JP2004190506A

JP2004190506A - Wind turbine generator, wind turbine generating method and wind tunnel member used for wind turbine generator

Info

Publication number: JP2004190506A
Application number: JP2002356341A
Authority: JP
Inventors: Yoshito Omori; 義人大森; Koji Takamura; 孝次高村
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-12-09
Filing date: 2002-12-09
Publication date: 2004-07-08

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve a rotary force of a wind force fan, amplifying a wind force by minimizing the wind resistance in the wind tunnel. <P>SOLUTION: Wind intakes 7 for taking in the wind are formed in a side wall 4a of the wind tunnel 4 by communicating the inside and the outside of the wind tunnel. The wind intakes 7 are set at four positions with an interval of approximately 90 degrees about a center shaft in the longitudinal direction of the wind tunnel 4 so that the wind can be taken in from the periphery of the side face 4a of the wind tunnel 4 regardless of a wind direction. The wind intakes 7 are provided with a hood 7a for expanding a diameter from the side face 4a of the wind tunnel 4. In the hood 7a, an opening 7b for communicating to an opening 4b of the wind tunnel 4 formed at the side face 4a of the wind tunnel 4 opened downward is formed. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒状の風洞内部に風を吹き込んで風力ファンを回転させ、この風力ファンの回転力を用いて発電する風力発電装置、風力発電方法、並びに風力発電装置に用いられる風洞部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の風力発電装置として、特開平１１−６２８１１号公報に示されるように風上側の口径を大きく、風下側の口径を小さくした風洞の内部に複数のプロペラ風車と、このプロペラ風車に連結した発電機とを間隔をおいて設け、風洞の中で風速を加速させながら複数の風車に繰り返し当てて発電する構成がある。
【０００３】
また、他の風力発電装置として、例えば特開２００２−２０２０４５号公報に示されるように、風洞の風吹き込み口に径方向に拡大してエアを全周３６０度から取り入れるベルマウス構造の集風部を設け、風洞内部に回転自在に軸支された複数の風車を風力により回転させ、この風車の回転力を用いて発電する構成がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の風力発電装置のように、風洞の一端部から他端部に向けて風を送る構成では、風洞が長いほど風洞内の風が抵抗となって風が抜けず、風力が減衰されてしまい、風車の回転力（つまり、発電量）が十分に得られないという欠点がある。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その目的は、風洞内の風の抵抗を無くし、風力を増幅して風力ファンの回転力（発電量）を高めることができる風力発電装置、風力発電方法、並びに風力発電装置の風洞部材を提供することである。
【０００６】
また、２４時間の連続稼働が可能となり、弱風などで風力が得られないときでも風力ファンを回転させて発電ができる風力発電装置、風力発電方法、並びに風力発電装置の風洞部材を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決し、目的を達成するため、本発明の風力発電装置は、筒状の風洞内部に吹き込む風の風力により発電する風力発電装置において、前記風洞内部に回転自在に配設され、前記風力を受けて回転する風力ファンと、前記風力ファンの回転力を用いて発電する発電機とを備え、前記風洞の側面部に風を取り入れる風取り入れ口を設けた。
【０００８】
また、好ましくは、上記風力発電装置において、前記風洞は風を吹き込むための風吹き込み口と前記風吹き込み口から吹き込んだ風を吹き出す風吹き出し口とを有する中空円筒状に形成され、前記風取り入れ口は前記風洞の径方向の側面部に設けられている。
【０００９】
また、好ましくは、上記風力発電装置において、前記風取り入れ口は、前記風力ファンの上流側に設けられている。
【００１０】
また、好ましくは、上記風力発電装置において、前記風力ファンは前記風洞内部に直列に複数設けられ、前記風洞内部を絞る流線型のボスヘッドと、当該ボスヘッドにより絞られた通路を通過した風を受けるプロペラとを有する軸流ターボ型ファンである。
【００１１】
また、好ましくは、上記風力発電装置において、前記風吹き込み口を有する風洞には、前記風洞の側面部から径方向に拡大して風を取り入れる集風部が設けられている。
【００１２】
また、好ましくは、上記風力発電装置において、前記風吹き込み口を有する風洞に、前記風洞の入口側にヨットの帆状に湾曲させた４枚の整流板を９０度間隔で上端と下端で略９０度位相をずらして配した集風部が設けられている。
【００１３】
また、好ましくは、上記風力発電装置において、前記風吹き出し口を有する風洞内部には、前記風洞内部の風を前記風吹き出し口から強制的に排気して前記風洞内部に気流を発生させる排気ファンが設けられ、当該排気ファンは前記発電機による発電量が所定値以下となったときに当該発電機により発電された電力を用いて起動される。
【００１４】
また、好ましくは、上記風力発電装置において、前記風洞は、前記風の流通方向に分割可能な複数の風洞ユニットの組立体で構成され、当該風洞ユニットは前記風力ファンを着脱自在に軸支する第１風洞ユニットと、前記風取り入れ口が設けられた第２風洞ユニットと、前記集風部が設けられた第３風洞ユニットと、前記風洞の側面部を画定する第４風洞ユニットと、発電機を回転自在に軸支する第５風洞ユニットと、前記排気ファンを回転駆動可能に軸支する第６風洞ユニットとを含む。
【００１５】
また、好ましくは、上記風力発電装置において、前記風洞は、前記風吹き込み口を下端部として垂直に立設される。
【００１６】
また、好ましくは、上記風力発電装置において、前記風洞は、水平に配置される。
【００１７】
また、好ましくは、上記風力発電装置において、前記風洞がハニカム状に複数配置されている。
【００１８】
また、好ましくは、上記風力発電装置において、前記風洞内部における風に触れる部位に光触媒材料が被覆されている。
【００１９】
また、好ましくは、上記風力発電装置において、前記風吹き込み口を有する風洞端部の内面部には風を加熱するヒータが設けられている。
【００２０】
本発明の風力発電方法は、筒状の風洞内部に吹き込む風の風力により発電する風力発電方法において、前記風洞の一端部に設けられた風吹き込み口から吹き込む風と、前記風洞の側面部に設けられた風取り入れ口から取り入れられた風とを受けて、前記風洞内部に回転自在に配設された風力ファンを回転させ、前記風力ファンの回転力を用いて発電する。
【００２１】
また、好ましくは、上記風力発電方法において、前記風吹き込み口から吹き込む風と前記風取り入れ口から取り入れられた風とは、前記風洞の他端部に設けられた風吹き出し口から吹き出される。
【００２２】
また、好ましくは、上記風力発電方法において、前記風取り入れ口は、前記風力ファンの上流側に設けられている。
【００２３】
また、好ましくは、上記風力発電方法において、前記風力ファンは前記風洞内部に直列に複数設けられ、前記風洞内部を絞る流線型のボスヘッドと、当該ボスヘッドにより絞られた通路を通過した風を受けるプロペラとを有する軸流ターボ型ファンである。
【００２４】
また、好ましくは、上記風力発電方法において、前記風吹き込み口を有する風洞には前記風洞の側面部から径方向に拡大して風を取り入れる集風部が更に設けられている。
【００２５】
また、好ましくは、上記風力発電方法において、前記風吹き込み口を有する風洞には、前記風洞の入口側にヨットの帆状に湾曲させた４枚の整流板を９０度間隔で上端と下端で略９０度位相をずらして配した集風部が設けられている。
【００２６】
また、好ましくは、上記風力発電方法において、前記風吹き出し口を有する風洞内部には、前記風洞内部の風を前記風吹き出し口から強制的に排気して前記風洞内部に気流を発生させる排気ファンが更に設けられ、当該排気ファンは前記発電機による発電量が所定値以下となったときに当該発電機により発電された電力を用いて起動される。
【００２７】
また、好ましくは、上記風力発電方法において、前記風洞は前記風吹き込み口を下端部として垂直に立設され、前記風洞内部に吹き込む風を上端部の前記風吹き出し口から吹き出す。
【００２８】
また、好ましくは、上記風力発電方法において、風洞は前記水平に配置され、前記風洞内部に吹き込む風を他端部の前記風吹き出し口から吹き出す。
【００２９】
また、好ましくは、上記風力発電方法において、前記風洞をハニカム状に複数配置して各風洞内部に風を流通させる。
【００３０】
また、好ましくは、上記風力発電方法において、前記風洞内部における風に触れる部位に光触媒材料が被覆されている。
【００３１】
また、好ましくは、上記風力発電方法において、前記風吹き込み口を有する風洞内部にヒータを設け、当該ヒータにより風を加熱する。
【００３２】
本発明の風力発電装置に用いられる風洞部材は、筒状の風洞内部に回転自在に配設され、当該風洞内部に吹き込む風の風力を受けて回転する風力ファンと、前記風力ファンの回転力を用いて発電する発電機とを備える風力発電装置に用いられる風洞部材であって、前記風洞を前記風の流通方向に複数の風洞ユニットに分割可能に構成する。
【００３３】
また、好ましくは、上記風洞部材において、前記風洞ユニットは、前記風力ファンを着脱自在に軸支する第１風洞ユニットと、前記風洞部材の側面部に風取り入れ口が設けられた第２風洞ユニットと、前記風洞部材の側面部から径方向に拡大して風を取り入れる集風部が設けられた第３風洞ユニットと、前記風洞部材の側面部を画定する第４風洞ユニットと、前記発電機を回転自在に軸支する第５風洞ユニットと、風を吹き出し口から強制的に排気して風洞内部に気流を発生させる排気ファンを回転駆動可能に軸支する第６風洞ユニットとを含む。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下に、発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
尚、以下に説明する実施の形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で下記実施形態を修正又は変形したものに適用可能である。
【００３５】
図１は、本発明に係る実施形態の風力発電装置の外観図である。図２は、図１の側断面図である。図３（ａ）は図１の風力発電装置を上方から見た図、図３（ｂ）は図１の風力発電装置を下方から見た図である。
【００３６】
図１乃至図３に示すように、本実施形態の風力発電装置（以下、発電装置ともいう）は、風洞中の気圧を利用して風速を高め、その風力を利用してプロペラを高速回転させることにより発電する風洞型風力発電装置（ウインドウ・タネル・エンジン）であり、以下に説明する煙突効果を用いた直立型、或いは後述する隙間風の効果を用いた横型のいずれかの形態で適用される。
【００３７】
図１乃至図３は地面やビルの屋上などに設置される直立型風力発電装置１を例示し、筒状の風洞４の下端部には外部から風を吹き込むための風吹き込み口２が設けられ、その上端部には風吹き込み口２から吹き込んだ風を風洞４内部に流通させて外部に吹き出す風吹き出し口３が設けられている。
【００３８】
また、風洞４には、この風洞４内部に回転自在に配置され、当該風洞４内部の気流による風力を受けて回転する風力ファン５と、この風力ファン５の回転力を用いて発電する発電機６とが設けられている。
【００３９】
風洞４は、地面やビルの屋上などの設置面１０から垂直上方に延びる支柱１１と、この支柱１１から風洞４の側面部４ａに向けて水平に延びる複数の支持アーム１２に接続されることにより直立状態に保持される。
【００４０】
筒状の風洞４は、図示のように径方向の断面が中空円筒状の他、短手方向の断面が中空矩形状や多角形状に構成される場合もある。
【００４１】
風洞４の側面部４ａには風洞内外を連通して周囲の風を取り入れる風取り入れ口７が形成されている。風取り入れ口７は、風洞４の長手方向の中心軸を中心として略９０度間隔で４箇所設けられており、風向に関係なく風洞４の側面部４ａの周囲から風と取り入れることができるように構成されている。
【００４２】
上記風取り入れ口７は、風洞４の側面部４ａから拡径方向に膨出するフード部７ａを備え、このフード部７ａには下方に開口して風洞４の側面部４ａに形成された開口部４ｂに連通する開口部７ｂが形成されている。
【００４３】
風洞４の側面部４ａに形成された開口部４ｂと風取り入れ口７の開口部７ｂとは、風洞４の直径φに対してφ／４以上の口径を有し、風力ファン５のプロペラ５ａの（直）上流側（風上側）に形成される。風取り入れ口７を風力ファン５のプロペラ５ａの（直）下流側（風下側）に配置した場合には、風洞４内部に乱流が発生して風力ファン５に回転力を与えられないからである。
【００４４】
風力ファン５は、風洞４の長手方向、即ち、風吹き込み口２から風吹き出し口３に向けた風の流通方向に沿って風洞４内部に直列に複数（図示の発電装置では２つ）設けられ、風洞４内部を中心軸から外周方向に徐々に絞るように漸進的に狭めるボスヘッド５ｂを有する軸流ターボ型ファンである。好ましくは、プロペラ５ａは複数枚の羽根で構成されている。尚、風力ファン５は２つに限られず、１つ或いは３つ以上配置される場合もある。
【００４５】
ボスヘッド５ｂは、その側面部５ｃが風の流通方向とは反対方向に向けてプロペラ５ａのボス部５ｄから延びつつ徐々に縮径する曲面で、先端部５ｅが尖った流線型の形状に構成され、風洞４内部の風速を高めつつ整流してプロペラ５ａに吹き込む機能を有する。
【００４６】
発電機６は風力ファン５の（直）下流側の風洞４の側面部４ａに配置され、その回転軸６ａが風力ファン５の回転軸６ｃにかさ歯車などを介して噛み合い、風力ファン５の回転力を電力に変換して発電する。
【００４７】
風洞４における風吹き込み口２が形成された下端部は、下方に向かって縮径するテーパ状に形成され、そのテーパ状の側面部２ａには周囲の風を取り入れる開口部２ｂが形成されている。また、テーパ状の側面部２ａには風の流通方向に沿って所定間隔で径方向に斜め下方に拡大するベルマウス構造の複数の拡径部８Ａ，８Ｂが設けられ、集風部として風を風洞４の下端部の全周３６０度から取り入れることができるように構成されている。また、上流側拡径部８Ｂは、下流側拡径部８Ａより外形が小さくなっている。
【００４８】
尚、本実施形態では拡径部を２つ設けた例を説明したが、これに限られず拡径部を１つだけ、或いは３つ以上設けることもできる。また、図示の拡径部は下端部から見て外形が矩形状に構成されているが、例えば、管楽器の音を出す先端部のように円形のスカート状に構成される場合もある。また、直立型や横型などの風洞の配置態様によって（特に、風洞を横型に配置する態様では）拡径部を設けない場合もある。
【００４９】
また、上記テーパ状の側面部２ａには、仕切壁２ｃが風洞４の長手方向の中心軸を中心として略９０度間隔で４箇所設けられており、この仕切壁２ｃと風吹き込み口２の略中心に設けられた支持軸２ｄとが設置面１０に当接することで、風吹き込み口２と設置面１０との間に風を吹き込むための所定の隙間２ｅが形成される。
【００５０】
風洞４における風吹き出し口３が形成された上端部には、風洞４内部の風を強制的に上方に排気して風洞４内部に気流を発生させる排気ファン９が排気ファンモータ１３により回転駆動可能に設けられている。
【００５１】
この排気ファン９は、後述するように発電機６での発電量が所定値以下となったときにバッテリ２３の電力が供給されて起動される。
【００５２】
発電機６により発電された電力は、制御部２１から電源装置２２を介して外部の電力線に送電されると共に、その電力の一部が排気ファンモータ１３を駆動するためのバッテリ２３に分配されて充電される。バッテリ２３への充電量は発電機６の最大発電量（約５〜３０ＫＷ）の１０分の１以下程度であり、発電量の低下などの影響はほとんどない。
【００５３】
風洞４は、風の流通方向に分割可能な複数のリング状の風洞ユニット４Ａ〜４Ｇを所定長さに直線状に組み立てた組立体として構成されており、風洞ユニット４Ａ〜４Ｇは、中空内部に風力ファン５を着脱自在かつ回転自在に軸支する第１風洞ユニット４Ａと、側面部４ａに風取り入れ口７が形成された第２風洞ユニット４Ｂと、拡径部８が設けられた第３風洞ユニット４Ｃ，４Ｄと、側面部４ａの外形を画定する第４風洞ユニット４Ｅと、発電機６を回転自在に軸支する第５風洞ユニット４Ｆと、排気ファン９を回転駆動可能に軸支する第６風洞ユニット４Ｇとを含み、これら各風洞ユニット４Ａ〜４Ｇの組み合わせ構成は、総発電量やシステム規模や周辺環境や設置場所などに応じて適宜決定される。
【００５４】
尚、本実施形態は発電装置１をビルの屋上などに設置した場合には、冷暖房装置から排出される排気風やビル風などを有効に利用することができる。また、トンネルの出入口に設置することでトンネル内を吹き抜ける風を有効に利用することができる。その他、農業用ハウスの暖房や照明、山岳地帯の小屋などの送電施設がなく自家発電が不可欠な場所、或いは船舶や車両などの移動体に設置することもできる。また、停電などの非常時の予備電源として用いることもできる。
【００５５】
第２風洞ユニット４Ｂは第１風洞ユニット４Ａの（直）上流側に連結され、第５風洞ユニット４Ｆは第１風洞ユニット４Ａの（直）下流側に連結され、第６風洞ユニット４Ｇは最も下流側に設置された第１風洞ユニット４Ａより下流側であって風吹き出し口３の近傍に連結するのが好ましい。また、第１風洞ユニット４Ａから風力ファン５を取り外した場合には、側面部４ａの外形を画定する第４風洞ユニット４Ｅと同様の機能を有する構成となる。
【００５６】
また、風に接触する部位として、例えば、風洞４の内面部、風取り入れ口７のフード部７ａの内面部、風力ファン５のプロペラ５ａやボスヘッド５ｂの表面部、ベルマウス構造の拡径部８の表面部、排気ファン９の表面部などに光触媒材料を塗布して被覆することにより、水滴や埃の付着を抑えて風力ファン５の回転数の低下を防止でき、更に空気抵抗を低減して風洞４内の風の流れがスムーズになるという効果が得られる。また、光触媒材料は外気中に含まれるＣＯ２、ＮＯｘ、ＳＯｘなどを軽減する効能を持っており、この効能によって風洞内表面の汚れを防止する効果やマイナスイオン効果などを発揮させることができる。
【００５７】
また、上記光触媒に代えて或いは光触媒と共に、風吹き込み口２を有する風洞端部の内面部やその近傍に風を加熱するヒータを設けることで、風吹き込み口２から吹き込む風が上昇気流となるため（トンネル効果）、風洞４内の風の流れがスムーズになるという効果が得られる。尚、上記ヒータとしては、抵抗発熱器や半導体熱交換素子などが適用可能である。
【００５８】
また、降雨などにより雨滴が風洞内部に侵入するのを防止するために、風吹き出し口３の上端部を覆うと共に、側面部が格子戸などにより通気可能に構成された傘状のカバー部材を設置しても良い。
【００５９】
図４は、本発明に係る実施形態の風力発電装の他例を示す外観図である。図５は、図４の集風部の斜視図である。図４に示すものも基本的構成は図１に示すものと同様であり、筒状の風洞４の下端部には風吹き込み口２が設けられ、その上端部には風吹き出し口３が設けられている。また、風洞４の側面部４ａには風取り入れ口７が設けられている。
【００６０】
そして、風洞４の風吹き込み口２側には、ヨットの帆状に湾曲させた４枚の整流板１４が９０度間隔で、その設置部の上端部１５と下端部１６で略９０度位相をずらして捻ったように配置されて集風部となっている。
【００６１】
更に、風洞４が設置面１０に対して水平となる横型に配置して隙間風の効果を利用したシステムを構築したり、図６に示すように直立型（又は横型）の風洞４をハニカム状に複数束ねつつ各風洞４の風吹き込み口及び風取り入れ口から風が取り入れられるように配置した大型のシステムを構成してもよい。
【００６２】
図７は、本発明に係る実施形態の風力発電装置を制御する制御部の機能ブロック図である。図８は、本発明に係る実施形態の風力発電装置の連続稼働制御を示すフローチャートである。
【００６３】
図７に示すように、制御部２１は、発電機６により発電された電力を直流に変換して電源装置２２に送電すると共に、その電力の一部をバッテリ２３に分配して充電する発電量検出部２４と、排気ファン９を駆動するための排気ファンモータ１３を駆動制御するモータ駆動部２５と、バッテリ２３から排気ファンモータ１３に電力を供給する電力供給部２６とを備える。
【００６４】
図８にも示すように、発電量検出部２４は発電機６による発電量を検出し（ステップＳ１）、発電量が所定値以下のときに（ステップＳ２でＹＥＳ）、モータ駆動部２５に起動指令を送り、モータ駆動部２５は電力供給部２６によりバッテリ２３から排気ファンモータ１３に電力を供給して駆動制御する（ステップＳ３）。また、発電量が所定値を超えるときには（ステップＳ２でＮＯ）、モータ駆動部２５に停止指令を送り、モータ駆動部２５は電力供給部２６によりバッテリ２３から排気ファンモータ１３に供給される電力を停止する（ステップＳ４）。
【００６５】
上記連続稼働制御によれば、風が弱い状態や無風状態が数日続いたとしても、バッテリ２３に蓄えられた電力によって排気ファン９を駆動させ、風洞４内部の風又は空気を強制的に排気して風洞４内部に高速の上昇気流を発生させることで風力ファン５を回転させることができるため、２４時間の連続稼働が可能となる。尚、バッテリ２３は、例えば、１２Ｖ又は２４Ｖの規格品が用いられ、停電などの非常時に備えるため排気ファン９を２〜３日連続稼働できる電力が蓄電可能な蓄電容量を有する。
【００６６】
また、ボスヘッド５ｂの風速を高める効果と、排気ファン９の高速気流発生効果との相乗効果により風のエネルギを増幅することができる。
【００６７】
上記実施形態によれば、風洞４の側面部４ａに風取り入れ口７を設けたことで、風洞４内の風の抵抗を無くし、風力を増幅して風力ファン５の回転力（発電量）を高めることができる。
【００６８】
また、従来の風車型の発電装置では、１日平均３〜４時間程度しか稼働できないのに対して、排気ファン９を設けたことで２４時間の連続稼働が可能となり、弱風などで風力が得られないときでも風力ファン５を回転させて発電ができるようになるという効果が得られる。
【００６９】
更に、従来の風車型の発電装置では地上高が高いほど強い風力が得られるため、高さ４０〜５０ｍ，直径４０〜５０ｍにもなり、価格も１〜４億円以上となるが、本実施形態の発電装置では高さ１０〜１５ｍ、直径２〜３ｍ程度で済むため、耐用年数を長くし、材料費や建設費などの初期費用や管理費などのランニングコストを低減でき、小型で騒音も極力抑え、安全性も高い装置を実現できる。
【００７０】
また、風洞４が複数の風洞ユニット４Ａ〜４Ｇにより分離可能に構成されていることで、風洞４の長さや発電機６の数を設置場所や総発電量などに応じて調整でき、風洞４の長さを増すことで発電量を増加することができる。
【００７１】
尚、一般家庭の消費電力は、３０Ａで約３ＫＷとすると一日で平均１０ＫＷ程度であり、本実施形態のは発電装置の発電容量が５〜３０ＫＷ程度あれば、１台で数家庭分の電力をまとめてまかなうことができ、経済効果も大きく、余剰な電力を電力会社に買い取ってもらうことで更に経済的な負担が減少できる。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、風洞の側面部に風取り入れ口を設けたことにより、風洞内の風の抵抗を無くし、風力を増幅して風力ファンの回転力（発電量）を高めることができる。
【００７３】
また、排気ファンを設けたことで２４時間の連続稼働が可能となり、弱風などで風力が得られないときでも風力ファンを回転させて発電ができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施形態の風力発電装置の外観図である。
【図２】図１の側断面図である。
【図３】（ａ）は図１の風力発電装置を上方から見た図、（ｂ）は図１の風力発電装置を下方から見た図である。
【図４】本発明に係る風力発電装置の他の実施形態の外観図である。
【図５】図４の風力発電装置の集風部の斜視図である。
【図６】本発明に係る実施形態の風力発電装置をハニカム状に複数配置した場合の形態を示す図である。
【図７】本発明に係る実施形態の風力発電装置を制御する制御部の機能ブロック図である。
【図８】本発明に係る実施形態の風力発電装置の連続稼働制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１直立型風力発電装置
２風吹き込み口
３風吹き出し口
４風洞
４Ａ〜４Ｇ風洞ユニット
５風力ファン
６発電機
７風取り入れ口
８拡径部
９排気ファン
１０設置面
１１支柱
１２支持アーム
１３排気ファンモータ
１４整流板
２１制御部
２２電源装置
２３バッテリ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a wind power generator, a wind power generation method, and a wind tunnel member used for a wind power generator, in which wind is blown into a cylindrical wind tunnel to rotate a wind fan and generate power using the rotational force of the wind fan.
[0002]
[Prior art]
As a conventional wind power generator, a plurality of propeller wind turbines and a power generator connected to the propeller wind turbines are installed in a wind tunnel having a large diameter on the windward side and a small diameter on the leeward side as disclosed in JP-A-11-62811. There is a configuration in which a power generator is provided at an interval and repeatedly applied to a plurality of windmills while accelerating the wind speed in a wind tunnel to generate power.
[0003]
Further, as another wind power generation device, as shown in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-202045, a bell mouth structure wind collecting portion that expands radially into a wind inlet of a wind tunnel and takes in air from 360 degrees around the entire circumference. There is a configuration in which a plurality of wind turbines rotatably supported inside a wind tunnel are rotated by wind power, and power is generated using the rotational force of the wind turbines.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in a configuration in which the wind is sent from one end of the wind tunnel to the other end, as in a conventional wind power generator, the longer the wind tunnel is, the more the wind in the wind tunnel becomes a resistance and the wind does not escape, and the wind is attenuated. As a result, there is a disadvantage that the rotational force of the windmill (that is, the amount of power generation) cannot be sufficiently obtained.
[0005]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a wind power generation device and a wind power generation method that can eliminate wind resistance in a wind tunnel, amplify wind power, and increase the rotational force (power generation amount) of a wind fan. , As well as a wind tunnel member of a wind turbine generator.
[0006]
Further, it is possible to provide a wind power generator, a wind power generation method, and a wind tunnel member of a wind power generator, which can operate continuously for 24 hours and can generate power by rotating a wind fan even when wind power cannot be obtained due to a weak wind or the like. It is.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems and achieve the object, a wind power generator of the present invention is a wind power generator that generates power by wind power blowing into a cylindrical wind tunnel, and is rotatably disposed inside the wind tunnel. A wind fan that receives the wind and rotates, and a generator that generates power using the rotational force of the wind fan are provided, and a wind intake port that takes in wind is provided on a side surface of the wind tunnel.
[0008]
Also preferably, in the wind power generator, the wind tunnel is formed in a hollow cylindrical shape having a wind blowing port for blowing wind and a wind blowing port for blowing wind blown from the wind blowing port. Is provided on the radial side surface of the wind tunnel.
[0009]
Preferably, in the wind power generator, the wind intake is provided on an upstream side of the wind fan.
[0010]
Preferably, in the wind power generator, a plurality of the wind fans are provided in series inside the wind tunnel, and a streamlined boss head that narrows the inside of the wind tunnel, and a propeller that receives wind passing through a passage narrowed by the boss head. Is an axial-flow turbo-type fan having:
[0011]
Preferably, in the wind power generator, the wind tunnel having the wind blowing port is provided with a wind collecting portion that expands in a radial direction from a side surface of the wind tunnel to take in wind.
[0012]
Preferably, in the wind power generator, four straightening plates curved in the shape of a sail of a sailboat at the entrance side of the wind tunnel at the upper end and the lower end at intervals of 90 degrees are preferably provided in the wind tunnel having the wind inlet. A wind collecting part arranged with a phase shift is provided.
[0013]
Further, preferably, in the wind power generator, an exhaust fan that forcibly exhausts the wind inside the wind tunnel from the wind outlet to generate an airflow inside the wind tunnel is provided inside the wind tunnel having the wind outlet. The exhaust fan is provided, and is activated by using the electric power generated by the generator when the amount of power generated by the generator becomes equal to or less than a predetermined value.
[0014]
Preferably, in the wind power generator, the wind tunnel is formed of an assembly of a plurality of wind tunnel units that can be divided in the flow direction of the wind, and the wind tunnel unit supports the wind fan in a detachable manner. A first wind tunnel unit, a second wind tunnel unit provided with the wind intake port, a third wind tunnel unit provided with the wind collection unit, a fourth wind tunnel unit defining a side face of the wind tunnel, and a generator. A fifth wind tunnel unit rotatably supported and a sixth wind tunnel unit rotatably supporting the exhaust fan.
[0015]
Preferably, in the wind power generator, the wind tunnel is vertically provided with the wind inlet as a lower end.
[0016]
Preferably, in the wind turbine generator, the wind tunnel is arranged horizontally.
[0017]
Preferably, in the wind power generator, a plurality of wind tunnels are arranged in a honeycomb shape.
[0018]
Preferably, in the wind power generator, a portion of the wind tunnel that comes into contact with the wind is coated with a photocatalytic material.
[0019]
Preferably, in the wind power generator, a heater for heating the wind is provided on an inner surface of an end of the wind tunnel having the wind blowing port.
[0020]
The wind power generation method of the present invention is a wind power generation method for generating power by wind power blown into a cylindrical wind tunnel, wherein a wind blown from a wind blowing port provided at one end of the wind tunnel and a wind turbine provided on a side surface of the wind tunnel are provided. In response to the wind taken in from the taken wind inlet, a wind fan rotatably disposed inside the wind tunnel is rotated, and power is generated using the rotational force of the wind fan.
[0021]
Preferably, in the above-described wind power generation method, the wind blown from the wind inlet and the wind taken in from the wind intake are blown out from a wind outlet provided at the other end of the wind tunnel.
[0022]
Preferably, in the wind power generation method, the wind intake is provided on an upstream side of the wind fan.
[0023]
Also preferably, in the wind power generation method, a plurality of the wind fans are provided in series inside the wind tunnel, and a streamlined boss head that narrows the inside of the wind tunnel, and a propeller that receives wind passing through a passage narrowed by the boss head. Is an axial-flow turbo-type fan having:
[0024]
Preferably, in the above-mentioned wind power generation method, the wind tunnel having the wind blowing port is further provided with a wind collecting portion which expands in a radial direction from a side portion of the wind tunnel to take in wind.
[0025]
Also preferably, in the wind power generation method, in the wind tunnel having the wind blowing port, four straightening plates curved in a sail shape of a sailboat on the entrance side of the wind tunnel are formed at upper and lower ends at intervals of 90 degrees. A wind collecting portion arranged with a phase shift of 90 degrees is provided.
[0026]
Further, preferably, in the wind power generation method, an exhaust fan for forcibly exhausting the wind inside the wind tunnel from the wind outlet to generate an airflow inside the wind tunnel is provided inside the wind tunnel having the wind outlet. The exhaust fan is further provided, and the exhaust fan is started using the electric power generated by the generator when the amount of power generated by the generator becomes equal to or less than a predetermined value.
[0027]
Preferably, in the above-mentioned wind power generation method, the wind tunnel is vertically provided with the wind inlet at a lower end, and blows the wind blown into the wind tunnel from the wind outlet at an upper end.
[0028]
Preferably, in the above-mentioned wind power generation method, a wind tunnel is arranged horizontally and the wind blown into the wind tunnel is blown out from the wind outlet at the other end.
[0029]
Preferably, in the wind power generation method, a plurality of the wind tunnels are arranged in a honeycomb shape, and the wind is circulated inside each wind tunnel.
[0030]
Preferably, in the above-mentioned wind power generation method, a portion of the wind tunnel that is exposed to wind is coated with a photocatalytic material.
[0031]
Preferably, in the above wind power generation method, a heater is provided inside the wind tunnel having the wind blowing port, and the wind is heated by the heater.
[0032]
A wind tunnel member used in the wind power generator of the present invention is rotatably disposed inside a cylindrical wind tunnel, and a wind fan that rotates by receiving wind force of wind blown into the wind tunnel, and a rotational force of the wind fan. A wind tunnel member used for a wind power generator including a generator for generating power by using the wind tunnel, wherein the wind tunnel is configured to be divided into a plurality of wind tunnel units in a flow direction of the wind.
[0033]
Preferably, in the wind tunnel member, the wind tunnel unit includes a first wind tunnel unit which detachably supports the wind fan, and a second wind tunnel unit provided with a wind intake port on a side surface of the wind tunnel member. A third wind tunnel unit provided with a wind collecting portion that expands in a radial direction from a side surface portion of the wind tunnel member to take in the wind, a fourth wind tunnel unit defining a side surface portion of the wind tunnel member, and rotating the generator. A fifth wind tunnel unit rotatably supports an exhaust fan that freely rotatably supports an exhaust fan that forcibly exhausts wind from an outlet to generate an airflow inside the wind tunnel.
[0034]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
The embodiment described below is an example as a means for realizing the present invention, and the present invention can be applied to a modification or modification of the following embodiment without departing from the gist thereof.
[0035]
FIG. 1 is an external view of a wind turbine generator according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a side sectional view of FIG. FIG. 3A is a view of the wind power generator of FIG. 1 as viewed from above, and FIG. 3B is a view of the wind power generator of FIG. 1 as viewed from below.
[0036]
As shown in FIGS. 1 to 3, the wind power generator of the present embodiment (hereinafter, also referred to as a power generator) increases the wind speed by using the pressure in the wind tunnel, and rotates the propeller at high speed by using the wind power. This is a wind tunnel type wind power generator (window tunnel engine) that generates electric power by means of either a vertical type using a chimney effect described below or a horizontal type using a draft effect described later. You.
[0037]
1 to 3 exemplify an upright wind power generator 1 installed on the ground or on the roof of a building, and a lower end portion of a cylindrical wind tunnel 4 is provided with a wind blowing port 2 for blowing wind from outside. A wind outlet 3 is provided at the upper end of the wind outlet 4 for circulating the wind blown from the wind inlet 2 into the wind tunnel 4 and blowing it out.
[0038]
In the wind tunnel 4, a wind fan 5 rotatably disposed inside the wind tunnel 4 and rotating by receiving wind force generated by an air current inside the wind tunnel 4, and a generator for generating electric power by using the rotational force of the wind fan 5 6 are provided.
[0039]
The wind tunnel 4 is connected to a support 11 extending vertically upward from an installation surface 10 such as the ground or the roof of a building, and a plurality of support arms 12 extending horizontally from the support 11 toward the side surface 4 a of the wind tunnel 4. It is held upright.
[0040]
As shown in the figure, the cylindrical wind tunnel 4 may have a hollow cross section in a radial direction as well as a hollow rectangular shape or a polygonal shape in a short direction in addition to a hollow cylindrical shape.
[0041]
A wind intake port 7 is formed in the side surface 4a of the wind tunnel 4 to communicate the inside and outside of the wind tunnel and to take in the surrounding wind. The wind inlets 7 are provided at four locations at intervals of approximately 90 degrees around the central axis in the longitudinal direction of the wind tunnel 4 so that the wind can be taken in from the periphery of the side surface 4a of the wind tunnel 4 regardless of the wind direction. It is configured.
[0042]
The wind inlet 7 includes a hood 7a that bulges out from the side surface 4a of the wind tunnel 4 in the radial direction, and the hood 7a is opened downward and formed in the side surface 4a of the wind tunnel 4. An opening 7b communicating with 4b is formed.
[0043]
The opening 4b formed in the side surface 4a of the wind tunnel 4 and the opening 7b of the wind intake 7 have a diameter of φ / 4 or more with respect to the diameter φ of the wind tunnel 4, and the propeller 5a of the wind fan 5 (Directly) formed upstream (upwind). If the wind inlet 7 is arranged on the (direct) downstream side (downwind side) of the propeller 5 a of the wind fan 5, turbulence occurs inside the wind tunnel 4 and no rotational force can be given to the wind fan 5. is there.
[0044]
A plurality (two in the illustrated power generator) of the wind fans 5 are provided in series in the wind tunnel 4 along the longitudinal direction of the wind tunnel 4, that is, along the flow direction of the wind from the wind inlet 2 to the wind outlet 3. An axial-flow turbo fan having a boss head 5b that gradually narrows the inside of the wind tunnel 4 from the central axis toward the outer periphery. Preferably, propeller 5a is composed of a plurality of blades. The number of the wind fans 5 is not limited to two, but may be one or three or more.
[0045]
The boss head 5b has a curved surface whose side surface portion 5c gradually decreases in diameter while extending from the boss portion 5d of the propeller 5a in a direction opposite to the flow direction of the wind, and is configured in a streamlined shape with a sharp end portion 5e. It has a function of rectifying and blowing into the propeller 5a while increasing the wind speed inside the wind tunnel 4.
[0046]
The generator 6 is disposed on the side surface 4 a of the wind tunnel 4 (directly) downstream of the wind fan 5, and its rotating shaft 6 a meshes with the rotating shaft 6 c of the wind fan 5 via a bevel gear or the like, and the rotation of the wind fan 5 Converts power into electricity and generates electricity.
[0047]
The lower end of the wind tunnel 4 where the wind inlet 2 is formed is formed in a tapered shape whose diameter is reduced downward, and an opening 2b for taking in surrounding wind is formed in the tapered side surface 2a. . The tapered side surface portion 2a is provided with a plurality of enlarged diameter portions 8A and 8B having a bell mouth structure that expands diagonally downward in the radial direction at predetermined intervals along the flow direction of the wind, and serves as a wind collecting portion. The wind tunnel 4 is configured so that it can be taken in from the entire circumference 360 degrees at the lower end. The upstream-side enlarged diameter portion 8B has a smaller outer shape than the downstream-side enlarged diameter portion 8A.
[0048]
In the present embodiment, an example in which two enlarged diameter portions are provided has been described. However, the present invention is not limited to this, and only one enlarged diameter portion or three or more enlarged diameter portions can be provided. Further, the enlarged diameter portion shown in the figure has a rectangular outer shape when viewed from the lower end portion, but may have a circular skirt shape, for example, such as a tip portion that emits a sound of a wind instrument. Further, depending on the arrangement of the wind tunnel such as an upright type or a horizontal type (particularly, in a mode in which the wind tunnel is arranged in a horizontal type), there may be a case where the enlarged diameter portion is not provided.
[0049]
The tapered side surface portion 2a is provided with four partition walls 2c at intervals of approximately 90 degrees around the central axis in the longitudinal direction of the wind tunnel 4, and the partition wall 2c and the air blowing port 2 are substantially provided. When the support shaft 2d provided at the center abuts on the installation surface 10, a predetermined gap 2e for blowing air between the air blowing port 2 and the installation surface 10 is formed.
[0050]
At the upper end of the wind tunnel 4 where the wind outlet 3 is formed, an exhaust fan 9 that forcibly exhausts the wind inside the wind tunnel 4 and generates an airflow inside the wind tunnel 4 can be driven to rotate by an exhaust fan motor 13. It is provided in.
[0051]
As will be described later, when the amount of power generated by the generator 6 becomes equal to or less than a predetermined value, the exhaust fan 9 is supplied with power from the battery 23 and activated.
[0052]
The power generated by the generator 6 is transmitted from the control unit 21 to an external power line via the power supply device 22, and a part of the power is distributed to the battery 23 for driving the exhaust fan motor 13. Charged. The charge amount of the battery 23 is about one-tenth or less of the maximum power generation amount (about 5 to 30 kW) of the generator 6, and there is almost no influence such as a decrease in the power generation amount.
[0053]
The wind tunnel 4 is configured as an assembly in which a plurality of ring-shaped wind tunnel units 4A to 4G that can be divided in the wind flow direction are linearly assembled to a predetermined length, and the wind tunnel units 4A to 4G A first wind tunnel unit 4A for supporting the wind fan 5 in a detachable and rotatable manner, a second wind tunnel unit 4B in which a wind intake port 7 is formed in a side surface 4a, and a third wind tunnel in which an enlarged diameter portion 8 is provided. Units 4C and 4D, a fourth wind tunnel unit 4E defining the outer shape of the side surface portion 4a, a fifth wind tunnel unit 4F rotatably supporting the generator 6, and a fourth wind tunnel unit 4F rotatably supporting the exhaust fan 9. And a wind tunnel unit 4G. The combination configuration of each of the wind tunnel units 4A to 4G is appropriately determined according to the total power generation amount, the system scale, the surrounding environment, the installation location, and the like.
[0054]
In this embodiment, when the power generation device 1 is installed on the roof of a building or the like, it is possible to effectively use the exhaust wind or the building wind discharged from the cooling / heating device. In addition, by installing at the entrance of the tunnel, the wind blowing through the tunnel can be effectively used. In addition, it can be installed in a place where there is no power transmission facility such as heating and lighting of an agricultural house, a hut in a mountainous area and the like, and private power generation is indispensable, or a moving body such as a ship or a vehicle. It can also be used as a standby power supply in case of an emergency such as a power failure.
[0055]
The second wind tunnel unit 4B is connected to the (direct) upstream of the first wind tunnel unit 4A, the fifth wind tunnel unit 4F is connected to the (direct) downstream of the first wind tunnel unit 4A, and the sixth wind tunnel unit 4G is the most downstream. It is preferable to connect to the downstream side of the first wind tunnel unit 4 </ b> A and the vicinity of the wind outlet 3. Further, when the wind fan 5 is removed from the first wind tunnel unit 4A, the configuration has the same function as that of the fourth wind tunnel unit 4E that defines the outer shape of the side surface 4a.
[0056]
Examples of the parts that come into contact with the wind include the inner surface of the wind tunnel 4, the inner surface of the hood 7 a of the wind intake 7, the surface of the propeller 5 a and the boss head 5 b of the wind fan 5, and the enlarged diameter portion 8 of the bellmouth structure. By coating the photocatalytic material on the surface portion of the exhaust fan 9 and the like, the adhesion of water droplets and dust can be suppressed, the rotation speed of the wind fan 5 can be prevented from lowering, and the air resistance can be further reduced. The effect that the flow of the wind in the wind tunnel 4 becomes smooth is obtained. In addition, the photocatalytic material has an effect of reducing CO2, NOx, SOx, and the like contained in the outside air, and by this effect, it is possible to exert an effect of preventing contamination on the inner surface of the wind tunnel and a negative ion effect.
[0057]
Further, by providing a heater for heating the wind at or near the inner surface of the end of the wind tunnel having the wind blowing port 2 instead of or together with the photocatalyst, the wind blown from the wind blowing port 2 becomes an updraft. (Tunnel effect), the effect that the flow of the wind in the wind tunnel 4 becomes smooth is obtained. Note that a resistance heater or a semiconductor heat exchange element can be used as the heater.
[0058]
In order to prevent raindrops from entering the wind tunnel due to rainfall or the like, an umbrella-shaped cover member is provided which covers the upper end of the wind outlet 3 and whose side portion is configured to be ventilated by a lattice door or the like. You may.
[0059]
FIG. 4 is an external view showing another example of the wind turbine generator according to the embodiment of the present invention. FIG. 5 is a perspective view of the wind collecting unit of FIG. 4 also has the same basic configuration as that shown in FIG. 1. A wind vent 2 is provided at a lower end of a cylindrical wind tunnel 4 and a wind outlet 3 is provided at an upper end thereof. ing. In addition, a wind inlet 7 is provided in the side surface 4 a of the wind tunnel 4.
[0060]
On the wind inlet 2 side of the wind tunnel 4, four straightening plates 14 curved in a sail shape of a yacht are arranged at 90-degree intervals, and the upper end 15 and the lower end 16 of the installation portion have a phase of approximately 90 degrees. It is arranged as if it is shifted and twisted to form a wind collecting section.
[0061]
Furthermore, a system utilizing the effect of draft is constructed by arranging the wind tunnel 4 horizontally with respect to the installation surface 10, or the upright (or horizontal) wind tunnel 4 is formed into a honeycomb shape as shown in FIG. A large system may be configured such that wind is taken in from the wind inlet and wind inlet of each wind tunnel 4 while a plurality of bundles are bundled.
[0062]
FIG. 7 is a functional block diagram of a control unit that controls the wind turbine generator according to the embodiment of the present invention. FIG. 8 is a flowchart showing continuous operation control of the wind turbine generator according to the embodiment of the present invention.
[0063]
As shown in FIG. 7, the control unit 21 converts the electric power generated by the generator 6 into a direct current and transmits the direct current to the power supply device 22, and also distributes a part of the electric power to the battery 23 for charging. A detection unit 24, a motor drive unit 25 that drives and controls the exhaust fan motor 13 for driving the exhaust fan 9, and a power supply unit 26 that supplies power from the battery 23 to the exhaust fan motor 13 are provided.
[0064]
As shown in FIG. 8, the power generation amount detection unit 24 detects the power generation amount by the generator 6 (step S1), and when the power generation amount is equal to or less than a predetermined value (YES in step S2), the motor driving unit 25 is activated. A command is sent, and the motor drive unit 25 supplies power to the exhaust fan motor 13 from the battery 23 by the power supply unit 26 to perform drive control (step S3). When the amount of power generation exceeds the predetermined value (NO in step S2), a stop command is sent to the motor drive unit 25, and the motor drive unit 25 controls the power supplied from the battery 23 to the exhaust fan motor 13 by the power supply unit 26. It stops (step S4).
[0065]
According to the continuous operation control, even when the wind is weak or no wind continues for several days, the exhaust fan 9 is driven by the electric power stored in the battery 23 to forcibly exhaust the wind or air inside the wind tunnel 4. As a result, the wind fan 5 can be rotated by generating a high-speed updraft inside the wind tunnel 4, so that continuous operation for 24 hours is possible. The battery 23 is, for example, a standard product of 12 V or 24 V, and has a storage capacity capable of storing electric power capable of continuously operating the exhaust fan 9 for two to three days to prepare for an emergency such as a power failure.
[0066]
Further, the wind energy can be amplified by the synergistic effect of the effect of increasing the wind speed of the boss head 5b and the effect of generating the high-speed airflow of the exhaust fan 9.
[0067]
According to the above-described embodiment, the wind intake 7 is provided on the side surface 4 a of the wind tunnel 4, thereby eliminating the wind resistance in the wind tunnel 4, amplifying the wind power, and reducing the rotational force (power generation) of the wind fan 5. Can be enhanced.
[0068]
In addition, while the conventional windmill-type power generator can only be operated for an average of about 3 to 4 hours per day, the provision of the exhaust fan 9 enables continuous operation for 24 hours, and the wind power can be reduced due to a weak wind or the like. Even when it is not possible to obtain the effect, the wind fan 5 can be rotated to generate power.
[0069]
Furthermore, in the conventional wind turbine type power generator, the higher the ground height, the stronger the wind power can be obtained, so the height is 40 to 50 m, the diameter is 40 to 50 m, and the price is 100 to 400 million yen or more. In the form of a power generator, a height of about 10 to 15 m and a diameter of about 2 to 3 m are sufficient, so that the service life can be extended, the running costs such as initial costs such as material costs and construction costs and management costs can be reduced, and the size and noise can be reduced. It is possible to realize a device that is as low as possible and highly secure.
[0070]
In addition, since the wind tunnel 4 is configured to be separable by the plurality of wind tunnel units 4A to 4G, the length of the wind tunnel 4 and the number of the generators 6 can be adjusted according to the installation location, the total power generation amount, and the like. Power generation can be increased by increasing the length.
[0071]
In addition, the power consumption of a general household is about 10 KW per day assuming that the power consumption is about 3 KW at 30 A. In the present embodiment, if the power generation capacity of the power generation device is about 5 to 30 KW, the power consumption of one unit for several homes is considered. And the economic effect is great, and by having the power company purchase surplus power, the economic burden can be further reduced.
[0072]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by providing the wind inlet on the side surface of the wind tunnel, the wind resistance in the wind tunnel is eliminated, the wind power is amplified, and the rotational force (power generation) of the wind fan is increased. Can be enhanced.
[0073]
In addition, the provision of the exhaust fan enables continuous operation for 24 hours. Even when wind power cannot be obtained due to a weak wind or the like, the wind fan can be rotated to generate power.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an external view of a wind turbine generator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side sectional view of FIG.
3A is a view of the wind power generator of FIG. 1 as viewed from above, and FIG. 3B is a view of the wind power generator of FIG. 1 as viewed from below.
FIG. 4 is an external view of another embodiment of the wind turbine generator according to the present invention.
FIG. 5 is a perspective view of a wind collecting unit of the wind power generator of FIG.
FIG. 6 is a diagram showing an embodiment in which a plurality of wind power generators according to an embodiment of the present invention are arranged in a honeycomb shape.
FIG. 7 is a functional block diagram of a control unit that controls the wind turbine generator according to the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a flowchart showing continuous operation control of the wind turbine generator according to the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Upright type wind power generator 2 Wind inlet 3 Wind outlet 4 Wind tunnel 4A-4G Wind tunnel unit 5 Wind fan 6 Generator 7 Wind intake 8 Large diameter section 9 Exhaust fan 10 Installation surface 11 Post 12 Support arm 13 Exhaust fan motor 14 rectifier plate 21 controller 22 power supply 23 battery

Claims

筒状の風洞内部に吹き込む風の風力により発電する風力発電装置において、
前記風洞内部に回転自在に配設され、前記風力を受けて回転する風力ファンと、
前記風力ファンの回転力を用いて発電する発電機とを備え、
前記風洞の側面部に風を取り入れる風取り入れ口を設けたことを特徴とする風力発電装置。In a wind turbine generator that generates electricity by wind power blowing into a cylindrical wind tunnel,
A wind fan that is rotatably disposed inside the wind tunnel and rotates by receiving the wind;
A generator that generates power using the rotational force of the wind fan,
A wind power generator, wherein a wind intake opening for taking in wind is provided on a side surface of the wind tunnel.

前記風洞は風を吹き込むための風吹き込み口と前記風吹き込み口から吹き込んだ風を吹き出す風吹き出し口とを有する中空円筒状に形成され、前記風取り入れ口は前記風洞の径方向の側面部に設けられている請求項１に記載の風力発電装置。The wind tunnel is formed in a hollow cylindrical shape having a wind blowing port for blowing wind and a wind blowing port for blowing out the wind blown from the wind blowing port, and the wind intake port is provided on a radial side surface of the wind tunnel. The wind power generator according to claim 1, wherein

前記風取り入れ口は、前記風力ファンの上流側に設けられている請求項１又は請求項２記載の風力発電装置。The wind power generator according to claim 1, wherein the wind intake port is provided on an upstream side of the wind fan.

前記風力ファンは前記風洞内部に直列に複数設けられ、前記風洞内部を絞る流線型のボスヘッドと、当該ボスヘッドにより絞られた通路を通過した風を受けるプロペラとを有する軸流ターボ型ファンである請求項１乃至３のいずれか１項に記載の風力発電装置。A plurality of the wind fans are provided in series inside the wind tunnel, and are axial flow turbo type fans having a streamlined boss head for narrowing the inside of the wind tunnel and a propeller for receiving wind passing through a passage narrowed by the boss head. The wind turbine generator according to any one of claims 1 to 3.

前記風吹き込み口を有する風洞に、前記風洞の側面部から径方向に拡大して風を取り入れる集風部が設けられている請求項２乃至４のいずれか１項に記載の風力発電装置。The wind power generator according to any one of claims 2 to 4, wherein the wind tunnel having the wind blowing port is provided with a wind collecting portion that expands in a radial direction from a side portion of the wind tunnel to take in wind.

前記風吹き込み口を有する風洞に、前記風洞の入口側にヨットの帆状に湾曲させた４枚の整流板を９０度間隔で上端と下端で略９０度位相をずらして配した集風部が設けられている請求項２乃至４のいずれか１項に記載の風力発電装置。In the wind tunnel having the wind blowing port, a wind collecting unit in which four straightening plates curved in the shape of a sail of a yacht are arranged at 90-degree intervals and shifted in phase by approximately 90 degrees at the upper and lower ends at the entrance side of the wind tunnel. The wind power generator according to any one of claims 2 to 4, which is provided.

前記風吹き出し口を有する風洞内部には、前記風洞内部の風を前記風吹き出し口から強制的に排気して前記風洞内部に気流を発生させる排気ファンが設けられ、当該排気ファンは前記発電機による発電量が所定値以下となったときに当該発電機により発電された電力を用いて起動される請求項２乃至６のいずれか１項に記載の風力発電装置。An exhaust fan is provided inside the wind tunnel having the wind outlet to forcibly exhaust the wind inside the wind tunnel from the wind outlet to generate an airflow inside the wind tunnel, and the exhaust fan is provided by the generator. The wind power generator according to any one of claims 2 to 6, wherein the wind power generator is started using the power generated by the power generator when the power generation amount becomes equal to or less than a predetermined value.

前記風洞は、前記風の流通方向に分割可能な複数の風洞ユニットの組立体で構成され、当該風洞ユニットは前記風力ファンを着脱自在に軸支する第１風洞ユニットと、前記風取り入れ口が設けられた第２風洞ユニットと、前記集風部が設けられた第３風洞ユニットと、前記風洞の側面部を画定する第４風洞ユニットと、発電機を回転自在に軸支する第５風洞ユニットと、前記排気ファンを回転駆動可能に軸支する第６風洞ユニットとを含む請求項１乃至７のいずれか１項に記載の風力発電装置。The wind tunnel is configured by an assembly of a plurality of wind tunnel units that can be divided in the flow direction of the wind, and the wind tunnel unit includes a first wind tunnel unit that detachably supports the wind fan and the wind intake port. A second wind tunnel unit provided, a third wind tunnel unit provided with the wind collecting portion, a fourth wind tunnel unit defining a side surface of the wind tunnel, and a fifth wind tunnel unit rotatably supporting a generator. The wind power generator according to any one of claims 1 to 7, further comprising: a sixth wind tunnel unit rotatably supporting the exhaust fan.

前記風洞は、前記風吹き込み口を下端部として垂直に立設されている請求項１乃至８のいずれか１項に記載の風力発電装置。The wind power generator according to any one of claims 1 to 8, wherein the wind tunnel is vertically provided with the wind inlet being a lower end.

前記風洞は、水平に配置されている請求項１乃至８のいずれか１項に記載の風力発電装置。The wind power generator according to any one of claims 1 to 8, wherein the wind tunnel is arranged horizontally.

前記風洞がハニカム状に複数配置されている請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の風力発電装置。The wind power generator according to any one of claims 1 to 10, wherein a plurality of the wind tunnels are arranged in a honeycomb shape.

前記風洞内部における風に触れる部位に光触媒材料が被覆されている請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の風力発電装置。The wind power generator according to any one of claims 1 to 11, wherein a photocatalytic material is coated on a portion of the wind tunnel that comes into contact with the wind.

前記風吹き込み口を有する風洞端部の内面部には風を加熱するヒータが設けられている請求項９に記載の風力発電装置。The wind power generator according to claim 9, wherein a heater for heating the wind is provided on an inner surface of an end of the wind tunnel having the wind blowing port.

筒状の風洞内部に吹き込む風の風力により発電する風力発電方法において、
前記風洞の一端部に設けられた風吹き込み口から吹き込む風と、前記風洞の側面部に設けられた風取り入れ口から取り入れられた風とを受けて、前記風洞内部に回転自在に配設された風力ファンを回転させ、
前記風力ファンの回転力を用いて発電することを特徴とする風力発電方法。In a wind power generation method of generating power by wind power blown into a cylindrical wind tunnel,
In response to a wind blown from a wind inlet provided at one end of the wind tunnel and a wind taken from a wind intake provided at a side surface of the wind tunnel, the wind tunnel is rotatably disposed inside the wind tunnel. Turn the wind fan,
A wind power generation method, wherein power is generated using the rotational force of the wind fan.

前記風吹き込み口から吹き込む風と前記風取り入れ口から取り入れられた風とは、前記風洞の他端部に設けられた風吹き出し口から吹き出される請求項１４に記載の風力発電方法。The wind power generation method according to claim 14, wherein the wind blown from the wind inlet and the wind taken in from the wind intake are blown out from a wind outlet provided at the other end of the wind tunnel.

前記風取り入れ口は、前記風力ファンの上流側に設けられている請求項１４又は請求項１５に記載の風力発電方法。The wind power generation method according to claim 14 or 15, wherein the wind intake port is provided on an upstream side of the wind fan.

前記風力ファンは前記風洞内部に直列に複数設けられ、前記風洞内部を絞る流線型のボスヘッドと、当該ボスヘッドにより絞られた通路を通過した風を受けるプロペラとを有する軸流ターボ型ファンである請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載の風力発電方法。A plurality of the wind fans are provided in series inside the wind tunnel, and are axial-flow turbo-fans having a streamlined boss head for narrowing the inside of the wind tunnel and a propeller for receiving wind passing through a passage narrowed by the boss head. The wind power generation method according to any one of claims 14 to 16.

前記風吹き込み口を有する風洞には、前記風洞の側面部から径方向に拡大して風を取り入れる集風部が更に設けられている請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載の風力発電方法。The wind power generation method according to any one of claims 14 to 16, wherein the wind tunnel having the wind blowing port is further provided with a wind collecting portion that expands in a radial direction from a side portion of the wind tunnel to take in wind. .

前記風吹き込み口を有する風洞には、前記風洞の入口側にヨットの帆状に湾曲させた４枚の整流板を９０度間隔で上端と下端で略９０度位相をずらして配した集風部が設けられている請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載の風力発電方法。In the wind tunnel having the wind inlet, a wind collecting unit in which four straightening plates curved in the shape of a sail of a sailboat are arranged at 90-degree intervals and shifted in phase by approximately 90 degrees at upper and lower ends at an entrance side of the wind tunnel. The wind power generation method according to any one of claims 14 to 16, further comprising:

前記風吹き出し口を有する風洞内部には、前記風洞内部の風を前記風吹き出し口から強制的に排気して前記風洞内部に気流を発生させる排気ファンが更に設けられ、当該排気ファンは前記発電機による発電量が所定値以下となったときに当該発電機より発電された電力を用いて起動される請求項１４乃至１９のいずれか１項に記載の風力発電方法。Inside the wind tunnel having the wind outlet, there is further provided an exhaust fan for forcibly exhausting the wind inside the wind tunnel from the wind outlet to generate an airflow inside the wind tunnel, and the exhaust fan is provided with the generator 20. The wind power generation method according to any one of claims 14 to 19, wherein the wind power generation method is started using the power generated by the power generator when the amount of power generated by the power generation becomes equal to or less than a predetermined value.

前記風洞は前記風吹き込み口を下端部として垂直に立設され、前記風洞内部に吹き込む風を上端部の前記風吹き出し口から吹き出す請求項１４乃至２０のいずれか１項に記載の風力発電方法。The wind power generation method according to any one of claims 14 to 20, wherein the wind tunnel is erected vertically with the wind inlet at a lower end, and wind blown into the wind tunnel is blown out from the wind outlet at an upper end.

前記風洞は水平に配置され、前記風洞内部に吹き込む風を他端部の前記風吹き出し口から吹き出す請求項１４乃至２０のいずれか１項に記載の風力発電方法。The wind power generation method according to any one of claims 14 to 20, wherein the wind tunnel is disposed horizontally, and wind blown into the wind tunnel is blown out from the wind outlet at the other end.

前記風洞をハニカム状に複数配置して各風洞内部に風を流通させる請求項１４乃至２２のいずれか１項に記載の風力発電方法。The wind power generation method according to any one of claims 14 to 22, wherein a plurality of the wind tunnels are arranged in a honeycomb shape and wind is circulated inside each wind tunnel.

前記風洞内部における風に触れる部位に光触媒材料が被覆されている請求項１４乃至２３のいずれか１項に記載の風力発電方法。The wind power generation method according to any one of claims 14 to 23, wherein a photocatalytic material is coated on a portion of the wind tunnel that is in contact with the wind.

前記風吹き込み口を有する風洞内部にヒータを設け、当該ヒータにより風を加熱する請求項２１に記載の風力発電方法。The wind power generation method according to claim 21, wherein a heater is provided inside the wind tunnel having the wind blowing port, and the wind is heated by the heater.

筒状の風洞内部に回転自在に配設され、当該風洞内部に吹き込む風の風力を受けて回転する風力ファンと、前記風力ファンの回転力を用いて発電する発電機とを備える風力発電装置に用いられる風洞部材であって、
前記風洞を前記風の流通方向に複数の風洞ユニットに分割可能に構成することを特徴とする風洞部材。A wind power generator, which is rotatably disposed inside a cylindrical wind tunnel and rotates by receiving wind force of the wind blown into the wind tunnel, and a power generator that generates power using the rotational force of the wind fan. A wind tunnel member used,
The wind tunnel member is configured so that the wind tunnel can be divided into a plurality of wind tunnel units in the flow direction of the wind.

前記風洞ユニットは、前記風力ファンを着脱自在に軸支する第１風洞ユニットと、前記風洞部材の側面部に風取り入れ口が設けられた第２風洞ユニットと、前記風洞部材の側面部から径方向に拡大して風を取り入れる集風部が設けられた第３風洞ユニットと、前記風洞部材の側面部を画定する第４風洞ユニットと、前記発電機を回転自在に軸支する第５風洞ユニットと、風を吹き出し口から強制的に排気して風洞内部に気流を発生させる排気ファンを回転駆動可能に軸支する第６風洞ユニットとを含む請求項２６記載の風洞部材The wind tunnel unit includes a first wind tunnel unit that detachably supports the wind fan, a second wind tunnel unit provided with a wind intake port on a side surface of the wind tunnel member, and a radial direction from a side surface of the wind tunnel member. A third wind tunnel unit provided with a wind collecting portion for taking in the wind by enlarging the wind tunnel, a fourth wind tunnel unit defining a side surface of the wind tunnel member, and a fifth wind tunnel unit rotatably supporting the generator. 27. A wind tunnel member according to claim 26, further comprising: a sixth wind tunnel unit rotatably supporting an exhaust fan for forcibly exhausting the wind from an outlet to generate an air current in the wind tunnel.