JP2680774B2

JP2680774B2 - 風力取出し装置

Info

Publication number: JP2680774B2
Application number: JP4225871A
Authority: JP
Inventors: 重雄中川
Original assignee: 重雄中川
Priority date: 1992-08-25
Filing date: 1992-08-25
Publication date: 1997-11-19
Anticipated expiration: 2012-11-19
Also published as: JPH0688565A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、風力を発電機などの
駆動力として有効に取出すための風力取出し装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術及びその課題】風力を利用する代表的な装
置として、特開昭５７−６５８８２号公報、特公昭６３
−５３３９３号公報、及び特開昭５５−１６４７８３号
公報等で示されるように、風車により発電機を回して電
気を得る風力発電機が知られている。

【０００３】このような従来の風力発電機は、一様な風
の吹く地点を選んで風車を設け、その風車の向きを風の
方向に応じて変化させながら風車を回転させ、風車に接
続した発電機を回すようにしている。

【０００４】しかし、風力は時々刻々その大きさが変化
し、また、風は方向が急激に変化したり、全くなくなる
瞬間が多くあるため、従来の風力発電機では風車の回転
が一様にならず、安定した発電機出力が得られない問題
がある。

【０００５】このような問題に対して、風速の大きさに
より風車のピッチを変化させて一定の回転を得る等の工
夫がなされているが、このような工夫は、風車の構造を
複雑にし、また風が停止した場合には以前と同様に風車
を回転させることができず、安定した出力を得るための
有効な手段とならない問題がある。

【０００６】このように風力を利用する方法は、風のも
つ不安定な出力特性のために実用化が著しく少なくなっ
ており、内燃機関の利用拡大と共に次第にその姿を消し
つつある。しかし、地球上には現実に膨大な量の風のエ
ネルギーが存在しており、風力を有効に利用することが
できれば、燃焼物を生じさせる内燃機関等に比べて極め
てクリーンなエネルギーを提供できる利点がある。

【０００７】そこで、この発明は、風の力を効率よく利
用でき、安定した動力として取出すことができる風力取
出し装置を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は、風胴３の内部に回転自在の羽根車１２
を設けて、その風胴３内に、風を導いてその風により前
記羽根車１２を回転させ、風力を羽根車１２の回転力と
して取り出す風力取出し装置であって、風胴３を垂直に
立てて、この風胴３を持ち上げ支持すると共に、この風
胴３の下部に傾斜通路５を接続し、この傾斜通路５の風
取入れ口４から前記風胴３の下部に至るまでに、この傾
斜通路５を徐々に高くして傾斜させ、前記傾斜通路５の
風取入れ口４の縁から風胴３の縁までを覆う外殻２を設
けて、これらの両縁間の傾斜通路５及び内壁に沿う最短
長さを該各縁間の外殻２外面に沿う最短長さよりも大き
く設定し、かつ、前記外殻２の内面に複数本の水樋１９
を該外殻２の上側から下側へと順次並設して、この水樋
１９に水を満たし、さらに、外殻２の下面には各傾斜通
路５の開閉度が調整可能なシャッタ２７を設けた構成と
したのである。

【０００９】

【作用】このように構成するこの発明は、風取入れ口４
から傾斜通路５を介して風胴３内部に風が入ると、風胴
３内部で風が整流されて上方に抜け、その整流した風に
より羽根車１２が回される。この様に風を整流すると、
羽根車１２に対する風の向きが一定になり、安定した風
力を得ることができる。また、羽根車１２を収納した風
胴３内部を風が移動することにより、風胴３内部に入っ
た風が無駄なく羽根車１２に作用することになり、効率
の良い羽根車１２の回転が行える。

【００１０】また、風は、風取入れ口４の縁で分岐さ
れ、傾斜通路５及び風胴３を流れるとともに、外殻３に
沿って流れる。これらの風は、一旦分岐された後、風胴
３の上端の縁で相互に合致しようとする。ここで、傾斜
通路５及び風胴３に沿う最短長さを外殻２に沿う最短長
さよりも大きく設定しているため、傾斜通路５及び風胴
３を流れる風が外殻２に沿って流れる風よりも大きな距
離を移動せねばならず、この結果、風胴３の内外に圧力
等が生じ、傾斜通路５及び風胴３内を流れる風の風速が
大きくなって、風胴３内に入り込む風量が増し、結果と
して風胴３内部の風力が増大する。

【００１１】また、外殻２の内面に複数本の水樋１９を
該外殻２の上側から下側へと順次並設して、この水樋１
９に水を満たしたので、太陽熱により外殻２が加熱され
ると、この熱は、水樋１９内の水に伝わって蓄積され、
この水の熱によって外殻２の内部空間が加熱され、更に
風胴３内部の空気へと伝わる。このとき、水樋１９から
水蒸気が発生し、この小蒸気によっても前記熱の伝達が
促進される。この作用により風胴３内部の温度が外気の
温度に比べて高温になるため、その温度差により上昇気
流が生じ、風胴３内部に風の流れを発生させ、風力の増
大が図られる。

【００１２】さらに、外殻２の下面には傾斜通路５の開
閉度が調整可能なシャッタ２７を設けたので、風胴３内
に入り込む風量を調整でき、羽根車１２の回転に最適な
風量を送り込むことができる。

【００１３】

【実施例】以下、この発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。図１乃至図８は、発電用に本発明の風力取
出し装置を利用した例を示しており、図１は装置の正面
図、図２は平面図、図４は縦断正面図を示す。

【００１４】図において、１は、地表面Ａに設置された
基礎建造物、２は、基礎建造物１の上に構築される風胴
の外殻であり、この外殻２は、平面視がほぼ正六角形を
した角錐形状で形成されている。

【００１５】上記外殻２は、高さ及び幅寸法が４０〜５
０ｍ前後の大きさで形成され、その外殻の内部に、基礎
建造物１から上下方向に延びる風胴３が形成されてい
る。この風胴３は、断面が円形の筒形状で形成され、上
端が外殻２の上方に向かって開口している。

【００１６】また、外殻２の下端には、図３乃至図５に
示すように、外殻２の全周をめぐるように開口した６つ
の風取入れ口４が形成され、その各々の風取入れ口４
が、それぞれ外殻内部の傾斜通路５を介して風胴３の下
部に接続されている。上記傾斜通路５は、基礎建造物１
の上部に設けた傾斜面６と、外殻３に設けた隔壁７によ
り通路状に形成され、風胴３の中心に向かって上向きに
傾斜するように形成されている。また、その各傾斜通路
５と風胴３の連結部８の高さＨ₁は、各風取入れ口４の
上端部の高さＨ₂よりも大きく（Ｈ₁＞Ｈ₂）なるよう
に設定されている。

【００１７】上記風胴３の上部には、水平な横桟９がか
け渡され、その横桟９の中央部と基礎建造物１の天井中
央部との間に、軸受部材１０、１０を介して回転軸１１
が取付けられており、その回転軸１１に羽根車１２が取
付けられている。この羽根車１２は、４板の羽根を備
え、その各羽根の端部が風胴３の側壁３ａに近接するよ
うに形成されており、風胴３の内側全体に羽根が拡がる
ように設けられている。また、上記回転軸１１の下端
は、基礎建造物１の内部に設置した発電機１３に連結さ
れており、羽根車１２により回転軸１１が回されると、
発電機１３が回転して発電が行なわれるようになってい
る。

【００１８】上記外殻２は、図４乃至図６に示すよう
に、鋼板等の板状フレームを中空の容器状に組合せて構
成され、その内部に、大きな中空部１４が形成されてい
る。また、外殻２の上下方向の断面形状は、図６に示す
ように、風胴３に向かって山形となる三角形状で形成さ
れており、風胴３と傾斜通路５と通る外殻２の内側面の
長さＬ₁（＝ａ＋ｂ）は、外殻２の外側面の長さＬ₂よ
りも大きく（Ｌ₁＞Ｌ₂）形成されている。

【００１９】一方、外殻２の内部に形成される中空部１
４は、図４に示すように、風胴３の側壁３ａに設けた空
気導入口１５の扉１６を開閉することにより、外部に対
して連通又は密閉されるようになっている。

【００２０】また、外殻２の外板１７は、ステンレス鋼
板などの熱伝導性の良い材料で形成され、中空部１４に
向き合う外板１７の内面には、その内面に沿って水を還
流させる水路１８が設けられている。この水路１８は、
図７及び図８に示すように、多数の直線状の水樋１９を
上下方向に一定の間隔で配列し、その各水樋１９の端部
同士を水の落し込み管２０で連結して形成されている。
また、各水樋１９は、水の落し込み管２０を設けた端部
に向かってわずかな角度で下向きの傾斜が設けられてお
り、上部の水樋１９に供給された水は、水樋１９を流れ
て落し込み管２０から下側の水樋１９に落ち、順次下方
の水樋１９に向かって流れ落ちるようになっている。

【００２１】この場合、各水樋１９の傾斜角度は、２０
００分の１程度の小さい勾配角度で設定するのがよい。
これにより、水が各水樋１９を極めてゆっくりとした速
度で流れ、各水樋内部で一定時間貯留された状態で環流
するために、太陽熱により加熱された外板１７の熱が水
樋１９の水に長い時間をかけて伝わり、水を十分に加熱
することができる。

【００２２】一方、外殻２の中空部１４の下部は、水路
１８から流れ下ちた水の貯留部２１となるが、その貯留
部１９と水路１８の最上部の水樋１９との間に送水管２
２が設けられ、その送水管２２に、水樋１９へ水を汲み
上げるためのポンプ２３が設けられている。

【００２３】また、外殻２の下端縁には、その下端全周
をめぐるヒータ２４が設けられ、風取入れ口４の上辺を
加熱するようになっている。このヒータ２４の下面は、
回動扉２５で開閉される開口２６となっており、その開
口２６からヒータ２４の据付けや修理が行なえるように
なっている。

【００２４】また、外殻２の下面には、各傾斜通路５を
遮閉する巻上げ式のシャッタ２７が設けられており、こ
のシャッタ２７により各傾斜通路５を閉じると、風取入
れ口４から風胴３に風が流れ込まず、羽根車１２の回転
が止まるため、その羽根車や回転軸１１等の修理を行な
うことができる。一方、シャッタ２７の開閉は（巻き上
げ度）を調整することにより、羽根車１２への風量を調
整し得る。

【００２５】さらに、図４に示すように、外殻２の中空
部１４には、その内部で発生した蒸気を排出するための
蒸気管２８が設けられ、この蒸気管２８の下端は、蒸気
圧で作動する発電装置２９に接続されている。

【００２６】一方、外殻２の周囲の地表面Ａには、図２
及び図４に示すように、外殻２を中心として環状に形成
された雨水収集用の複数の集水溝３０が設けられ、その
集水溝３０から延びる管路３１が、基礎建造物１の地下
に設けられた貯水タンク３２につながっている。また、
外殻２の下端には、外殻表面の雨水を集める環状の雨樋
３３が設けられ、その環状の雨樋３３が管路３４を介し
て貯水タンク３２に接続されている。

【００２７】また、上記貯水タンク３２から上方に延び
た給水管３５が、外殻２内部の送水管２２に切換弁３６
を介して接続しており、その給水管３５に、水を水路１
８に向かって汲み上げるポンプ３７が設けられている。

【００２８】この実施例は上記のような構造であり、次
にその作用を説明する。風取入れ口４から風が入ると、
その風は、傾斜通路５を移動する間に上向きの力が与え
られ、風胴３内に導入される。風胴３では、風が巻き上
げられて上昇気流となるが、その上昇の間に風は風胴３
の形状によって整流され、羽根車１２に当った後、風胴
３の上方へ抜け出す。これにより、羽根車１２には、常
に同一方向から真正面に衝合する風が作用することにな
り、安定した回転軸１１の回転を得ることができる。

【００２９】また、風胴３には、６つの風取入れ口４か
ら入った風が１つに収束され、その収束された風が風胴
３の内部で羽根車１２に無駄なく作用するため、羽根車
１２には大きな風力が加えられ、発電機１３につながる
回転軸１１を大きな力で回転させることができる。

【００３０】さらに、外殻２の全周をめぐるように設け
た６つの風取入れ口４より風が取り込まれるので、風の
方向が急に変化しても常に風胴３内に風が導入されるこ
とになり、羽根車１２を安定して回転させることができ
る。

【００３１】また、上記の風胴による作用の他に、外殻
２の形状からくる増速効果も風に作用する。先ず、外殻
２の下端縁に当った風は、図６に示すように外殻の内側
面と外側面に分かれ、その両側面に沿って移動するが、
外殻２の内側面を通る風は、外側面を通る風よりも長い
距離を移動する必要があるため（上述したＬ₁＞Ｌ₂の
関係から）、この結果、風胴３の内外に圧力差が生じ、
その内側面の風は速度が大きくなる。このように外殻２
の内側面を流れる風が増速されると、それに伴なって傾
斜通路５や風胴３内部に入り込む風量が増し、結果的に
羽根車１２に作用する風力が増大する。

【００３２】一方、風の動きが少ない又は止まり、風取
入れ口４から必要量の風が導入されない場合は、次のよ
うにして風を発生させる。

【００３３】先ず、日中において、太陽の熱により外殻
２の表面が高温度に熱せられている場合は、外殻内面の
水路１８に水を汲み上げ、外殻の内面に沿って水を還流
させる。これにより、水路１８の水が外殻２の外板１７
の熱によって加熱されるが、その水を繰り返し水路１８
に循環させると水が蒸発し、その蒸気によって外殻２の
中空部１４の内部が加熱される。

【００３４】このように中空部１４が高温度になり、外
部との間に温度差が生じると、その温度差により外殻２
の周囲で上昇気流が発生し、上昇気流によって発生した
風が各風取入れ口４から風胴３内に入り、羽根車１２を
回転させる。また、この場合、中空部１４に発生した蒸
気は蒸気管２８を流れて蒸気発電装置２９を作動し、電
気を発生させる。

【００３５】一方、外殻が太陽によって熱せられない夜
間においては、外殻２の下端のヒータ２４を作動し、風
取入れ口４の近傍の空気を加熱する。このように加熱さ
れた空気は、分子運動が著しく激しくなるため、周囲へ
急速に移動するが、その後にすぐに周囲から冷たい空気
が入り込むため、風取入れ口４には次々と風が入り込む
ことになり、その風が風胴３に導入されて羽根車１２を
回転させる。

【００３６】上記のように、この実施例の装置では、自
然の風があれば、その風を効率よく風胴３内に導入して
羽根車１２を回転させ、無風又は風量が十分でない場合
は、風を発生させて羽根車１２を回転させるので、常に
一定した羽根車１２の回転が得られ、安定した発電機出
力を得ることができる。

【００３７】また、雨水を集めて水路１８に還流させる
水に雨水を使用し、さらに水路１８に水を汲み上げるポ
ンプ２３、３７等の駆動を発電機１３や蒸気の発電装置
２９から得られる電気で行なうようにすれば、発電装置
に対して外部からの水やエネルギーの補給が不要とな
り、装置を低コストで稼働させることができる。

【００３８】なお、上記実施例では、風胴３内に１個の
羽根車１２を設けたが、複数の羽根車を同一の回転軸や
複数の回転軸に取付けるようにしてもよい。

【００３９】また、外殻１２の形状は図示したような六
角形の角錐形状に限らず、他の多角形の角錐形状や円錐
形状で形成することもできる。

【００４０】さらに、上記においては発電用に本発明の
風力取出し装置を利用した例を示したが、これに限ら
ず、農業機械や土木機械等を駆動する動力の取出しに、
この発明の風力取出し装置を使用することもできる。

【００４１】

【効果】この発明は、以上のように構成し、風を調整し
つつ上昇させて羽根車１２に送り、風胴３の内外圧力差
により風量を増し、太陽熱からの水による蓄熱によって
風量を増大し、シャッタ２７によって最適な風量を送り
込み得るようにしたので、高効率で安定した動力の取出
しを行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の正面図

【図２】同上の平面図

【図３】図１のIII −III 線からみた底面図

【図４】実施例の縦断正面図

【図５】同上の一部切欠き斜視図

【図６】外殻の断面形状と風の流れを示す図

【図７】外殻の内部構造を示す断面図

【図８】外殻内面の水路を示す断面図

【符号の説明】

１基礎建造物２外殻３風胴４風取入れ口５傾斜通路１１回転軸１２羽根車１３発電機１４中空部１８水路１９水樋２２送水管２４ヒータ２７シャッタ３０集水溝３２貯水タンク

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】風胴３の内部に回転自在の羽根車１２を
設けて、その風胴３内に、風を導いてその風により前記
羽根車１２を回転させ、風力を羽根車１２の回転力とし
て取り出す風力取出し装置であって、上記風胴３を垂直に立てて、この風胴３を持ち上げ支持
すると共に、この風胴３の下部に傾斜通路５を接続し、
この傾斜通路５の風取入れ口４から前記風胴３の下部に
至るまでに、この傾斜通路５を徐々に高くして傾斜さ
せ、上記傾斜通路５の風取入れ口４の縁から風胴３の縁まで
を覆う外殻２を設けて、これらの両縁間の傾斜通路５及
び内壁に沿う最短長さを該各縁間の外殻２外面に沿う最
短長さよりも大きく設定し、かつ、上記外殻２の内面に複数本の水樋１９を該外殻２
の上側から下側へと順次並設して、この水樋１９に水を
満たし、さらに、外殻２の下面には各傾斜通路５の開閉度が調整
可能なシャッタ２７を設けたことを特徴とする風力取出
し装置。