WO2007132505A1 - 需要家発電装置 - Google Patents

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    • Y02E10/70Wind energy
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Abstract

【課題】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。 【解決手段】タワーに発電機を駆動する回転軸を立設するとともに、その回転軸を中心にそれと一体に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。

Description

明 細 書
需要家発電装置
技術分野
[0001] 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。
背景技術
[0002] 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力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 つたため、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 電ゃ風力発電が注目されて 、る。
[0003] 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力 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 、。
[0004] 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 される力 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。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] 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ぐ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。
課題を解決するための手段
[0006] 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、その回転軸を中心にそれと一体に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。
[0007] 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 つて、 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ぐ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ぐ支 障無く電力が得られる。
発明の効果
[0008] 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ぐまた、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ぐ天候や時間帯に左右されることも少なぐ常時必要 な電力を安定して賄 、得ると 、う優れた効果がある。
[0009] カロえて、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力りでなぐ 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。 発明を実施するための最良の形態
[0010] 次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
[0011] 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 ヮー 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。
[0012] 風車 7は、や ^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力 タヮ 一 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 、て設けることもある。
[0013] 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。
[0014] 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力 例えば、図 3に 示す次のような構造とすることができる。
[0015] 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
[0016] 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。
[0017] 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、そこ力 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 ACZDC変換装置が具備される。
[0018] 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、ノ 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 DCZAC変換 装置も具備される。
[0019] 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、ノ ッテリー切れの発生が有効に防止される。
[0020] 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。
図面の簡単な説明
[0021] [図 1]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。
[図 2]同需要家発電装置の平面図である。
[図 3]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。
[図 4]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。
[図 5]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。
[図 6]他の実施形態を示す風車の正面図である。
[図 7]さらに他の実施形態を示す風車の正面図である。
符号の説明
[0022] 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

Claims

請求の範囲
[1] タワーに発電機を駆動する回転軸を立設するとともに、その回転軸を中心にそれと 一体に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一に蓄電し 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。
[2] 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。
[3] 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。
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