JP2023042338A

JP2023042338A - 発電装置および発電方法

Info

Publication number: JP2023042338A
Application number: JP2021149584A
Authority: JP
Inventors: 隆雄原; Takao Hara; 和彦石川; Kazuhiko Ishikawa
Original assignee: CENTRAL ENGINEERING KK; Central Engineering Co Ltd
Current assignee: CENTRAL ENGINEERING KK; Central Engineering Co Ltd
Priority date: 2021-09-14
Filing date: 2021-09-14
Publication date: 2023-03-27

Abstract

【課題】従来の発電システムとは全く異なるシステムを用い、優れた発電効率を有する発電装置および発電方法を提供する。【解決手段】発電装置１は、水Ｌを加圧して送り出す圧力ポンプユニット２と、圧力ポンプユニット２から送り出された水Ｌを冷却する冷却装置ユニット３と、冷却装置ユニット２で冷却された水Ｌを貯留する貯留タンク４と、貯留タンク４内に気体を導入し、貯留タンク４内の水Ｌを加圧する気体導入ユニット５と、貯留タンク４から排出された水Ｌとの衝突により駆動する発電ユニット６と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、発電装置および発電方法に関する。

従来から発電方法として、水の流れる力を利用して水車を回し、この水車に連結された発電機を作動させて発電する水力発電、燃料を燃やす際に発生する蒸気でタービンを回し、このタービンに連結された発電機を作動させて発電する火力発電、核分裂の際に放出される熱を利用して水を蒸気に変え、この蒸気によってタービンを回し、このタービンに連結された発電機を作動させて発電する原子力発電、風のエネルギーで風車を回し、この風車に連結された発電機を作動させて発電する風力発電、太陽光を受けて電気エネルギーを発生させる太陽電池を用いて発電する太陽光発電等が知られている。

特開２０１９－１６３７１１号公報

しかしながら、これら水力発電、火力発電、原子力発電、風力発電、太陽光発電は、例えば、大気汚染、地球温暖化、放射能漏れの危険等といった問題や、発電効率が高くないといった問題を抱えている。

本発明は、水（液体）の流れる力を利用することは水力発電と共通するものの、このような従来の発電システムとは全く異なるシステムを用い、優れた発電効率を有する発電装置および発電方法を提供することを目的とする。

前記目的は、以下（１）～（５）の本発明により達成される。

（１）液体を加圧して送り出す圧力ポンプと、
前記圧力ポンプから送り出された前記液体を冷却する冷却装置と、
前記冷却装置で冷却された前記液体を貯留する貯留タンクと、
前記貯留タンク内に気体を導入し、前記貯留タンク内の前記液体を加圧する気体導入ユニットと、
前記貯留タンクから排出された前記液体との衝突により駆動する発電ユニットと、を有することを特徴とする発電装置。

（２）前記発電ユニットは、前記液体との衝突により回転する被回転体を有する上記（１）に記載の発電装置。

（３）前記被回転体に衝突した前記液体は、前記圧力ポンプに導入される上記（１）または（２）に記載の発電装置。

（４）前記液体は、水である上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の発電装置。

（５）圧力ポンプで液体を加圧し、
前記圧力ポンプで加圧された前記液体を冷却装置で冷却し、
前記冷却装置で冷却された前記液体を貯留タンクに貯留し、
前記貯留タンク内に気体を導入して前記貯留タンク内の前記液体を加圧し、
前記貯留タンクから排出された前記液体との衝突により発電ユニットを駆動することを特徴とする発電方法。

本発明に係る発電装置によれば、加圧された液体との衝突により発電ユニットが駆動するため、高効率の発電が可能となる。

図１は、発電装置の全体構成を示す図である。

図１に、好適な実施形態に係る発電装置の構成を示す。同図に示す発電装置１は、水Ｌを加圧して送り出す圧力ポンプユニット２と、圧力ポンプユニット２から送り出された水Ｌを冷却する冷却装置ユニット３と、冷却装置ユニット３で冷却された水Ｌを貯留する貯留タンク４と、貯留タンク４内に気体を充填して貯留タンク４内の水Ｌを加圧する気体導入ユニット５と、貯留タンク４から排出された水Ｌとの衝突によって駆動する発電ユニット６と、これら各部を接続し、内部を水Ｌが循環する配管７と、配管７の途中に数カ所設置された調整弁８と、を有する。このような発電装置１では、圧力ポンプユニット２を駆動することにより、水Ｌが配管７内を矢印Ａの方向に循環し、これにより、発電ユニット６による発電が行われる。

なお、配管７を循環させる液体としては、水Ｌに限定されない。ただし、水Ｌを用いることにより、発電コストの削減を図ることができる。

また、圧力ポンプユニット２は、並列に配置された２つの圧力ポンプ２Ａ、２Ｂを有する。このように、２つの圧力ポンプ２Ａ、２Ｂを並列接続することにより、圧力ポンプユニット２のメンテナンスが容易となる。例えば、平時には圧力ポンプ２Ａ、２Ｂをそれぞれ５０％程度の出力で駆動させ、圧力ポンプ２Ａのメンテナンス、交換時には圧力ポンプ２Ｂを１００％で駆動すれば、メンテナンス時においても平時と変わらぬ駆動が可能となる。そのため、圧力ポンプ２Ａ、２Ｂとして、５０％程度の駆動で必要な圧力まで水Ｌを加圧できる能力を有するものを使用するのが好ましい。

このような圧力ポンプ２Ａ、２Ｂは、それぞれ、インペラーと呼ばれる羽根車の回転による遠心力を用いて水Ｌを加圧する多段渦巻ポンプである。ただし、圧力ポンプ２Ａ、２Ｂとしては、特に限定されない。また、圧力ポンプユニット２に含まれる圧力ポンプの数としては、２つに限定されず、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。

圧力ポンプユニット２から送り出された水Ｌは、冷却装置ユニット３に導入され、冷却される。圧力ポンプユニット２による加圧で昇温した水Ｌを冷却装置ユニット３によって冷却することにより水Ｌの蒸発を防ぎ、発電装置１の発電能力の低下を防ぐことができる。

冷却装置ユニット３は、並列に配置された２つの冷却装置（脱熱装置）３Ａ、３Ｂを有する。冷却装置（脱熱装置）３Ａは、圧力ポンプ２Ａに接続されており、圧力ポンプ２Ａから吐出された高圧の水Ｌが導入され、その水Ｌを冷却（脱熱）する。同様に、冷却装置（脱熱装置）３Ｂは、圧力ポンプ２Ｂに接続されており、圧力ポンプ２Ｂから吐出された高圧の水Ｌが導入され、その水Ｌを冷却（脱熱）する。冷却装置３Ａ、３Ｂとしては、水Ｌを冷却することができれば、特に限定されないが、例えば、冷媒との熱交換により水Ｌを冷却する構成とすることができる。

貯留タンク４は、冷却装置ユニット３によって冷却された水Ｌを貯留する。貯留タンク４は、タンク本体４１と、タンク本体４１内に昇降自在に配置された浮蓋４２と、を有する。そのため、貯留タンク４の内部は、浮蓋４２の下方に位置する下側空間Ｓ１と、浮蓋４２の上方に位置する上側空間Ｓ１とに仕切られている。そして、下側空間Ｓ２に冷却装置ユニット３によって冷却された水Ｌが導入、貯留され、上側空間Ｓ２に気体導入ユニット５から気体が導入される。

気体導入ユニット５は、気体の窒素（Ｎ_２）を生成する窒素発生装置５１と、窒素発生装置５１で生成された窒素を貯留タンク４の上側空間Ｓ２に導入するコンプレッサ５２と、を有する。コンプレッサ５２によって上側空間Ｓ２に窒素を導入することにより、浮蓋４２を下方へ付勢し、下側空間Ｓ１に貯留された水Ｌを加圧する。水Ｌを加圧するのに窒素を用いることにより、発電装置１の安全性が増すと共に、コストの削減を図ることができる。ただし、貯留タンク４内に導入する気体としては、窒素に限定されず、例えば、大気（空気）であってもよい。この場合は、実質的にコンプレッサ５２だけで気体導入ユニット５が構成されるため、発電装置１の小型化および低コスト化を図ることができる。また、例えば、窒素を用いる場合、窒素発生装置５１に替えて窒素が充填されたボンベを用いることもできる。

発電ユニット６は、発電機６４と、発電機６４を駆動する動力を発生する動力発生部６０と、を有する。また、動力発生部６０は、貯留タンク４から排出された水Ｌとの衝突によって回転する水車６１（被回転体）と、水車６１の回転を出力する出力軸６２と、を有し、出力軸６２が発電機６４に接続されている。そのため、水車６１が回転することにより発電機６４での発電が行われる。

なお、動力発生部６０の構成としては、上述の構成に限定されず、水Ｌの力を利用して発電機６４を駆動させる動力を発生させることができれば、如何なる構成であってもよい。また、図示の構成では、出力軸６２と発電機６４とが直接接続されているが、これに限定されず、これらの間に加速器、減速機等の変速機や、動力を伝達するギア、チェーン等が介在していてもよい。

また、発電機６４の構成としては、その機能を発揮することができれば、特に限定されない。例えば、一対のコイルと、これら一対のコイルの間に配置され、出力軸６２に繋がった磁石と、を有し、出力軸６２の回転によって磁石を一対のコイルの間で回転させる交流発電機であってもよいし、これとは逆に、一対の磁石と、これら一対の磁石の間に配置され、出力軸６２に繋がったコイルと、を有し、出力軸６２の回転によってコイルを一対の磁石の間で回転させる直流発電機であってもよい。また、これらとは別の如何なる構造の発電機であってもよい。

また、動力発生部６０は、水車６１の回転に用いられた水Ｌを回収する回収タンク６３をさらに有する。

以上のような構成の発電装置１は、次のように駆動する。発電装置１では、圧力ポンプユニット２の駆動によって、圧力ポンプユニット２から３～７気圧程度の水Ｌが５０００～１００００ｃｃ／秒の流量で送り出される。圧力ポンプユニット２から送り出された水Ｌは、冷却装置ユニット３に導入されて１０℃程度に冷却される。そして、冷却装置ユニット３で冷却された水Ｌは、貯留タンク４の下側空間Ｓ１に導入される。貯留タンク４には３００～５００リットル程度の水Ｌが貯留される。また、貯留タンク４の上側空間Ｓ２には気体導入ユニット５から窒素が導入され、貯留タンク４内の窒素の圧力が３～７気圧程度に維持されている。そのため、貯留タンク４からは３～７気圧／３０℃程度の水Ｌが排出される。貯留タンク４から排出された水Ｌは、配管７によって水車６１の直上に導かれた後、水車６１に向けて放出される。水車６１に向けて放出された水Ｌは、水車６１に衝突し、これにより、水車６１が回転する。そして、水車６１が回転することにより発電機６４での発電が開始される。

水Ｌが水車６１に衝突すると、水Ｌの圧力が瞬時に水Ｌが元々持っている圧力まで低下する。つまり、窒素による加圧から解放される。そのため、水車６１に衝突し、回収タンク６３に回収された水Ｌは、０気圧／１６℃程度となる。このように、水車６１の上流側と下流側とに大きな圧力差を生じさせることにより、水車６１をより高速に回転させることができ、発電効率が向上する。

水車６１に衝突した後、回収タンク６３に回収された水Ｌは、圧力ポンプユニット２に導入され、圧力ポンプユニット２によって再び加圧されて送り出される。発電装置１では、このようにして水Ｌを循環させることにより発電を継続することができる。

以上、発電装置１の駆動について説明したが、上記は一例であり、例えば、各部における水Ｌの温度および気圧、貯留タンク４の容量等は、特に限定されない。また、上記「気圧」は、大気圧との差を意味する。

以上のように、本発明に係る発電装置１は、水Ｌを加圧して送り出す圧力ポンプユニット２と、圧力ポンプユニット２から送り出された水Ｌを冷却する冷却装置ユニット３と、冷却装置ユニット３で冷却された水Ｌを貯留する貯留タンク４と、貯留タンク４内に気体を導入し、貯留タンク４内の水Ｌを加圧する気体導入ユニット５と、貯留タンク４から排出された水Ｌとの衝突により駆動する発電ユニット６と、を有する。そのため、優れた発電効率を有する発電装置１となる。したがって、その産業上の利用可能性は大きい。

１…発電装置、２…圧力ポンプユニット、２Ａ…圧力ポンプ、２Ｂ…圧力ポンプ、３…冷却装置ユニット、３Ａ…冷却装置、３Ｂ…冷却装置、４…貯留タンク、４１…タンク本体、４２…浮蓋、５…気体導入ユニット、５１…窒素発生装置、５２…コンプレッサ、６…発電ユニット、６０…動力発生部、６１…水車、６２…出力軸、６３…回収タンク、６４…発電機、７…配管、８…調整弁、Ａ…矢印、Ｌ…水、Ｓ１…下側空間、Ｓ２…上側空間

Claims

液体を加圧して送り出す圧力ポンプと、
前記圧力ポンプから送り出された前記液体を冷却する冷却装置と、
前記冷却装置で冷却された前記液体を貯留する貯留タンクと、
前記貯留タンク内に気体を導入し、前記貯留タンク内の前記液体を加圧する気体導入ユニットと、
前記貯留タンクから排出された前記液体との衝突により駆動する発電ユニットと、を有することを特徴とする発電装置。
前記発電ユニットは、前記液体との衝突により回転する被回転体を有する請求項１に記載の発電装置。
前記被回転体に衝突した前記液体は、前記圧力ポンプに導入される請求項１または２に記載の発電装置。
前記液体は、水である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発電装置。
圧力ポンプで液体を加圧し、
前記圧力ポンプで加圧された前記液体を冷却装置で冷却し、
前記冷却装置で冷却された前記液体を貯留タンクに貯留し、
前記貯留タンク内に気体を導入して前記貯留タンク内の前記液体を加圧し、
前記貯留タンクから排出された前記液体との衝突により発電ユニットを駆動することを特徴とする発電方法。