JP2022052635A

JP2022052635A - 室外機用風力発電装置

Info

Publication number: JP2022052635A
Application number: JP2020159137A
Authority: JP
Inventors: 訓範津田; Kuninori Tsuda
Original assignee: Kawashima Hiroe
Current assignee: Kawashima Hiroe
Priority date: 2020-09-23
Filing date: 2020-09-23
Publication date: 2022-04-04

Abstract

【課題】空気を排出可能な室外機に装着可能であり、室外機からの排気を利用して風力発電が可能な小型の室外機用風力発電装置を提供することを目的とする。【解決手段】空気を排出可能な室外機に装着可能な室外機用風力発電装置であって、筐体と、筐体内を通過する空気により回転するファンと、ファンの回転により発電可能な発電機と、発電機により発電した電力の電圧を変換する電圧変換機とを備え、電圧変換機が、筐体内を通過する空気と接触可能なように配置される、室外機用風力発電装置に関する。【選択図】図１

Description

本発明は、空気を排出可能な室外機に装着可能な室外機用風力発電装置に関する。

近年、地球環境への配慮から、クリーンエネルギーを利用した発電装置への関心が高まってきている。このような発電装置の一つとして、風力発電装置が挙げられる。風力発電装置は、風力により発電用のプロペラやファンを回転させ、プロペラやファンの回転によって得られる回転エネルギーを電気エネルギーに変換する装置である。

ところで、地球温暖化やヒートアイランド現象などによる気温の上昇や快適な生活・作業環境への需要が増大していることなどから、エアコンディショニングマシン（以下、エアコンという）等の空調設備が普及し、空調設備の室外機から排出される空気を利用しての発電が試みられている。例えば、特許文献１では、空気を排出可能な室外機からの排気を利用して所望の発電量を得るために、室外機の排気口に複数の小型風力発電装置を積層させて発電が可能な室外機用風力発電装置が提案されている。

一般に、風力発電装置はプロペラ面積が大きいほど、多くの発電量を得ることができる。自然の風を発電に利用する風力発電装置と比較して、エアコン等の室外機の空気の排出（以下、排気ともいう。）による風力を利用した発電装置の大きさは、それを設置する室外機の排気口のサイズに依存せざるを得ないため、室外機の排気による風力を効率的に発電に利用する工夫が欠かせない。また、室外機用の風力発電装置を設置する場合、設置場所は主に建物のベランダやバルコニー、工場やオフィスビルの敷地内等の、設置面積に制約を受ける場所に設置せざるを得ないため、装置自体の構成もむやみやたらと拡張することはできない。こうした理由から、エアコンの室外機を利用した風力発電には、設置場所の制約を受けにくい小型の発電装置で、かつ、小型でも効率的かつ安定的な発電と電力の供給が可能な構成を備えた風力発電装置の開発が求められている。

特開２００８－２８６１６９

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、空気を排出可能な室外機に装着可能であり、室外機からの排気を利用して風力発電が可能な構成を備える室外機用風力発電装置を提供することである。

本発明は、以下の［１］～［４］のいずれかにより、上記課題を解決するものである。［１］空気を排出可能な室外機に装着可能な室外機用風力発電装置であって、筐体と、筐体内を通過する空気により回転するファンと、ファンの回転により発電可能な発電機と、発電機により発電した電力の電圧を変換する電圧変換機とを備え、電圧変換機が、筐体内を通過する空気と接触可能なように配置される、室外機用風力発電装置；
［２］前記電圧変換機が、前記ファンより気体の通過方向の後方に配置されている、［１］に記載の室外機用風力発電装置；
［３］前記筐体を室外機に装着するための装着具を備え、該装着具が、室外機から排出された気体を吸気するために前記筐体に設けられた吸気口と室外機との間に空間を空けた状態で、前記筐体を室外機に装着可能である、［１］又は［２］に記載の室外機用風力発電装置；
［４］空気を排出可能な室外機と、室外機から排出された空気により発電可能なように、室外機に装着された［１］～［３］のいずれかに記載の風力発電装置を備える、風力発電システム；

本発明によれば、空気を排出可能な室外機に装着可能であり、室外機からの排気を利用して風力発電が可能な構成を備える室外機用風力発電装置を提供することが可能である。

本発明の実施の形態にかかる、室外機用風力発電装置の構成を示す模式図である。本発明の実施の形態にかかる、室外機用風力発電装置による発電の概要について説明する概略図である。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明するが、本発明は図面及び実施の形態に限定されるものではない。また、本発明は、以下に記載する好ましい数値や構成に限定されるものではない。

まず、本発明の実施の形態にかかる、室外機用風力発煙装置の構成について、図示しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態にかかる、室外機用風力発電装置の構成を示す模式図である。図１（ａ）は、本発明にかかる室外機用風力発電装置の構成の一例を示す上面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すＸ－Ｘ線に沿って室外機用風力発電装置１を切断した場合における、室外機用風力発電装置１の断面図である。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、室外機用風力発電装置１は、上下が開口した円筒状の筐体２と、筐体２内に配置された発電用ファン３と、同じく筐体２内に配置された発電機４とを、少なくとも備えている。また、室外機用風力発電装置１は、電圧変換機５を筐体２内に備えている。

筐体２は、室外機８から排出された気体を筐体２内に吸気するための吸気口２ａと、吸気口２ａから吸気した気体を筐体２内で通過させ、筐体２の外へ排気するために、筐体２において吸気口２ａとは反対側に設けられた排気口２ｂを少なくとも備えている。

吸気口２ａには、室外用発電装置１を室外機８に装着するための装着具として、固定金具部６が取り付けられている。固定金具部６は、筐体２の吸気口２ａと室外機８の排気口との間に空間をあけた状態で室外機８に筐体２を装着または取り付けできるように構成されており、筐体２を室外機８に装着するための台座としての役割を果たしている。また、固定金具部６は、室外機８との取り付け位置の寸法に合わせて、製造時に可変的に設計できることが好ましい。このように構成することで、固定金具部６を室外機８の大きさに合わせて柔軟に設計・製造することが可能となり、多様なサイズの室外機に取り付けることができるようになる。

室外機用風力発電装置１の吸気口２ａ及び固定金具部６は、室外機８の上部に装着または取り付け可能に構成されていることが好ましい。このように構成することで、室外機用風力発電装置１を室外機８に取り付ける場合に、室外機８の設置面積の範囲内で室外機用発電装置１を設置することが可能となる。こうした構成により、室外機用風力発電装置１の設置のための追加の設置面積として場所や空間を余分に確保する必要がなくなるため、室外機用風力発電装置の設置面積が節約できる。

発電用ファン３は、室外機８から排気され、吸気口２ａから吸気されて筐体内を通過する空気により回転する。また、吸気口２ａから吸気された空気の風力により発電用ファン３が回転することで、発電機４による発電がおこなわれる。発電用ファン３は、図１（ｂ）に示すように、筐体２の内部に配置されており、かつ、発電機４及び電圧変換機５よりも吸気口２ａに近く、排気口２ｂから遠い位置に配置されている。また、同様に、発電用ファン３は、発電機４や電圧変換機５を筐体２内に固定する支柱７よりも吸気口２ａ側に位置するよう設けられている。このように構成することで、発電用ファン３が吸気口２ａから筐体２内部に流れ込んだ風を直接、効率よく受けることができ、発電量及び発電効率を向上させることができる。また、空気が障害物に衝突することで生じる風の流れの乱れを、発電用ファン３よりも空気の流れの後方の位置において発生させることができるため、発電用ファン３の近傍において、風の流れる速度が低下すること抑制することができる。

発電機４は、発電用ファン３と回転伝達用の軸やギヤ等を経由して接続され、発電用ファン３とともに室外機用風力発電装置１の筐体２内に配置されている。発電機４は、室外機８からの排気による風力で発電用ファン３が回転すると、発電用ファン３の回転を動力として発電を行う。発電機４で発電された電力は、発電機４に接続された送電用の配線等を経由して電圧変換機５に送られる。

発電機４は、筐体２内において、発電用ファン３より空気の通過方向の後方に配置され、例えば、筐体２の内壁に固定された、あるいは、筐体２の内壁と一体になるように取り付けられた支柱７等により、筐体２内部に固定される。このように配置することで、発電用ファン３に当たる空気の流れを発電機４が遮らないようにし、発電量及び発電効率を向上させることができる。

電圧変換機５は、発電機４により発電された電力の電圧を変換する。このとき、電圧変換機５は、筐体２内を通過する空気と接触可能なように配置されていることが好ましい。電圧変換機５を筐体２内に配置することで、室外機８から排出されて筐体２内で発電のために使用された空気を再利用して、電圧変換機５が電圧を変換する際に発する熱を空冷することができる。また、このように構成することで、室外機用風力発電装置１に、電圧変換機５を冷却するための余分な冷却装置や冷却機構を設置する必要がなくなるため、室外機用風力発電装置１の設置面積を節約することができるとともに、室外機用風力発電装置１の製造コストを節約することができる。また、同様に、室外機用風力発電装置１の筐体２内に電圧変換機５が配置されることで、電圧変換機５を設置するための余分な面積または空間を確保する必要なくなるため、室外機用風力発電装置１の設置面積を節約することが可能になる。また、このようなに構成することで、室外機用風力発電装置１のサイズをコンパクトにすることが可能になる。

また、電圧変換機５は、筐体２内において、発電用ファン３より気体の通過方向の後方に配置され、図示しないが、筐体２の内壁や排気口２ｂの端部等に支柱等を利用して固定されていることが好ましい。このように配置することで、発電用ファン３に当たる空気の流れを電圧変換機５が遮らないようにし、発電量及び発電効率を向上させることができる。また、空気が障害物に衝突することで生じる風の流れの乱れを、発電用ファン３よりも空気の流れの後方の位置において発生させることができるため、発電用ファン３の近傍において、風の流れる速度が低下することを防ぐことができる。

次に、本発明の実施の形態にかかる、室外機用風力発煙装置による発電の概要について、図示しながら説明する。図２は、本発明の実施の形態にかかる、室外機用風力発煙装置による発電の概要について説明する概略図である。図２に示すように、室外機用風力発煙装置１は、室外機８の排気口１０に覆いかぶせるような状態で装着することで、室外機８の排気口１０から排出された空気の流れを利用して風力発電を行う。

まず、屋内に設置されたエアコン等の空調設備が起動すると、室外機８は、図２の矢印１１に示すように、室外機８の外部から吸気を行う。室外機８により吸気された空気は、室外機８に接続された空調設備により熱交換に利用されたあと、室外機８の排気口１０から排出される。室外機８の排気口１０から排出された空気は、矢印９ａに示すように、その一部は筐体２を通って発電用ファン３を回転させて室外機用発電装置１による風力発電に利用された後に大気中に排出される。室外機用風力発煙装置１の筐体２の内部には、図１を用いて上記にて説明したように、発電機と発電用ファンが搭載されている。室外機用風力発煙装置１の下部にあたる、室外機８の排気口１０と筐体２の吸気口との装着部分から、室外機８から排出された空気が筐体２内に流入し、室外機８からの風力によって発電用ファンが回転し、発電を行う。また、室外機８の排気口１０から排出された空気のうち、筐体２を通過しないものは、矢印９ｂに示すように、固定金具部６により筐体２と室外機８の排気口１０との間に作られた空間を通って風力発電に利用されることなく大気中に放出される。

このとき発電によって生み出された電力は、発電機に接続された配線等を経由して電圧変換機５に伝送され、予め設定された所望の電圧に変換されて出力される。所望の電圧に変換された電力は、室外機用風力発煙装置１とは異なる他の装置や他の設備等に供給される。

ここで、室外機用発電装置１の固定金具部６は、筐体２と室外機８の排気口１０との間に空間をあけた状態で室外機８に室外機用発電装置１に装着または取り付けできるように構成されている。よって、上述のように、室外機８から排出された気体の一部は、筐体２内を通過せず、図１（ａ）の矢印９や図２の矢印９ｂに示すように、室外機用発電装置１の吸気口と室外機８の排気口１０との間の空間から外部に放出される。このように構成することで、室外機用発電装置１において発電に必要な量または体積の空気のみを筐体２内に取り込むことが可能になり、発電効率を向上させるとともに、発電用ファンへの負荷を低減することができる。

また、室外機用発電装置１の吸気口と室外機８の排気口１０との間の空間からは、排気口１０から排出された気体の一部が排出されるだけでなく、外部からの空気が前記空間を通って筐体２内に流入し、筐体２の吸気口から排気口までを通過することが可能である。このように構成されていることで、例えば、室外機８から排出された空気が電圧変換機５を空冷するのに適さない高めの温度であったとしても、筐体２の吸気口と室外機８の排気口１０との間の空間を通して外部からの空気を筐体２内に取り込めるようになっているため、筐体２内を通過する空気の温度を下げ、電圧変換機５の空冷の継続が可能となる。よって電圧変換機５にかかる熱による負荷を軽減し、室外機用発電装置１の劣化や損耗を低減することで所望の電圧の電力の安定した供給を実現することができる。

本実施の形態にかかる室外機用風力発煙装置で発電される電力の出力は、直流電圧と交流電圧のいずれを採用してもよい。より具体的には、例えば、直流電圧として１２Ｖや２４Ｖの電圧を採用することができる。また、例えば、交流電圧として１００Ｖや２００Ｖの電圧を供給可能に設計してもよい。また、直流電圧と交流電圧のいずれを採用した場合も、前述した電圧の数値に限定されるものではない。

本実施の形態にかかる室外機用風力発煙装置は、室外機の排気口から排出された気体の風力で発電を行うため、自然の風の有無や風向き等に影響されない安定した発電を行うことができる。また、強風などによって発電用ファンの羽が折れたり、軸が損壊したりするなどして、風力発電装置が故障するというリスクも抑制することができる。

本実施の形態にかかる室外機用風力発煙装置は、エアコンの室外機の上に装着または取り付け可能なものだけに限定されない。エアコンの室外機の排気口が側面を向いている場合は、側面方向から装着可能なように構成されていてもよい。また、エアコンの室外機だけでなく、換気扇の排気口や、工場の排気用延長ダクト等に取り付けが可能な構造を有していてもよい。また、本実施の形態においては、装着具として固定金具部を例示して説明したが、本発明にかかる室外機用風力発煙装置の筐体を室外機に装着可能なものであれば、その形状や材質は特に限定されない。

本実施の形態にかかる室外機用風力発電装置は、工場やオフィスビル等において、複数の空調設備及びその熱交換に利用される複数の室外機を利用して建物内や敷地内の空調を一括管理する空調管理システムと連動させることで、複数の室外機を含む空調設備と、それに最適な複数の室外機用風力発電装置を備えた一個の風力発電システムとして構成してもよい。このように構成する場合、空調管理システムを導入する企業や組織のニーズに合わせた空調設備及び室外機とともに、前記室外機の冷却ファンの排気口に合わせて最も効率的に発電可能な形状、あるいはサイズに設計された風力発電装置を、一つのビジネスソリューションとして包括的に提供できるようにしてもよい。

１室外機用風力発電装置
２筐体
３発電用ファン
４発電機
５電圧変換機
６固定金具部
７支柱
８室外機
１０排気口

Claims

空気を排出可能な室外機に装着可能な室外機用風力発電装置であって、
筐体と、
筐体内を通過する空気により回転するファンと、
ファンの回転により発電可能な発電機と、
発電機により発電した電力の電圧を変換する電圧変換機と
を備え、
電圧変換機が、筐体内を通過する空気と接触可能なように配置される、室外機用風力発電装置。
前記電圧変換機が、前記ファンより気体の通過方向の後方に配置されている、請求項１に記載の室外機用風力発電装置。
前記筐体を室外機に装着するための装着具を備え、
該装着具が、室外機から排出された気体を吸気するために前記筐体に設けられた吸気口と室外機との間に空間を空けた状態で、前記筐体を室外機に装着可能である、請求項１又は２に記載の室外機用風力発電装置。
空気を排出可能な室外機と、
室外機から排出された空気により発電可能なように、室外機に装着された請求項１～３のいずれかに記載の風力発電装置を備える、風力発電システム。