JP4621286B2 - 減圧発電機 - Google Patents

Description

本発明は、特別な動力を用いることなく、水車の回転に必要な水を供給し続けることができ、自由落下よりも大きな力で水車を回転させることができる高効率の減圧発電機に関する。

水力発電装置は、一般に、水槽から水車まで水圧管路によって流水を導き、水圧管路における流水により水車を回転させ、水車によって発電機を駆動するものである。
このような従来の水力発電装置では、水圧管路において取水口から水車までに十分な落差が必要であり、急峻な地形を利用したダム等の建設が不可欠であった。
しかしながら、ダム等を含む新たな水力発電施設の建設には莫大なコストがかかるだけでなく、自然破壊などの問題もあり、既存の設備を有効利用した発電量の増加、発電効率の向上が望まれる。
例えば、（特許文献１）には、水車の下流側から管路内の水に真空吸引力を作用させて水車を増速回転させる真空吸引ポンプを設けた水力発電装置が開示されている。
（特許文献２）には、下位のタンクに貯溜した液体を揚液ポンプにより上位のタンクに揚液し、上位のタンクの液体の持つエネルギーにより発電機を駆動する水力発電方式の自家用発電装置が開示されている。
（特許文献３）には、水面上または陸上に立上げた揚水管の先端を完全気密な構造とし、高真空状態に保持することにより、揚水管及び高真空室の真空度と、水源の水面にかかる大気圧との圧力差で水を揚水し、下方に布設した落水管内部を重力により落下させ、主水力発電機を回転させて発電させる方式の発電システムが開示されている。

特開２００４−１７６７０５号公報 特開２０００−９０１４号公報 特開平６−１０１６２１号公報

しかしながら、上記従来の技術は以下のような課題を有していた。
（１）（特許文献１）では、水車の下流側から真空吸引ポンプで管路内の水に真空吸引力を作用させることにより水車を増速回転させるので、管路内に真空吸引ポンプを設けると共に、常に真空吸引ポンプを駆動しなければならず、発電のために余計な動力が必要となり、十分な発電量増加の効果が得られないという課題があった。
（２）（特許文献２）では、上位のタンクの負圧室内を減圧する真空ポンプと、下位のタンクから上位のタンクへ液体を汲み上げるための液体汲み上げ管に加え、下位のタンクに貯溜した液体を上位のタンクに揚液するための揚液ポンプと、揚液ポンプを経由する汲み上げ管が必要であり、構成が複雑になると共に、真空ポンプや揚液ポンプを駆動するための動力が必要で、十分な発電量増加の効果が得られないという課題があった。
また、揚水した水を重力により落下させ、主水力発電機を回転させるだけなので、揚程差分の位置エネルギーしか利用することができず、発電効率の向上は望めないという課題があった。
（３）（特許文献３）では、揚水管の先端を高真空状態に保持するための真空ポンプが必要であり、真空ポンプを駆動するための動力が必要で、十分な発電量増加の効果が得られないという課題があった。
また、上位のタンクに貯留された水を自由落下させるだけなので、揚程差分の位置エネルギーしか利用することができず、発電効率の向上は望めないという課題があった。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、トリチェリーの原理によって貯水タンク内に真空に近い減圧状態を作り出すことができるので、構成を簡素化でき、動力を大幅に低減することが可能で、貯水タンクへ常に一定量の水を供給し続けることができ、複雑な制御を行うことなく、連続運転が可能で、稼働率が高く、量産性、省スペース性、メンテナンス性、省エネルギー性に優れ、小規模発電から大規模発電まで対応することができると共に、減圧状態の貯水タンクの中に配設された水車部を負圧によって引かれた水で回転させるので、自由落下よりも大きなエネルギーを利用することができ、発電量を増加させることができるだけでなく、水車の回転時に空気抵抗がなく、発電の効率性に優れた減圧発電機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の減圧発電機は、以下の構成を有している。
請求項１に記載の減圧発電機は、（ａ）大気に開放した呼び水貯留部と、（ｂ）前記呼び水貯留部に立設された貯水タンクと、（ｃ）前記貯水タンクの下端部に配設され前記貯水タンクから前記呼び水貯留部に排水する排水用開閉弁を有する排水口と、（ｄ）前記貯水タンクの頂部に形設された給水口及び空気抜き開閉弁と、（ｅ）水源に貯留された水の中に開口した取水口を有し前記給水口に接続された給水配管と、前記給水配管の前記給水口近傍に配設された給水用開閉弁と、を有する給水部と、（ｆ）前記貯水タンクの内部で前記給水口の直下に配設された水車部を有する発電部と、（ｇ）前記給水部に配設され又は使用開始時若しくは必要時に前記給水部に取り付けられ前記呼び水溜部や前記貯水タンクに給水する給水ポンプと、を備え、
前記貯水タンクの高さは、少なくとも前記呼び水貯留部の深さに、トリチェリーの原理によって生じる前記呼び水貯留部の水面高さと前記貯水タンク内の水面高さの水頭差ｈ＝１０ｍと前記水車部の外径を加えた値より大きく、前記水車部の下端側が減圧状態の前記貯水タンク内の水面と接触しない位置に前記水車部を配置した構成を有している。
この構成により、以下のような作用を有する。
（１）大気に開放した呼び水貯留部と、呼び水貯留部に立設された貯水タンクを有するので、予め呼び水貯留部に水を貯留し、密閉した貯水タンクと給水部の給水配管の中を水で満たした後に、給水部の給水用開閉弁を閉じ、貯水タンクの下端部に配設された排水口を排水用開閉弁によって開放するだけで、トリチェリーの原理によって、呼び水貯留部の水面高さと貯水タンク内の水面高さの差（水頭差）が、ほぼ１０ｍ程度になるまで、貯水タンク内の水が排水口から自動的に排水され、貯水タンク内の上端側を真空に近い減圧状態とすることができる。
その後、給水部の給水用開閉弁を開くことにより、負圧によって引かれた水が自動的に給水口から給水され、給水口の直下に配設された発電部の水車部を回転させて発電を行うことができる。呼び水貯留部の水面高さと貯水タンク内の水面高さの差（水頭差）が、常にほぼ１０ｍ程度になるように、排水口からの排水と給水口からの給水のバランスを保ちながら、自動的に給水が行われる。
これにより、基本動作においては、真空ポンプ等の減圧手段を備える必要がなく、動力なしで真空に近い減圧状態を作り出すことができるので、省エネルギー性に優れる。また、使用開始時に一度、減圧状態を作れば、その後は負圧の力だけで給水し続けることができ、給水ポンプやそれを駆動するための動力も不要で、稼働率が高く、省エネルギー性に優れ、発電量を増加させることができる。
（２）貯水タンクの下端部の排水口に排水用開閉弁が配設されているので、必要に応じて排水口を開閉することにより、貯水タンクへの貯水動作や貯水タンクから呼び水貯留部への排水動作を簡便かつ確実に切り替えることができ、取り扱い性に優れる。
（３）貯水タンクの頂部に給水口及び空気抜き開閉弁が形設されているので、使用開始時に貯水タンク内の空気を抜きながらスムーズに給水することができ、貯水タンク内を確実に満水状態とすることができ、動作の確実性に優れる。
（４）貯水タンクの中に配設された発電部の水車部を真空に近い減圧状態で回転させるので、水車部の回転時に空気抵抗が少なく、発電の効率性に優れる。また、水車部を回転させる水が負圧によって引かれるので、自由落下よりも大きなエネルギーを利用することができ、発電量を増加させることができるだけでなく、給水口から水車部までの距離が短くても、大きな発電量が得られるので、貯水タンクの高さを低く抑えることができ、コンパクト性に優れる。
（５）給水部が呼び水溜部や貯水タンクに給水する給水ポンプを備えていることにより、空気の侵入などにより減圧が途切れた時などに、直ちに給水を行って復旧作業を行うことができ、メンテナンス性、取り扱い性に優れる。

ここで、トリチェリーの原理により、大気圧と釣り合う水頭圧は、ほぼ１０ｍであるので、貯水タンクの高さは、少なくとも呼び水貯留部の深さに、水頭差（１０ｍ）と水車部の外径を加えた値より大きくなければならない。水車部の下端側が貯水タンク内の水面と接触しない位置に水車部を配置することにより、水車部が貯水タンク内に貯水される水の抵抗を受けることがなく、効率的に発電を行うことができる。
尚、使用開始時の減圧は真空である必要はない。水頭差が１０ｍ〜１３ｍ程度になった時点で給水部の給水用開閉弁を開けば、貯水タンク内は真空若しくは真空に近い減圧状態となり、給水用開閉弁を開いた時の水頭差を維持するように排水口からの排水と給水口からの給水のバランスを保ちながら、自動的に給水が行われる。
真空で使用するためには貯水タンクの少なくとも上端側の壁の厚さを厚くしたり、リブを配設したりして剛性を高める必要があるが、貯水タンクの高さを高くして減圧度を低く設定できる場合には、その分、壁を薄くしたり、リブの数を減らしたりすることができ、生産性に優れると共に、貯水タンクへの負荷を低減することができ、耐久性を向上することができる。
また、貯水タンクには、真空ポンプやエジェクタ等の補助減圧手段を接続してもよい。給水配管の途中に空気が侵入するなどして、貯水タンク内の減圧度が低くなった時や減圧が途切れた時に、補助減圧手段で貯水タンク内を減圧することにより、貯水タンク内の減圧度を高めることができる。これにより、発電量の低下や変動を低減し、効率的な発電を行って、発電量の不足や発電の停止を防止することができる。尚、エジェクタは、水エジェクタでも蒸気エジェクタでもよく、単独で用いても、真空ポンプと併用してもよい。

排水用開閉弁や給水用開閉弁は、制御部によって開閉を制御されるものであり、電磁弁が好適に用いられる。
使用開始時にトリチェリーの原理によって排水口から排水する際に、給水用開閉弁で給水口を確実に閉塞することができ、給水口から不要な水が供給されることがなく、貯水タンク内の上端側を確実に減圧状態にすることができ、動作の信頼性に優れる。
給水部の給水配管の取水口近傍に逆流防止弁を配設してもよい。逆流防止弁は、給水配管の取水口側から給水口側に向かってのみ水が流れるようにするものである。使用開始時にトリチェリーの原理によって貯水タンク内に減圧状態を作り出す際に、給水配管の中を水で満たした状態で給水に備えることができ、給水用開閉弁で給水口を開放することにより、直ちに給水を開始することができ、給水の確実性に優れる。
尚、取水口にはストレーナを配設することが好ましい。水源となる池，湖，ダムなどの水中に浮遊しているゴミなどの異物が、給水配管や貯水タンクの内部に侵入することを確実に防止することができ、メンテナンス性、動作の信頼性に優れる。
給水ポンプは、使用開始時に呼び水貯留部や貯水タンクを満水にするためだけに使用されるので、必要時にのみ取り付けるようにしてもよいが、給水部に予め給水ポンプを備えていれば、必要な時に直ちに給水を行って発電することができ、取り扱い性に優れる。給水ポンプは、稼働率が低く、大きな動力も必要としないので、太陽光発電機などによって駆動するようにすれば、省エネルギー性に優れる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の減圧発電機であって、前記給水部の前記給水配管に配設された注水口を備えた構成を有している。
この構成により、請求項１の作用に加え、以下の作用を有する。
（１）給水部の給水配管に配設された注水口を有することにより、給水配管の取水口が開口した池，湖，ダムなどの水源以外からも水を供給することができると共に、使用開始時に注水口から空気を抜きながら給水配管の中に注水して水で満たすことができ、汎用性、動作の安定性に優れる。
ここで、注水口は、給水配管の最上面に設けることが好ましい。給水配管の中から確実に空気を抜いて注水するためである。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の減圧発電機であって、前記呼び水貯留部の外周に形成されたオーバーフロー貯留部と、前記オーバーフロー貯留部の下端部に配設されたオーバーフロー開閉弁を有するオーバーフロー排水管と、を備えた構成を有している。
この構成により、請求項１又は２の作用に加え、以下の作用を有する。
（１）呼び水貯留部の外周に形成されたオーバーフロー貯留部を有することにより、呼び水貯留部からオーバーフローした水をオーバーフロー貯留部に貯留して、呼び水貯留部及び貯水タンクの水位を常にほぼ一定に保つことができ、給水口からの給水量を定常状態に保つことができるので、発電量の変動が発生することがなく、連続して効率的に発電を行うことができ、電力供給の安定性に優れる。
（２）オーバーフロー貯留部の下端部のオーバーフロー排水管にオーバーフロー開閉弁が配設されていることにより、必要に応じて、オーバーフロー開閉弁を開放してオーバーフロー貯留部に貯留された水をオーバーフロー排水管から排水し、工業用水や生活用水などとして有効に利用することができ、節水性に優れる。
（３）オーバーフロー貯留部の下端部のオーバーフロー排水管にオーバーフロー開閉弁が配設されているので、必要に応じてオーバーフロー排水管を開閉することにより、オーバーフロー貯留部への貯水動作とオーバーフロー貯留部からの排水動作を簡便かつ確実に切り替えることができ、取り扱い性に優れる。
ここで、オーバーフロー開閉弁は、排水用開閉弁や給水用開閉弁と同様に、制御部によって開閉を制御してもよいし、手動で開閉できるようにしてもよい。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の減圧発電機であって、前記オーバーフロー排水管の排水口の直下に配設された水車部を有する第二発電部を備えた構成を有している。
この構成により、請求項３の作用に加え、以下の作用を有する。
（１）オーバーフロー排水管の排水口の直下に配設された水車部を有する第二発電部を有することにより、オーバーフロー貯留部に貯留された水が一定量に達した時点で、オーバーフロー貯留部のオーバーフロー開閉弁を開放してオーバーフロー排水管から排水し、第二発電部の水車部を回転させて発電を行うことができるので、排水を有効に利用して発電量を増加させることができ、発電の効率性に優れる。

ここで、オーバーフロー排水管からの排水によって、第二発電部の水車部を確実に回転させ、効率的に発電を行うために、ある一定量の水をまとめて排水することが好ましい。オーバーフロー貯留部に水位センサを設けた場合、制御部と連動して、貯留された水が一定量に達した時点で、オーバーフロー開閉弁を自動的に開放し、オーバーフロー排水管から排水させて、無駄なく効率的に発電に利用することができ、動作の信頼性に優れる。

請求項１に記載の発明によれば、以下のような効果を有する。
（１）トリチェリーの原理によって貯水タンク内に真空に近い減圧状態を作り出すことができるので、真空ポンプ等の減圧手段を設けずに構成を簡素化し、動力を大幅に低減することが可能で、貯水タンクへ常に一定量の水を供給し続けることができ、複雑な制御を行うことなく、連続運転が可能で、稼働率が高く、量産性、省スペース性、メンテナンス性、省エネルギー性に優れ、小規模発電から大規模発電まで対応することができる汎用性に優れた減圧発電機を提供することができる。
（２）真空に近い減圧状態の貯水タンクの中に配設された発電部の水車部を負圧によって引かれた水で回転させるので、自由落下よりも大きなエネルギーを利用することができ、発電量を増加させることができるだけでなく、水車部の回転時に空気抵抗が少なく、発電の効率性に優れた減圧発電機を提供することができる。
（３）空気の侵入などにより減圧が途切れた時などに、給水部に配設された給水ポンプにより、直ちに呼び水溜部や貯水タンクに給水を行って復旧作業を行うことができるメンテナンス性、取り扱い性に優れた減圧発電機を提供することができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、以下のような効果を有する。
（１）給水部の給水配管に配設された注水口を利用することにより、池，湖，ダムなどの水源以外からも水を供給することができ、汎用性に優れ、使用開始時に注水口から空気を抜きながら給水配管の中を確実に水で満たして貯水タンクへの給水に備えることができる動作の安定性に優れた減圧発電機を提供することができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加え、以下のような効果を有する。
（１）呼び水貯留部からオーバーフローした水をオーバーフロー貯留部に貯留して、呼び水貯留部及び貯水タンクの水位を常にほぼ一定に保ち、給水口からの給水量を定常状態に保って、発電量の変動を抑え、連続して効率的に発電を行うことができ、電力供給の安定性に優れるだけでなく、オーバーフロー貯留部のオーバーフロー排水管から排水される水を工業用水や生活用水などとして有効に利用することができる節水性に優れた減圧発電機を提供することができる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項３の効果に加え、以下のような効果を有する。
（１）オーバーフロー貯留部のオーバーフロー排水管から排水される水を有効に利用して第二発電部の水車部による発電を行うことができ、発電量を増加させることができる発電の効率性に優れた減圧発電機を提供することができる。

実施の形態１の減圧発電機の要部断面模式正面図 実施の形態１の減圧発電機の呼び水給水工程を示す要部断面模式正面図 実施の形態１の減圧発電機の初期給水工程を示す要部断面模式正面図 実施の形態１の減圧発電機の減圧工程を示す要部断面模式正面図 実施の形態１の減圧発電機の発電工程を示す要部断面模式正面図 実施の形態１の減圧発電機のオーバーフロー排水工程を示す要部断面模式正面図

以下、本発明の実施の形態１における減圧発電機について、以下図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は実施の形態１の減圧発電機の要部断面模式正面図である。
図１中、１は実施の形態１の減圧発電機、２は周壁２ａで外周を囲繞され大気に開放した減圧発電機１の呼び水貯留部、２ｂは呼び水貯留部２の下端部に配設された呼び水排水用開閉弁２ｃを有する呼び水排水口、３は呼び水貯留部２の外周に形成された減圧発電機１のオーバーフロー貯留部、３ａは周壁２ａと所定間隔を空けて周壁２ａよりも高く立設されたオーバーフロー貯留部３の外周壁、３ｂはオーバーフロー貯留部３の下端部に配設されたオーバーフロー開閉弁３ｃを有するオーバーフロー排水管、４は中空の略砲弾状に形成され呼び水貯留部２の中央部に立設された減圧発電機１の貯水タンク、４ａは貯水タンク４の下端部に配設された排水用開閉弁４ｂを有する排水口、４ｃは貯水タンク４の頂部に穿設された給水口、４ｄは貯水タンク４の頂部に配設された空気抜き開閉弁、５は池，湖，ダムなどの水源２０から貯水タンク４に給水する減圧発電機１の給水部、５ａは水源２０に貯留された水の中に開口した取水口５ｂを有し貯水タンク４の給水口４ｃに接続された給水部５の給水配管、６は給水配管５ａの取水口５ｂ近傍に配設された給水部５の逆流防止弁、７は給水配管５ａに配設された給水部５の給水ポンプ、８は給水配管５ａの給水口４ｃ近傍に配設された給水部５の給水用開閉弁、９は給水配管５ａの途中の最上面に配設された給水部５の注水口、１１は貯水タンク４の内部で給水口４ａの直下に配設された水車部を有する減圧発電機１の発電部、１２はオーバーフロー貯留部３のオーバーフロー排水管３ｂの排水口の直下に配設された水車部を有する減圧発電機１の第二発電部、１３は発電部１１及び第二発電部１２で発電された電力を蓄える充電器、１５は呼び水排水用開閉弁２ｃ，オーバーフロー開閉弁３ｃ，排水用開閉弁４ｂ，空気抜き開閉弁４ｄ，給水用開閉弁８の開閉を制御する制御部である。

呼び水排水用開閉弁２ｃ，オーバーフロー開閉弁３ｃ，排水用開閉弁４ｂ，空気抜き開閉弁４ｄ，給水用開閉弁８には、電磁弁を使用した。特に、排水用開閉弁４ｂと給水用開閉弁８は流量調整可能とすることにより、排水口４ａからの排水と給水口４ｃからの給水のバランス良好に保つことができ、動作の安定性に優れる。
呼び水排水用開閉弁２ｃは、必要に応じて呼び水貯留部２に貯留された呼び水を呼び水排水口２ｂからオーバーフロー貯留部３に排水して呼び水貯留部２を空にすることができ、呼び水貯留部２や排水口４ａの清掃、或いは貯水タンク４や排水用開閉弁４ｂのメンテナンス等を行うことができる。

給水口４ｃ及び空気抜き開閉弁４ｄは貯水タンク４の頂部に設け、使用開始時に貯水タンク４の内部を確実に水で満たすことができるようにした。
逆流防止弁６は、給水配管５ａの取水口５ｂ側から給水口４ｃ側に向かってのみ水が流れるようになっている。尚、取水口５ｂにはストレーナ（図示せず）を配設した。これにより、水源２０の水中に浮遊しているゴミなどの異物が、給水配管５ａや貯水タンク４の内部に侵入することを確実に防止することができ、メンテナンス性、動作の信頼性に優れる。
注水口９は、給水配管５ａの最上面に設けることにより、給水配管５ａの中から確実に空気を抜いて注水することができる。

以上のように構成された実施の形態１の減圧発電機の動作について、図を用いて説明する。
図２は実施の形態１の減圧発電機の呼び水給水工程を示す要部断面模式正面図であり、図３は実施の形態１の減圧発電機の初期給水工程を示す要部断面模式正面図であり、図４は実施の形態１の減圧発電機の減圧工程を示す要部断面模式正面図であり、図５は実施の形態１の減圧発電機の発電工程を示す要部断面模式正面図であり、図６は実施の形態１の減圧発電機のオーバーフロー排水工程を示す要部断面模式正面図である。
まず、図２において、減圧発電機１の使用開始前に、呼び水給水工程として、排水用開閉弁４ｂ，給水用開閉弁８を開放し、給水ポンプ７によって水源２０から給水する。
呼び水貯留部２が満水になったら、排水用開閉弁４ｂを閉塞し、呼び水給水工程を終了し、初期給水工程を開始する。
尚、呼び水給水工程で呼び水貯留部２に貯留する水は、水源２０の水である必要はなく、水道水などを使用してもよい。その場合は、呼び水貯留部２に直接、給水してもよい。また、呼び水貯留部２が満水状態の時は、呼び水給水工程は省略することができる。

次に、初期給水工程において、排水用開閉弁４ｂを閉塞した状態で、空気抜き開閉弁４ｄを開放して空気を抜きながら給水を続ける。図３に示すように、貯水タンク４及び給水配管５ａが水で満たされたら、空気抜き開閉弁４ｄ，給水用開閉弁８を閉塞し、給水ポンプ７を停止して初期給水工程を終了する。
尚、給水配管５ａの中を確実に水で満たすために、必要に応じて、注水口９から空気を抜きながら注水を行うことができる。給水配管５ａの中が水で満たされたら、注水口９を閉塞する。
給水ポンプ７は、使用開始時に呼び水給水工程及び初期給水工程において、呼び水貯留部２や貯水タンク４を満水にするためだけに使用されるので、必要時にのみ取り付けるようにしてもよいが、給水部５に予め給水ポンプ７を備えていれば、必要な時に直ちに給水を行って発電することができ、取り扱い性に優れる。給水ポンプ７は、稼働率が低く、大きな動力も必要としないので、太陽光発電機などによって駆動するようにすれば、省エネルギー性に優れる。

次に、図４に示すように、排水用開閉弁４ｂを開放し、減圧工程を開始する。
給水配管５ａは、逆流防止弁５ｂ及び給水用開閉弁８によって閉じられた状態となっているので、トリチェリーの原理により、排水口４ａから自動的に排水され、貯水タンク４の上端側は、減圧されていく。給水用開閉弁８を閉じたままにしておくと、貯水タンク４内の水頭圧と外部の大気圧が釣り合って、呼び水貯留部２の水面高さと貯水タンク４内の水面高さの差ｈが、ほぼ１０ｍとなるまで、排水口４ａから排水され、貯水タンク４の上端側が、ほぼ真空状態となるが、必ずしも真空状態まで排水して減圧する必要はない。
尚、呼び水貯留部２からオーバーフローした水は、オーバーフロー貯留部３に貯留される。

次に、発電工程において、図５に示すように、給水用開閉弁８を開放すると、負圧によって給水配管５ａを通して水源２０の水が貯水タンク４内に給水され、給水口４ｃの直下にある発電部１１の水車部が回転し、発電を開始する。
給水用開閉弁８を開放するタイミングは、水頭差ｈが１０ｍ〜１３ｍ程度の範囲で、適宜、選択することができる。水頭差ｈが１０ｍ〜１３ｍ程度になった時点で貯水タンク４の上端側は真空若しくは真空に近い減圧状態となり、給水用開閉弁８を開いた時の水頭差ｈを維持するように排水口４ａからの排水と給水口４ｃからの給水のバランスを保ちながら、自動的に給水が行われる。

貯水タンク４の高さは、少なくとも呼び水貯留部２の深さに、水頭差ｈ（１０ｍ〜１３ｍ）と発電部１１の水車部の外径を加えた値より大きく形成した。これにより、発電部１１の水車部の下端側が貯水タンク４内の水面と接触しない位置に発電部１１の水車部を配置することができ、発電部１１の水車部が貯水タンク４内に貯水される水の抵抗を受けることがなく、効率的に発電を行うことができる。
尚、貯水タンク４の少なくとも上端側の減圧域の壁の厚さを厚くしたり、リブを配設したりして剛性を高める必要があるが、貯水タンク４の高さを高くして減圧度を低く設定できる場合には、その分、壁を薄くしたり、リブの数を減らしたりすることができ、生産性に優れると共に、貯水タンク４への負荷を低減することができ、耐久性を向上することができる。

発電工程を続けていると、図５に示すように、オーバーフロー貯留部３の水位が上昇するので、ある程度の水位に達したら、オーバーフロー排水工程において、図６に示すように、オーバーフロー開閉弁３ｃを開放し、オーバーフロー貯留部３に貯留された水を排水する。このとき、オーバーフロー排水管３ｂの排水口の直下に配設された第二発電部１２の水車部が回転し、発電が行われる。
尚、オーバーフロー貯留部３に水位センサを設けた場合、制御部１５と連動して、貯留された水が一定量に達した時点で、オーバーフロー開閉弁３ｃを自動的に開放し、オーバーフロー排水管３ｂから排水させて、無駄なく効率的に発電に利用することができ、動作の信頼性に優れる。オーバーフロー排水管３ｂから排水される水は、別途、工業用水や生活用水としても利用することができる。
以上のようにして発電部１１，第二発電部１２で発電された電力は、充電器１３に蓄えられ、売電される。
尚、図示はしていないが、貯水タンク４には、真空ポンプやエジェクタ等の補助減圧手段を接続してもよい。給水配管５ａの途中に空気が侵入するなどして、貯水タンク４内の減圧度が低くなった時や減圧が途切れた時に、補助減圧手段で貯水タンク４内を減圧することにより、貯水タンク４内の減圧度を高めることができる。これにより、発電量の低下や変動を低減し、効率的な発電を行って、発電量の不足や発電の停止を防止することができる。尚、エジェクタは、水エジェクタでも蒸気エジェクタでもよく、単独で用いても、真空ポンプと併用してもよい。

以上のように実施の形態１における減圧発電機によれば、以下の作用を有する。
（１）大気に開放した呼び水貯留部と、呼び水貯留部に立設された貯水タンクを有するので、予め呼び水貯留部に水を貯留し、密閉した貯水タンクと給水部の給水配管の中を水で満たした後に、給水部の給水用開閉弁を閉じ、貯水タンクの下端部に配設された排水口を排水用開閉弁によって開放するだけで、トリチェリーの原理によって、呼び水貯留部の水面高さと貯水タンク内の水面高さの差（水頭差）が、ほぼ１０ｍ程度になるまで、貯水タンク内の水が排水口から自動的に排水され、貯水タンク内の上端側を真空に近い減圧状態とすることができる。
その後、給水部の給水用開閉弁を開くことにより、負圧によって引かれた水が自動的に給水口から給水され、給水口の直下に配設された発電部の水車部を回転させて発電を行うことができる。呼び水貯留部の水面高さと貯水タンク内の水面高さの差（水頭差）が、常にほぼ１０ｍになるように、排水口からの排水と給水口からの給水のバランスを保ちながら、自動的に給水が行われる。
これにより、基本動作においては、真空ポンプ等の減圧手段を備える必要がなく、動力なしで真空に近い減圧状態を作り出すことができるので、省エネルギー性に優れる。また、使用開始時に一度、減圧状態を作れば、その後は負圧の力だけで給水し続けることができ、給水ポンプやそれを駆動するための動力も不要で、稼働率が高く、省エネルギー性に優れ、発電量を増加させることができる。
（２）貯水タンクの下端部の排水口に排水用開閉弁が配設されているので、必要に応じて排水口を開閉することにより、貯水タンクへの貯水動作や貯水タンクから呼び水貯留部への排水動作を簡便かつ確実に切り替えることができ、取り扱い性に優れる。
（３）貯水タンクの頂部に給水口及び空気抜き開閉弁が形設されているので、使用開始時に貯水タンク内の空気を抜きながらスムーズに給水することができ、貯水タンク内を確実に満水状態とすることができ、動作の確実性に優れる。
（４）給水部の給水配管の給水口近傍に給水用開閉弁が配設されているので、使用開始時にトリチェリーの原理によって排水口から排水する際に、給水用開閉弁で給水口を確実に閉塞することができ、給水口から不要な水が供給されることがなく、貯水タンク内の上端側を確実に減圧状態にすることができ、動作の信頼性に優れる。
（５）給水部の給水配管の取水口近傍に逆流防止弁が配設されているので、使用開始時にトリチェリーの原理によって貯水タンク内に減圧状態を作り出す際に、給水配管の中を水で満たした状態で給水に備えることができ、給水用開閉弁で給水口を開放することにより、直ちに給水を開始することができ、給水の確実性に優れる。
（６）貯水タンクの中に配設された発電部の水車部を真空に近い減圧状態で回転させるので、水車部の回転時に空気抵抗が少なく、発電の効率性に優れる。また、水車部を回転させる水が負圧によって引かれるので、自由落下よりも大きなエネルギーを利用することができ、発電量を増加させることができるだけでなく、給水口から水車部までの距離が短くても、大きな発電量が得られるので、貯水タンクの高さを低く抑えることができ、コンパクト性に優れる。
（７）給水部が呼び水溜部や貯水タンクに給水する給水ポンプを備えていることにより、空気の侵入などにより減圧が途切れた時などに、直ちに給水を行って復旧作業を行うことができ、メンテナンス性、取り扱い性に優れる。
（８）給水部の給水配管に配設された注水口を有することにより、給水配管の取水口が開口した池，湖，ダムなどの水源以外からも水を供給することができると共に、使用開始時に注水口から空気を抜きながら給水配管の中に注水して水で満たすことができ、汎用性、動作の安定性に優れる。
（９）呼び水貯留部の外周に形成されたオーバーフロー貯留部を有することにより、呼び水貯留部からオーバーフローした水をオーバーフロー貯留部に貯留して、呼び水貯留部及び貯水タンクの水位を常にほぼ一定に保つことができ、給水口からの給水量を定常状態に保つことができるので、発電量の変動が発生することがなく、連続して効率的に発電を行うことができ、電力供給の安定性に優れる。
（１０）オーバーフロー貯留部の下端部のオーバーフロー排水管にオーバーフロー開閉弁が配設されていることにより、必要に応じて、オーバーフロー開閉弁を開放してオーバーフロー貯留部に貯留された水をオーバーフロー排水管から排水し、工業用水や生活用水などとして有効に利用することができ、節水性に優れる。
（１１）オーバーフロー貯留部の下端部のオーバーフロー排水管にオーバーフロー開閉弁が配設されているので、必要に応じてオーバーフロー排水管を開閉することにより、オーバーフロー貯留部への貯水動作とオーバーフロー貯留部からの排水動作を簡便かつ確実に切り替えることができ、取り扱い性に優れる。
（１２）オーバーフロー排水管の排水口の直下に配設された水車部を有する第二発電部を有することにより、オーバーフロー貯留部に貯留された水が一定量に達した時点で、オーバーフロー貯留部のオーバーフロー開閉弁を開放してオーバーフロー排水管から排水し、第二発電部の水車部を回転させて発電を行うことができるので、排水を有効に利用して発電量を増加させることができ、発電の効率性に優れる。

本発明は、トリチェリーの原理によって貯水タンク内に真空に近い減圧状態を作り出すことができるので、構成を簡素化でき、動力を大幅に低減することが可能で、貯水タンクへ常に一定量の水を供給し続けることができ、複雑な制御を行うことなく、連続運転が可能で、稼働率が高く、量産性、省スペース性、メンテナンス性、省エネルギー性に優れ、小規模発電から大規模発電まで対応することができると共に、減圧状態の貯水タンクの中に配設された水車部を負圧によって引かれた水で回転させるので、自由落下よりも大きなエネルギーを利用することができ、発電量を増加させることができるだけでなく、水車の回転時に空気抵抗がなく、発電の効率性に優れた減圧発電機であり、山間部だけでなく、工場や住宅地などにも設置可能で、電力の供給事情を大幅に改善することができる。

１ 減圧発電機
２ 呼び水貯留部
２ａ 周壁
２ｂ 呼び水排水口
２ｃ 呼び水排水用開閉弁
３ オーバーフロー貯留部
３ａ 外周壁
３ｂ オーバーフロー排水管
３ｃ オーバーフロー開閉弁
４ 貯水タンク
４ａ 排水口
４ｂ 排水用開閉弁
４ｃ 給水口
４ｄ 空気抜き開閉弁
５ 給水部
５ａ 給水配管
５ｂ 取水口
６ 逆流防止弁
７ 給水ポンプ
８ 給水用開閉弁
９ 注水口
１１ 発電部
１２ 第二発電部
１３ 充電器
１５ 制御部
２０ 水源

Claims (4)

1. （ａ）大気に開放した呼び水貯留部と、（ｂ）前記呼び水貯留部に立設された貯水タンクと、（ｃ）前記貯水タンクの下端部に配設され前記貯水タンクから前記呼び水貯留部に排水する排水用開閉弁を有する排水口と、（ｄ）前記貯水タンクの頂部に形設された給水口及び空気抜き開閉弁と、（ｅ）水源に貯留された水の中に開口した取水口を有し前記給水口に接続された給水配管と、前記給水配管の前記給水口近傍に配設された給水用開閉弁と、を有する給水部と、（ｆ）前記貯水タンクの内部で前記給水口の直下に配設された水車部を有する発電部と、（ｇ）前記給水部に配設され又は使用開始時若しくは必要時に前記給水部に取り付けられ前記呼び水溜部や前記貯水タンクに給水する給水ポンプと、を備え、
   前記貯水タンクの高さは、少なくとも前記呼び水貯留部の深さに、トリチェリーの原理によって生じる前記呼び水貯留部の水面高さと前記貯水タンク内の水面高さの水頭差ｈ＝１０ｍと前記水車部の外径を加えた値より大きく、前記水車部の下端側が減圧状態の前記貯水タンク内の水面と接触しない位置に前記水車部を配置したことを特徴とする減圧発電機。
2. 前記給水部の前記給水配管に配設された注水口を備えたことを特徴とする請求項１に記載の減圧発電機。
3. 前記呼び水貯留部の外周に形成されたオーバーフロー貯留部と、前記オーバーフロー貯留部の下端部に配設されたオーバーフロー開閉弁を有するオーバーフロー排水管と、を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の減圧発電機。
4. 前記オーバーフロー排水管の排水口の直下に配設された水車部を有する第二発電部を備えたことを特徴とする請求項３に記載の減圧発電機。

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