(57)【要約】【課題】効率良くエネルギーを変換することのできる循環管路型発電装置を提供すること。【解決手段】液体を充填した循環管路内に、前記液体の循環流に伴って回転可能に設置した発電用タービンと、前記循環管路内に圧縮気体を噴射する噴射ノズルとを備え、前記噴射ノズルによって循環管路内に圧縮気体を噴射し、循環流を発生させることにより前記発電用タービンを回転させるので、効率良くエネルギーを変換することが出来る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を充填した循環管路内に、前記液体の循環流に伴って回転可能に設置した発電用タービンと、  
前記循環管路内に圧縮気体を噴射する噴射ノズルとを備え、
前記噴射ノズルによって循環管路内に圧縮気体を噴射し、循環流を発生させることにより前記発電用タービンを回転させることを特徴とする循環管路型発電装置。
【請求項２】
前記循環管路は、鉛直面内に配置され、前記噴射ノズルは、底部近傍に配設されたことを特徴とする請求項１に記載の循環管路型発電装置。
【請求項３】
前記循環管路は、頂部に気体を排出するための排気口を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の循環管路型発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電線を張り巡らす従来の電力供給システムでなく、個々の家庭において自家発電によって必要な電力を得ることのできる循環管路型発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のダムを利用した水力発電や化石燃料を利用した火力発電或いは原子力を利用した原子力発電においては、大容量の発電を行い、電線をネットワーク状に配線して、都市、工場、家庭、公共施設等に配電している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記従来のネットワーク型の発電装置において発電する側は、想定電力量を予め設定し、発電し送電していた。一方、消費電力側は、発電側の都合を考慮することなく、自由に消費していた。
その結果、発電側は消費電力が不足することのないように、常に過剰に電力を作り、配電するといった不経済な発電方法が行われていた。また、ネットワーク型の発電装置は、莫大な設備投資が必要である。
【０００４】
例えば、火力発電では巨額の建設投資を行い、発電装置を作る必要があった。また、化石燃料は全て輸入に頼っており、高騰する燃料を輸入しなければならない。そして、化石燃料は燃やすと大量のＣＯ2を排出して、地球温暖化に影響を与え、世界的に問題視されている。また、排出されたＣＯ2を分離回収し、地中の深い層に地下貯留するためには、巨額の維持管理費がかかる。更に、ＣＯ2 の地下貯留は、地震等の自然災害により、大気中に大量放出されることで、人命に危険を与えることも危惧されている。
【０００５】
また、水力発電は、巨額の建設投資を行い発電装置を作る必要があった。峡谷を破壊してダムを造るため、環境破壊を招き易い。また、ダムも経年変化と共に、ダム湖に土砂や堆積物が溜まり、発電用水量を減少させると云う問題が存在した。ダム湖の堆積物を除去するための工事に、巨額の費用が必要とされる。更に、新規に水力発電所を建設する場合、環境破壊、財政面から世論の反対を受け、設置できる場所も限られていると云う課題が存在する。
【０００６】
また、原子力発電は、巨額の建設投資が必要であると共に、危険な核燃料を外国から輸入する必要がある。更に、地震や自然災害の際、原子炉やその付帯設備、配管等から放射能漏れの危険が危惧されている。また、原子炉等の発電装置の維持管理に巨額の費用がかかる。更にまた、使用済み核燃料の廃棄、再処理等についても多くの課題を有している。
【０００７】
この発明は上記に鑑み提案されたもので、電線を日本中に張り巡らす必要がなく、家庭や工場等の電力を必要とする場所において、必要なだけ発電し消費することのできる循環管路型発電装置を提供することを目的とする。また、本発明で得られた余剰電力は、既存のネットワーク配線を通じて売電することも可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、液体を充填した循環管路内に、前記液体の循環流に伴って回転可能に設置した発電用タービンと、前記循環管路内に圧縮気体を噴射する噴射ノズルとを備え、前記噴射ノズルによって循環管路内に圧縮気体を噴射し、循環流を発生させることにより前記発電用タービンを回転させることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明において、前記循環管路は、鉛直面内に配置され、前記噴射ノズルは、底部近傍に配設されたことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明において、前記循環管路は、頂部に気体を排出するための排気口を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
この発明は上記した構成からなるので、以下に説明するような効果を奏することができる。
【００１２】
請求項１に記載の発明では、液体を充填した循環管路内に、前記液体の循環流に伴って回転可能に設置した発電用タービンと、前記循環管路内に圧縮気体を噴射する噴射ノズルとを備え、前記噴射ノズルによって循環管路内に圧縮気体を噴射し、循環流を発生させることにより前記発電用タービンを回転させるので、圧縮気体の有するエネルギーを効率良く電気エネルギーに変換することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明では、前記循環管路は、鉛直面内に配置され、前記噴射ノズルは、底部近傍に配設されたので、噴射された圧縮気体が鉛直に配置された管路を上昇するに従って膨張し、管路内の液体を循環させる。
【００１４】
請求項３に記載の発明では、前記循環管路は、頂部に気体を排出するための排気口を備えたので、循環管路内に気体が溢れて液体の循環流が途切れるのを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の循環管路型発電装置は、液体を充填した循環管路内に、液体の循環流に伴って回転可能に設置した発電用タービンと、循環管路内に圧縮気体を噴射する噴射ノズルとを備えたので、噴射ノズルによって噴射された圧縮気体が循環流を発生させ、発電用タービンによって、圧縮気体の有するエネルギーを効率良く電気エネルギーに変換することができる。
【実施例１】
【００１６】
以下、一実施の形態を示す図面に基づいて本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態を示す説明図である。ここで、循環管路型発電装置１０は、液体１１を充填した循環管路１２と、前記液体１１の循環流に伴って回転可能に設置した発電用タービン１３と、前記循環管路内に圧縮気体を噴射する噴射ノズル１４とを備えている。
【００１７】
循環管路１２は、鉛直に配置された揚水管１５と、鉛直に配置された落水管１６と、揚水管１５と落水管１６とをそれぞれ水平に接続する上部横断管１７と下部横断管１８とを備えている。また、揚水管１５の下端近傍に噴射ノズル１４が配設されている。更に、噴射ノズル１４は、図外のコンプレッサーに接続配管されている。したがって、揚水管１５の底部近傍から噴射ノズル１４を介して噴射された圧縮エアは、上昇するに従って次第にその体積を膨張させていく。更に、圧縮エアの上昇に付随して周囲の液体１１を上昇させ、揚水管１５及びこれに連通した循環管路１２に液体の循環流を発生させる。
【００１８】
循環管路１２の下端に略水平に配設された下部横断管１８には、発電用タービン１３が接続されている。発電用タービン１３は、下部横断管１８の一部が拡開して構成されたタービンカバー１９と、このタービンカバー１９内に回転可能に軸支されたブレード２０と、ブレードの回転軸２１に連結された図外の発電機から構成されている。
【００１９】
上部横断管１７は、揚水管１５と落水管１６の上端を連通するとともに、一部に保水タンク２２が接続されている。保水タンク２２は、上端に排気口２３を有しており、大気に開口している。また、上部横断管１７と保水タンク２２の接続面には、複数の開口部２３を有する排気壁２４が配設されている。更に、保水タンク２２は、排気壁２４が露出することのないように、常に所定の液面２５を保持するように設定される。この様な構成により、噴射ノズル１４から噴射された圧縮エアは、揚水管１５を上昇するに従って膨張し、排気壁２４，開口部２３から大気中に放出される。したがって、液体１１のみが落水管１６に沿って下降する。また、上部横断管１７と落水管１６との接続部分１７ａを拡開している。このように構成することにより、圧力損失を低減することができる。
【００２０】
次に、本発明の循環管路型発電装置の動作について説明する。循環管路１２内に液体１１を所定位置まで充填した後、噴射ノズル１４から図外のコンプレッサーによって圧縮エアを供給する。圧縮エアの圧力は、揚水管１５の高さ、液体１１の比重等を考慮して決定する。噴射ノズル１４から注入された圧縮エアは、上昇するに従って、膨張し周囲の液体１１を巻き込んでエアーリフトポンプと同様の働きにより、上昇流２５を発生させる。揚水管１５に上昇流２５が発生すると、下部横断管１８には水平流２６が発生し、この水平流２６がタービンカバー１９内に配設されたブレード２０を回転させる。そして、ブレード２０が回転すると、回転軸２１によって接続された図外の発電機が回転させられて発電する。
【００２１】
一方、揚水管１５を上昇したエアＡと液体は、上部横断管１７内で分離され、上端に集まったエアＡは、排気壁２４の開口部２３から保水タンク２２の開口部２３を通じて大気に放出される。また、エアと分かれた液体１１は、落水管１６を下降して、下部横断管１８でブレード２０を回転させる。このようにして、循環管路１２内に液体１１の循環流が発生する。本発明の循環管路型発電装置は、噴射ノズル１４から噴射される圧縮エアを効率良く、電気エネルギーに変換することができる。また、エアと液体が排気壁２４によって効果的に分離されるので、循環流を阻害する虞れがない。
なお、ここで使用する液体１１は、水の他、腐食防止対策としてアルカリ溶液
また水より比重の大きな海水、他の物質を混入させた液体、水銀等を使用することができる。
【００２２】
図２は、本発明の第２の実施の形態を示す説明図である。ここで、第１の実施の形態と同一部分に同一番号を付して、説明を省略します。本実施の形態において、発電用タービンは、下部横断管１８に１個、落水管１６に２個設けられている。下部横断管１８に設けられた発電用タービン１３は、第１の実施の形態と同様である。落水管１６には、上下に発電用タービン２７、２８が設けられている。発電用タービン２７は、落水管１６の一部が拡開して構成されたタービンカバー２９と、このタービンカバー２９内に回転可能に軸支されたブレード３０と、回転軸３１に連結された図外の発電機から構成されている。発電用タービン２８は、落水管１６の一部が拡開して構成されたタービンカバー３２と、このタービンカバー３２内に回転可能に軸支されたブレード３３と、回転軸３４に連結された図外の発電機から構成されている。
【００２３】
以上のように構成された第２の実施の形態である循環管路型発電装置１０−１において、噴射ノズル１４から図外のコンプレッサーによって圧縮エアを供給すると、注入された圧縮エアは、上昇するに従って、膨張し周囲の液体１１を巻き込んでエアーリフトポンプと同様の働きにより、上昇流２５を発生させる。揚水管１５に上昇流２５が発生すると、下部横断管１８には水平流２６が発生し、この水平流２６がタービンカバー１９内に配設されたブレード２０を回転させ、ブレード２０と回転軸２１によって接続された図外の発電機が発電する。
【００２４】
一方、揚水管１５を上昇したエアＡと液体は、上部横断管１７内で分離され、上端に集まったエアＡは、排気壁２４の開口部２３から保水タンク２２の開口部２３を通じて大気に放出される。また、エアＡと分かれた液体１１は、落水管１６内を下降して下降流３５となり、タービンカバー２９、３２内に配設されたブレード３０、３３を回転させ、ブレード３０、３３と回転軸３１、３４によって接続された図外の発電機が発電する。
このように、本発明の循環管路型発電装置１０−１では、噴射ノズル１４から噴射される圧縮エア利用して、３台の発電用タービン１３、２７、２８で効率良く発電し、電気エネルギーに変換することができる。
【００２５】
図３は、本発明の第３の実施の形態を示す説明図、 図４は第３の実施の形態における揚水管、落水管、発電機タービン部を示す説明図、図５は、図４の要部横断面図である。本実施の形態において、循環管路型発電装置４０は、液体１１を充填した循環管路４１と、前記液体１１の循環流に伴って回転可能に設置した発電用タービン４２、４３、４４、４５と、前記循環管路内に圧縮気体を噴射する噴射ノズル１４とを備えている。
【００２６】
本実施の形態において、循環管路４６は、鉛直に配置された３本の揚水管４７と、鉛直に配置された落水管４８と、揚水管４７と落水管４８とをそれぞれ水平に接続する上部横断管４９と下部横断管５０とを備えている。また、揚水管４７の下端近傍に図外のコンプレッサーに接続された噴射ノズル１４が配設されている。したがって、前述の実施の形態と同様に揚水管４７の底部近傍から噴射ノズル１４を介して噴射された圧縮エアは、上昇するに従って次第にその体積を膨張させると共に、圧縮エアの上昇に付随して周囲の液体１１を上昇させ、揚水管４７及びこれに連通した循環管路４６に液体の循環流を発生させる
【００２７】
揚水管４７を上昇したエアＡと液体は、上部横断管４９で分離され、上端に集まったエアＡは、排気壁２４の開口部２３から保水タンク２２の開口部２３を通じて大気に放出される。また、エアと分かれた液体１１は、落水管４８を下降して、下降流５１となって発電用タービン４２、４３、４４、４５を回転させる。具体的には、発電用タービン４２、４３、４４、４５は、落水管４８の一部が拡開して構成されたタービンカバー５２と、このタービンカバー５２内に回転可能に軸支されたブレード５３と、回転軸５４に連結された図外の発電機から構成されている。図６は、発電機タービンの一枚のブレードと回転軸を示す説明図、図７は、発電機タービンのブレードと回転軸を示す説明図、図８は、タービンブレードと落水管、タービンカバーとの関係を示す説明図である。図６に示すようにブレード５３は、水流を受ける側面に凹部５５が形成されている。このように形成されたブレード５３は、水流を受けた際の回転効率が向上する。
【００２８】
このように、本発明の循環管路型発電装置４０は、噴射ノズル１４から噴射される圧縮エアを使用して、４個に発電用タービンで効率良く電気エネルギーに変換することができる。特に、３本の揚水管４７で上昇させた液体を１本の落水管４８から落下させると共に、発電用タービンを回転させるのでエネルギー効率の向上を図ることができる。また、エアＡと液体が排気壁２４によって効果的に分離されるので、循環流を阻害する虞れがない。
【００２９】
図９は、本発明の第４の実施の形態を示す説明図である。本実施の形態において、循環管路５６は、円環状に形成されており、鉛直面内に保水タンク２２が頂部に位置するように配設されている。保水タンク２２は、上記した実施の形態と同様に構成されている。また、円環状の循環管路５６の底部５７から所定の距離上昇した位置に噴射ノズル１４が配設されており、図外のコンプレッサーに接続配管されている。
【００３０】
また、円環状の循環管路５６の噴射ノズル１４から、保水タンク２２に到る領域以外の部分（圧縮エアの存在しない領域）に発電用タービン５８、５９、６０、６１が配設されている。発電用タービン５８、５９、６０、６１は、循環管路５６の一部が拡開して構成されたタービンカバー６２と、このタービンカバー６２内に回転可能に軸支されたブレード６３と、回転軸６４に連結された図外の発電機から構成されている。
【００３１】
以上のように構成された循環管路型発電装置では、図外のコンプレッサー等により、噴射ノズル１４から圧縮エアを供給すると、供給されたエアＡは、上昇するに従って、膨張し周囲の液体１１を巻き込んでエアーリフトポンプと同様の働きにより、上昇流を発生させる。
【００３２】
また、循環管路５６の左半分を上昇したエアＡと液体１１は、保水タンク２２部分で分離され、エアＡは排気壁２４の開口部から開口部２３を通じて大気に放出される。また、エアＡと分かれた液体１１は、循環管路５６の右半分を下降して下降流６７となり発電用タービン５８、５９、６０、６１を回して発電する。また、本実施の形態では、循環管路５６が円環状に形成されているので、液体の流れによる圧力損失を低くすることができ、変換のためのエネルギー効率を向上することができる。
【００３３】
図１０は、本発明の循環管路型発電装置を家庭に設置した状態を示す平面図、図１１は本発明の循環管路型発電装置を家庭に設置した状態を示す縦断面図である。一般家庭に本発明の循環管路型発電装置を設置する場合、家屋６５の近くの地面に収納ピット６６を構築し、例えば、循環管路型発電装置４０を設置する。このように設置した循環管路型発電装置にコンプレッサー等で圧縮エアを供給することで、発電用タービンを回して発電することができる。また、各家庭で必要とするだけの電力を発電することができるので、余剰電力の心配がなく、省エネルギーを達成できる。また、従来のネットワーク配設が必要ないので、設備投資を低減できる。
【００３４】
尚、以上の実施例では、循環管路中に４個の発電用タービンを配設する場合について説明したが、４個以上であってもよく、また、３個以下であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態を示す説明図である。
【図２】図２は、本発明の第２の実施の形態を示す説明図である。
【図３】図３は、本発明の第３の実施の形態を示す説明図である。
【図４】図４は、第３の実施の形態における揚水管、落水管、発電機タービン部を示す説明図である。
【図５】図５は、図４の要部横断面図である。
【図６】図６は、発電機タービンの一枚のブレードと回転軸を示す説明図である。
【図７】図７は、発電機タービンのブレードと回転軸を示す説明図である。
【図８】図８は、タービンブレードと落水管、タービンカバーとの関係を示す説明図である。
【図９】図９は、本発明の第４の実施の形態を示す説明図である。
【図１０】図１０は、本発明の循環管路型発電装置を家庭に設置した状態を示す平面図である。
【図１１】図１１は、本発明の循環管路型発電装置を家庭に設置した状態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０      循環管路型発電装置
１１      液体
１２      循環管路
１３      発電用タービン
１４      噴射ノズル
１５      揚水管
１６      落水管
１７      上部横断管
１８      下部横断管
１９      タービンカバー
２０      ブレード
２１      回転軸
２２      保水タンク
２３      開口部
２４      排気壁
２５      上昇流
２６      水平流
２７      発電用タービン
２８      発電用タービン
２９      タービンカバー
３０      ブレード
３１      回転軸
３２      タービンカバー
３３      ブレード
３４      回転軸
３５      下降流
４０      循環管路型発電装置
４１      循環管路
４２〜４５ 発電用タービン
４６      循環管路
４７      揚水管
４８      落水管
４９      上部横断管
５０      下部横断管
５１      下降流
５２      タービンカバー
５３      ブレード
５４      回転軸
５５      凹部
５６      循環管路
５７      底部
５８〜６１  発電用タービン
６２      タービンカバー
６３      ブレード
６４      回転軸
６５      家屋
６６      収納ピット
６７      下降流
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
2010090768.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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