JP7072341B1

JP7072341B1 - 水中空気浮力発電システム

Info

Publication number: JP7072341B1
Application number: JP2021199193A
Authority: JP
Inventors: 進猿谷
Original assignee: 進猿谷; 猿谷侑花
Priority date: 2021-05-14
Filing date: 2021-12-08
Publication date: 2022-05-20
Anticipated expiration: 2041-12-08
Also published as: WO2022239560A1; JP2022176047A

Abstract

【課題】自然エネルギーを利用して作った圧縮空気を用いて、水を入れた発電用パイプから効率良く電力を得ることができる水中空気浮力利用の発電システムを提供する。【解決手段】発電システムは、自然エネルギーを利用した発電機の出力により駆動されるエアーコンプレッサーと、エアーコンプレツサーに接続する圧縮空気貯蔵タンクと、水の入った発電用パイプと、圧縮空気貯蔵タンクに気圧弁を介して連結する圧縮空気供給パイプとを備えている。発電用パイプの管路に流体発電タービン装置の回転体が複数個配置され、各回転体の軸体が発電用パイプの管壁に、発電用パイプの管路の軸方向に対して直角方向に取り付けられている。各回転体の軸体には発電機が接続されている。圧縮空気供給パイプから発電用パイプの下端内部に圧縮空気を送り込み、気泡のエネルギーにより発電用パイプ内の水を押し上げ、水圧を誘導して回転体を回転させ発電する。【選択図】図１

Description

本発明は、水中空気の浮力を利用した発電システムに関する。

海中に配置したパイプの下端にエアータンクに貯蔵した圧縮空気を送り、パイプの上端から吹き上げられる圧縮空気によって発電機を駆動する空気浮力による水圧誘導力発電システムが従来知られている（例えば特許文献１参照）。また、高水圧の下の水中で、管の中に気泡を発生させ、管内に発生する水流を利用して、管内のシャフトを回転させ、この管の上端から突出するシャフトの上端に連結した発電機の入力軸を回転させて発電を行う気泡の浮力を利用した発電が知られている（例えば特許文献２参照）。
実用新案登録第３１０７２１４号公報特開２００４－１８３６３７号公報

水中に配置されるパイプの上端で、ここから吹き上げられる圧縮空気のエネルギーを利用して発電機を駆動する構成や、パイプの上端から突出する回転シャフトの上端に発電機の入力軸を連結して発電機を駆動する構成は、１つのパイプに対して１個の発電装置しか駆動できず、パイプ内の圧縮空気のエネルギーを有効に活用できないという問題点がある。水中や地上に配置される発電用のパイプの適所に発電装置の回転体を取り付けるようにできれば、発電装置の数を増加させることによって、発電用パイプ内の圧縮空気の上昇力を有効活用できる。
本発明は、水中や地上に配置される発電パイプの管路の適所に発電装置の回転体を複数個取り付けることができるようにして上記問題点を解決することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明は、自然エネルギーを利用した発電機の出力により駆動されるエアーコンプレッサー８と、水流用の管路を有し、該管路に発電装置の回転体３６を配置した発電用パイプ１６と、エアーコンプレッサー８に接続する圧縮空気貯蔵タンク１０と、圧縮空気貯蔵タンク１０に気圧調整手段を介して連結する圧縮空気供給パイプとを備え、前記圧縮空気供給パイプから発電用パイプ１６の下端内部に圧縮空気を送り込み、発電パイプ１６内に気泡を発生させ、気泡のエネルギーにより発電用パイプ１６内の水を押し上げ、水圧を誘導して前記回転体３６を回転させる発電システムであって、前記発電用パイプ１６の管路に、発電装置の回転体３６を配置し、該回転体３６の中心に固定され該回転体３６の回転と連動して回転する軸体３８を発電用パイプ１６の管路の軸方向に対して直角に配置し、前記発電用パイプ１６の管壁に、発電装置を複数個取り付け、該発電装置の発電機５０と回転体３６の軸体３８とを接続し、回転体３６を発電用パイプ１６内の気泡の浮力による上昇エネルギーにより回転させ、発電装置を駆動するようにしたことを特徴とする。
また本発明は、前記発電用パイプ１６の下端に、空気の塊を断続的に一挙に放出するための空気塊断続的放出手段を配置し、該空気塊断続的放出手段を、一方が開口する筒体から成る、発電用パイプ１６内に回転可能に軸支された空気塊放出体１１２と、該空気塊放出体１１２を回転駆動するモータ１１４と、前記空気塊放出体１１２に対向する圧縮エアー噴出用のエアーノズル１１６とで構成し、前記エアーノズル１１６から噴出するエアーを、前記空気塊放出体１１２の内部に溜めて圧縮された空気塊とし、この空気塊を空気塊放出体１１２を半回転させて、発電用パイプ１６内に一挙に放出するようにしたことを特徴とする。
また本発明は、前記発電用パイプ１６の管壁の内壁面に螺旋状にフィン２４を設け、発電用パイプ１６の管路内の気泡の上昇スピードを速めるようにしたことを特徴とする。
また本発明は、前記発電装置に、回転体３６の軸体３８の回転を増速して発電機５０に伝達する増速機構を設けたことを特徴とする。
また本発明は、前記発電用パイプ１６を骨組枠体７０の内側に固定し、該骨組枠体７０の上部に、陸上に設置した圧縮エアー供給部７６に接続する接続部７２を設け、該接続部７２に圧縮空気供給パイプ５６を接続し、骨組枠体７０を人工プール６８に配置したことを特徴とする。
また本発明は、前記発電用パイプ１６を、複数本並列に設け、対向する発電用パイプ１６に設置された各回転体３６の軸体３８を互いに連結し、複数の回転体３６の互いに連結した軸体３８の回転力を発電機５０に伝達するようにしたことを特徴とする。
また本発明は、前記回転体３６を、周壁８４aと両側壁８４ｂ，８４ｂを備えたケーシング８４に回転自在に配置し、該回転体３６の軸体３８を前記ケーシング８４の両側壁８４ｂ，８４ｂ間に回転自在に支承し、前記ケーシング８４を前記発電用パイプ１６の管壁に取り付け、ケーシング８４内の回転体３６の一部を前記発電用パイプ１６の流通路に配置し、前記ケーシングの周壁８４aに発電用パイプ１６の流通路に連通する開口部を設け、前記ケーシング８４に支承された前記回転体３６の軸体３８に発電装置を連結した特徴とする。
また本発明は、海や湖に水上浮上施設２を浮上配置し、前記発電用パイプ１６を上端部を残して水中に配置し、該発電用パイプ１６を水上浮上施設２に取り付け、水上浮上施設２に、前記自然エネルギーを利用した発電機、エアーコンプレッサー８、圧縮空気貯蔵タンク１０、圧縮空気供給パイプの各機器を配備したことを特徴とする。
また本発明は、水を入れた水タンク用導管９４を地上に設置し、発電用パイプ１６と、圧縮エアー貯蔵タンク１０とを地上に設置し、発電用パイプ１６の上端と下端を水タンク用導管９４の上端と下端に連結し、水タンク用導管９４内と発電用パイプ１６内を一方向に水が流れるように成したことを特徴とする。
また本発明は、前記水タンク用導管９４に移動体１３４を水タンク用導管９４の軸方向にスライド自在に配置し、該移動体１３４を往復運動駆動装置１２８のピストンロッド１３６に連結し、前記移動体１３４に通孔１３８を設け、該通孔１３８に該通孔１３８を水圧により自動的に開閉する開閉蓋１４２を配置し、前記往復運動駆動装置１２８によって前記移動体１３４を往復駆動し、水タンク用導管９４内に一方向に水流を発生させるようにしたことを特徴とするものである。

本発明は、水が流れる発電パイプの管路に複数の発電装置を設けることができ、発電パイプから効率良く電力を取り出すことができる。また、発電パイプを地上に設置する構成とすることで、発電パイプに取り付けた圧縮エアー発電装置の各部品のメンテナンスを容易に行うことができる。

本システムの全体説明図である。本発明の説明図である。本発明の説明図である。本発明のＡ-Ａ線断面説明図である。本発明の説明図である。本発明の説明図である。本発明の説明図である。本システムの他の実施形態を示す説明図である。本発明の他の実施形態を示す説明図である。本システムの他の実施形態を示す説明図である。本システムの他の実施形態を示す説明図である。本システムの他の実施形態を示す説明図である。本発明の他の実施形態を示す説明図である。本システムの他の実施形態を示す説明図である。本システムの他の実施形態を示す説明図である。本システムの他の実施形態を示す説明図である。本システムの他の実施形態を示す説明図である。

以下に本発明の構成を添付した図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発電システムの発電パイプを海中に吊り下げた構成の実施形態を示している。２は水深の深い海や湖の水面３に浮上配置した水上浮上施設であり、空気の詰まった浮き袋から成る浮力体４が複数個配置され、該浮力体４の浮力により水面に露出して浮上している。水上浮上施設２は、ロープ５により海底７４に取り付けられる。

水上浮上施設２には、風力発電機６と、該風力発電機６の出力により駆動されるコンプレッサー８、送電用の出力装置９、各種機器を制御するコントローラ（図示省略）等が設備されている。複数の浮力体４の各内部には圧縮空気充填用タンク１０が配置され、各タンク１０は、気圧調整弁１２を介してコンプレッサー８の出力部に接続するタンク用パイプ１４に連結している。１６は発電用パイプであり、本実施形態では全長が略１００メートル、外径が略２メートルのパイプを用いている。

発電用パイプ１６の上部は、ロープ等の取付具１８によって、水上浮上施設２に吊持されている。発電用パイプ１６の本体は、複数本の部分パイプ１６ａ（図２参照）により構成され、各パイプ１６ａはフランジを介して連結し、１本の発電用パイプ１６を構成している。図１の全体図では、部分パイプ１６ａを接続するフランジは図示省略され、１本の発電用パイプ１６として図示されている。各部分パイプ１６ａには、水流取入パイプ２０が設けられ、各パイプ２０は、発電用パイプ１６の本体に対して下向きに傾斜し、各パイプ２０の一端は、発電パイプ１６の管路内に逆止弁（図示省略）を介して連通し、他端は、水中に開口している。水流取入パイプ２０の各他端には、水中のゴミの侵入を阻止するためのネットなどのゴミ侵入阻止部材２２が取り付けられている。

発電パイプ１６の内側には、図５に示すように螺旋状にフィン２４が突設されている。また、発電用パイプ１６の管路には、発電用パイプ１６内の気泡２８（図６参照）を細かくするための細い複数のパイプから成るパイプ群２６が配置され、この細いパイプ群２６と螺旋状のフィン２４とで、発電用パイプ１６内の気泡２８の上昇スピードを高めるようにしている。発電用パイプ１６には、水流取入パイプ２０ごとに、蓋（図示省略）が配置されている。蓋は、ソレノイド３２により、発電用パイプ１６の管路を開閉する方向に制御されるように構成されている。水流取入パイプ２０がゴミで詰まったとき、コントローラは逆止弁を開放し、蓋を駆動してパイプ２０の直上の発電用パイプ１６の管路（中空部）を閉じ、水流取入パイプ２０内の水流を逆流させることでゴミ侵入阻止部材２２に付着したゴミを除去する。

発電用パイプ１６には、１０メートルごとに発電装置（発電タービン）３４（図３参照）の部品の一つを構成する羽根車から成る回転体３６が配置されている。回転体３６の軸体３８は、発電用パイプ１６の側部に一体的に形成された水圧均等空気室４０の側壁に回転自在に軸支されている。回転体３６の軸体３８は、発電用パイプ１６の軸方向に対して直角な方向に配置されている。回転体３６は、図４に示すように、全周の約半分の部分が発電パイプ１６の中に配置され、他の約半分の部分が水圧均等空気室４０内に配置されている。

水圧均等空気室４０は、図４に示すように六面体のボックス体からなり、前壁４０ａが発電用パイプ１６の周壁に固定され、発電用パイプ１６の内部と、水圧均等空気室４０の内部は、発電用パイプ１６の周壁に形成された開口部４２を通じて、発電用パイプ１６の内部と連通している。水圧均等空気室４０には、クラッチ４４、変速機４６、フライホイル４８、発電機５０が配備されている。回転体３６、クラッチ４４、変速機４６、フライホイル４８、発電機５０の機構により、水圧均等空気室４０内に発電装置（発電タービン）３４が構成されている。空気室４０の底部には、ドレン排水用のパイプ５２が設けられている。

発電用パイプ１６には、前記空気室４０を囲んで、五面体のボックスからなる大型水圧均等空気室５４が取り付けられている。大型水圧均等空気室５４の底部は開放されている。上記空気室４０，５４、発電装置３４は、発電部３７を構成する。図１において、発電部３７の構成は図示省略されている。
図１中、５６は、各タンク１０毎に設けられた圧縮空気供給パイプであり、一方が気圧調整弁５８から成る気圧調整手段を介して、対応するタンク１０に接続し、他方の端部が発電用パイプ１６の下端部に遊嵌状態で挿入され、該発電用パイプ１６の内壁に取り付け具（図示省略）により固定されている。圧縮空気供給パイプ５６の下端近傍にはコントローラ（図示省略）によって開閉が制御される空気放出調整弁５９が取り付けられ、圧縮空気が数秒ごとの間隔で適量が発電パイプ１６に供給されるように構成されている。

圧縮空気供給パイプ５６の他方の端部の外周面と発電用パイプ１６の下端内周面との間に隙間が形成され、この隙間から、発電用パイプ１６内に水が流入し、発電用パイプ１６内は水が充満する。圧縮空気供給パイプ５６は、分岐され、気圧調整弁５８を介して、図２に示すように、水圧均等空気室４０と、大型水圧均等空気室５４に接続している。発電用パイプ１６の下端開放部には、ゴミ侵入防止部材２２が取り付けられている。空気室４０には、回転体３６の上部を覆う水圧バランスカバー３５が設けられている。これにより、回転体３６の回転によって水圧と空気圧のバランスがくずれ、発電パイプ１６内の水が、空気室４０内に流入するのを防止している。

上記した構成において、コンピュータにより空気放出調整弁５９を制御し、タンク１０から発電用パイプ１６の下端に、圧縮空気を断続的に送り込むと、圧縮空気は気泡となって垂直に発電用パイプ１６の管路内を上昇するエネルギーが発生し、このエネルギーによって各発電部３７の回転体３６が回転し、発電機５０が発電する。発電部３７の水圧均等空気室４０は、気圧調整弁５８から供給された圧縮空気によって、室内に圧縮空気室が形成され、室内に発電用パイプ１６の開口部４２から水が浸入することはなく、室内の発電装置３４の回転体３６に対して水圧がかかることがなく、回転体３６を効率よく回転させることができる。フライホイル４８や、変速機４６やクラッチ４４等は、断続的な空気エネルギーを安定した軸体３８の高速回転とし、該回転を発電機５０に入力する。

発電用パイプ１６内を気泡２８が上昇すると、発電用パイプ１６内の水も上昇し、気泡２８の上昇エネルギーを高め、このとき水流取入パイプ２０から水を発電用パイプ１６内に吸いこみ、気泡２８の上昇エネルギーを高める作用をする。各発電機５０の出力電力は、出力装置９に供給されここから外部に電力が出力される。本システムを構成する風力発電機６、コンプレッサー８、気圧調整弁１２，５８、発電装置３４、出力装置９、ソレノイド３２、調整弁５９の各機器は、操作部を備えたコンピュータから成るコントローラ（図示省略）によって制御される。コントローラと各機器とは、図示省略した電気配線を介して電気的に接続している。

圧縮タンク１０に圧縮空気を貯蔵する方式は、風力発電機の電力により、コンプレッサーを駆動する構成に特に限定されるものではなく、各種の自然エネルギーを利用した発電機の出力を利用して圧縮空気を作るようにしても良い。また発電用パイプ１６は、単体で用いる方法に限定されるものではなく、複数本の発電パイプを束ねたパイプ束ね方式を採用しても良い。また本システムは水上浮上施設２を用いた発電パイプ吊り下げ方式に限定されるものでなく、発電パイプ１６を図６に示すように金属棒などの取付具６０を介して海や湖等の水底７４に固定する水底固定式としても良い。図６の発電パイプ１６の構成は、図１に示す発電パイプ１６の構成と同一であり、圧縮空気供給パイプ５６等は図示省略してある。大型水圧均等空気室５４は、気圧調整弁５８を介して供給される圧縮空気により、内部に空間が形成され、この空間に、水圧均等空気室４０内のドレンがパイプ５２から排出される。

図９は、発電パイプ１６に装置される発電装置の他の実施形態を示している。
１６ａは、複数フランジを介して結合して発電用パイプ１６を構成する部分パイプであり、膨大部１６ｂの管壁に、底部が解放されたケーシング体が固定されている。該ケーシング体６３の内部には空気室６４が設けられ、ケーシング体６３の内部壁面に、発電装置３４が取り付けられている。膨大部１６ｂの内部には、発電装置３４の羽根車から成る回転体３６が回転自在に配置され、回転体３６の軸体３８が膨大部１６ｂの管壁に回転自在に支承され、該軸体３８は、発電装置３４に接続している。回転体３６の軸体３８は、発電用パイプ１６の軸方向に対して直角な方向に配置されている。

部分パイプ１６ａには、管路に細いパイプ群（図示省略）と、スクリューの回転で発電パイプ内の水流を加速させる防水型のモータ６７とが配置され、内壁に螺旋状のフィン２４が形成されている。発電装置３４、空気室６４は発電部６６を構成する。空気室６４には、気圧調整弁５８を介して、圧縮空気供給パイプ５６から圧縮空気が供給され、この圧縮空気によって空気室６４の内部への水の侵入が阻止される。

発電部６６の構成を用いて図１に示す発電システムを構築することが可能である。発電部３７の代わりに発電部６６を用いた発電システムは、回転体３６を１００％水中で回転させるので水の抵抗が多くあり、回転は遅いが発電用パイプ１６内の空気上昇エネルギーを無駄なく吸収することができる。
図７は、本システムを給排水設備を備えた人工プール（発電用人工池）６８に設置した実施形態を示している。人工プール６８は本実施形態では深さ１０ｍ～２０ｍ規模となっている。工場で予め発電用パイプ１６が、取付具により、直方体形状の骨組枠体７０の内側に保持固定されている。骨組枠体７０にはクレーンで搬送するためのフック７４が設けられている。骨組枠体７０は、人工プール６８に１個又は複数個配置するのに適した寸法に設定され、金属製パイプから成る複数の縦型柱体７０ａと、金属製パイプから成る複数の横型柱体７０ｂと、上下の横型柱体７０ｂ間に交差して配置された金属製パイプから成る補強柱体７０ｃから構成され、これらは互いに結合されて縦長の直方体形状を構成している。発電用パイプ１６、圧縮空気供給パイプ５６が取り付けられた骨組枠体７０は、クレーンを用いて水を抜いた状態の人工プール６８内に配置され、発電システムの点検が行われる。点検後、人工プール６８に水が供給される。骨組枠体７０には最上部に、圧縮空気供給用、電気用、計器用等のプラグコンセントから成る接続部７２が設けられ、接続部７２を介して、圧縮エアータンク４に接続する圧縮空気供給パイプ５６により発電用パイプ１６の下端に圧縮空気が供給される。圧縮空気供給パイプ５６には、空気放出調整弁５９が取り付けられている。

プラグコンセントから成る接続部７２は、陸上に配置された風力発電機１６、コンプレッサ８，圧縮エアータンク１０から成る圧縮エアー供給部７６と、送電用の出力部９にコード及びパイプを介して、接続している。圧縮空気供給パイプ５６は、接続部７２のプラグコンセントを介して、圧縮エアー供給部７６の圧縮エアータンク１０に連結している。接続部７２，出力部９，圧縮エアー供給部７６、各種気圧調整弁５８等は、コンピュータから成るコントローラ３３によって制御されるように構成されている。コントローラ３３と本発電システムの各種電子機器との配線は図示省略している。図７において、発電用パイプ１６に設置された発電部３７の構成は、図１に示す構成と同一であり、これらの構成は図示省略した。また、圧縮空気供給パイプ５６と発電用パイプ１６の下端との結合構成も図１に示す、圧縮空気供給パイプ５６と発電用パイプ１６の下端との結合構成と同一であり、その説明を省略する。

発電用パイプ１６を陸上の人口プール６８に配置した理由は、海上などと違い誰でも簡単に発電施設に行くことができ、システムの本体や設備等の運搬及び設置工事とメンテナンスが簡単にできるためである。プール６８の深さは深ければ深いほど発電部３７を多く設置できる。またプール６４の平面形状を長方形にすることで、本システムの骨組枠体７０を人工プール６８に複数並列して配置することができる。
図８は、骨組枠体７０に発電パイプ１６をジグザグ状に屈曲して配置し、発電パイプ１６に発電部３７と発電部６６を設けた実施形態を示している。発電パイプ１６はジグザグ状以外に、各種の屈曲状態とすることができジグザグ状に特に限定されるものではない。発電部３７と発電部６６の構成は、図４と図１０に示す構成と同一であり、図示省略してある。

図１１は、発電装置３４に、回転体３６の軸体３８の回転数を増大させるための増速機構を設けた発電部６６の実施形態を示している。ケーシング６３に、軸体３８ａを、回転自在に支持し、回転体３６の軸体３８と軸体３８ａとを、大径な歯車Ｇ１とこれに噛み合う小径な歯車Ｇ２からなる増速機構を介して連結する。軸体３８ａには、クラッチ４４、変速機４６、フライホイル４８ａが取り付けられ、これらを介して、軸体３８ａの回転が、空気室６４に配置された発電機５０に入力されるように構成されている。軸体３８にはフライホイル４８ａが取り付けられている。なお、上記増速機構は、複数の歯車の噛み合い伝達構成以外に種々の構成を採用することが出来、図１１の構成に特に限定されるものではない。

次に、本発明の他の実施形態を図１２乃至図１４を参照して説明する。
人工プール６８に骨組枠体７０が配置固定されている。骨組枠体７０は、金属パイプから成る複数の縦型柱体７０aと、金属製パイプから成る複数の横型柱体７０ｂと、上下の横型柱体間に交差して配置された金属製パイプから成る補強柱体７０ｃとから構成され、これらは互いに結合されて縦長の直方体形状を構成している。骨組枠体７０には、複数本の発電用パイプ１６が支持され、各発電用パイプ１６の上端は、水面から突出配置されている。骨組枠体７０には、最上部に圧縮空気供給用、電気用、計器用等のプラグコンセントから成る接続部７２が設けられている。接続部７２、圧力調整装置７８を介して圧縮エアータンク１０に接続する圧縮空気供給パイプ８０により、ノズル８１を介して、各発電用パイプ１６の下端に圧縮空気が供給されるように構成されている。

圧縮空気供給パイプ８０には、圧縮空気を断続的あるいは連続的に発電用パイプ１６の下端に供給するための空気放出調整弁５９が設けられている。プラグコンセントから成る接続部７２は、地上に配置された風車６’を有する風力発電機６、コンプレッサー８、圧縮エアータンク１０、気圧調整手段７８から成る圧縮エアー供給部と、送電用の出力部（図示省略）にコード及びパイプを介して接続している。圧縮空気供給パイプ８０は、接続部７２のプラグコンセント部を介して、圧縮エアータンク１０に連結している。接続部７２、出力部、圧縮エアー供給部等は、コンピュータから成るコントローラ（図示省略）によって制御されるように構成されている。コントローラと本発電システムの各種機器との配線は図示省略している。

図１３は、発電部８２の構成を示している。発電タービンの回転体３６を保持するケーシング８４は、リング状の周壁８４aと、円盤状の両側壁８４ｂ，８４ｂとから成り、このケーシング８４にインペラを備えた回転体３６が回転自在に配置されている。回転体３６の中心の軸体３８は、ケーシング８４の両側壁８４b，８４bに回転自在に支承されている。ケーシング８４は、各発電用パイプ１６の管壁に複数取り付けられている。各ケーシング８４内の回転体３６の一部は、発電用パイプ１６の流通路に配置される。ケーシング８４の周壁８４aの、発電パイプ１６の内部に配置される部分には、水流用の開口部８６，８８が形成されている。発電用パイプ１６の管壁に固定されたケーシング８４は、周壁８４aの開口部８６，８８を通じて、ケーシング内部の回転体収納空間が、発電用パイプ１６の流通路に連通している。並列に配置された一対のケーシング８４，８４間には、発電部８２のケーシングが固定配置され、該ケーシングに入力軸９０が回転自在に支承されている。入力軸９０の両端には、並列状に隣接するケーシング８４，８４内の回転体３６，３６の軸体３８，３８が連結している。入力軸９０は、ベルト伝達機構、フライホイル、クラッチを介して発電機５０に連結している。図１４中、符号９１はクラッチ装置であり、隣接する回転体３６の軸体３６を脱着制御可能に結合している。

本実施形態では、並列状の６個の回転体３６の軸体３８の回転が１個の発電部８２の発電機５０に入力されるように構成されている。本システムで連結される回転体３の数は任意に選択することができ、図１４に示す実施形態の構成に特に限定されるものではない。
上記した構成において、各発電用パイプ１６の下端に圧縮空気を断続的に送り込むと、圧縮空気は気泡となって各発電用パイプ１６の管路内を上昇するエネルギーが発生し、このエネルギーによって各発電部８２の回転体３６が回転し、複数の回転体３６の軸体３８が連結された発電機５０が発電する。これにより発電機５０に入力される回転エネルギーが増大し、発電機５０の出力を増大させることができる。発電用パイプ１６の下端には、発電スタート時に圧縮空気が断続的に供給され、その後、連続的な通常のエアー供給に切り替わるように構成されている。

次に、図１５乃至図１７を参照して本発明の他の実施形態について説明する。
地上９２に長さ１０メートル以上の水タンク用導管９４と、発電用パイプ１６が地面に対して垂直に配置され、これらは地上に立設された建造物（図示省略）によって保持されている。発電用パイプ１６は、１本又は複数本が導管９４に平行に配置されている。各発電パイプ１６の上端は、箱状の取付体９６内に配置され、取付体９６の内部はパイプ９８を介して水タンク用導管９４に連結している。パイプ９８には、開閉バルブ１００が設けられている。各発電用パイプ１６の上端内部には、パイプ１６内に上昇水流を生じさせるスクリュー１０２が配置され、該スクリュー１０２は、取付体９６に取り付けられたスクリユー駆動部１０４によって駆動されるように構成されている。各取付体９６にはエアー抜き用のパイプ１０６が設けられている。導管９４の上端には開閉バルブの付いた給水口１０８が設けられ、下端には開閉バルブの付いた水抜きドレン排水口１１０が設けられている。導管９４の下端は開閉バルブ１０１を介して発電用パイプ１６の下端膨大部に連結している。各発電用パイプ１６の下端には膨大部が形成され、その内部に円筒形の空気塊放出体１１２，１１２が互いに１８０度向きを変えた状態で配置されている。

各空気塊放出体１１２，１１２は、モータ１１４の出力軸に連結している。発電用パイプ１６の下端膨大部には、２本のエアーノズル１１６と１本のエアーノズル１１７が配置され、エアーノズル１１６，１１６それぞれ対応する空気塊放出体１１２，１１２の直下に対向している。エアーノズル１１６，１１７は、空気吐出切替用のバルブ１１８を介して、エアーパイプ１２０の一端に連結し、エアーパイプ１２０の他端は、気圧調整手段１２２を介して圧縮エアータンク１０に連結している。前記エアーノズル１１６、空気塊放出体１１２、モータ１１４は、空気塊断続的放出手段を構成している。発電用パイプ１６の下端膨大部には、水抜きドレンバルブ１１１が設けられている。
圧縮エアータンク１０は、地上９２に設置されたコンプレッサー８にパイプを介して連結し、コンプレッサー８から圧縮空気が供給されるように構成されている。地上には自然エネルギーを利用した風車６’を備えた風力発電機６が設置され、コンプレッサー８を駆動するように構成されている。各発電用パイプ１６の管壁には複数個の発電部１２４が取り付けられている。８４は、発電タービンの回転体３６を保持するケーシングであり、該ケーシング８４は、リング状の周壁８４aと、円盤状の両側壁８４ｂを備え、内部にインペラを有する回転体３６が回転自在に配置されている。

回転体３６の中心の軸体３８は、ケーシング８４の両側壁８４ｂに回転自在に支承されている。ケーシング８４は、発電用パイプ１６の管壁に一体的に取り付けられている。各ケーシング８４内の回転体３６の一部は、発電用パイプ１６の流通路に配置されている。ケーシング８４の周壁８４aの発電用パイプ１６の内部に配置される部分には開口部８６，８８が形成されている。発電用パイプ１６の管壁に固定されたケーシング８４は、周壁８４aの開口部８６，８８を通じてケーシング内部の回転体収納空間が、発電用パイプ１６の流通路に連通している。各ケーシング８４の側面には支持体が取り付けられ、該支持体に発電機５０が取り付けられている。発電機５０の入力部は、フライホイル４８、クラッチ４４，ベルト式動力伝達機構１２６を介して回転体３６の軸体３８に連結している。図中、符号９３はレベル計、符号９５はエアー抜きを示している。

図１７は、導管９４に装置された水鉄砲型水流加速用往復運動駆動装置１２８の構成説明図を示している。導管９４上部の内部にシリンダー１３０が固定配置され、シリンダー１３０内にピストン１３２が配置されている。導管９４内に移動体１３４がスライド自在に配置され、該移動体１３４はピストンロッド１３６を介して、ピストン１３２に連結している。移動体１３４には、水流通孔１３８が設けられている。該水流通孔１３８は、移動体１３４に揺動自在に軸１４０支されたバネ付きの開閉蓋１４２によって、自動的に開閉するように構成されている。開閉蓋１４２は、バネ力によって移動板１３４の下面に当接し、通孔１３８を閉じる方向に付勢されている。導管９４には、管状のピストンカバー１４３が取り付けられ、これにピストンロッド１３６の上部が昇降自在に嵌挿配置されている。

ピストンカバー１４３の上端部には、ピストンロッド１３６の最上昇位置を検出するためのピストンスイッチ１４４が設けられている。シリンダー１３０の上下端部には、圧縮エアータンク１０の出力部に空気切替弁１５０とパイプ１５２を介して連結する空気取り入れパイプ１４６，１４８が連結している。また、シリンダー１３０の上下端部には、空気排出口１５４，１５６が設けられ、空気排出口１５４は、調整弁１５８を介して空気排出パイプ１６０に連結し、空気排出口１５６は調整弁１５９を介して空気排出パイプ１６０の下端に連結している。導管９４の上端には、空気排出口１６２が設けられている。シリンダー１３０の下端には、ピストン１３２の最下降位置を検出するピストンスイッチ１４５が設けられている。
本実施形態において、上記した空気切替弁、調整弁その他の電子機器は、コンピュータによって制御されるように構成されている。図１７に示す往復運動駆動装置１２８は、図１５，１６では、図面の複雑化を避けるため図示省略されている。

次に本実施形態の動作について説明する。
圧縮エアータンク１０内には、風力発電機６の出力電力により駆動されるコンプレッサ８により圧縮エアーが充填されている。また水タンク用導管９４内及び発電用パイプ１６内は、給水口１０８を通じて水が供給され、充満した状態となっている。
上記したシステムの状態において、発電用パイプ１６の下端にエアーノズル１１６から圧縮空気を吐出する。空気塊放出体１１２は、一方側に開口部１１２a有し、ノズル１１６から吐出される空気を溜めた後、モーター１１４によって半回転することで一挙に円筒内の空気塊を開口部１１２aから上方に放出する。この動作を数秒間隔で連続的に行い、数秒間隔で空気塊放出体１１２から空気塊が一挙に放出される。発電用パイプの下端に圧縮空気の塊が断続的に送り込まれると、圧縮空気は気泡となって垂直に発電用パイプ１６の管路内を上昇するエネルギーが発生し、このエネルギーによって各発電部１２４の回転体３６が回転し、発電機５０が発電する。一方、導管９４内で、空圧によりピストン１３２が上下動し、移動体１３４が、導管９４内を上下動して、導管９４内の水を下方に加圧し、導管９４内と発電用パイプ１６内の水を循環させる。

この移動体１３４の昇降運動による発電用パイプ１６と導管９４間の水流の循環により、発電用パイプ１６の水流が加速され、これにより回転体３６の回転力が増大し、発電効果が高まる。シリンダー１３０内へのエアーの供給と排出は、切換え弁５０と調整弁１５８，１５９によって制御される。ピストン１３２をエアーによって押し下げるときは、切替弁１５０はパイプ１５２とパイプ１４６を連通させ、調整弁１５８は閉じ、調整弁１５９は開く。ピストン１３２の下降はスイッチ１４５オンで停止し、パイプ１４６からのエアー供給は停止する。次に切替弁１５０が働いて、パイプ１５２とパイプ１４８が連通し、パイプ１４６は遮断され、弁１５９が閉じ、ピストン１３２は上昇する。このとき、調整弁１５８は開き、シリンダー１３０内のエアーは、パイプ１６０から排出される。ロッド１３６の上端がスイッチ１４４をオンとすると、パイプ１４８からのエアーの供給が停止し、ピストン１３２の上昇が停止する。

移動体１３４が下降するとき、水圧で蓋１４２は、ばねの弾力に抗して閉じ、上昇するときは、ばね力で元の状態に自動的に復帰し、水流通孔１３８を開く。発電スタート時から所定時間経過すると、圧縮エアーの間欠供給は停止し、通常の、エアーノズル１１７からのエアーの吐出に切り替わる。尚、発電動作中、空気排出パイプ１６０から排出されるエアーは、別個に設けた空気供給パイプを通じて発電用パイプ１６の下端に供給されるように構成してもよい。なお、往復運動駆動装置１２８は、駆動時間をタイマーにより設定し、駆動と停止を所定時間ごとに繰り返すようにしても良い。また、

２水上浮上施設
４浮力体
５ロープ
６風力発電機
８コンプレッサー
９出力装置
１０タンク
１２気圧調整弁
１４パイプ
１６発電用パイプ
１６ａ部分パイプ
１８取付具
２０水流取入パイプ
２２ゴミ侵入阻止部材
２４フィン
２６パイプ群
２８気泡
３２ソレノイド
３４発電装置（発電タービン）
３３コントローラ
３６回転体
３７発電部
３８軸体
４０水圧均等空気室
４０ａ前壁
４２開口部
４４クラッチ
４６変速機
４８フライホイル
５０発電機
５２パイプ
５４大型水圧均等空気室
５６圧縮空気供給パイプ
５８気圧調整弁（気圧調整手段）
５９空気放出調整弁
６０取付具
６４空気室
６６発電部
６７モータ
６８人工プール
７０骨組枠体
７２接続部
７４フック
７６水底
７８気圧調整手段
８０圧縮空気供給パイプ
８２発電部
８４ケーシング
８６開口部
８８開口部
９０入力軸
９２地上
９４水タンク用導管
９６取付体
９８パイプ
１００バルブ
１０２スクリュー
１０４スクリュー駆動部
１０６パイプ
１０８給水口
１１０排水口
１１１水抜きドレンバルブ
１１２空気塊放出体
１１４モータ
１１６エアーノズル
１１７エアーノズル
１１８バルブ
１２０エアーパイプ
１２２気圧調整手段
１２４発電部
１２６ベルト式動力伝達機構
１２８往復運動駆動装置
１３０シリンダー
１３２ピストン
１３４移動体
１３６ピストンロッド
１３８水流通孔
１４０軸
１４２開閉蓋
１４３ピストンカバー
１４４スイッチ
１４５スイッチ
１４６空気取り入れパイプ
１４８空気取り入れパイプ
１５０空気切替弁
１５２パイプ
１５４空気排出口
１５６空気排出口
１５８調整弁
１５９調整弁
１６０空気排出パイプ
１６２空気排出口
１６４水

Claims

自然エネルギーを利用した発電機の出力により駆動されるエアーコンプレッサー８と、水流用の管路を有し、該管路に発電装置の回転体３６を配置した発電用パイプ１６と、エアーコンプレッサー８に接続する圧縮空気貯蔵タンク１０と、圧縮空気貯蔵タンク１０に気圧調整手段を介して連結する圧縮空気供給パイプとを備え、前記圧縮空気供給パイプから発電用パイプ１６の下端内部に圧縮空気を送り込み、発電パイプ１６内に気泡を発生させ、気泡のエネルギーにより発電用パイプ１６内の水を押し上げ、水圧を誘導して前記回転体３６を回転させる発電システムであって、前記発電用パイプ１６の管路に、発電装置の回転体３６を配置し、該回転体３６の中心に固定され該回転体３６の回転と連動して回転する軸体３８を発電用パイプ１６の管路の軸方向に対して直角に配置し、前記発電用パイプ１６の管壁に、発電装置を複数個取り付け、該発電装置の発電機５０と回転体３６の軸体３８とを接続し、回転体３６を発電用パイプ１６内の気泡の浮力による上昇エネルギーにより回転させ、発電装置を駆動するようにし、前記発電用パイプ１６の下端に、空気の塊を断続的に一挙に放出するための空気塊断続的放出手段を配置し、該空気塊断続的放出手段を、一方が開口する筒体から成る、発電用パイプ１６内に回転可能に軸支された空気塊放出体１１２と、該空気塊放出体１１２を回転駆動するモータ１１４と、前記空気塊放出体１１２に対向する圧縮エアー噴出用のエアーノズル１１６とで構成し、前記エアーノズル１１６から噴出するエアーを、前記空気塊放出体１１２の内部に溜めて圧縮された空気塊とし、この空気塊を空気塊放出体１１２を半回転させて、発電用パイプ１６内に一挙に放出するようにしたことを特徴とする水中空気浮力発電システム。
自然エネルギーを利用した発電機の出力により駆動されるエアーコンプレッサー８と、水流用の管路を有し、該管路に発電装置の回転体３６を配置した発電用パイプ１６と、エアーコンプレッサー８に接続する圧縮空気貯蔵タンク１０と、圧縮空気貯蔵タンク１０に気圧調整手段を介して連結する圧縮空気供給パイプとを備え、前記圧縮空気供給パイプから発電用パイプ１６の下端内部に圧縮空気を送り込み、発電パイプ１６内に気泡を発生させ、気泡のエネルギーにより発電用パイプ１６内の水を押し上げ、水圧を誘導して前記回転体３６を回転させる発電システムであって、前記発電用パイプ１６の管路に、発電装置の回転体３６を配置し、該回転体３６の中心に固定され該回転体３６の回転と連動して回転する軸体３８を発電用パイプ１６の管路の軸方向に対して直角に配置し、前記発電用パイプ１６の管壁に、発電装置を複数個取り付け、該発電装置の発電機５０と回転体３６の軸体３８とを接続し、回転体３６を発電用パイプ１６内の気泡の浮力による上昇エネルギーにより回転させ、発電装置を駆動するようにし、前記回転体３６を、周壁８４aと両側壁８４ｂ，８４ｂを備えたケーシング８４に回転自在に配置し、該回転体３６の軸体３８を前記ケーシング８４の両側壁８４ｂ，８４ｂ間に回転自在に支承し、前記ケーシング８４を前記発電用パイプ１６の管壁に取り付け、ケーシング８４内の回転体３６の一部を前記発電用パイプ１６の流通路に配置し、前記ケーシングの周壁８４aに発電用パイプ１６の流通路に連通する開口部を設け、前記ケーシング８４に支承された前記回転体３６の軸体３８に発電装置を連結したことを特徴とする水中空気浮力発電システム。
自然エネルギーを利用した発電機の出力により駆動されるエアーコンプレッサー８と、水流用の管路を有し、該管路に発電装置の回転体３６を配置した発電用パイプ１６と、エアーコンプレッサー８に接続する圧縮空気貯蔵タンク１０と、圧縮空気貯蔵タンク１０に気圧調整手段を介して連結する圧縮空気供給パイプとを備え、前記圧縮空気供給パイプから発電用パイプ１６の下端内部に圧縮空気を送り込み、発電パイプ１６内に気泡を発生させ、気泡のエネルギーにより発電用パイプ１６内の水を押し上げ、水圧を誘導して前記回転体３６を回転させる発電システムであって、前記発電用パイプ１６の管路に、発電装置の回転体３６を配置し、該回転体３６の中心に固定され該回転体３６の回転と連動して回転する軸体３８を発電用パイプ１６の管路の軸方向に対して直角に配置し、前記発電用パイプ１６の管壁に、発電装置を複数個取り付け、該発電装置の発電機５０と回転体３６の軸体３８とを接続し、回転体３６を発電用パイプ１６内の気泡の浮力による上昇エネルギーにより回転させ、発電装置を駆動するようにし、水を入れた水タンク用導管９４を地上に設置し、発電用パイプ１６と、圧縮エアー貯蔵タンク１０とを地上に設置し、発電用パイプ１６の上端と下端を水タンク用導管９４の上端と下端に連結し、水タンク用導管９４内と発電用パイプ１６内を一方向に水が流れるように成し、前記水タンク用導管９４に移動体１３４を水タンク用導管９４の軸方向にスライド自在に配置し、該移動体１３４を往復運動駆動装置１２８のピストンロッド１３６に連結し、前記移動体１３４に通孔１３８を設け、該通孔１３８に該通孔１３８を水圧により自動的に開閉する開閉蓋１４２を配置し、前記往復運動駆動装置１２８によって前記移動体１３４を往復駆動し、水タンク用導管９４内に一方向に水流を発生させるようにしたことを特徴とする水中空気浮力発電システム。
前記発電用パイプ１６の管壁の内壁面に螺旋状にフィン２４を設け、発電用パイプ１６の管路内の気泡の上昇スピードを速めるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の水中空気浮力発電システム。
前記発電装置に、回転体３６の軸体３８の回転を増速して発電機５０に伝達する増速機構を設けたことを特徴とする請求項１に記載の水中空気浮力発電システム。
前記発電用パイプ１６を骨組枠体７０の内側に固定し、該骨組枠体７０の上部に、陸上に設置した圧縮エアー供給部７６に接続する接続部７２を設け、該接続部７２に圧縮空気供給パイプ５６を接続し、骨組枠体７０を人工プール６８に配置したことを特徴とする請求項１に記載の水中空気浮力発電システム。
前記発電用パイプ１６を、複数本並列に設け、対向する発電用パイプ１６に設置された各回転体３６の軸体３８を互いに連結し、複数の回転体３６の互いに連結した軸体３８の回転力を発電機５０に伝達するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の水中空気浮力発電システム。
海や湖に水上浮上施設２を浮上配置し、前記発電用パイプ１６を上端部を残して水中に配置し、該発電用パイプ１６を水上浮上施設２に取り付け、水上浮上施設２に、前記自然エネルギーを利用した発電機、エアーコンプレッサー８、圧縮空気貯蔵タンク１０、圧縮空気供給パイプの各機器を配備したことを特徴とする請求項１に記載の水中空気浮力発電システム。
水を入れた水タンク用導管９４を地上に設置し、発電用パイプ１６と、圧縮エアー貯蔵タンク１０とを地上に設置し、発電用パイプ１６の上端と下端を水タンク用導管９４の上端と下端に連結し、水タンク用導管９４内と発電用パイプ１６内を一方向に水が流れるように成したことを特徴とする請求項１に記載の水中空気浮力発電システム。