(57)【要約】【課題】工場等の生産設備で排出されているパルス状排風圧を再利用して新たな電気エネルギーの消費を抑え、ひいてはＣＯ２排出量の低減を図る。【解決手段】生産設備１０の排風口１１に配管２０を接続し、排風口１１からパルス状に排出された排風圧を配管２０のノズル部２１から回転羽根３０の外周近傍に噴射して回転羽根３０を回転させ、回転羽根３０の回転によって発電機４０を作動させて発電する。配管２０の内径が１０ｍｍで長さを１１００ｍｍ以内、内径が８ｍｍで４００ｍｍ以内に設定する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス状に排出された排風圧を回転羽根に噴射して回転させ、前記回転羽根の回転によって発電機を作動させて発電することを特徴とする排風圧による発電システム。
【請求項２】
前記パルス状排風圧の前記回転羽への噴射は、所定の内径と長さを有し一端が圧縮空気を使用した設備の排風口に接続され他端が前記回転羽根の近傍にノズル部を有する配管で導かれて前記回転羽根へ噴射していることを特徴とする請求項１記載の排風圧による発電システム。
【請求項３】
前記配管の内径及び長さは、当該配管の装着によって前記パルス状排風圧がサイレンサーを装着した場合における排風圧上昇値を超えないように設定されていることを特徴とする請求項２記載の排風圧による発電システム。
【請求項４】
前記配管の内径は１０ｍｍ、長さは１１００ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項３記載の排風圧による発電システム。
【請求項５】
前記配管の内径は８ｍｍ、長さは４００ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項３記載の排風圧による発電システム。
【請求項６】
前記配管のノズル部は前記回転羽根に対して所定の間隔を保持して配設されていることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一つに記載の排風圧による発電システム。
【請求項７】
前記配管のノズル部には周囲の空気を吸い込み風量を増加させる風量増幅手段が設けられていることを特徴とする請求項２〜６のいずれか一つに記載の排風圧による発電システム。
【請求項８】
前記配管のノズル部は前記回転羽根の外周部近傍に配置されていることを特徴とする請求項２〜７のいずれか一つに記載の排風圧による発電システム。
【請求項９】
前記回転羽根の翼面線に対する前記配管のノズル部の噴射方向角度θ２はほぼ４５°〜９０°に設定されていることを特徴とする請求項８記載の排風圧による発電システム。
【請求項１０】
前記回転羽根の翼面線の回転中心線に対する角度θ１はほぼ４５°に設定されていることを特徴とする請求項９記載の排風圧による発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は生産設備等からパルス状に排出される風圧を利用した発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＯ２排出量の低減の観点から種々の省エネルギー施策が行われている。下記特許文献１には図１に回転送風機１を運転して発生する回転送風機１の排気の送風機排気口１ｄに小型風力発電装置３を設置し、送風機排気口１ｄから吐出される排風の風量エネルギーを電力に変換して利用する排風利用省エネルギー方法が記載されている。
【０００３】
回転送風機１によって発生され利用する排気（排風）は連続的に発生し、風量が多く小型風力発電装置３を作動させるエネルギーに風量が大きく寄与している。
【０００４】
ところで工場等では圧縮空気を加工動力源とし、エアシリンダー等の加工部に圧縮空気を供給し、そのエネルギーによって加工した後低圧化した空気すなわち背圧を排風として大気に排出する生産設備が種々多量に使用されている。このような生産設備の排風口（空気マニホールド）から排出される排風は連続的ではなく加工のサイクルによって間歇的且つかなりの風圧を持ったパルス状の排風であり、風量は少ない。
【０００５】
また、排風口から排出される排風はパルス状の排風圧であるため、大気に排出される時相当の排出音が生じる。この排出音を低減するため排風口にサイレンサー（消音器）を装着するのが常である。添付した図４に示すようにサイレンサー６０は一端が閉塞した中空筒体６１に半径方向に多数の貫通孔６２が形成され、中空筒体６１の内部に円筒状多孔質スポンジ６３が配設された構造であり、パルス状排風が内部を通過する際多孔質スポンジ等が通風抵抗となって圧力損失を生じ排風の圧力はパルス状に高くなる。すなわち加工を終えた圧縮空気の背圧はサイレンサーの装着によって高くなるため、供給される圧縮空気のエネルギーを有効に利用するためには排風口での排風の圧力を出来るだけ低くすることが必要である。
【０００６】
そこで発明者らは上記した従来の連続的に発生し且つ多量の排風を利用するのではなく、生産設備の排風口から排出されるパルス状の排風の圧力を利用することに着目した。そして、このパルス状排風圧を利用する場合においても生産設備に供給される圧縮エアーの加工エネルギーを従来のサイレンサー装着時の背圧上昇値を超えないようにすることが望ましい。すなわち従来のサイレンサー装着生産設備の加工能力を低下させないでパルス状排風圧を利用することが望ましい。
【特許文献１】特開２００５−７６４９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、パルス状に排出された排風圧を回転羽根に噴射して回転させ、前記回転羽根の回転によって発電機を作動させて発電することにより、工場等の生産設備で排出されているパルス状排風圧を再利用して新たな電気エネルギーの消費を抑え、ひいてはＣＯ２排出量の低減を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明では、パルス状に排出された排風圧を回転羽根に噴射して回転させ、前記回転羽根の回転によって発電機を作動させて発電することを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、工場等の圧縮空気を使用した設備で排出されているパルス状排風圧を再利用でき新たな電気エネルギーの消費を抑え、ひいてはＣＯ２排出量の低減を図ることができる。
【００１０】
請求項２に係る発明では、前記パルス状排風圧の前記回転羽根への噴射は、所定の内径と長さを有し一端が圧縮空気を使用した設備の排風口に接続され他端が前記回転羽根の近傍にノズル部を有する配管で導かれて前記回転羽根へ噴射していることを特徴とする。
【００１１】
上記構成によれば、パルス状排風圧を飛散低下させることなく確実に前記回転羽根へ排風圧エネルギーを供給できる。
【００１２】
請求項３に係る発明では、前記配管の内径及び長さは、当該配管の装着によって前記パルス状排風圧がサイレンサーを装着した場合における排風圧上昇値を超えないように設定されていることを特徴とする。  
【００１３】
上記構成によれば、従来のサイレンサー装着生産設備の加工能力を低下させることなく発電することができる。
【００１４】
請求項４に係る発明では、前記配管の内径を１０ｍｍ、長さを１１００ｍｍ以下に設定していることを特徴とする。
【００１５】
上記構成によれば、従来のようなサイレンサー装着による設備の加工能力低下をさせることなく前記配管を充分長くとることができ、生産設備に対して発電機を自由に設置できる。
【００１６】
請求項５に係る発明では、前記配管の内径を８ｍｍ、長さを４００ｍｍ以下に設定していることを特徴とする。
【００１７】
上記構成によれば、従来のようなサイレンサー装着による設備の加工能力低下をさせることなく小径の配管で排風圧を伝達できる。
【００１８】
請求項６に係る発明では、前記配管のノズル部は前記回転羽根に対して所定の間隔を保持して配設されていることを特徴とする。
【００１９】
上記構成によれば、前記パルス状排風圧の背圧すなわち排風圧上昇を抑えることができる。
【００２０】
請求項７に係る発明では、前記配管のノズル部に周囲の空気を吸い込み風量を増加させる風量増幅手段を設けていることを特徴とする。
【００２１】
上記構成によれば、前記パルス状排風圧の流通を良好にすることができ排風圧上昇を抑えることができるとともに風量を増加させることができるので前記回転羽根の回転効率を上げ安定回転をさせることができる。
【００２２】
請求項８に係る発明では、前記配管のノズル部は前記回転羽根の外周部近傍に配置されていることを特徴とする。
【００２３】
上記構成によれば、前記配管のノズル部から噴射される前記パルス状排風圧による前記回転羽根の回転モーメントを最大限にすることができる。
【００２４】
請求項９に係る発明では、前記回転羽根の翼面線に対する前記配管のノズル部の噴射方向角度θ２はほぼ４５°〜９０°に設定されていることを特徴とする。
【００２５】
上記構成によれば、前記回転羽根がその翼面線の角度θ１が異なった構造の場合でも、前記配管のノズル部からの排風圧が効率的に前記回転羽根に噴射されるため前記回転羽根の回転効率を向上させることができる。
【００２６】
請求項１０に係る発明では、前記回転羽根の翼面線の回転中心線に対する角度θ１をほぼ４５°に設定していることを特徴とする。
【００２７】
上記構成によれば、前記配管のノズル部を前記回転羽根の回転中心線から４５°の前面側で配置することができ、前記配管の設置・調整が容易である。特に前記回転羽根の回転面に直交して配置でき前記配管の設置・調整が極めて容易にできる。  また、前記翼面線の角度θ１が４５°の回転羽根構造の物は汎用的であり送風機としても存在して入手も容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下の本発明になる排風圧による発電システムの実施形態を図に基づき説明する。図１は本発明排風圧による発電システムの構成図を示す。
【００２９】
圧縮空気を加工動力源とし、エアシリンダー等の加工部に圧縮空気が供給される生産設備１０の排風口１１（マニホールド）には配管２０が気密接続されている。加工が終わった圧縮空気は排風圧となって排風口１１から配管２０へ供給される。この排風圧は加工毎に排出されるため、パルス状に排出され強弱圧の排風である。
【００３０】
配管２０の先端に位置するノズル部２１の近傍に回転羽根３０が配置され、配管２０に供給された排風圧はノズル部２１から回転羽根３０に噴射され、回転羽根３０を回転させる。
【００３１】
回転羽根３０の回転力は発電機４０に伝達され、発電機４０により発電された電気が取り出され発光ダイオード等の照明に利用される。そして回転羽根３０、発電機４０は防音ケース５０に収納されており、圧縮空気の排風圧の噴射音、回転羽根３０の回転音等が外部へ漏洩するのを防止している。
【００３２】
図２は配管２０のノズル部２１、回転羽根３０、発電機４０、防音ケース５０の位置関係及び構造を示す拡大断面図である。
【００３３】
配管２０のノズル部２１の外周にはノズル部２１を流通する排風の流速によって周りの空気を吸い込み風量を増加させる風量増幅手段２２が取付けられている。この風量増幅手段２２はノズル部２１の噴射方向に先細の円錐空間部２３が形成された構造である。そしてノズル部２１は回転羽根３０の外周部近傍で所定の間隔を置いて配置されている。
【００３４】
配管２０は内径部に通風抵抗がなく滑らかな状態がよく、金属製あるいはフレキシブルチューブでもよい。回転羽根３０、発電機４０の設置場所の自由度を容易にできる観点からフレキシブルチューブの方が望ましい。
【００３５】
生産設備１０の排風口１１に配管２０を接続すると、パルス状の排風圧が配管２０内を流通する際僅かな通風抵抗により圧力損失が生じ排風口１０での圧力が上昇する。本案においては、生産設備１０の排風口１１に配管２０を接続した場合でも圧力上昇値が排風口１１にサイレンサー６０（図４に表示）を取付けたことによる排風口１０での圧力上昇値を越えないように配管２０の内径及び長さを設定するのが狙いである。
【００３６】
発明者らは配管２０の排風口１０への接続によって配管２０の内径と長さによるの排風口１０での圧力上昇について実験し、次のような結果を得た。
【００３７】
配管２０の内径が１０ｍｍの場合、長さが４００ｍｍで０．０３Ｍｐａ、６００ｍｍで０．０３５Ｍｐａ、８００ｍｍで０．０４Ｍｐａ、１０００ｍｍで０．０４５Ｍｐａ、１１００ｍｍで０．０５Ｍｐａであり、サイレンサー６０（図４に表示）取付け時の圧力上昇値０．１２Ｍｐａより充分小さいことが確認した。
【００３８】
また、配管２０の内径が８ｍｍの場合、長さが４００ｍｍで０．１２Ｍｐａであり、サイレンサー６０取付け時の圧力上昇値０．１２Ｍｐａを超えないことを確認した。
【００３９】
次に図２により回転羽根３０と発電機４０の構造について説明する。回転羽根３０の羽根軸３１は発電機４０を構成するハウジング４１に一対のベアリング４２を介して回転自在に配設された発電軸４３に固定ボルト４４により接続固定されている。ハウジング４１は支柱４５を介して防音ケース５０に固定されている。
【００４０】
回転羽根３０とは反対側の発電軸４３の端部には永久磁石４６が固定され、発電軸４３と共に一体で回転する。永久磁石４６の外周には所定の距離を隔てて発電コイル４７が配置され、ブラケット４８を介してハウジング４１に固定されている。そして永久磁石４６と発電コイル４７により電気が発電され、発電コイル４７から外部へ電気が導き出され、照明等に利用される。発電量は多くないので消費電力の少ない発光ダイオード（ＬＥＤ）等に使用するのが望ましい。
【００４１】
防音ケース５０は配管２０のノズル部２１、回転羽根３０及び発電機４０を包囲しており、内周全面には通気性のある多孔質スポンジ等の吸音材５１が貼付けられている。また、吸音材５１は発電機４０と出口側端面５２との間に防音ケース５０の外周から内部方向に延びる仕切り板５３にも貼付されて屈曲路を形成し、ノズル部２１から噴射された排風圧はこの屈曲路を矢印で示すように流通することにより防音される。噴射された排風圧は出口側端面５２の排出口５４から排出される。なお、風量増幅手段２２の近傍の防音ケース５０の入口側端面５６には外部からの空気を流入させるための空気取入孔５５が形成してある。そして防音ケース５０内の空気が排出口５４から排出されるのに伴い空気取入孔５５から空気が流入し常に防音ケース５０の内部を充満させると共に矢印で示すように風量増幅手段２２の吸い込み作用を可能にしている。また、空気取入孔５５は吸音材５１が貼付されている部位に設けているので、作動音が空気取入孔５５から洩れるのを防止している。
【００４２】
次に図３により回転羽根３０に対する配管２０のノズル部２１の噴射方向位置関係すなわちノズル部２１の取付け適用範囲を説明する。図３は図２において回転羽根３０と配管２０のノズル部２１とを上部側から見た状態を示す。
【００４３】
回転羽根３０はその断面は内側湾曲形でその翼面線３２が回転中心線３３に対して所定の角度θ１をなしている。本例ではほぼ４５°である。
【００４４】
発明者らは試行の結果、翼面線３２のいろいろな角度θ１に対して翼面線３２からノズル部２１の噴射方向角度θ２を４５°〜９０°に設定すれば回転羽根３０は回転し電気を発生させることができることを確認した。
【００４５】
従って例えばθ１が２０°の回転羽根においてはノズル部２１の噴射方向角度θ２は回転中心線３３から２５°〜７０°の範囲に設定される。すなわちノズル部２１の噴射方向角度θ２をこの角度範囲内で調節可能である。θ１が０°の場合θ２は回転中心線３３からほぼ４５°〜９０°の範囲に設定される。なお、θ１は４５°以内が望ましい。
【００４６】
本例の場合、θ１がほぼ４５°の回転羽根３１を使用しているのでθ２は回転中心線３３からほぼ０°〜４５°の範囲に設定できる。従ってノズル部２１を回転羽根３０の回転面（回転中心線３３と直交する面）に対して直交して設置できる。このような条件ではノズル部２１の設置や設定が最も容易である。
【００４７】
このようにして本発明においては、パルス状に排出された排風圧を回転羽根３０に噴射して回転させ、回転羽根３０の回転によって発電機４０を作動させて発電するようにしているから、工場等の圧縮空気を使用した設備で排出されているパルス状排風圧を再利用でき新たな電気エネルギーの消費を抑え、ひいてはＣＯ２排出量の低減を図ることができる。
【００４８】
また、本発明ではパルス状排風圧の回転羽根３０への噴射は、所定の内径と長さを有し一端が生産設備１０の排風口１１に接続され他端が回転羽根３０の近傍にノズル部２１を有する配管２０で導かれて回転羽根３０へ噴射するようにしているから、パルス状排風圧を飛散低下させることなく確実に回転羽根３０へ排風圧エネルギーを供給できる。
【００４９】
さらに、本発明では配管３０の内径及び長さを、配管３０の装着によってパルス状排風圧がサイレンサー６０を装着した場合における排風圧上昇値を超えないように設定しているから、従来のようなサイレンサー６０装着による設備の加工能力低下をさせることなく発電することができる。
【００５０】
さらに、本発明では配管の内径を１０ｍｍ、長さを１１００ｍｍ以下に設定しているから、従来のようなサイレンサー６０装着による設備の加工能力低下をさせることなく配管２０を充分長くとることができ、生産設備に対して発電機４０を自由に設置できる。
【００５１】
さらに、本発明では配管の内径を８ｍｍ、長さを４００ｍｍ以下に設定しているから、従来のようなサイレンサー６０装着による設備の加工能力低下をさせることなく小径の配管で排風圧を伝達できる。
【００５２】
さらに、本発明では配管２０のノズル部２１を回転羽根３０に対して所定の間隔を保持しているから、パルス状排風圧の背圧すなわち排風圧上昇を抑えることができる。
【００５３】
さらに、本発明では配管２０のノズル部２１に周囲の空気を吸い込み風量を増加させる風量増幅手段２２を設けているから、パルス状排風圧の流通を良好にすることができ排風圧上昇を抑えることができるとともに風量を増加させることができるので回転羽根３０の回転効率を上げ安定回転をさせることができる。
【００５４】
さらに、本発明では配管２０のノズル部２１を回転羽根３０の外周部近傍に配置しているから、配管２０のノズル部２１から噴射されるパルス状排風圧による回転羽根３０の回転モーメントを最大限にすることができる。
【００５５】
さらに、本発明では回転羽根３０の翼面線３２に対する配管２０のノズル部２１の噴射方向角度θ２をほぼ４５°〜９０°の範囲に設定しているから、翼面線３２の角度θ１が異なる構造の回転羽根を使用した場合でも、配管２０のノズル部２１からの排風圧が効率的に回転羽根３０に噴射されるため回転羽根３０の回転効率を向上させることができる。
【００５６】
さらに、本発明では回転羽根３０の翼面線３２の回転中心線３３に対する角度θ１をほぼ４５°に設定しているから、配管２０のノズル部２１を回転羽根３０の回転中心線３３からほぼ４５°の前面側で配置することができ、配管２０の設置・調整が容易である。特に回転羽根３０の回転面に直交して配置でき配管２０の設置・調整が極めて容易にできる。  また、翼面線３２の角度θ１がほぼ４５°の回転羽根構造の物は汎用的であり送風機としても存在して入手も容易であり、当該送風機は空気を噴射し回転力を得る回転羽根としても使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明になる排風圧による発電システムの実施形態を示すシステム構成図である。
【図２】本発明における配管２０のノズル部２１、回転羽根３０、発電機４０、防音ケース５０の位置関係及び構造を示す拡大断面図である。
【図３】。図３は図２において回転羽根３０と配管２０のノズル部２１とを上部側から見た状態を示す上面図である。
【図４】本発明の説明に供するものでサイレンサー６０の断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０  設備
１１  排風口
２０  配管
２１  ノズル部
２２  風量増幅手段
３０  回転羽根
３２  翼面線
３３  回転中心線
４０  発電機
４６  永久磁石
４７  発電コイル
５０  防音ケース
６０  サイレンサー
θ１  回転中心線３３からの翼面線３２の角度
θ２  翼面線３２からのノズル部２０の噴射方向角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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