(57)【要約】集風式風力発電方法及び設備の提供。【解決手段】集風装置或いは発電塔の構造により気流を案内し収集し、気流の風車に作用する回転の力のアームと作用力を増し、発電量を増す。本発明は導流装置により風車逆風回転時の空気抵抗を減らす。並びに尾翼装置により自動的に集風方向を調整する。集風装置は任意の幾何形状とされ、移動、回転可能で或いは形状を改変でき、受風口断面積が出風口断面積より大きく、これにより自然気流が微弱であっても出風口部分の気流を強くでき、発電塔に設けた風車を駆動でき、強大な電力を発生できる。発電塔は固定式或いは移動式の二種類のベースを具え、塔体の軸心は地面に垂直で、塔体外観は回転曲面或いは円柱体とされ、上から下に複数の水平状の風車が取り付けられて、発電装置に誘導電流を発生させる。
2004528509.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集風式風力発電方法において、風車装置の虚偽の軸心を発電塔の虚偽の軸心と重ね合わせ、並びに地表と垂直となし、該風車装置が風力作用を受けて回転する時の運動エネルギーにより発電し、並びに集風装置或いは発電塔自身の塔体構造の少なくとも一方により風力を収集して該風車装置に作用する回転トルク及び気流速度を増して、発電塔に枢設された該風車装置を急速に回転させ、発電装置を駆動して強大な誘導電流を発生させて発電量を増すことを特徴とする、集風式風力発電方法。
【請求項２】
請求項１記載の集風式風力発電方法において、尾翼装置を具え且つ回転可能な支持システムを構築して集風装置或いは発電塔の少なくとも一方を支持し、該尾翼装置の受ける風力作用を利用し、該支持システムを回転させ、該集風装置或いは発電塔自身に良好な迎風方向を保持させて気流を収集することを特徴とする、集風式風力発電方法。
【請求項３】
請求項１記載の集風式風力発電方法において、それぞれが風車装置と発電装置を具えた二つの発電塔を建造し、二つの発電塔に所属する風車装置を発電塔に枢設し、それぞれに所属する発電装置を風車装置と発電塔に取り付け、風車が回転する時に誘導電流を発生するようにし、二つの発電塔の塔体相互間のネット距離が風車直径の二倍を超過しないようにし、二つの塔体の迎風面の間に漏斗状の気流チャネルを形成し、二つの塔の塔体に集風の機能を具備させて虚偽の集風装置となし、気流チャネルの両側の塔体の風車を左右対称に配置し、両側の風車が気流作用を受けた後に、それぞれ逆時計或いは時計回りに気流に応じて回転するようにして、それぞれに所属する発電装置に電磁誘導により誘導電流を発生させることを特徴とする、集風式風力発電方法。
【請求項４】
請求項３記載の集風式風力発電方法において、第１の発電塔を固定して不動とし、第２の発電塔に移動式ベースを設けて該第２の発電塔の位置を移動可能とし、これにより気流チャネル中の気流の速度を改変し並びに風力発電量を制御することを特徴とする、集風式風力発電方法。
【請求項５】
請求項２記載の集風式風力発電方法において、それぞれが風車装置と発電装置を具えた二つの発電塔を建造し、二つの発電塔に所属する風車装置を発電塔に枢設し、それぞれに所属する発電装置を風車装置と発電塔に取り付け、風車が回転する時に誘導電流を発生するようにし、二つの発電塔の塔体相互間のネット距離が風車直径の二倍を超過しないようにし、二つの塔体の迎風面の間に漏斗状の気流チャネルを形成し、二つの塔の塔体に集風の機能を具備させて虚偽の集風装置となし、気流チャネルの両側の塔体の風車を左右対称に配置し、両側の風車が気流作用を受けた後に、それぞれ逆時計或いは時計回りに気流に応じて回転するようにして、それぞれに所属する発電装置に電磁誘導により誘導電流を発生させることを特徴とする、集風式風力発電方法。
【請求項６】
請求項５記載の集風式風力発電方法において、第１の発電塔を固定して不動とし、第２の発電塔に移動式ベースを設けて該第２の発電塔の位置を移動可能とし、これにより気流チャネル中の気流の速度を改変し並びに風力発電量を制御することを特徴とする、集風式風力発電方法。
【請求項７】
請求項１記載の集風式風力発電方法において、集風装置を建造し、その受風口断面積を出風口断面積より大きくして風力収集に供し、このほか、発電塔、風車装置、及び発電装置を構築し、風車装置を該発電塔の上に枢設し、該発電装置を集風装置の出風口部分に設置し、出風口部分の気流により発電塔上の風車を駆動して回転させて発電を行なうことを特徴とする、集風式風力発電方法。
【請求項８】
請求項２記載の集風式風力発電方法において、集風装置を建造し、その受風口断面積を出風口断面積より大きくして風力収集に供し、このほか、発電塔、風車装置、及び発電装置を構築し、風車装置を該発電塔の上に枢設し、該発電装置を風車と発電塔に設置し、風車が回転する時に誘導電流を発生するようにし、上述の発電塔を集風装置の出風口部分に設置し、出風口部分の気流により発電塔上の風車を駆動し回転させて発電を行なうことを特徴とする、集風式風力発電方法。
【請求項９】
請求項３記載の集風式風力発電方法において、集風装置を建造し、該集風装置の受風口断面積を出風口断面積より大きくして風力収集に供し、集風装置を二つの発電塔の迎風面の前方に設置し、集風装置の出風口を漏斗状の気流チャネルの受風口に接近させて、風力収集の効果を増したことを特徴とする、集風式風力発電方法。
【請求項１０】
請求項４記載の集風式風力発電方法において、集風装置を建造し、該集風装置の受風口の断面積を出風口の断面積より大きくして風力の収集に供し、該集風装置を二つの発電塔の迎風面の前方に設け、集風装置の出風口を漏斗状の気流チャネルの受風口に接近させて風力収集の効果を増したことを特徴とする、集風式風力発電方法。
【請求項１１】
請求項５記載の集風式風力発電方法において、集風装置を建造し、該集風装置の受風口の断面積を出風口の断面積より大きくして風力の収集に供し、該集風装置を二つの発電塔の迎風面の前方に設け、集風装置の出風口を漏斗状の気流チャネルの受風口に接近させて風力収集の効果を増したことを特徴とする、集風式風力発電方法。
【請求項１２】
請求項６記載の集風式風力発電方法において、集風装置を建造し、該集風装置の受風口の断面積を出風口の断面積より大きくして風力の収集に供し、該集風装置を二つの発電塔の迎風面の前方に設け、集風装置の出風口を漏斗状の気流チャネルの受風口に接近させて風力収集の効果を増したことを特徴とする、集風式風力発電方法。
【請求項１３】
請求項７、８、９、１０、１１、１２のいずれかに記載の集風式風力発電方法において、集風装置の出風口部分の気流の強度により風力発電量を制御することを特徴とする、集風式風力発電方法。
【請求項１４】
請求項２記載の集風式風力発電方法において、導流装置を構築して気流を案内し及び一部分の風車装置に向けて吹く気流を遮断し、風車装置回転時の逆風エリアの空気抵抗を減らすことを特徴とする、集風式風力発電方法。
【請求項１５】
請求項３記載の集風式風力発電方法において、導流装置を構築して気流を案内し及び一部分の風車装置に向けて吹く気流を遮断し、風車装置回転時の逆風エリアの空気抵抗を減らすことを特徴とする、集風式風力発電方法。
【請求項１６】
請求項４記載の集風式風力発電方法において、導流装置を構築して気流を案内し及び一部分の風車装置に向けて吹く気流を遮断し、風車装置回転時の逆風エリアの空気抵抗を減らすことを特徴とする、集風式風力発電方法。
【請求項１７】
請求項５記載の集風式風力発電方法において、導流装置を構築して気流を案内し及び一部分の風車装置に向けて吹く気流を遮断し、風車装置回転時の逆風エリアの空気抵抗を減らすことを特徴とする、集風式風力発電方法。
【請求項１８】
請求項６記載の集風式風力発電方法において、導流装置を構築して気流を案内し及び一部分の風車装置に向けて吹く気流を遮断し、風車装置回転時の逆風エリアの空気抵抗を減らすことを特徴とする、集風式風力発電方法。
【請求項１９】
請求項２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１４、１５、１６、１７、１８のいずれかに記載の集風式風力発電方法において、あるエリア内にあって、グループの方式で混合式に実施されることを特徴とする、集風式風力発電方法。
【請求項２０】
請求項１３記載の集風式風力発電方法において、集風装置の出風口部分の気流の強度を調整し並びに風力発電量を制御する方法として、上述の集風装置の集風方向を改変して出風口部分の駆動気流の速度を制御することを特徴とする、集風式風力発電方法。
【請求項２１】
請求項１３記載の集風式風力発電方法において、集風装置の出風口部分の気流の強度を調整し並びに風力発電量を制御する方法として、上述の集風装置の受風口断面積を改変することを特徴とする、集風式風力発電方法。
【請求項２２】
請求項１３記載の集風式風力発電方法において、集風装置の出風口部分の気流の強度を調整し並びに風力発電量を制御する方法として、上述の集風装置の幾何形状を改変することを特徴とする、集風式風力発電方法。
【請求項２３】
請求項１、２、３、５、７、８のいずれかに記載の集風式風力発電方法において、発電装置が電磁誘導により誘導電流を発生する方法として、コイル誘導ユニットと磁極ユニットを設け、該磁極ユニットと該コイル誘導ユニットをそれぞれ発電塔及び風車装置の対応位置に取り付け、風車装置が回転する時、発電塔と風車装置の相対運動により、回路が磁極ユニットの形成する磁場を切り、回路範囲内の磁束量に変化を発生させて誘導電流を発生することを特徴とする、集風式風力発電方法。
【請求項２４】
請求項１、２、３、５、７、８のいずれかに記載の集風式風力発電方法において、発電装置が電磁誘導により誘導電流を発生する方法として、導磁コアを具えたコイル誘導ユニットと磁極ユニットを設け、該磁極ユニットとコイル誘導ユニットをそれぞれ発電塔及び風車装置の対応位置に取り付け、風車装置が回転する時、磁極ユニットの両極が、交替でコイル誘導ユニット内の同時コアの一端点に接近し、この端点に磁極誘導により反対の磁極を発生させ、回路範囲内の磁束量に交替する変化を発生させて誘導電流を発生することを特徴とする、集風式風力発電方法。
【請求項２５】
請求項７、８、９、１０、１１、１２のいずれかに記載の集風式風力発電方法において、集風装置の出風口の気流が発電塔の風車装置の接線の方向に風車装置に作用して風車装置を回転させることを特徴とする、集風式風力発電方法。
【請求項２６】
請求項７、８、９、１０、１１、１２のいずれかに記載の集風式風力発電方法において、集風装置の出風口の少なくとも一つの断面がスピーカ状の漸縮する気流チャネルを形成することを特徴とする、集風式風力発電方法。
【請求項２７】
請求項３、４のいずれかに記載の集風式風力発電方法において、漏斗状の気流チャネル中の気流が、発電塔の風車装置の接線方向に風車装置に作用して風車装置を回転させることを特徴とする、集風式風力発電方法。
【請求項２８】
請求項３、５のいずれかに記載の集風式風力発電方法において、漏斗状の気流チャネルの少なくとも一つの断面がスピーカ状の漸縮する気流チャネルを形成することを特徴とする、集風式風力発電方法。
【請求項２９】
請求項３、５のいずれかに記載の集風式風力発電方法において、二つの塔体間の支持装置により二つの塔体間の距離を調整することを特徴とする、集風式風力発電方法。
【請求項３０】
集風式風力発電設備に応用される風車装置において、少なくとも一つの風車を具え、各風車はそれぞれ複数の風梁が共同で一つの発電塔に輻射状に環状配列されてなり、各風梁が支持棒を具え、その自由端に集風器が設けられ、もう一端が発電塔に枢設され、少なくとも一つの第１環状梁が該風梁を固定し且つ風車装置を支持するのに供され、該第１環状梁の下方に複数の支持輪が設けられ、少なくとも一つの環状のトラックが該第１環状梁を支持したことを特徴とする、集風式風力発電設備に応用される風車装置。
【請求項３１】
請求項３０記載の集風式風力発電設備に応用される風車装置において、少なくとも一つの第２環状梁が設けられて風車装置を固定し支持するのに供され、該第２環状梁の下方に制動装置が設けられたことを特徴とする、集風式風力発電設備に応用される風車装置。
【請求項３２】
請求項３０記載の集風式風力発電設備に応用される風車装置において、少なくとも一つの防塵装置が風車装置の外環に固定されたことを特徴とする、集風式風力発電設備に応用される風車装置。
【請求項３３】
請求項３０記載の集風式風力発電設備に応用される風車装置において、風車装置の直径Ｄ、集風器の該風車装置の直径方向の寸法ｄ、風車比速Ｎｓの三者の間の関係が、Ｄ／ｄ＝（３０∽９０）／Ｎｓで、比速Ｎｓが２−６の間で、Ｎｓは風速と風車接線速度比であることを特徴とする、集風式風力発電設備に応用される風車装置。
【請求項３４】
請求項３０記載の集風式風力発電設備に応用される風車装置において、双杯式設計が採用され、その風の反射角度が１２０度から１８０度の間とされ、集風器の背面に針状或いは錐状のいずれかの突風装置が設けられたことを特徴とする、集風式風力発電設備に応用される風車装置。
【請求項３５】
請求項２７記載の集風式風力発電設備に応用される風車装置に応用される集風器において、双杯式設計が採用され、その風の反射角度が１２０度から１８０度の間とされ、集風器の背面に針状或いは錐状の突風装置が設けられたことを特徴とする、集風器。
【請求項３６】
集風式風力発電設備に応用される発電塔において、少なくとも一つの風車装置、該風車装置が上から下に水平に枢設されて各風車が単独で気流により回転可能とされる少なくとも一つの発電塔の塔体、磁極ユニットとコイル誘導ユニットを具えて風車回転時にコイル誘導ユニットが電磁誘導により誘導電流を発生する少なくとも一つの発電装置、以上を具えたことを特徴とする、集風式風力発電設備に応用される発電塔。
【請求項３７】
請求項３６記載の集風式風力発電設備に応用される発電塔において、塔体の底部が円柱シェル状、放物線、或いは双曲線の回転シェル体とされたことを特徴とする、集風式風力発電設備に応用される発電塔。
【請求項３８】
請求項３６記載の集風式風力発電設備に応用される発電塔において、少なくとも一つのフライホイール状の屋根が設けられ、その上に避雷装置が設けられたことを特徴とする、集風式風力発電設備に応用される発電塔。
【請求項３９】
請求項３６記載の集風式風力発電設備に応用される発電塔において、少なくとも一つの昇降設備が各塔体内に設けられたことを特徴とする、集風式風力発電設備に応用される発電塔。
【請求項４０】
請求項３６記載の集風式風力発電設備に応用される発電塔において、尾翼装置を具え且つ回転して平面位置を改変できる支持システムが設けられて塔体の支持と取り付けに供されたことを特徴とする、集風式風力発電設備に応用される発電塔。
【請求項４１】
請求項３６記載の集風式風力発電設備に応用される発電塔において、少なくとも一つの集風装置が設けられ、発電塔が集風装置の出風口部分に設置され、出風口部分の気流が風車装置の接線方向を以て風車装置の集風器に作用し、風車を駆動して急速回転させて発電装置に誘導電流を発生させることを特徴とする、集風式風力発電設備に応用される発電塔。
【請求項４２】
請求項４１記載の集風式風力発電設備に応用される発電塔において、集風装置が移動式ベースを具えて集風方向を調整できることを特徴とする、集風式風力発電設備に応用される発電塔。
【請求項４３】
請求項４２記載の集風式風力発電設備に応用される発電塔において、移動式ベースを制御して集風方向を調整する少なくとも一つの制御システムが設けられたことを特徴とする、集風式風力発電設備に応用される発電塔。
【請求項４４】
請求項４１記載の集風式風力発電設備に応用される発電塔において、集風装置の受風口断面積調整、出風口断面積の調整、或いは集風装置の幾何形状改変の少なくともいずれか一つに供される少なくとも一つの制御システムが設けられたことを特徴とする、集風式風力発電設備に応用される発電塔。
【請求項４５】
請求項３６記載の集風式風力発電設備に応用される発電塔において、少なくとも一つの導流装置が設けられて、該導流装置が気流を案内し及び一部分の風車装置に向けて吹く気流を遮断し、風車装置回転時の逆風エリアの空気抵抗を減らすことを特徴とする、集風式風力発電設備に応用される発電塔。
【請求項４６】
請求項３６又は４０のいずれか記載の集風式風力発電設備に応用される発電塔において、二つの塔体を具え、該二つの塔体の間のネット距離が風車装置の直径の二倍を超過せず、該二つの塔体の迎風面の間に漏斗状の気流チャネルが形成され、該塔体が集風の機能を具備するものとされて虚偽の集風装置の如くされることを特徴とする、集風式風力発電設備に応用される発電塔。
【請求項４７】
請求項４６記載の集風式風力発電設備に応用される発電塔において、二つの塔体の間に支持装置が設けられて塔体間の気流のマグナス効果圧力に抵抗するのに供されることを特徴とする、集風式風力発電設備に応用される発電塔。
【請求項４８】
請求項４７記載の集風式風力発電設備に応用される発電塔において、支持装置が調整可能とされて二つの塔体間の相対距離を改変するのに供されることを特徴とする、集風式風力発電設備に応用される発電塔。
【請求項４９】
請求項４７又は４８記載の集風式風力発電設備に応用される発電塔において、移動式ベースを具え、該移動式ベースが一方の塔体を移動可能に支持して二つの塔体間の相対位置及び方向の改変に供されることを特徴とする、集風式風力発電設備に応用される発電塔。
【請求項５０】
請求項３６又は４１記載の集風式風力発電設備に応用される発電塔において、二つの塔体を具え、該二つの塔体の間のネット距離が風車直径の二倍を超過せず、二つの塔体の迎風面の間に漏斗状の気流チャネルが形成されて、塔体が集風機能を具備して虚偽の集風装置の如くされたことを特徴とする、集風式風力発電設備に応用される発電塔。
【請求項５１】
請求項４０記載の集風式風力発電設備に応用される発電塔において、尾翼が垂直な平板型、翼型或いは帆型構造の少なくとも一つとされたことを特徴とする、集風式風力発電設備に応用される発電塔。
【請求項５２】
請求項５１記載の集風式風力発電設備に応用される発電塔において、尾翼に水平で安定した翼構造が付け加えられたことを特徴とする、集風式風力発電設備に応用される発電塔。
【請求項５３】
請求項３６又は４０記載の集風式風力発電設備に応用される発電塔において、風車装置が円筒状とされ、且つその外縁に集風器があり、該集風器が風力作用を受けた後に風車装置を駆動して回転させ、風車装置が回転する時、発電装置が誘導電流を発生することを特徴とする、集風式風力発電設備に応用される発電塔。
【請求項５４】
請求項３６又は４０記載の集風式風力発電設備に応用される発電塔において、少なくとも一つの風車を具え、各風車はそれぞれ複数の風梁が共同で一つの発電塔に輻射状に環状配列されてなり、各風梁が支持棒を具え、その自由端に集風器が設けられ、少なくとも一つの第１環状梁が該風梁を固定し且つ風車装置を支持するのに供され、該第１環状梁の下方に複数の支持輪が設けられ、少なくとも一つの環状のトラックが該第１環状梁を支持したことを特徴とする、集風式風力発電設備に応用される発電塔。
【請求項５５】
請求項３６又は４０記載の集風式風力発電設備に応用される発電塔において、風車装置の回転のトルクを発電装置に伝える少なくとも一つの伝動装置が設けられたことを特徴とする、集風式風力発電設備に応用される発電塔。
【請求項５６】
請求項３６又は４０記載の集風式風力発電設備に応用される発電塔において、磁極ユニットとコイル誘導ユニットが塔体或いは風車装置に取り付けられたことを特徴とする、集風式風力発電設備に応用される発電塔。
【請求項５７】
請求項５３記載の集風式風力発電設備に応用される発電塔において、集風器が弾丸型とされ、その尾端に半球型の凹孔、凹板、漏斗型、半円錐シェル、角錐シェル、円錐シェル、半円柱シェル、曲面シェル、角状折板、螺旋型の構造のいずれかの構造が設けられたことを特徴とする、集風式風力発電設備に応用される発電塔。
【請求項５８】
請求項５４記載の集風式風力発電設備に応用される発電塔において、集風器が弾丸型とされ、その尾端に半球型の凹孔、凹板、漏斗型、半円錐シェル、角錐シェル、円錐シェル、半円柱シェル、曲面シェル、角状折板、螺旋型の構造のいずれかの構造が設けられたことを特徴とする、集風式風力発電設備に応用される発電塔。
【請求項５９】
請求項５７又は５８記載の集風式風力発電設備に応用される発電塔において、集風器が頭部とこれに対応する尾部を具え、該頭部の表面は滑らかで、並びに風車装置の回転の接線に沿ったタンジェント方向に面したことを特徴とする、集風式風力発電設備に応用される発電塔。
【請求項６０】
請求項５７又は５８記載の集風式風力発電設備に応用される発電塔において、集風器の頭部が風を受ける時の空気抵抗係数が、集風器の尾部が風を受ける時の空気抵抗係数の０．４倍とされたことを特徴とする、集風式風力発電設備に応用される発電塔。
【請求項６１】
請求項６０記載の集風式風力発電設備に応用される発電塔において、集風器の尾部に滑らかな凹孔或いは凹溝のいずれかが設けられたことを特徴とする、集風式風力発電設備に応用される発電塔。
【請求項６２】
請求項５３記載の集風式風力発電設備に応用される発電塔において、集風器が支持装置を具え、且つ該支持装置が車輪型、ディスク型、或いは円筒型の構造の少なくとも一つとされたことを特徴とする、集風式風力発電設備に応用される発電塔。
【請求項６３】
請求項３６又は４０記載の集風式風力発電設備に応用される発電塔において、塔体が中空管状の支持軸とされ、その内部が電力導線を通すのに用いられることを特徴とする、集風式風力発電設備に応用される発電塔。
【請求項６４】
請求項３６又は４０記載の集風式風力発電設備に応用される発電塔において、必要時に駆動されて風車装置の運動を停止させる制動装置を具えたことを特徴とする、集風式風力発電設備に応用される発電塔。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は一種の風力発電の方法及び設備に係り、特に一種の集風式風力発電方法とその設備に関する。
【０００２】
火力発電は環境に対して巨大な汚染を発生し、並びに石炭、石油及び天然ガス等の地球の埋蔵量は有限であり、核エネルギー発電は安全上の心配があり、水力発電は発電量が需要を満足させられず、このため世界で新たな代替エネルギーが求められて、それには太陽エネルギー、風力エネルギー、潮汐エネルギー、地熱、原生質、海水温度差、湖沼ガス等を利用した発電技術がある。そのうちクリーンエネルギーとして風力の利用がますます重要視されている。１９２０年代、人々は風を利用した比較的大規模な発電を開始した。１９３１年、旧ソビエト連邦のクリミーンバラクラバ（Ｃｒｉｍｅａｎ  Ｂａｌａｃｌａｖａ）地方で１００ＫＷ容量の風力発電機が建造され、それは最も早期に商品化された風力発電機である。現在、世界で最大の装置は米国の風力計画下で、ハワイ諸島オアフ島カルカに設置されたＭＯＤ−５Ｂ風力発電機であり、それぞれが直径３２０英インチで、風速２０ｍｐｈ下で（毎秒約８．９４メートル）で３．２ＭＷの電力を発生可能で、２５００−３５００戸の住居の使用をまかなうことができた。ドイツ風力協会の統計によると、２００年末までに、ドイツでは全部で９３７５機の風力発電機が取り付けられ、その総発電量は６１１３ＭＷで、発電量の２．５％を占め、世界第１位である。２０００年の一年間に、ドイツは再生エネルギーの奨励の影響により、取り付け数は１４９６機増え、増加した発電量は１６６８ＭＷであった。
【０００３】
大自然中の気流は、おもに水平方向に移動し、垂直の対流運動は旺盛ではない。このため伝統的な風力発電機は垂直に設置され、且つ回転軸の中心は水平な気流方向に対向させられ、ほとんどは自然気流を利用して直接羽根を駆動し、変速歯車箱で変速して、回転軸部分の発電装置に電力を発生させる。伝統的な水平軸式風力発電装置は、以下のような主要な欠点を有している。
１．受風断面が非常に限られ、発生する電力も有限である。
２．伝統的な風車構造の最大効率は５９．２６％に過ぎない。
３．歯車箱の摩擦損失が大きい。
４．伝統的な大型風車は台風で吹き飛ばされたり損壊しやすい。
５．風車を駆動する自然風速は有限であり、発電量も制限された。
６．必要な基地面積が非常に大きい。
７．風速が微弱である時、風車を駆動して発電することができない。
８．羽根の空気抵抗が回転速度の平方に正比例して増加し、出力パワーが制限された。
９．地表の境界層効果により風車が安定して回転できない。
１０．風車寸法が増すにつれて、基礎構造構築費用が増す。
１１．風車回転時に大きな騒音が発生する。
このような欠点のために、伝統的な風力発電機の経済効果は不良であり、推奨が制限された。
【０００４】
本発明の目的は以下の各項を含む。
１．集風装置を具え、大量の風のエネルギーを収集でき、並びに集風方向と断面積を調整でき、発電量を制御する、一種の集風式風力発電方法と設備を提供する。
２．集風面積を拡大できる風力発電設備を提供する。
３．機械損耗の低い風力発電方法と設備を提供する。
４．台風被害を恐れる必要のない風力発電方法と設備を提供する。
５．自然気流が微弱でも強力な駆動気流を発生でき、風車の運転を維持させられる風力発電方法と設備を提供する。
６．空気抵抗が低く且つ発電量が巨大で、高い効果を有する風力発電方法と設備を提供する。
７．地表境界層効果に順応する風力発電方法と設備を提供する。
８．垂直軸と尾翼を具え、集風方向を自動調整できる風力発電方法と設備を提供する。
９．風力を電力に変換する時、最大効率が５９．２６％の制限を受けない風力発電方法と設備を提供する。
【０００５】
流体力学原理から分かるように、風力発電機の発電効率は、空気密度と正比例をなし、風車或いはファンの受風面積と正比例をなし、風車或いはファンに作用する気流速度の三乗と正比例をなす。風力発電機の発電効率は、風車或いはファンを駆動し運転させるトルクの大きさと正比例をなす。これにより、風車或いはファンの発電効率を増すには以下のような方法がある。
１．空気密度を増す：  これは実際には不可能である。
２．風車或いはファンの受風面積を増す：  これは伝統的な羽根式の風力発電機で使用されている方法であり、ファンの半径をできるだけ大きくする。
３．ファン後方に負圧源を形成する：  これも現在風力発電機に使用されている方法である。
４．ファン或いは風車に作用する気流速度を増し、風車装置に作用する作用力を増す：  これは本発明で採用する方法であり、最も有効な方法である。
５．自然気流を導入し、風車装置に作用する力のモーメントを大きくする：これは本発明で採用している方法であり、有効に回転トルクを増すことができる。
６．導流板で気流を遮蔽し、風車の逆風回転時の空気抵抗を減らす：これは本発明で採用している方法である。
７．風の抵抗の低い風車装置と集風機設計を採用する：  これは本発明で採用している方法である。
８．他の因子の形成する機械抵抗を減らし、例えば、変速歯車箱の設計を取り消す：
これは本発明で採用している方法である。
９．集風式風車原理を採用して斬新な風車システムを構築し、機械効率が５９．２６％の制限を受けないようにする：これは本発明で採用している方法である。
【０００６】
伝統的な風力発電方法は自然気流を利用してファンを駆動し発電し、発電効率を高めるため、ファン或いは風車の受風面積を増す方法により発電量を増しているが、このためファンの半径がますます大きくなり、支持用の鉄塔もますます高くなり、基礎構築工程にかかる費用もますます多くなるが、発電量は依然として有限である。上述したように米国ハワイ諸島に取り付けられているＭＯＤ−５Ｂ風力発電機は非常によい例である。このほか、大気の境界層効果により、風の水平速度は高さにより変化し、また風速も不規則に変化し、大型ファンが回転する時に不規則で不均衡な作用力を発生し、これによりファン構造が損壊しやすくなる。伝統的なファンが高速回転する時、歯車箱は高熱を発生しやすく、並びに羽根が損壊しやすく、ゆえにファンが回転を停止せざるをえない。
【０００７】
世界各地の多くの実施例が証明するように、伝統的な水平軸羽根式風力発電機中、ツーブレード式高速風力発電機は比較的良好な機械性能を具備し、出力係数は約０．４０−０．４７の間である。このような高速ファンは比較的大きな速度を有し、羽根の自由端外縁の接線速度はほぼ自然風速の１０−１３倍となり、羽根の任意の一点が羽根の高速回転時に発生する空気抵抗は、この点の接線方向の回転速度の平方と正比例をなす。自然風速が毎秒１２−１７メートルに至る時、羽根の回転速度は音速の二分の１に接近し、このため非常に大きな空気抵抗が発生し、出力電力が最大値に至り、この最大出力電力数値が装置容量と称される。自然風速が毎秒１２−１７メートルを超えた後、発電量は自然風速の増加に伴い増加しなくなり、却って減少するか固定出力値を維持する。自然風速が毎秒２５−３０メートルに達すると、羽根の回転速度は音速近くとなり、羽根面積が大きくなると羽根の空気抵抗係数も大きくなるため、非常に大きな空気抵抗が発生し、運転を停止せざるを得なくなる。
【０００８】
また一方で、流体力学原理で証明されることであるが、伝統的な水平軸式風力発電機のリミット効率はただ５９．２６％である。機械効率及び損失により風力を電力に変換する時の効率は最も多くても４７％程度となる。
【０００９】
前述したように、風力発電機の発電効率は、ファン或いは風車に作用する気流速度の三乗に正比例し、このため発電量を高める最も有効な方法は、ファン或いは風車に作用する気流速度を増すことである。このほか、風力発電機の発電量は風車装置に作用する回転トルクに正比例し、回転トルクはまた作用力及び力のアームと正比例するため、発電量を増すためには作用力或いは力のアームを増す必要がある。
【００１０】
伝統的なファンの羽根の抵抗は、回転速度の平方に伴い増加し、風速が満足のいくものになった後は、ファンは巨大な空気抵抗を発生し、抵抗力が回転の力よりも大きくなるため、出力電力は増加せず却って減少する。これにより、ファン或いは風車に作用する気流速度を高めて発電量を増すためには、伝統的な構造とは異なる新たな風車システムと誘導により発電装置が必要である。さらに、風車を駆動し気流を制御する方法と設備が必要である。また一方で、空気と羽根が摩擦を生じる時、羽根と空気が急速な振動を発生し騒音を発生し、ゆえに空気抵抗が増す時、騒音もこれに伴い大きくなる。このため騒音問題を克服するためには斬新で、現在使用されている風車の構造に代わる空気抵抗の小さい風車装置が必要となる。風車を駆動する風速を減らして一年を通して風力を有効に応用できるようにするためには、集風装置を構築するか、或いは発電塔の塔体構造を利用して、自然気流中の質量、運動力とエネルギー量を集め、それにより風車装置に作用する気流速度と作用力を増して、風車装置を極めて微弱な自然風速下でも依然として運転させられるようにする必要がある。気流の風車装置に作用する力のアームを増すため、集風装置を構築するか、或いは発電塔の塔体構造を利用して、自然に気流を集中させて強い気流として風車装置の辺縁の集風器に作用させる必要がある。地表境界層効果の影響を防止するため、新規な構造の風力発電塔を構築する必要がある。また、風力発電のリミット効率は５９．２６％の制限を受けないようにするためにも斬新な風車システムが必要である。発電装置が強い暴風作用を受けても、出力電力を依然として風速の三乗に正比例させるためには、風の抵抗係数の低い風車システムにより風車高速回転時の空気抵抗を減らす必要がある。風車の逆風回転時の空気抵抗を減らすためには、導流装置を構築して自然気流を遮断する必要がある。集風装置、発電塔或いは導流装置が風向きの改変により気流を集める方向を改変できるようにするためには、尾翼装置を具えて該尾翼装置が受ける風力を利用して回転する支持システムが必要である。本発明は上述の流体力学原理及び思惟に基づき発明された特殊な発電方法と設備である。
【００１１】
本発明の提供する集風式風力発電方法及び設備は、風車装置の軸心を発電塔の軸心と重ね合わせ、並びに地表と垂直を成すようにする。この風車装置の受ける風力作用を利用し、回転時の運動エネルギーにより発電を行ない、並びに集風装置或いは該発電塔自身の塔体構造の少なくとも一方により風力を案内並びに集中させ、風車装置に作用する回転トルクと気流速度を増し、発電塔に枢設された風車装置を急速に回転させ、発電装置に強力な誘導電流を発生させて発電量を増す。
【００１２】
そのうちの風車装置は発電塔の支持軸に枢設され、共同の支持軸は空心軸或いは実心軸とされ、並びに該支持軸は地面と垂直である。空心の支持軸を採用するなら、該軸の中空部分は電力電線を通すのに使用される。該風車装置は複数の風梁が環状に配列されてなるか、或いは複数の集風器が一つの支持装置にあって環状に配列されてなる。該風梁或いは集風器の支持装置に発電装置が設けられ、風車が回転する時に誘導電流を発生する。
【００１３】
本発明の目的は以下のようにして実現される。
１．集風装置或いは発電塔の構造を利用して自然に気流を集めた後、風力密度及び気流速度を急激に増加させ、その後集風装置或いは発電塔の構造の案内により、強力な気流を風車装置の辺縁の集風器に集中させ、集風器に作用する風力を増すだけでなく、風車装置に作用する力のアームを増す。これにより、本発明の風車装置は大きな回転トルクを獲得し、並びに発電塔の風車装置を急速に回転させ、発電装置により大きな誘導電流を発生し、急激に発電量を増加する。
２．インパルスタービン理論により風車装置を設計する。風車装置の集風器尾部に滑らかな凹孔或いは凹溝を形成し、集めた後の強い気流が該凹孔或いは凹溝に突き当たり、跳ね返ることで気流が大きなモーメントを発生し、これにより風車装置が大きな反作用力を得て、大きな回転トルクを発生し、発電装置が大きな誘導電流を発生する。これにより本発の機械効率が５９．２６％の制限を受けないようにすることができる。
３．風の抵抗の低い風車装置の外形設計を採用し、風車装置の回転時の空気抵抗を減らす。風車装置上の集風器は、以下を採用する。弾丸型のその尾部が半球形の滑らかな凹孔、凹板、漏斗型、半円錐型シェル、角錐型シェル、円錐シェル、半円柱シェル、曲面シェル、角状折板、螺旋型等のいずれかの形状を有するものとし、風車回転時の抵抗を小さくする。本発明は即ち強烈な暴風作用下でも出力する電力が自然風速の三乗に正比例して増加する。
４．発電塔の迎風面の前面にあって、導流装置を利用して気流を遮断し、風車の逆風回転時の空気抵抗を減らす。
５．風車装置の軸心と発電塔の軸心を重ね合わせて、地表と垂直を呈するようにする。発電塔にあって、下から上に数個、数十個、或いは数百個の風車装置が枢設され、並びに核風車装置がそれぞれ単独で自然気流により回転し、地表境界層効果に順応する。
６．尾翼装置を具え、回転可能である支持システムを構築し、上述の方法で構築した風力発電設備を該支持システムの上に設置し、それに自動的に集風方向を調整させることができるようにする。
７．数個、数十個の低回転速度で磁束量変化が大きい発電装置を、現在の一つの高回転速度で磁束量変化が小さい発電装置の代わりに採用し、並びに本発明の発電装置を風車装置に伴い回転させ、自動的に空気により冷却し、巨大な電力を発生できるようにする。また一方で、核風車装置が単独で気流に合わせて異なる速度で回転し、不規則な振動或いは不安定な状況を発生しない。
８．風車装置を低抵抗の高速軸受で直接発電塔に枢設し、発電装置の磁極ユニット或いはコイル誘導ユニットを直接風車装置に取り付け、風車が回転する時直接電磁誘導により発電するようにする。これにより、変速歯車箱の機械損耗がないのみならず、歯車箱が高速回転時に発生する高熱の問題を回避できる。
９．斬新な低抵抗の風車装置を構築し、本発明の風車装置を高速回転下で、騒音を発生しないものとし、これにより現在の技術の羽根が騒音を発生しやすい問題を克服する。
【００１４】
本発明は以下の異なる実施方案を有している。
１．二つの発電塔、一つの風車装置及び発電装置を構築し、風車装置を発電塔の上に枢設し、発電装置を該風車と発電塔に取り付け、風車装置が回転する時に誘導電流を発生できるようにする。この二つの発電塔の塔体間のネット距離は風車直径の二倍を超過せず、そのうち一つの発電塔は固定されて不動で、もう一つの発電塔は移動可能なベースを具備している。二つの塔体の迎風面の間に漏斗状の気流チャネルが形成され、これにより二つの発電塔の塔体が集風の機能を具備し、これは一つの集風装置の如しである。気流チャネルの両側の塔体に取り付けられた風車は左右対称に配置され、両側の風車が気流の作用を受けた後、それぞれ逆時計或いは時計回りに気流に応じて回転し、発電装置により誘導電流を発生する。そのうち一つの発電塔の相対位置を移動させることで、上述の気流チャネル中の気流の速度を改変でき並びに風力発電量を制御することができる。
２．上述の第１種の方案を、尾翼装置を具え並びに回転可能な支持システムの上に実施する。即ち、該尾翼装置が風力作用を受けた後に、自動的に発電塔の集風方向を自動的に改変するか移動補助する。
３．第２種の方法に、集風装置を加える。集風装置を構築し、集風装置の受風口断面積を出風口の断面積より大きくし、風力を収集できるようにし、集風装置を二つの発電塔の迎風面の前方に設置し、集風装置の出風口を素立つの発電塔間の漏斗状の気流チャネルの受風口に接近させ、これにより風車装置に作用する風力を増す。集風装置の出風口部分の気流速度を制御することで、風力発電量を制御できる。該尾翼装置が風力作用を受けた後、自動的に発電塔の集風方向を改変或いは移動補助することができる。
４．第２種の方案に導流装置を加え、風車回転時の逆風エリアの空気抵抗を減らす。即ち導流装置を構築し、該導流装置を二つの発電塔の迎風面の前面の風車装置の逆風回転の一側に設置し、気流を遮断する。該尾翼装置が風力作用を受けた後、自動的に発電塔の集風方向を改変或いは移動補助することができる。
５．尾翼装置を具え並びに回転可能な支持装置の上に、集風装置を構築し、該集風装置の受風口断面積を出風口断面積より大きくして風力を収集できるようにする。このほか、発電塔、風車装置及び発電装置を設け、風車装置を発電塔の上に枢設し、発電装置を該風車と発電塔の上に取り付け、風車が回転する時に誘導電流を発生するようにする。上述の発電塔を集風装置の出風口部分に設置し、出風口部分の気流により発電塔の風車を駆動して発電する。集風装置の出風口部分の気流の強弱を調整することにより、風力発電量を制御する。尾翼装置が風力作用を受けた後、自動的に集風方向を改変できるようにする。
６．尾翼装置を具備し回転可能な支持装置の上に、集風装置、発電塔、風車装置及び発電装置を設ける。風車装置は発電塔に枢設し、風車が回転時に誘導電流を発生するようにする。該集風装置は発電塔の一側に設置し、該集風装置と該発電塔の間に漸次縮小されたスピーカ状の気流チャネルを形成させ、気流を収集する機能を具備させる。該気流チャネル内の気流により発電塔の風車を駆動して発電する。集風装置の出風口部分の気流の強弱を調整することにより、風力発電量を制御することができる。該尾翼装置が風力作用を受けた後、自動的に集風方向を改変できる。
７．第６種の方法に、導流装置を加える。尾翼装置を具え並びに回転可能な支持装置の上に、集風装置、導流装置、発電塔、風車装置、発電装置を設ける。風車装置は発電塔に枢設し、発電装置は風車装置と発電塔に設置し、風車が回転する時に誘導電流を発生するようにする。該集風装置は発電塔の一側に設置し、該集風装置と発電塔の間に漸次縮小されたスピーカ状の気流チャネルを形成し、気流を収集する機能を具備させる。該気流チャネル内の気流により発電塔の風車を駆動して発電する。集風装置の出風口部分の気流の強弱を調整することにより、風力発電量を制御することができる。該導流装置は発電塔の迎風面の前面の風車装置の逆風回転の一側に設置して気流を遮断し、風車回転時の逆風エリアの空気抵抗を減らす。該尾翼装置が風力作用を受けた後、自動的に集風方向を改変できる。
８．二つの発電塔、一つの風車装置及び一つの発電装置を設け、風車装置を発電塔に枢設し、発電装置を風車と発電塔に取り付け、風車が回転する時に誘導電流を発生するようにする。塔体間のネット距離は風車直径の二倍を超過しないものとし、そのうち一つの発電塔を固定して不動とし、もう一つの発電塔に移動可能なベースを具備させる。二つの塔体の迎風面の間に漸次縮小されたスピーカ状の気流チャネルを形成し、塔体に集風の機能を具備させ、集風装置のようにする。気流チャネルの両側の塔体の風車を左右対称に設置し、両側の風車が気流の作用を受けたのちに、それぞれ逆時計及び時計回りの方向に気流に応じて回転し、発電装置により誘導電流を発生するようにする。このほか、集風装置を構築し、集風装置の受風口断面積を出風口断面積より大きくし、風力を収集できるようにする。集風装置を二つの発電塔の迎風面の前方に設けて、集風装置の出風口を漏斗状の気流チャネルの受風口に接近させることで、集風効果を増す。集風装置の出風口の気流速度を調整することで、風力発電量を制御できる。本方案は一種の定方向の実施方案である。
９．第８種の方法に、集風装置を加える。集風装置を構築し、集風装置の受風口断面積を出風口断面積より大きくして風力を収集できるようにし、集風装置を二つの発電塔の迎風面の前方に設けて、集風装置の出風口を二つの発電塔の漏斗状の気流チャネルの受風口に接近させて、風車装置に作用する風力を増す。集風装置の出風口部分の気流速度を調整することにより、風力発電量を制御できる。本方案は、一種の定方向の実施方案である。
１０．第８種の方案を、尾翼装置を具え並びに回転可能な支持システム上に実施する。該尾翼装置が風力作用を受けた後、自動的に発電塔の集風方向を改変できる。
１１．第９種の方案を、尾翼装置を具え並びに回転可能な支持システム上に実施する。該尾翼装置が風力作用を受けた後、自動的に発電塔の集風方向を改変できる。
１２．第１０種の方案に、導流装置を加える。導流装置を構築し、導流装置を二つの発電塔の迎風面の前面の風車装置の逆風回転の一側に設置し、気流を遮断し、風車回転時の逆風エリアの空気抵抗を減らす。該尾翼装置が風力作用を受けた後、自動的に発電塔の集風方向を改変する。
１３．一つのエリア内或いは一つの支持システム上に、グループの方式で上述の各種の集風式風力発電方法を混合して実施する。
【００１５】
上述の各種の実施方案中、集風装置の構築の方法は以下のとおりである。即ち、受風口と出風口を具えた装置を構築し、その受風口の断面積を出風口の断面積より大きくし、自然気流中の質量、モーメントとエネルギーを集められるようにし、このような集風装置に固定式或いは移動式のベースを設け、集風方向、受風口断面積、出風口断面積及び集風装置の形状を改変可能とする。上述の受風口と出風口の横断面は、閉じた、或いは開いた幾何形状となす。その相対位置を移動させ、方向を回転させ、或いは幾何形状を改変させることにより、その集風方向と断面積を調整して、出風口部分の駆動気流の速度を制御することができる。出風口の断面積を改変する方法を採用しても、出風口気流の速度を制御することができる。また上述の数種類の方法を単独で、或いは同時に実施することにより、発電量を制御する目的を達成することができる。
【００１６】
このほか、本発明は塔体間支持装置を構築し、その長さは固定されるか或いは伸縮可能とされ、二つの塔間の距離を改変でき、塔体間を流れる気流の速度を調整することができ、これにより発電量を調整できる。塔体間気流の速度が速いと、マグナス効果により、風車装置及び発電塔の構造上、巨大な側圧力が発生し、該塔体間の支持装置によりこのような塔体間の側圧力に抵抗できる。
【００１７】
本発明で構築する発電塔は、その支持軸が地面に垂直で、発電塔に数個、数十個、あるいは１００個以上の水平状の風車装置が取り付けられ、風車の軸心と発電塔の軸心が重ね合わされる。当然、強烈な台風が来襲した時、一つの塔の全ての風車装置が全てロックされ、並びにもう一つの固定式の塔体の背風側に移動させられ、これにより風車の回転が速くなり過ぎて膨大な過電力が発生して全体の発電設備と配電送電システムに危険が及ぶのを防止できる。
【００１８】
上述の風車装置は、完全に伝統的なファン構造とは異なり、インパルスタービンの原理を採用し、それは、複数の集風器、複数の集風器支持棒、環状軸受、第１環状梁、第２環状梁、複数の支持輪、環状トラック、複数の制動器、及び防塵装置を具えている。環状軸受が発電塔の塔体に取り付けられ、並びに環状軸受の軸心が塔体の軸心と重ね合わされる。集風器支持棒の一端に集風器が取り付けられ、集風器と集風器支持棒が風梁を構成し、複数の風梁が環状に配列されて上述の環状軸受に枢設され、核風梁の下方に二つの環状梁が設置され、風梁が二つの環状梁に固定され、そのうち、第１環状梁の下方に複数の支持輪が設置され、並びに環状トラックがこれに対応して発電塔に設置されて該風車装置を支持する。もう一つの環状梁には支持輪が設けられないが、その下方に複数の制動装置が設けられ、必要時に制動装置が駆動されて風車回転が停止され、並びに風車がロックされる。この二つの環状梁、環状トラック、環状軸受、発電塔塔体の四者の軸心は重ね合わされている。集風器の尾部には滑らかな凹孔或いは凹面が設けられて強い気流の衝撃を受け、該集風器の頭部には針状或いは錐状の突風装置が設けられて風車装置回転時の空気抵抗を減らすことができる。このようなインパルス方式の風車は比較的低い比速（Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｓｐｅｅｄ）を有し、同様の原理は既に水力発電及び火力発電に広く運用されており、その機械効率は通常８０％以上にもなり、伝統的なファン装置のほぼ２から３倍にもなる。風車装置の直径Ｄ、集風器の風車直径方向に沿ったサイズｄ、比速Ｎｓの三者の間の関係は、Ｄ／ｄ＝（３０−９０）／Ｎｓである。最良の効率を得るため、Ｄ／ｄ＝５４／Ｎｓで、比速Ｎｓは２−６の間とされ、Ｎｓは最も好ましくは２−３の間とされる。このような風車装置は、大型或いは巨大な風力発電塔に取り付けに適し、必要な各部品はいずれも個別に映像され、発電塔上で組立完成される。
【００１９】
上述の集風器には、以下が採用されている。弾丸型のその尾部に半球型の滑らかな凹孔、凹板、曲面シェル、螺旋形、及びその他の良好な受風機能を具えた形状構造がある。そのモールド材料は好ましくはチタン合金、炭素繊維、ガラススチール繊維複合材料、ステンレス或いはその他の高強度合金材料が採用される。集風器には好ましくは環状の設計が採用され、その尾部に二つの対称且つ滑らかな凹孔が設けられるか、或いは二つの集風器が対称に設置され、該凹孔が気流を反射させる反射角度を、本発明では気流が凹孔の表面より反射される角度が気流反射角と称される。気流反射角は１２０度から１８０度の間にあり、気流反射角は最も好ましくは１７３度から１７６度とされる。集風器の尾部には一つの滑らかな凹孔或いは凹面が設けられ、該凹孔或いは凹面が、集めた後の強い気流のインパルスを受け、気流を跳ね返す機能を具備する。気流は跳ね返された後、気流モーメントに比較的大きな変化を発生し、これにより集風器が比較的大きな反作用力を獲得し、風車装置を急速に回転させる。集風器の凹孔或いは凹面の背面には針状或いは錐状の突風装置が設けられ、この針状或いは錐状の突風装置は尾部に関しては、集風器の頭部であり、該集風器の頭部が風車装置の回転の方向に向けられ、風車装置回転時に空気の抵抗を減らす。弾丸型の集風器を採用すれば、集風器は空気中での回転速度が二分の１音速以内の時、集風器頭部の空気抵抗係数が０．２５より小さい。集風器の空気中の回転の速度が音速を越えると、その空気抵抗係数は依然として０．５より小さい。集風器が空気中で回転する速度が音速の３倍以上となると、その空気抵抗係数は０．３以内に下がる。しかし、この弾丸型集風器の尾部には半球型の滑らかな凹孔が設けられて、風力のインパルスを受けた後に気流を跳ね返す。大量の実験結果から分かったことは、この碗状の構造が風を受ける時の空気抵抗係数は１．４である。集風器尾部の受ける風力の衝撃の作用力はその頭部が風を受ける時の空気抵抗よりも終始大きく、このため集風器回転速度が音速より速くなっても、風車は依然として回転を維持でき、本発明の発電装置は依然として巨大な電力を発生できる。
【００２０】
本発明のもう一種類の風車装置の好ましい実施例は、二つ以上の集風器が環状に配列され、集風器支持装置上に取り付けられて、高速回転時に比較的高い安定性を具備するものとされている。この集風器支持装置はディスク状、環状、輪状、及び円筒状とされる。その最外縁には垂直或いは水平な環状片が設けられて、集風器の取り付けに用いられる。該集風器支持装置の最外縁の環状片に、垂直の環状片設計が採用されると、該環状片に最少で二つの環状配列された集風器が取り付けられて風車装置が形成される。もし水平の環状片設計が採用されると、該環状片の上下両面の対応位置にそれぞれ一つの集風器が取り付けられて、風車装置回転時の安定性が保持される。このほか、環状の垂直環状片が取り付けられ、該垂直環状片には防塵装置があり、空気中の灰塵の発電装置上への堆積を防止できる。２対以上の集風器が環状に配列され並びに該環状片に取り付けられて一つの風車装置が構成される。上述の垂直環状片の設計により、風車装置が回転する時、風車装置の境界層が気流に応じて回転し、これにより大幅に境界層の抵抗が減らされ、有効に発電量が高められる。このような風車装置は中型或いは小型の風車発電塔に取り付けるのに適合し、必要な集風器支持装置が、好ましくは工場で一体成形され、その後、集風器が取り付けられ、さらに発電塔に取り付けられる。集風器の外径は、半円錐型、角錐型、漏斗型、曲面シェル、曲板及びその他の集風機能が良好で並びに風の抵抗の少ない形状とされる。集風器の尾部には滑らかな凹孔或いは凹溝が設けられ、風力の衝撃を受けた後に気流を順調に反射し、風車装置に比較的大きな衝撃力を獲得させる。集風器の外表面は非常に滑らかで且つ低い空気抵抗の外形を具え、これにより風車が高速回転する時、その受ける空気抵抗は有限である。集風器の頭部の空気抵抗係数は、最も好ましくはその尾部の空気抵抗係数の０．４倍である。
【００２１】
上述の発電塔は、その主要な特徴が、少なくとも一つの風車装置、少なくとも一つの発電装置を具えている。該風車装置は水平に発電塔に配置され、各風車は水平に該塔体に取り付けられ、且つ各風車は単独で気流を受けて回転する。少なくとも一つの発電装置は、磁極ユニット、コイル誘導ユニット、を具え、風車回転時に該コイル誘導ユニットが電磁感応により感応電流を発生する。
【００２２】
このほか、上述の発電塔は以下のような特徴を具備している。
１．発電塔塔体の底部は円柱シェル状、放物線或いは双曲線の回転シェル体とされる。
２．発電塔はドーム状の屋根を具えるかアーチ状のカバーを具え、その上に避雷装置が設けられる。
３．発電塔は少なくとも一つの昇降設備を塔体内に具えている。
４．発電塔は尾翼装置を具え且つ回転して平面位置を改変できる支持システム上に設置され、該尾翼装置は垂直な平板型、翼型或いは帆型構造とされ、並びに水平状の安定翼構造が付加されうる。
５．発電塔の迎風面の前面に少なくとも一つの集風装置を設置可能で、該発電塔が該集風装置の出風口部分に設置される。出風口部分の気流は風車装置の接線方向を以て該風車装置の集風器に作用し、該風車を駆動して急速回転させて該発電装置に誘導電流を発生させる。該集風装置は移動式のベースを具え、集風方向を調整できる。該集風装置は並びに制御システムを具え、該制御システムが該移動式のベースを制御して集風方向を調整するのに用いられる。
６．発電塔は少なくとも一つの制御システムを具え、該集風装置の受風口断面積を調整可能であるか、或いは出風口断面積を調整するか、或いは集風装置の幾何形状を改変できる。
７．発電塔の迎風面の前面に少なくとも一つの導流装置が設けられて、一部の該風車装置に吹きつける気流を遮断して風車装置回転時の逆風エリアの空気抵抗を減らすことができる。
８．該発電塔は少なくとも二つの塔体を具え、該二つの塔体間のネット距離が該風車装置の直径の二倍を超過せず、この二つの塔体の迎風面の間に漏斗状の気流チャネルが形成されて、これにより塔体が集風機能を具備し、一つの集風装置の如くなる。
９．二つの発電塔の塔体間に少なくとも一つの支持装置を設置することにより、塔体間のギャップを流れる急速な気流の発生するマグナス（Ｍａｇｎｕｓ）効果圧力に抵抗することができる。該支持装置の長さは固定されるか調整可能とされ、長さを調整できる塔体間支持装置を採用すれば、二つの塔体間の相対距離を改変できる。
１０．二つの発電塔が、移動可能な一つの塔体ベースを具え、そのうちの一つの塔体を移動可能に支持し、二つの塔体間の相対位置及び方向を改変するのに供される。
１１．発電塔に伝動装置を具え、該伝動装置が風車の回転力を発電装置に伝送する。
１２．該発電塔が発電装置を具え、該発電装置の磁極ユニットと該コイル誘導ユニットがそれぞれ塔体或いは風車装置に取り付けられる。
１３．発電塔塔体に複数の突出する懸垂環状片が設けられ、各二つの懸垂環状片間にあって、少なくとも一つの風車装置が水平に発電塔の支持軸に枢設される。塔体の上から下に複数の風車が取り付けられ、各風車は単独で気流により回転し、発電装置により誘導電流を発生する。
【００２３】
上述の発電装置が誘導電流を発生する方法は以下のとおりである。磁極ユニットとコイル誘導ユニットがそれぞれ発電塔と風車装置の対応位置に取り付けられ、風車が急速回転する時、大きな断面積のコイル回路が磁場を切割し、磁束量に極めて大きな変化を発生させ、巨大な誘導電流を発生する。誘導発電を採用することにより、エネルギー損失率が非常に少なくなり、発電効率が伝統的な発電設備よりも高くなる。磁気フロート（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｆｌｏａｔｉｎｇ）風車の技術を採用すると、発電効果は更に良好となる。別の発電装置の電磁誘導で誘導電流を発生する方法は、導磁コアを具えたコイル誘導ユニットと磁極ユニットを設け、該磁極ユニットとコイル誘導ユニットをそれぞれ発電塔及び風車装置の対応位置に取り付け、風車装置が回転する時、磁極ユニットの両極が、交替でコイル誘導ユニット内の同時コアの一端点に接近し、この端点に磁極誘導により反対の磁極を発生させ、回路範囲内の磁束量に交替する変化を発生させて誘導電流を発生する。
【００２４】
上述の二つの方法において、磁極ユニット及びコイル誘導ユニットの取り付け方式には以下の二種類がある。１．発電塔に設置された少なくとも一つの磁極ユニットと風車装置に設置された少なくとも一つのコイル誘導ユニット、２．発電塔に設置された少なくとも一つのコイル誘導ユニットと、風車装置に設置された少なくとも一つの磁極ユニット。発電装置の風車装置に取り付けられる位置は、１．集風器支持棒上、或いは隣り合う二つの集風器支持棒の間、２．集風器支持棒の上、３．風車の回転軸受の上。
【００２５】
上述の発電塔及び集風装置の好ましい材料は、超高強度のコンクリートＲＰＣ（ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｐｏｗｄｅｒ  ｃｏｎｃｒｅｔｅ）、或いは発明者が開発した超高強度の活性粉末けい素鋼ＲＰＣＳ（ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｐｏｗｄｅｒ  ｃｏｍｐｌｅｘ  ｓｔｅｅｌ）、或いはステンレス、或いは合金、或いはその他の高性能の防腐蝕材料である。ＲＰＲＰＣ及びＲＰＣＳの強度は１８０ＭＰａ以上で、それぞれ腐蝕せず、寿命は少なくとも１００年で、亀裂を発生せず、表面は滑らかで細緻であり風の抵抗が低く、しみこみを発生せず、耐天候性が良好で、防振効果が良好で、高性能であり、性能は金属に類似する。
【００２６】
本発明の第１種の実施方案は以下のとおりである。二つの発電塔を構築し、二つの発電塔の塔体間のネット距離が風車直径の二倍を超過しないようにし、そのうち一つの発電塔を固定して不動とし、もう一つの発電塔に移動式のベースを設ける。二つの塔体の迎風面の間に漏斗状の気流チャネルを形成し、塔体に集風の機能を具備させ、集風装置の如くする。気流チャネルの両側の塔体の風車を左右対称に設置し、両側の風車が気流の作用を受けた後に、それぞれ逆時計或いは時計回りの方向に気流に応じて回転するようにし、発電装置に誘導電流を派生させる。そのうち一つの発電塔の相対位置を移動させることにより、上述の気流チャネル中の気流速度を改変でき、並びに風力発電量を制御できる。塔体間支持装置に、風速計及び風圧計を設置して、計測データをコントロールルームに伝送することができるようにする。
【００２７】
本発明の第２種の実施方案は以下のようである。尾翼装置を具え回転可能な支持システムを設ける。別に該支持システムに集風装置、二つの発電塔を設ける。該二つの発電塔間のネット距離が風車直径の二倍を超過しないようにする。二つの塔体の迎風面の間に漏斗状の気流チャネルを形成し、塔体に集風機能を具備させて、集風装置の如くする。気流チャネルの両側の塔体の風車を左右対称に設置し、両側の風車が気流の作用を受けた後に、それぞれ逆時計或いは時計回りの方向に気流に応じて回転するようにし、発電装置により誘導電流を発生する。このほか、該支持システム上に、二つの移動式のベースを構築し、該二つの発電塔を該二つの移動式のベースの上に設置し、該二つの発電塔を相互に小距離移動可能とする。二つの塔の間に塔体間支持装置を設け、これにより二つの発電塔間のギャップを流れる急速な気流によるマグナス効果圧力に抵抗することができるようにする。このほか、塔体間支持装置の長さを調整可能とし、これにより塔体間の気流速度を調整できるようにし、塔体間支持装置の上面に、風速計と風圧計を設ける。該尾翼装置が風力作用を受けることで、支持システムを回転させ、発電塔或いは集風装置に気流収集に良好な方向を維持させることができる。
【００２８】
本発明の提供する風力発電方法及び設備の有益な効果は大量の風力を集め、利用でき、風速が微小な状況でも依然として回転を維持でき、大幅に風力の有効利用が行なえることにある。本発明の風力発電及び設備は暴風が来襲した時、出力する電力が依然として風速の三乗に正比例し、巨大な電力を出力できる。もしある地区の一年の平均風力が毎秒５メートルであり、暴風の来襲時の風速が毎秒５０メートルであり、強烈な台風が来襲したとすると、本発明の提供する風力発電方法及び設備の出力する電力は平常の電力量の１０００倍となる。もし電解水装置及び燃料電池技術を利用して、そのうち５０％の電力を保存するならば、一日台風がくれば、利用できる電力は平常の５００日分の風力発電量となる。これから分かるように、本発明の実施は枯渇しないクリーンエネルギーであり汚染や核エネルギーのような安全上の危険がない。本発明の方法と設備は大量の風力を集められるほか、総合的に風車発電設備の具体的な機械性能を高め、これにより膨大な電力を発生でき、伝統的な風車発電方法と設備を超越したものである。
【００２９】
最良の集風効果を獲得するため、本発明の集風式風力発電設備は、最も好ましくは平坦な海岸、草原、台地に設置されるのが好ましい。このほか、フライホイール、或いは燃料電池と高圧電解水システム、或いは巨大蓄熱タンク及び熱交換発電設備、或いはその他のエネルギー保存設備を利用して過剰電力を保存することで、出力電力の安定性を増すことができる。
【００３０】
具体的実施方式
本発明の集風式風力発電方法と設備は、以下の各種の実施の方法がある。：
１．図１〜図５に示されるように、双塔集風の方式を用いての実施：二つの発電塔２０を建造し、二つの塔上の風車５０を左右対称に配置し、二つの塔の距離を非常に近づけ、発電塔２０に集風の機能を具備させ、塔体間のギャップの気流により風車５０を駆動し発電する。
２．図６、７に示されるように、集風装置１０と単一の発電塔２０を用いた方式での実施：  集風装置１０を構築し、この装置の出風口１２部分に発電塔２０を設置し、塔上に風車５０を設置し、風車５０回転時に発電装置７０により誘導電流を発生する。
３．図８〜図１０に示されるように、集風装置１０と双塔集風の方式を用いての実施：  第１種の方法を利用し、そのほかに二つの塔体の迎風側に大きな集風装置１０を建造し、集風装置１０を利用して集風発電の効果を増す。強烈な台風が来襲した時は、集風装置を閉じ合わせて発電塔の防風カバーとなす。
４．図１１に示されるごとし：  あるエリア内にあって、グループの方式で上述の三種類の方法を実施する。
５．図１２〜図１５は本発明の集風装置１０の出風口風速制御の四種類の方法を示し、それは、集風方向の改変、受風口１１断面積の改変、出風口１２断面積の改変、及び集風装置の幾何形状の改変、の方法を含む。
６．図１６は本発明の好ましい実施例を示し、それは双塔集風式風力発電設備であり、塔体自身が集風装置１０の機能を具備している。
７．図１７、１８は本発明の好ましい実施例を示し、それは双塔集風式風力発電設備であり、塔体自身が集風装置１０の機能を具備している。
８．図１９は本発明の風車５０装置の実施例である。
９．図２０、２１は本発明の集風器５２と発電装置７０の実施例である。
１０．図２３、２４は本発明の尾翼装置１４及び集風装置１０を具えた単一の発電塔２０の集風式風力発電設備の実施例を示す。
１１、図２５、２６は、本発明の尾翼装置１４を具えた双塔集風式風力発電設備の実施例を示す。
１２．図２７、２８は、本発明の尾翼装置１４と導流装置１３を具えた双塔集風式風力発電設備の実施例を示す。
１３．図２９は、本発明の尾翼装置１４と集風装置１０を具えた双塔集風式風力発電設備の実施例を示す。
１４．図３０、３１は、本発明の集風式風力発電設備を応用した風車装置の実施例を示し、角錐型の集風器５２が環状に配列されて集風器支持装置５７に取り付けられ、該集風器支持装置５７に垂直環状片５６があり、集風器支持装置５７に発電装置のコイル誘導ユニット７２が取り付けられている。
【００３１】
本発明の第１種の実施例は、その方法が図１から図５に示される如しであり、その設備の各部分については図１６及び図１７、１８を参照されたい。それは、少なくとも二つの直立する柱状の発電塔２０、集風方向と断面積を調整可能で発電量を制御する集風装置１０、二つの塔体構造２２、二つの塔体間に設けられた一つの塔体間支持装置４２、上述の二つの発電塔の塔体構造２２の上に枢設されて少なくとも一つの誘導式発電装置７０を有する少なくとも一つの風車５０、を具えている。
【００３２】
発電塔２０自身は虚偽の集風装置１０であり、発電塔２０は任意に回転する曲面体であり、好ましくは半径が巨大で且つ高くそびえる二つの円柱形発電塔とされ、その一方は固定式塔体とされ、もう一方は環方向に移動する塔体とされる。双塔間の距離は塔体直径の数分の１或いは数十分の１だけであり、水平気流が二つの塔体に遮られた後、塔体間のギャップを通過して風速が急激に速くなり、これにより強大な推力を発生し、水平な風車５０を駆動し、低損失の発電装置７０により巨大な電力を発生する。境界層効果及び自然気流の不規則パルスの影響により、気流の水平速度は高さに伴い変化し、十分に自然風力を運用するため、二つの円塔の上から下に、数十個から数百個のそれぞれ独立した水平環状風車５０装置が取り付けられる。
【００３３】
以上の本発明の好ましい実施例は以下の各点を具えている。
１．発電塔２０の上部にフライホイール状の屋根２１が設置され、採光、雨避け、食堂、コントロールルーム等に使用され、その上に避雷装置２５が設けられる。
２．筒状の塔体構造２２内縁にステンレススチール板が貼り付けられ、地層の深い部分に接続され、漏電或いは雷が発生する時の自己を防止する。
３．塔内に昇降設備３１が設けられ、それは塔体の屋根２１に直通可能で、人員、機具、設備、物量の伝送に用いられる。
４．昇降設備３１の直径が数メートルとされ、その外部に孔を具えた管状支持構造が設けられ、好ましくは超高強度の活性粉末コンクリートＲＰＣで建造される。
５．昇降設備３１と塔体構造２２の間にトランスファーパス３２が設けられ、修理員と設備の伝送チャネルとされる。
６．双塔の間に少なくとも一つの塔体間支持装置４２が設けられて、ギャップ効果により発生する塔体からのシフト圧力に抵抗するのに用いられ、並びに塔体間距離調整の機能を具備する。
７．塔体間支持装置４２に風速計４０と風圧計４１が設けられ、ギャップ間の各種の計測データをコントロールルームに伝送する。
８．塔体間支持装置４２が伸縮装置を具え、発電塔２０間の距離により長さを改変できる。
９．双塔の一方が固定されて不動とされ、もう一方が固定された塔を中心とし、その下方に巨大な移動式ベース２３が設置され、自転制御により、巨大歯車と油圧装置で発電塔２０を駆動して発電塔２０を移動させることができ、これにより集風方向を調整し、塔体間ギャップ中の駆動風速を改変し、発電量を制御する目的を達成する。
【００３４】
本発明の風車装置の好ましい実施例は、図１６、１７、１８、及び図１９に示されるように、風車５０が発電塔２０の上に枢設され、該風車５０の集風器５２が発電塔２０の外面にあって突出し、該集風器５２の受ける風力作用により風車５０が回転させられる。該風車５０は複数の風梁５１が環状に配列されてなる。風車５０の好ましいモールド材料は、チタン合金、或いはステンレススチール、或いは炭素繊維、ガラススチール、或いはその他の高強度で防腐蝕の合金とされる。風梁５１は集風器５２と集風器支持棒５５を具えている。集風器５２は好ましくはその尾部に二つの凹孔を具えた凹杯式設計とされて安定性が増され、最大の機械効率を得るため、集風器５２の尾部の凹孔は気流インパルスを受けた後、気流の反射の風の反射角５４が１７３度から１７６度の間とされる。該集風器５２の凹孔或いは凹溝の背面に、梁状或いは円錐状の突風装置５３が設けられて、有効に逆風の抵抗力を減らす。凹孔を具えた尾部に対して、該突風装置５３は集風器５２の頭部である。集風器支持棒５５は好ましくは扁平な構造とされ、集風器支持棒５５の一端に集風器５２が取り付けられ、もう一端が円柱状の塔体構造２２外縁の軸受部分に枢設され、集風器支持棒５５の中間に大断面積の誘導式発電装置７０が設けられる。各集風器支持棒５５の間に第１環状梁６０が設けられ、該第１環状梁６０が風車回転を支持し安定させる作用を具えている。該第１環状梁６０の下面に、支持輪６１が設けられ、支持輪６１の下方に環状のトラック６２が設けられている。このほか、第１環状梁６０の外側に第２環状梁６５が設けられ、該第２環状梁６５の半径は第１環状梁６０より大きく、並びに第２環状梁６５に複数の制動装置６３が取り付けられている。塔体外縁部分近くに、別に防塵装置６４が設けられて外界空気中の灰塵が発電装置に堆積するのを防止する。風車５０の虚偽の軸心は発電塔２０の虚偽の軸心に重なり合う。
【００３５】
このほか、最良の効率を得るため、風車５０の直径Ｄ、集風器５２の風車５０の直径方向に沿った寸法直径ｄ、比速Ｎｓの三者の間の関係は以下のように制限される。即ち、Ｄ／ｄ＝（３０−９０）／Ｎｓであり、最も好ましくは、Ｄ／ｄ＝５４／Ｎｓで、比速Ｎｓは２−３の間とされる。そのうち、比速Ｎｓは最も好ましくは２−３の間とされる。この比速Ｎｓは気流の速度と風車５０の外縁の切線方向の回転速度の比の値である。集風器５２の頭部の空気抵抗係数は、最も好ましくはその尾部の空気抵抗係数の０．４倍である。
【００３６】
このほか、そのうち一つの風車５０に修理が必要となった時、制動装置６３を駆動して風車５０の回転を停止させることができる。このほか、図６、７に示されるように、強烈な台風が来襲する前に、一つの塔の全ての風車５０を全てロックし、並びにもう一つの固定式の塔体の背風側に移動させて風車回転が速くなりすぎて膨大な電力が全体の発電設備に危害を及ぼすのを防止することができる。もし集風装置１０が設置されていれば、集風装置１０を閉じ合わせて、防風カバーを形成して発電塔２０を保護し、過大な電力が全体の発電設備を損壊するのを防止することができる。
【００３７】
本発明の発電装置７０は磁極ユニット７１とコイル誘導ユニット７２を具え、それぞれ各集風器支持棒５５の部分、及び塔体支持部のサスペンションアーム環状片２４に取り付けられる。風車５０が急速に回転する時、大断面積のコイル誘導ユニット７２が磁場を切り、磁束量に極めて大きな変化を発生させて、巨大な誘導電流を発生させる。
【００３８】
本発明のもう一種類の好ましい実施方案については、図２９を参照されたい。まず、尾翼装置１４を具え回転可能な支持システム１５を構築する。別に該回転可能な支持システム１５の上に集風装置１０、二つの発電塔２０を建造する。該回転可能な支持システム１５の上に移動式ベース２３を設け、該二つの発電塔２０を該二つの移動式ベース２３の上に設け、該二つの発電塔２０が相互に小距離の相対移動を形成できるようにする。該二つの発電塔２０間のネット距離は風車５０の直径の二倍を超過せず、二つの発電塔２０の迎風面の間に漏斗状の気流チャネルを形成し、発電塔２０に集風の機能を具備させ、虚偽の集風装置１０のようにする。気流チャネルの両側の塔体の風車５０は左右対称に配置し、両側の風車５０が気流の作用を受けた後に、それぞれ逆時計或いは時計回りに気流に応じて回転するようにし、発電装置７０により誘導電流を発生する。発電塔２０間にあって、塔体間支持装置４２を設置可能で、これはマグナス効果による塔の圧力に抵抗する。該塔体間支持装置４２の長さは調整可能で、これにより塔体間の気流速度を調整してその上に風速計及び風圧計が取り付けられる。該尾翼装置１４が風力作用を受けた後、回転可能な支持システム１５を回転させることができ、これにより発電塔２０或いは集風装置１０に良好な気流収集の方向を維持させることができる。
【００３９】
本発明のもう一つの風車装置の好ましい実施例については図３０、３１を参照されたい。風車５０は角錐型の集風器５２が環状に配列され集風器支持装置５７の上に取り付けられてなる。そのうち、集風器５２は上下対称に集風器支持装置５７に取り付けられる。該集風器支持装置５７は外縁近くに垂直環状片５６を具え、垂直環状片５６の外側に集風器５２が取り付けられる。このほか、該集風器支持装置５７に、発電装置７０の磁極ユニット或いはコイル誘導ユニット７２を取り付け可能である。図中に描かれる発電装置７０の実施例は、集風器支持装置５７にコイル誘導ユニット７２が取り付けられた状況を示す。
【００４０】
本発明の好ましい実施例は双塔集風式風力発電方法と設備であり、集風装置未設置の状況にあって、その理論上の発電量は、流体力学原理により以下のように推算される。即ち、
地面からの高さｈメートル部分の風車の発電量は、
（Ｆｕ）h＝ｐＱＵＶr（１−ＣＯＳθ）
＝ｐＡζηΨｄ（１−Ψ）（１−ＣＯＳθ）（１＋Ｄ／ｄ）3×（Ｖ10）3×（ｈ／１０）3a
双塔の総発電量Ｗは、
Ｗ＝２×ΣH（Ｆｕ）h
そのうち、
ΣH＝塔体高度Ｈ範囲内に対して求めた数値の総和
Ｈ＝塔体の風車取り付けの範囲
Ｄ＝発電塔直径
ｄ＝塔体間ギャップのネット距離
ｐ＝空気密度
Ｑ＝集風器に作用する気流量
θ＝集風器の風の反射角
Ａ＝集風器の受風面積
ζ＝風車装置の機械効率
η＝集風器の受風面積とギャップ面積の比例係数
Ψ＝風車接線速度とギャップ風速の比例係数、比速Ｎｓの逆数
ｈ＝地面からの高さ
ａ＝地表の粗さ係数
Ｖ10＝地面からの高さ１０メートル部分の水平風速
Ｖh＝地面からの高さｈメートル部分の水平風速＝Ｖ10（ｈ／１０）a
Ｖs＝二つの塔体間のギャップ風速＝Ｖh（１＋Ｄ／ｄ）
Ｕ＝風車回転の速度＝ΨＶs＝ΨＶh×（１＋Ｄ／ｄ）
Ｖr＝相対速度＝Ｖs−Ｕ＝（１−Ψ）Ｖs＝（１−Ψ）Ｖh（１＋Ｄ／ｄ）
Ｑ＝集風器に作用する気流量＝ＶsＡη
これから分かるように、本発明の出力パワーは、自然風速の三乗と正比例するほか、発電塔直径Ｄ及び塔体間ギャップのネット距離ｄの比の値の三乗と正比例する。Ｄ／ｄの比の値を大きくし、塔体を利用して風力を収集し、有効に出力パワーを高める。このほか、集風装置を加えて、集風装置の開口幅を２（ｄ＋Ｄ）に等しくすれば、該集風装置が本発明の全体の双塔発電設備の迎風面の気流を収集し、即ち発電量が更に大幅に高まる。集風器の風の反射角が１８０度に接近するほど、出力するパワーも大きくなる。集風器の空気抵抗が大きくなるほど、風車装置の機械効率ζは低くなるため、低空気抵抗の集風器設計を採用することは出力のパワーを増すために重要である。集風器接線速度とギャップ風速の比例係数Ψは、比速Ｎｓの逆数に等しい。Ｎｓは好ましくは２−３の間とし、Ｎｓが２の時、Ψ（１−Ψ）は極大値となり、Ｎｓは２に接近し、即ち出力電力のパワーが大きくなる。集風器の受風面積とギャップ面積の比例係数ηが１．０に接近すると、出力電力のパワーも大きくなる。
【００４１】
上述の図面及び説明中、本発明の実施方法と設備の表示図、及び本発明の好ましい実施例が提示され、並びに理論による推定と簡単な計算結果により、本発明が実施性と利用価値を有することが示された。しかし、以上の実施例は本発明の請求範囲を限定するものではなく、本発明の技術の分野における通常の知識を有するものが、本発明の方法と設備に基づきなしうる細部の変化は、いずれも本発明の請求範囲に属するものとする。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の集風式風力発電方法の第１種の実施例の平面図である。
【図２】本発明の集風式風力発電方法の第１種の実施例の流線表示図である。
【図３】本発明の集風式風力発電方法の第１種の実施例の発電塔の方向を移動して発電量を調整する表示図である。
【図４】本発明の集風式風力発電方法の第１種の実施例の発電塔の方向を移動して暴風時に発生する過量の電力の発生を防止する表示図である。
【図５】本発明の集風式風力発電方法の第１種の実施例の風向きが改変した時の発電塔の集風方向調整の表示図である。
【図６】本発明の集風式風力発電方法の第２種の実施例の表示図である。
【図７】本発明の集風式風力発電方法の第２種の実施例の風向きが改変した時の発電塔の集風方向調整の表示図である。
【図８】本発明の集風式風力発電方法の第３種の実施例の表示図である。
【図９】本発明の集風式風力発電方法の第３種の実施例の風向きが改変した時の発電塔の集風方向調整の表示図である。
【図１０】本発明の集風式風力発電方法の第３種の実施例の暴風時に集風装置が発電塔暴風カバーとされる表示図である。
【図１１】本発明の集風式風力発電方法の第４種の実施例表示図である。
【図１２】本発明の集風装置の方向を改変して出風口気流速度を制御する方法表示図である。
【図１３】本発明の集風装置の受風口断面積を改変して出風口気流速度を制御する方法表示図である。
【図１４】本発明の集風装置の出風口断面積を改変して出風口気流速度を制御する方法表示図である。
【図１５】本発明の集風装置の幾何形状を改変して出風口気流速度を制御する方法表示図である。
【図１６】本発明の双塔集風式風力発電設備の実施例の正面図である。
【図１７】本発明の双塔集風式風力発電設備の実施例の断面図である。
【図１８】本発明の双塔集風式風力発電設備の実施例の移動式ベースの平面図である。
【図１９】本発明の風車装置の実施例の表示図である。
【図２０】本発明の集風器及び発電装置の実施例の断面図である。
【図２１】本発明の集風器の実施例の断面図である。
【図２２】本発明の第１環状梁、第２環状梁、トラック、支持輪、制動装置、防塵装置の実施例の断面図である。
【図２３】本発明の尾翼、導流装置、及び集風装置を具えた単塔集風式風力発電設備の実施例の平面図である。
【図２４】本発明の尾翼装置、導流装置、及び集風装置を具えた単塔集風式風力発電設備の実施例の平面図である。
【図２５】本発明の尾翼装置を具えた双塔集風式風力発電設備の実施例の平面図である。
【図２６】本発明の尾翼装置を具えた双塔集風式風力発電設備の実施例表示図である。
【図２７】本発明の尾翼装置を具えた双塔集風式風力発電設備の実施例平面図である。
【図２８】本発明の尾翼装置と導流装置を具えた双塔集風式風力発電設備の実施例表示図である。
【図２９】本発明の尾翼装置と集風装置を具えた双塔集風式風力発電設備の実施例表示図である。
【図３０】本発明のもう一種類の風車装置の実施例の平面図である。
【図３１】本発明のもう一種類の風車装置の実施例の表示図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０  集風装置        １１  受風口        １２  出風口
１３  導流装置        １４  尾翼装置      １５  回転可能な支持システム
２０  発電塔          ２１  屋根          ２２  塔体構造
２３  移動式ベース    ２４  サスペンションアーム環状片
２５  避雷装置        ３０  塔体支持軸    ３１  昇降設備
３２  トランスファーパス        ４０  風速計
４１  風圧計                    ４２  塔体間支持装置
５０  風車                      ５１  風梁
５２  集風器                    ５３  突風装置
５４  風の反射角                ５５  集風器支持棒
５６  垂直環状片                ５７  集風器支持装置
６０  第１環状梁                ６１  支持輪
６２  トラック                  ６３  制動装置
６４  防塵装置                  ６５  第２環状梁
７０  発電装置                  ７１  磁極ユニット
７２  コイル誘導ユニット        ８０  水平気流
８１  方向改変後の水平気流
【図１】
2004528509.tif 000003
【図２】
2004528509.tif 000004
【図３】
2004528509.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004528509.tif 000009
【図８】
2004528509.tif 000010
【図９】
2004528509.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2004528509.tif 000013
【図１２】
2004528509.tif 000014
【図１３】
2004528509.tif 000015
【図１４】
2004528509.tif 000016
【図１５】
2004528509.tif 000017
【図１６】
2004528509.tif 000018
【図１７】
2004528509.tif 000019
【図１８】
2004528509.tif 000020
【図１９】
2004528509.tif 000021
【図２０】
2004528509.tif 000022
【図２１】
2004528509.tif 000023
【図２２】
2004528509.tif 000024
【図２３】
2004528509.tif 000025
【図２４】
2004528509.tif 000026
【図２５】
2004528509.tif 000027
【図２６】
2004528509.tif 000028
【図２７】
2004528509.tif 000029
【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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