(57)【要約】      （修正有）【課題】水力発電は、立地的自然条件を基にして地形落差があり水量の豊富な場所に設置されているが、一度使用された水は殆どの場合再利用される事なく放流されている為渇水時は発電量が減少あるいは発電不可になる事がある。水を再循環利用し、設置場所は特定せず何処でも水力発電が出来るシステムと揚水機を提供する。【解決手段】水槽を上部と下部に設けその落差を発電に利用し水車を通過した水を下部水槽から上部水槽にパスカルの原理を応用し揚水する事で水の再循環使用を可能せしめ、システム運転使用電力以上の余剰電力を発生せしめることを可能とする。設置場所は一般住宅、工場内、大型店舗、病院、高層ビル、市街地、水資源の無い山間部等など何処でも水力発電が行える事を可能とした。【選択図】  図１
2007064192.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
揚水式再循環水力発電システムと揚水機で、水の落差を利用し、水車に直結した発電機を駆動するために系統内に上部水槽と下部水槽を設け、上部水槽を出た水が水車通過後下部水槽に導かれ、下部水槽に接続された揚水機はシリンダー構造で水車を通過した水は下部水槽よりシリンダー内部に導入され、シリンダー内部に導入された水はシリンダー内のピストンの圧力駆動によりパスカルの原理応用によって押し出され上部水槽へ揚水せしめ水の再循環を可能にすることを特徴とする揚水式再循環水力発電システムと揚水機。
【請求項２】
揚水機はシリンダー構造で断面形状は多角形円形等何れでも良く、シリンダー内のピストン駆動源は空気圧、水圧、油圧、磁力、固体移動等を利用しパスカルの原理応用によりピストンを加圧移動させることで下部水槽の水を上部水槽に揚水せしめ、ピストンの構造は内部を分割され２室を有し２室とも揚水と水吸い込み用に交互に加圧可能で、ピストンは揚水加圧部と駆動源注入部から成り口径を変え小口径側を駆動源注入部とし一方は揚水加圧用で小口径側加圧により揚水のためピストンを移動させ、ピストンの移動に支障の無いよう小口径側はスライド式の構造とすることで、シリンダー内を容易に往復運動せしめることが可能で、小さい加圧容積で大きな駆動力及び稼動力を発生させることを特徴とする請求項１の揚水式再循環水力発電システムと揚水機。
【請求項３】
上部水槽の構造は大気開放式で水の落差のみの方式又は密閉圧力式で水の落差と内部圧力を利用した水車の出力増加方式の何れでも良く、また揚水機の設置方向は横置き、縦置き何れでも良く、揚水機の設置数は１個以上複数個設置する事で揚水する水の流れを平滑にせしめることを可能とし、複数個設置する事で揚水機１個当たりの揚水容積も小さくて済み加圧動力源も小さく出来る事を特徴とする請求項１、２の揚水式再循環水力発電システムと揚水機。
【請求項４】
ピストン駆動用に空気圧を使用する場合の空気圧縮機の駆動を上部水槽からの水の位置エネルギーを利用する為に発電機と別な水車を設置駆動し、発電機で発電した電力を全て外部使用電力として使用可能とする事を特徴とする請求項１，２，３の揚水式再循環水力発電システムと揚水機。
【請求項５】
ピストン駆動源に空気圧を使用した場合、ピストン駆動後の排気空気圧を再利用しエネルギー節約のために、作動空気のピストンよりの排気を揚水管に注入し気水混合状態にする事で水柱の単位当りの重さが小さくなり揚水高を増加させることを可能としたことを特徴とした請求項１，２，３、４の揚水式再循環水力発電システムと揚水機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、水力発電のシステムと揚水方法に関するものである。本水力発電システムは水資源、地形落差等の立地的自然条件には殆ど関係なく何処にでも水力発電を可能とするために水の再循環使用可能なシステムにしたものである。水の落差を作り出すためにパスカルの原理を応用し揚水を行う方法である。初期起動時は外部動力源で起動し正常運転後は自家発電電力のみでシステム運転可能とし、かつ余剰電力発生せしめ外部への電力供給を可能とした発電システムである。本発電システムは高層ビル、市街地、個人住宅等の建物及び水資源に乏しい地域や平坦な地域にも設置可能であり設置場所は特に限定しない水力発電システムと揚水機である。
【背景技術】
【０００２】現在の水力発電は一般的には水資源の豊富な場所で自然落差が大きな場所にダム等を設置し発電されているものが殆どである。最近では小水力発電として色々なシステムが開発されているが使用された水は殆ど再発電に使用される事なく使用後は下流に放水され発電目的では使用されないことが殆どである。大型水力発電設備等では夜間電力を使用し揚水発電を実施しているがこれはピーク時対策であり常時発電ではなく自家発電電力のみでは運転出来なく効率も悪い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】従来の水力発電は上記の様に立地的自然条件を基にした発電が殆どであり、本発明のシステムと揚水機は一定量の水を再循環使用する事と、設備の設置場所は特に限定せず、水力発電を行い起動時のみ外部動力源を使用し正常運転後は自家発電電力のみでシステムを運転し、かつ余剰電力を発生せしめ外部への電力供給を可能にすることを課題とした。
【課題を解決するための手段】
【０００４】本発明は、上記課題を解決する為に発電システム内に上部水槽と下部水槽を設けて水槽間の高さの差を水の落差とし水の位置エネルギーを発電に利用する。配置は上部水槽、水車と発電機、下部水槽と配置し、水車を通過した水は下部水槽に導かれ、下部水槽に接続された揚水機で上部水槽に揚水する。揚水機はシリンダー構造でパスカルの原理を応用し水を揚水する。シリンダー内のピストン駆動力発生方法として水圧、空気圧、油圧、固体移動、磁力等を利用してピストンを駆動せしめ、シリンダー内の水を上部水槽に揚水し水の再循環を行う行程を繰り返す事で発電を持続的に行うことを可能とした。揚水高さはピストン駆動力を変化させる事で調整は可能であり発電量の調整を容易に行うことができ、上部水槽、下部水槽の設置が可能な場所ならば場所を特定する事無く解決する。
【発明の効果】
【０００５】本発明の水力発電システムと揚水機は自然の地形落差、水資源豊富等の自然的立地条件を必要とせず、市街地のビル、山間部、離島、住宅地等の場所で設置可能で自然的立地条件にあまり関係なく自家水力発電を可能とした。通常システム運転中は外部エネルギーを投入する事無く、また水を再循環使用する為初期充填の水以外は少量の補充程度の水で発電可能で、発電量に対して所内使用電力を賄っても余剰電力の発生を可能せしめ、外部への電力供給が可能となる。【０００６】平地な場所で設置が可能なため、従来の水力発電設備建設コスト及びプラント建設コストより安く建設が可能、または地下に設備を設置可能で従来の技術で設置が可能である。コストは初期製造建設コストのみで発電コストはメンテナンスコスト以外必要とせず低コストで発電が可能。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】以下に本発明に係る揚水式再循環水力発電システムと揚水機の好適な実施形態を添付図参照にしながら詳述する。図１はシステムの基本系統を示す図で水力発電に必要な落差は上部水槽水位１０と下部水槽の高水位９との高低差を落差として利用する為に上部水槽１と下部水槽２を設けその間を結ぶ降水管３の途中に水車を設置し水車に発電機を連結取付けし発電する。水車を回転させた水は下部水槽２に入り下部水槽に接続された揚水機内に導かれる、シリンダー構造の揚水機２ａ２ｂの図２の揚水室２５ａ２５ｂに入って水は揚水機のピストン図２の揚水室ａ、ｂ加圧ピストン２４ａ２４ｂ作動により排出され揚水機出口管７揚水管８を通り上部水槽１に揚水される。ピストンを往復運動させる事で連続的に揚水が可能となる。【０００８】下部水槽２内の水車出口配管６下流の水車出口管Ｕシール６ａをＵ字形状にする事で下部水槽の水位が異常低下しＵシール先端より水位の低下が有っても降水管３水車出口配管６内に空気の流入を防ぎ配管内のサーフォン切れを防止出来る。【０００９】揚水機２ａ、２ｂの作動説明は揚水機２ａの作動で説明を行う。（揚水機２ｂは反対の動きをする為）揚水機２ａからの揚水はパスカルの原理を応用し揚水される。揚水方法は空気圧縮機１１で圧縮された空気を圧縮空気タンク１３に蓄えピストン駆動用空気管１４を通じて揚水機２ａピストン加圧空気切替弁１４ａより揚水機２ａ図２揚水室ａ加圧ピストン加圧空気入口３０ａに空気が供給されると揚水機２ａ内のピストンは移動方向３３のＬ方向に移動する。この移動により揚水室ｂ２５ｂ内の水はピストンに押され揚水室ｂ水出口２９ｂを出て揚水機出口管７、揚水管８を経由し上部水槽１に揚水される。ピストンの往復運動の切り替えはピストンの位置を検出し行う。まず空気は図２の揚水室ａ加圧ピストン加圧空気入口３０ａに供給されピストンが移動方向３３のＬ側に移動し揚水を行い、ピストンが移動限界点に達した位置を検出しピストン加圧空気切替弁１４ａが切替り揚水機２ａの反対側の揚水室ｂ加圧ピストン加圧空気入口３０ｂに供給されると移動方向３３はＲ側に変わり揚水室ｂ２５ｂには下部水槽から水が供給される。揚水室ａ２５ａに有った水は押し出され上部水槽１に揚水される。空気切り替え弁１４ａの切り替わりで揚水室ａ加圧ピストン用シリンダー３１ａ内の空気は排気として排出される。この排気を纏めてピストン加圧空気排気管２２を通じて揚水管８の途中に注入する。揚水管に注入された空気は汽水混合の状態となり揚水管８の中を上昇することで水柱の単位当たりの重量が軽くなりより高く揚水を容易にする。この排気を再利用する事でエネルギーの節約につながる。【００１０】システム初期起動時は外部動力源１７により空気圧縮機モータ１２を駆動し空気圧縮機１１により圧縮空気を造る。この圧縮空気によりシステムを起動し揚水を始める。その後降水管３より水車を通過し水車を回転稼動せしめることにより発電を開始する。システムが正常運転に達したら電力制御盤１８により水車発電電力２０を空気圧縮機モータ駆動電力１９として切り替える。このとき水車発電電力２０の電力は空気圧縮機モータ駆動電力１９を使用しても余裕がある為余剰電力２１としてシステム以外の外部電力として供給使用する。【００１１】図２は揚水機の詳細を示す図であり構造の概略と作動について述べる。揚水機はシリンダー構造でありその中にピストンが２室一体で入っている。揚水機揚水加圧室２６ａと揚水機水導入加圧室２６ｂがありその部屋は揚水機加圧室仕切り２７で仕切られている。揚水室ａ加圧ピストン加圧空気入口３０ａに作動空気が注入されるとシリンダー内のピストンは移動方向３３のＬ側に移動を始める。それに伴って揚水室ｂ２５ｂ内の室内圧力が上昇し揚水室ｂ水出口２９ｂより水が押し出される。ピストンが移動方向３３のＬ側に移動する事で揚水室ａ２５ａの室内は低圧となり下部水槽に接続されている揚水室ａ水入口２８ａより水が供給され揚水室ａ２５ａは水が充満する。ピストン加圧空気切替弁１４ａをあるサイクルで切替を行い往復動作を繰返す事で下部水槽２に入った水は揚水機により上部水槽１に容易に継続的に揚水が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】揚水式再循環水力発電システムの概要を示す系統図である。
【図２】揚水機の詳細を示す構造図である。
【図３】揚水機の作動でＬ側が揚水完了の状態を示す図である。
【図４】揚水機の作動でＲ側が揚水完了の状態を示す図である。
【符号の説明】
【００１３】  １    上部水槽
２    下部水槽
２ａ  揚水機ａ
２ｂ  揚水機ｂ
３    降水管
４    発電用水車
５    発電機
６    水車出口管
６ａ  水車出口管Ｕシール
７    揚水機出口管
８    揚水管
９    下部水槽高水位
１０    上部水槽低水位
１１    空気圧縮機
１２    空気圧縮機モータ
１３    圧縮空気タンク
１４    揚水機駆動用空気管
１４ａ  揚水機ａピストン加圧空気切替弁
１４ｂ  揚水機ｂピストン加圧空気切替弁
１５ａ  揚水機ａ揚水室ａピストン加圧空気
１５ｂ  揚水機ａ揚水室ｂピストン加圧空気
１６ａ  揚水機ｂ揚水室ａピストン加圧空気
１６ｂ  揚水機ｂ揚水室ｂピストン加圧空気
１７    外部電力
１８    電力制御盤
１９    空気圧縮機モータ駆動電力
２０    水車発電電力
２１    余剰電力
２２    ピストン加圧空気排気管
２３    揚水機本体
２４ａ  揚水室ａ加圧ピストン
２４ｂ  揚水室ｂ加圧ピストン
２５ａ  揚水室ａ
２５ｂ  揚水室ｂ
２６ａ  揚水室ａ加圧室
２６ｂ  揚水室ｂ加圧室
２７    揚水加圧室仕切り
２８ａ  揚水室ａ水入口
２８ｂ  揚水室ｂ水入口
２９ａ  揚水室ａ水出口
２９ｂ  揚水室ｂ水出口
３０ａ  揚水室ａ加圧ピストン加圧空気入口
３０ｂ  揚水室ｂ加圧ピストン加圧空気入口
３１ａ  揚水室ａ加圧ピストン用シリンダー
３１ｂ  揚水室ｂ加圧ピストン用シリンダー
３２ａ  揚水室ａ加圧ピストンスライド部パッキン
３２ｂ  揚水室ｂ加圧ピストンスライド部パッキン
３３    移動方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
2007064192.tif 000005
【図４】
2007064192.tif 000006