(57)【要約】【課題】発電効率をより向上させることが可能な圧縮空気を利用した発電システムを提供する。【解決手段】貯水槽１１と、下端が上記貯水槽に連結された水柱管１２と、貯水槽１１の上部から延長された排気路１３と、排気路１３中に設けられた羽根車１４と、羽根車１４を回転させることによる回転力を電力に変換する発電機１５とを備え、水柱管１２を介して貯水槽１１に水を供給し続けて当該貯水槽１１内の水位を上昇させることにより貯水槽１１内の空気を圧縮し、圧縮空気が排気路１３から排出する際に羽根車１４を回転させる。【選択図】図１
2013151860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯水槽と、
下端が上記貯水槽に連結された水柱管と、
上記貯水槽の上部から延長された排気路と、
上記排気路中に設けられた羽根車と、
上記羽根車を回転させることによる回転力を電力に変換する発電機とを備え、
上記水柱管を介して上記貯水槽に水を供給し続けて当該貯水槽内の水位を上昇させることにより上記貯水槽内の空気を圧縮し、上記圧縮空気が上記排気路から排出する際に上記羽根車を回転させること
を特徴とする圧縮空気を利用した発電システム。
【請求項２】
上記貯水槽に貯水された水を排水するための開閉自在な排水管と、
外部から上記貯水槽内に空気を流入させる開閉自在な空気孔とを更に備え、
上記貯水槽への水の供給時には、上記排出口及び上記空気孔を閉めた上で、上記水柱管の水位が上記貯水槽内の水位よりも所定高さ以上となるように維持しつつ上記水柱管に水を供給し、
上記貯水槽への水の供給が終了した場合には、上記排水口と上記空気孔を開けること
を特徴とする請求項１記載の圧縮空気を利用した発電システム。
【請求項３】
請求項１又は２記載の圧縮空気を利用した発電システムが２列に亘って設けられ、
基管と、
基管から二方向に分かれた枝管と、
基管に流れる水を上記何れかの枝管に導く案内制御手段とを更に備え、
上記各枝管は、各列を構成する発電システムにおける水柱管へ導かれていること
を特徴とする請求項１又は２記載の圧縮空気を利用した発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
貯水槽内の圧縮空気により羽根車を回転させて電力に変換する圧縮空気を利用した発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水力発電装置は、取水ダムや貯水池等の水源から導水管を介して水車に加圧水を供給することによって水車を回転させ、回転する水車の駆動力により発電を行う。特に水力発電において用いられる水車は、加圧水を供給する箇所が一箇所であり、大きな発電エネルギーを得るには、より大きな直径からなる水車が必要となる。また、この発電効率を改善するためには、大きなダムを作り高いところから水を落下させて発電させる必要がある。このため、水道水等を利用した家庭用の水力発電装置としての実用化を考える上での障壁となっていた。
【０００３】
即ち、小型の水力発電装置とすることで一般家庭においても適用可能な構成を考える際、装置全体の小型化と、発電効率の向上の双方を同時に解決する必要があった。
従来においては、例えば特許文献１に示すように気泡による浮力を利用した発電システムが提案されている。この特許文献１の開示技術によれば、重力による下向きに引っ張られる力と、空気ポンプから出てきた気泡を空気溜めに溜めた浮力により環状構造物を回転させることを特徴としている。また、特許文献２においては、浮力を利用したパワーマシンが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２３９７２６号公報
【特許文献２】特開２００４−２７０５０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の開示技術によれば、あくまで空気ポンプを利用して空気溜めに空気を溜めるため、かかる空気ポンプの動力において多大なエネルギーを費やすことになる。また、この特許文献１の開示技術では、水面下にあることから、実質的には、水の位置エネルギー差に基づく水力発電としての恩恵を受けられないことになり、発電効率の面において劣るという問題点もあった。
【０００６】
また、特許文献２の開示技術においても同様に、浮力を利用した発電への応用は考えることができるものの、発電効率の面において改善の余地があった。
【０００７】
そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、水の位置エネルギー差に基づいて貯水槽内において圧縮空気を作り出し、この作り出した圧縮空気によって羽根車を回転させて発電を行うことにより、発電効率をより向上させることが可能な圧縮空気を利用した発電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る圧縮空気を利用した発電システムは、上述した課題を解決するために、貯水槽と、下端が上記貯水槽に連結された水柱管と、上記貯水槽の上部から延長された排気路と、上記排気路中に設けられた羽根車と、上記羽根車を回転させることによる回転力を電力に変換する発電機とを備え、上記水柱管を介して上記貯水槽に水を供給し続けて当該貯水槽内の水位を上昇させることにより上記貯水槽内の空気を圧縮し、上記圧縮空気が上記排気路から排出する際に上記羽根車を回転させることを特徴とする。
【０００９】
このとき、上記貯水槽に貯水された水を排水するための開閉自在な排水管と、外部から上記貯水槽内に空気を流入させる開閉自在な空気孔とを更に備え、上記貯水槽への水の供給時には、上記排出口及び上記空気孔を閉めた上で、上記水柱管の水位が上記貯水槽内の水位よりも所定高さ以上となるように維持しつつ上記水柱管に水を供給し、上記貯水槽への水の供給が終了した場合には、上記排水口と上記空気孔を開けるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
上述した構成からなる本発明によれば、水の位置エネルギー差に基づいて貯水槽内において圧縮空気を作り出し、この作り出した圧縮空気によって羽根車を回転させて発電を行うことにより、発電効率をより向上させることが可能な圧縮空気を利用した発電システムを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明を適用した発電システムの動作前の構成例を示す図である。
【図２】本発明を適用した発電システムの動作中の構成例を示す図である。
【図３】本発明を適用した発電システムを多段に亘って設けた状態を示す図である。
【図４】本発明を適用した発電システムを２列に並べた例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を適用した発電システムについて、図面を参照しながら詳細に説明をする。
【００１３】
図１、２は、本発明を適用した発電システム１の構成例を示している。図１は、発電システム１の動作前の状態を、また図２は、発電システム１の動作中の状態を示している。この発電システム１は、貯水槽１１と、下端が貯水槽１１に連結された水柱管１２と、貯水槽１１の上部から延長された排気路１３と、排気路１３中に設けられた羽根車１４と、羽根車１４を回転させることによる回転力を電力に変換する発電機１５と、貯水槽１１の底面から延長されている排水管２３と、貯水槽１１に貯水された水を排水するための開閉自在な電磁弁１６と、外部から貯水槽１１内に空気を流入させる開閉自在な空気孔１７とを備えている。
【００１４】
貯水槽１１は、水柱管１２から供給された水を所定量に亘り貯水する。この水槽１１に貯水された水は、排水管２３を通って外部へと排出されることになる。貯水槽１１に水を貯水することにより、その水位を徐々に高くすることが可能となる。この貯水槽１１は、後述する排水管２３、空気孔１７、排気路１３、水柱管１２を介して外部に開かれていることを前提としている。換言すれば、これら排水管２３、空気孔１７、排気路１３、水柱管１２を閉塞した場合には、この貯水槽１１は密閉状態となる。
【００１５】
水柱管１２は、上端が貯水槽１１よりも高くなるように鉛直上方に延長された構成とされている。なお、この水柱管１２は、このように鉛直上方に延長される場合に限定されず、それ以外の方向へ延長されるものであってもよい。この水柱管１２の途中には少なくとも一の電磁弁２４が設けられている。水柱管１２には、給水管２１を介して水が上から供給される。この水柱管１２に供給された水は、当該水柱管１２を流下し、電磁弁２４、流入口４１を通過して貯水槽１１へと流れ込むことになる。また電磁弁２４を閉めた状態では、図１に示すように、電磁弁２４より上部で水が溜められることになる。なお、この電磁弁２４の構成は省略するようにしてもよい。ちなみに、この水柱管１２において、給水管２１の構成を省略し、水柱管１２が水道管そのものとして構成するようにしてもよい。
【００１６】
排気路１３は、図に示すように貯水槽１１の天井面から上方に向けて延長された管体で構成されている。ちなみに、この排気路１３は、貯水槽１１の天井面に設けられている場合に限定されるものではなく、少なくとも貯水槽１１における上部に設けられていればよい。
【００１７】
排気路１３の途中において設けられた羽根車１４は、排気路１３を通過する圧縮空気によって回転可能とされている。ちなみに、この羽根車１４をより効率的に回転させるために、羽根車１４直下の管路を細くするようにしてもよいし、またかかる羽根車直下の管路をノズル状に構成するようにしてもよい。羽根車１４を通過した圧縮空気は、この排気路１３の出口１３ａから外部へと排出されることになる。
【００１８】
発電機１５は、上述した羽根車１４を圧縮空気によって回転させることにより、当該羽根車１４を構成する図示しない軸を回転させ、この図示しない軸の回転力を周知の方法によって電力に変換するものである。
【００１９】
排水管２３は、貯水槽１１の底面から延長されている。この排水管２３の途中には少なくとも一の電磁弁１６が設けられている。排水管２３には、貯水槽１１内の水が流れ込み、電磁弁１６を通過させて排水することが可能となる。また、電磁弁１６を閉めた状態では、図２に示すように、電磁弁１６より上部で水が溜められることになる。即ち、この排水管２３は、電磁弁１６によって貯水槽１１に貯水された水を排水するための開閉自在な構成とされている。
【００２０】
空気孔１７は、図に示すように貯水槽１１の天井面において設けられている。この空気孔１７は流入管２８に連結されており、当該流入管２８には、電磁弁２９が設けられている。この電磁弁２９を開くことにより、流入管２８を通じて空気孔１７から貯水槽１１内に空気を流入させることが可能となる。また、この電磁弁２９を閉めることにより、貯水槽１１内の空気が当該空気孔１７を介して外部へと流出してしまうのを防止することができる。即ち、この空気孔１７は、電磁弁２９により、外部から貯水槽１１内に空気を流入させる開閉自在な構成とすることが可能となる。
【００２１】
なお、上述した各電磁弁１６、２４、２９は、自動制御により開閉されるものであってもよいことは勿論である。係る場合には、図示しない水位センサーを貯水槽１１内に設置し、当該図示しない水位センサーにより検出された水位に応じて電磁弁１６、２４、２９を自動制御により開閉させるようにしてもよい。
【００２２】
次に本発明を適用した発電システム１の動作について、図面を参照しながら詳細に説明をする。
【００２３】
先ず図１に示すように、電磁弁２４を閉める。そして、給水管２１を介して水を水柱管１２へ供給する。電磁弁２４が閉められている状態にあることから、給水管２１から供給された水は水柱管１２内において貯水され、水柱管１２内の水位は次第に上昇していくことになる。ちなみに、この電磁弁２４を閉めた状態で給水管２１内に貯水している段階では、以前の発電のために貯水槽１１に貯水された水は、排水管２３を介して排水され、また排水の過程において、空気孔１７を介して外部から空気が流入されてくる。そして、貯水槽１１内は、ほぼ空気によって満たされている状態となっている。
【００２４】
次に図２に示すように、電磁弁１６、２９を閉めるとともに、電磁弁２４を開き、水柱管１２内の水を貯水槽１１へと排出する。また、この過程においても、給水管２１から水を供給し続ける。その結果、貯水槽１１内では、電磁弁１６が閉められていることから、水柱管１２からの水が貯水されることになり、時間の経過に応じて貯水槽１１内の水位が上昇していくことになる。そして、この水位が水柱管１２から貯水槽１１への流入口４１よりも高くなった場合、この貯水槽１１内に貯水された水の水面と、貯水槽１１の上面並びに周壁によって囲まれる空間４３を構成する空気が圧縮されることになる。
【００２５】
そして、空間４３内の圧縮空気がある気圧まで圧縮された場合に、図中矢印で示すように排気路１３を介して出口１３ａから外部へと排出されることになるが、その際に、この排気路１３の途中において設けられた羽根車１４が回転することになる。そして、この羽根車１４を回転させることによる回転力は、発電機１５によって電力に変換されることになる。
【００２６】
給水管２１からの水を供給し続けることにより、貯水槽１１内の水位は順次上昇し、この水位の上昇に応じて空間４３を構成する圧縮空気が排気路１３を介して出口１３ａから外部へと排出され、その過程において羽根車１４が回転されることになる。この貯水槽１１内の水位の上昇は、水柱管１２内の水位が貯水槽１１の水位よりも高い限り継続することになる。
【００２７】
また、貯水槽１１の水位が、当該貯水槽１１の上面に到達した場合には、電磁弁２４を閉めるとともに、給水管２１からの水の供給を一度停止する。そして、電磁弁１６、２９を開けることにより、貯水槽１１内に貯水された水を排水管２３を介して外部に排水するとともに、空気孔１７を介して外部から空気が流入されてくる。そして、貯水槽１１内は、ほぼ空気によって満たされている状態となり、図１に示すような状態に戻る。
【００２８】
上述した過程を繰り返し実行することにより、羽根車１４を回転させることによる回転力を発電機１５によって電力に変換することにより発電することが可能となる。ちなみに、電磁弁２４の構成を省略する場合には、電磁弁２４を開閉させる代わりに、給水管２１からの給水のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるようにしてもよい。
【００２９】
このように、本発明を適用した発電システム１では、水の位置エネルギー差に基づいて貯水槽１１内において圧縮空気を作り出し、この作り出した圧縮空気によって羽根車１４を回転させて発電を行うことにより、発電効率をより向上させることが可能となる。
【００３０】
なお、本発明では、水柱管１２の水位が貯水槽１１内の水位よりも所定高さ以上となるように維持しつつ給水管２１から水を供給するようにしてもよい。水柱管１２の水位が貯水槽１１内の水位よりも高くすることにより、水柱管１２の水位による位置エネルギーが、貯水槽１１の水位よりも高くすることが可能となる。かかる状態を維持することにより、水柱管１２から貯水槽１１へ水を供給することによる貯水槽１１内の水位上昇を起こさせることが可能となる。このとき、水柱管１２の水位が貯水槽１１内の水位よりも所定高さ以上高くするように水を供給することにより、空間４３を構成する圧縮空気の気圧を所定以上とすることが可能となり、より発電量を安定させることも可能となる。
【００３１】
また、図３に示す例では、上述の如き構成からなる発電システム１を多段に亘って設けた状態を示す図である。上段の発電システム１の貯水槽１１内に貯水された水を排水管２３を介して排水されてきた水は、下段の発電システム１における水柱管２１に注がれることになる。このようにして発電システム１を多段に亘って設けることにより、水を複数回の発電に効率的に利用することが可能となる。このとき、下段の発電システム１では、電磁弁２４の構成を省略し、この電磁弁２４の役割を、上段の発電システム１の電磁弁１６に担わせるようにしてもよい。
【００３２】
図４は、発電システム１を２列に並べた例を示している。左列の発電システム１と、右列の発電システム１がそれぞれ配列しており、またこれら発電システム１の上には、基管６０と基管６０から二方向に分岐した枝管６２とが設けられている。各枝管６２には管路を開閉するための電磁弁６１がそれぞれ設けられている。そして、枝管６２の一方は左列の発電システム１の水柱管１２に導かれ、他の一方の枝管６２は、右列の発電システム１の水柱管１２へと導かれる。
【００３３】
基管６０に水を流し、一方の電磁弁６１を開き、一方の電磁弁６１を閉めるように制御することにより、枝管６２の何れか一方のみに水を流すことができる。そして、一方の枝管６２に流れた水は、そのまま一方の発電システム１における水柱管１２へと導かれることになる。水柱管１２に流れた水はそのまま貯水槽１１へと流れ込むことになるが、図１に示すような水柱管１２に設けられるべき電磁弁２４の構成は省略することが可能となり、かかる電磁弁２４の役割を、電磁弁６１に担わせるようにしてもよい。なお、基管６０から何れか一方の枝管６２に水を導く案内制御手段は、電磁弁６１に限定されるものではなく、例えば基管６０と枝管６２を分離して構成するとともに、基管６０からの水を何れかの枝管６２に導くための図示しないヘラを設けるようにしてもよい。そして、このヘラは、例えばシリンダ等を利用して自動的に動作するようにしてもよい。
【００３４】
なお、本発明では、上水に限らず、中水、下水、家庭内等、水を利用するいかなる環境において適用することが可能となる。
【符号の説明】
【００３５】
１  発電システム
１１  貯水槽
１２  水柱管
１３  排気路
１４  羽根車
１５  発電機
１６、２４、２９  電磁弁
１７  空気孔
２３  排水管
４１  流入口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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