JP7403267B2 - 風力発電装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば既設の廃トンネル内に設置されていて風力発電を行う風力発電装置に関する。

従来、既設のトンネルとして道路トンネルや鉄道トンネル等が設置されており、その中にはトンネル内に風力発電装置の風車を設置したものがある。また、国内には廃線した鉄道トンネルやバイパストンネルの構築により使わなくなった道路トンネルがある。これらのトンネルは密封させると施工コストがかかるため密封されずに放置されていることが多い。
例えば峠を貫通するような道路トンネルは、一方側に設けた日当たりのよい開口と他方側に設けた日陰の開口との間で温度差が１０度を超えるものがある（例えば宮古市と岩泉町を結ぶ雄鹿戸トンネル）。この温度差によりトンネル両端の開口が自然に通気されているものや、海岸からの潮風が吹き込むもの等がある。このような風の通り道となるトンネル内に風車と発電機を設置することでトンネル内の照明等を賄うことができ、トンネルをワインセラー等の貯蔵庫や資材置き場等に利用することができる。

例えば、特許文献１に記載されたトンネル設置型風力発電装置は、道路トンネルの車道空間を車両が走行し、その上部空間に風車発電装置が設置されている。そして、車両の走行によって生じる風圧を受けて風力発電装置の風車を回転させることで風力発電を行い、電力をトンネル内の照明装置等に提供している。

特開昭５６－３４９７９号公報

しかし、引用文献１に記載のトンネル設置型風力発電装置は道路トンネルであるため、通行車両に支障がないようにトンネル内の天井近くの余裕空間に小型の発電装置を使用している。そのため、風力発電装置の発電容量が小さかった。また、地震等でトンネルの壁面の一部が崩落すると風力発電装置を損傷する恐れがあった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、廃線となった鉄道トンネルや廃止された道路トンネル等の各種トンネルを利用して安全に且つ効率的に発電できる風力発電装置を提供することを目的とする。

本発明による風力発電装置は、トンネル内に設置されたセグメントリングと、セグメントリング内で支持部材を介して支持された風車と、風車の回転に基づいて発電する発電機と、を備えたことを特徴とする。
本発明による風力発電装置は、トンネル内を通り抜ける風によって風車を回転させて発電機で発電することができ、しかもトンネルの壁面や岩盤等が崩落したとしてもセグメントリングによって風力発電装置を保護できる。

また、風車はブレードを回転可能に支持するナセルを備え、ナセルは支持部材によってセグメントリングに連結されていることが好ましい。
風力発電装置はナセルを支持部材によってセグメントリングに取り付けたため強固に固定できる。

また、支持部材はセグメントリングのセグメントに形成された注入孔に取り付けられていてもよい。
セグメントリングがＲＣセグメント等で形成されている場合、セグメントリングとトンネルの隙間を埋める詰め物を充填するためのセグメントの注入孔に支持部材を取り付けることで風車を簡単且つ堅固に固定できる。

本発明による風力発電装置は、トンネル内を通り抜ける風によって風車を回転させて発電機で発電することができる。また、トンネルの内部にセグメントリングを配設することで円形を保持して風車を防護できるため、廃トンネルの一部が崩落したとしても風車を損傷したり回転の邪魔になったりすることはない。
しかも、風車は支持部材を介してセグメントリングに固定しているため強固に固定できる。また、廃トンネルであるため風車によってトンネル内部を塞いでも支障はない。

本発明の実施形態によるトンネルの内面にセグメントリングを設置した軸直交断面図である。 セグメントリングの内部に風車を設置した軸方向断面図である。 図２に示す風車のＡ－Ａ線断面図である。 図２に示す風車のＢ－Ｂ線断面図である。 （ａ）はセグメントの斜視図、（ｂ）は同図（ａ）のＣ－Ｃ線方向における注入孔にピン軸を装着した支持鋼材の取り付け部の水平断面図、（ｃ）は同図（ｂ）に示す支持鋼材の取り付け部を９０度異なる方向から見た側断面図である。

以下、本発明の実施形態による風力発電装置１について添付図面により説明する。
図１は本発明の実施形態による風力発電装置１を設置するためのトンネル２の断面図である。このトンネル２は使用されていない廃トンネルである。通常、トンネル２の内面は真円に形成されておらず、上部及び両側部の壁面３が略円形に形成され、底壁４は壁面３よりも半径が大きい弧状に形成された略おにぎり型である。
そのため、図１及び図２に示すトンネル２内における風力発電装置１の設置領域では、底壁４とその下側の岩盤を削岩機等で斫って掘削する。そして、掘削した底部５に注入剤６を充填して、底部５が壁面３を延長させた円形になるよう形成する。

次に、トンネル２の壁面３及び底部５の内側にセグメント８を施工してセグメントリング９を形成する。セグメントリング９は例えば４枚のセグメント８を連結してリング状に形成され、しかもトンネル２の軸線方向に２列に亘って形成する。この部分が風力発電装置１の設置領域となる。２列のセグメントリング９は千鳥組に形成することが好ましいが、いも継ぎでもよい。セグメント８は例えばＲＣセグメントであるが、鋼製セグメント等でもよい。
図５（ａ）に示すように、セグメント８の中央には内外を貫通する注入孔８ａが形成されている。セグメントリング９とトンネル２の壁面３及び底部５との隙間に各注入孔８ａを通してコンクリートやモルタル等の詰め物を充填している。

次にセグメントリング９内に設置される風力発電装置１について説明する。
風力発電装置１の風車１０はセグメントリング９内に設置されていて、例えば３枚のブレード１１と、ブレード１１を回転可能に支持するナセル１２とが設けられている。ナセル１２の内部には、ブレード１１の回転によって発電する発電機１３が設置されている。図３及び図４に示すように、ナセル１２はセグメントリング９の中心軸付近に設置されているものとし、ナセル１２は複数、例えば４本の支持鋼材１４によってセグメントリング９の各セグメント８に支持されている。図３及び図４において、ナセル１２は４本の支持鋼材１４のうち下側の２本の支持鋼材１４で受け止め、上側の２本の支持鋼材１４で吊り下げ固定している。しかも、各支持鋼材１４はナセル１２の前方側と後方側とにそれぞれ４本連結されている。

次に支持鋼材１４の連結構造の一例を図５により説明する。
図５（ａ）、（ｂ）において、セグメント８の中央に設けた注入孔８ａに雌ねじ部８ｂが形成され、これにピン軸１６の雄ねじ部１６ａが螺合されている。支持鋼材１４の一端には凹溝１４ａが形成され、この凹溝１４ａ内にピン軸１６の頭部を嵌合させた状態で、ボルト１７を支持鋼材１４の凹溝１４ａを有する一端及びピン軸１６の頭部にそれぞれ形成されたねじ孔に貫通させてナット１８で締め込み固定する。
支持鋼材１４の他端はナセル１２に溶接等で固定されているが、一端と同様にナセル１２に螺合させたピン軸１６を凹溝１４ａに嵌合させてボルト１７とナット１８で固定してもよい。

この構造によって、風車１０のナセル１２を取り付ける際、ピン軸１６に対する支持鋼材１４の角度を調整可能としている(図５（ｃ）参照)。これにより、ナセル１２のブレード１１側(前部側という)で４本の支持鋼材１４を略９０度間隔でセグメントリング９に固定し、ナセル１２の後部側でも４本の支持鋼材１４を略９０度間隔でセグメントリング９に固定することができる(図３、図４参照)。なお、ナセル１２の保持強度を確保するために後部側の支持鋼材１４を傾斜させて配設してもよい。
なお、セグメント８として、ＲＣセグメントに代えて鋼製セグメントを採用した場合には支持鋼材１４の一端側をセグメント８の内周面に溶接等で固定してもよい。

本実施形態によるトンネル２内の風力発電装置１は上述した構成を有しており、次にその使用方法を説明する。
トンネル２内には両端の開口の温度差により、或いは海岸からの潮風や自然の風等により、トンネル２内を風が吹き抜ける。トンネル２内を通る風により風力発電装置１の風車１０のブレード１１が回転し、この回転を受けてナセル１２内の発電機１３で発電する。発電機１３で発電された電力は例えばトンネル２内の照明や装置用電源等に用いられる。トンネル２内は比較的低温で温度管理が容易であるため、トンネル２内をワインの貯蔵庫やチーズやハム等の食品やその他の貯蔵物等の熟成庫や貯蔵庫、資材置き場等として使用する場合に外部電源を引き込む必要等がなく、トンネル２内を通る風を有効利用できる。

なお、セグメントリング９の構築や風車１０の設置に際し、現地のトンネル２の内面の寸法に合わせてその都度設計するのでなく、標準品として例えば内径３ｍ、３．５ｍ、４ｍ、４．５ｍといったセグメントリング９を構築するＲＣセグメント等のセグメント８、風車１０等をそろえておくとよい。これらの場合、トンネル２とセグメントリング９との間に隙間が生じても、注入孔８ａを通して詰め物等で埋めることで風力発電装置１を保護できる。或いは、隙間を詰め物で埋めることなく、空間として残しておいてもよい。

上述のように、本実施形態によるトンネル２内の風力発電装置１によれば、トンネル２内に風力発電装置１を設置することで吹き抜ける風を利用してトンネル２内の照明やその他の電源等に利用できる。そのため、外部電源を引き込む必要がなく廃トンネル内を各種の貯蔵庫や資材置き場等として有効利用できる。しかも、従来の風力発電装置よりも大きな電力を得ることができる。

また、トンネル２の内部にセグメントリング９を配設することで円形を保持して風車１０を防護できるため、廃トンネルの一部が崩落したとしても風車１０の回転の邪魔になることはない。しかも、廃トンネルであるため風車によってトンネル２内部を塞いでも支障はない。
セグメントリング９がＲＣセグメント等で形成されている場合、セグメントリング９とトンネル２の隙間を埋める詰め物を充填するためのセグメント８の注入孔８ａにピン軸１６を介して支持鋼材１４を取り付けることで風車１０を簡単且つ堅固に固定できる。
また、風力発電装置１はナセル１２を支持鋼材１４によってセグメントリング９に連結したため強固に固定できる。

以上、本発明の実施形態による風力発電装置１について詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜の変更や置換等が可能であり、これらはいずれも本発明に含まれる。以下に、本発明の変形例等について説明するが、上述の実施形態と同一または同様な部分、部材には同一の符号を用いて説明を省略する。

例えば、上述した実施形態による風力発電装置１では、風車１０のナセル１２を各４本２組の支持鋼材１４で２列のセグメントリング９内に固定するようにしたが、ナセル１２を支持する支持鋼材１４の本数や組数は適宜選定できる。本発明において、支持鋼材１４は支持部材に含まれる。また、発電機１３はナセル１２内に設置したが、その外部のセグメントリング９内やトンネル２の外部等、適宜の位置に設置できる。
また、上述の実施形態では風車１０をセグメントリング９の中心軸付近に設置したが、ナセル１２を支持する支持鋼材１４の長さを調節することで風車１０の設置位置や高さを風力の最も強い位置に適宜調整できる。
また、風力発電装置１を設置するセグメントリング９は２列に限らず適宜列数に設定できる。

１ 風力発電装置
２ トンネル
３ 壁面
４ 底壁
５ 底部
８ セグメント
８ａ 注入孔
９ セグメントリング
１０ 風車
１１ ブレード
１２ ナセル
１３ 発電機
１４ 支持鋼材

Claims (3)

1. トンネル内に設置されたセグメントリングと、
   前記セグメントリング内で支持部材を介して支持された風車と、
   前記風車の回転に基づいて発電する発電機と、
   を備え、
   前記風車は、ブレードを回転可能に支持するナセルを備え、
   前記ナセルは、前記支持部材によって前記セグメントリングに連結されており、
   前記支持部材は、前記セグメントリングに連結される端部において、前記セグメントリングのセグメントに対する角度が調整可能である、
   ことを特徴とする風力発電装置。
2. 前記支持部材は前記セグメントリングのセグメントに形成された注入孔に取り付けられている請求項１に記載された風力発電装置。
3. 前記支持部材は、前記注入孔に装着されるピン軸と、
   前記ピン軸に対する角度が調整可能な支持鋼材と、
   を備える請求項２記載の風力発電装置。

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