WO2024034245A1 - 砂蓄熱式風力発電装置 - Google Patents

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精一 林
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    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Definitions

  • the present invention has a sand base material that stores thermal energy in a sand container and a wind tunnel, Heat can be stored in the sand base material in the sand container from the outside, and the rising air current due to the temperature rise of the air in the wind tunnel acts on the drive of the wind turbine, and the wind turbine driven by the wind turbine generates electricity.
  • the present invention relates to a sand thermal storage type wind power generation device characterized by performing the following steps.
  • Patent Document 1 describes a rotary blade having a shape in which a plurality of blade flats extend from a circular plate-shaped vehicle plate, the thickness of the rotary blade is uniform throughout, and the thickness of each blade flat is uniform in the rotational direction.
  • a rotary blade for an axial flow turbine windmill characterized in that a curved plate member having an opening in the leeward direction and an arcuate cross section is attached to the leading edge. It is stated that.
  • Patent Document 2 states that by installing the blade so that a negative angle ⁇ is formed between the airflow W2 to the blade and the surface corresponding to the ninth line segment of the blade, Bernoulli's theorem can be used to explain the problem.
  • a negative pressure can be added due to the negative angle ⁇ . Therefore, large torque can be obtained and wind turbine efficiency can be increased. It is stated that.
  • Patent Document 3 relates to a vertical axis wind turbine including a lift wind turbine and a drag wind turbine, each having a rotating shaft on a concentric axis. Furthermore, it is equipped with a lift type windmill and a drag type windmill, and can generate high torque by utilizing surface effects in addition to the Magnus effect, achieving high rotational efficiency despite its small size.
  • the present invention relates to vertical axis wind turbines that can be used. It is stated that.
  • Patent Document 4 describes that the characteristics of the Savonius blades are utilized at the time of rotation start or in a light wind, and the rotational energy of the Darius blades and the Savonius blades can be efficiently converted into electrical energy regardless of the magnitude of the wind speed. Wind power generator. It is stated that.
  • the wind power generator according to the present invention includes a propeller that converts wind energy into rotation, an electromagnetic generator that has an electromagnet that becomes a magnet by passing an excitation current, and an electromagnetic generator that has an electromagnet that becomes a magnet by passing an excitation current.
  • the excitation current control section controls the excitation current to flow when the output voltage becomes less than the charging voltage.
  • Patent Document 6 describes a wind tunnel configured with a cylindrical member vertically installed from a foundation surface, and a plurality of air collector plates extending in the normal direction from the peripheral wall of the cylindrical member. a top plate that closes between the air collector plates and the upper end opening of the cylindrical member; and a plurality of wind plates provided on the peripheral wall of the cylindrical member to guide the wind concentrated by the air collector plates into the wind tunnel.
  • a wind power generation device characterized by comprising: It is stated that.
  • Patent Document 1 Patent Document 2, Patent Document 3, Patent Document 4, and Patent Document 5 are inventions related to wind turbines, and there is no description of a wind power generation method based on the interaction of fluid with a wind tunnel.
  • Patent Document 6 discloses a wind tunnel installed vertically in the longitudinal direction, a plurality of wind intake ports provided on the peripheral wall of the cylindrical member to guide the wind collected by the air collecting plate into the wind tunnel, and adjacent wind tunnels. This is a wind power generation device that is driven by a turbine that is installed between wind collector plates and is driven by the wind concentrated by the wind collector plates.
  • the configuration of a wind tunnel with multiple wind intake ports is complicated, Because it is directly affected by wind (wind dust, etc.), construction and maintenance costs are high, and maintenance work is expected to be difficult.
  • the present invention stores thermal energy in gravel and sand contained in a sand base material in the sand container, and the wind tunnel is located in the sand container, and the flow velocity in the wind tunnel is such that power generation is possible even from a weak wind.
  • the wind tunnel and the wind turbine are located inside the sand container, and the wind power generator is located inside the sand container installation area, so there is less damage, less frequent replacement, less damage from lightning strikes, etc., and lower costs for heat storage materials. They are inexpensive, have low construction and maintenance costs, can be installed adjacent to areas of demand, and can help reduce power transmission costs.
  • the investment amount is small compared to the amount of power generated. The aim is to provide these effectively.
  • a sand-based material containing gravel and sand a wind tunnel having an upper opening and a lower opening; a wind tunnel front chamber arranged around a side wall of the wind tunnel, having a sand container containing the sand base material and a wind inlet, and connected to the wind tunnel; a windmill installed in the wind tunnel or in the wind tunnel front room;
  • a wind power generator connected to and driven by the wind turbine,
  • the sand base material is heated by at least one of solar irradiation heating, electric power heating, and hot water heating, and is stored as thermal energy, so that an upward air current is generated due to an increase in the temperature of the air in the wind tunnel.
  • the wind turbine is driven by the rising air current, and the wind power generator driven in conjunction with the wind turbine generates power.
  • the sand container has an external shape viewed from the top that is approximately circular, approximately elliptical, approximately semicircular, approximately crescent semicircular, approximately triangular, approximately square, or It is characterized by having a polygonal shape.
  • a substantially elliptical shape, a substantially semicircular shape, a substantially crescent-shaped semicircular shape, a substantially triangular shape, or a substantially square shape may be used to enlarge the surface that receives sunlight irradiation and heating. Also, it can be made approximately circular in order to be strong against strong winds. The shape is not limited to these.
  • an axial flow turbine type wind turbine is installed in the wind tunnel, and a vertical axis type wind turbine is installed in the wind tunnel front chamber.
  • the shape of the side wall of the said wind tunnel is made into cylindrical shape. Further, a plurality of the wind turbines and wind power generators can be installed.
  • the sand base material includes gravel and sand, By storing heat as thermal energy in the sand base material and increasing the temperature of the air in the wind tunnel, a temperature difference between the inside and outside of the air in the wind tunnel; a height difference in the position of the opening of the wind tunnel; According to the effective area of the opening of the wind tunnel, and the updraft of the air volume related to,
  • the present invention is characterized in that the wind power generator acts on the drive of the windmill and is driven in conjunction with the windmill to generate electricity.
  • the wind turbine includes at least one of a Bernoulli theorem type wind turbine, a propeller type wind turbine, a Magnus type wind turbine, a Darius type wind turbine, or a Savonius type wind turbine,
  • the present invention may be characterized in that a wind turbine is driven, and the wind power generator driven by the wind turbine generates electricity.
  • the sand thermal storage type wind power generation device As a means for enabling heat storage in gravel and sand contained as the sand base material in the sand container from the outside, In addition to sunlight irradiation heating, electric heating is performed by placing an electric heater on the sand base material in the sand container to heat it from the outside and store heat, or hot water heating is performed on the sand base material in the sand container. It may also be characterized by arranging a heating hot water pipe to heat from the outside and store heat.
  • the outer periphery of the sand container that stores thermal energy may be made of heat absorbing material (such as black steel) when storing heat from the outside of the sand container by solar irradiation heating. ), and when direct internal heat storage is performed by electric power heating, hot water heating, etc., a heat insulating material (insulating steel, etc.) may be set. Note that this will vary depending on the weight per heat radiation surface and how the insulation material is inserted to retain heat. When stones are used to store and radiate heat, the stored thermal energy is radiated with considerable peak time lag and peak energy attenuation.
  • the sand thermal storage type wind power generation device is characterized in that the area around the sand container is configured to be opened and closed using a heat insulating material when solar irradiation heating is not being performed as necessary. Good too.
  • the sand base may be characterized in that the sand base material is made of various gravels, various sands, various pebbles, etc. as gravel or sand. .
  • the present invention provides the sand thermal storage type wind power generation device, which includes the sand base material for storing thermal energy in the sand container and the wind tunnel, the wind turbine, the wind power generator, and solar irradiation heating. etc., to enable heat storage in the sand base material in the sand container, and to increase the temperature of the air in the wind tunnel, resulting in a temperature difference between the inside and outside of the air in the wind tunnel, and a height difference in the position of the opening of the wind tunnel, An updraft with an amount of air related to the effective area of the opening of the wind tunnel flows, acts on the drive of the wind turbine, and enables the wind power generator driven by the wind turbine to generate electricity.
  • FIG. 1 is an example of a sand thermal storage type wind power generation device A according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an example of a sand thermal storage type wind power generation device B according to an embodiment of the present invention.
  • thermal energy It is possible to store a large amount of thermal energy by heating the sand-based material at high temperatures. Furthermore, it was found that thermal energy was extracted again as heat. For example, it was said that heating at temperatures of 500 to 600 degrees Celsius was enough to generate electricity of about 8 megawatts.
  • the stored thermal energy is radiated with considerable peak time lag and peak energy attenuation. It varies depending on the weight per heat radiation surface and how the insulation material is inserted to retain heat. For example, if you heat one side of a pile of solid marble 10cm thick, the peak of heat dissipation from the other side will occur with a time lag of approximately 7 hours.
  • the attenuation rate in this case is said to be approximately 50% of the peak input thermal energy in the case of no heat insulating material.
  • the sand base material for storing thermal energy according to the present invention includes various types of gravel, various types of sand, various types of pebbles, etc. as gravel, sand, and the dried sand base material.
  • the sand base material is gravel, sand, etc.
  • the sand base material is gravel, sand, etc.
  • the sand thermal storage type wind power generation device A is shown in conceptual diagram 1 as a product configuration.
  • a sand container 1 and a sand container installation part 2 a sand base material 3 containing gravel or sand; a wind tunnel 6 having an upper opening 4 and a lower opening 5; the sand container 1 disposed around the side wall of the wind tunnel 6 and containing the sand base material 3;
  • the sand container installation part 2 includes a wind inlet 7, an axial turbine type wind turbine 8 installed in the wind tunnel 6, and a wind power generator 10 connected to and driven by the wind turbine 8,
  • the sand base material 3 is configured to be heated by at least one of solar irradiation heating, electric power heating, or hot water heating and stored as thermal energy, and an upward air current is generated due to the temperature rise of the air in the wind tunnel 6.
  • the wind turbine 8 is driven by the updraft, and the wind power generator 10, which is
  • the sand container 1 has an outer shape (or an outer shape in a cross section) viewed from the top that is approximately circular, approximately oval, or approximately It can be characterized by having a semicircular, substantially crescent semicircular, substantially triangular, substantially quadrangular, or polygonal shape.
  • the windmill 8 has at least one of a Bernoulli theorem type windmill, a propeller type windmill, etc., and the windmill 8 is driven by the windmill 8.
  • This is a sand thermal storage type wind power generation device characterized in that a wind power generator 10 generates electricity.
  • the patent document etc. states that by attaching the blades so that a negative angle is formed between the airflow to the blades of the windmill and the plane corresponding to the line segment of the blade, Bernoulli's theorem can be applied.
  • a negative pressure due to a negative angle can be added. Therefore, it is stated that a large torque can be obtained and the efficiency of the wind turbine can be increased.
  • a sand thermal storage type wind power generation device B is shown in conceptual diagram 2 as a product configuration.
  • the sand container 1 includes a sand base material 3 containing gravel or sand, a wind tunnel 6 having an upper opening 4 and a lower opening 5; the sand container 1 disposed around the side wall of the wind tunnel 6 and containing the sand base material 3;
  • a wind tunnel front chamber 9 having a wind inlet 7 in the sand container installation part 2 and connected to the wind tunnel 6; a wind turbine 18 of a vertical axis type windmill installed in the wind tunnel front chamber 9;
  • a wind power generator 20 connected to and driven by the wind turbine 18,
  • the sand base material 3 is configured to be heated by at least one of solar irradiation heating, electric power heating, or hot water heating and stored as thermal energy, and an upward air current is
  • the sand container 1 has an outer shape (or a cross-sectional outer shape) of a substantially circular shape, a substantially elliptical shape, a substantially semicircular shape, a substantially crescent semicircular shape, a substantially triangular shape, a substantially quadrangular shape, or a polygonal shape when viewed from the top. It can be characterized by having.
  • the vertical axis type windmill of the windmill As an example of the vertical axis type windmill of the windmill 18, at least one of a Magnus type windmill, a Darius type windmill, or a Savonius type windmill is provided to rotate the windmill 18.
  • the sand heat storage type wind power generation device is characterized in that the wind power generator 20 generates power.
  • the patent document describes, as an example of the vertical axis wind turbine of the wind turbine 18, a vertical axis wind turbine that includes a lift wind turbine and a drag wind turbine that have rotational axes on concentric circular axes. Equipped with a lift type windmill and a drag type windmill, it is possible to generate high torque by utilizing the surface effect in addition to the Magnus effect, so it is possible to achieve high rotational efficiency despite its small size.
  • shaft type wind turbines It is described as follows.
  • the sand in addition to sunlight irradiation heating, can be heated by electric power as a means for storing heat in gravel, sand, etc. as the sand base material 3 in the sand container from the outside.
  • An electric heater for heating is arranged on the sand base material in the container to heat it from the outside to store heat, or a hot water pipe for heating is arranged in the sand base material 3 in the sand container to heat it from the outside as hot water heating.
  • the sand heat storage type wind power generation device is characterized in that the sand heat storage type wind power generation device stores heat.
  • the present invention is a sand-based heat storage as thermal energy
  • the wind tunnel is inside the sand container, which is basically cylindrical and has a simple configuration, and the wind tunnel and the wind turbine are connected to the sand container, the sand Since it is located inside the container installation part, there is less damage, less frequent replacement, and less damage from lightning strikes, etc., and the cost of materials for heat storage is the same as the sand used as the sand base material. It is inexpensive compared to similar products, and construction and maintenance costs are low. It is possible to generate power even when the wind speed in the wind tunnel is low, and the installation location can be adjacent to a demand area, which can help reduce power transmission costs. It has characteristics such as low investment amount relative to the amount of power generated, and can be implemented effectively.

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Abstract

砂容器内に砂ベース材と風洞を有し、風車と、風力発電機とを備え、 前記風洞内の上昇気流によって風力発電を行う砂蓄熱式風力発電装置を提供することにある。本発明に係る砂蓄熱式風力発電装置は、砂容器内に風洞の周囲に前記砂ベース材を配置し、風車と、風力発電機とを備え、太陽光照射加熱等により前記砂ベース材において蓄熱を可能とし、前記風洞内の空気の温度上昇により、前記風洞内の空気の内外温度差と、前記風洞の開口部の位置の高低差と、前記風洞の開口部の実効面積とに関係する空気量の上昇気流が流れ、前記風車の駆動に作用し、前記風車により駆動される前記風力発電機にて発電を可能とすることを特徴とする。

Description

砂蓄熱式風力発電装置
　本発明は、砂容器内に熱エネルギーを蓄熱する砂ベース材と風洞を有し、
外部より前記砂容器内の前記砂ベース材に蓄熱を可能とし、前記風洞内の空気の温度上昇による上昇気流によって、風車の駆動に作用し、前記風車により駆動される風力発電機にて、発電を行うことを特徴とする、砂蓄熱式風力発電装置に関する。
特許文献１に記載には、円形平板状の車板から複数の羽根平が延出した形状をなした回転羽根であり、回転羽根の厚さは全体が均一で、各羽根平の回転方向の前縁には、風下方向が開口し、断面が弧状に形成された曲板部材が取り付けられていることを特徴とする軸流タービン風車の回転羽根。と記載されている。
また、特許文献２に記載には、翼への気流Ｗ2と翼の第９線分に対応する面との間に負角
βをもたせるように翼を取付けることにより、ベルヌーイの定理により説明される揚力に、さらに負角βによる負の圧力を加えることができる。従って、大きなトルクを得ることができ、風車効率を増大できる。と記載されている。
また、特許文献３に記載には、同心円軸上に回転軸を有する揚力型風車と抗力型風車を備えた垂直軸型風車に関する。さらに言えば、揚力型風車と抗力型風車を備えており、マグナス効果に加え、表面効果も利用することで高トルクを生み出すことができるため、小型であるにも拘わらず高い回転効率を実現することができる垂直軸型風車に関する。と記載されている。
また、特許文献４に記載には、回転始動時又は微風時にはサボニウス翼の特性を利用し、且つ、風速の大小に拘わらずダリウス翼及びサボニウス翼の回転エネルギを効率的に電気エネルギに変換させ得る風力発電装置。と記載されている。
また、特許文献５に記載には、本発明に係る風力発電機は、風のエネルギーを回転に変換するプロペラと、励磁電流を流すことで磁石になる電磁石を有する電磁石型発電機と、励磁電流を制御する励磁電流制御部と、電磁石型発電機の電力を蓄える蓄電部とを備え、励磁電流制御部は、出力電圧が充電電圧未満になると、励磁電流を流すように制御する。と記載されている。
また、特許文献６に記載には、基礎面から延直方向に立設した筒状部材にて構成された風洞と、前記筒状部材の周壁から法線方向に延出した複数の集風板と、前記集風板相互間及び筒状部材の上端開口を閉塞する天板と、前記筒状部材の周壁に設けられて前記集風板によって集約された風を前記風洞内に導く複数の風取込口と、前記風取込口に設けられて筒状部材外部から筒状部材内部への風の流通のみを許容し、内部から外部への流通を規制する逆流防止手段と、隣接する集風板間に設けられて集風板によって集約された風を下方に向けてガイドする複数のガイド板と、前記風洞の一端部から吹き出す風によって駆動されるタービンと、前記タービンにより駆動される発電機とを備えていることを特徴とする風力発電装置。と記載されている。
特開２０１２―２４１７０５公報 特開平０６－１５９９２２公報 特開２０１８－０２１４７６公報 特開２００７―４０２３９公報 特開２０１８－２０７６２８公報 再表２００８／０７５６７６6公報
特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５は、風車に関係する発明であり、風洞との流体の作用に基づく、風力発電方法の記述はありません。
特許文献６は、延直方向に立設した風洞と、前記筒状部材の周壁に設けられて前記集風板によって集約された風を前記風洞内に導く複数の風取込口と、隣接する集風板間に設けられて集風板によって集約された風によって駆動されるタービンにより駆動される風力発電装置であって、複数の風取込口をもつ風洞の構成は複雑であり、外部の風の影響（風塵等）を直接受け、建設費・維持費は高く、メンテナンス作業も困難と想定される。
　本発明は、熱エネルギーを蓄熱する前記砂容器内の砂ベース材に含まれる砂利、砂類に蓄熱し、前記風洞は前記砂容器内にあって、前記風洞内の流速は弱風から発電が可能であり、前記風洞・前記風車は前記砂容器内に、前記風力発電機は砂容器設置部の中にあるため損傷が少なく、交換頻度が少なく、落雷等の被害に遭いにくく、蓄熱材料費は安価であり、建設費・維持費が安く、設置場所は需要地に隣接して設置可能であり、送電コストの低減に役立つことが可能である。発電量に対して投資金額が少ない。これらを効果的に提供することを目的としている。
本発明に係る砂蓄熱式風力発電装置において、
砂利、砂類を含む砂ベース材と、
上部開口部と下部開口部を有する風洞と、
前記風洞の側壁の周囲に配置され、前記砂ベース材を収納した砂容器と
風流入口を有すると共に、前記風洞に接続された風洞前室と、
前記風洞内又は前記風洞前室内に設置された風車と、
前記風車に接続されて駆動される風力発電機と、を備え、
前記砂ベース材は、太陽光照射加熱、電力加熱、又は温水加熱のうち少なくともいずれかにより加熱されて熱エネルギーとして蓄熱され、前記風洞内の空気の温度上昇による上昇気流が生じるように構成れており、前記上昇気流により前記風車を駆動し、前記風車と連動し駆動される前記風力発電機により発電を行うことを特徴とする。
また、本発明に係る砂蓄熱式風力発電装置において、前記砂容器は、上面から観た外形形状が略円形、略楕円形、略半円形、略三日月形半円形、略三角形、略四角形、又は多角形の形状を有することを特徴とする。例えば、太陽光照射加熱を受ける面を大きくする略楕円形、略半円形、略三日月形半円形、略三角形、略四角形とする。又暴風に強くするために略円形とすることができる。形状はこれ等に限定されるものではない。
また、本発明に係る砂蓄熱式風力発電装置において、前記風洞内には、軸流タービン型風車が設置され、前記風洞前室内には、垂直軸型風車が設置されることを特徴とする。
なお、前記軸流タービン型風車が設置される場合は、前記風洞の側壁の形状は円筒形状とする。
また、前記風車及び風力発電機を複数台設置可能である。
また、本発明に係る砂蓄熱式風力発電装置において、前記砂ベース材は砂利、砂類を含み、
前記砂ベース材に熱エネルギーとして蓄熱し、前記風洞内の空気の温度上昇による、
前記風洞内の空気の内外温度差と、前記風洞の開口部の位置の高低差と、
前記風洞の開口部の実効面積と、に関係する空気量の上昇気流によって、
前記風車の駆動に作用し、前記風車と連動し駆動される前記風力発電機により、発電を行うことを特徴とする。
また、本発明に係る砂蓄熱式風力発電装置において、前記風車は、ベルヌーイ定理式風車、プロペラ式風車、マグナス式風車、ダリウス式風車、又はサボニウス式風車のうち少なくともいずれかを有して、前記風車を駆動し、前記風車により駆動される前記風力発電機にて、発電を行うことを特徴としてもよい。
また、本発明に係る砂蓄熱式風力発電装置において、
外部より前記砂容器内の前記砂ベース材として含まれる砂利、砂類に蓄熱を可能とする手段として、
太陽光照射加熱の他、電力加熱として前記砂容器内の前記砂ベース材に加熱用電熱ヒータを配置して外部から加熱し蓄熱を行い、又は温水加熱として前記砂容器内の前記砂ベース材に加熱用温水パイプを配置して外部から加熱し蓄熱することを特徴としてもよい。
また、本発明に係る砂蓄熱式風力発電装置において、熱エネルギーを蓄熱する前記砂容器の外周は、太陽光照射加熱にて前記砂容器の外部周辺から蓄熱を行う場合は吸熱材（黒色スチール等）を設定し、電力加熱、又は温水加熱等にて直接内部蓄熱を行う場合は断熱材（断熱スチール等）を設定することを特徴としてもよい。
なお、放熱面当たりの重量と保熱のために断熱材をどのように入れるかなどで変わってくる。
石を蓄熱、放熱させる場合、蓄熱した熱エネルギーは、かなりのピーク時タイムラグとピークエネルギー減衰を伴って放熱されている。
また、本発明に係る砂蓄熱式風力発電装置において、必要に応じて、太陽光照射加熱をしていない場合は、前記砂容器の周辺は断熱材を用いて開閉する構成とすることを特徴としてもよい。
また、本発明に係る砂蓄熱式風力発電装置において、前記砂ベースは各種砂利、各種砂、各種小石等を、砂利、砂類として、乾燥した前記砂ベース材を構成することを特徴としてもよい。
　本発明は、前記砂蓄熱式風力発電装置として、前記砂容器内に熱エネルギーを蓄熱する前記砂ベース材と前記風洞を有し、前記風車と、前記風力発電機とを備え、太陽光照射加熱等により前記砂容器内の前記砂ベース材において蓄熱を可能とし、前記風洞内の空気の温度上昇による、前記風洞内の空気の内外温度差と、前記風洞の開口部の位置の高低差と、前記風洞の開口部の実効面積とに関係する空気量の上昇気流が流れ、風車の駆動に作用し、前記風車により駆動される前記風力発電機にて発電を可能とすることができる。
図１は、本発明の実施形態にかる砂蓄熱式風力発電装置Ａの例である。 図２は、本発明の実施形態かかる砂蓄熱式風力発電装置Ｂの例である。
以下、本発明の各実施するための形態を説明する。
砂ベース材を高温で加熱することで、大容量の熱エネルギーを貯蔵することが可能であること。
さらに、熱エネルギーを再び熱として抽出されていることが分かっていた。例えば、摂氏500～600程度の加熱で8メガワット程度に該当する発電が可能な熱エネルギーとされていた。
また、前記砂ベース材を蓄熱、放熱させる場合、蓄熱した熱エネルギーは、かなりのピーク時タイムラグとピークエネルギー減衰を伴って放熱されている。放熱面当たりの重量と保熱のために断熱材をどのように入れるかなどで変わる。例えば、無垢の大理石の例として、厚さ１０ｃｍに積んだものの片面を暖めると、大雑把に言って反対面から放熱のピークは凡そ７時間ぐらいのタイムラグを伴って表れる。この場合の減衰率は、断熱材なしの場合、ピーク入力熱エネルギーの５０％弱程度になるとされている。
以下に、本発明は、砂ベース材の大容量の熱エネルギーを貯蔵することが可能であることを利用した風力発電装置について詳しく説明する。
本発明に係る熱エネルギーを蓄熱する前記砂ベース材は、各種砂利、各種砂、各種小石等を、砂利、砂類とし、乾燥した前記砂ベース材を構成する。
本発明に係る、風洞の温度差による上昇気流量を、以下の数（1）に示す。

　　Qt = αA√{2gh(θi-θo)/Ti}×3600　　　　　　　　（１）

但し、Qt：風洞内の温度差による上昇気流量[m3/h]、αA：風洞の開口部の実効面積[m2]
、
θi：風洞内空気温度[℃]、θo：外気温度[℃]、θi―θo：風洞内の空気の内外温度差[
℃]、h：風洞の開口部の位置の高低差[m]、g：重力加速度[m/s2]、Ti：室内絶対温度[K])である。
本発明の実施例として、前記砂ベース材は砂利、砂類等であって、
前記砂ベース材に熱エネルギーとして蓄熱し、前記風洞内の空気の温度上昇による、
前記風洞内の空気の内外温度差と、前記風洞の開口部の位置の高低差と、
前記風洞の開口部の実効面積と、に関係する空気量の上昇気流によって、
前記風車の駆動に作用し、前記風車と連動し駆動される前記風力発電機により、
発電を行うことを特徴とする、砂蓄熱式風力発電装置である。
本発明の一実施例として、前記砂蓄熱式風力発電装置Ａは製品構成としての概念図１を示す。
本発明に係る砂蓄熱式風力発電装置Ａにおいて、
砂容器１と、砂容器設置部２があって、
砂利、又は砂類を含む砂ベース材３と、
上部開口部４と下部開口部５有する風洞６と、
前記風洞６の側壁の周囲に配置され、砂ベース材３を収納した前記砂容器１と、
砂容器設置部２に、風流入口７を有すると共に、前記風洞６内に設置された軸流タービン型の風車８と、前記風車８に接続されて駆動される風力発電機１０と、を備え、
前記砂ベース材３は、太陽光照射加熱、電力加熱、又は温水加熱のうち少なくともいずれかにより加熱されて熱エネルギーとして蓄熱され、前記風洞６内の空気の温度上昇による上昇気流が生じるように構成れており、前記上昇気流により前記風車８を駆動し、前記風車８と連動し駆動される前記風力発電機１０により発電を行うことを特徴とする。
本発明の一実施例として、本発明に係る砂蓄熱式風力発電装置Ａにおいて、前記砂容器１は、上面から観た外形形状（又は横断面の外形形状）が略円形、略楕円形、略半円形、略三日月形半円形、略三角形、略四角形、又は多角形の形状を有することを特徴することができる。
　また、本発明の一実施例として、前記風車８は、ベルヌーイ定理式風車、又はプロペラ式風車等のうち少なくともいずれかを有して、前記風車８を駆動し、前記風車８により駆動される前記風力発電機１０にて、発電を行うことを特徴とする、砂蓄熱式風力発電装置である。
例えば、前記風車８の例として前記特許文献等には、前記風車の翼への気流と翼の線分に対応する面との間に負角をもたせるように翼を取付けることにより、ベルヌーイの定理により説明される揚力に、さらに負角による負の圧力を加えることができる。従って、大きなトルクを得ることができ、前記風車効率を増大できることが記載されている。
また、本発明の一実施例として、砂蓄熱式風力発電装置Ｂは製品構成としての概念図２を示す。
本発明に係る砂蓄熱式風力発電装置Ｂにおいて、砂容器１と、砂容器設置部２があって、砂容器１に、砂利、又は砂類を含む砂ベース材３と、
上部開口部４と下部開口部５有する風洞６と、
前記風洞６の側壁の周囲に配置され、砂ベース材３を収納した前記砂容器１と、
砂容器設置部２に、風流入口７を有すると共に、前記風洞６に接続された風洞前室９と、前記風洞前室９内に設置された垂直軸型風車の風車１８と、
前記風車１８に接続されて駆動される風力発電機２０と、を備え、
前記砂ベース材３は、太陽光照射加熱、電力加熱、又は温水加熱のうち少なくともいずれかにより加熱されて熱エネルギーとして蓄熱され、前記風洞６内の空気の温度上昇による上昇気流が生じるように構成れており、前記上昇気流により前記風車１８を駆動し、前記風車１８と連動し駆動される前記風力発電機２０により発電を行うことを特徴とする。
本発明の一実施例として、本発明に係る砂蓄熱式風力発電装置Ｂにおいて、
前記砂容器１は、上面から観た外形形状（又は横断面の外形形状）が略円形、略楕円形、略半円形、略三日月形半円形、略三角形、略四角形、又は多角形の形状を有することを特徴することができる。
また、本発明の一実施例として、前記風車１８の前記垂直軸型風車の例として、マグナス式風車、ダリウス式風車、又はサボニウス式風車の、少なくともいずれかを有して、前記風車１８を回転し、前記風力発電機２０にて発電を行うことを特徴とする、前記砂蓄熱式風力発電装置である。
なお、特許文献に記載には、前記風車１８の前記垂直軸型風車の例として、同心円軸上に回転軸を有する揚力型風車と抗力型風車を備えた垂直軸型風車に関する。揚力型風車と抗力型風車を備えており、マグナス効果に加え、表面効果も利用することで高トルクを生み出すことができるため、小型であるにも拘わらず高い回転効率を実現することができる垂直軸型風車に関する。と記述されている。
また、本発明の一実施例として、外部より前記砂容器内の前記砂ベース材３としての砂利、砂類等に蓄熱を可能とする手段として、太陽光照射加熱の他、電力加熱として前記砂容器内の前記砂ベース材に加熱用電熱ヒータを配置して外部から加熱し蓄熱を行い、又は温水加熱として前記砂容器内の前記砂ベース材３に加熱用温水パイプを配置して外部から加熱し蓄熱することを特徴とする、前記砂蓄熱式風力発電装置である。
　本発明は、熱エネルギーとして砂ベースの蓄熱であり、前記砂容器内に前記風洞があって、基本的には円筒であり、シンプルな構成であり、前記風洞、及び前記風車は砂容器、砂容器設置部内にあるため損傷が少なく、交換頻度が少なく、落雷等の被害に遭いにくく、また蓄熱する材料費は前記砂ベース材として用いる各種砂、各種砂利、各種小石等を含む前記砂利、砂類等として安価であり、建設費・維持費が安い。前記風洞内の風速は弱風から発電が可能であり、設置場所は需要地に隣接して設置可能であり、送電コストの低減に役立つことが可能である。発電量に対して投資金額が少ない等の特徴を有し、効果的に実施し得ることが可能である。
１　砂容器
２　砂容器設置部
３　砂ベース材
４　上部開口部
５　下部開口部
６　風洞
７　風流入口
８、１８、　風車
９　風洞前室
１０、２０　風力発電機

Claims (3)

  1. 砂利、砂類を含む砂ベース材と、
    上部開口部と下部開口部を有する風洞と、
    前記風洞の側壁の周囲に配置され、前記砂ベース材を収納した砂容器と、
    風流入口を有すると共に、前記風洞に接続された風洞前室と、
    前記風洞内又は前記風洞前室内に設置された風車と、
    前記風車に接続されて駆動される風力発電機と、を備え、
    前記砂ベース材は、太陽光照射加熱、電力加熱、又は温水加熱のうち少なくともいずれかにより加熱されて熱エネルギーとして蓄熱され、前記風洞内の空気の温度上昇による上昇気流が生じるように構成れており、前記上昇気流により前記風車を駆動し、前記風車と連動し駆動される前記風力発電機により発電を行うことを特徴とする砂蓄熱式風力発電装置。
  2. 前記砂容器は、上面から観た外形形状が略円形、略楕円形、略半円形、略三日月形半円形、略三角形、略四角形、又は多角形の形状を有することを特徴とする請求項1に記載の砂
    蓄熱式風力発電装置。
  3. 前記風洞内には、軸流タービン型風車が設置され、前記風洞前室内には、垂直軸型風車が設置されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の砂蓄熱式風力発電装置。
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