(57)【要約】【課題】  プロペラ型の風力発電機は、野外に設置されるため、日光や風雨にさらされる。そのため、耐候性に優れた材料を用いる必要があった。また、基礎によって下方だけ固定されるため、台風などの強風下でも倒壊しないようにするには、強固な工事と、タワー構造が必要であった。【解決手段】  基礎と基礎上に形成された側壁に支えられたスラブで上下を固定した支柱に係止した風力発電機を有する建築物を提供する。さらに建築物には風入口と風出口を有する通風道が形成されており、建築物の側壁を集風手段として利用する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基礎上に構築され、風力発電機を有する建築物であって、
前記建築物の支持材に直接的又は間接的に、少なくとも上下２点以上の保持点で保持され、垂直に配置された支柱と、
前記固定点の間であって前記支柱に係止された風力発電機と、
前記風力発電機を取り囲み風入口と風出口を有する通風道と、
前記風入口及び前記風出口の周囲に形成された側壁とを有する建築物。
【請求項２】
前記風力発電機は前記支柱を枢軸として係止され、
前記風力発電機に対して前記通風道が複数形成された請求項１に記載された建築物。
【請求項３】
前記風入口及び前記風出口にはシャッターを有する請求項１または２のいずれかの請求項に記載された建築物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電機を有する建築物に関し、より詳細には上下を固定した支柱に係止された風力発電機に対して、側壁を集風板として利用した建築物に関する。
【背景技術】
【０００２】
石油資源の大量消費や、環境問題の観点から、風力発電が従来から注目されている。風力発電機としては、従来からプロペラ型のシステムが知られている（例えば特許文献１）。このシステムは、基礎上にタワーが設置され、タワーの頭部に複数の羽からなるブレードと発電機が設けられる。ブレードと発電機の間には、適宜減速機が配置されることもある。
【０００３】
このタイプの風力発電システムには、風の向きを選ばずに発電できる垂直軸風車、や高速回転を得ることができる揚力型風車、その他、抗力型風車、ピッチ制御式風車といったバリエーションがある。これらの風車の設置場所は、風状のよい山岳、離島などの急峻な地形が多かった。
【０００４】
一方、都会のビルの屋上や屋根の高い場所に設置し、ビル風をエネルギーとして利用し、同時に風荷重を低減させるための風力発電システムも提案されている。
【０００５】
特許文献２では、建物に壁面から屋上に抜ける風路を設け、屋上に風力発電機を設けた高層ビルディングが開示されている。建物の内部には予めシャフト（竪穴）が設置されており、建物の壁面に設けた開口部からシャフトに通じる横穴も形成される。ビルに当たった風は、この開口部から横穴を通り、シャフトをあがって屋上から抜け、その際に風力発電機を回して発電を行う。
【０００６】
また、特許文献３には、屋根の棟の直下に棟と平行な回転軸を設け、その回転軸を垂直軸とする垂直軸タイプの風力発電システムが開示さている。ここでは、いわゆる揚力型や抗力型といった垂直軸型を横置きにして用いている。そして、屋根の両側の桁の下に通風口を設ける。風は、どちからの通風口から入り、中の風力発電機を回転させ、他方の通風口から抜け出る。
【特許文献１】特開２００６−００９５９６号公報
【特許文献２】特開平０４−０３６０９７号公報
【特許文献３】特開２００６−２６６２３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
プロペラ型の風力発電機は、野外に設置されるため、日光や風雨にさらされる。そのため、耐候性に優れた材料を用いる必要があった。また、基礎によって下方だけ固定されるため、台風などの強風下でも倒壊しないようにするには、強固な工事と、タワー構造が必要であった。
【０００８】
特許文献２や３は、風力発電機を建物の中に設置するものであるが、ビル風を有効利用し、また風負荷を軽減する目的であるため、風力発電機に当てる風の通り道を効果的に設定したものではなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記の課題を解決するために想到されたものであり、内部に風力発電機を設置した建築物を提供するものである。より具体的には、
基礎上に構築され、風力発電機を有する建築物であって、
前記建築物の支持材に直接的又は間接的に、少なくとも上下２点以上の保持点で保持され、垂直に配置された支柱と、
前記固定点の間であって前記支柱に係止された風力発電機と、
前記風力発電機を取り囲み風入口と風出口を有する通風道と、
前記風入口及び前記風出口の周囲に形成された側壁とを有する建築物を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、建物内部に風力発電機を設置した建築物であるので、直射日光や風雨といった設備腐食要因から風力発電機を保護することができる。また、建築物の支持材によって上下を保持した支柱に風力発電機を係止するため、台風などの強風に対する強度も十分確保できる。
【００１１】
また、建物の側壁を風力発電機に送る風の集風として利用するため、わずかな風でも効率的に風力発電を行うことができるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１に本発明の風力発電機を内設した建築物の斜視図を示す。本発明の建築物１０は土地に基礎１１を施し、その上に支持材で形成された建物１２を有する。建物１２の内部には、支柱５０を有し、その支柱５０には風力発電機６０が係止された構造を有する。
【００１３】
支持材とは建築物の形状を保つために必要な部材であり、柱、梁、桁に用いる角材や丸太といった線材だけでなく、壁やスラブといった面材であってもよい。図１では、基礎１１上に形成した床１５、側壁１７、１８、１９、２０、屋上スラブ２１が支持材である。
【００１４】
図２には、本発明の建築物の三面図を示す。図２（ａ）は、平面図であり、図２（ｂ）は断面図であり、図２（ｃ）は立面図である。図１と図２を参照して、以下により詳細な説明を行う。
【００１５】
本発明の建築物１０は、風状のよい山岳や丘陵、海岸線に設置することができる。また、ビル風を利用することができるので、高層ビルとして設置することもできる。本発明の建築物は、風力発電機だけでなく、人の居住空間を共存させてもよいからである。
【００１６】
基礎１１は、土地に対して通常の建築物に対する基礎工事によって構成することができる。すなわち、本発明の基礎は、建物全体の荷重を見積もり、地盤調査を行ったうえで、それらを考慮した設計施工で得る。もちろん、建築基準施工令第３８条を遵守することができる。
【００１７】
基礎１１の上には、床１５を配設することもできる。ここで、床１５とは基礎の上に施工されるもので、水平な平面である。コンクリート、タイル、木材といった常用の材質を用いることができる。
【００１８】
側壁１７乃至２０は基礎１１又は床１５の上に配設された平面部材又は曲面部材である。一体物でなくてもよく、例えば、レンガやブロック等を平面若しくは曲面状に並べて形成してもよい。側壁は風力発電機に風を効果的に送るように形成される。側壁の形状の詳細は後述する。
【００１９】
本実施の形態では、側壁は天井スラブ２１を支える支持材である。しかし、側壁は鉄骨や木材などで構成した支持材としての柱の間に形成された部材であってもよい。すなわち、天井スラブ２１を支えていなくても良い。
【００２０】
建築物の上部には天井スラブ２１が配置される。スラブは鉄筋コンクリートで構成された床板である。すなわち、スラブは鉄筋コンクリートでできた建物の階数毎に配置され、ある階の天井になるとともに、その上の階の床でもある。天井スラブはスラブのうちで天井に配置されたものを指す。
【００２１】
なお、本実施の形態では、屋根をスラブで構成した場合について説明したが、屋根はスラブに限定されるものではなく、棟と梁と桁で構成される屋根材を用いてもよい。
【００２２】
天井スラブ２１は側壁に結合される。従って本発明の建築物は、基礎に設置された側壁と、側壁同士を結合するスラブによって立体構造としての強度を確保することができる。もちろん、建築物の強度確保として、柱を建物の適切な場所に配置してもよい。なお、スラブは建築物の最上面である必要はなく、スラブの上に屋根を配置してもよい。
【００２３】
支柱５０は基礎１１によって一方の端を保持され、他方は天井スラブ２１によって保持される。支柱５０の保持は、支柱５０と支柱に係止される風力発電機６０の重量を支え、また風力発電機にかかる水平方向の力に対抗することができれば、特に限定されるものではない。
【００２４】
建物が複数の階層を有する場合は、支柱５０は基礎１１と天井スラブ２１との間だけで保持されることに限定されない。すなわち、途中の階では、床となっているスラブと天井となっているスラブとの間で保持されてもよい。また、その場合、支柱５０は床と天井の間だけに配置されていてもよい。
【００２５】
また、支柱５０は、階の途中で、支持材に保持された補強材で保持されてもよい。本発明は風力発電機が風から受ける水平方向の力を、建築物の強度によって支持することが目的だからである。従って本発明の支柱は少なくとも風力発電機が係止された支柱の、風力発電機の上下を支持材で直接的、若しくは間接的に保持されている。
【００２６】
また、支柱はそれ自身回転できるようにしてもよい。支柱に係止された風力発電機の向きを変えるためである。
【００２７】
具体的には、支柱自身が回転できるように、基礎１１と天井スラブ２１で保持されている部分にベアリング構造を有していても良い。また、支柱を回転させるためのモータが地下に設置されていてもよい。
【００２８】
風力発電機６０のタイプは特に限定されるものではないが、プロペラ型は好適に利用することができる。回転軸に配置されたブレードによって風を受けるプロペラ型は回転トルクを得やすく、減速機と組み合わせることで、効率的な発電が可能であるからである。
【００２９】
また、風力発電機６０は、１つの建物に複数個内設してもよい。図では縦方向に３つの風力発電機を配置した場合を示している。建物が高層になった場合は、連続した階に設置する必要はなく、特定の階だけに設置してもよい。
【００３０】
風力発電機６０は、支柱２１に固定して係止されてもよく、また支柱２１を固定軸として自身が回転できる構造を有していても良い。特に建物が高層になった場合は、地上からの高さによって、建物に当たる風の向きが変わる場合があり、各階層に設置された風力発電機がそれぞれ別々に向きを変えることができれば、より効率的に風を利用できるからである。
【００３１】
風力発電機６０の周囲には通風道３０が構築される。通風道は建物の壁面から風を取り入れ、再び建物の外に風を排出する風の通り道である。この通風道の途中には風力発電機が配置される。通風道を通過する風が風力発電機の羽を回転させ、発電が行われる。通風道は側壁と接続する風入口３１と風出口３２および通風道壁３３、３４、３９、４０から構成される。
【００３２】
風入口３１は側壁１７に形成された開口部である。形状は特に限定されるものではなく、正方形、長方形、円形、楕円形などで形成できる。風出口３２も同様に側壁１９に形成された開口部である。風入口３１と通風道３０と風出口３２は直線上に形成されるのが好ましい。風が通風道を通過する際の抵抗が小さくできるからである。しかし、通風道は必ずしも直線に限定されるものではなくてもよい。なお、風入口と風出口の区別は風が入ってくる向きで決まり、符合３２から風が入ってくる場合は風入口は符号３２で、風出口は符号３１である。
【００３３】
通風道壁は通風道を形成する壁である。本発明の建築物は、側壁で集風した風を通風道に流し、その風で風力発電を行う。従って、集風した風を風力発電機に流すために通風道には内壁が必要であるからである。
【００３４】
図２では、通風道は床４０と天井３９を構成するスラブと、建物内部の縦壁３３、３４で構成される。このように通風道は専用の材質で構成されなくても、建築物の一部の構造を兼用してもよい。
【００３５】
通風道壁は風入口と風出口の他に開口部を有していても良い。本発明の建築物では風力発電機が建物内部に内設されているので、複数の方向の通風道を設けることでより効率的に風力発電を行えるからである。
【００３６】
図２（ａ）を参照して、前面の風入口３１を含む第１の通風道と直角方向に第２の通風道が形成されている。第２の通風道とは、側壁１８の開口部３６から符号３４、３３を通り、側壁２０の開口部３８へと続く通風道である。建物の横方向からの風は第２の通風道を通して風力発電を行わせるためである。第２の通風道を用いる場合は、風力発電機６０は、開口部３６又は３８の方向を向く。
【００３７】
なお、使用しない通風道の風入口と風出口はシャッターなどで閉じるようにするのが望ましい。図２（ａ）では、第１の通風道を使用する際には、第２の通風道の風入口と風出口を構成する３３、３４はそれぞれシャッターで閉じられる。風入口から流入した風が横方向へ逃げると、風力発電機のブレードを回転させない風が生じ、発電効率が低下するからである。
【００３８】
また、全ての通風道のシャッターを閉じることができるようにしてもよい。風力発電機に風を当てたくない場合もあるからである。具体的には、保守作業時や、台風などであまりに風速が高い場合などである。
【００３９】
本発明の建築物の屋根には風向板５１が設置されていてもよい。風向板は、風の方向に向く板で、板状の材料の対称軸から離れた点に枢軸を形成して得る。風が風向板に当たると、枢軸の周りの回転モーメントの差によって、対称軸から短い側が常に風上を向く。
【００４０】
この風向板は、回転可能にした支柱２１に直接結合して支柱を回転させるようにしてもよい。風力発電機を風上に向けるためである。しかし、風力発電機が係止された支柱の回転モーメントは重く、わずかな風力で回転させるのは難しい。また、本発明の建築物に設置される風力発電機は、任意の方向からの風を受けることができない。例えば図１又は２で示す建築物には、基本的に２つの方向（若しくは４方向）からの風しか受けることが出来ない。
【００４１】
そこで、風向板は支柱と別に回転するようにしてもよい。この場合、風向板の枢軸には角度センサを設けておき、風向きは電気信号として取り出せるようにしておくと望ましい。風向きによってどの通風道を使用するかを選択し制御することができるからである。
【００４２】
次に本発明の建築物の風力発電動作について説明する。図２（ａ）を参照して、建物前面の側壁１７は、風入口３１に向かって凹む形状に形成されている。建物前面に当たった風は、この凹みの形状にそって風入口３１に入り、風力発電機６０を回転させ、通風道を抜け、風出口３２から建物の外に抜ける。このように本発明の建築物は側壁の形状を集風に利用してもよい。このように側壁に集風のために与える形状を集風形状と呼ぶ。
【００４３】
図３には、側壁の他の形状を例示する。図３（ａ）は、風入口に向かって直線状に凹む形状を示す。また、図３（ｂ）には図２（ａ）とは逆の曲率で凹む形状である。また、これら壁面の形状は平面図上だけでなく、断面形状として有していても良い。なお、ここでは、建物の１面だけに集風形状が付与された場合を説明したが、集風形状はいずれの面に形成されてもよい。
【００４４】
図４には、側壁を集風目的だけにした場合の本発明の建築物のバリエーションを示す。通風道は２方向に形成されており、それぞれの方向の側壁が風入口に向かって幅が狭くなる形状を有している。図５（ａ）には、断面図を示す。
【００４５】
側壁７０乃至７３は通風道３０に向かって配置された壁で、風入口（若しくは風出口ともなる）３１乃至３４に向かって風を集める集風板となる。風の向きによって、符号３３、３４若しくは符号３１、３２をシャッターで閉じ、通風道を形成する。
【００４６】
このような実施形態においては、建築物は方形の断面に限定されることはない。図５（ｂ）には、建築物の断面が円形の場合を示す。ここでは、側壁７５乃至８０によって３方向の通風道が形成される。具体的には、シャッター８１、８４とシャッター８３、８６を閉め、シャッター８２と８５を開く第１の通風道と、シャッター８１、８４とシャッター８、８５を閉め、シャッター８３と８６を開く第２の通風道と、シャッター８２、８５とシャッター８３、８６を閉め、シャッター８１と８４を開く第３の通風道である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、風力発電機を内設した建築物だけでなく、風力発電機自体として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の建築物の斜視図である。
【図２】本発明の建築物の三面図である。
【図３】本発明の側壁の形状を例示する図である。
【図４】本発明の側壁の形状を例示する図である。
【図５】本発明の側壁の形状を例示する図である。
【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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