(57)【要約】【課題】      回転機構を用いることなく、風向きの変動に追随して、風を取り込むことを可能すること。【解決手段】  風力発電設備は、筒状体１０と、給気部１２と、排気部１４と、発電機付き風車１６とを備えている。筒状体１０は、上下端が閉止された円形断面の円筒体であって、基礎１８上に立設されている。風車１６は、風車本体１６ａと、発電機１６ｂとを備えている。風車本体１６ａが回転駆動されると、発電機１６ｂにより所定の電力が得られる。給気部１２は、筒状体１０の外周に設けられ、外部からの風圧を受けて開口される常閉型の複数の給気口２０を備えている。給気口２０は、筒状体１０の円筒を周方向に沿って、等角度間隔に１２等分するようにした状態で配置されている。排気部１４は、筒状体１０の外周に設けられ常閉型の複数の給気口２２を備えている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向の両端が閉止され、立設設置される筒状体と、
前記筒状体の両端に配置される給気部と排気部と、
前記筒状体内の前記給気部と排気部との間に配置され、前記給気口から前記排気口に向かう空気流により回転駆動されるる発電機付き風車とを備え、
前記給気部は、前記筒状体の外周に設けられ、外部からの風圧を受けて開口される常閉型の複数の給気口を有し、
前記排気口は、前記筒状体の外周に設けられ、内部からの風圧を受けて開口される常閉型の複数の排気口を有することを特徴とする風力発電設備。
【請求項２】
前記給気部は、前記筒状体の下端側に配置し、前記排気部を前記筒状体の上端側に配置することを特徴とする請求項１記載の風力発電設備。    
【請求項３】
前記筒状体は、円形断面の円筒であって、前記円筒を周方向に沿って６ないしは１２分割するように前記給気口及びまたは前記排気口を配置することを特徴とする請求項１または２記載の風力発電設備。
【請求項４】
前記給気口と排気口とは、前記筒状体の軸方向に沿って多段状に配置することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の風力発電設備。
【請求項５】
前記給気口と排気口とは、錘付き回転窓から構成することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の風力発電設備。
【請求項６】
前記給気部は、前記給気口から流入した空気流を前記風車側に導くノズル型の集風筒と、整流用固定翼とを有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の風力発電設備。
【請求項７】
前記筒状体は、その内面に覆設された吸音材を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の風力発電設備。
【請求項８】
前記風車は、その周囲に前記空気流の強さが所定以上に上昇した際に開口する風圧調整部を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の風力発電設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、風力発電設備に関し、特に、発電機のロータ径が比較的小さく、建物屋上などに設置される風力発電設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
風力発電設備では、発電機のロータ直径が数メートル以下のマイクロ風車を用いるものがあり、この種の発電設備は、居住地域などで利用されていて、風車は、地上数メートル以下の低い場所や、建物屋上に設置されることが多い。
【０００３】
このような発電設備では、風速が小さいだけでなく、周囲の地形や建物などに影響されて、風向や風速の変動が大きくなる。そのため、このような風力発電設備では、（１）低風速でも発電できること、（２）風向，風速の変動が顕著な場合でも、追随しつつ安定した運転ができること、（３）強風などによる風車の翼や支柱などが破損した際の飛散対策が容易であること、（４）発生騒音対策が容易であること、などの要請があった。
【０００４】
そこで、例えば、特許文献１，２には、低風速化に対する対策が提案されており、特許文献１では、風向き方向に開いた専用の集風口を設ける構造が提案され、特許文献３には、屋根の傾斜を利用して風車に風を取り込む構造が提案されている。
【０００５】
また、特許文献１，２では、風向変動に対する追随対策として、尾翼案内風向板を設けている。しかしながら、このような従来の風力発電設備には、以下に説明する課題があった。
【特許文献１】特開昭６０−３６７８５号公報
【特許文献２】特開２００３−４９７６０号公報
【特許文献３】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】
【０００６】
すなわち、特許文献１，２に開示されている風力発電設備では、集風口，風車，発電機などの重量物全体を、風向きに合わせて回転させる構造なので、鉛直荷重を支える部分に、風圧による偏心した不均衡な力がかかり、回転機構に故障が発生し易いという問題があった。
【０００７】
また、特許文献３に開示されている風力発電設備では、建物などの傾斜屋根を集風面の一部として利用するものであるが、騒音に対する対策が講じられておらず、大きな騒音が発生して、周辺に迷惑を及ぼすという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、風向きに合わせて回転させる機構を用いることなく、風向きの変動に追随して、風を取り込むことが可能で、しかも、騒音の発生が少なくなる風力発電設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、軸方向の両端が閉止され、立設設置される筒状体と、前記筒状体の両端に配置される給気部と排気部と、前記筒状体内の前記給気部と排気部との間に配置され、前記給気口から前記排気口に向かう空気流により回転駆動される発電機付き風車とを備え、前記給気部は、前記筒状体の外周に設けられ、外部からの風圧を受けて開口される常閉型の複数の給気口を有し、前記排気口は、前記筒状体の外周に設けられ、内部からの風圧を受けて開口される常閉型の複数の排気口を設けた。
【００１０】
このように構成した風力発電設備によれば、給気部は、筒状体の外周に設けられ、外部からの風圧を受けて開口される常閉型の複数の給気口を有し、排気口は、筒状体の外周に設けられ、内部からの風圧を受けて開口される常閉型の複数の排気口を設けているので、風向きが変わっても、変わった方向に対向するいずれかの給気口が、風圧を受けて開口し、開口した給気口から風が筒状体内に取り込まれ、取り込まれた空気が排気口に向かって流れる空気流となり、この空気流により、発電機付き風車を回転駆動させて、発電させることができる。
【００１１】
この場合、風向きに追随させるための回転機構は、設けていないので、従来のこの種の設備のように、風圧の偏心作用による、故障の恐れがなくなる。
【００１２】
また、空気流により回転駆動される風車は、筒状体内に設置されているので、外部に漏れる騒音量を大幅に低減することができるとともに、発電機付き風車は、筒状体内に設置されているので、これが破損しても、破損した部分が外部に飛散することが防止される。
【００１３】
前記給気部は、前記筒状体の下端側に配置し、前記排気部を前記筒状体の上端側に配置することができる。    
【００１４】
前記筒状体は、円形断面の円筒であって、前記円筒を周方向に沿って６ないしは１２分割するように前記給気口及びまたは前記排気口を配置することができる。
【００１５】
前記給気口と排気口とは、前記筒状体の軸方向に沿って多段状に配置することができる。
【００１６】
前記給気口と排気口とは、錘付き回転窓から構成することができる。
前記給気部は、前記給気口から流入した空気流を前記風車側に導くノズル型の集風筒と、整流用固定翼とを設けることができる。
【００１７】
前記筒状体は、その内面に覆設された吸音材を有することができる。
前記風車は、その周囲に前記空気流の強さが所定以上に上昇した際に開口する風圧調整部を設けることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明にかかる風力発電設備によれば、風向きに合わせて回転させる機構を用いることなく、風向きの変動に追随して、風を取り込むことが可能で、しかも、騒音の発生が少なくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１から図４は、本発明にかかる風力発電設備の一実施例を示している。これらの図に示した風力発電設備は、筒状体１０と、給気部１２と、排気部１４と、発電機付き風車１６とを備えている。
【００２１】
筒状体１０は、上下端が閉止された円形断面の円筒体であって、基礎１８上に立設されている。給気部１２は、筒状体１０の下端側に配置されており、排気部１４は、筒状体１０の上端側に配置されている。なお、この給気部１２と排気部１４の位置関係は、例えば、風が筒状体１０の上端側に多く吹き付ける場合には、相互の位置関係を逆にしても良い。
【００２２】
発電機付き風車１６は、本実施例の場合、複数の翼を有し、筒状体１０内において、回転自在に支持された風車本体１６ａと、風車本体１６ａの回転軸に連結された発電機１６ｂとを備えていて、筒状体１０内において生起される給気部１２から排気部１４に向かう空気流Ｗにより、風車本体１６ａが回転駆動されて、発電機１６ｂにより所定の電力が得られるようになっている。
【００２３】
なお、本実施例の場合には、筒状体１０の軸心位置に、発電機１６ｂが連結された１個の風車本体１６ａを配置しているが、風車本体１６ａの配置形態は、この状態に限る必要はなく、例えば、小径の風車本体１６ａを同一平面上に多数隣接配置することも可能であるし、また、小径の風車本体１６ａを軸方向に沿って所定の間隔を隔てて段状に配置することもできる。多段状に配置する場合には、各段で風車本体１６ａが同じ軸線上に位置しないようにシフトさせることもできるし、同軸上に設けることもできる。
【００２４】
給気部１２は、筒状体１０の外周に設けられ、外部からの風圧を受けて開口される常閉型の複数の給気口２０を備えている。本実施例の場合、この給気口２０は、筒状体１０の円筒を周方向に沿って、等角度間隔に１２等分するようにした状態で配置されている。
【００２５】
すなわち、各給気口２０は、筒状体１０の中心に対して、概略３０°の当角度間隔で、筒状体１０の外周を一周するように、所定の間隔を隔てて、同一円周上に配置されている。
【００２６】
なお、このような給気口２０の配置状態は、等角度間隔に１２等分することだけでなく、例えば、等角度間隔に６等分するように配置しても良い。また、本実施例の場合、給気口２０は、筒状体１０の軸方向に沿って、所定の間隔を隔てて５段状に配置されている。
【００２７】
一方、排気部１４は、給気口２０と同様に、筒状体１０の外周に設けられ常閉型の複数の給気口２２を備えており、本実施例の場合、この排気口２２は、筒状体１０の円筒を周方向に沿って、等角度間隔に１２等分するようにして配置されている。排気口２２は、内部からの風圧を受けて、開口するようになっており、本実施例の場合には、筒状体１０の軸方向に沿って、所定の間隔を隔てて、４段状に配置されている。
【００２８】
常閉型の給気口２０及び排気口２２は、本実施例の場合には、同一構造の錘付き回転窓２４から構成されており、その詳細を図３に示している。同図に示した錘付き回転窓２４は、窓枠２４ａと、回転窓２４ｂと、錘２４ｃと、ピンロッド２４ｄとを備えている。
【００２９】
回転窓２４ｂは、中心よりも上部側に偏位した個所が、ピンロッド２４ｄを支点として回転自在に支持されている。錘２４ｃは、回転窓２４ｂの上端に、窓２４ｂの閉止状態に置いて概略水平方向を指向するように固設されている。
【００３０】
このように構成した錘付き回転窓２４では、風Ｗ０風圧が弱いと、錘２４ｃを含む支点よりも上部側の自重が、支点よりも下部側の自重よりも小さいので、回転窓２４ｂは、窓枠２４ａに密着して、これを閉止している。そして、風Ｗ０所定値よりも大きくなって、風圧を受けた回転窓２４ｂの上部側の合力（自重＋風圧）が、支点よりも下部側の自重よりも大きくなると、その大きさに対応して、回転窓２４ｂが回転して、回転窓２４が開口される構造になっている。
【００３１】
また、給気部２０には、給気口２０から流入した空気流Ｗを、風車１６側の導く集風筒２６と、整流用の固定翼２８とが設けられている。集風筒２６は、両端が開口した筒体であって、筒状体１０の内径を風車本体１６ａの外周径に絞り込む形態のノズル状に形成されている。整流用の固定翼２８は、集風筒２６の内面に、相互に平行になるように固設された平板であって、風車本体１６ａに導く空気流Ｗが、風車本体１６ａの翼と直交するように整流する。
【００３２】
なお、図１および図２に符号３０で示した部材は、風車本体１６ａに導かれる空気流Ｗの強さが所定以上に上昇した際に開口する風圧調整部である。本実施例の風圧調整部３０は、リング板３０ａと、風圧開閉板３０ｂと、ストッパ３０ｃとを備えている。
【００３３】
リング板３０ａは、外周面が筒状体１０の内面に固設され、内周面側に風車本体１６ａが配置されるドーナツ型の平板である。風圧調整板３０ｂは、一端側がリング板３０ａの内周縁にヒンジ結合されていて、先端側が風車本体１６ａの後方内面側まで延設されていて、空気流Ｗを受けて、ヒンジ結合部を支点として上下方向に回動するようになっている。ストッパ３０ｃは、風圧調整板３０ｂの背面側に設けられ、風圧調整板３０ｂの上方側への回動を規制する。
【００３４】
このように構成された風圧調整部３０によれば、空気流Ｗの強さが所定以下の場合には、風圧調整板３０ｂが自重により下方に回動して、その先端側が風車本体１６ａの後方内面側まで延設されていて、空気流Ｗが風車本体１６ａに全て当たるようになっている。
【００３５】
一方、空気流Ｗの強さが所定以上に上昇すると、風圧調整板３０ｂが上方側に回動して、風圧調整板３０ｂと風車本体１６ａとの間に開口が生じ、この開口を介して、空気流Ｗの一部が、風車本体１６ａに当たることなく、排気口２２側に流れて、風車本体１６ａを保護する機能を有している。
【００３６】
このような機能を備えた風圧調整部３０は、本実施例の場合、図２に示すように、風車本体１６ａに対して、９０°の等角度間隔で４個配置されている。また、上記下筒状体１０の内面には、給気口２０と排気口２２との部分を除いて、内面に図示省略の吸音材が貼着されている。
【００３７】
以上のように構成された風力発電設備においては、以下に説明するメカニズムにより発電が行われる。まず、円形断面の建築物に対して、外部から風が吹き付けた場合に、軸心上の風向に対して、全周の風圧係数は、図４に示すようになることが実験により確認されている。
【００３８】
図４において、軸心（風向０°）において、１．００の風は、その上下方向の概略４５°の範囲内において、正の風圧係数となり、それ以外の部分は、全て負の風圧係数となる。
【００３９】
すなわち、本実施例のように円形断面の筒状体１０において、軸心上に風が吹きつけた場合、軸心から上下方向の概略４５°の範囲内において、外部から内方に向かう風圧は、正となり、これ以外の部分には、外部から内方に向かう風圧は、負となる。
【００４０】
このような風圧を給気部１２が受けると、給気部１２は、筒状体１０の外周に設けられ、外部からの風圧を受けて開口される常閉型の複数の給気口２０を有しているので、軸心から上下方向の概略４５°の範囲内に存在する給気口２０が、正の風圧を受けて、錘付き回転窓２４が錘の付勢力に抗して、回転することで開口するとともに、これ以外の部分の給気口２０は、負の風圧が作用するので、開口せずに閉止したままとなる。
【００４１】
すなわち、本実施例の場合には、各給気口２０は、筒状体１０の中心に対して、概略３０°の当角度間隔で、筒状体１０の外周を一周するように、所定の間隔を隔てて配置されているので、筒状体１０の軸心を中心として、その上下に位置する合計４個の給気口２０が開口し、これ以外の８個の給気口２０は、閉止した状態となる。
【００４２】
そして、開口した給気口２０から筒状体１０内に流入した風は、対向している部分の給気口２０が閉止しているので、上方に向かう空気流Ｗとなって、整流用固定翼２８で整流されて、集風筒２６を介して、絞り込まれた後に、風車本体１６ａに当たってこれを回転させる。風車本体１６ａが回転すると、これに発電機１６ｂが連結されているので、発電機１６ｂが回転駆動されて、発電され、得られた電力は、バッテリーなどに蓄電される。
【００４３】
風車本体１６ａを通過して、空気流Ｗは、その後、排気部１４に流入する。排気部１４は、筒状体の外周に設けられ、内部からの風圧を受けて開口される常閉型の複数の排気口２２を設けているので、空気流Ｗを受けた部分の排気口２２が開口して、空気流Ｗは、筒状体１０の外部に排出される。
【００４４】
この場合、排気口２２は、内部からの風圧を受けて開放されるので、全てが開口することはなく、風圧を受けた部分だけが開口する。この際に開口する排気口２２は、通常、給気口２０の開口部位と対向する部位となる。
【００４５】
以上のような給気口２０と排気口２２の開放ないしは開口状態は、風向き変わっても、変わった方向に対向位置するいずれかの給気口２０が開口され、開口した給気口２０を介して、風が筒状体１０内に取り込まれ、取り込まれた空気が排気口２２に向かって流れる空気流Ｗとなり、この空気流Ｗにより、発電機付き風車１６を回転駆動させて、発電させることができる。
【００４６】
この場合、風向きに追随させるための回転機構は、給，排気部１２，１４に設けていないので、従来のこの種の設備のように、風圧の偏心作用による、故障の恐れがなくなる。また、空気流Ｗにより回転駆動される風車１６は、筒状体１０内に設置されているので、外部に漏れる騒音量を大幅に低減することができるとともに、発電機付き風車１６は、筒状体１０内に設置されているので、これが破損しても、破損した部分が外部に飛散することが防止される。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明にかかる風力発電設備は、風力により電気を得ることができるので、例えば、住宅などの発電設備として有効利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明にかかる風力発電設備の一実施例を示す縦断面説明図である。
【図２】図１の要部断面図である。
【図３】図１の給気ないしは排気部の詳細説明図である。
【図４】円形断面の建築物に作用する風圧係数の説明図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０        筒状体
１２        給気部
１４        排気部
１６        風車付き発電機
１８        基礎
２０        給気口
２２        排気口
２４        錘付き回転窓
２６        集風筒
２８        整流用固定翼
３０        風圧調整部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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