(57)【要約】【課題】      発電して得られた電気を伝達する際に生じるエネルギーの損失を抑制し、エネルギー効率を向上することができると共に、自然破壊の発生を抑制することができる発電システムを提供すること。【解決手段】  自然エネルギーを利用して発電する自然発電装置５０と、この自然発電装置５０により発電された電気によって駆動するモータ１２と、このモータ１２により駆動させられて発電する発電機１３とを備えた発電システム１０であって、モータ１２と発電機１３との間には出力増大装置１００が介装されてモータ１２の回転数を増加すると共に、発電機１３で作られた電気の一部は第一電力消費部１７に供給され、電気の残量の一部はモータ１２で消費される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自然エネルギーを利用して発電する自然発電装置と、該自然発電装置により発電された電気によって駆動するモータと、該モータにより駆動させられて発電する発電機とを備えた発電システムであって、
前記モータと前記発電機との間には出力増大装置が介装されて前記モータの回転数を増加すると共に、前記発電機で作られた電気の一部は第一電力消費部に供給され、前記電気の残量の一部は前記モータで消費されることを特徴とする発電システム。
【請求項２】
請求項１に記載の発電システムであって、前記発電機で作られた電気は、一部が第二電力消費部に供給されることを特徴とする発電システム。
【請求項３】
下部に気体流入口が設けられ、且つ、上部に気体流出口が設けられたほぼ鉛直方向に沿う筒状通路の中間又は下部に加熱手段が設けられると共に、該加熱手段の上方に軸流ファンが設けられ、前記筒状通路の外側に前記軸流ファンと連動する発電機が設けられた発電システムであって、
前記加熱手段は、自然エネルギーを利用して発電する自然発電装置により発電された電気によって加熱する電気炉を有すると共に、前記発電機で作られた電気の一部は第一電力消費部に供給され、前記電気の残量の一部は前記電気炉で消費されることを特徴とする発電システム。
【請求項４】
請求項３に記載の発電システムであって、前記電気炉は電磁波により被加熱物を発熱させる誘電加熱装置であると共に、前記筒状通路の内部に霧を発生させる噴霧器を有していることを特徴とする発電システム。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の発電システムであって、前記発電機で作られた電気は、一部が第二電力消費部に供給されることを特徴とする発電システム。
【請求項６】
請求項３ないし５のいずれか一つに記載の発電システムであって、前記軸流ファンと前記発電機との間に出力増大装置が介装されたことを特徴とする発電システム。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか一つに記載の発電システムであって、前記自然発電装置は風力発電機であって、該風力発電機は、風力を回転力に変換するファンと、該ファンにより駆動させられて発電する発電機と、前記ファンと前記発電機との間に介装されて前記ファンの回転数を増加させる出力増大装置とを備えていることを特徴とする発電システム。
【請求項８】
自然エネルギーを利用して発電する自然発電装置と、該自然発電装置により発電された電気によって駆動するモータと、該モータにより駆動させられて発電する発電機とを備えた発電システムであって、
前記モータと前記発電機との間に介装されて前記モータの回転数を増加する出力増大装置と、前記発電機で作られた電力により水の電気分解を行って水素を貯蔵する水素発生貯蔵装置と、を備えることを特徴とする発電システム。
【請求項９】
前記水素発生貯蔵装置が、電解質水溶液を貯留する電解槽と前記電解質水溶液内に挿入された電極管とを備え、
前記発電機で作られた電力に基づく直流電流のマイナス極端子を前記電極管に接続して陰極とし、前記直流電流のプラス極端子を前記電解槽に接続して該電解槽を陽極として、前記電解質水溶液中の水の電気分解を行うことを特徴とする請求項８の発電システム。
【請求項１０】
前記電極管の上方に水素捕集容器を設けると共に該電極管の外周壁に絶縁部材を設け、前記電極管の内側に水素を発生させることにより前記水素捕集容器に水素を捕集することを特徴とする請求項９に記載の発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自然発電装置により作られた電気を利用した発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の発電システムとして、図８示すようなものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この発電システムＡは、太陽エネルギーを利用して発電する太陽電池パネル１と、この太陽電池パネル１に接続されたバッテリー２と、バッテリー２から電気が供給されて駆動するヒートポンプユニット３等とを備えている。
【０００４】
そして、この発電システムでは、太陽電池パネル１が発電して生じる電気（起電力）がバッテリー２に供給されることにより、バッテリー２の充電容量は常時満たされている。さらに、これと同時に、充電容量が満たされたバッテリー２からヒートポンプユニット３へ電気が供給されて、ヒートポンプユニット３が適宜作動する、これにより温水槽４ａ及び冷水槽４ｂの温度がそれぞれ調節されて、空調装置５を操作することとなる。
【０００５】
また、従来の発電システムとして、図９に示すようなものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
この発電システムＢは、ほぼ鉛直方向に沿って設置されると共に、下部に気体流入口６Ａが設けられ、且つ、上部に気体流出口６Ｂが設けられた筒状通路６を備えている。また、筒状通路６の中間部内側には、加熱手段７が設けられると共に、この加熱手段７の上方及び下方のそれぞれに軸流ファン８Ａ、８Ｂ、８Ｃが回転自在に設けられている。そして、筒状通路６の外側には、各軸流ファン８Ａ、８Ｂ、８Ｃと連動する発電機９が、各軸流ファン８Ａ、８Ｂ、８Ｃに連結されている。
【０００７】
ここで、加熱手段７は、煙霧化した燃料（灯油、金属粉末混合油、水等）を圧縮した高圧空気と共に噴射して発火させて火炎を得るいわゆる火炎発生装置である。
【０００８】
このような構成の発電システムでは、まず、加熱手段７によって発生した火炎により筒状通路６内の温度を上昇させることによって、筒状通路６内に人工的な上昇渦気流（人工トルネード）を発生させる。
【０００９】
そして、この上昇渦気流によって軸流ファン８Ａ、８Ｂ、８Ｃを回転させ、その回転力によってそれぞれの軸流ファン８Ａ、８Ｂ、８Ｃに連結されている発電機９を駆動して発電を行っている。
【特許文献１】特開平６−４２７８１号公報（段落００２５、図１）
【特許文献２】国際公開第０１／０１４７０３号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述の発電システムＡでは、太陽電池パネル１が発電して生じる電気がバッテリー２に蓄えられるまでの伝達途中や、ヒートポンプユニット３に供給されるまでの伝達途中でエネルギー損失が生じていた。
【００１１】
そのため、太陽電池パネル１によって生じた電気量よりも、バッテリー２に蓄えたり、ヒートポンプユニット３で使用できたりする電気量が減少してしまい、エネルギー効率が悪いという問題が生じていた。
【００１２】
また、発電システムＢでは、人工的に発生させた人工渦気流によってエネルギー損失を多少抑制することができるが、加熱手段７において灯油等の燃料を燃焼させているので、気流排出口６Ｂから排出される気体には窒素酸化物、硫黄酸化物、一酸化炭素等の有害物質が含まれてしまい、大気汚染を生じるおそれがあるという問題が生じていた。
【００１３】
この発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、発電して得られた電気を伝達する際に生じるエネルギーの損失を抑制し、エネルギー効率を向上することができると共に、自然破壊の発生を抑制することができる発電システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、この発明の請求項１に係る発電システムは、自然エネルギーを利用して発電する自然発電装置と、この自然発電装置により発電された電気によって駆動するモータと、このモータにより駆動させられて発電する発電機とを備え、モータと発電機との間には出力増大装置が介装されてモータの回転数を増加すると共に、発電機で作られた電気の一部は第一電力消費部に供給され、電気の残量の一部はモータで消費されることを特徴としている。
【００１５】
請求項１の発明によれば、モータの回転力は出力増大装置を介して発電機に伝達されるため、モータに供給される電気量が少なくても、このモータの回転数を上げることができる。
【００１６】
これにより、自然発電装置を発電して得られた電気が送電途中に生じるエネルギー損失で減少しても、このエネルギーの損失を補填することが可能となり、エネルギー損失を抑制することができる。そして、効率よく送電することができてエネルギー効率を向上させることができる。
【００１７】
また、エネルギー損失を抑制する際に、機械的な装置である出力増大装置を用いており、灯油等の燃料を使用することがないので、大気汚染の発生が生じることもなく、自然破壊を抑制することができる。
【００１８】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発電システムであって、発電機で作られた電気は、一部が第二電力消費部に供給されることを特徴としている。
【００１９】
請求項２の発明によれば、請求項１の効果に加え、発電機が発電した際に余剰電気が生じた場合であっても、無駄に消費することがなくなり、エネルギーを効率よく消費することができる。
【００２０】
請求項３に係る発明は、下部に気体流入口が設けられ、且つ、上部に気体流出口が設けられたほぼ鉛直方向に沿う筒状通路の中間又は下部に加熱手段が設けられると共に、該加熱手段の上方に軸流ファンが設けられ、前記筒状通路の外側に前記軸流ファンと連動する発電機が設けられた発電システムであって、加熱手段は、自然エネルギーを利用して発電する自然発電装置により発電された電気によって加熱する電気炉を有すると共に、発電機で作られた電気の一部は第一電力消費部に供給され、電気の残量の一部は電気炉で消費されることを特徴としている。
【００２１】
請求項３の発明によれば、筒状通路内の空気を加熱手段で加熱することにより発生する上昇渦気流によって、大きな回転力を得ることが可能となり、僅かな電力で加熱手段を加熱したとしても、大きな回転力で発電機を駆動することができる。
【００２２】
そのため、自然発電装置で得られた電気を加熱手段に送電する際にエネルギー損失が発生しても、この損失を補填することができ、エネルギー損失を抑制する共にエネルギー効率の向上を図ることが可能となる。
【００２３】
また、自然発電装置を利用した電気により加熱する電気炉によって筒状通路内に上昇渦気流を発生させるので、窒素酸化物等の有害物質が空気中に混入することがなく、大気汚染の発生がなくなって自然破壊を抑制することができる。
【００２４】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載の発電システムであって、電気炉は電磁波により被加熱物を発熱させる誘電加熱装置であると共に、筒状通路の内部に霧を発生させる噴霧器を有していることを特徴としている。
【００２５】
請求項４の発明によれば、請求項３の効果に加え、電気炉が噴霧器を有する誘電加熱装置であるので、筒状通路内の空気を効率よく短時間で高温にすることが可能となり、僅かな電気であっても上昇渦気流を発生させることができる。
【００２６】
請求項５に係る発明は、請求項３又は４に記載の発電システムであって、発電機で作られた電気は、一部が第二電力消費部に供給されることを特徴としている。
【００２７】
請求項５の発明によれば、請求項３又は４の効果に加え、発電機が発電した際に余剰電気が生じた場合であっても、無駄に消費することがなくなり、エネルギーを効率よく消費することができる。
【００２８】
請求項６に係る発明は、請求項３ないし５のいずれか一つに記載の発電システムであって、軸流ファンと発電機との間に出力増大装置が介装されたことを特徴としている。
【００２９】
請求項６の発明によれば、請求項３ないし５のいずれか一つの効果に加え、軸流ファンの回転力は出力増大装置を介して発電機に伝達されるため、軸流ファンに当たる上昇渦気流が弱く、この軸流ファンの回転数が少なくても、出力増大装置によって発電機の回転数を上げることができる。
【００３０】
これにより、軸流ファンが回転することにより得られたエネルギーを発電機に伝達する際に、このエネルギーの損失を抑制することができ、エネルギー効率を向上させることができる。
【００３１】
請求項７に係る発明は、請求項１ないし６のいずれか一つに記載の発電システムであって、自然発電装置は風力発電機であって、この風力発電機は、風力を回転力に変換するファンと、このファンにより駆動させられて発電する発電機と、ファンと発電機との間に介装されてファンの回転数を増加させる出力増大装置とを備えていることを特徴としている。
【００３２】
請求項７の発明によれば、請求項１ないし６の効果に加え、自然発電装置はファンの回転力を増加させる出力増大装置を有した風力発電機であるので、風のエネルギーを発電機に伝達する際に、このエネルギーの損失を抑制することができ、エネルギー効率の向上を図ることができる。
【００３３】
請求項８に係る発明は、自然エネルギーを利用して発電する自然発電装置と、該自然発電装置により発電された電気によって駆動するモータと、該モータにより駆動させられて発電する発電機とを備えた発電システムであって、前記モータと前記発電機との間に介装されて前記モータの回転数を増加する出力増大装置と、前記発電機で作られた電力により水の電気分解を行って水素を貯蔵する水素発生貯蔵装置と、を備えることを特徴としている。
【００３４】
請求項８の発明によれば、前記発電機で作られた電力により水の電気分解を行って水素を貯蔵する水素発生貯蔵装置を備えるため、前記自然発電装置により得られた自然エネルギーを化学エネルギーとして蓄えておくことができ、バッテリーに蓄えた場合に生じる僅かなエネルギー損失を無くして、更なるエネルギー効率の向上を図ることができる。
【００３５】
請求項９に係る発明は、前記水素発生貯蔵装置が、電解質水溶液を貯留する電解槽と前記電解質水溶液内に挿入された電極管とを備え、前記発電機で作られた電力に基づく直流電流のマイナス極端子を前記電極管に接続して陰極とし、前記直流電流のプラス極端子を前記電解槽に接続して該電解槽を陽極として、前記電解質水溶液中の水の電気分解を行うことを特徴とする請求項８に記載の発電システムである。
【００３６】
請求項９の発明によれば、前記直流電流のプラス極端子を前記電解槽に接続して該電解槽を陽極とするため、前記電解槽を利用して水の電気分解を行うことができる。
【００３７】
請求項１０に係る発明は、前記電極管の上方に水素捕集容器を設けると共に該電極管の外周壁に絶縁部材を設け、前記電極管の内側に水素を発生させることにより前記水素捕集容器に水素を捕集することを特徴とする請求項９に記載の発電システムである。
【００３８】
請求項１０の発明によれば、前記電極管の上方に水素捕集容器を設けると共に該電極管の外周壁に絶縁部材を設け、前記電極管の内側に水素を発生させることにより前記水素捕集容器に水素を捕集するため、別途の分離手段や捕集手段を設けることなく、容易に、水素を捕集することができ、設備費用を削減することができる。
【発明の効果】
【００３９】
この発明は、発電して得られた電気を伝達する際に生じるエネルギーの損失を抑制し、エネルギー効率を向上することができると共に、自然破壊の発生を抑制することができる発電システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、実施例に基づき本発明を実施するための形態を説明する。
【実施例１】
【００４１】
以下、図面に基づいてこの発明の実施例１を説明する。
【００４２】
図１に示す１０は、自然発電装置を利用した発電システムである。この発電システム１０は、電気を蓄えるバッテリー１１と、バッテリー１１に充電電気を供給する自然発電装置５０と、バッテリー１１に蓄えられた電気により駆動するモータ１２と、モータ１２により駆動させられて発電する発電機１３とを備えている。
【００４３】
ここで、自然発電装置２０とバッテリー１１との間には、第一充電回路１４が設けられている。
【００４４】
一方、発電機１３には、発電した電気をバッテリー１１に伝達する充電経路１６と、発電した電気を第一電力消費部である家庭用負荷１７に伝達する供給経路１８とが接続されている。この供給経路１８は分岐され、発電した電気を第二電力消費部である電力会社１９に送電（買電）することができる。なお、発電機１３とバッテリー１１との間には、第二充電回路１５が設けられている。
【００４５】
さらに、モータ１２と発電機１３との間には、モータ１２の回転数を増加させる出力増大装置１００が介装されている。
【００４６】
また、自然発電装置５０は、風力発電機６０と、太陽発電機７０とを有している。
【００４７】
この風力発電機６０は自然の風力を利用して電気を得る装置であり、風力を回転力に変換するファン６１と、このファン６１の回転数を増加させるファン用出力増大装置６２と、このファン用出力増大装置６２を介してファン６１により駆動して発電する小型発電機６３とを備え、さらにＡＣ／ＤＣ変換機６４が接続されている。
【００４８】
さらに、太陽発電機７０は太陽光エネルギーを利用して電気を得る装置であり、太陽光エネルギーを電気的エネルギーに変換する太陽電池パネル等を有している。なお、この太陽電池パネルが発電することで得られる電気は直流電流であるので、ここではＡＣ／ＤＣ変換機６４は接続されていない。
【００４９】
出力増大装置１００は、図２に示すようなものであり、モータ等の回転駆動源からの回転駆動力を伝達するに当たり、駆動力の伝達先である機械器具等と回転駆動源との間に介在させて、回転駆動源の回転数を機械的に増加させて伝達するものである。
【００５０】
そのため、回転力を伝達する際に生じるエネルギー損失を抑制することができ、出力効率を向上させることが可能となる。
【００５１】
なお、この図２に示す出力増大装置１００は、入力軸１０１を水平方向に配置する場合の構成となっている。
【００５２】
図２に示されるように、本装置１００は、入力軸１０１と、入力軸１０１を軸支する側板１０３、１０４を有する断面倒コ字形のフレーム１０２と、フレーム１０２の一方の側板１０３に固定される静止内歯車１０５と、静止内歯車１０５に内接噛合する一対の遊星ギヤ１０８、１０９を含む駆動部１０７と、駆動部１０７の回転に伴って回転駆動される出力部１２０とを有している。
【００５３】
静止内歯車１０５は複数の脚部１０６を有していて、側板１０３から間隔をおいて側板１０３の内面側に固定されている。
【００５４】
駆動部１０７は、対置されて入力軸１０１に回転自在に支持される軸支アーム１１０、１１１と、軸支アーム１１０、１１１間に挟まれてギヤ軸１１５、１１６に軸支される一対の鼓状体１１２、１１３を有している。
【００５５】
鼓状体１１２、１１３は、一端に遊星ギヤ１０８、１０９を備え、他端にディスク１１７、１１８を備えている。１１４は、遊星ギヤ１０８、１０９間に配置されて、遊星ギヤ１０８、１０９双方に噛合した状態で入力軸１０１に固定される入力ギヤである。
【００５６】
出力部１２０は、入力軸１０１に軸支される軸筒１２１と、軸筒１２１から両側に延びる主アーム１２２、１２３と、各主アーム１２２、１２３の端部から内曲りに湾折曲状態に延び、先端において受ローラ１２６、１２７を軸支する第一アーム１２４、１２５と主アーム１２２、１２３の端部から第一アーム１２４、１２５逆方向に内曲がりに湾折曲されて延び、先端において受ローラ１３０、１３１を軸支する第二アーム１２８、１２９と、軸筒１２１に固定される出力手段１３２とを有している。
【００５７】
上記構成において、モータ等の動力手段によって、例えば入力スプロケット１０１ａを介して入力軸１０１が回転駆動されるが、その回転動力の伝達経路をみてみると、入力軸１０１の回転は、まずそれに固定されている入力ギヤ１１４に直接伝達され、入力ギヤ１１４は、それに噛合している遊星ギヤ１０８、１０９を回転させようとする。これにより、遊星ギヤ１０８、１０９は、それぞれギヤ軸１１５、１１６を軸に自転しようとするが、遊星ギヤ１０８、１０９は固定されていて回転しない静止内歯車１０５にも噛合しているので、遊星ギヤ１０８、１０９の自転は、静止内歯車１０５に沿った入力軸１０１を軸とする公転として現れる。
【００５８】
この遊星ギヤ１０８、１０９の自転及び公転運動は、そのままディスク１１７、１１８の自転及び公転運動となり、このディスク１１７、１１８の公転運動に伴い、ディスク１１７、１１８に当接している受ローラ１２６、１２７が押される。その結果、受ローラ１２６、１２７を軸支している第一アーム１２４、１２５が円弧状に引っ張られるので、第一アーム１２４、１２５が固定されている主アーム１２２、１２３、及び、主アーム１２２、１２３が固定されている軸筒１２１が回転し、その回転が出力手段１３２から出力される。
【００５９】
このような回転動力の伝達過程において、入力が倍加して出力される。この点について説明すると、遊星ギヤ１０８、１０９が自転しようとする際、そこにテコの原理が働いていることが分かる。すなわち、その場合、遊星ギヤ１０８、１０９と静止内歯車１０５との接点が支点となり、遊星ギヤ１０８、１０９と入力ギヤ１１４との接点が力点となり、そして、ギヤ軸１１５、１１６が作用点となるが、支点と作用点間の距離よりも支点と力点間の距離の方が長いので、入力よりも出力の方が大となる。
【００６０】
そして、この出力された回転動力は、作用点となるギヤ軸１１５、１１６に対する押圧力として略すべて伝達されるので、この出力増加装置１００によって倍加された回転動力を上記経路を経て出力することができる。
【００６１】
なお、入力軸１０１が逆回転する場合は、遊星ギヤ１０８、１０９が上記とは逆の方向に公転し、ディスク１１７、１１８が第二アーム１２８、１２９側の受ローラ１３０、１３１を押圧する。これにより、出力手段１３２から逆回転の出力がなされる。
【００６２】
また、風力発電機６０が有するファン用出力増大装置６２は、出力増大装置１００と同様の構造となっているので説明は省略する。
【００６３】
次に、この発電システム１０の作用について説明する。
【００６４】
この発電システム１０によって発電した電気を電力消費部である家庭用負荷１７及び電力会社１９に供給するには、まず、自然発電装置５０によって発電する。
【００６５】
このとき、風力発電装置６０で発電するには、まず風力によってファン６１を回転させ、この回転数をファン用出力増大装置６２によって増加させてから小型発電機６３に伝達し、この小型発電機６３を駆動して発電させる。
【００６６】
ここで、この風力発電機６０は、ファン６１の回転力を増加させるファン用出力増大装置６２を有しているので、ファン６１で得られた風のエネルギーをほとんど低減させることなく小型発電機６３に伝達することができる。そのため、エネルギー損失を低減させて効率よく発電することができ、エネルギー効率の向上を図ることができる。つまり、通常の風力発電機で発電する場合よりも、ファン用出力増大装置６２を利用することでより大きな電気を得ることが可能となる。
【００６７】
そして、この小型発電機６３が発電して得られた電気はＡＣ／ＤＣ交換機６４を介して直流電流に変換された後、第一充電回路１４を介してバッテリー１１に伝達され、このバッテリー１１に蓄えられる。
【００６８】
また、太陽発電機７０が発電して得られた電気は直流電流であるので、直接第一充電回路１４を介してバッテリー１１に伝達され、このバッテリー１１に蓄えられる。
【００６９】
このように自然発電装置５０が発電して得られた電気は、常時バッテリー１１に蓄積されるので、バッテリー１１はほぼ満充電状態を維持できるようになっている。
【００７０】
バッテリー１１に一定量の電気が充電されると、図示しないスイッチを入れてモータ１２を駆動させる。このとき、モータ１２の回転数は出力増大装置１００によって増加してから発電機１３に伝達されるので、バッテリー１１からモータ１２に供給される電気量が少なくても、このモータ１２の回転数を上げることができる。
【００７１】
これにより、自然発電装置５０が発電して得られた電気が送電途中に生じるエネルギー損失で失われても、このエネルギーの損失を補填することが可能となり、エネルギーの損失を抑制することができる。そして、効率よく送電することができて、エネルギー効率を向上させることができる。
【００７２】
なお、この出力増大装置１００は電気エネルギーを使用せず、機械的に作動するものであるので、バッテリー１１等の電力を消費することはなく、バッテリー１１から供給される電気は、略すべて発電機１３を駆動するために使用することができる。
【００７３】
また、発電機１３が発電して得られた電気は、一部が供給経路１８を介して第一電力消費部である家庭で利用される家庭用負荷１７に伝達される。そして、この電力の残量の一部が充電経路１６を介してバッテリー１１に伝達されてバッテリー１１に蓄えられる。なお、バッテリー１１に蓄えられる電気は第二充電回路１５を介して蓄えられることとなる。
【００７４】
このように、発電機１３で発電された電気の一部をバッテリー１１に蓄えることで、自然発電装置５０の負荷を軽減することができ、例えば天候不順等により自然発電装置５０によって十分な電気を得られない場合であっても、バッテリー１１をほぼ満充電状態に維持することができる。
【００７５】
さらに、発電機１３により大量の電気が発電されて第一電力消費部である家庭用負荷１７及びバッテリー１１で消費できない場合、この電気の一部を第二電力消費部である電力会社１９に伝達することもできる。
【００７６】
このように複数の電力消費部に供給することで、発電機１３が発電してられた電気に余剰電気が生じた場合であっても、無駄に消費することがなくなり、効率よく消費することができる。
【００７７】
また、上述の実施例１では、第一電力消費部として家庭用負荷１７としたが、家庭用に限らず、大量の電気を消費する工場や店舗、ビル等であってもよい。
【００７８】
さらに、ここでは自然発電装置５０が発電することで得られた電気は、バッテリー１１に蓄えられてからモータ１２を駆動するために使用されているが、自然発電装置５０をモータ１２に直接接続させてもよい。
【００７９】
これにより、バッテリー１１に蓄えられることで生じる僅かなエネルギー損失も抑制することが可能となり、さらにエネルギー効率の向上を図ることができる。
【実施例２】
【００８０】
以下、図面に基づいてこの発明の実施例２を説明する。なお、上述の実施例１と同等部位については同じ符号を用い、詳細な説明は省略する。
【００８１】
図３に示す２００は、自然発電装置を利用した発電システムである。この発電システム２００は、下部２１０ａに外気に開放した気体流入口２１１が設けられ、且つ、上部２１０ｂに外気に開放した気体流出口２１２が設けられると共に、ほぼ鉛直方向に沿って起立する中空の筒状通路２１０と、自然エネルギーを利用して発電する自然発電装置５０とを備えている。そして、この筒状通路２１０内の中間部２１０ｃには、加熱手段２２０が設けられている。
【００８２】
また、この加熱手段２２０の上方には、第一軸流ファン２３０と第二軸流ファン２３１とが下側から順に設けられている。さらに、加熱手段２２０の下方には、モータファン２１３が配設されている。
【００８３】
そして、筒状通路２１０の外側には、第一、第二軸流ファン２３０、２４０と連動する複数の発電機１３が設けられている。
【００８４】
さらに、第一軸流ファン２３０と加熱手段２２０との間には、筒状通路２１０の内壁から突出するように設けられた複数のターボガイド（固定翼）２１４が形成されている。
【００８５】
加熱手段２２０は電気炉であり、直流電力をマイクロ波電力へ変換するＤＣ−ＲＦ変換器である真空管の一種のマグネトロン２２１と、マグネトロン２２１の先端部近傍に水を噴霧する噴霧器２２２とを備え、電磁波により被加熱物を発熱させる誘電加熱装置である。
【００８６】
マグネトロン２２１は、先端部から高周波の電波を発生させて噴霧器２２２から噴霧された水の分子を摩擦させ、摩擦熱を生じさせる。このように高温になった水により筒状通路２１０内に高温の水蒸気を発生させて、筒状通路２１０内の空気を加熱することが可能となっている。
【００８７】
また、このマグネトロン２２１には制御装置２５０の入力配電部２５１が接続されており、この入力配電部２５１から供給される電気によって駆動する。
【００８８】
噴霧器２２２は図示しないタンクを有し、筒状通路２１０内に挿入されたノズルからタンク内に貯留された水を霧状にして噴霧する。ここでは、マグネトロン２２１の上下に複数ずつ配置されている。また、この噴霧器２２２はマグネトロン２２１と連動しており、マグネトロン２２１から高周波の電波が発生すると同時に水を噴霧する。
【００８９】
ターボガイド２１４は、筒状通路２１０の内壁から中心に向かって突出し、周方向に並んでいる。そして、各ターボガイド２１４は、筒状通路２１０内に渦気流を発生しやすいように一方向に向かって湾曲している。
【００９０】
なお、ここでターボガイド２１４は、加熱手段２２０と第一軸流ファン２３０との間に形成されているが、加熱手段２２０とモータファン２１３との間に形成されていてもよい。
【００９１】
第一、第二軸流ファン２３０、２４０は、それぞれ鉛直方向に沿って回転自在に配設された回転軸２３１、２４１の周囲に、その長手方向に沿って多数の動翼２３２、２４２が固定されている。
【００９２】
また、回転軸２３１、２４１の上端部には、図示しないギヤを介して発電機１３の駆動軸１３ａが接続されている。さらに、回転軸２３１、２４１と駆動軸１３ａとの間には、出力増大装置１００が介装されている。
【００９３】
なお、ここでは１つの軸流ファンに対して２つの発電機１３を取り付け、合計４つの発電機１３によって発電している。
【００９４】
自然発電装置５０は上述の実施例１と同様の構成となっており、風力及び太陽光エネルギーを電力に変換して電気を得ることができる装置である。そして、この自然発電装置５０は、第一充電回路１４、バッテリー１１を順に介して制御装置の入力配電部２５１に接続されている。
【００９５】
また、出力増大措置１００も上述の実施例１と同様の構成となっており、モータ等の回転駆動源から入力された回転駆動力を伝達する際に、回転駆動源の回転数を機械的に増加させて伝達することができる。
【００９６】
発電機１３の出力端子（図示せず）はそれぞれ制御装置２５０の出力配電部２５２に接続され、発電機１３によって発電された電気は出力配電部２５２によって所定の供給先に供給される。
【００９７】
制御装置２５０は入力配電部２５１及び出力配電部２５２を有しており、それぞれ入力された電気が所定の供給先に伝達されるように電気を分配（分電）している。
【００９８】
入力配電部２５１は、入力側にバッテリー１１が接続され、出力側にモータファン２１３と加熱手段２２０のマグネトロン２２１とが接続されている。そして、この入力配電部２５１は、バッテリー１１から供給された電気をモータファン２１３とマグネトロン２２１とに分配してそれぞれ伝達する。
【００９９】
出力配電部２５２は、入力側に発電機１３が接続され、出力側に充電経路１６及び供給経路１８が接続されている。
【０１００】
そして、充電経路１６には第二充電回路１５を介してバッテリー１１が接続されて、このバッテリー１１に発電した電気が蓄えられるようになっている。一方、供給経路１８は中間部が分岐され、それぞれ第一電力消費部である家庭用負荷１７と第二電力消費部である電力会社１９に接続され、発電した電気を各電力消費部１７、１９に伝達できるようになっている。
【０１０１】
なお、ここで、自然発電装置５０はバッテリー１１を介して制御装置の入力配電部２５１に接続されているが、バッテリー１１ではなく、燃料電池であってもよい。燃料電池にすることにより、エネルギー損失を抑制して高い発電効率を得ることができる。
【０１０２】
次に、この電力システム２００の作用について説明する。
【０１０３】
この発電システム２００によって発電した電気を電力消費部である家庭用負荷１７及び電力会社１９に供給するには、まず、自然発電装置５０によって発電する。
【０１０４】
このとき、風力発電装置６０で発電するには、まず風力によってファン６１を回転させ、この回転数をファン用出力増大装置６２によって増加させてから小型発電機６３に伝達し、この小型発電機６３を駆動して発電させる。
【０１０５】
ここで、この風力発電機６０は、ファン６１の回転力を増加させるファン用出力増大装置６２を有しているので、ファン６１で得られた風のエネルギーをほとんど低減させることなく小型発電機６３に伝達することができる。そのため、エネルギー損失を低減させて効率よく発電することができ、エネルギー効率の向上を図ることができる。つまり、通常の風力発電機で発電する場合よりも、ファン用出力増大装置６２を利用することでより大きな電気を得ることが可能となる。
【０１０６】
そして、この小型発電機６３が発電して得られた電気はＡＣ／ＤＣ交換機６４を介して直流電流に変換された後、第一充電回路１４を介してバッテリー１１に伝達され、このバッテリー１１に蓄えられる。
【０１０７】
また、太陽発電機７０が発電して得られた電気は直流電流であるので、直接第一充電回路１４を介してバッテリー１１に伝達され、このバッテリー１１に蓄えられる。
【０１０８】
このように自然発電装置５０が発電して得られた電気は、常時バッテリー１１に蓄積されるので、バッテリー１１はほぼ満充電状態を維持できるようになっている。
【０１０９】
また、バッテリー１１に蓄えられる電気は風力や太陽光エネルギーを利用して得られた電気であるので、例えば火力発電のように窒素酸化物等の有害物質を発生させて空気を汚染したり、原子力発電のように放射性廃棄物を排出したりすることがない。そのため、自然破壊を惹起することなく完全にクリーンなエネルギーを得ることができる。
【０１１０】
そして、バッテリー１１に一定量の電気が充電されると、入力配電部２５１に電気が入力される。そして、入力された電気はこの入力配電部２５１によって分配され、マグネトロン２２１及びモータファン２１３にそれぞれ供給される。
【０１１１】
これにより、マグネトロン２２１から高周波の電波が発生すると共に、噴霧器２２２から水が噴霧される。そして、マグネトロン２２１からの電波によって水分子が摩擦されて高温の水蒸気が発生し、筒状通路２１０内の空気を暖める。この暖められた空気は比重が軽くなっており、上方に向かう上昇気流となる。
【０１１２】
このとき、この上昇気流はマグネトロン２２１から発生した電波によって加熱された水蒸気により発生するものであるので、例えば灯油等を燃焼して空気を加熱する場合と異なり、空気中に窒素酸化物や硫黄酸化物等の有害物質が混入することは絶対にない。そのため、空気を汚染することなく上昇気流を得ることができ、自然破壊を防止することができる。
【０１１３】
さらに、電熱器等を用いて空気を暖める場合と比較しても、効率よく高温の空気を得ることが可能となり、消費電力が少なくてよい。
【０１１４】
また、マグネトロン２２１から発生した電波によって生じた上昇気流により、マグネトロン２２１周辺の気圧が低下して低気圧が生じる。このため、この気圧を平衡するために筒状通路２１０の下部２１０ａに設けられた気体流入口２１１から空気が流入する。
【０１１５】
このとき、冷たい空気は暖かい空気の周囲から中心に向かって流れ込む性質を有しているため、気体流入口２１１から筒状通路２１０内に流れ込む空気は、気体流入口２２１の周囲から中心に向かって流れ込み、渦気流（トルネード）が発生することとなる。なお、一度渦気流が発生すると、さらに周囲から空気が渦を巻きながら流れ込むため、次第に渦気流の回転力は高まっていく。
【０１１６】
一方、モータファン２１３は駆動して、マグネトロン２２１の下方から上方に向かう気流を発生させる。
【０１１７】
このように発生した上昇渦気流は、モータファン２１３によって発生する上昇気流によりさらに強い回転力を有する渦気流になりながら上方に向かっていく。
【０１１８】
また、加熱手段２２０と第一軸流ファン２３０との間には複数のターボファン２１４が形成されているので、上昇渦気流の回転力をさらに強めることができる。
【０１１９】
このように発生した上昇渦気流によって第一軸流ファン２３０を回転させると共に、第二軸流ファン２４０を回転させる。そして、この第一、第二軸流ファン２３０、２４０の回転力で各発電機１３が駆動させられて、それぞれ発電する。
【０１２０】
つまり、加熱手段２２０であるマグネトロン２２１から発生する高周波波長により筒状通路２１０内の空気を高温にすることで生じた上昇渦気流は、上昇するにしたがい大きな回転力を得ることが可能となり、僅かな電力でマグネトロン２２１から高周波波長を発生させたとしても、大きな回転力で発電機１３を駆動することができる。
【０１２１】
そのため、自然発電装置５０で得られた電気を、入力配電部２５１等を介してマグネトロン２２１に送電する際に、エネルギー損失が発生したとしても、筒状通路２１０内で発生する渦気流によってエネルギー損失を補填することができる。そして、エネルギー損失を抑制する共にエネルギー効率の向上を図ることが可能となる。
【０１２２】
また、ここでは、第一、第二軸流ファン２３０、２４０のそれぞれの回転軸２３１、２４１と駆動軸１３ａとの間に、出力増大装置１００が介装されているので、回転軸２３１、２４１の回転力をさらに増幅させて発電機１３に伝達することができる。そのため、エネルギー損失をより抑制することが可能となる。
【０１２３】
そして、発電機１３が発電して得られた電気は、上述の実施例１と同様に、一部が供給経路１８を介して第一電力消費部である家庭で利用される家庭用負荷１７に伝達され、残量の一部が充電経路１６を介してバッテリー１１に伝達されてバッテリー１１に蓄えられる。
【０１２４】
このように、発電機１３で発電された電気の一部をバッテリー１１に蓄えることで、自然発電装置５０の負荷を軽減することができ、例えば天候不順等により自然発電装置５０によって十分な電気を得られない場合であっても、バッテリー１１をほぼ満充電状態に維持することができる。
【０１２５】
さらに、発電機１３により大量の電気が発電されて第一電力消費部である家庭用負荷１７及びバッテリー１１で消費できない場合、この電気の一部を第二電力消費部である電力会社１９に伝達することもできる。
【０１２６】
このように複数の電力消費部に供給することで、発電機１３が発電してられた電気に余剰電気が生じた場合であっても、無駄に消費することがなくなり、効率よく消費することができる。
【０１２７】
さらに、第一電力消費部として家庭用負荷１７としたが、家庭用に限らず、大量の電気を消費する工場や店舗、ビル等であってもよい。
【０１２８】
また、ここでは自然発電装置５０が発電することで得られた電気は、バッテリー１１に蓄えられてからモータ１２を駆動するために使用されているが、自然発電装置５０をモータ１２に直接接続させてもよい。
【０１２９】
これにより、バッテリー１１に蓄えられることで生じる僅かなエネルギー損失も抑制することが可能となり、さらにエネルギー効率の向上を図ることができる。
【０１３０】
そして、上述の実施例２では、加熱手段２２０の上方に第一、第二軸流ファン２３０、２４０とそれと連動する発電機１３を設けているが、発電容量に応じてさらに多くの軸流ファン及び発電機を設けてもよい。
【０１３１】
また、筒状通路２１０、軸流ファン、発電機を発電ユニット５００としてあらかじめ組み付けておくことにより、所望の発電容量に応じてこの発電ユニット５００を増減させればよく、発電容量の調整を容易に行うことができる。さらに、補修点検も容易に行うことができる。
【０１３２】
さらに、この発電ユニット５００を何台も取り付けることにより大きな電力（大出力）を得ることができる。そして、筒状通路２１０の高さが高くなるほど出力が増大することとなる。
【実施例３】
【０１３３】
以下、図面に基づいてこの発明の実施例３を説明する。なお、上述の実施例１及び２と同等部位については同じ符号を用い、詳細な説明は省略する。
【０１３４】
図４に示す３００は、自然発電装置を利用した発電システムである。この発電システム３００は、上部３１０ａを僅かに残して地中に埋設された中空の第一筒３１０と、この第一筒３１０内に挿入されると共に上部３２０ａが地中から突出した中空の第二筒３２０と、自然エネルギーを利用して発電する自然発電装置５０とを有している。なお、この第一、第二筒３１０、３２０はほぼ鉛直方向に沿って起立している。また、図中の「ＧＬ」とは地中と地上との境界（地表面）を示しており、このＧＬよりも下方が地中であり、上方が地上である。
【０１３５】
第一筒３１０は、下部３１０ｂに防水性及び断熱性を有する閉塞部材３１１が設けられて閉塞されると共に、地上から突出した上部３１０ａの周面には外気に開放した気体取入口３１２が設けられている。
【０１３６】
また、閉塞された第一筒３１０の下部３１０ｂには、図示しない排水開口が形成されると共に、排水ポンプ３１３が配置されている。そして、この排水ポンプには自然発電装置５０によって発電された電気が供給されるようになっており、この排水ポンプ３１３によって第一筒３１０内に貯留する水を汲み出し、排水開口（図示せず）を介して地中に排水するようになっている。
【０１３７】
さらに、この排水ポンプ３１３の上方には、多数の通気孔３１４ａを有する支持板３１４が設けられている。
【０１３８】
第二筒３２０は、第一筒３１０内に設けられた支持板３１４上に立設されている。この第二筒３２０の下部３２０ｂには、閉塞部材３１１に対向して開放した気体流入口３２１が設けられ、上部３２０ａには外気に開放した気体流出口３２２が設けられている。
【０１３９】
そして、この第二筒３２０の下部３２０ｂ近傍には、加熱手段３３０が内蔵され、地上から突出した部分には、複数の発電ユニット５００（実施例２参照）が直列に設けられている。
【０１４０】
加熱手段３３０は電気炉であり、図５に示すように、第二筒３２０の内壁面に沿って設けられた絶縁材３３１と、絶縁材３３１の内側に配置された加熱コイル３３２と、加熱コイル３３２の内側に挿入された導電体３３３とを備えている。
【０１４１】
絶縁材３３１は、合成ゴム等で形成されており、加熱コイル３３２に供給される電力が漏電して、第一、第二筒３１０、３２０に伝導されることを防止している。
【０１４２】
加熱コイル３３２は、銅等の導電性を有する線材により形成され、ソレノイド状に巻かれている。なお、ここでは、連続する１本の線材によって多数の加熱コイル３３２が形成されている。
【０１４３】
導電体３３３は、銅や鉄等の金属であり、加熱コイル３３２の内側に接触せず、且つ、両端がほぼ納まる大きさに形成されている。ここでは、第二筒３２０内に多数起立し、各導電体３３３がそれぞれ加熱コイル３３２内に挿入されている。
【０１４４】
そして、この加熱手段３３０は、自然発電装置５０から供給される電力によって発熱し、第二筒３２０内の空気を高温に加熱するようになっている。なお、加熱コイル３３２には後述する高周波発生装置３４０が接続されており、この高周波発生装置３４０から供給される交流電流（高周波電流）が供給されるようになっている。
【０１４５】
高周波発生装置３４０は、自然発電装置５０から供給された電力によって数ｋＨｚ〜数百ｋＨｚの交流電流（高周波電流）を発生させる装置である。
【０１４６】
ターボガイド３３４は、第二筒３２０の内壁から中心に向かって突出し、周方向に並んでいる。これらの各ターボガイド３３４は、筒状通路２１０内に渦気流を発生しやすいように一方向に向かって湾曲している。
【０１４７】
発電ユニット５００は上述の実施例２とほぼ同様の構成となっており、第二筒３２０に沿ってほぼ鉛直方向に配設された軸流ファン２３０と、この軸流ファン２３０によって駆動する一対の発電機１３とを有している。
【０１４８】
なお、ここでは軸流ファン２３０と発電機１３との間に出力増大装置が介装されていない構造となっている。また、ここでは二つの発電ユニット５００が設けられているが、それ以上設けていてもよい。
【０１４９】
自然発電装置５０は上述の実施例１及び実施例２と同様の構成となっており、風力及び太陽光エネルギーを電力に変換して電気を得ることができる装置である。そして、この自然発電装置５０は、第一充電回路１４、バッテリー１１を順に介して制御装置２５０の入力配電部２５１に接続されている。
【０１５０】
また、自然発電装置５０内に組み込まれた出力増大措置１００も上述の実施例１及び実施例２と同様の構成となっており、モータ等の回転駆動源から入力された回転駆動力を伝達する際に、回転駆動源の回転数を機械的に増加させて伝達することができる。
【０１５１】
そして、上述の実施例２と同様に、制御装置２５０を介して自然発電装置５０によって発電された電力と、発電ユニット５００によって発電された電力の一部とが、高周波発生装置３４０に供給されるようになっている。
【０１５２】
さらに、発電ユニット５００によって発電された電力の大部分は、第一電力消費部である家庭用負荷１７と第二電力消費部である電力会社１９に接続され、発電した電気を各電力消費部１７、１９に伝達できるようになっている。
【０１５３】
次に、この電力システム３００の作用について説明する。
【０１５４】
この発電システム３００によって発電した電気を電力消費部である家庭用負荷１７及び電力会社１９に供給するには、まず、自然発電装置５０によって発電する（実施例２参照）。
【０１５５】
そして、自然発電装置５０が発電して得られた電気は、バッテリー又は燃料電池１１に蓄積されると共に、このバッテリー又は燃料電池１１を介して制御装置２５０に供給される。
【０１５６】
さらに、この制御装置２５０に供給された電力は、高周波発生装置３４０に供給され、交流電流（高周波電流）を発生させる。そして、この高周波発生装置３４０によって発生した交流電流は、第二筒３２０内に配設された加熱コイル３３２に供給される。
【０１５７】
ここで、加熱コイル３３２がソレノイド状に巻かれているので、この加熱コイル３３２内に流れる電流によって磁界が発生する。このとき、加熱コイル３３２内に挿入された導電体３３３内部にも磁界が発生している。
【０１５８】
そして、この導電体３３３内部に発生した磁界によって、導電体３３３内に発生した磁界を打ち消すような方向に電流（うず電流という）が流れる。なお、このうず電流は導電体３３３の表面に近いほど多く流れる性質を有している。
【０１５９】
そして、このうず電流と導電体３３３の電気抵抗とによりジュール熱が発生し、導電体３３３を加熱していく。このとき、導電体３３３の表面に近いほどうず電流が多く流れているので、表面に近いほど発熱量も多くなる。
【０１６０】
このように導電体３３３が表面から昇温していくと、この導電体３３３の表面から同時に放熱も始まり、導電体３３３周囲の空気を暖めることとなる。
【０１６１】
これにより、第二筒３２０内の空気を暖め、暖められて比重が軽くなった空気によってこの代に筒３２０内に上方に向かう上昇気流が発生する。
【０１６２】
このとき、この上昇気流は加熱コイル３３２に電流を流すことで発生する磁界内に配置された導電体３３３に流れるうず電流によって暖められた空気によって発生するものであるから、上述の実施例２同様、空気中に窒素酸化物や硫黄酸化物等の有害物質が混入することが絶対になく、環境への悪影響が生じることがない。そして、空気を汚染することなく上昇気流をえることができ、自然破壊を防止することができる。
【０１６３】
さらに、分子を摩擦して発生する摩擦熱によって空気を暖める実施例２と比較しても、短時間で効率よく空気を暖めることが可能となり、消費電力を少なくすることができる。
【０１６４】
そして、第二筒３２０の下部３２０ｂに設けられた加熱手段３３０によって上昇気流が生じ、この加熱手段３３０の周囲の気圧が低下して低気圧が生じる。このため、第二筒３２０が立設された支持板３１４の通気孔３１４ａを介して第二筒３２０の下部３２０ｂに設けられた気体流入口３２１から空気が流入する。
【０１６５】
なお、この流入する空気は、第一筒３１０の上部３１０ａに設けられた気体取入口３１２から第一筒３１０内に流れ込み、この第一筒３１０内を下方に向かって流れて第二筒３２０に流入するようになっている。
【０１６６】
このとき、気体流入口３２１から第二筒３２０内に流れ込む空気は、気体流入口３２１の周囲から中心に向かって流れ込むので、第二筒３２０内に渦気流（トルネード）が発生することとなる。
【０１６７】
そして、このように発生した渦気流は、上方に向かうにつれて次第に強い回転力を有する渦気流になりながら上昇を続ける。ここで、上昇距離が長ければ長いほど大きな回転力を有する渦気流になるので、加熱手段３３０はできるだけ地中深くに設けられることが好ましい。
【０１６８】
そして、この上昇する渦気流によって発電ユニット５００の軸流ファン２３０が回転して発電機１３が駆動させられ、発電する。
【０１６９】
このとき、第二筒３２０内に発生する渦気流は、上昇するにしたがって大きな回転力を得ることができるので、加熱コイル３３２に流れた交流電流が小さいものであっても、大きな回転力で発電機１３を駆動することができる。
【０１７０】
そのため、自然発電装置５０で得られた電気を送電する際に、エネルギー損失が発生したとしても、第二筒３２０内で生じた渦気流によって渦気流によってエネルギー損失を補填することができる。そして、エネルギー損失を抑制する共にエネルギー効率の向上を図ることが可能となる。
【０１７１】
また、発電機１３が発電して得られた電気の一部を、上述の実施例１及び２と同様に、第一電力消費部である家庭で利用される家庭用負荷１７に伝達され、残量の一部をバッテリー１１に蓄える。
【０１７２】
このように、発電機１３で発電された電気の一部をバッテリー１１に蓄えることで、自然発電装置５０の負荷を軽減することができ、例えば天候不順等により自然発電装置５０によって十分な電気を得られない場合であっても、バッテリー１１をほぼ満充電状態に維持することができる。
【０１７３】
さらに、発電機１３により大量の電気が発電されて第一電力消費部である家庭用負荷１７及びバッテリー１１で消費できない場合には、上述の実施例１及び２と同様に、電気の一部を第二電力消費部である電力会社１９に伝達することもできる。
【０１７４】
このように複数の電力消費部に供給することで、発電機１３が発電してられた電気に余剰電気が生じた場合であっても、無駄に消費することがなくなり、効率よく消費することができる。
【０１７５】
さらに、実施例２と同様に、バッテリー１１の代わりに燃料電池を使用してもよい。これによりさらにエネルギー損失を抑制して高い発電効率を得ることができる。
【実施例４】
【０１７６】
本実施例４は、前記実施例１乃至３に用いた自然発電装置に水素発生貯蔵装置を接続し、これにより、水の電気分解を行って水素（Ｈ2）を取り出すものである。以下、図面に基づいて本発明の実施例４を具体的に説明する。なお、上述の実施例１と同等部位については同じ符号を用い、詳細な説明は省略する。
【０１７７】
まず、本実施例の発電システム４００の構成について説明する。この発明システム４００は、図６に示すように、自然発生装置５０と、この自然発生装置５０と電気的に接続された水素発生貯蔵装置４１０と、を備えている。
【０１７８】
水素発生貯蔵装置４１０は、電解装置４２０と、電解装置４２０から発生した水素を捕集して大気圧とほぼ同等の圧力で貯蔵する水素捕集容器４３０と、水素捕集容器４３０に貯蔵された水素を圧縮する水素圧縮装置としてのコンプレッサ４４０と、コンプレッサ４３０からの圧縮水素を貯蔵する高圧貯蔵容器としての高圧ボンベ４５０と、を備えている。
【０１７９】
電解装置４２０は、図６及び図７に示すように、電解質水溶液Ｌを貯留する電解槽４２２と、電解質水溶液Ｌ中にほぼ垂直に挿入された複数の電極管４２４、４２４・・と、電解槽４２２内の電解質水溶液Ｌを循環させると共にイオン交換水を補充して電解質水溶液Ｌの量及び電解質濃度を一定に保つ循環ライン４２６と、を備えている。
【０１８０】
電解槽４２２は、例えば、ステンレス容器からなり、その内面が白金めっきされた構成となっている。また、この電解槽４２２には電極端子接続用のフランジ４２２ａが形成されている。
【０１８１】
電極管４２４の上端には、フレキシブル接続具４２８と連結するための連結用フランジ４２４ａが設けられている。この連結用フランジ４２４ａには、端子片４２４ｄが形成されており、端子片４２４ｄには電極端子を接続できるようになっている。また、フレキシブル接続具４２８は、例えば、耐久性が高く且つ弾力性あるテトラフロロエチレン樹脂やフッ化エチレンプロピレン樹脂等からなり、電極管４２４は、フレキシブル接続具４２８を介して水素捕集容器４３０に接続された構成となっている。
【０１８２】
更に、電極管４２４の外周壁４２４ｂには、絶縁部材４２５が設けられている。この絶縁部材４２５は、外周壁４２４ｂの全周に渡り且つ外周壁４２４ｂと密着状態で保持されている。また、絶縁部材４２５の下端４２５ａは電極管４２４の下端４２４ｃより下方に突出した構成となっている。
【０１８３】
この絶縁部材４２５は、電気絶縁性を有し且つ耐薬品性を有することが望ましく、例えば、テトラフロロエチレン樹脂やフッ化エチレンプロピレン樹脂、パーフルオロアルコキシ樹脂等によって構成することができる。
【０１８４】
水素捕集容器４３０は、電極管４２４の上方に設けられている。また、水素捕集容器４３０には送気管４６０が設けられ、この送気管４６０によって水素捕集容器４３０と高圧ボンベ４５０とが接続されている。より詳しくは、送気管４６０の中間部分にはコンプレッサ４４０が設けられ、高圧ボンベ４５０はコンプレッサ４４０を介して水素捕集容器と接続された構成となっている。
【０１８５】
また、水素捕集容器４３０には、その内圧を計測する圧力計４３０ａが設けられている。そして、圧力計４３０ａとコンプレッサ４４０とが電気的に接続されており、図示しない制御装置によってコンプレッサ４４０が圧力計４３０ａの計測値に基づき運転／停止ができるようになっている。ここでは、水素捕集容器４３０の内圧が所定の圧力に到達したときは、コンプレッサ４４０が運転を開始して高圧ボンベ４５０に水素を圧縮充填する一方、水素捕集容器４３０の内圧が大気圧とほぼ同等の圧力となったときは、コンプレッサ４４０を停止するように構成されている。
【０１８６】
また、自然発生装置５０の小型発電機６３で作られた電力に基づく交流電流は、ＡＣ／ＤＣ変換器６４により直流電流に変換され、この直流電流のマイナス極端子Ｍが電極管４２４の端子片４２４ｄに接続されている。他方、前記直流電流のプラス極端子Ｐは電解槽４２２のフランジ４２２ａに接続されている。
【０１８７】
次に、このように構成された本実施例４の発電システム４００の作用について説明する。
【０１８８】
まず、風力を利用し、自然発電装置５０によって発電させる。このとき、風力発電機６０は、ファン６１の回転力を増加させるファン用出力増大装置６２を有しているので、前記実施例１と同様、ファン６１で得られた風のエネルギーをほとんど低減させることなく小型発電機６３に伝達することができる。そのため、エネルギー損失を低減させて効率よく発電することができ、エネルギー効率の向上を図ることができる。つまり、通常の風力発電機で発電する場合よりも、ファン用出力増大装置６２を利用することでより大きな電気を得ることが可能となる。
【０１８９】
また、この小型発電機６３により得られた電力の交流電流は、ＡＣ／ＤＣ交換機６４によって直流電流に変換され、水素発生貯蔵装置４１０に供給される。すなわち、前記直流電流のマイナス極端子Ｍが電極管４２４の端子片４２４ｄに接続され、前記直流電流のプラス極端子Ｐが、電解槽４２２のフランジ４２２ａに接続されており、これにより、自然発電装置５０の発生電力が水素発生貯蔵装置４１０に供給される。
【０１９０】
水素発生貯蔵装置４１０にこのように電力が供給されると、電解溶液Ｌが電気分解される。ここで、前記直流電流のマイナス極端子Ｍが端子片４２４ｄに接続されており、前記直流電流のプラス極端子Ｐがフランジ４２２ａに接続されているため、電極管４２４が陰極として機能し、電解槽４２２が陽極として機能する。そして、電極管４２４及び電解槽４２２が白金めっきされているため、陰極としての電極管４２４からは水素Ｈ2が発生し、陽極としての電解槽４２２からは酸素Ｏ2が発生する。更に、本実施例では、電極管４２４の外周壁４２４ｂに絶縁部材４２５が設けられているため、電極管４２４の内周壁から水素Ｈ2を発生させて容易に水素捕集容器４３０に捕集することができる。すなわち、電極管４２４の内周壁から発生した水素Ｈ2はフレキシブル接続具４２８を介して水素捕集容器４３０に自然に導入され、酸素と分離するための別途の手段を設けることなく容易に水素Ｈ2を捕集することができる。従って、設備投資を抑制してコスト削減を図ることができる。
【０１９１】
しかも、本実施例の発電システム４００では、絶縁部材４２５の下端４２５ａが電極管４２４の下端４２４ｃより下方に突出しているため、電極管４２４の下端４２４ｃから発生した水素Ｈ2も確実に捕集することができる。従って、電気エネルギーから化学エネルギーへの変換の際のエネルギー損失を微少に留めることができ、効率的に化学エネルギーに変換することができる。
【０１９２】
そして、水素捕集容器４３０内の水素Ｈ2が所定の圧力となると、圧力計４３０ａの計測値よりコンプレッサ４４０が運転を開始し、水素捕集容器４３０内の水素Ｈ2を吸引し圧縮して高圧ボンベ４５０に充填する。このようにして自然発電装置５０により得られた自然エネルギーを、高圧水素で高圧ボンベ４５０に貯蔵しておけば、バッテリーに蓄えた場合に生じる僅かなエネルギー損失を無くすことができ、更なるエネルギー効率の向上を図ることができる。しかも、このように高圧ボンベ４５０に高圧充填された水素Ｈ2の用途は多岐に渡り利便性に優れているため、実用上極めて有用である。
【０１９３】
そして、水素捕集容器４３０内の水素Ｈ2が大気圧とほぼ同等となると、圧力計４３０ａの計測値よりコンプレッサ４４０が運転を停止する。これにより、水素捕集容器４３０内が負圧になることを防止することができる。
【０１９４】
このように、発電システム４００によれば、電気エネルギーを化学エネルギーに効率的に変換し、更なるエネルギー損失の低減を実現すると共に、エネルギーの活用の自由度を高めることができる。
【０１９５】
特に、本実施例の発電システム４００では、陰極として機能する電極管４２４の外周壁４２４ｂに絶縁部材４２５が設けられている。従って、電極管４２４の内周壁から発生した水素Ｈ2だけを容易に捕集することができるため、酸素と分離するための別途の手段を設ける必要が無く、設備投資を抑制してコスト削減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１９６】
【図１】この発明に係る発電システムの第一実施例の構成を示す説明図である。
【図２】出力増大装置を示す分解斜視図である。
【図３】この発明に係る発電システムの第二実施例の構成を模式的に示す説明図である。
【図４】この発明に係る発電システムの第三実施例の構成を模式的に示す説明図である。
【図５】図４におけるＡ部の拡大図である。
【図６】この発明に係る発電システムの第四実施例の構成を模式的に示す説明図である。
【図７】この発明に係る発電システムの第四実施例の部分断面図である。
【図８】従来の発電システムの第一例の構成を示す図である。
【図９】従来の発電システムの第二例の構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１９７】
１０          発電システム
１２          モータ
１３          発電機
１７          家庭用負荷（第一電力消費部）
５０          自然発電装置
１００        出力増大装置
４１０        水素発生貯蔵装置
４２２        電解槽
４２４        電極管
４２５        絶縁部材
４３０        水素捕集容器
５００        発電ユニット
Ｐ            プラス極端子
Ｍ            マイナス極端子
Ｌ            電解質水溶液
Ｈ2           水素
【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】
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