(57)【要約】      （修正有）【課題】水圧と圧縮空気及び大気圧を利用した発電システム及び発電方法を改良する。【解決手段】揚水路２００内に水を充填させ、上部を気密構造として圧縮空気を貯蔵部３２０に貯蔵しておき、圧縮空気を圧縮空気噴出装置３５０に送って該揚水路２００内に噴出し、上向に移動する圧縮空気の作用により大気圧の重さを低下させて揚水路２００内の水の比重を小さくし、該揚水路２００内に流入する水に作用する大気圧の重さと水圧とをエネルギーとして作用させ揚水路２００内の水を高い位置まで押し上げ、溢れ出た水を落下口２７０から落下させ、落下させた水の落下エネルギーを利用して水車直結型の発電機５００を駆動する。揚水路２００内を上部に上昇した圧縮空気はブロアーで吸い出すと共に圧縮空気貯蔵部に送って再利用し水圧・圧縮空気及び大気圧を利用した発電方法とその発電機を提供する。【選択図】図１
2014031786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部が液体で満たされた貯液部の液面下部に沈み、上部が液面上部に出る様に設置され、上端部近傍の前記液面より所定の高さ位置に液取り出し口が設けられた筒状の揚水路と、
一定量の圧縮気体を貯蔵する圧縮気体貯蔵手段と、
前記揚水路の上端に設けられ該揚水路上部から気体を圧縮吸引して前記圧縮気体貯蔵手段に貯蔵する気体圧縮手段と、
前記揚水路内に設けられ、前記圧縮気体貯蔵手段より供給される圧縮気体を噴出可能な気体噴出手段と、
前記揚水路周囲に設けられ前記揚水路の前記液取り出し口より溢れ出る液体を集液する集液手段と、
前記集液手段の底面に設けられ、集液した液体を下方に落下させるための落下口と、
前記落下口下部の前記貯液部の液中に設けられ、前記落下口より落下する液体の落下エネルギーで発電する発電手段とを備え、
前記揚水路上部と前記集液手段間を気密に構成して該揚水路上部から気体が外部に拡散しない様に構成すると共に、該揚水路内に液体を充填して前記気体噴出手段より圧縮気体を噴出させて該揚水路内の液体を上昇させ、前記液取り出し口より溢れさせ、前記集液手段に集液し、前記落下口より落下させて前記発電手段で発電することを特徴とする発電システム。
【請求項２】
前記気体噴出手段は、前記揚水路途中内に設けられ、圧縮気体を前記揚水路内の下方に噴出する噴出口と、
前記噴出口から噴出される圧縮気体を前記揚水路内の上方に反転させる反転板とから構成され、前記噴出口から噴出された圧縮気体を前記反射板に当てて圧縮気体の噴出向きを反転させると共に該気体を拡散させることを特徴とする請求項１記載の発電システム。
【請求項３】
前記液取り出し口より溢れ出る液体を集液すると共に、集液した液体を前記集液手段に溢れ出させる溝部と、
前記揚水路上端部から前記溝部の中に延出する仕切板とを備え、
前記仕切り板の先端は前記液取り出し口より溢れ出た液体が前記溝内に集液された時に液内に延出しており、該液取り出し口より漏れる気体が外部に拡散しない様に構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の発電システム。
【請求項４】
前記落下口はほぼ円形に開口しており、該落下口から落下する液体を導液する円筒状の水圧管を備え、
前記発電手段は前記水圧管下部に配設されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発電システム。
【請求項５】
前記貯液部は水を貯蔵する貯水池であり、
前記気体圧縮手段は、高圧圧縮吸引ファンで前記揚水路上部の空気を圧縮吸引することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発電システム。
【請求項６】
下部が液体で満たされた貯液部の液面下部に沈み、上部が液面上部に出る様に設置され、上端部近傍の前記液面より所定の高さ位置に液取り出し口が設けられた筒状の揚水路の上部を気密に構成し、該揚水路の上端に設けられた該揚水路上部の空気を圧縮吸引して圧縮空気貯蔵手段に貯蔵し、貯蔵した圧縮空気を前記揚水路内に噴出する圧縮空気噴出手段と、該圧縮空気噴出手段より噴出される圧縮空気の噴出方向を反転させるための反射板を備える発電システムの発電方法であって、
発電開始前に前記揚水路の少なくとも前記液取り出し口まで液体を充填すると共に、前記圧縮空気貯蔵手段に圧縮空気を充填し、
発電時に前記圧縮空気貯蔵手段に貯蔵した圧縮空気を前記揚水路内に配設した前記圧縮気体噴出手段より揚水路内下方に噴出させ、該噴出した圧縮空気を前記反射板で反射させて上向きに反転させると共に圧縮気体を揚水路内で爆発拡大させ、上方に移動させて前記揚水路上部から該拡大した空気を再利用するために圧縮吸引して前記圧縮空気貯蔵手段に貯蔵すると共に、前記揚水路上部の圧力を低下させて揚水路内の液体を上部に移動させて前記液取り出し口より溢れ出させて前記貯液部の液面に落下させ、該液体の落下エネルギーにより発電を行うことを特徴とする発電方法。
【請求項７】
前記揚水路上部の空気の圧縮吸引は、高圧圧縮吸引ファンで前記揚水路上部の空気を圧縮吸引することで行うことを特徴とする請求項６記載の発電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水圧・圧縮空気及び大気圧を利用した発電システム及び発電方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の水力発電は、水車を用いたものが一般的である。この水車を用いた水力発電の原理は、管水路の途中に水車を設けて水の移動エネルギーを水車の回転エネルギーに変換し、更に水車の回転エネルギーを発電機による電気エネルギーに変える方法である。
【０００３】
特許文献１に記載の発明は、図４に示すように中空の筒状部材である上昇気水流管２２を水中にほぼ鉛直方向に設け、この上昇気水流管２２の下端に気体を送り込むための空気圧送パイプ２１を配置し、空気圧送ポンプＥで空気圧送パイプ２１に空気を圧送し、上昇気水流管２２の下端に送られた空気が気泡となって放出される構成である。
【０００４】
この気泡は上昇気水流管内を上昇するため、管内の水の密度が管外の水の密度よりも相対的に小さくなり、この密度差による煙突効果によって上昇気水流管内には上昇水流が発生し、この上昇水流によってタービンを回して発電機によって発電を行うものである。
【０００５】
具体的な発明システムは、図４に示すように上昇気水流管２２は水中にほぼ鉛直方向に設けられた中空の筒状部材であって、例えば樹脂材料により形成されている。空気圧送パイプ２１は、この上昇気水流管２２の下端に気体を送り込むためのものであり、その一方端は空気圧送ポンプＥに連結されている。空気圧送ポンプＥは、空気を圧縮して空気圧送パイプ２１に送り出すものであり、この空気圧送パイプ２１で上昇気水流管２２の下端付近に送られ気泡となって上昇気水流管２２内に放出される。このように上昇気水流管２２の下端付近に気泡が発生すると、この気泡Ｒは上昇するため上昇気水流管２２内の水の密度が外部の密度よりも相対的に小さくなる。
【０００６】
すなわち、単位体積当たりの水の重量を比較すると、気泡Ｒを含んだ管内の水の密度の方が気泡Ｒを含まない管外の水の密度より小さくなる。このため、生じた密度差による煙突効果によって上昇気水流管２２内を下から上に向かう上昇水流が発生する。またタービン２３は上昇気水流管２２の内部であってその上端付近に設けられており、上述した上昇水流を回転運動に変換する。この回転運動は回転シャフト２４によって、発電機Ｆに伝達される。発電機Ｆは、伝達された回転力により発電を行うことになる。
【０００７】
又、特許文献２に記載の発明は、本願発明者が開発し開示したものであって、その具体的な発電方法は図５に示すとおりである。この従来方法は、水路管４底部の圧縮空気の吹出口から上向に移動する圧縮空気の作用により水路管４内の大気圧の重さを低下させ、かつ水路２側から水路管４内への流入水の比重を小さくし、該水路側に作用する大気圧の重さと水圧とをエネルギーとして作用させ水路管４内の水を高い位置まで押し上ることによって、貯水管１に海水又は河川水の水を常時流入部から流水しかつ水量調整部３を介して水路の水量を調節しながら、上部の傾斜水路管へ流入させかつ同時に水路直結の圧縮空気貯蔵部６から圧縮空気を水路管４へ注入し、更に前記水路管４に流れている水を押し上げて再度水車直結型の発電機Ａに流水する水圧・圧縮空気及び大気圧を利用した地下水流発電方法である。
管上部の圧縮空気はブロアーＢで吸い上げて再圧縮し、再度水路管４底部の圧縮空気の吹出口に送るように構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−７５３９５号公報
【特許文献２】特開２００６−７７７１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の圧縮空気を利用する発電システムは、いずれも管の底部に圧縮空気等を送り、底部に送られた空気が気泡となって管内を上昇するエネルギー（圧力差エネルギーを含む。）を利用し、管内を移動する水の移動エネルギーを利用して水車又はタービンを回動させており、エネルギー効率に不満があった。また、圧縮空気噴出手段の構成も大がかりであった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記の如き課題を解決するためになされたもので、より発電効率が良く、発電量も大きくできる水圧・圧縮空気及び大気圧を利用した発電システム及び発電方法を提供する。
係る課題を解決する一手段として例えば以下の構成を備える。
【００１１】
即ち、下部が液体で満たされた貯液部の液面下部に沈み、上部が液面上部に出る様に設置され、上端部近傍の前記液面より所定の高さ位置に液取り出し口が設けられた筒状の揚水路と、一定量の圧縮気体を貯蔵する圧縮気体貯蔵手段と、前記揚水路の上端に設けられた該揚水路上部から気体を圧縮吸引して前記圧縮空気貯蔵手段に貯蔵する気体圧縮手段と、前記揚水路内に設けられ、圧縮気体貯蔵手段より供給される圧縮気体を噴出可能な気体噴出手段と、前記揚水路の前記取り出し口より溢れ出る液体を集液する前記揚水路周囲に設けられた集液手段と、前記集液手段の底面に設けられ、集液した液体を下方に落下させるための落下口と、前記落下口下部の前記貯液部の液中に設けられ、落下する液体の落下エネルギーで発電する発電手段とを備え、前記揚水路上部と前記集液手段間を気密に構成して揚水路上部から気体が外部に拡散しない様に構成すると共に、揚水路内に液体を充填して前記気体噴出手段より圧縮気体を噴出させて該揚水路内の液体を上昇させ、前記取り出し口より溢れさせ、前記集液手段に集液し、前記落下口より落下させて前記発電手段で発電することを特徴とする。
【００１２】
そして例えば、前記気体噴出手段は、前記揚水路途中内に設けられ、圧縮気体を前記揚水路内の下方に噴出する噴出口と、前記噴出口から噴出される圧縮気体を反転させる反転板とから構成され、前記噴出口から噴出された圧縮気体を前記反射板に当てて圧縮気体の噴出向きを反転させると共に拡散させることを特徴とする。
【００１３】
また例えば、前記取り出し口より溢れ出る液体を集液すると共に、集液した液体を前記集液手段に溢れ出させる溝部と、前記揚水路上端部から前記溝部の中に延出する仕切板とを備え、前記仕切り板の先端は前記取り出し口より溢れ出た液体が前記溝内に集液された時に液内に延出しており、取り出し口よりの漏れる気体が外部に拡散しない様に構成されていることを特徴とする。
【００１４】
更に例えば、前記落下口をほぼ円形に開口しており、落下口から落下する液体を導液する円筒状の水圧管を備え、前記発電手段は前記水圧管下部に配設されていることを特徴とする。あるいは、前記貯液部は水を貯蔵する貯水池であり、気体圧縮手段は、高圧圧縮吸引ファンで前記揚水路上部の空気を圧縮吸引することを特徴とする。
【００１５】
または、下部が液体で満たされた貯液部の液面下部に沈み、上部が液面上部に出る様に設置され、上端部近傍の前記液面より所定の高さ位置に液取り出し口が設けられた筒状の揚水路の上部を気密に構成し、揚水路の上端に設けられた該揚水路上部の空気を圧縮吸引して圧縮空気貯蔵手段に貯蔵し、貯蔵した圧縮空気を前記揚水路に噴出する圧縮空気噴出手段と、圧縮空気噴出手段より噴出される圧縮空気の噴出方向を反転させるための反射板を備える発電システムの発電方法であって、発電開始前に前記揚水路の少なくとも液取り出し口まで液体を充填すると共に、前記圧縮空気貯蔵手段に圧縮空気を充填し、発電時に前記圧縮空気貯蔵手段に貯蔵する圧縮空気を前記揚水路内に配設した前記圧縮気体噴出手段より揚水路内下方に噴出させ、前記圧縮空気噴出手段より噴出した圧縮空気を反射板で反射させて上向きに反転させると共に圧縮気体を揚水路内で爆発拡大させ、上方に移動させて揚水路上部からその気体を再利用するために圧縮吸引して圧縮空気貯蔵手段に貯蔵すると共に揚水路上部の圧力値をベクトル上真空値に近づかせて揚水路内の液体を上部に移動させて前記液取り出し口より溢れ出させて液面に落下させ、落下エネルギーにより発電を行う発電方法とすることを特徴とする。
【００１６】
そして例えば、揚水路上部の空気の圧縮吸引は、高圧圧縮吸引ファンで前記揚水路上部の空気を圧縮吸引することで行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、大気圧の有効利用と圧縮空気の作用により水路内の液体の比重を小さくし、該水路側に作用する大気圧の重さと水圧とをエネルギーとして作用させ水路内の液体を高い位置まで押し上げ、押し上げた液体を落下させて液体の落下エネルギーを利用して発電を行うことにより、簡単な構成でより大容量の電気を発電することができる。
【００１８】
また、液体を押し上げる際に使用する圧縮空気を再利用可能としたことにより効率の良い発電が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る一発明の実施の形態例の発電システムの基本構成を説明するための図である。
【図２】本実施の形態例の発電システムの気密構造を説明するための図である。
【図３】本実施の形態例の圧縮空気噴出装置を説明するための図である。
【図４】従来の地下水流発電システムを示した概要図である。
【図５】従来の地下水流発電システムの他の例を示した概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面も参照して本発明に係る一発明の実施の形態例を詳細に説明する。
本発明に係る一発明の実施の形態例による発電方法は、発電に用いる水の供給水路内における水圧と、大気圧力と、圧縮空気エネルギーと、を有効利用した流水発電方法であり、水の押上げに使用する圧縮空気と水の押上げに使用した圧縮空気とが余剰電力によりエネルギーとして事前貯蔵を可能にしかつ大気圧を隔離した圧縮空気の循環システムによりエネルギーの再使用を可能にして効率の良い発電を可能としている。
【００２１】
即ち、下部が液体で満たされた貯液部の液面下部に沈み、上部が液面上部に出る様に設置され、上端部近傍の前記液面より所定の高さ位置に液取り出し口が設けられた筒状の揚水路と、一定量の圧縮気体を貯蔵する圧縮気体貯蔵手段と、前記揚水路の上端に設けられ該揚水路上部から気体を圧縮吸引して前記圧縮気体貯蔵手段に貯蔵する気体圧縮手段と、前記揚水路内に設けられ、前記圧縮気体貯蔵手段より供給される圧縮気体を噴出可能な気体噴出手段と、前記揚水路周囲に設けられ前記揚水路の前記液取り出し口より溢れ出る液体を集液する集液手段と、前記集液手段の底面に設けられ、集液した液体を下方に落下させるための落下口と、前記落下口下部の前記貯液部の液中に設けられ、前記落下口より落下する液体の落下エネルギーで発電する発電手段とを備え、前記揚水路上部と前記集液手段間を気密に構成して該揚水路上部から気体が外部に拡散しない様に構成すると共に、該揚水路内に液体を充填して前記気体噴出手段より圧縮気体を噴出させて該揚水路内の液体を上昇させ、前記液取り出し口より溢れさせ、前記集液手段に集液し、前記落下口より落下させて前記発電手段で発電することを特徴とする。
【００２２】
そして、前記気体噴出手段は、前記揚水路途中内に設けられ、圧縮気体を前記揚水路内の下方に噴出する噴出口と、前記噴出口から噴出される圧縮気体を前記揚水路内の上方に反転させる反転板とから構成され、前記噴出口から噴出された圧縮気体を前記反射板に当てて圧縮気体の噴出向きを反転させると共に該気体を拡散させることを特徴とする。
【００２３】
また例えば、前記液取り出し口より溢れ出る液体を集液すると共に、集液した液体を前記集液手段に溢れ出させる溝部と、前記揚水路上端部から前記溝部の中に延出する仕切板とを備え、前記仕切り板の先端は前記液取り出し口より溢れ出た液体が前記溝内に集液された時に液内に延出しており、該液取り出し口より漏れる気体が外部に拡散しない様に構成されていることを特徴とする。
【００２４】
更に例えば、前記落下口はほぼ円形に開口しており、該落下口から落下する液体を導液する円筒状の水圧管を備え、前記発電手段は前記水圧管下部に配設されていることを特徴とする。
また例えば、前記貯液部は水を貯蔵する貯水池であり、気体圧縮手段は、高圧圧縮吸引ファンで前記揚水路上部の空気を圧縮吸引することを特徴とする。
【００２５】
または、下部が液体で満たされた貯液部の液面下部に沈み、上部が液面上部に出る様に設置され、上端部近傍の前記液面より所定の高さ位置に液取り出し口が設けられた筒状の揚水路の上部を気密に構成し、該揚水路の上端に設けられた該揚水路上部の空気を圧縮吸引して圧縮空気貯蔵手段に貯蔵し、貯蔵した圧縮空気を前記揚水路内に噴出する圧縮空気噴出手段と、該圧縮空気噴出手段より噴出される圧縮空気の噴出方向を反転させるための反射板を備える発電システムの発電方法であって、発電開始前に前記揚水路の少なくとも前記液取り出し口まで液体を充填すると共に、前記圧縮空気貯蔵手段に圧縮空気を充填し、発電時に前記圧縮空気貯蔵手段に貯蔵した圧縮空気を前記揚水路内に配設した前記圧縮気体噴出手段より揚水路内下方に噴出させ、該噴出した圧縮空気を前記反射板で反射させて上向きに反転させると共に圧縮気体を揚水路内で爆発拡大させ、上方に移動させて前記揚水路上部から該拡大した空気を再利用するために圧縮吸引して前記圧縮空気貯蔵手段に貯蔵すると共に、前記揚水路上部の圧力を低下させて揚水路内の液体を上部に移動させて前記液取り出し口より溢れ出させて前記液部の液面に落下させ、該液体の落下エネルギーにより発電を行う発電方法とすることを特徴とする。
【００２６】
そして例えば、前記揚水路上部の空気の圧縮吸引は、高圧圧縮吸引ファンで前記揚水路上部の空気を圧縮吸引することで行う発電方法とすることを特徴とする。
具体的には、例えば揚水路を鉄管あるいはプラスチック管等で構成し、揚水路を水で満たし、揚水路の中から上に向けて圧縮空気を流すと、噴出した圧縮空気が揚水路内で爆発拡大し、揚水路上部の圧力値がベクトル上真空値に近づき、水路面上部に作用するため、大気圧により揚水路内の空気が揚水路の下部から上部に移動する。このため、管上部の水位は水の供給源である水路表面より大気圧に応じて上昇し、水路表面より１０メートル程度上昇させることが可能となる。
【００２７】
このため、例えば水位路表面より９メートル程度の箇所に水の取り出し口を設け、上昇させた水を落下させ、落下口に発電用の水車（タービン）を配置すれば、落差９メートルの水圧を利用して水車を回転させて発電することが可能となる。その際、揚水路上部の圧縮空気の出口に高速圧縮回転機を配置して圧縮空気を吸い込み、吸い込んだ圧縮空気を再利用することにより、効率の良い発電が可能となる。
【００２８】
具体的には、発電開始に先立って、外部エネルギーを用いて、揚水路の最上部あるいは少なくとも水路面より９メートル以上上まで揚水すると共に、圧縮空気貯蔵タンク内に圧縮空気を事前貯蔵する。
【００２９】
そして、圧縮空気を揚水路内に噴出させ、揚水路内の水を揚水して落下口より水を落下させ、落下口近傍に配置した発電機に連結されている水車（タービン）を回転させて発電を開始する。発電した電力の一部を圧縮空気の再圧縮に使用する。
【００３０】
以上の方式で発電システムを構築すると、例えば、発電容量１０００ＫＷの発電システムとする場合、後述する構成で圧縮空気を毎秒２０ｍ3程度揚水路内に噴出すると、毎秒１２ｍ3の水を例えば９．５メートル揚水することができる。この水を落下口より貯水池の水面に落下させると約９００ＫＷの発電が可能となる。
【００３１】
上記揚水路内に供給する圧縮空気を再加圧するための高圧圧縮機を駆動するためには、発電した電力から２５３ＫＷの電力供給が必要である。このため、発電される電力のうち、実利用可能な電力は
９００ＫＷ−２５３ＫＷ＝６４７ＫＷ
となる。
【００３２】
以下、具体的に図面を参照して本実施の形態例の発電原理を説明する。図１は本発明に係る一発明の実施の形態例の発電システムの発電原理を説明するための図である。
本実施の形態例の発電システムは、例えば、発電に必要な水を大気圧と圧縮空気の作用で貯水池の水面より約９メートル上まで押上げるほぼ円筒状の揚水路２００と、揚水路２００上部に気密状態を維持するように配設された圧縮空気回収・貯蔵機構３００、揚水路２００の落下口２７０下部の例えば水中に設けられた発電機に連結された水車（タービン）５００等から構成され、落下口２７０からの水の落下エネルギーにより水車５００を回転させて発電を行う。
【００３３】
以下、より具体的に説明する。図１において、１００は不図示の給水池等から水を引き込むための給水路であり、１０１は給水路１００から流入する水の流入量Ａを制御可能な流入量制御弁であり、水循環池１５０の水面高さを調整可能である。水循環池１５０には、本実施の形態例の発電システムが設置され、少なくとも水深５ｍ以上であることが望ましい。本実施の形態例の発電システムを給水池に直接設置する場合には後述する水循環池がそのまま給水池となり、流入量制御弁１０１等は不要である。
【００３４】
揚水路２００の上部には全周にわたり開口部２２０が備えられ、揚水路２００のほぼ中央部の上部よりほぼ１／３下の位置に圧縮空気を噴出する圧縮空気噴出装置３５０を設け、ここから噴出される圧縮空気の上記した作用で揚水路２００内の水が上に押し上げられ、開口部２２０より溢れ出る。溢れ出た水は、揚水路２００の外周部に配設されたリング状集水路２５０に集められる。リング状集水路２５０には、その一部に配設されたほぼ円形の落下口２７０から下方に延出する円筒状水圧管２６０が設けられ、水圧管２６０の下部に水車５００が配設され、落下口２７０よりの水の落下エネルギーを最大限利用できる構成としている。
【００３５】
リング状集水路２５０の外側の壁は開口部２２０より充分高く構成されており、リング状集水部２５０の外周より水が溢れ出すことはない様に構成されている。一方、リング状集水路２５０の内側は開口部２２０の高さと同じかやや高い仕切り内壁２６３となっており、開口部２２０より溢れ出た水が内壁２６３を乗り越えてリング状集水路２５０に流れ込む。
【００３６】
リング状集水路２５０の内壁２６３の更に内側には、断面略コの字型のリング状溝部２４０がリング状集水路２５０より下部に設けられており、溝部２４０の中央部近傍位置に該溝部２４０内に入り込むように圧縮空気回収・貯蔵機構３００の円筒状遮蔽板３３０が配設され、リング状溝部２４０の内側と開口部２２０の間は、斜め下方に扇状に開いた導水板２３０で接続されている。開口部２２０から溢れ出た水は導水板２３０に沿ってリング状溝部２４０に集められ、リング状集水路２５０の内壁２６３を乗り越えてリング状集水路２５０に集められ、落下口２７０より水循環池１５０に落下して水車５００を回転させることになる。
【００３７】
以上の構成において、開口部２２０から溢れ出た水は、Ｃに水面位置を示すように、リング状溝部２４０に満たされた状態にあり、円筒状遮蔽板３３０があることで、揚水路２００上部は気密状態に保たれ、圧縮空気が外側の例えばリング状集水路２５０側に漏れ出ることを防止している。また、揚水路２００の上端には高圧圧縮吸引ファン（ブロアー）３１０が配設されており、揚水路２００上部の圧縮空気を吸い込んで圧縮空気貯蔵室３２０に送り込んで揚水路２００内の圧縮空気を再利用できる様にしている。
【００３８】
大気圧が１００ＫＰａであるときに、高圧圧縮吸引ファン（ブロアー）３１０で１１０ＫＰａ程度に圧縮（１．１倍に圧縮）され、圧縮空気貯蔵室３２０に送られ貯蔵される。圧縮空気貯蔵室３２０に貯蔵された圧縮空気は、圧縮空気供給管３７０を介して所定量ずつ圧縮空気噴出装置３５０の噴出口より噴射される。
【００３９】
以上に説明した圧縮空気回収・貯蔵機構３００の詳細構成を図２、図３も参照して以下に説明する。図２に示すように、開口部２２０上部を気密にするために、実質的には二重の遮蔽機構を備え、万全を期している。
開口部２２０上部の第一の遮蔽機構は、上部密閉板３３６と、上部密閉板３３６の外周端に円筒状の第一の遮蔽板３３４とを設けている。第一の遮蔽板３３４の先端は、リング状集水路２５０の内壁上端面（溝部２４０の水面）より下側まで延出しており、上部空間は圧縮空気溜まりとして作用しているほか、圧縮空気が外部に漏れ出ないようになっている。
【００４０】
本実施の形態例では、更にこの第一の遮蔽板３３４の中間より更に外側にリング状の中間部密閉板３３２と、該中間部密閉板３３２の外周端に円筒状の第二の遮蔽板３３０を設けている。第二の遮蔽板３３０の先端は、図１にも示したようにリング状溝部２４０の底部近傍まで延出しており、より確実に圧縮空気が外部に漏れ出ないようになっている。このため、開口部２２０から溢れ出した水は、図２に示すように、導水板２３０の上部とリング状溝部２４０とにおいて常時満水状態を維持しながら矢印で示すように導水板２３０の面に沿ってリング状溝部２４０の第二の遮蔽板３３０の内側から底部を回って第二の遮蔽板３３０の外側から、内壁２６３を乗り越えてリング状集水路２５０に流出する構造である。
【００４１】
更に、第一の遮蔽板３３４と第二の遮蔽板３３０で構成される空間には、ドーナツ状の圧縮空気充填箱３４０が配設されており、少なくとも底板が揚水路２００の開口部２２０から溢れた水の水面の上下に従って上下に移動可能に構成されている。圧縮空気充填箱３４０は、全体が一体に構成されている場合には第一の遮蔽板３３４と第二の遮蔽板３３０間を摺動可能に構成し、上部が固定されている場合には、バネあるいは蛇腹構成として底板が上下動可能に構成している。例えば、圧縮空気充填箱３４０内の圧力は１００ＫＰａ程度であり、これにより、揚水路２００上部における気圧の変化の影響を軽減している。
【００４２】
以上の構成により、揚水路２００上部から外側に圧縮空気が漏れ出ることが無いように確実な構成となっている。
本実施の形態例では、揚水路２００内の開閉弁（制水弁）２１０は、主に発電開始に先立ち揚水路２００内に水を充填する際に閉接され、例えば発電前に閉接状態の揚水路２００の上部から水を供給し、揚水路２００内を水を充填した状態に保つことが可能に構成されている。
【００４３】
それと共に、発電前に揚水路２００上部を周辺大気圧より高圧になるように圧縮空気で加圧し維持することにより、揚水路２００内の水の蒸発を抑えることが可能であると共に、水の凍結も有効に防止している。
【００４４】
そして、発電中には、高圧圧縮吸引ファン３１０を駆動して、揚水路２００の上端部の気圧をベクトル上真空に近づけることにより、大気圧による揚水効果を最大限利用すると共に、開閉弁２１０を開けて揚水可能状態とすることで、図３に詳細を示す圧縮空気噴出装置３５０を駆動して圧縮空気と大気圧の作用で連続的に揚水する。
【００４５】
次に、図３を参照して本実施の形態例の圧縮空気噴出装置３５０について説明する。圧縮空気噴出装置３５０は、全体が例えば、四角形のパイプ状部材で構成され、中間部には下側に圧縮空気噴出孔が配設された噴出バー３５１が設けられている。少なくとも噴出バー３５１は、図１に示す圧縮空気供給管３７０を介して圧縮空気貯蔵室３２０と接続されている。
【００４６】
これにより、噴出バー３５１には圧縮空気貯蔵室３２０よりの圧縮空気が連続的に送り込まれ、噴出バー３５１の噴射孔より下側、例えば斜め下方に向けて連続的に圧縮空気が噴出される。噴出バー３５１の下方の両側の圧縮空気が当たる位置（圧縮空気通過位置）に圧縮空気反射板３５５、３５６を配設している。このため、噴射孔より揚水路２００の下側に噴射された圧縮空気は、圧縮空気反射板３５５、３５６に衝突して急激に上方に方向転換し、より速い速度で上昇する。このため、揚水路２００内の水に、より強い上昇力を与えることができる。同時に、圧縮空気反射板３５５、３５６に衝突し反射するため、圧縮空気の気泡が揚水路２００内部の全域にくまなく拡散する。その結果、上部に向かって圧縮空気を噴出させた場合に比し、揚水路２００内の水をより速い速度で上昇させると共に、広い範囲の水に上昇力を与えることができる。
【００４７】
以上のように反射板３５５、３５６に圧縮空気を当てて気泡を拡散させることにより、圧縮空気を単に上方に噴出させた場合と比し、空気が非常に広範囲にわたって拡散し、揚水路２００の管内にほぼ全体にわたって気泡が急激に上昇するため、揚水路２００内の水の揚水エネルギーを効率よく最大限利用することが可能となっている。圧縮空気反射板３５５、３５６の表面が平板状である場合には圧縮空気の上昇力を効率よく引き出すことができる。更に、圧縮空気反射板３５５、３５６をごく僅か外側に傾斜させることにより、入射した圧縮空気と反射した圧縮空気が互いに衝突することを防ぐことが期待できる。更に、圧縮空気反射板３５５、３５６の表面を平板状でなく凹凸面に形成することにより、気泡がより広範囲に拡散するため、効率よく揚水路２００内の水を上昇させることが期待できる。
【００４８】
このため、本実施の形態例では、圧縮空気の放出口を揚水路２００の底部ではなく、揚水路２００の上の方に設けても、路内の水に充分な上昇力を与えることが可能となり、設備の簡略化が図れる。
【００４９】
次に、以上の構成を備える本実施の形態例の発電方法のエネルギー理論について説明する。
ここでは、発電容量は１０００ＫＷ以下の場合（例えば９００ＫＷ）を想定しており、揚水路２００の内径４．０ｍ、落下口２７０の内径４．０ｍ、落下口２７０から水循環池１５０の水面までの落差を９ｍ、落下水量を１２ｍ3／Ｓとして発電量９．８ＱＨηを達成するために、高圧圧縮吸引ファン３１０を２５３ＫＷ、吸引量１２００ｍ3／ｍｉｎのものを用意する。この結果、例えば入り口圧力１００ＫＰａであれば、出口圧力は１１０ＫＰａとすることができる。
【００５０】
以上に説明した本実施の形態例における発電システムは、水循環池１５０に設置された揚水路２００の底辺位置の水圧と大気圧力と圧縮空気エネルギーとを利用した発電方法であり、水の押し上げに使用する圧縮空気と水の押し上げに使用した圧縮空気とが余剰電力によりエネルギーとして事前貯蔵し、発電中においても、大気圧を隔離した圧縮空気の循環システムによりエネルギーの再使用を可能にした水圧・圧縮空気及び大気圧を利用した発電方法である。
【００５１】
更に、本実施の形態例の発電システムは揚水路２００内を上昇する圧縮空気の上昇力により大気圧の重さを低下させ（実質的に水の比重を小さくし）、該揚水路２００内の水に作用する大気圧の重さと水圧とをエネルギーとして作用させ揚水路２００内の水を高い位置まで押し上ることを特徴とする発電機構であり、揚水路２００底部より水を流入させかつ同時に揚水路２００の途中に圧縮空気貯蔵室３２０から圧縮空気を注入し、噴出バー３５１から噴出させて揚水路２００内の水を押し上げて落下口２７０より落下させ、水車直結型の発電機の水車を水の落下する水流速で回転させる水圧・圧縮空気及び大気圧を利用した発電を行える。
【００５２】
また揚水路２００内の圧縮空気を外部に放出させることなく再利用可能としたことにより、発電の前に圧縮空気を充填させておくだけで、少ない電力で発電中の圧縮空気生成を可能とした、水圧・圧縮空気及び大気圧を利用した発電機構であるから、無尽蔵・無公害・低価格の天然エネルギーを最大限利用した発電システムを提供するものである。その結果、二酸化炭素等の排出による地球温暖化を未然に防ぐことができ、また従来不可能とされていた次のような多くの効果も得られる。
【００５３】
ア、揚水路内の水を水路上端まで押し上げるのに使用する圧縮空気は、余剰電力等により事前に製造しエネルギーとしての貯蔵が可能となること。
イ、揚水路内の水の押し上げに使用した圧縮空気を再利用可能とした循環システムにより、エネルギーとして発生した少量の電力の使用のみで圧縮空気の生成が可能であること。
ウ、揚水路の中間部に配設した噴出バーより下向きの噴出した圧縮空気を圧縮空気反射板で反転させて拡散させることで、水の上昇力を大幅に上げることができ、圧縮空気の作用により大気圧の重さが低下し、揚水路内の水の比重は小さくなり、併せて揚水路内に作用する大気圧の重さと水圧がエネルギーとして作用することから揚水路内の水を高い位置まで押し上げることが可能となること。
【００５４】
他の実施の形態例
以上の説明は、池や川などの水を発電に用いる例について説明した。しかし、水車を回転させる液体として水に限るものではなく、海水でも良い。あるいは、汽水であっても良く、揚水路が十分な容量の液体貯蔵部に設置されていれば使用する液体種別に制限はない。
更に、揚水路上部が気密に構成されていることから、空気以外の気体、例えば、窒素などを充填したものであっても良い。
【符号の説明】
【００５５】
１００      給水路
１０１      流入量制御弁
１５０      水循環池
２００      揚水路
２１０      開閉弁
２２０      開口部
２３０      導水板
２４０      リング状溝部
２５０      リング状集水路
２６０      水圧管
２６３      内壁
２７０      落下口
３００      圧縮空気回収・貯蔵機構
３１０      高圧圧縮吸引ファン（ブロアー）
３２０      圧縮空気貯蔵室
３３０      遮蔽板
３３２      中間部密閉板
３３４      第一の遮蔽板
３３６      上部密閉板
３４０      圧縮空気充填箱
３５０      圧縮空気噴出装置
３５１      噴出バー
３５５、３５６      圧縮空気反射板
５００      発電機水車（タービン）
【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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