WO2003025387A1 - Unite generatrice fondee sur la force ascendante composite de l'air et mettant en oeuvre une cheminee - Google Patents

Description

明 細 書

【発明の名称】 煙突を利用した複合的空気の上昇力による発電装置 【技術分野】

本発明は空気を利用して発電すると言う点では従来の風力発電と変 りは無いが、 空気力の利用と言う点では単なる自然風力に依存するの みで無く、 廃熱 · その他の熱を煙突を利用して作られる加熱された急 激な空気上昇流を更に有効活用する方法として、 廃熱発生装置と煙突 の間、 乃至煙突内に人工的に旋風を発生させる装置を導入し、 空気上 昇力を最大限に強化し、 安定化した空気力を発電に利用する事にした 画期的新技術である。 加熱空気が原点ではあるが、 これのみでは一般 的な加熱空気の上昇力しか生まない。 廃熱発生装置と煙突の間乃至煙 突内に設けた円筒管内に設置した旋風発生装置に、 この上昇流と外部 常温空気とを通過させて、 外部を低温の常温空気流、 内部を高温な加 熱空気流とし、 両者の接触にて旋風状態の空気流を形成し、 空気羽根 を効率的に回転させ、 それに連動する装置による発電に関するもので ある。 旋風発生装置を煙突内に設置する場合、 煙突外に設置する場合 の何れの場合でも、 外部空気を導入して円筒管内にて加熱空気と複合 させて人工的な旋風を発生させ、 その急激な上昇気流効果を利用する 方法と煙突の空気吸引力による空気加速方法を組合せた発電装置であ る。

具体的には空気力を最大限に活用するこの発電装置は直立した円筒 管 （テーパー付を含む、 上記の通り設置力所は廃熱発生装置と煙突の 間乃至煙突内である） 内に設置した発電機 （発電機のみ管外にても可 とし、 動力伝達機構により空気羽根に繋がる） 、 空気羽根、 旋風発生 装匱、 熱供給機構とそれらの連結機構とよりなる。 本発明の中心的 技術である旋風発生機構の案出に関しては、 発明の原点は円筒管内の 通過上昇空気力の増大方法として自然現象として発生する旋風、 即ち 竜卷ゃ米国のトルネードに於ける急激な空気上昇力を人工的に発生さ せる事が出来るならば、 空気力を強める極めて有効な方法である事は 明瞭であり、 発明者はかかる点に注目してその発生メカニズムを探求 した結果、 本方法がそれを人工的に実現し得る方法である事を見出だ した。

【従来の技術】

従来迄の天然現象である風力利用の発電装置はプロペラ式乃至ダリ ユース式の差異はあるものの何れも天然現象である風に完全に依存す る為に、 風況に左右されて稼動率が低位に留まり、 高原価で周波数変 動等の電気の質も含めて発電効率の低いものである。

【発明が解決しょうとする課題】

本発明の意図は風力のみに依存する方式から脱却し、 煙突からの廃 熱， その他の熱の熱利用が可能であれば、 風力状況に左右される開係 を無く し、 加熱空気利用を最大限図る事が可能になり必要電力を効果 的に発電する事にある。

【課題を解決する為の手段】

本発明はかかる状況に鑑み、 未利用のまま放置されて来た廃熱 - そ の他の熱を使用しての空気上昇力を設置済みの煙突にて利用し、 更に 新規な旋風発生装置による強力な上昇風力を生み出す装置と組合わす 事により、 発電能力を飛躍的に高める効果を持てるものである。

[発明の実施の形態】

発明の実施の形態を実施例に基づき図面にて説明するが、 旋風発生 装置が煙突外にある場合と煙突内にある場合に分けて説明する。 【 0 1】 図 1は従来の廃熱発生装置 （ 1 ) から発生した廃熱を廃熱移 送管 （ 2 ) にて通常の煙突 （ 3 ) に繋ぎ処理する状況図である。

【 0 2】 図 2は図 1の従来型処理装置に廃熱利用発電装置 （4) を組 み込み、 その上部に空気移送用の配管 （ 5 ) を設け、 それを煙突 （ 3 ) に繋いで空気吸引を佇なう状態図である。

【 0 3】 図 3は図 2の （4) である廃熱 · その他の熱並びに上昇空気 力を利用する発電装置の概念図であり、 下部に位置する廃熱供給管 （ 2 9 ) は廃熱発生源 （ 1 ) に繋がり、 上部の空気移送管 （ 5 ) は空気 を吸引する煙突 （ 3 ) に繋がっている。 高温熱の供給と言う意味では ( 2 7 ) に設置された廃ガス燃焼装置にてガスを燃焼した廃熱を直接 利用する事も有り得る。 （ 2 1 ) は円筒管本体で発電機 （ 1 7 ) 、 空 気羽根 （ 1 6 ) 等を収納する。 （ 2 4) は 2段に置いた旋風発生装置 事例の外観である。 旋風発生装置は風の向きにより適切な方向に転回 可能の様に （ 2 5 ) の方向板により回転出来る様に製作されている。 【 0 4】 図 4並びに図 5は何れも本発明の大きな特色である円筒管 （

2 1 ) 内の旋風発生装置 （ 2 2、 以下の 2 3、 2 4、 3 0、 3 1、 3 2、 3 3等は目的に応じた各部分を示した） の説明図である。 円筒管

( 2 1 ) 内の通過上昇風力の増大方法として自然現象として発生する 旋風、 即ち竜巻やトルネー ドに於ける空気上昇力を人工的に発生させ る事によって、 空気力の上昇力を強める極めて有効な方法である。 発 明者はかかる点に注目してその発生メカニズムを探求した結果、 本方 法がそれを実現し得る方法である事を見出だした。

【 0 5】 図 4は円筒管 （ 2 1 ) 本体中の外部空気誘導パネル （ 2 4 ) と外部空気円筒管内部誘導スリ ッ ト鳥瞰図 （ 2 2 ) 、 図 5は円筒管本 体 （ 2 1 ) 、 外部空気誘導パネル外壁、 内壁 （ 3 1、 3 2) と外部空 気円筒管内部誘導スリッ ト （ 2 2 ) 並びに旋風状空気流発生用ガイ ド 板 （ 3 4 ) 断面図である。

【 0 6】 旋風発生装置は図 4、 図 5に示した外部空気導入管 （ 2 4) 並びに受入口 （ 2 3 ) 、 導入管内の誘導空気分離口 （ 3 0) 誘導空気 分離壁 （ 3 2 ) 、 円筒管 （ 2 1 ) 本体中の外部空気誘導パネル （旋風 状空気流発生用ガイ ド板） （ 3 3 ) 、 外部空気円筒管内部誘導スリツ ト （ 2 2 ) (開閉自在装置付） 、 加熱空気の上昇気流の本体内上昇部 分 （ 3 4 ) からなる。 但し、 誘導パネルと誘導スリッ トは一体化して 図 7に示したノズル （ 5 0、 5 1、 5 2等） の様にしてもよい。 円筒 管内部に導かれた外部空気はガイ ド板 （ 3 3 ) 乃至ノズル （ 5 0等） にて旋風状に空気流を形成し、 その内部に於いては廃熱、 その他の熱 にて高温化された空気が加熱上昇力にて円柱状を成して円筒管の中心 部 （ 3 4 ) を上昇し、 外部空気が造り出す旋風状空気との間に大きな 温度差を発生させる事になるが、 この温度差が旋風乃至竜巻発生の基 本条件である。 この発生条件を強化する意味でガイ ド板 （3 3 ) 乃至 ノズル （ 5 0等) から流入する空気流は状況に応じて任意の方向に流 入出来る様にガイ ド板 （ 3 3 ) の形状乃至ノズル （ 5 0等） の方向を 工夫する事が有効である。

【 0 7】 本発明の構造により廃熱、 その他の熱からの加熱空気が加熱 空気供給管 （ 2 9 ) より供給されると、 風況に閧係無く、 外部空気は 下部旋風発生装置にある外部空気導入管 （ 2 4) の誘導口 （ 2 3 ) 、 導入管内の誘導空気分離口 （ 3 2 ) を経て円筒管本体中の外部空気円 筒管内部誘導スリッ ト （開閉自在装置付） （ 2 2〉 より、 円筒管内部 に吸引されて入り、 ガイ ド板 （ 3 3 ) 乃至ノズル （ 5 0等） にて円筒 管 （ 2 1 ) に添い旋風状の空気流を形成して行き、 下部の加熱空気供 給管 （ 2 9 ) 乃至可燃性ガス · 廃ガス燃焼供給管 （ 2 8 ) からの廃ガ ス燃焼バーナー （ 2 7 ) から加熱空気上昇口 （ 2 6 ) を経て供給され る加熱空気を包み込む形にて旋風を造り出す作用を一段と強化する事 になる。 こうして 1段乃至多段的に加速された空気流は円筒管本体 （ 2 1 ) を上昇して、 空気羽根ハブ （ 1 4 ) にて支持されている多数の 空気羽根の回転翼 （ 1 6 ) が回転を強化して行く事になる。

【 0 8】 上昇空気により回転する空気羽根 （ 1 6 ) の性能は発電能力 上は極めて重要であり、 その構造が下からの空気流を利用して揚力を 発揮出来る様に設計されたものにし、 通過する空気に与え得る上昇力 は相当強化出来る構造にする。

【 0 9】 本方法を更に強化する方法として空気羽根 （ 1 6 ) の先端部 分に集中して上昇空気が当たる様に空気羽根の下に上昇空気分流装置 ( 1 8 ) (発電機の収容ケースを兼ねる） を円筒管 （ 2 1 ) の壁面か ら支持柱 （ 1 9 ) (発電の電力線を収容する事も兼ねる） を出して設 ける事が極めて有効であり、 円筒管の壁面と適当な間隔を維持して設 置するものとした。 発電機の収容ケース （ 1 7 ) は空気羽根の回転部 の上部に設置する分離空気支持装置 （ 1 2 ) 内に設ける様にしてもよ い。 図 3、 図 6に於いて空気羽根が旋風発生機構の上部に位置する様 に表示したが、 これは下部になる乃至上下両部にある事を妨げない。 【 1 0】 空気羽根を駆動させた空気は分離空気支持装置 （ 1 2〉 にて 一時分離されたが、 煙突 （ 3 ) に繋がる利用済空気流出管 （ 1 1 ) を 通じて煙突に排出される。

【 1 1】 次に旋風発生装置等を煙突内に設置し、 外部常温空気の採取 塔 （図 8に表示） を煙突 （ 3 ) 外に設け、 それを煙突内に導入して旋 風発生に利用する機構に関して説明する。

【 1 2】 図 6はそれを示す概要図である。 廃熱発生源 （ 1 ) から導か れた廃熱は加熱空気供給管 （ 2 9 ) にて旋風発生装置の下部に導かれ

、 そこにて外部空気導入管 （4 6 ) にて導かれた常温空気による回転 に添い旋風発生の旋回運動を始め上昇気流となり、 管内 （4 8 ) を急 激に上昇し、 旋風空気流路 （ 1 8 ) にて円周状に分けられ、 煙突の外 周 （4 0) に近い空気羽根 （ 1 6 ) の先端部のブレードに当たって駆 動力に転化し空気羽根を急速に回転する様にし、 発電機への動力伝達 シャフ ト （ 1 3並びに 4 2 ) を伝わって直接乃至加速 · 減速装置 （4

1 ) を介して連結された発電機 （ 1 7 ) を効率的に回転する様にする 。 発電機の所在位置は煙突内外の何れでもよいが、 図 6に於いては煙 突外に設置する場合を図示した。 図 6に於いて空気羽根が旋風発生機 構の上部に位置する様に表示したが、 これは下部になる乃至上下両部 にある事を妨げない。 煙突外の発電機収容部分は支持柱 （4 7 ) にて 地上から支持されるものとする。

【 1 3】 図 7は煙突内に旋風発生装置を組込む場合の旋風発生用ノズ ル （ 5 0、 5 1、 5 2に例示） の位置鬨係を示した。 この旋風発生用 ノズルの数は状況により単数でも複数でもよいが、 複数設置する場合 には等間隔にて設置する事が好ましい。 図 8に示した外部常温空気取 入用探取塔 （ 6 5 ) を煙突外に設置し、 それからの配管にて導かれた 常温空気は外部空気導入管 （4 6 ) にて煙突内に入り、 単数乃至複数 の外部空気分散上昇管 （4 5 ) にて外部空気拡散装置 （44) に入つ て分散化し旋風発生装置 （ 4 3 ) の外壁に添って設置された多数の旋 風用ノズル （ 5 0、 5 1、 5 2に例示） から右網りの旋風を醸成して 行く。 （ 5 0 ) ( 5 1 ) ( 5 2 ) 等は全体の 4分の 1程度を例示した ものである。

[ 1 4】 図 8は煙突外に設置した外部常温空気採取塔 （ 6 5) の断面 図 （上部図） と側面図 （下部図） を示した。 外部常温空気取入用円筒 管 （ 6 3 ) は風向により 3 6 0度回転可能の様に風向をガイ ドする方 向ま持板 （ 6 4) にて外部空気取入管 （ 6 1 ) を適切に方向制御し、 入口 （6 0 ) から内部 （6 3 ) を下降して煙突に移送される様に製作 されている。 外部常温空気の採取に関しては、 無風時でも煙突の加熱 空気の上昇に伴う吸引力の作用で、 常温空気が吸引され採取塔から煙 突内の旋風発生装置に誘導されてゆく。

【 1 5】 図 1、 図 2、 図 3、 図 4、 図 5、 図 6、 図 7、 図 8に示した 各部分の大きさの相対関係は絶対的なものでは無く、 全体的理解に資 する目的に添ったものである。

【 1 6】 本発明による発電装置が通常の風力発電装置に対比して優れ ている点は、 従来の発電装置の弱点であった電圧 · 周波数の変動幅を 大きく均質化出来る事である。 かかる点からして通常の風力発電装置 にて必要とされる周波数制御装置の必要が少なくなる事になる。

【産業上の利用の可能性】

【 1 7】 煙突から排出される廃熱利用に関しては製鉄所 ·紙パ工場 - セメント工場 ·火力発電所等の未利用熱源や廃棄物燃焼処理工場等で の大型の国内需要としての推定として日本国内のみにても数百 =千力 所程度は可能性があると判断される。 小規模利用であれば数千力所の 可能性がある。 又、 世界全体は具体的に推定した事は無いが、 極めて 膨大な潜在需要がある事は容易に推定される。

【 1 8】 本発明を必要としている産業上の需要は極めて高いと判断す る。 尚、 これらに共通する特色はこれらの廃熱等は、 現在、 未利用に 放置されている事であり、 観点を変えれば直ちに利用可能である事で ある。

【符号の説明】

( 1 ) 廃熱発生源

( 2 ) 廃熱移送管

( 3 ) 煙突 4) 廃熱気流利用発電装置

5 ) 空気移送管

1 1 ) 利用済空気流出管

1 2 ) 分離空気支持装置

1 3 ) 空気羽根から発電機への動力伝達シャフ ト

1 4) 空気羽根支持柱/、ブ

1 5 ) 分離空気支持装置支持柱

1 6 ) 空気羽根

1 7 ) 発電機収納装置

1 8 ) 旋風空気流路

1 9 ) 発電機収容体支持柱

2 0 ) 本体外部支持柱

2 1 ) 円筒管本体

2 2 ) 旋風発生装置用空気流入スリッ ト

2 3 ) 旋風発生装置空気受入口

2 4) 旋風発生装置空気受入管 （上部， 下部）

2 5 ) 旋風発生装置回転制御用方向板

2 6 ) 加熱空気上昇口

2 7 ) 可燃性ガス · 廃ガス燃焼バーナー

2 8 ) 可燃性ガス · 廃ガス供給管

2 9 ) 加熱空気供給管

3 0 ) 誘導空気分離口

3 1 ) 外部空気誘導パネル外壁

3 2 ) 外部空気誘導パネル内壁

3 3 ) 空気流入用ガイ ド板

3 4) 加熱空気上昇域 4 0 ) 煙突外壁

4 1 ) 空気羽根駆動力伝達装置

4 2 ) 駆動力伝達シャフ ト

4 3 ) 旋風発生装置外壁

44) 外部空気拡散装置

4 5 ) 外部空気分散上昇管

4 6 ) 外部空気導入管

4 7 ) 発電機収納部分支持柱

4 8 ) 旋風発生上昇空間

5 0 ) 常温外気導入吹出口

5 1 ) 同上

5 2 ) 同上

6 0 ) 外部常温空気取入口

6 1 ) 外部常温空気取入管

6 2 ) 外部常温空気取入用方向転換装置

6 3 ) 外部常温空気取入用円筒管

6 4) 外部常温空気取入用方向転換装置方向支持板 6 5 ) 外部常温空気取入用採取塔

G) 地表面

Claims

請求の範囲

【請求項 1】 廃熱 · その他の熱によって直接、 間接に加熱した空気を 煙突に接続することによって生ずる空気上昇力を更に強化する為に設 置する本発電装置の構成は、 直立した円筒管 （ティパー付を含む） 、 同管内に設置した旋風発生装置、 空気羽根、 発電機、 煙突への空気移 送管とから成り、 円筒管の下部は廃熱 · その他の熱の供給管に直接、 間接に繋がり、 これらの熱は円筒管内の加熱空気の上昇力となり、 旋 風発生装置による旋風作用と合わせ両者が相乗的に働き送風速度を増 大し、 更に空気移送管を通じて円筒管に槃がる煙突の空気上昇力も作 用して、 空気羽根の回転によって発電機が効率的に回転する様にした 発電装置。

【請求項 2】 廃熱 · その他の熱を誘導する煙突内に設置する発電装置 は煙突内の加熱空気の上昇力並びに空気吸引力に加え、 更にこれらの 空気力を強化する旋風発生機構を付加するもので、 煙突内に設置する 円筒管 （ティパ—付を含む） 、 旋風発生装置、 空気羽根、 動力伝達装 置、 発電機 （伝達機構により煙突外部にある場合も含む） 、 煙突への 廃熱 · 高温ガス移送管、 旋風発生装置への外部常温空気の導入管、 煙 突外部に設けた外部常温空気供給装置とから成る。 円筒管の下部は廃 熱移送管と外部空気導入管につながり、 円筒管内の空気上昇力となり 、 旋風発生装置による旋風作用と合わせ送風量並びに速度を増大し、 円筒管につながる煙突の空気吸引力も作用して、 旋風発生装置の上部 乃至下部、 又は上下両部に設けた空気羽根に直接乃至加速 · 減速装置 を介して連結された発電機を効率的に回転する様にした発電装置。 【請求項 3】 「請求項 1」 並びに 「請求項 2」 に記載した旋風発生機 構の構造に関しては円筒管の外壁に近い部分に低温 （常温） 空気、 円 筒管の中心に高温加熱空気が流れ込んで上昇する構造のものでよく、 典型的には螺旋状の外部空気導入機構、 円筒管壁に任意の方向性を持 つた内部への空気導入スリッ ト、 同管内の空気導入スリッ トに添い外 部空気が右回り （又は左回り） する様に設置した旋風発生用のガイ ド 板を設けたものとし、 中心部は下部からの加熱空気が上昇出来る構造 とする。 但し、 導入スリッ トとガイ ド板はこれらが一体化したノズル 状のものでもよい。 本旋風発生機構に使用する低温空気の取入に関し ては風向に応じて向きを変えられる様に円筒管壁に添い 3 6 0度回転 可能の様に設置するか、 風向に応じて空気取入が可能の様に固定した 同装置を方向を変えて数個設置する様にする。