JP5075335B2

JP5075335B2 - 風力発電機

Info

Publication number: JP5075335B2
Application number: JP2005334871A
Authority: JP
Inventors: 良治渡部
Original assignee: 良治渡部; 有限会社渡良エンジニアリング
Priority date: 2004-11-19
Filing date: 2005-11-18
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2025-11-18
Also published as: JP2006170195A

Description

本発明は、風力発電機に関するものである。

岡や山の斜面に、上部に風車を設けた煙突又は箱状の筒をもたせかけて設置し、下の部分をガラス、ビニール等で温室の様にして、一方に風取り入れ口を設け他方に排出口を設けた筒の前記風取り入れ口付近に温室部を設け、この温室部に近い筒内にシャッターを設け、前記排出口寄りに風車を設け、筒の中では煙突の中と同じ様に下から上に風が吹きあがる風力を利用して、風車を回しその回転力を発電機に伝え発電するようにした煙突式風力発電装置が知られている（例えば特許文献１）。

そして、煙突の中と同じ様に下から上に風が吹きあがる風力（通風力ｚ）は、下式によりあらわされる。ｚ＝ｈ（γａーγｇ）但し、ｈは煙突の高さ、γａは外気の比重量、γｇはガス（空気）の比重量である。
特開２０００−３４９７２号公報

前記従来技術においては、筒をもたせかけて設置するものであるので、その全長をＬ、傾斜角度をθとしたとき高さｈは、ｈ＝Ｌ・ｓｉｎθとなる。したがって、全長Ｌが大きくとも傾斜によって高さｈを大きくすることはできない。

さらに、従来技術においては前記風取り入れ口付近に温室部を設けて、該温室部により空気を温めるようにするものであるが、温室部による加熱量は限界があり、十分な加熱ができないという問題がある。

さらに、従来技術では地上の空気（風）を利用しているものであるから、前記煙突の高さは地上高さとなり、これ以上の高さを確保することはできなくなる。

解決しようとする問題点は、通風力を効率的に向上させる点である。

請求項１の発明は、下端側に空気取り入れ口を設けると共に上端側を開口して直立した通気筒の通気路に臨んで発電用の羽根を回動自在に設けると共に該羽根に発電機を接続し、前記通気路に熱源を太陽光とした熱交換器を設けた風力発電機であって、通気筒部の内部には複数のパイプ状の通気路部が、該通気路部の長手方向を通気筒部の軸線と平行になるように配置されていると共に、前記通気路部は間隔をおいて配置され、前記通気筒部には上部閉塞部材と下部閉塞部材がそれぞれ設けられ、前記上部閉塞部材に接続した前記通気路部は開口すると共に前記下部閉塞部材に接続した下段通気路部は開口して通気でき、前記通気筒部の内部に前記通気路部を除いた空間に熱媒体用液体の流路を形成する熱媒体路が形成され、前記通気筒に間隔をおいて太陽光吸収体が同軸状に設けられ、該太陽光吸収体の熱媒体は熱媒体通路を介して前記熱媒体路、前記空気取り入れ口に設けられたラジエーター、前記空気取り入れ口の底部に設けられた遠赤外線放射体と一体的な底部熱媒体路にそれぞれ接続され、これら熱媒体路、ラジエーター、底部熱媒体路に接続された熱媒体排出通路は液収容体に接続され、該液収容体に１次側を接続したポンプの２次側を前記太陽光吸収体に接続していることを特徴とする風力発電機である。

請求項１の発明によれば、直立した通気路によって通気路高さを確保できるので、通風力を高めて発電能力を大きくすることができる。また、通気路中の空気を温めることで、空気の比重量を小さくして通風力を向上することができ、さらにこれら熱交換器の熱源を太陽光としたことで、クリーンエネルギーを有効利用することができる。

本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照して説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。

図１〜図７は実施例１を示しており、大気に触れる地上に直立する通気路１は、地上に直立する煙突状の円筒状の通気筒２によって形成されており、この通気筒２は基礎コンクリート３上に立設している。通気筒２は、下段通気筒部４、中段通気筒部５及び上段通気筒部６のように上下３段に上方に向けて順次直径を縮小している。下段通気筒部４と中段通気筒部５との間には、レジューサー等と称せられる上方へ縮径し内部を空洞とする下部テーパ−管７が介在し、さらに中段通気筒部５と上段通気筒部６との間にも、レジューサー等と称せられる上方へさらに縮径し内部を空洞とする上部テーパ−管８が介在している。そして、上段通気筒部６の内部には発電用の羽根９を回動自在に設けると共に、該羽根９の中心軸10に、該中心軸10の回転力を発電機11に伝達するように発電機回転軸12が接続している。さらに、上段通気筒部６の上端に空気浄化手段たる空気浄化器13が設けられている。

そして、下段に位置する下段通気筒部４の周面下端には、該下端と基礎コンクリート３との間に空気取り入れ口14が設けられている。この空気取り入れ口14には、熱媒体たる液体の流路を形成する熱媒体路としてのラジエーター15が設けられており、その外側に空気導入用案内板16を設けている。空気導入用案内板16は外周の開口面積を空気取り入れ口14の開口面積より大きくなるように形成されており、その外周開口部16Ａに異物流入を防止する金網状のフィルター17が設けられている。また、空気取り入れ口14の底部に遠赤外線放射体18が設けられており、この遠赤外線放射体18と一体的に、熱媒体たる液体の流路を形成するパイプ状の底部熱媒体路19が平面を蛇腹状として設けられている。

また、前記下段通気筒部４の内部には複数のパイプ状の下段通気路部20が、該下段通気路部20の長手方向を通気筒２の軸線Ｘと平行になるように配置されている。この下段通気路部20は間隔をおいて配置されるものであって、下段通気筒部４の上端側と下端側には上部閉塞部材21と下部閉塞部材22がそれぞれ設けられると共に、上部閉塞部材21に接続した下段通気路部20の上端は開口し、下部閉塞部材22に接続した下段通気路部20の下端は開口して、通気できるようになっている。そして、下段通気筒部４の内部において、下段通気路部20を除いた空間に熱媒体たる液体の流路を形成する下段熱媒体路23が設けられる。

そして、ラジエーター15、底部熱媒体路19及び下段熱媒体路23の上方である下部テーパ−管７の外周に下部足場24が設けられると共に、この下部足場24の外周にクリーンエネルギーたる太陽熱エネルギーを利用した熱源となるパネル状の第１の太陽光吸収体25が、通気筒２を間隔をおいて同軸状に設けられており、この太陽光吸収体25には不凍液等流体の熱媒体26が設けられており、この熱媒体26はパイプ状の第１の下部熱媒体通路27を介して下段熱媒体路23の上部に接続し、また第２の下部熱媒体通路28を介してラジエーター15の上部に接続し、さらに第３の下部熱媒体通路29を介して底部熱媒体路19の上部に接続している。一方、下段熱媒体路23、ラジエーター15及び底部熱媒体路19のそれぞれの下部には第１〜３の下部熱媒体排出通路30,31,32が接続しており、それらの端部はタンク状の第１の液収容体33に接続している。そして、第１の液収容体33に１次側34を接続した第１のポンプ35の２次側36を第１の太陽光吸収体25側に接続している。

同様に、前記上段通気筒部６の内部には複数の中段通気路部37が、該中段通気路部37の長手方向を通気筒２の軸線Ｘと平行になるように配置され、中段通気路部37は間隔をおいて配置されるものであって、上段通気筒部５には上部閉塞部材38と下部閉塞部材39が設けられると共に、上部閉塞部材38に接続した中段通気路部37の上端は開口し、下部閉塞部材39に接続した中段通気路部37の下端は開口して、上段通気筒部５の内部において、中段通気路部37を除いた空間に中段熱媒体路40が設けられる。さらに、中段熱媒体路40の上方である上部テーパ−管８の外周に上部足場41が設けられると共に、この上部足場41の外周に熱源となる第２の太陽光吸収体42が、上段通気筒部６の外周に間隔をおいて同軸状に設けられており、その熱媒体43は上部熱媒体通路44を介して中段熱媒体路40の上部に接続し、一方、中段熱媒体路40の下部には上部熱媒体排出通路44Ａが接続しており、その端部はタンク状の第２の液収容体45に接続し、第２の液収容体45に１次側46を接続した第２のポンプ47の２次側48を第２の太陽光吸収体42側に接続している。

発電用の前記羽根９は中心軸10の軸線を通気筒２の軸線Ｘと直交するように設けると共に、複数の羽根部材49を中心軸10を中心に放射状に配置したものであり、実施例においては中心軸10に発電機11の回転軸を直結している場合を示している。

さらに、前記空気浄化器13は上段通気筒部６の上端の開口50の上方を覆うように設けられるものであって、下向きに外気と接続するようになっており、有害物質を吸着して取り除く触媒などによる化学方式或いは塵などを、静電気を利用して吸着して取り除く電気式等によって形成されている。

そして、複数設けられた下段通気路部20の通路断面積の総合面積Ｓ１より、複数設けられた中段通気路部37の通路断面積の総合面積Ｓ２を小さくし、さらに総合面積Ｓ２より上段通気筒部６の通路断面積Ｓ３を小さくして、中空の先細型となるように形成している（Ｓ１＞Ｓ２＞Ｓ３）。

尚、図中51,52は下部テーパ−管７、ラジエーター15に設けた内外を連通可能な点検用扉である。また、53は底部熱媒体路19の下方を囲む断熱部材である。また、54は上段通気筒部６における羽根９の排出側に設けられた流路面積を調節する絞り装置等によりなる流路面積調節装置である。さらに、55は梯子である。また、第１の液収容体32や第２の液収容体45或は下段熱媒体路23にはドレン排出用弁56を設けてもよい。

次に前記構成についてその作用を説明する。地表の大気の空気が風となって空気導入用案内板16より空気取り入れ口14を介して通気路１に流入し、煙突作用により空気は上昇し、この空気の上昇力により羽根９を回転し、この回転力を中心軸10より発電機11に伝達して発電を行うものである。そして、通気路１の上端の開口50より排気されるとき、空気浄化器13により排出空気は浄化される。

この際、クリーンエネルギーである太陽光によって第１の太陽光吸収体25に設けた熱媒体26は加熱され、加熱されて温められた熱媒体26は、第１〜３の下部熱媒体通路27,28,29を介して下段熱媒体路23、ラジエーター15、底部熱媒体路19へ供給され、それぞれ下段通気路部20を流れる空気、空気取り入れ口14時及びその導入後の空気を温めることとなる。尚、底部熱媒体路19の熱は遠赤外線放射体18をいったん温め、該温められた遠赤外線放射体18から放射する遠赤外線により導入後の空気は温められる。そして、空気と熱交換された熱媒体26は、第１〜３の下部熱媒体排出通路30,31,32により第１の液収容体33へ回収され、該第１の液収容体33の熱媒体26は第１のポンプ35によって再び第１の太陽光吸収体25へ送り込まれて循環するようになっている。

同様に、太陽光によって第２の太陽光吸収体42に設けた熱媒体43は加熱され、加熱されて温められた熱媒体43は、上部熱媒体排出通路44を介して中段熱媒体路40へ供給され、中段通気路部37を上昇する空気を温めることとなる。そして、空気と熱交換された熱媒体43は、上部熱媒体排出通路44Ａにより第２の液収容体45へ回収され、該第２の液収容体45の熱媒体43は第２のポンプ47によって再び第２の太陽光吸収体42へ送り込まれて循環するようになっている。

以上のように、前記実施例においては、下端に空気取り入れ口14を設けると共に、上端を排気用の開口50として直立した通気路２に臨んで発電用の羽根９を回動自在に設けると共に該羽根９に発電機11を接続したことにより、通風力発生のメカニズムにおける高さを可及的に大きくでき、通風力を高めて発電を効率的に行うことができる。

また、前記通気路２を形成する通気筒２、ひいては下段通気路部20、下部テーパ−管７、中段通気路部37、上部テーパ−管８、上段通気筒部６の流路断面積を順次上方へ沿って小さく形成し（Ｓ１＞Ｓ２＞Ｓ３）、前記羽根９を前記通気筒２の上端側に設けたことにより、流速が大きくなった状態の風力によって羽根９を高速回転駆動することができる。尚、流路面積調節装置54により流路面積を調節することで、風速、ひいては羽根９の回転数を調節することができる。

さらに、前記通気路１に熱交換器としてのラジエーター15、遠赤外線放射体18及び底部熱媒体路19、下段熱媒体路23、中段熱媒体路40を設けて、通路１中の空気を温めることで、空気の比重量を小さくして通風力を向上することができ、さらにこれら熱交換器の熱源を第１の太陽光吸収体25及び第２の太陽光吸収体42を介した太陽光としたことで、クリーンエネルギーを有効利用することができる。

しかも、前記通気路１に空気浄化手段たる空気浄化器13を設けたことで、通気路１から排出される空気を浄化して大気汚染を抑止することができる。

以上のように本発明にかかる風力発電機は種々の用途にも適用できる。例えば、熱媒体としては不凍液にかえて油や液状化学薬品などでもよい。

本発明の実施例１を示す全体の縦断面図である。本発明の実施例１を示す底部熱媒体路まわりの縦断面図である。本発明の実施例１を示すラジエーターまわりの平面図である。本発明の実施例１を示す下段通気筒部まわりの平断面図である。本発明の実施例１を示す中段通気筒部まわりの平断面図である。本発明の実施例１を示す上段通気筒部まわりの平断面図である。本発明の実施例１を示す空気浄化器まわりの底面図である。

１通気路
２通気筒
９羽根
11 発電機
13 空気浄化器（空気浄化手段）
14 空気取り入れ口
15 ラジエーター（熱交換器）
18 遠赤外線放射体（熱交換器）
19 底部熱媒体路（熱交換器）
23 下段熱媒体路（熱交換器）
25 第１の太陽光吸収体
26 熱媒体
27 28 29 熱媒体通路
30,31,32下部熱媒体排出通路
34 １次側
35 第１のポンプ
36 ２次側
50 開口

Claims

下端側に空気取り入れ口を設けると共に上端側を開口して直立した通気筒の通気路に臨んで発電用の羽根を回動自在に設けると共に該羽根に発電機を接続し、前記通気路に熱源を太陽光とした熱交換器を設けた風力発電機であって、通気筒部の内部には複数のパイプ状の通気路部が、該通気路部の長手方向を通気筒部の軸線と平行になるように配置されていると共に、前記通気路部は間隔をおいて配置され、前記通気筒部には上部閉塞部材と下部閉塞部材がそれぞれ設けられ、前記上部閉塞部材に接続した前記通気路部は開口すると共に前記下部閉塞部材に接続した下段通気路部は開口して通気でき、前記通気筒部の内部に前記通気路部を除いた空間に熱媒体用液体の流路を形成する熱媒体路が形成され、
前記通気筒に間隔をおいて太陽光吸収体が同軸状に設けられ、該太陽光吸収体の熱媒体は熱媒体通路を介して前記熱媒体路、前記空気取り入れ口に設けられたラジエーター、前記空気取り入れ口の底部に設けられた遠赤外線放射体と一体的な底部熱媒体路にそれぞれ接続され、これら熱媒体路、ラジエーター、底部熱媒体路に接続された熱媒体排出通路は液収容体に接続され、該液収容体に１次側を接続したポンプの２次側を前記太陽光吸収体に接続していることを特徴とする風力発電機。