JP2007064192A - Pumping type recirculation hydraulic power generation system and pumping machine - Google Patents
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Abstract
Description
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。The present invention relates to a hydroelectric power generation system and a pumping method. This hydroelectric power generation system is a system that can be used for water recirculation in order to enable hydroelectric power generation almost regardless of locational natural conditions such as water resources and topographical head. It is a method of pumping water by applying Pascal's principle to create a water drop. This is a power generation system that is activated by an external power source at the time of initial startup, can be operated only by private power after normal operation, and can generate surplus power and supply power to the outside. This power generation system can be installed in buildings such as high-rise buildings, urban areas, private houses, and in areas where water resources are scarce or flat, and the installation location is a hydroelectric power generation system and a pump that are not particularly limited.
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。In general, most of the current hydroelectric power is generated by installing dams in places where water resources are abundant and where there is a large natural head. Recently, various systems have been developed for small hydropower generation, but the used water is almost never used for re-generation, and is discharged to the downstream after use and is not used for power generation. Large hydroelectric power generation facilities, etc. are using pumped power at night, but this is a countermeasure at peak time, and it is not possible to operate with only self-generated power instead of constant power generation, and the efficiency is poor.
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。Conventional hydroelectric power generation is mostly based on local natural conditions as described above, and the system and pump of the present invention recycle and use a certain amount of water, and the installation location of equipment is particularly limited. Instead, hydroelectric power generation is used and an external power source is used only at startup.After normal operation, the system is operated only with privately generated power, and surplus power is generated to enable external power supply. .
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。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides an upper water tank and a lower water tank in a power generation system, uses the difference in height between the water tanks as a water drop, and uses the potential energy of water for power generation. Arrangement is an upper water tank, a water turbine and a generator, and a lower water tank, and water passing through the water wheel is guided to the lower water tank and pumped to the upper water tank by a pump connected to the lower water tank. The pump is a cylinder structure that uses Pascal's principle to pump water. By driving the piston using water pressure, air pressure, hydraulic pressure, solid movement, magnetic force, etc. as a method of generating piston driving force in the cylinder, pumping the water in the cylinder to the upper water tank and repeating the process of recirculating the water It was possible to generate electricity continuously. The pumping height can be adjusted by changing the piston driving force, and the amount of power generation can be adjusted easily. If the place where the upper and lower tanks can be installed, it can be solved without specifying the location. .
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。The hydroelectric power generation system and pump of the present invention do not require natural location conditions such as natural topography drop and abundant water resources, and can be installed in urban buildings, mountainous areas, remote islands, residential areas, etc. Independent hydropower generation is possible regardless of the conditions. During normal system operation, it is possible to generate electricity with a small amount of replenishment water other than the initial filling water without using external energy and recirculating water. It is possible to generate surplus power and supply power to the outside.
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。Since it can be installed on a flat place, it can be constructed at a lower cost than the conventional hydroelectric power generation equipment construction cost and plant construction cost, or the equipment can be installed underground and can be installed by conventional techniques. The cost is only the initial manufacturing and construction cost, and the power generation cost is not necessary except for the maintenance cost.
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。Hereinafter, preferred embodiments of a pumped recirculation hydroelectric power generation system and a pump according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram showing a basic system of the system. The head required for hydroelectric power generation is provided with an upper water tank 1 and a
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。Even if the water level of the lower water tank drops abnormally by making the water turbine outlet pipe U seal 6a downstream of the water
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。The operation of the
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。At the initial startup of the system, the
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。FIG. 2 is a diagram showing details of the pump, and the outline and operation of the structure will be described. The pump is a cylinder structure and the piston is contained in two chambers. There is a pumping water pumping chamber 26 a and a pumping water introduction pressurizing chamber 26 b, which are partitioned by a
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1
2b Pumping machine b
DESCRIPTION OF
25b Pumping room b
26a Pumping chamber a Pressurization chamber 26b Pumping chamber
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