(57)【要約】【課題】  通気層を有する建物において、通気層内の空気の流動を利用して建物内に供給される電力会社の電力消費量を少しでも削減し省エネルギー化を図る。【解決手段】  外断熱工法により断熱材２の外側に通気胴縁４を介して通気層３が形成される建物の通気層３内にクロスフロー型の風車１０を複数設置し、通気層３内を流動する風を利用して微風力発電を行い、得られた電力を利用する。この際、風車１０の羽１２の先端に、ブレード１３や半球状のカップ１４を取り付ければ、より微風でも回転するようになり、風車１０の上流側に、空気の流通面積を狭めて風速を高めるダンパー１１を設置することが好ましい。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外断熱工法で建設される建物の通気胴縁間或いは通気垂木間に複数の風車を設置し、通気層の風力を利用して発電することを特徴とする微風力発電装置。
【請求項２】
前記風車の手前に、空気の流通面積を狭めることで風速を高めることのできるダンパーを設置することを特徴とする請求項１に記載の微風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、住宅の換気システムを利用した微風力発電技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、省エネルギー対策の一環として断熱強化対策が進められ、新省エネルギー基準から次世代省エネルギー基準へと推移している中で、高気密高断熱住宅が普及しており、特に、戸建住宅分野では、従来の内断熱の充填断熱工法から外断熱工法に変るようになり、これが広く行われている。この外断熱工法は、建物の外側から断熱していく工法であり、壁の間柱や屋根の垂木等の構造材の外側に断熱材を配設した後、その外側に通気層を介して外装材を施工する。この通気層は、内部結露の防止や木造の腐食を防止する効果を有するものであるが、この際、断熱材を厚くして断熱効果を高めても外壁材や屋根材にかかる荷重を簡単な構造で支持できるようにした技術（例えば、特許文献１参照。）なども知られている。
【特許文献１】特開２００１−１１９６５号公報
【０００３】
一方、地球環境とクリーンエネルギーの観点等から、住宅の屋根などに風車を設置し、風力を利用して発電する装置も知られており、この際、傾斜屋根の頂上に横長型水平軸風車を設けるような技術（例えば、特許文献２参照。）や、同部にサボニウス型風車を設けるような技術（例えば、特許文献３参照。）や、同部に無志向性の風車を設けるような技術（例えば、特許文献４参照。）なども知られている。
【特許文献２】特開２００３−１２９９４１号公報
【特許文献３】特開２００２−２１７０５号公報
【特許文献４】特開平１０−１２２１２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前記外断熱工法における通気層では、建物の基礎部分と屋根部分に温度差が生じるため、基礎部分から屋根方向に向かって常に一定の空気が流れていることが知られているが、この通気層内の風速は極めて小さいため、従来これを利用するという発想はなかった。
ところが、本発明者等が改めてこの通気層の風速を何かに利用できないものかと、その風速を測定した結果、通常０．５〜１．０ｍ／ｓ程度の速さであることが判明した。また、風のある日では更に風速が強くなり、１．０〜３ｍ／ｓ程度の風速にまで達することがあることも判明した。
そして、この程度の風速であれば、ある種の風車を利用して発電できることを見出した。
【０００５】
そこで本発明は、通気層を有する建物において、通気層内の空気の流れを利用して、少しでも建物内に供給される電力会社の電力消費量を削減し、省エネルギー化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため本発明は、外断熱工法で建設される建物の通気胴縁間或いは通気垂木間に複数の風車を設置し、通気層の風力を利用して発電するようにした。
ここで、風力発電のための風車としては、風車に対して垂直に風が当たるプロペラ型風車を使用するのが一般的であるが、壁面や天井部の厚みの薄い通風層を利用しようとする場合、水平軸風車であるプロペラ型風車や、多翼型風車や、オランダ方風車や、垂直軸風車であるダリウス型風車や、サポニウム型風車等は適していない。
そこで本発明者等が鋭意検討したところ、シロッコファンに使われているような水平風で回りやすいクロスフロー型風車であれば、初速が０．８ｍ／ｓ程度以上で回転することを見出し、更に、クロスフロー型風車の羽の先端にブレードや半球状のカップを追加することにより、０．３ｍ／ｓ程度の微風でも一定速度で回転することを見出した。
またこの際、風車の素材として、例えば軽量のアルミ材やバルサ材を使用すると、風車の初期回転に必要な風速は０．２ｍ／ｓでも充分であることが判った。
そして、このような発電で得られた電力を、蓄電池等に蓄えておき、例えば常夜灯や、各種照明器具等に利用するようにすれば、省エネルギー化に寄与できる。
【０００７】
また本発明では、前記風車の手前に、空気の流通面積を狭めることで風速を高めることのできるダンパーを設置するようにした。
このように風車の手前（空気の流れの上流側）にダンパーを設置し、風を集めて風速の高い風を風車に与えれば、風車の回転速度が上昇して起電力を安定させることができる。
【発明の効果】
【０００８】
外断熱工法で建設される建築構造物の通気胴縁間或いは通気垂木間に複数の風車を設置し、通気層の風力を利用して発電することで、例えば常夜灯や、各種照明器具等に利用できるようになり省エネルギー化に寄与する。
また、風車の手前にダンパーを配設し、風速を高めることで、風車の回転速度を上昇させ、起電力を安定させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の実施の形態について添付した図面に基づき説明する。
ここで図１は外断熱工法で建設される戸建住宅の一例を示す説明図で、（ａ）は壁面と天井部の通気層の説明図、（ｂ）は壁面の一部を破断した部分斜視図、図２はクロスフロー型風車の一例を示す説明図で（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、図３は通気胴縁間の通気層に設置される風車の説明図、図４は風車の手前に設置されるダンパーの一例の説明図、図５は風車の羽の先端にブレードや半球状のカップを付けた状態の説明図、図６は電力の利用形態の一例を示す説明図である。
【００１０】
本発明に係る微風力発電装置は、外断熱工法で建設される住宅の通気胴縁間の通気層に風車を設置して微風力発電を行い、その電力を利用して省エネルギー化を図ったものであり、従来にないシステムとして提案されている。
【００１１】
そこで、本微風力発電装置について説明する前に、外断熱工法で建設される戸建住宅の一般的な形態について図１に基づき説明する。
【００１２】
外断熱工法で建設される住宅は、図１に示すように、側壁部にあっては、例えば４５５ｍｍ程度の横間隔で配置される間柱（或いは柱）１の外側に断熱材２が配設され、この断熱材２の外側に、２０〜４０ｍｍ程度の厚みの通気層３が形成されるように通気胴縁４を介して外装材５が配設され、天井部にあっては、垂木６の上部に断熱材２が配設され、この断熱材２の外側に、通気層３が形成されるよう、通気垂木（不図示）を介して屋根材７が配設されている。
【００１３】
そして、この通気層３には、建物の基礎部分と屋根部分の温度差に起因して、通常、図の破線に示すように、建物の基礎部分から屋根部分に向けて常に気流が流れており、本発明の微風力発電装置は、この通気層３内の気流の流れを利用するものである。
【００１４】
すなわち、通気層３内に設置される風車１０は、図２に示すように、クロスフロー型風車であり、厚み２０〜４０ｍｍ程度で、通気胴縁４の横間隔が４５５ｍｍ程度の通気層３内に設置するため、風車１０の直径は３００〜３５０ｍｍ程度、厚みは１５〜３０ｍｍ程度のサイズのものが好ましい。
そして、このような風車１０を通気層３内に設置する際の設置例は、図３の通りであり、通気胴縁４間の通気層３内に複数個並列状に設けることが好ましい。
なお、図番８は内装材である。
【００１５】
またこの際、図４に示すように、風車１０の上流側の流路面積を狭めて風速を高めるためのダンパー１１を設けることが好ましい。この際、ダンパー１１の基端部は、通気胴縁４に固定すればよい。
そして、風車１０としては、微風でも回転するよう、図５に示すように、羽１２の先端にブレード１３や半球状のカップ１４を取り付けたような形態のものが推奨される。
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００１６】
横間隔４５５ｍｍ間隔で通気胴縁４を設置し、前後面をアクリル板で被覆した通気層３を想定した実験箱を作製し、片側からヘアドライアーの冷風を０．１〜１．５ｍ／ｓの風量調整しながら風車１０に対して水平に風を送って実験した。
このときの風車１０の形状は、図５（ａ）の羽１２の先端にブレード１３がついたロータ型風車で、直径が３５０ｍｍ、厚み１８ｍｍであり、羽１２の素材は厚み０．５ｍｍのアルミ材で、ブレード１３部分は厚さ２ｍｍのバルサ材を使用した。また、発電機としては、自転車のハブダイナモを接続して起電力を測定した。
この結果、風速０．３ｍ／ｓで風車１０が回転を始め、風速１．０ｍ／ｓで０．０８Ｗの、風速１．５ｍ／ｓで０．１２Ｗの起電力を得られることが確認された。
【実施例２】
【００１７】
実施例１と同様な装置と風車１０で、通気胴縁４間に複数個（３個）の風車１０を設置した場合の起電力を測定した結果、風速０．５ｍ／ｓで０．１５Ｗ、風速１．０ｍ／ｓで０．３１Ｗの起電力を得られることが確認された。
【実施例３】
【００１８】
実施例１と同様な風車１０の手前に、ダンパー１１（厚さ１ｍｍのアルミ素材で出口の幅間隔が２５０ｍｍになるように形成したもの）の基端部を通気胴縁４にビス留めし、風速の変化と起電力を測定した。
ドライヤーの風速を０．３ｍ／ｓに設定すると、ダンパー１１出口では０．７ｍ／ｓの風速に高まった。更に、ドライヤーの風速を０．６ｍ／ｓに設定すると、ダンパー１１出口では１．２ｍ／ｓに高まった。また、それぞれの起電力は、０．０５Ｗ、０．１Ｗであった。
【実施例４】
【００１９】
風車１０の形状を図５（ｂ）の半球状のカップ１４を取り付けた形態のもの（羽１２の素材は厚み１ｍｍのアルミ材、半球部分はＰＶＣプラスチック材）とし、実験装置は実施例１のうち風車１０だけを変更したものを１個使用して実験した。
ドライヤーの風速を０．３ｍ／ｓ、０．６ｍ／ｓ、１．０ｍ／ｓの３段階に設定し評価したところ、０．３ｍ／ｓで風車１０が回転を始め、起電力はそれぞれ０．０２Ｗ、０．０６５Ｗ、０．１３Ｗと、ブレード型より２５〜３０％向上した。
【００２０】
この結果、発生した起電力を蓄電池等で溜めておけば、例えば住宅の常夜灯や、その他の照明器具等を点灯させることができ、その他にも利用できる可能性があることが立証された。
【００２１】
そこで、図６は微風力発電で得られた電力を活用する一例を示す回路図であり、図番１５は発電機、１６は蓄電池である。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
建築分野において急速に普及しつつある高断熱高気密戸建住宅における消費電力量の省エネルギー効果が得られるばかりでなく、集合住宅等の２４時間換気システムや一般住宅の換気扇などの一定の風速が流れる分野で広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】外断熱工法で建設される戸建住宅の一例を示す説明図で、（ａ）は壁面と天井部の通気層の説明図、（ｂ）は壁面の一部を破断した部分斜視図
【図２】クロスフロー型風車の一例を示す説明図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図
【図３】通気胴縁間の通気層に設置される風車の説明図で、（ａ）は壁面の横断面図、（ｂ）は縦断面図
【図４】風車の手前に設置されるダンパーの一例の説明図
【図５】風車の羽の先端にブレードや半球状のカップを取り付けた状態の説明図
【図６】電力利用の一形態を示す説明図で、（ａ）は全体図、（ｂ）は部分図
【符号の説明】
【００２４】
２…断熱材、３…通気層、４…通気胴縁、５…外装材、１０…風車、１１…ダンパー、１２…羽、１３…ブレード、１４…半球状のカップ。
【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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