人工風発生装置により発生した人工風からエネルギーを回収する方法及び装置
【課題】人工風発生装置の駆動源が限定されることなく、人工風発生装置の成績係数を低下させることなく、人工風発生装置より排出される排気から高効率でエネルギーを回収する方法、及び装置を提供する。
【解決手段】気流を発生させる人工風発生装置と、回転軸に回転翼が取り付けられ前記気流によって回転力を得る風車と、前記回転軸の回転によるエネルギーを回収する回収手段とを備えた人工風発生装置により発生した人工風からエネルギーを回収する装置において、前記風車は揚力で回転力を得る揚力型風車であり、前記人工風発生装置からの気流の送風側を開放した開放部を設け、前記揚力型風車を前記開放部に配置する。
【解決手段】気流を発生させる人工風発生装置と、回転軸に回転翼が取り付けられ前記気流によって回転力を得る風車と、前記回転軸の回転によるエネルギーを回収する回収手段とを備えた人工風発生装置により発生した人工風からエネルギーを回収する装置において、前記風車は揚力で回転力を得る揚力型風車であり、前記人工風発生装置からの気流の送風側を開放した開放部を設け、前記揚力型風車を前記開放部に配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は人工風発生装置の排気からエネルギーを回収する方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ヒートポンプに使用される空気熱交換器、食品用冷蔵庫などで使用されるエバコン、冷却塔など、人工風を発生する人工風発生装置が多く用いられている。
【０００３】
人工風発生装置の１つであるヒートポンプに使用される空気熱交換器について説明する。
ビルなどの熱源装置の１つとして、ヒートポンプが用いられている。
図６は従来のヒートポンプの一形態を示す概略図であり、暖房時の運転形態を示している。
ヒートポンプ３０は、冷媒を圧縮する圧縮機３２、冷房サイクルと暖房サイクルを切り換える四方弁３４、冷媒と水を熱交換して水を加温又は冷却する水熱交換器３６、膨張弁３８、及び外気から熱を奪う又は外気に放熱する空気熱交換器４０を備え、これらが配管４２に接続されて構成されている。
水熱交換器３６には、水の導入管４４が設けられており、該導入管４４を通じて水熱交換器３６に水を導入可能としている。
【０００４】
このような構成のヒートポンプ３０の暖房時の運転について説明する。圧縮機３２によって圧縮されて高温高圧の気体となったフロン、アンモニアなどの冷媒は、四方弁３４を通って水熱交換器３６に導かれる。水熱交換器３６に導かれた前記冷媒は、導入管４４を通じて水熱交換器３６に導入された水と熱交換することにより熱を失って高圧の液体に変化する。
このとき、導入管４４を通じて水熱交換器３６に導入された水は、水熱交換器３６で前記高温高圧の気体となった冷媒と熱交換することで温水となって、暖房に利用される。
【０００５】
水熱交換器３６で熱を失って高圧の液体に変化した冷媒は、膨張弁３８に導かれ、膨張弁３８で減圧されて低圧の液体に変化する。
【０００６】
膨張弁３８で低圧の液体に変化した冷媒は、空気熱交換器４０に導かれる。空気熱交換器４０に導かれた低圧の液体の冷媒は、外気から熱を奪って蒸発し、気体に変化する。このとき、熱を奪われた前記外気は送風機４１により大気に排気として排出される。
【０００７】
空気熱交換器４０で気体に変化した冷媒は、四方弁３４を通って圧縮機３２に戻されて、圧縮機３２で再び圧縮される。
【０００８】
次に図６に示したヒートポンプ３０の冷房時の運転について説明する。冷房時には、四方弁３４が切り替わり、圧縮機３２により圧縮された冷媒が、四方弁３４を通って空気熱交換器４０に導かれ、外気に放熱し、高圧の液体に変化する。このとき、放熱された前記外気は送風機４１により大気に排気として排出される。
【０００９】
空気熱交換器４０で外気に放熱して高圧の液体に変化した冷媒は、膨張弁３８に導かれ、膨張弁３８で減圧されて低圧の液体に変化する。
【００１０】
膨張弁３８で低圧の液体に変化した冷媒は、水熱交換器３６に導かれる。水熱交換器３６に導かれた低圧の液体の冷媒は、導入管４４を通じて水熱交換器３６に導入された水と熱交換して該水を冷却して低圧の気体となり、四方弁３４を通って圧縮機３２に戻されて再び圧縮される。
このとき、導入管４４を通じて水熱交換器３６に導入された水は、水熱交換器３６で前記低圧の液体となった冷媒と熱交換することで冷水となって、冷房に利用される。
【００１１】
図６に示したようなヒートポンプにおいては、空気熱交換器４０からは、暖房時には冷媒に熱を奪われた外気が、冷房時には冷媒に放熱された外気が排気として排出されている。特に、大容量のヒートポンプ装置においては空気熱交換器の小型化・効率向上をはかるために大風量を空気熱交換器を通過させている。送風機の形式によって異なるが、例えば送風機４１が１０００φ〜２０００φの軸流送風機の場合には、送風機出口部の排気筒よりの平均風速は８ｍ／ｓｅｃ〜１５ｍ／ｓｅｃに達する。この風速は、人工的に作られた風を使って風車発電をするために適当な風速である。またこの空気熱交換器の送風機を駆動するために投入される電力は、ヒートポンプ装置の総入力の８〜１５％程度にもなるものであり、この排気空気から送風機の性能・効率を落とすことなく電力の回収ができれば、総合的にヒートポンプの効率（成績係数）を向上させることが可能であると考えられる。
【００１２】
しかし、従来までヒートポンプを構成する空気熱交換器から排出される排気の有効活用はなされておらず、排気の持つエネルギーの有効活用が十分にできているとはいえなかった。
【００１３】
また、ヒートポンプを構成する空気熱交換器から排出される排気と同様に、エバコン、冷却塔等、その他の人工風を発生しうる人工風発生装置についても、排気の持つエネルギーの有効活用が十分にできているとはいえない状況である。
【００１４】
人工風発生装置の一つである空気熱交換器から排出される排気の持つエネルギーを活用している例としては、例えば特許文献１の段落〔００１０〕に、風力発電ユニットを備え、この風力発電ユニットの出力を圧縮機駆動用または室外ファン駆動用のインバータに供給する構成とした空気調和機に関するものであり、室外ファンの運転により熱交換器を通して送風口より上方に吹き出された空気を前記風力発電ユニットを駆動するための風力として活用する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００５−２１４４９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、特許文献１に開示された技術は、風力発電ユニットを備え、風力発電ユニットの出力を圧縮機駆動用または室外ファン駆動用のインバータに供給する構成である。そのため、風力発電ユニットの出力を圧縮機駆動用または室外ファン駆動用のインバータに供給しない構成のヒートポンプの空気熱交換器から排出される空気を有効活用するためには適用できない。つまり、ヒートポンプの駆動源が限定されるため適用範囲が狭いという課題がある。
【００１７】
さらに、特許文献１に開示された技術においては、風力発電ユニットを構成する風車がナセル型であって受風方向が水平であるのに対し、前記熱交換器を通して送風口より上方に吹き出された空気はナセル型の風車に斜め下方より送風されている。つまり、風力発電ユニットを構成する風車の受風方向と、前記熱交換器を通して送風口より送風された空気の送風方向とが異なるため、熱交換器を通して送風口より送風された空気の風車の駆動に寄与する効果が非常に小さいという課題がある。
【００１８】
従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、人工風発生装置の駆動源が限定されることなく、人工風発生装置の性能・効率を低下させることなく、人工風発生装置より排出される排気から高効率でエネルギーを回収する方法、及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するため本発明においては、気流を発生させる人工風発生装置と、回転軸に回転翼が取り付けられ前記気流によって回転力を得る風車と、前記回転軸の回転によるエネルギーを回収する回収手段とを備えた人工風発生装置により発生した人工風からエネルギーを回収する装置において、前記風車は揚力で回転力を得る揚力型風車であり、前記人工風発生装置からの気流の送風側を開放した開放部を設け、前記揚力型風車を前記開放部に配置したことを特徴とする。
ここで、前記人工風発生装置とは、人工的に気流を発生する装置のことをいい、例えばヒートポンプに使用される空気熱交換器、食品用冷蔵庫などで使用されるエバコン、冷却塔、車両用トンネルの排気口などを挙げることができる。
また、前記揚力型風車としては、ダリウス型風車、直線ダリウス型風車、ジャイロミル型風車、クロスフロー型風車、プロペラ型風車などを挙げることができる。
【００２０】
これにより、人工風発生装置より発生する気流によって前記風車を駆動させ、該風車の駆動によるエネルギーを前記回収手段によって回収することで、前記人工風発生装置から排出する気流の持つエネルギーを回収することができる。
なお、前記回収手段としては風車の回転軸の回転によって駆動する発電機を挙げることができ、回収手段が発電機である場合には人工風発生装置から排出する気流の持つエネルギーを電力として回収する。
【００２１】
また、前記風車は揚力で回転力を得る揚力型風車とし、前記人工風発生装置の気流の送風側に設けた開放部に前記揚力型風車を前記開放部に配置したので、人工風発生装置の送風方向と風車の受風方向が完全に一致し、このため送風機で発生される気流の風車の回転への寄与が極めて大きい。さらに、前記風車を揚力型風車として前記開放部に配置することで、気流の抵抗となる要素が大きい抗力型風車と異なり、風車が人工風発生装置からの気流を阻止する抵抗（静圧損失）となる要素が極めて小さい。
従って、人工風発生装置より排出される空気から高効率でエネルギーを回収して発電などに利用することができ、人工風発生装置の性能・効率を低下させることもない。また、人工風発生装置の駆動源が限定されることもない。
【００２２】
さらに、人工風発生装置を駆動している間は、人工風発生装置からは安定して気流が発生する。従って、人工風発生装置による気流を受風して回転する風車を安定して駆動させることができ、そのため発電機などのエネルギーの回収手段を安定して駆動してエネルギーを回収することができる。
さらに、既設の人工風発生装置がある場合、人工風発生装置による気流の風向方向に前記風車を設けることで、本発明を実施することができる。つまり、既設の人工風発生装置がある場合には、既設の人工風発生装置の改造無しで本発明を実施することが可能であるという利点を有する。
【００２３】
また、前記回転軸を含む前記人工風発生装置の気流の送風方向と垂直な面で前記回転翼が描く回転軌跡の面積が、前記人工風発生装置の気流の送風口断面積よりも広くするとよい。
さらにまた、前記送風口最外端と前記回転軌跡の最外端とを結んだ傾斜線と、前記送風口外端から気流の送風方向に延長した延長線とがなす角度が１０°以内の投影範囲内に前記回転翼が収まるようにするとよい。
ここで、前述の人工風発生装置の気流の送風方向と垂直な面で前記回転翼が描く回転軌跡の面積とは、回転翼が気流の送風方向と垂直な面で描く回転軌跡の面積のうち最も広いものとなる。
これにより、人工風発生装置による気流が、前記回転翼の回転軌跡外に流れることなく確実に回転翼に到達する。従って人工風発生装置による気流の全てを風車の駆動に使用することができるため、より効率的に人工風発生装置による気流のエネルギーを回収することができる。
【００２４】
また、前記回転翼の中心部が、前記送風口の投影面積内に入るように設定されているとよい。そして、前記人工風発生装置に軸流式送風機を用いる場合は、送風口周辺部と送風機の軸中心部では風速の分布が異なり、前記投影面積内でかつ風速が最も早く、分布が略均一になる位置に風車の中心をおく。一般に送風口の中心部より遠く離れるほど、送風口からの気流は１０°程度の角度で拡散しながら広がり、かつ風速は遅くなるので、風車の中心をできる限り送風口の中心部近傍に配置する必要がある。
【００２５】
なお、人工風発生装置の１つである空気熱交換器においては、空気熱交換器の送風機は一般にヒートポンプ熱出力の小さいものは一台であるが、大容量になると複数台設置されている。送風機一台毎に風車一台という設置方法はもちろん、大容量化に対しては風車の回転軸を自在軸継ぎ手等を用いてつなぎ、複数台の風車を連結して効率よく大容量化することも可能である。また送風機の風量に合わせて風車を都度あわせて製作する必要をなくすため、標準化された風車を組み合わせて設置することも可能である。
逆に、小型送風機を多数並べた仕様の空気熱交換器に対しては、風車の大きさにあわせたホッパー（囲い）で風速が分散しないように囲いを設けて、風車の回転翼にかかるようにすることも可能である。
また、このような構成は、人工風発生装置が空気熱交換器の場合に限られず、他の人工風発生装置においても適用できる。
【００２６】
また、人工風発生装置の排気からエネルギーを回収する方法の発明として、人工風発生装置により発生した人工風のエネルギーを回収する方法であって、前記人工風発生装置より排出される気流によって、該気流の送風方向と垂直もしくは平行に配置した回転軸と該回転軸に取り付けられた回転翼とによって構成される揚力型風車を駆動し、前記回転軸の駆動によって前記人工風発生装置より排出される排気のエネルギーを回収することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
以上記載のごとく本発明によれば、人工風発生装置の駆動源が限定されることなく、人工風発生装置の性能・効率を低下させることなく、人工風発生装置より排出される排気から高効率でエネルギーを回収する方法、及び装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施例１に係るヒートポンプの斜視図である。
【図２】実施例１に係る風車と軸流送風機の側面図である。
【図３】実施例１に係る軸流送風機の概略平面図である。
【図４】実施例２に係るヒートポンプの概略配置図である。
【図５】実施例２に係る風車とヒートポンプの配置図である。
【図６】従来のヒートポンプの一形態を示す概略図であり、実施例１、実施例２にも共通するものである。
【図７】実施例３に係るエバコンの斜視図である。
【図８】図７におけるＡ方向矢視図である。
【図９】図７におけるＢ方向矢視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【実施例１】
【００３０】
図１は実施例１に係るヒートポンプの斜視図である。ヒートポンプの構成要素及び動作については図６を用いて説明した従来のヒートポンプと同様であるので説明を省略し、図６と同一物については同一符号を付すこととする。
【００３１】
図１において、ヒートポンプ３０は、マシンケーシング２０と空気熱交換器ケーシング２２から形成される。マシンケーシング２０には、ヒートポンプ３０を構成する圧縮機３２、四方弁３４、水熱交換器３６、膨張弁３８及びモータ、配管等の付属機器が収納されている。空気熱交換器ケーシング２２には、ヒートポンプ３０を構成する空気熱交換器４０が収納されており、その上部には空気熱交換器４０から排出される空気を上方へ送風することができる軸流送風機２が設けられている。さらに、図１には図示していないが、空気熱交換器ケーシング２２に設けられた軸流送風機２の上部には、軸流送風機２からの送風により駆動するダリウス型風車が設置される。
【００３２】
空気熱交換器ケーシング２２の上部に設置される前記風車の構成について図２を用いて説明する。
図２は実施例１に係る風車と軸流送風機の側面図である。
実施例１に係る風車４は、回転軸６と、回転軸６に取り付けられた複数のダリウス翼８から構成されている。回転軸６は、２箇所以上（図２においては２箇所）で支持部材１０に回転可能に支持されている。支持部材１０は、支柱１２を介して空気熱交換器ケーシング２２に固定されている。また、発電機１４が設けられており、風車４が回転すると、その回転軸６の回転力が発電機１４に伝達されて電力が発生する。
【００３３】
次に風車４の配置について図２及び図３を用いて説明する。
図３は実施例１に係る軸流送風機２の概略平面図である。
図３において、２は軸流送風機、２ａは軸流送風機２の（ファンスリーブ）送風口、８ａは回転軸６を含む水平面におけるダリウス翼８の場合の回転軌跡の最外部の概形である。図３に示したように、風車４は、上方から見るとダリウス翼８の回転軌跡の最外部８ａが軸流送風機２の送風口２ａの上部全体を覆うように配置される。
【００３４】
また、図２に示したように、軸流送風機２の送風口の延長線ｌ１から、α＝１０°外側に傾いた傾斜線ｌ２上でダリウス翼８を回転軸６に取り付ける。これにより、空気熱交換器４０から排出され、軸流送風機２から上方に送風された空気の流れｆの全てが風車４を回転させるために使用される。前記αは、１０°に限定されるものではないが、αが小さすぎると軸流送風機２から送風された空気の流れｆの一部がダリウス翼８に到達する前に傾斜線ｌ２外に出てしまい、送風機２から送風された空気の全てを風車４を回転させるために使用させることができなくなる。また、前記αが大きすぎるとダリウス翼８を大型化する必要があり、設備の大型化につながる。従ってαの角度は１０°以内の範囲とすることが好ましい。
【００３５】
次に、図１〜図３及び図６を用いて、実施例１におけるヒートポンプ及び風車の動作について説明する。
図６に構成したヒートポンプを四方弁３４を切り替えて暖房又は冷房運転を行うと、暖房時には水熱交換器３６で温水が発生し、冷房時には水熱交換器３６で冷水が発生する。
【００３６】
また、空気熱交換器４０では、暖房時には外気が冷媒に熱を奪われて冷風となり、冷房時には外気が冷媒から放熱されて温風となる。
空気熱交換器４０で発生する前記温風又は冷風は、空気熱交換器４０を収納している空気熱交換器ケーシング２２に設けられた軸流送風機２によって上方に送風される。
【００３７】
軸流送風機２によって上方に送風された前記温風又は冷風は、前記傾斜線ｌ２の内側、つまり軸流送風機側を上方に流れ、風車４を構成するダリウス翼８に到達する。前記温風又は冷風を受風し、ダリウス翼８は回転軸6を中心に回転する。前記受風による回転軸６の回転によって発電機１４が駆動して発電を行う。
発電機１４によって得られる電力は、例えば以下のように使用される。
発電機１４によって得られる交流の電力は、交流の電力を直流の電力に変換する整流器（不図示）によって直流の電力に変換され、該直流の電力を蓄電する蓄電器（不図示）に蓄電される。該蓄電器に蓄電された電力は、電力を必要とする他の機器に供給されたり、圧縮機３２を駆動するモータの電力の一部として使用することができる。
【００３８】
以上のような揚力で回転力を得る揚力型風車の１つであるダリウス型風車４を軸流送風機２の送風側の開放部に配置する構造及び動作により、従来排気として排出していた空気熱交換器４０で発生する温風又は冷風が持つエネルギーをダリウス型風車４によって電力として回収することができ、エネルギーの有効利用が可能となる。また、軸流送風機２の成績係数を低下させることもない。
また、ヒートポンプ３０を駆動している間は、空気熱交換器４０では安定して温風又は冷風が発生する。従って、軸流送風機２によって送風される前記温風又は冷風を受風して回転する風車４を安定して駆動させることができ、従って安定して電力を得ることができる。
さらに、既設のヒートポンプがある場合、空気熱交換器４０で発生する温風又は熱風を送風する軸流送風機の送風方向に風車４を設けることで、本発明を実施することができ、既設のヒートポンプ部分の改造無しで本発明を実施することが可能である。特に図１に示したような空気熱交換器、ヒートポンプ３０が、ビルの屋上などの屋外にある場合にはその設置は容易である。
【００３９】
なお、ダリウス型風車４が屋外に設置されている場合には、ヒートポンプの非駆動時にはダリウス型風車４は自然風を受風して回転し、発電機１４を駆動させることも可能である。
【実施例２】
【００４０】
図４は実施例２に係るヒートポンプの概略配置図である。
なお、実施例２においては実施例１と同一物については同一符号を付し、その説明を省略する。
図４に示したように、マシンケーシング２０と空気熱交換器ケーシング２２を一体化せず、別個に配置することもできる。図４においては、マシンケーシング２０をビル５０の下層階部に配置し、空気熱交換ケーシング２２をビル５０の屋上に配置している。
【００４１】
この場合、空気熱交換器ケーシング２２内に収納される空気熱交換器４０と、マシンケーシング２０内に収納される四方弁３４及び膨張弁３８との間は、ビル５０の外部又は内部を通して冷媒が流通する配管４２で接続する。マシンケーシング２０外に位置する配管４２は必要に応じて断熱を行う。さらに、図４には図示していないが、空気熱交換器ケーシング２２に設けられた軸流送風機２の上部には、風車が配置される。
【００４２】
図５は、実施例２に係る風車とヒートポンプの配置図である。なお、図５においてはマシンケーシング２０及び配管４２の記載を省略している。
実施例２に係る風車は、図２で示した実施例１に係る風車と同様にして、軸流送風機２の上方に配置される。なお、図５においては、図２と異なり支柱１２を空気熱交換器ケーシング２２ではなくビル５０の屋上に固定しているが、図２と同様に空気熱交換器ケーシング２２に固定しても特に問題はない。
また、ダリウス翼８と、軸流送風機２の位置関係は、実施例１において図２を用いて説明した位置関係と同様である。
【００４３】
以上のような構成のヒートポンプ及び風車の動作については、図１〜図３及び図６を用いて説明した実施例１のヒートポンプ及び風車と同様であり、空気熱交換器４０で発生する温風又は冷風を軸流送風機２で上方に送風し、該送風によって風車４を駆動し、風車４の回転軸６の回転によって発電機１４を駆動して発電を行うことができる。
【００４４】
このようにして、マシンケーシング２０と空気熱交換器ケーシング２２が離れた位置にある場合においても、空気熱交換器４０で発生する温風又は冷風が持つエネルギーを電力として回収することができ、エネルギーの有効利用が可能である。
従って、マシンケーシング２０と空気熱交換器ケーシング２２が離れた位置に配置されている既設のヒートポンプにおいても、風車を設けることで、本発明を実施することができるため、発明の適用範囲が広いといえる。
【実施例３】
【００４５】
図７は実施例３に係るエバコンの斜視図であり、図８は図７におけるＡ方向矢視図、図９は図７におけるＢ方向矢視図である。
エバコン６２は、アンモニア、フロンガスなどの冷媒や、その他各種プロセスガスを凝縮するために使用される装置であり、産業用プロセス冷却、食品用冷蔵設備などで使用される。
【００４６】
エバコン６２においては、凝縮させるガスを、冷媒ガス入口接続管６６ａより、ケーシング６４内部上方に位置するコイルゾーン６６を構成するコンデンサコイルのチューブ内に通す。そして、コイルゾーン６６の上方に設けた散水ノズル６８からコンデンサコイルの前記チューブ外面に散水し、散水された水（以下散布水と称する）にコンデンサコイルの前記チューブ内のガスの熱を伝える。前記散布水に熱を伝えることでチューブ内のガスは凝縮されて冷媒液出口接続管６６ｂより排出される。
そして、コイルゾーン６６の下方に設けたファン７２より上方即ちコイルゾーン６６側に空気を送ることにより、前記散布水の一部を蒸発させ、蒸発潜熱を利用して前記散布水に伝えられた熱を大気中に吐出空気として放出する。
なお、前記散布水は、水槽７４に回収されて散水循環ポンプ８４により再度散水ノズルに送られ、循環使用される。
また、前記吐出空気に含まれる水滴は、前記吐出空気の吐出口に設けたエリミネータ７６により空気から分離されて水槽７４に回収される。
【００４７】
さらに、本発明に特徴的な構成として、エリミネータ７６の上方であり、吐出空気の送風方向の開放部には、前記吐出空気により駆動するクロスフロー型風車７８が設置されている。送風案内板７９はクロスフロー型風車７８に効率よく排気空気を導くために設けるものである。
【００４８】
クロスフロー型風車７８は、回転軸７８ａと、回転軸７８ａに取り付けられた複数の曲面板翼７８ｂから構成されている。回転軸７８ａは、２箇所以上（図７においては２箇所）で支持部材８０に回転可能に支持されている。支持部材８０は、エバコンのケーシング６４に固定されている。また、発電機８２が設けられており、風車７８が回転すると、その回転軸７８ａの回転力が発電機８２に伝達されて電力が発生する。発電機８２により発生した電力は電線及び発電機盤８４を介してファン７２の駆動用電力として使用される。
なお、発電機８２で発生した電力はファン７２の駆動用電力として使用されることに限定されるものではなく、他の用途に使用してもよい。また、例えば図８に示したようにファン７２が３台（７２ａ、７２ｂ、７２ｃ）など複数台ある場合には、そのうち１台（例えば７２ｃ）の駆動用電力として発電機８２で発生した電力を使用する構成とすることもできる。この場合、ファン７２ａ、７２ｂは商用電力など外部からの電力で駆動させる。
【００４９】
なお、本実施例においては、クロスフロー型風車７８を設けたが、揚力で回転力を得る揚力型風車であればクロスフロー型風車７８に変えて直線ダリウス型風車、ジャイロミル型風車など他の型の風車を設けることも可能である。
【００５０】
さらに、吐出空気の吐出口と風車との位置関係は実施例１において図２及び図３を用いて説明した関係と同様とすることで、より効率的にエネルギーの回収が可能となる。
【００５１】
以上のような構成により、従来排気として排出していたエバコン６２からの吐出空気が持つエネルギーをクロスフロー型風車７８によって電力として回収することができ、エネルギーの有効利用が可能となる。また、ファン７２を含めたエバコン６２の成績係数を低下させることもない。
また、エバコン６２を駆動している間は、エバコン６２では安定して吐出空気が発生する。従って、エバコン６２からの吐出空気を受風して回転する風車７８を安定して駆動させることができ、従って安定して電力を得ることができる。
さらに、既設のエバコンがある場合、エバコンからの吐出空気の送風方向の開放部に揚力型風車を設けることで、本発明を実施することができ、既設のエバコンの改造無しで本発明を実施することが可能である。
【００５２】
なお、クロスフロー型風車７８が屋外に設置されている場合には、エバコンの非駆動時にはクロスフロー型風車７８は自然風を受風して回転し、発電機８２を駆動させることも可能である。
【００５３】
以上の実施例１、２、３において、ヒートポンプの空気熱交換器及びエバコンからの排風のエネルギーを、その排風の送風方向の開放部に配置した揚力型風車で回収することについて説明した。
本発明は、ヒートポンプの空気熱交換器及びエバコンからの排風のエネルギーの回収に限られるものではなく、例えば冷却塔、車両用トンネルの排気口など人工的に気流が生成される装置にも適用することができる。その場合、実施例１、２、３と同様に人工的に生成される気流の送風方向の開放部に、揚力型風車を配置することで前記人工的に生成される気流のエネルギーの回収が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
人工風発生装置の駆動源が限定されることなく、人工風発生装置の成績係数を低下させることなく、人工風発生装置より排出される排気から高効率でエネルギーを回収する方法、及び装置置として利用することができる。
【符号の説明】
【００５５】
２ 軸流送風機
４ ダリウス型風車
６ 回転軸
８ ダリウス翼
１４ 発電機
２０ マシンケーシング
２２ 空気熱交換器ケーシング
３０ ヒートポンプ
３２ 圧縮機
３４ 四方弁
３６ 水熱交換器
３８ 膨張弁
４０ 空気熱交換器
６２ エバコン
６６ コイルゾーン
６６ａ 冷媒ガス入口
６６ｂ 冷媒液出口
６８ 散水ノズル
７２ ファン
７２ａ、７２ｂ、７２ｃ ファンモータ
７６ エリミネータ
７８ クロスフロー型風車
７８ａ 回転軸
７８ｂ 曲面板翼
７９ 送風案内板
ｌ１ 軸流送風機の送風口の延長線
ｌ２ 傾斜線
【技術分野】
【０００１】
本発明は人工風発生装置の排気からエネルギーを回収する方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ヒートポンプに使用される空気熱交換器、食品用冷蔵庫などで使用されるエバコン、冷却塔など、人工風を発生する人工風発生装置が多く用いられている。
【０００３】
人工風発生装置の１つであるヒートポンプに使用される空気熱交換器について説明する。
ビルなどの熱源装置の１つとして、ヒートポンプが用いられている。
図６は従来のヒートポンプの一形態を示す概略図であり、暖房時の運転形態を示している。
ヒートポンプ３０は、冷媒を圧縮する圧縮機３２、冷房サイクルと暖房サイクルを切り換える四方弁３４、冷媒と水を熱交換して水を加温又は冷却する水熱交換器３６、膨張弁３８、及び外気から熱を奪う又は外気に放熱する空気熱交換器４０を備え、これらが配管４２に接続されて構成されている。
水熱交換器３６には、水の導入管４４が設けられており、該導入管４４を通じて水熱交換器３６に水を導入可能としている。
【０００４】
このような構成のヒートポンプ３０の暖房時の運転について説明する。圧縮機３２によって圧縮されて高温高圧の気体となったフロン、アンモニアなどの冷媒は、四方弁３４を通って水熱交換器３６に導かれる。水熱交換器３６に導かれた前記冷媒は、導入管４４を通じて水熱交換器３６に導入された水と熱交換することにより熱を失って高圧の液体に変化する。
このとき、導入管４４を通じて水熱交換器３６に導入された水は、水熱交換器３６で前記高温高圧の気体となった冷媒と熱交換することで温水となって、暖房に利用される。
【０００５】
水熱交換器３６で熱を失って高圧の液体に変化した冷媒は、膨張弁３８に導かれ、膨張弁３８で減圧されて低圧の液体に変化する。
【０００６】
膨張弁３８で低圧の液体に変化した冷媒は、空気熱交換器４０に導かれる。空気熱交換器４０に導かれた低圧の液体の冷媒は、外気から熱を奪って蒸発し、気体に変化する。このとき、熱を奪われた前記外気は送風機４１により大気に排気として排出される。
【０００７】
空気熱交換器４０で気体に変化した冷媒は、四方弁３４を通って圧縮機３２に戻されて、圧縮機３２で再び圧縮される。
【０００８】
次に図６に示したヒートポンプ３０の冷房時の運転について説明する。冷房時には、四方弁３４が切り替わり、圧縮機３２により圧縮された冷媒が、四方弁３４を通って空気熱交換器４０に導かれ、外気に放熱し、高圧の液体に変化する。このとき、放熱された前記外気は送風機４１により大気に排気として排出される。
【０００９】
空気熱交換器４０で外気に放熱して高圧の液体に変化した冷媒は、膨張弁３８に導かれ、膨張弁３８で減圧されて低圧の液体に変化する。
【００１０】
膨張弁３８で低圧の液体に変化した冷媒は、水熱交換器３６に導かれる。水熱交換器３６に導かれた低圧の液体の冷媒は、導入管４４を通じて水熱交換器３６に導入された水と熱交換して該水を冷却して低圧の気体となり、四方弁３４を通って圧縮機３２に戻されて再び圧縮される。
このとき、導入管４４を通じて水熱交換器３６に導入された水は、水熱交換器３６で前記低圧の液体となった冷媒と熱交換することで冷水となって、冷房に利用される。
【００１１】
図６に示したようなヒートポンプにおいては、空気熱交換器４０からは、暖房時には冷媒に熱を奪われた外気が、冷房時には冷媒に放熱された外気が排気として排出されている。特に、大容量のヒートポンプ装置においては空気熱交換器の小型化・効率向上をはかるために大風量を空気熱交換器を通過させている。送風機の形式によって異なるが、例えば送風機４１が１０００φ〜２０００φの軸流送風機の場合には、送風機出口部の排気筒よりの平均風速は８ｍ／ｓｅｃ〜１５ｍ／ｓｅｃに達する。この風速は、人工的に作られた風を使って風車発電をするために適当な風速である。またこの空気熱交換器の送風機を駆動するために投入される電力は、ヒートポンプ装置の総入力の８〜１５％程度にもなるものであり、この排気空気から送風機の性能・効率を落とすことなく電力の回収ができれば、総合的にヒートポンプの効率（成績係数）を向上させることが可能であると考えられる。
【００１２】
しかし、従来までヒートポンプを構成する空気熱交換器から排出される排気の有効活用はなされておらず、排気の持つエネルギーの有効活用が十分にできているとはいえなかった。
【００１３】
また、ヒートポンプを構成する空気熱交換器から排出される排気と同様に、エバコン、冷却塔等、その他の人工風を発生しうる人工風発生装置についても、排気の持つエネルギーの有効活用が十分にできているとはいえない状況である。
【００１４】
人工風発生装置の一つである空気熱交換器から排出される排気の持つエネルギーを活用している例としては、例えば特許文献１の段落〔００１０〕に、風力発電ユニットを備え、この風力発電ユニットの出力を圧縮機駆動用または室外ファン駆動用のインバータに供給する構成とした空気調和機に関するものであり、室外ファンの運転により熱交換器を通して送風口より上方に吹き出された空気を前記風力発電ユニットを駆動するための風力として活用する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００５−２１４４９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、特許文献１に開示された技術は、風力発電ユニットを備え、風力発電ユニットの出力を圧縮機駆動用または室外ファン駆動用のインバータに供給する構成である。そのため、風力発電ユニットの出力を圧縮機駆動用または室外ファン駆動用のインバータに供給しない構成のヒートポンプの空気熱交換器から排出される空気を有効活用するためには適用できない。つまり、ヒートポンプの駆動源が限定されるため適用範囲が狭いという課題がある。
【００１７】
さらに、特許文献１に開示された技術においては、風力発電ユニットを構成する風車がナセル型であって受風方向が水平であるのに対し、前記熱交換器を通して送風口より上方に吹き出された空気はナセル型の風車に斜め下方より送風されている。つまり、風力発電ユニットを構成する風車の受風方向と、前記熱交換器を通して送風口より送風された空気の送風方向とが異なるため、熱交換器を通して送風口より送風された空気の風車の駆動に寄与する効果が非常に小さいという課題がある。
【００１８】
従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、人工風発生装置の駆動源が限定されることなく、人工風発生装置の性能・効率を低下させることなく、人工風発生装置より排出される排気から高効率でエネルギーを回収する方法、及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するため本発明においては、気流を発生させる人工風発生装置と、回転軸に回転翼が取り付けられ前記気流によって回転力を得る風車と、前記回転軸の回転によるエネルギーを回収する回収手段とを備えた人工風発生装置により発生した人工風からエネルギーを回収する装置において、前記風車は揚力で回転力を得る揚力型風車であり、前記人工風発生装置からの気流の送風側を開放した開放部を設け、前記揚力型風車を前記開放部に配置したことを特徴とする。
ここで、前記人工風発生装置とは、人工的に気流を発生する装置のことをいい、例えばヒートポンプに使用される空気熱交換器、食品用冷蔵庫などで使用されるエバコン、冷却塔、車両用トンネルの排気口などを挙げることができる。
また、前記揚力型風車としては、ダリウス型風車、直線ダリウス型風車、ジャイロミル型風車、クロスフロー型風車、プロペラ型風車などを挙げることができる。
【００２０】
これにより、人工風発生装置より発生する気流によって前記風車を駆動させ、該風車の駆動によるエネルギーを前記回収手段によって回収することで、前記人工風発生装置から排出する気流の持つエネルギーを回収することができる。
なお、前記回収手段としては風車の回転軸の回転によって駆動する発電機を挙げることができ、回収手段が発電機である場合には人工風発生装置から排出する気流の持つエネルギーを電力として回収する。
【００２１】
また、前記風車は揚力で回転力を得る揚力型風車とし、前記人工風発生装置の気流の送風側に設けた開放部に前記揚力型風車を前記開放部に配置したので、人工風発生装置の送風方向と風車の受風方向が完全に一致し、このため送風機で発生される気流の風車の回転への寄与が極めて大きい。さらに、前記風車を揚力型風車として前記開放部に配置することで、気流の抵抗となる要素が大きい抗力型風車と異なり、風車が人工風発生装置からの気流を阻止する抵抗（静圧損失）となる要素が極めて小さい。
従って、人工風発生装置より排出される空気から高効率でエネルギーを回収して発電などに利用することができ、人工風発生装置の性能・効率を低下させることもない。また、人工風発生装置の駆動源が限定されることもない。
【００２２】
さらに、人工風発生装置を駆動している間は、人工風発生装置からは安定して気流が発生する。従って、人工風発生装置による気流を受風して回転する風車を安定して駆動させることができ、そのため発電機などのエネルギーの回収手段を安定して駆動してエネルギーを回収することができる。
さらに、既設の人工風発生装置がある場合、人工風発生装置による気流の風向方向に前記風車を設けることで、本発明を実施することができる。つまり、既設の人工風発生装置がある場合には、既設の人工風発生装置の改造無しで本発明を実施することが可能であるという利点を有する。
【００２３】
また、前記回転軸を含む前記人工風発生装置の気流の送風方向と垂直な面で前記回転翼が描く回転軌跡の面積が、前記人工風発生装置の気流の送風口断面積よりも広くするとよい。
さらにまた、前記送風口最外端と前記回転軌跡の最外端とを結んだ傾斜線と、前記送風口外端から気流の送風方向に延長した延長線とがなす角度が１０°以内の投影範囲内に前記回転翼が収まるようにするとよい。
ここで、前述の人工風発生装置の気流の送風方向と垂直な面で前記回転翼が描く回転軌跡の面積とは、回転翼が気流の送風方向と垂直な面で描く回転軌跡の面積のうち最も広いものとなる。
これにより、人工風発生装置による気流が、前記回転翼の回転軌跡外に流れることなく確実に回転翼に到達する。従って人工風発生装置による気流の全てを風車の駆動に使用することができるため、より効率的に人工風発生装置による気流のエネルギーを回収することができる。
【００２４】
また、前記回転翼の中心部が、前記送風口の投影面積内に入るように設定されているとよい。そして、前記人工風発生装置に軸流式送風機を用いる場合は、送風口周辺部と送風機の軸中心部では風速の分布が異なり、前記投影面積内でかつ風速が最も早く、分布が略均一になる位置に風車の中心をおく。一般に送風口の中心部より遠く離れるほど、送風口からの気流は１０°程度の角度で拡散しながら広がり、かつ風速は遅くなるので、風車の中心をできる限り送風口の中心部近傍に配置する必要がある。
【００２５】
なお、人工風発生装置の１つである空気熱交換器においては、空気熱交換器の送風機は一般にヒートポンプ熱出力の小さいものは一台であるが、大容量になると複数台設置されている。送風機一台毎に風車一台という設置方法はもちろん、大容量化に対しては風車の回転軸を自在軸継ぎ手等を用いてつなぎ、複数台の風車を連結して効率よく大容量化することも可能である。また送風機の風量に合わせて風車を都度あわせて製作する必要をなくすため、標準化された風車を組み合わせて設置することも可能である。
逆に、小型送風機を多数並べた仕様の空気熱交換器に対しては、風車の大きさにあわせたホッパー（囲い）で風速が分散しないように囲いを設けて、風車の回転翼にかかるようにすることも可能である。
また、このような構成は、人工風発生装置が空気熱交換器の場合に限られず、他の人工風発生装置においても適用できる。
【００２６】
また、人工風発生装置の排気からエネルギーを回収する方法の発明として、人工風発生装置により発生した人工風のエネルギーを回収する方法であって、前記人工風発生装置より排出される気流によって、該気流の送風方向と垂直もしくは平行に配置した回転軸と該回転軸に取り付けられた回転翼とによって構成される揚力型風車を駆動し、前記回転軸の駆動によって前記人工風発生装置より排出される排気のエネルギーを回収することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
以上記載のごとく本発明によれば、人工風発生装置の駆動源が限定されることなく、人工風発生装置の性能・効率を低下させることなく、人工風発生装置より排出される排気から高効率でエネルギーを回収する方法、及び装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施例１に係るヒートポンプの斜視図である。
【図２】実施例１に係る風車と軸流送風機の側面図である。
【図３】実施例１に係る軸流送風機の概略平面図である。
【図４】実施例２に係るヒートポンプの概略配置図である。
【図５】実施例２に係る風車とヒートポンプの配置図である。
【図６】従来のヒートポンプの一形態を示す概略図であり、実施例１、実施例２にも共通するものである。
【図７】実施例３に係るエバコンの斜視図である。
【図８】図７におけるＡ方向矢視図である。
【図９】図７におけるＢ方向矢視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【実施例１】
【００３０】
図１は実施例１に係るヒートポンプの斜視図である。ヒートポンプの構成要素及び動作については図６を用いて説明した従来のヒートポンプと同様であるので説明を省略し、図６と同一物については同一符号を付すこととする。
【００３１】
図１において、ヒートポンプ３０は、マシンケーシング２０と空気熱交換器ケーシング２２から形成される。マシンケーシング２０には、ヒートポンプ３０を構成する圧縮機３２、四方弁３４、水熱交換器３６、膨張弁３８及びモータ、配管等の付属機器が収納されている。空気熱交換器ケーシング２２には、ヒートポンプ３０を構成する空気熱交換器４０が収納されており、その上部には空気熱交換器４０から排出される空気を上方へ送風することができる軸流送風機２が設けられている。さらに、図１には図示していないが、空気熱交換器ケーシング２２に設けられた軸流送風機２の上部には、軸流送風機２からの送風により駆動するダリウス型風車が設置される。
【００３２】
空気熱交換器ケーシング２２の上部に設置される前記風車の構成について図２を用いて説明する。
図２は実施例１に係る風車と軸流送風機の側面図である。
実施例１に係る風車４は、回転軸６と、回転軸６に取り付けられた複数のダリウス翼８から構成されている。回転軸６は、２箇所以上（図２においては２箇所）で支持部材１０に回転可能に支持されている。支持部材１０は、支柱１２を介して空気熱交換器ケーシング２２に固定されている。また、発電機１４が設けられており、風車４が回転すると、その回転軸６の回転力が発電機１４に伝達されて電力が発生する。
【００３３】
次に風車４の配置について図２及び図３を用いて説明する。
図３は実施例１に係る軸流送風機２の概略平面図である。
図３において、２は軸流送風機、２ａは軸流送風機２の（ファンスリーブ）送風口、８ａは回転軸６を含む水平面におけるダリウス翼８の場合の回転軌跡の最外部の概形である。図３に示したように、風車４は、上方から見るとダリウス翼８の回転軌跡の最外部８ａが軸流送風機２の送風口２ａの上部全体を覆うように配置される。
【００３４】
また、図２に示したように、軸流送風機２の送風口の延長線ｌ１から、α＝１０°外側に傾いた傾斜線ｌ２上でダリウス翼８を回転軸６に取り付ける。これにより、空気熱交換器４０から排出され、軸流送風機２から上方に送風された空気の流れｆの全てが風車４を回転させるために使用される。前記αは、１０°に限定されるものではないが、αが小さすぎると軸流送風機２から送風された空気の流れｆの一部がダリウス翼８に到達する前に傾斜線ｌ２外に出てしまい、送風機２から送風された空気の全てを風車４を回転させるために使用させることができなくなる。また、前記αが大きすぎるとダリウス翼８を大型化する必要があり、設備の大型化につながる。従ってαの角度は１０°以内の範囲とすることが好ましい。
【００３５】
次に、図１〜図３及び図６を用いて、実施例１におけるヒートポンプ及び風車の動作について説明する。
図６に構成したヒートポンプを四方弁３４を切り替えて暖房又は冷房運転を行うと、暖房時には水熱交換器３６で温水が発生し、冷房時には水熱交換器３６で冷水が発生する。
【００３６】
また、空気熱交換器４０では、暖房時には外気が冷媒に熱を奪われて冷風となり、冷房時には外気が冷媒から放熱されて温風となる。
空気熱交換器４０で発生する前記温風又は冷風は、空気熱交換器４０を収納している空気熱交換器ケーシング２２に設けられた軸流送風機２によって上方に送風される。
【００３７】
軸流送風機２によって上方に送風された前記温風又は冷風は、前記傾斜線ｌ２の内側、つまり軸流送風機側を上方に流れ、風車４を構成するダリウス翼８に到達する。前記温風又は冷風を受風し、ダリウス翼８は回転軸6を中心に回転する。前記受風による回転軸６の回転によって発電機１４が駆動して発電を行う。
発電機１４によって得られる電力は、例えば以下のように使用される。
発電機１４によって得られる交流の電力は、交流の電力を直流の電力に変換する整流器（不図示）によって直流の電力に変換され、該直流の電力を蓄電する蓄電器（不図示）に蓄電される。該蓄電器に蓄電された電力は、電力を必要とする他の機器に供給されたり、圧縮機３２を駆動するモータの電力の一部として使用することができる。
【００３８】
以上のような揚力で回転力を得る揚力型風車の１つであるダリウス型風車４を軸流送風機２の送風側の開放部に配置する構造及び動作により、従来排気として排出していた空気熱交換器４０で発生する温風又は冷風が持つエネルギーをダリウス型風車４によって電力として回収することができ、エネルギーの有効利用が可能となる。また、軸流送風機２の成績係数を低下させることもない。
また、ヒートポンプ３０を駆動している間は、空気熱交換器４０では安定して温風又は冷風が発生する。従って、軸流送風機２によって送風される前記温風又は冷風を受風して回転する風車４を安定して駆動させることができ、従って安定して電力を得ることができる。
さらに、既設のヒートポンプがある場合、空気熱交換器４０で発生する温風又は熱風を送風する軸流送風機の送風方向に風車４を設けることで、本発明を実施することができ、既設のヒートポンプ部分の改造無しで本発明を実施することが可能である。特に図１に示したような空気熱交換器、ヒートポンプ３０が、ビルの屋上などの屋外にある場合にはその設置は容易である。
【００３９】
なお、ダリウス型風車４が屋外に設置されている場合には、ヒートポンプの非駆動時にはダリウス型風車４は自然風を受風して回転し、発電機１４を駆動させることも可能である。
【実施例２】
【００４０】
図４は実施例２に係るヒートポンプの概略配置図である。
なお、実施例２においては実施例１と同一物については同一符号を付し、その説明を省略する。
図４に示したように、マシンケーシング２０と空気熱交換器ケーシング２２を一体化せず、別個に配置することもできる。図４においては、マシンケーシング２０をビル５０の下層階部に配置し、空気熱交換ケーシング２２をビル５０の屋上に配置している。
【００４１】
この場合、空気熱交換器ケーシング２２内に収納される空気熱交換器４０と、マシンケーシング２０内に収納される四方弁３４及び膨張弁３８との間は、ビル５０の外部又は内部を通して冷媒が流通する配管４２で接続する。マシンケーシング２０外に位置する配管４２は必要に応じて断熱を行う。さらに、図４には図示していないが、空気熱交換器ケーシング２２に設けられた軸流送風機２の上部には、風車が配置される。
【００４２】
図５は、実施例２に係る風車とヒートポンプの配置図である。なお、図５においてはマシンケーシング２０及び配管４２の記載を省略している。
実施例２に係る風車は、図２で示した実施例１に係る風車と同様にして、軸流送風機２の上方に配置される。なお、図５においては、図２と異なり支柱１２を空気熱交換器ケーシング２２ではなくビル５０の屋上に固定しているが、図２と同様に空気熱交換器ケーシング２２に固定しても特に問題はない。
また、ダリウス翼８と、軸流送風機２の位置関係は、実施例１において図２を用いて説明した位置関係と同様である。
【００４３】
以上のような構成のヒートポンプ及び風車の動作については、図１〜図３及び図６を用いて説明した実施例１のヒートポンプ及び風車と同様であり、空気熱交換器４０で発生する温風又は冷風を軸流送風機２で上方に送風し、該送風によって風車４を駆動し、風車４の回転軸６の回転によって発電機１４を駆動して発電を行うことができる。
【００４４】
このようにして、マシンケーシング２０と空気熱交換器ケーシング２２が離れた位置にある場合においても、空気熱交換器４０で発生する温風又は冷風が持つエネルギーを電力として回収することができ、エネルギーの有効利用が可能である。
従って、マシンケーシング２０と空気熱交換器ケーシング２２が離れた位置に配置されている既設のヒートポンプにおいても、風車を設けることで、本発明を実施することができるため、発明の適用範囲が広いといえる。
【実施例３】
【００４５】
図７は実施例３に係るエバコンの斜視図であり、図８は図７におけるＡ方向矢視図、図９は図７におけるＢ方向矢視図である。
エバコン６２は、アンモニア、フロンガスなどの冷媒や、その他各種プロセスガスを凝縮するために使用される装置であり、産業用プロセス冷却、食品用冷蔵設備などで使用される。
【００４６】
エバコン６２においては、凝縮させるガスを、冷媒ガス入口接続管６６ａより、ケーシング６４内部上方に位置するコイルゾーン６６を構成するコンデンサコイルのチューブ内に通す。そして、コイルゾーン６６の上方に設けた散水ノズル６８からコンデンサコイルの前記チューブ外面に散水し、散水された水（以下散布水と称する）にコンデンサコイルの前記チューブ内のガスの熱を伝える。前記散布水に熱を伝えることでチューブ内のガスは凝縮されて冷媒液出口接続管６６ｂより排出される。
そして、コイルゾーン６６の下方に設けたファン７２より上方即ちコイルゾーン６６側に空気を送ることにより、前記散布水の一部を蒸発させ、蒸発潜熱を利用して前記散布水に伝えられた熱を大気中に吐出空気として放出する。
なお、前記散布水は、水槽７４に回収されて散水循環ポンプ８４により再度散水ノズルに送られ、循環使用される。
また、前記吐出空気に含まれる水滴は、前記吐出空気の吐出口に設けたエリミネータ７６により空気から分離されて水槽７４に回収される。
【００４７】
さらに、本発明に特徴的な構成として、エリミネータ７６の上方であり、吐出空気の送風方向の開放部には、前記吐出空気により駆動するクロスフロー型風車７８が設置されている。送風案内板７９はクロスフロー型風車７８に効率よく排気空気を導くために設けるものである。
【００４８】
クロスフロー型風車７８は、回転軸７８ａと、回転軸７８ａに取り付けられた複数の曲面板翼７８ｂから構成されている。回転軸７８ａは、２箇所以上（図７においては２箇所）で支持部材８０に回転可能に支持されている。支持部材８０は、エバコンのケーシング６４に固定されている。また、発電機８２が設けられており、風車７８が回転すると、その回転軸７８ａの回転力が発電機８２に伝達されて電力が発生する。発電機８２により発生した電力は電線及び発電機盤８４を介してファン７２の駆動用電力として使用される。
なお、発電機８２で発生した電力はファン７２の駆動用電力として使用されることに限定されるものではなく、他の用途に使用してもよい。また、例えば図８に示したようにファン７２が３台（７２ａ、７２ｂ、７２ｃ）など複数台ある場合には、そのうち１台（例えば７２ｃ）の駆動用電力として発電機８２で発生した電力を使用する構成とすることもできる。この場合、ファン７２ａ、７２ｂは商用電力など外部からの電力で駆動させる。
【００４９】
なお、本実施例においては、クロスフロー型風車７８を設けたが、揚力で回転力を得る揚力型風車であればクロスフロー型風車７８に変えて直線ダリウス型風車、ジャイロミル型風車など他の型の風車を設けることも可能である。
【００５０】
さらに、吐出空気の吐出口と風車との位置関係は実施例１において図２及び図３を用いて説明した関係と同様とすることで、より効率的にエネルギーの回収が可能となる。
【００５１】
以上のような構成により、従来排気として排出していたエバコン６２からの吐出空気が持つエネルギーをクロスフロー型風車７８によって電力として回収することができ、エネルギーの有効利用が可能となる。また、ファン７２を含めたエバコン６２の成績係数を低下させることもない。
また、エバコン６２を駆動している間は、エバコン６２では安定して吐出空気が発生する。従って、エバコン６２からの吐出空気を受風して回転する風車７８を安定して駆動させることができ、従って安定して電力を得ることができる。
さらに、既設のエバコンがある場合、エバコンからの吐出空気の送風方向の開放部に揚力型風車を設けることで、本発明を実施することができ、既設のエバコンの改造無しで本発明を実施することが可能である。
【００５２】
なお、クロスフロー型風車７８が屋外に設置されている場合には、エバコンの非駆動時にはクロスフロー型風車７８は自然風を受風して回転し、発電機８２を駆動させることも可能である。
【００５３】
以上の実施例１、２、３において、ヒートポンプの空気熱交換器及びエバコンからの排風のエネルギーを、その排風の送風方向の開放部に配置した揚力型風車で回収することについて説明した。
本発明は、ヒートポンプの空気熱交換器及びエバコンからの排風のエネルギーの回収に限られるものではなく、例えば冷却塔、車両用トンネルの排気口など人工的に気流が生成される装置にも適用することができる。その場合、実施例１、２、３と同様に人工的に生成される気流の送風方向の開放部に、揚力型風車を配置することで前記人工的に生成される気流のエネルギーの回収が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
人工風発生装置の駆動源が限定されることなく、人工風発生装置の成績係数を低下させることなく、人工風発生装置より排出される排気から高効率でエネルギーを回収する方法、及び装置置として利用することができる。
【符号の説明】
【００５５】
２ 軸流送風機
４ ダリウス型風車
６ 回転軸
８ ダリウス翼
１４ 発電機
２０ マシンケーシング
２２ 空気熱交換器ケーシング
３０ ヒートポンプ
３２ 圧縮機
３４ 四方弁
３６ 水熱交換器
３８ 膨張弁
４０ 空気熱交換器
６２ エバコン
６６ コイルゾーン
６６ａ 冷媒ガス入口
６６ｂ 冷媒液出口
６８ 散水ノズル
７２ ファン
７２ａ、７２ｂ、７２ｃ ファンモータ
７６ エリミネータ
７８ クロスフロー型風車
７８ａ 回転軸
７８ｂ 曲面板翼
７９ 送風案内板
ｌ１ 軸流送風機の送風口の延長線
ｌ２ 傾斜線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気流を発生させる人工風発生装置と、回転軸に回転翼が取り付けられ前記気流によって回転力を得る風車と、前記回転軸の回転によるエネルギーを回収する回収手段とを備えた人工風発生装置により発生した人工風からエネルギーを回収する装置において、
前記風車は揚力で回転力を得る揚力型風車であり、
前記人工風発生装置からの気流の送風側を開放した開放部を設け、前記揚力型風車を前記開放部に配置したことを特徴とする人工風発生装置により発生した人工風からエネルギーを回収する装置。
【請求項２】
前記回転軸を含む前記人工風発生装置の気流の送風方向と垂直な面で前記回転翼が描く回転軌跡の面積が、前記人工風発生装置の気流の送風口断面積よりも広いことを特徴とする請求項１記載の人工風発生装置により発生した人工風からエネルギーを回収する装置。
【請求項３】
前記送風口最外端と前記回転軌跡の最外端とを結んだ傾斜線と、前記送風口外端から気流の送風方向に延長した延長線とがなす角度が１０°以内の投影範囲内に前記回転翼が収まることを特徴とする請求項２記載の人工風発生装置により発生した人工風からエネルギーを回収する装置。
【請求項４】
人工風発生装置により発生した人工風排気のエネルギーを回収する方法であって、前記人工風発生装置より排出される気流によって、該気流の送風方向と垂直もしくは平行に配置した回転軸と該回転軸に取り付けられた回転翼とによって構成される揚力型風車を駆動し、前記回転軸の駆動によって前記人工風発生装置より排出される排気のエネルギーを回収することを特徴とする人工風発生装置により発生した人工風のエネルギーを回収する方法。
【請求項１】
気流を発生させる人工風発生装置と、回転軸に回転翼が取り付けられ前記気流によって回転力を得る風車と、前記回転軸の回転によるエネルギーを回収する回収手段とを備えた人工風発生装置により発生した人工風からエネルギーを回収する装置において、
前記風車は揚力で回転力を得る揚力型風車であり、
前記人工風発生装置からの気流の送風側を開放した開放部を設け、前記揚力型風車を前記開放部に配置したことを特徴とする人工風発生装置により発生した人工風からエネルギーを回収する装置。
【請求項２】
前記回転軸を含む前記人工風発生装置の気流の送風方向と垂直な面で前記回転翼が描く回転軌跡の面積が、前記人工風発生装置の気流の送風口断面積よりも広いことを特徴とする請求項１記載の人工風発生装置により発生した人工風からエネルギーを回収する装置。
【請求項３】
前記送風口最外端と前記回転軌跡の最外端とを結んだ傾斜線と、前記送風口外端から気流の送風方向に延長した延長線とがなす角度が１０°以内の投影範囲内に前記回転翼が収まることを特徴とする請求項２記載の人工風発生装置により発生した人工風からエネルギーを回収する装置。
【請求項４】
人工風発生装置により発生した人工風排気のエネルギーを回収する方法であって、前記人工風発生装置より排出される気流によって、該気流の送風方向と垂直もしくは平行に配置した回転軸と該回転軸に取り付けられた回転翼とによって構成される揚力型風車を駆動し、前記回転軸の駆動によって前記人工風発生装置より排出される排気のエネルギーを回収することを特徴とする人工風発生装置により発生した人工風のエネルギーを回収する方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−３８４８９（Ｐ２０１１−３８４８９Ａ）
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８８６６８（Ｐ２００９−１８８６６８）
【出願日】平成２１年８月１７日（２００９．８．１７）
【出願人】（０００１４８３５７）株式会社前川製作所 (267)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月１７日（２００９．８．１７）
【出願人】（０００１４８３５７）株式会社前川製作所 (267)
【Ｆターム（参考）】
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