(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを排気する煙突のガス排気経路中に設置され、前記ガス排気に起因する風を受けることにより発電を行う煙突設置型発電装置であって、
前記ガス排気方向に直交する断面が略円形である中空貫通部の周囲近傍に発電用コイルが複数配置されたステータと、
前記ガス排気方向に直交する断面が外周円と内周円とを有して略同心円を呈する中空円環状とされてその外周円近傍に発電用磁石が複数配置され、前記ステータの中空貫通部内に配置されると共に前記ガス排気方向に沿った方向を回転中心として回転するロータと、  前記ガス排気方向における該ロータの下流位置に前記ガス排気経路外からの外気を案内する外気案内路と、を有し、
前記ロータは、前記外周円から前記内周円にかけて、前記ガス排気に起因する風力を前記ロータの回転力に変換する複数の羽根部材を有すると共に、前記ガス排気方向における上流側と下流側とで各々上流側ロータ部と下流側ロータ部との２つの部材に分割構成されて相互に前記回転方向に沿って相対回転可能とされており、
前記羽根部材は、
前記ロータの前記外周円近傍において前記上流側ロータ部及び前記下流側ロータ部に各々連結されており、かつ、前記上流側ロータ部と前記下流側ロータ部とを相互に相対回転させることにより前記ガス排気に起因する風を受ける翼面の前記ガス排気方向に対する配置角度が可変とされている煙突設置型発電装置。
【請求項２】
前記ロータの外周円近傍に、前記発電用コイル又は前記発電用磁石の少なくともいずれか一方を空冷するための複数の冷却フィンが配置されている請求項１に記載の煙突設置型発電装置。
【請求項３】
前記煙突の先端部に取り付けるための取付け構造を更に有する煙突設置型発電装置であって、
前記取付け構造が、
前記ステータに対して下方に延びるように接続されて、その断面を徐々に拡大させることによって前記煙突の先端部を覆う筒状のスカート部材と、
該スカート部材の外周に巻き付けられ、実質的に前記煙突の先端部よりも下方位置において締め付けられることにより前記スカート部材を変形させて該スカート部材を前記先端部に固定するバンド部材と、を有して構成される請求項１又は２に記載の煙突設置型発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、煙突設置型発電装置に係り、特に煙突外部の外気を導入することにより効率的に発電を行うことのできる煙突設置型発電装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化や環境問題への取り組みが重要視され、省エネルギー化技術への期待度が年々増している。その環境問題等への取り組みとして、新エネルギーや未利用エネルギーの有効利用に注目が集まっており、従来型の石油エネルギーに代替するものとして大きな期待が寄せられている。
【０００３】
例えば、資源エネルギー庁のホームページによれば、風力を利用して発電する風力発電は新エネルギーの１つとして分類されており、ＣＯ２を排出しないクリーンなエネルギーとして今後の活用に期待されている。また、工場排熱や下水排熱等の今まで利用されなかったエネルギーの総称として未利用エネルギーが定義され、これらについても今後の有効活用が期待されている。
【０００４】
このような新エネルギーや未利用エネルギーを活用するための技術として既に種々の提案がされており、例えば、煙突から排出される廃熱・その他の熱並びに風力を利用する発電装置も提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。この提案によれば、廃熱発生源と煙突とを接続する移送管の管路途中に廃熱及びそれに起因する風力を利用して発電する風力発電装置を設置し、未利用エネルギーの有効活用を図っている。
【０００５】
特許文献１に開示のものによれば、天然現象である風のみに依存する方式から脱却し、風力状況・設置場所・時間的・季節的要因との関係を無くして必要電力を効果的に発電することができるとされている。すなわち、廃熱発生源や廃ガス燃焼装置により発生した廃熱やその廃熱に起因する上昇空気流に基づく風力を有効利用して、安定的に風力発電を行うことを目的とするものと解される。
【０００６】
廃熱やそれに基づく風力を利用して電力を発生させるという観点から、未利用エネルギーや新エネルギーの有効利用に合致するものであり、環境問題等への取り組みの一手段として有益な提案と考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−９０２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に開示のものは、効率のよい風力発電を行うことが難しく、しかも管路の構造が複雑なものとなっている。すなわち、特許文献１においては、空気羽根の先端部分に集中して上昇空気が当たるようにするため、廃ガスの管路を発電機の上流側で分岐させており、構造が複雑でコストも高いものとなっている。しかも、管路を途中で屈曲させて分岐させる必要があるため、上昇空気と管路内壁との接触圧が増大してしまい、結果的に廃ガスの圧力損失を招くこととなる。廃ガスの圧力損失が大きくなると、上昇空気の空気流速や流量が減少し、ひいては風力発電の効率低下に繋がってしまう。
【０００９】
一方、管路を分岐させない構造を選択した場合は、上昇空気が管路の中央近傍を通過することとなるが、その場合には、管路中央近傍に配置されるハブやシャフト、発電機等が空気流の障害物となり、結果的に廃ガスの圧力損失を招いて風力発電の効率低下に繋がってしまう。
【００１０】
本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、煙突からのガス排気を利用して風力発電を行う煙突設置型発電装置であって、構造を複雑にすることなくガス排気の圧力損失（排気抵抗）の増大を予防し、また、煙突外部の外気を利用することにより高い発電効率で環境適性に優れた風力発電を行うことのできる煙突設置型発電装置を提供することを例示的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明の例示的側面としての煙突設置型発電装置は、ガスを排気する煙突のガス排気経路中に設置され、ガス排気に起因する風を受けることにより発電を行う煙突設置型発電装置であって、ガス排気方向に直交する断面が略円形である中空貫通部の周囲近傍に発電用コイルが複数配置されたステータと、ガス排気方向に直交する断面が外周円と内周円とを有して略同心円を呈する中空円環状とされてその外周円近傍に発電用磁石が複数配置され、ステータの中空貫通部内に配置されると共にガス排気方向に沿った方向を回転中心として回転するロータと、ガス排気方向におけるロータの下流位置にガス排気経路外からの外気を案内する外気案内路と、を有し、ロータは、外周円から内周円にかけて、ガス排気に起因する風力をロータの回転力に変換する複数の羽根部材を有すると共に、内周円の回転中心側においてガス排気を実質的に妨げないように構成されている。
【００１２】
煙突から排気されるガスによる風力を利用して発電を行うので、従来利用されることのなかった未利用エネルギーを有効活用することができ、環境適性に優れ、省エネルギーに寄与することができる。その風力発電はステータに配置された発電用コイルとロータに配置された発電用磁石の作用によって行われるが、ステータの中空貫通部内にロータが配置されて、そのロータがガス排気によって回転するようになっているので、ステータの外側（外周側）にロータが配置されているタイプに比較してロータの慣性モーメントを小さく構成することができる。したがって、回転開始の初動力を小さくすることができ、風力が小さい場合でも効率的に発電を行うことができる。ロータの慣性モーメントが小さいので、風力変化に対するロータ回転の応答性（追従性）を高めることもできる。
【００１３】
そのロータが内周円の回転中心側においてガス排気を実質的に妨げないように構成されているので、ロータの回転中心近傍におけるガス排気を円滑に行うことができる。したがって、ロータ回転中心近傍におけるガス排気の圧力損失やドラフト阻害抵抗（ドラフト（上昇気流）の阻害要因となる空気抵抗。）を殆ど生じることなく、効率的な風力発電を行うことができる。回転中心近傍に発電機やハブ等の部材が配置されていないので、それらを避けるために排気管路を分岐したりする必要がなく、煙突内の構造を複雑にしないで済む。
【００１４】
なお、内周円の回転中心側においてガス排気を実質的に妨げない、とは、内周円の回転中心側に、ガス排気を阻害するような部材が配置されていないことを意味し、例えば、内周円の回転中心側が中空とされてロータがリング状である場合を含む。
【００１５】
なお、ロータは、外周円から内周円にかけて複数の羽根部材を有しており、この羽根部材がガス排気に起因する風力を受けてロータを回転させる。複数の羽根部材で効率的に風力をロータ回転力に変換するので、効率の高い発電を行うことができる。
【００１６】
また、外気案内路は、ガス排気経路外からの外気をロータの下流位置に案内している。ガス排気経路とは、煙突内部の空間とその延長線上を含んで概念され、煙突の延長方向（一般には鉛直方向。）に沿って上昇するガスが流動する経路である。すなわち、ガス排気経路外からの外気とは、例えば、煙突の外側に存在する空気である。
【００１７】
つまり、外気案内路は、煙突の外側の空気をガス排気経路内へと案内し、ロータの下流位置（煙突内部はもちろん、煙突先端部（排気口）より下流部分（上方部分）であって、煙突内部の延長線上の位置を含む。）へと送出する。ガス排気経路内へと案内されたこの外気は、ロータ下流におけるガス排気を促進する。特に、その外気がガス排気経路内に案内された時点で、ガス排気方向の速度成分を有しており、かつその速度成分がガス排気の流速よりも高い流速である場合には、ロータ下流における減圧効果を生じ、ガス排気を加速させる効果を奏する。したがって、一層円滑にガス排気が行われるので、ガス排気に伴うドラフト阻害抵抗の発生を効果的に予防することができ、より高い発電効率での風力発電が可能となる。
【００１８】
外気案内路が、実質的にステータの外側において全周開口された外気導入口と、実質的にステータの内側におけるロータの下流位置に全周開口された外気導出口と、外気導入口から導入された外気を偏向させつつ外気導出口へ案内する外気通路と、を有して構成されていてもよい。
【００１９】
全周開口された外気導入口から外気を導入し、外気通路によって偏向させつつ外気導出口へと外気を案内し、全周開口された外気導出口からガス排気経路内へと外気を案内するので、より多くの外気を効率的にガス排気経路内へと案内することができる。それにより、ガス排気の円滑性向上、ドラフト阻害抵抗の効果的な予防をより一層確実なものとすることができる。
【００２０】
また、外気通路によって外気を徐々に偏向させつつ外気導出口へと案内するので、ガス排気経路外からガス排気経路内への外気の案内をスムーズに行うことができ、外気案内中での圧力損失等の発生を低減することができる。
【００２１】
外気導出口の開口面積が、実質的に外気導入口の開口面積よりも小さく形成されていてもよい。
【００２２】
外気導出口の開口面積が、実質的に外気導入口の開口面積よりも小さく形成されているので、外気導入時よりも外気導出時の外気の流速を容易に高速化することができる。したがって、ガス排気経路内へと案内される外気の流速を（すなわち、そのガス排気方向の速度成分を）容易に高速化することができ、ガス排気を加速させる効果を高めることができる。
【００２３】
外気通路が、外気導入口から外気導出口にかけて徐々に狭くなるように構成されていてもよい。
【００２４】
外気通路が徐々に狭くなるように構成されているので、外気導入口から外気導出口に至るまでの間に、外気を容易に加速することができる。その際に、外気をスムーズに外気導出口まで案内することができ、結果的にガス排気経路内へと案内される外気の高速化に寄与することができる。
【００２５】
外気案内路が、下方位置におけるガス排気方向に直交する断面が上方位置における断面よりも大きく形成された略漏斗形状の外側フード部材と、下方位置におけるガス排気方向に直交する断面が上方位置における断面よりも大きく形成されると共に外側フード部材の内側に離間して対向配置された略漏斗形状の内側フード部材と、の間隙によって構成されていてもよい。
【００２６】
互いに離間して配置された略漏斗形状の２つのフード部材（外側フード部材及び内側フード部材）同士の間隙によって外気案内路が構成されるので、簡単な構造によって外気のガス排気経路内への案内を実現することができる。外気案内用の配管を多数引き回す必要もなく、２つの部材によって多量の外気を導入することができるので、低コストで高効率名風力発電を実現することができる。
【００２７】
ロータが、磁気軸受けによってステータに対して浮上保持されるように構成されていてもよい。
【００２８】
ロータが磁気軸受けによってステータに対して浮上保持されているので、例えば、転がり軸受け等の接触式の軸受けを用いる場合に比較して、ロータ回転における摩擦抵抗を著しく低減することができる。したがって、発電効率の向上にも寄与することができ、また、発電装置の寿命向上、メンテナンス頻度の低減にも貢献する。
【００２９】
磁気軸受けを構成する軸受け用磁石が、ロータとステータとに互いに対向するように配置されていてもよい。
【００３０】
軸受け用磁石が、ロータとステータとに互いに対向するように配置されているので、軸受け用磁石の配置位置をロータの外周円近傍（すなわち、ステータの中空貫通部外縁近傍。）とすることができる。発電用磁石の配置位置と近い位置に軸受け用磁石を配置することができるので、磁石のメンテナンス（例えば、磁石の冷却や磁石に堆積した塵埃の除去。）作業を一度に簡便に行うことができる。
【００３１】
ロータの外周円近傍に、発電用コイル又は発電用磁石の少なくともいずれか一方を空冷するための複数の冷却フィンが配置されていてもよい。
【００３２】
ロータの外周円近傍に冷却フィンが複数配置されているので、冷却フィンの近くに配置された発電用コイルや発電用磁石を効率的に空冷することができ、発電効率の向上や熱負荷軽減、それに起因する故障防止に寄与することができる。なお、冷却フィンが、軸受け用磁石を空冷するように構成されていてももちろんよい。
【００３３】
羽根部材は、カーボン材料により構成されていてもよい。
【００３４】
羽根部材が、軽量かつ高剛性のカーボン材料により構成されているので、ガス排気による腐食の防止、高温ガスに対する耐熱性の確保、軽量化に起因する発電効率や応答性の向上（特に、初動力の低減。）に大きく貢献する。なお、羽根部材にカーボンコンポジット材料を適用することも好ましいが、特にオートクレーブカーボン材料を用いることがより好ましい。ここで、オートクレーブカーボン材料とは、カーボン繊維布を積層してオートクレーブ成形機内で高圧縮成形した成形材料であって、特にカーボン繊維によって曲面形状を構成するのに適した材料である。
【００３５】
羽根部材は、ガス排気に起因する風を受ける翼面を有しており、翼面のガス排気方向に対する配置角度が可変であってもよい。
【００３６】
羽根部材の翼面のガス排気方向に対する配置角度が可変とされているので、例えば、以下のような２つの機能を発揮することができる。１つ目は、煙突におけるガス排気速度に応じて最適な配置角度を選択的に調整することを可能とする機能である。それにより、煙突ごとに配置角度の異なる別々の発電装置を準備することなく、汎用的に発電装置を様々な煙突に適用することが可能となる。
【００３７】
２つ目は、ブレーキ設備等によってロータの回転を停止させた後に、ロータの停止状態の維持を容易とする機能である。発電装置や煙突のメンテナンスの際に、ロータの回転を停止させることが必要となる場合がある。しかしながら、一般には煙突からのガス排気は昼夜を問わず常時連続的に行われているため、高速回転中の重量物であるロータの回転を停止させるためには、機械式及び／又は電気式（電磁式）のブレーキ設備等が必要となる。
【００３８】
一方、ブレーキ設備によって回転停止させた後にも煙突からのガス排気が継続しているため、ロータには常に回転方向のモーメントが加わってしまう。ロータの羽根部材の配置角度が固定的であれば、停止状態を維持するためにブレーキ設備による停止保持を行わなければならない。例えば、ロータとステータとを何らかの係合部材や摩擦部材によってロックしたり、逆起電力を付加し続けて停止状態を維持する必要がある。
【００３９】
しかも、回ろうとするロータを停止保持力によって強制的に停止維持させるので、常に回転方向への負荷がかかった状態となり、設備各部への負担が大きい。万一停止保持のための係合部材や摩擦部材が破損したり、逆起電力が停止した場合には突然ロータが回転開始することとなり、メンテナンス作業員への危険を招く可能性がある。
【００４０】
しかしながら、本発明によれば、羽根部材の翼面のガス排気方向に対する配置角度が可変とされているので、ガス排気による回転モーメントを殆ど受けない角度（すなわちガス排気と翼面とを略平行とする配置角度。）に翼面を設定することが可能である。それにより、回転停止後に停止保持をする必要なく、ロータが「回転しない」ように翼面角度を設定することができる。簡単かつ低コストの構造で、各部品への不要な負荷を防止して、ガス排気中におけるロータの停止維持を実現することができる。ロータが突然回転開始する虞も少なく、メンテナンス作業のより高い安全確保も可能となる。
【００４１】
ロータは、ガス排気方向における上流側と下流側とで各々上流側ロータ部と下流側ロータ部との２つの部材に分割構成されて相互に回転方向に沿って相対回転可能とされており、かつ、羽根部材は、ロータの外周円近傍において上流側ロータ部及び下流側ロータ部に各々連結されており、上流側ロータ部と下流側ロータ部とを相互に相対回転させることにより翼面のガス排気方向に対する配置角度を可変とする構成であってもよい。
【００４２】
上流側ロータと下流側ロータとの相対回転（いわゆる、ねじれ回転。）により、複数の羽根部材の配置角度を一斉にかつ簡便に変化させることができる。
【００４３】
発電用コイル近傍における塵埃の堆積状態を監視する監視手段を更に有してもよい。
【００４４】
発電用コイル近傍における塵埃の堆積状態を監視する監視手段を有しているので、塵埃堆積による発電効率の低下や故障を防止することができ、発電装置の信頼性向上に寄与することができる。監視手段としては、例えば、発電用コイル近傍を撮像する撮像装置（ＣＣＤカメラ等。）や、発電用コイル近傍における塵埃堆積量を検出するセンサー（例えば、塵埃堆積により遮光されるように配置された投受光センサー。）等を概念することができる。もちろん、この監視手段が、発電用コイル近傍における塵埃の堆積状態のみならず、発電用磁石近傍や軸受け用磁石近傍における塵埃堆積状態、これらや羽根部材の破損状態等を監視するものであってもよい。
【００４５】
発電用コイル近傍に堆積した塵埃を除去する塵埃除去手段を更に有してもよい。
【００４６】
堆積した塵埃を塵埃除去手段によって除去することができるので、塵埃が堆積することによって発電効率が低下した場合であっても、わざわざ作業員が塵埃除去のために高所作業を行う必要がない。なお塵埃除去手段としては、例えば、発電用コイル近傍に配置された高圧エアー噴射手段（空気圧縮機や高圧エアーボンベ等を含む。）、送風手段、洗浄液噴射手段等を含んで概念することができる。もちろん、発電用コイルのみならず、発電用磁石近傍や軸受け用磁石近傍に堆積した塵埃を除去するものであってもよい。
【００４７】
塵埃除去手段を、所定条件の下に自動的に動作させる塵埃除去制御手段を更に有してもよい。
【００４８】
塵埃除去制御手段を有していれば、塵埃の堆積状態を常に監視する必要なく、適宜適切なタイミングで塵埃の除去を行うことができ、発電効率の低下防止に寄与することができる。ここで「所定条件」とは、例えば、一定期間ごと（１か月ごと等）、一定稼動時間ごと（５００時間稼動ごと等）、ロータの一定回転数ごと（１０万回転ごと等）等の種々の条件を概念することができる。このような所定条件の成立を判断するために、例えば、塵埃除去制御手段は、タイマーや回転数計測手段を有していてもよい。
【００４９】
煙突の先端部に取り付けるための取付け構造を更に有する煙突設置型発電装置であって、取付け構造が、ステータに対して下方に延びるように接続されて、その断面を徐々に拡大させることによって煙突の先端部を覆う筒状のスカート部材と、スカート部材の外周に巻き付けられ、実質的に煙突の先端部よりも下方位置において締め付けられることによりスカート部材を変形させてスカート部材を先端部に固定するバンド部材と、を有して構成されていてもよい。
【００５０】
スカート部材の断面が下方に向けて徐々に拡大しているので、多種多様な径の煙突にこの発電装置を設置することができる。また、バンド部材をスカート部材の外側から巻き付けることによってスカート部材を変形させて発電装置を煙突に設置するので、確実強固な取り付けを実現することができ、高所における発電装置設置の安全性を確保することができる。
【００５１】
煙突の先端部に風力発電装置を取り付けるための発電装置取付け構造であって、風力発電装置のステータに対して下方に延びるように接続されて、その断面を徐々に拡大させることによって煙突の先端部を覆う筒状のスカート部材と、スカート部材の外周に巻き付けられ、実質的に煙突の先端部よりも下方位置において締め付けられることによりスカート部材を変形させてスカート部材を先端部に固定するバンド部材と、を有する。
【００５２】
スカート部材の断面が下方に向けて徐々に拡大しているので、多種多様な径の煙突にこの発電装置を設置することができる。また、バンド部材をスカート部材の外側から巻き付けることによってスカート部材を変形させて発電装置を煙突に設置するので、確実強固な取り付けを実現することができ、高所における発電装置設置の安全性を確保することができる。
【００５３】
本発明の更なる課題又はその他の特徴は、以下添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００５４】
本発明によれば、煙突からのガス排気による未利用エネルギーを利用することにより、環境適性に優れ、省エネルギーに寄与する風力発電を行うことができる。構造を複雑にすることなくガス排気の圧力損失（排気抵抗）の増大を予防し、また、煙突外部の外気を利用することにより高い発電効率での発電を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施の形態に係る風力発電装置を煙突の先端部近傍に配置した状態を示す煙突先端部近傍の外観斜視図である。
【図２】図１に示す風力発電装置の煙突先端部近傍における側方断面図である。
【図３】図２に示すステータの内部構造の概略を示す拡大断面図である。
【図４】図３に示すステータにおけるＣＣＤカメラ、エアパージノズルとコンプレッサー、制御バルブ、制御装置の接続状態を示すブロック図である。
【図５】図４に示す制御装置による塵埃除去制御手順を説明するフローチャートである。
【図６】図２に示すロータの外観斜視図である。
【図７】図１に示す風力発電装置の電気回路の概略構成を説明するための回路構成図である。
【図８】ブレードと外周円との連結状態を説明するための図であって、その連結部分を回転軸から放射方向に見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
以下、本発明の実施の形態に係る風力発電装置（煙突設置型発電装置）について、図面を用いて説明する。図１は、この風力発電装置（煙突設置型発電装置）Ｓを煙突Ｔの先端部近傍に設置した状態を示す煙突Ｔ近傍の外観斜視図であり、図２は、その側方断面図である。
【００５７】
煙突Ｔは、例えば本実施の形態においては、廃棄物焼却設備（不図示）に併設される煙突であって、廃棄物焼却設備からの焼却ガスＧを排出するためのものである。この煙突Ｔには図示しないブロワが設置されており、そのブロワによって、焼却ガスＧが煙突Ｔから排出されるようになっている。
【００５８】
その煙突Ｔは、断面が大略円環状の中空円筒形状を呈しており、その中空内部がガス排気経路を構成する。廃棄物焼却設備からの焼却ガスＧは、煙突Ｔ内のガス排気経路を通過しながら上昇し、煙突Ｔ先端部（排気口）から上方の大気へ排出される。本実施の形態においては風力発電装置Ｓは、煙突Ｔ先端部に設置されるようになっているが、もちろん煙突Ｔの途中部分に設置されていても構わない。
【００５９】
なおブロワの必要電動機容量は、ガス排出のための必要風量に基づき設計されるが、その必要風量は廃棄物焼却設備の焼却容量、煙突の径等、様々なファクターに基づいて算出される。例えば、それらのファクターにより算出された必要電動機容量の設計値が８０ｋＷであったとしても、選択可能な直近上位機種が９０ｋＷであった場合には、１０ｋＷの容量分が剰余してしまう。そして従来は、その剰余容量としての１０ｋＷを有効利用することができず、エネルギーとして廃棄せざるを得なかった。本発明に係る風力発電装置Ｓは、この剰余分の１０ｋＷの容量に相当するエネルギーを、風力発電の動力源として利用するものである。
【００６０】
風力発電装置Ｓは、フード２、ステータ４、ロータ６及び取付け構造８を有して大略構成される。フード２は、煙突Ｔ外部（すなわち、ガス排気経路外。）からの外気Ａをガス排気経路内へ案内するための外気案内路１０を構成するための構成部材であって、略漏斗形状の外側フード部材２ａと略漏斗形状の内側フード部材２ｂとを有して大略構成される。
【００６１】
外側フード部材２ａと内側フード部材２ｂとは、図２に示すように、相互に離間して対向配置されている。そして、内側フード部材２ｂは、外側フード部材２ａの内側に配置されている。両フード部材２ａ，２ｂは、共にガス排気方向に直交する断面が円形断面であり、かつ上方に向かうに従い徐々に径が小さくなるように絞り形状とされた略漏斗形状を呈している。
【００６２】
外側フード部材２ａと内側フード部材２ｂとの間隙が外気案内路１０を構成しており、その外気案内路１０において径が最も大きくされた方の端部であって実質的にステータ４の外側に位置する端部が外気導入口１０ａであり、径が最も小さくされた方の端部であって実質的にステータ４の内側におけるロータ６の下流に位置する端部が外気導出口１０ｂである。
【００６３】
その外気導入口１０ａは、フード２の全周に亘って開口形成されており、ガス排気経路の外側に位置し、煙突Ｔ外部の外気Ａを導入する。外気導出口１０ｂは、フード２の全周に亘って開口形成されており、ガス排気経路内であってロータ６の下流に位置し、外気Ａをガス排気経路内へと導出する。そして、外気導入口１０ａから外気導出口１０ｂへと至る通路が外気通路１０ｃであって、これら外気導入口１０ａ、外気導出口１０ｂ及び外気通路１０ｃを有して外気案内路１０が構成される。
【００６４】
両フード部材２ａ，２ｂの間隙は、煙突Ｔ外部では間隔が広く煙突Ｔ内側となるに従って狭くなっており、それに起因して外気通路１０ｃも煙突Ｔ外部から煙突Ｔ内側にかけて徐々にその通路面積が狭まっている。その結果、外気導入口１０ａの開口面積よりも外気導出口１０ｂの開口面積の方が小さくなっている。
【００６５】
そして、外気通路１０ｃは、ガス排気方向に略直交する方向に沿って導入した外気Ａをガス排気方向に略平行な方向に沿って導出するように形成されており、外気導入口１０ａから外気導出口１０ｂにかけて、外気Ａを徐々に偏向させつつ案内している。したがって、外気Ａは、煙突Ｔ外部で導入し易くなっており、多量の外気Ａが外気導入口１０ａから導入される。そして、殆ど通過抵抗や圧力損失の影響を受けることなくスムーズに外気導出口１０ｂへと案内され、外気導出口１０ｂからガス排気方向の速度成分を持って導出される。
【００６６】
外気通路１０ｃの通路面積が徐々に狭まるに従って外気Ａが加速され、外気導出口１０ｂから導出されるときには、ガス排気方向に高い流速を持つ外気流として導出される。その外気流のガス排気方向における流速がガス排気速度よりも高速である場合には、外気流がガス排気を効果的に加速させることとなり、結果的に発電効率の向上に寄与することとなる。
【００６７】
ステータ４は、ガス排気方向に直交する断面が略円形とされた部材であり、中空貫通部４ａを有して全体として円環形状を呈している。その中空貫通部４ａの周囲近傍に多数の発電用コイル１２が配置され、各発電用コイル１２は、相互に連結されて図示しない蓄電池又は送電線に接続されている。図３は、このステータ４の内部構造の概略を示す拡大断面図である。
【００６８】
図３に示すように、ステータ４は略断面コ字状とされており、その凹部４ｂを煙突Ｔの内側に向けている。その凹部４ｂ内に、発電用コイル１２、軸受け用磁石１４が配置されている。発電用コイル１２は、後述するロータ６の発電用磁石１６と対向するように配置されている。そして発電用コイル１２と発電用磁石１６とは、電磁誘導作用により効率的に発電すべく所定の間隔だけ離間している。
【００６９】
軸受け用磁石１４は、ロータ６をステータ４から浮上保持するための磁気軸受けを構成するための磁石である。ステータ４側とロータ６側とに各々対向するように上下位置に配置され、対向する磁石同士が同極で反発し合うようになっていて、その反発力によってロータ６が浮上される。
【００７０】
ステータ４の凹部４ｂ内には、更にＣＣＤカメラ（監視手段）２０及びエアパージノズル（塵埃除去手段）２２も配置されている。このＣＣＤカメラ２０は、発電用コイル１２近傍における塵埃の堆積状態を監視するためのものである。ＣＣＤカメラ２０は、発電用コイル１２近傍を撮影範囲に含み、その撮影画像を例えば図示しない管理室に設置されたモニター画面に表示する。管理室内の管理人がモニター画面を視認することにより、遠隔的に発電用コイル１２近傍における塵埃堆積状態を確認することができるので、わざわざ塵埃の堆積状態確認のために高所作業を行う必要がない。もちろん、ＣＣＤカメラ２０は、発電用コイル１２近傍監視用のみならず、磁石１４，１６近傍監視用やロータ６のブレード（羽根部材）２４近傍監視用等、複数配置されていてもよい。
【００７１】
なお、ＣＣＤカメラ２０としては、防雨型の高感度高画質カメラを使用することが望ましく、例えば、「防雨型ＶＦレンズ搭載３８万画素高画質小型カメラ『ＹＶＦ−４０９０ＷＰ（ソニー株式会社製）』」を適用することが可能である。これによれば、画素数：３８万画素、最低照度：０．５Ｌｕｘ、Ｓ／Ｎ比：４６ｄＢ以上と高感度かつ高画質であり、更に防塵性能、防水性能に優れるので、この風力発電装置Ｓに対して好ましく適用することができる。
【００７２】
エアパージノズル２２は、発電用コイル１２近傍に堆積した塵埃を除去するためのものであり、そのノズル先端から高圧エアーを噴射することができるようになっている。その高圧エアーにより、堆積した塵埃を飛散させて除去し、塵埃堆積により低下した発電効率を回復させる。このエアパージノズル２２についてもＣＣＤカメラ２０同様に、発電用コイル１２近傍のみならず、磁石１４，１６近傍に堆積した塵埃を除去するノズルが別途配置されていてもよい。また、ステータ４の全周に亘って配置された複数の発電用コイル１２における堆積塵埃を効率よく除去できるように、エアパージノズル２２は、ステータ４の凹部４ｂ内に、その周囲に亘って適切な間隔で複数配置されている。それら複数のエアパージノズル２２と格納ケース２１内に設置されたベビコン（塵埃除去手段）２２ａとは各々配管２３で接続されベビコン２２ａからの圧縮エアーが各エアパージノズル２２から噴射されるようになっている。なお、ベビコン２２ａとは、所謂ベビーコンプレッサー（小型空気圧縮機）の略称である。
【００７３】
なお、このエアパージノズル２２による塵埃除去動作は、図４に示すように、制御装置（塵埃除去制御手段）２６によって制御されるようになっていてもよい。図４は、このＣＣＤカメラ２０、エアパージノズル２２、ベビコン２２ａ、制御バルブ２２ｂ、制御装置２６の接続状態を示すブロック図である。
【００７４】
エアパージノズル２２とベビコン２２ａとを接続する配管２３の途中には制御バルブ２２ｂが設けられており、この制御バルブ２２ｂは通常時閉鎖状態である。制御バルブ２２ｂは制御装置２６と接続されており、制御装置２６からの制御信号に基づき、自動的にバルブ開放することができるように構成されている。
【００７５】
また、制御装置２６は、内部に画像処理手段を有しており、ＣＣＤカメラ２０からの画像信号に基づき、発電用コイル１２近傍に所定量以上の塵埃堆積があるか否かの判定を行うことができるように構成されている。
【００７６】
ＣＣＤカメラ２０からの発電用コイル１２近傍の画像信号が制御装置２６に入力されるようになっている。そして、制御装置２６において、発電用コイル１２近傍に所定量以上の塵埃堆積があると判断されると、制御装置２６は、ベビコン２２ａとエアパージノズル２２とを接続する管路途中の制御バルブ２２ｂを一定時間開放する。そして、エアパージノズル２２から一定時間高圧エアーが噴射され、堆積した塵埃が除去されるようになっている。
【００７７】
なお、上記のような制御装置２６による塵埃除去制御手順について、図５のフローチャートに示した。また、制御装置２６は、必ずしもＣＣＤカメラ２０からの撮影画像に基づき塵埃堆積量を判定する必要はなく、例えば、タイマー（計時手段）２６ａによって前回の塵埃除去からの経過時間を計測し、例えば１か月ごとに制御バルブ２２ｂを自動的に開放制御して塵埃除去動作を行うものであってもよい。
【００７８】
また、タイマー２６ａは、前回の塵埃除去からの経過時間を計測するのでなく、前回の塵埃除去からの風力発電装置Ｓの稼働時間を計測し、例えば５００時間の稼動ごとに自動的に制御バルブ２２ｂを開放制御して塵埃除去動作を行うものであってもよい。その他、ロータ回転数計測手段２６ｂによって前回の塵埃除去からのロータ回転数を計測し、ロータ回転数１０万回転ごとに制御バルブ２２ｂを自動的に開放制御して塵埃除去動作を行うものであってもよい。
【００７９】
また、制御装置２６が図示しない記憶手段を有しており、その記憶手段内にカレンダー情報とスケジュール設定プログラムとが格納されていれば、カレンダーに基づき塵埃除去動作のスケジュールを予めプログラミングしておいた上で、そのプログラム設定に従って自動的に塵埃除去動作（エアパージノズル２２からの高圧エアー噴射。）が行われるように構成することができる。
【００８０】
例えば、春から夏の間（３月頃〜８月頃）は月曜日と木曜日の毎週２回の頻度で塵埃除去動作を自動実行させ、秋から冬の間（９月頃〜２月頃）は、水曜日のみ毎週１回の頻度で塵埃除去動作を自動実行させるように設定することができる。また、スケジュール設定が時刻単位で行うことができるのであれば、例えば、日中（午前６時〜午後６時まで）は、３時間ごとに塵埃除去動作を自動実行させ、夜間（午後６時〜午前６時まで）は、６時間ごとに塵埃除去動作を自動実行させるように設定することもできる。
【００８１】
もちろん、この風力発電装置Ｓが、例えば、管理室内に配置された図示しない手動塵埃除去ボタンを有していれば、その手動ボタンを管理人等が押圧することにより手動で塵埃除去動作を実行させることも可能となる。ＣＣＤカメラ２０による撮影画像（監視画像）を視認し、その塵埃堆積状態を確認した上で、適宜のタイミングで手動塵埃除去動作を実行することができるので、便利である。もちろん、制御装置２６を利用した自動塵埃除去制御と手動塵埃除去操作とを併用してもよいが、手動ボタンの配置により制御装置２６を廃止することもでき、一層のコスト低減に寄与することができる。
【００８２】
ロータ６は、ガス排気方向に直交する断面が外周円６ａと内周円６ｂとを有して略同心円を呈する中空円環状部材である。図６に、ロータ６の外観斜視図を示す。外周円６ａ近傍には多数の発電用磁石１６が配置されており、回転により発電用磁石１６と発電用コイル１２との電磁誘導作用を発生させて発電を行う。
【００８３】
ロータ６は、ステータ４の中空貫通部４ａ内に配置され、その外周円６ａ近傍に配置された軸受け用磁石１４とステータ４側に配置された軸受け用磁石１４との反発作用によりステータ４から浮上している。その浮上状態でガス排気に起因する風力をブレード２４に受け、煙突Ｔの中心軸（ガス排気方向に一致する。）と実質的に同一の回転軸Ｘを回転中心として軸受けによる摩擦抵抗の影響を殆ど受けることなくスムーズに回転する。
【００８４】
ロータ６は、外周円６ａ近傍に多数の冷却フィン２８を有している。この冷却フィンは、発電用コイル１２、発電用磁石１６、軸受け用磁石１４等を空冷するためのもので、図３に示すように、周囲の空気を巻き込んで発電用コイル１２や磁石１４，１６近傍を流れる冷却風Ｃを発生させる。この冷却風の気流により、各部の冷却に加え、塵埃除去又は塵埃堆積抑制の効果も得ることができる。
【００８５】
ブレード２４は、ガス排気をそのブレード面（翼面）２４ａに受けてその風力をロータ６の回転力に変換する部材である。外周円６ａから内周円６ｂにかけて多数のブレード２４が放射状に配置されているが、内周円６ｂの内側（回転中心側）にはブレード２４もその他の部材も配置されておらず、すなわち、回転軸Ｘの近傍においては、ガス排気を実質的に妨げないような構造となっている。したがって、ガス排気に対するドラフト阻害抵抗や圧力損失の発生が殆どなく、ガス排気がスムーズに行われ、発電効率の向上に寄与している。更に、ロータ６の下流位置に導出される外気Ａによって、一層ガス排気が加速されるので、より一層発電効率が向上する。
【００８６】
図７は、この風力発電装置Ｓの電気回路３０の概略構成を説明するための回路構成図である。この電気回路３０は、風力発電装置Ｓにおけるブレーキ設備としても機能するようになっている。そのブレーキ設備の機能に基づいて、ロータ６の回転が停止されるので、その機能について説明する。
【００８７】
風力発電装置Ｓの発電部Ｓ１は、ロータ６及びステータ４を有している。ステータ４側の発電用コイル１２は、図７に示す電気回路３０に接続されている。その電気回路３０において、第１回路３０ａ、第２回路３０ｂ、第３回路３０ｃ、第４回路３０ｄが並列接続され、第４回路３０ｄが送電部３１へと接続されている。第１回路３０ａは第１増幅器ＴＲ１を備え、第２回路３０ｂは抵抗器Ｒ及び第２増幅器ＴＲ２を備え、第３回路３０ｃはコンデンサＱを備え、第４回路３０ｄはサイリスタＹを備えている。
【００８８】
通常の発電状態においては、発電部Ｓ１において発電された電力が発電経路を経由してサイリスタＹから送電部３１へと送られる。そして、送電部３１に接続された電気的負荷部（不図示）によって電力が消費され、又は蓄電される。
【００８９】
一方、このロータ６の回転を停止させるには、電気回路３０をブレーキ設備として機能させるが、以下の２通りのブレーキ方法がある。１つは、発電部Ｓ１からの電力を第１ブレーキ経路を経由して抵抗器Ｒへと送り、抵抗器Ｒで電力を消費させてブレーキをかける方法（いわゆる、ダイナミックブレーキ。）である。もう１つは、送電部３１からの順電力を第２ブレーキ経路を経由して発電部Ｓ１へと送り、順電力によって発電を停止させる方法である。
【００９０】
上記のいずれかのブレーキ方法によってロータ６の回転を停止させた後、ブレード２４の翼面角度を調整して停止状態の維持を行う。図８は、ロータ６におけるブレード２４と外周円６ａとの連結状態を説明するための図であって、その連結部分を回転軸Ｘから放射方向に見た図である。ロータ６の外周円６ａは、ガス排気方向における上流側と下流側とで各々上ロータ（上流側ロータ部）６ｃと下ロータ（下流側ロータ部）６ｄとに分割構成されており、上ロータ６ｃと下ロータ６ｄとは互いに回転軸Ｘを中心とする回転方向に相対回転可能となっている。
【００９１】
上ロータ６ｃの下面側と下ロータ６ｄの上面側とには、各々ラック７が形成されており、図示しないステッピングモータの回転軸に取り付けられたピニオンギア９がこのラック７と噛合するようになっている。ステッピングモータは、ステータ４側又は煙突Ｔ側に取り付けられており、回転軸方向（すなわち、図８における紙面垂直方向。）に沿って進退可能に構成されている。
【００９２】
したがって、ロータ６が回転している発電状態においては、ピニオンギア９は（図８における紙面奥側に）退避状態となってラック７から離間しており、ロータ６の回転を妨げない。そして、ブレーキ設備によりロータ６の回転が停止された際には、ピニオンギア９が（図８における紙面手前側に）進出状態となってラック７と噛合する。その噛合状態においてステッピングモータが回転駆動されると、上ロータ６ｃと下ロータ６ｄとが相対回転するようになっている。
【００９３】
なお、上ロータ６ｃの内周に沿って各ブレード２４に対応するように多数の上側ピン２５ａが内方に突出配置され、下ロータ６ｄの内周に沿って各ブレード２４に対応するように多数の下側ピン２５ｂが内方に突出配置されている。
【００９４】
各ブレード２４は、上ロータ６ｃと下ロータ６ｄとにそれぞれ上側ピン２５ａ、下側ピン２５ｂによってピン連結されている。そして、ステッピングモータの回転駆動により上ロータ６ｃを下ロータ６ｄに対して回転方向に回転させると、すべてのブレード２４のガス排気方向に対するブレード面２４ａ角度を一斉に変更することができるようになっている。これにより、廃棄物焼却設備の焼却容量、煙突Ｔの径等のファクターに応じて、ブレード面２４ａの配置角度を簡単に適正角度に調整することができる。また、ブレード面２４ａが略鉛直（ガス排気方向と並行）となるように角度設定することにより、ガス排気中の状態であっても、ブレーキ設備によるロータ６の回転停止の後に容易にロータ６の回転状態を維持させることもできる。
【００９５】
取付け構造８は、この風力発電装置Ｓを煙突Ｔの先端部に取り付けるための構造であって、スカート部材８ａとバンド部材８ｂとを有して大略構成される。取付け構造８は、この風力発電装置Ｓに含まれていてもよいし、また、風力発電装置Ｓとは別体として構成されていてもよい。
【００９６】
この取付け構造８は、煙突Ｔの先端部という高所において、簡便かつ確実に風力発電装置Ｓを取付け固定することができて、高所作業の時間を短縮して作業員の安全を確保すると共に、風力発電装置Ｓの落下の虞を低減して、装置の信頼性を向上させるものである。
【００９７】
スカート部材８ａは、下向きに広がる筒状（又は、略漏斗状。）の部材であって、ステータ４に対して下方に延びるように接続されている。このスカート部材８ａとステータ４との接続は、例えば、溶接やボルトナット等による強固な固定により行われる。スカート部材８ａは、煙突Ｔの先端部に被せるように設置されるものであり、その最下方位置における最大内径は煙突Ｔの先端部における外径よりも大きく形成されている。すなわち、スカート部材８ａの最大内径は、適用すべき種々の煙突のうち最も大きい先端部外径を有するもののその先端部外形よりも大きく形成されている必要がある。換言すれば、そのスカート部材８ａの最大内径よりも先端部外径が小さい煙突であれば、様々な外形の煙突にこの取付け構造を適用することができる。なお、スカート部材８ａは、例えば、銅、真鍮、亜鉛、亜鉛メッキ鋼板（トタン）等の延性金属材料で構成されていることが望ましい。
【００９８】
バンド部材８ｂは、スカート部材８ａを煙突Ｔの先端部に被せた後に、スカート部材８ａの外周に巻きつけて風力発電装置Ｓを煙突Ｔ先端部に確実かつ強固に固定するための部材である。バンド部材８ｂの巻付け及び締め付けは、煙突Ｔ先端部よりも下方位置で行われる必要がある。そして、バンド部材８ｂの締め付けによりスカート部材８ａが変形し、充分な安全性をもって煙突Ｔ先端部へと装着される。バンド部材８ｂの締め付け作業は、作業員が煙突Ｔの周囲を回りながら行う必要がなく、バンド部材８ｂの締め具８ｃ部分近傍の１箇所に留まって行うことができる作業である。したがって、風力発電装置Ｓを煙突Ｔの全周に亘ってボルトナット、リベット、溶接等により固定する場合に比べ、作業時間が短くて済む。また作業員の移動が少なくて済むので、作業の安全性を向上させることができる。
【００９９】
以上、本発明の好ましい実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その要旨の範囲内で様々な変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【０１００】
Ａ：外気
Ｃ：冷却風
Ｇ：ガス（焼却ガス）
Ｑ：コンデンサ
Ｒ：抵抗器
Ｓ：風力発電装置（煙突設置型発電装置）
Ｓ１：発電部
Ｔ：煙突
ＴＲ１：第１増幅器
ＴＲ２：第２増幅器
Ｘ：回転軸
Ｙ：サイリスタ
２：フード
２ａ：外側フード部材
２ｂ：内側フード部材
４：ステータ
４ａ：中空貫通部
４ｂ：凹部
６：ロータ
６ａ：外周円
６ｂ：内周円
６ｃ：上ロータ（上流側ロータ部）
６ｄ：下ロータ（下流側ロータ部）
７：ラック
８：取付け構造
８ａ：スカート部材
８ｂ：バンド部材
８ｃ：締め具
９：ピニオンギア
１０：外気案内路 
１０ａ：外気導入口
１０ｂ：外気導出口
１０ｃ：外気通路
１２：発電用コイル
１４：軸受け用磁石
１６：発電用磁石
２０：ＣＣＤカメラ（監視手段）
２２：エアパージノズル（塵埃除去手段）
２１：格納ケース
２２ａ：ベビコン（小型空気圧縮機、塵埃除去手段）
２２ｂ：制御バルブ
２３：配管
２４：ブレード（羽根部材）
２４ａ：ブレード面（翼面）
２４ｂ：上端位置
２４ｃ：下端位置
２５ａ：上側ピン
２５ｂ：下側ピン
２６：制御装置（塵埃除去制御手段）
２６ａ：タイマー（計時手段）
２６ｂ：ロータ回転数計測手段
２８：冷却フィン
３０：電気回路
３０ａ：第１回路
３０ｂ：第２回路
３０ｃ：第３回路
３０ｄ：第４回路
３１：送電部（電気的負荷部）
【図１】
0005448707.tif 000002
【図２】
0005448707.tif 000003
【図３】
0005448707.tif 000004
【図４】
0005448707.tif 000005
【図５】
0005448707.tif 000006
【図６】
0005448707.tif 000007
【図７】
0005448707.tif 000008
【図８】
0005448707.tif 000009