鳥取大学再生可能エネルギー工学研究室

研究内容

3.ダクト発電の研究

 小形風車の応用の1つとして、工場や飲食店などに見られるダクト(排気口)から吹き出す流体エネルギーを利用して発電を行うダクト発電があります。図1はダクト発電のイメージを示したものです。自然の風は不安定で、吹いたり止んだり、風が吹いている場合でも風速は常に大きく変動しています。したがって、地上近くに設置されることの多い、直径1m以下のマイクロ風車などでは、周りの障害物も多いため、設置場所の平均風速も小さいものとなり、期待される発電量は小さくなってしまいがちです。しかし、ダクトから吹き出す排気流は長時間、ほぼ一定の流速になっていますので、そこに小形の風力発電機を置けば、少ないながらも継続した発電ができ、積算された発電量はそれなりの値が期待できます。ただし、設置する風車をダクトの入り口に近づけすぎれば、流体がダクトを流れる際の流動抵抗を増して排気装置の損失を増やしてしまうことになりますので、注意が必要です。本研究グループでは、これまでに実験や数値計算(数値流体力学解析:CFD)によって、風車を排気口から風車直径の2倍程度まで離れた位置に設置すれば、有効な発電が行えることを示しています。詳しくは論文(IJFMS 2017, 10(1), pp. 19-29)を参照してください。

図1 小形風車を用いたダクト発電のイメージ

 現在、姫路市に本社のあるパイオニア精工株式会社との共同研究を行い、図2に示すような冷却塔(クーリングタワー)の上部に風車を取付けたダクト発電装置の開発研究を行っています。このダクト発電では、鉛直方向に吹く排気流に対しては水平軸風車として動作し、水平方向に吹く自然風に対しては垂直軸風車として動作するように、翼の形状を工夫した風車を提案しています。

 図3と図4は水平軸と垂直軸のそれぞれで動作する場合をCFDで解析した結果の例です。メインの動作は排気流に対する水平軸風車の場合ですが、夜間などに排気装置が止まっている場合でも、自然の風が吹いていれば、風車が垂直軸タイプとして同じ方向に回転し、メインの水平軸風車としての発電をアシストする可能性を示しています。

クーリングタワー発電のイメージ
図2 クーリングタワー発電のイメージ
図3 排気流に対して水平軸風車として動作する状態の放出渦に関するCFD解析結果
図4 自然風に対して垂直軸風車として動作する状態の放出渦に関するCFD解析結果

現在、パイオニア精工の本社工場において、試作機の試験が始められたところです(図5の動画参照)。

図5 クーリングタワー発電の試作初号機の屋外実験(パイオニア精工㈱)
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