風洞発電の方法
【課題】小規模構造の一般家庭用から中規模以上の業務施設用まで幅広い対応能力、安全性を有する風力発電装置。
【解決手段】内部に発電機能部を収めた支柱Ｂに、口径の異なる内外二重の円筒からなり水平回転自在の風向性を有した風胴体Ａを回転動力部として載せ、円筒ドラム内壁に螺旋回転翼を固定して備え、風洞体Ａ内部を貫通する風力によって円筒ドラム自体が回転する。その回転を円筒ドラム外壁部に固定された円盤状ギアにより、発電機能部へギア伝達する。その回転伝達時の抵抗による反作用を制御する機能として風洞体Ａ風下に備えた方向舵の一部を任意可動の風向調整翼Ｃとする。内外二重構造の円筒風下側末端をそれぞれ外側へ拡大してそのディフューザ効果で風洞中央部の気流速度が増速される。加えて風胴体中心部に過剰風圧時の放圧調整バイパス機能を設ける。
【解決手段】内部に発電機能部を収めた支柱Ｂに、口径の異なる内外二重の円筒からなり水平回転自在の風向性を有した風胴体Ａを回転動力部として載せ、円筒ドラム内壁に螺旋回転翼を固定して備え、風洞体Ａ内部を貫通する風力によって円筒ドラム自体が回転する。その回転を円筒ドラム外壁部に固定された円盤状ギアにより、発電機能部へギア伝達する。その回転伝達時の抵抗による反作用を制御する機能として風洞体Ａ風下に備えた方向舵の一部を任意可動の風向調整翼Ｃとする。内外二重構造の円筒風下側末端をそれぞれ外側へ拡大してそのディフューザ効果で風洞中央部の気流速度が増速される。加えて風胴体中心部に過剰風圧時の放圧調整バイパス機能を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
風洞体内部の円筒体を回転動力部とした風力発電の方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化石エネルギーからの脱却を求めて様々な再生可能な自然エネルギー利用の発電方法が求められる中で、大型発電装置の一極集中に対抗して、小規模装置による発電設備の複数管理を基本とした地域自立のエネルギー多様化への対応型が提唱されている。
【０００３】
上述する各種自然エネルギーの中で全国各地において満遍なく利用可能となるのは風力であり、この風力発電装置においては巨大風車から家庭用の小型風車まで様々なタイプが実動中であって、その多くが回転軸を有したプロペラの回転動力による装置構成であり、このプロペラ回転翼の特徴として軽微な風力で回転動力を得る事が出来るため、特に小型の風車装置は発電能力が低いにも関わらず手軽さが魅力となって、家庭用としての設置普及が進みつつある。
【０００４】
しかし、動力確保の手軽さの反面でプロペラ回転翼の構造特性として、一定の回転能力を超えた場合の過剰風圧時に回転翼全体が遮断壁となり、結果として風圧による支柱倒壊や回転翼破損による部品の飛散事故を招く危険性を併有しており、その防止策として規定以上の強風時はプロペラ回転を停止させ、過剰風圧を受けない処置をとる等のセフティー機能を付加することが不可欠条件であり、特に中規模以上の風車装置の場合はその回転停止機能による安全対策が絶対条件として要求され、また、強風による装置倒壊や部品破損時の飛散事故を考慮して無人地帯への設置条件を強要されるなど、構造上の理由によって居住区域における中規模以上の風車設置は不適性と指摘されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、中規模以上の装置であっても、強風時において風圧遮断状態に為り得ない通風構造の回転機能部とし、風洞内に備える螺旋回転翼の機能形状によって回転中心軸不要とし、風胴体中心部に貫通空間を形成して過剰風圧時の放圧機能となすことにより、小規模構造の一般家庭用から中規模以上の業務施設用まで幅広い対応能力を有する風力発電装置とし、風胴体内側の円筒ドラム自体を回転動力部として安定出力と安全性に優れた全天候型の風洞発電の方法を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
内部に発電機能を収めた基盤部より立ち上がる支柱（Ｂ）の垂直延長上に、概ね円筒状からなり風下端部に方向舵を備え水平回転自在の風向性を有し、貫通条件下の風胴体（Ａ）を回転動力部として載せ、その風洞体（Ａ）が口径の異なる内外二重の円筒構造となってそれぞれの風下側末端が外側へ拡大されて空気抵抗形状となり、風洞体内側の円筒中央部がその前後円筒とベアリング連結されることによって回転自在の円筒ドラム（Ｅ）となり、その円筒ドラム（Ｅ）内壁部に螺旋状からなる回転翼の外側輪郭部を固定支持し、風胴体（Ａ）内部を貫通する風圧によって螺旋回転翼が稼動し円筒ドラム（Ｅ）自体が回転動力部となり、その円筒ドラム（Ｅ）外縁に円盤状の垂直回転ギア（Ｆ）を施し、発電機能部より立ち上がる回転軸へのギア伝達をなす風洞発電の方法とする。図１参照
【０００７】
上述の風洞発電装置においては、外気流の貫通性を有した口径の異なる内外円筒からなる二重構造の風洞体（Ａ）であり、その二重円筒それぞれの風下側端部を外側へ拡大させて空気抵抗体を形成することで、風洞体（Ａ）の外縁に沿って流れる外気流が外側円筒の抵抗体によって風下後方に減圧域を生じさせ、その減圧域に向かって内外円筒間の通風空間を差圧緩和外気流が加速通過して風下後方へ吹き抜ける際、内側円筒の抵抗体によって更なる後方背圧の減少域を発生させ、その減圧域に向う風洞体（Ａ）中央部を貫通する外気が差圧緩和流となって加速通過を為し、それらが重複する空気抵抗体による一連作用のディフューザ相乗効果によってなされ、後方差圧への緩和作用増幅による内部通過気流の増速機能を発揮することになり、その風洞内において螺旋回転翼を備えた円筒ドラム（Ｅ）を回転動力部とすることで発電効率の向上が図れる。図２参照
【０００８】
上述するディフューザ相乗効果による風胴体内部の外気流増速機能に加え、風洞体（Ａ）内側円筒の中央部にあって回転自在の円筒ドラム（Ｅ）内壁部に螺旋回転翼の外端部を固定して備えることで回転中心軸を不要とし、その螺旋回転翼の機能形状により風洞体（Ａ）中心部に所定の貫通空間を形成し、過剰風圧時のバイパス通風路として放圧調整機能を発揮し、過剰風圧による回転部の装置損傷と破損飛散を阻止する安全性と回転装置の保安機能となることに加え、風速に左右されず有効風圧を捉える安定性能を有することにより全天候型の回転動力部となる。図２参照
【０００９】
尚、前項記載の回転動力部のドラム回転を発電機能部の回転軸へギア伝達とした場合、風向性を有する風洞体（Ａ）内部の遊動構造によって、回転接続に伴う回転抵抗が反作用となって水平回転の風向遊動性に影響を及ぼし、風洞体の風向性維持を阻害する結果となるため、風洞体（Ａ）外側の風下に備わる方向舵に所定の任意可動となる向調整翼（Ｃ）を備え、風風洞体（Ａ）の風向安定機能とする。図１参照
【発明の効果】
【００１０】
本発明によっては、ディフューザ相乗効果により外風速の３〜４倍相当値の風洞内通過風速が得られ、微風条件下であっても高回転トルクの確保が可能となることに加え、蓄電装置の併設によって集落単位の補助電源や辺境な地理条件下にある管理施設、また、観光地等のＥＶ車用無人充電スタンド用の電源として、現地自然条件に即した装置規模の発電能力によってその有効活用が望める。
尚、本発明を住居区域内設置の一般家庭用の風力発電装置とした場合であっても、風洞体（Ａ）中心部のバイパス貫通による放圧構造によって、強風時の過剰風圧に対する負荷が少ないため安定稼働と安全性の双方が確保される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の風洞体構造に関しては、その回転動力部がディフューザ相乗効果の応用による外気風の増速作用を基本機能としており、その趣旨を遵守する限りにおいては風洞体外装に係る円筒位置及び形状デザイン等を特定するものではない。
【００１２】
本発明の装置規模に伴う関係概略寸法に関して、小規模一般家庭用とした場合は全高を屋根上約２，５ｍ若しくは地上約８ｍ程度とし風洞体（Ａ）直径をそれぞれ約１，５ｍ程度とし、中規模施設用として市中設置する場合は全高を約１５ｍ以下とし、風洞体（Ａ）直径を約３ｍ以内とするなどの周囲安全性の確保に考慮する条件となる。
尚、産業用補助電力として相当規模の本装置を地上設置とする場合は、その立地条件を岬や峠及び丘等の比較的高所の無人条件下で気象諸条件に沿うものとし、何れの場合も蓄電装置併設によって安定供給を図る補助電力源とする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】風洞発電装置のイメージ図
【図２】概略機能断面図
【符号の説明】
【００１４】
Ａ 風胴体
Ｂ 基盤支柱
Ｃ 風向調整翼
Ｅ 円筒ドラム
Ｆ 円盤状回転ギア
Ｇ 水平回転ギア
Ｈ 発電機能部の回転軸
Ｊ 水平回転発電機能部
Ｋ 軸の水平回転
Ｓ 風の流れ
【技術分野】
【０００１】
風洞体内部の円筒体を回転動力部とした風力発電の方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化石エネルギーからの脱却を求めて様々な再生可能な自然エネルギー利用の発電方法が求められる中で、大型発電装置の一極集中に対抗して、小規模装置による発電設備の複数管理を基本とした地域自立のエネルギー多様化への対応型が提唱されている。
【０００３】
上述する各種自然エネルギーの中で全国各地において満遍なく利用可能となるのは風力であり、この風力発電装置においては巨大風車から家庭用の小型風車まで様々なタイプが実動中であって、その多くが回転軸を有したプロペラの回転動力による装置構成であり、このプロペラ回転翼の特徴として軽微な風力で回転動力を得る事が出来るため、特に小型の風車装置は発電能力が低いにも関わらず手軽さが魅力となって、家庭用としての設置普及が進みつつある。
【０００４】
しかし、動力確保の手軽さの反面でプロペラ回転翼の構造特性として、一定の回転能力を超えた場合の過剰風圧時に回転翼全体が遮断壁となり、結果として風圧による支柱倒壊や回転翼破損による部品の飛散事故を招く危険性を併有しており、その防止策として規定以上の強風時はプロペラ回転を停止させ、過剰風圧を受けない処置をとる等のセフティー機能を付加することが不可欠条件であり、特に中規模以上の風車装置の場合はその回転停止機能による安全対策が絶対条件として要求され、また、強風による装置倒壊や部品破損時の飛散事故を考慮して無人地帯への設置条件を強要されるなど、構造上の理由によって居住区域における中規模以上の風車設置は不適性と指摘されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、中規模以上の装置であっても、強風時において風圧遮断状態に為り得ない通風構造の回転機能部とし、風洞内に備える螺旋回転翼の機能形状によって回転中心軸不要とし、風胴体中心部に貫通空間を形成して過剰風圧時の放圧機能となすことにより、小規模構造の一般家庭用から中規模以上の業務施設用まで幅広い対応能力を有する風力発電装置とし、風胴体内側の円筒ドラム自体を回転動力部として安定出力と安全性に優れた全天候型の風洞発電の方法を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
内部に発電機能を収めた基盤部より立ち上がる支柱（Ｂ）の垂直延長上に、概ね円筒状からなり風下端部に方向舵を備え水平回転自在の風向性を有し、貫通条件下の風胴体（Ａ）を回転動力部として載せ、その風洞体（Ａ）が口径の異なる内外二重の円筒構造となってそれぞれの風下側末端が外側へ拡大されて空気抵抗形状となり、風洞体内側の円筒中央部がその前後円筒とベアリング連結されることによって回転自在の円筒ドラム（Ｅ）となり、その円筒ドラム（Ｅ）内壁部に螺旋状からなる回転翼の外側輪郭部を固定支持し、風胴体（Ａ）内部を貫通する風圧によって螺旋回転翼が稼動し円筒ドラム（Ｅ）自体が回転動力部となり、その円筒ドラム（Ｅ）外縁に円盤状の垂直回転ギア（Ｆ）を施し、発電機能部より立ち上がる回転軸へのギア伝達をなす風洞発電の方法とする。図１参照
【０００７】
上述の風洞発電装置においては、外気流の貫通性を有した口径の異なる内外円筒からなる二重構造の風洞体（Ａ）であり、その二重円筒それぞれの風下側端部を外側へ拡大させて空気抵抗体を形成することで、風洞体（Ａ）の外縁に沿って流れる外気流が外側円筒の抵抗体によって風下後方に減圧域を生じさせ、その減圧域に向かって内外円筒間の通風空間を差圧緩和外気流が加速通過して風下後方へ吹き抜ける際、内側円筒の抵抗体によって更なる後方背圧の減少域を発生させ、その減圧域に向う風洞体（Ａ）中央部を貫通する外気が差圧緩和流となって加速通過を為し、それらが重複する空気抵抗体による一連作用のディフューザ相乗効果によってなされ、後方差圧への緩和作用増幅による内部通過気流の増速機能を発揮することになり、その風洞内において螺旋回転翼を備えた円筒ドラム（Ｅ）を回転動力部とすることで発電効率の向上が図れる。図２参照
【０００８】
上述するディフューザ相乗効果による風胴体内部の外気流増速機能に加え、風洞体（Ａ）内側円筒の中央部にあって回転自在の円筒ドラム（Ｅ）内壁部に螺旋回転翼の外端部を固定して備えることで回転中心軸を不要とし、その螺旋回転翼の機能形状により風洞体（Ａ）中心部に所定の貫通空間を形成し、過剰風圧時のバイパス通風路として放圧調整機能を発揮し、過剰風圧による回転部の装置損傷と破損飛散を阻止する安全性と回転装置の保安機能となることに加え、風速に左右されず有効風圧を捉える安定性能を有することにより全天候型の回転動力部となる。図２参照
【０００９】
尚、前項記載の回転動力部のドラム回転を発電機能部の回転軸へギア伝達とした場合、風向性を有する風洞体（Ａ）内部の遊動構造によって、回転接続に伴う回転抵抗が反作用となって水平回転の風向遊動性に影響を及ぼし、風洞体の風向性維持を阻害する結果となるため、風洞体（Ａ）外側の風下に備わる方向舵に所定の任意可動となる向調整翼（Ｃ）を備え、風風洞体（Ａ）の風向安定機能とする。図１参照
【発明の効果】
【００１０】
本発明によっては、ディフューザ相乗効果により外風速の３〜４倍相当値の風洞内通過風速が得られ、微風条件下であっても高回転トルクの確保が可能となることに加え、蓄電装置の併設によって集落単位の補助電源や辺境な地理条件下にある管理施設、また、観光地等のＥＶ車用無人充電スタンド用の電源として、現地自然条件に即した装置規模の発電能力によってその有効活用が望める。
尚、本発明を住居区域内設置の一般家庭用の風力発電装置とした場合であっても、風洞体（Ａ）中心部のバイパス貫通による放圧構造によって、強風時の過剰風圧に対する負荷が少ないため安定稼働と安全性の双方が確保される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の風洞体構造に関しては、その回転動力部がディフューザ相乗効果の応用による外気風の増速作用を基本機能としており、その趣旨を遵守する限りにおいては風洞体外装に係る円筒位置及び形状デザイン等を特定するものではない。
【００１２】
本発明の装置規模に伴う関係概略寸法に関して、小規模一般家庭用とした場合は全高を屋根上約２，５ｍ若しくは地上約８ｍ程度とし風洞体（Ａ）直径をそれぞれ約１，５ｍ程度とし、中規模施設用として市中設置する場合は全高を約１５ｍ以下とし、風洞体（Ａ）直径を約３ｍ以内とするなどの周囲安全性の確保に考慮する条件となる。
尚、産業用補助電力として相当規模の本装置を地上設置とする場合は、その立地条件を岬や峠及び丘等の比較的高所の無人条件下で気象諸条件に沿うものとし、何れの場合も蓄電装置併設によって安定供給を図る補助電力源とする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】風洞発電装置のイメージ図
【図２】概略機能断面図
【符号の説明】
【００１４】
Ａ 風胴体
Ｂ 基盤支柱
Ｃ 風向調整翼
Ｅ 円筒ドラム
Ｆ 円盤状回転ギア
Ｇ 水平回転ギア
Ｈ 発電機能部の回転軸
Ｊ 水平回転発電機能部
Ｋ 軸の水平回転
Ｓ 風の流れ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機能を内有する基盤部から立ち上がる支柱（Ｂ）上に、二重円筒構造からなり水平回転自在の風向性を有した風胴体（Ａ）を備え、口径差による内外円筒間と風胴体中心部に所定の貫通空間を有し、内外円筒それぞれの風下側末端を外側へ拡大させて通過外気の抵抗形状となし、風下後方背圧の減少域に向う差圧緩和流が加速通過となるディフューザ相乗効果により、風胴体中心部を通過する外気流の増速機能を有し、内側中央部の円筒ドラム（Ｅ）を前後円筒によるベアリング連結で回転自在とし、円筒ドラム（Ｅ）内壁に螺旋回転翼の外側輪郭部を固定支持し円筒ドラム（Ｅ）自体を回転中心軸不要の回転動力部として備え、螺旋回転翼の機能形状により風胴体（Ａ）中心部に形成される貫通空間が過剰風圧時の放圧調整機能を備えることを特徴とする風洞発電の方法。
【請求項２】
前項記載の回転動力部となる円筒ドラム（Ｅ）の回転を、その外壁部に施した円盤状回転ギア（Ｆ）による伝達の際に発生する反作用の抑制機能として、風洞体（Ａ）後方の方向舵の一部が任意可動となる風向調整翼（Ｃ）を備えることを特徴とする請求項１に記載の風洞発電の方法。
【請求項１】
発電機能を内有する基盤部から立ち上がる支柱（Ｂ）上に、二重円筒構造からなり水平回転自在の風向性を有した風胴体（Ａ）を備え、口径差による内外円筒間と風胴体中心部に所定の貫通空間を有し、内外円筒それぞれの風下側末端を外側へ拡大させて通過外気の抵抗形状となし、風下後方背圧の減少域に向う差圧緩和流が加速通過となるディフューザ相乗効果により、風胴体中心部を通過する外気流の増速機能を有し、内側中央部の円筒ドラム（Ｅ）を前後円筒によるベアリング連結で回転自在とし、円筒ドラム（Ｅ）内壁に螺旋回転翼の外側輪郭部を固定支持し円筒ドラム（Ｅ）自体を回転中心軸不要の回転動力部として備え、螺旋回転翼の機能形状により風胴体（Ａ）中心部に形成される貫通空間が過剰風圧時の放圧調整機能を備えることを特徴とする風洞発電の方法。
【請求項２】
前項記載の回転動力部となる円筒ドラム（Ｅ）の回転を、その外壁部に施した円盤状回転ギア（Ｆ）による伝達の際に発生する反作用の抑制機能として、風洞体（Ａ）後方の方向舵の一部が任意可動となる風向調整翼（Ｃ）を備えることを特徴とする請求項１に記載の風洞発電の方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１３−８３２３７（Ｐ２０１３−８３２３７Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３７９２９（Ｐ２０１１−２３７９２９）
【出願日】平成２３年１０月１１日（２０１１．１０．１１）
【出願人】（３０５０４８７６１）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１１日（２０１１．１０．１１）
【出願人】（３０５０４８７６１）
【Ｆターム（参考）】
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