(57)【要約】【課題】建築物の屋上の風況を改善し、風力発電に適するようにすると共に、屋上の敷地の有効利用を図ること。【解決手段】建築物の屋上に、建築物の屋上と上面視で略同一の形状を有する下側集風構造体と上側集風構造体とを配設し、当該下側集風構造体は、当該建築物屋上部分を中央部に平坦で水平な面を有する凸部を上方に向けた穏やかな円弧面状に被装し、当該上側集風構造体は、当該下側集風構造体の上方に配設され、当該下側集風構造体とは上下に略対称の形状をしており、当該下側集風構造体と当該上側集風構造体との当該平坦な面で囲まれた空間内には、少なくとも１又は２以上の垂直軸型風力発電装置が配設されたことを特徴とする風力発電装置のための建築物の屋上の集風構造を形成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建築物の屋上の集風構造であって、建築物の屋上と上面視で略同一の形状を有する下側集風構造体と上側集風構造体とを有し、前記下側集風構造体は、前記建築物の屋上を、中央部に平坦で水平な面を有する凸部が上方に向いた穏やかな円弧面状に被装し、前記上側集風構造体は、前記下側集風構造体の上方にあって、前記下側集風構造体とは上下に略対称の形状をしており、前記下側集風構造体と前記上側集風構造体との平坦な面の間に形成される空間には、少なくとも１又は２以上の垂直軸型風力発電装置が配設されることを特徴とする風力発電装置のための建築物の屋上の集風構造。
【請求項２】
前記下側集風構造体の外周部は上面視で前記屋上の外周を超える程度に拡張されており、前記該下側集風構造体の外周と建築物の壁面の上端との間には、水平方向に空間が設けられている請求項１に記載した風力発電装置のための建築物の屋上の集風構造。
【請求項３】
前記上側集風構造体乃至前記下側集風構造体の前記円弧面状の部分の断面を翼型に形成した前記請求項１乃至請求項２のいずれか１項に記載した風力発電装置のための建築物の屋上の集風構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築物の屋上の集風構造に関するものであり、更に詳細には、建築物の屋上に設置される風力発電装置のための、建築物の屋上の集風構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型風力発電装置は、再生可能なエネルギー源の一つである風を利用するものであり、風のあるところなら、基本的にどこにでも設置が可能である。また、原子力発電や火力発電に比べても、安全性が高くランニングコストも低いため、これら原子力発電等を補完する小規模発電装置として注目されている。
【０００３】
そのため、特に電力需要の多いビルなどの建築物では、ビルの共有部分の照明等の付帯設備への電力供給や、停電などの際の補完的電力供給設備として、風力発電装置をビルなどの建築物の周囲や屋上などに設置し、活用する事が期待されている。
【０００４】
しかし、建築物の屋上には、昇降機の機械室ないし屋上への出入口等を兼ねた棟屋や、空調装置等の設備機器、各種アンテナや中継器などが設置されている。そのため、当該建築物の屋上部分の気流は、これらの設置物により乱されて複雑化すると共に、弱められてしまい、これらの設置物との配置上の制約もあるため、風力発電装置の設置には適さないとされていた。
【０００５】
そのため、特許文献１等で開示されているように、従来の屋上設置型の風力発電装置は、屋上部分で乱された風の影響を避けるため、建築物の側面外壁の上端と当該建築物の屋上面周囲との境界部分に風力発電装置を設置するなどして、当該風力発電装置を稼働させていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１９３６３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記特許文献１で開示されている発明のように、建築物の角部である建築物側面外壁の上端と当該建築物の屋上部分を構成する面との境界部分に風力発電装置を設置した場合には、風況が安定しないという課題があった。即ち、風車の設置部分において、当該建築物の側面外壁に沿って垂直に上方へ通流する風と、当該建築物の屋上部分を水平に通流する風とが相互に干渉して、乱流が生ずる場合が多いため、風速と風向とが安定しないという課題があった。
【０００８】
さらに、上記特許文献１で開示されている発明の場合には、風力発電装置が、建築物の屋上面の端部若しくは外壁側面を越えて突出した構造となっているため、保守管理の際に危険を伴うと共に手間がかかり、建築物の外観をデザインする上でも制約があった。
【０００９】
また、風力発電装置は、発電を開始するためには最低限の風が必要であり、風力発電用風車に直接当たる風だけでは、発電開始風速に至らない場合があった。
【００１０】
そこで本発明は、従来不向きとされていた建築物の屋上に風力発電装置を設置し、建物の屋上を通流する風を有効に利用して風力発電装置の効率的な稼働を図るための、建築物の屋上の集風構造を提供する事を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために本発明は、建築物の屋上の集風構造であって、建築物の屋上と上面視で略同一の形状を有する下側集風構造体と上側集風構造体とを有し、前記下側集風構造体は、前記建築物の屋上を、中央部に平坦で水平な面を有する凸部が上方に向いた穏やかな円弧面状に被装し、前記上側集風構造体は、前記下側集風構造体の上方にあって、前記下側集風構造体とは上下に略対称の形状をしており、前記下側集風構造体と前記上側集風構造体の平坦な面の間には、少なくとも１又は２以上の垂直軸型風力発電装置が配設されることを特徴とする建築物の屋上の集風構造を提供する。
【００１２】
また、上記課題は、前記下側集風構造体の外周部は上面視で前記屋上の外周を超える程度に拡張されており、前記該下側集風構造体の外周と建築物の壁面の上端との間には、水平方向に空間が設けられていることによって、または、前記上側集風構造体乃至前記下側集風構造体の前記円弧面状部分の断面を翼型に形成したことによって、更に効果的に達成される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、上記のように建築物の屋上を集風構造体で覆い、当該集風構造体により、風力発電装置の風車部分と建築物の屋上に設置される構造物等との配置を上下に分離する事により、建築物の屋上に設置される装置や構造物等によって屋上を通流する風が乱されて風車を通流する部分の風の風況が乱される事を防ぐ事を可能とし、これにより風車部分を通流する風の風況を改善する事が可能である。
【００１４】
また、本発明では、建築物の屋上部分を形成する床面と下側集風構造体の作る空間内に、通常は屋上に設置される熱交換器機等の屋上設置物を収納するため、建築物の屋上全体を通流する風を有効に利用して風力発電装置の効率的な稼働を図る事が可能であり、同時に、建築物の屋上の敷地の有効利用が可能である。
【００１５】
また、本発明では、風車周辺の環境において風速が低い場合であっても、風車に直接通流する風だけではなく、風車の上下方向を通流する風を集風構造体により集めて、風車に流入する風の風速を増加させ、風車を効率的に回転させる事が可能である。その結果、本発明では風車に接続した発電機を効率良く運転する事が可能となり、発電量を増加させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の建築物の屋上の集風構造の第１の実施形態の概略を示す斜視図である。
【図２】図１に記載した本発明の第１の実施形態の中央断面の側面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の中央断面の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明の建築物の屋上の集風構造の第１の実施形態の概略を示す斜視図であり、図２は同じく第１の実施形態の中央部分の垂直断面を側面から見た図である。なお、図１から図３では、本発明の構成の理解を容易にするために、一部を省略して記載している。
【００１８】
本実施形態では、建築物１０は上面視で略四角形状の形態をしており、当該建築物１０の屋上の床面２０の形状も同様に略四角形状である。そして前記屋上の前記床面２０には、前記建築物１０内で使用される空調装置の熱交換器や給水タンクなどの、一般的に屋上に設置される装置類や構造物等の屋上設置物（図示しない）が設置されている。
【００１９】
前記屋上の外縁にはこれを取り囲むようにパラペット４０が形成されている。なお、ここでパラペットとは、屋上の端を取り囲むように設けられた手すり壁のことを言う。
【００２０】
そして、当該屋上の上方には、支柱５０に支持されて、当該パラペット４０の上方から始まり当該屋上全体を覆うように、凸部が上方に向いた穏やかな円弧状に下側集風構造体１００が形成され、その更に上方には、上側集風構造体２００が形成されている。当該上側集風構造体２００と当該下側集風構造体１００とは上面視で前記屋上と略同一の形状をしており、当該上側集風構造体２００と当該下側集風構造体１００とは更に、上下方向に略対称な形態を有している。本実施形態の場合には、上側集風構造体２００と下側集風構造体１００とは建築物１０の屋上の形態に合わせて上面視で略四角形状に形成されている。また、下側集風構造体１００により形成される曲面の内部と建築物１０の前記屋上の床面２０との間に構成される空間には、当該建築物１０の建物内で使用される空調設備の熱交換装置等の屋上設置物（図示しない）が設置されている。
【００２１】
また、当該上側集風構造体２００の中央部分２５０と当該下側集風構造体１００の中央部分１５０とは、それぞれ互いに平行な平面状に構成されており、当該平面状に構成された当該上側集風構造体２００の中央部分２５０と当該下側集風構造体１００の中央部分１５０とがつくる空間部分には、隣接する風車５４０を通流する風との風の干渉を考慮した上で、複数の風力発電装置５００が配設されている。本実施形態の場合には、当該中央部分を構成する平面は前記上下の集風構造体と相似形をなす四角形状をしており、該中央部の平面を構成する略四角形状の各辺と上下の集風構造体を構成する外周部の四角形状の対応する各辺との間は上述のように穏やかな曲面により形成されている。当該曲面は、上下それぞれの集風構造体の当該平面部分から当該下側集風構造体１００では下方へ、当該上側集風構造体２００では上方へ形成されている。
【００２２】
そして、当該曲面の断面形状は、当該上下の集風構造体の表面を通流する風が当該集風構造体の表面から剥離するのを防止すると同時に増速する事を可能とするために、翼型になっていることが望ましい。その場合には当該翼型の前縁を前記上下の集風構造体の外縁とし、当該翼型の翼弦から上部の曲面を前記上下の集風構造体が作る曲面として構成する。
【００２３】
また、上記上下の集風構造体の中央部分（１５０，２５０）の間に配設される複数の風力発電装置５００は、垂直軸型風力発電装置であり、風車５４０の形式は、ジャイロミル型、ダリウス型、サボニウス型、又はクロスフロー型等の任意の形式の選択が可能である。
【００２４】
そして、当該風車の垂直に形成された回転軸の下方には、発電機５２０が接続されており、当該風車５４０と発電機５２０との間には、必要に応じて増速機５１０が配設される。
【００２５】
また、当該風車５４０と当該発電機５２０等は、前記建築物１０の屋上の床面２０から支柱等の支持構造体５３０により支持されており、本実施形態の場合では、風車５４０は床面から３ｍ程度の高さに設置されている。
【００２６】
このように構成される本発明の建築物の屋上の集風構造によれば、建築物１０の屋上に設置された風力発電装置５００の風車５４０周辺の上下方向を通流する風を、本発明の上側集風構造体２００及び下側集風構造体１００により、当該上下の集風構造体の間に設けられた風力発電装置５００に導いて、当該風力発電装置５００を構成する風車５４０を通流する風量と風速とを増加させる事が可能である。
【００２７】
また、空調装置の室外機や給水設備等の建築物の屋上部分に設置される事が一般的である装置や構造物等の屋上設置物（図示しない）を、下側集風構造体１００の曲面と建築物１０の屋上の床面２０が作る空間との内部に収納するため、建築物１０の屋上を通流する風がこれらの屋上設置物（図示しない）により乱されたり弱められたりする事を防止すると同時に、屋上スペースの有効利用を図る事が可能である。
【００２８】
次に図３は、本発明の第２の実施形態を示す側面図である。なお、ここで、図２に示したものと同一の構成部分については同一の符号を付すか又は省略し、特掲しない限りはその説明を省略する。
【００２９】
本発明の第２の実施形態では前記下側集風構造体３００の外周部は上面視で建築物１０の外周を超える程度に拡張されている。そして、当該下側集風構造体３００の外縁と建築物１０の外壁の上部に沿って設けられたパラペット４０との間には水平方向に空間６０が設けられている。
【００３０】
このように構成する事によって本発明の第２の実施形態では、建築物１０の外壁に沿って当該建築物の上方へ通流する風を、上記パラペット４０と上記下側集風構造体３００の外縁との間に水平方向に設けた空間６０から当該下側集風構造体３００と当該建築物１０の屋上の床面２０との間に構成される空間内へ逃がす事が可能である。そして、このようにする事によって、上側集風構造体４００と下側集風構造体３００との間に水平方向から流入する風に対して、当該建築物１０の側面から垂直に上昇する風が干渉して、乱流となったり弱められたりする事を防ぐ事が可能である。また、同時に屋上に設置された熱交換器等の屋上設置物３０に対する空気による熱交換の促進を図る事も可能となる。
【００３１】
以上の説明は本発明の実施形態を例示したものであり、本発明を限定することを意図したものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形をしたものも本発明に包含される。
【００３２】
例えば、本発明では上側集風構造体（１００、２００）と下側集風構造体（２００，４００）とを支柱５０により支持しているが、当該上側集風構造体（１００、２００）と当該下側集風構造体（２００，４００）との間の部分の支柱５０の長さは、当該上側集風構造体（１００、２００）と当該下側集風構造体（２００，４００）との間を通流する風速等に応じて伸縮自在とする事も可能である。
【００３３】
例えば、上記上下の集風構造体の間の空間を通流する風の風速が大きくなり発電停止風速に至った場合には、支柱５０の長さを短くして、上側集風構造体（１００、２００）を降下させ、風力発電装置５００を構成する風車５４０の部分は上側集風構造体（１００、２００）が作る曲面で構成される空間の内部に収納して、当該風車５４０の部分を風による影響から保護する事も可能である。なお、ここで発電停止風速とは、風速が過大となった場合に風力発電装置への過負荷を防ぐために、発電を停止する風速を言う。
【００３４】
また、同様に風力発電装置５００を支持している支持構造体５３０を伸縮自在とする事も可能である。そのような構造とした場合には、例えば、風が強い場合には、当該支持構造体５３０の長さを短縮して、下側集風構造体（２００，４００）のつくる曲面と建築物１０の屋上の床面２０とが構成する空間内に当該風力発電装置５００の風車部分５４０を収納し、風車を保護する事も可能である。
【００３５】
更に、本発明の上下の集風構造体の構成材料は、本発明の形態を維持する強度を有する限り、特に限定を設けるものではなく、金属系の構造材料や、ＣＦＲＰやＧＦＲＰ等を利用すること可能である。また更に、上下の集風構造体の構成材料を異なるものとする事も可能である。例えば、下側集風構造体（２００，４００）を断熱材により構成する事も可能であり、そのような構成とした場合には建築物１０の屋上の床面２０と当該屋上に設置した機器等の屋上設置物に対して、建築物１０の外部からの熱伝達の影響を抑制する事が可能である。
【００３６】
また、上側集風構造体（１００、２００）の上部に太陽電池を配設し、風力発電装置５００による発電量と併せて、供給可能な電力を増加させる構成とする事も可能であり、或いは、熱交換流体の通ずる管路を設けて、屋上部分に設置される熱交換器の代替乃至補完を行うことも可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  建築物
２０  屋上部分の床面
３０  屋上設置物
４０  パラペット
５０  支柱
６０  パラペットと下側集風構造体の外縁との間の水平の空間
１００、３００  下側集風構造体
２００、４００  上側集風構造体
１５０、３５０  下側集風構造体中央部
２５０、４５０  上側集風構造体中央部
５００  風力発電装置
５１０  増速機
５２０  発電機
５３０  支持構造体
５４０  風車
【図１】
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【図２】
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【図３】
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