WO2021255833A1 - 風力発電装置 - Google Patents

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WO2021255833A1
WO2021255833A1 PCT/JP2020/023620 JP2020023620W WO2021255833A1 WO 2021255833 A1 WO2021255833 A1 WO 2021255833A1 JP 2020023620 W JP2020023620 W JP 2020023620W WO 2021255833 A1 WO2021255833 A1 WO 2021255833A1
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turbine
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torque increasing
wind power
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PCT/JP2020/023620
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茂 佐藤
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ゼナシステム株式会社
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    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/30—Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/34—Wind motors specially adapted for installation in particular locations on stationary objects or on stationary man-made structures
    • F03D9/35—Wind motors specially adapted for installation in particular locations on stationary objects or on stationary man-made structures within towers, e.g. using chimney effects
    • F03D9/37—Wind motors specially adapted for installation in particular locations on stationary objects or on stationary man-made structures within towers, e.g. using chimney effects with means for enhancing the air flow within the tower, e.g. by heating
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/728—Onshore wind turbines

Definitions

  • the present invention relates to a wind power generation device, and more particularly to a wind tunnel type wind power generation device that generates power by the energy of the wind blown from a wind tunnel tower that draws in and aggregates the wind.
  • the rotation of the turbine is not stable because the strength of the blown wind is not constant, and the voltage of the generated electricity may not be stable.
  • the turbine may be overloaded and damaged.
  • an object of the present invention is to provide a wind power generation device having improved power generation stability, efficiency and device maintainability in a wind tunnel type wind power generation.
  • the wind power generator of the present invention is composed of a tubular member erected in the vertical direction, and can prevent the wind flowing into the inside and the wind flowing into the inside from flowing back to the outside.
  • a ventilation path having a plurality of wind intake ports on the wall surface, a wind collecting means for collecting wind toward the wall surface of the ventilation path, and a guiding means for guiding the wind collected by the wind collecting means downward.
  • a wind power generator equipped with a wind turbine tower having a wind turbine, a turbine driven by a wind blown from the lower end portion of the ventilation passage, and a generator driven by the turbine, the upper end portion of the ventilation passage.
  • Has a rooftop wind turbine that has a rotating shaft extending in the vertical direction and rotates in response to wind from the side, and the ventilation from the upper end of the ventilation path by rotating in conjunction with the rotation of the rooftop wind turbine. It is characterized by having a blower blade that blows air inside the road.
  • the wind power generator of the present invention is provided with a wind pressure adjusting device for reducing the pressure of the wind blown from the lower end of the ventilation passage to the turbine, and both sides of the wind turbine portion of the turbine that receives the wind.
  • a first torque increasing disk member for increasing the torque of the turbine is mounted coaxially with the rotation axis of the turbine, and the first torque increasing disk member is a windmill portion of the turbine. It is composed of a disk-shaped middle plate having a diameter larger than that of the turbine and passing through the rotating shaft of the turbine, and an annular outer ring frame having a predetermined weight attached to the outer periphery of the middle plate.
  • the contact rotary wheel that comes into contact with the outer ring frame of the first torque increasing disk member and the drive motor that rotationally drives the contact rotary wheel to assist the rotation of the torque increasing disk member are the first. It may be adjacent to the torque increasing disk member, and the outer ring frame of the first torque increasing disk member may be made of any material of iron, lead, stainless steel, precast concrete, or pottery. It is a feature.
  • the generator is provided with a second torque increasing disk member for increasing the torque of the rotational power transmitted from the turbine to the generator.
  • the torque increasing disk member of No. 2 has a disk-shaped middle plate connected to the generator and passed through a rotating shaft extending in the vertical direction, and an annular shape having a predetermined weight attached to the outer periphery of the middle plate.
  • the contact rotary wheel that comes into contact with the outer ring frame of the second torque increasing disk member and the contact rotary wheel are rotationally driven to assist the rotation of the torque increasing disk member.
  • the drive motor is adjacent to the second torque increasing disk member, and the outer ring frame of the second torque increasing disk member is made of iron, lead, stainless steel, precast concrete, or pottery. It is also characterized by being formed by the material of.
  • the wind power generator of the present invention by combining the wind collecting means and the guiding means of the wind tunnel, the wind from various directions is effectively collected, collected in the ventilation path and sent downward, and the rooftop wind turbine.
  • the blower blades By rotating the blower blades to increase the air volume and pressure of the wind sent to the ventilation path, it is possible to send a large amount of wind and pressure to the turbine and generator, so even if the wind blowing in the wind tunnel is weak, it is sufficient.
  • the power output can be obtained.
  • the torque of the turbine can be increased and a large rotational power can be obtained, so that the amount of power generation can be improved. Since the inertial moment of the turbine also increases, the rotation of the turbine can be kept constant even if the strength of the wind blown into the turbine fluctuates, and the voltage of the electricity generated becomes constant, so power generation is stable. It is possible to improve the sex.
  • the torque of the rotational power transmitted from the turbine can be further increased, so that the amount of power generation can be further improved and the power generation can be stabilized.
  • the sex can be further improved.
  • the wind power generation device 10 includes an underground wind tunnel 11 provided with a power generation facility, and a wind tunnel tower 12 that collects received wind and sends it to the underground wind tunnel 11.
  • the wind tunnel tower 12 is erected on a foundation 13 cast on the ground, and has a hexagonal columnar cylindrical member 14 extending vertically upward and a tubular member. It is located above the upper end opening 14a of the cylindrical member 14 and the six wind collecting plates 15 extending in the normal direction from the corner of the peripheral wall of 14, and rotates by receiving the wind from the side with the vertical direction as the axis. It has a rooftop wind turbine 16 to be used, a plurality of wind intake ports 17 provided on the wall surface of the tubular member 14, and a plurality of upper and lower guide plates 18 provided between adjacent wind collecting plates 15.
  • the inside of the tubular member 14 is a vertical ventilation passage 19 through which wind can flow, and the lower end portion penetrates the foundation 13 and communicates with the underground wind tunnel 11.
  • the wind collecting plate 15 is a means for collecting wind and has the same height as the tubular member 14, the base portion 15a is fixed along the corner of the peripheral wall of the tubular member 14, and the tip portion 15b is a wind tunnel.
  • the lower end portion 15c is fixed to the foundation 13 so as to protrude to the outer peripheral portion of the tower 12.
  • the wall surface of the wind tunnel tower 12 located on the side surface of the rooftop wind turbine 16 has a large opening to allow wind to flow in, and below the rooftop wind turbine 16 is vertically rotated in conjunction with the rotation of the rooftop wind turbine 16.
  • a blower blade 16a that blows air from the upper end of the type ventilation passage 19 into the inside of the vertical ventilation passage 19 is coaxially attached to the rooftop wind turbine 16 via the rotary speed increaser 16b.
  • the wind intake port 17 is formed by punching the wall surface of the tubular member 14 sandwiched between the bases 15a of the adjacent wind collecting plates 15 in a rectangular shape at equal intervals in the vertical direction.
  • a wall plate 21 provided with a first backflow preventing means 20 for allowing wind to flow into the tubular member 14 and preventing the wind flowing into the inside from flowing back to the outside. Is provided.
  • a swing-type flap 24 having a hinge 23 at the upper part and being formed so as to rotate only inward is attached to the inside of the opening 22 provided in the wall plate 21. It is a thing.
  • the flap 24 rotates toward the inside of the wall plate 21 around the hinge 23 to open the opening 22, so that the wind flows from the outside to the inside of the wall plate 21.
  • the wind hangs vertically below the hinge 23 by its own weight and closes the opening 22 to close the opening 22 to wind from the inside to the outside of the wall plate 21. It is formed to prevent the outflow of.
  • the guide plate 18 is a guiding means for guiding the wind downward, and in a side view, the guide plate 18 faces a substantially horizontal direction as it approaches the tip portion 15b side of the wind collecting plate 15, and a vertical direction as it approaches the base portion 15a side of the wind collecting plate 15. It is formed by a plate member that is curved in an arc shape and faces downward.
  • each guide plate 18 The vertical spacing of each guide plate 18 is set to be appropriate according to the dimensions from the base portion 15a to the tip portion 15b of the wind collecting plate 15. Since the guide plate 18 connects the adjacent air collecting plates 15 to each other, the guide plate 18 also acts as a reinforcing material for the air collecting plate 15.
  • a wall plate 26 that covers the gap formed by the adjacent air collecting plates 15 is provided between the tip portions 15b of the adjacent air collecting plates 15, so that the wind can flow into the inside of the wall plate 26 and the inside of the wall plate 26.
  • a second backflow preventing means 25 is provided to prevent the wind flowing into the room from flowing back to the outside.
  • the second backflow prevention means 25 has a hinge 28 at the upper part inside the opening 27 provided in the wall plate 26, similarly to the backflow prevention means 20 provided on the base 15a side of the wind collecting plate 15.
  • a swing-type flap 29 formed so as to rotate only inward is attached.
  • the flap 29 rotates inward around the hinge 28 to open the opening 27, so that the wind from the outside of the wall plate 26 toward the air collecting plate 15
  • the wind hangs vertically below the hinge 28 by its own weight and closes the opening 27, so that the wind flows out from the inside to the outside of the wall plate 26. It is formed so as to prevent.
  • rubber sealing materials for improving adhesion are provided between the periphery of the opening 22 and the flap 24, and between the periphery of the opening 27 and the flap 29, respectively. ..
  • the size (flow rate) of the wind intake port 17 and the number of openings 22 and 27 installed are set according to the amount of air collected by the air collecting plate 15, and the width dimension of the air collecting plate 15 is large. If it is small, the number of openings 22 and 27 installed is small, the wind intake port 17 and openings 22 and 27 are small, and if the width dimension of the air collecting plate 15 is large, the number of openings 22 and 27 installed is large and the wind is taken in. The mouth 17 and the openings 22, 27 become large.
  • a screen on the outside of the wind intake port 17 and the outside of the backflow prevention means 20 and 25 in order to prevent foreign matter from entering the vertical ventilation passage 19.
  • the screen is configured, for example, by fixing a frame to adjacent wind collecting plates 15 and wall plates 21 and 26, and holding a wire mesh or the like by the frame.
  • the cylindrical member 14 and the wind collecting plate 15 with elevating means such as a ladder and a step, it becomes possible to perform maintenance and inspection of the backflow prevention means 20, 25 and the like.
  • Each element (cylindrical member 14, wind collecting plate 15, guide plate 18, etc.) constituting the wind tunnel tower 12 is made of an appropriate material according to conditions such as the size of the entire wind power generation device 10 and the predicted maximum wind speed. And the manufacturing method is adopted.
  • a metal material having high corrosion resistance such as stainless steel or an aluminum alloy is suitable, and a structure in which a plate material such as an anticorrosion iron plate or FRP is attached to a metal frame can also be used.
  • a heliport, radio tower, radio relay station, weather station, astronomical observatory, etc. can be installed at the top of the wind tunnel tower 12 (above the rooftop windmill 16).
  • the ratio of the height and the diameter of the wind tunnel 12 (the diameter of the circle passing through the tip portion 15b of the wind collecting plate 15) and the width dimension of the wind collecting plate 15 are determined according to various conditions at the installation location of the wind power generation device 10. .. For example, if there is no height limit on the installation location, the height may be set to 100 to 200 m, or higher, and the width of the baffle plate 15 may be narrowed. Can increase the diameter of the wind tunnel 12 to 100 m or more by keeping the height low.
  • the wind tunnel 12 in order to effectively collect the wind in the sky where the wind force is more stable than the surface of the earth, it is preferable to form the wind tunnel 12 as high as possible, especially to take in the cold wind in the sky. It is desirable that the height is 80 m or more.
  • FIG. 8 is a vertical sectional view showing the internal structure of the underground wind tunnel 11. As shown in FIG. 8, the underground wind tunnel 11 is provided with a horizontal ventilation passage 30 connected to the vertical ventilation passage 19, and two turbines 31 rotationally driven by the wind flowing in the horizontal ventilation passage 30. ing.
  • the height of the ceiling of the horizontal ventilation passage 30 is suppressed to about 1/2 to 1/4 of the height of the turbine 31 except for the installation position of each turbine 31, and the wind passes through the lower part of each turbine 31. It is formed like this.
  • the floor of the horizontal ventilation passage 30 in front of each turbine 31 is raised in a substantially triangular shape in a side view, and the upper apex is a movable floor 30a that can be raised and lowered by an elevating means such as a hydraulic pump.
  • the angle at which the wind blows into the turbine 31 can be adjusted by inclining the turbine 31.
  • each turbine 31 under the floor of each turbine 31, the generator 32 driven by the generator 31, the storage battery 33 capable of storing the electricity generated by the generator 32, and the electricity generated by the generator 32 are sent to the outside.
  • a generator room 35 in which a transmission network 34 capable of transmitting electricity is installed is provided.
  • the type of the storage battery 33 is selected according to the purpose of use, and for example, a nicad battery, a nickel hydrogen battery, a lithium ion battery, a lead storage battery, a NAS battery, and a redox battery are used.
  • a wind pressure adjusting device 36 having a valve structure that can automatically adjust the wind pressure and the air volume by letting a part of the wind sent to the turbine 31 escape according to the power generation state of the generator 32 is attached to the starting end of the horizontal ventilation passage 30.
  • a wind discharge port 37a for discharging the wind released from the wind pressure adjusting device 36 to the ground is provided at the tip of the wind pressure adjusting device 36.
  • a wind discharge port 37b for exhausting the wind driving the turbine 31 to the ground is provided.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing the structure of the turbine 31 installed in the underground wind tunnel 11 and the generator 32 installed in the generator room 35
  • FIG. 10 is a first torque increasing type attached to the turbine 31. It is a front view of the disk member 40
  • FIG. 11 is a plan view of the second torque increasing disk member 50 attached to the generator 32.
  • a first torque increasing disk member 40 that increases the torque of the turbine 31 is provided on the rotating shaft of the turbine 31. It is mounted coaxially with 31b.
  • the first torque increasing disk member 40 has a diameter larger than that of the wind turbine portion 31a of the turbine 31, and is formed on a disk-shaped middle plate 41 passing through the rotating shaft 31b of the turbine 31 and on the outer periphery of the middle plate 41. It is made of a material that is fitted so as to be fitted and has a large specific gravity, for example, an annular outer ring frame 42 formed by iron so as to be heavier than the middle plate 41.
  • a tooth row 42a is provided on the outer periphery of the outer ring frame 42 so that the outer ring frame 42 functions as a gear, and the outer ring frame 42 is located in the vicinity of the first torque increasing disk member 40.
  • a gear-shaped contact rotary wheel 43 that comes into contact with the tooth row 42a and a drive motor 44 that rotationally drives the contact rotary wheel 43 to assist the rotation of the first torque increasing disk member 40 are provided. ..
  • a bevel gear 45 is attached to the tip of the rotating shaft 31b, and meshes with a bevel gear 47 attached to one end of a transmission shaft 46 extending in the vertical direction.
  • a rotary speed increaser 48 is attached to the transmission shaft 46 in the middle, and a gear 49 is attached to the other end of the transmission shaft 46 to enter the generator chamber 35.
  • a second torque increasing disk member 50 for increasing the torque of the rotational power transmitted from the turbine 31 to the generator 32 is provided in the transmission shaft 46. It is provided so as to mesh with the gear 49 of.
  • the second torque increasing disk member 50 has a diameter larger than that of the first torque increasing disk member 40, and has a disk shape that is connected to the generator 32 and penetrated through a rotating shaft 32a extending in the vertical direction. It is composed of a middle plate 51 and an annular outer ring frame 52 which is attached so as to be fitted on the outer periphery of the middle plate 51 and has a large specific gravity, for example, an annular outer ring frame 52 formed of iron so as to be heavier than the middle plate 51.
  • a dentition 52a that meshes with the gear 49 is provided on the outer periphery of the outer ring frame 52 so that the rotational power from the transmission shaft 46 can be reliably received.
  • a gear-shaped contact rotary ring 53 that contacts the outer ring frame 52 and meshes with the dentition 52a, and a second contact rotary ring 53 that is rotationally driven to drive the contact rotary ring 53.
  • a drive motor 54 that assists the rotation of the torque increasing disk member 50 is provided.
  • a rotary speed increaser 32b that amplifies the rotation speed of the rotary shaft 32a is attached between the second torque increasing disk member 50 and the generator 32 of the rotary shaft 32a.
  • the storage battery 33 is connected to the drive motor 44 and the drive motor 54 so as to be able to supply power, respectively, and can be used as a supplementary power source at the time of initial operation and maintenance / inspection of each drive motor 44, 54. It is configured.
  • At least two adjacent wind plates 15 are installed around the tubular member 14 at equal intervals regardless of the direction of the wind.
  • the wind enters between the wind collecting plates 15.
  • the wind that has entered between the air collecting plates 15 is collected along the air collecting plate 15 toward the central tubular member 14, and is guided downward by the guide plate 18, and the wind is in a state where the pressure rises. It flows into the vertical ventilation passage 19 from the intake port 17.
  • the opening 22 is opened by the flap 24 of the first backflow prevention means 20 and the opening 27 is opened downward by the flap 29 of the second backflow prevention means 25, the wind is between the opening 27 and the wind collecting plate 15. The inflowing wind is guided downward even when it flows into the vertical ventilation passage 19 from the opening 22 or when it flows into the vertical ventilation passage 19.
  • the synergistic action of the guide plate 18 and the backflow prevention means 20 and 25 can efficiently form a downward wind flow toward the underground wind tunnel 11 in the vertical ventilation passage 19.
  • the roof wind turbine 16 receives the wind and rotates, the rotation speed is amplified by the rotary speed increaser 16b, the blower blade 16a rotates at high speed, and the upper end of the tubular member 14 is formed. A cold wind in the sky is sent into the vertical ventilation passage 19 from the portion opening 14a.
  • a part of the wind flowing into the horizontal ventilation passage 30 from the vertical ventilation passage 19 is discharged from the wind discharge port 37a via the wind pressure adjusting device 36, and is adjusted to an appropriate wind pressure and volume to the back of the horizontal ventilation passage 30. While turning each turbine 31, it reaches the end of the horizontal ventilation passage 30 and is discharged to the outside of the underground wind tunnel 11 from the wind discharge port 37b.
  • each turbine 31 generated by receiving the wind is increased by the first torque increasing disk member 40 attached to each turbine 31, and the second torque is increased from the rotating shaft 31b via the transmission shaft.
  • each generator 32 is driven in a state where the torque is further increased by the second torque increasing disk member 50 to generate power.
  • the rotation of the first torque increasing disk member 40 is caused by the rotation of the contact rotating wheel 43 by the drive motor 44
  • the rotation of the second torque increasing disk member 50 is caused by the rotation of the contact rotating wheel 53 by the drive motor 54. It is assisted to be constant by rotation.
  • how much the torque increases is determined by the size and weight of the first torque increasing disk member 40 and the second torque increasing disk member 50.
  • the actual amount of power generation is obtained by subtracting the power required to drive the drive motor 44, but the loss is small compared to the increased amount of power generation, and even if this loss is taken into consideration, it is approximately compared with the conventional one. A little over three times as much power generation can be obtained.
  • the outer ring frame 52 of the second torque increasing disk member 50 is designed to have a radius of 6 m, a width of 0.2 m, and a thickness of 0.10 m, it is calculated in the same manner as above and 35494.56 kgf. Since the torque of m increases, the amount of power generation further increases even if the electric power required for driving the drive motor 54 is subtracted.
  • the wind from various directions is effectively collected by the combination of the six wind collecting plates 15 of the wind tunnel tower 12 and the plurality of guide plates 18.
  • the turbine 31 and the generator 32 are provided by consolidating in the vertical ventilation passage 19 and sending the wind downward, and by rotating the blow blade 16a by the roof wind turbine 16 to increase the air volume and pressure of the wind sent to the vertical ventilation passage 19. Since a wind having a large air volume and a large wind pressure can be sent to the created underground wind tunnel 11, sufficient power output can be obtained even if the wind blowing to the wind tunnel 12 is weak.
  • the wind pressure adjusting device 36 is provided in the horizontal ventilation passage 30, when a strong wind such as a typhoon is generated, the excess wind taken in the vertical ventilation passage 19 is not sent to the turbine 31. Since it can be discharged to the outside of the underground wind tunnel 11 to reduce the wind pressure on the turbine 31, it is possible to prevent an overload on the turbine 31 and improve the maintainability of the wind power generation device 10.
  • the torque of the turbine 31 can be increased and a large rotational power can be obtained, so that the amount of power generation can be increased. Can be improved.
  • the rotation of the turbine 31 can be kept constant even if the strength of the wind blown into the turbine 31 fluctuates, and the voltage of the generated electricity becomes constant. The stability of power generation can be improved.
  • the drive motor 44 is provided and the rotation of the first torque increasing disk member 40 can be assisted via the contact rotary wheel 43, it becomes easier to keep the rotation of the turbine 31 constant. It is possible to eliminate the delay in the rotational start of the turbine 31 due to the increase in the moment of inertia and improve the efficiency of power generation.
  • the second torque increasing disk member 50 is attached to the generator 32, the torque of the rotational power transmitted from the turbine 31 can be further increased, so that the amount of power generation can be further improved and the power generation amount can be further improved.
  • the stability of power generation can be further improved.
  • the middle plate 41 closes both side surfaces of the wind turbine portion 31a of the turbine 31, the wind blown into the turbine 31 is rectified and the air resistance can be reduced.
  • the drive motor 54 that assists the rotation of the second torque increasing disk member 50 is provided via the contact rotary wheel 53, it becomes easier to keep the rotation of the turbine 31 constant. It is possible to eliminate the delay in the rotational start of the turbine 31 due to the increase in the moment of inertia and improve the efficiency of power generation.
  • the dentition 52a is provided on the outer periphery of the outer ring frame 52 of the second torque increasing disk member 50, the rotational power can be reliably transmitted from the turbine 31 to the second torque increasing disk member 50.
  • the second torque increasing disk member 50 is provided so as to be separated from the turbine 31 and rotate about the vertical direction, the diameter of the second torque increasing disk member 50 is increased. It is easy to change, it is easy to expand and contract the power generation scale, and it is easy to maintain.
  • the backflow prevention means 20 and 25 can prevent the wind taken in between the ventilation plates 15 and the vertical ventilation passage 19 from blowing out to the outside, the taken in wind can be effectively used for power generation. can.
  • the ceiling of the horizontal ventilation passage 30 is low and the wind is configured to pass through the lower part of the turbine 31, the wind blown into the horizontal ventilation passage 30 from the vertical ventilation passage 19 does not slow down. Since it can be circulated, a plurality of turbines 31 can be rotationally driven by one horizontal ventilation passage 30.
  • the tubular member of the wind tunnel is formed in a columnar shape and has the same diameter at any height, but it is not always necessary to make the tubular member columnar, and the strength and ventilation of the tubular member are not required.
  • the diameter may be changed for each height according to the difference in pressure applied to the path. For example, it may be formed in a gentle cone shape with a large diameter at the bottom and a small diameter at the top.
  • the backflow prevention means in this embodiment is formed so that the flap is automatically opened by the wind pressure on the windward side, and is automatically closed by gravity except on the windward side. It is not limited as long as it can regulate the flow of wind from the outside to the inside.
  • the wind pressure adjusting device in this embodiment has a valve structure, but the present invention is not limited to this, and any device may be used as long as it can prevent overload on the turbine due to the wind blown into the underground wind tunnel.
  • two turbines are installed along the ventilation path of the underground wind tunnel, but the number of installed turbines does not necessarily have to be two, one may be used, and three or more turbines may be installed. And a generator corresponding to each turbine may be provided, and the number of operating generators may be increased or decreased according to the wind speed of the wind blowing into the ventilation path.
  • the outer ring frames of the first torque increasing disk member and the second torque increasing disk member are made of iron, but if sufficient weight and strength can be secured.
  • Other materials may be used and may be formed of materials such as lead, stainless steel, precast concrete, or pottery.
  • both the first torque increasing disk member and the second torque increasing disk member are provided, but it is not always necessary to provide both if the torque of the turbine can be increased.
  • only the first torque increasing disk member or only the second torque increasing disk member may be provided.

Abstract

風洞式の風力発電において、発電の安定性、効率性及び装置の保全性を向上させた風力発電装置であって、鉛直方向に立設された筒状部材１４からなり、風を内部に流入させるとともに内部に流入させた風が外部へ逆流することを防止可能な風取込口１７が壁面に複数設けられた縦型通風路１９と、縦型通風路１９の壁面に向けて風を集約する集風板１５と、集風板１５によって集約された風を下方に案内するガイド板１８とを有する風洞塔１２を備えるとともに、縦型通風路１９の下端部から吹き出される風によって回転駆動されるタービン３１と、タービン３１によって駆動される発電機３２とを備えた風力発電装置１０において、縦型通風路１９の上端部には、鉛直方向に延びた回転軸を有し、側方からの風を受けて回転する屋上風車１６と、該屋上風車の回転に連動して回転することで縦型通風路１９の内部に送風する送風羽１６ａとが設けられている。

Description

風力発電装置
　本発明は、風力発電装置に関し、詳しくは、風を内部に引き込んで集約する風洞塔から吹き出される風のエネルギーによって発電を行う風洞式の風力発電装置に関する。
　風力発電の分野において、本発明者は、以前に、集風手段となる風洞塔によって風を引き込んで集約し、集約した風を地下施設に吹き込んでタービンを駆動させることで発電を行える、風向きに依らず弱風でも効率よく利用可能な風力発電装置を提案している（特許文献１参照。）。
特許第４９０３８１４号公報
　しかしながら、上記の風力発電装置では、吹き込む風の強さが一定でないことからタービンの回転が安定したものにならず、発電する電気の電圧が安定しない場合があった。また、吹き込んだ風が強すぎるとタービンに過剰に負荷がかかり破損する恐れがあった。
　そこで本発明は、風洞式の風力発電において、発電の安定性、効率性及び装置の保全性を向上させた風力発電装置を提供することを目的としている。
　上記目的を達成するため、本発明の風力発電装置は、鉛直方向に立設された筒状部材からなり、風を内部に流入させるとともに内部に流入させた風が外部へ逆流することを防止可能な風取込口が壁面に複数設けられた通風路と、該通風路の壁面に向けて風を集約する集風手段と、該集風手段によって集約された風を下方に案内する案内手段とを有する風洞塔を備えるとともに、前記通風路の下端部から吹き出される風によって回転駆動されるタービンと、該タービンによって駆動される発電機とを備えた風力発電装置において、前記通風路の上端部には、鉛直方向に延びた回転軸を有し、側方からの風を受けて回転する屋上風車と、該屋上風車の回転に連動して回転することで前記通風路の上端部から前記通風路の内部に送風する送風羽が設けられていることを特徴としている。
　また、本発明の風力発電装置は、前記通風路の下端部から前記タービンに吹き出される風の圧力を軽減する風圧調整装置が設けられていること、前記タービンの、風を受ける風車部の両側面には、前記タービンのトルクを増大させる第１のトルク増大用円盤部材が前記タービンの回転軸と同軸に取り付けられていること、前記第１のトルク増大用円盤部材は、前記タービンの風車部よりも大きな径を有し、前記タービンの回転軸に通貫された円盤状の中板と、該中板の外周に取り付けられた、所定の重量を有する環状の外輪枠とによって構成されていること、前記第１のトルク増大用円盤部材の外輪枠に接触する接触回転輪と、該接触回転輪を回転駆動してトルク増大用円盤部材の回転を補助する駆動モーターとが、前記第１のトルク増大用円盤部材に隣設されていること、前記第１のトルク増大用円盤部材の外輪枠は、鉄、鉛、ステンレス、プレキャストコンクリート、又は陶器のいずれかの素材によって形成されていることも特徴としている。
　さらに、本発明の風力発電装置は、前記発電機には、前記タービンから前記発電機に伝達される回転動力のトルクを増大させる第２のトルク増大用円盤部材が設けられていること、前記第２のトルク増大用円盤部材は、前記発電機に接続されて鉛直方向に延びる回転軸に通貫された円盤状の中板と、該中板の外周に取り付けられた、所定の重量を有する環状の外輪枠とによって構成されていること、前記第２のトルク増大用円盤部材の外輪枠に接触する接触回転輪と、該接触回転輪を回転駆動してトルク増大用円盤部材の回転を補助する駆動モーターとが、前記第２のトルク増大用円盤部材に隣設されていること、前記第２のトルク増大用円盤部材の外輪枠は、鉄、鉛、ステンレス、プレキャストコンクリート、又は陶器のいずれかの素材によって形成されていることも特徴としている。
　本発明の風力発電装置によれば、風洞塔の集風手段と案内手段との組み合わせにより、様々な方向からの風を有効に捕集して通風路に集約して下方に送るとともに、屋上風車によって送風羽を回転させて通風路に送る風の風量及び風圧を高めることにより、タービン及び発電機に風量及び風圧の大きな風を送ることができるので、風洞塔に吹く風が弱風でも十分な発電出力を得ることができる。
　また、風圧調整装置が設けられていることにより、台風等の強風が発生した場合に、通風路内に取り込まれた風によるタービンへの風圧を減じることができるので、タービンへの過負荷を防止でき、風力発電装置の保全性を向上させることができる。
　さらに、タービンの風車部の両側面に第１のトルク増大用円盤部材が取り付けられていることにより、タービンのトルクを増大させて大きな回転動力を得ることができるので、発電量を向上させることができ、タービンの慣性モーメントも増大することから、タービンに吹き込む風の強さが変動しても、タービンの回転を一定に保つことができ、発電する電気の電圧が一定になるので、発電の安定性を向上させることができる。
　そして、発電機に第２のトルク増大用円盤部材が取り付けられていることにより、タービンから伝達される回転動力のトルクをより増大させることができるので、発電量をより向上させるとともに、発電の安定性をより向上させることができる。
本発明の風力発電装置の一形態例を示す正面図である。 風洞塔上部にある屋上風車の構造を示す側面図である。 屋上風車及び送風羽の構造を示す平面図である。 風洞塔の横断面図である。 風洞塔の縦断面を示す要部拡大図である。 風洞塔の内部構造を示す要部拡大正面図である。 風洞塔の外壁の一部を示す要部拡大正面図である。 地下風洞の内部構造を示す縦断面図である。 地下風洞に設置されたタービン及び発電機の構造を示す断面図である。 タービンに取り付けられた第１のトルク増大用円盤部材の正面図である。 発電機に取り付けられた第２のトルク増大用円盤部材の平面図である。
　図１に示されるように、風力発電装置１０は、発電設備が併設された地下風洞１１と、受けた風を集約して地下風洞１１に送る風洞塔１２とを備えている。
　また、図１乃至図７に示されるように、風洞塔１２は、地面に打設された基礎１３に立設されており、鉛直上方に延びた六角柱状の筒状部材１４と、筒状部材１４の周壁の角から法線方向に延出した６枚の集風板１５と、筒状部材１４の上端部開口１４ａ上方に位置し、鉛直方向を軸として側方からの風を受けて回転する屋上風車１６と、筒状部材１４の壁面に設けられた複数の風取込口１７と、隣接する集風板１５の間に設けられた上下複数のガイド板１８とを有している。
　筒状部材１４は、内部が風を流通可能な縦型通風路１９になっており、下端部が基礎１３を貫通して地下風洞１１と連通している。
　集風板１５は、集風手段であって、筒状部材１４と同じ高さを有し、基部１５ａが、筒状部材１４の周壁の角に沿って固定されており、先端部１５ｂが風洞塔１２の外周部まで突き出て、下端部１５ｃが基礎１３に固設されている。
　屋上風車１６の側面に位置する風洞塔１２の壁面は大きく開口して風を流入可能に形成されており、屋上風車１６の下方には、屋上風車１６の回転に連動して回転することで縦型通風路１９の上端部から縦型通風路１９の内部に送風する送風羽１６ａが、回転増速機１６ｂを介して屋上風車１６と同軸に取り付けられている。
　風取込口１７は、隣接する集風板１５の基部１５ａ同士に挟まれた筒状部材１４の壁面を上下方向、等間隔に、四角形状に打ち抜いて形成されている。風取込口１７の外側には、筒状部材１４の内部に風を流入させるとともに内部に流入させた風が外部へ逆流することを防止する第１の逆流防止手段２０を備えた壁板２１が設けられている。
　第１の逆流防止手段２０は、壁板２１に設けられた開口２２の内側に、上部にヒンジ２３を有して内側にのみ回動するように形成されたスイング式のフラップ２４が取り付けられたものである。
　フラップ２４は、壁板２１の外側から風圧が作用すると、ヒンジ２３を中心にして壁板２１の内側に向けて回動して開口２２を開くことで、壁板２１の外側から内側に向かう風を内部に流入させることができ、壁板２１の外側から風圧が作用していないときには、自重によってヒンジ２３の鉛直下方に垂れて開口２２を閉じることで、壁板２１の内側から外側への風の流出を防止できるように形成されている。
　ガイド板１８は、風を下方に導く案内手段であり、側面視で、集風板１５の先端部１５ｂ側に近づくにつれて略水平方向を向き、集風板１５の基部１５ａ側に近づくにつれて鉛直方向下側を向いた、円弧状に湾曲した板部材によって形成されている。
　各ガイド板１８の上下の間隔は、集風板１５の基部１５ａから先端部１５ｂまでの寸法に応じて適切なものとなるように設定されている。なお、ガイド板１８は、隣接する集風板１５同士を連結しているので、集風板１５の補強材としても作用する。
　また、隣接する集風板１５の先端部１５ｂ同士の間には、隣接する集風板１５のなす間隙を覆う壁板２６が設けられており、壁板２６の内側に風を流入させるとともに内側に流入させた風が外側へ逆流することを防止する第２の逆流防止手段２５が設けられている。
　第２の逆流防止手段２５は、集風板１５の基部１５ａ側に設けられた逆流防止手段２０と同様に、壁板２６に設けられた開口２７の内側に、上部にヒンジ２８を有して内側にのみ回動するように形成されたスイング式のフラップ２９が取り付けられたものである。
　フラップ２９は、壁板２６の外側から風圧が作用すると、ヒンジ２８を中心にして内側に向けて回動して開口２７を開くことで、壁板２６の外側から集風板１５間に向かう風を流入させることができ、壁板２６の外側から風圧が作用していないときには、自重によってヒンジ２８の鉛直下方に垂れて開口２７を閉じることで、壁板２６の内側から外側への風の流出を防止できるように形成されている。
　なお、図示していないが、開口２２の周囲とフラップ２４との間、及び、開口２７の周囲とフラップ２９との間には、それぞれ、密着性を向上させるゴム製シール材が設けられている。
　ここで、風取込口１７の大きさ（流量）や開口２２，２７の設置数は、集風板１５によって集風される風量に応じて設定されており、集風板１５の幅寸法が小さければ開口２２，２７の設置数は少なく、風取込口１７や開口２２，２７は小さくなり、集風板１５の幅寸法が大きければ、開口２２，２７の設置数は多く、風取込口１７や開口２２，２７は大きくなる。
　また、風取込口１７の外側や各逆流防止手段２０，２５の外側には、縦型通風路１９内に異物が侵入することを防止するため、スクリーンを設置しておくことが好ましい。スクリーンは、例えば、隣接する集風板１５や壁板２１，２６にフレームを固定し、このフレームにより金網等を保持するようにして構成される。
　さらに、筒状部材１４や集風板１５には、梯子やステップ等の昇降手段を設けておくことにより、各逆流防止手段２０，２５等の保守、点検を行うこと可能になる。
　なお、風洞塔１２を構成する各要素（筒状部材１４、集風板１５、ガイド板１８等）は、風力発電装置１０全体の大きさや予測される最大風速等の条件に応じて適当な材料及び製造方法が採用される。一般的には、ステンレス鋼やアルミニウム合金等の耐食性に富んだ金属材料が好適であり、金属製の骨組に防蝕鉄板やＦＲＰ等の板材を張り付ける構造とすることもできる。
　また、風洞塔１２の最上部（屋上風車１６の上方）には、展望台の他、ヘリポート、電波塔、無線中継所、測候所、天体観測所等を設置することもできる。
　風洞塔１２の高さと直径（集風板１５の先端部１５ｂを通る円の直径）の比率や集風板１５の幅寸法は、風力発電装置１０の設置場所における各種条件に応じて決定される。例えば、設置場所に高さ制限がない場合には、高さを１００～２００ｍにして、あるいはそれ以上に高くして集風板１５を幅狭にしてもよく、設置面積に余裕がある場合には、高さを低く抑えて風洞塔１２の直径を１００ｍ以上に大きくすることができる。
　ただし、地表部に比べて風力が安定している上空の風を効果的に集風できるようにするには、風洞塔１２をできるだけ高く形成することが好ましく、特に、上空の冷たい風を取り込むには、８０ｍ以上の高さが望ましい。
　図８は、地下風洞１１の内部構造を示す縦断面図である。
　図８に示されるように、地下風洞１１には、縦型通風路１９とつながった横型通風路３０が設けられ、横型通風路３０内を流れる風によって回転駆動される２つのタービン３１が設けられている。
　横型通風路３０の天井の高さは、各タービン３１の設置位置を除き、タービン３１の高さの１／２～１／４程度に抑えられており、風が各タービン３１の下部を通過するように形成されている。
　また、横型通風路３０の、各タービン３１手前の床は、側面視で略三角形状に盛り上げられ、上の頂点が油圧ポンプ等の昇降手段によって昇降可能な可動床３０ａになっており、床面に傾斜をつけてタービン３１へ風が吹き込む角度を調節可能に形成されている。
　さらに、各タービン３１の床下には、それぞれ、タービン３１によって駆動される発電機３２と、発電機３２によって発電された電気を蓄電可能な蓄電池３３と、発電機３２によって発電された電気を外部に送電可能な送電網３４とが設置された発電機室３５が設けられている。
　蓄電池３３の種類は、使用目的に応じたものが選ばれ、例えば、ニカド電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、鉛蓄電池、ＮＡＳ電池、レドックス電池が用いられる。
　横型通風路３０の始端部には、発電機３２の発電状態に応じてタービン３１に送られる風の一部を逃がして風圧及び風量を自動的に調節可能な弁構造の風圧調整装置３６が取り付けられており、風圧調整装置３６の先には、風圧調整装置３６から逃がされた風を地上に排出する風排出口３７ａが設けられている。
　また、横型通風路３０の終端部には、タービン３１を駆動させた風を地上に排気する風排出口３７ｂが設けられている。
　図９は、地下風洞１１に設置されたタービン３１及び発電機室３５に設置された発電機３２の構造を示す断面図であり、図１０は、タービン３１に取り付けられた第１のトルク増大用円盤部材４０の正面図であり、図１１は、発電機３２に取り付けられた第２のトルク増大用円盤部材５０の平面図である。
　図８及び図９に示されるように、タービン３１の、風を受ける風車部３１ａの両側面には、タービン３１のトルクを増大させる第１のトルク増大用円盤部材４０が、タービン３１の回転軸３１ｂと同軸に取り付けられている。
　第１のトルク増大用円盤部材４０は、タービン３１の風車部３１ａよりも大きな径を有し、タービン３１の回転軸３１ｂに通貫された円盤状の中板４１と、中板４１の外周にはめ込むように取り付けられ、比重が大きい素材、例えば、鉄によって中板４１よりも重くなるように形成された環状の外輪枠４２とによって構成されている。
　また、外輪枠４２の外周には、歯列４２ａが設けられて外輪枠４２が歯車として機能するように形成されており、第１のトルク増大用円盤部材４０の近傍には、外輪枠４２に接触して歯列４２ａと噛合する歯車状の接触回転輪４３と、接触回転輪４３を回転駆動して第１のトルク増大用円盤部材４０の回転を補助する駆動モーター４４とが設けられている。
　回転軸３１ｂの先には、ベベルギア４５が取り付けられており、鉛直方向に延びた伝動シャフト４６の一端に取り付けられたベベルギア４７と噛合している。伝動シャフト４６は、中途部に回転増速機４８が取り付けられるとともに、他の一端に歯車４９が取り付けられ、発電機室３５内に進入している。
　図８及び図１０に示されるように、発電機室３５内には、タービン３１から発電機３２に伝達される回転動力のトルクを増大させる第２のトルク増大用円盤部材５０が、伝動シャフト４６の歯車４９と噛合するように設けられている。
　第２のトルク増大用円盤部材５０は、第１のトルク増大用円盤部材４０よりも大きな径を有し、発電機３２に接続されて鉛直方向に延びる回転軸３２ａに通貫された円盤状の中板５１と、中板５１の外周にはめ込むように取り付けられ、比重が大きい素材、例えば、鉄によって中板５１よりも重くなるように形成された環状の外輪枠５２とによって構成されている。
　また、外輪枠５２の外周には、歯車４９と噛合する歯列５２ａが設けられており、伝動シャフト４６からの回転動力を確実に受けられるように構成されている。
　さらに、第２のトルク増大用円盤部材５０の近傍には、外輪枠５２に接触して歯列５２ａと噛合する歯車状の接触回転輪５３と、接触回転輪５３を回転駆動して第２のトルク増大用円盤部材５０の回転を補助する駆動モーター５４とが設けられている。
　そして、回転軸３２ａの、第２のトルク増大用円盤部材５０と発電機３２との間には、回転軸３２ａの回転速度を増幅させる回転増速機３２ｂが取り付けられている。
　なお、図示していないが、蓄電池３３は、駆動モーター４４及び駆動モーター５４に、それぞれ給電可能に接続しており、各駆動モーター４４，５４の初動時及び保守点検時の補充電源として使用可能に構成されている。
　以下、風力発電装置１０による発電プロセスについて説明する。
　風洞塔１２に向けて風が吹くと、いずれの方向からの風であっても、筒状部材１４の周囲に等間隔で６枚設置されている集風板１５により、最低でも隣接する２枚の集風板１５の間に風が入り込む。
　集風板１５間に入り込んだ風は、集風板１５に沿って中心の筒状部材１４に向けて集約されるとともに、ガイド板１８によって下向きに誘導されて、圧力が上昇した状態で、風取込口１７から縦型通風路１９内に流入する。
　また、第１の逆流防止手段２０のフラップ２４によって開口２２が，第２の逆流防止手段２５のフラップ２９によって開口２７が、それぞれ下方に向けて開くので、風が開口２７から集風板１５間に流入する際や、開口２２から縦型通風路１９内に流入する際にも、流入する風は下方へ向くように誘導されている。
　すなわち、ガイド板１８及び各逆流防止手段２０，２５の相乗作用によって縦型通風路１９内に、地下風洞１１に向かう下方の風の流れを効率よく形成することができる。
　さらに、風洞塔１２の上部に風が吹くと、屋上風車１６が風を受けて回転し、回転増速機１６ｂによって回転速度が増幅されて送風羽１６ａが高速回転し、筒状部材１４の上端部開口１４ａから縦型通風路１９内に上空の冷たい風が送り込まれる。
　このようにして縦型通風路１９内には、筒状部材１４全体から下向きに風が流入するので、下方に向けて、大きな風量、風圧の風が流れて地下風洞１１の横型通風路３０に流入する。
　縦型通風路１９から横型通風路３０に流入した風は、一部が風圧調整装置３６を介して風排出口３７ａから排出されて、適切な風圧・風量に調整されて横型通風路３０の奥への流れ、各タービン３１を回しつつ、横型通風路３０の末端に達し、風排出口３７ｂから地下風洞１１の外部に排出される。
　風を受けて生じた各タービン３１の回転動力は、各タービン３１に取り付けられた第１のトルク増大用円盤部材４０によってトルクが増大されており、回転軸３１ｂから伝動シャフトを介して第２のトルク増大用円盤部材５０に伝達されると、第２のトルク増大用円盤部材５０によってさらにトルクが増大された状態で各発電機３２を駆動させ、発電が行われる。
　このとき、第１のトルク増大用円盤部材４０の回転は、駆動モーター４４による接触回転輪４３の回転によって、第２のトルク増大用円盤部材５０の回転は、駆動モーター５４による接触回転輪５３の回転によって、それぞれ一定になるように補助されている。
　ここで、どの程度トルクが増大するかは、第１のトルク増大用円盤部材４０や第２のトルク増大用円盤部材５０の大きさ・重さによって決定される。
　例えば、第１のトルク増大用円盤部材４０の外輪枠４２を、半径ｒ＝４ｍ、幅ｄ＝０．２ｍ、厚みｈ＝０．０５ｍとなるように設計した場合、その質量Ｍは、Ｍ≒２πｒｄｈ×（鉄比重）＝２π×４ｍ×０．２ｍ×０．０５ｍ×７．８５×１０００ｋｇ／ｍ３＝１９７１．９２ｋｇ、したがって、トルクＴ＝Ｍｇｒは、両側合わせて、１９７１．９２ｋｇｆ×４ｍ×２＝１５７７５．３６ｋｇｆ・ｍとなる。これは、従来の風車部３１ａのみのタービン３１の場合と比較すると約５倍のトルクになっており、これにより発電量は約４倍増加する。
　なお、実際の発電量は、駆動モーター４４の駆動に必要な電力が差し引かれたものになるが、増大する発電量に比すると損失は少なく、この損失を加味しても、従来と比べておよそ３倍強の発電量が得られる。
　また、例えば、第２のトルク増大用円盤部材５０の外輪枠５２を、半径６ｍ、幅０．２ｍ、厚み０．１０ｍとなるように設計した場合、上記と同様に計算して、３５４９４．５６ｋｇｆ・ｍのトルクが増大するので、駆動モーター５４の駆動に必要な電力を差し引いても、さらに発電量が増大する。
　このように、本発明の風力発電装置１０によれば、風洞塔１２の６枚の集風板１５と複数のガイド板１８との組み合わせにより、様々な方向からの風を有効に捕集して縦型通風路１９に集約して下方に送るとともに、屋上風車１６によって送風羽１６ａを回転させて縦型通風路１９に送る風の風量及び風圧を高めることにより、タービン３１及び発電機３２が設けられた地下風洞１１に風量及び風圧の大きな風を送ることができるので、風洞塔１２に吹く風が弱風でも十分な発電出力を得ることができる。
　また、横型通風路３０に風圧調整装置３６が設けられていることにより、台風等の強風が発生した場合に、縦型通風路１９内に取り込まれた余剰分の風をタービン３１に送ることなく地下風洞１１外へ排出して、タービン３１への風圧を減じることができるので、タービン３１への過負荷を防止でき、風力発電装置１０の保全性を向上させることができる。
　また、タービン３１の風車部３１ａの両側面に第１のトルク増大用円盤部材４０が取り付けられていることにより、タービン３１のトルクを増大させて大きな回転動力を得ることができるので、発電量を向上させることができる。
　また、タービン３１の慣性モーメントも増大することから、タービン３１に吹き込む風の強さが変動しても、タービン３１の回転を一定に保つことができ、発電する電気の電圧が一定になるので、発電の安定性を向上させることができる。
　また、駆動モーター４４が設けられ、接触回転輪４３を介して第１のトルク増大用円盤部材４０の回転を補助可能であることから、タービン３１の回転を一定に保つことがさらに容易になるとともに、慣性モーメントの増大に伴うタービン３１の回転始動の遅れを解消し、発電の効率性を向上させることができる。
　また、発電機３２に第２のトルク増大用円盤部材５０が取り付けられていることにより、タービン３１から伝達される回転動力のトルクをより増大させることができるので、発電量をより向上させるとともに、発電の安定性をより向上させることができる。
　また、中板４１があることで、タービン３１の風車部３１ａの両側面が閉鎖されることから、タービン３１に吹き込まれる風が整流されて空気抵抗を軽減できる。
　また、接触回転輪５３を介して第２のトルク増大用円盤部材５０の回転を補助する駆動モーター５４が設けられていることから、タービン３１の回転を一定に保つことがさらに容易になるとともに、慣性モーメントの増大に伴うタービン３１の回転始動の遅れを解消し、発電の効率性を向上させることができる。
　また、第２のトルク増大用円盤部材５０の外輪枠５２の外周に歯列５２ａが設けられていることから、タービン３１から第２のトルク増大用円盤部材５０に回転動力を確実に伝達できる。
　さらに、第２のトルク増大用円盤部材５０がタービン３１とは分離して、かつ、鉛直方向を軸として回転するように設けられていることから、第２のトルク増大用円盤部材５０の直径が変更しやすく発電規模の拡大縮小が容易であるとともに、メンテナンスがしやすい。
　また、各逆流防止手段２０，２５によって、集風板１５間及び縦型通風路１９内に取り込んだ風が外部に吹き抜けることを防止できるので、取り込んだ風を発電用として有効に利用することができる。
　また、横型通風路３０の天井が低く、風がタービン３１の下部を通るように構成されていることから、縦型通風路１９から横型通風路３０内に吹き込んだ風を、風速を落とさずに流通させることができるので、１つの横型通風路３０で複数のタービン３１を回転駆動させることができる。
　なお、本発明は、以上の形態例に限定されることなく、発明の範囲内において種々の変更が可能である。例えば、本形態例では、風洞塔の筒状部材は、柱状に形成されており、どの高さでも径が同一になっているが、必ずしも柱状にする必要はなく、筒状部材の強度や通風路にかかる圧力の差に応じて高さごとに径を変えてよく、例えば、下方を大径、上方を小径とした緩やかな錐状に形成してもよい。
　また、本形態例における逆流防止手段は、風上側が風圧によってフラップが自動的に開状態となり、風上側以外では、重力によって自動的に閉状態となるように形成されているが、必ずしもこれらに限定されるものではなく、風の流通を外から内への一方のみに規制できるものであればよい。
　また、本形態例における風圧調整装置は、弁構造としているが、これに限られず、地下風洞に吹き込まれる風によるタービンへの過負荷を防止できるものであればよい。
　また、本形態例では、タービンは、地下風洞の通風路に沿って２つ設置しているが、必ずしも設置数を２つにする必要はなく、１つでもよく、また、３つ以上のタービンと、各タービンに対応する発電機とをそれぞれ設け、通風路に吹き込む風の風速に応じて発電機の稼働数を増減させるようにしてもよい。
　また、本形態例では、第１のトルク増大用円盤部材及び第２のトルク増大用円盤部材のそれぞれの外輪枠は、鉄を素材としているが、十分な重量と強度とを確保可能であれば他の素材を用いてもよく、鉛、ステンレス、プレキャストコンクリート、又は、陶器などの素材によって形成してもよい。
　また、本形態例では、第１のトルク増大用円盤部材と第２のトルク増大用円盤部材との両方を設けているが、タービンのトルクを増大できるのであれば必ずしも両方を設ける必要はなく、目標とする発電量に応じて、第１のトルク増大用円盤部材のみ、又は、第２のトルク増大用円盤部材のみを設けるようにしてもよい。
　１０…風力発電装置、１１…地下風洞、１２…風洞塔、１３…基礎、１４…筒状部材、１５…集風板、１５ａ…基部、１５ｂ…先端部、１５ｃ…下端部、１６…屋上風車、１６ａ…送風羽、１６ｂ…回転増速機、１７…風取込口、１８…ガイド板、１９…縦型通風路、２０…第１の逆流防止手段、２１…壁板、２２…開口、２３…ヒンジ、２４…フラップ、２５…第２の逆流防止手段、２６…壁板、２７…開口、２８…ヒンジ、２９…フラップ、３０…横型通風路、３０ａ…可動床、３１…タービン、３１ａ…風車部、３１ｂ…回転軸、３２…発電機、３２ａ…回転軸、３２ｂ…回転増速機、３３…蓄電池、３４…送電網、３５…発電機室、３６…風圧調整装置、３７ａ…風排出口、３７ｂ…風排出口、４０…第１のトルク増大用円盤部材、４１…中板、４２…外輪枠、４２ａ…歯列、４３…接触回転輪、４４…駆動モーター、４５…ベベルギア、４６…伝動シャフト４６、４７…ベベルギア、４８…回転増速機、４９…歯車、５０…第２のトルク増大用円盤部材、５１…中板、５２…外輪枠、５２ａ…歯列、５３…接触回転輪、５４…駆動モーター

Claims (10)

  1. 　鉛直方向に立設された筒状部材からなり、風を内部に流入させるとともに内部に流入させた風が外部へ逆流することを防止可能な風取込口が壁面に複数設けられた通風路と、該通風路の壁面に向けて風を集約する集風手段と、該集風手段によって集約された風を下方に案内する案内手段とを有する風洞塔を備えるとともに、前記通風路の下端部から吹き出される風によって回転駆動されるタービンと、該タービンによって駆動される発電機とを備えた風力発電装置において、
    　前記通風路の上端部には、鉛直方向に延びた回転軸を有し、側方からの風を受けて回転する屋上風車と、該屋上風車の回転に連動して回転することで前記通風路の上端部から前記通風路の内部に送風する送風羽が設けられていることを特徴とする風力発電装置。
  2. 　前記通風路の下端部から前記タービンに吹き出される風の圧力を軽減する風圧調整装置が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
  3. 　前記タービンの、風を受ける風車部の両側面には、前記タービンのトルクを増大させる第１のトルク増大用円盤部材が前記タービンの回転軸と同軸に取り付けられていることを特徴とする請求項１又は２記載風力発電装置。
  4. 　前記第１のトルク増大用円盤部材は、前記タービンの風車部よりも大きな径を有し、前記タービンの回転軸に通貫された円盤状の中板と、該中板の外周に取り付けられた、所定の重量を有する環状の外輪枠とによって構成されていることを特徴とする請求項３記載の風力発電装置。
  5. 　前記第１のトルク増大用円盤部材の外輪枠に接触する接触回転輪と、該接触回転輪を回転駆動してトルク増大用円盤部材の回転を補助する駆動モーターとが、前記第１のトルク増大用円盤部材に隣設されていることを特徴とする請求項４に記載の風力発電装置。
  6. 　前記第１のトルク増大用円盤部材の外輪枠は、鉄、鉛、ステンレス、プレキャストコンクリート、又は陶器のいずれかの素材によって形成されていることを特徴とする請求項４又は５記載の風力発電装置。
  7. 　前記発電機には、前記タービンから前記発電機に伝達される回転動力のトルクを増大させる第２のトルク増大用円盤部材が設けられていることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項記載の風力発電装置。
  8. 　前記第２のトルク増大用円盤部材は、前記発電機に接続されて鉛直方向に延びる回転軸に通貫された円盤状の中板と、該中板の外周に取り付けられた、所定の重量を有する環状の外輪枠とによって構成されていることを特徴とする請求項７記載の風力発電装置。
  9. 　前記第２のトルク増大用円盤部材の外輪枠に接触する接触回転輪と、該接触回転輪を回転駆動してトルク増大用円盤部材の回転を補助する駆動モーターとが、前記第２のトルク増大用円盤部材に隣設されていることを特徴とする請求項８に記載の風力発電装置。
  10. 　前記第２のトルク増大用円盤部材の外輪枠は、鉄、鉛、ステンレス、プレキャストコンクリート、又は陶器のいずれかの素材によって形成されていることを特徴とする請求項８又は９記載の風力発電装置。
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KR101003361B1 (ko) * 2010-04-07 2010-12-22 김전수 집풍타워식 풍력발전시스템
JP4903814B2 (ja) * 2006-12-20 2012-03-28 茂 佐藤 風力発電装置
CN104806452A (zh) * 2014-01-24 2015-07-29 杨青山 发电驱动装置

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