JP5921721B2 - コラム型風力発電装置 - Google Patents
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Description
本発明は、コラム型風力発電装置に関し、より詳しくは、２０ｍ以上の高さを有し、風力発電室を多層に形成し、中央に煙突排気通路を備えた円筒形の風力コラム部に形成し、各風力発電室には外壁と連通された風力流入部を最短距離で設置形成し、上記風力発電室には風力流入部を通して流入された風力によって発電した後、煙突排気通路へ排気する風力発電部を備え、上記風力発電室にはメンテナンスのクレーンとメンテナンスのエレベータを備え、上記風力コラム部の上部側には誘導排出排気部を備えて、風の方向に影響されず、煙突効果によって常時的に発電されることができるようにすることを目的にしたものである。
一般的に、風力発電装置は、風を利用して風車を回転させ、発電するものである。
以上のような風力発電装置は、陸と海に施工して実施しているし、大型化のために海に施工して実施する事例が多い。
上記のように、風力発電装置を海に施工した事例には、現在、テムズ川の河口一帯の海岸に、風車の羽根の直径が１２０ｍ、高さが１４７ｍである風力発電装置を、総１７５台も設置して、年間２，５００ＧＷの電力を生産できるように計画している。
以上のような風力発電装置は、なにより、年間、温室ガスを９０万トン以上減らすことができる効果をもたらすものである。
しかし、上述したように、現在、運営されている、陸地及び高山帯の海に設けられた風力発電機の直径１０〜１２０ｍ以上の大型ブレードを、巨大なコラム型支柱台で構成し、高山帯に設置・運営した結果、周辺環境において、大型ブレードを回転させることのできる前面風力と風速及び風向が適当している場合に回転でき、風力と風速及び風向が不適当な場合には停止状態になって、効率性が低下する問題点があった。
また、風力発電機の大型ブレードが停止状態で再回転される過程で、周りに突然な乱気流及び急上昇気流が発生して、樹木及び植物に含有されていた水分が四方へ噴出されることか、急速に蒸発することによって、周りの樹木と植物が枯れる現象が起こる問題点があった。
さらに、風力発電機の大型ブレードが回転される過程で、非常に大きな振動と騒音及び土煙が発生して、周辺植物の光合成作用が停止し、枯死され、根の周りにあった水分が下に引いて流れることになる。
それによって、表土及び樹木と植物の根が支持していた土と粘土の凝集が弛緩されるので、樹木と植物が枯死に至って、地球の温暖化で気候変化が激しくなって、瞬時に暴雨が降り注ぐことになると、大型山崩れが発生して周囲が荒廃されるし、山の下方には莫大な被害が発生すると同時に、大型ブレードの回転による山鳴りで騒音公害が発生して地域住民の被害が続出され、住民からの愚痴が頻繁になる。
なお、風速の変化が激しく、風力発電機の故障と破損が頻繁に起きて、管理、整備、修理が大変になって、厄介者に転落する問題点があった。
それによって、表土及び樹木と植物の根が支持していた土と粘土の凝集が弛緩されるので、樹木と植物が枯死に至って、地球の温暖化で気候変化が激しくなって、瞬時に暴雨が降り注ぐことになると、大型山崩れが発生して周囲が荒廃されるし、山の下方には莫大な被害が発生すると同時に、大型ブレードの回転による山鳴りで騒音公害が発生して地域住民の被害が続出され、住民からの愚痴が頻繁になる。
なお、風速の変化が激しく、風力発電機の故障と破損が頻繁に起きて、管理、整備、修理が大変になって、厄介者に転落する問題点があった。
それで、本発明は、上述のように、従来、風車による風力発電装置が風の方向に限られて発電する問題点を解決するために、集風構造によって０．３ＭＷ〜０．５ＭＷの発電能力を有する発電機を層別に備え、各層ごとに４〜６台の発電機を備えて、経済的で多段階の発電システムを発明しょうとするものである。
即ち、本発明は、２０ｍ以上の高さを有し、風力発電室を多層に形成し、中央に煙突排気通路を備えた円筒形の風力コラム部に形成し、各風力発電室には外壁と連通された風力流入部を最短距離で設置形成し、上記風力発電室には風力流入部を通して流入された風力によって発電した後、煙突排気通路へ排気する風力発電部を備え、上記風力発電室にはメンテナンスのクレーンとメンテナンスのエレベータを備え、上記風力コラム部の上部側には誘導排出排気部を備えて構成したものである。
したがって、本発明は、前面、側面、後面から吹く風を流入発電することで、コラム部による空気抵抗が最小になって、空気抵抗による風化と劣化が最小になり、前面、側面、後面へ流入された空気が中央を通して排出されて、風力流入による発電効果が極大になることであり、２０ｍ以上の高さを有し、風力発電室を多層に形成し、中央に煙突排気通路を備えた円筒形の風力コラム部に形成し、各風力発電室には外壁と連通された風力流入部を最短距離で設置形成し、上記風力発電室には風力流入部を通して流入された風力によって発電した後、煙突排気通路へ排気する風力発電部を備えることにより、風力発電部から排出された風と空気と、煙突排気通路から、ばらつきを有するエルボによって衝突が防止されて流入された強力な風と空気が上層部へ膨張するので、つまり強力な上昇気流に変えられて上層部へ膨張するので、各層に風力発電室へ流入された風と空気は発電機を通過するから、下段からあがってくる上昇気流より弱くて上層部へ容易く排出されるので、各層に設けられた発電機はなんらの支障もなく発電されることであり、上記風力発電室にはメンテナンスのクレーンとメンテナンスのエレベータを備えることで随時点検することができ、随時メンテナンス・管理・整備・修理が可能になって、全体的なメンテナンス・管理における危険が解決されることであり、経済的に運営できるはずである。
また、このような現象に基づき、周囲に乱気流及び急上昇気流が発生されないので、自然を荒廃させず、環境にやさしく、収益性が極大になった発電システムになることである。
以下、添付の図面に基づいて詳しく説明すると、次のようである。
本発明は、風力発電装置の風力コラムが空気抵抗を最小にさせて、風化と劣化も最小にし、発電するようにしたものである。
すなわち、本発明は、側面から吹く風を内部へ流入して、中央を通して上部へ排出発電させるコラム形状のコラム型風力発電装置を備えたものである。
上記コラム型風力発電装置は、図１乃至図３に示すように、２０ｍ以上の高さを有し、風力発電室（１１２）を多層に形成し、中央に煙突排気通路（１３０）を備えた円筒形の風力コラム部（１１０）に形成し、各風力発電室（１１２）には外壁と連通された風力流入部（１１１）を最短距離で設置形成し、上記風力発電室（１１２）には風力流入部（１１１）を通して流入された風力によって発電した後、煙突排気通路（１３０）へ排気する風力発電部（１２０）を備え、上記風力発電室（１１２）の天井には、風力発電部（１２０）のメンテナンスのために、ドーナツ形になっている風力発電室（１１２）に沿って移動可能に設けられたメンテナンスのクレーン（１１３）を備え、各層を連結するメンテナンスのエレベータ（１１４）を備え、上記風力コラム部（１１０）の上部側には誘導排出排気部（１５０）を備え、上記風力コラム部（１１０）の下部側には、煙突排気通路（１３０）を通る円滑な空気流動のために、補充空気流入部（１７０）を備えて実施できるのである。
ここで、上記風力発電部（１２０）は、図２に示すように、空気の流入が円滑になるように拡大縮小管に形成され、煙突排気通路（１３０）に連結される風力発電ダクト（１２１）と、上記風力発電ダクト（１２１）の中央部に設けられる風力発電機（１２２）と、煙突排気通路（１３０）側へ排出される空気を、上部へ誘導排出できるように上部誘導エルボ（１２３）とで構成したものである。
一方、図４と図５に示すように、同一層の風力発電室（１１２）に備えられた上記風力発電部（１２０）の上部誘導エルボ（１２３）の吐出口の端部が、互いに異なる高さで形成されるように実施して、排出される空気の衝突による排気損失が最小になるように実施できるのである。
また、上記誘導排出排気部（１５０）は、図６に示すように、煙突排気通路（１３０）への雨水流入が防止されるように形成した円錐形状の遮水キャップ（１５１）と、側方向に開口した排気孔（１５２）と、上記排気穴（１５２）の外側を包んで外部煙筒を形成する外部排気煙筒（１５４）と、上記排気穴（１５２）の下部側の風力コラ部（１１０）に、側風を上部の外部排気煙筒（１５４）に誘導して、排気穴（１５２）を通して空気の排出を誘導できるように、上部へ向けて内側に斜めに形成された空気誘導面（１５３）を形成し、上記空気誘導面（１５３）には、側風が回流誘導されて回動されるように回流誘導ブレード（１５３ａ）を形成して実施できるのである。
一方、上記遮水キャップ（１５１）の下面は、空気の摩擦を最小にし、外部排出を誘導できるように、下部へ突出された円錐形状に形成して実施できるのである。
また、上記補充空気流入部（１７０）が形成されている風力コラム部（１１０）の外面には、外部空気を補充空気流入部（１７０）へ集中的に誘導できるように、垂直に設けられる空気誘導隔壁（１７１）を等間隔に形成して実施できるのである。
さらに、上記補充空気流入部（１７０）の下部には、図７に示すように、空気の温度偏差を誘発させて、煙突排気通路（１３０）を通る煙突効果を増大させることができるように、風力発電部（１２０）から発電される電気によって動作され、空気を加熱する煙突効果誘導ヒーター（１８０）を備えて実施できるのである。
また、図８に示すように、風力コラム部（１１０）の外面で太陽輻射熱によって発生した上昇気流の空気が風力流入部（１１１）を介して風力発電部（１２０）へ流入できるように、上記風力発電部（１２０）と連結される風力発電部（１２０）の風力発電ダクトを、風力コラム（１１０）の外面から煙突排気通路側へ斜め上方に傾斜形成して実施できるのである。
また、上記風力発電部（１２０）の風力発電ダクト（１２１）は、図９に示すように、煙突排気通路（１３０）を通して排出される空気が回転排出されて、その排出が円滑になれるよう、風力コラム部（１１０）に接線方向へ通気されるように形成して実施できるのである。
さらに、上記風力コラム部（１１０）の上部には、図１０に示すように、風車発電機（１６１）と軸設された発電風車（１６２）を備えて実施できるのである。
以下、本発明の動作過程について説明すると、次のようである。
上記のように、前面、側面、後面から吹く風を内部に流入して、中央を通して上部へ排出して発電させる、コラム型状のコラム型風力発電装置を備え、上記コラム型風力発電装置は、２０ｍ以上の高さを有し、風力発電室（１１２）を多層に形成し、中央に煙突排気通路（１３０）を備えた円筒形の風力コラム部（１１０）に形成し、各風力発電室（１１２）には外壁と連通された風力流入部（１１１）を最短距離で設置形成し、上記風力発電室（１１２）には風力流入部（１１１）を通して流入された風力によって発電した後、煙突排気通路（１３０）で排気する風力発電部（１２０）を備え、上記風力発電室（１１２）の天井には、風力発電部（１２０）のメンテナンスのために、ドーナツ形になっている風力発電室（１１２）に沿って移動可能に設けられたメンテナンスのクレーン（１１３）を備え、各層を連結するメンテナンスのエレベータ（１１４）を備え、上記風力コラム部（１１０）の上部側には誘導排出排気部（１５０）を備え、上記風力コラム部（１１０）の下部側には、煙突排気通路（１３０）を通る円滑な空気流動のために、補充空気流入部（１７０）を備えた、本発明を適用して実施することになると、方向と全面、側面、後面から吹く風に関係せず、常時的に発電されるのである。
また、前面、側面、後面の風力流入部（１１１）を通して流入された空気が、各風力発電室（１１２）に備えられている風力発電部（１２０）と煙突排気通路（１３０）を通して、温度と気圧の差によって円滑に上昇排気され、風力流入部（１１１）を通して空気流入及び、煙突排気通路（１３０）で発生する上昇気流を最大限に活用することにより、発電効率が向上されるのである。
さらに、上記風力流入部（１１１）を、上部へ向けて斜めに形成して実施することになると、風力コラム部（１１０）の外面で太陽輻射熱によって発生した上昇気流が、共に風力流入部（１１１）に流入されて、煙突排気通路（１３０）での煙突効果により、さらに円滑に排出されるのである。
また、上記風力流入部（１１１）を風力コラム部（１１０）に接線方向へ通気されるように形成して実施することになると、風力流入部（１１１）を通して流入される空気が煙突排気通路（１３０）から回転排出されて、上昇気流の発生による排出が円滑になるのである。
さらに、上記風力コラム部（１１０）の上部側には、誘導排出排気部（１５０）を形成して実施することになると、風力コラム部（１１０）の上部側から吹く風が、空気誘導面（１５３）に沿って上昇流動されて、排気穴（１５２）から排出される空気が外部排気煙筒（１５４）を通して、沸いて排出させて、上記排気穴（１５２）を通した排出効果を増大させるのである。
一方、上記空気誘導面（１５３）の回流誘導ブレード（１５３ａ）によって回流流動されて、排気穴（１５２）を通した排気誘導がさらに効果的になるのである。
また、上記風力コラム部（１１０）の下部に補充空気流入部（１７０）を形成して実施することになると、煙突排気通路（１３０）の下部で空気が補充されて、煙突現象による空気の上昇流動がさらに円滑になり、風力流入部（１１１）の内側で空気流入と、上昇気流の誘導する誘導効果が増大されるのである。
さらに、上記補充空気流入部（１７０）の下部に煙突効果誘導ヒーター（１８０）を備えて実施することになると、補充空気流入部（１７０）を通して流入された空気が加熱されて、温度偏差による煙突効果が極大になって、風力流入部（１１１）を通した空気の流入が円滑になり、煙突排気通路（１３０）を通した上昇気流の速度が増大されて、発電量が極大になるのである。
また、上記風力コラム部（１１０）の上部には、風車発電機（１６１）と軸設された発電風車（１６２）を備えて実施することになると、側風を通した発電と共に、上部層の空気によって発電されてその発電効果が増大され、既存の風車発電装置にも接木して実施できるのである。
Claims (6)
- 前面、側面、後面から吹く風を内部に流入して、中央を通して上部へ排出・発電させる、コラム型状のコラム型風力発電装置を備え、
上記コラム型風力発電装置は、２０ｍ以上の高さを有し、風力発電室（１１２）を多層に形成し、中央に煙突排気通路（１３０）を備えた円筒形の風力コラム部（１１０）に形成し、各風力発電室（１１２）には外壁と連通された風力流入部（１１１）を設置形成し、
上記風力発電室（１１２）には風力流入部（１１１）を通して流入された風力によって発電した後、煙突排気通路（１３０）で排気する風力発電部（１２０）を備え、上記風力発電室（１１２）の天井には、風力発電部（１２０）のメンテナンスのために、ドーナツ形になっている風力発電室（１１２）に沿って移動可能に設けられたメンテナンスのクレーン（１１３）を備え、各層を連結するメンテナンスのエレベータ（１１４）を備え、上記風力コラム部（１１０）の上部側には誘導排出排気部（１５０）を備え、上記風力コラム部（１１０）の下部側には、煙突排気通路（１３０）を通る円滑な空気流動のために、補充空気流入部（１７０）を備え、
上記風力発電部（１２０）は、空気の流入が円滑になるように拡大縮小管に形成され、煙突排気通路（１３０）に連結される風力発電ダクト（１２１）と、上記風力発電ダクト（１２１）の中央部に設けられる風力発電機（１２２）と、煙突排気通路（１３０）側に排出される空気を上部へ誘導排出できるように上部誘導エルボ（１２３）とで構成し、
同一層の風力発電室（１１２）に等間隔で備えられる上記風力発電部（１２０）の上部誘導エルボ（１２３）の吐出口の端部が、互いに異なる高さで形成したことを特徴とする
コラム型風力発電装置。 - 上記風力発電部（１２０）の風力発電ダクト（１２１）は、煙突排気通路（１３０）を通して排出される空気が回転排出されて、その排出が円滑になれるよう、風力コラム部（１１０）に接線方向へ通気されるように形成したことを特徴とする
請求項１に記載のコラム型風力発電装置。 - 風力コラム部（１１０）の外面で太陽輻射熱によって発生した上昇気流の空気が風力流入部（１１１）を介して風力発電部（１２０）へ流入できるように、上記風力発電部（１２０）と連結される風力発電部（１２０）の風力発電ダクト（１２１）を、風力コラム（１１０）の外面から煙突排気通路側へ斜め上方に傾斜形成したことを特徴とする
請求項１に記載のコラム型風力発電装置。 - 上記誘導排出排気部（１５０）は、煙突排気通路（１３０）への雨水流入が防止されるように形成した円錐形状の遮水キャップ（１５１）と、側方向に開口された排気穴（１５２）と、上記排気穴（１５２）の外側を包んで外部煙筒を形成する外部排気煙筒（１５４）と、上記排気穴（１５２）の下部側風力コラム（１１０）に、側風を上部の外部排気煙筒（１５４）に誘導して、排気穴（１５２）を通して空気の排出を誘導できるように、上部へ向けて内側に斜めに形成された空気誘導面（１５３）を形成し、上記空気誘導面（１５３）には、側風が回流誘導されて回動されるように回流誘導ブレード（１５３ａ）を形成し、
上記遮水キャップ（１５１）の下面は、空気の摩擦を最小にし、外部排出を誘導できるように、下部へ突出された円錐形状に形成し、
上記補充空気流入部（１７０）が形成されている風力コラム部（１１０）の外面には、外部空気を補充空気流入部（１７０）へ集中的に誘導できるように、垂直に設けられる空気誘導隔壁（１７１）を等間隔に形成したことを特徴とする
請求項１に記載のコラム型風力発電装置。 - 上記補充空気流入部（１７０）の下部には、空気の温度偏差を誘発させて、煙突排気通路（１３０）を通る煙突効果を増大させることができるように、風力発電部（１２０）から発電される電気によって動作され、空気を加熱する煙突効果誘導ヒーター（１８０）を備えたことを特徴とする
請求項４に記載のコラム型風力発電装置。 - 上記風力コラム部（１１０）の上部には、風車発電機（１６１）と軸設された発電風車（１６２）を備えたことを特徴とする
請求項１に記載のコラム型風力発電装置。
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