JP5048067B2 - 発電装置 - Google Patents

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Description

本発明は発電装置に関し、特に自然エネルギを利用して発電する発電装置に関する。
エネルギは世界中の大勢の人口にとって、生存発展に係わる基礎的な問題である。生活水準の高まり、経済の発展のいずれにとってもエネルギは欠かせないものである。エネルギ危機はずっと世界各国を悩ませてきた難題であり、電力不足の問題は各国の毎期の政府が直面しなければならない問題である。生産、生活の水準の高まりにともなって、我が国の電力供給の不足と人々の日に日に増加される電力需要との矛盾はますます目立ちつつある。電力使用のピーク期にはなおさらであり、電力不足の状況を緩和するために、政府では電気使用量を限定する措置をとったものの、この措置の実施は消費を大きく抑えてしまい、我が国の経済の発展に不利である。したがって、我が国を含む世界各国では、電力供給能力の向上に努力している。今までの発電は主に三つの方式がある。
１．火力発電：最適規模の６０kw/hの火力発電の建設周期は一般的に三年乃至五年である。これよりも大きい火力発電であれば、１０年ほどの時間がかかる。大多数の火力発電所は石炭を発電用燃料とするが、オイルとガスを発電用燃料とする少量の発電所もある。火力発電所の発電コストは、液体力発電よりは高く、原子力発電よりは少し低いものの、市場の原油などのエネルギ価格の上昇で、原子力発電のコストと逆転する状況が発生している。ただし、避けられないのは、火力発電所、特に石炭を燃料とする火力発電所の発電過程における大気環境に対する汚染である。一般的に火力発電の電気エネルギの転換率は３５％である。
２．液体力発電：液体力発電所の最適な規模は普通百万kw/hであって、建設周期は十年ほどである。液体力発電は自然の液体の流れを利用して発電し、発電過程において汚染がなく、コストも他の発電方式より低い。しかし、敷地面積が大きく、住民遷移の負担が重く、生態環境が破壊される恐れもある。その他、液体力発電所は位置選択の要求が極めて厳しく、中国のことを例にすれば、長江と黄河の適宜な位置にはすでにほぼ建て切ってしまった状態であり、液体量が十分で、落差が理想的なヤルツアンポ江、怒江、瀾滄江などの中国南部辺境の河川では地形が険しく複雑であるため、液体力発電所を建てることができない。液体の量を制御することができないため、実際の需要によって発電量を調整することもできない。液体力発電所の電気エネルギの転換率は４０％乃至６０％である。
３．原子力発電：原子力発電所の建設周期は液体力発電所よりも短い。目下の原子力発電は主に核分裂を利用して発電し、まばらで放射性がある「ウラン」を発電エネルギとする。また液体の使用量も大きく、発電条件も高い。発電により形成された核の廃棄物は、核が漏れないように専用設備で長期的に密封して保存しなければならない。そのため、コストが他の発電所より高い。原子力発電の電気エネルギの転換率は４０％足らずである。目下使われている核分裂発電のほか、核融合の発電が研究中であるものの、まだ工業として応用することはできない。
以上の３種類の発電方式の設備は、いずれも投資量がわりと大きい。６０万kw/hの電気エネルギパワーを例にすると、火力発電所は少なくとも３５億〜５０億の人民元の投資を必要とされ、原子力発電所や液体力発電所の場合の投資はさらに倍増する。
現在、風力、太陽エネルギ、海の液体エネルギを利用して発電する小型の発電所もあるが、これらの発電方式の電気エネルギの転換率はいずれも１０％足らずであるため、建設のコストが膨大である。また、これらの発電は建設場所に対する自然環境の要求も高い。例えば、風力発電は要求に合う風の通り道に設けなければならないため、このような発電所は大規模発電の条件を備えていない。エネルギを節約し環境にやさしい発電を実現するため、既に物体の重力の位置エネルギを利用した発電装置が現れている。例えば、特許文献１には、ロープ・ウエー発電装置が開示されている。ただし、上記の重力位置エネルギ発電装置には共通の問題点がある。即ち、もし連続して発電するとすれば、必ず降下物体を元の位置に戻せるようにして、降下と上昇とが連続的、かつ完全に循環可能な運動を形成しなければならない。しかし、現実では、降下物体を元の位置に戻す過程は、物体が降下する際に生成したエネルギと同様、またはそれよりも多いエネルギを消耗しなければならない。これは発電を実現する目的から見れば、現実性に欠けている。したがって、このような装置では連続して発電をすることができず、専用的な発電設備にはなれない。
中国特許文献ＣＮ１０４８３６６Ｃ
本発明の目的は従来の発電装置の上記問題を解決することである。上記目的を実現するため、本発明は、物体の重力位置エネルギによって発電し、簡単な構造で循環する運動発電体系を構成し、発電の連続性と安定性を保証することができるような、自然エネルギを利用して発電する発電装置を提供する。
本発明に係る発電装置は、当該発電装置を自動的に、連続的に、平穏的に運行させるように制御するための自動制御システムを有する発電装置において、少なくとも一対をなし連動しながら相互に反対側に運動し、それぞれ液体進出口が設けられ、中空体となる同一な二つの運動体を含む発電モジュールと、上記の発電モジュールと連結され、上記発電モジュールから生成された電気エネルギを公共電気網に輸送する電気エネルギ輸送部材と、前記対になる運動体が反対方向に昇降運動をするための内部空間を有し当該内部空間に所定量の気体又は液体を満たす運動室と、前記運動室の上端に着いた前記対になる運動体の中の一方の運動体の液体進出口と連通され、当該運動体に液体を注入し、当該運動体の全体の重力を大きくする液体供給装置と、前記運動室の下端まで運動した前記対になる運動体の中の他方の前記運動体の液体進出口と連通され、上記運動体の中の液体を排出し前記運動体の全体の重力を小さくする交替装置と、前記交替装置の傍ら又は下方に設けられ、前記交替装置と連通され、容量が充分な環境に連通した排出口が設けられ、前記交替装置の中の液体を排出し、前記交替装置が前記運動体に対して循環して交替させるようにする排出装置と、を備える。
本発明に係る発電装置において、前記液体供給装置は、前記運動室中の液体が設定した高度に到達するように、液体源と運動室とに連通する。
本発明に係る発電装置において、前記液体供給装置は、液体源と連結された液体供給管路であり、当該液体供給管路には液体注入口が設けられ、前記運動体が運動室の上方まで運動した時、前記液体注入口が前記運動体の上方の液体進出口と連通され、前記運動体に液体が注入される。
本発明に係る発電装置において、前記交替装置の上方には液体進入口が設けられ、前記液体進入口は前記運動体の下方の液体進出口と対応し、前記運動体が前記運動室の下方まで運動した際、前記液体進入口が前記運動体の下方の液体進出口と連通され、前記運動体の液体を前記交替装置に排出する。
本発明に係る発電装置において、前記自動制御システムは、運動体と当該交替装置との接触部位に設けられた安定停止装置を備え、当該安定停止装置は運動体を交替装置に暫く固定しておき、前記運動体が液体排出段階において暫く安定状態となるように制御する。
本発明に係る発電装置において、当該安定停止装置は、当該交替装置の上方に設けられた摺動係接部と、前記運動体の下方に設けられた安定部と、を備える。
本発明に係る発電装置において、少なくとも一つの高から低への管路と、少なくとも一つの充填運動体と、をさらに備え、当該管路の上端と下端の筒先はそれぞれ当該運動室の上端と下端に連通され、前記対になる運動体の中の一つは前記筒先寄りに設けられ、前記筒先寄りの側面には開放できる側扉が設けられ、前記側扉は前記筒先と厳密に合わせられ、前記充填運動体が前記管路から運動体への進入又は離脱が可能である。
本発明に係る発電装置において、前記降下管路は直管、鉛直管又は曲り管である。
本発明に係る発電装置において、前記管路の内壁にコイル又は磁石を設けられ、前記充填運動体には対応する磁石とコイルを設ける。
本発明に係る発電装置において、前記管路には滑らかな軌道が設けられ、前記充填運動体はローラを有し、前記充填運動体は前記ローラを介して前記軌道上を運動する。
本発明に係る発電装置において、前記ローラの内側のリングには磁石又はコイルが設けられ、前記ローラの回転軸には対応してコイル又は磁石が設けられている。
本発明に係る発電装置において、前記電気エネルギ輸送部材は、降下管路において管壁寄りに設けられたケーブルと、ローラ中のコイルに連結された導線と、導線に連結され、ケーブルに嵌めかかってすべることができるトロリーバス式の弾力棒ケーブル嵌めかけローラと、を備える。
本発明に係る発電装置において、前記充填運動体は、中空運動体である。
本発明に係る発電装置において、中身が詰まった運動体である。
本発明に係る発電装置において、前記充填運動体の中には、前記充填運動体が前記運動体へ進入する過程において、運動スピードを次第にゼロとなるように制御することによって電気エネルギを生成させるためのブレーキ発電装置が設けられている。
本発明に係る発電装置において、前記発電装置は、前記容量が充分な環境の海洋の中に設けられ、装置を固定するための固定装置をさらに備える。
本発明に係る発電装置において、前記固定装置は、海底地下に設けられた錨と、錨に固定された鋼の縄と、鋼の縄によって固定された浮きと、浮きに設けた浮板支持部と、浮板支持部の先端に設けられた浮板とを備え、前記発電装置の一部が前記浮板に固定されている。
本発明に係る発電装置において、前記交替装置は、前記運動体から前記交替装置へ排出した液体を加熱し気化させるための熱源をさらに備え、前記液体供給装置は前記運動室の上方に設けられた冷却室となり、当該排出装置は、その両端はそれぞれ当該交替装置と当該液体供給装置と連通する断熱管路である。
本発明に係る発電装置において、前記熱源のエネルギは地熱若しくは太陽エネルギ又は人工エネルギにより得る。
本発明に係る発電装置において、前記液体は水や液体窒素やLiBrやフロンを含む、熱物理及び／又は熱化学の作用で状態変更可能な媒質であり、当該状態変更で気体状態から液体状態に変換する。
本発明に係る発電装置において、前記液体供給装置は自然の温度差の利用、又はその中に設けられた冷却装置によって冷却を行う冷却室である。
本発明に係る発電装置によれば、前記交替装置は、自然の温度差を利用、又はその中に設けられた加熱装置によって加熱を行う加熱室である。
本発明が提供した発電装置は、全体の発電過程において、全部自然界に存在するエネルギを利用し、発電量を容易に制御でき、電気エネルギの転換率は９０％以上で従来の全ての発電方式より高い。発電の全過程においてエネルギの節約及び環境の保護ができ、コストも低く、発電装置の構造は簡単で実装しやすく、大きく又は小さく、並列又は直列それぞれに、いずれも簡単に設けることができる。本発明の発電装置によれば、発電所を建設する際、投資が少なく、発電量が大きく、建設周期が短く、投資回収が早い。
本発明の実施例１に係る発電装置の縦斜視図である。 図１ａの発電装置の他の方向の斜視図である。 本発明の実施例２に係る発電装置の縦斜視図である。 図２ａの発電装置の他の方向の斜視図である。 本発明の実施例３に係る発電装置の縦斜視図である。 本発明の実施例３に係る発電装置の俯瞰図である。 本発明の実施例３に係る発電装置の他の方向の斜視図である。 本発明の実施例３に使われる発電モジュールのコイルと磁石の一つの配布方式を示す図である。 本発明の実施例３に使われる発電モジュールのコイルと磁石の上記とは別の一つの配布方式を示す図である。 本発明の実施例３に使われる発電モジュールのコイルと磁石の上記とは別の一つの配布方式を示す図である。 本発明の実施例３に使われる発電モジュールのコイルと磁石の上記とは別の一つの配布方式を示す図である。 本発明の実施例３に使われる充填運動体の一つの配布方式を示す図である。 本発明の実施例３に使われる充填運動体の上記とは別の一つの配布方式を示す図である。 本発明の実施例３に使われる充填運動体の上記とは別の一つの配布方式を示す図である。 本発明の実施例３に使われる充填運動体の上記とは別の一つの配布方式を示す図である。 本発明の実施例３に使われる充填運動体の上記とは別の一つの配布方式を示す図である。 本発明の実施例３に使われる充填運動体の上記とは別の一つの配布方式を示す図である。 本発明の実施例３に使われる充填運動体の上記とは別の一つの配布方式を示す図である。 本発明の実施例３に使われる充填運動体の上記とは別の一つの配布方式を示す図である。 本発明の実施例３に使われる充填運動体の上記とは別の一つの配布方式を示す図である。 本発明に使われる交替装置と排出装置の一つの配布方式を示す図である。 本発明に使われる交替装置と排出装置の上記とは別の一つの配布方式を示す図である。 本発明の実施例４に係る発電装置の縦斜視図である。 本発明の実施例５に係る発電装置の縦斜視図である。ここで、発電セットは運動室の上方に設けられている。 本発明の実施例５の発電装置に使われる発電モジュールの図である、ここで、発電セットは運動室の下方に設けられた 本発明の実施例５に係る発電装置の縦斜視図である。 本発明の実施例６に係る発電装置の縦斜視図である。 図９ａの発電装置の他の方向の斜視図である。 本発明の実施例７に係る発電装置の縦斜視図である。 図１０ａの発電装置の他の方向の斜視図である。 本発明の実施例８に係る発電装置の縦斜視図である。 図１１ａの発電装置の他の方向の斜視図である。
以下、本発明の具体的な実施例について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、同一の構成要素名称には同一の符号を付す。
図１ａ乃至図１ｂは本発明の実施例１に係る発電装置を示す。
本発明の第１の実施例に係る発電装置は運動室１、交替装置２、排出装置３、発電モジュール４、電気エネルギ輸送部材５及び液体供給装置６を備える。
自然のエネルギを十分に利用するために、本実施例では運動体の重量を変更するための液体を水とする。運動室１としては、河川の岸辺地下に掘られた空間が好ましく、河川近くの地勢がこの河川より低い位置に設けられてもよい。
交替装置２は、運動室１の下方に設けられ、上方板扉２１と気孔（図示せず）を備えている。上方板扉２１は運動室１と交替装置２とを区切り、上方板扉２１の上方には液体進入口２２が設けられている。
排出装置３は交替装置２の下方に設けられ、その容積は交替装置２よりも大きい。排出装置３は交替装置２と通じ合う排出孔（図示せず）を備え、交替装置２の液体はこの排出孔を通じて排出装置３に入ることができる。排出装置３は排出管を備え、この排出管の端末は、交替装置２から排出された液体を即時に排出し切り、次の液体排出を準備できるように、地勢が排出装置３よりも低い河川の下流または排出管道（図示せず）に通じられている。排出装置３にも気孔が設けられている。
発電モジュール４は一組になる運動体４１、４１′と、一組になる運動体４１、４１′を連結して関連運動をさせる複滑車４２と、運動室１の上方に設けられて全体の滑車構造を固定するための固定装置４３と、運動体４１、４１′に設けられた磁石（又はコイル）と、それに対応して運動室の内壁に設けられたコイル（又は磁石）とを備えている。複滑車４２は滑車４２１と歯付ベルト４２２とを備える。この歯付ベルト４２２は滑車４２１に巻き付けられる。一組になる運動体４１と４１′は、それぞれ複滑車４２の歯付ベルト４２２の両端に掛けられ、互いに連動するとともに逆方向への昇降運動ができる。一組になる運動体４１と４１′は二つの同様な中空体であり、外形は必要によって球形、扁球形、立方体、錐形などの各種の形状にすることができる。各運動体の上方と下方にはそれぞれ液体進出口４１１が設けられる。上方の液体進出口４１１の位置は液体供給装置６の液体注入口６２と対応し、下方の液体進出口４１１の位置は上方板扉２１の液体進入口２２の位置と対応する。この発電モジュール４は、上記運動体と上記液体供給装置との間に設けた停止安定装置（図示せず）も備えている。
電気エネルギ輸送部材５は、上記コイルと連結されたケーブル及び相応な輸送設備を備えている。
液体供給装置６は、運動室１と河川との間に掘られた液体カイド（図示せず）を備え、液体供給装置６に砂が堆積されて発電装置の使用寿命に影響を与えるのを防止するため、液体カイドに砂液体分離装置を設ける。この河川と運動室１の地勢は、河川の液体がこの液体カイドを介して液体供給装置６へ自然に流れ込むことが可能なように設けられる。液体供給装置６は運動室１の上方に設けられた液体管路６１と、液体管路に設けられたいくつかの液体注入口６２と、液体量制御装置（図示せず）とを備えている。
本実施例による発電装置の動作過程は以下のようである。
初期位置、停止安定装置を利用し、運動体４１を運動室１の上方（即ち運動室の上端、自身の運動ルートの上端）に位置させると、上方の液体進出口４１１は液体注入口６２と合わせられる。この時、運動体４１′は運動室の下方（即ち自身運動ルートの下端）に位置して、停止安定装置が起動され、少なくとも下方に位置する運動体４１が係止される。この状態で、運動体４１の上方の液体進出口４１１と液体注入口６２を開放すると液体供給装置６の液体は運動体４１の中空部分に自然に流れ込むので、液体が注入された運動体４１の重力は液体が注入されない運動体４１′より大きくなる。液体が注入された運動体４１の重力が設定された発電用の重力を超過した際に、上方の液体進出口４１１と液体注入口６２とを閉鎖するように制御する。この時、運動体４１の全体の重力が運動体４１′の重力より大きいため、運動体の係止を解除することにより、運動体４１は降下するとともに複滑車を介して運動体４１′を上昇させる。即ち運動体４１、４１′は運動室１の内壁に対して沿って運動する。発電に使われるコイルと磁石は、図１ｂのように、それぞれ運動室の側壁と運動体の外側に設けられたため、磁石とコイルの相対運動は電気エネルギを発生し、発生された電気エネルギは電気エネルギ輸送部材５を介して、公共電力網へ輸送される。
運動体４１が運動室１の下部まで運動して交替装置２の上方に位置した際には、下方の液体進出口４１１が交替装置２の液体進入口２２と合わさるように制御される。この時、これと連動する運動体４１′もちょうど運動室１の上端（即ち自身の運動ルートの上端）まで到着するため、液体進出口４１１が液体注入口６２と合わさるように制御される。この時、停止安定装置が起動され、運動体４１と４１′とがこの位置で安定するように制御され、運動体４１′の上方の液体進出口４１１及び液体注入口６２並びに運動体４１の下方の液体進出口４１１及び液体進入口２２が開放され、運動体４１′へ液体が注入されると共に運動体４１の液体は交替装置２へ排出される。なお、電子自動制御システムを利用することにより交替装置２と排出装置３の排出孔が開放され、交替装置２は即時に排出し切る。
運動体４１の液体を排出し切った後、運動体４１の液体進出口４１１と上方板扉２１液体進入口２２は閉鎖される。この時、運動体４１′にはすでに液体が注入されている。停止安定装置を解放して運動体の係止を解除すると、運動体４１′の全体の重力は運動体４１より大きいため、運動体４１′は降下するが運動体４１は上昇する。この過程を繰り返しながら循環発電をする。
図２ａと図２ｂは本発明の実施例２に係る発電装置を示した縦断面図である。
本発明の実施例２に係る発電装置の基本構造及び動作原理は全て実施例１と同様である。相違点としたら、本実施例では、コイルと磁石を運動室の側壁と運動体の外側に直接設けるのではなく、複滑車と発電機セットを連結することによって発電する。具体的に、本実施例の発電モジュール４は二対の運動体４１、４１′と、伝動装置としての複滑車４２と、運動室１の上方に設けられて全部の発電モジュールを支持する固定装置４３と固定装置４３に設けられた発電機セット４４とを、備えている。複滑車４２の数及び発電機セット４４の数は、いずれも運動体の対の数に対応し、それぞれ二組になる。複滑車４２の構造は実施例１と同様であり、滑車４２１と歯付ベルト４２２とを備え、対になる運動体４１と４１′はそれぞれ複滑車４２の歯付ベルト４２２の両端に掛けられ、互いに連動するとともに逆方向に昇降運動ができる。相違点としては、歯付ベルト４２２は滑車４２１と、対応の発電機回転軸に巻き付き、運動体４１と運動体４１′の運動は複滑車４２を介して各発電機セット４４の発電機回転軸に伝送され、発電機セット４４を回動させることによって発電する。
本実施例に係る発電装置の動作過程は以下のようである。
初期位置、停止安定装置を利用し、運動体４１が運動室１の上方（即ち運動室の上端、自身の運動ルートの上端）に位置すると、上方の液体進出口４１１は液体注入口６２と合わせられ、他方の運動体４１′を運動室の下方（即ち自身の運動ルートの下端）に位置させ、運動体は係止する。この時、運動体４１の上方の液体進出口４１１と液体注入口６２を開けると、液体供給装置６の液体は運動体４１の中空部分に自然に流れ込み、液体が注入された運動体４１の重力は液体が注入されない運動体４１′より大きくなる。液体が注入された運動体４１の重力が設定された発電用の重力を超過した際、上方の液体進出口４１１と液体注入口６２とを閉鎖して運動体の係止を解除する。この時、運動体４１の全体の重力が運動体４１′の重力より大きいため、運動体４１は降下するとともに複滑車を介して運動体４１′を上昇させる。運動体４１の降下及び運動体４１′の上昇は歯付ベルト４２２を回動させ、歯付ベルト４２２の回動は発電機回転軸を回動させ、さらに発電機セット４４を回動させて発電する。生成された電気エネルギは発電機セット４４のコイルと連結された電気エネルギ輸送部材５を介して公共電気網へ輸出される。
運動体４１が運動室１の下部に運動して交替装置２の上方に位置する際には、下方の液体進出口４１１が交替装置２の液体進入口２２と合わさるように制御される。このとき、これと連動する運動体４１′はちょうど運動室１の上端（即ち自身の運動ルートの上端）まで到着する。液体進出口４４１′は液体注入口６２と合わさるように制御される。このとき、停止安定装置が起動され、運動体４１と４１′とがこの位置で安定するように制御される。そして、運動体４１′の上方の液体進出口４４１′及び液体注入口６２、並びに運動体４１の下方の液体進出口４１１及び液体進入口２２が開放され、運動体４１′へ液体が注入されるとともに運動体４１の液体が交替装置２へ排出される。なお、電子自動制御システムを利用することで交替装置２と排出装置３の排出孔が開放され、交替装置２が適時に排出し切る。
運動体４１の液体が排出し切った後、運動体４１の液体進出口４１１と上方板扉２１の液体進入口２２とを閉鎖する。この時、運動体４１′にはすでに液体が注入されている。停止安定装置による係止が解除され、運動体４１′が解放されると、運動体４１′の全体の重力は運動体４１より大きいため、運動体４１′は降下するが運動体４１は上昇する。この過程を繰り返しながら循環発電をする。
図３ａ〜３ｃでは、本発明の実施例３に係る発電装置が示される。
本発明の実施例３に係る発電装置の基本的な構造は、実施例２と同様な構造を備える。それに、さらに、運動室１の外側に１つの管路７が増設されている。管路７は、上方吸引管路７１と、上から下に傾いた降下管路７２と、下方吸引管路７３と、を備えている。上方吸引管路７１の一方の筒先は運動室１の上端開口１１（即ち、運動体４１の運動ルートの上端）と連結し、他方は運動室１の側面地下に設けられた降下管路７２の始端と連結する。降下管路７２の終端は下方吸引管路７３の一方を連結し、下方吸引管路７３の他方は運動室１の下端開口１２（即ち、運動体４１の運動ルートの下端）まで伸びている。全ての管路の内部は滑らかなロールを設ける（図示せず）。
なお、本実施例に係る発電装置は少なくとも１つの充填運動体８を備えている。図５ａ〜５ｉのように、この充填運動体は正方体、立方体、球状、楕円球状などの形状をとることができる。且つ、ローラ８１を設けることができ、このローラ８１によって充填運動体８はロールに沿って管路内を位置エネルギで上から下へ運動することができる。この充填運動体８の中身は空いていても詰まっていてもいい。本装置を利用して発電する際、充填運動体８は中身が空くのが好ましい。もし、本装置を利用して人や荷物を運ぼうとする際には、充填運動体８は中身が空くように設けられ、中身の空いている部分には人と荷物を載せることができる。
図４ａのように、降下管路７２の内壁には発電に使われる磁石を設け、充填運動体８には発電に使われるコイルを設ける。この時、電気エネルギ輸送部材５は充填運動体８のコイルと繋がるケーブル、及びブラシの方式でこのケーブルと連結される輸送部材となる。図４ｂのように、降下管路７２の内壁にコイルを設け、充填運動体８に磁石を設けてもよい。このとき、電気エネルギ輸送部材５は降下管路７２の内壁のコイルと連結されるケーブルとなる。図４ｃと図４ｄのように、ロールの中にコイルと磁石を設けてもいい。このとき、ロールの内側リングに磁石又はコイルを設け、これと相応する回転軸にコイル又は磁石を設けてもいい。電気エネルギ輸送部材５は、降下管路７２の管壁寄りの所に設けられたケーブル５１と、ローラ８１のコイルと連結された導線５２と、導線５２に連結されケーブル５１に嵌めかかってすべることができるトロリーバス式の弾力棒ケーブル嵌めかけローラ５３と、を備える。
運動体４１の下方吸引管路７３に対応する一方には、開放できる側板扉４１２が設けられる。この側板扉４１２を開放した後、下方吸引管路７３の筒先まで運動した充填運動体８は、中空である運動体４１へ入ることができる。この充填運動体８にはブレーキ発電装置を設けてもよい。この充填運動体８が次第に運動体４１に入る際に、そのスピードはゼロになるように制御されるので、ブレーキ装置から生成したエネルギを発電に用いることができる。本装置においては、運動体と充填運動体との全部の重力が、運動体とこれに注入された予定量の水の全部の重力より小さくなるように設ける。したがって、水が注入された運動体４１′の作用が小さく、充填運動体８と運動体４１は一緒に上昇する。
図６ａと図６ｂとは本発明に用いられる交替装置２と排出装置３の二つの配置方式を示す。即ち、排出装置３は交替装置２の下方に設けても良く、交替装置２の傍らに設けても良い。交替装置２と排出装置３との間にはバルブ付の通孔３１が設けられる。
本実施例では、同様に交替装置２の交替作用で、運動体４１と４１′とが交替されながら、降下状態から上昇状態へ、そして上昇状態から降下状態への転換を行う。さらに、排出装置３によって交替装置２が十分な容量空間を持つように保障する。即ち、容量空間は交替装置２が運動体の運動方向を即時に変えられるように確保される。同時に、運動体４１の上昇過程では、管路７の下端まで運動した充填運動体８を一定の位置エネルギがある高度に運送でき、充填運動体８が上昇と降下状態とを即時に転換させるようにする。
実施例２のように、運動体４１，４１′の上下運動のいずれの過程でも発電することができる。充填運動体８の降下過程においては、上記のように設けたコイルと磁石の間にも相対的な運動が発生するため、発電することができる。したがって、この装置は中断せず大量に発電することができる。
図７は本発明に係る実施例４を示す。
図７に示した実施例の発電装置は、実施例３で述べたような二つの発電装置Ａと発電装置Ｂの組合せである。ここで、発電装置Ａの下方吸引管路７３Ａの下端の筒先は発電装置Ｂの運動室１Ｂの下端（即ち、運動体４１Ｂが停止する下端の位置）まで延び、充填運動体８が運動体４１Ｂにスムーズに進入するように位置する。液体が注入された運動体４１′Ｂの重力の駆動で、充填運動体８は上昇して上方吸引管路７１Ｂに入る。そして降下管路７２に沿って発電装置Ｂの下方の開口と通じ合う下方吸引管路７３Ｂまで降下し、運動室１Ａを運動する運動体４１Ａの内部に入る。且つ液体が注入された運動体４１′Ａの重力の作用で、運動体４１Ａと共に上昇する。この過程を繰り返しながら、循環発電をする。
図８ａ〜図８ｃでは、本発明に係る実施例５を示す。実施例５では、液体内における運動体の浮力が動力源となっている。
本発明の実施例５に係る発電装置では、図１における運動室１、交替装置２、排出装置３及び運動体４１、４１′の構造はすべて図２ａに示される実施例２と同様である。実施例１との相違点としたら、本実施例では、液体供給装置６は液体量制御装置（図示せず）と地勢が高い水源と連結された液体供給管路６１とを備え、液体供給管路６１は運動室１と直接連通する。液体供給装置６が繋がると、地勢が高い水源の中の水はこの液体供給管路６１を介して、運動室１の水が理想的な高度に到達するまで、自然に運動室１へ流れ込み、運動体４１、４１′を浸ける。このとき、運動体４１、４１′には浮力がかかる。なお、各複滑車４２は運動室１の上方又は下方に設けられた二つの滑車４２１と一つの歯付ベルト４２２とを備え、発電機セット４４は対応して運動室１の下方と上方に設ける。交替装置２は二つの滑車４２１に対応して通孔２４を備えている。上述した浮力のため、歯付ベルト４２２は、滑車４２１に巻き付き、交替装置２の通孔２４に入り込み、対応する発電機セット４４に巻き付いて、長方形と似た形状を構成する。二つの運動体４１はそれぞれ固定部４１４を介して歯付ベルト４２２の垂直両辺の対応位置に固定される。即ち、歯付ベルト４２２の垂直一辺にある運動体４１が運動室１の上端に位置するとき、他の一辺にある運動体４１′はちょうど運動室１の下端に位置し、交替装置２と接触して係止する。したがって、上述した実施例と同様の原理で、運動体４１、４１′は、上端に位置して水を満載し下端に位置して内部を空間にすることにより交互に重力の差が得られ、運動室１の水の中で上記実施例のように上昇と降下との運動を繰り返す。
運動体４１と４１′の運動は複滑車４２を介して各発電機セット４４の発電機回転軸に伝達され、発電機セット４４を回動させ発電する。複滑車４２は滑車４２１と歯付ベルト４２２とを備え、対応して運動体４１にはいくつかの安定部４１３が設けられている。滑車４２１は運動室１の下方に固定され、歯付ベルト４２２は、発電機回転軸に巻き付き、下端は通孔２４に入り込み、運動室１の下端に設けた滑車４２１に巻き付き、長方形と似た形状を構成する。運動体４１は固定部４１４を介してこの長方形と似た形状の１つの垂直辺に固定される。本実施例に係る発電機セット４４は、運動室１の下方に設けられてもよく、滑車４２１は固定装置４３に固定されてもよい。図８ｃのように、運動体４１、４１′の下方には安定部４１３が設けられ、交替装置２の上方には摺動係接部２３が設けられている。
本発明に係る発明装置の動作過程は以下のようである。
液体供給装置を起動し、理想的な高度に到達するまで運動室１へ液体を供給する。初期位置として、運動体４１を運動室１の水面に位置させるとともに運動体４１′を交替装置２と合わせる位置に位置させる。交替装置２の摺動係接部２３を滑り開け、運動体４１′の安定部４１３を摺動係接部２３の間に入り込むようにし、摺動係接部２３を閉め、安定部４１３を係止し、交替装置２と一定の隙間で運動体４１′を固定する。この時、運動体４１の上方と下方の液体進出口４１１を開けば、運動体の全部或は一部分が運動室１の水の中に浸かるため、水は自然に運動体４１の中空部分に入り浮力は減少する。運動体４１とその中の水の全部の重力が運動体４１′の重力より大きくなった際に、上方と下方の液体進出口４１１を閉鎖し、且つ摺動係接部２３を開け、運動体４１′を放す。この時、運動体４１の全体の重力が運動体４１′の全体の重力より大きい、すなわち、運動体４１の浮力が運動体４１′の浮力より小さくなるため、運動体４１は降下し、運動体４１′は上昇する。運動体の運動は歯付ベルトを回動させ、さらに上方と下方に設けた発電機回転軸を回動させ、発電機セット４４は発電する。これによって生成された電気エネルギはこれと連結した電気エネルギ輸送部材５を介して公共電気網に輸送される。
運動体４１′が運動室１の上部、即ち運動室１の水面に位置し、運動体４１が降下して交替装置２と触れ、下方の液体進出口４１１が液体進入口２２と厳密に合わせられた時に上記の安定部４１３と摺動係接部２３を利用して運動体４１を暫く固定する。この時、運動体４１の下方の液体進出口４１１及び液体進入口２２を開き、運動体４１の水を交替装置２へ排出し、排出装置３を介して下流の河川に排出する。同時に、運動体４１′の上方と下方の液体進出口４１１を開けば、運動室１の水は運動体４１′に自然に入り込む。運動体４１を放せば、運動体４１′の全体の重力が運動体４１より大きいため、運動体４１は上昇し、運動体４１′は降下する。このことが、歯付ベルト４２２を回動させ、さらに発電機回転軸を回動させて発電させる。上記の過程を繰り返しながら、運動体４１と運動体４１′は循環運動し、絶えず発電する。
図９ａ〜図９ｂは本発明の実施例６に係る発電装置を示す図である。
本実施例では、本発明の実施例５と同じ発電装置を液体の海の中に設ける。ここで、本実施例の発電装置は河川の河口の海に設けるため、図９ａと図９ｂのように、液体供給装置６を運動室の上方に設けて淡水水源と連結し、液体供給装置６が運動体４１、４１′に淡水を注入する。したがって、排出装置３は排出管の他の一方と連通した正浸透装置３２を備え、この正浸透装置３２は淡水と海水の濃度差を利用し、交替装置から排出された運動体からの淡水を、浸透膜を通過させる方式で海中に排出する。本実施例のように、淡水で運動体の重力を調節することによって循環発電をする。且つ、淡水と海水の濃度差を利用して運動体の淡水を海水に排出する際に、排水により排出装置周りの海水の濃度が変化を受ける。排水によって排出装置周りの海水の濃度が変化され、継続的な排水に影響を与えるのを防止するために、この正浸透装置３２を移動可能に設ける。これは自身の一点を中心として回転することも可能であり、左右への移動も可能であり、淡水から海水への移動式排出を行う。
さらに、海水を直接に利用して運動体の重力を調節できる、即ち単独の液体供給装置を設けず、海洋を天然的な液体供給装置とすることができる。しかし、交替装置から排出した運動体の中の液体を一定な深さの海洋に排出する時、特別な排出装置が必要である。本出願人は他の出願で海水逆浸透装置を提案した。この装置は、磁気エネルギを効果的に利用し、逆浸透技術で、逆浸透膜を通る方式によって、運動体の海水を周りの海洋環境に排出し、全体の発電過程が絶えず循環するようにしている。
各部品が海のような液体の中に設けられた場合、材料節約及び工事簡略化のために、運動室１の四壁を設けなくてもいい。そのため、専門の固定装置９を設けて各部品を固定する必要がある。固定装置９は、海底に設けられた錨９１と、錨９１に固定された鋼の綱９２と、鋼の綱９２によって固定された浮き９３と、浮き９３に設けた浮板支持部９４と、浮板支持部９４の先端に設けられた浮板９５と、を備えている。浮板９５は、液体面の上に実施例５の運動室１の上端面と同様な形状を露出する。もちろん、本実施例では、図９ａのように、海のような液体の中に運動室１の壁を設けてもいい。
なお、運動体４１、４１′が設定されたルートに沿って運動するように、垂直に方向が決まったカイドレール４５を設けるとともに運動体４１の傍らに環状滑りボタン４１５を設ける。交替装置２、発電モジュール４、及び電気エネルギ輸出装置５の構造は実施例５と基本的に同様である。
発電モジュール４３及び固定装置４４は浮板９５に固定さている。滑車４２１、交替装置２及び排出装置３が海底に設けられる場合、その下の海底は補強処理される。垂直に方向が決まったカイドレール４５の一方は海底の地下の錨９１に固定され、他の一方は浮板９５に固定される。
図１０ａ〜１０ｂは本発明の実施例７に係る発電装置を示す。
本実施例に係る発電装置の運動室１、発電モジュール４、電気エネルギ輸送部材５などはすべて図１に示される本発明の実施例１と同様である。また、運動体４１の発電原理も実施例１と同様である。本実施例の発電装置と実施例１との相違点は、物質が異なる温度で液相と気相の間で転換する原理を利用し、運動体から排出された交替装置の液体を運動室の上方の液体供給装置に排出して重複利用をすることで、発電過程の連続性を実現することにある。具体的な過程は、交替装置に熱源を増設することによって、運動体の液体が交替装置へ排出され、気化されるようにし、さらに気体が自然に散逸する原理を利用し、気化された気体を運動室の上方の液体供給装置に返す。そして、気体を液体供給装置で液体に凝縮するようにし、凝縮された液体を運動体の重力を調節する液体として再び運動体へ注入する。この過程は運動体の重力を調節する液体を繰り返し循環させて利用できる。ここで、気化過程で使用された熱源は地熱又は収集した太陽エネルギなどの自然エネルギであって良い。凝縮過程は地下温度と地上温度との自然の温度差を利用でき、必要時、冷却剤による冷却装置を利用しても良い。
本実施例では、交替装置２は、下方又は傍らに設けた熱源２５を備え、熱源２５のエネルギは地熱又は太陽エネルギであって良い。液体供給装置６は運動室１の上方に設けた空室６３であり、運動体４１の液体進入口と対応する液体注入口６２を備えている。このとき、交替装置２は気化室を構成し、収集室６は冷却室を構成する。
運動体４１が液体を交替室２１に排出する際に、熱源の加熱を受けて、その中の液体は液体水蒸気と気化され、液体水蒸気は交替室２１と連結された排出管路３４に沿って上昇し、排出管路３４の上端の収集室６３によって収集され、その中で自然に凝縮され、液体になる。運動体４１が自身の運動軌道の最上端まで運動し、収集室６３の液体出口と合わせて、収集室６３の液体が重力の作用で運動体４１の内部に流れ込み、液体が注入された運動体４１の重力が液体を排出した運動体４１の重力より大きくなるため、液体が注入された運動体は降下する。他の運動過程は実施例１と同様である。
図１１ａ〜１１ｂは本発明に係る実施例８に係る発電装置である。
本実施例に係る発電装置の運動室１、発電モジュール４、電気エネルギ輸送部材５及び液体供給装置６などは図１及び図２ａに示されるもので、すべて本発明の実施例２と同様であり、運動体の発電原理も実施例２と同様である。本実施例の発電装置と実施例７との相違点は、物質が異なる温度で液相と気相の間で転換する原理を利用し、交替装置に熱源を増設することによって、運動体の液体が交替装置へ排出され、気化されるようにし、さらに気体が自然に上昇する原理を利用し、気化された気体を運動室の上方の液体供給装置に返す。そして、気体を液体供給装置で凝縮して液体となるようにし、凝縮された液体を運動体の重力を調節する液体として再び使用する。ここで、気化過程で使用された熱源は地熱又は収集した太陽エネルギなどの自然エネルギであって良い。必要時、冷却剤による冷却装置を利用しても良い。
具体的に、本実施例の交替装置２は一つの交替室と交替室の傍らの熱源２５とを備え、熱源２５のエネルギは地熱又は太陽エネルギであって良い。液体供給装置６は運動室１の上方に設けた空室６３であり、これは運動体４１の液体進出口と対応する液体出口６２を備えている。この時、交替装置２は気化室を構成し、液体供給装置６は冷却室を構成する。排出装置は、排出管路３４を通過する気体が周りの環境と熱交換が発生して冷却が早まってしまうのを防止するために断熱保温用の排出管路３４とする。例えば、この排出管路３４は腐食性に強い陶磁管を使用し、その周りは断熱性が良い材料で包まれる。気化室とする交替装置２及び冷却室とする液体供給装置６は、断熱保温の管路３４を介して連結される。
その中の動作液体は水でもよい。もし水を動作液体とするならば、この装置は地下の温度が１００度以上の環境、例えば高温温泉区に設けてもよい。上方の液体供給装置の空室は散熱性がよい装置を使用し、収集されたこの空室の水蒸気が地上と地下の自然の温度差によって早く冷却するようにする。もし、自然による冷却の速度が需要を満たさない場合には、この液体供給装置に冷却装置を設け、水蒸気の冷却効果を加速し、即時に運動体への液体供給を保障できる。この動作液体は水でなく、例えば液体窒素、LiBr（リチューム・ブロマイド）、フロンなどの、熱物理及び／又は熱化学の作用で状態変更可能な媒質であり、当該状態変更で気体状態から液体状態に変換するものであり、液体と気体との転換に需要される温度差がより小さい液体にしても良い。このように、冷却室と気化室の温度差に対する要求が低い場合を含み、広範囲ないろいろな環境に適用できる。
本実施例に係る運動体の液体供給、交替、及び排出の動作過程は以下のようである。
運動体４１の液体が交替装置２まで排出されたとき、熱源２５の加熱を受けて、その中の液体は気化されて気体となり、気体は交替装置２と連結した排出管路３３に沿って上昇し、排出管路３４の上端の空室６３に収集され、自然に冷却されて液体となる。運動体４１が対応の運動室１の上端即ち自身の運動ルートの最上端まで運動した時、空室の液体出口と合わせ、空室６３の液体は重力で運動体４１の内部に流れ込むため、液体が注入された運動体４１は降下し、運動体４１′は上昇する。
上記の各実施例の発電装置の発電過程では、排出装置３によって交替装置２が充分な容量空間を持つようにする。即ち、運動体４１と４１′が上昇状態と降下状態を即時に転換できるようにし、上下垂直運動を絶えず繰り返す。運動体４１と４１′の上下運動過程のすべてで発電できるため、この装置は絶えず大量に発電することができる。毎時間の発電量を６００万度で計算すれば、運動体４１の重力は１１６８８.５２トンとなり、毎秒３０６１．２２ｍ３の液体が必要とされる。ここで、上昇過程の発電量は毎時間４００万度となり、降下過程の発電は２００万度となるため、上昇過程の発電は降下過程の発電量の２倍になる。

Claims (21)

  1. 自動的に、連続的に、平穏的に運行させるように制御するための自動制御システムを有する発電装置において、
    少なくとも一対をなし連動しながら相互に反対側に運動し、それぞれ液体進出口が設けられ、中空体となる同一な二つの運動体を含む発電モジュールと、
    上記の発電モジュールと連結され、上記発電モジュールから生成された電気エネルギを公共電気網に輸送する電気エネルギ輸送部材と、
    前記対になる運動体が反対方向に昇降運動をするための内部空間を有し当該内部空間に所定量の気体又は液体を満たす運動室と、
    前記運動室の上端に着いた前記対になる運動体の中の一方の運動体の液体進出口と連通され、当該運動体に液体を注入し、当該運動体の全体の重力を大きくする液体供給装置と、
    前記運動室の下端まで運動した前記対になる運動体の中の他方の運動体の液体進出口と連通され、上記運動体の中の液体を排出し前記運動体の全体の重力を小さくする交替装置と、
    前記交替装置の傍ら又は下方に設けられ、前記交替装置と連通され、容量が充分な環境に連通した排出口が設けられ、前記交替装置の中の液体を排出し、前記交替装置が前記運動体に対して循環して交替させるようにする排出装置とを備え、
    前記液体供給装置は、前記運動室中に液体を注入してその液体が設定した高度に到達するように、液体源と前記運動室とに連通することを特徴とする発電装置。
  2. 前記液体供給装置は、液体源と連結された液体供給管路であり、当該液体供給管路には液体注入口が設けられ、前記運動体が前記運動室の上方まで運動した時、前記液体注入口が前記運動体の上方の液体進出口と連通され、前記運動体に液体が供給されることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
  3. 前記交替装置の上方には液体進入口が設けられ、前記液体進入口は前記運動体の下方の液体進出口と対応し、前記運動体が前記運動室の下方まで運動した際、前記液体進入口が前記運動体の下方の液体進出口と連通され、前記運動体の液体を前記交替装置に排出することを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
  4. 前記自動制御システムは、前記運動体と前記交替装置との接触部位に安定停止装置を備え、当該安定停止装置は運動体を交替装置に暫く固定しておき、前記運動体が液体排出段階において暫く安定状態となるように制御することを特徴とする請求項３に記載の発電装置。
  5. 前記安定停止装置は、前記交替装置の上方に設けられた摺動係接部と、前記運動体の下方に設けられた安定部と、をそれぞれ対応させて備えることを特徴とする請求項４に記載の発電装置。
  6. 少なくとも一つの高から低への管路と、少なくとも一つの充填運動体と、をさらに備え、
    当該管路の上端と下端の筒先は前記運動室の上端と下端それぞれに連通され、
    前記対になる運動体の中の一方は、前記筒先寄りに設けられ、前記筒先寄りの側面には開放できる側扉が設けられ、
    前記側扉は前記筒先と厳密に合わせられ、
    前記充填運動体が前記管路から運動体への進入又は離脱が可能であることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
  7. 前記降下管路は直管、鉛直管又は曲り管であることを特徴とする請求項６に記載の発電装置。
  8. 前記管路の内壁にコイル又は磁石を設け、前記充填運動体には対応して磁石又はコイルを設けることを特徴とする請求項６に記載の発電装置。
  9. 前記管路には滑らかな軌道が設けられ、前記充填運動体はローラを有し、前記充填運動体は前記ローラを介して前記軌道上を運動することを特徴とする請求項６に記載の発電装置。
  10. 前記ローラの内側のリングには磁石又はコイルが設けられ、前記ローラの回転軸には対応してコイル又は磁石が設けられていることを特徴とする請求項９に記載の発電装置。
  11. 前記電気エネルギ輸送部材は、降下管路において管壁寄りに設けられたケーブルと、ローラ中のコイルに連結された導線と、導線に連結され、ケーブルに嵌めかかってすべることができるトロリーバス式の弾力棒ケーブル嵌めかけローラと、を備えることを特徴とする請求項１０に記載の発電装置。
  12. 前記充填運動体は、中空であることを特徴とする請求項６に記載の発電装置。
  13. 前記充填運動体は、中身が詰まっていることを特徴とする請求項６に記載の発電装置。
  14. 前記充填運動体の中には、前記充填運動体が前記対になる運動体へ進入する過程において、運動スピードを次第にゼロとなるように制御することによって電気エネルギを生成させるブレーキ発電装置が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の発電装置。
  15. 前記発電装置は、前記容量が充分な環境の海洋の中に設けられ、当該装置を固定する固定装置をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
  16. 前記固定装置は、海底地下に設けられた錨と、錨に固定された鋼の綱と、当該鋼の綱によって固定された浮きと、浮きに設けた浮板支持部と、浮板支持部の先端に設けられた浮板とを備え、前記発電装置の一部が前記浮板に固定されていることを特徴とする請求項１５に記載の発電装置。
  17. 前記交替装置は、前記運動体から前記交替装置へ排出した液体を加熱し気化させるための熱源をさらに備え、
    前記液体供給装置は前記運動室の上方に設けられた冷却室となり、
    当該排出装置は、その両端それぞれが当該交替装置と当該液体供給装置とを連通する断熱管路であることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
  18. 前記熱源のエネルギは地熱若しくは太陽エネルギ又は人工エネルギによることを特徴とする請求項１７に記載の発電装置。
  19. 前記液体は、水、液体窒素、LiBr（リチューム・ブロマイド）、又はフロンを含む、熱物理及び／又は熱化学の作用で状態変更可能な媒質であり、当該状態変更で気体状態から液体状態に変換することを特徴とする請求項１７に記載の発電装置。
  20. 前記液体供給装置は自然の温度差の利用、又はその中に設けられた冷却装置によって冷却を行う冷却室であることを特徴とする請求項１７に記載の発電装置。
  21. 前記交替装置は、自然の温度差を利用、又はその中に設けられた加熱装置によって加熱を行う加熱室であることを特徴とする請求項１７に記載の発電装置。
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