JP2015502472A - 水中での空気圧力を伴う発電システム - Google Patents

Abstract

深水（１）（他の流体も含む）の底は高圧である。このシステムは深水の高圧を伴う空気等の圧縮可能な流体を圧縮するための装置（２）を利用し、これにより、より小さな圧縮された体積を有する圧縮空気内にエネルギーを保存するものである。そしてこの圧縮空気は膨張チャンバ（５）内に注入され、保存されたエネルギーを放出し、その元の体積に戻る。一定温度において、体積１０ｍ^３の水はある体積を１／１０の体積に圧縮するために１０倍の圧力を提供する。その圧力が１／１０に減少すると、圧縮空気はその元の体積に戻り、保存されたエネルギーを放出し、このエネルギーはタービン（１１）を回して、電力を生成するために発電機（２１）を回すのに利用することができる。

Description

１立方メートルの体積の水は１トンの重量があり、これにより高所から低所に向かって流れる水が非常に高圧となることができ、ダム等から水力発電をするのに用いることができる。しかしながら、一旦、水が低所に到達すると、もはやそれを利用することはできず、なぜなら高所に逆戻りして流れることはできないからである。本発明は、上方への水流を作るシステムを提供し、このシステムにおいて費用の掛からない高圧空気を作るものである。本発明は、空気の体積を圧縮するためにこのシステムを使用することによってエネルギーを水圧において一時的に保存する。続いてこの圧縮空気は低圧環境内に注入され、これによりその元の非圧縮状態に回復する。この回復により、圧縮されたエネルギーが放出され、このエネルギーは、電力出力を提供するように発電機を回転させるためあるいは発電機のシャフトに搭載されたプロペラを回転させるために使用することができる。この放出されたエネルギーは、消防車が特に高層ビルでの火災を消火するのに（あるいは高圧を必要とする他の用途で）高圧水流を提供することができるように使用することもできる。よってこのシステムは、環境に有害な物質を生じることのないグリーンエネルギーを生成し、有益な経済的利点を有する。

本発明の主な目的は、水中深くにある深層水（ｈｉｇｈ−ｒｉｓｅ ｗａｔｅｒ）において設置された発電システムを提供することである。水の水圧はその重量、速度および高さ（すなわち水深さ）によって乗じられる重力により加速されることにより質量により算出され、質量、重量および加速が一定であるため、いかなる深さの水圧も水深にのみ依存し、水深はこのシステムの性能を決定する。従って、最大発電能力を得るために、本発明のシステムを通常、水面下数百フィートにおいて構成する必要がある。しかしながら、人間の作業員はそのような水中の深さで生存しかつ作業することができないため、上の水圧を除去し、作業員の頭上にある深層水の底に圧力トランスミッタを設置した。複数の圧力トランスミッタが中央動作管を囲む。各圧力トランスミッタは、多層のように水を一度、高圧空気を一度、そして再び水を一度、高圧空気を一度といった具合に動作し、多くの圧力トランスミッタが、電力を生成するための発電機に接続されたタービンを回すために高圧を次々に注入する。これは、高層ビルでの消火活動において消火用水を送出するために高圧を提供するために直接使用することもできる。

図１は、二つの圧力トランスミッタを有する本発明の水中システムの例示的な実施形態の部分断面正面図である。 図２は、圧力トランスミッタの下方に発電機と、貯水タンクと、水抽出装置と、給気システムと、を含む地下設備の部分断面正面図である。 図３は、本発明のシステムの部分断面正面図である。 図４は、図３の断面線ｘ−ｘに沿った本発明のシステムの上面図であり、タービンを回転させるための高圧空気を注入するための中央動作管を囲む８個の圧力トランスミッタを有する例示的な実施形態を示す。 図５は、高圧水および高圧空気を高所に上げるための本発明のシステムの毛細管の様々な部分に沿う側断面図を示す。

図面を参照し、各符号により示されるものは以下の通りである。
１．水（深層水（ｈｉｇｈ−ｒｉｓｅ ｗａｔｅｒ）に保存されている水）
２．圧力トランスミッタ（これは空気を圧縮するために水圧を利用し、圧縮空気において圧力を保存する。）
３．下部逆止め弁（圧力トランスミッタの下部に位置する。）
４．空圧油導管（逆止め弁を上下に作動させるために往復ポンプに空圧により油を送るためのもの。）
５．圧力トランスミッタとタービンとの間に位置する経路
６．上部逆止め弁を開け閉めするための空圧ポンプ
７．下方ドレン管
８．下部逆止め弁を開け閉めするための下部圧力オイルポンプ
９．往復式ロッド
１０．高圧空気を伴う水を上方に上げるために水底から水面に延び、タービンを回転させて発電機を回すために水底に高圧を生じさせる、延長パイプ。
１１．発電機を回すために主回転軸を回転させるタービン
１２．主回転軸
１３．高強度の漏れ防止ベアリング
１４．圧力オイルポンプチューブの往復運動
１５．圧力トランスミッタの圧縮チャンバであって、水による高圧を利用して費用を生じることなく有用な圧縮空気を生成し、そしてその保存されたエネルギーを放出することができる、圧縮チャンバ
１６．リサイクルされた水を圧力トランスミッタ内に供給するための、圧力トランスミッタへの吸水ポート
１７．圧縮チャンバ内の流速を上げるための圧縮チャンバにおける圧力よりも１．５倍高い空気圧
１８．断面図３１、３２または３３に示す毛細管特性
１９．逆止め弁
２０．圧力トランスミッタの圧縮チャンバ内へ水をリサイクルするための水パイプ（これは、電磁気式開閉機構により制御される。かつ、使用済み水を貯水プールから圧縮チャンバに戻すために圧縮空気を膨張チャンバ内に注入した後に圧力トランスミッタによって膨張チャンバ内に放出される水を容易にリサイクルするように動作することができる。）
２１．電気発電機
２２．水ポンプ
２３．低能力コンプレッサ（圧縮チャンバに入れるために空気の速度を上げるために使用される。）
２４．空気貯蔵タンク
２５．回転軸支持軸受
２６．水ポンプモータ（毎回圧縮空気を注入する前に、圧縮チャンバ内の水の一部が空気のために空間を作るために抽出されなければならない。しかしながら、抽出された量の水は、深層水において水量を維持するために圧力トランスミッタ内に戻さなければならない。）
２７．地面
２８．使用済み水の貯水プール
２９．上部水面
３０．スカイチューブ（加圧された空気で水圧を放出するためのチューブ。チューブ内に毛細管特性を有する。圧縮された空気と圧縮された水との混合体の密度が、深層水において保存された水よりも低いため、水はこのチューブ内で上昇する。）
３１．毛細管のトランペット型の仕切りの構造体
３２．毛細管の特性
３３．毛細管の他の特性

圧力トランスミッタの動作は水中の深層水において下層のチャンバに置かれた制御室に位置するコンピュータ等によって電気的に制御される。このコンピュータは二つの逆止め弁および三つの開閉ポートの動作を制御し、水を排出するために圧縮空気に高圧を与えるように圧力トランスミッタ内で低圧環境および高圧環境を交互に作る。更に重要なことは、水排出力を起こしかつこのシステム内で水をリサイクルするには少しの電力のみを必要とすることである。

このコンピュータは圧力トランスミッタの以下の一連の動作ステップを自動的に実施する。
１．上部逆止め弁および下部逆止め弁ならびに三つの開閉ポートを閉じる。
２．圧力トランスミッタの底の吸水ポートを開け、上部逆止め弁および下部逆止め弁を開け、これにより特に約５メートルの高さまで圧力トランスミッタの圧縮チャンバを満たすように水を圧力トランスミッタ内に入れる。
３．上部逆止め弁および下部逆止め弁の両方を閉じる。
４． ５メートルの水と１０メートルの空気とで１５メートルの圧力トランスミッタの圧縮チャンバが満たされるまで放水ポートおよび空気吸入ポートを開ける。
５．圧縮チャンバが完全に隔離されるように放水ポートおよび空気吸入ポートを閉じる。
６．吸水ポートおよび下部逆止め弁を開け、これにより深い高圧水が圧縮チャンバに入り、内部の空気を小さな体積に圧縮して高圧空気となるようにする。
７．上部逆止め弁を開け、圧縮された水を伴う高圧空気を注入してタービンを回し、これにより電気を生成するために発電機が回る。この高圧空気はタービンを回すために複数の圧力トランスミッタから中央動作管内に連続して注入される。
８．低圧環境となった圧力トランスミッタ内に使用済み水の貯水プールから水を戻すために水ポンプを作動させ、なぜなら圧力トランスミッタから放出された水は、リサイクルするために深層水を再度充填するのに必要な水の量と等しくなくてはならないからである。
９．圧力トランスミッタの逆止め弁ならびに水入口ポートおよび水出口ポートの全てを再度閉め、ステップ１〜９を完了する。
１０．発電を行うためにこの圧力トランスミッタにおいてステップ１〜９を繰り返す。よって、全ての圧力トランスミッタはこのシステムからグリーンな電力を行うために連続して動作される。

Claims (12)

1. 深水に複数の圧力トランスミッタを配置することと、
   前記圧力トランスミッタ内の圧縮チャンバに最初に決められた空気の量を供給することと、
   前記空気を高圧の圧縮空気に圧縮するために前記深水から前記圧縮チャンバ内に高圧の水を投入することと、
   前記圧縮空気をタービンを有する膨張チャンバ内に注入し、これにより膨張チャンバ内で前記圧縮空気から放出されたエネルギーによって前記タービンを回転して電力を生成するために発電機を回すことと、
   水と混合された前記圧縮空気を前記深水の水面まで延長管の上方に上げるように仕向けることと、を含み、水と混合された前記圧縮空気は、水車を通して前記水が流れることにより電力を生成するために貯水タワーと下部貯水プールとの間でリサイクルをすることや、消火を含む様々な用途のために有用である、発電システム。
2. 圧縮空気と水との混合体を作るために、前記圧縮チャンバ内で最初の予め決められた空気の量を圧縮するように前記深水から高圧の水を前記圧縮チャンバ内に入れるために前記圧力トランスミッタの各圧力トランスミッタの底部に位置する吸水ポートを提供することと、圧縮空気と水との前記混合体を前記圧縮されたチャンバから前記膨張チャンバ内に注入することと、を含む請求項１に記載の発電システム。
3. 前記圧縮チャンバは、前記高圧の水を前記圧縮チャンバ内に入れるように機能する下部逆止め弁と、水と混合された前記圧縮空気を前記膨張チャンバ内に注入するように機能する上部逆止め弁との間に位置する、請求項１に記載の発電システム。
4. 前記圧力トランスミッタは、排水ポート、吸水ポート、および空気吸入ポートを備え、これらの排水ポート、吸水ポート、および空気吸入ポートは、前記圧力トランスミッタの前記圧縮チャンバと、水底の地面下に位置する操作室との間を連通する、請求項１に記載の発電システム。
5. 前記複数の圧力トランスミッタは、前記膨張チャンバの周囲を取り囲む様に位置し、前記タービンを回すために圧縮空気と水との混合体を膨張チャンバ内に連続して注入するように機能する、請求項１に記載の発電システム。
6. 複数の発電ユニットを含み、この複数の発電ユニットは複数の膨張チャンバを囲む複数の圧力トランスミッタを有し、前記複数の膨張チャンバはそれぞれに設けられたタービンを備える、請求項１に記載の発電システム。
7. 前記発電システムは、海、湖および井戸を含む水中に設置可能であり、高圧環境から離れた陸上の建物内の安全な環境で作業者が操作することができるようにする、請求項１に記載の発電システム。
8. 火災において火を消火するために圧縮空気と水との前記混合体を高所に送るために前記膨張チャンバの上方に毛細管を設けることを含む、請求項５に記載の発電システム。
9. 水力発電ダムよりも低い水を前記水力発電ダムの上方に戻してリサイクルすることを含む、請求項１に記載の発電システム。
10. 船のために推進力を提供するために前記発電システムを前記船内に設けることを含む、請求項１に記載の発電システム。
11. 空気を圧縮して高圧の空気を供給するために高圧の水を利用することを特徴とする、請求項１に記載の発電システム。
12. 前記高圧は、大量の流体による圧力を含む、請求項１に記載の発電システム。
    
    

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