(57)【要約】【課題】      風車の設置自由度を大幅に高め、風車をタワーの上に設置する場合にもタワーの強度、またタワー設置部の強度を過度に強くする必要がなく、発電機の取付調整および保守に際して作業が容易に行え、風量の変動により風車の回転が変動した場合にも、発電機の出力が過度に変動しないようにすることができる風力発電装置を提供する。【解決手段】  複数の風車支持タワー３の頂部に設けられた複数の水平軸風車１の回転軸２にそれぞれエアコンプレッサ４をに連結し、エアコンプレッサと圧縮空気貯留用エアタンク７とをそれぞれエア配管５で連結してエアコンプレッサで圧縮した空気をエアタンクに貯留する。エアタンク、エアモータ９、発電機１０がタワーの根元部の近傍に設置されている。エアタンク内の圧縮空気によりエアモータを回転させ発電機により発電する。【選択図】    図１
2005180237.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車の回転軸にエアコンプレッサを機械的に連結して該エアコンプレッサを風車により駆動可能とし、該エアコンプレッサと圧縮空気貯留用エアタンクとをエア配管で連結して該エアコンプレッサで圧縮した空気を前記エアタンクに貯留するようにし、発電機が機械的に連結されたエアモータを前記エアタンクに連結して該エアタンク内の圧縮空気により前記エアモータを回転させ前記発電機により発電するようにしたことを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
前記風車が水平軸風車であって風車支持タワーの頂部に設けられているとともに、前記エアタンク、前記エアモータおよび前記発電機が前記タワーの根元部の近傍に設置されている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】
複数の風車が設けられており、各風車がそれぞれ個別のエア配管を介して前記エアタンクに連結されていることを特徴とする請求項１または２に記載の風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は風力発電装置に関する。より詳しくは、本発明は、風車で発電機を駆動し、風力エネルギを電気エネルギに変換するための風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から種々のタイプの風車が知られており、特に、回転軸の一端部に飛行機のプロペラのような羽根を複数枚（例えば、３枚）取着し、この羽根により水平軸を回転させるようにしたプロペラ形風車が広く用いられている。
【０００３】
このようなプロペラ形風車は、風車およびこの風車を回転可能に支承しているナセルを風車支持用のタワーの頂部近傍に設置し、この風車の回転軸の風車と反対側の端部に直接または歯車を介して発電機を連結している。そのため発電機は高いタワーの頂部位置に設けられており、その取付けや調整および保守などの作業が非常に煩瑣であるという問題とともに風車、発電機の大重量に耐えるように風車支持用タワーの設置箇所の地盤強度を高くする必要があり、設置コストが嵩むという問題がある。
【０００４】
このような問題を解消するために、特許文献１（特開２００３−２７８６３９公報）には、風車およびナセルをタワーの所定の地上高さに支持するとともに、発電機をナセルから降ろして地上に設置して、風車の回転軸に、水平方向の回転入力を垂直方向へ回転出力する歯車機構を設け、歯車機構の出力軸をタワー内に回転自在に軸支した伝動軸に連結して風車の回転軸から歯車機構により動力を取出し、伝動軸に発電機を連結して地上に設置した発電機を機械的に駆動するようにした風力発電装置が開示されている。
【０００５】
このように発電機を地上に設置することによりタワーの支持する荷重を軽減することができるが、風車と発電機とを機械的に連結しているために連結機構が非常に複雑であるという問題がある。
【０００６】
更に、特許文献2（特開２００３−２７８６４０公報）には、タワーの頂部に設置した風車に油圧ポンプを連結するとともに、油圧モータおよび発電機を地上に設置して、油圧ポンプと油圧モータとを圧油を送油する圧送回路により連結し、油圧により発電機を回転させるようにした風力発電装置が提案されている。
この装置によれば、重量の大きい発電機をタワーの頂部から降ろしており、これによりタワー設置地盤の強度を過大にすることを防止できる。また、圧油配管により油圧ポンプと油圧モータを連結しているために、両者の設置の自由度が増すという利点がある。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２７８６３９公報
【特許文献２】特開２００３−２７８６４０公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、よく知られているように、油圧系において用いる作動油は圧縮性がないために、その作動は剛体と同様な挙動をする。そのために、風車の回転変動がもろに発電機に影響し、例えば、風力低下により風車の回転が低下した場合には発電力が低下し、逆に風車の回転が高過ぎた場合には発電が過大になるということがある。このような問題を解決するためには、風車に特別な回転制御装置を設ける必要があり、風車が依然として高価になってしまう。
【０００９】
また、タワーの頂部に設置した油圧ポンプと発電機とを連結する圧送回路から油漏れが生じると、その修理が面倒であるととともに作動油が周囲環境を汚染するという問題がある。
【００１０】
本発明は、このような問題点を解決して風車の設置自由度を大幅に高め、風車をタワーの上に設置する場合にもタワーの強度、またタワー設置部の強度を過度に強くする必要がなく、また発電機の取付調整および保守に際して作業が容易に行え、更に、風量の変動により風車の回転が変動した場合にも、発電機の出力が過度に変動しないようにすることができる風力発電装置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】
本発明においては上記の目的を、風車の回転軸にエアコンプレッサを機械的に連結して該エアコンプレッサを風車により駆動可能とし、該エアコンプレッサと圧縮空気貯留用エアタンクとをエア配管で連結して該エアコンプレッサで圧縮した空気を前記エアタンクに貯留するようにし、発電機が機械的に連結されたエアモータを前記エアタンクに連結してエアタンク内の圧縮空気によりエアモータを回転させ前記発電機により発電するようにしたことを特徴とする風力発電装置により達成する。
【００１２】
本発明においては、風車にエアコンプレッサを機械的に連結している。ここに、機械的連結とは、風車の回転軸に直接エアコンプレッサを取付けてもよく、風車の回転軸とエアコンプレッサの回転軸を機械的に結合してもよく、または、風車の回転軸とエアコンプレッサの回転軸とを歯車やプーリ等によって連結してもよい。
【発明の効果】
【００１３】
また、本発明においては、重量の大きい発電機は風車から離れて設置されている。特に、このようにしたことにより、風車がタワーの頂部に設けられている場合にも、タワー強度が過大とならず、従って、タワーの設置地盤も過度に強度を高める必要がないという利点が生じる。
【００１４】
このエアコンプレッサはエアタンクにエア配管により連結されていて、風車によりエアコンプレッサを回転させ、発生した空気をエアタンクに溜込むようにしている。溜込んだエアタンクの圧縮空気によってエアモータを駆動し、エアモータに連結された発電機を回すようにしている。そのため風車の回転が、例えば風量の変動により変動したとしても、エアタンク内に圧縮して貯留される空気は、その圧縮性によって変動を吸収し、風車の大きな回転変動にも拘らずエアモータの回転変動は僅かとなる。そのため、発電機の発電量は常時ほぼ一定となる。
【００１５】
なお、本発明においても、風車の回転が過大になった場合には、風車の羽根のピッチを変えるとか、または風車にブレーキを掛けて回転を止めるなどの方策を採っておくことが好ましい。
【００１６】
また、エア配管またはエアタンクに圧縮空気を逃がすためのエアバルヴを取付け、風車の回転が極めて過大になり、エア配管またはエアタンク内の空気が設定値よりも過大になった場合には、圧縮空気を一部逃がすようにする。このようにしてエアバルヴによって過大な圧力を外に逃がしたとしても、本発明の作動流体は空気のため、周囲環境を汚すことがない。
【００１７】
また、本発明の風車としては、水平軸風車であって風車支持タワーの頂部に設けられており、エアタンク、エアモータおよび発電機がタワーの根元部の近傍に設置されている風力発電装置とすることが好ましい。しかし、本発明に係る風車は必ずしも水平軸風車でなく、垂直軸風車であってもよいし、また風車は必ずしもタワーの頂部に設置されていなくても、本発明を適用することができる。
【００１８】
また、実施例に示すように風車を複数台用意し、この風車をそれぞれ別のエア配管によって１つのエアタンクに連結しておくと、各風車の回転変動も、複数の風車間の回転変動もエアタンクに貯留される空気圧によって平均化されて、これによりエアモータは常時ほぼ一定の回転を維持することができるようになり、より好ましい。また、複数の風車で作られた空気をエアタンクに溜め、その圧縮空気を用いて発電機を回すようにするため、１台の風車に設置する発電機よりも大きな発電機を駆動することができ、発電機の発電効率の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施例を図示した添付図面を参照して、本発明につき説明する。図１は本発明の一実施例の概略図である。
【００２０】
この実施例においては、風車としては３台のプロペラ形風車１を用いており、各風車１の水平軸２はそれぞれタワー３の頂部に水平に設けられている。この風車１の回転軸２にはエアコンプレッサ４が機械的に連結している。この実施例においては、風車１の回転軸２とエアコンプレッサ４の回転軸が１つになっているが、風車１の回転軸２とエアコンプレッサ４の回転軸２とを別にし、両者を直接連結してもよいし、歯車またはプーリなどで機械的に連結してもよい。
【００２１】
各エアコンプレッサ４からはエア配管５が延びており、それぞれエアバルヴ６を介してエアタンク７に連結されている。なお、エアタンク７はタワー３の根元部の近傍に設置されており、その容量は各エアコンプレッサ４により発生する圧縮空気の量に応じて選定する。このエアタンク７は球形でもよいし円柱形、その他の形状でもよい。
【００２２】
エアタンク７と各エア配管５の間にエアバルヴ６を設けている。これは、複数の風車１のうち、或る風車１を調整したり保守したりする場合にも、他の風車１は作動し続けるようにするために、そのサービスを受ける風車１に連結されたエア配管５のみエアバルヴ６を閉めるためである。
【００２３】
エアタンク７には、空気圧力をほぼ一定とする所謂レギュレータとして知られている圧力制御装置８を通して一つのエアモータ９が連結されている。圧力制御装置８によりエアモータ９は常時ほぼ一定の回転数とすることができる。
【００２４】
エアモータ９には発電機１０が機械的に連結している。ここに機械的に連結というのは、図示した実施例のように同軸状に設けられていてもよいし、歯車またはプーリなどにより連結されていてもよい。
【００２５】
エアモータ９および発電機１０はエアタンク７の近傍、従って、タワー３の根元部の近傍に設置されている。
【００２６】
エアタンク７から圧力制御装置８を通じて圧縮空気がエアモータ９に供給されてエアモータ９が回転し、発電機１０を駆動する。このようにして発電機１０により作られた電気は系統連係装置１１および送電線１２を通して電気の消費者に送られる。
【００２７】
上述した実施例においては、複数のタワーにそれぞれ風車を設けていたが、本発明はタワーおよび風車がそれぞれ一つの場合でも適用でき、また、一つのタワーに複数の風車を設置する場合にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施例の概略図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  風車
２  水平軸
３  タワー
４  エアコンプレッサ
５  エア配管
６  エアバルヴ
７  エアタンク
８  圧力制御装置
９  エアモータ
１０  発電機
１１  系統連係装置
１２  送電線
【図１】
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