(57)【要約】【課題】地下鉄車輌が高速走行する過程で、車輌進行方向に空気衝突反転気流が発生する現象を利用して、地下鉄軌道、直下にクロスフローフアン型風力発電機を多数埋設して、その上を地下鉄車輌が通過する過程で、発電・蓄電を行う方法の地下鉄軌道埋設風力発電システムを開発して、発電した電力を、地下鉄構内の膨大な消費電力の補充に使用することを発明の課題としたものである。【解決手段】枕木を２分した半枕木を、分離した軌道土台の上に敷設して、その上にレールを敷設した軌道直下に、風力発電機埋設溝を全線軌道に設置して、その上を地下鉄連結車輌が往復走行する過程で、車輌進行方向床下全面に発生する空気衝突反転気流の風圧を利用して、クロスフローフアン型風力発電機を作動させて、発電・蓄電を行い、発電した電力を集合配線管を介して、蓄電室で蓄電行うと同時に、地下鉄構内消費電力の補充電力として供給行うものである。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
枕木を２分した、（１）半枕木を左右軌道土台に分離敷設して、その上にレールを敷設した軌道直下に、（２）風力発電機埋設溝を設置して、その軌道溝に、（４）クロスフローフアン型風力発電機を多数埋設した上を（５）地下鉄連結車輌が高速走行する過程で、車輌進行方向床下に発生する、（６）、空気衝突反転気流と、（７）連結車輌床下反転気流の風圧を利用して、風力発電機のクロスフローフアンを断続的に回転させる方法で発電行い、発電した電力を、（８）蓄電室で蓄電行い、地下鉄構内消費電力の補充電力として使用することを特徴とした地下鉄埋設風力発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】従来、風力発電機は主に地上、海上、山間部等に多く設置されるものであるが、これまで、地下鉄軌道に埋設する風力発電システムは、全く存在しなかったものである。本発明は、地下鉄軌道枕木を２分した半枕木を軌道土台に分離敷設して、その上にレールを敷設した軌道直下に、風力発電機埋設溝を全線軌道に設置した軌道直下にクロスフローフアン型風力発電機を多数埋設してその上を地下鉄連結車輌が高速走行する過程で、車輌進行方向に発生する、空気衝突反転気流と更に連結車輌床下に発生する反転気流の風圧を利用して、埋設風力発電機のクロスフローフアンを断続的に回転させる方法で発電行い、発電した電力を地下鉄構内消費電力の補充に使用するものである。
【背景技術】
【０００２】東日本大震災後、原子力発電の放射能による危険性が大きな社会問題となっているそのため、発電は原子力発電以外の無公害発電装置に変換されつつある。最近太陽光発電、風力発電、ガス発電等の発電所新設が盛んに行われているがいずれにせよ原子力発電の放射能問題が解決しないかぎり、わが国に於いては当分の間、電力不足に陥ることが予想されるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２１４３１７  発明の名称  地下鉄車輌走行風を利用した風圧発電及び蓄電装置  特許出願人  花本  義一
【特許文献２】特開２０１０−１５６３００  発明の名称  地下鉄車輌の走行時トンネル内で発生する風圧を利用した小電力風力発電機を具備した電源装置  特許出願人  内田  弘
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】発明が解決しようとする課題は、大型トラック、バス等が道路を高速走行すると、車体床下に、空気衝突反転気流が発生して、各車輌床下進行方向に強風の発生するのが簡単な実験方法で容易に確認することができる。地下鉄連結車輌が高速走行すると、トラック・バス走行現象と同様に、車輌床下進行方向に空気衝突反転気流が生じて、連結車輌床下全体に強風の発生することが予想できるものである。本発明はこの地下鉄連結車輌の高速走行から、車輌進行方向床下全体に発生する、反転気流の風圧を利用して、クロスフローフアン型風力発電機を、断続的に回転させる方法で発電行う、地下鉄軌道埋設風力電システムの開発行うことが本発明の課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】軌道枕木を２分した半枕木を二つに分離した土台に敷設し、その上にレールを敷設した軌道直下に、風力発電機設置溝を設置し、その溝内に風力発電機を多数設置してその上を地下鉄連結車輌が高速走行すれば、車輌進行方向に発生する空気衝突反転気流の風圧を利用すれば、風力発電機のクロスフローフアンが強力に回転するため、断続的ではあるが、風力発電が出来ることは確かである。地下鉄の場合、車輌運行時間が正確で、約２〜３分間隔で往復車輌が運行するため、地下鉄営業時間の発電効率は、地上風力発電機の自然風利用発電効率よりも、遥かに効率よく発電が出来るものである。更に地下鉄構内発電システム設置の場合、雨雪、台風、落雷等の被害がなく、騒音公害の心配もないわけである。日本国内各地方自治体地下鉄軌道に埋設風力発電システムを大量設置すれば、政府が奨励する、再生可能エネルギー新事業に大きく貢献することができるものである。
【発明の効果】
【０００６】地下鉄営業時間は、０６：００〜２４：００まで連続車輌が往復運行することから地下鉄軌道埋設風力発電システムの発電効果は、地上風力発電効率より勝るものである。地下鉄構内の電力消費は膨大であることから、発電した電力は全て地下鉄構内消費電力補充に使用することができる。更に地下鉄軌道埋設風力発電システムの発電効果次第では、日本国内地下鉄全線設置は勿論、海外地下鉄電力補充に大きく貢献することが出来るものである。当然、地下鉄軌道埋設風力発電システム技術は、我が国から輸出することが可能であるため、本発明の経済効果は誠に大であると言える。【０００７】「エネルギー保存の法則」理論から、地下鉄軌道埋設風力発電機は、地下鉄車輌走行電力エネルギーを消耗して発電が行なわれるもので、再生可能エネルギーではないと言う理論がある。その証拠として車輌が走行停止すれば同時に風力発電も停止することから、地下鉄電力消耗に埋設風力発電機は大きく関係があると指摘している【０００８】地下鉄車輌がトンネル内を高速走行すると相当の抵抗風圧を受けることは確かである。その証拠に車輌正面床下には空気衝突反転気流が生じて、車輌通過方向と逆の車輌進行方向に強風が発生する現象が起きる。この衝突反転気流エネルギーを利用して発電機フアンを回転させた場合、車輌走行電力エネルギーが消耗するのであれば、埋設風力発電機を設置しなければ、車輌走行電力は消耗しないことになるが発電機を設置していない現在も、走行車輌前面床下に空気衝突反転気流現象が発生する限り、走行車輌は抵抗風圧を受けて電力は常に消耗するはずである。結果は風力発電機を設置しても、しなくても走行車輌消費電力には変化がないものである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】  地下鉄軌道埋設風力発電システム断面図
【図２】  地下鉄軌道埋設風力発電システム側面図
【図３】  地下鉄連結車輌低速走行気流発生側面図
【図４】  連結車輌高速走行空気衝突反転気流側面図
【図５】  地下鉄軌道埋設風力発電システム全体図
【発明を実施するための形態】
【００１０】大型トラック、バスが道路を高速走行した場合、路面に車体衝突反転気流現象が生じて車体床下進行方向に強風が発生する現象が起きる。簡単な道路実験で証明することが出来る。大型トラックが平均時速５０ｋｍ〜６０ｋｍで走行する、車道中央に、空ペットボトルを、約１ｍ、間隔で、３個置き、その上を大型トラックが通過するとペットボトルは車進行方向に、約１０ｍ位、吹き飛ばされて行くが、道路外へ飛ばされなかったペットポトルは、次の後続トラックで再度、車進行方向に吹き飛ばされて、結果ペットボトル３本共、車進行方向に遠くまで吹き飛ばされて行くことが確認できる。決して、トラック車輌が通過した後方にペットボトルが吹き飛ばされることはないものである。
【００１１】参考記事、フリー百科事典ウィキペディア掲載  ［離対気流］（りたいきりゅう）とは、物体に衝突した空気が進入方向に逆流し、巻き戻しを繰り返して加圧される現象を指す。自動車工学で用いられる用語である。主に車高調などを用いて最低地上高を下げ、かつ高速走行した場合などに発生する稀有な現象である。
【００１２】図面、クロスフローフアン型風力発電機にアウターローター発電機が接続されているこの発電機の性能は大変優れているため。地下鉄埋設風力発電機に限定使用するものではないが、地下鉄軌道埋設風力発電システムに使用すれば、発電効率がよく、メンテナンスが容易に出来るため、採用したものである。各風力発電機メーカ商品調査の結果、株式会社スカイ電子新発売の１ＫＷ小型発電機製品を図面では採用しているものである。
【００１３】地下鉄埋設風力発電システムの発電量を仮計算すると、駅区間距離約１ｋｍ間に２ｍ、間隔で風力発電機を設置した場合、設置発電機数は５００台になる。地下鉄は１駅区間走行所要時間は、約３分であるが１分は駅停車時間である。正味発電時間を２分とした場合、走行２時間の発電時間は８０分となるが、ロスを見て、６０分発電、した場合の発電量は、１ｋｗである。しかし１０連結車輌が走行すると全長１７０ｍ間で約８５台の発電機が発電作動するため、２時間発電量は、１ｋｗ×８５台で、８５ｋｗ、発電が出来る。簡単な計算であるが地下鉄の場合は往復で発電ができるものである
【００１４】地下鉄軌道埋設風力発電システムでは、軌道中央に風力発電機埋設溝を必要とするため、現在の地下鉄軌道を改造して新設することは不可能である。しかし地下鉄の電力不足が深刻を増して、埋設風力発電システム設置が必要となれば、新設地下鉄建設に限り施工することは容易である。産官学で地下鉄軌道埋設風力発電システムの内容を検討行った上で、将来本格的に実施することを発明者は望むものである。
【実施例】
【００１５】地下鉄軌道埋設型風力発電システム実施については、残念ながら地下鉄管理自治体の認可が得られない為、実施は不可能である。自作模型試作品の、クロスフローフアンを長箱内に３台並べ設置して、業務用大型扇風機を使用して風力回転実験を行った結果、模型クロスフローフアンの回転は、３台共同方向に回転することが確認できた。しかし駅構内で見た地下鉄車輌がプラットホーム侵入時に発生する風圧に比べれば業務用扇風機の風圧は実に弱風であるが、それでもクロスフローフアンは弱風ながら、各々フアンはスムーズに同方向に回転して、発電が可能と思われる回転パワーが確認できたものである。
【産業上の利用可能性】
【００１６】全国的に電力供給不足が問題化している現在に於いて、地下鉄走行車輌風圧を利用して風力発電と蓄電行う、再生可能エネルギー開発は大変重要である。確かに地下鉄軌道埋設風力発電機システムの需要は、全国地下鉄企業には多々あるものと思われるが、国にしても、地方自治体にしても、深刻な電力不足が生じてきた場合は本格的に、地下鉄軌道埋設風力発電機システムの開発を検討すべき時代が来るものと思われる。更に電力不足は日本国内だけでなく、外国地下鉄企業に於いても、深刻な問題である。我が国の経済発展のためにも、更には新しく開発されつつある、外国地下鉄建設についても、本発明、地下鉄軌道埋設風力発電システムの利用は経済的にも大きく、貢献できることが予想されるものである。
【符号の説明】
【００１７】１  半枕木
２  レール
３  風力発電機埋設溝
４  クロスフローフアン型風力発電機
５  地下鉄連結車輌
６  車体衝突反転気流
７  連結車輌床下発生反転気流
８  集合配線管
９  蓄電・配電室
１０  通過気流
【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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