(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平の中心軸の回りに回転する風車は、前記中心軸の中心から風下寄りにずれた位置で一定幅の羽根が鉛直に立った時点で風上に向かって前記羽根の両側に立設された状態となる壁板を有し、前記羽根の内端と外端との間で片方の壁板を前記中心軸に取付け、しかも前記羽根の内端と前記中心軸の外周との間は離れて開いた構成とすると共に受けた風が前記羽根の内端と外端に逃げ出すように深溝状とし、
前記中心軸の側方に到来する風で回転し、しかも前記風車を複数有し、前記風車の回転力で発電機を駆動し発電することを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
前記風車に対する向かい風が前記風車に対する追い風となるような登り坂状のガイドを風車の風上側に設けたことを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置。
【請求項３】
前記風車に対する追い風が常に到来するように風向追尾装置で検出し、この風向追尾装置の動きに連動して風車の受風面が常に風上に向くように前記中心軸やガイドも鉛直軸を中心に回動する構成であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の風力発電装置。
【請求項４】
前記の羽根は、平板状、凹曲面状又はスプーン状球面であることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の風力発電装置。
【請求項５】
前記の登り坂状のガイド及び風車の下側に隙間を設けて通風路とし、前記の登り坂状のガイドや風車の上側を通過しない風が直進可能としたことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の風力発電装置。
【請求項６】
前記風車の風上側に設けた登り坂状のガイドの後端を前記水平中心軸の中心より低い位置に設けて、上向きにガイドされた風が風車の羽根の外端寄りに当たるようにした請求項１から請求項５までのいずれかに記載の風力発電装置。
【請求項７】
前記風車の風上側に設けた登り坂状のガイドの上端付近で管路の先端を開口させて補助風を噴出させる構造とし、風車の羽根を少なくとも４枚以上とすることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれかに記載の風力発電装置。
【請求項８】
水平の中心軸の回りに回転する風車が、中心軸の側方に到来する風で回転し、しかも前記風車を複数有し、前記風車の回転力で発電機を駆動して風力発電する際に、
前記風車は、前記中心軸の中心から風下寄りにずれた位置で一定幅の羽根が鉛直に立った時点で風上に向かって前記羽根の両側に立設された状態となる壁板を有し、前記羽根の内端と外端との間で片方の壁板を前記中心軸に取付け、しかも前記羽根の内端と前記中心軸の外周との間は離れて開いた構成とすると共に受けた風が前記羽根の内端と外端に逃げ出すような深溝状とすることにより、
前記羽根の内端側から逃げ出した風が一つ先の羽根の内端に当たって風車を回転させることを特徴とする風力発電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、実情に応じて規模を容易に選択でき、しかも風力を増圧できる風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１のように、建物の屋上や屋外、或いは車などの移動体や工作物にも設置可能な風力発電装置を実現するべく、プロペラの回転軸の側面方向から風を受ける構造の風力発電装置において、回転軸の側面方向に到来する風圧の一部はプロペラの側面に当たり、他の一部はプロペラの背面に当たる仕切り壁を設ける構造が提案されている。
そして、前記仕切り壁のプロペラ側面側には、プロペラに対する向かい風を阻止する防風壁を設け、前記仕切り壁のプロペラ背面側には、プロペラ側に風を集めるための前開きのガイドを設ける。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特許第5339648 号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記のように、プロペラが単一の構造では、実状に応じてプロペラを複数設けて、その個数を増減することは不可能で、発電出力量を自由に設定することは不可能である。しかも、前記のようにプロペラに対する向かい風を阻止する防風壁を設けているが、この防風壁は向かい風を阻止し排除するだけで、向かい風を効果的に利用することはできない。
本発明の技術的課題は、このような問題に着目し、風車の個数を自由に設定でき、しかも風車に対する向かい風をも風車の回転に有効利用できる風力発電装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１は、水平の中心軸の回りに回転する風車は、前記中心軸の中心から風下寄りにずれた位置で一定幅の羽根が鉛直に立った時点で風上に向かって前記羽根の両側に立設された状態となる壁板を有し、前記羽根の内端と外端との間で片方の壁板を前記中心軸に取付け、しかも前記羽根の内端と前記中心軸の外周との間は離れて開いた構成とすると共に受けた風が前記羽根の内端と外端に逃げ出すように深溝状とし、
前記中心軸の側方に到来する風で回転し、しかも前記風車を複数有し、前記風車の回転力で発電機を駆動し発電することを特徴とする風力発電装置である。
【０００６】
請求項２は、前記風車に対する向かい風が前記風車に対する追い風となるような登り坂状のガイドを風車の風上に設けたことを特徴とする請求項１に記載の風力発電装置である。
【０００７】
請求項３は、前記風車に対する追い風が常に到来するように風向追尾装置で検出し、この風向追尾装置の動きに連動して風車の受風面が常に風上に向くように前記中心軸やガイドも鉛直軸を中心に回動する構成であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の風力発電装置である。
【０００８】
請求項４は、段落「0027」に記載のように、鉛直に立った羽根１４は、図示のような平板状でも図４、図５のような凹曲面状１１やスプーン状球面１２であることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の風力発電装置である。
【０００９】
請求項５は、前記の登り坂状のガイド及び風車の下側に隙間を設けて通風路とし、前記の登り坂状のガイドや風車の上側を通過しない風が直進可能としたことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の風力発電装置である。
【００１０】
請求項６は、前記風車の風上側に設けた登り坂状のガイドの後端を前記水平中心軸の中心より低い位置に設けて、上向きにガイドされた風が風車の羽根の外端寄りに当たるようにした請求項１から請求項５までのいずれかに記載の風力発電装置である。
【００１１】
請求項７は、前記風車の風上側に設けた登り坂状のガイドの上端付近で管路の先端を開口させて補助風を噴出させる構造とし、風車の羽根を少なくとも４枚以上とすることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれかに記載の風力発電装置である。
【００１２】
請求項８は、水平の中心軸の回りに回転する風車が、中心軸の側方に到来する風で回転し、しかも前記風車を複数有し、前記風車の回転力で発電機を駆動して風力発電する際に、
前記風車は、前記中心軸の中心から風下寄りにずれた位置で一定幅の羽根が鉛直に立った時点で風上に向かって前記羽根の両側に立設された状態となる壁板を有し、前記羽根の内端と外端との間で片方の壁板を前記中心軸に取付け、しかも前記羽根の内端と前記中心軸の外周との間は離れて開いた構成とすると共に受けた風が前記羽根の内端と外端に逃げ出すような深溝状とすることにより、
前記羽根の内端側から逃げ出した風が一つ先の羽根の内端に当たって風車を回転させることを特徴とする風力発電方法である。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載のように、水平の中心軸の回りに回転する風車は、前記中心軸の中心から風下寄りにずれた位置で一定幅の羽根が鉛直に立った時点で風上に向かって前記羽根の両側に立設された状態となる壁板を有し、前記羽根の内端と外端との間で片方の壁板を前記中心軸に取付け、しかも前記羽根の内端と前記中心軸の外周との間は離れて開いた構成としてあるので、段落「0028」に記載のように、壁板１６、１７が有るので、羽根１４を駆動した後は外周側と内周側に逃げるが、内周側に逃げた風は一つ先の羽根１４の内端に矢印のように当たって回転させるので、風車の回転がより円滑に行われる。
従って、羽根１４は、通常のように中心軸２、２′に直接に取付けるのでなく、片方の壁板16のみを中心軸２、２′まで延ばして取付けてあり、羽根１４や他方の壁板17には、中心軸２、２′との間に隙間１５ができ、風が通過できる。
【００１４】
請求項２によると、前記風車に対する向かい風が前記風車に対する追い風となるような登り坂状のガイドを風車の風上に設けてあるので、向かい風も有効に追い風として作用でき、風力を発電に効果的に変換できる。
【００１５】
請求項３によると、前記風車に対する追い風が常に到来するように風向追尾装置で検出し、この風向追尾装置の動きに連動して風車の受風面が常に風上に向くように前記中心軸や登り坂状のガイドも鉛直軸を中心に回動するので、常に追い風で効果的に風車を回転させ、また向かい風も登り坂面にガイドされ、追い風として風車を回転させ、常にパワーの大きな発電が可能となる。
【００１６】
請求項４によると、段落「0027」に記載のように、風を受ける羽根１４は、図示のような平板状でも図４、図５のような凹曲面状１１やスプーン状球面１２でもよく、断面形状は特に限定されない。
【００１７】
請求項５によると、前記の登り坂状のガイド及び風車の下側に隙間を設けて通風路とし、前記の登り坂状のガイドや風車の上側を通過しない風が直進可能としたので、風車の外側を通る風を少なくできる。
【００１８】
請求項６によると、前記風車の風上側に設けた登り坂状のガイドの後端を前記水平中心軸の中心より低い位置に設けて、上向きにガイドされた風が風車の羽根の外端寄りに当たるようにしたので、風車にとって向かい風となる風を追い風に変換すると共に各羽根に最初に当たる風も風車の回転力として有効に利用できる。
【００１９】
請求項７によると、前記風車の風上側に設けた登り坂状のガイドの上端付近で管路の先端を開口させて補助風を噴出させる構造としたので、風力が弱い場合でも前記管路の先端の開口から補助風を噴出させて風車の羽根の先端寄りに向けて噴出させ風車の回転を続行できる。このとき、風車の羽根を少なくとも４枚以上とするので、羽根と羽根の間で無駄に補助風が噴出されるのを防止できる。
【００２０】
請求項８のように、前記風車は、前記羽根の内端と前記中心軸の外周との間は離れて開いた構成とすると共に受けた風が前記羽根の内端と外端に逃げ出すような深溝状にしたので、前記羽根の内端と前記中心軸の外周との間が離れて開いた形態となり、前記羽根の内端側に逃げた風が一つ先の羽根の内端に当たって風車を回転させる力となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による風力発電装置の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ′断面図である。
【図３】図１の風力発電装置の正面図である。
【図４】風車の羽根を示す側面図である。
【図５】風車の羽根の別の実施例を示す断面図である。
【図６】風車の別の実施例を示す斜視図である。
【図７】図６の風車の断面図である。
【図８】風力補助機構を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に本発明による規模の選択が容易な風力発電装置が実際上どのように具体化されるか実施形態で説明する。図１は、本発明による風力発電装置の平面図であり、左右６個ずつ、計１２個の風車１…を水平軸２、２′に取付けてある。水平軸２、２′は、両端と中央を脚８でフレームＦに支持してある。Ｇ、Ｇ′は発電機であり、水平軸２、２′の回転力で駆動される。３、３′は風向追尾翼であり、前記水平軸２、２′の取付けフレームＦに鉛直に取付けてある。
図２は図１のＡ−Ａ′方向の側面図で、風車１…は放射状の羽根４…を例えば９０度間隔に水平軸２、２′に取付けた構造になっている。そして、前記水平軸２、２′より下側のみに、また風Ｗが到来する風上のみに登り坂状のガイド５を配設してある。すなわち、風Ｗは風車１…の上半分のみに導かれるように、上り坂状に板金などの板材で形成され、前記フレームＦに取付けてある。
【００２３】
風車１…の上側にも天井ガイドを設けてあり、前記登り坂状のガイド５に対応して、下り坂状６になっている。従って、到来した風が弱くても、風車１…の上半分に集中し、増強される。すなわち、この実施例では、向かい風が追い風として作用するように、フレームＦに複数本立てた支柱７…に前記のガイド５、６などを取付けてある。
風向追尾翼３、３′は、風車１…の後ろ側に配設してあるが、風Ｗの到来する前側に或いは横側に配設してもよく、風車１…と一体的に水平回動できれば足りる。この水平回動を可能にするために、図示例では、空洞の有る円盤状のフロートでフレームＦを形成してある。円形のプールには水９を溜めてあり、その上に前記のフロート式のフレームＦを浮かべてある。このフロート式のフレームＦの中心に円筒１０を設け、この円筒１０はプール側に設けたシールで防水された状態で回動する。
【００２４】
フレームＦは、図示のフロート式のように水の表面張力を受ける構造に代えて、水９は使用しないで、機枠の下に設けた車輪が、真円のガイドレールの上で回動することで、風向の変化に追従して機枠が回動する構造も可能である。フロートは使用しないので、支柱７…や脚８、発電機Ｇ、Ｇ′、風向追尾翼３、３′などを搭載する部位だけに一体の機枠を
設けてもよい。
前記の凹弧状のスロープになったガイド５の下側に、高さが0.５〜1.０ｍ程度の間隙ｇを設けてあることにより、風Ｗの一部は、この隙間ｇを通過する。風車１に負荷が無いと仮定した場合は、この隙間ｇを通過する風速より登り坂状のガイド５の上側を通過する風速が速いので、風車の外側に流れて風車の回転に寄与しない風を少なくできる。
なお、登り坂状のガイド５は、風車１を挟んで、後ろ側は下り坂になっており、天井側ガイド６の後ろは、風車１の天井側は水平で、その後ろ側は多少下り坂になっている。
【００２５】
図３は、図１、図２の風力発電装置を正面から見た図で、発電機Ｇ、Ｇ′はベルトＢ、Ｂ′を介して前記水平軸２、２′と接続されている。
図４、図５は風車の詳細を示す図で、図４は各羽根１…を側面から見た図である。このように、図１のような放射状の帯板１…を到来する風に向けて凹面に曲げた凹面状１１にしただけでは、風圧が直ちに横から逃げる。これに対し図５は、各羽根１…の真ん中で断面にした図である。すなわち、風を受ける面がスプーンのように凹球面１２になっているため、受けた風が逃げにくく、効率良く回転する。なお、図４のような凹曲面１１付きの羽根４の両縁に鎖線のような壁板１３を設けると、風が両側に逃げるのを防ぐことができる。
【００２６】
図４、図５のように、到来する風に向けて羽根の外端寄りが湾曲した形状にした場合、登り坂状のガイド５で上向きとなった風圧が直ちに羽根４…の外端の湾曲凹面に捕捉されて、風車の回転力に切り替わり、次いで水平方向から到来する風圧で風車が効果的に回転する。或いは、水平方向に到来する風が、ガイド５による上向きの風圧で多少上向きとなって、外端寄りの湾曲凹面に捕捉される。
図４、図５の凹曲面で最も深い部位は、羽根４…の全長の１／２より外端寄りに設けた方が効果的である。
また、図４で鎖線で示すように、登り坂状のガイド５の上端を水平軸２、２′よりｈだけ低く設定するのも効果的である。その理由は、登り坂状のガイド５の上端から吹き出す風が、早めに羽根４…の外端付近に当たり、風車の回転に寄与するからである。
なお、ガイド５、６を上下反転させた構造も可能である。この場合、風車の各羽根４…の外端の湾曲凹面に風圧が捕捉されるように配置することは言うまでもない。
【００２７】
図６は、別の実施形態の風車の斜視図で、羽根１４…の壁板１６、１７を深い三角状に形成してあり、風を受ける羽根１４は、回転軸２、２′の中心より風下寄りに移動した位置で鉛直に立っている。なお、鉛直に立った羽根１４は、図示のような平板状でも図４、図５のような凹曲面状１１やスプーン状球面１２でもよく、断面形状は特に限定されない。
図７は、羽根１４を垂直に２分割する位置の断面図であり、羽根１４が鉛直に立った状態で風が水平に矢印のように当たるとすると、最も効率良く風車が回転し、発電機を駆動できる。なお、図示例では、羽根１４の内端と回転軸の外周との間１５は開いており、離れている。
【００２８】
三角状の深い壁板１６、１７が有るので、羽根１４を駆動した後は外周側と内周側に逃げるが、内周側に逃げた風は一つ先の羽根１４の下端に矢印のように当たって回転させるので、風車の回転がより円滑に行われる。
従って、羽根１４は、通常のように回転軸２、２′に直接に取付けるのでなく、片方の壁板16のみを回転軸２、２′まで延ばして取付けてあり、羽根１４や他方の壁板17には、回転軸２、２′との間に隙間１５ができ、風が通過できる。
【００２９】
なお、常に風が吹いておればよいが、風が弱くて風力が足りないことも起こりうる。このような場合に備えて、図８のような風力補助機構を予め設けておくのがよい。そのために、登り坂状のガイド５の上端付近で、管路18の先端を開口させて風を噴出させる構造にし
てある。管路18の根本側は送風機19に接続してある。一方、例えば風上側の支柱７の頂上には風速計20を設けて、風速が規定以下に低下したことを検出したら、この検出器の信号で送風機19を始動させて、管路18の先端から補助風を噴出させ、風車１を強制的に回転させる。風速が所定の値まで回復したことが、風速計20で検出したら、送風機19を停止させる。
【００３０】
なお、羽根４の数が少ないと、羽根４の無い部位で補助風を噴出させるという無駄が起きるので、羽根４の数は少なくとも４枚以上は設ける必要がある。
各羽根４…の先端寄りの凹曲面に補助風が噴出されて当たるように、管路18の先端が向いておれば問題ないが、図のように登り坂状のガイド５に各風車１…毎に凹溝を設けて、その中に管路18を埋め込む構造も可能である。
このように、管路18の先端から噴出する補助風に頼る場合は、各羽根４…の外端寄りに噴出風が当たり、回転力が大きくなるように、各羽根４…の外端寄りに凹曲面を設け、しかも当たった噴出風が逃げにくい側壁13を設けたり、凹曲面11や凹球面12の曲率等が重要となる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
以上のように、風車を１以上有しているので、実状に応じて容易に風車の出力を設定し、風力発電装置の規模を選択できる。しかも、風車に対する向かい風が風車に対する追い風となるようなガイドを風車の前方に設けてあるので、向かい風も有効に追い風として作用させることができ、風力を発電に効果的に変換できる。
【符号の説明】
【００３２】
１…  風車
２、２′  水平軸
３、３′  風向追尾翼
４…  羽根
５  登り坂状のガイド
６  下り坂状のガイド
７  支柱
８  脚
Ｂ・Ｂ′  ベルト
Ｇ、Ｇ′  発電機
Ｆ  フレーム
Ｗ  風
９  水
１０  円筒
１１  凹面状部
１２  凹球面
１３  壁板
１４  羽根
１５  羽根の内端と回転軸との間
１６、１７  三角状の壁板
１８  管路
１９  送風機
２０  風速計
【要約】      （修正有）【課題】実情に応じて規模を容易に選択でき、しかも風車に対する向かい風をも風車の回転に有効利用できる風力発電装置を実現する。【解決手段】風車１を１以上有しているので、実状に応じて容易に風車の出力を設定し、風力発電装置の規模を選択できる。しかも、風車に対する向かい風が風車に対する追い風となるようなガイド５を風車の前方に設けてあるので、向かい風も有効に追い風として作用させることができ、風力を発電に効果的に変換できる。さらに、風車の受風面が常に風上に向く構成なため、常に追い風で効果的に風車を回転させ、また向かい風も登り坂面にガイドされて追い風として風車を回転させ、常にパワーの大きな発電が可能となる。【選択図】図２【図１】
0005829769.tif 000002
【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】
0005829769.tif 000007
【図７】
0005829769.tif 000008
【図８】
0005829769.tif 000009