(57)【要約】  【課題】流路設備を流れる流体の運動エネルギーを電気エネルギーに変換するための風力発電装置に係り、流体の圧力損失が小さく済むとともに、ダクトや風管等のサイズや種類を問わず簡単に設置可能とする。  【解決手段】気体が流れる流路に対し、気流方向に対して直交する回転軸４ａを有する風車４を配設するとともに、前記風車４の回転エネルギーを電気エネルギーに変換するための発電機５を設ける。この際、前記風車４は気体流路の外部に回転軸４ａを有するように配置され、羽根４ｂの一部を気体流路内に臨ませるようにする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体が流れる流路に対し、気流方向に対して直交する回転軸を有する風車を配設するとともに、前記風車の回転エネルギーを電気エネルギーに変換するための発電機を設けたことを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
前記風車は気体流路の外部に回転軸を有するように配置され、羽根の一部を気体流路内に臨ませている請求項１記載の風力発電装置。
【請求項３】
前記風車は、気体流路の内壁面に対して取付け可能な基台に配設されるとともに、前記基台は少なくとも風車配設位置の上流側に気流誘導板を備える請求項１記載の風力発電装置。
【請求項４】
前記発電機はギアボックスを介して複数配設されている請求項１〜３いずれかに記載の風力発電装置。
【請求項５】
トンネルの風管、ビル内の空調又は換気ダクト、地下鉄の換気塔、ボイラーからの排気煙道などの気体流路設備を対象として配設された請求項１〜４いずれかに記載の風力発電装置。
【請求項６】
前記風力発電装置は、両端部分に既存の気体流路設備への接続部を備える管状体に配設されたユニット化構造とされ、前記管状体を既存の気体流路設備の中間に介在させることにより設置される請求項１〜５いずれかに記載の風力発電装置。
【請求項７】
気体流路を画成する流路設備の壁面を切欠き、外面側から羽根の一部を気体流路内に臨ませて取付けられた請求項１，２、４，５いずれか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、トンネルの風管やビル内の空調又は換気ダクトなどの流路設備を流れる流体の運動エネルギーを電気エネルギーに変換するための風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より水力、火力、原子力発電等の発電方式が多く採用されているが、近年は環境や自然エネルギーの有効活用の点から自然風を利用して発電を行う風力発電が注目されている。しかし、この風力発電は、大型のプロペラ型風車を設置して発電を行わしめるものであり、設置箇所は安定した風速が常時得られる地域でなければ効率的な発電を実現できないことから、設置箇所が限定されるなどの問題があった。
【０００３】
そこで、近年はトンネルの風管やビル内の空調又は換気ダクトなどの人工的に設備された流路を流れる流体の運動エネルギーを電気エネルギーに変換するための風力発電装置が幾つか提案されている。
【０００４】
例えば、下記特許文献１では、図８に示されるように、ボイラーからの排気煙道や高層ビルの排気ダクトの内部にファン５０を設け、このファン５０を排気風を利用して回転させ、この回転により発電を行うようにした風力発電装置が提案されている。また、下記特許文献２では、従来の風車や水車による発電装置の場合には、複数の羽根体の中心部に、駆動軸や動力伝達機構が配置されているため、これらが流体の移動を妨げ、流体の運動エネルギーを効率よく取り出せなかったという問題点に鑑み、図９に示されるように、複数の羽根体５１，５１…と、前記複数の羽根体５１，５１…を仮想円内において前記仮想円の周方向に間隔をおき仮想円の中心からほぼ放射状に延在させた状態で各羽根体５１，５１…の外周部を連結し各羽根体５１，５１…と共に一体的に回転する円環状の枠体５２と、前記枠体５２の外周部に沿って円環状に配置され枠体の外周部をその周方向に移動可能に支持する支持手段５３と、前記支持手段５３の半径方向の外側に配置され前記枠体５２の回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機５４と、からなる発電装置が提案されている。
【特許文献１】特開2003-120506号公報
【特許文献２】特開平9-105395号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記特許文献１に記載される風力発電装置のように、煙道やダクト流路の略中央位置に、回転軸を気流方向に一致させて設けるようにしたファンの場合には、羽根体が流路面積の多くを占有するようになるため、流体抵抗が過大となり圧力損失が大きくなる。その結果、ダクト等に気流発生させる送風機の能力を上げ給電量を増大しなければならなくなる事態が生じることがある。このような場合には、前記発電装置により得られる電気エネルギーよりも送風機へ供給される電気エネルギーの増加分が大きくなることが十分に予想され、発電装置を設ける意味が全く失われてしまうことになる。
【０００６】
一方、前記特許文献２では、ファンから駆動軸や動力伝達機構等の流体の移動を妨げるものが無くなり、効率良く流体の運動エネルギーを電気エネルギーに変換することができるとしているが、羽根体が流路面積の多くを占有し流体抵抗が過大となり圧力損失が大きくなる点では特許文献１とほぼ同様である。また、特許文献２に係るファン構造の場合は、羽根体を支持する枠体が円形を成すため、矩形ダクトや矩形風管への適用が困難であるとともに、ダクトや風管が大きくなるとこれに伴って羽根体が大きくなるため、実用化が困難であるとともに、汎用性にも欠けるなどの問題があった。
【０００７】
そこで本発明の主たる課題は、トンネルの風管やビル内の空調又は換気ダクトなどの流路設備を流れる流体の運動エネルギーを電気エネルギーに変換するための風力発電装置に係り、流体の圧力損失が小さく済むとともに、ダクトや風管等のサイズや種類を問わず簡単に設置可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために請求項１に係る本発明として、気体が流れる流路に対し、気流方向に対して直交する回転軸を有する風車を配設するとともに、前記風車の回転エネルギーを電気エネルギーに変換するための発電機を設けたことを特徴とする風力発電装置が提供される。
【０００９】
上記請求項１記載の本発明においては、気流方向に対して直交する回転軸を有する風車を用いた発電装置とした。従来の回転軸を気流方向に一致させた軸流形式の場合には、羽根体が流路面積の内の多くを占有するようになるため、流体抵抗が過大となり圧力損失が大きくなるが、気流方向に対して直交する回転軸を有する風車形式としたことによって、流路面積に対する羽根体の占有率を小さくでき、風車を配設したことによる圧力損失を大幅に低減できるようになる。
【００１０】
請求項２に係る本発明として、前記風車は気体流路の外部に回転軸を有するように配置され、羽根の一部を気体流路内に臨ませている請求項１記載の風力発電装置が提供される。
【００１１】
上記請求項２記載の発明では、気体流路の外部に回転軸を位置させ、羽根の一部を気体流路内に臨ませるようにした。従って、流路面積に対する羽根体の占有率を極小化でき、圧力損失を最小化できるようになる。
【００１２】
請求項３に係る本発明として、前記風車は、気体流路の内壁面に対して取付け可能な基台に配設されるとともに、前記基台は少なくとも風車配設位置の上流側に気流誘導板を備える請求項１記載の風力発電装置が提供される。
【００１３】
上記請求項３記載の本発明では、気体流路の内壁面に対して固定される発電装置に係るものであり、この場合には前記基台に、少なくとも風車配設位置の上流側に気流を羽根の片側に当てるための気流誘導板を備えるようにするのが良い。
【００１４】
請求項４に係る本発明として、前記発電機はギアボックスを介して複数配設されている請求項１〜３いずれかに記載の風力発電装置が提供される。ギアボックスを介して発電機を複数設けることにより、設置場所に応じて必要電力容量を変更したり、それぞれの発電機に異なる電圧を設定したりすることが可能となる。
【００１５】
請求項５に係る本発明として、トンネルの風管、ビル内の空調又は換気ダクト、地下鉄の換気塔、ボイラーからの排気煙道などの気体流路設備を対象として配設された請求項１〜４いずれかに記載の風力発電装置が提供される。本発明に係る風力発電装置は、気体が流れる如何なる流路に対しても設置が可能であるが、例えば例示的に、トンネルの風管、ビル内の空調又は換気ダクト、地下鉄の換気塔、ボイラーからの排気煙道などを挙げることができる。
【００１６】
請求項６に係る本発明として、前記風力発電装置は、両端部分に既存の気体流路設備への接続部を備える管状体に配設されたユニット化構造とされ、前記管状体を既存の気体流路設備の中間に介在させることにより設置される請求項１〜５いずれかに記載の風力発電装置が提供される。本発明の風力発電装置の設置態様に関し、その第１例としては、両端部分に既存の気体流路設備への接続部を備える管状体に上記風力発電装置を配設したユニット化構造とし、既存の気体流路設備の中間に介在させる方法を挙げることができる。
【００１７】
請求項７に係る本発明として、気体流路を画成する流路設備の壁面を切欠き、外面側から羽根の一部を気体流路内に臨ませて取付けられた請求項１，２、４，５いずれかに記載の風力発電装置が提供される。本発明の風力発電装置の設置態様に関し、その第２例として、流路設備の壁面の一部を切欠き、外面側から羽根の一部を気体流路内に臨ませて取付ける方法を挙げることができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上詳説のとおり本発明によれば、トンネルの風管やビル内の空調又は換気ダクトなどの流路設備を流れる流体の運動エネルギーを電気エネルギーに変換するための風力発電装置に係り、流体の圧力損失が小さく済むとともに、ダクトや風管等のサイズや種類を問わず簡単に設置できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。
【００２０】
〔第１形態例〕
図１は、本発明に係る風力発電装置１Ａをトンネル風管２に適用した場合の平面図、図２はその側面図、図３はその横断面図である。
【００２１】
図１に係る風力発電装置１Ａは、気体が流れるトンネル風管２に対し、気流方向に対して直交する回転軸４ａを有する風車４，４を配設するとともに、前記風車４，４の回転エネルギーを電気エネルギーに変換するための発電機５，５を設けたものである。
【００２２】
以下、具体的に詳述すると、前記風力発電装置１Ａは、両端部分に既存の気体流路設備への接続部８，８を備える管状体７に配設されたユニット化構造３とされ、前記管状体７を既存のトンネル風管２の中間に介在させることにより設置されるようになっている。
【００２３】
前記管状体７は、鋼板からなる円管７Ａの両側部にそれぞれ可撓性シートからなる管状シートが連続的に接合され、既設のトンネル風管２とファスナー８，８により接続されるようになっている。また、上面側には複数個の吊り具９，９…が固定され、該管状体７が図示されない構造体に吊索１１等により吊持されるようになっている。
【００２４】
前記風力発電装置１Ａは、図示例では前記管状体７の両側部にそれぞれ計２個設けられている。それぞれの風力発電装置１Ａは、図３にも示されるように、ケーシング１０によって外部が覆われた風車４が気体流路の外部に回転軸４ａを有するように配置され、羽根４ｂの一部（斜線部分）を気体流路内に臨ませて配設されている。このような配置態様を採ることにより、流路面積に対する羽根体４ｂの占有率を極小化でき、風車４を配設したことによる圧力損失を最小化できるようになる。
【００２５】
前記風車４の回転軸４ａにはそれぞれギアボックス６を介して発電機５，５が連結されており、前記風車４による回転エネルギーを電気エネルギーに変換するようになっている。前記発電機５は、例えば図４に示されるように、風車回転軸４ａの片側及び／又は両端において、設置場所に応じて必要電力容量を変更したり、それぞれの発電機に異なる電圧を設定したりするために、ギアボックス６を介して複数個配設することもできる。
【００２６】
一方で、風力発電装置の取付け構造に関し、上記例では管状体７に風力発電装置１Ａを設け、これをトンネル風管２の間に介在させるようにしたが、ビル等の空調ダクトや換気ダクト等のように、鋼材によって流路が構築されているような場合には、上記ユニット構造とする他、図５に示されるように、ダクト１２に対して直に風力発電装置１Ａを取り付けることもできる。具体的には、風力発電装置１Ａのケーシング１０に取付け用フランジ１０ａを設けておき、図５(A)に示されるように、ダクト１２の壁面であってかつ風力発電装置１Ａの取付け箇所に切欠き１２ａを形成し、そして同図右側部分に示されるように、外面側から羽根４ｂの一部（斜線部分）を気体流路内に臨ませ、前記取付け用フランジ１０ａをビス１４、１４…によりダクト１２に固定するようにする。
【００２７】
ところで、前記風力発電装置１Ａによって得られた電気エネルギーは、蓄電池に蓄電しておいても良いし、得られた電気エネルギーを他の電気機器にそのまま使用するようにしてもよい。そのまま他の電気機器に使用する場合は、商用電力との併用とし、仮に気流が止められ電気エネルギーが得られなくなった場合には、即座に商用電力に切換えが行われるようにするのが望ましい。
【００２８】
〔第２形態例〕
次いで、図６及び図７に示される第２形態例に係る風力発電装置１Ｂは、ビル内の空調又は換気ダクト内に直接設置可能とした装置例である。
【００２９】
風力発電装置１Ｂは、図６に示されるように、ダクト壁面に固定されるベース板１３Ａ、左右一対の側壁１３Ｂ、１３Ｂ、前後面に傾斜板１３Ｃ、１３Ｃを備える基台１３と、この基台１３の側壁１３Ｂ、１３Ｂ間に水平配置で横架された風車４と、この風車４の回転軸４ａにギアボックス６を介して設けられた発電機５とからなる装置であり、図７に示されるように、ダクト１２の底面、両側面、上面の内のいずれか（図示例では底面）に設置される。設置状態において、風車４の配設位置の前後に設けられた傾斜板１３Ｃ、１３Ｃの内、上流側に位置する傾斜板１３Ｃは、回転軸４ａを境に片側領域（上側領域）の羽根４ｂに気流を当てるための「気流誘導板」として機能するものである。
【００３０】
〔他の形態例〕
(1)上記第１、第２形態例では、トンネル風管、ビル内の空調又は換気ダクトを対象とした風力発電装置１Ａ、１Ｂについて詳述したが、取付け対象は他に、地下鉄の換気塔、ボイラーからの排気煙道など、気体が流れるすべての気体流路設備を対象とすることができる。
(2)上記ユニット化された風力発電装置１Ａと、気体流路設備との接続に関し、上記第１形態例では取付け対象がシートによる風管であるためファスナー接続としたが、対象がダクト等である場合には管状体の端部を差し込んで接合したり、フランジ継手による接合等、任意の接合方式とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本第１形態例に係る風力発電装置１Ａのトンネル風管２への適用例を示す平面図である。
【図２】その側面図である。
【図３】その横断面図である。
【図４】発電機５の他の設置例図である。
【図５】風力発電装置１Ａの他の取付け態様を示す図である。
【図６】本第２形態例に係る風力発電装置１Ｂを示す、(A)は平面図、(B)は正面図である。
【図７】風力発電装置１Ｂのダクト１２への取付け状態を示す縦断面図である。
【図８】従来例に係るダクト等に取り付けた風力発電装置例を示す図である。
【図９】従来例に係る風車構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３２】
１Ａ・１Ｂ…風力発電装置、２…トンネル風管、３…ユニット構造、４…風車、４ａ…回転軸、４ｂ…羽根、５…発電機、６…ギアボックス、７…管状体、８…ファスナー、１３…基台、１３Ｃ…傾斜板（気流誘導板）
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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