JP6818211B2 - 風力発電設備 - Google Patents
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Description
本発明は、集風装置および風力発電設備に関する。
近年、環境意識の高まりから、再生エネルギー型発電装置として風力発電装置が注目されている。小型の風力発電装置は、風のあるところなら、基本的にどこにでも設置が可能である。
このため、特に電力需要の多いビルなどの建築物では、ビルの共有部分の照明等の付帯設備への電力供給や、停電などの際の補完的電力供給設備として、風力発電装置をビルなどの建築物の周囲や屋上などに設置し、活用することが期待されている。
建物の屋上を流れる風を有効に利用して風力発電装置の効率的な稼働を図るための集風装置の一例として特許文献１に記載のものが知られている。
このため、特に電力需要の多いビルなどの建築物では、ビルの共有部分の照明等の付帯設備への電力供給や、停電などの際の補完的電力供給設備として、風力発電装置をビルなどの建築物の周囲や屋上などに設置し、活用することが期待されている。
建物の屋上を流れる風を有効に利用して風力発電装置の効率的な稼働を図るための集風装置の一例として特許文献１に記載のものが知られている。
この集風装置は、建築物の屋上に設けられ、かつ当該屋上と平面視で略同一形状を有する下側集風構造体と上側集風構造体とを備えている。
下側集風構造体は、建築物の屋上部分を、中央部に平坦で水平な面を有する凸部を上方に向けた穏やかな円弧面状に被装し、上側集風構造体は、下側集風構造体の上方に配設され、当該下側集風構造体とは上下に略対称の形状をしている。
そして、下側集風構造体と上側集風構造体との当該平坦な面で囲まれた空間内に、垂直軸型風力発電装置が配設されるようになっている。
下側集風構造体は、建築物の屋上部分を、中央部に平坦で水平な面を有する凸部を上方に向けた穏やかな円弧面状に被装し、上側集風構造体は、下側集風構造体の上方に配設され、当該下側集風構造体とは上下に略対称の形状をしている。
そして、下側集風構造体と上側集風構造体との当該平坦な面で囲まれた空間内に、垂直軸型風力発電装置が配設されるようになっている。
ところで、前記従来の集風装置は、建築物の屋上に設置されるものであり、この集風装置によって集風された風を利用して垂直軸型風力発電装置によって発電し、建築物の設備等に電力を供給するようにしている。
したがって、前記従来の集風装置は、例えばある地域全体の電力を賄えるような比較的大型の風力発電装置用としては適当でない。つまり、当該集風装置は小型であるため、大型の風力発電装置用として適当でない。
一方、集風装置を大型化すると、風を集風するための集風部を構成する部材も大きくなって、その重量が嵩むため、容易に大型化することができない。また、大型化すると、集風部を構成する部材がその重量のため下方に撓み易くなって、効率的に風を集風し難いという問題もある。さらに、大型化した場合に、前面側で受けた風を排出口に効率的に集風して排出する必要もある。
したがって、前記従来の集風装置は、例えばある地域全体の電力を賄えるような比較的大型の風力発電装置用としては適当でない。つまり、当該集風装置は小型であるため、大型の風力発電装置用として適当でない。
一方、集風装置を大型化すると、風を集風するための集風部を構成する部材も大きくなって、その重量が嵩むため、容易に大型化することができない。また、大型化すると、集風部を構成する部材がその重量のため下方に撓み易くなって、効率的に風を集風し難いという問題もある。さらに、大型化した場合に、前面側で受けた風を排出口に効率的に集風して排出する必要もある。
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、容易に大型化できるとともに、効果的に風を集風して排出できる集風装置およびこの集風装置を備えた風力発電設備を提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、本発明に係る集風装置は、前面側から取り込んだ風を後面側に設けられた排出口に集風する集風部を備えた集風装置であって、
前記排出口は前記集風部の前面の上端より下方に設けられ、
前記集風部は前記前面側から前記後面側に向かうほど流路断面積が小さくなっており、
前記集風部は、左右一対の側壁部と、これら一対の側壁部間に架設された上壁部とを有し、
複数の支柱が前記上壁部を貫通するようにして設置され、
前記支柱の上端部と前記上壁部とがケーブルによって接続され、
前記上壁部が前記ケーブルによって吊持されていることを特徴とする。
前記排出口は前記集風部の前面の上端より下方に設けられ、
前記集風部は前記前面側から前記後面側に向かうほど流路断面積が小さくなっており、
前記集風部は、左右一対の側壁部と、これら一対の側壁部間に架設された上壁部とを有し、
複数の支柱が前記上壁部を貫通するようにして設置され、
前記支柱の上端部と前記上壁部とがケーブルによって接続され、
前記上壁部が前記ケーブルによって吊持されていることを特徴とする。
本発明においては、集風部の前面側で自然環境の風体積の流れを削って（風削り）、後面側に集風して送る。そして、排出口が集風部の前面の上端より下方に設けられ、集風部は前面側から後面側に向かうほど流路断面積が小さくなっているので、風の高さを下げて、平常圧の風の体積を高密度高圧に絞ったうえで、排出口から効率的に排出できる。
また、集風部の上壁部が支柱に接続されたケーブルによって吊持されているので、上壁部をその撓みを抑制して確実に支持することができる。したがって、集風装置の大型化も容易となる。
また、集風部の上壁部が支柱に接続されたケーブルによって吊持されているので、上壁部をその撓みを抑制して確実に支持することができる。したがって、集風装置の大型化も容易となる。
また、本発明の前記構成において、一対の前記側壁部は前記前面側から前記後面側に向うほど接近するように配置され、
前記上壁部は、前記前面側から前記後面側に向けて下方に傾斜するように配置されていてもよい。
前記上壁部は、前記前面側から前記後面側に向けて下方に傾斜するように配置されていてもよい。
このような構成によれば、左右一対の側壁部と上壁部とによって、排出口を集風部の前面の上端より下方に容易に設けることができるとともに、容易に集風部の流路断面積を前面側から後面側に向かうほど小さくすることができる。
また、本発明の前記構成において、前記上壁部は、板状の上壁本体と、この上壁本体の上面に固定された支持フレームとを備え、
前記支持フレームに前記ケーブルが接続されていてもよい。
前記支持フレームに前記ケーブルが接続されていてもよい。
このような構成によれば、支持フレームによって上壁本体を補強できるので、上壁本体の厚さを抑えて軽量化を図ることができるとともに、上壁部へのケーブルの接続が容易となる。
本発明の風力発電設備は、前記集風装置と、この集風装置の前記排出口に接続された風力発電装置とを備えていること特徴とする。
本発明においては、集風装置の集風部によって、風の高さを下げて、平常圧の風の体積を高密度高圧に絞ったうえで、排出口から効率的に排出できるので、この風を利用して風力発電装置によって効率的に発電できる。
また、本発明の前記構成において、前記風力発電装置は、筒状体と、この筒状体の内部に当該筒状体の軸方向に沿って設けられた軸部と、前記筒状体の内部において、前記軸部に同軸かつ前記軸部の軸方向に複数設けられた羽根車とを備え、
前記羽根車は、前記軸部が挿通されることで、当該軸部に支持される筒状の支持部材と、この支持部材に軸受を介して軸回りに回転可能に設けられた回転体と、この回転体の外周部に設けられた複数の羽根とを備え、
前記支持部材と回転体とのうちの、いずれか一方に永久磁石が設けられ、他方にコイルが前記永久磁石と所定の隙間をもって設けられていてもよい。
前記羽根車は、前記軸部が挿通されることで、当該軸部に支持される筒状の支持部材と、この支持部材に軸受を介して軸回りに回転可能に設けられた回転体と、この回転体の外周部に設けられた複数の羽根とを備え、
前記支持部材と回転体とのうちの、いずれか一方に永久磁石が設けられ、他方にコイルが前記永久磁石と所定の隙間をもって設けられていてもよい。
このような構成によれば、筒状体の内部に複数の羽根車が設けられているので、筒状体の内部に風を流入させることで、効率よく羽根車を回転させて、永久磁石とコイルとの協働によって発電できる。このため、従来の風力発電装置に比して羽根を小さくできるので、省スペースで設置でき。また、筒状体によって、周りの風の影響も受け難く、騒音も抑制でき、外観上も見映えがいいものとなる。
また、羽根車は筒状体の内部に設けられているので、羽根車に当たる風（空気）が外方に逃げて風圧が下がることがなく、全ての羽根車に風が効率的に当たるので、効率的に発電できる。
また、羽根車は軸部に支持される支持部材と、この支持部材に軸受を介して回転可能に設けられかつ外周部に羽根が設けられた回転体とを備えているので、軸部に設けられる羽根車の数を容易に増減できる。したがって、風力や風量に応じて風力発電装置の能力を容易に調整できる。
また、羽根車は筒状体の内部に設けられているので、羽根車に当たる風（空気）が外方に逃げて風圧が下がることがなく、全ての羽根車に風が効率的に当たるので、効率的に発電できる。
また、羽根車は軸部に支持される支持部材と、この支持部材に軸受を介して回転可能に設けられかつ外周部に羽根が設けられた回転体とを備えているので、軸部に設けられる羽根車の数を容易に増減できる。したがって、風力や風量に応じて風力発電装置の能力を容易に調整できる。
本発明の集風装置によれば、集風部の排出口が当該集風部の前面の上端より下方に設けられ、集風部は前面側から後面側に向かうほど流路断面積が小さくなっており、集風部は、左右一対の側壁部と、これら一対の側壁部間に架設された上壁部とを有し、複数の支柱が前記上壁部を貫通するようにして設置され、前記支柱の上端部と前記上壁部とがケーブルによって接続され、前記上壁部が前記ケーブルによって吊持されているので、容易に大型化できるとともに、効果的に風を集風して排出できる。
また、本発明の風力発電設備によれば、集風装置と、この集風装置の排出口に接続された風力発電装置とを備えているので、風力発電装置によって効率的に発電できる。
また、本発明の風力発電設備によれば、集風装置と、この集風装置の排出口に接続された風力発電装置とを備えているので、風力発電装置によって効率的に発電できる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明に係る集風装置１を示すもので、正面側から見た斜視図、図２は背面側から見た斜視図、図３は要部の斜視図、図４は側面図である。
図１〜図４に示すように、集風装置１は集風部２を備えている。この集風部２は、左右一対の側壁部３，３と、これら一対の側壁部３，３間に架設された上壁部４とを有している。
図１は、本発明に係る集風装置１を示すもので、正面側から見た斜視図、図２は背面側から見た斜視図、図３は要部の斜視図、図４は側面図である。
図１〜図４に示すように、集風装置１は集風部２を備えている。この集風部２は、左右一対の側壁部３，３と、これら一対の側壁部３，３間に架設された上壁部４とを有している。
側壁部３は台形状に形成されており、互い対向する縦辺部（左右辺部）３ａ，３ｂは平行となっており、縦辺部３ａより縦辺部３ｂが短くなっている。また、上辺部３ｃは水平に対して傾斜しており、下辺部３ｄは水平となっているとともに、縦辺部３ａ，３ｂに対して直角に配置されている。
上壁部４は、台形状に形成されており、互いに対向する上辺部４ａと下辺部４ｂとは平行となっており、上辺部４ａより下辺部４ｂが短くなっている。また、左右辺部４ｃ，４ｃは水平に対して同角度で傾斜している。この左右辺部４ｃ，４ｃの傾斜角度は、側壁部３の上辺部３ｃの傾斜角度と等しくなっている。
上壁部４は、台形状に形成されており、互いに対向する上辺部４ａと下辺部４ｂとは平行となっており、上辺部４ａより下辺部４ｂが短くなっている。また、左右辺部４ｃ，４ｃは水平に対して同角度で傾斜している。この左右辺部４ｃ，４ｃの傾斜角度は、側壁部３の上辺部３ｃの傾斜角度と等しくなっている。
そして、一対の側壁部３，３は集風部２の前面側から後面側に向うほど接近するように配置され、上壁部４は、集風部２の前面側から後面側に向けて下方に傾斜するように配置されている。
また、側壁部３の上辺部３ｃ，３ｃと上壁部４の左右辺部４ｃ，４ｃとは連結されており、側壁部３の縦辺部３ｂ，３ｂと、上壁部４の下辺部４ｂと、地面とによって囲まれた部分が風の排出口５となっている。
この排出口５は集風部２の前面の上端、つまり上壁部４の上辺部４ａより下方に設けられている。
また、上述したように一対の側壁部３，３および上壁部４を配置することによって、集風部２はその前面側から後面側に向かうほど流路断面積が小さくなっている。
また、側壁部３の上辺部３ｃ，３ｃと上壁部４の左右辺部４ｃ，４ｃとは連結されており、側壁部３の縦辺部３ｂ，３ｂと、上壁部４の下辺部４ｂと、地面とによって囲まれた部分が風の排出口５となっている。
この排出口５は集風部２の前面の上端、つまり上壁部４の上辺部４ａより下方に設けられている。
また、上述したように一対の側壁部３，３および上壁部４を配置することによって、集風部２はその前面側から後面側に向かうほど流路断面積が小さくなっている。
側壁部３は、例えば鉄筋コンクリート製の板状部材によって形成されているが、これに限ることはない。例えば、壁パネルを複数接合することによって形成してもよいし、構造用合板を複数接合することによって形成してもよい。なお、壁パネルは、例えば、枠体と、この枠体の表裏両面に取り付けられた構造用の合板によって構成される。
また、側壁部３を鉄筋コンクリート製の板状部材によって形成する場合、現場打ちで側壁部３を施工してもよいし、工場等においてプレキャスト製の鉄筋コンクリート板を複数製造しておき、これらを現場で接合することによって側壁部３を施工してもよい。
また、側壁部３を鉄筋コンクリート製の板状部材によって形成する場合、現場打ちで側壁部３を施工してもよいし、工場等においてプレキャスト製の鉄筋コンクリート板を複数製造しておき、これらを現場で接合することによって側壁部３を施工してもよい。
上壁部４は、台形板状の上壁本体６と、この上壁本体６の上面に固定された支持フレーム７とを備えている。
上壁本体６は、例えば金属製の板材や屋根材、または構造用の合板を複数接合するとによって、台形板状に形成されている。
支持フレーム７は、複数の棒状の鋼材を縦横に格子状に組み立ててなる台形状の２つの平面フレーム７ａ，７ａを上壁部４の厚さ方向に所定間隔で重ねるとともに、これら平面フレーム７ａ，７ａを鋼材で接続して形成されている。支持フレーム７と上壁本体６とは平面視においてほぼ等しい大きさ、形状の台形となっている。
そして、上壁本体６の上面に支持フレーム７が重ねられたうえで、当該支持フレーム７が上壁本体６の上面に固定されている。
上壁本体６は、例えば金属製の板材や屋根材、または構造用の合板を複数接合するとによって、台形板状に形成されている。
支持フレーム７は、複数の棒状の鋼材を縦横に格子状に組み立ててなる台形状の２つの平面フレーム７ａ，７ａを上壁部４の厚さ方向に所定間隔で重ねるとともに、これら平面フレーム７ａ，７ａを鋼材で接続して形成されている。支持フレーム７と上壁本体６とは平面視においてほぼ等しい大きさ、形状の台形となっている。
そして、上壁本体６の上面に支持フレーム７が重ねられたうえで、当該支持フレーム７が上壁本体６の上面に固定されている。
また、集風装置１は、複数（例えば９本）の支柱１０を備えている。支柱１０は全て上壁部４を上下に貫通しており、当該支柱１０の下端部は、地盤に設置固定されている。なお、地盤には基礎が設けられ、この基礎に支柱１０の下端部が設置固定されている。
支柱１０は、斜めに設けられている上壁部４の上部に左右に等間隔で５本、中央部に左右に等間隔で３本、下部の左右中央部に１本、合計９本配置されている。
上側の５本の支柱１０ａ（１０）と、中央側の３本の支柱１０ｂ（１０）と、下側の１本の支柱１０ｃ（１０）とは、それぞれ上下の長さが異なっており、上下の長さは、
支柱１０ａ＞支柱１０ｂ＞支柱１０ｃに設定されている。
支柱１０は、斜めに設けられている上壁部４の上部に左右に等間隔で５本、中央部に左右に等間隔で３本、下部の左右中央部に１本、合計９本配置されている。
上側の５本の支柱１０ａ（１０）と、中央側の３本の支柱１０ｂ（１０）と、下側の１本の支柱１０ｃ（１０）とは、それぞれ上下の長さが異なっており、上下の長さは、
支柱１０ａ＞支柱１０ｂ＞支柱１０ｃに設定されている。
また、図３に示すように、各支柱１０は複数の鋼製の筒状部材１１を軸方向に接合することによって形成されている。筒状部材１１は、円筒体１１ａとこの円筒体１１ａの両端部に設けられたフランジ部１１ｂとによって構成されている。
そして、筒状部材１１を軸方向に接合する場合、筒状部材１１，１１を同軸に配置するとともに、それらのフランジ部１１ｂ，１１ｂを突き合わせたうえで、当該フランジ部１１ｂ，１１ｂをボルトによって締結することによって行われている。なお、各支柱１０の上端の筒状部材１１は、上端部のフランジ部１１ｂはなく、下端部のみにフランジ部１１ｂが設けられている。また、各支柱１０の下端の筒状部材１１では、その下端部にあるフランジ部１１ｂに、周方向に沿って所定間隔で補強リブが設けられている。
そして、筒状部材１１を軸方向に接合する場合、筒状部材１１，１１を同軸に配置するとともに、それらのフランジ部１１ｂ，１１ｂを突き合わせたうえで、当該フランジ部１１ｂ，１１ｂをボルトによって締結することによって行われている。なお、各支柱１０の上端の筒状部材１１は、上端部のフランジ部１１ｂはなく、下端部のみにフランジ部１１ｂが設けられている。また、各支柱１０の下端の筒状部材１１では、その下端部にあるフランジ部１１ｂに、周方向に沿って所定間隔で補強リブが設けられている。
また、各支柱１０の上端部と上壁部４とは、鉄線や鋼線等からなるケーブル１２によって接続されている。
すなわち、支柱１０の上端部には複数のケーブル１２が周方向に所定間隔で、平面視において放射状に配置されており、各ケーブル１２の上端が支柱１０の上端部に接続されている。また、各ケーブル１２は下側が支柱１０から径方向外側に離れるように配置されており、各ケーブル１２の下端が上壁部４の上部側を構成する支持フレーム７に接続されている。
各ケーブル１２は緩むことなく支持フレーム７に接続されており、これによって上壁部４がケーブル１２によって吊持されている。
すなわち、支柱１０の上端部には複数のケーブル１２が周方向に所定間隔で、平面視において放射状に配置されており、各ケーブル１２の上端が支柱１０の上端部に接続されている。また、各ケーブル１２は下側が支柱１０から径方向外側に離れるように配置されており、各ケーブル１２の下端が上壁部４の上部側を構成する支持フレーム７に接続されている。
各ケーブル１２は緩むことなく支持フレーム７に接続されており、これによって上壁部４がケーブル１２によって吊持されている。
このような構成の集風装置１によれば、集風部２の前面側で自然環境の風体積の流れを削って（風削り）、後面側に集風して送る。そして、排出口５が集風部２の前面の上端より下方に設けられ、集風部２は前面側から後面側に向かうほど流路断面積が小さくなっているので、風の高さを下げて、平常圧の風の体積を高密度高圧に絞ったうえで、排出口５から効率的に排出できる。
また、集風部２の上壁部４が支柱１０に接続されたケーブル１２によって吊持されているので、上壁部４をその撓みを抑制して確実に支持することができる。したがって、集風装置１の大型化も容易となる。
また、集風部２の上壁部４が支柱１０に接続されたケーブル１２によって吊持されているので、上壁部４をその撓みを抑制して確実に支持することができる。したがって、集風装置１の大型化も容易となる。
また、集風部２は、左右一対の側壁部３，３と、これら一対の側壁部３，３間に架設された上壁部４とを有し、一対の側壁部３，３は集風部２の前面側から後面側に向うほど接近するように配置され、上壁部４は、集風部２の前面側から後面側に向けて下方に傾斜するように配置されているので、排出口５を集風部２の前面の上端より下方に容易に設けることができるとともに、容易に集風部２の流路断面積を前面側から後面側に向かうほど小さくすることができる。
また、上壁部４は、板状の上壁本体６と、この上壁本体６の上面に固定された支持フレーム７とを備え、支持フレーム７にケーブル１２が接続されている。したがって、支持フレーム７によって上壁本体６を補強できるので、上壁本体６の厚さを抑えて軽量化を図ることができるとともに、上壁部４へのケーブル１２の接続が容易となる。
図５は、上述したような集風装置１と、この集風装置１の排出口５に接続された風力発電ユニット集合体６０とを備えた風力発電設備を示す斜視図である。
風力発電ユニット集合体６０は、図６に示すように、縦横にマトリックス状に、かつ厚さ方向に重ねて配置された複数の風力発電ユニット６１によって構成されている。
風力発電ユニット集合体６０は、図６に示すように、縦横にマトリックス状に、かつ厚さ方向に重ねて配置された複数の風力発電ユニット６１によって構成されている。
風力発電ユニット６１は、図７に示すように、直方体枠状の収納ユニット２０と、この収納ユニット２０内に収納された風力発電装置３０とを備えている。
収納ユニット２０は、４本の棒状の構造材２１ａと、８本の棒状の構造材２１ｂとを構造材用継手２２によって接続することによって組み立てられた直方体枠状の枠体２３と、この枠体２３の内側に構造材２１ａに対して傾斜して配置された補強用の複数の構造材２１ｃとによって構成されている。
収納ユニット２０は、４本の棒状の構造材２１ａと、８本の棒状の構造材２１ｂとを構造材用継手２２によって接続することによって組み立てられた直方体枠状の枠体２３と、この枠体２３の内側に構造材２１ａに対して傾斜して配置された補強用の複数の構造材２１ｃとによって構成されている。
構造材２１ａ〜２１ｃはそれぞれ断面形状が等しい角パイプで形成されており、最も長い４本の構造材２１ａが枠体２３の４つの長辺を構成しており、最も短い８本の構造材２１ｂが４本の構造材２１ａの端部間に配設されている。
構造材用継手２２は、棒状の構造材２１ａ，２１ｂを接続するためのもので、当該構造材２１ａ，２１ｂの端部を挿入固定可能な３本の継手部材２２ａを備えている。各継手部材２２ａは正四角筒状に形成されており、それらの基端部は例えば溶接や接着等によって互いに結合されている。また、３本の継手部材２２ａは互いに直角に配置されており、これら継手部材２２ａどうしが補強部材２２ｂによって連結されている。
構造材用継手２２は、棒状の構造材２１ａ，２１ｂを接続するためのもので、当該構造材２１ａ，２１ｂの端部を挿入固定可能な３本の継手部材２２ａを備えている。各継手部材２２ａは正四角筒状に形成されており、それらの基端部は例えば溶接や接着等によって互いに結合されている。また、３本の継手部材２２ａは互いに直角に配置されており、これら継手部材２２ａどうしが補強部材２２ｂによって連結されている。
このような継手部材２２ａは、収納ユニット２０の８つの角部にそれぞれ配置されるとともに、これら構造材用継手２２によって複数の構造材２１ａ，２１ｂが直方体状に接続されることによって、収納ユニット２０が組み立てられている。
また、４本の構造材２１ａを構造材用継手２２によって正方形枠が構成され、この正方形枠が枠体２３の端面を構成している。図７において、右側の正方形枠が枠体２３の先端面を構成し、左側の正方形枠が枠体２３の後端面を構成している。
また、４本の構造材２１ａを構造材用継手２２によって正方形枠が構成され、この正方形枠が枠体２３の端面を構成している。図７において、右側の正方形枠が枠体２３の先端面を構成し、左側の正方形枠が枠体２３の後端面を構成している。
構造材２１ｃは、構造材２１ａに対して傾斜し、かつ風力発電装置３０の外殻を構成する円筒状の筒状体３１を貫通して配置されており、その一端部は構造材２１ａに固定され、他端部は風力発電装置３０の後述する支持部材３３または軸部２５に固定されている。また、構造材２１ｃは、収納ユニット２０の先端面視において略Ｘ字形に配置されており、その交点部によって支持部材３３または軸部２５が支持されている。
風力発電装置３０は、図７〜図１０に示すように、円筒状の筒状体３１と、この筒状体３１の内部に当該筒状体３１の軸方向に沿って設けられた軸部２５と、筒状体３１の内部において、軸部２５に同軸かつ軸部２５の軸方向に複数設けられた羽根車３２とを備えている。
羽根車３２は、図９および図１０に示すように、軸部２５が挿通されることで、当該軸部２５に支持される円筒状の支持部材３３と、この支持部材３３に軸受３４を介して軸回りに回転可能に設けられた円筒状の回転体３５と、この回転体３５の外周部に設けられた複数の羽根３６とを備えている。
羽根車３２は、図９および図１０に示すように、軸部２５が挿通されることで、当該軸部２５に支持される円筒状の支持部材３３と、この支持部材３３に軸受３４を介して軸回りに回転可能に設けられた円筒状の回転体３５と、この回転体３５の外周部に設けられた複数の羽根３６とを備えている。
支持部材３３は、回転体３５より軸方向の長さが長くなっている。また、支持部材３３の一端（図４において左端）は回転体３５の一端より左方に突出しており、支持部材３３の他端（図４において右端）は回転体３５の他端とほぼ面一となっている。このような支持部材３３には軸部２５が挿通され、この軸部２５に支持部材３３が固定されている。
回転体３５の両端部の内周面には、それぞれ軸受３４の外輪が嵌め込まれ、内輪は支持部材３３の外周面に嵌め込まれている。したがって、回転体３５は軸受３４，３４に支持されて軸回りに回転可能となっている。
羽根３６は、回転体３５の軸に対して傾斜し、かつ周方向に等間隔で配置されており、回転体３５の先端側から風を受けることによって、回転体３５とともに回転するようになっている。
回転体３５の両端部の内周面には、それぞれ軸受３４の外輪が嵌め込まれ、内輪は支持部材３３の外周面に嵌め込まれている。したがって、回転体３５は軸受３４，３４に支持されて軸回りに回転可能となっている。
羽根３６は、回転体３５の軸に対して傾斜し、かつ周方向に等間隔で配置されており、回転体３５の先端側から風を受けることによって、回転体３５とともに回転するようになっている。
また、回転体３５の内周面には、永久磁石３７が設けられている。一方、支持部材３３の外周面には、凹部３３ａが周方向に沿って延在して形成されており、この凹部３３ａに円筒状のコイル３８が永久磁石３７と所定の隙間をもって設けられている。
そして、風によって羽根車３２とともに回転体３５が回転することで、永久磁石３７が回転し、この永久磁石３７とコイル３８との協働によって発電するようになっている。
なお、発電された電気はコイル３８から取り出されてバッテリーに蓄電されたり、直接使用されるようになっている。また、軸部２５には複数の羽根車３２が設けられるので、各羽根車３２の永久磁石３７とコイル３８との協働によって発電し、この電気がバッテリーに蓄電されたり、直接使用されるようになっている。
そして、風によって羽根車３２とともに回転体３５が回転することで、永久磁石３７が回転し、この永久磁石３７とコイル３８との協働によって発電するようになっている。
なお、発電された電気はコイル３８から取り出されてバッテリーに蓄電されたり、直接使用されるようになっている。また、軸部２５には複数の羽根車３２が設けられるので、各羽根車３２の永久磁石３７とコイル３８との協働によって発電し、この電気がバッテリーに蓄電されたり、直接使用されるようになっている。
このような羽根車３２は、軸部２５に複数取り付けられるが、支持部材３３の一端が回転体３５の一端より突出しているので、軸方向に隣り合う羽根車３２，３２の羽根３６，３６どうしは互いに干渉しないようになっている。つまり、隣り合う羽根車３２，３２において、一方の羽根車３２の支持部材３３の突出している一端に、他方の羽根車３２の突出していない他端が当接することによって、隣り合う羽根車３２，３２の羽根３６，３６どうしが互いに干渉しない間隔が設けられる。
また、図７および図８に示すように、収納ユニット２０の内部に収納された風力発電装置３０は、その先頭の羽根車３２が収納ユニット２０の先端面側（図７および図８において右端面側）に位置し、末尾の羽根車３２が収納ユニット２０の後端面側（図７および図８において左端面側）に位置している。つまり、収納ユニット２０の内部にはその長手方向（軸方向）に沿って可能な限りの数の羽根車３２が同軸に収納されている。
また、図７および図８に示すように、収納ユニット２０の内部に収納された風力発電装置３０は、その先頭の羽根車３２が収納ユニット２０の先端面側（図７および図８において右端面側）に位置し、末尾の羽根車３２が収納ユニット２０の後端面側（図７および図８において左端面側）に位置している。つまり、収納ユニット２０の内部にはその長手方向（軸方向）に沿って可能な限りの数の羽根車３２が同軸に収納されている。
このような風力発電ユニット６１は、その収納ユニット２０の構造材用継手２２どうしを結合したり、互いに当接する構造材２１ａ，２１ａどうし、構造材２１ｂ，２１ｂどうしを結合することによって、風力発電ユニット集合体６０を構成している。なお、上述した結合はボルト締めが好ましいが、溶接等によって行ってもよい。
集風装置１と風力発電ユニット集合体６０とを備えた風力発電設備は、例えば、山間部や島等に設置される。この場合、集風装置１の前面を風が吹いてくる方向に向けて設置する。
風力発電ユニット集合体６０は集風装置１の背面側でかつ下側に設けられているので、集風装置１によって集風された風は集風部２で流速を上げられたうえで、集風装置１の排出口５から排出される。そして、この排出された風は各風力発電ユニット６１の先端面から入り込んで、羽根車３２を回すので、永久磁石３７とコイル３８との協働によって発電する。
風力発電ユニット集合体６０は集風装置１の背面側でかつ下側に設けられているので、集風装置１によって集風された風は集風部２で流速を上げられたうえで、集風装置１の排出口５から排出される。そして、この排出された風は各風力発電ユニット６１の先端面から入り込んで、羽根車３２を回すので、永久磁石３７とコイル３８との協働によって発電する。
また、集風装置１は、発電に利用されるだけでなく、以下のような場合にも利用される。例えば、集風装置１を大都市に設置するとともに、集風装置１の排出口５に各種フィルターを設けることによって、集風装置１によって集風された大都市内の排気ガス汚染空気からフィルターによって汚染物質を除去して、清浄な空気を排出することによって、大都市における空気品質を調整できる。
また、集風装置１の排出口５にエアーコンプレッサを設置し、排出口５から排出される空気によってエアーコンプレッサを回して（作動させて）、高圧タンクに貯留して、酸素をつくることができる。
また、集風装置１の排出口５にエアーコンプレッサを設置し、排出口５から排出される空気によってエアーコンプレッサを回して（作動させて）、高圧タンクに貯留して、酸素をつくることができる。
本実施の形態に係る風力発電設備は、集風装置１と、この集風装置１の排出口５に接続された風力発電装置３０とを備えているので、集風装置１の集風部２によって、風の高さを下げて、平常圧の風の体積を高密度高圧に絞ったうえで、排出口５から効率的に排出できるので、この風を利用して風力発電装置３０によって効率的に発電できる。
また、筒状体３１の内部に複数の羽根車３２が設けられているので、筒状体３１の内部に風を流入させることで、効率よく羽根車３２を回転させて、永久磁石３７とコイル３８との協働によって発電できる。このため、従来の風力発電装置に比して羽根を小さくできるので、省スペースで設置でき。また、筒状体３１によって、周りの風の影響も受け難く、騒音も抑制でき、外観上も見映えがいいものとなる。なお、本実施の形態では、筒状体３１は円筒状としたが、これに限ることはない。例えば、筒状体３１は、筒状であれば、４角筒状以上の多角筒状、楕円筒状、長円筒状であってもよい。また、筒状体３１は直線状に限ることなく、曲線状のものであってもよい。このようにすれば、風の流れの方向を主動的に曲げて、大都市内の汚染空気を所望の場所に吹き飛ばすこともできる。また、筒状体３１の内部にその軸方向に延在する複数の軸部を設け、各軸部にそれぞれ複数の羽根車３２を設けてもよい。
また、羽根車３２は筒状体３１の内部に設けられているので、羽根車３２に当たる風（空気）が外方に逃げて風圧が下がることがなく、全ての羽根車３２に風が効率的に当たるので、効率的に発電できる。
加えて、羽根車３２は軸部２５に支持される支持部材３３と、この支持部材３３に軸受３４を介して回転可能に設けられかつ外周部に羽根３６が設けられた回転体３５とを備えているので、軸部２５に設けられる羽根車３２の数を容易に増減できる。したがって、風力や風量に応じて風力発電装置３０の能力を容易に調整できる。
加えて、羽根車３２は軸部２５に支持される支持部材３３と、この支持部材３３に軸受３４を介して回転可能に設けられかつ外周部に羽根３６が設けられた回転体３５とを備えているので、軸部２５に設けられる羽根車３２の数を容易に増減できる。したがって、風力や風量に応じて風力発電装置３０の能力を容易に調整できる。
また、風力発電装置３０が収納ユニット２０の内部に収納されているので、この収納ユニット２０によって風力発電装置３０を保護できるともに、容易に所望の場所に設置でき、さらに、風力発電装置３０の搬送や設置現場での取り扱いも容易となる。
また、風力発電装置３０の先頭の羽根車３２が収納ユニット２０の先端面側に位置しているため、この先端面から風を受け入れて筒状体３１の内部に容易に流入させて、羽根車３２を回転させることができる。
さらに、収納ユニット２０を積み重ねたり、横方向に連結することによって、風力発電ユニット６１の設置数や設置位置を容易に調整できる。
また、風力発電装置３０の先頭の羽根車３２が収納ユニット２０の先端面側に位置しているため、この先端面から風を受け入れて筒状体３１の内部に容易に流入させて、羽根車３２を回転させることができる。
さらに、収納ユニット２０を積み重ねたり、横方向に連結することによって、風力発電ユニット６１の設置数や設置位置を容易に調整できる。
また、集風装置１の排出口５に風力発電ユニット６１の収納ユニット２０の先端面が接続されているので、集風装置１に取り込んだ風を集風して排出口５から排出し、この排出した風を収納ユニット２０の先端面から筒状体３１の内部に流入させることがきる。したがって、風を効率的に風力発電装置３０に供給して、発電することができる。
また、集風部２の前面側で自然環境の風体積の流れを削って（風削り）、後面側に集風して送る。そして、排出口５が集風部２の前面の上端より下方に設けられ、集風部２は前面側から後面側に向かうほど流路断面積が小さくなっているので、風の高さを下げて、平常圧の風の体積を高密度高圧に絞ったうえで、排出口５から排出できる。排出口５から排出された風は高密度高圧になるとともに整流となるので、この流れを筒状体３１の内部に導いて当該内部に同軸に複数設けられている羽根車３２に連続的に当てて、当該羽根車３２を回転させることで、より効率的に発電することができる。
また、羽根車３２の回転によって、エアーコンプレッサを回して、圧縮空気を高圧タンクに貯留して、圧縮空気車に使用でき、また、酸素圧縮機を回して、酸素タンクに貯留できる。
さらに、排出口５にフィルターを設けることによって、集風部２で取り込んだ風（空気）中に含まれるゴミや埃等の異物を除去することができるので、発電とともに空気の浄化も行える。
また、集風装置１を風力発電ユニット集合体６０と切り離して使用することもできる。この場合、集風装置１の集風部２の排出口５にエアーフィルターを設けて、湿気を集めることで、雨水が少ない島等において飲料水を製造することもできる。さらに、風の水分を取ることによって、台風の勢力を弱めることもできる。
また、羽根車３２の回転によって、エアーコンプレッサを回して、圧縮空気を高圧タンクに貯留して、圧縮空気車に使用でき、また、酸素圧縮機を回して、酸素タンクに貯留できる。
さらに、排出口５にフィルターを設けることによって、集風部２で取り込んだ風（空気）中に含まれるゴミや埃等の異物を除去することができるので、発電とともに空気の浄化も行える。
また、集風装置１を風力発電ユニット集合体６０と切り離して使用することもできる。この場合、集風装置１の集風部２の排出口５にエアーフィルターを設けて、湿気を集めることで、雨水が少ない島等において飲料水を製造することもできる。さらに、風の水分を取ることによって、台風の勢力を弱めることもできる。
また、比較的重量の大きい風力発電ユニット集合体６０が集風装置１の背面側下部に設けられたうえで地面に設置されているので、集風装置１を安定的に設置できるとともに、風力発電ユニット６１内の風力発電装置３０のメンテナンス等を容易に行える。
また、風力発電設備をモータ等の駆動源によって回転可能な回転テーブル等に設置し、駆動源に風力発電装置３０で発電された電気を供給することによって、回転テーブルによって風力発電設備を鉛直軸回りに回転させるとともに、回転角度を制御可能に構成してもよい。これによって、風力発電設備を、その集風装置１の前面が風の吹く方向に向かうように回転制御できるので、効率的に発電できる。
１ 集風装置
２ 集風部
３ 側壁部
４ 上壁部
５ 排出口
６ 上壁本体
７ 支持フレーム
１０ 支柱
１２ ケーブル
２５ 軸部
３０ 風力発電装置
３１ 筒状体
３２ 羽根車
３３ 支持部材
３４ 軸受
３５ 回転体
３６ 羽根
３７ 永久磁石
３８ コイル
６０ 風力発電ユニット集合体
６１ 風力発電ユニット
２ 集風部
３ 側壁部
４ 上壁部
５ 排出口
６ 上壁本体
７ 支持フレーム
１０ 支柱
１２ ケーブル
２５ 軸部
３０ 風力発電装置
３１ 筒状体
３２ 羽根車
３３ 支持部材
３４ 軸受
３５ 回転体
３６ 羽根
３７ 永久磁石
３８ コイル
６０ 風力発電ユニット集合体
６１ 風力発電ユニット
Claims (3)
- 前面側から取り込んだ風を後面側に設けられた排出口に集風する集風部を備えた集風装置と、この集風装置の前記排出口に接続された風力発電ユニット集合体とを備え、
前記排出口は前記集風部の前面の上端より下方に設けられ、
前記集風部は前記前面側から前記後面側に向かうほど流路断面積が小さくなっており、
前記集風部は、左右一対の側壁部と、これら一対の側壁部間に架設された上壁部とを有し、
複数の支柱が前記上壁部を貫通するようにして設置され、
前記支柱の上端部と前記上壁部とがケーブルによって接続され、
前記上壁部が前記ケーブルによって吊持されており、
前記風力発電ユニット集合体は、複数の風力発電ユニットが前後方向、縦方向、横方向に連結されて構成され、
前記風力発電ユニットは、収納ユニットとこの収納ユニット内に収納された風力発電装置とを備え、
前記風力発電装置は、筒状体と、この筒状体の内部に当該筒状体の軸方向に沿って設けられた軸部と、前記筒状体の内部において、前記軸部に同軸かつ前記軸部の軸方向に複数設けられた羽根車とを備え、
前記羽根車は、前記軸部が挿通されることで、当該軸部に支持される筒状の支持部材と、この支持部材に軸受を介して軸回りに回転可能に設けられた回転体と、この回転体の外周部に設けられた複数の羽根とを備え、
前記筒状の支持部材は、前記回転体より軸方向の長さが長くなっており、前記支持部材の一端は前記回転体の一端より突出しており、前記支持部材の他端は前記回転体の他端とほぼ面一となっており、
前記支持部材と回転体とのうちの、いずれか一方に永久磁石が設けられ、他方にコイルが前記永久磁石と所定の隙間をもって設けられている、
ことを特徴とする風力発電設備。 - 一対の前記側壁部は前記前面側から前記後面側に向うほど接近するように配置され、
前記上壁部は、前記前面側から前記後面側に向けて下方に傾斜するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の風力発電設備。
- 前記上壁部は、板状の上壁本体と、この上壁本体の上面に固定された支持フレームとを備え、
前記支持フレームに前記ケーブルが接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の風力発電設備。
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