(57)【要約】【課題】  水を利用することによって、昼夜、風の有無を問わずに発電を行うことができる小型発電システムを提供すること。【解決手段】  上貯水槽２と、上貯水槽２からの水によって回転される水車６と、水車６によって駆動される発電機８と、水車６に落下した水を集める下貯水槽４と、下貯水槽内に連通する第１スパイラルチューブ１４と、第１スパイラルチューブ１４に空気を導入するための風車２０と、下貯水槽４内の水を上貯水槽２に揚水するための第２スパイラルチューブ２４と、を具備し、下貯水槽４は仕切部材３によって第１の収容部５と第２の収容部７とに仕切られ、仕切部材３には、開閉部材が設けられている小型発電システム。第２の収容部７の水を上貯水槽２に揚水するときには、開閉部材９が遮断状態に保持される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を貯える上貯水槽と、前記上貯水槽から落下する水によって回転される水車と、前記水車によって駆動される発電機と、前記水車に落下した水を集める下貯水槽と、第１スパイラル部材を有し、前記下貯水槽内に連通する第１スパイラルチューブと、前記第１スパイラルチューブに空気を導入するための風車と、前記下貯水槽内の水を前記上貯水槽に揚水するための第２スパイラル部材を有する第２スパイラルチューブと、を具備し、前記下貯水槽は仕切部材によって第１の収容部と第２の収容部とに仕切られ、前記仕切部材には、前記第１及び第２の収容部を連通する連通状態と前記第１及び第２の収容部の連通を遮断する遮断状態とに選択的に位置付けられる開閉部材が設けられ、前記開閉部材が遮断状態にあるときには、前記第２の収容部は実質上密閉状態に保たれており、
前記水車に落下した水は前記下貯水槽の前記第１の収容部に集められ、前記第１の収容部の水を前記第２の収容部に流すときには、前記開閉部材が前記連通状態に保持され、また前記第２の収容部の水を前記上貯水槽に揚水するときには、前記開閉部材が前記遮断状態に保持され、前記風車の回転によって前記第１スパイラルチューブに導入されて前記第１スパイラル部材によって加圧された空気が前記下貯水槽に導かれ、導かれた空気によって前記下貯水槽内の水が加圧され、そして、加圧された水によって前記第２スパイラル部材が回動され、前記第２スパイラル部材の作用によって前記下貯水槽内の水が前記第２スパイラルチューブを通して前記上貯水槽に揚水されることを特徴とする小型発電システム。
【請求項２】
前記第１スパイラルチューブには、空気圧縮手段が付設され、前記第１スパイラルチューブを通して流れる空気が前記空気圧縮手段により圧縮されて昇圧され、昇圧された空気が前記下貯水槽の前記第２の収容部に送給されることを特徴とする請求項１に記載の小型発電システム。
【請求項３】
前記上貯水槽には建造物の屋根に降った雨水が集められ、水として雨水が利用されることを特徴とする請求項１又は２に記載の小型発電システム。
【請求項４】
発電機を駆動するための発電側風車と、前記発電機側風車に空気を加圧して導くためのスパイラルチューブ又は風洞体と、前記スパイラルチューブ又は前記風洞体に空気を導入するための吸入側風車と、を備え、前記吸入側風車が回転すると、空気が前記吸入側風車の作用によって前記スパイラルチューブ又は前記風洞体に導入され、前記スパイラルチューブ又は前記風洞体を流れる間に加圧され、加圧された空気によって前記発電側風車が回転されることを特徴とする小型発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、家庭などで用いることができる小型発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境などを考慮して、太陽光を利用した太陽光発電システム、風力を利用した風力発電システムなどが実用に供されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。例えば、太陽光発電システムでは、受光により電力を発生する太陽光発電セルが用いられ、この太陽光発電セルは太陽光の受光により発電電力を発生し、かく発生する発電電力が例えば家庭用電力の一部として利用される。また、風力発電システムでは、風により回転される風車（羽根体）及び風車により回動される発電機が用いられ、風による風車の回転によって発電機が回動され、この発電機の回動によって発電電力が発生する。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−３１７５５２号公報
【特許文献１】特開平９−７９１２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した発電システムでは、次の通りの問題がある。例えば、太陽光発電システムでは、昼間などの太陽が出ているときにおいては、太陽光発電セルが太陽光を受光するので発電を行うことができるが、夜間、雨などの太陽が出ていないときには、太陽光発電セルが太陽光を受光しないために発電を行うことができないという問題がある。また、風力発電システムでは、風があるときには風車（羽根体）が回転するので発電を行うことができるが、風がないときには風車が回転しないために発電を行うことができないという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、水を利用することによって、昼夜、風の有無を問わずに発電を行うことができる小型発電システムを提供することである。
また、本発明の他の目的は、風を利用して効率良く発電を行うことができる小型発電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１に記載の小型発電システムは、水を貯える上貯水槽と、前記上貯水槽から落下する水によって回転される水車と、前記水車によって駆動される発電機と、前記水車に落下した水を集める下貯水槽と、第１スパイラル部材を有し、前記下貯水槽内に連通する第１スパイラルチューブと、前記第１スパイラルチューブに空気を導入するための風車と、前記下貯水槽内の水を前記上貯水槽に揚水するための第２スパイラル部材を有する第２スパイラルチューブと、を具備し、前記下貯水槽は仕切部材によって第１の収容部と第２の収容部とに仕切られ、前記仕切部材には、前記第１及び第２の収容部を連通する連通状態と前記第１及び第２の収容部の連通を遮断する遮断状態とに選択的に位置付けられる開閉部材が設けられ、前記開閉部材が遮断状態にあるときには、前記第２の収容部は実質上密閉状態に保たれており、
前記水車に落下した水は前記下貯水槽の前記第１の収容部に集められ、前記第１の収容部の水を前記第２の収容部に流すときには、前記開閉部材が前記連通状態に保持され、また前記第２の収容部の水を前記上貯水槽に揚水するときには、前記開閉部材が前記遮断状態に保持され、前記風車の回転によって前記第１スパイラルチューブに導入されて前記第１スパイラル部材によって加圧された空気が前記下貯水槽に導かれ、導かれた空気によって前記下貯水槽内の水が加圧され、そして、加圧された水によって前記第２スパイラル部材が回動され、前記第２スパイラル部材の作用によって前記下貯水槽内の水が前記第２スパイラルチューブを通して前記上貯水槽に揚水されることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の請求項２に記載の小型発電システムでは、前記第１スパイラルチューブには、空気圧縮手段が付設され、前記第１スパイラルチューブを通して流れる空気が前記空気圧縮手段により圧縮されて昇圧され、昇圧された空気が前記下貯水槽の前記第２の収容部に送給されることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の請求項３に記載の小型発電システムでは、前記上貯水槽には建造物の屋根に降った雨水が集められ、水として雨水が利用されることを特徴とする。
また、本発明の請求項４に記載の小型発電システムでは、発電機を駆動するための発電側風車と、前記発電機側風車に空気を加圧して導くためのスパイラルチューブ又は風洞体と、前記スパイラルチューブ又は前記風洞体に空気を導入するための吸入側風車と、を備え、前記吸入側風車が回転すると、空気が前記吸入側風車の作用によって前記スパイラルチューブ又は前記風洞体に導入され、前記スパイラルチューブ又は前記風洞体を流れる間に加圧され、加圧された空気によって前記発電側風車が回転されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の請求項１に記載の小型発電システムによれば、上貯水槽に発電用の水が貯えられ、この上貯水槽から落下する水によって水車が回転され、水車の回転によって発電機が駆動されて発電が行われる。また、水車に落下した水は下貯水槽の第１の収容部に集められる。この下貯水槽の第２の収容部には第１スパイラルチューブが連通されるとともに、この第２の収容部と上貯水槽との間に揚水用の第２スパイラルチューブが設けられている。また、第１の収容部と第２の収容部とを仕切る仕切部材が設けられ、この仕切部材に開閉部材が配設されている。開閉部材が連通状態になると、第１の収容部に回収された水が第２の収容部に流れ、水車に落下した水を再利用することができる。また、開閉部材が遮断状態になると、第２の収容部が実質上密閉された状態となり、風車の回転によって第１スパイラルチューブに導入されて第１スパイラル部材によって加圧された空気が下貯水槽に導かれ、かく導かれた空気によって下貯水槽内の水が加圧される。このように加圧されると、加圧された水によって第２スパイラル部材が回動され、第２スパイラル部材の作用によって下貯水槽内の水が第２スパイラルチューブを通して上貯水槽に揚水され、このように揚水されるので、水を循環させて有効的に利用し、水車を連続的に回転させて発電を行うことができる。
【００１０】
また、本発明の請求項２に記載の小型発電システムによれば、第１スパイラルチューブには空気圧縮手段、例えばエアコンプレッサが設けられているので、第１スパイラルチューブを通して流れる空気がこの空気圧縮手段により圧縮されて昇圧され、かかる昇圧された空気が下貯水槽の第２の収容部の水に作用し、第２の収容部内の水を上貯水槽に確実に揚水することができる。
【００１１】
また、本発明の請求項３に記載の小型発電システムによれば、上貯水槽には建造物の屋根に降った雨水が集められるので、上貯水槽の水の減少を雨水で補うことができる。
更に、本発明の請求項４に記載の小型発電システムによれば、吸入側風車が回転すると、この風車の回転によって空気がスパイラルチューブ（又は風洞体）に導入され、スパイラルチューブ（又は前記風洞体）を流れる間に加圧され、加圧された空気によって発電側風車が回転されるので、簡単な構成でもって効率良く発電を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明に従う小型発電システムの実施形態について説明する。まず、図１を参照して、本発明に従う小型発電システムの第１の実施形態について説明する。図１は、第１の実施形態の小型発電システムの全体を示す簡略図である。
【００１３】
図１において、この小型発電システムは、発電に用いる水を貯える上貯水槽２と、この上貯水槽２の下方に配置される下貯水槽４と、下貯水槽４に関連して設けられる水車６と、水車６の回転を利用して駆動される発電機８とを備えている。上貯水槽２の下部には放水口１０が設けられ、この放水口１０を通して上貯水槽２内の水が放水される。下貯水槽４は仕切部材３によって第１の収容部５と第２の収容部７に仕切られ、この仕切部材３の下部に開閉部材９が開閉自在に、即ち第１の収容部５と第２の収容部７とを連通する連通状態と、これら収容部５，７の連通を遮断する遮断状態とに選択的になるように設けられている。図１に一点鎖線で示す連通状態においては第１の収容部５内の水が第２の収容部７に流れ、また図１に実線で示す遮断状態においては、第２の収容部７は実質上密閉された状態に保たれ、第１の収容部５内の水が第２の収容部７に流れることはない。
【００１４】
水車６は、下貯水槽４の第１の収容部５内であって、放水口１０の下方に配設され、放水口１０から落下する水によって回転され、落下した水は下貯水槽４の第１の収容部５に集められる。水車６と発電機８とは駆動軸１２を介して駆動連結され、水車６が回転されると発電機８が駆動されて発電を行う。尚、発電機８は、例えばダイナモ発電機などから構成される。
【００１５】
下貯水槽４の第２の収容部７には、内部に連通する第１スパイラルチューブ１４が設けられている。第１スパイラルチューブ１４は、中空のチューブ本体１６とこのチューブ本体１６内に回転自在に配設された第１スパイラル部材１８から構成され、第１スパイラル部材１８の回転によって空気を加圧しながら下流側に送給する。第１スパイラルチューブ１４の一端部（図１において上側端部）には風車２０が配設され、その他端部（図１において下側端部）は下貯水槽４内の水Ｗの水面の上方に連通している。風車２０は、例えば竪型風車でよく、回転することによって矢印２２で示すように周囲の空気を吸引して第１スパイラルチューブ１４に導入する。尚、この風車２０に関連して発電機（図示せず）を配設し、風車２０の回転を利用して発電機を駆動して発電するようにしてもよい。
【００１６】
この第１スパイラルチューブ１４に空気圧縮手段２１を設けるのが好ましい。空気圧縮手段２１は例えばエアコンプレッサから構成され、第１スパイラルチューブを流れる空気を圧縮して昇圧し、昇圧した空気が第１スパイラルチューブ１４を通して下貯水槽４の第２の収容部７に送給される。
【００１７】
下貯水槽４と上貯水槽２との間には、水を揚げるための第２スパイラルチューブ２４が設けられている。第２スパイラルチューブ２４も中空のチューブ本体２６とこのチューブ本体２６内に回転自在に配設された第２スパイラル部材２８とから構成され、その一端部（図１において上側端部）は上貯水槽２内の水Ｗの水面の上方に位置し、その他端部（図１において下側端部）は下貯水槽４内の水Ｗに浸漬されている。後述するように第２スパイラル部材２８が回転すると、第２スパイラルチューブ２４は下貯水槽４内の水Ｗを揚げて上貯水槽２に送給する。第２スパイラルチューブ２４の上端部には水溜め部３１が設けられ、この水溜め部３１の底部に開閉部３３が設けられ、この開閉部３３が図１に実線で示す閉状態から図１に一点鎖線で示す開状態になると、水溜め部３１内の揚水された水が上貯水槽２内に流下する。
【００１８】
この小型発電システムでは、家屋３０などの建造物に降った雨水を発電用の水として利用するように構成されている。家屋３０の屋根３２には雨水を受けるための略半円状の樋３４が設けられ、この樋３４の一端部に排水するための円筒状の樋３６が接続され、この樋３６の下端側が上貯水槽２内に導かれている。このように構成されているので、屋根３２に降った雨は屋根３２の傾斜に沿って流れて樋３４に受けられ、この樋３４を流れ、更に樋３６を流下して上貯水槽２に流入し、このように雨水を利用して発電用の水を補充することができる。尚、この形態では、雨水を利用しているが、例えば水道水（又は井戸水など）を上貯水槽２に供給するようにして水道水（又は井戸水など）を利用するようにしてもよい。
【００１９】
次に、上述した小型発電システムによる発電動作について説明する。この小型発電システムでは、上貯水槽２に貯えられた水Ｗが放水口１０から放水され、放水口１０から落下する水Ｗによって水車６が回転される。かくすると、水車１０の回転が駆動軸１２を介して発電機８に伝達され、発電機８が駆動して電力を発生する。発生した電力は、例えば蓄電池に蓄電し、夜間の照明などに用いることができる。また、この発電電力を利用して空気圧縮手段２１（例えば、エアコンプレッサ）を駆動するようにしてもよい。
【００２０】
水車６に作用した水Ｗは下貯水槽４内に落ちて集められ、下貯水槽４内の水Ｗは、次のようにして上貯水槽２に揚水される。第１の収容部５に集められた水を揚水するには、まず、開閉部材９が遮断状態から連通状態に切り換えられ、下貯水槽４の第１の収容部５に集められた水が第２の収容部７に流れ、その水量が増大する。
【００２１】
その後、開閉部材９が連通状態から遮断状態に切り換えられ、第２の収容部７が実質上密閉された状態となる。このような状態にて風によって風車２０が回転されるとともに、空気圧縮手段２１が作動されると、周囲の空気が風車２０の作用によって第１スパイラルチューブ１４に流入し、空気の圧力により第１スパイラル部材１８が回転することによって、流入した空気が下流側に下貯水槽４の第２の収容部７に向けて流れ、チューブ本体１６内を流れる間にその圧力が高められる。また、第１スパイラルチューブ１４を流れる空気は空気圧縮手段２１によって圧縮されて更に昇圧され、このように昇圧された空気が下貯水槽４の第２の収容部７に送給される。そして、このようにして昇圧された空気が送給されると、下貯水槽４の第２の収容部７内の圧力が高められ、この圧力が水面に作用して下貯水槽４の第２の収容部７内の水が第２スパイラルチューブ２４内を通して上昇する。かくすると、水面の上昇によって持ち上げられる水Ｗによって第２スパイラル部材２８が回転し、かかる回転によって下貯水槽４内の水Ｗが第２スパイラルチューブ２４のチューブ本体２６内を通して流れて上貯水槽２内に送給され、このようにして上貯水槽４内の水Ｗは、下貯水槽４（第１の収容部５及び第２の収容部７）及び第２スパイラルチューブ２４を通して循環され、発電用の水を有効に利用して水の無駄をなくすことができる。
【００２２】
上述した実施形態では、発電機８を駆動するための媒体として水Ｗを用いているが、この媒体として空気を用いるようにしてもよい。図２は、第２の実施形態の小型発電システムを簡略的に示す図である。
【００２３】
図２において、この形態では、発電側風車１０２に空気を送給するためにスパイラルチューブ１０４が用いられている。スパイラルチューブ１０４は第１の実施形態における第１スパイラルチューブ１４と実質上同一のものでよく、中空のチューブ本体１０６とこのチューブ本体１０４内に回転自在に配設されたスパイラル部材１０８とから構成され、その一端部（図２において上側端部）に吸入側風車１１０（例えば、竪型風車）が配設され、その下端部は発電側風車１１０に向けて空気を排出するように配置されている。発電側風車１０２は駆動軸１１２を介して発電機１１４（例えば、ダイナモ発電機）に駆動連結され、発電側風車１０２によって駆動される。
【００２４】
この小型発電システムにおいては、吸入側風車１１０が回転すると、空気が矢印１１６で示すように吸入されてスパイラルチューブ１０４に導入され、かく導入された空気によってスパイラル部材１０８が回動する。そして、この空気がチューブ本体１０６を流れる間に、このスパイラル部材１０８の作用によって、その圧力が高められ、加圧された空気が矢印１１８で示すようにスパイラルチューブ１０４から発電側風車１０２に向けて吹き出し、この空気流によって発電側風車１０２が所定方向に回転し、かくして、空気を利用して発電機１１４を効率良く回転することができ、小型で効率の良い発電システムを提供することができる。尚、この第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、スパイラルチューブ１０４に空気圧縮手段（例えば、エアコンプレッサ）を設けることもできる。
【００２５】
以上、本発明に従う小型発電システムの実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。
【００２６】
例えば、第２の実施形態では、空気を加圧させるためにスパイラルチューブ１０４を用いているが、このようなスパイラルチューブ１０４に代えて、空気を加圧するための風洞体を用いるようにしてもよく、風洞体としてそれ自体周知のものを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１の実施形態の小型発電システムの全体を示す簡略図。
【図２】第２の実施形態の小型発電システムを簡略的に示す図。
【符号の説明】
【００２８】
２  上貯水槽
４  下貯水槽
５  第１の収容部
６  水車
７  第２の収容部
８，１１４  発電機
９  開閉部材
１４，２４，１０４  スパイラルチューブ
１６，２６，１０６  チューブ本体
１８，２８，１０８  スパイラル部材
２０，１１０  風車
２１  空気圧縮手段
Ｗ  水
【図１】
2008291837.tif 000003
【図２】
2008291837.tif 000004