(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排出する流体を導くための排出流路に、該排出流路を通る排出流体を受けて駆動する複数の発電機を設けた発電装置において、
前記複数の発電機は、それぞれ前記排出流路の内部に配置された、前記排出流体を受けて回転する風車と、前記排出流路の外部に配置された、前記風車の回転軸が連結された発電部と、を備え、
前記複数の発電機の風車は、前記排出流路の延びる方向に沿って、前記排出流路を螺旋状に取り巻くように配置したことを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記回転軸は、前記排出流路を通る流体の流れの方向に交差する方向に延びたことを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
前記回転軸は、前記排出流路を通る流体の流れの方向に略直交して延びたことを特徴とする請求項２に記載の発電装置。
【請求項４】
前記発電機によって発電した電気エネルギーを蓄電するバッテリーを備えたことを特徴とする請求項１、２または３に記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気や排水を導くための排出流路に、該排出流路を通る排出流体を受けて駆動する複数の発電機を設けた発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、省資源でかつクリーンなエネルギーを得るための技術の一つとして自然風の風力を利用して発電する風力発電装置がある。風力発電装置は、屋外に施設するので風速や風向の変化に対応したり、季節風や台風等の急激な風力や風圧の変化に対し安全性と強度を保ったりする必要がある。
【０００３】
このため、風力発電装置は、過回転に対する非常時翼車停止用電磁ブレーキ、翼車プレートのピッチ角制御装置、変化する風向に対して風を直角に受けるためにナセルを回転させるためのナセル回転機構などを備えている。このような構成により、安全性を高めるとともに強度を保つようになっている。
【０００４】
しかしながら、このような構成のために製作コストが膨大になり、屋外に施設する風力発電装置は、１基が数億円から数十億円にもなる。例えば、１基当り１０００ｋＷで１億５０００万円、２４００ｋＷで４億４０００万円といった膨大な費用が掛かる。
【０００５】
このような屋外に施設して自然風を利用するタイプの風力発電装置とは異なり、他の既設システムにおける気流を利用する風力発電装置も考案されている。そのような技術として、例えば、特許文献１に記載されている風力発電装置がある。
【０００６】
すなわち、ボイラーからの排気を導く煙道に風力トルク駆動ファンを設け、該風力トルク駆動ファンの回転軸を煙道の外部に設置した発電機に直結して、ボイラーからの排気によって回転する風力トルク駆動ファンの回転力によって発電機を駆動して発電を行うものである。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１２０５０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載された風力発電装置は、風力トルク駆動ファンを効率よく回転させるために回転軸を排気の流れる方向に向ける必要があることから、煙道外部に発電機を設置するスペースを設けるために煙道を屈曲させるとともに排気を誘導するための導風板を設けたり（特許文献１の図１）、あるいは煙道にバイパスダクトを設けて該バイパスダクト内に風力トルク駆動ファンと風力発電機とを設置したり（特許文献１の図２）しなければならず、構造が複雑になってその分コストが嵩むとともに、メンテナンスが容易でないという問題点があった。
【０００９】
また、煙道の構造を複雑にしたり、煙道の構造に影響を与えたりすることにより、風力発電機の設置位置が制限されたり、設置個数が制限されたりするという問題点があった。
【００１０】
本発明は、このような従来の技術が有する問題点に着目してなされたもので、各種施設に既設の煙道やダクトにそれらの構造を変えることなくそれらを流れる排気の流圧で発電する小型の発電機を設けて、施設に電力供給することができる風力発電装置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】
【００１１】
かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に存する。  ［１］排出する流体を導くための排出流路（１）に、該排出流路（１）を通る排出流体を受けて駆動する複数の発電機（２）を設けた発電装置において、
前記複数の発電機（２）は、それぞれ前記排出流路（１）の内部に配置された、前記排出流体を受けて回転する風車（２０）と、前記排出流路（１）の外部に配置された、前記風車（２０）の回転軸（４０）が連結された発電部（３０）と、を備え、
前記複数の発電機（２）の風車（２０）は、前記排出流路（１）の延びる方向に沿って、前記排出流路（１）を螺旋状に取り巻くように配置したことを特徴とする発電装置。
【００１２】
［２］前記回転軸（４０）は、前記排出流路（１）を通る流体の流れの方向に交差する方向に延びたことを特徴とする［１］に記載の発電装置。
【００１３】
［３］前記回転軸（４０）は、前記排出流路（１）を通る流体の流れの方向に略直交して延びたことを特徴とする［２］に記載の発電装置。
【００１４】
［４］前記発電機（２）によって発電した電気エネルギーを蓄電するバッテリーを備えたことを特徴とする［１］、［２］または［３］に記載の発電装置。
【００１５】
前記本発明は次のように作用する。  
排出流体の通る排出流路（１）の内部に配置した複数の風車（２０）は、それぞれ流体の流圧を受けると回転する。各風車（２０）はそれぞれ回転軸（４０）に固定されているので、風車（２０）が回転をするときにはその回転軸（４０）も回転する。
【００１６】
各回転軸（４０）は排出流路（１）を貫通しており、それぞれ排出流路（１）の外部に配置された発電部（３０）に連結されているので、風車（２０）の回転は発電部（３０）に伝達される。これにより、発電部（３０）が駆動して発電が行われる。
【００１７】
この複数の発電機（２）は、それらの風車（２０）が排出流路（１）の延びる方向に沿って、排出流路（１）を螺旋状に取り巻くように配置されているので、排出流路（１）を通る排出流体の流れを乱すことなく、従って特定の位置の風車（２０）は良く回転し、別の位置の風車（２０）は回転が悪いというような風車（２０）の回転具合に偏りが生じることがなく、各発電機（２）による発電が略均等になる。
【００１８】
通常、風車（２０）の回転軸（４０）は、排出流路（１）を通る流体の流れの方向に直交するように排出流路（１）の中心に向かって内壁に略直交して延びるように配設すれば良いが、排出流路（１）の構造上、流体が排出流路（１）の内壁に沿った方向に流れないような所では、排出流路（１）の内壁を斜めに交差して延びるように配設することにより、流体による流圧を適切に受けて効率よく発電できるようにすることができる。
【００１９】
また、発電機（２）によって発電した電気エネルギーを蓄電するバッテリーを備えるようにしたものでは、発電した電気エネルギーを所望の時に使用することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明にかかる発電装置によれば、発電機を配設する煙道やダクトなどの排出流路の内部に風車を配置し、風車の回転軸を排出流路の外部に配置した発電部に連結するようにしたので、発電機を配設することが排出流路の構造に影響を与えることがない。
【００２１】
さらに、排出流路の路程が複雑であっても容易に配設することができる。
また、風車を排出流路の延びる方向に沿って、排出流路を螺旋状に取り巻くように配置したので、排出流路を通る流体の流れが安定して風車の回転具合に偏りが生じず、もって各発電機により効率的で略均等な発電をすることができる。
【００２２】
また、発電した電気エネルギーをバッテリーに蓄電するようにしたものでは、発電した電気エネルギーを所望の時に使用することができるなど、より有効に活用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面に基づき本発明の好適な一実施の形態を説明する。  
各図は本発明の一実施の形態を示している。  
図１は、本発明の一実施の形態に係る発電装置の発電機を排出流路に配設した様子を示す図である。図２は、本発明の一実施の形態に係る発電装置の発電機を排出流路に配設した様子を排出流路の延びる方向から見た図である。図３は、図１の発電装置に使用する風車の概略図である。図４は、図３の風車の説明図である。
【００２４】
図１および図２に示す排出流路１は、例えば、産業用の煙突やボイラーの排気ダクト、デパートやショッピングセンターや病院などの施設内に設置されている空調ダクト等の気体を排出したり、送風したりするための管路である。
【００２５】
発電機２は、排出流路１の内部に配置される風車２０と、排出流路１の外部に配置される発電部３０と、風車２０の回転を発電部３０に伝達する回転軸４０とからなっている。回転軸４０は、その一方の端部側に風車２０が固定され、もう一方の端部側に発電部３０が連結されている。この発電機２は、排出流路１を流れる排出流体を風車２０が受けると、排出流体の流圧で風車２０が回転して、その回転エネルギーを発電部３０が電気エネルギーに変換するものである。
【００２６】
風車２０は、回転軸４０を中心にして等間隔に複数のフィン２１が設けられている。図１および図２に例示した風車２０は、ジャイロミル型の風車であり、回転軸４０を中心にして１２０度の等間隔で３枚のフィン２１が設けられている。
【００２７】
図１、３および４に示すように、フィン２１は、回転軸４０から半径方向に真っ直ぐに延びた部分と回転軸４０に略平行な部分とからなるフレーム２２、該フレーム２２の回転軸４０に略平行な部分に取り付けた板状のブレード２３から成っている。ブレード２３は、その長手方向が回転軸４０の延びる方向と一致しており、横断面が例えば航空機の翼の横断面に類似した形状を有したものである。ブレード２３は、図１および図４に示した矢印Ａ方向の排出流体の流れに対して一定の方向に回転するように、所定の角度αをもってフレーム２２に取り付けられている。このように形成されているフィン２１は、金属、合成樹脂等ある程度の硬度を有するものであればよいが、排出流体の温度や成分に対応して適宜な素材を選択して形成する。例えば、排出流体が高温であれば、排出流体の温度によって変形しない素材を用いて形成し、排出流体が酸性を有するものである場合には、耐酸性のある素材を用いて形成する。
【００２８】
このようなフィン２１を有する発電機２は、排出流路１の管壁１ａを風車２０の回転軸４０が貫通している。回転軸４０は、排出流路１を流れる排出流体の流圧を効率よく受けるために、流体の流れの方向に直交する方向に延びるように配設することが好ましい。通常、直線状あるいは直線状でなくても緩やかな曲線を描く排出流路１ならば、その排出流路１の延びる方向に沿って排出流体が流れるので、排出流路１の中心に向かって排出流路１の内壁に略直交して延びるように配設すれば良い。
【００２９】
しかし、排出流路１が屈曲していたり、蛇行していたり、その他排出流路１の構造上、流体が排出流路１の内壁に平行な方向に流れないような所では、排出流体の流れの方向に略直交するように排出流路１の内壁を適宜に斜めに交差して延びるように配設してもよい。これにより、排出流体による流圧を風車２０が適切に受けて効率よく発電できるようにすることができる。
【００３０】
図１に示すように、複数の発電機２は、それらの風車２０が排出流路１の延びる方向に沿って、排出流路１を螺旋状に取り巻くように配置されている。図２に示すように、例示した排出流路１は円筒状の管路であり、複数の発電機２は、排出流路１の中心から略等角度の間隔をもって配置されている。
【００３１】
複数の発電機２をこのように配設した発電装置は、排出流路１を通る排気流体の流れを大きく乱すことがなく、従って発電機２の位置によって風車２０の回転具合に偏りが生じてしまうこともなく、各発電機２によるエネルギー変換を効率よくかつ偏りなく行わせることができる。
【００３２】
なお、図示したフィン２１の枚数は３枚であるが、これに限らず４枚以上であっても良い。また、風車２０は、ジャイロミル型に限られず、ダリウス型風車でもよいし、その他の種類の風車でもよい。例えば、回転軸４０を中心にして半径方向に真っ直ぐに延び拡がる板状のフィンを有するものでもよいし、回転軸４０側から延び出る板状のフィンが回転軸４０から離れるに従って排出流体を受ける面側に湾曲するような形状であってもよい。また、複数枚の板状のフィンを、回転軸４０を中心にして回転軸４０の周りを螺旋状に捩れるように延び出たものにしてもよい。
【００３３】
次に作用を説明する。  
図１において、排出流路１内を矢印Ａ方向に排出流体が流れると、排出流路１の上流に配置されている発電機２から順に風車２０に排出流体を受けてその流圧により回転を始める。風車２０の回転は、回転軸４０を介して発電部３０に伝達され、発電部３０によって電気エネルギーに変換される。
【００３４】
複数の発電機２は、それらの風車２０が排出流路１の延びる方向に沿って等間隔に、排出流路１を螺旋状に取り巻くように配列して取り付けてあり、かつ排出流路１の中心から略等角度の間隔をもって配置されているので排出流路１を通る排出流体の流れを大きく乱すことなく、効率よく発電することができる。
【００３５】
このようにして発電装置によって発電された電力は、排出流路１を備えた施設に補助電力として供給することにより、電気代の節約になるばかりではなく、省エネルギーに貢献することができる。
【００３６】
また、電気エネルギーを蓄電するバッテリーを備えておくことにより、発電した電気エネルギーを所望の時に使用することができるので、より有効な電力利用をすることができる。
【００３７】
図１には排出流路１が直線的に延びている所における発電機２の螺旋状配置を示したが、排出流路１が蛇行しているような所では、流速の速い、曲率半径の大きい側の管壁に発電機２を設けることにより、より大きな流圧を受けることができるので、より大きな発電をすることができる。
【００３８】
なお、排出流路１を取り巻くように配置する風車２０は螺旋状に配列させるが、その螺旋状は、螺旋状の全体に亘って一本の線状である必要はなく、螺旋状が途中で切れて、新たに別の位置から螺旋状の配列が始まるようにしてもよい。
【００３９】
また、本願発明に係る発電装置は、極めて安定した流速と風量で気体が流れているダクトに設置するので、野外設置の風力発電機のように調査をしたり、台風や季節風等の急激な風力と風圧の変化に対する過度な安全性と強度を保つための構造や機能を有するようにしたりする必要がない。
【００４０】
また、小型で量産効果が期待でき、製作コストの大幅節減が可能であり、排出流路側の構造を変えたりする必要がなく簡易な構造であるので容易に設置することができる。
【００４１】
また、上記の実施の形態では、本願発明に係る発電装置を排気ダクトや空調ダクトなどの排気流路に設けるものとして説明したが、工業施設や商業施設や農業施設に配管された、液体や水の流れる管路に発電装置を設けて、管路内を流れる液体や水の流速を利用して風車を回転させるようにして発電してもよい。
【００４２】
また、水田などに引き込まれている水路に本願発明に係る発電装置を設けて、その発電によって得た電力を獣から農作物被害を防ぐために設けた電気柵に供給するようにしてもよい。
【００４３】
また、ファミリーレストランなどの小規模商業施設は、規模の割には大量の電力を必要とするが、店内や厨房からの排気量が足りないので、発電のための排気風量を補うため排気ダクト（排気流路）内に送風ファンを取り付けてダクト内の風量を補い必要電力量を発電するようにし、発電した電力を送風ファンにも供給補助することもできる。
【００４４】
本願発明に係る発電装置によれば、あらゆる施設から排出されている流体に内在する未利用の膨大なエネルギーを、その流体の排出流路に必要数の発電機を取り付けることによって施設内の消費電力を補うことができ、ひいては現在地球規模で問題視されている深刻な温暖化現象に対して二酸化炭素（ＣＯ２）の排出量を減少せしめて地球環境の改善に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る発電装置の発電機を排出流路に配設した様子を示す図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る発電装置の発電機を排出流路に配設した様子を排出流路の延びる方向から見た図である
【図３】図１の発電装置に使用する風車の概略図である。
【図４】図３の風車の説明図である。
【符号の説明】
【００４６】
１…排出流路
１ａ…管壁
２…発電機
２０…風車
２１…フィン
２２…フレーム
２３…ブレード
３０…発電部
４０…回転軸
【図１】
0005032356.tif 000002
【図２】
0005032356.tif 000003
【図３】
0005032356.tif 000004
【図４】
0005032356.tif 000005