状部材等
１ｂｈ；剛性を確保するための斜材等
２；風車部
３；板状弾性部材
４；硬質角状長尺部材
５；異形弾性部材
６；引っ張り固定用部材
７；ボルト等
８；建築物の屋上等
８ａ；支持基礎となるコンクリート部または鉄骨部
９；戸建住宅等の屋根
９ａ；野地板と防水シート
９ｂ；垂木等
９ｃ；屋根仕上げ材
９ｄ；支持補強部材
１０；現状の小型風力発電機の支柱部
１１；細長部材またはワイヤー等の控え材
１２；支柱基礎部
１３；地盤面等

Claims

小型風力発電装置の風車部の支持部位において、主要部が、風車部を鉛直方向で支持する筒状の支柱部位と、風車部の回転及び旋回に支障を及ぼさない範囲の直下にあり且つ平面外形が略方形であり筒状の水平部材と垂直部材とで架構を形成しているとともに水平部材で階層をなし且つ下方四隅にベースプレート部位が付設された柱脚部を有している架台部位とからなり、前記架台部位の平面的中央部において最上層を含め２層以上の箇所で前記支柱部位が支持固定されていて前記架台部位の柱脚部で建築物の屋上または屋根等に設置固定出来る様にした支持架台が用いられていることを特徴とする風力発電装置。
前記架台部位の水平部材および垂直部材の接合部に接合部材数および接合点形状に応じて水平部材および垂直部材を挿入して突き合わせ固定出来るカップリングに類する鞘状の部位を有する接合用部材が用いられたことを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
前記接合用部材の鞘状の部位の一部または全部が水平部材または垂直部材の端部に挿入して固定出来る様な凸状となった形態をした接合用部材が用いられたことを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
前記架台部位の柱脚部のベースプレート部位が高さ調整機構とヒンジ機構を組み入れたベースプレート部位であることを特徴とする請求項１から３に記載の風力発電装置。
請求項１から３に記載の風力発電装置を用いて、前記支持架台を柱脚部のベースプレート部位の下部に弾性部材を付設して建築物の屋上等の支持基礎となるコンクリート部または鉄骨部に留め付けて設置することを特徴とする風力発電装置の設置方法。
請求項４に記載の風力発電装置を用いて、前記支持架台を柱脚部のベースプレート部位の下部に弾性部材または硬質角型長尺部材と弾性部材を付設して建築物の屋上または屋根等に留め付けて設置することを特徴とする風力発電装置の設置方法。