(57)【要約】【課題】乗用・荷物用のかごを、発電用水揚水槽として活用出来る構造とする。揚水槽を上昇させた後、上部水槽に発電用水を如何に早く給水するか。発電用水を水圧管・発電機を経て下部水槽に回収した発電用水を、如何に早く揚水槽に給水し循環させるか。エレベーターシステムが１機だと１回の揚水量を往復時間で割った水量が１秒当たりの発電量となり不効率である。【解決手段】上位置に設置された上部水槽２と下位置に設置された下部水槽３が水圧管４によって接続され、水圧管４の下部に水車発電機５が設置され、水圧管４内を流下する発電用水によって発電を行うことができる水車発電機装置部Ａと、エレベーターシステム揚水部Ｂとによって構成され、水車発電機装置部Ａにエレベーターシステム揚水部Ｂを接続して設置し、全体を構造体１にて支持したことを特徴とする。【選択図】図１
2020051370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上位置に設置された上部水槽と下位置に設置された下部水槽が水圧管によって接続され、水圧管の下部に水車発電機が設置され、水圧管内を流下する発電用水によって発電を行うことができる水車発電機装置部と、エレベーターシステム揚水部とによって構成され、
水車発電機装置部にエレベーターシステム揚水部を接続して設置し、全体を構造体にて支持したことを特徴とする、エレベーターシステムを利用した揚水式発電装置。
【請求項２】
エレベーターシステム揚水部として、乗用又は荷物用のエレベーターシステムの乗用又は荷物用のかごを、発電用水を収容するための揚水槽を搭載した架台に置換したものを利用することを特徴とする、請求項１記載のエレベーターシステムを利用した揚水式発電装置。
【請求項３】
揚水槽は、軽量かつ堅牢耐久性を有する素材によって形成され、
エレベーターシステム揚水部の上部において、揚水槽が水車発電機装置部の上部水槽の高さまで上昇した際に揚水槽を傾倒させる傾倒支点材を上部水槽側の下部に配置するとともに、その反対側に１／４円の傾倒ガイドを設置することにより、揚水槽が上部水槽まで上昇した後、揚水槽が上部水槽側に傾倒して、揚水槽内の発電用水が上部水槽へ供給されるように構成し、
揚水槽の壁材のうち、上部水槽側の壁材の高さ寸法が、他の壁材の高さ寸法よりも大きく設定されていることを特徴とする、請求項１記載のエレベーターシステムを利用した揚水式発電装置。
【請求項４】
揚水槽が、水車発電機装置部の下部水槽の高さまで降下した際に、下部水槽から揚水槽へ発電用水が供給され、下部水槽下への平行移動と揚水槽交代（システム上昇中に別の揚水槽に給水し交代を待つ）及び無移動給水等が有り、これらの中から迅速な給水方法を採用して給水することを特徴とする、請求項１記載のエレベーターシテムを利用した揚水式発電装置。
【請求項５】
２機のエレベーターが１対で運用され、下部水槽より１号機揚水槽が発電用水の給水後に上昇し、上部水槽へ発電用水を給水し、発電可能な状態とし、給水完了後降下し、その間、下部水槽より２号機揚水槽が発電用水の給水後に上昇し、１号機揚水槽から上部水槽に供給された発電用水が上部水槽から無くなる前に、２号機揚水槽から上部水槽に発電用水が供給されるように構成したことを特徴とする、請求項１記載のエレベーターシステムを利用した揚水式発電装置。
【請求項６】
水車発電機装置部に対し、エレベーターシステム揚水部を複数設置したことを特徴とする、請求項１記載のエレベーターシステムを利用した揚水式発電装置。
【請求項７】
水車発電機装置部は、下に下部水槽、上に上部水槽が設置され、これらが水圧管によって接続され、水圧管上部に水量調節弁が設けられて水量調節が行われ、水圧管下部に水車発電機が設置され、発電を行えるように構成したことを特徴とする、請求項１記載のエレベーターシステムを利用した揚水式発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレベーターシステムによる乗用・荷物用の昇降装置を、発電用水の揚水に供する様に工夫した揚水式発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の揚水式発電装置として、物体が液体に対して持つ浮力を利用して液体のレベルを変化させることにより、浮水槽を上下させ、浮水槽上部の液体を上部水槽へ移動させることを特徴とする、液体浮力を利用した揚水式発電装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４３４９５１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
乗用・荷物用エレベータシステムの乗用・荷物用のかごを、発電用水揚水槽として活用できるように構成すれば、従来の揚水式発電装置よりも、効率的に発電を行うことができる可能性がある。但しこの場合、揚水槽を上昇させた後、発電用水を上部水槽に如何に早く給水するか、発電用水を水圧管・発電機を経て下部水槽に回収した発電用水を、如何に早く揚水槽に給水し、循環させるか、という課題を解決する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の「エレベーターシステムを利用した揚水式発電装置」は、上位置に設置された上部水槽と下位置に設置された下部水槽が水圧管によって接続され、水圧管の下部に水車発電機が設置され、水圧管内を流下する発電用水によって発電を行うことができる水車発電機装置部と、エレベーターシステム揚水部とによって構成され、水車発電機装置部にエレベーターシステム揚水部を接続して設置し、全体を構造体にて支持したことを特徴としている。
【０００６】
尚、エレベーターシステム揚水部として、乗用又は荷物用のエレベーターシステムの乗用又は荷物用のかごを、発電用水を収容するための揚水槽を搭載した架台に置換したものを利用することが好ましく、また、揚水槽は、軽量かつ堅牢耐久性を有する素材によって形成され、エレベーターシステム揚水部の上部において、揚水槽が水車発電機装置部の上部水槽の高さまで上昇した際に揚水槽を傾倒させる傾倒支点材を上部水槽側の下部に配置するとともに、その反対側に１／４円の傾倒ガイドを設置することにより、揚水槽が上部水槽まで上昇した後、揚水槽が上部水槽側に傾倒して、揚水槽内の発電用水が上部水槽へ供給されるように構成し、揚水槽の壁材のうち、上部水槽側の壁材の高さ寸法が、他の壁材の高さ寸法よりも大きく設定されていることが好ましい。
【０００７】
更に、揚水槽が、水車発電機装置部の下部水槽の高さまで降下した際に、下部水槽から揚水槽へ発電用水が供給され、下部水槽下への平行移動と揚水槽交代（システム上昇中に別の揚水槽に給水し交代を待つ）及び無移動給水等が有り、これらの中から迅速な給水方法を採用して給水することが好ましく、また、２機のエレベーターが１対で運用され、下部水槽より１号機揚水槽が発電用水の給水後に上昇し、上部水槽へ発電用水を給水し、発電可能な状態とし、給水完了後降下し、その間、下部水槽より２号機揚水槽が発電用水の給水後に上昇し、１号機揚水槽から上部水槽に供給された発電用水が上部水槽から無くなる前に、２号機揚水槽から上部水槽に発電用水が供給されるように構成することが好ましい。
【０００８】
また、水車発電機装置部に対し、エレベーターシステム揚水部を複数設置することが好ましく、更に、水車発電機装置部は、下に下部水槽、上に上部水槽が設置され、これらが水圧管によって接続され、水圧管上部に水量調節弁が設けられて水量調節が行われ、水圧管下部に水車発電機が設置され、発電を行えるように構成することが好ましい。
【０００９】
本発明の揚水式発電装置は、天板の無い揚水槽を載せ固定支持するだけの架台のみのエレベーターシステムとすることができ、軽量化を図ることができる。また、エレベーターシステム揚水部の上部に、揚水槽を傾倒させるための傾倒支点材と１／４円の傾倒ガイドを設置することにより、上昇後の揚水槽の傾倒が可能となり、短時間で発電用水を上部水槽へ供給することができる。
【００１０】
尚、エレベーターシステム揚水部が１機のみである場合、１回の揚水量を往復時間で割った水量が１秒当たりの発電量となり、不効率であるため、これを解消する為、エレベーターシステム揚水部は２機を１対（１セット）で運用することが好ましく、これにより時間的なロスを解消し、常時発電が可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の揚水式発電装置は、一つの水車式発電機装置部に対し、複数のエレベーターシステム揚水部を設置することにより、比較的大きな容量の発電が可能となる。また、本発明の揚水式発電装置は、高低差の位置エネルギーによって発電が実行されるので、大容量発電を実現するために設置面積を拡大する必要が無く、可能な高度化で可能となる。
【００１２】
本発明の揚水式発電装置は、発電用水が循環するため、基本的に発電用水を補給する必要が無く（蒸発分のみ補給すれば足りる）、非常に経済的である。また、本発明の揚水式発電装置はＣＯ２を排出せず、環境に優しい発電装置である。
【００１３】
本発明の揚水式発電装置は、天候に左右されず、昼夜の区別無く、常時発電が可能である。また、設置場所を選ばず、山岳地である必要は無く、平坦な土地でも、地上式、地下式、或いは、半地下式とすることが可能である。更に、本発明の揚水式発電装置を工場等に設置した場合、電力会社のインフラ送配電線が不要となり、送配電設備費の軽減及び電圧降下による損失の軽減を見込める。
【００１４】
本発明の揚水式発電装置における発電利得を試算する。揚水槽の重量を「５００ｋｇ」、揚水槽を載せ、固定支持するだけの架台の重量を「１００ｋｇ」、揚水槽に貯留する発電用水の重量を「２４００ｋｇ」、エレベーター速度を「４ｍ／秒」、上部水槽への放水時間を「３秒」、電動機容量を「２６ｋＷ」、揚程を「４２ｍ」、落差を「３３ｍ」として計算する。
【００１５】
まず、発電用水量Ｑ（秒）は、
Ｑ＝揚水槽容量ｍ３／上昇放水必要時間（揚程ｍ÷速度４ｍ／秒＋放水時間３秒）
＝２．４／（４２÷４＋３）
＝２．４／１３．５
＝０．１７７秒（ｍ３／秒）
となる。
【００１６】
落差Ｈ＝３３ｍ、総合効率η＝０．８とすると、水力発電容量Ｐ（ｋＷ）は、
Ｐ＝９．８×Ｑ（ｍ３／秒）×Ｈ（ｍ）×η  
＝９．８×０．１７７×３３×０．８
＝４５．８（ｋＷ）
となる。
【００１７】
発電利得（ｋＷ）は、「水力発電容量−電動機容量」であるので、
＝４５．８−２６
＝１９．８（ｋＷ）
が得られる。
【００１８】
水車発電機装置部Ａ（１基）に対し、２対のエレベーターシステム揚水部Ｂを設置すると、１９．８×２＝３９．６（ｋＷ）、４対のエレベーターシステム揚水部Ｂを設置すると、１９．８×４＝７９．２（ｋＷ）、８対のエレベーターシステム揚水部Ｂを設置すると、１９．８×８＝１５８．４（ｋＷ）となり、比較的大きな容量の発電が可能となる。
【００１９】
尚、上記発電利得の試算においては、揚程を「４２ｍ」、落差を「３３ｍ」としているが、揚程を「１９ｍ」、落差を「１０ｍ」とし、他の条件は変更しなかった場合についても試算してみると、まず、発電用水量Ｑ（秒）は、
Ｑ＝揚水槽容量ｍ３／上昇放水必要時間（揚程ｍ÷速度４ｍ／秒＋放水時間３秒）
＝２．４／（１９÷４＋３）
＝２．４／７．７５
＝０．３０９秒（ｍ３／秒）
となる。
【００２０】
落差Ｈ＝１０ｍ、総合効率η＝０．８とすると、水力発電容量Ｐ（ｋＷ）は、
Ｐ＝９．８×Ｑ（ｍ３／秒）×Ｈ（ｍ）×η  
＝９．８×０．３０９×１０×０．８
＝２４．２（ｋＷ）
となる。
【００２１】
発電利得（ｋＷ）は、「水力発電容量−電動機容量」であるので、
＝２４．２−２６
＝−１．８（ｋＷ）
となり、発電利得は負となる。従って、本発明の揚水式発電装置によって発電を行うためには、揚程及び落差を十分な高さに設定することが必要である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、図１は、本発明「エレベーターシステムを利用した揚水式発電装置」の概略構成を示す図である。
【図２】図２は、図１に示す水車発電機装置部Ａに対するエレベーターシステム揚水部Ｂの配置関係を示す平面図である。
【図３】図３は、図１に示す水車発電機装置部Ａに対するエレベーターシステム揚水部Ｂの配置関係の他の構成例を示す平面図である。
【図４】図４は、本発明の揚水式発電装置の初期起動方法の説明図である。本発明装置の使用状態を示した説明概要図である。
【図５】図５は、本発明の揚水式発電装置の動作態様の説明図である。
【図６】図６は、本発明の揚水式発電装置の動作態様の説明図である。
【図７】図７は、本発明の揚水式発電装置の動作態様の説明図である。
【図８】図８は、本発明の揚水式発電装置の動作態様の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面に従って本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明「エレベーターシステムを利用した揚水式発電装置」の概略構成を示す図である。図示されているようにこの揚水式発電装置は、水車発電機装置部Ａと、エレベーターシステム揚水部Ｂとを有している。
【００２４】
水車発電機装置部Ａは、上位置に設置された上部水槽２と、下位置に設置された下部水槽３が、水圧管４によって接続される構成となっている。尚、水圧管４の上部には水量調節弁６が配置され、水量を調節することができ、また、水圧管４の下部には水車発電機５が設置されており、発電用水１１によって発電を行うことができる。
【００２５】
図２は、水車発電機装置部Ａに対するエレベーターシステム揚水部Ｂの配置関係を示す平面図である。本実施形態においては、一つの水車発電機装置部Ａに対し、二組のエレベーターシステム揚水部Ｂが配置されている。尚、図３に示すように、四組のエレベーターシステム揚水部Ｂを配置してもよい。
【００２６】
図４は、本発明の揚水式発電装置の初期起動方法の説明図である。初期起動時は、発電機盤７及びエレベーター制御盤１２に電源が無いので、外部電源による起動運転を行う。また、各揚水槽１０に発電用水１１を給水する。
【００２７】
図５〜図８は、本発明の揚水式発電装置の動作態様の説明図である。図５に示すように、エレベーターシステム昇降装置１３によって、エレベータシステム架台９（Ａ−１号機）、及び、発電用水１１を貯留した揚水槽１０（Ａ−１号機）を上昇させ、同時に、エレベータシステム架台９（Ｂ−１号機）、及び、発電用水１１を貯留した揚水槽１０（Ｂ−１号機）を上昇させる。このとき、待機中の揚水槽１０（Ａ−２号機）、及び、揚水槽１０（Ｂ−２号機）に、発電用水１１を供給する。
【００２８】
揚水槽１０（Ａ−１号機）及び揚水槽１０（Ｂ−１号機）が上部水槽２より上方の位置まで上昇すると、図６に示すように、傾倒ガイド１５によって、揚水槽１０（Ａ−１号機）及び揚水槽１０（Ｂ−１号機）が上部水槽２側へ傾倒することになり、揚水槽１０（Ａ−１号機）及び揚水槽１０（Ｂ−１号機）内の発電用水１１が上部水槽２へ流入し、ここから発電用水１１が水圧管４内を流下して、水車発電機５に供給される。水車発電機５に発電用水１１が供給されると、水車発電機５の水車が回転し、発電が行われる。
【００２９】
揚水槽１０（Ａ−１号機）及び揚水槽１０（Ｂ−１号機）は、上部水槽２へ発電用水１１を供給した後、図７に示すように降下し、これらと入れ替わりに、揚水槽１０（Ａ−２号機）及び揚水槽１０（Ｂ−２号機）が上昇する。揚水槽１０（Ａ−２号機）及び揚水槽１０（Ｂ−２号機）が上部水槽２より上方の位置まで上昇すると、傾倒ガイド１５によって、揚水槽１０（Ａ−２号機）及び揚水槽１０（Ｂ−２号機）が上部水槽２側へ傾倒することになり、揚水槽１０（Ａ−２号機）及び揚水槽１０（Ｂ−２号機）内の発電用水１１が上部水槽２へ流入し、ここから発電用水１１が水圧管４内を流下して、水車発電機５に供給され、発電が行われる。
【００３０】
揚水槽１０（Ａ−１号機）及び揚水槽１０（Ｂ−１号機）が下部水槽３より下方の位置まで下降すると、図８に示すように、下部水槽３内の発電用水１１が、給水弁８を経由して、揚水槽１０（Ａ−１号機）及び揚水槽１０（Ｂ−１号機）へ供給される。このようにして発電用水１１が循環し、水車発電機５によって発電が行われる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の揚水式発電装置を工場・プラント場内に設置し、又は、工場建屋・機器の構造物に共架した場合、場内負荷設備用自家発電装置として利用することができ、電力会社の発電量と契約電力料の減少に努め得る。
【００３２】
本発明の揚水式発電装置を集合住宅等の敷地内又は構造物に共架した場合、住宅負荷設備用自家発電装置として利用することができ、電力会社の発電量と契約電力料の減少に努め得る。
【００３３】
地下街等の新規開発に際して、掘削範囲を少し広げて、本発明の揚水式発電装置を設置した場合、負荷設備用自家発電装置として利用することができ、電力会社の発電量と契約電力料の減少に努め得る。
【符号の説明】
【００３４】
１：構造体、
２：上部水槽、
３：下部水槽、
４：水圧管、
５：水車発電機、
６：水量調節弁、
７：発電機盤、
８：給水弁、
９：エレベーターシステム架台、
１０：揚水槽、
１１：発電用水、
１２：エレベーター制御盤、
１３：エレベーターシステム昇降装置、
１４：傾倒支点材、
１５：傾倒ガイド、
Ａ：水車発電機装置部、
Ｂ：エレベーターシステム揚水部
【図１】
2020051370.tif 000003
【図２】
2020051370.tif 000004
【図３】
2020051370.tif 000005
【図４】
2020051370.tif 000006
【図５】
2020051370.tif 000007
【図６】
2020051370.tif 000008
【図７】
2020051370.tif 000009
【図８】
2020051370.tif 000010