JP4623671B2

JP4623671B2 - 需要家発電装置

Info

Publication number: JP4623671B2
Application number: JP2007027470A
Authority: JP
Inventors: 寛浜下
Original assignee: 寛浜下
Priority date: 2006-04-12
Filing date: 2007-02-07
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2027-02-07
Also published as: JP2007303459A

Description

この発明は、住宅、事務所、商店、町工場等において主に独自の需要を賄うために設置する需要家発電装置に関する。

従来、電力会社が水力発電や火力発電、原子力発電等により発電した電力を各家庭や工場等に独占的に供給していたが、今や電力が自由化され、個人的にも発電しその電力を利用できるばかりか余剰電力を電力会社に販売することもできるようになったため、小規模で安全に自然エネルギーを利用しながら電力が得られる太陽光発電や風力発電が注目されている。

旧来の大規模発電については、例えば、水力発電は、河川に富む日本では多く用いられているが、建設に自然破壊を伴い建設費も過大である。また、火力発電は、石油や石炭等の限られた資源を消費するばかりか地球温暖化の原因となる二酸化炭素の発生を伴う。また、原子力発電は発電コストが比較的安価であるが、安全性に問題があり設置に地域住民の理解が得られがたい。

これに対して、太陽光発電や風力発電は、自然エネルギーを取り入れるものであるので、環境破壊がないことはもちろん、資源そのものは無料である。しかし、太陽光発電ではソーラーパネルの設置に広い面積が必要であり、従来そのために屋根が利用されるが、天候や季節に左右され降雪に埋まるおそれもあり、また、夜間には電力が得られないという欠点がある。また、風力発電の場合であると、大きな風車が必要であるため、これも設置場所を広く必要とし、風の有無という天候に左右されることも避けられない。

この発明は、上記のような実情に鑑みて、利用する資源が無限無料であることはもちろん、設置に広い面積を必要としなく、天候にも左右されることの少ない発電装置を提供することを課題とした。

上記の課題を解決するために、この発明は、タワーに発電機を駆動する回転軸を立設するとともに、その回転軸を回転する風車を搭載し、風車については、ドーム形又は円錐形の上段部風車と円筒形の下段部風車とからなり、両風車にそれぞれ多数枚の羽根が外周に沿って配列され、その各羽根の表面に太陽光発電素子としてのソーラパネルが貼着され、発電機で発生した電力と、ソーラパネルで発生した電力とを共にバッテリーに蓄電し利用できるようにしたことを特徴とする需要家発電装置を提供するものである。

需要家発電装置を上記のように構成したから、同一構造体の風車による発電であって、日中には風力発電と太陽光発電とを同時に行い、夜間には風力発電を行いながら、一日を通じて電力が得られ、また、天候にも左右され難く、ドーム形又は円錐形の形状であるとともに回転するので、殊に、降雪があってもそれに埋まることなく、支障無く電力が得られる。

以上説明したように、この発明によれば、資源が風や太陽光で無限無料でありコスト的に有利に運営し得ることはもちろん、風車がプロペラによるものではなく、また、ソーラパネルが羽根に貼着されている関係で、風力発電と太陽光発電とで共有され、設置に広い面積を必要としなく、天候や時間帯に左右されることも少なく、常時必要な電力を安定して賄い得るという優れた効果がある。

加えて、請求項２によれば、脇支柱により風車を安定して支持できるばかりでなく、それに装着されているブラシによりソーラパネルの表面が拭かれてその効率を維持でき、請求項３によれば、強風の際における風車の回転速度を安全に制御できる。また、請求項４の如くにした場合には、ポケットによる風力の受け入れ量が多くなるので、さらに多くの電力を得ることができる。

次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１ないし図５は一実施の形態を示し、その需要家発電装置は、需要家の近辺の庭、駐車場等の広場、屋上等において設置するもので、ベースとなる土台１の上にタワー３を構築し、その中心に回転軸５を立設し、タワー３を台としてその上に回転軸５を駆動するシロッコ形の風車７を搭載し、風車７を構成する羽根９，９，・・及び１０，１０，・・の表面には太陽光発電素子としてのソーラパネル１５，１５，・・が貼り付けられている。また、タワー３の上段部に回転軸５で駆動される発電機１１を設け、下段には全体を電気的にコントロールする制御盤１４やバッテリー１６等が内装される制御ボックス１３が設けられる。

風車７は、やゝ丸みをおびた円錐形の上段部７ａと、円筒形の下段部７ｂとからなり（図１）、中心の回転軸５がタワー３において上下ベアリングによって支持されるが、タワー３の側部に上端部が中心に向かって湾曲した脇支柱２１を立設し、その脇支柱１９の上端にも回転軸５を支承する頂部ベアリング１９を設けることにより、回転軸５が全長にわたって垂直に支持される。また、上端には避雷針１８を設け、その導線が脇支柱２１に沿わせ地面に下ろされている。なお、この脇支柱２１は、風車７を囲むように複数において設けることもある。

風車７の骨組みは、図４に示すように、回転軸５に頂部ベアリング１９の下において頂部ブロック２３を固着し、それより下方においては上部車輪２５と下部車輪２７を回転軸５に固着してあって、頂部ブロック２３と上部車輪２５との間に多数の傾斜支軸２９，２９，・・を放射状に配列して双方に連結し、また、上部車輪２５と下部車輪２７との間にも多数の垂直支軸３１，３１，・・を等間隔に配列して連結してある。図５は、車輪２５，２７の一例の形状を示したもので、リム３３とその中心のボス３５との間に多数のスポーク３７，３７，・・が介在しており、回転軸５に対してボス３５が固定してある。

羽根９，１０は、ステンレス、チタン、アルミ等の金属板やプラスチック板等により形成され、それぞれ傾斜支軸２９及び垂直支軸３１に一定の範囲で揺動するように軸支してある。その範囲については、各羽根９，９，・・及び１０，１０，・・がフラットに重なる状態と、風を受ける迎え角に開く状態との間の範囲である。その範囲を開閉可能に軸支する軸受け金具３９が羽根９，１０に取り付けられている。そして、各羽根９，１０は、風を受けるとそれを受けやすく開くけれども、強風があると暴走的にならないよう開きが抑制されるようになっている。それには様々な制御方法があるが、例えば、図３に示す次のような構造とすることができる。

つまり、各羽根９，１０は、軸受け金具３９の箇所よりも奥となる基端が内側に屈曲して風を受ける袋部４１となっている。この袋部４１で風を受けると（矢印Ｐ）、軸受け金具３９の支軸３１（２９）を中心として羽根９，１０が閉じるよう（Ｑ方向へ）作用するので、強風の際には回転速度が過剰にならないように羽根９，１０が半ば閉じることになる。また、タワー３の上端にはブレーキ４３が設けられ、回転軸５の回転数はカウントされ、風車７が一定以上の回転数に達するとブレーキ４３が作動するようになっている。また、各羽根９，１０がフラットに閉じた状態に保持してあると、風車７が回転停止状態となる。

脇支柱２１は、風車７の側面に沿って曲がるよう形成され、内面には風車７の側面を擦るブラシ４５が取り付けられている。そこで、風車７が回転すると、ブラシ４５が太陽光素子としてのソーラパネル１５，１５，・・の表面を磨くことになるので、ソーラパネルの効率が落ちないように保持されることになる。

風車７の各羽根９，１０に貼られている太陽光素子としてソーラパネル１５により発電された電力は、脇支柱２１の上端に集約されるようになっており、そこから脇支柱２１に沿って配線されることにより制御ボックス１３に導かれ、これは直流（ＤＣ）であるので、そのまま制御ボックス１３の中のバッテリー１６に蓄電される。また、回転軸５の回転による発電機１１で発生する電気は交流（ＡＣ）であるので、制御盤１４においては直流に変換してバッテリー１６に蓄電するためにＡＣ／ＤＣ変換装置が具備される。

風車７のソーラパネル１５により発生した電力と、発電機１１により発生した電力とは、原則としてこのようにバッテリー１６に共に蓄電される。一般家庭や事務所、町工場等で使用される電力は普通には交流であるので、バッテリー１６から取り出された電力は、所定の周波数の交流に変換して供給できるように、制御盤１４にはＤＣ／ＡＣ変換装置も具備される。

以上に記したように、需要家発電装置において、風車７は、太陽光発電と風力発電とを同時に発生させるため、同一空間の効率的利用が図られる。また、夜間には太陽光発電を期待することはできないが、風力発電がそれを補うものとして作用するので、バッテリー切れの発生が有効に防止される。

図６は上段部風車７ａの他の形状を示したもので、前記実施形態ではドーム形であるのに対して、この場合であると、円錐形に形成され簡単な構造となっている。なお、ドーム形であると膨らみがあるために風を取り入れやすいが構造が複雑となる。また、図７は、上段部風車７ａをさらに風を取り入れやすくドーム形にするとともに、各羽根９を広く形成した場合を示したものである。

図８ないし図１０は他の実施形態を示し、その需要家発電装置は、タワー３の上にトンガリ状屋根形の風車７を搭載し、風車７が上段部７ａと下段部７ｂとからなるが、各上下の羽根９，１０について奥端ばかりでなく上下両端も閉塞されたポケット６１，６２を形成したもので、それには、ポケット６１，６２の裏板となるものとして、上部では円錐壁６３が、下部では円筒壁６４が共通に用いられ、上部円錐壁６３と下部円筒壁６４とがステンレス等で別々に造られ、溶接等で一体化される。しかし、このような実施形態とは別の実施形態として、ポケット６１，６２の裏板は羽根９，１０毎に別々に（幅板として）形成して羽根９，１０と一体にしたもの（ポケット体）が、例えば図４に示すような骨組みに配列して取り付けたものであっても良い。

羽根９，１０のうち、上部の羽根９は、上へ幅狭く形成され、上下方向にばかりでなく幅方向にも弓形に湾曲して外へ膨らむような形状であって、ポケット口以外において縁が円錐壁６３に溶接、鋲止め等により固着してある。また、下部の羽根１０は、帯板状ではあるが、上下両端に短片６７，６７が取り付けられてその両端を封じ、帯板部分の奥端と短片６７の一縁が円筒壁６４に溶接、鋲止め等により固着される。したがって、ポケット６１，６２は、奥端と上下両端を封じられポケット口のみが一周方向に開口している。

円錐壁６３と円筒壁６４とは、回転軸５を中心に回転するように、上下車輪６９，７０（図５参照）に嵌めて固着されるが、回転軸５をタワー３に強固に安定して取り付けるために、回転軸５が中心軸７１に通して保持され、その中心軸７１の下端がタワー３に支持部材７３により受けられている。また、回転軸５は、タワー３に対してその上部でラジアルベアリング７５により、下端でスラストベアリング７７によりそれぞれ支持されており、こうして、回転軸５の回転が発電機１１に導入されるようになっている。

発電機１１を駆動する動力を得るために、回転軸５の下端部に大歯車７９を取付け、発電機１１には増速機８１を具備し、その増速機８１の小歯車８３に大歯車７９が噛み合わせてある。また、タワー３には、前記の実施形態におけると同じく（図１参照）、制御ボックス１３、制御盤１４、バッテリー１６等が搭載される。

また、羽根９，１０には同じように（図１参照）ソーラパネル１５が貼着されており、それにより起電された電力がバッテリー１６に蓄電されるようになっている。なお、回転軸５が強固であるのでそれを補助的に支持する脇支柱２１（図１参照）は必ずしも設ける必要はない。しかし、脇支柱を設けたときには、ソーラパネル１５の汚れを拭き取るブラシについて、毛が長手であるものを使用することが望ましい。

この発明の一実施形態による需要家発電装置を示すとともに、羽根を部分的に引き出し拡大して示す正面図である。同需要家発電装置の平面図である。同需要家発電装置において風車の羽根の開閉機構を示す一部拡大横断面図である。同需要家発電装置における風車の骨組みを示す正面図である。同需要家発電装置における風車の骨組みに使用する上下車輪の平面図である。他の実施形態を示す風車の正面図である。さらに他の実施形態を示す風車の正面図である。さらに他の実施形態を示す需要家発電装置の斜視図である。同需要家発電装置における風車の上部横断面図である。同需要家発電装置のおける風車の下部横断面図である。

符号の説明

３タワー
５回転軸
７風車
７ａ上段部風車
７ｂ下段部風車
９，１０羽根
１１発電機
１３制御ボックス
１４制御盤
１５ソーラパネル
１６バッテリー
２１脇支柱
４５ブラシ
６１，６２ポケット
６３裏板となる円錐壁
６４裏板となる円筒壁

Claims

タワーに発電機を駆動する回転軸を立設するとともに、その回転軸を回転する風車を搭載し、風車については、ドーム形又は円錐形の上段部風車と円筒形の下段部風車とからなり、両風車にそれぞれ多数枚の羽根が外周に沿って配列され、その各羽根の表面に太陽光発電素子としてのソーラパネルが貼着され、発電機で発生した電力と、ソーラパネルで発生した電力とを共にバッテリーに蓄電し利用できるようにしたことを特徴とする需要家発電装置。
タワーに風車の側面に沿って上端の中心に至る脇支柱を立設し、風車の中心の回転軸を脇支柱の上端に軸支し、脇支柱に風車の羽根の表面を擦るブラシが装着してあることを特徴とする請求項１記載の需要家発電装置。
風車の各羽根を開閉可能に軸支するとともに、風力により閉じ方向に調整されるように構成したことを特徴とする請求項１又は２記載の需要家発電装置。
羽根の配列の内側に裏板を設け、各羽根について裏板との間に風を迎い入れるように奥端及び上下両端が閉塞したポケットを形成し、各ポケット口が一周方向に開口したことを特徴とする請求項１又は２記載の需要家発電装置。