(57)【要約】【課題】  発電において環境に影響を及ぼすことがないエコエネルギーを利用して、環境的、資源的、環境的にも効率的な発電方式並びに発電装置を提供すること。【解決手段】  本発明に係る発電方式は、傾斜を有する軌条構造と、前記軌条構造上を降下するのに伴って回転する回転機構と、該回転機構に生じる回転力を電力に転換する電力転換機構と、こうして転換して得られた電力を蓄電する蓄電部とを少なくとも備える発電構造と、前記軌条構造の近傍に配置され、水流を利用して該水流を揚重力に変換する揚重構造とを具備し、前記発電機が前記降下した位置から前記揚重構造によって前記軌条構造上の出発位置を含む任意の位置まで揚重されるように構成される。【選択図】図１
2010127254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
傾斜を有する軌条構造と、
前記軌条構造上を降下するのに伴って回転する回転機構と、該回転機構に生じる回転力を電力に転換する電力転換機構と、こうして転換して得られた電力を蓄電する蓄電部とを少なくとも備える発電構造と、
前記軌条構造の近傍に配置され、自然エネルギーを利用してこれを揚重力に変換する揚重構造と
を具備し、前記発電機が前記降下した位置から前記揚重構造によって前記軌条構造上の出発位置を含む任意の位置まで揚重されることを特徴とする発電方式。
【請求項２】
前記軌条構造は略螺旋構造を形成し、前記回転機構は前記軌条構造上をループ状に降下することを特徴とする請求項１記載の発電方式。
【請求項３】
前記揚重構造は水流の近傍に配置され、該水流を利用した水車が生成するエネルギーを利用することを特徴とする請求項１もしくは２記載の発電方式。
【請求項４】
前記発電構造は所定の内径を有し前記軌条構造に当接される第１の車輪と該第１の車輪よりも小なる内径を持ち前記第１の車輪に当接される第２の車輪とを具備し、
前記軌条構造上の出発位置を含む任意の位置から前記発電構造を降下回転させることで、前記軌条構造に当接される第１の車輪の回転より前記第２の車輪の回転を増量させることを特徴とする請求項１乃至３のうち１項記載の発電方式。
【請求項５】
軌条構造上に嵌め合うように適合させる嵌合部を有する車輪と、
前記車輪に接続される車軸と、
前記車輪が回転する際に生じる回転力を電力に転換する電力転換手段と、
前記電力転換手段によって得られる電力を蓄電する蓄電部と
を具備することを特徴とする発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば発電方式及び発電機に係り、特に水力及び重力を利用した発電方式及び発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、発電のしくみとして、火力と原子力が主力となっているが、火力発電では、二酸化炭素排出、有限な化石燃料の使用（国によっては燃料はほとんど輸入に頼らざるを得ないところも多い）、原子力では放射線問題（放射線廃棄物の管理など）が問題視されてきた。その他では、たとえば太陽光や地熱などの発電のしくみもあるが、天候に左右されるのに加え、こうした発電によって得られる電気の値段が高いことが問題視されてきた。
【０００３】
一方、特許の分野においては、特許文献１、２及び３に示すような対策が取られてきた。
【０００４】
特許文献１には、筒状の外壁の内側に任意の傾斜角をつけた、螺旋状のレール （鉄球などを転がすための線路）を取り付けたもので、鉄球などを低位置から上位置に戻すための装置であって、鉄球などを火薬（空気圧、油圧、パチンコ台のように玉を打ち上げる装置など）を使用して打ち上げられるものが開示されている。この構成としては、発電機によって作られた電力を変圧器によって変圧し、電動機などを使用してエレベーターやエスカレーターのように上位置に移動させるもので、発電機に間接的に回転軸を接続させた場合、回転軸に歯車などを取り付けて、その歯車に別の回転軸を設けて、歯車を利用して上位置に移動させている。
【０００５】
こうした構成上、火薬を使用するために極めて高い率で危険が伴う。環境に関しても、騒音による周辺環境への影響が及ぶ恐れがある。特に、火薬使用の際は主成分である化学物質の構造を把握することが極めて重要であるため高度な専門性が必要であり、簡単には実施することが困難である。
【０００６】
特許文献２では、二壁のドーナツ形のガイドウェイの両壁に電導コイルを施したもので、両壁の間を回転推進物が回転する。推進物は電導磁石を搭載し、シャットで軸と直結した構造が開示されている。一次側発電Ａ区画で前記引力エネルギーを駆動として、大型歯車、２つの変速用歯車のインバーター発電機で発電する区画とし、そこで一次側の発電をＢの二次側発電Ｂ区画のリニア高速回転軸装置に供給し、大出力の発電をするものである。推進物はＡ区画から供給された電流をガイドウェイの電導コイルに流すことで高速回転する。本来、直線運動のリニア方式をガイドウェイに円形にする事で円弧運動させ、推進物、軸を高速回転させるリニア発電である。
【０００７】
こうした構成上、電動磁石の使用により、他所への吸着の懸念や、吸引力により組み立てなどの作業性に影響を与え、危険性が生じる恐れがあることに加え、上記推進物などが変形等を生じる可能性がある。磁石の吸引力の変動などにより発電量も低下することも予想される。いずれにしても、磁気に関しては精密制御の困難性が生じる。
【特許文献１】特開２００２−３７００９１号公報
【特許文献２】特許第４０２２２５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、従来技術上の上述した問題点を解決するためになされたもので、発電において環境に影響を及ぼすことがないエコエネルギーを利用して、環境的、資源的、環境的にも効率的な発電方式並びに発電装置を提供することを目的とする。
【０００９】
本発明のさらに詳細な目的は、重力と水力エネルギーという環境によいクリーンなエコエネルギーを利用して効率の良い電力供給を図ることで、有限とされる化石エネルギーの使用の必要性はなく、地球温暖化の問題の改善にもつながる安全な発電方式並びに発電装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の更なる目的は、既存の水力発電の発電方式を改革して、より経済的且つ実用的に発電でき、永続できる重力利用型発電装置を提供することにある。又、本発明の他の目的は、発電効率のよい電力装置を増設した発電方式及び発電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
かかる課題を解決するために本発明に係る発電方式は、傾斜を有する軌条構造と、前記軌条構造上を降下するのに伴って回転する回転機構と、該回転機構に生じる回転力を電力に転換する電力転換機構と、こうして転換して得られた電力を蓄電する蓄電部とを少なくとも備える発電構造と、前記軌条構造の近傍に配置され、水流を利用して該水流を揚重力に変換する揚重構造とを具備し、前記発電機が前記降下した位置から前記揚重構造によって前記軌条構造上の出発位置を含む任意の位置まで揚重されるように構成される。
【００１２】
傾斜を有する軌条構造とは、発電構造（体）が降下・回転する軌道を提供する機能を有し、たとえば、発電構造が車輪をもつときには、これに相応したレール構造であってよい。かかるレール構造には揺れ等による落下防止の落下防止機構（たとえば立ち上がり構造等）が延設されていることが好ましい。軌条構造は傾斜を有するように形成されるが、この傾斜角は特に限定はなく、発電構造（体）が降下・回転運動を開始・継続するのに十分な角度であればよい。軌条構造の全体的経常には限定はなく、螺旋状、直線上、曲線状等いずれであってもよい。軌条構造の上部と下部の軌条幅は同幅のものする。この軌条上部と軌条を降下した発電機を軌条上部に送り込むための装置が併設されている配置とするのがよい。
【００１３】
発電構造は、回転体を備えた発電機が傾斜を有する軌条上を重力エネルギーにより回転降下し、その回転エネルギーを電力に変換する機構である。
【００１４】
回転機構は軌条構造上を降下回転することの可能な構造であり、たとえば車輪、車軸、これらに同軸で接続される歯車を含んだ組み合わせによって実現される。車輪などの円形で軌条上を回転し、発電機に直接又は間接的に接続される。
【００１５】
電力転換機構は回転機構に生じる回転力を電力に転換する機能を有する。より具体的には、電磁誘導の法則を利用して、機械的エネルギー（仕事）から電気エネルギー（電力）を得る機械（電力機器）であり、たとえば、上部に２つのコイルを取り付け、その下に置いたＵ字形の永久磁石を回転させることにより電気を発生させようというもの（ヒポライト・ピクシー方式）や、Ｕ字形の永久磁石の磁極の間に挟んだ銅円盤を回転させることにより、円盤の側円部と中心部に電位差を発生させるもの（ファラデー方式）によって実現することができる。たとえば回転機構に係る回転体とモーターが軸で直結し、回転部の回転によりモーター駆動し発電されるような構成としてもよい。この場合、回転体は内径が異なるもの（内径大、小）を組み合わせて発電機に接続されているような構成とすることもできる。
【００１６】
蓄電部は電荷を蓄積する機能を有し、たとえばコンデンサや電池等によって実現される。蓄電された電力を送電する送電線と、蓄電された電力を充電、備蓄する電力チャージ機の二種類の蓄電部を備える構成としてもよい。
【００１７】
揚重構造とは、軌条上を降下し終わった発電機を重力に抗して軌条構造上の出発位置（上部地点）にまで揚げる機能を有する装置をいい、揚重の動力にはクリーンエネルギーを利用する。したがって水平距離での移動を極力少なくするべく、揚重構造は軌条構造の近傍に配置されるのが好ましい。クリーンエネルギーの利用とは水力、風力、太陽光または他のエネルギーをいう。この揚重構造によって、発電機が、降下した位置から軌条構造上の出発位置を含む任意の位置まで揚重される。
【００１８】
上記のような構成により、本発明に係る発電装置では、傾斜を有する軌条上を回転させることで、傾斜下降時に生じる重力エネルギーにより発電機を回転させ電力を起し、その生成された電力が蓄電されるため、電気的エネルギーをクリーンな手段により発生させて、それを蓄積することができる。さらに軌条上を降下しきった発電機は揚重構造によって、低位置から上位置に運ばれる。つまり、かかる揚重構造に係る回転部は、搬送部と連動し、水力、風力または他のエネルギーにより回転して、その回転された回転部に発電機を乗せ、軌条上部に連結された搬送部に送り込む。これによって、繰り返しの降下動作を可能とする。したがって、発電機の駆動エネルギーが不要となり、半永久的に利用できる。さらに、回転体の内径を異ならしめる構成とした場合には、傾斜回転数が増えて発電量も増量するため、電力生成の効率化が図られる。また、蓄電部に二種類の蓄電方法を採用した構成の場合には、蓄電の際の負荷の分散を図ることが可能となる。
【００１９】
上記の構成においては、前記軌条構造は略螺旋構造を形成し、前記回転機構は前記軌条構造上をループ状に降下する構成されるようにすることもできる。
【００２０】
かかる構成によれば、螺旋状を形成することから、発電装置構築面積の省スペース化が図れる。したがって、発電装置の建設地確保問題の軽減が図れる。
【００２１】
本願に係る発電方式においては、上記の構成に加えて、前記揚重構造は水流の近傍に配置され、該水流を利用した水車が生成するエネルギーを利用する構成とすることもできる。
【００２２】
水車の構造としては、圧力水頭を速度水頭に変えて水車に作用させる衝動水車でも、圧力水頭を水車に作用させる反動水車でもよい。衝動水車としては、ノズルからのジェット水流をランナ周囲のバケットに当てて回転させるペルトン水車、ガイドベーンにより調節された流水が、横軸の円筒型のランナの上部から中心へ流れ込み、下部で中心から外部へ流れ落ちる構造をもつクロスフロー水車、ランナーの片面からあてて回転させるターゴインパルス水車でもよい。反動水車としては、ケーシングからガイドベーンを通った流水が、渦巻き型ランナの外周部に半径方向から流入し軸方向に流出するフランシス水車、渦巻きケーシングからガイドベーンを通った流水が、渦巻き型ランナの外周部に軸に対し斜め方向から流入し軸方向に流出する斜流水車、軸方向から流入した流水が、軸方向に流出するプロペラ水車（落差や水量の変化によってランナ羽根の角度を変えるカプラン水車、水中の円筒ケーシング内に発電機などを収め、その後部にガイドベーンやランナを設置したチューブラ水車を含む）によって実現することができる。
【００２３】
かかる構成によれば、揚重構造は回転部と搬送部を備え、軌条の上位置から落下回転した発電機を、水力などにより軌条の上位地に送り戻し、搬送部の駆動エネルギーの省エネ化を図るものである。揚力が水車等の水流を利用して発生されるので、揚重のための駆動エネルギーが不要である。
【００２４】
本願に係る発電方式においては、上記の構成に加えて、前記発電構造は所定の内径を有し前記軌条構造に当接される第１の車輪と該第１の車輪よりも小なる内径を持ち前記第１の車輪に当接される第２の車輪とを具備し、前記軌条構造上の出発位置を含む任意の位置から前記発電構造を降下回転させることで、前記軌条構造に当接される第１の車輪の回転より前記第２の車輪の回転を増量させる構成とすることもできる。
【００２５】
かかる構成によれば、本発明に係る発電装置の発電手段に係る発電機は、車輪とそれよりも内径が小さい車輪が接続され、軌条の上位置から上記発電機を落下回転させると、内径が小さい車輪の落下回転運動量はもう一方の車輪よりも増量されるので、回転数の増量を達成する。したがって、車輪の内径を縮小することにより電力供給の効率化を図れる。
【００２６】
また、上記課題を解決するために、発電機に係る本願は、軌条構造上に嵌め合うように適合させる嵌合部を有する車輪と、前記車輪に接続される車軸と、前記車輪が回転する際に生じる回転力を電力に転換する電力転換手段と、前記電力転換手段によって得られる電力を蓄電する蓄電部とを具備して構成される。
【００２７】
嵌合部は軌条構造上から車輪が逸脱し脱落するのを防止するのに十分な構造をいい、その形状、材質に限定はない。たとえば、車輪の断面上立ち上がりを形成するものによって実現することもできる。
【００２８】
上記のように構成されることで、発電機に係る車輪は軌条構造から逸脱しないように保持されるので、軌条構造を安全かつ確実に降下・回転することができ、安定的な発電、電力供給がなされる。
【発明の効果】
【００２９】
本願では、資源面では、地球上のどこにでもある重力と（たとえば）水力とを利用するため、恒久性が高い。したがって、他方法の発電などで使用される資源の節約にもなる。環境面では、火力が窒素・硫黄化合物や二酸化酸素など地球温暖化や、酸性雨の原因ともいわれている物質を排出し、原子力が放射性廃棄物などを出すのに対し、水力や風力利用では汚染物質をほとんど出さないクリーンな発電なので、「地球温暖化対策」のＣＯ２削減に適している。また、自然にあるエネルギーなので環境への影響も考え難く、安定した発電が見込めるという長所がある。経済面では、重力、水力ともに無料で使用できるため維持費があまりかからなく、他の発電方式と違い設置コストが安い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、以下では、本発明の目的を達成するための説明に必要な範囲を模式的に示し、本発明の該当部分の説明に必要な範囲を主に説明することとし、説明を省略する箇所については公知技術によるものとする。
【００３１】
図１は、本願の一実施形態に係る発電方式の全体の概要を示した概要図である。同図に示されるように、本願の発電方式は、軌条構造上を降下回転することの可能な回転体１０と、この回転体１０が動作する軌道を提供するレールである（好ましくは螺旋状の）軌条２０と、軌条上を降下し終わった発電機を重力に抗して軌条構造上の出発位置（上部地点）にまで揚げる搬送装置３０とを少なくとも備えて構成される。回転体１０及び／もしくは軌条２０のレールには、互いの嵌合での回転を確実に電力に転換することを可能とするように、歯車等の嵌め合いを設けてもよい。
【００３２】
図２は、本願の発電機１０の詳細を示した平面詳細図である。同図に示されるように、本願に係る発電機１０には回転体１００が接続されており、その回転体の降下回転エネルギーを電力に変換するようになっている。回転体１００は車輪と車軸とを備え、図示しない変換部において、車輪及び／もしくは車軸の回転運動を電力エネルギーに変換し、図示しない帯電部に貯蔵するようになっている。この帯電部に蓄えられた電力は、図示しない搬送機構を介して各所に配電されるようになっている。同図に示されるように、発電機１０は繋索機構１５を介して複数連接される構成であってもよい。
【００３３】
図３は、本願の発電機１０の別の詳細を示した平面詳細図である。同図に示されるように、本願に係る発電機１０として、発電機１０、回転体１００、その他の機構を全体が一つの外郭４０で覆われるように構成することもできる。この場合には、天候、粉塵等の外部環境から発電機構全体を守る構造となるため、機構・装置全体の保守性、寿命が向上する。
【００３４】
図４は、本願の発電機１０を側面視した側面拡大図である。同図に示されるように、傾斜がつけられた軌条２０に接して降下・回転する車輪１１０と、この車輪１１０に（好ましくは歯車等によって）嵌め合う車輪１２０と、この車輪１２０に（好ましくは歯車等によって）嵌め合いこれら車輪１１０、１２０より小径の車輪１３０とが緊密に連接されて回転力を効率的に伝達するように構成される。
【００３５】
図５は、本願の軌条２０の形状上の概念を説明するための概念的斜視図である。したがって部分的詳細の正確さを企図したものではない。同図に概念的に示されるように、本願に係る軌条２０の一形態として、傾斜をつけた略螺旋形状とすることができる。この傾斜は発電機１０が重力によって自然降下・回転するのに十分な角度とする。レールの材質、表面仕上げ等に特に限定はないが、回転体１０が潤滑かつ確実に降下・回転してゆくのを可能にする程度の剛性、滑らかさ、抵抗係数を有するものとする。同図に示されるように、軌条２０の末端下部より搬送装置３０の最下部までレールが繋げて延設される。発電機１０が傾斜をつけた略螺旋形状の軌条２０を降下し終わった際には、このレール上を搬送装置３０まで搬送されるように構成される。
【００３６】
図６は、本願の搬送装置３０の詳細を説明するための部分詳細図である。同図に示されるように、本願に係る搬送装置３０は、回転部３００、搬送部３１０、発電機を軌条上部まで搬送するための軌条３２０を備えて構成される。ここでは一形態として、搬送装置３０として水車による動力を利用するものとする。回転部３００は図示しない水流を受け、これにより回転する装置であり、材質に限定はないが一定の剛性を備えるものである。搬送部３１０及び（図示しない）揚重部は、回転部３００の回転によって生成された動力が（図示しない）変換部によって発電機１０の揚重力へと変換され、この揚重力によって発電機１０を軌条３２０上を移動させ、軌条２０の出発位置にまで搬送（水平移動、垂直移動）する機構である。
【００３７】
次に、これらの図を用いて、本願の動作・作用を説明する。図１に示されるように螺旋状の軌条２０に発電機１０を乗せ、軌条２０上を降下回転させる。発電機１０には  図２のように回転体１００が接続されており、その回転体の降下回転エネルギーを電力に変換する。回転体１００には図４のように異なる内径の回転体が複数接続されている。生成された電力は発電機１０内に蓄電され、送電線乃至、蓄電された電力を充電、備蓄する電力チャージ機で送電、蓄電する。軌条２０の下部まで下降した発電機１０は回転部３００と搬送部３１０を備える搬送装置３０により軌条２０の上位置から、水力等の自然エネルギーを利用して軌条２０の上位位置にまで送り戻される。軌条２０の上位位置に送り戻された発電機１０は、再び軌条２０上を降下回転し、発電作業が繰り返される。
【００３８】
したがって、上記構成を備え、上記のように動作される本願によれば、資源面では、地球上のどこにでもある重力と（たとえば）水力とを利用するため、恒久性が高い。したがって、他方法の発電などで使用される資源の節約にもなる。環境面では、火力が窒素・硫黄化合物や二酸化酸素など地球温暖化や、酸性雨の原因ともいわれている物質を排出し、原子力が放射性廃棄物などを出すのに対し、水力や風力利用では汚染物質をほとんど出さないクリーンな発電なので、「地球温暖化対策」のＣＯ２削減に適している。また、自然にあるエネルギーなので環境への影響も考え難く、安定した発電が見込めるという長所がある。経済面では、重力、水力ともに無料で使用できるため維持費があまりかからなく、他の発電方式と違い設置コストが安い。
【００３９】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。たとえば、上記の本願発明を既存の太陽光発電と組み合わせたシステムとして適用しても良い。
【００４０】
また、上述したものは本願に係る技術思想を具現化するための実施形態の一例を示したにすぎないものであり、他の実施形態でも本願に係る技術思想を適用することが可能である。
【００４１】
また、本願発明を用いて生産される装置、方法、システムが、その２次的生産品に登載されて商品化された場合であっても、本願発明の価値は何ら減ずるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本願の一実施形態に係る発電方式の全体の概要を示した概要図である。
【図２】本願の一実施形態に係る発電機１０の詳細を示した平面詳細図である。
【図３】本願の一実施形態に係る発電機１０の別の詳細を示した平面詳細図である。
【図４】本願の一実施形態に係る発電機１０を側面視した側面拡大図である。
【図５】本願の一実施形態に係る軌条２０の概念を説明するための概念的斜視図である。
【図６】本願の一実施形態に係る搬送装置３０の詳細を説明するための部分詳細図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０…発電機、２０…螺旋状の軌条  ３０…発電機搬送装置、３００…搬送回転部、３１０…搬送部
３２０…発電機を軌条上部まで搬送するための軌条
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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