JP2009174403A

JP2009174403A - エネルギー変換複合システム

Info

Publication number: JP2009174403A
Application number: JP2008013255A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Shimose; 忠志下世
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-01-24
Filing date: 2008-01-24
Publication date: 2009-08-06

Abstract

【課題】種々ある再生可能エネルギーの１種類だけを利用するだけでは利用効率を向上させることができ、また、雨天で無風または弱風の天候であっても、再生可能エネルギーを有効利用できるエネルギー変換複合システムを提供する。
【解決手段】気球と、該気球の表面に設けられたシート状太陽電池とを有する気球型太陽光発電装置と、前記気球の周囲に沿って配置された雨樋と、該雨樋から落下する雨水により回転する水車と、該水車の回転によって発電する発電機と、を有する水力発電装置と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光、風力等の自然のエネルギー（「再生可能エネルギー」と呼ばれる。）を利用したエネルギー変換複合システムに関する。

近年、石油、天然ガス、ウラン等の枯渇性エネルギーに代わる再生可能エネルギーを有効利用する技術について、研究開発が進められている（例えば、特許文献１〜５）。再生可能エネルギーには、太陽光、太陽熱、風力、地熱、水力、海洋エネルギー（潮力、波力など）などがある。
特開２００７−２９７９２５号公報特開２００５−８３３２７国際公開２００４／０８１３７６号パンフレット特開２００３−１３４８９５号公報特開平７−１３１９９８号公報

種々ある再生可能エネルギーの１種類だけを利用するだけでは利用効率上好ましくない。また、太陽電池と風力発電を利用した複合発電装置は種々開発されているが、雨天で無風または弱風の天候では、再生可能エネルギーを有効利用できない。

そこで本発明は、上記課題を解決するための第１の手段として、気球と、該気球の表面に設けられたシート状太陽電池とを有する気球型太陽光発電装置と、前記の周囲に沿って配置された雨樋と、該雨樋から落下する雨水により回転する水車と、該水車の回転によって発電する発電機と、を有する水力発電装置と、を備えることを特徴とするエネルギー変換複合システムを提供する。

また、本発明は、第２の手段として、前記気球型太陽光発電装置に連結され、風力を受けて回転するタービン翼と、該タービン翼の回転によって発電する発電機と、を有するタービン発電装置を更に備えることを特徴とする。

また、本発明は、第３の手段として、地上に設置された塔と、該塔に前記気球型太陽光発電装置を連結するための長尺連結部材と、該長尺連結部材と前記塔との間に介在されたバネと、前記気球型太陽光発電装置に作用する浮力および風力と前記バネの弾性力とによって前記長尺連結部材が上下移動するのに伴って容積変化する空気室と、該空気室に設けられた吐出口と、前記空気室の容積変化に伴って前記吐出口を介して生じる往復空気流によって回転する空気タービンと、該空気タービンによって発電する発電機と、を有する浮力・バネ発電装置を更に備えることを特徴とする。

また、本発明は、第４の手段として、太陽電池パネルを有する太陽光発電装置及び太陽熱温水器の少なくとも一方が、前記塔に取り付けられていることを特徴とする。

また、本発明は、第５の手段として、前記塔に支持された風力発電装置を更に備えることを特徴とする。

また、本発明は、第６の手段として、前記風力発電装置は、風力を受けるための軸流式羽根車および遠心式羽根車の少なくとも一方を備えることを特徴とする。

また、本発明は、第７の手段として、前記気球の頂部に支持されて風力によって回転する回転羽根と、該回転羽根の回転力を電力に変換する発電機と、該発電機の出力により風力を計測する風力計と、を有する風力計付き発電装置を更に備えることを特徴とする。

また、本発明は、第８の手段として、前記塔に支持されて太陽光を集光するための反射鏡と、該反射鏡によって集光された光束を所望箇所に導く導光手段と、を有する昼光反射集光装置を更に備えることを特徴とする。

本発明の前記第１の手段によれば、空が晴れて太陽が出ている場合は気球型太陽光発電装置で発電した電力を利用することができ、雨が降っている際には、気球型太陽光発電装置の周囲に設置した樋で気球の表面に降った雨を集め、集めた雨の位置エネルギーを水力発電装置で電力に変換して利用し得る。

また、本発明の前記第２の手段によれば、タービン発電装置を風力の強い上空に位置させ、風力を受けて発電させることができる。

また、本発明の前記第３の手段によれば、気球型太陽光発電装置に当たる風の強弱により、バネが伸縮することによって連結部材がその長さ方向へ往復移動するので、その往復運動を電力に変換することができる。

また、地上に設置した塔に、本発明の前記第４の手段により太陽熱温水器を設置し、前記第５の手段及び第６の手段により風力発電装置を設置し、種々の再生可能エネルギーを熱エネルギー、電気エネルギーとして利用できる。

また、前記第７の手段では、風力計付き発電装置によって、風力を測定しつつ、風力発電による電力を得ることができる。

さらに、地上に設置した等に、本発明の第８の手段により太陽光発電装置を設置し、第９の手段により昼光反射集光装置を設置し、種々の再生可能エネルギーを電気エネルギー、光エネルギーとして利用できる。昼光反射集光装置は、光ファイバー等の導光手段により、例えば、室内植物栽培等に利用できる。

本発明に係るエネルギー変換複合システムを実施するための最良の形態について、以下に図１〜図３を参照して説明する。

エネルギー変換複合システム１は、図１，２に正面図および側面図を示すように、塔２に連結された気球型太陽光発電装置３を備えている。塔２は、図示しない地上に設置されている。気球型太陽光発電装置３は、気球３ａの表面にシート状太陽電池が設けられている。気球３ａは、熱気球、ガス気球の何れも使用可能である。

シート状太陽電池は、可撓性を有するものを用いることができ、気球の表面全面、あるいは、気球３ａの上半分だけ等、気球の所望の表面部位に設けることができる。

気球３ａは、塔２にさせたポール等の塔２に長尺連結部材４によって、塔２に連結され得る。図１，２に示す例では、長尺連結部材４を、硬質のポールで製作しているが、図示都合上、途中省略して図示している。気球型太陽光発電装置３は、塔２以外の地上設備等に連結しても良い。

なお、図示しないが、長尺連結部材４は、可撓性のあるワイヤーとすることも可能であり、その場合は、塔２に支持させたウインチ等の巻回手段に巻かれ、気球３ａを所望高度まで浮揚させることができる。したがって、たとえば、雨天の日には、気球型太陽光発電装置３を雨雲の上空へ上昇させて、シート状太陽電池から電力を得ることもできる。

図示しないが、気球型太陽光発電装置３によって生じた電力は、電線を通じて地上の電力利用施設（例えば研究施設。以下、同じ。）に送電しても良いし、あるいは、蓄電池を気球の近傍に設置して蓄電しても良い。

エネルギー変換複合システム１は、さらに、風力計付き発電装置５を備えている。風力計付き発電装置５は、気球３ａの頂部に支持されている。風力計付き発電装置５は、風力によって回転する回転羽根５ａと、回転羽根５ａの回転力を電力に変換する発電機（図示せず）と、該発電機の出力により風力を計測する風力計（図示せず）と、を有する。前記風力計によって得られた風力は、電気信号として有線または無線により地上へ送信されるように構成され得る。また、風力計付き発電装置５によって得られた電力は、風力計を駆動する電力として利用し得る他、図示しない蓄電池に蓄え、或いは、地上の電力利用施設へ送電しても良い。

エネルギー変換複合システム１は、さらに、雨水を利用する水力発電装置６を備えている。水力発電装置６は、気球型太陽光発電装置３に付設されている。水力発電装置６は、気球３ａの周囲に沿って配置された雨樋７と、雨樋７から落下する雨水により回転する水車（図示せず）と、該水車によって発電する発電機（図示せず）と、を有する。図示しない前記水車および発電機は、ボックス８内に配置されている。

図示例の雨樋７は、気球の全周に渡って上下２段に配置された円環状の横樋７ａ、７ａと、各横樋７ａ、７ａから下方へ延びる縦樋７ｂ‥を備える。円環状の横樋７ａは、気球３ａの中心を横切る高さ位置に少なくとも一つ備えることが好ましい。

雨樋７は、図示例の形態に限定されず、種々の形態の雨樋を採用し得る。例えば、横樋７ａは、気球の全周ではなく、気球周囲の一部分のみにあっても良い。また、本発明における雨樋は、気球３ａの周囲に沿うスパイラル形状とすることもできる。

水力発電装置６の雨樋７は、気球に降り注いで気球の（シート状太陽電池）表面を伝い落ちる雨を集める。雨樋７に集められた雨水は、ボックス８内の図示しない水車を回し、同ボックス内の発電機（不図示）を作動させ発電する。

気球型太陽光発電装置３で発電した電力は、図示しない蓄電池に蓄えてもよいし、或いは、地上の電力利用施設へ送電しても良い。

エネルギー変換複合システム１は、タービン発電装置をさらに備えている。第１のタービン発電装置１０、第２のタービン発電装置１１が、気球型太陽光発電装置３に長尺連結部材４を介して連結されている。第１のタービン発電装置１０は、風力を受けて回転するタービン翼１０ａと、タービン翼１０ａの回転によって発電する発電機１０ｂと、を有している。第２のタービン発電装置１１も、第１のタービン発電装置１０と同様に、タービン翼１１ａ（図２）と発電機（図示せず）とを内部に備えている。

第１のタービン発電装置１０によれば、タービン翼１０ａが風によって回転し、発電機１０ｂを駆動し、電力を発生させる。第２のタービン発電装置１１も、第１のタービン発電装置１０と同様にして発電する。第１、第２のタービン発電装置１０，１１によって発生した電力は、タービン発電装置１０、１１に蓄電池を搭載して蓄電しても良いし、地上の電力利用施設に送電してもよい。

なお、長尺連結部材４を可撓性ワイヤーで構成した場合、気球３ａをジェット気流の流れる高度まで浮揚させ、ジェット気流による発電が可能である。

エネルギー変換複合システム１は、気球の浮力とバネの弾性力を利用する浮力・バネ発電装置を更に備えている。図３に概略的に示すように、浮力・バネ発で装置１３は、長尺連結部材４と塔２との間に介在されたバネ１３ａと、気球型太陽光発電装置３に作用する浮力および風力とバネ１３ａの弾性力とによって長尺連結部材４が上下移動するのに伴って容積変化する空気室１３ｂと、空気室１３ｂに設けられた吐出口１３ｃと、空気室１３ｂの容積変化に伴って吐出口１３ｃを介して生じる往復空気流によって回転する空気タービン１３ｄと、空気タービン１３ｄによって発電する発電機１３ｅと、を有する。浮力・バネ発で装置１３は、波力発電装置に類似する構造を備えており、空気タービン１３ｄには、波力発電で使用されるウェルズタービンを使用することができる。空気室１３ｂはシリンダー室として機能し、長尺連結部材４がピストンロッドとして機能している。

図３においてバネ１３ａは、コイルバネであり、気球型太陽光発電装置３が浮力によって浮揚し、長尺連結部材４が上方へ移動すると、浮力と釣り合う位置まで圧縮される。例えば、無風状態の時には、バネ１３ａの弾性力と気球型太陽光発電装置３の浮力とは釣り合っており、風が上方へ向けて吹くと、気球が風力を受けて長尺連結部材４に張力を及ぼし、その結果、バネ１３ａがさらに圧縮された状態となるが、風な止むと、バネ１３ａの弾性力により長尺連結部材４が塔２に引き込まれる。こうして風の方向、強弱によって、長尺連結部材４がその長さ方向に上下動することにより、空気室１３ｂの容積が変化する。空気室１３ｂの容積変化によって、吐出口１３ｃを介して往復空気流が生じ、この往復空気流によって空気タービン１３ｄを回転させる。空気タービン１３ｄの回転により、発電機１３ｅが発電する。

さらに、エネルギー変換複合システム１は、塔２に支持された１基の太陽熱温水器１５（図２）と、塔２に支持された風力発電装置１６、１７と、塔２に支持された太陽電池パネルを有する太陽光発電装置１８と、を更に備えている。風力発電装置１６は、正面からの風を捉えて発電するための軸流式羽根車を備えており、風力発電装置１７は、横風を捉えて発電するための遠心式羽根車を備えている。

また、エネルギー変換複合システム１は、塔２に支持されて太陽光を集光するための反射鏡１９と、反射鏡１９によって集光部２０に集光した光束を所望箇所に導く導光手段（図示せず）と、を有する昼光反射集光装置２１を更に備える。導光手段としては、光ファイバーが好適な手段として例示できる。昼光反射集光装置によって集められた光を、室内照明や植物栽培用照明として利用することができる。

再生可能エネルギーの利用技術を開発する上において、種々のエネルギー変換装置を集約し、変換効率等を研究する用途にも適用できる。

本発明に係るエネルギー変換複合システムの一実施形態を一部省略して示す正面図である。図１のエネルギー変換複合システムの側面図である。図１のエネルギー変換複合システムに組み込まれた浮力・バネ発電装置の一形態を示す断面図である。

符号の説明

１エネルギー変換複合システム
２塔
３気球型太陽光発電装置
４長尺連結部材
５風力計付き発電装置
６水力発電装置
７雨樋
１０タービン発電装置
１１タービン発電装置
１３浮力・バネ発電装置
１５太陽熱温水器
１６風力発電装置
１７風力発電装置
１８太陽光発電装置
２１昼光反射集光装置

Claims

気球と、該気球の表面に設けられたシート状太陽電池とを有する気球型太陽光発電装置と、
前記気球の周囲に沿って配置された雨樋と、該雨樋から落下する雨水により回転する水車と、該水車の回転によって発電する発電機と、を有する水力発電装置と、
を備えることを特徴とするエネルギー変換複合システム。
前記気球型太陽光発電装置に連結され、風力を受けて回転するタービン翼と、該タービン翼の回転によって発電する発電機とを有するタービン発電装置を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー変換複合システム。
地上に設置された塔と、該塔に前記気球型太陽光発電装置を連結するための長尺連結部材と、該長尺連結部材と前記塔との間に介在されたバネと、前記気球型太陽光発電装置に作用する浮力および風力と前記バネの弾性力とによって前記長尺連結部材が上下移動するのに伴って容積変化する空気室と、該空気室に設けられた吐出口と、前記空気室の容積変化に伴って前記吐出口を介して生じる往復空気流によって回転する空気タービンと、該空気タービンによって発電する発電機と、を有する浮力・バネ発電装置を更に備えることを特徴とする請求項１または２に記載のエネルギー変換複合システム。
太陽電池パネルを有する太陽光発電装置及び太陽熱温水器の少なくとも一方が、前記塔に取り付けられていることを特徴とする請求項３に記載のエネルギー変換複合システム。
前記塔に支持された少なくとも１基の風力発電装置を更に備えることを特徴とする請求項３に記載のエネルギー変換複合システム。
前記風力発電装置は、風力を受けるための軸流式羽根車および遠心式羽根車の少なくとも一方を備えることを特徴とする請求項５に記載のエネルギー変換複合システム。
前記気球の頂部に支持されて風力によって回転する回転羽根と、該回転羽根の回転力を電力に変換する発電機と、該発電機の出力により風力を計測する風力計と、を有する風力計付き発電装置を更に備えることを特徴とする請求項１、５、または６に記載のエネルギー変換複合システム。
前記塔に支持されて太陽光を集光するための反射鏡と、該反射鏡によって集光された光束を所望箇所に導く導光手段と、を有する昼光反射集光装置を更に備えることを特徴とする請求項３に記載のエネルギー変換複合システム。