(57)【要約】      （修正有）【課題】建物の風力エネルギー変換システムにおいて風力エネルギーを誘導すること。【解決手段】建物の風力エネルギー変換システム１０は、１つあるいはそれ以上の風力駆動タービン１２と、第１勾配を有するとともにタービン１２が装着される勾配屋根構造１４と、タービン１２の上方で勾配屋根構造１４に支持されるカバー１６とを備える。カバー１６は、第１勾配より小さい第２勾配を有する。カバー１６および屋根構造１４は、タービン１２を通って流れるように風を誘導する風のトンネル２８をともに形成する。また、カウリング１４が、タービン１２のそれぞれに配置される。各カウリング３４は、対応するタービン１２の上部を囲んでいる。カウリング３４は、空気の流れを集束してそれぞれのタービン１２の風力ロータ３０を横切らせるすなわち通すよう空気力学的に形成・構成される。カウリングは、カバー１６と屋根構造１４との間で垂直方向に延びている。【選択図】図１
2009092071.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力エネルギーを他の態様のエネルギーに変換するよう構成される１つあるいはそれ以上の風力駆動ロータと、
第１勾配を有し、その１つのあるいは各ロータが装着される勾配屋根構造と、
前記勾配屋根構造によってその１つのあるいは各ロータの上方に支持されるカバーであって、前記カバーが前記第１勾配より小さい第２勾配を有しているカバーと、
を備える建物の風力エネルギー変換システム。
【請求項２】
前記勾配屋根構造は、その１つのあるいは各ロータが装着される頂上領域を備えており、
前記カバーは、前記頂上領域の対向する両側にわたって延びている、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
その１つのあるいは各ロータは、各ロータを通って流れる風の方向と平行な回転軸を有することができる、
請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
各ロータに対してカウリングをさらに備えており、
各カウリングは、対応するロータを囲んでいるとともに、対向する開口端部を有しており、
これにより、空気を前記勾配屋根構造の上方向へと流れさせてそのロータを通るよう流れさせる、
請求項１から３のいずれかに記載のシステム。
【請求項５】
前記勾配屋根構造によってロータの下方に支持される樋をさらに備える、
請求項１から４のいずれかに記載のシステム。
【請求項６】
各ロータに連結させられた２つの発電機をさらに備えており、
それぞれの発電機は、前記ロータによって回転される駆動シャフトの反対側の端部によって駆動され、
各発電機は、前記ロータを通って流れる空気の作用によって前記ロータが回転されるとき電気エネルギーを生成する、
請求項１から５のいずれかに記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物の風力エネルギー変換システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
風力を用いてロータあるいはタービンを駆動して風のパワーを他の態様のパワーに変換することおよび／または他の場合は種々の機械を駆動することがよく知られている。また、建物の屋根上で風力駆動タービンを用いて建物に電気を供給することも知られている。このようなシステムの一例は、国際公報ＷＯ０１／５７３９７に開示されている。
【０００３】
この文献には、屋根の全長にわたり且つタービンを通る風の流れ方向に対して横方向に延びる回転軸を有する長い風力タービンが開示されている。
【０００４】
ここで従来技術の刊行物を引用する場合、それがどのようなものであっても、そのような引用は、その出版物がオーストラリアあるいは他の国においてその技術分野におけるよくある一般的な知識の一部を構成していることを認めているわけではないことは、理解されるべきである。
【発明の開示】
【０００５】
本発明の一の態様にかかる建物の風力エネルギー変換システムは、１つあるいはそれ以上の風力駆動ロータと、勾配屋根構造と、カバーとを備える。１つあるいはそれ以上の風力駆動ロータは、風力エネルギーを他の態様のエネルギーに変換するよう構成されている。勾配屋根構造は、第１勾配を有し、その１つのあるいは各ロータが装着されている。カバーは、勾配屋根構造によってその１つのあるいは各ロータの上方に支持されている。カバーは、第１勾配より小さい第２勾配を有している。
【０００６】
一の形態において、勾配屋根構造は、その１つのあるいは各ロータが装着される頂上領域を備えており、カバーは、頂上領域の対向する両側にわたって延びている。
【０００７】
その１つのあるいは各ロータは、各ロータを通って流れる風の方向と平行な回転軸を有することができる。風力エネルギー変換システムは、さらに、各ロータにカウリングを備えることができる。各カウリングは対応するロータを囲んでいるとともに、対向する開口端部を有しており、これにより、空気を勾配屋根構造の上方向へと流れさせてロータを通るよう流れさせる。
【０００８】
風力エネルギー変換システムは、勾配屋根構造によってロータの下方に支持される樋をさらに備えることができる。
【０００９】
風力エネルギー変換システムは、各ロータに連結させられた２つの発電機をさらに備えることができる。それぞれの発電機は、ロータによって回転される駆動シャフトの反対側の端部によって駆動される。各発電機は、ロータを通って流れる空気の作用によってロータが回転されるとき電気エネルギーを生成する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
単なる具体例としての本発明の実施の態様を、添付の図面を参照して説明する。
【図１】図１は、本発明の第１実施形態にかかる風力エネルギー変換システムの端面図である。
【図２】図２は、図１に示したシステムの部分的な側面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
添付図面に示されるように、建物の風力エネルギー変換システム１０は、１つあるいはそれ以上の風力駆動タービン１２と、勾配屋根構造１４と、カバー１６とを備える。勾配屋根構造１４は、第１勾配を有し、タービン１２が装着される。カバー１６は、勾配屋根構造１４にタービン１２の上方で支持される。カバー１６は、第１勾配より小さい、つまり勾配屋根構造１４の勾配より小さい第２勾配を有する。
【００１２】
勾配屋根構造１４は、互いに上方向に向かって収束する２つの傾斜辺１８，２０を有する。タービン１２は、収束する辺１８，２０の間に形成された頂上領域２２において構造１４に支持される。タービン１２の装着のために開口された構造１４の尾根すなわち頂上領域２２を除いて、屋根構造１４は、概ね従来の態様および構成であり、したがって、屋根構造１４は、複数の小屋梁２４を谷木、根太および心木（図示せず）とともに備えることになる。
【００１３】
カバー１６は、屋根構造１４の上部２６を覆っており、頂上領域２２の対向する両側まで延びている。要するに、カバー１６および屋根構造１４の上部２６は、辺１８，２０を上に向かって流れる風Ｗをタービン１２を通るように誘導する風のトンネル２８を形成するすなわち風のトンネル２８として機能する。
【００１４】
先述の通り、カバー１６の勾配は屋根構造１４の勾配より小さく、これにより、カバー１６と第１構造１４の上部２６との間の垂直の距離Ｄは頂上領域２２に向かうに従って短くなる。したがって、風のトンネル２８は、頂上領域２２に向かうに従って断面積が小さくなる。これにより、気圧が増加し、タービン１２を通る空気の速度を高める効果がある。風のトンネル２８の構成には、構造１４の対向する両側からの風をタービン１２を通って流れるように誘導する効果があることは理解されよう。
【００１５】
タービン１２は、それぞれ、風力ロータ３０の回転軸を通る駆動シャフト３２に連結された風力ロータ３０を備える。駆動軸３２、つまりプロペラ３０の回転軸は、頂上領域２２の長さのラインすなわち方向に対して垂直であるか交差している。このように、駆動シャフト３２は、タービン１２を通る空気の流れの方向と略平行である。
【００１６】
さらにタービン１２を通る空気の流れを集束するために、システム１０は、それぞれのタービン１２に対応するそれぞれのカウリング３４をさらに備える。カウリング３４は、それぞれ、梁２４上方に延びている対応するタービン１２の上部を囲んでおり、そして、屋根構造１４を上へと流れる空気をタービン１２を通るように誘導する、対向する開口端部を両端に有している。カウリング３４は、空気の流れを集束して風力ロータ３０を横切らせるすなわち通すように空気力学的に理想的に形成・構成される。この点に関して、例えば、カウリング３４の内部表面を、対向する両側の開口端部から風力ロータ３０が回転する中央領域へと次第に先細りとなるように構成することができる。各カウリングは、カバー１６の内側表面と屋根構造１４の外側表面との間において垂直方向に延びている。
【００１７】
駆動シャフト３２の対向する両端部は、それぞれ、電気を生成する発電機３８に連結される。発電機３８を、結果的に電源管理システム（図示せず）に電気ケーブル３９を介して供給される同じ位相の電流を生成するように構成するあるいは駆動することができる。電力管理システムは、発電機３８によって供給される電力を、バッテリーなどの蓄積装置（図示せず）、屋根構造１４を支持する建物内の電気製品、あるいは公共配電網に、選択的に分配することができる。
【００１８】
タービン１２を反対方向に通る風は、風力ロータ３０を反対方向に回転させることは理解されよう。システム１０に組み込まれた発電機３８のタイプによっては、プロペラ３０の回転方向に関係なく発電機３８によって生成された電流の位相を維持するが重要となる場合もある。このことは、シャフト３２と発電機３８との間にギヤボックスを配置することによって達成することができ、これにより、プロペラ３０および駆動シャフト３２の回転方向に関係なく発電機３８のロータ（図示せず）の回転方向は同じままとすることができる。
【００１９】
吹き上げられてトンネル２８を通る可能性がある水をすべて受ける樋４０が、頂上領域２２に沿ってタービン１２の下方に延びるように配置されている。樋４０を、屋根構造１４の雨樋システム（図示せず）へ配管することができる。
【００２０】
ここまでに本発明の実施形態を詳細に説明したので、基本的な発明概念から逸脱することなく多くの変更・変形を行いうることは、該当する当業者には明らかであろう。例えば、タービン１２は、屋根構造１４の頂上領域２２に沿って配置されるように示されている。しかしながら、他の構成において、タービン１２を、屋根構造１４の一方あるいは両方の辺１８，２０に沿って配置し、タービン１２には、別々のカバー１６を配置することもできる。各カバーは、屋根構造１４の勾配、より具体的には各カバーが支持されるそれぞれの辺１８，２０の勾配より小さい勾配を有する。当業者にはあきらかであろう他のものと組み合わせたこのような変更・変形のすべては、その内容が上記説明から決定されるべきである本発明の範囲内であるとみなされる。
【００２１】
本願の特許請求の範囲および発明の説明において、明示された言葉あるいは言外の意味によってそれ以外となることが必要となる状況を除いて、「備える」、あるいは「備えている」などの変形は、包含的な意味で用いられている、つまり、記載された特徴が含まれることを特定しているのであって本発明の種々の態様にさらなる特徴が含まれることすなわち追加されることを排除するものではない。
【図１】
2009092071.tif 000003
【図２】
2009092071.tif 000004
【外国語明細書】
Title of Invention
WIND ENERGY CONVERSION SYSTEM
Field of the Invention  
The present invention relates to a wind energy conversion system for a building.
Background of the Invention
It is well known to use wind to drive a rotor or turbine to convert wind power into alternate forms of power and/or otherwise drive various machines.  It is also known to use wind driven turbines on a roof of a building for providing electricity to the building.  An example of such a system is disclosed in International publication no. WO 01/57397.  This document discloses an elongated wind turbine having an axis of rotation which appears to extend for the entire length of the roof and in a direction transverse to a direction of airflow through the turbine. 
It is to be understood that, if any prior art publication is referred to herein, such reference does not constitute an admission that the publication forms a part of the common general knowledge in the art, in Australia or any other country.
Summary of the Invention
According to one aspect of the present invention there is provided a wind energy conversion system for a building comprising:
one or more wind driven rotors configured to convert wind energy to an alternate form of energy;
a pitched roof structure having a first pitch on which the or each rotor is mounted; and,
a cover supported by the pitched roof structure above the or each rotor, the cover having a second pitch less than the first pitch.
In one embodiment, the pitched roof structure comprises a ridge region in which the or each rotor is mounted, and wherein the cover extends to opposite sides of the ridge region.
The or each rotor may have an axis of rotation parallel to a direction of flow wind through each rotor.  The wind energy conversion system may further comprise a cowling for each rotor, each cowling surrounding a corresponding rotor and having open opposite ends directing air flowing up the pitched roof structure to flow through the rotor.
The wind energy conversion system may further comprise a gutter supported by the pitch roof structure and beneath the rotors. 
The wind energy conversion system may further comprise two electrical generators coupled with each rotor wherein respective generators are driven by opposite ends of a drive shaft rotated by the rotor, each generator producing electrical energy when the rotor is caused to rotate by the action of air flowing through the rotor. 
Brief Description of the Drawings
An embodiment of the present invention will now be described by way of example only with reference to the accompanying drawings in which:
Figure 1 is an end view of a wind energy conversion system in accordance with a first embodiment of the present invention; and,
Figure 2 is a partial side view of the system shown in Figure 1.
Detailed Description of Preferred Embodiment
Referring to the accompanying drawings, a wind energy conversion system 10 for a building comprises one or more wind powered turbines 12, a pitched roof structure 14 having a first pitch on which the turbines 12 are mounted, and, a cover 16 supported on the pitched roof structure 14 above the turbines 12.  The cover 16 has a second pitch that is less than the first pitch, i.e. less than the pitch of the pitched roof structure 14.
The pitched roof structure 14 has two sloping sides 18 and 20 that converge toward each other in an upward direction.  The turbines 12 are supported on the structure 14 in a ridge region 22 created by and between the converging sides 18 and 20.  Other than leaving the crest or ridge region 22 of the structure 14 open for the mounting of the turbines 12, the roof structure 14 is of generally conventional form and configuration and thus will comprise a plurality of roof beams 24 together with rafters, joists and battens (not shown).
The cover 16 overlies an upper portion 26 of the roof structure 14 and extends to opposite sides of the ridge region 22.  In effect, the cover 16 and the upper portion 26 of the roof structure 14 create or act as a wind tunnel 28 that directs wind W flowing upwardly on the sides 18 and 20 through the turbines 12.
As previously mentioned, the pitch of the cover 16 is less than the pitch of the roof structure 14 so that the perpendicular distance D between the cover 16 and the upper portion 26 of the first structure 14 decreases in a direction toward the ridge region 22.  Thus, the wind tunnel 28 reduces in cross section area toward the ridge region 22.  This has the effect of increasing air pressure and thus air speed through the turbines 12.  It will be appreciated that the configuration of the wind tunnel 28 has the effect of directing wind from opposite sides of the structure 14 to flow through the turbines 12. 
Each turbine 12 comprises a wind rotor 30 coupled to a drive shaft 32 passing through an axis of rotation of the wind rotor 30.  The drive shaft 32, and thus the axis of rotation of the propeller 30 is perpendicular or transverse to a line or direction of extent of the ridge region 22.  Thus, the drive shaft 32 is substantially parallel to the direction of air flow through the turbine 12.
To further assist in concentrating the air flow through the turbine 12 the system 10 further comprises a respective cowling 34 for each of the turbines 12.  Each cowling 34 surrounds an upper portion of a corresponding turbine 12 extending above the beams 24 and has open opposite ends directing air flowing up the roof structure 14 through the turbine 12.  The cowlings 34 are ideally aerodynamically shaped and configured to concentrate air flow across or through the wind rotor 30.  In this regard, for example, an inside surface of the cowling 34 may be configured to progressively taper from the opposite openings to a central region in which the wind rotor 30 rotates.  Each cowling 34 extends in the vertical direction between an inner surface of the cover 16 and an outer surface of the roof structure 14.
Opposite ends of the drive shaft 32 are coupled to respective generators 38 for generating electricity.  The generators 38 can be configured or driven to produce electric current of the same phase which in turn is provided to a power management system (not shown) via electrical cables 39.  The power management system can distribute electrical power provided by the generators 38 selectively to a storage device such as batteries (not shown), appliances within a building supporting the roof structure 14 or to a power grid. 
It will be appreciated that wind passing through the turbines 12 in opposite directions cause the wind rotors 30 to rotate in opposite directions.  Depending on the type of generators 38 incorporated in the system 10, it may be important to maintain the phase of the electric current produced by the generators 38 irrespective of the direction of rotation of the propeller 30.  This can be achieved by the provision of gear boxes between the shaft 32 and the generators 38 so that irrespective of the direction of rotation of the propeller 30 and drive shaft 32, the direction of rotation of the rotors (not shown) of the generators 38 remains the same. 
A gutter 40 is provided that runs along the ridge region 22 beneath the turbines 12 for catching any water that may be blown through the tunnel 28.  The gutter 40 may be plumbed into the rainwater gutter system (not shown) for the roof structure 14. 
Now that an embodiment of the present invention has been described in detail it will apparent to those skilled in the relevant arts that numerous modifications and variations may be made without departing from the basic inventive concepts.  For example, the turbines 12 are illustrated as being disposed along a ridge region 22 of the roof structure 14.  However in an alternate configuration, the turbines 12 may be disposed along either one or both of the sides 18 or 20 of the roof structure 14 and provided with separate covers 16 each of which has a pitch less than the pitch of the roof structure 14, or more particularly, the pitch of the respective side 18 or 20 on which it is supported.  All such modifications and variations together with others that would be obvious to a person of ordinary skill in the art are deemed to be within the scope of the present invention the nature of which is to be determined from the above description.
In the claims of this application and in the description of the invention, except where the context requires otherwise due to express language or necessary implication, the words "comprise" or variations such as "comprises" or "comprising" are used in an inclusive sense, i.e. to specify the presence of the stated features but not to preclude the presence or addition of further features in various embodiments of the invention.
Claims:
1.     A wind energy conversion system for a building comprising:
one or more wind driven rotors configured to convert wind energy to an alternate form of energy;
a pitched roof structure having a first pitch on which the or each rotor is mounted; and,
a cover supported by the pitched roof structure above the or each rotor, the cover having a second pitch less than the first pitch.
2.     The system according to claim 1 wherein the pitched roof structure comprises a ridge region in which the or each rotor is mounted, and wherein the cover extends to opposite sides of the ridge region.
3.     The system according to claim 1 or 2 wherein the or each rotor may have an axis of rotation parallel to a direction of flow wind through each rotor. 
4.     The system according to any one of claims 1 to 3 further comprising a cowling for each rotor, each cowling surrounding a corresponding rotor and having open opposite ends directing air flowing up the pitched roof structure to flow through the rotor.
5.     The system according to any one of claims 1 to 4 further comprising a gutter supported by the pitch roof structure and beneath the rotors. 
6.     The system according to any one of claims 1 to 5 further comprising two electrical generators coupled with each rotor wherein respective generators are driven by opposite ends of a drive shaft rotated by the rotor, each generator producing electrical energy when the rotor is caused to rotate by the action of air flowing through the rotor. 
ABSTRACT
A wind energy conversion system 10 for a building comprises one or more wind powered turbines 12, a pitched roof structure 14 having a first pitch on which the turbines 12 are mounted, and, a cover 16 supported on the pitched roof structure 14 above the turbines 12.  The cover 16 has a second pitch that is less than the first pitch.  The cover 16 and roof structure 14 together create a wind tunnel 28 that directs wind  to flow through the turbines 12.  Cowlings 14 are also provided for each of the turbines 12.  Each cowling 34 surrounds an upper portion of a corresponding turbine 12. The cowlings 34 are aerodynamically shaped and configured to concentrate air flow across or through a wind rotor 30 of its respective turbine 12.  The cowlings extend in a vertical direction between the cover 16 and the roof structure 14.
Figure 1
Figure 1
2009092071.tif 000005
Figure 2
2009092071.tif 000006