JP2006077719A - 水圧・圧縮空気及び大気圧を利用した地下水流発電方法とその発電機構 - Google Patents
水圧・圧縮空気及び大気圧を利用した地下水流発電方法とその発電機構 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】 水路管底部の圧縮空気の吹出口付近を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かつ水路側から水路管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内の水を高い位置まで押し上ることによって、貯水管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を介して水路の水量を調節しながら、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から圧縮空気を水路管へ注入し、更に前記水路管に流れている水を押し上て再度水車直結型の発電機に流水する水圧・圧縮空気及び大気圧を利用した地下水流発電方法とその発電機の提供。
【選択図】 図1
Description
ア、水路管内の水を管底から管の上端まで押し上に使用する圧縮空気は、余剰電力等により事前に製造しエネルギーとしての貯蔵が可能となること。
イ、水路管内の水の押し上に使用した圧縮空気は、循環システムによりエネルギーとして発生した少量の電力使用が可能となること。
ウ、水路管底部の圧縮空気の吹出口付近は上向きに移動する圧縮空気の作用により大気圧の重さが低下し、その結果水路側から水路管内へ流入する水の比重は小さくなり、合わせて水路側に作用する大気圧の重さと水路側の水圧がエネルギーとして作用するから水路管内の水は高い位置まで押し上が可能となること。
図1は本発明の地下水流発電方法を示したものであり、Aが水車直結型の発電機でBが空気圧縮機である。水車直結型発電機Aは、海水又は河川水などの水量調整した水Wと圧縮空気とを一緒に送り込れた水圧と空気圧によって水車を回動して循環する方法である。一方、水車直結型発電機Aから流水された水Wと空気は図2の回収システムを介して常時放水され、空気は空気圧縮機Bを介して再度圧縮空気貯蔵6に送り込まれる。この循環工程を繰り返して発電機を駆動させて電力を貯蔵することが可能となる。なお、図中1は貯水管、2は水路、3水量調整部、4水路管、5は空気送風管、7は常時流水部、8は常時放水部である。
ここで、ρ:流体密度(kg/)
V:流体速度(m/s)
A:流れに垂直な断面積(掃過面積)
(平方メートル)
理想水車が自然流から取り出すことのできる最大軸出力Ptmaxは、次式で表される。
1、2式より、水車理論効率の最大値ηtmaxは次式となる。
実際の水車では、水車出力係数(Power Coefficient)Cpとして表すので水車軸出力Ctは一般に次式で示される。
3式より、理論的に潮流の有するエネルギーは海水の密度ρ=1,025kg/とすれば、流速1m/s(約1.94kt)で流れに垂直な断面積1平方メートルあたり約500Wである。この値は、水車により違いプロペラ方式では0.3〜0.4、ローター方式では0.2〜0.3であるので約100W〜200Wの水車軸出力が得られる。更に、3式より明らかなように流速の3乗に比例するので流速2m/s(約3.88kt)になると水車軸出力は800W〜1600Wが得られることになる。
1.事前に製造し貯蔵した圧縮空気:300KPa:500立方メートル
2.圧縮空気の再使用に伴う圧縮力アップ:50KPa
3.水路側の水の深さ20m:200KPa
4.大気圧の重さ:100KPa
管水路内の全揚程=1+3+4=13m+6m+6m=25m
〈出力計算条件〉
1.管水路の断面積:4平方メートル
2.管水路の高さ(深さ):25m
3.毎秒当たりの送水量:50立方メートル
4.毎秒当たりの圧縮空気の量:50立方メートル(300kpa)
5.管水路内の水の速度:22m/s
6.管水路内への注入の圧縮空気圧力p1 : 300kpa
7.圧縮空気再使用時の初期空気圧p2 : 300kpa
〈出力計算事例〉
(1)発電電力量
流体の運動エネルギーによる算出
p:水の密度(0.5kg) :最大効率0.85
P1=1/2ρAV3 η=0.5×0.5×4×223 ×0.85
=9,050kw
(2)圧縮空気の再使用(再循環)による再圧縮に要する電力
P2=P2Q・logep1/p2
=250000×50×(16.26−16.02)=3,000,000w P3=P2(1+a)/η=3,000,000/1,000×1.1÷0.85 =3,882kw P0=P1−P3=9,050−3,882=5,168kw:発電電力の57.1% なお、本発明の地下水発電方法に用いられる機種の事例は次のとおりである。
(1)圧縮機の理論動力
気体ガスを圧縮したときの圧力(ρ)と体積(ν)の関係式ρνk =一定 (kは圧縮指数) からk=1のとき等温圧縮であり、断熱圧縮の場合kは比熱比(定圧比熱と定積比熱との比)として表され、空気の場合k=1.40である。
これより圧縮機の理論所要動力Poは、風量Q(立方メートル/s)を圧力ρ1 (Pa)から圧力
ρ2 (Pa)に圧縮するとき次式で示される。
ここで、a:余裕率(0.05〜0.2),η:機械効率
(3)ポンプ(送風機)の運転と流量制御
ポンプ(送風機)は、配管路状態および吹込み・吐出しの状態に応じて両者の釣り合った点が運転点となる。すなわち、管路内などの摩擦抵抗損失を示す管路抵抗曲線Rと、吐出量(風量)Qと揚程(風圧)Hの相関を示すQ−H曲線との交点がポンプ(送風機)の運転点となる。流量制御として代表的なものに、ポンプの場合の台数制御、管路弁の開度を調整する弁制御や回転速度制御などがある。
3 水量調整部 4 水路管
5 空気送風管 6 圧縮空気貯蔵部
7 常時流水部 8 常時放水部
11 吸水管 12 流水路
13 管水路 14 水溜室
15 循環ポンプ 16 地下
21 空気圧送パイプ 22 上昇気水流管
23 タービン 24 回転シャフト
A 水車直結型発電機 B 空気圧縮機
C 水力発電機 D 水車
E 空気圧送ポンプ F 発電機
W 水 R 気泡
Claims (5)
- 海抜0m以下の地下空間における水圧と大気圧力と圧縮空気エネルギーとを利用した、天然エネルギーの流水発電方法によることを特徴とする水圧・圧縮空気及び大気圧を利用した地下水流発電方法。
- 前項の地下水流発電方法において、水の押し上に使用する圧縮空気と水の押し上に使用した圧縮空気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請求項1記載の水圧・圧縮空気及び大気圧を利用した地下水流発電方法。
- 水路管底部の圧縮空気の吹出口付近を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、かつ水路側から水路管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、水路管内の水を高い位置まで押し上ることを特徴とする水圧・圧縮空気及び大気圧を利用した地下水流発電機構。
- 請求項3記載の地下水流発電機構において、貯水管に海水又は、河川水の水を常時流入部から流水しかつ水量調整部を介して水路の水量を調節しながら、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から圧縮空気を水路管へ注入し、更に前記水路管に流れている水を押し上て再度水車直結型の発電機に流水する請求項3記載の水圧・圧縮空気及び大気圧を利用した地下水流発電機構。
- 請求項3記載の地下水流発電機構において、水車直結型発電機からの送水を常時放水部から別設の水路管を介して常時放水部から放出させて圧縮空気の回収システムを備えた請求項3及び4記載の水圧・圧縮空気及び大気圧を利用した地下水発電機構。
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