JP2011085075A - Funnel-mounted power generator and power generator mounting structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、煙突設置型発電装置及び発電装置取付け構造に係り、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。 The present invention relates to a chimney-installed power generator and a power generator mounting structure, and more particularly to a chimney-installed power generator that can efficiently generate power by introducing outside air outside the chimney.
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。 In recent years, efforts for global warming and environmental issues have been emphasized, and expectations for energy-saving technologies are increasing year by year. As efforts to address such environmental problems, attention has been focused on effective use of new energy and unused energy, and there is great expectation as an alternative to conventional petroleum energy.
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。 For example, according to the website of the Agency for Natural Resources and Energy, wind power generation using wind power is classified as one of the new energies, and is expected to be used in the future as clean energy that does not emit CO 2 . In addition, unused energy is defined as a generic term for energy that has not been used so far, such as factory exhaust heat and sewage exhaust heat, and these are expected to be used effectively in the future.
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。 Various proposals have already been made as technologies for utilizing such new energy and unused energy. For example, a power generation device using waste heat / other heat discharged from a chimney and wind power is also proposed. (For example, see Patent Document 1). According to this proposal, a wind power generator that generates power using waste heat and wind power resulting from it is installed in the middle of the transfer pipe connecting the waste heat generation source and the chimney to effectively utilize unused energy. I am trying.
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。
According to the one disclosed in
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。 From the viewpoint of generating power using waste heat and wind power based on it, it is consistent with the effective use of unused energy and new energy, and is considered a useful proposal as a means of addressing environmental issues. .
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。
However, the one disclosed in
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。 On the other hand, if a structure that does not branch the pipeline is selected, the rising air will pass through the vicinity of the center of the pipeline. In that case, a hub, shaft, generator, etc. disposed near the center of the pipeline Becomes an obstacle to the air flow, resulting in a pressure loss of waste gas, leading to a reduction in the efficiency of wind power generation.
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及びそのような発電装置を煙突の先端部に取り付けるための取付け構造を提供することを例示的課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a chimney-installed power generation apparatus that performs wind power generation using gas exhaust from a chimney, and the pressure loss of the gas exhaust without complicating the structure (Exhaust resistance) is prevented, and a chimney-mounted power generator capable of performing wind power generation with high power generation efficiency and excellent environmental suitability by utilizing outside air outside the chimney and such a power generator It is an exemplary problem to provide an attachment structure for attaching to the distal end portion of the above.
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。 In order to solve the above-described problems, a chimney-installed power generation device as an exemplary aspect of the present invention is installed in a gas exhaust path of a chimney that exhausts gas, and generates power by receiving wind caused by gas exhaust. A chimney-installed power generation device that performs a stator in which a plurality of power generation coils are arranged in the vicinity of the periphery of a hollow through-hole having a substantially circular cross section orthogonal to the gas exhaust direction, and a cross section orthogonal to the gas exhaust direction is an outer circumferential circle And a plurality of power generation magnets arranged in the vicinity of the outer circumferential circle, arranged in the hollow through-hole portion of the stator, and in the direction along the gas exhaust direction. A rotor that rotates as a center of rotation, and an outside air guide path that guides outside air from outside the gas exhaust path at a position downstream of the rotor in the gas exhaust direction, and the rotor performs gas exhaust from the outer circumference circle to the inner circumference circle. Wind to cause and having a plurality of blade members which converts the rotational force of the rotor, is configured not substantially interfere with the gas exhaust at the rotation center side of the inner circumference.
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。 Since power generation is performed using wind power generated by the gas exhausted from the chimney, it is possible to effectively use unused energy that has not been used in the past, which is excellent in environmental suitability and contributes to energy saving. The wind power generation is performed by the action of the power generation coil disposed in the stator and the power generation magnet disposed in the rotor, but the rotor is disposed in the hollow through-hole of the stator so that the rotor is rotated by gas exhaust. Therefore, the inertia moment of the rotor can be reduced compared to the type in which the rotor is disposed on the outer side (outer peripheral side) of the stator. Therefore, the initial power at the start of rotation can be reduced, and power can be generated efficiently even when the wind power is small. Since the moment of inertia of the rotor is small, it is possible to improve the response (followability) of the rotor rotation to the wind force change.
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。 Since the rotor is configured so as not to substantially hinder gas exhaust at the rotation center side of the inner circumference, gas exhaust near the rotation center of the rotor can be performed smoothly. Therefore, efficient wind power generation can be performed with almost no pressure loss or draft inhibition resistance (air resistance that becomes a factor of inhibiting draft (updraft)) in the vicinity of the rotor rotation center. Since members such as a generator and a hub are not arranged in the vicinity of the rotation center, there is no need to branch the exhaust pipe in order to avoid them, and the structure in the chimney is not complicated.
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。 Note that the fact that gas exhaust is not substantially prevented on the rotation center side of the inner circumference circle means that no member that inhibits gas exhaust is arranged on the rotation center side of the inner circumference circle, for example, This includes the case where the rotation center side of the inner circumferential circle is hollow and the rotor is ring-shaped.
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。 The rotor has a plurality of blade members from the outer circumference circle to the inner circumference circle, and the blade members receive the wind force caused by the gas exhaust and rotate the rotor. Since a plurality of blade members efficiently convert wind power into rotor rotational force, highly efficient power generation can be performed.
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。 The outside air guide path guides outside air from outside the gas exhaust path to the downstream position of the rotor. The gas exhaust path is a concept including the space inside the chimney and its extension line, and is a path through which the gas rising along the extension direction of the chimney (generally the vertical direction) flows. That is, the outside air from outside the gas exhaust path is, for example, air existing outside the chimney.
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。 That is, the outside air guide path guides the air outside the chimney into the gas exhaust path, and is located downstream of the rotor (inside the chimney, as well as the chimney tip (exhaust port) (upper part). Including the position on the extension line inside the chimney). This outside air guided into the gas exhaust path promotes gas exhaust downstream of the rotor. In particular, when the outside air is guided into the gas exhaust path and has a velocity component in the gas exhaust direction, and the velocity component is higher than the flow velocity of the gas exhaust, A decompression effect is produced, and the effect of accelerating gas exhaust is achieved. Therefore, since the gas exhaust is performed more smoothly, it is possible to effectively prevent the draft inhibition resistance due to the gas exhaust, and wind power generation with higher power generation efficiency becomes possible.
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。 An outside air guide path is introduced from the outside air introduction port that is substantially opened around the outside of the stator, the outside air outlet port that is substantially opened at the downstream side of the rotor inside the stator, and the outside air introduction port. And an outside air passage that guides the outside air to the outside air outlet while deflecting the outside air.
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。 Since the outside air is introduced from the outside air inlet port that is opened all around, and is guided by the outside air passage while being deflected by the outside air passage, the outside air is guided from the outside air outlet port that is opened all around to the gas exhaust path. More outside air can be efficiently guided into the gas exhaust path. Thereby, the smoothness improvement of gas exhaust and effective prevention of draft inhibition resistance can be further ensured.
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。 In addition, since the outside air is guided to the outside air outlet while gradually deflecting outside air through the outside air passage, the outside air can be smoothly guided from the outside of the gas exhaust path to the inside of the gas exhaust path. Etc. can be reduced.
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。 The opening area of the outside air outlet may be substantially smaller than the opening area of the outside air inlet.
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。 Since the opening area of the outside air outlet is substantially smaller than the opening area of the outside air inlet, it is possible to easily increase the flow rate of the outside air when the outside air is introduced than when the outside air is introduced. Therefore, the flow rate of outside air guided into the gas exhaust path (that is, the velocity component in the gas exhaust direction) can be easily increased, and the effect of accelerating the gas exhaust can be enhanced.
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。 The outside air passage may be configured to gradually narrow from the outside air inlet to the outside air outlet.
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。 Since the outside air passage is configured to gradually narrow, the outside air can be easily accelerated from the outside air introduction port to the outside air outlet port. At this time, it is possible to smoothly guide the outside air to the outside air outlet, and as a result, it is possible to contribute to speeding up the outside air guided into the gas exhaust path.
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。 The outside air guide path has a substantially funnel-shaped outer hood member in which the cross section perpendicular to the gas exhaust direction at the lower position is formed larger than the cross section at the upper position, and the cross section orthogonal to the gas exhaust direction at the lower position is the cross section at the upper position. And a substantially funnel-shaped inner hood member that is formed larger than the inner hood member and is opposed to the inner side of the outer hood member.
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。 Since the outside air guide path is constituted by the gap between two substantially funnel-shaped hood members (outer hood member and inner hood member) which are arranged apart from each other, the simple structure guides the outside air into the gas exhaust path. Can be realized. Since there is no need to draw a large number of pipes for guiding outside air, a large amount of outside air can be introduced by two members, so that high-efficiency wind power generation can be realized at low cost.
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。 The rotor may be configured to be floated and held with respect to the stator by a magnetic bearing.
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。 Since the rotor is floated and held with respect to the stator by the magnetic bearing, the frictional resistance in rotating the rotor can be remarkably reduced as compared with, for example, a contact type bearing such as a rolling bearing. Therefore, it can contribute to the improvement of power generation efficiency, and also contributes to the improvement of the life of the power generation device and the reduction of maintenance frequency.
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。 The magnets for bearings that constitute the magnetic bearings may be arranged so as to face the rotor and the stator.
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。 Since the bearing magnets are arranged so as to face each other on the rotor and the stator, the arrangement position of the bearing magnets can be in the vicinity of the outer circumference of the rotor (that is, in the vicinity of the outer edge of the hollow through-hole portion of the stator). . Since the bearing magnet can be disposed at a position close to the position where the power generation magnet is disposed, the maintenance of the magnet (for example, cooling of the magnet or removal of dust accumulated on the magnet) can be easily performed at a time. .
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。 A plurality of cooling fins for air-cooling at least one of the power generating coil and the power generating magnet may be disposed near the outer circumference of the rotor.
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。 Since a plurality of cooling fins are arranged near the outer circumference of the rotor, it is possible to efficiently air-cool the power generation coils and power generation magnets arranged near the cooling fins, improving power generation efficiency and reducing thermal load, This can contribute to the prevention of failure caused by it. Of course, the cooling fin may be configured to air-cool the bearing magnet.
羽根部材は、カーボン材料により構成されていてもよい。 The blade member may be made of a carbon material.
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。 The vane member is made of a lightweight and highly rigid carbon material, preventing corrosion due to gas exhaust, ensuring heat resistance to high-temperature gas, and improving power generation efficiency and responsiveness due to weight reduction (especially initial power) Greatly contribute to the reduction of In addition, although it is also preferable to apply a carbon composite material to a blade member, it is more preferable to use an autoclave carbon material especially. Here, the autoclave carbon material is a molding material obtained by laminating carbon fiber cloth and performing high compression molding in an autoclave molding machine, and is particularly a material suitable for forming a curved surface shape by carbon fibers.
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。 The blade member may have a blade surface that receives wind caused by gas exhaust, and the arrangement angle of the blade surface with respect to the gas exhaust direction may be variable.
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。 Since the arrangement angle of the blade surface of the blade member with respect to the gas exhaust direction is variable, for example, the following two functions can be exhibited. The first function is a function that enables the optimum arrangement angle to be selectively adjusted according to the gas exhaust speed in the chimney. Thereby, it becomes possible to apply a power generator to various chimneys for general purposes without preparing separate power generators having different arrangement angles for each chimney.
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。 The second function is to facilitate the maintenance of the stopped state of the rotor after the rotation of the rotor is stopped by brake equipment or the like. It may be necessary to stop the rotation of the rotor during maintenance of the power generation device or the chimney. However, in general, gas exhaust from the chimney is continuously performed regardless of day or night. Therefore, in order to stop the rotation of the rotor, which is a heavy object during high-speed rotation, mechanical and / or electric ( Electromagnetic brake equipment is required.
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。 On the other hand, since the gas exhaust from the chimney continues after the rotation is stopped by the brake equipment, a moment in the rotational direction is always applied to the rotor. If the arrangement angle of the blade member of the rotor is fixed, the brake equipment must be stopped and maintained in order to maintain the stopped state. For example, it is necessary to lock the rotor and the stator by some kind of engagement member or friction member, or to keep applying the counter electromotive force to maintain the stopped state.
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。 In addition, since the rotor to be rotated is forcibly maintained by the stop holding force, a load in the rotational direction is always applied, and the load on each part of the equipment is large. In the unlikely event that the engaging member or the friction member for stopping and holding is damaged or the counter electromotive force is stopped, the rotor suddenly starts rotating, which may cause a danger to maintenance workers.
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。 However, according to the present invention, since the arrangement angle of the blade surface of the blade member with respect to the gas exhaust direction is variable, the angle at which the rotational moment by the gas exhaust is hardly received (that is, the gas exhaust and the blade surface are substantially parallel to each other). It is possible to set the wing surface to the angle of arrangement. Accordingly, the blade surface angle can be set so that the rotor does not “rotate” without having to stop and hold after the rotation is stopped. With a simple and low-cost structure, unnecessary load on each component can be prevented, and the rotor can be kept stopped during gas exhaust. There is little possibility that the rotor suddenly starts rotating, and higher safety can be ensured for maintenance work.
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。 The rotor is divided into two members, an upstream rotor portion and a downstream rotor portion, on the upstream side and the downstream side in the gas exhaust direction, respectively, and is relatively rotatable along the rotational direction. The blade member is connected to the upstream rotor portion and the downstream rotor portion in the vicinity of the outer circumferential circle of the rotor, and the exhaust gas is discharged from the blade surface by rotating the upstream rotor portion and the downstream rotor portion relative to each other. The arrangement may be such that the arrangement angle with respect to the direction is variable.
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。 By the relative rotation (so-called torsional rotation) between the upstream rotor and the downstream rotor, the arrangement angles of the plurality of blade members can be changed simultaneously and simply.
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。 You may further have a monitoring means to monitor the dust accumulation state in the vicinity of the power generation coil.
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。 Since the monitoring means for monitoring the dust accumulation state in the vicinity of the power generation coil is provided, it is possible to prevent a decrease in power generation efficiency and a failure due to dust accumulation, thereby contributing to an improvement in the reliability of the power generation apparatus. As the monitoring means, for example, an imaging device (such as a CCD camera) that images the vicinity of the power generation coil, or a sensor that detects the amount of dust accumulation in the vicinity of the power generation coil (for example, arranged to be shielded by dust accumulation). The light emitting / receiving sensor) can be conceptualized. Of course, this monitoring means monitors not only the dust accumulation state in the vicinity of the power generation coil but also the dust accumulation state in the vicinity of the power generation magnet and the bearing magnet, and the damage state of these and the blade members. Good.
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。 You may further have a dust removal means to remove the dust accumulated in the vicinity of the power generation coil.
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。 Since the accumulated dust can be removed by the dust removing means, even if the power generation efficiency is reduced due to the accumulation of dust, it is not necessary for the worker to bother to work at a high place to remove the dust. The dust removing means can be conceptualized including, for example, a high-pressure air injection means (including an air compressor and a high-pressure air cylinder) disposed in the vicinity of the power generation coil, a blower means, a cleaning liquid injection means, and the like. . Of course, dust accumulated not only in the power generation coil but also in the vicinity of the power generation magnet or the bearing magnet may be removed.
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。 You may further have a dust removal control means to operate a dust removal means automatically under predetermined conditions.
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。 If the dust removal control means is provided, it is not always necessary to monitor the dust accumulation state, dust can be removed at an appropriate timing, and it can contribute to prevention of reduction in power generation efficiency. Here, the “predetermined condition” includes various values such as every fixed period (every month, etc.), every fixed operation time (every 500 hours of operation, etc.), every fixed rotation speed of the rotor (every 100,000 rotations, etc.) The condition can be conceptualized. In order to determine whether such a predetermined condition is satisfied, for example, the dust removal control unit may include a timer and a rotation number measurement unit.
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。 A chimney-mounted power generator further comprising an attachment structure for attachment to the tip of the chimney, wherein the attachment structure is connected to the stator so as to extend downward, and the cross section of the chimney is gradually enlarged. A cylindrical skirt member that covers the front end portion, and a band that is wound around the outer periphery of the skirt member and is substantially tightened at a position lower than the front end portion of the chimney to deform the skirt member and fix the skirt member to the front end portion And a member.
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。 Since the cross section of the skirt member gradually expands downward, the power generator can be installed in chimneys of various diameters. In addition, the skirt member is deformed by wrapping the band member from the outside of the skirt member, and the power generation device is installed in the chimney, so that a secure and strong installation can be realized and the safety of the power generation device installation at a high place is ensured can do.
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。 A power generator mounting structure for mounting a wind power generator to the tip of a chimney, which is connected to the stator of the wind power generator so as to extend downward, and gradually expands the cross section of the chimney tip A cylindrical skirt member that covers the outer periphery of the skirt member, and a band member that is wound around the outer periphery of the skirt member and is substantially tightened at a position lower than the tip of the chimney to deform the skirt member and fix the skirt member to the tip. Have.
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。 Since the cross section of the skirt member gradually expands downward, the power generator can be installed in chimneys of various diameters. In addition, the skirt member is deformed by wrapping the band member from the outside of the skirt member, and the power generation device is installed in the chimney, so that a secure and strong installation can be realized and the safety of the power generation device installation at a high place is ensured can do.
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。 Further problems or other features of the present invention will become apparent from the preferred embodiments described below with reference to the accompanying drawings.
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。 According to the present invention, wind power generation that is excellent in environmental suitability and contributes to energy saving can be performed by using unused energy by exhausting gas from a chimney. Increase in pressure loss (exhaust resistance) of gas exhaust can be prevented without complicating the structure, and power generation with high power generation efficiency can be realized by utilizing outside air outside the chimney.
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。 Hereinafter, a wind turbine generator (chimney-installed generator) according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an external perspective view of the vicinity of the chimney T showing a state in which the wind power generation device (chimney installation type power generation device) S is installed in the vicinity of the tip of the chimney T, and FIG. 2 is a side sectional view thereof. .
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。 For example, in this embodiment, the chimney T is a chimney attached to a waste incineration facility (not shown), and is for discharging the incineration gas G from the waste incineration facility. A blower (not shown) is installed in the chimney T, and the incineration gas G is discharged from the chimney T by the blower.
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。 The chimney T has a hollow cylindrical shape with a substantially annular cross section, and the hollow interior forms a gas exhaust path. The incineration gas G from the waste incineration facility rises while passing through the gas exhaust path in the chimney T, and is discharged from the tip (exhaust port) of the chimney T to the upper atmosphere. In the present embodiment, the wind power generator S is installed at the tip of the chimney T, but of course, it may be installed in the middle of the chimney T.
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。 The required motor capacity of the blower is designed based on the required air volume for gas discharge, and the required air volume is calculated based on various factors such as the incineration capacity of the waste incineration facility and the chimney diameter. For example, even if the design value of the required motor capacity calculated based on these factors is 80 kW, if the nearest higher-level model that can be selected is 90 kW, a capacity of 10 kW is left behind. In the past, 10 kW as the surplus capacity could not be used effectively and had to be discarded as energy. The wind power generator S according to the present invention uses the energy corresponding to the extra 10 kW capacity as a power source for wind power generation.
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。
The wind power generator S is roughly configured to include a
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。
As shown in FIG. 2, the
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。
The gap between the
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。
The outside
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。
The gap between the two
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。
The
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。
As the passage area of the
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。
The
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。
As shown in FIG. 3, the
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。
The bearing
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。
A CCD camera (monitoring means) 20 and an air purge nozzle (dust removing means) 22 are also arranged in the recess 4 b of the
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。
As the
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。
The
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。
The dust removal operation by the
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。
A
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。
Further, the
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。
An image signal in the vicinity of the
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。
The dust removal control procedure by the
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。
The
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。
Further, if the
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。 For example, from spring to summer (from March to August), the dust removal operation is automatically executed twice a week, Monday and Thursday, and from autumn to winter (from September to February) only on Wednesdays every week. It can be set so that the dust removal operation is automatically executed once. Further, if the schedule can be set in units of time, for example, during the daytime (from 6:00 am to 6:00 pm), the dust removal operation is automatically performed every three hours, and at night (from 6:00 pm (Until 6 am) can be set to automatically execute the dust removal operation every 6 hours.
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。
Of course, if this wind power generator S has, for example, a manual dust removal button (not shown) disposed in the management room, the manual operation is performed by pressing the manual button by a manager or the like. It is also possible. This is convenient because a manual dust removal operation can be executed at an appropriate timing after a photographed image (monitoring image) taken by the
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
FIG. 7 is a circuit configuration diagram for explaining a schematic configuration of the
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。
The power generation unit S1 of the wind power generator S includes a
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。
In a normal power generation state, the power generated in the power generation unit S1 is sent from the thyristor Y to the
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。
On the other hand, in order to stop the rotation of the
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。
After the rotation of the
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。
Racks 7 are respectively formed on the lower surface side of the
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。
Therefore, in the power generation state in which the
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。
A large number of
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。
Each
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。
The
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。
The mounting
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。
The
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。
The
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。 As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these, A various deformation | transformation and change are possible within the range of the summary.
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）
A: Outside air C: Cooling air G: Gas (incineration gas)
Q: Capacitor R: Resistor S: Wind power generator (chimney installation type power generator)
S1: Power generation unit T: Chimney TR1: First amplifier TR2: Second amplifier X: Rotating shaft Y: Thyristor 2:
6d: Lower rotor (downstream rotor part)
7: Rack 8: Mounting
10a: outside
22: Air purge nozzle (dust removing means)
21:
22b: Control valve 23: Pipe 24: Blade (blade member)
24a: Blade surface (wing surface)
24b:
26a: Timer (time measuring means)
26b: Rotor rotation speed measuring means 28: Cooling fin 30:
Claims (16)
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、前記内周円の回転中心側において前記ガス排気を実質的に妨げないように構成されている煙突設置型発電装置。 A chimney-installed power generator that is installed in a gas exhaust path of a chimney that exhausts gas, and that generates power by receiving wind caused by the gas exhaust,
A stator in which a plurality of power generating coils are arranged in the vicinity of the periphery of the hollow through-hole having a substantially circular cross section perpendicular to the gas exhaust direction;
A cross-section perpendicular to the gas exhaust direction is a hollow annular shape having an outer circumferential circle and an inner circumferential circle and presenting a substantially concentric circle, and a plurality of power generation magnets are disposed in the vicinity of the outer circumferential circle, and the stator has a hollow through-hole. A rotor that is disposed and rotates about a direction along the gas exhaust direction as a rotation center;
An outside air guide path for guiding outside air from outside the gas exhaust path to a downstream position of the rotor in the gas exhaust direction,
The rotor has a plurality of blade members that convert wind force resulting from the gas exhaust into a rotational force of the rotor from the outer circumference circle to the inner circumference circle, and the gas exhaust at the rotation center side of the inner circumference circle. A chimney-mounted power generator configured so as not to substantially impede.
実質的に前記ステータの内側における前記ロータの下流位置に全周開口された外気導出口と、
前記外気導入口から導入された前記外気を偏向させつつ前記外気導出口へ案内する外気通路と、を有して構成される請求項１に記載の煙突設置型発電装置。 The outside air guide path, the outside air inlet that is substantially entirely open outside the stator; and
An outside air outlet that is substantially entirely open at a downstream position of the rotor inside the stator;
The chimney-mounted power generator according to claim 1, further comprising an outside air passage configured to guide the outside air introduced from the outside air introduction port to the outside air outlet while deflecting the outside air.
前記外気導入口から前記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る請求項２又は請求項３に記載の煙突設置型発電装置。 The outside air passage is
The chimney installation type power generator of Claim 2 or 3 comprised so that it may become narrow gradually from the said external air inlet to the said external air outlet.
下方位置における前記ガス排気方向に直交する断面が上方位置における該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、
下方位置における前記ガス排気方向に直交する断面が上方位置における該断面よりも大きく形成されると共に前記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る請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の煙突設置型発電装置。 The outside air guideway is
A substantially funnel-shaped outer hood member having a cross section perpendicular to the gas exhaust direction at the lower position formed larger than the cross section at the upper position;
A cross section perpendicular to the gas exhaust direction at the lower position is formed larger than the cross section at the upper position, and a substantially funnel-shaped inner hood member that is disposed opposite to the inner side of the outer hood member. The chimney-installed power generator according to any one of claims 1 to 4, which is configured.
磁気軸受けによって前記ステータに対して浮上保持されるように構成される請求項１から請求項５のうちいずれか１項に記載の煙突設置型発電装置。 The rotor is
The chimney installation type power generator according to any one of claims 1 to 5, wherein the power generator is configured to be floated and held with respect to the stator by a magnetic bearing.
前記ロータと前記ステータとに互いに対向するように配置されている請求項６に記載の煙突設置型発電装置。 The magnet for the bearing that constitutes the magnetic bearing,
The chimney installation type power generator according to claim 6 arranged so that said rotor and said stator may face each other.
カーボン材料により構成されている請求項１から請求項８のうちいずれか１項に記載の煙突設置型発電装置。 The blade member is
The chimney installation type power generator of any one of Claims 1-8 comprised with the carbon material.
前記ガス排気に起因する風を受ける翼面を有しており、
該翼面の前記ガス排気方向に対する配置角度が可変である請求項１から請求項９のうちいずれか１項に記載の煙突設置型発電装置。 The blade member is
It has a blade surface that receives wind caused by the gas exhaust,
The chimney installation type power generator according to any one of claims 1 to 9, wherein an arrangement angle of the blade surface with respect to the gas exhaust direction is variable.
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、かつ、
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、
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翼面の前記ガス排気方向に対する配置角度を可変とする構成である請求項１０に記載の煙突設置型発電装置。 The rotor is
The upstream side and the downstream side in the gas exhaust direction are each divided into two members of an upstream rotor part and a downstream rotor part, and are mutually rotatable along the rotational direction; and
The blade member is
In the vicinity of the outer circumferential circle of the rotor, each is connected to the upstream rotor portion and the downstream rotor portion,
The chimney-mounted power generator according to claim 10, wherein the arrangement angle of the blade surface with respect to the gas exhaust direction is variable by rotating the upstream rotor portion and the downstream rotor portion relative to each other.
該取付け構造が、
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から請求項１４のうちいずれか１項に記載の煙突設置型発電装置。 A chimney-installed power generator further comprising an attachment structure for attaching to the tip of the chimney,
The mounting structure is
A cylindrical skirt member that is connected to the stator so as to extend downward and covers the tip of the chimney by gradually expanding its cross section;
A band member wound around the outer periphery of the skirt member and substantially deformed at a position lower than the tip of the chimney to deform the skirt member and fix the skirt member to the tip. The chimney installation type power generator of any one of Claims 1-14 comprised as follows.
前記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発電装置取付け構造。 A power generator mounting structure for mounting a wind power generator at the tip of a chimney,
A cylindrical skirt member that is connected to the stator of the wind power generator so as to extend downward, and that gradually expands the cross section thereof to cover the tip of the chimney,
A band member wound around the outer periphery of the skirt member and substantially deformed at a position lower than the tip of the chimney to deform the skirt member and fix the skirt member to the tip. Power generator installation structure composed of
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