(57)【要約】【課題】  台風などの強風時において、発電機を連続稼働させて発電することができ、発電機またはその発電機が設置される建物にかかる風荷重を低減させることができる風荷重低減装置を提供する。【解決手段】  本発明の風荷重低減装置は、内設される風力発電機の風車を回転させるために風道を形成する２つの通風口３０ａ、３０ｂと、所定風速以上で転倒する風速感知板３１と、スリット状の複数の開口３２を備え、風力発電機の風車の周囲を回動して、所定風速以上で２つの通風口３０ａ、３０ｂのそれぞれを閉鎖する閉鎖板３３と、風速感知板３１と閉鎖板３３との間に配設され、所定風速以上になるまで、閉鎖板３３の回動を、閉鎖板３３への押圧によって抑止させる回動抑止部材３４とを含む。【選択図】  図３
2006266236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電機にかかる風荷重を低減させる風荷重低減装置であって、
内設される風力発電機の風車を回転させるために風道を形成する２つの通風口と、
所定風速以上で転倒する風速感知板と、
スリット状の複数の開口を備え、前記風力発電機の風車の周囲を回動して、前記所定風速以上で前記２つの通風口のそれぞれを閉鎖する閉鎖板と、
前記風速感知板と前記閉鎖板との間に配設され、前記所定風速以上になるまで、前記閉鎖板の回動を、前記閉鎖板への押圧によって抑止させる回動抑止部材とを含む、風荷重低減装置。
【請求項２】
前記回動抑止部材は、前記閉鎖板への押圧によって反発力を生じさせる弾性体である、請求項１に記載の風荷重低減装置。
【請求項３】
前記２つの通風口は、前記風力発電機の風車を一方向に回転させるため、一方の通風口が鉛直方向の上側に、他方の通風口が鉛直方向の下側に設けられる、請求項１または２に記載の風荷重低減装置。
【請求項４】
前記風荷重低減装置は、住宅の屋根の棟部に設置され、前記一方の通風口は、前記風力発電機の風車の上部を覆う屋根部と、前記住宅の屋根から前記鉛直方向の上側に向いて傾斜する第１傾斜板とによって形成され、前記他方の通風口は、前記住宅の屋根と、前記屋根部から前記鉛直方向の下側に向いて傾斜する第２傾斜板とによって形成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の風荷重低減装置。
【請求項５】
前記閉鎖板に設けられる複数の開口の開口率が、５０％〜６０％とされる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の風荷重低減装置。
【請求項６】
風力発電機にかかる風荷重を低減させ、強風時においても、前記風力発電機を停止させることなく発電可能な風力発電システムであって、
前記風力発電機と、
内設される風力発電機の風車を回転させるために風道を形成する２つの通風口と、
所定風速以上で転倒する風速感知板と、
スリット状の複数の開口を備え、前記風力発電機の風車の周囲を回動して、前記所定風速以上で前記２つの通風口のそれぞれを閉鎖する閉鎖板と、
前記風速感知板と前記閉鎖板との間に配設され、前記所定風速以上になるまで、前記閉鎖板の回動を、前記閉鎖板への押圧によって抑止させる回動抑止部材とを含む、風力発電システム。
【請求項７】
前記回動抑止部材は、前記閉鎖板への押圧によって反発力を生じさせる弾性体である、請求項６に記載の風力発電システム。
【請求項８】
前記２つの通風口は、前記風力発電機の風車を一方向に回転させるため、一方の通風口が鉛直方向の上側に、他方の通風口が鉛直方向の下側に設けられる、請求項６または７に記載の風力発電システム。
【請求項９】
前記風荷重低減装置は、住宅の屋根の棟部に設置され、前記一方の通風口は、前記風力発電機の風車の上部を覆う屋根部と、前記住宅の屋根から前記鉛直方向の上側に向いて傾斜する第１傾斜板とによって形成され、前記他方の通風口は、前記住宅の屋根と、前記屋根部から前記鉛直方向の下側に向いて傾斜する第２傾斜板とによって形成される、請求項６〜８のいずれか１項に記載の風力発電システム。
【請求項１０】
前記閉鎖板に設けられる複数の開口の開口率が、５０％〜６０％とされる、請求項６〜９のいずれか１項に記載の風力発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、台風などの強風時に、風力発電機にかかる風荷重を低減させ、強風時でも風力発電機の連続稼働を可能にする風荷重低減装置および該装置を用いた風力発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギー源として、大量の石油資源が消費されることにより、大量の炭酸ガスが発生し、地球温暖化の問題が深刻になっている。これまで、生活に必要なガスや電気は、主として、安定供給が可能な石油資源から得ている。石油資源は、このままの使用量では数十年で枯渇すると予想されており、また、環境の問題から、石油資源に代わるエネルギーの開発が急務とされている。特に、大気を汚染することのないクリーンなエネルギーが期待されており、その一部として、風力発電、波による海面の上下動を利用する波力発電、潮位の差を利用する潮力発電などが行われている。
【０００３】
風力発電は、風の力で風車を回し、風車の回転運動を変換して電気エネルギーを取り出すものである。この風力発電は、風が、自然界に無尽蔵に存在しており、発電時に炭酸ガスやその他の廃棄物を出さないクリーンエネルギーであることから、これからのエネルギー源として期待されている。しかしながら、風は、常時、一定方向に、かつ一定量の風量をもつものではないため、エネルギー源としては不安定であり、立地箇所に制約があるといった問題がある。
【０００４】
ここで、風力発電するための風力発電システムについて説明する。図１に、従来から知られているプロペラ型風力発電システムの構成例を示す。図１に示す風力発電システムは、地盤に構築される基礎１０と、基礎１０上に設置されるタワー１１と、タワー１１の頭頂部に設けられる、風を受けて回転運動に変換する複数の羽根からなるブレード１２と、回転運動を電気エネルギーに変換する発電機１３と、ブレード１２と発電機１３との間に設けられ、発電機が発電を行うために必要な回転数まで増速させる増速機１４と、必要に応じてブレードの回転を停止させるブレーキ装置１５と、風を最大限に受けるため、ブレードの角度を制御する可変ピッチ１６と、風車の方向を制御するヨー駆動装置１７とを含んで構成される。さらに、風力発電システムは、発電機１３と接続され、直流、交流を変換する電力変換装置１８と、電力変換装置１８に接続され、後流側の系統への電気の電圧を変換するトランス１９とを含む。
【０００５】
風力発電システムとしては、大型化が可能で、出力の大きいプロペラ型水平軸風車が主力となっているが、その他、風向きを選ばずに発電を行うことができる垂直軸風車、翼の揚力を利用して高速回転を得る揚力型風車、風の翼を押す力で低速回転する抗力型風車、翼の角度を制御し、最適な揚力を得る、機能向上させたピッチ制御式風車など、様々な風車が採用されている。その設置場所は、これまで、風況の良い、山岳、離島などの急峻な地形に多かったが、近年では、ビルの屋上や、屋根の最も高い場所である棟部などの建物にも設置されるようになっている（例えば、特許文献１〜特許文献５参照）。
【０００６】
図１に示すプロペラ型風車は、低風速では回転しにくいといった問題があり、ビルや住宅が密集する場所では、低風速であるため、充分な発電量が得られず、また、運転中の騒音振動も大きいことから、実用的ではないといった問題があった。
【０００７】
そこで、横長型水平軸風車と、その横長型水平軸風車の回転動力によって発電する発電機とを備える風力発電装置が提案されている（特許文献６参照）。この装置は、傾斜した屋根面で風速を加速させ、風力エネルギーを増大させた状態で運転することができるため、大きな電力を得ることができる。また、この装置は、横長型水平軸風車を内設し、風の流路を形成する風車カバーを備えることもでき、この風車カバーによって、加速された風を有効に、風車に導くことができるとともに、羽根などが飛散しにくく、周囲に危害を与える危険性の低い安全な装置として提供することができる。
【０００８】
しかしながら、上記風力発電装置を含めた従来の風力発電システムは、通常時、発電機を稼働させて発電を行い、台風といった強風時には、システムの風車にかかる風荷重が著しく大きく、発電機を破損させるため、発電機を停止させている。また、棟部やビルの屋上などに設置されている風力発電システムにおいては、このシステムにかかる風荷重が、システムを介して建物にもかかり、その風荷重が著しく大きい場合には、建物を破損させる。したがって、風荷重を受けないよう、停止させる策が採られている。
【０００９】
しかしながら、台風などの強風時は、エネルギーを得ることができる最良の機会であり、この強風時においても、発電機の稼働を停止させることなく発電することができ、かつ建物にかかる風荷重を低減させることができるシステムが望まれている。
【特許文献１】特開２００３−０３５２５２号公報
【特許文献２】特開２００３−０８３２３１号公報
【特許文献３】特開２００３−１６６４６２号公報
【特許文献４】特開２００３−２２２０７１号公報
【特許文献５】特開２００４−０１９６４７号公報
【特許文献６】特開２００３−１２９９４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、台風などの強風時において、発電機を連続稼働させて発電することができ、かつ風力発電システムを屋上などに設置した場合においても、その強風によって発電機および建物にかかる風荷重を低減させることができる風荷重低減装置、および該装置を用いる風力発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、所定の風速を超えた場合に、それを感知して、スリット状の複数の開口を備えた板で、吸込口および排出口を閉鎖し、風力発電機へと流入する風量（または風速）を低減させることで、発電機にかかる風荷重を低減させ、強風時でも発電機の連続稼働が可能になることを見出すことによりなされたものである。上記課題は、本発明の風荷重低減装置および該装置を用いる風力発電システムを提供することにより達成される。
【００１２】
本発明の請求項１の発明によれば、風力発電機にかかる風荷重を低減させる風荷重低減装置であって、
内設される風力発電機の風車を回転させるために風道を形成する２つの通風口と、
所定風速以上で転倒する風速感知板と、
スリット状の複数の開口を備え、前記風力発電機の風車の周囲を回動して、前記所定風速以上で前記２つの通風口のそれぞれを閉鎖する閉鎖板と、
前記風速感知板と前記閉鎖板との間に配設され、前記所定風速以上になるまで、前記閉鎖板の回動を、前記閉鎖板への押圧によって抑止させる回動抑止部材とを含む、風荷重低減装置が提供される。
【００１３】
本発明の請求項２の発明によれば、前記回動抑止部材は、前記閉鎖板への押圧によって反発力を生じさせる弾性体である、風荷重低減装置が提供される。
【００１４】
本発明の請求項３の発明によれば、前記２つの通風口は、前記風力発電機の風車を一方向に回転させるため、一方の通風口が鉛直方向の上側に、他方の通風口が鉛直方向の下側に設けられる、風荷重低減装置が提供される。
【００１５】
本発明の請求項４の発明によれば、前記風荷重低減装置は、住宅の屋根の棟部に設置され、前記一方の通風口は、前記風力発電機の風車の上部を覆う屋根部と、前記住宅の屋根から前記鉛直方向の上側に向いて傾斜する第１傾斜板とによって形成され、前記他方の通風口は、前記住宅の屋根と、前記屋根部から前記鉛直方向の下側に向いて傾斜する第２傾斜板とによって形成される、風荷重低減装置が提供される。
【００１６】
本発明の請求項５の発明によれば、前記閉鎖板に設けられる複数の開口の開口率が、５０％〜６０％とされる、風荷重低減装置が提供される。
【００１７】
本発明の請求項６の発明によれば、風力発電機にかかる風荷重を低減させ、強風時においても、前記風力発電機を停止させることなく発電可能な風力発電システムであって、
前記風力発電機と、
内設される風力発電機の風車を回転させるために風道を形成する２つの通風口と、
所定風速以上で転倒する風速感知板と、
スリット状の複数の開口を備え、前記風力発電機の風車の周囲を回動して、前記所定風速以上で前記２つの通風口のそれぞれを閉鎖する閉鎖板と、
前記風速感知板と前記閉鎖板との間に配設され、前記所定風速以上になるまで、前記閉鎖板の回動を、前記閉鎖板への押圧によって抑止させる回動抑止部材とを含む、風力発電システムが提供される。
【００１８】
本発明の請求項７の発明によれば、前記回動抑止部材は、前記閉鎖板への押圧によって反発力を生じさせる弾性体である、風力発電システムが提供される。
【００１９】
本発明の請求項８の発明によれば、前記２つの通風口は、前記風力発電機の風車を一方向に回転させるため、一方の通風口が鉛直方向の上側に、他方の通風口が鉛直方向の下側に設けられる、風力発電システムが提供される。
【００２０】
本発明の請求項９の発明によれば、前記風荷重低減装置は、住宅の屋根の棟部に設置され、前記一方の通風口は、前記風力発電機の風車の上部を覆う屋根部と、前記住宅の屋根から前記鉛直方向の上側に向いて傾斜する第１傾斜板とによって形成され、前記他方の通風口は、前記住宅の屋根と、前記屋根部から前記鉛直方向の下側に向いて傾斜する第２傾斜板とによって形成される、風力発電システムが提供される。
【００２１】
本発明の請求項１０の発明によれば、前記閉鎖板に設けられる複数の開口の開口率が、５０％〜６０％とされる、風力発電システムが提供される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の風荷重低減装置および風力発電システムを提供することにより、台風などの強風時でも、発電機を停止することなく、連続稼働させ、連続発電させることができ、発電効率を高めることができる。また、本発明の風荷重低減装置および風力発電システムを提供することにより、建物の屋上などに設置した場合でも、強風時において、発電機に過荷重がかかることはないため、建物の破損を防止することができる。さらに、強風時において、スリット状の複数の開口を備える閉鎖板で閉鎖するため、万一、風力発電機の風車が破損した場合でも、飛散を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の風荷重低減装置は、台風などの強風時においても、風力発電機を停止させることなく、連続稼働を可能にするために用いられる装置である。まず、本発明の風荷重低減装置に適する風力発電機について説明する。本発明では、風力発電機はこれまで知られたいかなる型の発電機であってもよいが、ビルや住宅が密集した地域では、通常、低風速であることから、横長で、円筒形のクロスフロー型水平軸風車を備える風力発電機が好ましい。図２は、この水平軸風車を備える風力発電機を例示した図である。
【００２４】
図２に示す風力発電機２０は、回転軸２１と、回転軸２１の両端部に設けられ、回転軸２１の長さ方向への風の流れを防止する円盤２２と、円盤２２に挟まれるように回転軸２１に周設され、回転軸２１から円弧状に延び、風を受ける複数の羽根２３と、回転軸２１に連結され、回転軸２１の回転運動を電気エネルギーに変換する発電機２４とを備えている。風力発電機２０は、住宅の屋根の最も高い場所である棟部にボルトといった締結部材２５を用いて設置することができ、屋根に沿って吹き上げる風を複数の円弧状に延びる羽根２３が受けて、回転軸２１を回転させ、発電機２４で発電する。屋根に沿って吹き上げる風は、最も高い場所である棟部において最大風速になるため、この棟部に風力発電機２０を設置することで、効果的に発電することができる。
【００２５】
図３は、本発明の風荷重低減装置を例示した図である。本発明の風荷重低減装置は、内設される風力発電機の風車を回転させるために風道を形成する２つの通風口３０ａ、３０ｂと、所定風速以上で転倒する風速感知板３１と、スリット状の複数の開口３２を備え、風力発電機の風車の周囲を回動して、所定風速以上で２つの通風口３０ａ、３０ｂのそれぞれを閉鎖する閉鎖板３３ａ、３３ｂと、風速感知板３１と閉鎖板３３との間に配設され、所定風速以上になるまで、閉鎖板３３の回動を、閉鎖板３３への押圧によって抑止させる回動抑止部材３４とを含んで構成される。
【００２６】
本発明の風荷重低減装置は、風力発電機を完全に包囲した構造であっても、風力発電機の回転軸の両端側が開放された構造であってもよい。図３に示す実施の形態では、回転軸の両端側が壁３５ａ、３５ｂによって閉鎖され、壁３５ｂは、風力発電機の風車を挿通させる図示しない穴が設けられている。２つの通風口３０ａ、３０ｂは、風力発電機を間に挟んで対向して設けられ、風力発電機の風車を一方向に回転させるため、一方の通風口３０ａが鉛直方向の上側に、他方の通風口３０ｂが鉛直方向の下側に設けられる。これは、一方の通風口３０ａに風が流入した場合、風力発電機の風車の上側の羽根に衝突し、風は、その羽根を押して、下側の他方の通風口３０ｂから排出され、また、風向きが変わり、他方の通風口３０ｂから風が流入した場合、風力発電機の風車の下側の羽根に衝突し、風がその羽根を押して、上側の一方の通風口３０ａから排出されるため、いずれにしろ、風車を一方向に回転させることができるからである。
【００２７】
本発明では、屋根に沿って吹き上げる風の風速を減少させ、得られるエネルギーを低減させないため、一方の通風口３０ａを、屋根から鉛直方向の上側に向けて傾斜する第１傾斜板３６によって形成することが好ましい。また、反対方向から吹く風も同様に、得られるエネルギーを低減させないため、他方の通風口３０ｂを、風力発電機の上部を覆う屋根部３７から下側に向けて傾斜する第２傾斜板３８によって形成することが好ましい。この場合、２つの通風口はともに、内設される風力発電機の風車に向けて縮小する構造となるが、この縮小する構造は、風の流れに大きな圧力損失をもたらさず、風速を増加させる。この風速の増加は、風車の回転を加速させ、発電量を増加させる。また、このような構造にすることで、風の取り込み口が大きくなり、風を取り込みやすくする。本発明では、図３に示すように、風力発電機の回転軸の両端側が壁３５ａ、３５ｂで閉鎖され、通風口３０ａ、３０ｂのみが開口した構造で、かつ第１傾斜板３６と第２傾斜板３８とを備え、その第１傾斜板３６に対向して他方の通風口３０ｂが、第２傾斜板３８に対向して一方の通風口３０ａが設けられていることが好ましい。
【００２８】
風速感知板３１は、風力発電機の上部を覆う屋根部３７に設けられ、所定の風速以上の風が吹いた場合に転倒するように設計される。その風速は、風力発電機が耐えうる風荷重によって決定することができ、例えば、風速１５ｍ／ｓ以上、あるいは２０ｍ／ｓ以上などとすることができる。この風速感知板３１は、後述する回動抑止部材３４に連動しており、例えば、回動抑止部材３４を押さえるように屋根部３７に立てて配置され、所定風速以上になった場合に、転倒し、回動抑止部材３４の上部を開放する。風速感知板３１は、例えば、面積および厚さ、材質を適切なものとすることにより、その所定風速以上で、転倒させることができる。例えば、風速感知板３１は、平坦とされた屋根部３７に、丁番を用いて取り付けることができる。
【００２９】
閉鎖板３３は、スリット状の複数の開口３２を備え、風力発電機の周囲を回動し、２つの通風口３０ａ、３０ｂを閉鎖する。図３に示す実施の形態では、一端に円盤部３９ａが設けられ、円盤部３９ａには図示しない片持ち梁状の支持軸が設けられ、壁３５ａに設けられる図示しない支持溝に回転可能に支持される。他端は、風力発電機の風車を挿通させて配置するためのリング３９ｂが設けられ、壁３５ｂに設けられた穴がリング３９ｂを回転可能に支持する。閉鎖板３３は、上記の所定の風速以上になるまでは、風速感知板３１に連動した回動抑止部材３４による押圧により回動が抑止される。閉鎖板３３は、風によって回動させることもできるが、ばねやゴムといった弾性体を用いて２つの通風口３０ａ、３０ｂを閉鎖するように回動させることもできる。図３に示す実施の形態では、ばね４０が円盤部３９ａに設けられていて、反発力を生じた状態で保持されているのが示されている。これは、後述する回動抑止部材３４が閉鎖板３３を押圧し、閉鎖板３３の回動を抑止しているためである。例えば、風速感知板３１が倒れ、回動抑止部材３４上を押さえるものがなくなり、閉鎖板３３が押圧されない状態になると、反発力を生じた状態で保持されたばね４０に、復元力を生じさせて閉鎖板を約９０°回動させる。この場合、ばねに復元力が作用する、２つの通風口３０ａ、３０ｂを閉鎖板３３ａ、３３ｂが閉鎖した位置で停止する。風によって回動させる場合には、閉鎖板３３の回動を停止するためのストッパーを設け、適切な位置、すなわち閉鎖板３３が通風口３０ａ、３０ｂを閉鎖した位置で停止させることができる。閉鎖板３３は、スリット状の複数の開口３２が設けられているため、通風口３０ａ、３０ｂを閉鎖したとしても完全に風の流れを抑制せず、風速を低減させて通風させる。これにより、強風であっても、風速を低減させることができるため、風力発電機を停止させることはなく、発電することができる。
【００３０】
閉鎖板３３のスリット状の複数の開口３２は、その開口率が約５０％〜約６０％であることが好ましい。これは、台風などの強風時において、通常時の風速まで低減させることができるためである。閉鎖板３３は、例えば、円弧状に反った所定厚さの板に、細長いスリットを複数形成したものとすることができる。開口は、縦長でも、風力発電機の回転軸に対応して横長であってもよい。また、開口は、網目状、メッシュとして形成されていてもよい。
【００３１】
回動抑止部材３４は、風速感知板３１と閉鎖板３３との間に配設され、所定風速以上になるまで、閉鎖板３３への押圧によって閉鎖板３３の回動を抑止させる。回動抑止部材３４は、例えば、ゴムやばねといった弾性体からなるものを用いることができる。回動抑止部材３４として、ばねを用いる場合には、屋根部３７に孔を設けておき、閉鎖板３３を回動させ、閉鎖板３３で孔を閉鎖した状態にした後、孔内にばねを挿入して配置し、その上から風速感知板３１で押さえることにより、閉鎖板３３の回動を抑止させることができる。弾性体として用いるばねとしては、渦巻きばね、コイルばね、板ばねなど、いかなるばねでも用いることができる。本発明では、回動抑止部材３４は、１つに限られるものではなく、必要に応じて２以上設けることもできる。
【００３２】
図４は、本発明の風荷重低減装置に用いられる回動抑止部材の第１の実施形態を示した拡大断面図である。図４に示す風荷重低減装置に用いられる回動抑止部材３４は、コイルばねとされ、屋根部３７に設けられた孔４１内に収容される。この回動抑止部材３４は、上述したように、閉鎖板３３の回動を抑止させるため、孔４１を閉鎖板３３によって閉鎖した後、孔４１内に収容され、その上部に風速感知板３１が立てられて配置される。この回動抑止部材３４は、風速感知板３１が重りとなって閉鎖板３３に押し当てられ、閉鎖板３３に押圧した状態となる。これによって、閉鎖板３３の回動が抑止される。所定風速以上の風が吹いた場合には、風速感知板３１が倒れ、回動抑止部材３４上に重りとなる風速感知板３１がなくなるため、閉鎖板３３に押圧されるものがなくなり、円形で示された風力発電機の風車４２の周囲を、閉鎖板３３が回動する。
【００３３】
図５は、回動抑止部材の第２の実施形態を示した図である。図５に示す回動抑止部材３４は、風速感知板３１の底部に連結された曲げ可能な板ばねとされており、スリット状の開口３２、または別に設けられた溝に板ばねを挿入し、回動しようとする閉鎖板を押圧した状態で保持し、回動を抑止させる。図５に示す実施の形態では、スリット状の開口３２に挿入し、回動を抑止させるように構成されている。この場合、所定風速以上の風が吹くと、風速感知板３１が転倒し、それに伴って板ばねも開口３２および穴４３を通して上方へと抜け、閉鎖板３３を回動させる。図４に示す実施の形態において、板ばねを挿入する深さは、所定風速以上で板ばねが抜け、かつ所定風速以上になるまでは閉鎖板の回動を抑止させることができる深さとされる。本発明では、板ばねに限らず、板状のゴムや、曲げ可能なプラスチック樹脂板などを用いることができる。ここで、曲げ可能であることが必要なのは、鋼板のように曲がらない材質のものの場合、風速感知板を転倒させることができず、開口または溝から鋼板が抜けないため、閉鎖板を回動させ、風速を低減させることができないからである。
【００３４】
ここで、本発明の風荷重低減装置によって風荷重を低減させる作用について図６を参照して詳細に説明する。図６（ａ）は、通常時、すなわち所定風速未満の場合を示し、図６（ｂ）は、強風時、すなわち所定風速以上になった場合を示す。ここでは、図４に示す回動抑止部材を用いた場合についてのみ説明するが、図５に示す回動抑止部材を用いる場合も同様である。本発明の風荷重低減装置は、屋根６０の棟部に設置されたクロスフロー型水平軸風車４２を備える風力発電機を覆うように設置される。風力発電機の風車４２は、屋根６０に沿って矢線に示すように上昇し、棟部を通して屋根６０に沿って下降する方向に回転し、最大の風速となる棟部において、風車で風を受ける。したがって、この風の流れる方向に沿って、通風口３０ａ、３０ｂが設けられている。この通風口３０ａ、３０ｂは、風が流入する一方の通風口３０ａと、風車を回転させ、その風を排出する他方の通風口３０ｂとから構成される。この一方の通風口３０ａと、他方の通風口３０ｂとは、風車４２を介し、対向して設けられる。これらの通風口３０ａ、３０ｂは、両方向からの風を受け、排出することができ、摩擦抵抗にならないように、かつより速い風速が得られるように、それぞれに上述した第１傾斜板３６および第２傾斜板３８が設けられる。
【００３５】
一方の通風口３０ａから流入した風は、所定の風速を超えない図６（ａ）に示す状態では、風速感知板３１が転倒せず、閉鎖板３３への回動抑止部材３４の押圧によって回動が抑止されるため、２つの通風口３０ａ、３０ｂは開放されたままとなり、直接、風車４２に送られ、排出される。具体的には、風は、矢線に示すように、一方の通風口３０ａを通して風車４２の羽根に衝突し、羽根を押し、他方の通風口３０ｂから排出される。これにより、風車４２が回転し、回転軸に伝えられ、発電機による発電が行われる。
【００３６】
これに対し、台風などによって強風が吹き、所定の風速以上になると、図６（ｂ）に示すように、風速感知板３１が転倒して、所定の風速以上であることを感知し、回動抑止部材３４の上部からの押さえがなくなることによって、回動抑止部材３４が押圧しない状態になり、閉鎖板３３が、風力発電機の風車４２の周囲を回動し、２つの通風口３０ａ、３０ｂのそれぞれを閉鎖する。閉鎖板３３は、スリット状の複数の開口３２を備えており、その開口率が約５０％〜約６０％であることから、完全に風の流れを抑止することはなく、風速を低減させ、風力発電機の風車４２を回転させ続ける。回転し続ける風車４２は、回転軸を回転させ続け、発電機は、強風時においても、連続して発電する。
【００３７】
閉鎖板３３は、風力発電機に風荷重をかけないように風速を低減させるもので、通風を完全に抑止させるものではないため、風力発電機を停止することなく、強風時においても、発電を行うことができ、また、風力発電機に所定以上の風荷重がかかることはなく、この風力発電機および風荷重低減装置が設置される建物に、所定以上の風荷重がかかることもなく、この建物の風荷重による破損を防止することができる。
【００３８】
本発明の風力発電システムは、上述した風荷重低減装置と、上述した風力発電機とを含んで構成される。風力発電機は、今までに知られたいかなる風力発電機であってもよいが、横長、円筒形のクロスフロー水平軸風車を備える風力発電機が、傾斜する屋根の面に沿って風速を加速させ、風力エネルギーを増大させた状態で運転することができ、大きな電力を得ることができるため、好ましい。
【００３９】
本発明を上述した実施の形態をもって詳細に説明してきたが、第１傾斜板および第２傾斜板の角度、複数の開口の数、幅、長さ、形状、材質、風速感知板の形状、材質、配置位置、回動抑止部材の数は、適宜決定することができ、また、適切なものを選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】従来のプロペラ型風力発電システムを示した図。
【図２】クロスフロー型水平軸風車を備える風力発電機を示した図。
【図３】本発明の風荷重低減装置を示した図。
【図４】本発明の風荷重低減装置に用いられる回動抑止部材の第１の実施形態を示した拡大断面図。
【図５】本発明の風荷重低減装置に用いられる回動抑止部材の第２の実施形態を示した拡大断面図。
【図６】通常時における風力発電システムと、強風時における風力発電システムとをそれぞれ示した図。
【符号の説明】
【００４１】
１０…基礎
１１…タワー
１２…ブレード
１３…発電機
１４…増速機
１５…ブレーキ装置
１６…可変ピッチ
１７…ヨー駆動装置
１８…電力変換装置
１９…トランス
２０…風力発電機
２１…回転軸
２２…円盤
２３…羽根
２４…発電機
２５…締結部材
３０ａ、３０ｂ…通風口
３１…風速感知板
３２…開口
３３、３３ａ、３３ｂ…閉鎖板
３４…回動抑止部材
３５ａ、３５ｂ…壁
３６…第１傾斜板
３７…屋根部
３８…第２傾斜板
３９ａ…円盤部
３９ｂ…リング
４０…ばね
４１…孔
４２…風車
４３…穴
６０…屋根
【図１】
2006266236.tif 000003
【図２】
2006266236.tif 000004
【図３】
2006266236.tif 000005
【図４】
2006266236.tif 000006
【図５】
2006266236.tif 000007
【図６】
2006266236.tif 000008