(57)【要約】【課題】水平方向にある回転軸で両端部が支承される羽根車を用いた発電装置において、規模が小さい場合での軽量化に伴う支承架構の外力に抗する強度低下を回避し容易に強度を確保出来る様にし回転力に有効な受風量を高めて設置場所の限定が少なく効率的な発電が出来て風力発電の弱点である無風又は微風時にも発電出来る様にする。【解決手段】板状の回転翼を有し回転軸が水平方向にある羽根車２を用い支持基礎部４上で水平方向に回動可能な状態で支持された支承架構３にて支承させ、支承架構３の風上側に羽根車２の下方向約半分を防風出来てその受風圧を低減し受風量の約半分を回転力方向に導風出来て支承架構３に固設することにより強度部材となる防風部材５と風下側に風向の変化に対応し支承架構３を回動させるための垂直尾翼６を付設する。付加して、太陽電池を具備し、支承架構３の少なくとも上部外面に受光板９が付設し太陽光発電も出来る様にする。【選択図】    図３
2005180308.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸から放射状に突出する板状の回転翼を３枚以上有し回転軸が水平方向にある羽根車が用いられ、羽根車の回転軸の両端部を支承する羽根車の回転径と近似寸法幅の角筒状をなした支承架構と該支承架構を連結支持するとともに水平方向に回動可能とする連結回転機構部位を有した支持基礎部を有し、支承架構の風上側に羽根車の回転範囲の下方向約半分を防風出来るとともにその受風圧を低減出来る様にするための頂角が約６０〜９０度の範囲の二等辺形状もしくはその頂点に接する楕円の一部形状をなした断面の防風部材が固設されて風下側に支承架構の特定面が変化する風向に常に対向出来る様にするための垂直尾翼が固設され、防風部材の支承架構への固設が支承架構の風力等の外力による変形に抗する強度を確保するための補強部材となっていて、羽根車の回転力により作動する発電機が具備されていることを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
前記支承架構の少なくとも上部外面に太陽電池の受光板が付設され太陽光発電も出来る様にし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。
【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ものであり、特に、板状の回転翼を有し回転軸が水平方向にある羽根車を用いて風向の変化に適切に対向して受風出来るとともに羽根車の回転力を高めることが出来る様にした受風方式の風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電の受風方式としては従来からプロペラ型やサボニウス型、ダリウス型風車等が知られている。前記各受風方式には用いる場合の得失が各々にあり、例えば、プロペラ型は回転翼を長くし回転径を大きくすることにより大きな発電出力が期待出来るがそれに伴い高い支柱を設け基礎も大きくする必要があり強風には比較的対応力が小さく回転翼の破損飛散による周辺への被害等を考慮しなければならないため設置場所が限定され、サボニウス型、ダリウス型に類するものは回転軸が鉛直方向にあるため設置基盤面から余り高さを要しない位置での発電が容易であり設置場所の限定は比較的少ないが回転翼の回転位置によっては受風力が回転への抵抗力として作用とするとともに風は同地点でも高さ方向で風速が異なって来るので風力の回転エネルギーへの変換は効率的と言い難く大型化による大出力も期待し難いと言った得失がある。
【０００３】
近年、風力発電は地球環境に優しい発電方法として益々その重要度が高まって来ているが、設置場所が限定されるプロペラ方式の大型化の訴求に注力するだけでなく、これに応えられるための新たな発電方法の提案も求められている。このため、本発明者は、前記各受風方式の得失を勘案し新たな発電方法の提案として「風力発電装置（特願２００３−１０１２０８）」を既出願している。該提案の趣旨は、板状面で受風する回転翼を有し回転軸が水平方向にあり回転軸の両端部が支承される羽根車を用いて該羽根車の支承架構が支持基礎部上で回動可能とし風向の変化に対応出来る様にして設置基盤面から余り高さを要しない位置での発電を容易にし、前記支承架構の風上側に羽根車の回転範囲の約半分が防風出来て上下に移動が可能な防風板を配設して弱風時は羽根車の下方半分を防風し回転翼の回転位置的な風力による抵抗力を無くし羽根車の回転力を高め強風時には上方に移動させて受風量を減じ回転力を調整することにより羽根車の異常回転による破損や故障の恐れを回避し弱風時から強風時までの広範な条件下で効率的でより安定的な発電が出来る様にして、プロペラ方式よりも設置場所の限定が少なくサボニウス型等よりも効率的で大きな出力の発電が可能な風力発電装置の提供にある。
【０００４】
しかしながら、前記提案は支承架構等の強度を確保すればそれ自体としてその目的を達し得るものであるが、規模が小さい場合には軽量化が要望されて来る可能性が高く、支承架構等において薄板化して軽量化に応えようとすると支承架構が四角枠形状のため風等の外力により変形する恐れが生じてくる。このため、軽量化の要望を満足させつつ外力に抗する強度が確保出来る対策が望まれて来る。また、前記提案に限らず風力発電装置においては無風または微風時の発電が困難であるのが問題点であるがこの場合にも発電が可能であることが望まれている。ところで、規模が小さい場合には、羽根車の回転径が小さく受風量自体が小さくなるので強風時に防風板を上方に移動させて受風量を調節する意義は小さくなる面がある。
【特許文献１】特願２００３−１０１２０８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする問題点は、本発明者が既出願による板状面で受風する回転翼を有し回転軸が水平方向にあり回転軸の両端部が支承架構により支承される羽根車を用いた発電装置において、設置場所の限定が少ない利点を継承し、規模が小さい場合での軽量化の要望に伴う支承架構の風等の外力による変形に抗する強度低下の恐れを回避するために、支承架構の外力に抗する強度を容易に確保出来る様にするとともに回転力に有効な受風量を高めてサボニウス型等よりも効率的な発電が出来る様にすることにある。更には、風力発電の弱点である無風または微風時にも発電出来る様にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の目的を達成するため、本発明の風力発電装置は、回転軸から放射状に突出する板状の回転翼を３枚以上有し回転軸が水平方向にある羽根車が用いられ、羽根車の回転軸の両端部を支承する羽根車の回転径と近似寸法幅の角筒状をなした支承架構と該支承架構を連結支持するとともに水平方向に回動可能とする連結回転機構部位を有した支持基礎部を有し、支承架構の風上側に羽根車の回転範囲の下方向約半分を防風出来るとともにその受風圧を低減出来る様にするための頂角が約６０〜９０度の範囲の二等辺形状もしくはその頂点に接する楕円の一部形状をなした断面の防風部材が固設されて風下側に支承架構の特定面が変化する風向に常に対向出来る様にするための垂直尾翼が固設され、防風部材の支承架構への固設が支承架構の風力等の外力による変形に抗する強度を確保するための補強部材となっていて、羽根車の回転力により作動する発電機が具備されていることを特徴とする。付加して、前記支承架構の少なくとも上部外面に太陽電池の受光板が付設され太陽光発電も出来る様にしていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、本発明者が既に提案している板状面で受風する回転翼を有し回転軸が水平方向にあり回転軸の両端部が支承架構により支承される羽根車を用いた発電装置において規模が小さい風力発電での軽量化の要望にも容易に対応出来て、設置場所の限定が少なくサボニウス型等よりも効率的な発電が可能であり、風力発電の弱点である無風または微風時にも発電が可能である風力発電装置の提供が出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の風力発電装置の最良の形態としては、課題を解決するための手段に示す構成要素を具備し、以下のことを含む形態のものである。羽根車は板状の回転翼を６枚程度有し該回転翼は受風効果を高めるため外周側近傍にくの字形状もしくは彎曲形状部を設ける。支承架構は主要部が羽根車の回転軸を支承する帯状の角枠形状をなした主支承部位とその両側に薄板材により羽根車の回転径より少し大きな寸法幅で角筒状をなしその外部側に薄板にて風の影響を勘案した筋状補強が施された側辺部位等とからなる。支持基礎部は支承架構との連結部に支承架構を連結支持出来るとともに回動を可能にする連結回転機構部位を組み込む。防風部材は羽根車の下方約半分を防風出来て受風抵抗を低減出来るとともに羽根車の回転力方向に受風量の約半分を導風出来て更には強度部材としての剛性を高められる様に頂角が６０〜８０度を目途とした二等辺形状もしくはその頂点に接する楕円の一部形状の断面をなし支承架構との固設部および中間部に前記断面に直交する様にプレート補強を施す。垂直尾翼は支承架構の変化する風向への対向に効果的な形状とし支承架構との固設部は無効な風抵抗が少ない様に補強を施し支承架構の強度補強に寄与出来る様にすることが好ましい。発電機は本風力発電装置に適用出来るものであれば限定されないが極力小型で発電効率の良好なものが好ましい。羽根車の回転力を発電機に伝達する方法としては極力伝達ロスの少ない回転力伝達機構を用い、必要に応じて変速機構が組み込まれても良い。そして、無風または微風でも発電出来る様に、太陽電池の受光板を支承架構の少なくとも上部外面に付設して太陽光発電が出来る様にする。
【実施例１】
【０００９】
図１は本発明に係る風力発電装置を例示する正面図、図２は側面図、図３は縦断面図、図４は平面図を示す。以下、図面を参照して本発明に係る風力発電装置を説明する。
【００１０】
本発明の風力発電装置１は、図１〜４に示す様に、主要部が、回転軸から放射状に突出する回転翼を有し回転軸が水平方向にある羽根車２と、羽根車２の回転軸の両端部を支承する帯状で角枠形状の主支承部位３ａと該部位３ａの両側に羽根車２の回転に支障を来さない様に出来る寸法幅の角筒状をなした側辺部位３ｂで主構成された支承架構３と、支持基礎本体部位４ａが地盤面または建築物の躯体部等１１に固設され支承架構３を連結支持し水平方向に回動可能とする連結回転機構部位４ｂを有した支持基礎部４、および、支承架構３の風上側に羽根車２の回転範囲の下方向約半分を防風出来てその受風圧を低減出来るとともに受風量の約半分を羽根車２の回転力方向に導風出来て支承架構３に固設することにより強度部材となる防風部材５と、支承架構３の風下側に固設され風向の変化に対応し支承架構３を回動させるための垂直尾翼６、並びに、羽根車２の回転力により作動する発電機７と回転力を伝達させるための回転力伝達機構８からなっている。付加して、太陽電池を具備し、支承架構３の少なくとも上部外面に太陽電池の受光板９が付設され必要に応じて太陽電池の構成部材および機器等の一部１０を発電機７の近傍に配設して太陽光発電も出来る様にしている。以下、本風力発電装置に連関する主な部位、機器等に関し付記して説明する。
【００１１】
羽根車２は、図３に示す様に、３枚以上の板状の回転翼が相互間に均等な角度または間隔を保って回転軸から概ね放射状に突出している。回転翼と回転軸との連結方法としては一体化出来て本発明の目的を達成出来れば限定されない。材質としては、例えば、鉄、ステンレス、チタン合金、ジュラルミン等の金属または合金もしくはポリカーボネート等の高強度プラスチックならびに炭素繊維等の繊維補強プラスチック等の高強度高耐久材料が考えられる。回転翼は、通常においては４〜６枚程度が好ましく、回転翼は平板での良いが受風効果を高める観点からはくの字形状もしくは彎曲状に類した形状部を設けることが好ましく、例えば、くの字形状では内角が概ね９０〜１２０度を目処とするのが好ましい。回転軸は回転翼の両端から突出した突出部を有し該突出部は支承架構３により支承出来る様になっていて支承を維持するための耐久性を有している。
【００１２】
支承架構３は、図１〜４に示す様に、主支承部位３ａと側辺部位３ｂの主構成部に加えて必要に応じて側辺部位３ｂの外面に付設される薄板部材で風の影響を勘案して筋状に接合された筋状補強部位３ｃとからなり、側辺部位３ａの上面の風上側突端に水平面から上方に約３０度の角度をなし概ね筋状補強部位３ｃの高さまでの幅で羽根車の回転力に寄与する受風量を増す様に固設された導風部材３ｄを付設することが好ましい。また、筋状補強部位３ｃ以外にも主支承部位３ａと側辺部位３ｂの強度補強のための部材が風の影響を勘案して固設されても良い。材質としては、求められる強度を勘案し羽根車２に例示した材質のものの中から適宜選定され用いられる。また、羽根車２の支承方法としては既存の回転機械の回転軸支承に通常用いられているものに準じ、例えば、ボールベアリングに類する機構等を組み込んだ支承方法が考えられるが本発明の目的を達成出来うるならば限定されない。
【００１３】
支持基礎部４は、図１〜３に示す様に、支持基礎本体部位４ａの上部に連結回転機構部位４ｂを有し支承架構３の連結支持と水平方向の回動を可能としている。支持基礎本体部位４ａの材質としては主に鉄骨もしくは鉄筋コンクリートが用いられ、連結回転機構部位４ｂは支承架構３の下方からの支承のみならず水平方向および浮き上がり防止対応を考慮した支承方法が組み込まれた形態をなしていて、円滑な回動を可能とするための構造としては、例えば、ボールベアリングに類する機構またはポリテトラルフルオロエチレン、グラファイト等を他のプラスチック材料に混合して摩擦抵抗を低減させた部材を摺動部材として組み込んだ機構もしくはオイル等の潤滑剤を利用した機構等を組み込んだ構造のものが考えられるが、摩擦抵抗を低減し円滑な回動と上部の支持強度が確保され本発明の目的を達成出来れば限定されない。また、地盤への固定はくい打ちや土台となるコンクリート基礎等を必要に応じて敷設して固定し、建築物等の躯体への固定はアンカーボルト等を用いて固定される。
【００１４】
防風部材５は、図１〜３に示す様に、防風主体部位５ａの内角側の両端部と中間に適宜な間隔で薄板を用いた補強部材５ｂが溶接またはボルト等にて接合されていて、防風部材５の支承架構３への固設は主として両端部の補強部材５ｂ部にて溶接またはボルト等にて固設され補強部材として支承架構３を補強する。材質としては羽根車２もしくは支承架構３に準じた材質のものが用いられる。
【００１５】
垂直尾翼６は、図３〜４に示す様に、尾翼主体部位６ａに薄板状の補強部材６ｂが接合されていて、尾翼主体部位６ａは強度を維持しつつ軽量化を考慮し風向の変化への反応性が高くなる様に回転軸から離れた距離の受風面をより大きく確保する形状をなしている。材質としては防風部材５に準じた材質のものが用いられる。そして、尾翼主体部位６ａと補強部材６ｂとを支承架構３に固設することにより固定強度を高め支承架構３の強度補強に寄与出来る様にすることが好ましい。
【００１６】
発電機７は、本風力発電装置に適用出来るものであれば用いることが出来るが極力小型で発電効率の高いものが好ましく、図１に示す様に、支承架構３の支承部位３ａの下部の中央部近傍に配設されることが好ましいが限定はされない。
【００１７】
回転力伝達機構８は、回転力の伝達ロスが極力少ない伝達機構とし、例えば、図１、図３に示す様に、羽根車２の中間部に回転翼の欠損部を極力少なくする様に羽根車側歯車８ａを組み込みこれに連動する発電機側歯車８ｂを介して羽根車２の回転力を発電機７伝達する方法が考えられるが、回転力の伝達ロスが極力少ない伝達機構であれば前記例には限定されず、ベルト等の他の伝達手段を用いた機構でも良い。また、必要に応じて変速機構が組み込まれても良い。
【００１８】
太陽電池の受光板９は、軽量で発電効率の高いものが好ましく、図３〜４に示す様に、支承架構３の少なくとも上部外面に付設されるが、必要に応じて側部外面および防風部材の上半分の外面等の配設可能場所に追加して付設されることも好ましい。また、太陽光発電に必要な受光板９以外の構成部材および機器は現在用いられている太陽電池に準じて具備され必要に応じて構成部材および機器の一部１０を、図１に示す様に、発電機７の近傍に配設し太陽光発電も出来る様にすることも好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
地球温暖化等の地球環境悪化の要因となる火力発電や安全性が課題として残っている原子力発電に代わる地球環境に優しい発電装置として利用出来るとともに今後期待される燃料電池のための水素ガスを水の電気分解により製造することにも利用出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る風力発電装置を例示する正面図である。
【図２】本発明に係る風力発電装置を例示する側面図である。
【図３】本発明に係る風力発電装置を例示する縦断面図である。
【図４】本発明に係る風力発電装置を例示する平面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  ；本発明の風力発電装置
２  ；羽根車
３  ；支承架構
３ａ；支承架構の主支承部位
３ｂ；支承架構の側辺部位
３ｃ；側辺部位の筋状補強部位
３ｄ；側辺部位の上部風上側の突端部に固設する導風部材
４  ；支持基礎部
４ａ；支持基礎部の支持基礎本体部位
４ｂ；支持基礎部の連結回転機構部位
５  ；防風部材
５ａ；防風部材の防風主体部位
５ｂ；防風部材の補強部材
６  ；垂直尾翼
６ａ；垂直尾翼の尾翼主体部位
６ｂ；垂直尾翼の補強部材
７  ；発電機７
８  ；回転力伝達機構
８ａ；回転力伝達機構の羽根車側歯車
８ｂ；回転力伝達機構の発電機側歯車
９  ；太陽電池の受光板
１０  ；太陽光発電に必要な受光板以外の構成部材および機器の一部
１１  ；地盤面または建築物の躯体部等
【図１】
2005180308.tif 000003
【図２】
2005180308.tif 000004
【図３】
2005180308.tif 000005
【図４】
2005180308.tif 000006