(57)【要約】【課題】排風を再利用してエネルギーを有効的に活用するとともに工場内の環境浄化を実現することができる工場内環境浄化システムを提供する。【解決手段】  工場設備１００から排出される排風を利用して発電する発電部２と、工場内に配置される植物に工場設備１００から排出される臭気及び二酸化炭素を吸収させる植生部５と、発光ダイオードを点灯させて植物を生育維持するための光を供給する照光部４と、発電部２において発電した電力を照光部４に供給する電力供給部３とを備える。【選択図】図１
2011015675.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工場内設備から排出される風を利用して発電する風力発電手段と、
工場内に配置される植物に工場内設備から排出される臭気及び二酸化炭素を吸収させる植生手段と、
発光ダイオードを点灯させて前記植物を生育維持するための光を供給する照光手段と、
前記風力発電手段が発電した電力を前記照光手段に供給する電力供給手段とを備える
ことを特徴とする工場内環境浄化システム。
【請求項２】
前記照光手段は、
青色発光ダイオードと赤色発光ダイオードとで構成され、青色発光ダイオードの数と赤色発光ダイオードの数が１対４の比率である
ことを特徴とする請求項１記載の工場内環境浄化システム。
【請求項３】
前記風力発電手段は、
工場内設備から排出される風をファンの回転によって送風する排風機と、
前記排風機から送風される風の導管となる排風ダクトと、
前記排風ダクトにおける風の出口近傍に設置され、前記排風ダクトから排出される風を受けて回転する風車とから構成される
ことを特徴とする請求項１又は２記載の工場内環境浄化システム。
【請求項４】
前記風車は、回転トルクを発生させる回転半面に前記排風ダクトからの風が当たるように配置されている
ことを特徴とする請求項３記載の工場内環境浄化システム。
【請求項５】
前記風車は、風車の翼の先端が前記排風ダクトの中心を通る回転半径を有する
ことを特徴とする請求項３又は４記載の工場内環境浄化システム。
【請求項６】
前記風力発電手段は、さらに、
前記排風ダクトから延長され、前記風車の回転軌跡と同じ曲率で湾曲して、前記風車の回転半面を覆うフードを備える
ことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の工場内環境浄化システム。
【請求項７】
前記フードは、風車の上方向又は下方向が開放されている
ことを特徴とする請求項６記載の工場内環境浄化システム。
【請求項８】
前記風力発電手段は、
工場内設備から排出される風をファンの回転によって送風する排風機と、
前記排風機から送風される風の導管となる排風ダクトと、
前記排風ダクトを拡張及び延長するとともに、前記排風ダクトにおける風の出口を覆いつつ、当該出口の両側近傍に開口部を有する延長ダクトと、
当該開口部から吹き込む風を受けて回転する風車とから構成される
ことを特徴とする請求項１又は２記載の工場内環境浄化システム。
【請求項９】
前記風力発電手段は、
工場内設備から排出される風をファンの回転によって送風する排風機と、
前記排風機から送風される風を受けて回転する風車と、
前記ファンから送られる風を風車の回転半面に導く導風板とから構成され、
前記導風板は、
略三角形状で、その両辺が風車の回転軌跡と同じ曲率又はそれよりも略大きい曲率で湾曲している
ことを特徴とする請求項１又は２記載の工場内環境浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造工場などの生産工場における工場内の就労環境を浄化するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳造工場などの生産工場では工場内の各設備から暑熱や臭気、炭酸ガス（二酸化炭素）が発生するため、工場内の就労環境を改善する目的で屋上などに排風機が設置されている。従来、この排風機からの排風はそのまま大気中へ放出されていたが、近年では排風の利用について検討されるようになっている。例えば、特許文献１では、工場に設置される排風用ファンからの排風を利用して自家発電を行い、単に排出されていただけの排風からエネルギーを回収して再利用するエネルギー回収システムが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−５４５５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のエネルギー回収システムは、排風を利用して発電する点において評価できるものの、回収したエネルギーの再利用については検討すべき点がある。回収したエネルギーが工場設備の電力として再利用するだけでは、電気代などの工場稼働コストを低減することができるにすぎず、工場内の環境の改善に資することはできないからである。
【０００５】
特に、良好な労働環境の提供が求められるようになっている昨今においては、工場内の環境の浄化は喫緊の課題であるといえる。
【０００６】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、排風を再利用してエネルギーを有効的に活用するとともに工場内の環境浄化を実現することができる工場内環境浄化システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明に係る工場内環境浄化システムは、工場内設備から排出される排風を利用して発電する風力発電手段と、工場内に配置される植物に工場内設備から排出される臭気及び二酸化炭素を吸収させる植生手段と、発光ダイオードを点灯させて前記植物を生育維持するための光を供給する照光手段と、前記風力発電手段が発電した電力を前記照光手段に供給する電力供給手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
これにより、工場内に配置された植物が工場設備から排出される二酸化炭素や臭気を吸収して工場内の作業環境を改善するとともに、排風を利用して発電した電力を植物の生育維持のための照光として再利用するので、排風を有効的に再利用しつつ工場内の環境を浄化する工場内環境浄化システムが実現される。
【０００９】
ここで、  前記照光手段は、青色発光ダイオードと赤色発光ダイオードとで構成され、青色発光ダイオードの数と赤色発光ダイオードの数が１対４の比率であるのが好ましい。
【００１０】
これにより、植物の生育維持に好適な照光を得ることができる。
【００１１】
また、前記風力発電手段は、工場内設備から排出される風をファンの回転によって送風する排風機と、前記排風機から送風される風の導管となる排風ダクトと、前記排風ダクトにおける風の出口近傍に設置され、前記排風ダクトから排出される風を受けて回転する風車とから構成されるものであり、前記風車は、回転トルクを発生させる回転半面に前記排風ダクトからの風が当たるように配置されているのが好ましく、前記風車は、風車の翼の先端が前記排風ダクトの中心を通る回転半径を有するのがさらに好ましい。
【００１２】
これによれば、排風ダクトが排気される風の全量を風車へ導くとともに、風車が効率的な回転に資するように設置されるので、風車の発電効率を高めた工場内環境浄化システムが実現可能となる。
【００１３】
また、前記風力発電手段は、さらに、前記排風ダクトから延長され、前記風車の回転軌跡と同じ曲率で湾曲して、前記風車の回転半面を覆うフードを備えるとしてもよく、前記フードは、風車の上方向又は下方向が開放されているのが好ましい。
【００１４】
これによれば、フードによって覆われた風車は、回転トルクを得られる箇所が増えるので、さらに風車の発電効率を向上させることができる。また、フードが、風車の発生させる風切り音の騒音対策としても機能しうる。
【００１５】
またさらに、前記風力発電手段は、工場内設備から排出される風をファンの回転によって送風する排風機と、前記排風機から送風される風の導管となる排風ダクトと、前記排風ダクトを拡張及び延長するとともに、前記排風ダクトにおける風の出口を覆いつつ、当該出口の両側近傍に開口部を有する延長ダクトと、当該開口部から吹き込む風を受けて回転する風車とから構成されるものとしてもよい。
【００１６】
これによれば、排風ダクトから出る風がベンチュリ効果を発生させ、開口部から延長ダクトに風が吹き込むようになり、この風を利用して風車を回転させるので、排気風に対して圧力損失を生じさせず排風ファンの動力増を招くことなく、発電することができる。
【００１７】
さらに、前記風力発電手段は、工場内設備から排出される風をファンの回転によって送風する排風機と、前記排風機から送風される風を受けて回転する風車と、前記ファンから送られる風を風車の回転半面に導く導風板とから構成され、前記導風板は、略三角形状で、その両辺が風車の回転軌跡と同じ曲率又はそれよりも略大きい曲率で湾曲しているとすることもできる。なお、前記導風板の設置位置は、前記導風板の湾曲している両辺の頂点が風車の回転軸中心と排風機の中心とを結ぶ線上となる位置が望ましい。
【００１８】
これによれば、導風板が、排風ファンから排出される風の略全量を、風車の回転トルクを発生させる回転半面に導くことができる。さらに、両辺が風車の回転軌跡と同じ曲率又はそれよりも略大きい曲率で湾曲させることで、風上側の辺により、排風機から排出される風の流れを滑らかに曲げることができ、これにより風車の翼が回転トルクを発生させることができる範囲が広がり発電効率を上げることができる。また、回転の抵抗となる側の半面に風が行かないようにするとともに、導風板の風下側の辺に沿って回り込むカルマン渦による風の流れにより、風車の翼が回転トルクを発生させることができる範囲が広がり発電効率を上げることができる。
【発明の効果】
【００１９】
このように、本発明に係る工場内環境浄化システムによれば、排風エネルギーを電気エネルギーに変換して植物の生育維持に必要な照光として再利用し、その照光により生育維持される植物に工場内設備から生じる二酸化炭素や臭気を吸収させるので、エネルギーを効率的に活用しつつ工場内の環境浄化に資する工場内環境浄化システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】工場内環境浄化システムの機能的な構成を示すブロック図である。
【図２】工場内環境浄化システムの構成例を模式的に示す図である。
【図３】風力発電の構成の一例を模式的に示す平面図である。
【図４】図３に示した構成の変形例を示す平面図である。
【図５】風力発電の別の構成例を模式的に示す平面図である。
【図６】風力発電のさらに別の構成例を模式的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る工場内環境浄化システムについて図を参照しながら説明する。
【００２２】
図１は、本発明の実施の形態に係る工場内環境浄化システムの機能的な構成を示すブロック図である。
【００２３】
工場内環境浄化システム１は、工場設備１００からの排風を利用して発電し、発電した電力を用いて工場内に配置される植物を生育維持して、植物に工場設備から排出される臭気成分（例えば、アンモニア、ホルムアルデヒド、フェノールなど）や二酸化炭素を吸収させることにより、工場内の環境浄化を実現するシステムであり、発電部２、電力供給部３、照光部４及び植生部５を備えている。
【００２４】
発電部２は、工場設備１００からの排風を利用して発電する機能を有し、例えば、風力発電機により実現される。
【００２５】
電力供給部３は、発電部２が発電した電力を照光部４へ供給する機能を有し、例えば、電力変換装置や屋内配線などである。
【００２６】
照光部４は、電力供給部３から供給される電力によって点灯し、植生部５の生育維持に必要な光を供給する機能を有し、具体的にはＬＥＤ（発光ダイオード）照明装置などである。
【００２７】
植生部５は、工場設備１００から排出される臭気成分や二酸化炭素を吸収する機能を有しており、照光部４からの光を受けて生育維持される植物である。
【００２８】
図２は、上記のような機能を有する工場内環境浄化システムの構成例を模式的に示す図である。
【００２９】
図２に示すように、工場内環境浄化システムは、風力発電機１１、電力変換装置１２、屋内配線１３、ＬＥＤ照明１４及び植物１５を備えている。
【００３０】
風力発電機１１は、図１の発電部２に相当し、工場内設備から排出される風を集めて排気する排風機１０１からの風を利用して発電を行い、排風機１０１と同様に工場の屋上など屋外に設置される。また風力発電機１１は、排風機１０１から風速１２．５ｍ／ｓの排風により毎時１ｋｗの発電能力を有するものを使用する。設置場所が大型の装置を設置することのできない工場の屋上であることや発電能力の点から、風力発電機１１としてはジャイロミル型垂直軸風車を用いることが考えられる。
【００３１】
電力変換装置１２と屋内配線１３が図１の電力供給部３に相当し、電力変換装置１２は、風力発電機１１が発電した交流電力を直流電力に変換し、屋内配線１３によりＬＥＤ照明１４に電力が供給される。
【００３２】
ＬＥＤ照明１４は、図１の照光部４に相当し、１つの植物１５に対してＬＥＤ照明１４が１ユニット配置される。１ユニットは複数のＬＥＤにより構成される。例えば消費電力を約２０ｗとした場合、約２００個のＬＥＤを１ユニットとする。ここで、１ユニットを構成するＬＥＤは、赤色ＬＥＤと青色ＬＥＤとを併用するのが好ましい。赤色ＬＥＤのみでは、植物の種類により、健全に生育維持することができない場合があり、光合成促進を可能にするには青色ＬＥＤによる照光が必要だからである。なお、赤色ＬＥＤの数と青色ＬＥＤの数は赤色ＬＥＤの数を多くし、青色ＬＥＤ１個に対して赤色ＬＥＤ４個の配分比率で１ユニットを構成するのが植物１５の生育維持の点で好ましい。
【００３３】
植物１５は、図１の植生部５に相当し、工場内の壁沿いに設置される。植物１５には、蒸散能力と大気浄化能力に優れた植物を用いることとし、工場内での作業や視認性を阻害しないように、丈の低い常緑低木又は半常緑低木を用いるのが好ましい。このような条件から植物１５としてはキルシェピンクなどのチェリーセイジやヴァルトなどのクチナシが適しており、これらを使用することで酸化窒素（ＮＯｘ）や酸化硫黄（ＳＯｘ）などの大気汚染物質が吸収されるので、工場内環境をより一層浄化することが可能となる。また、作業スペースや視認性確保の観点から、植物１５は間隔を空けて設置するのが適当であり、例えば幅５０ｍ×奥行き７５ｍの工場の場合、約５ｍ間隔で植物１５を配置すれば工場内環境を十分に浄化することが可能である。
【００３４】
このように構成される工場内環境浄化システムは、工場内に設置された植物１５が、鋳造装置などの工場内設備１０２が発生させる二酸化炭素や臭気を吸収するとともに、その蒸散作用によって湿度調整効果を発揮するので、工場内の作業環境の改善を実現することができる。また、工場内の空調機１０３などが発生させる工場内の風を回収して排出する排風機１０１からの排風を利用して風力発電機１１が発電し、その電力でＬＥＤ照明１４を点灯させて植物１５を生育維持するから、環境にやさしい循環型の浄化システムを実現することができる。
【００３５】
続いて、発電部２に相当する風力発電機等について、より詳しく説明する。
【００３６】
図３は、風力発電の構成の一例を模式的に示す平面図である。
【００３７】
図３では、排風機１２１の排風ファン１２２から排出される風の全量を揚力型の風車１１１に導く排風ダクト１２３を設けた構成例が示されている。
【００３８】
風車１１１は、回転時に翼１１２が排風ダクト１２３に接触しない程度で排風ダクト１２３に近い位置に配置される。また、風車１１１は、その回転半面に排風ダクト１２３で導かれた風が当たるように、すなわち、排風ダクト１２３の側壁の延長線上に風車１１１の回転軸が位置するように配置される。さらに、回転軸から最も遠い翼１１２の先端が排風ダクト１２３の中心に来るように回転半径が設定されている。
【００３９】
このように排風ダクト１２３を設けて、排風ダクト１２３における風の出口近傍に風車１１１を設置することにより、排風ファン１２２から排気される風の全量が風車１１１へと導かれて、その回転に利用されるので、風車の発電効率を高めることができる。また、風車の回転トルクを発生させる回転半面にのみ排風が当たるようにし、一方の風が当たると回転の抵抗になる半面には風が当たらないように風車１１１の位置を設定することで、風車の発電効率をより高めることができる。さらに、排風ダクト１２３を設けることで、排気される風は、ナビエストークスの定理に基づき、整流（ポアズイユ流）となっており、排風ダクト１２３の中心位置において最大風速が得られることになる。揚力型風車では、翼の回転速度と風速との速度差が大きいほど回転トルクが大きくなるので、排風ダクト１２３の中心位置に翼１１２の先端が来るように風車１１１の回転半径を設定することで、さらなる風車の発電効率の向上を実現することができる。
【００４０】
図４は、図３に示した構成の変形例を示す平面図である。
【００４１】
図４では、風車１１１の風下側に、翼１１２の回転半径と相似半径で同じ曲率のフード１２４を設けた構成例が示されている。
【００４２】
フード１２４は、排風ダクト１２３の上面と風車１１１の位置する反対側の側面とを風車１１１の回転軸上まで延長し、そこから翼１１２の回転軌跡と同じ曲率で湾曲して風車１１１の回転半面を覆っており、排風ダクト１２３から先の下面と風車１１１の位置する側の側面は開口されている。
【００４３】
このようなフード１２４を備えることにより、風車１１１の翼１１２には図中のＸ位置からＹ位置へ至る過程においても最大風速の風が当たって揚力を得ることができるので、さらに風車の発電効率を向上させることができる。
【００４４】
ここで、フード１２４は、排風ダクト１２３の風車１１１が位置する側の側面も翼１１２と接触しないように遮蔽し、下面のみを開放するようにするのが好ましい。揚力型風車の場合、翼の回転方向が風向きと対向するため、大きな風切り音が発生することがある。フード１２４を下方向にのみ開放し、上方向と側方向とを遮蔽して風車１１１を覆うことで、フード１２４が遮音壁として機能することになるので、騒音対策として有効となる。なお、騒音対策としては下面のみを開放するのではなく上面のみを開放するように構成してもよい。
【００４５】
図５は、風力発電の別の構成例を模式的に示す平面図である。
【００４６】
図５では、排風機１２１と風車１１１との間に、排風ファン１２２から排出される風を風車１１１の回転半面に導く導風板１２５を設けた構成例が示されている。
【００４７】
導風板１２５は、その両辺が風車１１１の回転軌跡と同じ曲率又はそれよりも略大きい曲率で湾曲した略三角形状をしている。排風ファン１２２から排出される風は、風車の半面では回転の抵抗となる風向きとなっている。上記の導風板１２５を排風ファン１２２の出口と風車１１１との間に設置することで、風上側の湾曲部分が排風ファン１２２から排出される風のうち、風車にとって抵抗となる側の風を回転トルクを発生させる側に導くとともに（図中Ａ）、この風の流れの向きを略直角方向に曲げることで、風車の翼が図中のＸ位置からＹ位置へ至る過程においても回転トルクを発生させることができる。また、導風板１２５全体が、風が当たると回転の抵抗になる風車１１１の半面側に風が行かないように設置されているので、回転効率のロスを抑えることができる。さらに、導風板１２５の風下側の湾曲部分は、導風板１２５の後側で湾曲部分に沿ってカルマン渦を発生させる（図中Ｂ）ので、風車１１１はこの渦により図中のＹ位置からＺ位置に至る過程においても回転トルクを得られる。
【００４８】
図６は、風力発電のさらに別の構成例を模式的に示す平面図である。
【００４９】
図６では、排風ダクト１２３の出口を覆い、排風ダクト１２３を幅方向に拡張するとともに長さ方向に延長する延長ダクト１２６を備えた構成例が示されている。
【００５０】
延長ダクト１２６は、排風ダクト１２３の出口両側の端部に開口部１２７が形成されている。排風ダクト１２３から排出される風（図中Ｃ）によってベンチュリ効果が発生し、この開口部１２７から延長ダクト１２６に風が吹き込むようになる（図中Ｄ）。この吹き込む風で風車１１３を回転させ、風力発電に用いることができる。ここでは、風杯１１４を備えた抗力型の風車１１３を用いた例を示している。この構成例によれば、ベンチュリ効果を利用することにより、元の排気風（図中Ｃ）に対して圧力損失を生じさせることがないので、排風ファンの動力増を招くことなく発電することができる。なお、延長ダクト１２６の長さは、排風ダクト１２３から排気される風が渦を巻くことがなく層流に近づく長さ、すなわち、排風ダクト１２３の直径αの約５倍以上に設定するのが好ましい。
【００５１】
以上、本発明に係る工場内環境浄化システムについて、実施の形態に基づいて説明したが本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の目的を達成でき、かつ発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々設計変更が可能であり、それらも全て本発明の範囲内に包含されるものである。
【００５２】
例えば、上記実施の形態では、風力発電機として垂直軸風車を用いるとしたが、水平軸風車などその他の風力発電方式を用いても差支えない。
【００５３】
また、発電された電力を照光部だけでなく、植物の生育維持のために、例えば植物への自動給水装置を植物のプランターに併設し、これを稼働させる電力として利用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明に係る工場内環境浄化システムは、種々の生産工場の工場内環境を浄化するシステムとして有用であり、特に、臭気や炭酸ガス等が発生する鋳造工場等の工場内環境浄化システムとして好適である。
【符号の説明】
【００５５】
１      工場内環境浄化システム
２      発電部
３      電力供給部
４      照光部
５      植生部
１１    風力発電部
１２    電力変換装置
１３    屋内配線
１４    ＬＥＤ照明
１５    植物
１００  工場設備
１０１，１２１  排風機
１０２  工場内設備
１０３  空調機
１１１，１１３  風車
１１２  翼
１１４  風杯
１２２  排風ファン
１２３  排風ダクト
１２４  フード
１２５  導風板
１２６  延長ダクト
１２７  開口部
【図１】
2011015675.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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