JP2006250139A - 動力源、水循環式及び空気混合揚水力増機能付水力発電装置 - Google Patents

動力源、水循環式及び空気混合揚水力増機能付水力発電装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 水力発電設備で大規模なダム装置等を設置する事無く小規模で何処にも設置可能な水力発電設備を提供することを可能にする設備を提供すること。
【解決手段】 閉循環ループの中にポンプと羽根車を設置し水を循環させる事で羽根車回転により発電機を回転させ電力を発生し発生電力でポンプを運転し余電力を他設備電力として使用可能とする水力発電設備。
【選択図】 図 １

Description

技術の属する技術分野
本発明は、水力発電を目的とし動力源である水は水槽又はタンクなどの容器に収容されており、この水をポンプで吸入し給水管を通して空気圧力タンクを経由し、空気による圧力にて水は出水力を増し管を通して発電用の水車を回転せしめる様にし、その後水は水槽に戻され、水槽の水はポンプにて吸入させ上記同様の順にて水を循環させ水車を回し発電させる装置で水を水槽より高い位置のタンクに押し上げ、空気による加圧にて流出する力を増し水車の回転力を高める仕組みと、揚水力を増す目的のためポンプにて給水する管の最下部又は可能な限り低い位置より空気を注入し空気の上昇力を加え水をより高い位置に揚水させ、集水タンクよりの流出力を大きくしさらに水車の回転力を高めることにより発電の出力を大きくせしめ、ポンプを当該発電出力にて作動させ、余電を作り出せる事を特徴とした動力源、水循環式及び空気混合揚水力増機能付水力発電装置。
従来の水力発電装置は、川の水をダムに貯水し、ダムよりの落下落差を利用した発電や、用水路の流れを利用し水車を回して発電させる装置が殆どでありその水は利用捨てであり渇水時期や水源の水がなくなると発電力は低下又は不能となる欠点があった。
揚水による発電の装置はあったが、これは発電後の水を貯めた貯水池より上部の貯水池に上げる事を目的とした仕組みであり、水源が減少したり無くなると意味を成さなくなり、揚水に使用される電気は電気使用量の減少する夜間や季節の一部の時間帯に限られ上部の貯水池に揚水することのみの目的であった。
海や湖の水を、発電の目的で山、相当高い位置の貯水池に揚水し発電させる仕組みは川などの水を貯留できない所で装置されたもので、循環式ではない。
発明が解決しようとする問題
貯水池等に水を貯めることは雨などの外因的なことで常に貯水し続けなければならないが、貯水が減少したり、なくなると発電用の水車が機能しなくなり発電ができなくなる。又、水源の無い場所での水力発電は不可能であった。本発明は貯水槽に水を貯めておき、これをポンプを通して循環させ発電せしめるが、この水は循環するので常に水を新しく水槽に追加する必要がなく貯水槽に一度貯めた水を循環させながら一定の出力をせしめることを目的とする。
本発明は、貯水槽やポンプの大きさを目的に応じて装置することが可能にしてあり、家庭用の発電装置、ビル、水源のない場所での水力発電装置として利用することを目的とする。
風呂の水や湯を上記の仕組みで循環させ発電した電気で循環用ポンプや水を温める装置の電源として利用が可能であり、従って外部よりの電力を不要とすることを目的とする。
課題を解決するための手段
本発明は、目的や電気出力の量に応じて貯水槽、循環させるポンプの大きさを決定し貯水槽に水を貯めポンプで吸水し給水管を通して空気圧力タンクを経由し、空気による圧力にて水は押し出され管を通して発電用の水車を回転せしめる様にし、その後水は水槽に戻され、水槽の水はポンプにて吸入させ上記同様の順にて水を循環させ水車を回し発電させる装置で水を水槽より高い位置のタンクに押し上げ、空気による加圧にて落下する力を増し水車の回転力を高める仕組みと、揚水力を増す目的のためポンプにて給水する管の最下部又は可能な限りの低い位置より空気を注入し空気の上昇力を加え水をより高い位置に揚水させ、集水タンクよりの落下の落差を大きくしさらに水車の回転力を高めることにより発電の出力を大きくせしめ、ポンプを当該発電出力にて作動させる事で解決される。
本発明の装置は、目的により必ずしも水の落差を利用しなくても水力の大きさが目的を満たす場合は、循環する管が横向きであっても差し支えはない。
発明の効果
本発明装置は、設置場所が目的に応じた大きさで設置面積も少なく、又地下に設置することも可能であり一度水を水槽に貯めれば、蒸発などで減少した水を補給するだけで良く、殆どの場所に設置が可能で、自家発電であるので外因低要素で循環が停止しない限り発電が可能である。また環境的にも全くと言っていいほど悪影響は発生しない。水源のない地域での水力発電が可能となり、環境を保全した形態で装置することができるようになった。
本発明の産業上の利用効果は多大で、一般に配電する発電所としての規模を装置することが可能であり、装置費用は従来の発電装置に比べて大幅にコストを低下させることが出来る。製造生産を目的とする工場などが従来費していた消費電力費用を大きく低下させることが可能である自家発電装置で、余電力を目的以外に利用することでより経済的に負担を減少させる事が出来る。また、一定の範囲地域に装置することが容易であり電力の安定した供給を可能とし、産業の地域発展に大きく利用できる可能性がある。
以下、本発明にかかる動力源、水循環式及び空気混合揚水力増機能付水力発電装置の作動形態を添付する図を参照しながら詳述する。図１は密閉された管路の中に真空ポンプ３と発電機駆動用羽根車７を設置し水を循環する事で発電する概略系統を示した系統図である。
系統中の密閉下部集水容器２より真空ポンプ入口管５ａを経て密閉上部集水容器１に真空ポンプ３により水循環するために水を揚げる。密閉上部集水容器１より出た出水管６を通り発電機駆動用羽根車７に水を導き発電機を駆動した発電機駆動羽根車７を出た水は発電機駆動用羽根車出口管６ａを経由し密閉下部集水容器２に接続される。密閉下部集水容器２は真空ポンプ３入口管５ａに接続され密閉循環経路を形成する。この密閉循環経路に真空ポンプ３を運転すると初期起動時真空ポンプ３は大きな電力を必要とするが一旦系統内を水が循環を始めると真空ポンプ３の駆動電力９は極端に減少する。この状態で密閉上部集水容器１より出水菅６を通って発電機駆動用羽根車７に導かれた水は発電機を駆動し発電する。発生電力１０の一部は真空ポンプ３の駆動電力１１として使用される。発生電力１０は真空ポンプ駆動電力１１より大きな発電量が有り余剰電力１２は系統外の電力として使用可能になる。
密閉上部集水容器１を設置しない時は連絡管１３を用いて真空ポンプ出口管５と出水管６を結び循環系統を作成する。又、密閉下部集水容器２を設置しない時は連絡管１４を用いて発電機駆動用羽根車７出口管６ａと真空ポンプ入口管５ａを結び循環系統を作成する。真空ポンプ１出口には循環水の逆流防止のために逆止弁１５を設置し循環系統の安定化を図る。
図２は真空ポンプの揚程を高めるために真空ポンプ出口逆止弁１５出口近傍に圧縮空気１６を注入し管内を汽水混合状態で揚水高さを高くする。この場合密閉上部集水容器１には残圧を持った空気が溜まり容器内の水が無くなることが発生する。この場合出水管６内は空気のみになり発電機駆動用羽根車７が回転出来なくなる状態を防止するために密閉上部集水容器１に水位を保持するために水位調整用フロート弁１７を設置し密閉上部集水容器１の内圧を一定に保持しながら水位維持する装置を設置する。
図２で密閉上部集水容器１に直接圧縮空気を注入し発電機駆動用羽根車７へ流入する水力を増すため加圧用空気注入弁１８を設置する。この場合は真空ポンプ出口逆止弁１５出口近傍に圧縮空気１６の注入は行わない。
水力循環発電の系統を示す 空気混合揚水力増機能付の系統を示す
符号の説明
１ 密閉上部集水容器
２ 密閉下部集水容器
３ 真空ポンプ
４ 真空ポンプ駆動電動機
５ 真空ポンプ出口管
５ａ 真空ポンプ入口管
６ 下降管
６ａ 発電機駆動用羽根車出口管
７ 発電機駆動用羽根車
８ 発電機
９ 真空ポンプ初期駆動用外部電力
１０ 発電機発電電力
１１ 発電電力での真空ポンプ駆動電力
１２ 発電機発電電力の余剰電力
１３ 密閉上部集水容器を設置しない場合の真空ポンプ出口管と出水管の接続管
１４ 密閉下部集水容器を設置しない場合の真空ポンプ入口管と羽根車出口管の接続管
１５ 真空ポンプ出口逆止弁
１６ 圧縮空気注入位置
１７ 水位調整用フロート弁
１８ 加圧用空気注入弁

Claims (6)

  1. 水を管状の中を一定の力で循環させ、且つその管状の内部の水の流れを受ける場所に羽根車を装置し、循環する水及びその流れの水力により回転させて発電機の軸に回転を伝え発電せしめる装置及び方法。
  2. 前記の管状の中を循環する水は専用の容器に収容してあり、水中ポンプ、真空水中ポンプ又は揚水用ポンプ、吸水ポンプにて吸い込み同ポンプに装着した管状の中を通り専用の容器に排出し、これをポンプが吸い込み同様の動作を繰り返しながら管状の中を循環させる方法。
  3. 請求項１及び２の管状の内部又は出口部に、発電機の軸に接続した羽根車を設置し、循環する水はある一定の力を羽根車に与えて回転せしめる方法。
  4. 前記ポンプを継続的に作動せしめるに必要な動力電源は、前記により発生した水力により羽根車を回転させその伝道により軸の回転を通して発電機を作動させ、その発電によりポンプを作動させる方法でポンプの作動に必要な電力以外は余電力として利用でき得る事が可能な動力源水循環式及び空気混合揚水力増機能付水力発電装置。
  5. ポンプより吐出した水は、一時集水用容器に収容し容器の内部に予めある加圧用の空気によって容器の下部又は横に連結している管へ容器への吸水時より高い圧力により押し出す事により、羽根車の回転力を高める装置で容器への入水管の径は、容器よりの出水管の径より大きく、出水時の水力は入水時の水力より径の大きさに反比例及び落差に比例して強められる仕組みの方法と装置。
  6. 発電力を高めるために、落差を大きくする方法として、ポンプより吐出した水に空気を混入する事で揚水力を増幅できることを応用、ポンプの吐出管の最下部及び出来るだけ低い位置に吸気口を設け、ここにコンプレッサー等で空気を送り込み揚水力を大きくし、可能な範囲での高い位置の集水容器に送り込み落差を大きくし、または高い位置の集水容器に直接コンプレッサー等の空気を送り込み見掛け状の落差を大きくし前項の仕組みと合わせて羽根車の回転力を高めて発電力を大きくすることを可能にした動力源水循環式及び空気混合揚水力増機能付水力発電装置。
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