JPH1162811A - 風力を繰返し利用する風車発電装置及び強風遮断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 風洞の中で風速を加速しながら複数の風車に
当て、風力を繰返し最大限に利用して発電するので極め
て効率がよく、風向面積が小さいので広い場所はもとよ
り、高層建築物屋上に設置したり、走行車輛などに搭載
することができる風車発電装置を提供する。 【解決手段】 風上側の口径を大きく風下側の口径を小
さくした風洞の中に、複数の風車とこれに連結する発電
機とを間隔をおいて設け、又は１台の発電機に間隔をお
いた複数の風車を同軸に連結した風車発電装置と、風速
計の風速情報に対応して、駆動装置に連結した押動板の
往復動により、風洞前方の遮断板を開閉する構成とした
強風遮断装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、風洞に取り入れた
風を順次複数の風車に当てて、風力を繰返し最大限に利
用する風車発電装置、及び強風時に風車の回転を停止さ
せる強風遮断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】風車の回転力を発電に利用することは広
く行われているが、風車の形状は回転速度が早いことか
ら２〜４枚羽根のプロペラ形が最も多く使用され、その
他ダリウス形やクロスフロー形の風車が使用される。な
お、プロペラ形は回転直径が６ｍの小さいものから３０
ｍに達する大きいものが使用され、多くは丘陵地などの
広い場所に設置される。これらは自然の風をそのまま利
用するものであるが、効率を高めるために風を風洞に取
り入れ風速を加速してから羽根に当てる方式の風車が提
案されている。例えば、実開昭６０−１２５３６８号公
報に開示された考案は、流路断面積が出口部よりも大き
い入口部を有する風洞内に、風車と発電機とを配置した
もので、風洞に入った風の風力が増大するので発電効率
が高くなると記載されている。また、特開平９−８８８
００号公報に開示された発明は、風上の入口部分が最大
限に広げられ、風下方向に風の通る断面積が小さく絞ら
れた４角形の風洞を使用し、風洞の出口外側に風車を設
けたもので、風力を無駄なく広範囲に取り込むことがで
き発電量が増大すると記載されている。本発明は、複数
の風車により風力を反復して最大限に利用するものであ
るが、このような先行技術は見当たらない。

【０００３】自然の風は、風車発電に適した風速でない
ときがあり、風速が必要以上に早いときは発電機の回転
に異常を生じて発電が適正に行われなく、暴風などの強
烈な風の場合は、風車が破損することがある。そこでプ
ロペラ形の風車の場合は、風車を防護するために、風速
に対応して翼の角度を変更して強風には風向に対する翼
面積を減少させ、風速が限度を越えたときは翼の角度が
風の流れに平行になるように変えることにより、風車を
停止させる手段がとられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の風洞を有する風
車発電機は、風洞に取り入れた風を風洞の末端部寄り又
は風洞の末端外側において風車に当て、風車に当たった
風は直ちに大気中に放出されるものである。従って風力
は一回だけ利用するものであって、放出された風にはな
お大きなエネルギーが残っており、効率の悪いものであ
る。また、翼の角度を変える風力制御装置は高価なもの
であるばかりでなく、風車の強度に問題がある。本発明
は、風洞の中で風速を加速すると共に、風洞内に間隔を
おいて配設した複数の風車によって、取入れた風のエネ
ルギーを反復して最大限に利用することにより、小さな
風向面積から効率よく大きな電力を取得することができ
るとともに、簡易な装置で暴風時には風車を停止させる
ことができ、丘陵地などの広い場所はもとより高層建築
物屋上などの狭い場所に設置して自家発電したり、走行
車輛に搭載して電力を補給したりすることができる風車
発電装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、風上
側の口径が大きく、風下側の口径が小さい風洞１の中
に、間隔をおいて複数の風車２と、該風車２に連結した
複数の発電機３とを設けたものである。

【０００６】請求項２の発明は、複数の風車２の回転軸
４が同軸であって、１台の発電機３の回転軸４に連結さ
れているものである。

【０００７】請求項３の発明は、風洞１上に設けた風速
計５の風速情報の変化に対応して、風洞１の風上側の前
方に設けたドア形の遮断板６が、遮断板６に取付けた押
動杆７の、駆動装置による往復動によって開閉する構成
の強風遮断装置である。

【０００８】

【発明の実施の形態】請求項１の発明を、図１の風車発
電装置の一部切欠側面図によって説明する。図は遮断板
６が閉じた状態を示している。風洞１の形状は風上側の
口径を大きく即ち風向面積を大きくし、風下側の口径を
小さくしたもので、風洞１内壁は風洞１の中心線８に対
して鋭角を呈している。なお、図２の段階部のある風洞
を用いた風車発電装置の一部切欠側面図に示すように、
風洞１内壁が風洞１の中心線８に対して鋭角を呈する部
分と、風洞１の中心線８に平行する部分とを交互に段階
的に有する形状の風洞１もある。この形状の風洞１で
は、風車２の数と同数の階段部９を設けてある。なお、
図２では強風遮断装置を省略してある。風洞１がこのよ
うな形状を呈しているのは、取入れ口から取入れた風が
風車２に当たって風力が弱まるから、次の風車２に達す
るまでに狭い通路を通過させることにより、風速を加速
させて強い風を風車２に当てるためである。

【０００９】風洞１内に取付けられる風車２の数は複数
で、通常２乃至６台である。風車２は風洞１内に所定の
間隔をおいて設置され、その回転軸４には発電機３が連
結されている。図２に示す風洞１に段階部９を有するも
のにあっては、風洞１内壁が中心線８に平行になってい
る箇所に風車２が設置される。風車２及び発電機３は、
風洞１内壁下部に立設した支柱１０によって、発電機３
若しくは回転軸４の軸受部を支持することにより、風洞
１内の所定の位置を保持している。

【００１０】風車２は回転速度が早いものが適してお
り、２乃至４枚羽根のプロペラ形のものが普通に使用さ
れるが、やや回転速度の遅いタービン形や扇風機の羽根
車形の風車２も使用される。風車２の羽根の大きさは、
風車２を設置した位置における風洞１の内径よりもやや
小さい回転直径を有する大きさである。従って、風洞１
の末端寄りのものほど、順次回転直径の小さい風車２が
設置されている。

【００１１】風洞１の後部上方には、風洞１の風取入れ
口を常に風上に向けるための風向板１１が設けられてい
る。地上に設置した基礎１２には風洞支柱１３が立設さ
れ、風洞支柱１３の上端にはベアリングを内蔵する回転
板受け１４があって、風洞１の重心位置に設けた回転板
１５が、回転板受け１４に軸支嵌合し軽く回転できるよ
うになっている。また、基礎１２の上には蓄電池１６が
載置されている。なお、発電機３から回転板１５に達す
る図示しない電線に通電された電流が、回転板１５と回
転板受け１４、風洞支柱１３を経由して、基礎１２上の
蓄電池１６に流れて蓄電されるようになっている。回転
板１５にはスリップリングが内蔵されており、回転板１
５内の電線に達した電流は、スリップリングの電気接点
を介して、回転板受け１４内の電線に送電されるから、
風洞１の回転によって電線がねじれることがなく、蓄電
池１６へ送電される。蓄電池１６からは送電線に送電さ
れるか、種々の電気器具などに配電されることになる。

【００１２】請求項２の発明は、各風車２の回転軸４を
同軸とし、発電機３を１台にしたものであって、図３の
風車の回転軸を同軸とした風車発電装置の一部切欠側面
図によって説明する。風洞１の形状、風車２の形状、風
車２の数については請求項１の発明のものと同様であ
る。しかし発電機３を１台で共用するものであるから、
各風車２の回転数は同一でなければならない。そのため
に、１台目の風車２に当たって通過した風速の低下した
風が、２台目の風車２に当たる際に、当初の風速と同一
の風速になっていなければならないから、そのような風
速になるように風洞１内壁の傾斜角度が設計される。ま
た、風車２については回転速度が同一になるように、ソ
リディテイ比（羽根の回転面積に対する羽根の面積の比
率）の同一のものが使用される。

【００１３】請求項３の発明は、風車２の安全装置に関
するものであって、図４の遮断板が閉じた状態を示す強
風遮断装置の一部切欠平面図、及び図５の遮断板が閉じ
た状態を示す強風遮断装置の正面図、並びに図６の遮断
板が開いた状態を示す強風遮断装置の一部切欠平面図に
よって説明する。図に示すものは、２枚の遮断板６が左
右に開閉する観音開きの場合であり、点線は遮断板６が
開いた位置を示している。暴風のように風力が強大にな
った場合は、風力を制限するか又は風力を遮断して、風
車発電装置の破損を防止する必要があり、強風遮断装置
は強風を遮断して風車２を保護するものである。風洞１
の上には風速計５が設置され、絶えず風速情報を発信し
ている。風洞１の風上側開口部の前に２枚の観音開きと
なった遮断板６が、風洞１前部を囲む枠１７に設けたヒ
ンジ１８によって枢着され回動自在になっている。ヒン
ジ１８の軸からやや離れた位置で、遮断板６に設けたブ
ラケット１９に押動杆７が枢支されており、押動杆７は
駆動装置によって往復動するようになっている。

【００１４】図４、図５、図６に示す駆動装置は、枠１
７内に設けたモータ２０と減速装置２１とラック２２と
よりなるものである。モータ２０は左右両回転が可能な
リバーシブルモータが使用される。モータ２０は風速計
５の風速情報を受けたマイクロコンピュータ２３の作用
によって正回転または逆回転をし、モータ２０の回転は
減速装置２１によって減速され、減速装置２１の最終位
置の歯車であるピニオン２４が、ラック２２に歯合して
ラック２２を往復動させる。ラック２２の終端は押動杆
７に枢支されているから、ラック２２が風上側へ動く
と、押動杆７が風上側へ摺動してブラケット１９を押す
ので、遮断板６が風上側へ開き、逆にラック２２が風下
側へ動くと、押動杆７が風下側へ移動しブラケット１９
を牽引するから遮断板６が閉じる。

【００１５】風速計５の風速情報はマイクロコンピュー
タ２３によって処理され、設定値例えば風速２０ｍに達
すると開閉スィッチ２５の閉側接点にスィッチＯＮの出
力をし、モータの電気回路を閉側に閉じて遮断板６が閉
まるように作動させ、設定値以下になると逆方向にモー
タ２０が回転するように開側接点にスィッチＯＮの出力
をし、モータ２０の電気回路を開側に閉じて逆回転さ
せ、遮断板６が開くように作動させる。遮断板６が開け
ば風が風洞１に入り、遮断板６が閉じれば風は風洞１に
入らなく、風車２は回転を停止する。なお、駆動装置の
駆動は、遮断板６が閉じ又は開いた時点で停止する必要
があるので、これらの時点に達するときまで駆動装置が
作動し続け、その後に停止するようにマイクロコンピュ
ータ２３が、開閉スッチ２５にスィッチＯＦの出力をす
る。また、これらの電気装置を稼働させる電力は、風車
２の一つから得た電力の一部を、枠１７に設けた別の蓄
電池１６に蓄電して使用する。

【００１７】駆動装置は、上述のモータ２０とラック２
２を使用するものとは限らなく、押動杆７を往復動させ
るものであれば、種々の公知の手段が採用される。例え
ば、開閉スイッチ２５によって電磁切換弁を遮断板６の
開側又は閉側に作動させ、コンプレッサーによって貯留
された圧力タンク内の高圧空気をシリンダーへ送り、ピ
ストンを往復動させてピストンに枢支した押動杆７を往
復動させる手段であってもよい。空気圧ピストンの代わ
りに油圧ピストンを使用してもよい。

【００１８】また、往復駆動アクチェータを使用し、ア
クチェータの可動子に枢着した押動杆７を往復動させる
手段であってもよく、回転子がなく摺動子が往復運動す
るリニアモータを使用し、摺動子に押動杆７を枢支させ
たものでもよい。

【００１９】遮断板６は上述した長方形の２枚の観音開
きでなくとも、方形の１枚であってもよい。更に上述の
遮断板６は左右に開閉するものであるが、開閉は上下方
向であってもよい。その形状は上述の長方形のものに限
ることはなく、２枚の半円形であってもよく、要は風洞
１の開口部を覆うものであればよい。

【００２０】次に本発明の風車発電装置の使用方法につ
いて説明する。高層建築物屋上に数台設置する場合は、
屋上の数箇所に風洞１の回転に支障のない間隔に数個の
基礎１２を設け、その上にそれぞれ風車発電装置を載置
する。なお、蓄電池１６は各発電機３の電力をまとめ
て、一か所に設置した蓄電池１６に蓄電できるようにし
てもよい。風が吹けば風向板１１の作用により風洞１の
風上開口部が、風上方向に向くように風洞１を回転させ
る。各風車２は回転し発電機３が回転して電力が発生
し、蓄電池１６に蓄電される。風向が変われば、風向板
１１の作用により風向方向に風洞１が回転する。

【００２１】風洞１の前面には強風遮断装置を設けてあ
る。風洞１上に設けてある風速計５は常に風速を測定し
ており、その風速情報がマイクロコンピュータ２３に伝
達され、風速が適性範囲にあるときは何の出力も出さな
いが、風速が設定値に達すると駆動装置が作動するよう
に電気回路を閉じるよう開閉スイッチ２５に閉側接点Ｏ
Ｎの出力をする。駆動装置が押動杆７を牽引して遮断板
６が閉じると、風は風洞１に入らなくなる。風速が設定
値以下になると、マイクロコンピュータ２３は開閉スイ
ッチ２５の開側接点ＯＮの出力をし、駆動装置は作動し
て押動杆７が摺動するから、遮断板６が回動して開き、
風は風洞１に入るようになる。

【００２２】風車発電装置を走行車輛に搭載する場合、
例えば電気自動車２６の場合は図６の自動車に載置した
状態を示す一部切欠斜視図に示すように、ボンネット２
７内に風車発電装置を設置する。この場合の風車発電装
置は、電気自動車２６の走行方向からの風のみを利用す
るものであるから、風洞１は回転する必要がなく、回転
板１５や回転板受け１４のない風車発電装置を設置し、
蓄電池１６についても電気自動車２６の蓄電池を共用す
る。自動車走行中は、自動車前面からボンネット２７内
の風洞１に風が取入れられ、風車２と発電機３を回転さ
せて電力を発生させる。得られた電力で蓄電池の電力を
補充することができる。

【００２３】

【発明の効果】本発明の風車発電装置は、風洞に取入れ
た風の風速を加速しながら、風洞内の複数の風車によっ
て、風のエネルギーを反復して最大限に利用することに
より、小さな風向面積から効率よく大きな電力を取得す
ると共に、平地や丘陵地に設置することはもとより、大
きな設置面積を要しないから、高層建築物屋上などの狭
い場所に設置して自家用発電を行い、あるいは走行車輛
に搭載して電力の補充に使用することができる顕著な効
果がある。また、強風に対しては遮断板が閉じることに
より、風車などの破損が完全に防止される効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】風車発電装置の一部切欠側面図である。

【図２】段階部のある風洞を用いた風車発電装置の一部
切欠側面図である。

【図３】風車の回転軸を同軸とした風車発電装置の一部
切欠側面図である。

【図４】遮断板が閉じた状態を示す強風遮断装置の一部
切欠平面図である。

【図５】遮断板が閉じた状態を示す強風遮断装置の正面
図である。

【図６】遮断板が開いた状態を示す強風遮断装置の一部
切欠平面図である。

【図７】自動車に載置した状態を示す一部切欠斜視図で
ある。

【符号の説明】

１ 風洞 ２ 風車 ３ 発電機 ４ 回転軸 ５ 風速計 ６ 遮断板 ７ 押動板 １０ 支柱 １１ 風向板 １３ 風洞支柱 １４ 回転板受け １５ 回転板 １６ 蓄電地 １７ 枠 １９ ブラケット ２０ モータ ２２ ラック ２３ マイクロコンピュータ ２４ ピニオン ２５ 開閉スィッチ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 風上側の口径を大きく風下側の口径を小
   さくした風洞（１）の中に、複数の風車（２）と該風車
   （２）に連結した複数の発電機（３）とを、間隔をおい
   て設けたことを特徴とする風力を繰返し利用する風車発
   電装置。
2. 【請求項２】 複数の風車（２）の回転軸（４）が同軸
   であって、１台の発電機（３）の回転軸（４）に連結さ
   れていることを特徴とする請求項１記載の風力を繰返し
   利用する風車発電装置。
3. 【請求項３】 風洞（１）上に設けた風速計（５）の風
   速情報の変化に対応して、風洞（１）の風上側前方に設
   けたドア形の遮断板（６）が、遮断板（６）に取付けた
   押動杆（７）の、駆動装置による往復動によって開閉す
   る構成としたことを特徴とする強風遮断装置。