(57)【要約】【課題】垂直軸風車として高効率の風車は回転方向が一定であり、その周辺に全方向の風に対応する集風装置は既に数多いが、建屋の風案内を活用しようとするものに対しては回転方向一定であることから、逆方向に対しては著しく低効率となるものが多かった。【解決手段】垂直軸風車を建屋の縁、角部から後退する位置に回転軸を設置し、前方からの風が回転軸上方の翼に追い風となる回転方向とし、さらに後方に斜めに風案内板を設けることにより、後方からの風を回転軸下方の翼に追い風となるように案内することにより、両方向の風を有効に活用する。建屋前面側からの風に対し効果的となるように回転軸を建屋前面から後退させて配置すると共に、後方からの風を追い風となる方向に案内する案内板を設ける。風車直上に設ける案内板は雪庇兼用としてもよく、太陽電池パネルであってもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転方向が一定となる翼型の垂直軸風車の回転軸を建屋の縁にほぼ平行に配置する風力発電装置であって、左回りの回転をなす方向から見て、該建屋の縁から延長される二つの面をｘ、ｙ軸で、いずれも建屋側をマイナスに符号したと設定したとき、該風車の回転軸をｘ座標をマイナス、ｙ座標をプラス位置に配置し、風案内板を第二象限に、ｘ軸、ｙ軸からそれぞれ１５度以上離れる角度に設置する構成。
【請求項２】
「請求項１」においてｘ座標プラス側より吹く風に対し、風車翼が反対方向を向く部分を遮蔽する第二の風案内板を設ける構成。
【請求項３】
「請求項２」において該第三の案内板をほぼ風車の上方に隙間を置いて設ける構成。
【請求項４】
「請求項２」において該第二の風案内板は建屋と反対側を蝶番支持され左回り自由で右回りはストッパで制約される構造。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  風力発電機を建造物に近接して設置する際の風案内に関する。
【当該技術分野の課題】
【０００２】  市街地の風速は上空に比し、障害物で弱められ、エネルギ密度が低いことも理由となって風車出力が低い。水平軸風車は単体としては高効率であるが、円形の翼走査面と建屋の長方形とがマッチしないので受風面積を大きくとることが難しいのも市街地で風力活用が進まない理由となっている。
【背景技術】
【０００３】
【特許文献１】垂直軸風車はアスペクト比自由であって、ビル、屋根等の長方形に合わせた長軸と短半径として受風面積を確保することが可能となる特長を持っている。さらに、風案内板を周辺に設けることにより、広い受風面積で受けた風を狭い出口で高速化することで効率を高めることができる。その工夫は古くから数多く、一例に米国特許４，１１５，０２７  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｗｉｎｄｍｉｌｌ  １９７８では外周に均等に放射状に配置される平板群が入口側では集束、出口側ではディフューザとして働き風速を増し、風向を翼に対し好適な方向に向ける効果を述べている。この構成は広い空間に単独に設置され、風向きの如何によらない、垂直軸風車の特性も活きるである。類似の思想で、他にも多くの考案がある。
【０００４】
【特許文献２】日本国特開２００３−１２９９４１風力発電装置は建屋が風を案内して風車部分に集中させる効果を活用しようとするもので、屋根の頂点に垂直軸風車を設置する。左右の風に対し、風車の回転方向が両方向均等の特性の形式を前提として左右対称の形態としており、回転軸は頂点の真上に設置されている。
【０００５】
【特許文献３】日本国特開２００２−０２１７０５屋根設置用風車も同様に頂点の真上に回転軸が設置されている。
【０００６】
【特許文献４】特開平５−３４０３３９ではビルの縦の縁に風車を設置しているが、両側のビル外壁に対し対称位置に回転軸を置いている。
【０００７】
【特許文献５】特開平１１−３３６３４０ではビル屋上に風車を設置しているが、後方からの風は後方の壁で遮られる。左側からの風を活用することを想定しているようだが、図のダリュウス風車は反時計回りの翼であって、吹き上げる風は逆回転トルクを与えるので起動することも難しい。
【本発明の着目点】
【０００８】  垂直軸風車で高効率とされるサボニュウス、ダリュウス型はいずれも翼の形状から決まる回転方向がある。風が一方向から吹くとき、翼は風を追い風とする位置と向かい風となる回転位置がある。ダリュウス型にあっては高速回転になれば向かい風位置でも幾分の正トルクが期待できるが、低速回転のときには逆トルクとなり、起動が難しいのがダリュウス型では難点となっている。サボニュウス型は抗力型でもあって、向かい風となる回転位置にあるときには逆トルクとなり、正トルクとなっている翼のトルクを減殺するが正トルク側が大きいので起動は容易となるが、逆トルク側のマイナスの影響は残る。このような回転方向一定の風車に対しては風が逆トルク位置に吹きこまないように案内することが望ましい。風向が一定であれば、そうした風案内の最適位置を定めることは容易だが、風向が一定でない場所では全方向均等としなければならない。そのような風案内板の考案は前記のように数多い。建屋の縁の近傍に風車を設置するときには建屋が風を遮り、特定の方向に風を導く。この建屋の作用に加えて風案内板を風車の近傍に設置すると風車の効率は改善される。しかし、特定の方向の風に対して建屋と協働する案内板を最適な位置に設けても、風がそれとは逆方向となったときには流路は全く異なり、そのままではほとんどトルクを生成できない。風向の出現頻度が３６０°均等である地域は少なく、多くは地形の影響で季節毎に正逆に卓越風向が認められ、海岸の海風は昼夜で逆となることが多い。こうした地域では少なくも卓越する二方向の風に配慮した風の案内が望まれる。
【発明の概要】
【０００９】  本考案は建屋が風の流路に大きく作用し、特に縁付近に強い流れが作られることを積極的に活用すると共に、逆方向の風に対しても風車に有効な風流路を形成する案内板を設けるものである。
【０００１０】    本考案の基礎となるデータを図８に示す。風車は二枚翼の各々は断面が半径３０ミリメートルの半円で軸方向長さ４８０ミリメートルを互い違いに配置したサボニュウス型の模型風車である。ビルの屋上の縁付近に配置すると▲１▼のように６１０〜６６０回／分で回転する。軸を縁に近づける▲２▼ほうが高い回転数となり、屋上付近の風速勾配は高いことを示す。さらに遮蔽板を縁から突出される▲３▼ではより高い８６０回／分となるが、遮蔽板の距離、高さによっては▲４▼のように全く回転しないことからも分かるように最適の位置関係がある。以上は図で風が左から吹く場合であるが、風の方向が逆転したときは屋上を通過した風が風車に当たる。屋上の逆側の縁から風車までは距離があり、その風では▲７▼のように全く回転しない。これに斜めの遮蔽板を▲８▼のように設置すると５２０〜５７０回／分とやや遅いが相当程度の発電量の回転が維持される。この斜め遮蔽板は左からの風に対し、▲９▼のようにほとんど影響を与えない。
【００１１】  図１は屋上に設置する例を示し、右からの風に対し、第一の壁面によって上方の流れが強まり、縁付近に回転軸を置くと、風は縁を乗り越えて翼が追い風となる方向に強く当る。風は一部還流して、第二の壁面には逆方向の風成分も現れる。これは第二の壁面の近くにある翼に対しては追い風方向であり、両者共に正トルク方向となる。風車翼の一部は突出しても、回転軸は屋上面に載っており、支持構造、及びその設置工事は容易である。
【００１２】    本考案では後方にもう一つの傾斜平面を設置する。この風案内板は風車の後方で右からの風を導くが、それは回転速度を減ずることなくほとんど影響がない。左からの風は建屋の反対側の壁面と縁の効果で元々弱く、屋上を渡ってくるうちに弱まるが、傾斜案内板はそれを風車の追い風方向に向けるだけでなく、向かい風側に流さない効果をもつことによって風車の回転速度は有用なレベルに維持される。このように一枚の風案内を建屋屋上内部に設けるのは工事も容易で、強固な支持とすることも可能であって、材料、工費共に最小で十分な効果を与える。この案内板は太陽電池パネルであってもよい。さらに屋上には手摺を設置することも多く、風車の軸の位置が制約されることもあるが、右からの風をより有効に活かすためにビルの縁付近に第二の案内板を設置すると、改善効果があることが図８の▲３▼▲４▼▲５▼などから読み取れる。
【００１３】  図２は屋上の手摺に相当する位置に遮蔽板を延長するもので、向かい風成分を抑制する。
【００１４】  図３は手摺位置の遮蔽板が左側からの風が風車を通り抜けた後の通路を邪魔することのないように傾斜板で逃がすようにするものである。
【００１５】  図４はさらに手摺位置の遮蔽板が左右の風に対し、異なる傾斜を持つことによって、より効果を高めるものであって、左側からの風に対しては風に押されて隙間を閉じ、向かい風を遮断し、左側からの風圧によって傾斜して出口の抵抗を少なくする。この開閉で音響を発すると騒音とならないように、突き当て部にはクッションを設ける。
【００１６】  図５は三角屋根部の頂上付近に設置する例を示す。請求項で言うところの座標軸はこの場合は屋根面を基準とした斜交座標となる。
【００１７】    屋上設置などのように軸を水平に置くときに、もう一つ考慮すべきことは積雪である。風車翼は軽量であることが求められ、積雪のような重みに耐える強度を持たせると必然的に重くなり、起動しにくくなる。その対策として、案内板を兼用する第三の板を回転軸上部に配置する。この板と風車軸との距離にも最適値があるが、影響は僅かであって影響は少なく、上からの雪が直接風車に積もることを防ぐ。それでも斜めからの雪が翼に付着するがその積雪高さは低いので翼を曲げない程度に抑えることができる。一時は回転不能となっても、翼を破損させなければ、融雪により復帰する。
【００１８】  これらの案内板は太陽電池パネルであっても風案内効果は同じであり、両者の併用により、曇天、夜間に風車が太陽電池を補間する意味でも有効である。太陽電池パネルは緯度により最適な傾斜角があるが、風案内板としては傾斜角に相当程度の許容巾があり、両者の条件を満たすことが可能な場合がほとんどである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ビル２の屋上に垂直軸風車１を設置し、後方に風案内板３を斜めに設置する例である。ビル屋上の手摺が前方の案内４に相当している。風車軸に直交する断面を示し、座標ｘ、ｙと風案内板３の傾斜角αとβを示す。
【図２】前方案内板４が傾斜する例であり、これを瓦葺きとする選択も可能である。
【図３】前方案内板５の左に傾斜板６を設置し左からの風の抵抗を減ずる例である。
【図４】前方案内板を蝶番あるいは弾性支持することによって点線のように回転可能とする。ストッパが効いて逆回転はしない。
【図５】積雪対策兼用の案内板の例を示す。
【図６】屋根上部に設置する例であって座標軸が傾斜する。
【図７】ビル屋上に設置され太陽電池パネルに風案内板の効果を持たせる例である。
【図８】モデル実験の配置構成とデータを示す。
【図９】特開２００２−２１７０５の図
【図１０】特開平５−３４０３３９の図
【図１１】特開平１１−３３６３４０の図
【図１２】米国特許４，１１５，０２７の風車の風向きに対し直交する断面を示す。
【図１３】米国特許４，１１５，０２７の垂直軸風車の外周に放射状に配置される固定平板群を示す。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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