JP4791353B2 - 再生可能なエネルギーから得られる電力および水の供給ユニット - Google Patents

Description

本発明は、電力、さらに、必要であれば充分な飲料水も、公共または民間の電力・水施設から、家、山荘、または建設現場に自給自足できるように供給できる、電力および水の供給ユニットに関する。日光と風は、この供給ユニットを駆動するためのエネルギーを与え、また、水は、湖、川、または運河のように、すぐそばに一面に広がる水から、あるいは、地下水から得られる。

アパートまたは質素な家で暮らしている家族の日常生活に必要な電力量は約２５ＫＷＨので充分であると見なされる。すなわち、この電力量は、電気掃除機、クッキングパン（ｃｏｏｋｉｎｇ ｐａｎ）、ひげそり機、フードプロセッサ、フリーザ、冷蔵庫などのような通常の電気器具を動作させる日々の電力所要量である。家庭用電気掃除機は、約１０００Ｗの電力消費を持ち、よって、２５ＫＷＨは、２４時間通して、家庭用電気掃除機を動作させるのに充分である。このことから、後で説明されるように、エネルギー要件のかなり優れたアイデアが与えられる。もっと寒い気候帯では、エネルギー要件は、もちろん、温帯の場合よりも高く、また、非常に熱い気候帯では、エネルギー要件は、生活空間を涼しくしなければならないので、同様に高くなる。しかしながら、さらに熱い気候帯では、日差しがさらに強く、また、日照時間も概してさらに長くなる。それに反して、風は、一様に吹くことが多く、エネルギーの源として利用できる。したがって、多くの場合に、日光エネルギーと風力エネルギーは補完し合う。

いくつかの代表的な機器を、一人家族または複数人家族において普通に使用するときに、それらの機器に関する電力消費量の大要が以下に与えられている。１人家族、２人家族、３人家族、４人家族用のそれぞれの機器または機器タイプの電力消費量が与えられている。その場合、該当する世帯は、中央ヨーロッパの温帯に位置する。原典は、「家庭電力消費量１９９７年」、電気工業会（ＶＤＥＷ）（Ｓｔｒｅｓｅｍａｎｎａｌｌｅｅ２３、Ｄ−６０５９６ Ｆｒａｎｋｆｕｒｔ ａｍ Ｍａｉｎ）である。

それゆえ、４人家族のあらゆる要望を満たすためには、１日当たり２０．１８ｋＷＨの平均電力量で充分であるものと理解される。給水は、ここでは考慮に入れていない。しかしながら、ポンプで水を汲み上げて、供給するには、ほとんど追加エネルギーが必要とならない。

工業国では、また、経済的に発展した段階にある諸国では、今日、中央発電所から、電力の供給が行われているが、多くの発展途上国では、まだそのような状態にはなっていない。その住民の大部分は、電気がつながるのを待たなければならない。また、それらの住民は、電気がつながって、かつ、自分たちの生活が改善されることになれば、喜ばしいことであろう。電力および水の供給で、住民にとって、多くの仕事がより簡単になるであろうし、また、充分な水の供給のおかげで、衛生状態および健康状態が大幅に改善されることになろう。しかしながら、水は、いくらか離れた所にある井戸またはウォータスポット（ｗａｔｅｒ ｓｐｏｔ）で利用できることが多いが、ただし、水を利用できるようにするのは厄介である。水はしばしば、井戸から手操作で汲み上げるか、あるいは、水源地から得て、長い距離をかけて、住居まで運ばれなければならない。さらに、この水の品質は、純粋でないことが多く、不安にさせさえもする。一般に、貧しい国または発達途上国だけでなく、遠方の居留地域でも、丘陵地域や砂漠地域でも、自然公園でも、行楽地または浜辺でも、電気や水が不足している。発展途上国、または発展しようとしている国だけでなく、工業国においても、自然の出来事、事故、自然大災害により、もしくは、公共の送電が止まり、かつ、関連するインフラも破壊されるような戦争により、電力および水に対する一時的な局地的要請も発生することがある。これまでは、ディーゼル・エンジンで駆動されている緊急電源装置に頼ってきた。公共電源があまり信頼できない国々では、そのような電源装置が、多くの家および商業施設で見られており、緊急時の場合に利用できるか、あるいは、このような電源装置を通じて、まさに恒久的に電力が生み出される。いくつかの国において、排気管が、通りにじかに開口していて、煙と悪臭をあたりじゅうに撒き散らすような、急速に成長している都市のことが考慮されるべきである。

それゆえ、ノイズがなく、信頼できるように働き、手入れがいらず、においもなく、かつ効率的に働き、また、再生可能なエネルギーで働かせることのできる、電力および水の供給ユニットを見つけ出す必要がある。そのような供給ユニットはまた、陸路で、水路で、および空路で、任意の所望の使用場所に問題なく運べるように、コンパクトで、軽量で、かつ移動可能でなければならない。この供給ユニットは、操作が簡単でなければならず、また、実際の需要により、使用場所における要望に、すばやく適応できなければならない。近隣地域内の水が、地下水、あるいは、一面に広がる静水または流水の形式で利用できる限り、この供給ユニットは、飲料水だけでなく、その電力需要も満たすことができなければならない。この供給ユニットはまた、その水を、飲料水の品質まで浄化できなければならない。最後に、多くの人々が永住しているか、あるいは一時的な短期滞在をする場所で、かつ、電力が他の方法で利用できない場所において、これらの人々が使用できるように、この供給ユニットを経済的に製造できなければならない。その場合、この供給ユニットは、調達と運転がとても経済的であるので、人々は、この供給ユニットを余裕をもって備えることができる。

それゆえ、本発明の目的は、上記の基準を満たし、かつ平均４人家族の電力および水の要件を満たし、またこの目的のために、少なくとも２５ＫＷＨという日々の平均電力量に備え、その電力量のうちの一部により、ポンプで水を汲み上げて、その水を飲料水まで浄化することのできる、再生可能なエネルギーから得られる電力および水の供給ユニットを提供することである。

上記目的は、請求項１に記載された構成により特徴付けられる、再生可能なエネルギーから得られる電力および／または水の供給ユニットを通じて、満たされる。

本発明による供給ユニットの一実施形態は、図面において示されている。以下、電力および水の供給ユニットの構造、個々の構成要素、機能を、図面を活用して、説明する。

この供給ユニットは、図１には、動作していない状態で、あるいは、運搬状態で示されている。この供給ユニットはボックス型形状フレーム１で構成されている。ボックス型形状フレーム１は、市販のアルミニウム製形状材（ｐｒｏｆｉｌｅ）から作られ、また、正方形の断面を持ち、しかも、縦側のそれぞれに、対応するくり抜き部があるＴ字形のスプラインを持っている。このボックス型形状フレーム１は、縦と横が同一であるが、一方、その高さは、いくぶん小さく、例えば、縦および横の２／３ないし４／５であり、これは、他の図を見れば、より明らかになる。このボックス型形状フレーム１は、車輪２上にあり、また、これらの車輪は、図示される例では、４個の自由に操向できる車輪２であって、形状フレーム１の下端のかどに取り付けられている。この供給ユニット全体は、このようにして容易に移動可能となり、また、あらゆる方向に転がすことができ、このことは、トラックの積み降ろし、コンテナへの積み込み、あるいは、或る場所で動きまわることを容易にすることができる。２つの隣り合った車輪２は、それらの垂直旋回軸線のまわりでの旋回を阻止し、これらの車輪が、フレームの長手方向に延びている同一の転がり方向を取るようにしている。次に、供給ユニットは、数人で、または１台の車で、ロープを用いて引っ張ったり、あるいは押したりすることができ、供給ユニットを、うまく操向することもできる。ボックス型形状フレーム１の上面側３には、ワンボックス型の形状フレーム４が載っている。この形状フレーム４は、前者と同一の外形を持っており、この図には示されてないソーラーパネルを、その正方形の上面側３に収めている。この分離されたボックス型の形状フレーム４は、ボックス型の形状フレーム１の縦および横のほぼ５分の１〜３分の１の高さを持っている。このことは、約２０ｃｍ〜３５ｃｍの高さを意味し、また、ボックス型の形状フレーム４が下側の形状フレーム１に収まっている。その底面側の側縁の１つは、この立方形の形状フレーム１の上側の側縁の１つと、旋回するように結合されており、したがって、上側形状フレーム４は、上端側に収められているソーラーパネルとともに、この軸線の周りに旋回できる。周囲が正方形である形状フレーム５は、この形状フレーム４の長手方向の４つの上側側縁のそれぞれに、旋回可能に連結されており、また、これらの形状フレーム５のそれぞれには、ソーラーパネル６が取り付けられている。ソーラーパネル６とともに、これらの形状フレーム５がすべて、図１に示されるように、下方に旋回するときに、横、縦、高さが同一である立方体が形成される。理想的には、この立方体は、その辺の長さが、トラックであれ、船であれ、航空機であれ、コンテナに入れて運ぶのにもっとも有利な１ｍであるべきである。これは、その場合、国際標準を満たす運搬用の空間を最も利用しやすいからである。また一方では、このような寸法の立方体は、あらゆる移動に対しても、吊上げ用滑車装置も運搬具も必要とせず、２人で直ちに移動させることができる。

図２は、供給ユニットが動作中であると思われるように、開かれたソーラーパネル６と中央ソーラーパネル７とを持ち、上方に向いている供給ユニットを示している。この図では、正方形の形状フレーム１６で包囲された中央ソーラーパネル７が見える。また、中央ソーラーパネル７は、上部ボックス型形状フレーム４の上側も構成している。図１に示される開始位置から、上部形状フレーム４の上側に連結された４つの正方形形状フレーム５は、まず最初に、これらの包囲されたソーラーパネル６とともに上方に、１平面になるまで旋回する。その平面内には、上部形状フレーム４で包囲されたソーラーパネル７を有する上部形状フレーム４の上側が横たわっている。このようにして、ソーラーパネル６、７の十字形が形成される。上側形状フレーム４は、後で、水平軸線８（これは、本明細書では破線で示されている）を中心として、前方に向かって傾けられる。すなわち、観察者から遠い方にある上側形状フレーム４のサイドが、或る程度まで持ち上げられて、この上側形状フレーム４と、特に、上側形状フレーム４の上端側に形成された正方形形状フレーム１６に収められているソーラーパネル７とが、水平線から約３０度まで傾けられる。同様にして、正方形の形状フレーム１６に連結されている他のすべてのソーラーパネル６はまた、そのとき、自動的に同じだけ傾斜する。このような傾斜は、０度から約６０度まで変えることができ、また、それぞれのセット位置においてロックすることもできる。水平軸線８は、下部形状フレーム１の上側外縁、および隣りの上部形状フレーム４の下側外縁の長手方向に延びている。ソーラーパネル７は、一方の側では、上部形状フレーム４の上側のフレームを完全には埋めてなく、また、旋回軸線８に対して垂直に延びているスリット（細隙）９がそこに形成されている。このスリット９は、風車１１のポール（ｐｏｌｅ）１０を収めるものである。図１に示される開始位置では、このポール１０は、立方体形の供給ユニットの中に完全に収められている。ポール１０は、入れ子式のものか、組み合わされたいくつかの区分材（ｓｅｇｍｅｎｔ）の１つか、あるいは、ヒンジ式の要素をもつものであることもある。ポール１０は、異なる高さにセットできるように設計されており、この入れ子式ポールを、異なる高さにてロックできる。すなわち、このポールを、管状クランプを用いて所望の高さに保持できるか、あるいは、その接合個所を機械的に伸長して、このポールを、異なる高さまで引き出すことができる。いくつかの関節結合した区分材から成っているポールでは、これらの接合個所は、クランク機構により伸長することができる。例えば、これらの接合個所にネジ駆動装置（ｓｃｒｅｗ ｄｒｉｖｅ）を施すことができ、そのネジ（ウォーム）を、ストリングを通じて、クランクから回転させることができる。最高約３ｍの高さにあるポールの先端には、風車１１が取り付けられている。風車１１は、本明細書では、風車１１用の発電機１７の中央ハブ１３に、羽根の根元を利用して、ネジで留めることのできる３枚の羽根１２を含む。風車１１の羽根１２は、その長さが、１ｍよりもやや短く、したがって、運搬のために、この羽根を、長手方向に、その立方体の内部にしまい込むことができるようにしている。発電機１７は、長さがほぼ０．６０ｍ〜０．８０ｍの管材（ｐｉｐｅ ｓｅｇｍｅｎｔ）１８の上端に取り付けられている。発電機１７は、管軸線の周りに回転できるように、ポール１０に固定されている。その駆動軸線は、管材１８に対して直角となっている。発電機１７の後側には、キャリアロッド１４が、約１／２メートルだけ後方に延びている。ウインド・テイル・ユニット１５は、キャリアロッド１４の端に取り付けられている。ウインド・テイル・ユニット１５は、運搬のために、図１に示される通り、この立方体の中に収められるように組み立てられている。

図３は、ソーラーパネルが開かれ、上方に旋回している供給ユニットの背面図を示している。ボックス型形状フレーム１は、それぞれの長手方向にＴ溝が設けられているアルミニウムまたはスレンレス鋼の形状材でできている。このボックス型形状フレーム１は、縦と横が同一であり、また、その高さは、図示された例では、これらの寸法の約４／５である。補強目的で、中央垂直柱１９が、上部ボックス型フレーム４に対して、水平旋回軸線８の側、並びに、その反対側に設けられている。Ｔ溝を持つ形状システムのために、形状フレーム１と形状フレーム４のすべてのかどは、ネジ留めにより組み立てられる。したがって、形状フレーム１と形状フレーム４を組み付けるために、溶接はまったく必要ない。ボックス型フレーム１、ボックス型フレーム４のねじり安定は、各角に設けられた補強材２０により実現される。これらの補強材２０も同様に、形状材にネジで留められる。形状フレーム１の上の上方旋回部分は、別のボックス型形状フレーム４が、その上に構築され、この上側の４つの形状材は、さらに正方形形状フレーム１６を形成し、形状フレーム１６が、中央ソーラーパネル７をフレームに入れて、包囲していることが、この例から理解できる。ボックス型形状フレーム１のこの背後の上端水平形状材の長手方向に、水平軸線８が延びており、水平軸線８を中心として、上部形状フレーム４を上方に旋回させることができる。下側ボックス型フレーム１と上側ボックス型フレーム４との間に、２つのガス封入緩衝装置（ｇａｓ ｓｐｒｉｎｇ）２１が設けられており、旋回に要する大きな力が軽減されるようになっている。これらのガス封入緩衝装置２１の一方側は、水平軸線に対して垂直に延びている形状材に連結され、また、その連結は、水平軸線８で形作られたヒンジから遠い方の側であり、またそこから傾斜しつつ上側ボックス型形状フレーム４の上部形状フレーム１６まで伸びて、そこでヒンジのより近くに連結される。これらのガス封入緩衝装置２１は、上部ボックス型形状フレーム４に連結された周囲ソーラーパネル６とともに、上部ボックス型形状フレーム４の上方旋回動作がそっと進むような力を発生させる。ガス封入緩衝装置２１と同様なやり方で、調整用支持体を、フレーム１、フレーム４に連結できる。これらの調整用支持体の一端は、ネジが通る長手方向のスリットを持ち、この周りに、その支持体を移すだけでなく、旋回させることもできる。このネジをきつく引っ張れば、その支持体を任意の所望の調整位置に固定でき、また、その長さでロックすることができて、上側ボックス型形状フレーム４を所望のあらゆる旋回位置でロックすることができる。この図において、形状フレーム１の後部右側のかどには、ポール１０がある。ポール１０は、２つの形状材２２の長手方向に延びている。形状材２２は、ポール１０を安定させるために、特別に配置されるものであって、ボックス型形状フレーム１では、互いにほとんどスペースを置かずに垂直に延びている。犬小屋のような形状材が、このボックスの内側に面するポール側に延びており、その形状材上によってポールが支えられる。ポール１０は、両端が形状材２２側に配置された３つのＵ字形の押えロッドを用いて、犬小屋のような形状材に引き寄せられ、上記Ｕ字形の押えロッドは、ネジ３８により、形状材２２に引き寄せられて固定されている。ポール１０は、スリット９を通って上方に延びている。スリット９は、ソーラーパネル７と形状材１６との間に延びており、ソーラーパネル７は、この側では、正方形形状材１６を完全には埋めていない。このスリットを通って、ポールは、その構造に応じて、入れ子式に、または組み合わされたいくつかの部分として上昇するか、あるいは、クランク機構により伸長することができる。周囲の正方形形状フレーム５は、少なくとも２つのヒンジ２３により結合される。ヒンジ２３は、中央ソーラーパネル７用の正方形形状フレーム４の上側形状材１６上に取り付けられている。これらの正方形形状フレーム５は、上側ボックス型形状フレーム４の下端角のガス封入緩衝装置２１で支えられて、周囲の正方形形状フレーム５が包囲するソーラーパネル６とともに、周囲正方形形状フレーム５の上方旋回動作を促進している。ソーラーパネル６を保持する周囲正方形形状フレーム５は、ソーラーパネル７の平面にて、上方に旋回して、ロックピン、支柱、またはブレース（筋かい）により、このような旋回位置にしっかりと保持される。

下側ボックス型フレーム１の内部では、下側ボックス型フレーム１の内部で互いに隣り合って配置されている３つのボックス型モジュール２４、２５、２６が収容されている。これらのモジュール２４〜２６は、それらの内側は、形状フレームで作られ、また、外側はプレートで密閉される。図示される実施形態では、これらのプレートは、プラスチック製であり、また、このように構成されたボックスは、上部が開いていて、追加カバーで密閉することができる。このボックスのベースには穴が明けられていて、もし、水が入り込んだり、凝縮水が生じても外部に流出できるようにしている。モジュール２４〜２６のフレームは、金属薄板で密閉できることが明らかであるが、プラスチックは、防食性があって、かつ耐酸性があるために、より適している。ボックス型形状フレーム１の内側から、引出しのように、それぞれのボックス型モジュール２４〜２６を引き出すための握り２７が、それぞれのボックス型モジュール２４〜２６の両端に取り付けられている。さらに、それぞれのモジュール２４〜２６は、１つまたは複数の嵌込みレール上にある。図示されるように、完全に嵌め込まれた位置において、モジュール２４〜２６を固定できる。見えない後側だけでなく、この図では見える前側でも、これらのモジュールには、さらにフックも付けられている。吊上げ用滑車装置からのロープまたはベルトを、これらのフックに固定でき、個々のモジュールが、嵌込みレール上で、フレーム１から引き出されているときに、クレーンが個々のモジュールを保持して、運び出すことができるようにしている。これらのモジュール２４〜２６には、供給ユニットを動作させるための様々な構成要素が入っているが、ただし、図示される例では、これらの構成要素は見えない。前部において、見る人に面している側では、２本のホース２９、３０は、止めコック３３と止めコック３４がそれぞれ付けられている軸継手３１、軸継手３２に接続することができる。これらの軸継手３１、軸継手３２は、ボックス型形状フレーム１の垂直形状材にネジで留められた形状区分材３５、３６上に構築される。ホース２９、ホース３０は、後で、さらに多くの図で説明される水処理設備が収められているモジュール２４の内部に通じている。モジュール２５において、バッテリと、供給ユニット全体を制御する電子制御装置は、適切に保持されており、かつ保護されている。ソーラーパネル６、ソーラーパネル７を通じて、日光が、光起電効果で直流に変換されて、バッテリに供給される。次に、この直流は、インバータで１１０Ｖまたは２２０Ｖの交流に変換されて使用される。さらに、風車も交流を発生させることができ、この交流を整流した後で、同様に、バッテリに供給される。日が照っている日中では、太陽電気が優勢である。しかしながら、日の光がない夜には、風が優勢になり、もっぱら風車で電流を発生させる。日中、ソーラーパネルと風車は、気候条件に応じて、すなわち、どの程度、日が照っているか、または風が吹いているかに応じて、補完し合うことができる。したがって、生産できるエネルギーは、一方では、昼夜の変化により、また他方では、日光または風の可用性に影響を及ぼす気候の変化により、２４時間変動を受ける。それゆえ、そのような生産できるエネルギーの不安定なパターンを、時間的に安定させなければならない。他の面では、１日２４時間の間、エネルギー需要も変化する。このエネルギーの需要は、夜の間は少なく、また、日中は、居住者すなわち、供給ユニットの使用者の活動状況によって決まる。これらの変動はすべて、エネルギー蓄積装置として働くバッテリにより吸収されなければならない。バッテリは、ソーラーパネルと風車により直ちに累積的に発生する様々な電力量だけ、絶えず充電される。また、バッテリは、その時点で必要とされる電力量を、単位時間当たりの或る一定のエネルギーの幅で送り出す。しかしながら、バッテリは、通常の世帯のエネルギー使用量では、決して、完全放電されないように設計されている。

図４は、ヒンジが図の右側にある状態で、ソーラーパネルを開いたときの供給ユニットを示している。下側形状フレーム１に対して、上側ボックス型形状フレーム４を上方旋回させるヒンジまたは水平軸線８は、容易に確かめられる。さらに、供給ユニットのこの側に構築される中央柱１９、および、間にギャップをほとんど設けずに、後側にポール１０を保持する２つの垂直形状材２２、並びに、２つの垂直形状材２２に固定される犬小屋形の形状材に支えられるポールも確認できる。ネジ付きの両端が形状材２２を通るＵ字形の押えロッドと、さらに本明細書に図示されている平板３７も利用して、ポール１０が、ナット３８でしっかりと固定される。関節結合したポールの場合には、このポールは、関節をつなぐヒンジを通じて、互いに連結されたいくつかの区分材（部分）を含み、これらの区分材が、１８０度まで折り重ねられるように構成されている。次に、折り重ねられた状態では、これらの区分材は、形状ボックス１の床上に、上下に、横に置かれている。ネジ駆動装置を通じて、上記関節をつなぐヒンジはそれぞれ、上方に旋回でき、また、あらゆる旋回位置において、しっかりと固定できる。これらのネジ（ウォーム）は、それぞれストリングを通じて駆動できる。このストリングは、それぞれのクランクで作動する。

図５は、電動式水ポンプ４１を持つモジュール２４の内部の図を示している。より良く理解するために、ボックス型モジュール２４は、一方の側が開いている。モジュール２４内では、モジュール２４を両半体に分ける中央内壁４０が認められる。このようにして、それぞれのボックス型モジュールは、ボックス型形状フレーム１やボックス型形状フレーム４と同様なアルミニウムまたはステンレス鋼の形状材３９の形状フレームで作られている。また、この形状フレームは、それぞれの側に沿ってＴ溝を有している。ポンプ４１は、壁４０上に構築されており、そのそばには、ポンプ４１を駆動するための電源ケーブル４３を有する電動機４２が認められる。このポンプ４１は、８２０ｐｓｉの圧力を発生させ、また、壁４０の後側に構築された前置濾過装置を介して、ホース５４により、近くの水源、例えば、泉、小川、またはよどんだ一面に広がる水から、水を汲み上げる。次に、ポンプ４１は、８２０ｐｓｉの高圧の水を、高圧ホースを通じて、壁４０の後側に同様に構築された別の濾過装置に供給する。高圧ホース４４は、再びポンプ４１に戻り、このような８２０ｐｓｉの高圧を常に維持するサイクルが形成される。弁４５は、システム全体の排水に使用される。

図６は、ボックス型モジュール２４の他方の側である、仕切り壁４０の後側の図を示している。本明細書では、紙またはフリース材の布地でできているフィルタ・カートリッジ４８を有する前置濾過装置４７が構築され、その上方に、市販されているマイクロフィルタ装置４９が設けられている。これは、細孔サイズが０．２ｍ^−６であるセラミック膜を含む。ポンプ４１で汲み上げられた水は、ホース５４を経て、まず最初に前置フィルタ４７を通り、その後で、再びホース５２を経て、図５に示されているポンプ４１に戻る。８２０ｐｓｉという高圧にて、水は、ポンプ４１から、高圧ホースを経てセラミック・フィルタ４９に供給される。セラミック・フィルタ４９の後で、水の一部が、高圧ホースを経て、ポンプ４１に戻り、したがって、このような８２０ｐｓｉの高圧を維持する高圧サイクルが形成される。この他の水は、ホース２９を経てスピゴット（蛇口）に導かれ、そこから、処理済の水を受け取ることができる。

図７は、ボックス型モジュール２６の内部を示している。ボックス型モジュール２６は、動作してない状態では、駆動ハブ１３を持つ発電機１７と、管材１８、さらに、ウインド・テイル・ユニット１５用の担持ロッド１４を取り入れるためのソケット（受け口）６５も含む。これらの要素がアセンブリ・ユニットを成している。このアセンブリ・ユニットは、それ自体の保持具の中に位置し、また、この保持具の中では、このアセンブリ・ユニットが、金属バンド６０でしっかりと固定されており、かつ、摺動しないようにされている。管材１８は、管押え６３およびロッド６４により、補強形状材６１に連結されており、また、ウインド・テイル・ユニット１５用の担持ロッド１４は、補強形状材６１にしっかりとネジ止めされている。ウインド・テイル・ユニット１５は、補強形状材６１の他方の側にしっかりとネジ止めされている。このモジュールの上端側には、風車の羽根１２が収められている。上記羽根は包装されており、それゆえ、見えない。このモジュールの下側形状材には、ローラ６２が付けられており、これにより、ボックス型形状フレーム１内でのモジュールの移動が、かなり軽くなることも理解できる。

図８では、図７と同じものを他の側から見た図が示される。ウインド・テイル・ユニット１５は、ネジで、補強形状材６１に固定され、また、４つの星形の突出羽根から成っている。組み立てられた状態では、これらの羽根は、風に対する風車の向きの調整、さらに、通常の気流における風車の充分な安定化にも寄与している。電気ケーブル６６は、発電機１７からソケット６５に至り、また、下端側にある、見えないソケットを介して、発電機１７から、電流を得ることができる。

図９は、バッテリ６７を有するボックス型のモジュール２５を示している。ここでは、４個の鉛畜電池が示されている。これらのバッテリは、変動する消費量だけでなく、発電ピークも吸収し、産出されるエネルギーを緩衝する作用を有する。中央部にあるモジュール２５用の形状フレームは、いくぶん低く、また、インバータ／整流器ユニット６８が、フレームの上部に構築される。インバータ／整流器ユニット６８は、バッテリからの直流を、電圧１１０Ｖまたは２２０Ｖの交流に変換し、また、発電機の電流を整流して、バッテリに供給する働きをする。さらに、供給ユニット全体の電子制御装置６９が、このモジュール２５に収められていて、ソーラーパネル、発電機、バッテリ、電動式ポンプの相互間における全エネルギーの管理を引き受けている。この装置のあらゆる主要な構成要素については、すなわち、ソーラーパネル、バッテリ、インバータ／整流器について、さらにポンプ、フィルタ装置や逆浸透装置についても、さらに風車発電機についても、試験済みの標準構成要素だけが考慮に入れられる。

代替変形例では、完全に、バッテリを使用せずに済ませることができる。また、太陽光を通じて、また風力を通じて発生する電気エネルギーの蓄積は、水素を用いて行うことができる。このような目的で、普通ならバッテリを搭載するはずの同一モジュールに、水素発生機が組み込まれる。この水素発生機は、上記発生した直流電流を用い、水の電気分解によって、水素と酸素を生じさせる。次に、同様に構築された燃料電池により、この水素と酸素とが、再び燃焼する。

これらの構成要素を互いに結合して、統合することの重要性は、供給ユニットが非常にコンパクトであるという事実にある。理想的に補完し合い、蓄積されて、かつ、少なくとも１世帯（４人家族から成る）の平均的消費のために、いつでも使用できる状態にある風力エネルギーと太陽エネルギー、および、個別の構成要素のモジュラ構造である点で、この供給ユニットは、特定の要求にすばやく適合できる。個々のモジュール２４、２５、２６は、インターフェースとして働いており、供給ユニットは、要求に応じて、以下の機能を選択できるように構成されている。
・日光からの電気エネルギーの蓄積、および／または、
・別の風力発電機からの電気エネルギーの蓄積、および／または、
・一面に広がる静止水、流水、または地下水からの水のポンプ汲み上げ、
・汚れた水を浄化して飲料水とする処理、および／または、
・様々な消費者に向けての電力の送り出し、
・直流電流を用いた水の電気分解による水素と酸素の発生、及び、これとは反対に、燃料電池を用いた水素と酸素の燃焼による直流電流の発生。
次に、例えば、給水をまったく必要としないが、ただし、いくらか余分に電気エネルギーを必要とするときには、水供給ユニット全体、すなわち、モジュール２４を、その構成要素とともに、バッテリを備えた別のボックスに換えることも可能である。モジュール２４中の給水ユニットも、風車および発電機を備えた別のボックス２６に代えることができ、したがって、一定で、かつ強い風のある場所で、かつ給水設備が必要でない場所に、供給ユニットを設置するときに、２つの風車が配備される。発電能力も、それに対応して、高くなる。この供給ユニットはまた、流水中に置かれて、さらに約５００Ｗを提供できる発電機付きの小型タービンである超小型水車発電機を配置することのように、さらに多くの構成要素の使用により、より強力にすることができる。標準機器を用いて、すなわち、全部で約６５０Ｗの電力を生じさせる、それぞれ１平方メートルの５つのソーラーパネルを用いて、また、約７５０Ｗまでの電力を生じさせる直径が約２メートルの風車を用いて、平均して２５ＫＷＨの電気エネルギーを日々、生じさせることができる。給水ユニットだけでなく、発電機としての代表的な使用状況では、その能力は、無期限の使用では、２４時間サイクルで約１７．５ＫＷＨの電気エネルギーになり、さらに、この２４時間サイクルにおいて、約５００リットルの飲料水も供給する。

その一方、日光が強く、かつ安定であるが、風がより弱い場所で、かつ、水がもっとも重要である場所では、風力エネルギー用のモジュールを、水処理モジュールに代えることができる。これにより、まず第１に、ソーラーパネルの全能力を用いて発電し、また他の目的には、それに対応して、より少ない電気エネルギーを用いるようにして、飲料水が、利用できるようになる。これは、そのような地域では、電気エネルギーがそれほど重要でないからである。したがって、この供給ユニットを、特定の要件にすばやく適応できるようにすることができる。短期間で、適切な構成要素を持つモジュールまたはボックスを、交換し、すばやく連結して、動作させることができる。

特定の実施形態では、供給ユニット全体を、モータ駆動式平面回転ディスク上に載せることができ、また、ガス封入緩衝装置の代りに、ソーラーパネルを、その旋回位置まで移動させて、そこで、ピストン・シリンダ・ユニットを用いて保持することができる。ピストン・シリンダ・ユニットを作動させるだけでなく、回転ディスクも回す水圧ポンプを制御するために、ＧＰＳシステム、および適切なソフトウェアを配備する場合には、現場での日射の性質に従って、地球上の任意の場所で供給ユニットによる太陽光の追跡の最適化を行うことができる。このとき、これらのソーラーパネルは、常に太陽の方に向けられ、入射日光に理想的な傾斜に保持される。図１０は、供給ユニットに、太陽の位置を追跡させる方法を示している。供給ユニットは、最小限３本の高さ調整可能な支柱５５の上にある水平管状リング５３を含んでいる。次に、供給ユニットを、水平地面上で水平にすることができるか、あるいは、ベース上で、水平位置に固定できる。水平管状リング５３の直径は、それぞれ上記機構上にある４つの車輪２のうち２つの車輪間の対角線に相当する。車輪２は、水平管状リング５３に載せられたときに、安定して移動できるＵ字形走行面を有している。したがって、水平管状リング５３上の供給ユニットを、その垂直軸線を中心として旋回または回転させることができる。車輪２の少なくとも１つ、あるいは、より適切には互いに向い合わせにある２つの車輪は、電動機５６により駆動される。電子制御ユニット６９は、プログラマブル・ロジックで制御されて、供給ユニットが、車輪駆動を用いて、暦日付と時刻により、太陽を追跡するようにしている。

この供給ユニットは、非常に軽い。さらに、この供給ユニットは、手入れがいらず、かつ排出物なしで働く。約３００ｋｇの重量で、かつ、辺の長さ１ｍの立方体というコンパクトな外部寸法で、供給ユニットを、たいして問題もなく、任意の所望の場所に運ぶことができ、また、その場所に設置して、作動させることができる。強風が吹く場所では、ソーラーパネルを折り曲げて開くときに、供給ユニットのすべての側を縛ることが推奨されている。

運搬状態にある供給ユニットを示す図である。 ソーラーパネルが開き、かつ風車が取り付けられている動作状態にある供給ユニットを示す図である。 ソーラーパネルが開いた状態にある供給ユニットのボックス型形状フレームの下側を示す図である。 供給ユニットのボックス型形状フレームの下側を示す図である。 電動水ポンプを用いる給水用のモジュールの内部を示す図である。 濾過（フィルタリング）機構を持つ給水用のモジュールの内部を示す図である。 押込み型のモジュールを示す図である。 押込み型のモジュールを示す図である。 バッテリを持つ押込み型のモジュールを示す図である。 垂直軸線を中心として旋回するキャスタ上の管状リングに載っている供給ユニットを示す図である。

Claims (9)

1. ボックス型形状フレーム（１）を含み、
   ボックスの上側の平面内にあるボックス側面が、開くことのできるソーラーパネル（６）を形成し、また、このように形成された前記ソーラーパネルの十字型構成が、前記ボックス型形状フレーム（１）上で、水平軸線を中心として傾斜でき、また、上から見ると、その上端側（３）では、ソーラーパネル（７）が収められ、かつ、水平軸線（８）を中心として旋回できるように、前記ボックス型形状フレーム（１）の１つの上端側に連結されているさらなる正方形のボックス型フレーム（１６）が配置されており、また、この上部正方形フレーム（１６）のあらゆる側面には、それぞれソーラーパネル（６）を収めるそれぞれ同一サイズの周囲正方形フレーム（５）が、旋回するように連結されていて、前記正方形フレーム（１６）が下方に旋回するときに、５つの正方形フレーム（１６、５）から立方体が形成されるようにしていることと、前記周囲に連結された正方形フレーム（５）を、前記中央正方形フレーム（１６）の平面内で旋回でき、かつ、このような旋回した状態で、前記中央正方形フレーム（１６）に対してロックできることと、前記中央正方形フレーム（１６）を、その旋回した位置のそれぞれにおいてロックでき、さらに、広げられる垂直ポール（１０）が配置されており、前記垂直ポール（１０）上には、羽根（１２）、発電機（１７）、ウインド・テイル・ユニット（１５）を備えた風車（１１）を取り付けることができ、また、前記垂直ポール（１０）を、同様に、前記ボックス型形状フレーム１の内部スペースに収めることができることと、インターフェースとして働く様々なモジュール（２４、２５、２６）が、前記ボックス型形状フレーム（１）内に構築されて、様々な要求に応じて、前記供給ユニットに、以下の機能；
   ・日光からの電気エネルギーの蓄積、および／または、
   ・別の風力発電機からの電気エネルギーの蓄積、および／または、
   ・よどんだ一面に広がる水、流れる一面に広がる水、または地下水からの水のポンプ汲み上げ、
   ・供給された泥水を浄化することによる飲料水の処理、および／または、
   ・様々な消費者に向けての電力の送り出し、
   ・直流電流を用いた水の電気分解による水素と酸素の発生、及び、これとは反対に、燃料電池を用いた水素と酸素の燃焼による直流電流の発生
   を選択させるようにしていることを特徴とする、再生可能なエネルギーから得られる電力および／または水の供給ユニット。
2. 前記ボックス型形状フレーム（１）のベース側が車輪（２）上に載っており、さらに、前記ボックス型形状フレーム１の内部スペースでは、その一方の側に、入れ子式のポール、すなわち、いくつかの区分材から作られたポール、または広げられる垂直ポール（１０）が配置されており、前記垂直ポール（１０）上には、羽根（１２）、発電機（１７）、ウインド・テイル・ユニット（１５）を備えた風車（１１）を取り付けることができ、また、前記垂直ポール（１０）を、同様に、前記ボックス型形状フレーム１の内部スペースに収めることができることと、前記ボックス型形状フレーム１が、いくつかのボックス型モジュール（２４〜２６）を持ち、それらのボックス型モジュール（２４〜２６）を、一方の側から、引出しのように嵌め込むことができ、かつ嵌め込み位置にてロックすることもでき、また、それらのボックス型モジュール（２４〜２６）の１つには、少なくとも、バッテリ（６７）付きのインバータ／整流器（６８）、または燃料電池付きの直流電流及び水素の発生機、並びに、電子部品用の電子制御ユニット（６９）が入っており、もう１つのボックス型モジュールには、風車羽根（１２）、風車ハブ（１３）付きの発電機（１７）、ウインド・テイル・ユニット（１５）が入っており、さらにもう１つのボックス型モジュールには、水を供給し、送り出すための連結部付きの水ポンプ（４１）および濾過装置（４７）が入っていることを特徴とする請求項１に記載の再生可能なエネルギーから得られる電力および／または水の供給ユニット。
3. 前記下方に旋回された中央の正方形ソーラーパネル・フレーム（１６）が、前記ボックス型下側形状フレーム１の上端側にある場合に、また、前記形状フレーム（５）が、前記正方形ソーラーパネル・フレーム（１６）に連結され、かつ、前記正方形ソーラーパネル・フレーム（１６）に対して直角に、下方に折り曲げられる場合には、立方体形のボックスが形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の再生可能なエネルギーから得られる電力および水の供給ユニット。
4. 車輪（２）上にあるボックス型形状フレーム（１）には、互いに隣り合い、かつ前記スペースを埋める３つのボックス型モジュール（２４〜２６）が入っており、かつ、前記モジュールが、引出しのように正確にこの形状フレーム（１）に嵌め込まれ、また、前記モジュールの少なくとも１つが、あらゆる電子部品用の電子制御ユニット（６９）とともに、いくつかのバッテリ（６７）、さらに、インバータ／整流器（６８）も収容し、また前記モジュールの少なくとも１つが、電動機（４２）付きのポンプ（４１）、および飲料水を供給する濾過装置（４７）を収容していることを特徴とする請求項１に記載の再生可能なエネルギーから得られる電力および水の供給ユニット。
5. 前記濾過装置（４７）が、飲料水を供給するＵＶ処理装置、および／または逆浸透装置を含むことを特徴とする請求項４に記載の再生可能なエネルギーから得られる電力および水の供給ユニット。
6. 前記水平軸線（８）を中心として旋回できる上側ボックス型形状フレーム４が、前記下側ボックス型形状フレーム１に対向して、２つのガス封入緩衝装置（２１）により支持され、また、前記水平軸線（８）を中心として旋回できる上側ボックス型形状フレーム４と、下側ボックス型形状フレーム１との間に調整用支持体が設置され、前記調整用支持体を用いて、あらゆる位置に対して、上側形状フレーム４の旋回位置をロックでき、前記ソーラーパネル（６）用の前記形状フレーム５が、前記上部形状フレーム４の下側縁にある２つのガス封入緩衝装置により支えられることを特徴とする請求項１に記載の再生可能なエネルギーから得られる電力および水の供給ユニット。
7. 少なくとも３つの高さ調整可能な支柱（５５）上にあって、地下において水平方向に平らにすることができるか、あるいは、水平状態にて、ベース上に固定できる付属の水平管状リング（５３）を含むことと、前記管状リング（５３）の直径が、前記装置のそれぞれ４つの車輪（２）のうち２つの車輪間の対角線に相当し、しかも前記車輪（２）が、Ｕ字形の走行面を持っていて、前記管状リング（５３）上の前記供給ユニットを、その垂直軸線を中心として旋回できるようにしていることを特徴とする請求項１に記載の再生可能なエネルギーから得られる電力および水の供給ユニット。
8. 前記車輪（２）の少なくとも１つが、電動機（５６）で駆動できることと、電子制御ユニット（６９）が、プログラマブル・ロジック制御されて、暦上の日付および時刻に応じて車輪を駆動させて、太陽の位置に従って前記供給ユニットを追跡できるようにしていることを特徴とする請求項７に記載の再生可能なエネルギーから得られる電力および水の供給ユニット。
9. 水圧ピストン・シリンダ・ユニットを用いて、あるいは、前記電動機によって、前記中央ソーラーパネルを、その旋回位置で旋回できること、及びこれらのピストン・シリンダ・ユニットまたは電動機の制御が、ＧＰＳデータにより行われて、太陽の位置により、前記供給ユニットを適正に追跡する作業を、地球上のいかなる場所でも保証できるようにすることを特徴とする請求項１に記載の再生可能なエネルギーから得られる電力および水の供給ユニット。

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