(57)【要約】【課題】排気風を最も効率良く取り入れて発電できる風力発電システムを提供する。【解決手段】排気ダクト１２から常にほぼ一定の強度の排気風を排出する空調設備１４に付設される風力発電システムである。円筒状のケース２０と、拡開するコーン状に形成されてケースの入口側周端に連設されたフード１６と、ケース２０内に設置され、排気風により回転駆動される軸流ファン２２と、軸流ファン２２の回転により発電する発電装置２６と、軸流ファン２２及び発電装置２６をケース２０内の所定位置に固定する固定手段２４とを備えた。排気ダクト１２に対して機械的に不連続に設置するから空調設備１４の振動設計に影響をおよぼさない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のケースと、
拡開するコーン状に形成されて前記ケースの入口側周端に連設されたフードと、
前記ケース内に設置され、排気風により回転駆動される軸流ファンと、
前記軸流ファンの回転により発電する発電装置と、
前記軸流ファン及び前記発電装置を、前記ケース内の所定位置に固定する固定手段とを備え、
前記ケースを、前記フードが空調設備の排気ダクトの排気口に対して非接触状態で対向するように設置するものであることを特徴とする風力発電システム。
【請求項２】
請求項１に記載の風力発電システムにおいて、
前記空調設備の送風機の出口と排気ダクトの入口との間に、前記空調設備の排気風を曲線的に案内する円筒状のガイドを設けたことを特徴とする風力発電システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の風力発電システムにおいて、
前記ケースの入口内径は、前記排気ダクトの排気口内径と等しいか、もしくは大きいことを特徴とする風力発電システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の風力発電システムにおいて、
前記軸流ファンは、複数台がタンデムに設置されたことを特徴とする風力発電システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の風力発電システムにおいて、
前記排気ダクトの排気口と前記フードとの間に設けられた空間、あるいは前記ケースの出口に、振動伝達のおそれがない柔軟な材質からなる網を被せたことを特徴とする風力発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調設備に付設される風力発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ビルディング内の冷暖房のための空調設備は長時間連続運転をしており、常に排気ダクトから一定の風量の排気を継続している。このような排気は、風速５ｍ〜３０ｍ程度の排気風であるが、そのまま棄てられるエネルギである。
【０００３】
一方、風力発電には、一定量の風が流動していることが理想である。発電電力が一定であると、出力電圧を制御する回路の損失が最小になる。棄てられる排気風を利用することにより、エネルギの有効利用になる。
【０００４】
従来から、空調設備の排気ダクトから流出される排気風を利用した発電システムが案出されている。例えば、建物の室内と室外の間を接続する排気ダクトの一方に送風機のケーシングが接続され、同排気ダクトの他方に羽根車を持った発電装置が配設されたものがある（特許文献１参照）。また、空調機の排気ダクトの側面に沿って設けられた複数の給気口に、風車を備えた発電機を設置すると共に支持具を介してそれぞれ固定したものがある（特許文献２参照）。また、空調システムの排気口に、数10ｃｍの距離を置いて風力発電機を設置すると共に支持具を介してそれぞれ固定したものがある（特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平７−２３９１４１号公報
【特許文献２】特開２００５−１６４５２号公報
【特許文献３】特開２００５−３６７８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の技術には、次のような解決すべき課題がある。
すなわち、上記特許文献１に示されたものでは、発電装置を保持したケーシングと排気風を送出する排気ダクトとが直接連結されている。このため、排気ダクト内を流動する排気風が風車に当たる直前に風力減衰し、風車を効率良く回転することができない。また、空調設備の排気ダクトと発電装置のケーシングとが機械的に繋がっているために、空調設備の振動設計は発電装置やそのケーシングの影響を受け煩雑になる。また、排気能力を低下させないためには、排気風を排出する送風機により多くの電力を消費させることになるが、これでは不要なエネルギの有効利用にはならない。
【０００６】
上記特許文献２及び特許文献３に示されたものでは、風車を備えた発電機が空調設備の排気ダクトに対して支持具を介して固定されているため、排気ダクトと発電機とが機械的に繋がっている。従って、空調設備の設計は発電機等の影響を受け煩雑になり、しかも排気ダクトの振動が発電機に直接伝わって騒音を発生するおそれがある。また、同特許文献記載の発電機の風車はケーシングが取り付けられてなく剥き出しである。このため、風車に対して渦流を含む複雑な運動エネルギ、すなわち、雑多な異方向のベクトルの風圧を含む排気風が当たり、風車が効率良く回転しない。
【０００７】
本発明は以上の点に着目してなされたもので、排気風を最も効率良く取り入れて発電する風力発電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】
【０００８】
本発明の各実施例においては、それぞれ次のような構成により上記の課題を解決する。
〈構成１〉
円筒状のケースと、拡開するコーン状に形成されて上記ケースの入口側周端に連設されたフードと、上記ケース内に設置され、排気風により回転駆動される軸流ファンと、上記軸流ファンの回転により発電する発電装置と、上記軸流ファン及び上記発電装置を、上記ケース内の所定位置に固定する固定手段とを備え、上記ケースを、上記フードが空調設備の排気ダクトの排気口に対して非接触状態で対向するように設置するものであることを特徴とする風力発電システム。
【０００９】
Ａ．空調設備に対して非接触状態で対向設置されることから、次の作用効果が得られる。
（１）空調設備の振動設計に影響をおよぼさない。
（２）空調設備と独立に設計ができる。
（３）空調設備の振動疲労を誘発しない。
（４）空調設備からの共振等により振動を増大させて騒音を発生することがない。
Ｂ．ケースの入口側にコーン状のフードを設けたことにより、次の作用効果が得られる。
排気風は、空調設備の排気ダクトから排出されたときは渦流も含む複雑な運動エネルギを持つが、拡開するコーン状のフードを通過する際にフード周辺の外気も引き込むようにして整流される。軸流ファンはこのような整流された排気風をファン全面に均一に受けて効率良く回転する。
Ｃ．ケースの外側に等速で流れる空気の層を作ると、排気風がケースの外側を流れて笛の音のような騒音が発生するが、コーン状のフードの存在により上記空気層がほとんど生じないから騒音が発生しない。
【００１０】
〈構成２〉
構成１に記載の風力発電システムにおいて、上記空調設備の送風機の出口と排気ダクトの入口との間に、上記空調設備の排気風を曲線的に案内する円筒状のガイドを設けたことを特徴とする風力発電システム。
【００１１】
ガイドとして、中間部がゆるやかに湾曲した円筒体を使用した場合には、これを送風機の出口と排気ダクトの入口との間に介在させることによって、排気風を曲線的に案内して整流し軸流ファンを効率良く回転する。
【００１２】
〈構成３〉
構成１又は２に記載の風力発電システムにおいて、上記ケースの入口内径は、上記排気ダクトの排気口内径と等しいか、もしくは大きいことを特徴とする風力発電システム。
【００１３】
Ｄ．空調設備の排気ダクトの排気口から排気風全体を取り入れることから、次の作用効果が得られる。
（１）ケースの入口からケース内に無駄なく排気風を取り込める。
（２）ケースの外側に沿って流れる排気風を極力無くして、笛の音のような騒音発生を防止する。
（３）排気口が横断面四角形であっても、十分に大きなサイズの円筒状のケースで排気風を受け入れて排気風を横断面から見て円筒形の気流に変換する。
Ｅ．排気ダクトの排気口の大きさに比べてケースの入口内径が大きいと、排気風がケース内通気路の入口から出口に向かって円滑に流れる。本発明の風力発電システムにおいては、排気風の流路抵抗が低いので、排気風はほぼ１００％ケース内に流入する。従って、排気風のエネルギを最も効率良く利用できる。ケースの入口内径が小さいと排気風がケースの外側を流れて笛の音のような騒音が発生するが、ケースの入口内径が大きいことによってそのような騒音の発生を防止できる。
【００１４】
〈構成４〉
構成１〜３のいずれかに記載の風力発電システムにおいて、上記軸流ファンは、複数台がタンデムに設置されたことを特徴とする風力発電システム。
【００１５】
排気風のエネルギを効率良く利用できる。
【００１６】
〈構成５〉
構成１〜４のいずれかに記載の風力発電システムにおいて、
上記排気ダクトの排気口と上記フードとの間に設けられた空間、あるいは上記ケースの出口に、空気抵抗が少なく、振動伝達のおそれがない柔軟な材質からなる網を被せたことを特徴とする風力発電システム。
【００１７】
鳥類等の巻き込みを防止して野鳥を保護し、故障も予防できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明に係る風力発電システムは、常にほぼ一定の強度の排気風を排出する空調設備に付設されるものであるが、空調設備の排気ダクトに非接触状態で設置される。
以下、本発明の実施の形態を実施例ごとに詳細に説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は、実施例１の風力発電システムを示す説明図である。
図に示すように、実施例１の風力発電システムは、円筒状のケース２０と、拡開するコーン状に形成されてケースの入口側周端に連設されたフード１６と、ケース２０内に設置されて排気風により回転駆動される軸流ファン２２と、軸流ファン２２の回転により発電する発電装置２６と、軸流ファン２２及び発電装置２６をケース２０内の所定位置に固定する固定手段２４と、発電装置２６に電力ケーブル２７を介して接続された蓄電装置２８とを備えている。
【００２０】
ケース２０の入口側周端には、先端が拡開するコーン状のフード１６が連設されている。軸流ファン２２は発電装置２６の回転軸に支承されている。固定手段２４は、発電装置２６をケース２０の中心に配置するための２〜３本の脚材２４Ａからなり、これらの脚材２４Ａを放射状に配置して各一端部で発電装置２６を保持すると共に、各他端部をケース２０の内壁に固定するようにしたものである。
【００２１】
ケース２０は、図１に示すように、適当な架台２９上に設置されるが、フード１６が空調設備１４の排気ダクト１２の排気口１２Ａに非接触状態で対向設置される。すなわち、フード１６と排気口１２Ａとは適当な空間１９を開けて対向設置される。ちなみに、フード１６を排気ダクト１２の排気口１２Ａに密着あるいは連結させると、空調設備１４の負荷になり、排気能力を低下させるので好ましくない。ここで、空調設備１４とは、排気ダクト１２、送風機３０、その他周知の付帯設備を含むものである。
【００２２】
ケース２０の入口内径は、排気ダクト１２の排気口１２Ａ内径と等しいか、もしくは大きい寸法となっている。排気口１２Ａが横断面四角形のときは、対角線より大きくされている。排気ダクトの排気口１２Ａの大きさに比べてケース２０の入口内径が大きいと、排気風がケース２０内通気路の入口から出口に向かって円滑に流れる。排気口１２Ａに対向したフード１６の入口の口径も、排気口１２Ａよりも大径である。
【００２３】
図２は、本発明の風力発電システムのケースの入口側にコーン状のフードを設けたことによる風力作用の説明図である。
この図に多くの矢印で示すように、排気風１７は排気ダクト１２から排出された際には渦流も含む複雑な運動エネルギを持つ。これらの排気風１７は、コーン状のフード１６を通過する際にフード周辺の外気も引き込むようにして整流される。軸流ファン２２はケース２０内において整流された排気風をファンのほぼ全面かつ均一に受ける。
【００２４】
本発明の風力発電システムにおいては、排気風の流路抵抗が低いので、排気風はほぼ１００％ケース２０内に流入し整流される。ケース２０内の軸流ファン２２が整流された排気風をファン全面に均一に受けるので、排気風のエネルギを最も効率良く利用できる。ケース２０の入口内径が小さいと排気風がケース２０の外側を流れて笛の音のような騒音が発生するが、ケース２０の入口内径が大きいことによってそのような騒音の発生を防止できる。
【００２５】
なお、例えば、フードを排気ダクト１２側端縁に連設した場合は、排気ダクトの振動が当該フードにそのまま伝達されて、振動や騒音が増幅されるおそれがある。すなわち、空調設備１４を設計通りの性能で運転できなくなる。従って、フード１６はケース２０の入口側周端に設けることが肝要である。また、フード１６は排気風を最も効率良く取り入れて軸流ファン２２を回転させるためには円筒型のものを使用することが好ましい。
【００２６】
本発明においては、発電装置２６で発生した電力を蓄電装置２８で蓄えるだけではなく、直接、電力機器（図示せず）に供給するようにしてもよい。従って、発電装置２６を蓄電装置２８に接続しない使い方もある。
【００２７】
図３に示すように、フード１６のないケース２０に排気風を当てた場合、当該ケースの外側に等速で流れる空気層３３が発生し、排気風がケースの外側を流れて笛の音のような騒音が発生する。本発明のようにケース入口側周端にコーン状のフード１６を連設することにより、上記のような空気層３３が発生しないので騒音発生が防止される。
【実施例２】
【００２８】
図４は、実施例２の風力発電システムを示す説明図である。図１に示した部分と共通する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この実施例では複数の軸流ファン２２及び発電装置２６を、ケース２０内にタンデムに設置することにより、排気風のエネルギを効率良く利用できるようにしている。
【００２９】
これらの軸流ファン２２は、それぞれ羽根の大きさや枚数が異なっている。例えば、軸流ファン２２は排気風の下流に配置されるにつれて、羽根枚数を少なくして羽根間の隙間が大きくなるようにすると、ケース内の気流がスムーズになるので、好ましい。
【実施例３】
【００３０】
図５は、実施例３の風力発電システムを示す説明図である。図１に示した部分と共通する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
図示したように、空調設備１４の送風機３０の出口３０Ａと排気ダクト１２の入口１２Ｂとの間に、空調設備１４の排気風を曲線的に案内するガイド３４が設けられている。
【００３１】
ガイド３４は中間部がゆるやかに湾曲した円筒体であり、排気ダクト１２の排気口１２Ａとケース２０の入口との間に設けられることによって、送風機３０から排出された排気風を曲線的に案内して整流することができる。排気風は、ガイド３４の内壁に沿って流れ、運動エネルギのケース２０の軸方向成分以外の成分が減少し、軸流ファン２２に垂直に衝突するように整流される。
【実施例４】
【００３２】
図６は、実施例４の風力発電システムを示す説明図である。図１に示した部分と共通する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
本発明では、フード１６を排気口１２Ａに対して所定の空間１９を開けて設置するが、この空間１９あるいはケース２０の出口から鳥や小動物、ゴミ等が入り込んで故障の原因になるおそれがある。
【００３３】
従って、上記空間１９あるいはケース２０の出口に、空気抵抗が少なく、振動伝達のおそれがない柔軟な材質からなる網３６Ａ、３６Ｂをそれぞれ被せることが望ましい。これらの網３６Ａ、３６Ｂは、鳥や小動物が入り込むのを防止できる程度の大きさの編目を持っており、金属製でもプラスチック製でもよい。このような網を被せることにより、鳥類等の巻き込みを防止する。これにより、野鳥を保護し、故障も予防できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施例１の風力発電システムを示す説明図である。
【図２】本発明の風力発電システムのケースの入口側にコーン状のフードを設けたことによる風力作用の説明図である。
【図３】フードのないケースに排気風を当てた場合の状況説明図である。
【図４】実施例２の風力発電システムを示す説明図である。
【図５】実施例３の風力発電システムを示す説明図である。
【図６】実施例４の風力発電システムを示す説明図である。
【符号の説明】
【００３５】
１２  排気ダクト
１４  空調設備
１６  フード
１７  排気風
１９  空間
２０  ケース
２２  軸流ファン
２４  固定手段
２６  発電装置
２７  電力ケーブル
２８  蓄電装置
３０  送風機
３３  空気層
３４  ガイド
【図１】
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【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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