JP2013189934A - 煙突設置型発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス排気経路方向に沿ったガス排気の促進を効率よく行って高い発電効率を得ることができる煙突設置型発電装置を提供すること。
【解決手段】ガスＧを排気する煙突Ｔのガス排気経路中に設置され、前記ガス排気に起因する風を受けることにより発電を行うステータ４及びロータ６からなる風力発電部を有した煙突設置型発電装置Ｓであって、前記ガス排気方向における前記風力発電部の下流位置に前記ガス排気経路外からの外気Ａを案内する外気案内路１０を有し、外気案内路１０は、外気Ａの流れを前記ガス排気方向に整える複数の整流板２ｃを外気案内路１０内の周方向に配置される。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガスを排気する煙突のガス排気経路中に設置され、前記ガス排気に起因する風を受けることにより発電を行う風力発電部を有した煙突設置型発電装置に関する。

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。

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、ＣＯ_２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。

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。

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。

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。

特開２００３−９０２８０号公報 特開２０１１−８５０７５号公報

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。

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。

そこで、特許文献２では、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したものが記載されている。

しかしながら、この外気案内路によって案内された煙突の外側の空気は、外気案内路の周方向にその一部が逃げてしまい、ガス排気経路方向に沿ったガス排気の促進効果が低減してしまうという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ガス排気経路方向に沿ったガス排気の促進を効率よく行って高い発電効率を得ることができる煙突設置型発電装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかる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、前記ガス排気に起因する風を受けることにより発電を行う風力発電部を有した煙突設置型発電装置であって、前記ガス排気方向における前記風力発電部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を有し、前記外気案内路は、外気の流れを前記ガス排気方向に整える複数の整流板を当該外気案内路内の周方向に配置したことを特徴とする。

また、この発明にかかる煙突設置型発電装置は、上記の発明において、前記外気案内路は、実質的に前記煙突の外壁位置を含む外側位置で全周開口された外気導入口と、実質的に前記煙突の内壁位置を含む内側位置であって前記風力発電部の下流位置で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、を有することを特徴とする。

また、この発明にかかる煙突設置型発電装置は、上記の発明において、前記外気案内路は、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、前記整流板は、前記間隙に設けられることを特徴とする。

また、この発明にかかる煙突設置型発電装置は、上記の発明において、前記整流板は、前記外側フード部材と前記内側フード部材との間隙を径方向に延びる板状部材で閉塞し、外気の周方向への流れを抑えることを特徴とする。

また、この発明にかかる煙突設置型発電装置は、上記の発明において、前記整流板は、前記外側フード部材から前記内側フード部材に向かって立設されたフィンであることを特徴とする。

また、この発明にかかる煙突設置型発電装置は、上記の発明において、前記整流板は、前記内側フード部材から前記外側フード部材に向かって立設されたフィンであることを特徴とする。

また、この発明にかかる煙突設置型発電装置は、上記の発明において、前記整流板は、前記外側フード部材から前記内側フード部材に向かって立設されたフィンと前記内側フード部材から前記外側フード部材に向かって立設されたフィンとが周方向に交互に設けられることを特徴とする。

また、この発明にかかる煙突設置型発電装置は、上記の発明において、前記外気導出口の開口面積は、実質的に前記外気導入口の開口面積よりも小さく形成されていることを特徴とする。

また、この発明にかかる煙突設置型発電装置は、上記の発明において、前記外気通路は、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ことを特徴とする。

また、この発明にかかる煙突設置型発電装置は、上記の発明において、前記外気案内路は、前記ガス排気方向に沿って前記外気通路が多段配置されることを特徴とする。

また、この発明にかかる煙突設置型発電装置は、上記の発明において、前記風力発電部は、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、を備え、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ることを特徴とする。

この発明によれば、ガス排気方向における前記風力発電部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を有し、前記外気案内路は、外気の流れを前記ガス排気方向に整える複数の整流板を当該外気案内路内の周方向に配置し、外気の流れの一部が周方向に逃げるのを抑止できるため、ガス排気経路方向に沿ったガス排気の促進を効率よく行って風力発電部で高い発電効率を得ることができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る煙突設置型発電装置を煙突の先端部近傍に配置した状態を示す煙突先端部近傍の外観斜視図である。 図２は、図１に示した煙突設置型発電装置の煙突先端部近傍における側方断面図である。 図３は、図１に示したフードの構成を示す図である。 図４は、図１に示したフードの変形例１の構成を示す図である。 図５は、図１に示したフードの変形例２の構成を示す図である。 図６は、図１に示したフードの変形例３の構成を示す図である。 図７は、図２に示すステータの内部構造の概略を示す拡大断面図である。 図８は、図７に示すステータにおけるＣＣＤカメラ、エアパージノズルとコンプレッサー、制御バルブ、制御装置の接続状態を示すブロック図である。 図９は、図８に示す制御装置による塵埃除去制御処理手順を説明するフローチャートである。 図１０は、図２に示すロータの外観斜視図である。 図１１は、図１に示す煙突設置型発電装置の電気回路の概略構成を説明するための回路構成図である。

以下、添付図面を参照してこの発明を実施するための形態について説明する。

（全体構成）
図１は、この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先端部近傍の外観斜視図であり、図２は、その側方断面図である。また、図３は、煙突設置型発電装置Ｓに設けられるフード２の構成を示す図である。

図１および図２に示した煙突Ｔは、例えば、図示しない廃棄物焼却設備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。

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。なお、この実施の形態では、煙突設置型発電装置Ｓは、煙突Ｔの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よい。

ここで、煙突Ｔ内のガス排気経路内を上昇する焼却ガスＧは、上述したブロアによって煙突Ｔ内を上昇するブロア上昇エネルギーを得るが、この焼却ガスＧは例えば２００度程度の高温流体であり、周囲の大気に対して軽い流体であるため、焼却ガスＧ自体に２０ｍ／ｓ程度の上昇気流となる浮力エネルギーをもつ。このブロア上昇エネルギーと浮力エネルギーとは、ほぼ５対５の等分のエネルギーであり、煙突設置型発電装置Ｓは、主としてこの新たに生成される浮力エネルギーを回収して電力に変換しようとするものである。そして、この回収した電力を例えばブロアの電力として利用することによって、ブロアの使用電力を外部から供給する必要がなくなり、省エネルギー効果を得ることができる。なお、ガス排気経路とは、煙突Ｔ内部の空間とその延長線上を含んで概念され、煙突Ｔ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。

なお、上述した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Ｔ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。この実施の形態による煙突設置型発電装置Ｓは、この剰余分の１０ｋＷの容量に相当するエネルギーをも回収しようとするものである。

煙突設置型発電装置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。なお、ステータ４及びロータ６は、煙突設置型発電装置Ｓの後述する風力発電部Ｓ１を構成する。

（フードの構成）
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。なお、ガス排気経路外からの外気Ａとは、例えば、煙突Ｔの外側に存在する空気である。

外側フード部材２ａと内側フード部材２ｂとは、図２および図３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。外側フード部材２ａ及び内側フード部材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。

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煙突外壁Ｔａあるいはステータ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煙突内壁Ｔｂの内側、かつ、ステータ４の内側に配置されるロータ６の下流に位置する端部が外気導出口１０ｂである。外側フード部材２ａと内側フード部材２ｂとの間には、外気Ａの流れをガス排気方向に整える整流板２ｃが周方向に複数配置される。この整流板２ｃを設けることによって、外気Ａの流れの一部が周方向に逃げるのを防止することができる。

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。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、外気通路１０ｃは、各整流板２ｃによってガス排気方向に複数に分割される。

外側フード部材２ａと内側フード部材２ｂとの間隙は、煙突Ｔの径方向外側では間隔が広く、煙突Ｔの径方向内側に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の径方向外側から径方向内側に向けて徐々にその通路面積が狭まっている。したがって、各整流板ｃによって分割された各外気通路も、煙突Ｔの径方向外側から径方向内側に向けて徐々にその通路面積が狭まっている。また、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。

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、外気案内中での圧力損失等の発生を低減することができ、しかも、導入された外気Ａが整流板２ｃによって周方向に逃げることなく、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。

整流板２ｃによって分割された各外気通路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。なお、この外気流によって、ガス排気の円滑性向上、ドラフト（上昇気流）阻害抵抗の効果的な予防を一層確実なものとすることができる。

（フードの変形例１の構成）
図４は、フード２の変形例１の構成を示す図であり、上部は平面図を示し、下部はガス排気中心Ｃを通る断面図を示している。図３に示したフード２は、外側フード部材２ａと内側フード部材２ｂとの間隙を径方向に延びる板状部材である整流板２ｃによって閉塞し、外気Ａの周方向への流れを抑えるものであったが、この変形例１のフード１０２は、整流板２ｃに替えて、外側フード部材２ａから内側フード部材２ｂに向かって径方向に立設されたフィンである整流板１０２ｃと、内側フード部材２ｂから外側フード部材２ａに向かって径方向に立設されたフィンである整流板１０２ｄとを設けている。整流板１０２ｃ，１０２ｄはフィン形状であるため、外側フード部材２ａと内側フード部材２ｂとの間の間隙を閉塞していないものの、簡易な構成で、整流板２ｃと同様に、外気Ａをガス排気方向に効果的に案内することができる。特に、周方向に設ける整流板１０２ｃ，１０２ｄの数を増やすことによって整流機能を大きくすることができる。なお、整流板１０２ｃ，１０２ｄのいずれか一方のみを設けてもよい。

（フードの変形例２の構成）
図５は、フード２の変形例２の構成を示す図であり、上部は平面図を示し、下部はガス排気中心Ｃを通る断面図を示している。この変形例２のフード１１２は、図４に示した整流板１０２ｃと整流板１０２ｄとを周方向に沿って交互に設けている。この変形例２によっても、簡易な構成で、外気Ａをガス排気方向に効果的に案内することができる。

（フードの変形例３の構成）
図６は、フード２の変形例３の構成を示す図であり、ガス排気中心Ｃを通る断面図である。この変形例３のフードは、フード２の上部外側に、外側フード部材２ａに対応する外側フード部材２ａ´を設けるとともに、外側フード部材２ａ，２ａ´間の間隙に、整流板２ｃに対応する整流板２ｃ´を設けている。すなわち、外側フード部材２ａ、内側フード部材２ｂ、及び整流板２ｃからなるフードと、外側フード部材２ａ´、内側フード部材として機能する外側フード部材２ａ、及び整流板２ｃ´からなるフードとが、ガス排気方向に多段配置されている。換言すれば、外気通路が、ガス排気方向に沿って多段配置されている。このような多段配置されたフードとすることによって、導入する外気Ａの流量を大きくすることができるとともに、フードの強度を高めることができる。なお、図６では、２つの多段配置であったが、３以上の多段配置であってもよい。また、整流板２ｃに限らず、図４および図５に示したフィン形状の整流板としてもよい。

（風力発電部の構成）
図２に戻り、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。図７は、ステータ４の内部構造の概略を示す拡大断面図であり、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７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、ロータ６のロータ本体６ｃが配置されるとともに、凹部４ｂの上部に複数の発電用コイル１２が円環状に配置され、凹部４ｂの上部および下部にそれぞれ複数の軸受け用磁石１４が円環状に配置されている。発電用コイル１２は、ロータ本体６ｃに配置された発電用磁石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。

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。

ステータ４の凹部４ｂ下部には、電磁ロック１７が配置される。また、ロータ本体６ｃの下部には、この電磁ロック１７によって突没する電磁ロックピン１７ａの半径位置に対応して複数の停止ロック溝１７ｂが円環状に形成されている。そして、ロータ６を停止させる場合、ロータ６が十分に低速になった時点で、電磁ロックピン１７ａを停止ロック溝１７ｂに嵌め込んで停止させ、ロータ６の動きをロックする。

また、ステータ４の凹部４ｂ内には、更にＣＣＤカメラ２０及びエアパージノズル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。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好ましい。

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と同様に、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。なお、圧縮高圧エアー噴射手段に限らず、送風手段、洗浄液噴射手段等で塵埃除去を行うようにしてもよい。

なお、このエアパージノズル２２による塵埃除去動作は、図８に示すように、制御装置２６によって制御されるようになっていてもよい。図８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。

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。

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。

図９は、制御装置２６による塵埃除去制御処理手順を示すフローチャートである。図９に示すように、制御装置２６は、ＣＣＤカメラ２０からの発電用コイル１２近傍の画像信号が入力されると（ステップＳ１０１）、その画像信号をもとに所定の画像処理を実行する（ステップＳ１０２）。その後、制御装置２６は、この画像処理結果をもとに、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を判断する（ステップＳ１０３）。所定以上の塵埃堆積があると判断された場合（ステップＳ１０３，Ｙｅｓ）には、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、開放し（ステップＳ１０４）、エアパージノズル２２から一定時間、高圧エアーを噴射させ、堆積した塵埃を除去して、ステップＳ１０３に移行する。一方、所定以上の塵埃堆積があると判断されない場合（ステップＳ１０３，Ｎｏ）には、ステップＳ１０１に移行して次の画像信号を入力して、上述した処理を繰り返す。

なお、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、図８に示したタイマー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。

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煙突設置型発電装置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、図８に示した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。

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。

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。

もちろん、この煙突設置型発電装置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。

さて、図２に戻り、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７に示すように、外周円６ａ近傍であるロータ本体６ｃには多数の発電用磁石１６が円環状に配置されており、ロータ６の回転により各発電用磁石１６と各発電用コイル１２との電磁誘導作用を発生させて発電が行われる。

ロータ６は、上述したロータ本体６ｃとロータ本体６ｃの内側（ガス排気中心Ｃ側）に結合されたブレード２４とを有する。ブレード２４は、ステータ４の中空貫通部４ａ内に配置され、ロータ６は、ロータ本体６ｃ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。ロータ６は、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の中心軸であるガス排気中心Ｃと実質的に同一の回転軸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。

ここで、図１０は、ロータ６の外観斜視図を示している。図１０に示すように、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いない。すなわち、回転軸の近傍では、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。

なお、ブレード２４は、カーボン材料により構成される。ブレード２４が、軽量かつ高剛性のカーボン材料により構成されると、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、ブレード２４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。

上述したステータ４及びロータ６は、煙突Ｔ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、特に、上昇気流による浮力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４に配置された発電用コイル１２とロータ６とに配置された発電用磁石１６の作用によって行われるが、ステータ４の中空貫通部４ａ内にロータ６が配置されて、そのロータ６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６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。

また、ロータ６が内周円６ｂ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６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。

なお、内周円６ｂ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６ｂ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６ｂの回転中心側が中空とされてロータ６がリング状である場合を含む。

図１１は、煙突設置型発電装置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、煙突設置型発電装置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。

煙突設置型発電装置Ｓの風力発電部は、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１１に示す電気回路３０に接続されている。その電気回路３０は、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。

通常の発電状態においては、風力発電部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、図示しないブロアなどの図示しない電気的負荷部によって電力が消費され、又は蓄電される。

一方、このロータ６の回転を減速させるには、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通りの減速方法がある。１つは、風力発電部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。他の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風力発電部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。

ロータ６を停止させる場合、上記のいずれかの減速方法、例えば、第２増幅器ＴＲ２を開にして抵抗器Ｒで電力消費させてロータ６の回転を減速させ、ロータ６を停止させるに十分な低速状態、例えば定常速度の１％程度の速度になった後、上述した電磁ロックピン１７ａを停止ロック溝１７ｂに嵌め込んで停止させ、ロータ６の動きをロックする。このロータ６のロックによって、煙突設置型発電装置Ｓや煙突Ｔのメンテナンスを容易に行うことができる。なお、ステータ４およびロータ６は同期発電機（極数Ｐ）として機能し、同期発電機から電気回路３０に出力される発電機周波数ｆを検出することによって、ロータ６の速度Ｖを求めることができる。具体的に、三相出力の場合、速度Ｖは、Ｖ＝１２０・ｆ／Ｐ として求めることができる。もちろん、直接、速度センサなどを用いてロータ６の速度を求めてもよい。

（取付け構造）
取付け構造８は、この煙突設置型発電装置Ｓを煙突Ｔの先端部に取り付けるための構造であって、図１及び図２に示すように、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、この煙突設置型発電装置Ｓに含まれていてもよいし、また、煙突設置型発電装置Ｓとは別体として構成されていてもよい。

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、簡便かつ確実に煙突設置型発電装置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、煙突設置型発電装置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。

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。

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煙突設置型発電装置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、煙突設置型発電装置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。

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。

Ａ 外気
Ｃ ガス排気中心
Ｇ ガス（焼却ガス）
Ｑ コンデンサ
Ｒ 抵抗器
Ｓ 煙突設置型発電装置
Ｓ１ 風力発電部
Ｔ 煙突
Ｔａ 煙突外壁
Ｔｂ 煙突内壁
ＴＲ１ 第１増幅器
ＴＲ２ 第２増幅器
Ｙ サイリスタ
２，１０２，１１２ フード
２ａ，２ａ´ 外側フード部材
２ｂ 内側フード部材
２ｃ，２ｃ´，１０２ｃ，１０２ｄ 整流板
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 ロータ本体
８ 取付け構造
８ａ スカート部材
８ｂ バンド部材
８ｃ 締め具
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
１７ 電磁ロック
１７ａ 電磁ロックピン
１７ｂ 停止ロック溝
２０ ＣＣＤカメラ
２２ エアパージノズル
２１ 格納ケース
２２ａ ベビコン（小型空気圧縮機）
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）
２６ 制御装置
２６ａ タイマー
２６ｂ ロータ回転数計測手段
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）

Claims (11)

1. ガスを排気する煙突のガス排気経路中に設置され、前記ガス排気に起因する風を受けることにより発電を行う風力発電部を有した煙突設置型発電装置であって、
   前記ガス排気方向における前記風力発電部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を有し、
   前記外気案内路は、外気の流れを前記ガス排気方向に整える複数の整流板を当該外気案内路内の周方向に配置したことを特徴とする煙突設置型発電装置。
2. 前記外気案内路は、
   実質的に前記煙突の外壁位置を含む外側位置で全周開口された外気導入口と、
   実質的に前記煙突の内壁位置を含む内側位置であって前記風力発電部の下流位置で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、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の煙突設置型発電装置。
3. 前記外気案内路は、
   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、
   前記整流板は、前記間隙に設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の煙突設置型発電装置。
4. 前記整流板は、前記外側フード部材と前記内側フード部材との間隙を径方向に延びる板状部材で閉塞し、外気の周方向への流れを抑えることを特徴とする請求項３に記載の煙突設置型発電装置。
5. 前記整流板は、前記外側フード部材から前記内側フード部材に向かって立設されたフィンであることを特徴とする請求項３に記載の煙突設置型発電装置。
6. 前記整流板は、前記内側フード部材から前記外側フード部材に向かって立設されたフィンであることを特徴とする請求項３に記載の煙突設置型発電装置。
7. 前記整流板は、前記外側フード部材から前記内側フード部材に向かって立設されたフィンと前記内側フード部材から前記外側フード部材に向かって立設されたフィンとが周方向に交互に設けられることを特徴とする請求項３に記載の煙突設置型発電装置。
8. 前記外気導出口の開口面積は、実質的に前記外気導入口の開口面積よりも小さく形成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煙突設置型発電装置。
9. 前記外気通路は、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ことを特徴とする請求項２〜７のいずれか一つに記載の煙突設置型発電装置。
10. 前記外気案内路は、前記ガス排気方向に沿って前記外気通路が多段配置されることを特徴とする請求項２〜９のいずれか一つに記載の煙突設置型発電装置。
11. 前記風力発電部は、
    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、
    を備え、
    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ることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の煙突設置型発電装置。

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