(57)【要約】風車の回転数が送風機風速の２倍値を風車円周で除して得られ、その回転トルクは送風機吹出し力の４倍値に風車半径を乗じて得られることから、これらによるエネルギーを消費する負荷に見合った規模の発電機を装着して風力発電を実施する回流型風洞風力発電装置である。そこで、複数の風車（５）を内蔵してその風車の両側に風洞を形成してある複数の風車収納箱（１）、（２）、（３）を、それぞれの箱内で同位置にある風車毎に風車軸（６）を貫通して各風車箱を合体し、風車軸の両端に発電機（１３）、（１４）を装着し、各風車収納箱内風洞を送風機（２２）を装置した通風管（１６）、（１７）、（１８）、（１９）で繋いで回流型風洞として構成した。これにより、風車収納箱を増やす箱数に比例して発電量を増大でき、送風機起動時での既製電力使用はその後は補給せずに、純機械構造の装置で発生する人工風によって、再生可能エネルギーとしての風力発電が持続できる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
回流型風洞においては、送風機を駆動すると、送風機には風の吹出し力と吸引力とが同時に作用して風車収納箱に構成される回流型風洞の中の風車の回転数は送風機風速の２倍値を風車円周で除して得られ、回転トルクは送風機吹出し力の４倍値に風車半径を乗じて得られる。これらによるエネルギーを消費する負荷に見合った規模の発電機を装着し人工風により、風力発電を可能にする。風力発電開始時における送風機の初期起動に要する動力を既製電力で賄うが、発電開始後は、その電力の一部を送風機駆動の持続電力として切り換え処置を施すこととともに、送風機複数台を装置し、一定の時間毎に交替して駆動することにより、既製電力を補給することなしに発電の継続を提供できることを特徴としたものである。その実施例として複数の風車（５）を箱の長手方向に沿う風車室に配置したその複数の風車収納箱（１）、（２）、（３）を、それぞれの箱内の同位置にある風車毎に風車軸（６）を貫通させて合体し、各風車軸の両端に発電機（１３）、（１４）を装着する。各風車収納箱においては、配列した風車の両側に風洞を形成し、それらの風洞を通風管（１６）、（１７）、（１８）、（１９）によって螺旋状につなぎ合わせるとともに、送風機（２２）を設置した通風管で第１風車収納箱（１）の入口と（３）の第３風車収納箱の出口を塞いだ回流型風洞において風力発電を実施することができ、風車収納箱を増やせば、その増やした箱数に比例して増大した回転トルクに準じたさらに出力の大きな発電機を装着し得る構造を特徴とする回流型風洞風力発電装置。
【請求項２】
小規模・小型発電装置として提供することもできるものとしての構造例であるが、（２０１）の風車収納箱ひと箱を使用し、送風機（２１１）を風車収納箱の風車室に並ぶ一部所に内蔵し原理は前１項に準じた回流型風洞風力発電装置。
【請求項３】
三つ目の実施例は、自然風をエネルギー源とする従来型の風車（３０３）を風速と吹出し力がいずれも倍増する回流型風洞の中に配置して行う回流型風洞風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】    この発明は、回流型風洞内に風車を設置しておこなう風力発電装置に関する。
【背景技術】    これまでに、風洞を利用した風力発電装置としての技術的背景には、自然風をとり込んだ風洞内での風車発電を施した日本国実用新案登録出願・昭６０−１２５３６８（公開実用新案公報（Ｕ））や同じく日本国特許出願・特開平１１−６２８１１（公開特許公報（Ａ））などの例がある。また、自然風そのものでの風力発電は実用に供されており、例えば、『風の力を未来の力に変えて』や『ＷＩＮＤ  ＦＡＲＭ  ＴＡＣＨＩＫＡＭＡ』など、日本国山形県東田川郡立川町発行パンフはその実績を詳述している。しかし、これらいずれも自然風がエネルギー源であり、風が発生しなければ風車発電機の運転はできない。また、風が強すぎても運転を中止しなければならないために、立川町発行パンフによると１００ｋｗ風車では稼働率１６％、利用率６．５％であり、その他の定格風車値が大きい風車でも利用率は１７％から２５％程度という結果が示されている。そして構造は大型となっている。自然風を取り込む型の風洞風力発電装置においても利用率の改善は計られるとしても、基本的には風の状況に大きく左右されることには変りない。
本発明は、このような従来の風車風力発電装置の形態が有している問題を解決しようとするもので人工風を使用しながら、再生可能エネルギーとしての電力を得るための風力発電装置を実現することを目的とするものであり、その際に、日本国特許第２６１３７４０号による発電効率を高める発電機がすでに発明をみていることは本発明装置に設置でき得る発電機としても有用な手段となり得るものである。
【発明の開示】
本発明は、上記目的を達成するために、回流型風洞を構成し、その風洞において回流エネルギーの人工風により風力発電をおこなうものであり、そのために、複数の風車を内蔵しその配列した風車の両側に風洞を形成してある複数の風車収納箱を、それぞれの間に風車収納箱と同じ大きさの空箱を挟み、各風車収納箱内の同位置に配置された風車毎に風車軸を貫通して風車収納箱と空箱を風車軸が滑らかに回転するよう調整して合体し、各風車軸の両端に発電機を装着する。そして、風車収納箱の風洞の出口と次の箱の入口、その同じ箱の出口と次の箱の入口とを第１、第２、第３風車収納箱の順に、通風管で各風車収納箱内風洞を螺旋状につなぎ、第１の風車収納箱の入口と第３の風車収納箱の出口を送風機を設置した通風管で塞いで、回流エネルギーの風が各風車に対して同一方向への回転力として風車収納箱内風洞の両側で働くように吹き抜けて回流する回流型風洞風力発電装置として構成する。本発明で、風車収納箱に構成される回流型風洞の中に、例えば風車１基のみを装着し、その風車軸は送風機風速の２倍値を風車円周で除して得られる回転数と、その回転トルクは送風機吹出し力の４倍値に風車半径を乗じて得られ、これらによるエネルギーを消費する負荷に見合った規模の発電機を装着し発電が継続できる。そこで風車１基のみのままで３つの風車収納箱を風車軸を同軸にして合体すれば、風速は変化しないが、回転トルクはひと箱での時に比べ３倍になり、これに見合う新たに増大した負荷に相当する発電機を風車軸両端に二分の一相当規模のものに分けて装着が可能となる。さらに各風車収納箱内風車数を増やし、それぞれ同位置の各風車毎に風車軸を装備することによって、その軸間の状況に即して発電機の回転子と固定子の形状や大きさ等の構造を選択して、単一風車軸で得られる基本負荷を増やした風車の複数軸に分散させて発電が可能となる多様な形態での回流型風洞風力発電装置を提供できる。
第２は、複数の風車を収納した風車収納箱ひと箱を使用して第１の例の原理にもとづき小規模・小型発電装置としてもまとめられるように、送風機を風車収納箱と同じ枠内の一部所に内蔵した構造として構成し、その機能を発揮させる。
第３は、自然風をエネルギー源とする従来型の風車複数基を回流型風洞内に設置して人工風により風力発電をおこなうこととしたもので、送風機風速を風車定格風速値に合うように調整して設置し、数基の設置風車がそのそれぞれの定格出力に対して高い効率で発電が継続でき送風機の出力分を差引いても相当量が生産できる構造として構成する。これによって人工風による風力発電で再生可能エネルギーとしての電力の生産量を飛躍的に拡大できる。
【図面の簡単な説明】    第１図は、本発明の実施形態を示す回流型風洞風力発電装置の斜視図とそのＷ方向からの投影図、ＸＸ・ＹＹ面のＺ方向からの断面図、そしてＡＡ方向からの分解正面図である。第２図は本発明の二つ目の実施形態を示す回流型風洞風力発電装置の斜視図とその分解斜視図で、第３図は本発明の三つ目の実施形態を示すものであり、自然風をエネルギー源とした従来型風車を回流型風洞内に設置しておこなう回流型風洞風力発電装置の斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】    本発明の実施の形態を第１図〜第３図に基づいて説明する。
第１図に示されている第１、第２、第３風車収納箱１、２、３においては、それらへの風車配置の組み立て方は共通であり、３の第３風車収納箱から箱側板（ＩＩ）３ｃを取り外してＡＡ方向から投影した第１図の下図の分解正面図のように、風車５は箱囲み板３ａ、箱側板（Ｉ）３ｂがネジ止め（ネジの頭は表面にでない構造。図では省略）で形成された第３風車収納箱３において、３ａの内側両面と９によって仕切られた風車室に、風車羽根５ａが３ａの両内面と９の凹円弧面とに接触しないように、配置されている。このとき５の車輪の直径と同寸法である風車室仕切り凹円弧板９の３ａに面した両端と３ａの両内面との間隔は等しくなるようにして、箱側板３ｂと３ｃからネジによって、両側板の表面にネジの頭がでない構造（図では省略）で両方から固着されている。１、２も以上の通りの手順で組み立てられている。
１と２との間と２と３の間にこれらと同じ大きさの空箱４を挟み、風車収納箱抱え板１０、軸受け取付け板１１とで上下、左右から１、２、３の風車収納箱は締付け装着されているが、その際、各第１、第２、第３風車収納箱内風車５のキー溝に、その風車の各位置毎に風車車輪の厚さ以内の寸法で埋め込まれた風車軸６のキー７を挿入するようにして、風車軸６が貫通されている（キー７の長さは図では省略）。
風車５の羽根５ａの枚数は図では９枚となっているが、５の車輪面と風車収納箱３ａの両内面との間隔の取り方、つまり風車収納箱内の風洞となる部分をどれだけとるかとの関わりで、風車の回転に当って、羽根５ａがいずれの９の弧面にも１枚以上が常に存在するよう選定する枚数となる。これによって風車収納箱における風車両側の風洞が形成される。
風車軸６は両端に軸受け取付け板１１に固着されているベアリング８によって支持され、そのそれぞれの先端に発電機回転子１４を、そして発電機固定子１３を固着してある固定子取付け金具１２が１１に装着され、発電機の機能が果たされるようになっている。風車収納箱内に形成されている風洞の入口、出口を取付けるための１、２、３の共通板３ｄには、１用としてＯ、Ｐ、２用としてＱ、Ｒ、３用としてＳ、Ｔ、と指定箇所に、風車収納箱の箱囲み板３ａの深さと、風車５の車輪面と３ａの内面との間隔で決まる長方形の孔をあけてあるが、これが１、２、３にネジ止めで固着されている（ネジ止め部は図では省略）。そしてこの通風管取付け板３ｄには通風管取付け金具１５がＯ、Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｔと各箇所に取付けられており、これにＰ〜Ｑをつなぐ通風管１６、Ｒ〜Ｓをつなぐ１７を嵌め込み固着されている。
送風機箱２０を風車収納箱抱え板１０の下部で、第１と第２の風車収納箱の間に挟まれた空箱４の真下に固定されている送風機箱取付け板２１に固着し、２０の入口、出口には通風管取付け金具１５が固着され、これに通風管１８と１９を取付け、第１風車収納箱１の風洞入口Ｏに取付けてある通風管取付け金具１５に１８を、第３風車収納箱３の風洞出口Ｔに取付けてある通風管取付け金具に１９を嵌め込み固着されている。送風機箱２０には、送風機２２が装着されている。そして送風機２２は本実施例としての図では複雑さを避けるために１台としているが、設計上では複数台設置による一定の時間毎の交替駆動を前提として提起するものである。また、本装置駆動開始時における送風機２２の初期起動に要する動力は既製電力に待つことになるが、本発明装置の発電開始後は、その電力の一部を送風機駆動の持続電力として切り替え処置（図では省略）も施すこととするものである。
以上の実施形態による構成の動作を説明すると、図の中の→印は風の流れの向きを示すものである。まず第１図において、送風機２２から吹出される風は、通風管１８から第１風車収納箱１の入口Ｏから流入し、１に配置された風車５とその羽根５ａや風車室仕切り凹円弧板９に遮られて、１の箱内両側に形成される風洞を吹き抜け、１の出口Ｐから通風管１６によって２の第２風車収納箱にＱの入口から流入、１と同じようにその風洞を吹き抜け、その出口Ｒから１７の通風管によって３の第３風車収納箱にＳの入口から流入し、１、２のそれと同様に風洞を吹き抜けて、その出口Ｔから通風管１９を介して送風機２２に吸引され本装置の回流型風洞は機能する。そして回流型風洞においては、送風機の吹出し力と吸引力とが同時に作用することから、その倍増した風速の人工風が風車収納箱１、２、３の風洞のいずれの箇所においても同時に作用し、各風車軸は送風機風速の２倍値を風車円周で除して得られる回転数となり、しかも複数箇の風車軸６に固着して１、２、３の風車収納箱に配置してある同軸のそれぞれの風車５には、送風機の吹出し力プラス吸引力という倍増された力が、それぞれの風車の両側で作用し、ひとつの風車軸には送風機吹出し力の４倍値に風車半径と同軸の風車数とを乗じた回転トルクが得られ、風車軸両側に装着の発電機回転子１４を起動し、継続駆動によって、その発電量は風車収納箱をふやせば、実施図のように三つの箱であれば各風車軸の回転トルクは送風機吹出し力の１２倍に風車半径を乗じて得られるように、増やした箱数に比例して回転トルクが増大し、それに見合う出力の風車軸両端に装着してある発電機が、それぞれの風車軸６によって駆動される。その際に、風車収納箱内風車数を増やし、三つの軸数を装着することでは発電量の増大はなく、同構造の単一軸として得られる回転数と回転トルクなどによるエネルギーを消費する負荷に見合う規模の発電機容量を三つの風車軸に分散させ、構造上の多様性の要望に応えることになるものである。そして複数台設置した送風機の一定の時間毎の交替駆動と発電開始後は、その電力の一部を送風機駆動の持続電力として切り替え処置（図では省略）とによって既製電力を補給することなしに再生可能エネルギーとしての電力生産のために本回流型風洞風力発電装置は継続して運転できる。
第２図は二つ目の実施例であり、２０１は風車収納箱で、２０２は箱を構成する箱囲み板、以下２０３は箱側板、２０４は風車、２０５は風車軸、２０６は風車室仕切り凹円弧板、２０７は軸受支持板、２０８は風車収納箱抱え板、２０９は発電機固定子取付け金具、２１０は発電機、２１１は送風機で、組立ての手法は第１図に準じているので省略する。単一風車軸で得られる発電機容量を三つの風車軸に分散させ構造上の多様化と、これによって小規模・小型発電装置の求めにも応えられる。そして送風機２１１が風車収納箱２０１の枠内の一部所に内蔵されていることが特徴であり、また、送風機２１１を複数台設置（図では省略）と送風機２１１の初期起動から発電開始後のその電力の一部を持続電力として切り替え処置を講じることによる構成と動作、作用も第１の実施例に準ずるものである。
第３図は三つ目の実施例であり、３０１は回流型風洞で、この風洞内に、回流調整管３０２を数箇所に設置し、回流の出口に寄せた位置に、自然風用従来型風車３０３を設置してある。そして、３０４は送風機取付け金具で送風機３０５が装着されている。その動作であるが、風車定格風速値に合うように風速を調整した送風機３０５から吹出される風は回流型風洞３０１に数箇所に設置された回流調整管３０２を吹き抜け、自然風用従来型風車３０３を回転させ、送風機３０５に吸引される。その際に送風機３０５における吹出し力と吸引力は同時に作用するために、この倍増の回流エネルギーの風の作用はどの位置でも同時に作用することになるが、回流調整管３０２によって、各風車３０３に均一な風が当たり、発電効果があがるようになっている。送風機３０５の複数台設置（図では省略）と送風機３０５の初期起動の既製電力から発電開始後その電力の一部を持続電力として切り替える処置による構成と動作、作用も前者の通りである。
【産業上の利用可能性】    以上のように、本発明にかかる回流型風洞風力発電装置は、運転過程での化石燃料をはじめとした各種燃料類は一切必要とせず、既製電力の使用も本装置の初期起動時のみで、風車収納箱ないしは風洞内に空気の存在だけが必須条件という、「燃料漏れ」や「燃料切れ」の心配はなく、また、純機械構造のそれ自体としても危険性を伴わずに持続運転が可能であり、その大、中、小それぞれの規模の製品化は、再生可能エネルギーとしての電力が生産できる自家発電装置として、各方面からの期待に応えることができる。例えば、一般家庭用やマンションなど集合住宅向け自家発電装置として、事業所や工場用自家発電に、自治体の事務所や各種会館、学校用、そして大学や劇場用、或は災害時避難場所用に、病院の自家発電用、水道施設、下水道施設の自家発電用に、船舶や航空機用に、架線もパンダグラフも必要ない新型電車の開発に、電気自動車ないしはハイブリッドカー用、そして野外活動用の携帯発電装置等々、多方面で有用である。
このような本発明にかかる発電装置が、全世界的な規模で普及が図られれば、地球温暖化防止対策として、「大気中の二酸化炭素濃度を現状レベルで安定させるには、その排出量を５０％〜７０％削減する必要がある」と訴えた世界の科学者らによる国連研究チーム報告の通りに、その実現への現実的可能性を広げられ得る。また、様々な要因で惹起する広域停電問題に対応できる小規模・分散型の電力供給体制を確立することにも役立てられる。
こうして、破壊が許されない自然と、それとは相容れない相関関係にある利便性・快適性の飽くなき追及の止むことのない人間の物質代謝において、本発明装置はそれを両立させ、各方面での産業振興と経済活動の豊かな発展に寄与できる。
【図１】
2005071260.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年5月11日(2006.5.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【国際調査報告】
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2005071260.tif 000008
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