(57)【要約】【課題】いまや環境問題は世界的で、どのような業界でも安全で環境に問題のない製品が求められているが、本発明は電気エネルギーを安全で将来に渡り供給できるシステムを提供する。【解決手段】ソーラー発電システムと水力発電を組み合わせた、多槽式水循環型発電システムを提供し、効果を達成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
従来の山間部に設置する水力発電をいかなる地形の場所や都市部でも設置できる構造物の中に於いて水を循環させ発電させる多層式水循環型発電装置である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、構造物の中に数槽からなる上下の受水槽を設置し、水を上下に循環させて半永久的に発電を行い、地球温暖化ガスなどを排出しない環境に優しい効果的な発電システムで、又将来のエネルギー資源不足にも対応できる発電システムである。
【背景技術】
【０００２】エネルギーを確保するためには、地球上のあらゆる素材を使用し色々な分野で開発が行われているが、中でも電気エネルギーについては言えば、水力・火力・原子力・プルサーマルなど数々の開発が行われている。
これは文明の発達とともに、電気使用量が増大し、過去蝋燭などで生活していた時代と違い、いまや電気の無い生活は考えられず、たとえ数十分でも停電すれば、家庭の生活やビジネスなどに大きく影響する。【０００３】先日、中国の人口が１３億人になったと報道されたが、最近の中国は急速に経済が発展し、そのスピードには目を見張るものがある、しかしその急速な発展のため世界の素材が中国に集中すると言う現象が生じ、日本国内でも色々な素材の不足が生じている。
今後も更に中国の急速な発展とともに、素材の不足は加速するものと思われるが、これは火力発電に欠かせない石油資源に止まらず、原子力発電所に使用されるウラン鉱石なども不足するのは必定である。【０００４】電気エネルギーの発電システムは、治水の目的も含めた水力発電が基本的なシステムと思われる、このシステムは峻険な山間部の谷間にダムを構築し、水をせき止め、その水を上部から落としたときのエネルギーを利用して発電機を回転させ発電しているが、問題は工事の難易度や、自然的に土砂が堆積するため、時間の経過とともに、貯水量が減少し発電量が低下する問題点がある、しかし環境や治水問題などには有効である。【０００５】次に火力発電であるが、エネルギー源に石油を使用するため、焼却時に排出されるダイオキシンや地球温暖化に繋がる二酸化炭素の排出問題があった。しかし人体に悪影響のあるダイオキシンについては、８００度以上の高温で焼却すれば、分解出来るようになったのでダイオキシンの問題は解決されたが、高温のため石油の使用量や二酸化炭素の排出量が増え、地球温暖化には悪影響を与えている。
又、火力発電のエネルギー源となる、石油資源の枯渇化が進んでいる現状、将来的にこのまま安定した発電が可能とは思われない。【０００６】原子力発電所については、設置の計画段階で地域住民のコンセンサスが得られないなどの問題がある、これは日本が長崎・広島で受けた原爆被爆国としての反応であり、原子力は恐ろしいものとして認知されており、必ず反対運動が起きる。現在、日本で稼動している原発などでも、常時小さな事故があるが、数年前に大きな災害を出したソビエトの原子力発電所の事故等の例もあり、原子力発電所に対しては、住民は大きな不安を感じている、しかし原子力発電所を誘致すれば、地域における経済的恩恵もあるため、その危険と恩恵の狭間で容認している。
この様に原子力発電所は困難な状況にありながらも、発電コストが安価なため現在も各地で建設が進められているが、地元の反対運動などにより建設は遅々として進んでいない。
最近では廃棄処理できない使用済み核燃料を再利用する、プルサーマル発電所の計画などもあるが、上記記述の通りウランを使用する発電は被爆の危険性、住民の反対、使用済み核燃料の保管及び廃棄、ウランの確保、発電所内の作業員の防護服処理などの問題は山積し、今後永続的に稼動することは厳しい状況である。【０００７】発電システムにおいて、水力発電は建設工事の難易度や永続的に安定供給が出来ないなどの問題があり、又火力発電は地球の温暖化につながる二酸化炭素の排出、更に原子力発電所は放射能漏れなどの事故が相次ぐなど、現在稼動している各発電システムにはさまざまな問題が山積している、そのため発電に関してはもっと安全で環境に問題の無いものが求められている。【０００８】最近では比較的安全なソーラー発電や風力発電、波力発電、潮力発電、純循環式、混合循環式などの発電方式も開発されているが、これらの発電システムは太陽光、海水、河川の水、風などを利用したもののため設置場所や発電量の確保に問題があり完全な発電を、行なうのには容易ではない。
更に、多くのシステムは耐震性ではないため、地震の度に大丈夫だろうかと考えるが、日本のように地震の多い国では地震の影響を受けないシステムで無ければならない。
以上のように全ての発電システムが前述の課題をクリアしているものは無いため、本特許はその全ての課題を克服し、人類の将来にわたるエネルギーを提供したいと考えている。
本特許に関連したものとして、下記の特許に於いて発電装置の様々な開発がなされている。
【特許文献１】特開２０００−１１０７０２  特開２００４−２５１２５９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】前述の背景技術で記述した通り、基本的には今後のエネルギー源となる素材の減少に対応し環境にも問題がなく、更に地震などの自然災害にも対応できるなどの数々の課題を克服したシステムで、大型の地域全体対応型や小型の家庭用までに利用出来る発電システムである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】本発明は、多槽式水循環型発電システムであるが、上記課題の条件を満たすためには、発電のエネルギー源として石油や原子力を使用せず、自然の恵みである水を利用することが、もっとも最善の方法と思われる。【００１１】水を循環させるシステムにおいては、水資源を有効に循環させ無ければならない、しかし水は自然に蒸発するため、永遠に同じ水を使用することは出来ない、時としては水量の不足が生じることもある為、補助用受水タンクを設置し雨水を確保し補充する、天候により降雨量の少ない時期などについては、タンクローリー車などによる陸上輸送も可能で、また近くに水源があれば常時補充できるようにパイプラインで結び、自然蒸発した水を補充することも可能である。
本発明は水の種類は選ばないが海水の場合は全ての施設にコーティングなどの塩害対策が必要である、真水の場合は防錆処理を施せば問題はない、又本発電システムは設置場所を選ばないため、世界の都市部やその郊外、平野部、山間部、離島などに設置でき、特に場所の選定はしないものの、降雨量の少ない地域に於いては、蒸発する水の補充コストを削減するために、近隣に河川や海水があればそれに越したことはない。
従来の揚水式発電は、発電量より揚水にかかる消費電力が多く問題があったが、本発明はこの課題を克服したシステムである。【００１２】本発明を地震多発地域に設置する場合、地震の影響は避けられないが、耐震設備を設置しているためある程度の地震には対応できる、しかし地震の影響による津波なども考慮し海岸の近くでは高台に設置することが望ましい。【００１３】本発明は耐震構造となっているが、耐震装置は色々なメーカーが開発しているので、その中で最良の耐震装置を設置すればよい。又上下部の受水槽タンクの材質はコンクリート、ポリエチレン、強化プラスチック、ステンレス、鉄、などの材質でも問題は無いが、水圧に耐えられ、かつコストが安いもので耐震性に優れたものが優先される。
なお上下部受水槽はワンボックスに限らず適当な容量の数個から数十個となるボックスでも問題は無い、各ボックスにセンサー付バルブを使用し、最終的には主導水管へ接続すれば問題は解決できる。
上下部受水槽におけるバルブは水圧に耐えうる油圧バルブを使用し、上下部受水槽を連結する導水管は、コンクリート、ポリエチレン、強化プラスチック、ステンレス、鉄、などの材質で耐震性の高いものを使用し連結部分を蛇腹式とすることも可能である。
上下部受水槽は一槽に限らず、発電量を増やすためには二槽三層と槽数を増やす事も出来る。【００１４】水力発電における発電機は、一般的にフランシス発電機と言われる、水車による発電機が主流であるが、発電機には可変速発電機などもあり、発電機はとくに限定するものではないが、長期的に使用できかつ最大の発電量を可能とするもので、コストのかからないものを使用すればよい。【００１５】揚水システムは真空ポンプ方式を使用するが、上部真空室を真空状態に保った中で水を引き上げ落下させるため、真空状態を維持しなければならない、このような問題を解決するため、数本の真空ポンプを組み合わせたものを使用するが、将来においてはこれを纏める事も可能である。【００１６】ソーラーシステムについては構造物の屋根部分を利用し、一面にソーラーパネルを貼り付け発電させるものである、本発明の構造物規模の平面を横１０００ｍ縦１０００ｍとした場合、屋根面積は１００万ｍ２となる、その面積にｍ２１２０Ｗのソーラーパネルを使用した場合最高で１２万ｋＷの発電が可能で、発電所内の補助電力としては充分な発電量を確保できるが、天候の状態で発電量が変わるため、日々安定した発電は望めない。又ソーラーパネルは風圧に弱いと言う弱点があり台風などの気圧の変化が著しいときには、開閉式のカバーなどを掛ける必要がある。
日照方向は絶えず変化するために、温度センサーで上下する油圧シャフトを使用し、日照方向の変化に対しセンサーが光を感知してパネルを日照方向へ対面させるシステムである。【００１７】本発明は、構造物の中で水を落下させて発電を行なうため、上下部受水槽には相当量の重量が掛かるが、構造物の床部分の素材の中間に鉄板などを耐圧強化として使用することも可能である、又構造物の水重量に対する構造物全体の強度についてはＨ鋼などを井桁に組み重量に耐えられる構造とする。
また風圧などの問題があれば、円形の構造物でも特に問題はない。
発電に於いては水量と落差が発電量を左右するが、落差幅を縮小するために上部受水槽と下部受水槽の間に加圧室を設け、圧力をかけて有効落差を縮小することも可能である。
本発明では、上部受水槽と下部受水槽との間の水の落差は０〜数百メートルまで可能であるが、上下受水槽との間にはメイン油圧バルブを設け水量の調整などが自在にできるものとした。【００１８】発電に関しては、上部真空室に取り付けられた真空ポンプを作動し、真空室全体を真空にして水が上部真空室にたまれば、真空室のバルブを閉め真空状態を保てば水は自然に落下を始める、水は導水管を通り発電機へと送られ発電機は稼動を始める。【００１９】上部真空室からの水が発電機をとおり下部受水槽に落下と同時に、揚水ポンプを稼動させ、上部受水槽へ揚水する。
この状態は落下水量と揚水量が等しくなければならない。【００２０】このシステムは起動時には真空ポンプを作動させ水を引き上げるが、水の落下が始まれば、真空ポンプを止め真空室の真空度を保つだけで自然に水は引き上げられ落下を繰り返すため、揚水にかかる使用電力は抑えられ、発電量の大半が供給にまわせる。
但し揚水管と導水管との長さのギャップがあるため、ギャップの長さだけ電動揚水ポンプを使用しなければならない。
【発明の効果】
【００２１】今この地球においてはエネルギー素材の枯渇化が進み、従来のエネルギー源に変わる新しいエネルギー源の開発は、世界的な課題であり急務とされているが、地球環境を守れ永久的に使用できるエネルギー源の開発は厳しいものがある。本発明はシンプルな水を利用することで、電気エネルギーを供給できるシステムであるため、資源は半永久的に使用でき環境に対しても特に問題はないため、その効果は多大なものがある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】本発明を実施するための最良の形態は、各地域の電力供給会社との業務協定や、国とのコンセンサスを得て、国家プロジェクトとしてプラントを構築することが望ましい。
【実施例】
【００２３】上記の実施の結果については、図１の図面に於いて説明するが本発明は発電システムそのものが重要な課題である。
【産業上の利用可能性】
【００２４】本発明は、安全で環境にも優しく、かつ地震などの災害にも対応できる発電システムのため、石油・原子力などに頼ることなくエネルギーを確保できる。又将来的には都市部の中にスタンドとして設置し、自動車のガソリンなどに変わるエネルギーとして使用すれば利用の可能性は更に大きいものと思われる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】正面多槽構造図
【符号の説明】
１，発電機  ２、ソーラーパネル  ３、上部第一受水槽  ４、上部第二受水槽
５、下部第一受水槽  ６、下部第二受水槽  ７、貯水タンク  ８、揚水管
９、導水管  １０、発電室  １１、電動ポンプ用揚水管  １２、電動ポンプ
１３、第一真空室  １４、真空ポンプ  １５、第二真空室  １６、真空ポンプ
１７、耐震装置
【図１】
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