(57)【要約】      （修正有）【課題】水圧と圧縮空気及び大気圧を利用した発電システム及び発電方法を改良する。【解決手段】常時水が張られた水槽１００と、基部が水槽１００の水面下に延出し上面が水面より例えば７ｍ（メートル）〜８ｍの高さの気密構造の揚水棟２００と、揚水棟２００の最上部より所定距離下側に連結廃ほぼ水平に延出する下部導水路２６０と下部導水路２５０入り口（基部）に設けられた揚水された水を下部導水路２６０に流すか否かを制御可能なゲート３００と、下部導水路２６０内に圧縮空気を噴出して圧縮空気の出射方向と水の流れる方向を一致させて効率よく大気圧室４００に供給し、大気圧室４００底部から水槽１００の水面下まで延出する導水路３５０と、導水路３５０下部内の水槽１００の水面下付近に配設された水車式発電機の発電水車７００とを備え、圧縮空気を再利用可能とする水圧・圧縮空気及び大気圧を利用した発電方法とその発電機を提供する。【選択図】図１
2017053246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも下部が液体で満たされた貯液部と、
前記貯液部の液面下部に沈み、上部が液面上部に出る様に設置され、上端部近傍の前記液面より所定の高さ位置に液取り出し口が設けられた揚水路と、
一定量の圧縮気体を貯蔵する圧縮気体貯蔵手段と、
前記液取り出し口から揚水された液体を一定距離下方に導出する上部導水路と、
前記上部導水路の下降端部に連結し前記液体を水平に送り出す入口に開閉式のゲートが配設された水平導水路と、
水平導水路に連通し上部が気体圧縮機に連結し、下部は発電水車に前記液体を供給する導水路に連結し、少なくとも前記水平導水路連結部下方に前記液体を集液可能な集液部と、
前記気体圧縮機で圧縮された気体を貯蔵する圧縮気体貯蔵タンクと、
前記圧縮気体貯蔵タンクよりの圧縮気体を前記水平導水路入口から前記集液部方向に出射する圧縮気体供給路と、
前記集液部底部から前記発電機に集液した液体を供給するほぼ垂直に配設された導水路と、
前記導水路下部に設けられ、前記導水路より落下する液体の落下エネルギーで発電する発電手段とを備えることを特徴とする発電システム。
【請求項２】
前記圧縮気体供給路端部は前記水平導水路内に配設された上下２段の圧縮空気射出口を備えることを特徴とする請求項１記載の発電システム。
【請求項３】
前記集液部は前記水平導水路から圧縮空気と共に送り込まれる前記液体を下方に集液すると共に、前記水平導水路から所定間隔位置に前記水平導水路から射出される圧縮空気を上方に送るための仕切り板を備え、
前記仕切り板は下方端部が集液した液体水面下まで延出し、上方端部が前記気体圧縮機への連結部近傍まで延出していることを特徴とする請求項１または請求項２記載の発電システム。
【請求項４】
前記貯液部の液面上部を気密状態に維持する気密部と、
該気密部内を加圧して大気圧以上の高圧状態に維持する高圧維持部とを備え、前記湯水路の高さを上げることが可能に構成することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発電システム。
【請求項５】
前記気体圧縮手段は、高圧圧縮吸引ファンで前記集液部上部の空気を圧縮吸引することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発電システム。
【請求項６】
少なくとも下部が液体で満たされた貯液部と、前記貯液部の液面下部に沈み、上部が液面上部に出る様に設置され、上端部近傍の前記液面より所定の高さ位置に液取り出し口が設けられた揚水路と、一定量の圧縮気体を貯蔵する圧縮気体貯蔵手段と、前記液取り出し口から揚水された液体を一定距離下方に導出する上部導水路と、前記上部導水路の下降端部に連結し前記液体を水平に送り出す入口に開閉式のゲートが配設された水平導水路と、水平導水路に連通し上部が気体圧縮機に連結し、下部は発電水車に前記液体を供給する導水路に連結し、少なくとも前記水平導水路連結部下方に前記液体を集液可能な集液部と、前記気体圧縮機で圧縮された気体を貯蔵する圧縮気体貯蔵タンクと、前記圧縮気体貯蔵タンクよりの圧縮気体を前記水平導水路入口から前記集液部方向に出射する圧縮気体供給路と、前記集液部底部から前記発電機に集液した液体を供給するほぼ垂直に配設された導水路と、前記導水路下部に設けられ、前記導水路より落下する液体の落下エネルギーで発電する発電手段とを備える発電システムの発電方法であって、
発電開始前に堰圧縮気体貯蔵手段に圧縮空気を貯蔵すると共に、前記開閉式ゲートを閉めて前記揚水路内に前記液体を充填しておき、発電時に前記ゲートを開けて揚水されている液体と前記圧縮気体貯蔵手段に貯蔵されている気体を前記水平導水路から前記集液部に供給すると共に前記集液部上部から前記気体を前記気体圧縮機供給して圧縮することを特徴とする発電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水圧・圧縮空気及び大気圧を利用した発電システム及び発電方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の水力発電は、水車を用いたものが一般的である。この水車を用いた水力発電の原理は、管水路の途中に水車を設けて水の移動エネルギーを水車の回転エネルギーに変換し、更に水車の回転エネルギーを発電機による電気エネルギーに変える方法である。
【０００３】
特許文献１に記載の発明は、本願発明者が開発し開示したものであって、その具体的な発電方法は図４に示すとおりである。この従来方法は、水路管４底部の圧縮空気の吹出口から上向に移動する圧縮空気の作用により水路管４内の大気圧の重さを低下させ、かつ水路２側から水路管４内への流入水の比重を小さくし、該水路側に作用する大気圧の重さと水圧とをエネルギーとして作用させ水路管４内の水を高い位置まで押し上ることによって、貯水管１に海水又は河川水の水を常時流入部から流水しかつ水量調整部３を介して水路の水量を調節しながら、上部の傾斜水路管へ流入させかつ同時に水路直結の圧縮空気貯蔵部６から圧縮空気を水路管４へ注入し、更に前記水路管４に流れている水を押し上げて再度水車直結型の発電機Aに流水する水圧・圧縮空気及び大気圧を利用した地下水流発電方法である。
【０００４】
管上部の圧縮空気はブロアーＢで吸い上げて再圧縮し、再度水路管４底部の圧縮空気の吹出口に送るように構成している。
【０００５】
又、特許文献２に記載の発明も本願発明者が開発し、開示したものであって、図５に示すように、揚水路２００内に水を充填させ、上部を気密構造として圧縮空気を貯蔵部３２０に貯蔵しておき、圧縮空気を圧縮空気噴出装置３５０に送って該揚水路２００内に噴出し、上向に移動する圧縮空気の作用により大気圧の重さを低下させて揚水路２００内の水の比重を小さくし、該揚水路２００内に流入する水に作用する大気圧の重さと水圧とをエネルギーとして作用させ揚水路２００内の水を高い位置まで押し上げ、溢れ出た水を落下口２７０から落下させ、落下させた水の落下エネルギーを利用して水車直結型の発電機５００を駆動すると共に、揚水路２００内を上部に上昇した圧縮空気はブロアーで吸い出すと共に圧縮空気貯蔵部に送って再利用していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−７７７１９号公報
【特許文献２】特開２０１４−３１７８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１記載の発明は、管の底部に圧縮空気等を送り、底部に送られた空気が気泡となって管内を上昇するエネルギー（圧力差エネルギーを含む。）を利用し、管内を移動する水の移動エネルギーを利用して水車又はタービンを回動させており、エネルギー効率に不満があった。また、圧縮空気噴出手段の構成も大がかりであった。
【０００８】
特許文献２記載の発明も、同様に揚水路２００内に圧縮空気を噴出し(射出し）、上向に移動する圧縮空気の作用により大気圧の重さを低下させて揚水路２００内の水の比重を小さくし、揚水した水を落下させて発電していた。このため、特許文献１と同様の解決すべき課題を有していた。エネルギー効率を上げるために圧縮空気を蓄積する圧縮空気貯蔵部を備えていたが、構成が複雑であり、発電効率も満足のいくものではなかった。
【０００９】
更に発電効率が良く、且つ構成も簡略化された発電システム及び発電方法が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記の如き課題を解決するためになされたもので、より発電効率が良く、発電量も大きくできる水圧・圧縮空気及び大気圧を利用した発電システム及び発電方法を提供する
係る課題を解決する一手段として例えば以下の構成を備える。
【００１１】
即ち、少なくとも下部が液体で満たされた貯液部と、前記貯液部の液面下部に沈み、上部が液面上部に出る様に設置され、上端部近傍の前記液面より所定の高さ位置に液取り出し口が設けられた揚水路と、一定量の圧縮気体を貯蔵する圧縮気体貯蔵手段と、前記液取り出し口から揚水された液体を一定距離下方に導出する上部導水路と、前記上部導水路の下降端部に連結し前記液体を水平に送り出す入口に開閉式のゲートが配設された水平導水路と、水平導水路に連通し上部が気体圧縮機に連結し、下部は発電水車に前記液体を供給する導水路に連結し、少なくとも前記水平導水路連結部下方に前記液体を集液可能な集液部と、前記気体圧縮機で圧縮された気体を貯蔵する圧縮気体貯蔵タンクと、前記圧縮気体貯蔵タンクからの圧縮気体を前記水平導水路入口から前記集液部方向に射出する圧縮気体供給路と、前記集液部底部から前記発電機に集液した液体を供給するほぼ垂直に配設された導水路と、前記導水路下部に設けられ、前記導水路より落下する液体の落下エネルギーで発電する発電手段とを備えることを特徴とする発電システムとする。
【００１２】
そして例えば、前記圧縮気体供給路端部は前記水平導水路内に配設された上下２段の圧縮空気射出口を備えることを特徴とする。或いは又例えば、前記集液部は前記水平導水路より圧縮空気と共に送り込まれる前記液体を下方に集液すると共に、前記水平導水路から所定間隔位置に前記水平導水路から出射される圧縮空気を上方に送るための仕切り板を備え、前記仕切り板は下方端部が集液した液体水面下まで延出し、上方端部が前記気体圧縮機への連結部近傍まで延出していることを特徴とする。
【００１３】
更に例えば、前記貯液部の液面上部を気密状態に維持する気密部と、該気密部内を加圧して大気圧以上の高圧状態に維持する高圧維持部とを備え、前記湯水路の高さを上げることが可能に構成することを特徴とする。
また例えば、前記気体圧縮手段は、高圧圧縮吸引ファンで前記集液部上部の空気を圧縮吸引することを特徴とする。
【００１４】
または、少なくとも下部が液体で満たされた貯液部と、前記貯液部の液面下部に沈み、上部が液面上部に出る様に設置され、上端部近傍の前記液面より所定の高さ位置に液取り出し口が設けられた揚水路と、一定量の圧縮気体を貯蔵する圧縮気体貯蔵手段と、前記液取り出し口から揚水された液体を一定距離下方に導出する上部導水路と、前記上部導水路の下降端部に連結し前記液体を水平に送り出す入口に開閉式のゲートが配設された水平導水路と、水平導水路に連通し上部が気体圧縮機に連結し、下部は発電水車に前記液体を供給する導水路に連結し、少なくとも前記水平導水路連結部下方に前記液体を集液可能な集液部と、前記気体圧縮機で圧縮された気体を貯蔵する圧縮気体貯蔵タンクと、前記圧縮気体貯蔵タンクよりの圧縮気体を前記水平導水路入口から前記集液部方向に出射する圧縮気体供給路と、前記集液部底部から前記発電機に集液した液体を供給するほぼ垂直に配設された導水路と、前記導水路下部に設けられ、前記導水路より落下する液体の落下エネルギーで発電する発電手段とを備える発電システムの発電方法であって、発電開始前に堰圧縮気体貯蔵手段に圧縮空気を貯蔵すると共に、前記開閉式ゲートを閉めて前記揚水路内に前記液体を充填しておき、発電時に前記ゲートを開けて揚水されている液体と前記圧縮気体貯蔵手段に貯蔵されている気体を前記水平導水路から前記集液部に供給すると共に前記集液部上部から前記気体を前記気体圧縮機供給して圧縮することを特徴とする発電方法とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、大気圧の有効利用により揚水した液体を水平導水路に導き
方向のどうす路の導き、圧縮気体の射出力を互いに同方向に移動する液体に作用させることは出来、効率よく導水路内の液体を発電水車に供給できる。
【００１６】
また、使用した圧縮気体を再利用可能としたことにより圧縮電力を抑えることができ効率の良い発電が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る一発明の実施の形態例の発電システムの基本構成を説明するための図である。
【図２】本実施の形態例の発電システムの圧縮空気噴射機構を説明するための図である。
【００１８】
【図３】本発明に係る第２の実施の形態例の発電システムの構成を説明するための図である。
【図４】従来の地下水流発電システムを示した概要図である。
【００１９】
【図５】従来の地下水流発電システムの他の例を示した概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面も参照して本発明に係る一発明の実施の形態例を詳細に説明する。
本発明に係る一発明の実施の形態例による発電方法は、発電に用いる液体の供給路内における水圧と、大気圧力と、圧縮気体エネルギーと、を有効利用した流水発電方法であり、液体の押上げ及び押し上げた液体の移動に勢いを付与するために使用する圧縮気体と、使用した圧縮気体とが余剰電力によりエネルギーとして事前貯蔵を可能にし、かつ大気圧を隔離した圧縮気体の循環システムによりエネルギーの再使用を可能にして効率の良い発電を可能としている。
【００２１】
即ち、少なくとも下部が液体、例えば水や海水、汽水、不凍液その他の液体で満たされた貯液部(水槽)と、貯液部の液面下部に沈み、上部が液面上部に出る様に設置され、上端部近傍の前記液面より所定の高さ位置に液取り出し口が設けられた気密構造の揚水路（揚水棟）と、一定量の圧縮気体、例えば大気、安定した特性の窒素等の気体を貯蔵する圧縮気体貯蔵タンクと、液取り出し口から揚水された液体を一定距離下方に導出する上部導水路と、上部導水路の下降端部に連結し液体を水平に送り出す入口に開閉式のゲートが配設された水平導水路と、水平導水路に連通し上部が気体圧縮機に連結し、下部は発電水車に液体を供給する導水路に連結し、少なくとも水平導水路連結部下方に液体を集液可能な集液部（大気圧室）と、気体圧縮機で圧縮された気体を貯蔵する圧縮気体貯蔵タンクと、圧縮気体貯蔵タンクよりの圧縮気体を水平導水路の入口（ゲート下流）から集液部方向に射出する気体出射口を備える圧縮気体供給路と、集液部底部から発電機に集液した液体を供給するほぼ垂直に配設された導水路と、導水路下部に設けられ、導水路より落下する液体の落下エネルギーで発電する発電機とを備えることを特徴とする発電システムとする。
【００２２】
そして例えば、圧縮気体供給路端部は水平導水路内に配設された上下２段の圧縮空気射出口を備えることを特徴とする。或いは又例えば、集液部は水平導水路より圧縮空気と共に送り込まれる液体を下方に集液すると共に、前記水平導水路から所定間隔位置に水平導水路から出射される圧縮空気を上方に送るための仕切り板を備え、前記仕切り板は下方端部が集液した液体水面下まで延出し、上方端部が前記気体圧縮機への連結部近傍まで延出していることを特徴とする。
【００２３】
更に例えば、貯液部の液面上部を気密状態に維持する気密部と、該気密部内を加圧して大気圧以上の高圧状態に維持する高圧維持部とを備え、湯水路の高さを上げることが可能に構成することを特徴とする。
また例えば、気体圧縮手段は、高圧圧縮吸引ファンで前記集液部上部の空気を圧縮吸引することを特徴とする。
【００２４】
そして、以上の構成を備え、発電開始前に堰圧縮気体貯蔵手段に圧縮空気を貯蔵すると共に、前記開閉式ゲートを閉めて前記揚水路内に前記液体を充填しておき、発電時に前記ゲートを開けて揚水されている液体と前記圧縮気体貯蔵手段に貯蔵されている気体を前記水平導水路から前記集液部に供給すると共に前記集液部上部から前記気体を前記気体圧縮機供給して圧縮することを特徴とする発電方法とする。
【００２５】
〔本実施の形態例の地下流水発電の概要〕
現在の水力発電はダム等に水を溜め、山間部で発電することが一般的であるが、本実施の形態例では、ある程度の要領の水槽や池があれば大気圧・圧縮空気・水圧を利用して揚水し、水・圧縮空気の循環再使用により、市街地等の平坦地においても水力発電を行うことができる。
【００２６】
原理的には、大気圧０の環境では大気圧作用により水であれば約１０ｍの高さとなる。そこで、大気圧を利用し真空域として水面上１０．０m程度まで揚水し、揚水した水を圧縮空気を使用して大気圧域へ放出し、その際の落下エネルギーを利用して発電を行なう。
【００２７】
大気圧域への放出に使用した圧縮空気は、例えばブロアー（送風機）で回収し再圧縮再使用可能に構成されている。ただし、最初の１台目の発電機を駆動するための起動用圧縮空気の製造は外部電力を使用しなければならない。
【００２８】
本実施の形態例では、ブロアーの動力源は当該力発電で発生した電力の１８％〜３０％程度を使用するのみで足りる。このことから、実利用可能発電電力は、本実施の形態例が発電する発電電力の８０％〜７０％程度になる（実際の発電システムでは発電機２台を設置し、ブロアーへは、たすきがけで電力供給を行うことにより、例え一方が停止しても、もう一方の発電機の電力でブロアーへの電力供給が確保される。）。
【００２９】
なお、本実施の形態例発電システムでは、圧縮空気製造に必要な電力については使用圧力値が１５０ＫＰａ〜１１０ＫＰａの低圧力であれば圧縮空気の製造に大量の電力を必要としないが、水力発電の夜間電力の一部を使用して製造貯蔵することにより電力消費事情に合わせた発電電力が得られる。
【００３０】
本実施の形態例の具体的な発電原理をまとめると以下の通りである。
（１）大気圧を利用すると真空域において水は１０m程度まで揚水可能である。
（２）圧縮空気を利用する際に、通常の大気圧から圧縮するのではなく、圧縮された空気を再利用すると、回収再加圧に必要とする電力は大気圧（空気）からの圧縮に比べて約１／１０の電力となる。
【００３１】
以上を踏まえて、エネルギー源として、（１）大気圧は、水銀柱７６０ｍｍＨｇ（トリチェリの実験）程度である。事前に空気を圧縮し、圧縮した圧縮空気（１５０ＫＰａ〜１００ｋｐ）を圧縮空気貯蔵タンクに貯蔵（主たる使用目的のほか、水の蒸発及び凍結防止作用も期待できる。）する。
【００３２】
（２）予め揚水棟に必要な高さまで揚水（発電機起動時は外部電力により事前に必要な高さまで揚水）しておく。
（３）高圧圧縮機又はブロアーで大気を圧縮する際には電力を消費する。本実施の形態例では、２台の発電機を備えることを基本とし、本実施の形態例では１台目の発電開始時には外部電力を用いて圧縮し、２台目の発電以降は一方の暼電気で発電した電力の３０％程度を圧縮のために消費（２台目以降の発電では先発の発電電力を使用）。
【００３３】
（４）水については循環再使用する。
（５）圧縮空気については上記したように回収再加圧使用し、効率化を図ることにより発電電力の２０％〜３０％程度の消費電力て圧縮している。
（６）発電機１台の発電容量は１００ｋｗ〜１００００ｋｗとすることができる。本例では水中設置型の水車発電機を使用し、水車一基で１００ｋｗを発電する仕様とし、１００００ｋｗであれば導水路を１０本施設する。実利用可能電力は発電電力の５０％〜７０％を想定している。
【００３４】
（７）発電単価は１ｋｗｈ当り約６円〜８円とする（減価償却３０年金利２％で計算した。）
（８）発電所建設用地は、発電機一基あたり２００ｍ2〜１０００ｍ2であり、例えば都市部における発電専用ビルの活用も考えられる。そのほかに例えば、都市空間の利用として学校、公園、スポーツ施設、ビルや駐車場の地下空間の利用、農地（耕作放棄地）の利用、湾港内の会場発電所、湖沼の上発電所等場所に限定されず自由に設置できる。
【００３５】
以上の仕様に基づく本実施の形態例の発電システムによって、（１）化石燃料の使用削減による地球温暖化防止効果、（２）都市部であっても発電できるため、発電電力の利用による水素の製造とエコカーの普及推進（水素製造基地内への発電所建設）が実現できる。
【００３６】
更に、構造も簡便であるため発電所の件セル費用も低く抑えることが可能である。
【００３７】
〔本実施の形態例の発電機の基本構造例〕
以上を踏まえた本実施の形態例の発電システムの具体的な構成例を図１を参照して説明する。図１は本実施の形態例の発電システムの基本構成例を示す図である。
【００３８】
図１に示す様に本実施の形態例では、常時液体である水が張られた水槽１００と、基部が水槽１００の水面下に延出し上面が水面より例えば７ｍ（メートル）〜８ｍの高さの気密構造の揚水棟２００と、揚水棟の最上部よりほぼ水平に延出する上部導水路２１０と上部導水路の端部より僅かに下側に延出する下方導水路２５０と、下方導水路２５０下部から再び水平方向に延出する下部導水路２６０と下部導水路２５０入り口（基部）に設けられた揚水された水を下部導水路２６０に流すか否かを制御可能なゲート３００とを備える。下方導水路２５０は、圧縮空気が揚水棟１００に逆流することがないようにする作用を兼ね備えている。下部導水路２６０は、水平方向に延出するのが原則であるが僅かに上方に傾斜させることにより、圧縮空気はほぼ必ず大気圧室４００に送り出すことができる。
【００３９】
更に、下部導水路２６０先端部に連通する下部が下方導水路２６０より所定距離下面となるように配設された下部に揚水された水を保持可能な上部が気密に構成され、大気圧室４００と、大気圧室４００底部から水槽１００の水面下まで延出する導水路３５０と、導水路３５０下部内の水槽１００の水面下付近に配設された水車式発電機の発電水車７００と、圧縮空気貯蔵タンク６００と、大気圧室４００上部から圧縮空気貯蔵タンク６００間を連通する圧縮空気通路６５０と、圧縮空気通路６５０途中に配設された空気を圧縮可能な空気圧縮機５００と、圧縮空気貯蔵タンク６００に貯蔵されている圧縮空気を下部導水路２６０内に噴出するための圧縮空気導出管６７０とを含む。
【００４０】
以上の構成において、本実施の形態例では、揚水棟１００を水面よりほぼ７ｍ〜８ｍの高さとし大気圧（１００ＫＰａ）環境下で揚水棟１００内を真空状態とすると、大気圧の作用で理論上は約１０ｍ（メートル）の高さまで実現できる計算であるが、確実に揚水できる範囲ということで７ｍ〜８ｍの高さとしている。実際には本システムの起動前に不図示の揚水ポンプで水槽の水を揚水棟１００の中全てを満たす様に揚水して揚水棟内を真空域にしている。
【００４１】
下方導水路２５０の断面積に比例して揚水棟１００から大気圧室４００への放流量上限が決まる。或いはゲート３００の開口率により放流量上限が決まる。更に、本実施の形態例では、水・圧縮空気の射出方向のベクトルを同方向とし、水・圧縮空気の放出力が合体する方式を採用しているため、大気圧室４００の圧力値の１．３倍から１．５倍程度（圧縮空気１１０ＫＰａ〜１３０ＫＰａ＋水圧２０ＫＰａ）の水圧流水で流水している。又、大気圧室３００の水面は下部導水路２６０の下部より低く保つことにより、圧縮空気の揚水棟１００側への逆流を防いでいる。
【００４２】
又、図１の例では、空気圧縮機をコンプレッサではなく、ブロアーを用い、例えば入口圧力１２０ＫＰａ、出口圧力１３０ＫＰａとしている。これは、上部を気密構造とした大気圧室４００からの回収空気を再利用しているためであり、低電力での空気圧縮を実現している。
【００４３】
以上の発電システムの具体的な構成例としては、揚水棟２００を内径１．０ｍの円筒形に形成し、下部開口端を水槽１００の底面より１．５ｍの台上に固定し、水面より上辺までの高さを５．０ｍ〜９．０ｍとする。上部導水路２１０は高さ０．５ｍ、幅１．０ｍの断面矩形で長さ１．５ｍとする。
【００４４】
下方導水路２５０を高さ０．５ｍ、幅１．０ｍの断面矩形で長さ２．０ｍとする。ゲート３００と大気圧室４００間の下方導水路２５０は高さ０．３ｍ、幅１．０ｍの断面矩形で長さ０．３ｍとする。ゲート３００は上下動するゲート板を下部に配置したときは閉接状態で、上部に配置したときは開放状態としている。
【００４５】
大気圧室４００は、長さ３．０ｍ、幅２．０ｍの断面矩形で、底部の先端（下方導水路開口部の対向位置）中央から内径０．５ｍの導水路３５０が水面下まで延出している。圧縮空気を噴出するための圧縮空気導出管６７０の先端部は、下方導水路２５０の入口近傍底部近傍と入口近傍上部近傍にそれぞれ横方向の配設された所定幅の棒状噴出管構造で、大気圧室４００側に所定間隔で孔が配設されており、ここから圧縮空気を大気圧室方向に噴出する構造となっている。この構造を図２に示す。図２において、鎖線で示す横方向に圧縮空気出射管を配置し、矢印方向に圧縮空気を射出する射出穴を複数備えている。
【００４６】
本実施の形態例では、水平方向に流れる水流に対して水の流れる方向に噴射するため、効率よく水流を強めることが出来、圧縮空気の噴射力を効率よく水に与えることができる。更に、この圧縮空気は大気圧室４００に放出されるが、大気圧室４００上部から空気圧縮機（ブロア）５００に送られる。
【００４７】
このため、圧縮された空気を再利用でき、空気圧縮機５００で空気を圧縮する際に大気圧下の空気を圧縮するのに比べ少ない電力で所望の圧縮空気を得ることができる。圧縮空気圧は、例えば大気圧の１０％〜３０％増しの１１０ＫＰａ〜１３０ＫＰａとすることが望ましい。これにより、ごく僅かに圧縮するのみで希望する圧縮空気を得ることができる。なお、本実施の形態例では、空気圧縮機として、大晃機械工業（株）の高性能ブロアーを採用している。
【００４８】
以上の方式で発電システムを構築すると、例えば、発電容量５００ＫＷの発電システムとする場合、後述するように圧縮空気を毎秒１．０ｍ3程度下部揚水路内に上述した構成で噴出すると、毎秒０．７〜１．０ｍ3の水を送り出すことができる。この水を導水路より下方に落下させると約５８．３ＫＷの発電が可能となる。
【００４９】
大気圧室４００で回収したの圧縮空気を再加圧するための高圧圧縮機を駆動するためには、発電した電力から１３．０〜１４．５ＫＷの電力供給が必要である。このため、発電される電力のうち、実利用可能な電力は
５８．３ＫＷ−１２．７ＫＷ＝４５．６ＫＷ
となる。
【００５０】
以下、具体的に図面を参照して本実施の形態例の発電原理を説明する。図１は本発明に係る一発明の実施の形態例の発電システムの発電原理を説明するための図である。
【００５１】
本実施の形態例の発電システムは、例えば、発電に必要な水を大気圧と圧縮空気の作用で貯水池の水面より約９メートル上まで押上げるほぼ円筒状の揚水路２００と、揚水路２００上部に気密状態を維持するように配設された圧縮空気回収・貯蔵機構３００、揚水路２００の落下口２７０下部の例えば水中に設けられた発電機に連結された水車（タービン）５００等から構成され、落下口２７０からの水の落下エネルギーにより水車５００を回転させて発電を行う。
【００５２】
以上に説明した本実施の形態例における発電システムは、水槽１００に設置された揚水路２００の底辺位置の水圧と大気圧力と圧縮空気エネルギーとを利用した発電方法である。
【００５３】
揚水棟の揚水を大気圧室に送り出す際に圧縮空気の射出方向と水の流れる方向を完全に一致させることが出来、水を勢いよく送り出すことが出来、圧縮空気タンクへの圧縮空気の貯蔵は、余剰電力によるエネルギーとしての事前貯蔵に該当し、発電中においても、大気圧を隔離した圧縮空気の循環システムによりエネルギーの再使用を可能にした水圧・圧縮空気及び大気圧を利用した発電方法である。
【００５４】
また大気圧室４００内に射出される圧縮空気を外部に放出させることなく再利用可能としたことにより、発電の前に圧縮空気を充填させておくだけで、少ない電力で発電中の圧縮空気生成を可能とした、水圧・圧縮空気及び大気圧を利用した発電機構であるから、無尽蔵・無公害・低価格の天然エネルギーを最大限利用した発電システムを提供するものである。
【００５５】
第２の実施の形態例
本発明に係る第２の実施の形態例では、大気圧室４００に内に噴射される圧縮空気の再利用にあたりより効率的に圧縮空気を回収可能な構成を備える。第２の実施の形態例では、第１の実施の形態例の大気室４００の構造に加え、以下の構造を備えることにより効率の良い圧縮空気の回収が期待できる。
【００５６】
第２の実施の形態例では、大気室４００上部の下部導水路２６０の出口の上部に空気圧縮機５００に回収空気を送る通路を配置する。
【００５７】
そして、下部導水路２６０から大気室４００内に流れ落ちる水表面４１０の下部まで延出し、上部が空気圧縮機５００への回収空気通路近傍まで圧縮空気区分隔離板４５０を設けている。これにより、下部導水路２６０から水と共に圧縮空気が噴出されるが、水は圧縮空気区分隔離板４５０に当たることはあってもそのまま下方に落下し、圧縮空気は圧縮空気区分隔離板４５０で隔離された空間を上に向かって上昇するため、効率よく回収空気通路に来ることができる。
【００５８】
第３の実施の形態例
以上の実施の形態例の説明では、水槽１００表面の気圧は大気圧であり、大気圧室４００についても特別の加圧処理などは施していなかった。しかしながら、例えば水槽１００の表面全体を気密構造とし、表面の気圧を例えば大気圧の１．２倍あるいは１．５倍に加圧する。
【００５９】
このように水槽１００表面の圧力を上げることにより、揚水棟の揚水可能高さをより高くすることが出来る。水槽１００表面の圧力１．２倍では揚水棟上面の水面よりの高さを８ｍ〜１０ｍと上げることができ、より高発電電力が得られる。この場合の空気を圧縮するブロアの仕様は入力圧力１４０ＫＰａ、出口圧力１５０ＫＰａと出来る。
【００６０】
水槽１００表面の圧力１．５倍では揚水棟上面の水面よりの高さを８ｍ〜１２ｍと上げることができ、さらに高発電電力が得られる。この場合の空気を圧縮するブロアの仕様は入力圧力１７０ＫＰａ、出口圧力１８０ＫＰａと出来る。
【００６１】
他の実施の形態例
水槽１００内の水を発電に用いる例について説明した。しかし、発電機の水車を回転させる液体として水に限るものではなく、海水でも良い。あるいは、汽水であっても良く、不凍液であっても良い。揚水路が十分な容量の液体貯蔵部に設置されていれば使用する液体種別に制限はない。
【００６２】
更に、圧縮空気は気密に構成されていることから、空気以外の気体、例えば、窒素などを充填したものであっても良い。
【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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