JP5560387B2

JP5560387B2 - 排気圧を利用した発電システム

Info

Publication number: JP5560387B2
Application number: JP2012211453A
Authority: JP
Inventors: 照彦加納
Original assignee: 有限会社加納
Priority date: 2012-09-07
Filing date: 2012-09-07
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2032-09-07
Also published as: JP2014051961A

Description

現在、多くの分野でコンプレッサー、真空ポンプ等が使用されている。その形状はレシュプロ式、ロータリーピストン方式、偏芯方式等多岐に渉っている。コンプレッサーは気体を一旦高圧のレシーバータンクに貯蔵し、真空ポンプも騒音を消す為に排気は一旦レシーバータンクに取り込まれる。その時の気体の流れはパルス状の圧力変化を持っている。然し、３ヘッドタイプのロータリー方式、或いは偏芯方式の気体の流れはパルス状の流れではあるが、レシュプロ方式に比べて時間当たりの気体の排出回数が多く、気体の排出圧力変動は少なくなる。本発明は、コンプレッサー、真空ポンプ等からレシーバータンクへ圧送される気体の圧力を、カップ状或いは多翼式の受圧部を持つ風車に与え、その回転軸と連結した発電機の回転子を回転させて発電し、或いは、レシーバータンクに圧入された気体が、使用目的の為にレシーバータンクより次工程へ送られる場合に、送気管へ設置した多連式多翼型風車を回転させて発電し、過去に於いては廃棄されていたエネルギーの再利用を目途としたものである。

本発明で利用する発電機は、軸を回転させる通常の発電機の形態である。
上記の通り、コンプレッサー、真空ポンプによってレシーバータンクに排出される気体は、通常のピストン型、ロータリーピストン型、偏芯ローター回転型、等各形式共にパルス状の大小の圧力変化を伴っている。本発明はその圧力をカップ状の気体圧力の受圧部を持つ風車、又は多翼型風車及び、その外周に接続するフライホイールを持つ風車に与えて発電機の軸を回転させ、或いは、レシーバータンクより次工程へ送られる送気管へ設置した風車によって発電機の軸を回転さて発電し、その電力を利用するシステムに関するものである。

特開２０１２−１３９０８１特開２０１１−２５９５６１特開２０１１−０９１９７３特開２０１０−５１９４５７特開２００８−２５９４０９特表２００８−５３７０５５

往復運動をするピストンによるコンプレッサー、或いは真空ポンプ、ロータリーピストン、偏芯ローターによるコンプレッサー、或いは真空ポンプ、からレシーバータンクへ排出される気体は共にパルス状の圧力変化を伴っている。本発明は、この排出圧力を発電機に対する風車の回転エネルギーの源として利用するものである。各種のコンプレッサー、真空ポンプからの排気は各機種の仕様によって時間当たりの出力、パルスの形状、圧力変動の形態は異なる。また、レシーバータンクに貯蔵された気体の次工程へ送られる気体の排出の形態も、気体の利用方法によって異なる。
更に、設置される各種のコンプレッサー、真空ポンプの仕様、装置が搬送する気体の化学的性質、圧力、作動条件、配管方法、レシーバータンクの必要とする条件、貯蔵された気体の用途等により、発電装置の仕様、設置位置、設置条件、等は異なるものとなる。
上記の工程によって発電された電力をコンデンサーに蓄電し、更にその電力を被充電バッテリーへ充電し、生成された電力を再利用する過程が本願発明の課題解決の手段となる。

課題を解決する為の手段

前記の如く各種のコンプレッサー、真空ポンプによって気体がレシーバータンクへ送られて貯蔵或いは消音後排出される。気体の性質、次にレシーバータンクへの圧送条件或いはレシーバータンクに貯蔵された気体の用途等によって発電機を回転させる風車の形状を変え、風車による発電効率を向上させることが必要となる。
本発明に於いては、椀型（カップタイプ）受圧部を持つ風車、又は多翼型風車或いは、多連多翼型風車によって軸を回転させ、これら風車の外周へフライホイールを設置して回転効率を高め、その軸へ発電機を設置して発電するシステムの開発を行う。

発明の効果

上述のコンプレッサー、真空ポンプ等の装置は、２−３馬力の小型装置から１００馬力以上のものまで用途によって幅広い形式の装置が使用されている。空気圧力の利用、吸引作用への利用が多く、単純な用途に使用されて来た。これらの装置の過去に於いては無視されて利用されずに廃棄されていたエネルギーを電力に変換し、その再利用を図ることが出来る。

８個のカップ型風受部を持ち、その内側へフライホイールを持つ発電機と、レシーバータンクへの設置状態を示す断面図。同上発電機をレシーバータンク内へ設置した状態を示す断面図。同上発電機をレシーバータンク外へ設置した状態を示す断面図。８枚の回転翼を持ち、その外周へフライホイールを設置した発電機を、レシーバータンク内への設置状況を示す断面図。同上発電機をレシーバータンク外へ設置した状態を示す断面図。８枚の回転翼を持ち、その外周へフライホイールを設置した発電機の正面図。同上発電機をレシーバータンク外へ設置した時の風車の拡大断面図。レシーバータンクよりの排出口に設置される多連多翼型風車による発電機の設置断面図発電電圧の推移を示す線図。充電の為の回路図

発明を実施する為の形態

（図１、図２、図３、参照）
図１は、８個のカップ型風受部（２）を持ち、その内側へフライホイール（３）を持つ発電機（４）とレシーバータンク（１）の内部への設置状態を示す断面図、図２は、同上発電機をレシーバータンク（１）内へ設置した状態を示す断面図、図３は、同上発電機をレシーバータンク（１）外へ設置した状態を示す断面図で（４）は発電機、（５）は発電機の軸、（６）は、送風管、（７）は、シールパッキングである。
各種のコンプレッサーから排出された気体は、その機種によって排出される気体の排出圧力の推移が異なる。
コンプレッサーは一般的に、レシーバータンク（１）内の圧力が或る一定のレベルまで下がると、自動的に起動し、レシーバータンク（１）内の圧力が特定の圧力まで上がると自動的に停止する動作で運転される。
レシュプロ式コンプレッサーの場合は、起動直後はレシーバータンク内との圧力差は大きく、発電機の回転速度も速いが、タンク（１）内の気圧が高まると発電機のカップ型風受部（２）の前後の圧力差が少なくなって風車の回転速度が低下する。
これによって発電量は低下する。レシュプロ式の場合には排出される気体はピストンの上下運動によってパルス状にカップ（２）を押す。その為に発電装置の回転もスピードが常に波を打つこととなる。それを平滑化させる為に、風車の外周に近い位置にフライホイール（３）を設置して回転速度の変動を抑制する。
ロータリー式コンプレッサーの場合も同じ状態の運転状況であるが、排出圧力の変動は少ない。
真空ポンプの場合は、レシーバータンク（１）の役割は消音、汽水分離が主体であるため、真空にするための装置が運転中は停止することはなく、同じ状態の運転が続けられ、発電量も一定である。

（図４、図５、図６、図７、参照）
図４は、８枚の回転翼を持ち、その外周へフライホイールを設置した発電機をレシーバータンク内へ設置する状況を示す断面図である。図５は８枚の回転翼を持ち、その外周へフライホイールを設置した発電機を、レシーバータンク外への設置状況を示す断面図である。（１）はレシーバータンク、（４）は発電機、（５）は発電機の軸、（６）は送風管、（７）はシールパッキング、（８）は８枚の回転翼、（９）は回転翼外周に設置したフライホイールである。
図６は８枚の回転翼の図、図７は、その設置断面図である。
コンプレッサー、真空ポンプの排気は、送風管（６）によって直接に８枚の回転翼（８）へ吹きつけられて回転翼を回転させる。回転翼の軸はシールパッキングを経て発電機のローターに接続しているため、発電機のロ−ターは回転し、発電する。
回転翼外周に設置したフライホイール（９）によって、回転翼の回転はパルス状の排気の圧力変化を平均化し、発生電力の電圧変動を減少させる効果が期待できる。

（図８参照）
図８は、レシーバータンクより送気管（１２）によって気体の使用設備へ送られる気体の風圧を利用し、多連式多翼型の風車（１０）によって回転させる発電機（４）の設置状態を示す断面図である。（１）はレシーバータンク、（１２）は送気管、（７）はシールパッキング、（４）は発電機、（１０）は、多連多翼型風車、（１１）は軸受け、（５）は発電機の軸である。レシーバータンク（１）より送られる送気管の出口へ風車と発電機を設置した状態を示す。レシーバータンク（１）よりの排出気体は、その使用用途によって流れの状態は大きく異なり、風車設置可能或いは不可能の場合もある。

（図９、参照）
図９は、コンプレッサーからの送気が、レシーバータンクの中へ放出される場合の送気の圧力とレシーバータンク内圧力との圧力差の変化の状態を示す。レシーバータンク中の気体が消費され、タンク内の圧力が設定の圧力まで下がると、自動的にコンプレッサーが起動し、レシーバータンクへ気体を送り始める。この場合はレシーバータンク内の圧力が低下している為に、コンプレッサーよりの送気管の排出圧力とレシーバータンク内との圧力差は高い。よってこの場合の前記２形式のカップ型風受部を持つ、或いは８枚の回転翼を持つ風車の回転数は高い。然し、コンプレッサーからの送気が続いてレシーバータンク内の圧力が高まると、前記コンプレッサーよりの送気管の排出圧力とレシーバータンク内との圧力差は低下する。これによって風車の回転数は低下する。従って発生電力も風車の回転数によって変動する。図８の線図（１３）は、風車回転数の変動状態を示す。

（図１０参照）
図１０は、発生した電力をバッテリーへ充電する回路図である。
発生する電力を例えば自動車用バッテリー、或いはリフトカ−用のバッテリーへ充電する場合に、発生する電圧が上記の被充電バッテリーの電圧よりも低い場合にも充電可能とする回路である。（１４）は受電端子である。この端子は既に整流され直流になった電源を受け入れる。（１５）は電源スィッチ、（１６）は衝撃緩和回路、（１７）はコンデンサー、（１８）は出力用スィッチ、（１９）はバックアップ用小容量で被充電バッテリーと同じ電圧のバッテリー、（２０）は被充電バッテリーである。
受電端子（１４）で受電し、受電スィッチ（１５）のＯＮによって電流は（１６）の衝撃緩和回路に流れる。衝撃緩和回路は衝撃的な電流が急に流れた場合に、直列に設置された抵抗器で電圧を下げ、並列に設置されたコンデンサーで衝撃を吸収する。次にコンデンサー（１７）に蓄電される。出力スィッチ（１８）をＯＮにすると、コンデンサー（１７）とバックアップ用バッテリー（１９）とが直列に接続される、その結果被充電バッテリーよりも電圧は高くなる、この回路が被充電バッテリーと並列に接続されることによってコンデンサー（１７）に蓄電された電力は微弱な電力であっても被充電バッテリー（２０）へ充電されることになる。

産業上の利用の可能性

大形のコンプレッサー、真空ポンプ等は各種の工業用途に利用されている。又、その用途によって利用される装置の形式、諸元も異なっている。今迄はこれらの装置で使用も考えられなかった排気のエネルギーを利用することによって、エネルギーを回収し、利用することは大きな省エネの効果が得られ、コストダウンに貢献する結果となる。利用対象となる装置の規模は概して大きく、効果も得やすい環境にあるので、普及の可能性は大きい。

（１）レシーバータンク。
（２）椀型（カップタイプ）風受部。
（３）フライホイール。
（４）発電機。
（５）発電機の軸。
（６）送風管。
（７）シールパッキング。
（８）８枚回転翼。
（９）８枚回転翼フライホイール。
（１０）発生電力の変動ライン。
（１１）軸受け。
（１２）送気管。
（１３）発電時のレシーバータンクへの送気の圧力とレシーバータンク内の内圧との圧力差の推移を示す線図。
（１４）受電端子。
（１５）電源スィッチ。
（１６）衝撃緩和回路。
（１７）コンデンサー。
（１８）出力スィッチ。
（１９）バックアップ用小容量バッテリー。
（２０）被充電バッテリー。

Claims

コンプレッサー、真空ポンプ等の気体貯蔵、汽水分離、消音等の為のレシーバータンクへの送気管の出口へ風車を設置し、その軸へ発電機を設置して送気によって発電し、発生した電力の電圧が被充電バッテリーよりも低い場合にも被充電バッテリーへの充電が可能となるように、同発電機と被充電バッテリーとの間にバックアップ電源用バッテリーを有するバックアップ充電回路を設置し、同バックアップ充電回路中へ、突発的に衝撃的な電撃が発生する場合に、直列に配置された抵抗器で衝撃の電圧を下げ、更に並列に設置されたコンデンサーで衝撃を吸収し、これによって被充電バッテリーの内部組織破壊を防止する為の衝撃緩和回路を配置する発電及び充電システム。
コンプレッサー、真空ポンプ等の気体貯蔵、汽水分離、消音等の為のレシーバータンクからの排気管の出口へ風車を設置し、その軸へ発電機を設置して送気によって発電し、発生した電力の電圧が被充電バッテリーよりも低い場合にも被充電バッテリーへの充電が可能となるように、同発電機と被充電バッテリーとの間にバックアップ電源用バッテリーを有するバックアップ充電回路を設置し、同バックアップ充電回路中へ、突発的に衝撃的な電撃が発生する場合に、直列に配置された抵抗器で衝撃の電圧を下げ、更に並列に設置されたコンデンサーで衝撃を吸収し、これによって被充電バッテリーの内部組織破壊を防止する為の衝撃緩和回路を配置する発電及び充電システム。