(57)【要約】      （修正有）【課題】ブレード等の周囲を覆う遮蔽板を移動させて風量、風向により風の当たるブレード等の部分を調整する自然風も工場からの排気ガスも使用可能な風力発電装置。【解決手段】排気ガス排出口１１と、自然風と排気ガス排出口１１からの排気とが当接する箇所に設置される抗力係数の異なる複数の面を有するブレード３１と、可動式遮蔽板４１とを有する風力発電装置。可動式遮蔽板４１は、ブレード３１の周囲を移動可能であり、遮蔽部分でブレードへの自然風を遮断する。可動式遮蔽板４１は、ブレード３１に自然風が当たることでブレード３１に反対方向の回転力を生ずるブレード３１部分を自然風の当接から遮断する。可動式遮蔽板４１は、常時はブレード３１の抗力係数の大きい部分を露出して自然風に当接させ、他の部分を自然風の当接から遮断し、強風時はブレード３１の抵抗係数の小さい部分を露出して自然風に当接させ、他の部分を自然風の当接から遮断する。【選択図】図１
2014001707.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス排出口と、
自然風と排気ガス排出口からの排気、及び、排気ガスに含まれる廃熱による上昇気流とが当接する箇所に設置されるブレードと、
ブレードの周囲を移動可能であるとともに遮蔽部分でブレードへの自然風を遮断する可動式遮蔽板とを備える風力発電装置。
【請求項２】
可動式遮蔽板は、ブレードに自然風が当たることでブレードに反対方向の回転力を生ずるブレード部分を自然風の当接から遮断する請求項１記載の風力発電装置。
【請求項３】
ブレードは抗力係数の異なる複数の面を有するとともに、
可動式遮蔽板は、通常時はブレードの抗力係数の大きい部分を露出して自然風に当接させ、他の部分を自然風の当接から遮断し、強風時はブレードの抵抗係数の小さい部分を露出して自然風に当接させ、他の部分を自然風の当接から遮断する請求項１又は請求項２記載の風力発電装置。
【請求項４】
可動式遮蔽板は、通常時には、ブレードの抗力係数の大きい部分である通常面に自然風は当接するが、風が当接するブレードのブレード回転軸を挟んで反対側に位置するブレードには、自然風の当接を遮断する位置に移動される請求項１又は請求項２又は請求項３記載の風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自然風及び工場からの排気ガスを使用可能な風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電装置としては、水平軸を用いて風車を回転する水平軸風車による風力発電装置、あるいは垂直軸を用いて風車を回転する垂直軸風車による風力発電装置が知られている。他方、工場の排気ガスはそのまま有効利用されることなく廃棄されていた。そのため、排気ガスや排出空気の残留エネルギーと自然風のエネルギーとの両方を使用する風力発電装置が提案されている。更に、風速が弱いと風車が回らず、発電できない課題を有した。
【０００３】
特許文献１に記載のハイブリット型風力発電装置は、「排気ガスや排出空気の残留エネルギーと自然風のエネルギーとの両方を比較的コンパクトな装置で効率よく回収可能なハイブリッド型風力発電装置を提供する」ものであって、「工場などから排出される排気ガスに含まれる残留エネルギーと、自然風の風力エネルギーとの両方を利用して発電を行うハイブリッド型風力発電装置」である（特許文献１［０００１］）。
【０００４】
同文献の解決手段に記載されるように、「風力発電機の翼車部に高速で排出される建物の排出空気や加熱炉の排気ガスにより駆動されるとともに、この風力発電機の翼車部に自然風を直接導入することにより自然風により翼車部を直接駆動するので、風力発電機を排気ガス（排出空気を含む）のエネルギーと自然風のエネルギーの両方により駆動することができるため、単一の装置で出力増大を図ることができる。」、「排気ダクトの出口部３１、３２及び縦型風車の翼車部１を互いに近接して設け、排気ダクトの出口部３１、３２から排出される排気ガス風と自然風とで翼車部１を回転させて発電を行う。」という構成を備えたものであり（特許文献１［要約］）、「風力発電機の翼車部に高速で排出される建物の排出空気や加熱炉の排気ガスにより駆動されるとともに、この風力発電機の翼車部に自然風を直接導入することにより自然風により翼車部を直接駆動するので、風力発電機を排気ガス（排出空気を含む）のエネルギーと自然風のエネルギーの両方により駆動することができるため、単一の装置で出力増大を図ることができる。」ものである（特許文献１［０００８］）。
【０００５】
更に、「排気ダクトの出口部は、前記縦型風車の回転軸を中心として略線対称位置に少なくとも２個配置され、前記２個の出口部の一方は前記縦型風車の回転方向へ前記排気ガス風を吹き出し、前記２個の出口部の他方は前記縦型風車の回転方向と逆方向へ前記排気ガス風を吹き出す。このようにすれば、縦型風車のトルクバランスを改善することができる。」ものである（特許文献１［００１６］）。そのため「１は縦型風車型の風力発電機の翼車部、２は工場建屋、３は工場建屋２の屋上に設けられた工業加熱炉（図示せず）の排気ダクトの出口部である。」とされる（特許文献１［００２２］）。
【０００６】
特許文献２に記載の、三位一体型発電装置は、「多くが無駄に捨てられている廃熱を利用して作られる熱上昇流体に、ロータに水平方向から流入する流体エネルギおよび前記ロータの上方を流れる流体の流体エネルギの作用で作りだされる熱上昇旋回流体を利用し、構成が簡素且つ丈夫で寿命の長い流体力発電装置を含んでいる三位一体型発電装置を提供する。」ものである。そのため、「風雨対策や安全管理のために屋内に設置される必要があるバイオマス発電装置とそれを収納することが出来、かつ風力発電装置の架台となりうる構造物、風力発電装置の架台となりうる前記構造物の上に取付けられる流体力発電装置、太陽光を受光するために傾斜壁あるいは水平壁をもつ前記構造物に取付けられる太陽光発電装置の太陽光発電パネルとする。」からなる（特許文献２解決手段参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１５４７５９号公報
【特許文献２】特開２００９−２５７２３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１、特許文献２記載の発明では、排気ガスや排出空気の残留エネルギーと自然風のエネルギーとの両方を使用する風力発電装置については記載がある。しかし、風力発電する為に回転される、ブレード、回転翼、翼車、ロータ等の周囲を可動式の遮蔽板で覆い、遮蔽板を移動させてブレード等の部分に当たる風量、風向を調整することは、行われていなかった。
【０００９】
この発明は、ブレード等の周囲を可動式の遮蔽板で覆い、遮蔽板を移動させて風量、風向により風の当たるブレード等の部分を調整することで、風の効率的な利用を図る自然風も工場からの排気ガスも使用可能な風力発電装置とすることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の風力発電装置は、
排気ガス排出口と、
自然風と排気ガス排出口からの排気、及び、排気ガスに含まれる廃熱による上昇気流とが当接する箇所に設置されるブレードと、
ブレードの周囲を移動可能であるとともに遮蔽部分でブレードへの自然風を遮断する可動式遮蔽板と、を備える。
さらに、本発明は、
可動式遮蔽板は、ブレードに自然風が当たることでブレードに反対方向の回転力を生ずるブレード部分を自然風の当接から遮断する。
さらに、この発明では、
ブレードは抗力係数の異なる複数の面を有するとともに、
可動式遮蔽板は、通常時はブレードの抗力係数の大きい部分を露出して自然風に当接させ、他の部分を自然風の当接から遮断し、強風時はブレードの抵抗係数の小さい部分を露出して自然風に当接させ、他の部分を自然風の当接から遮断する。
さらに、この発明では、
可動式遮蔽板は、通常時には、ブレードの抗力係数の大きい部分である通常面に自然風は当接するが、風が当接するブレードのブレード回転軸を挟んで反対側に位置するブレードには、自然風の当接を遮断する位置に移動される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、排気ガスと自然風とを利用して風力発電するため、自然風がなくとも風力発電することが可能となる。
更に、本発明では、ブレードの周囲を移動可能であるとともに遮蔽部分でブレードへの自然風を遮断する可動式遮蔽板とを備える。そのため、自然風のブレードへの当接面を選択することが可能である。
更に、本発明では、ブレードは抗力係数の異なる複数の面を有する。可動式遮蔽板は、通常時はブレードの抗力係数の大きい部分を露出して自然風に当接させ、他の部分を自然風の当接から遮断する。強風時には可動式遮蔽板は、ブレードの抵抗係数の小さい部分を露出して自然風に当接させ、他の部分を自然風の当接から遮断する。そのため、強風時にはブレードの破壊を避けることが可能である。
更に、本発明では、
可動式遮蔽板は、通常時には、ブレードの抗力係数の大きい部分である通常面に自然風は当接するが、風が当接するブレードのブレード回転軸を挟んで反対側に位置するブレードには、自然風の当接を遮断する位置に移動される。そのため、風の有効利用を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施例の正面図である。
【図２】この発明の実施例の平面図である。
【図３】この発明の実施例の使用状態の一部斜視図である。
【図４】この発明の実施例の使用状態の平面概念図である。
【図５】この発明の実施例の他の使用状態の平面概念図である。
【図６】この発明の実施例の作動説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の一形態を、図１ないし図６に基づいて説明する。
【００１４】
１１は、本発明の風力発電装置に係る、排気ガス排出口であり、工場からの排気ガスを集めて排出する。排気ガスには廃熱も含まれるので、廃熱も利用される。１２は、可動式集風口である。可動式集風口１２は、円錐台状からなり、排気ガス排出口１１周囲に設置される。可動式集風口１２は、テーパーを以て開口にいくにしたがい小径としている。可動式集風口１２の上部開口端には、ガイド１３が設置される。
２１は、ブレード回転軸である。ブレード回転軸２１は、可動式集風口１２の中心から、垂直に直立させて取り付けられる。ブレード回転軸２１は、その基部で発電機（図示せず）の回転軸に連結され、ブレード回転軸２１の駆動力を発電機に伝達し発電機を駆動させて発電させる。
２２は、支柱である。支柱２２は図２からわかるように、可動式集風口１２の開口部の３か所に等間隔に垂直に立てて設けられる。支柱２２先端は水平に折り曲げられ、可動式集風口１２中心すなわち、排気ガス排出口１２中心に集められて一致させて固定される。支柱２２の先端では、ブレード回転軸２１を支持する。
【００１５】
３１は、ブレードである。ブレード３１は４個からなり、それぞれ基部をブレード回転軸２１に取り付けられる。ブレード３１の数は４個に限られず用途と規模により、数は選択可能である。ブレード３１は図１、図３から明らかなように、下方が幅狭で上方が幅広となる断面逆三角形をしている。そのため、下方に位置する排気ガス排出口１１から排出される排気ガスを有効に受け止めてブレード回転軸２１を回転中心とする回転力に変換することが可能である。
ブレード３１には、回転方向の両面に抗力係数の異なる面を設ける。すなわち、特段の凹凸面が設けられることがない抵抗係数が大きな通常面３２と、内側に抉れた凹部分Ａが設けられ抵抗係数が小さい非常面３３とである。凹部分Ａでは、当接する風を逃がすことで抵抗係数を小さくする。通常面３２と非常面３３とは、各ブレード３１の両面にそれぞれ向きを揃えて設けられる。
ブレード３１には、自然風と排気ガス排出口１１からの排気とがそれぞれ当接する位置に設置される。排気ガス排出口１１は、ブレード３１の下に設置されているため、廃熱を含む排ガスは上昇気流となってブレード３１に当接する。そのため、ブレード３１はブレード回転軸２１を回転中心として回転する。排気ガスの熱による上昇気流（浮力）エネルギーが活用される。
【００１６】
４１は、可動式遮蔽板である。可動式遮蔽板４１は、ガイド１３に、ブレードの周囲を両方向に移動可能に設置される。可動式遮蔽板４１の遮蔽部分でブレード３１への自然風の当接を遮断する。可動式遮蔽板４１の駆動は電動モータ（図示せず）により行い、電動モータの駆動は制御装置（図示せず）により行われる。制御装置では、風向計、風速計等のセンサー（図示せず）により感知される風量等を基に電動モータを回転させ可動式遮蔽板４１を両方向に移動させる。
自然風が弱風乃至中風の通常運転時は、図４に図示されるように、自然風に対してブレード３１の通常面３２が当接する。かつ、風が当接する面を有するブレード３１のブレード回転軸２１を挟んで反対側のブレード３１の面、この実施例では、ブレード３１の非常面３３が自然風に当接しないように、自然風から非常面３３が遮断される位置に、可動式遮蔽板４１は移動される。
すると、図４に図示されるように、自然風は、ブレード３１の通常面３２が当接しかつ、ブレード３１の非常面３３が自然風に当接しない。そのため、自然風が、ブレード３１の通常面３２に当接する結果生ずる時計方向の回転力はブレード回転軸２１に生ずるが、可動式遮蔽板４１により、ブレード３１の非常面３３への自然風の当接は遮断されるため、ブレード３１の非常面３３に当接する結果生ずる反時計方向の回転力はブレード回転軸２１に生じない。そのため、風の有効利用を行うことが可能である。
排気ガス排出口１１と可動式遮蔽板４１により自然風と排気ガスの集風を行う。
【００１７】
自然風が強い強風運転時は、図５に図示されるように、自然風に対してブレード３１の非常面３３が当接しかつ、ブレード３１の通常面３２が自然風に当接しないように自然風から通常面３３が遮断される位置に、可動式遮蔽板４１は移動される。
すると、図５に図示されるように、自然風は、ブレード３１の非常面３３が当接しかつ、ブレード３１の通常面３２が自然風に当接しない。そのため、自然風が、ブレード３１の非常面３３に当接する結果生ずる反時計方向の回転力はブレード回転軸２１に生ずるが、可動式遮蔽板４１により、ブレード３１の通常面３２への自然風の当接は遮断されるため、ブレード３１の通常面３３に当接する結果生ずる反時計方向の回転力はブレード回転軸２１に生じない。
非常面３３は、凹部分Ａが設けられ抵抗係数が小さい非常面３３からなるため、強風から、ブレード３１の破壊を防ぐ。
【００１８】
この実施例に係る風力発電装置では、図６に図示されるように作動する。
すなわち、装置が始動すると、「状態計測」プロセスにおいて、別途設けられる風向計、風速計により、自然風の風速を計測する。計測の結果定格風速以下の弱風乃至中風である通常運転時には、「最適化」プロセスで、風向、風速に応じて可動式遮蔽版４１が発電に最適となる位置へ移動して発電する。計測の結果定格風速以下の弱風乃至中風であるときは、更に、「回転数制御」プロセスで、風向・風速の変動に対しリニアに可動式遮蔽版４１位置を調整し続ける。
計測の結果定格風速以上の強風であるときは、「ブレーキ」プロセスにおいて、強風からブレード３１を守るために、可動式遮蔽版４１位置を回転効率の悪い方へ移動調整する。ついで、「最適化」プロセスで、風向、風速に応じて可動式遮蔽版４１が発電に最適となる位置へ移動して発電する。
継続しておこなう計測の結果定格風速以下の弱風乃至中風となったときは、風向、風速に応じて可動式遮蔽版４１が発電に最適となる位置へ移動して発電する。
【００１９】
本発明では、排気ガスと自然風とを利用して風力発電するため、自然風がなくとも風力発電することが可能となる。
更に、本発明では、ブレード３１の周囲を移動可能であるとともに遮蔽部分でブレード３１への自然風を遮断する可動式遮蔽板４１とを備える。そのため、自然風のブレード３１への当接面を選択することが可能である。
更に、本発明では、ブレードは抗力係数の異なる複数の通常面３２と非常目３３面を有するとともに、可動式遮蔽板４１は、通常時はブレードの抗力係数の大きい部分である通常面３２を露出して自然風に当接させる。他の部分である非常面３３を自然風の当接から遮断する。強風時はブレード３１の抵抗係数の小さい部分である非常面３３を露出して自然風に当接させ、ブレード３１の他の部分である通常面３２を自然風の当接から遮断する。そのため、強風時にはブレード３１の破壊を避けることが可能であり、自然風の有効履行がなされる。
更に、本発明では、可動式遮蔽板４１は、通常運転時には、ブレード３１の抗力係数の大きい部分である通常面に自然風は当接するが、ブレード回転軸２１を挟んで、風が当接する面を有するブレード３１の反対側のブレード３１の面には自然風は遮断する位置に移動される。そのため、風の有効利用を行うことが可能である。
【符号の説明】
【００２０】
１１  排気ガス排出口
３１  ブレード
４１  可動式遮蔽板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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