JP2005226588A - 風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プロペラ方式よりも設置場所の限定が少なくサボニウス型等よりも効率的で大きな出力の発電が期待出来て弱風時や強風時等の発電出力の調整が比較的容易であり無風時にも発電可能な機能と広告塔等の機能も付加出来る風力発電装置を提供する。
【解決手段】回転軸が水平方向にある羽根車２とこの支承架構３とこれを水平方向に回動可能とする回転支持機構部位４と支持基礎部５を有し、支承架構３の風上側に羽根車２の下方向半分を防風出来る防風部材６と風下側に垂直尾翼７を設け、防風部材６の下部後方に下方からの風を羽根車２の回転方向に導風出来る導風部材８を設けた形態の風車を用いる。そして、導風部材８の下方部分が回動出来る様にし導風量を調節出来る様にして羽根車の回転力を弱風時や強風時に調節が出来る様にし、支承架構３の上部外面等に太陽電池の受光部１１を付設し太陽光発電の機能と垂直尾翼７に文字等を施し広告塔の機能を付加する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、風力発電装置に関するものであり、特に、板状の回転翼を有し回転軸が水平方向にある羽根車を用いて風向の変化に適切に対向して受風出来るとともに羽根車の回転力を高めることが出来る様にした受風方式の風力発電装置に関する。

風力発電の受風方式としては従来からプロペラ型やサボニウス型、ダリウス型風車等が知られている。前記各受風方式には用いる場合の得失が各々にあり、例えば、プロペラ型は回転翼を長くし回転径を大きくすることにより大きな発電出力が期待出来るがそれに伴い高い支柱を設け基礎も大きくする必要があり強風には比較的対応力が小さく回転翼の破損飛散による周辺への被害等を考慮しなければならないため設置場所が限定され、サボニウス型、ダリウス型に類するものは回転軸が鉛直方向にあるため設置基盤面から余り高さを要しない位置での発電が容易であり設置場所の限定は比較的少ないが回転翼の回転位置によっては受風力が回転への抵抗力として作用とするとともに風は同地点でも高さ方向で風速が異なって来るので風力の回転エネルギーへの変換は効率的と言い難く大型化による大出力も期待し難いと言った得失がある。

このため、本発明者は、前記各受風方式の得失を勘案し新たな発電方法の提案として「風力発電装置（特願２００３−１０１２０８）」および「風力発電装置（特願２００３−４２２２９６）」を既出願している。該提案の趣旨は、板状面で受風する回転翼を有し回転軸が水平方向にあり回転軸の両端部が支承される羽根車を用いて該羽根車の支承架構が支持基礎部上で回動可能とし風向の変化に対応出来る様にして設置基盤面から余り高さを要しない位置での発電を容易にし、前記支承架構の風上側に羽根車の回転範囲の下方半分を防風し回転翼の回転位置的な風力による抵抗力を無くし羽根車の回転力を高め効率的な発電が出来る様にして、プロペラ方式よりも設置場所の限定が少なくサボニウス型等よりも効率的で大きな出力の発電が期待出来る風力発電装置を提供することにある。

また、前記提案は、それ自体としてその目的を達し得るものであるが、風力発電の重要性が高まるにつれて、特に弱風時において、より発電効率の高い風力発電装置が望まれて来ている。また、風力発電装置が普及されるには費用対効果の経済的なハードルが残っているため他の機能も付加された風力発電装置も望まれている。
特願２００３−１０１２０８号 特願２００３−４２２２９６号

本発明が解決しようとする最も主要な問題点は、大規模プロペラ方式では設置場所の限定がありビルディング等の屋上等に設置することが困難である点にある。このため、プロペラ方式よりも設置場所の限定が少なくサボニウス型等よりも比較的発電効率が高く大きな出力の発電が期待出来る風力発電装置で、弱風時および強風時等の風の状態に応じて発電出力の調整が比較的容易であり、更には、無風時にも発電が可能となる機能や広告塔等の他の機能も付加出来る風力発電装置を提供することにある。

前記の目的を達成するため、本発明の風力発電装置は、回転軸から放射状に突出する板状の回転翼を３枚以上有し回転軸が水平方向にある羽根車が用いられ、羽根車の両端を支承する枠状の支承架構とこれを連結支持し水平方向に回動可能とする回転支持機構部位とこれを連結支持する支持基礎部を有し、前記支承架構の風上側に羽根車の回転範囲の概ね下方向半分が防風出来る防風部材が設けられ風下側に風向の変化にも容易に支承架構の特定面が対向出来る様にするための垂直尾翼が設けられた形態の風車が用いられた風力発電装置で、防風部材の下部から後方にかけて防風部材の下方からの風を羽根車の回転方向に導き入れることが出来る様にした形体の導風部材が設けられたことを最も主要な特徴とする。

付加して、前記防風部材が、前方に突出する頂角が約６０〜９０度の範囲の三角形の二辺もしくはその頂点に接する様な楕円の一部形状をなした形体に類する断面形状をなしている防風部材であることを特徴とする。

更には、前記導風部材が、風を羽根車の回転方向への導風に効果的であるくの字または湾曲形状の断面形状をなした導風部材であることを特徴とする。更には、該導風部材が、中間の頂部を軸として軸は位置固定され少なくとも下方部分が回動出来る様にし下方部分を回動させることにより当該導風部材の羽根車の回転方向への導風量を調節出来る様にしていることを特徴とする。

更には、前記支承架構の少なくとも上部外面に太陽電池の受光部を付設して太陽光発電が出来る様にしたことを特徴とする。更には、前記支承架構の側面部または垂直尾翼に文字やデザイン等を施し広告塔としての機能を付加したことを特徴とする。

本発明によれば、プロペラ方式よりも設置場所の限定が少なくサボニウス型等よりも比較的発電効率が高く大きな出力の発電が期待出来る風力発電装置で、弱風時および強風時等の風の状態に応じて発電出力の調整が比較的容易に出来る風力発電装置が提供出来る様になる。このため、今までプロペラ方式では回転翼の破損飛散等の恐れから設置が難しかったビルディング等の屋上や風況にやや劣る生活場所の近隣にも容易に設置出来て比較的効率の良い発電が出来る様になる。更には、太陽光発電により無風時にも発電が出来る機能や広告塔としての機能を付加した機能性の高い風力発電装置が提供出来る様になる。

本発明の風力発電装置の最良の形態としては、以下に記載することが勘案された形態のものである。風車の大枠の形態としては羽根車を一つまたは二つ用いた一段式または二段式の形態である。回転翼は通常においては４〜６枚とし外周側近傍に翼の受風効率が高められる断面がくの字または湾曲形状の部位を設けることが好ましい。そして、支承架構は開口部側の寸法比としての高さ／幅が約１／１〜３で側方幅が回転翼の回転径に近似した略筒状の形態が好ましい。回転支持機構部位は強風にも強度的に安定で摩擦抵抗が少なく回動が容易な機構を用い、規模が大きくなる場合には必要に応じて外周側に補助回転支持機構部位を設けることが好ましい。支持基礎部は鉄骨を用いて受風抵抗が低減出来て強風にも強度的に安定な架構形態で地盤または建築躯体に固設する。防風部材は頂角が７０〜８０度の二等辺もしくはその頂点に接する楕円の一部形状をなした形体に類する断面形状が好ましい。垂直尾翼は強度を確保しつつ厚みが薄く極力軽量で支承架構の上部より突出した部分を多くし且つ回転軸から離れた受風面をより大きく確保出来る様な形体が好ましい。導風部材は、くの字または湾曲形状の断面形状をなし、上方部分は固設し下方部分は回動出来るものが好ましく、くの字形状の例では、上方部分は約７０〜８０度の範囲の角度で固設し下方部分は防風部材の下端部から水平より下方約５０度までの範囲を回動出来てこの範囲内の任意の角度に位置固定出来る様な制御機構を付設し羽根車の回転方向への導風量を調節出来る様にすることが好ましい。発電機は発電効率が高く極力小型化したもので、支承架構の無駄な開口寸法を要しない様に羽根車の下方風下側に配設することが好ましい。羽根車の回転力を発電機に伝達する回転伝達機構は伝達ロスが少なく受風抵抗が少ない形態の機構が好ましい。そして、支承架構の少なくとも上部外面等に太陽電池の受光部を付設して太陽光発電が出来る様にし、支承架構の側面部または垂直尾翼に文字やデザイン等を施し広告塔としての機能を付加することが好ましい。

図１は本発明の風力発電装置の１実施例の断面図である。図２は図１の例の正面図であり、図３は図１の例の側面図である。図４は図１の例の羽根車が二段式の例の断面図である。図５は導風部材の下方部分が回動可能な場合の例の断面図である。以下、図面を参照して本発明に係る風力発電装置を説明する。尚、前記図中の符号については後述の符号の説明に記載する。

本発明の風力発電装置１は、図１〜３に示す様に、放射状に突出する板状の回転翼を有し回転軸が水平方向にある羽根車２が用いられ、羽根車２を支承する枠状の支承架構３とこれを連結支持し水平方向に回動可能とする回転支持機構部位４とこれを連結支持する支持基礎部５を有し、支承架構３の風上側に羽根車２の回転範囲の概ね下方向半分を防風出来る防風部材６が設けられ風下側に風向の変化にも容易に支承架構３の特定面が対向出来る様にするための垂直尾翼７が設けられ、防風部材６の下部から後方にかけて下方からの風を羽根車２の回転方向に導き入れることが出来る様にした形体の導風部材８が設けられた形態の風車が用いられ、羽根車２の回転力を回転伝達機構９により発電機１０に伝達して発電出来る様にした発電装置である。そして、必要に応じて、支承架構３の上部外面等に太陽電池の受光部１１を付設して太陽光発電が出来る様にし、図示されていないが、支承架構３の側面部または垂直尾翼７に文字やデザイン等を施すことにより広告塔の機能を付加する。

また、発明の風力発電装置１は、図４に示す様に、羽根車を二段式にした形態とする場合があり、必要に応じて、更なる多段式にした形態とする場合もある。そして、図５に示す様に、導風部材８を中間の頂部を軸として軸は位置固定し少なくとも下方部分を回動出来る様にして該下方部分を回動させることにより導風部材８による羽根車２の回転方向への導風量を調節出来る様にする場合もある。以下、他の実施例も含め本風力発電装置１に連関する主な部位、機器等に関し付記して説明する。

羽根車２は、回転翼は通常においては４〜６枚程度で平板でも良いが受風効果を高める観点からくの字形状または湾曲状に類した形状部を設けることが好ましく、例えば、くの字形状では内角が概ね１００〜１５０度を目処とするのが好ましい。回転翼と回転軸との連結方法としては一体化出来て本発明の目的を達成出来れば限定されない。材質としては、鉄等の金属または高強度プラスチック等の高強度高耐久材料が考えられるが本発明の目的を達成出来れば限定されない。また、羽根車２は回転伝達機構９を支承架構３の中間部に組み入れるために回転翼の中間部を欠損部を極力少なくする様にした切り込み部を設けるか羽根車２を連結する様な形態にする場合もある。

支承架構３は、主構成部が羽根車２を支承する支承機構を有した主支承部位３ａと薄板状の側辺部位３ｂとからなる。材質としては羽根車２に記載した材質に準じたものが考えられるが本発明の目的を達成出来れば限定されない。羽根車２の支承方法としては既存の回転機械の回転軸支承に通常用いられているものに準じ、例えば、ボールベアリングに類する機構等を組み込んだ支承方法が考えられるが本発明の目的を達成出来れば限定されない。そして、側辺部位３ｂの外面には必要に応じて筋状補強部材３ｃを付設する。また、側辺部位３ｂ上面の風上側突端には羽根車２の回転力に寄与する受風量を増すための水平面から上方に約３０度の角度をなした増風用部材３ｄを付設することも好ましい。そして、大きさについては本発明の目的を達成出来れば限定されないが、開口部側の寸法比としての高さ／幅が約１／１〜３で、側方幅が回転翼の回転径に近似した略筒状の形態とすることが好ましい。

回転支持機構部位４は、上部で支承架構３に緊結され下部で支持基礎部５にに緊結されていて、支承架構３の下方からの支承のみならず水平方向および浮き上がり防止対応を勘案した支承方法が組み込まれた形態をなしている。円滑な回動を可能とするための構造としては、例えば、ボールベアリングに類する機構またはポリテトラルフルオロエチレン、グラファイト等を他のプラスチック材料に混合して摩擦抵抗を低減させた部材を摺動部材として組み込んだ機構もしくはオイル等の潤滑剤を利用した機構等を組み込んだ構造等のものが考えられるが、摩擦抵抗を低減し円滑な回動と上部の支持強度が確保され本発明の目的を達成出来れば限定されない。また、規模が大きくなる場合には必要に応じて適宜、支承架構３の外周側にローラー機構や摺動部材等を用いた補助回転機構部位４ａを付設することが好ましい。

支持基礎部５は、構造は主に鉄骨もしくは鉄筋コンクリート構造が用いられるが限定はされず、仕様は規模や設置場所等の条件により適宜設定される。特に、建築物の屋上に設置する場合には、軽量化と受風圧の軽減が勘案されることが好ましい。また、地盤または建築物の躯体部等１２への固設は現状の土木建築工事で通常用いられている固設方法に準じた方法で固設されてよい。

防風部材６は、受風抵抗および羽根車側への導風効果を勘案して、前方に突出する頂角が約６０〜９０度の範囲の三角形の二辺の断面形状をした形体または前記頂点に接する楕円の一部形状をなした形体に類する断面形状をした形態のものが好ましい。材質としては羽根車２に記載した材質に準じたものが考えられるが本発明の目的を達成出来れば限定されない。支承架構３への固設は主に両端部で必要に応じて下端部および中間部でも補強部材を介して溶接またはボルト等にて固設する。また、固設以外でも補強部材により適宜補強することが好ましく、三角形の底辺に当たる部分を薄板にて覆設することも導風部材８の導風効果を高める上で好ましい。

垂直尾翼７は、形状としては本発明の目的を達成出来れば限定されないが、強度を確保しつつ厚みが薄く極力軽量で支承架構３の上部より突出した部分を多くし回転軸から離れた受風面をより大きく確保出来る形体が好ましい。材質としては羽根車２に記載した材質に準じたものが考えられるが本発明の目的を達成出来れば限定されない。支承架構３への固設は直接固設される部位もあるが主に補助部材を介して溶接またはボルト等にて固設され、該補助部材の材質および形状等は強度や受風抵抗等を勘案して適宜決定される。

導風部材８は、風を羽根車２の回転方向へ導風出来て導風部材８自体の受風抵抗を極力低減出来る形態のものであれば限定されないが、くの字または湾曲形状の断面形状をなした全体が不動のものでもよいが、上方部分は固設され下方部分は回動出来るものが好ましい。くの字形状の例では、全体が不動のものの場合には上方部分は約６０〜９０度の範囲の角度をで固設され下方部分は水平より下方約１０〜５０度の範囲で適宜固設される。そして、下方部分が回動出来る場合には下方部分が防風部材６の下端部から水平より下方約５０度のまでの範囲を回動出来る様にし前記範囲内の任意の角度に位置固定出来る様な制御機構を付設して羽根車２の回転方向への導風量を調節出来る様にし、導風の羽根車の回転力への寄与を弱風時には高めて強風時には減少させることが出来る様にすることが好ましい。材質としては羽根車２に記載した材質に準じたものが考えられるが本発明の目的を達成出来れば限定されない。また、支承架構３への留め付け方法は本発明の目的を達成出来る適宜な方法で留め付けられ限定はされない。

回転力伝達機構９は、回転力の伝達ロスが極力少ない伝達機構が用いられ、歯車、ベルト等を用いた機構が考えられるが本発明の目的を達成出来れば機構および配設方法は限定されない。配設位置は支承架構３の側部に付設する様な形の配設があるが、支承架構３の中間部に配設する場合もある。また、必要に応じて適切な変速機構が組み込まれる。

発電機１０は、本風力発電装置１に適用出来るものであれば限定されないが極力小型で発電効率の高いものが好ましく、羽根車２の下方後方部の中央部近傍に配設することが好ましいが限定はされない。

太陽電池の受光部１１は、軽量で発電効率の高いものが好ましく、主に支承架構３の上部外面に付設されるが、必要に応じて側部外面および垂直尾翼７等の配設可能場所に追加して付設することも好ましい。また、太陽電池としての仕様は本発明の目的を達成出来れば限定はされない。

地球温暖化等の地球環境悪化の要因となる火力発電や安全性が課題として残っている原子力発電に代わる地球環境に優しい発電装置として利用出来るとともに今後期待される燃料電池のための水素ガスを水の電気分解により製造することにも利用出来る。

本発明の風力発電装置の１実施例の断面図 図１の例の正面図 図１の例の側面図 図１の例の羽根車が二段式の例の断面図 導風部材の下方部分が回動可能な場合の例の断面図

符号の説明

１ ；本発明の風力発電装置
２ ；羽根車
３ ；支承架構
３ａ；支承架構の主支承部位
３ｂ；支承架構の側辺部位
３ｃ；側辺部位を補強する筋状補強部材
３ｄ；側辺部位の上部風上側の突端部に固設する増風用部材
４ ；回転支持機構部位
４ａ；補助回転支持機構部位
５ ；支持基礎部
６ ；防風部材
７ ；垂直尾翼
８ ；導風部材
９ ；回転力伝達機構
１０ ；発電機
１１ ；太陽電池の受光部
１２ ；地盤面または建築物の躯体部等

Claims (6)

1. 回転軸から放射状に突出する板状の回転翼を３枚以上有し回転軸が水平方向にある羽根車が用いられ、羽根車の両端を支承する枠状の支承架構とこれを連結支持し水平方向に回動可能とする回転支持機構部位とこれを連結支持する支持基礎部を有し、前記支承架構の風上側に羽根車の回転範囲の概ね下方向半分が防風出来る防風部材が設けられ風下側に風向の変化にも容易に支承架構の特定面が対向出来る様にするための垂直尾翼が設けられた形態の風車が用いられた風力発電装置で、前記防風部材の下部から後方にかけて該防風部材の下方からの風を羽根車の回転方向に導き入れることが出来る様にした形体の導風部材が設けられたことを特徴とする風力発電装置。
2. 前記防風部材が、前方に突出する頂角が約６０〜９０度の範囲の三角形の二辺もしくはその頂点に接する様な楕円の一部形状をなした形体に類する断面形状をなしている防風部材であることを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
3. 前記導風部材が、風を前記羽根車の回転方向への導風に効果的であるくの字または湾曲形状の断面形状をなしている導風部材であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の風力発電装置。
4. 前記導風部材が、中間の頂部を軸として軸は位置固定され少なくとも下方部分が回動出来る様にし、下方部分を回動させることにより当該導風部材の羽根車の回転方向への導風量を調節出来る様にしていることを特徴とする請求項３に記載の風力発電装置。
5. 前記支承架構の少なくとも上部外面に太陽電池の受光部を付設して太陽光発電が出来る様にしたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の風力発電装置。
6. 前記支承架構の側面部または前記垂直尾翼に文字やデザイン等を施し広告塔としての機能を付加したことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の風力発電装置。

Images