JP5534915B2 - 風力発電設備及び風力発電設備が設置された建物 - Google Patents

Description

本発明は風力発電設備及び風力発電設備が設置された建物に関する。

特許文献１には従来の風力発電設備が設置された建物が開示されている。この建物は立体駐車場である。この立体駐車場は、外壁面のない側面部に、風力で回転し、鉛直方向に回転軸が配置された複数の風車を設置している。これら複数の風車は、立体駐車場の躯体に取付けられたフレームに支持され、並列状態かつ上下方向に複数段配設されている。

複数の風車が設置された立体駐車場の側面部には外壁面がないため、立体駐車場の屋外から内部へ、又は内部から屋外へ風が通り抜けることができる。このため、立体駐車場の側面部に設置された風車は、立体駐車場を通り抜ける風を直接的に受けることができ、良好に回転することができる。よって、風力を利用した発電を良好に行うことができる。

特開２００５−３１５２０１号公報

しかし、特許文献１の風力発電設備では、風車を建物の外壁面がある側面部に設置すると、風車に向かって吹く風は、風車を通過した後、外壁面に当たり、建物の内部を通り抜けることができない。外壁面に当たった風は、外壁面に沿って流れようとするが、風車を支持するフレームに当たり良好に流れることができない。このため、風車の周りに風が良好に流れず、風車の回転が不充分になる。よって、風力発電設備の発電が不充分になるおそれがある。

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、建物の外壁面がある側面部に設置されても発電を良好に行なうことができる風力発電設備及び風力発電設備が設置された建物を提供することを解決すべき課題としている。

本発明の風力発電設備は、外壁面を有する建物に設置される風力発電設備であって、
風向きに対して直角方向に配置された回転軸の周りに羽根が設けられた複数の風車と、前記回転軸の回転によって発電する発電機とを有する風力発電機と、
前記外壁面に沿って前記回転軸を並列状態に配置し、かつ前記風車を前記外壁面から前方に離れた位置に支持して前記風車と前記外壁面との間に風が通る空間を形成し、前記建物の構造体に取付けられる支持体とを備え、
前記支持体は、建物の構造体である梁に取り付けられ、前記外壁面より前方に延びる複数の取付部と、これら取付部に防振部材を介して連結され、前記回転軸を軸支する連結部とを有していることを特徴とする。

この風力発電設備では、支持体が複数の風車を支持し、その支持体を建物の構造体に取り付けると、風車と外壁面との間に風が通る空間が形成される。このため、外壁面に当たった風等がこの空間を利用して外壁面に沿って流れることができる。よって、風車の周りには外壁面に沿って流れる風が良好に通過し、風車を良好に回転させることができる。

したがって、本発明の風力発電設備は、建物の外壁面がある側面部に設置されても発電を良好に行なうことができる。

前記支持体は、建物の構造体である梁に取り付けられ、前記外壁面より前方に延びる複数の取付部と、これら取付部に連結され、前記回転軸を軸支する連結部とを有して構成されている。この場合、支持体を建物の構成物である外壁面に取り付けずに建物の構造体である梁に取り付けることにより、風車を強固に建物に取り付けることができる。ここで、建物の構造体とは、梁や柱のことをいい、建物の構成物とは、壁面、窓、床等のことをいう。この風力発電設備では、風車を取り付ける際に外壁面の加工が不要となり、施工を容易に行なうことができる。また、支持体を外壁面に取り付けず梁に取り付けているため、風車が風を受けることにより生じる振動が外壁面に伝わり難くすることができる。

前記風車は前記回転軸が横方向に配置され得る。この場合、外壁面を吹き上がる吹き上げ風を風車が受け易くなり、風車を良好に回転させることができる。このため、風力発電設備が発電を良好に行うことができる。

前記風車は前記回転軸が縦方向に配置され得る。この場合、外壁面に沿って水平方向に流れる風を風車が受け易くなり、風車を良好に回転させることができる。特にビル間を吹き抜ける風を風車が受け易くなるため、建物が規則正しく配置されている市街地等で、風車を良好に回転させることができる。このため、風力発電設備が発電を良好に行うことができる。

前記風車の前記回転軸と並列状態に前記支持体に支持され、前記風車の風上側に配置して前記風車と前記外壁面との間に形成された前記空間に風を流入させる通風路を形成する風導入部材を備え得る。この場合、風車と外壁面との間に形成された空間に風上側に形成された通風路から風を導入させることができる。このため、外壁面に沿って流れる風が良好に通過し、風車を良好に回転させることができる。よって、風力発電設備が発電を良好に行うことができる。

本発明の風力発電設備が設置された建物は、前記風力発電設備が設置されていることを特徴とする。この建物では、上述したように、風力発電設備の風車を良好に回転させることができる。

したがって、本発明の風力発電設備を備えた建物は、発電を良好に行なうことができる。

実施例１の風力発電設備を設置した建物の縦断面図である。 実施例１の風力発電設備の斜視図である。 実施例１の風力発電機の断面図である。 実施例２の風力発電設備を設置した建物の横断面図である。 実施例２の風力発電設備の斜視図である。

本発明の風力発電設備を設置した建物を具体化した実施例１及び２を図面を参照しつつ説明する。

＜実施例１＞
実施例１の風力発電設備１０を設置した建物は、図１及び図２に示すように、建物１の外壁面３がある側面部に風力発電設備１０が設置されている。建物１は、Ｈ型鋼の梁２及び図示しない柱を構造体とした鉄骨構造であり、複数階を有するビルである。建物１の構成物である外壁面３はカーテンウォールにより構成されている。

風力発電設備１０は、複数の風力発電機２０と、建物１の構造体である梁２に取り付けられ、これら風力発電機２０を支持する支持体３０と、支持体３０に支持された風導入部材４０とを備えている。支持体３０は、梁２に取り付けられ、外壁面３より前方に延びた複数の取付部３１と、上下に並んだこれら取付部３１に連結され、上下方向に延びた連結部３２とを有している。このように、支持体３０を建物１の構成物である外壁面３に取り付けずに建物１の構造体である梁２に取り付けるため、風力発電設備１０を強固に建物１に取り付けることができる。

取付部３１は、所定間隔を有して対面した一対の平板状の取付板３１Ａと、各取付板３１Ａの梁２側の端部から直角方向に延び、梁２にボルト締めされた固定板３１Ｂとから構成されている。連結部３２は上下に並んだ各取付部３１間に連結された複数の連結部材３２Ａにより構成されている。各連結部材３２Ａは四角柱形状に形成されている。

各一対の取付板３１Ａは、先端部の間にウレタンゴム製の防振部材３３Ａ、３３Ｂを挟持している。最上部の一対の取付板３１Ａに挟持されている防振部材３３Ａは、上端が閉鎖され下端が開口した中空の四角柱形状に形成されている。この防振部材３３Ａ内には、下端開口から連結部材３２Ａの上端部が挿入されている。

また、最上部以外の一対の取付板３１Ａに挟持されている防振部材３３Ｂは、上端及び下端が開口し、上下方向の中間部が閉鎖された中空の四角柱形状に形成されている。この防振部材３３Ｂ内には、上端開口からそれより上方に連結される連結部材３２Ａの下端部が挿入され、下端開口からそれより下方に連結される連結部材３２Ａの上端部が挿入されている。このように取付板３１Ａと連結部材３２Ａとは防振部材３３Ａ、３３Ｂを介して連結されているため、後述する風力発電機２０の第１風車２２Ａ及び第２風車２２Ｂが風を受けて回転することにより生じる振動が連結部材３２Ａを介して取付板３１Ａに伝播することを抑制することができる。このため、風力発電機２０で生じる振動が建物１へ伝播し難くされている。

最下部の連結部材３２Ａの下端部は、建物１の屋外の床面に埋設され、上端が開口し下端が閉鎖された中空の四角柱形状に形成されたウレタンゴム製の防振部材３３Ｃ内に挿入されている。

風力発電機２０は、図２及び図３に示すように、第１風車２２Ａ、第２風車２２Ｂ及び第１風車２２Ａと第２風車２２Ｂとの間に配置された発電機２４とを有している。第１風車２２Ａは、横方向に配置された第１回転軸２１Ａと、第１回転軸２１Ａに沿って横方向に延び、第１回転軸２１Ａの周りに９０度毎に設けられた４枚の第１羽根２３Ａとを有している。第２風車２２Ｂは、横方向に配置された第２回転軸２１Ｂと、第２回転軸２１Ｂに沿って横方向に延び、第２回転軸２１Ｂの周りに９０度毎に設けられた４枚の第２羽根２３Ｂとを有している。このように、第１回転軸２１Ａ及び第２回転軸２１Ｂは横方向に配置されているため、外壁面３を吹き上がる吹上風を第１風車２２Ａ及び第２風車２２Ｂが受け易くなり、第１風車２２Ａ及び第２風車２２Ｂを良好に回転させることができる。

各第１羽根２３Ａ及び各第２羽根２３Ｂは、風を受ける後側面が凹状に湾曲し、前側面が凸状に湾曲しており、同一形状である。第１羽根２３Ａと第２羽根２３Ｂとは、前側面と後側面とを反転して、それぞれ第１回転軸２１Ａと第２回転軸２１Ｂとに設けられている。このため、第１風車２２Ａと第２風車２２Ｂとは風を受けると逆方向に回転する。このため、第１風車２２Ａと第２風車２２Ｂとが回転することにより生じる振動を打ち消しあうことができるため、風力発電機２０の全体の振動を抑制することができる。

各風力発電機２０は上下方向に延びた左右に隣り合う連結部３２の間に配置されている。つまり、第１回転軸２１Ａ及び第２回転軸２１Ｂの連結部３２側の端部は、連結部材３２Ａに貫設され、軸受け３２Ｃを有する支持孔３２Ｂに挿入され、軸支されている。また、第１回転軸２１Ａ及び第２回転軸２１Ｂの発電機２４側の端部は、発電機２４の円筒形状のケース２５の両側面に貫設された軸受け２５Ｂを有する挿入孔２５Ａに挿入されている。

ケース２５内に挿入された第１回転軸２１Ａの端部と第２回転軸２１Ｂの端部とは軸受け２５Ｃを介して連結されている。ケース２５内に挿入された第１回転軸２１Ａには、第２回転軸２１Ｂ側が開口し、第１回転軸２１Ａに一体化された円筒形の第１回転部材２６Ａが取り付けられている。第１回転部材２６Ａの内側面にはリング状の磁石２６Ａが固定されている。第１回転部材２６Ａは第１回転軸２１Ａと共に回転する。

ケース２５内に挿入された第２回転軸２１Ｂには、第１回転軸２１Ａ側に開口し、第２回転軸２１Ｂに一体化された円筒形の第２回転部材２７Ａが取り付けられている。第２回転部材２７Ａは第１回転部材２６Ａの内側に収納されている。第１回転部材２６Ａの内側面に固定された磁石２６Ａに対向するように、第２回転部材２７Ａの外側面に電気子コイル２７Ｂが配置されている。第２回転部材２７Ａは第２回転軸２１Ｂと共に回転する。

この発電機２４は、風を受けて第１風車２２Ａと第２風車２２Ｂとが逆方向に回転すると、第１回転部材２６Ａと第２回転部材２７Ａとが逆方向に回転する。このため、この発電機２４の発電効率を高くすることができる。この発電機２４により発電された電力は、図示しない送電線を通じて蓄電池に蓄電され、利用することができる。

第１回転軸２１Ａには、連結部材３２Ａとの間でウレタンゴム製の防振部材２９を挟持する円盤形状の挟持板２８が取り付けられている。また、第２回転軸２１Ｂにも、連結部材３２Ａとの間でウレタンゴム製の防振部材２９を挟持する円盤形状の挟持板２８が取り付けられている。このため、風力発電機２０の第１風車２２Ａ及び第２風車２２Ｂが風を受けて回転することにより生じる回転軸方向の振動が第１回転軸２１Ａ及び第２回転軸２１Ｂから連結部材３２Ａに伝播することを抑制することができる。

このように構成された複数の風力発電機２０が、図１及び図２に示すように、回転軸（第１回転軸２１Ａ、第２回転軸２１Ｂ）を並列状態に配置して連結部材３２Ａに支持されている。この際、上下に隣り合う風力発電機２０は左右方向を反転して連結部材３２Ａに支持されている。このため、第１風車２２Ａと第２風車２２Ｂとが上下に交互に並んで配置されている。また、風力発電機２０（第１風車２２Ａ、第２風車２２Ｂ）は、外壁面３から前方に離れた位置に支持体３０により支持されている。このため、風力発電機２０と外壁面３との間には風が通る空間Ｓが形成されている。

風力発電機２０は一つずつ連結部材３２Ａから取り外して交換することができる。このため、メンテナンスを容易に行なうことができる。また、風力発電機２０が日射を遮蔽することができる。このため、外壁面３が窓であっても建物１の室内の気温上昇を抑えることができる。また、風力発電機２０によって風のエネルギーを電気に変換し、減衰することができる。このため、強風時に風による外壁面３の損傷を軽減させることができる。特に外壁面３が窓である場合にはその効果は顕著である。

最下部の連結部材３２Ａの下部には、横方向に延びた複数の風導入部材４０が並列状態に配置されている。つまり、風導入部材４０は吹き上げ風Ｗ２の風上側に配置されている。風導入部材４０は、セラミックス製であり、中空の平板形状に形成されている。風導入部材４０は、上下方向に延びた左右に隣り合う連結部材３２Ａの間隔よりも僅かに短く形成されており、両端部を連結部材３２Ａに支持されている。風導入部材４０がセラミックス製であるため、並列状態に配置された風導入部材４０の外観を良好にすることができる。

また、上下に隣り合う風導入部材４０の間に各風導入部材４０より外側から建物１の外壁面３側に向けて斜め上方に傾斜した通風路Ｒを形成するように、各風導入部材４０は傾斜して連結部材３２Ａに支持されている。このため、外壁面３を吹き上がる吹き上げ風Ｗ２を風力発電機２０と外壁面３との間の空間Ｓに通風路Ｒから良好に導入することができる。また、風導入部材４０により、日射を遮蔽することができる。このため、外壁面３が窓であっても建物１の室内の気温上昇を抑えることができる。

このように構成された風力発電設備１０を設置した建物では、風力発電設備１０の正面から吹く風Ｗ１は第１風車２２Ａ及び第２風車２２Ｂを通り過ぎた後、外壁面３に当たり、外壁面３に沿って風力発電機２０と外壁面３との間の空間Ｓを流れる。このように、風が滞留せずに流れるため、第１風車２２Ａ及び第２風車２２Ｂは良好に回転することができる。

また、建物１の下層部においては、上述したように吹き上げ風Ｗ２が風力発電機２０と外壁面３との間の空間Ｓを良好に流れるため、第１風車２２Ａ及び第２風車２２Ｂは良好に回転することができる。

したがって、実施例１の風力発電設備１０は建物１の外壁面３がある側面部に設置されても発電を良好に行なうことができる。つまり、この風力発電設備１０を備えた建物は発電を良好に行なうことができる。

また、風力発電設備１０は、無風時でも地熱で暖まった上昇気流により、第１風車２２Ａ及び第２風車２２Ｂを回転させることができる。また第１風車２２Ａ及び第２風車２２Ｂによって、鳥が外壁面３に衝突することを防止することができる。

＜実施例２＞
実施例２の風力発電設備１１０を設置した建物は、図４及び図５に示すように、実施例１と同一の構成を有する風力発電機２０を第１回転軸２１Ａ及び第２回転軸２１Ｂが縦方向に配置されるように支持体１３０に支持されている。また、実施例１と同一の構成を有する風導入部材４０も縦方向に配置されるように支持体１３０に支持されている。実施例１と同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

支持体１３０は、梁２に取り付けられ、外壁面３より前方に延びた複数の取付部１３１と、左右に並んだこれら取付部１３１に連結され、左右方向に延びた連結部１３２とを有している。このように、支持体１３１を建物１の構成物である外壁面３に取り付けずに建物１の構造体である梁２に取り付けるため、風力発電設備１１０を強固に建物１に取り付けることができる。

取付部１３１は、四角柱状の本体部１３１Ａと本体部１３１Ａの梁２側の左右端部から直角方向に延び、梁２にボルト締めされた固定部１３Ｂとから構成されている。連結部１３２は左右に並んだ各取付部１３１間に連結された複数の連結部材１３２Ａにより構成されている。各連結部材１３２Ａは四角柱形状に形成されている。

各取付部１３１の本体部１３１Ａの先端部には、ウレタンゴム製の防振部材１３３Ａ、１３３Ｂが埋め込まれている。左右両端の取付部１３１の本体部１３１Ａに埋め込まれた防振部材１３３Ａは、外側面が閉鎖され内側面に開口した中空の四角柱形状に形成されている。また、それ以外の取付部１３１の本体部１３１Ａに埋め込まれた防振部材１３３Ｂは、左右側面が開口し、左右方向の中間部が閉鎖された中空の四角柱形状に形成されている。

防振部材１３３Ａ、１３３Ｂ内に各連結部材１３２Ａの端部が挿入されている。このように各取付部１３１の本体部１３１Ａと連結部材１３２Ａとは防振部材３３Ａ、３３Ｂを介して連結されているため、風力発電機２０の第１風車２２Ａ及び第２風車２２Ｂが風を受けて回転することにより生じる振動が連結部材１３２Ａを介して本体部１３１Ａに伝播することを抑制することができる。このため、風力発電機２０で生じる振動が建物１へ伝播し難くされている。

風力発電機２０は左右方向に延びた上下に隣り合う連結部１３２間に配置され、第１回転軸２１Ａ及び第２回転軸２１Ｂは縦方向に配置されている。また、複数の風力発電機２０が、回転軸（第１回転軸２１Ａ、第２回転軸２１Ｂ）を並列状態に配置し、連結部材１３２Ａに支持されている。

このため、外壁面３に沿って水平方向に流れる風を第１風車２２Ａ及び第２風車２２Ｂが受け易くなるため、第１風車２２Ａ及び第２風車２２Ｂを良好に回転させることができる。特に建物が規則正しく配置されている市街地等で、第１風車２２Ａ及び第２風車２２Ｂを良好に回転させることができる。

左右に隣り合う風力発電機２０は上下方向を反転して連結部材１３２Ａに支持されている。このため、第１風車２２Ａと第２風車２２Ｂとが左右に交互に並んで配置されている。また、風力発電機２０（第１風車２２Ａ、第２風車２２Ｂ）は、外壁面３から前方に離れた位置に支持体１３０により支持されている。このため、風力発電機２０と外壁面３との間には風が通る空間Ｓが形成されている。

外壁面３に沿って水平方向に流れる風Ｗ３の風上側に位置する連結部材１３２Ａの風上側端部には、縦方向に延びた複数の風導入部材４０が並列状態に配置されている。風導入部材４０は、左右方向に延びた上下に隣り合う連結部材１３２Ａの間隔よりも僅かに短く形成されており、両端部を連結部材１３２Ａに支持されている。また、左右に隣り合う風導入部材４０の間に各風導入部材４０より外側から建物１の外壁面３側に向けて斜め前方に傾斜した通路Ｒを形成するように、各風導入部材４０は傾斜して連結部材１３２Ａに支持されている。このため、外壁面３に沿って水平方向に流れる風Ｗ３を風力発電機２０と外壁面３との間の空間Ｓに通風路Ｒから良好に導入することができる。よって、第１風車２２Ａ及び第２風車２２Ｂは良好に回転することができる。

したがって、実施例２の風力発電設備１１０も建物１の外壁面３がある側面部に設置されても発電を良好に行なうことができる。つまり、この風力発電設備１１０を備えた建物も発電を良好に行なうことができる。

本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）実施例１及び２では、第１風車及び第２風車を羽根の後側面に風を受けて回転する抗力タイプの風車を利用したが、揚力タイプの風車又は抗力タイプと揚力タイプとを融合した風車を利用してもよい。
（２）実施例１及び２では、風力発電機２０が第１風車と第２風車との間に発電機を有するものであったが、風車を一つにして発電機を風車の一端部側に配置するようなものでもよい。
（３）実施例１では回転軸を横方向に配置した風車のみを利用し、実施例２では回転軸を縦方向に配置した風車のみを利用したが、回転軸を横方向に配置した風車と縦方向に配置した風車とを混在させてもよい。
（４）実施例１及び２では、風導入部材を備えたが、風導入部材を備えなくてもよい。
（５）実施例１及び２において、風車と風導入部材との位置を取り替えることができる。この場合、風導入部材を風車と風車との間（建物の中間位置）に配置してもよい。
（６）実施例１では、建物を複数階を有するビルとしたが、風力発電設備を設置するには、１階建て以上の建物であればよい。

１…建物
２…梁
３…外壁面
１０、１１０…風力発電設備
２０…風力発電機
２１Ａ、２１Ｂ…回転軸（２１Ａ…第１回転軸、２１Ｂ…第２回転軸）
２２Ａ、２２Ｂ…風車（２２Ａ…第１風車、２２Ｂ…第２風車）
２３Ａ、２３Ｂ…羽根（第１羽根…２３Ａ、第２羽根…２３Ｂ）
２４…発電機
３０、１３０…支持体
３１、１３１…取付部
３２、１３２…連結部
４０…風導入部材
Ｒ…通風路
Ｓ…空間

Claims (6)

1. 外壁面を有する建物に設置される風力発電設備であって、
   風向きに対して直角方向に配置された回転軸の周りに羽根が設けられた複数の風車と、前記回転軸の回転によって発電する発電機とを有する風力発電機と、
   前記外壁面に沿って前記回転軸を並列状態に配置し、かつ前記風車を前記外壁面から前方に離れた位置に支持して前記風車と前記外壁面との間に風が通る空間を形成し、前記建物の構造体に取付けられる支持体とを備え、
   前記支持体は、建物の構造体である梁に取り付けられ、前記外壁面より前方に延びる複数の取付部と、これら取付部に防振部材を介して連結され、前記回転軸を軸支する連結部とを有していることを特徴とする風力発電設備。
2. 前記風車は前記回転軸が横方向に配置されていることを特徴とする請求項１記載の風力発電設備。
3. 前記風車は前記回転軸が縦方向に配置されていることを特徴とする請求項１記載の風力発電設備。
4. 前記風車の前記回転軸と並列状態に前記支持体に支持され、前記風車の風上側に配置して前記風車と前記外壁面との間に形成された前記空間に風を流入させる通風路を形成する風導入部材を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の風力発電設備。
5. 前記連結部は柱状に形成される一方、前記防振部材は一方側に開口する有底で中空の柱状に形成され、前記連結部はその端部が前記開口を通して前記防振部材内に挿入されることで、前記連結部の端部は防振部材により包囲されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の風力発電設備。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項記載の風力発電設備が設置されていることを特徴とする建物。

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