JP7134450B1

JP7134450B1 - 気泡を利用した浮力発電装置及び気泡を利用した浮力発電方法

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Publication number: JP7134450B1
Application number: JP2021188249A
Authority: JP
Inventors: 義隆島村
Original assignee: 株式会社島村技建コンサルタント
Priority date: 2021-09-01
Filing date: 2021-11-19
Publication date: 2022-09-12
Anticipated expiration: 2041-09-01
Also published as: WO2023033041A1; JP2023035769A

Abstract

【課題】自然環境への影響が小さく、気候の影響が小さく、エネルギー効率に優れた浮力発電装置を提供する。【解決手段】水を貯水可能に構成された貯水槽、燃料ガス導入部、前記貯水可能な水の水面よりも上方に位置する燃料ガス回収部、及び前記燃料ガス回収部に連結された燃料ガス排出部、並びに気泡受け部、前記気泡受け部に接続されたベルト、前記ベルトに接続された回転体、及び前記回転体に連結された発電機を含み、前記燃料ガス導入部は、液化ガスを気化した圧力が加えられた燃料ガスを前記貯水槽に導入可能に構成され、前記燃料ガス導入部から前記貯水槽に導入される前記燃料ガスの気泡を前記気泡受け部で受け、前記気泡の浮力によって前記気泡受け部に接続されたベルトを動かし、前記ベルトに接続された回転体を回転させて、前記回転体に連結された前記発電機で発電する浮力発電装置。【選択図】図１

Description

本発明は、気泡を利用した浮力発電装置及び気泡を利用した浮力発電方法に関する。

近年、火力発電には大量の化石燃料が必要であり、地球温暖化の原因である二酸化炭素を多量に排出する等の問題が認識されている。原子力発電には様々なリスクがあり、施設建設から廃炉、再処理コストまで含めると多大なコストがかかることからその効率性にも疑義が生じている。

このようなエネルギー問題及び環境問題が注目されてきており、２０１５年には、国連サミットにおける「持続可能な開発のための２０３０アジェンダ」（持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ））が採択され、従来の環境影響が大きいエネルギー源を代替する再生可能エネルギーの活用が求められている。

しかしながら、従来のエネルギーに代えて再生可能エネルギーを主に活用していくには多くのハードルがある。太陽光発電は天候に大きく影響され、夜間は発電できない等の問題がある。風力発電は無風時には発電できないことや、風速によって発電量に影響が出る等の問題がある。従来の水力発電は、ダム建設による自然環境破壊、降雨量、貯水量により発電量が左右される等の問題がある。

これに対して、天候に左右されにくく且つ環境への影響が小さい再生可能エネルギー源の一つとして、気泡の浮力を使って水中で回転体を回すことにより発電する浮力発電が検討されている。

浮力発電として、水の抵抗を小さくしたバケットに気泡を入れ、気泡の浮力で回転体を回す浮力発電装置（特許文献１）や、水槽底の水車で水と空気を置換することにより気泡の取込を行う浮力発電装置（特許文献２）が提案されている。

特開２０１９－１３８２９３号公報特開２００７－１３８８８３号公報

しかしながら、特許文献１の装置では、気泡の発生には、装置の最下部に外部より接続された空気ポンプを用いるため、気泡を発生させるために電力等の他のエネルギーを必要とし、気泡を発生させるための投入エネルギーよりも浮力発電装置による出力エネルギーが小さくなるエネルギー効率の問題がある。特許文献２の装置では、水車を利用するため、従来の水力発電と同様にダム建設による自然環境破壊、降雨量、貯水量等の気候により発電量が左右される等の問題がある。

したがって、従来よりも、自然環境への影響が小さく、気候の影響が小さく、エネルギー効率に優れた浮力発電装置が求められている。

本発明の要旨は以下のとおりである。
（１）水を貯水可能に構成された貯水槽、
燃料ガス導入部、前記貯水可能な水の水面よりも上方に位置する燃料ガス回収部、及び前記燃料ガス回収部に連結された燃料ガス排出部、並びに
気泡受け部、前記気泡受け部に接続されたベルト、前記ベルトに接続された回転体、及び前記回転体に連結された発電機
を含み、
前記燃料ガス導入部は、液化ガスを気化した圧力が加えられた燃料ガスを前記貯水槽に導入可能に構成され、
前記燃料ガス回収部は、前記貯水槽に導入される燃料ガスを、前記貯水槽に貯水可能な水の水面よりも上部で回収可能に構成され、
前記燃料ガス排出部は、前記燃料ガス回収部で回収される燃料ガスを外部に排出可能に構成され、
前記燃料ガス導入部から前記貯水槽に導入される前記燃料ガスの気泡を前記気泡受け部で受け、前記気泡の浮力によって前記気泡受け部に接続されたベルトを動かし、前記ベルトに接続された回転体を回転させて、前記回転体に連結された前記発電機で発電する
浮力発電装置。
（２）液化ガスを気化した圧力が加えられた燃料ガスを、水を貯水する貯水槽の水中に導入して、前記水中に気泡を形成すること、
前記気泡を、前記貯水槽の内部に配置された気泡受け部で受けること、
前記気泡による浮力によって前記気泡受け部に接続されたベルトを動かして、前記ベルトに接続された回転体を回転させて、前記回転体に連結された発電機で発電すること、
前記気泡として前記水中に導入した前記燃料ガスを、前記水の水面よりも上部で回収すること、及び
前記回収した燃料ガスを外部に排出すること
を含む、浮力発電方法。

本発明により、従来よりも、自然環境への影響が小さく、気候の影響が小さく、エネルギー効率に優れた浮力発電装置設置を提供することができる。

図１は、本装置の一例の断面模式図である。図２は、本装置の他の例の断面模式図である。図３は、本装置の他の例の断面模式図である。図４は、本装置における気泡受け部の一例の断面模式図である。図５は、本開示の浮力発電装置を含むＬＮＧ発電システムの一例である。

本開示は、水を貯水可能に構成された貯水槽、燃料ガス導入部、前記貯水可能な水の水面よりも上方に位置する燃料ガス回収部、及び前記燃料ガス回収部に連結された燃料ガス排出部、並びに気泡受け部、前記気泡受け部に接続されたベルト、前記ベルトに接続された回転体、及び前記回転体に連結された発電機を含み、前記燃料ガス導入部は、液化ガスを気化した圧力が加えられた燃料ガスを前記貯水槽に導入可能に構成され、前記燃料ガス回収部は、前記貯水槽に導入される燃料ガスを、前記貯水槽に貯水可能な水の水面よりも上部で回収可能に構成され、前記燃料ガス排出部は、前記燃料ガス回収部で回収される燃料ガスを外部に排出可能に構成され、前記燃料ガス導入部から前記貯水槽に導入される前記燃料ガスの気泡を前記気泡受け部で受け、前記気泡の浮力によって前記気泡受け部に接続されたベルトを動かし、前記ベルトに接続された回転体を回転させて、前記回転体に連結された前記発電機で発電する浮力発電装置を対象とする。

本装置で用いられる燃料ガスは、液化ガスを気化して燃料ガスとして使用するＬＮＧ発電所等の従来システムにおける圧力が加えられた燃料ガスである。従来、燃料ガスを生産地から消費地まで運搬または燃料ガスの取扱いを簡単にするために、産出した気体の燃料ガスを生産地で冷却して液化することが行われている。燃料ガスを液化するときに、コストをかけて多くのエネルギーを使っている。

本装置によれば、液化した燃料ガスを気体に戻すときに発生する圧力の一部を利用して発電することができる。本装置によれば、燃料ガスを生産地で液化するときに使用したエネルギーの一部を活用することができるので、従来よりも、自然環境への影響が小さく、気候の影響が小さく、エネルギー効率に優れた発電が可能になる。図面を参照しながら、本装置を用いた発電方法について説明する。

図１は、本装置の一例の断面模式図である。図１に示す浮力発電装置１００は、箱形状の貯水槽１０を備える。浮力発電装置１００は、水１４を貯水可能に構成された貯水槽１０を備え、さらに、燃料ガス導入部１１、貯水可能な水１４の水面よりも上方に位置する燃料ガス回収部１６、及び燃料ガス回収部１６に連結された燃料ガス排出部１２を備える。図１に示す浮力発電装置１００においては、燃料ガス導入部１１、燃料ガス回収部１６、及び燃料ガス排出部１２は貯水槽１０に備えられる。

浮力発電装置１００はまた、気泡受け部２０、気泡受け部２０に接続されたベルト３０、ベルトの動きに連動して回転する回転体４０、及び回転体４０に連結された発電機（図示せず）を含む。気泡受け部２０は一つまたは複数であり、好ましくは複数である。図１に示す浮力発電装置１００において、気泡受け部２０、気泡受け部２０に接続されたベルト３０、及びベルトに接続された回転体４０は、貯水槽１０内に備えられ、回転体４０に連結された発電機は、貯水槽１０の内部または外部のいずれに配置してもよい。

圧力が加えられた気体の燃料ガスを、燃料ガス導入部１１から水１４中に導入して気泡１５を形成する。水１４中で、形成された気泡１５を気泡受け部２０で受けて、気泡１５による浮力を利用して気泡受け部２０に接続されたベルト３０を動かす。ベルト３０が動くことで、ベルト３０の動きに連動して回転する回転体４０が回転し、回転体４０に連結された発電機で発電する。回転体４０は、少なくとも、水面近くと下方の燃料ガス導入部１１の近くとの上下に２つ設置され得る。ベルト３０は、上下に配置された少なくとも２つの回転体４０を一周するように配置され得る。

燃料ガス回収部１６で、貯水槽１０の水面から出てくる燃料ガスが回収され、燃料ガス回収部１６に連結された燃料ガス排出部１２から燃料ガスが排出される。排出された燃料ガスは、従来システムの発電等に利用される。燃料ガス回収部１６で回収される燃料ガスは、水面から次々に出てくる燃料ガスの圧力で燃料ガス排出部１２から押し出されるように排出可能である。

図１に示す貯水槽１０の形状及び材質は、燃料ガス導入部、燃料ガス回収部及び燃料ガス排出部を備え、水を内部に貯留可能且つ気体の燃料ガスを燃料ガス排出部以外からは外部に漏らさない耐圧密閉構造を有するものであれば特に限定されない。貯水槽１０の材質は、例えば、従来のＬＮＧのタンクまたは従来のＬＮＧの導管若しくは配管（以下、まとめて配管ともいう）に用いられている鋼製であることができる。貯水槽１０の形状は、例えば、円柱形状、直方体形状、またはそれらの組合せであることができる。

燃料ガス導入部１１は、燃料ガス導入部１１に接続された外部の配管から貯水槽１０の内部の水圧よりも高い圧力が加えられたときに、貯水槽１０の内部に外部の配管から燃料ガスを導入可能であり、且つ貯水槽１０の内部の水が燃料ガス導入部１１に接続された外部の配管側に漏れないバルブ（開閉弁）の構成を備える。本装置は、好ましくは、前記バルブの開閉が可能な制御装置を備える。バルブの開閉は手動または電動で行うことができる。バルブを電動で開閉する場合は、動作させるための電力を外部から得てもよいが、好ましくは本装置の発電機で発電した電力を利用してもよい。

燃料ガス導入部１１は、貯水槽１０の底部に配置及び／または貯水槽１０の側部に配置することができる。貯水槽１０の側部に配置された燃料ガス導入部１１は、好ましくは、水平方向に移動可能である。貯水槽１０の側部の比較的上方に配置された燃料ガス導入部１１を水平方向に移動させて、貯水槽１０の比較的上方に位置する気泡受け部２０に気泡を導入することができる。浮力は気泡の体積（泡の半径の３乗）に比例し、抗力は気泡の断面積（泡の半径の２乗）と上昇速度の２乗に比例する。したがって気泡の半径が大きいほど、浮力が大きくなる。水面に近いほど水圧が小さく気泡が大きくなり気泡による浮力は大きくなるので、本装置の起動時に、貯水槽１０の側部に配置された燃料ガス導入部１１から気泡を導入することで、より大きな浮力でベルトを動かして発電を開始することができる。燃料ガス導入部１１の移動は手動または電動で行うことができる。燃料ガス導入部１１を電動で移動させる場合は、動作させるための電力を外部から得てもよいが、本装置の発電機で発電した電力を利用してもよい。

貯水槽１０は、燃料ガス導入部１１を１つまたは複数備えることができる。複数の燃料ガス導入部１１は、貯水槽１０の底部に水平方向に配置及び／または貯水槽１０の側部に鉛直方向に配置することができる。

燃料ガス導入部１１から導入する燃料ガスの圧力は、燃料ガス導入部１１における水圧よりも大きい。燃料ガス導入部１１から導入する燃料ガスの圧力は、燃料ガス回収部１６に回収される燃料ガスの圧力に、燃料ガス導入部１１が位置する水面からの深さに応じた圧力より大きい圧力を有する。

例えば、従来のＬＮＧシステムにおいて、天然ガス（ＮＧ）が発電所や工場等の天然ガスの使用部に送られる天然ガス系統として、約１．７ＭＰａ（１７気圧）の導管がある。この従来のＬＮＧシステムに本装置を組み合わせて、燃料ガス導入部１１が底部に配置された貯水槽１０に貯水される水深を２０ｍとしたとき、燃料ガス導入部１１から導入する燃料ガスの圧力は、１７気圧に水深２０ｍに応じた２気圧を加えた１９気圧よりも大きい圧力とする。１９気圧よりも大きな圧力を有する燃料ガスを、貯水槽１０の底部に位置する燃料ガス導入部１１から導入する場合、２０ｍの水深の水１４の水面から燃料ガス回収部１６で回収する燃料ガスは、１７気圧超の圧力を有する。この１７気圧超の燃料ガスをそのまま、または１７気圧に減圧して、従来システムの天然ガス系統の導管で発電所や工場の使用部に送ることができる。減圧は、減圧弁で減圧するか、燃料ガス排出部から排出される燃料ガスを送る配管から他の配管に燃料ガスの一部を分岐するか、または燃料ガスを外部に排出することにより行うことができる。分岐または排出したガスは、従来のＬＮＧシステムにおけるより低圧の他の系統の使用部で使用、ＬＮＧタンクに戻してタンク内の負圧防止に使用、ＬＮＧと熱交換させて再液化して再利用等してもよい。

燃料ガス導入部１１から導入する燃料ガスの圧力は、燃料ガス導入部１１における水圧よりも、好ましくは１気圧以上、より好ましくは２気圧以上、さらに好ましくは３気圧以上高い。燃料ガス導入部１１から導入する燃料ガスの圧力が上記好ましい圧力であることにより、燃料ガス導入部１１から水１４中に燃料ガスの気泡をより多量に導入しやすくなる。燃料ガス導入部１１から導入する燃料ガスの圧力の上限は特に限定されないが、燃料ガス導入部１１から導入する燃料ガスの圧力が高いほど、燃料ガス排出部から排出される燃料ガスの減圧量を増やす必要があり、燃料ガスを送る配管や本装置の貯水槽等がより高圧に耐える構造を備える必要となるので、好ましくは、燃料ガス導入部１１における水圧に対してプラス５気圧以内またはプラス４気圧以内である。

従来システムにおいて、液体の燃料ガスを気化させるには気化装置（気化器）が用いられている。燃料ガス導入部１１から導入する燃料ガスの圧力は、従来システムにおける液化ガスを気化させる気化器から排出される燃料ガスの圧力を利用することができる。例えば、従来のＬＮＧシステムにおいて、マイナス１６２℃のＬＮＧは、ＬＮＧタンク内のＬＮＧポンプで気化器に送られ、海水を利用した気化器を通ると、体積が６００倍の常温の天然ガス（ＮＧ）になる。気化にともなう体積膨張による高圧の天然ガス（ＮＧ）は、減圧弁を介して減圧した状態で、配管を通ってボイラー等の燃料ガスの使用部に送られる。減圧弁は、気化器により気化させた高圧の天然ガスを、使用部の使用圧力に応じて減圧することができる。減圧弁の出口圧力は、使用部における天然ガスの消費量に応じて変化し、減圧弁の制御装置は、この圧力を制御する。減圧弁の制御装置は、使用部における天然ガスの消費量が増大して減圧弁の出口圧力が低下すると、減圧弁の出口圧力を上昇させるように減圧弁を開動作させる。逆に、減圧弁の出口圧力が上昇すると、減圧弁制御装置は、減圧弁を閉動作することにより、減圧弁の出口圧力の値を一定に保持する。

本装置は、従来システムにおける気化器とボイラー等の燃料ガスの使用部との間に組みこんで使用することができる。燃料ガス導入部１１から導入する燃料ガスの圧力は、減圧弁により調整することができる。

従来用いられているＬＮＧ気化器は、ＬＮＧに蒸発の潜熱及びマイナス１６２℃から常温までの顕熱を与えて再ガス化するもので、種々のタイプがある。気化器としては、例えば、常用のオープンラックタイプベーパライザー、非常用のサブマージドタイプベーパライザー、中間熱媒体式気化器等がある。例えば、オープンラックタイプベーパライザーは、多数の垂直フィン付きチューブがラック状に組み立てられたパネル内部を、ＬＮＧポンプによって送られたＬＮＧが通過する際、チューブの外表を流下する海水によって温められて蒸発加熱されて上部ヘッダよりガスとなって排出される。気化器出口の燃料ガスの圧力は気化器入り口液体側の流量制御によって行われる。したがって、気化器出口の燃料ガスの圧力を、燃料ガス導入部１１で必要とされる所望の圧力になるように、気化器入り口液体側の流量制御を行ってもよい。

貯水槽に貯水される水の水深は、気泡受け部の配置数及び導入する燃料ガスの圧力に応じて調整することができるが、好ましくは１０ｍ以上、より好ましくは２０ｍ以上、さらに好ましくは３０ｍ以上、さらにより好ましくは５０ｍ以上、さらにより好ましくは１００ｍ以上である。水深が深いほど、より多数の気泡受け部を配置することができ、気泡による浮力をより活用することができる。ただし、水深が深いほど貯水槽の下部における水圧が高くなるので、それより大きい圧力の燃料ガスを導入する必要がある。また、水深が深いほど気泡の体積が小さくなり発生する浮力も小さくなるので、初動時は小さい浮力でもベルトが動くように発電機がトルクを小さくするまたはゼロにすることができるトルク調整機能を有することが好ましい。

図１における貯水槽１０の高さは、内部に貯留する水の水深に応じて決めればよいが、燃料ガス導入部、燃料ガス回収部、及び燃料ガス排出部を備え、内部に、気泡受け部、気泡受け部に接続されたベルト、ベルトに接続された回転体、並びに所望により回転体に連結された発電機を備えることができる高さであることができる。貯水槽の高さは、例えば１２～１５０ｍである。

気泡受け部２０は、燃料ガスの気泡を受けてベルトを動かすことができる構造を有すればよいが、好ましくは、水及び燃料ガスに対して耐腐食性で軽量の材料で構成されることが好ましい。気泡受け部２０は、好ましくはステンレス製、アルミニウム製、チタン製、またはそれらの組み合わせである。

気泡受け部２０は、例えば、立方体、直方体、直径が半球体等であることができる。気泡受け部２０の寸法は特に限定されるものではないが、例えば、縦、横及び長さが１ｍの立方体や、半径が１ｍの半球体でもよい。

気泡受け部２０は、好ましくは、最下部の気泡受け部２０が受けた気泡１５による浮力で、気泡受け部２０に接続されたベルト３０を動かし、ベルト３０に接続された回転体４０を回転させることができる気泡の受入可能容積を備え、より好ましくは、最下部の気泡受け部２０が受けた気泡１５による浮力で、気泡受け部２０に接続されたベルト３０を動かし、ベルト３０に接続された回転体４０を回転させ、回転体４０に連結された発電機で発電することができる気泡の受入可能容積を備える。気泡受け部２０の気泡の受入可能容積は、好ましくは０．１～１０ｍ^３である。水の密度を約１０００ｋｇ／ｍ^３とすると、上記好ましい受入可能容積を有する１つの気泡受け部に気泡が充填された場合、９８０～９８０００Ｎ（１００～１００００ｋｇ）の浮力が得られる。

ベルト３０に接続する複数の気泡受け部２０同士の間隔は、ベルト３０とともに気泡受け部２０が回転可能であり、燃料ガス導入部１１から導入される気泡１５を順次受け入れることができる間隔であればよい。ベルト３０に接続する複数の気泡受け部２０同士の間隔は、好ましくは、ベルト３０とともに定常速度で回転している各気泡受け部２０が、各気泡受け部２０の気泡１５の受入可能容積の好ましくは７０％以上、より好ましくは８０％以上、さらに好ましくは９０％以上の気泡を受け入れることができる間隔である。

複数の気泡受け部２０のうち少なくとも一部の気泡受け部２０は、図４に示すように、一部に貫通孔２１を有してもよい。気泡受け部２０が貫通孔２１を備えることにより、気泡受け部２０は、燃料ガス導入部１１から導入する気泡１５による浮力を受けつつ、気泡１５の一部を上方に位置する他の気泡受け部に導入することができる。貯水槽の底では水圧が大きく気泡が小さくなるので気泡１５の浮力は比較的小さいが、水圧が低い貯水槽の上方では気泡１５の体積膨張とともに浮力も大きくなるため、より上方の気泡受け部２０に気泡１５を導入することにより、より大きな浮力で本装置を動作させることができる。貫通孔２１の位置は、気泡受け部２０の気泡を受ける箇所であれば特に限定されないが、気泡が集まりやすい気泡受け部２０の上部領域が好ましい。貫通孔２１の大きさは、燃料ガス導入部１１から導入する気泡１５の直径と同じか、気泡１５より小さいか、または気泡１５より大きくてもよい。貫通孔２１の大きさは、次々に水１４中に導入され気泡受け部２０が受ける気泡１５の合計体積に応じて、気泡受け部２０が浮力を受けつつ、より上方の気泡受け部２０に気泡を移動可能な大きさであることができる。

貫通孔２１は好ましくは開閉可能であり、より好ましくは開度を調節可能である。開度とは、貫通孔２１が開く度合いである。貯水槽の底部に近い領域では貫通孔２１が開き、貯水槽の上部に近い領域では貫通孔２１が閉じてもよい。貯水槽の中部に近い領域では貫通孔２１が半分開いてもよい。本装置は、好ましくは、貫通孔２１の開閉を行う制御部を備える。貫通孔２１の開閉は手動または電動で行うことができる。貫通孔２１を電動で開閉する場合は、動作させるための電力を外部から得てもよいが、好ましくは本装置の発電機で発電した電力を利用してもよい。

複数の気泡受け部２０の形状及び寸法は互いに異なっていてもよい。複数の気泡受け部２０のうち一部の気泡受け部２０の水平方向の寸法が他の気泡受け部２０の水平方向の寸法よりも大きい場合、下方に位置する水平方向の寸法が小さい気泡受け部２０からあふれた気泡を、上方に位置する水平方向の寸法が大きい気泡受け部２０で受けることができる。

ベルト３０は少なくとも一部が水中に配置され、気泡受け部２０に接続され、回転体４０を動かすことができる構成を有すればよく、金属製のチェーンベルト、ゴム製のベルト等であることができる。

回転体４０は、ベルトの力を発電機に伝える構造であればよく、従来の発電機に用いられる回転体であることができる。

発電機は、従来用いられている発電機であることができる。発電機は好ましくはトルク調整機能を有する。本装置を始動する際、燃料ガス導入部から貯水槽に導入する気泡は貯水槽の下部にあり、気泡の浮力が比較的小さいため、発電機のトルクは小さくてもよい。気泡による浮力で気泡受け部に接続されたベルトを動かしながら気泡受け部を上昇させるにつれて浮力が増加するため、発電機のトルクを大きくしてもよい。発電機は、好ましくは、蓄電装置と接続される。これにより、発電機で発電した電気を蓄電装置に蓄電し、必要なときに蓄電した電気を外部に送電等することができる。

浮力発電装置１００の燃料ガス導入部１１は、従来システムにおける液化ガスの貯蔵容器に接続された気化部７０と接続され得る。気化部７０においては、液化ガスを気化して燃料ガスを生成し、気化した燃料ガスを燃料ガス導入部１１に搬送可能に構成される。

浮力発電装置１００の燃料ガス排出部１２は、従来システムにおける燃料ガスの使用部８０に接続され得る。使用部８０は、例えば、従来システムにおけるＬＮＧ発電においては、汽力発電、ガスタービン発電、またはコンバインド・サイクル発電におけるボイラー、タービン、またはそれらの組み合わせであることができる。

貯水槽１０は、図２に示すようなＵ字形状でもよい。図２は、本装置の別の例の断面模式図である。図２に示す浮力発電装置１００は、気泡受け部２０、気泡受け部２０に接続されたベルト３０、ベルトに接続された回転体４０、及び回転体４０に連結された発電機（図示せず）を含む。図２に示す浮力発電装置１００においては、気泡受け部２０に接続されたベルト３０の一部とベルトに接続された回転体４０の一方が貯水槽１０内に配置され、回転体４０の他方は貯水槽１０の外部であって壁部６０の内部に備えられ、回転体４０に連結された発電機は、壁部６０の内部または外部のいずれに配置してもよい。

貯水槽１０が図２に示すようなＵ字形状の場合、燃料ガス導入部１１は貯水槽１０に備えられ、貯水槽１０の少なくとも上部を取り囲む壁部６０で構成された燃料ガス回収部１６に燃料ガスを回収して、壁部６０が備える燃料ガス排出部１２から燃料ガスを排出することができる。壁部６０の形状及び材質は、貯水槽１０、燃料ガス回収部及び燃料ガス排出部を備え、気体の燃料ガスを燃料ガス排出部以外からは外部に漏らさない耐圧密閉構造を有するものであれば特に限定されない。壁部６０の材質は、例えば、従来のＬＮＧのタンクまたは配管に用いられている鋼製であることができる。

壁部６０は、好ましくは、壁部６０の内部に、水１４の水面から放出される燃料ガスを壁部６０との間で回収して燃料ガス排出部１２から排出可能な位置に、少なくとも１段の仕切り部６１を備える。図２に例示する壁部６０は、２段の仕切り部６１を備える。壁部６０と最上段の仕切り部６１とで燃料ガス回収部１６を構成することができるので、燃料ガス排出部１２から燃料ガスをより効率良く排出することができる。仕切り部６１は、装置点検用の足場としても使用可能である。

図２における貯水槽１０は、燃料ガス導入部１１を備え、水１４を内部に貯留可能な構成を有するものであれば特に限定されず、例えば、従来のＬＮＧのタンクまたは配管に用いられている鋼製であることができる。

図２における貯水槽１０の高さは、内部に貯留する水１４の水深に応じて決めればよいが、燃料ガス導入部１１を備え、気泡受け部２０及び気泡受け部に接続されたベルト３０の少なくとも一部並びに回転体４０の一方を収容可能な高さを有し、浮力発電装置１００が、壁部６０との間に、燃料ガス回収部１６、ベルトに接続された回転体４０の他方、及び所望により回転体に連結された発電機を備えることができる高さであることができる。貯水槽１０のＵ字部分のそれぞれの幅は、気泡受け部２０を貯水槽の水中を移動させるときに水から受ける抵抗が小さくなるように、気泡受け部２０と貯水槽との間で水がスムーズに移動可能なスペースを有する幅であることができる。貯水槽の幅は、気泡受け部２０の幅方向の寸法の好ましくは１．２倍以上、より好ましくは１．３倍以上、さらに好ましくは１．４倍以上、さらにより好ましくは１．５倍以上である。下記の図３に示す貯水槽の幅についても同様である。貯水槽の高さは、例えば１２～１５０ｍである。図２に示す浮力発電装置のその他の構成は図１と共通である。

貯水槽１０は、図３に示すようなＯ字形状でもよい。図３は、本装置の別の例の断面模式図である。図３に示す浮力発電装置１００は、水を貯水可能に構成されたパイプ形状の貯水槽１０を備える。パイプ形状は、平面、曲面、またはそれらの組み合わせで構成される。浮力発電装置１００は、さらに、燃料ガス導入部１１、燃料ガス回収部１６、及び燃料ガス排出部１２を備える。図３に示す浮力発電装置１００においては、燃料ガス導入部１１、燃料ガス回収部１６、及び燃料ガス排出部１２は貯水槽１０に備えられる。

浮力発電装置１００はまた、気泡受け部２０、気泡受け部２０に接続されたベルト３０、ベルトに接続された回転体４０、及び回転体４０に連結された発電機（図示せず）を含む。気泡受け部２０は一つまたは複数であり、好ましくは複数である。図３に示す浮力発電装置１００においては、気泡受け部２０、気泡受け部２０に接続されたベルト３０、及びベルトに接続された回転体４０は、貯水槽１０に備えられ、回転体４０に連結された発電機は、貯水槽１０の内部または外部のいずれに配置してもよい。

図３に例示の浮力発電装置１００における、圧力が加えられた気体の燃料ガスの導入、気泡１５の形成、ベルト３０の動作、回転体４０の回転、発電機による発電、及び燃料ガスの回収及び排出、並びにその他の構成は、図１に例示の浮力発電装置と同様である。

本開示はまた、液化ガスを気化した圧力が加えられた燃料ガスを、水を貯水する貯水槽の水中に導入して、前記水中に気泡を形成すること、前記気泡を、前記貯水槽の内部に配置された気泡受け部で受けること、前記気泡による浮力によって前記気泡受け部に接続されたベルトを動かして、前記ベルトに接続された回転体を回転させて、前記回転体に連結された発電機で発電すること、前記気泡として前記水中に導入した前記燃料ガスを、前記水の水面よりも上部で回収すること、及び前記回収した燃料ガスを外部に排出することを含む、浮力発電方法を対象とする。

本開示の浮力発電装置及び浮力発電方法に用いられる燃料ガスは、好ましくは、天然ガス、プロパンガス、水素ガス、またはアンモニアガスである。これら燃料ガスを液化したものは、液化天然ガス、液化プロパンガス、液化水素ガス、または液化アンモニアガスである。

液化天然ガス（以下、ＬＮＧともいう）は、気体の燃料ガスである天然ガスを、輸送するためにマイナス１６２℃に冷却、凝縮し、体積を６００分の１にしたものであり、燃焼時のＣＯ_２排出量や窒素酸化物が他の化石燃料より少なく、比較的クリーンな化石燃料である。

天然ガスは、都市ガスの主原料として用いられ、マイナス１６２℃まで冷却して液化したＬＮＧとして貯蔵・輸送される。従来のＬＮＧ発電においては、ＬＮＧが専用タンカー等のＬＮＧ船を用いて海外から運搬され、ＬＮＧ基地の専用のＬＮＧタンクに貯蔵される。ＬＮＧタンクから送出されたＬＮＧは、気化器を通過することで気化され、常温の天然ガスとして電力燃料等に使用される。

従来のＬＮＧ発電においては、ＬＮＧを気化した天然ガス（ＮＧ）を燃やした熱で高温・高圧の蒸気を形成し、この蒸気を使って蒸気タービンの羽根車を回し、タービンにつないだ発電機を動かして発電することができる。

図５に、本開示の浮力発電装置を組み込んだＬＮＧ発電システムの一例を示す。図５に示すＬＮＧ発電システムにおいては、ＬＮＧは、ＬＮＧ船８１から、アームローディング及び配管を通してＬＮＧタンク８２に貯蔵される。マイナス１６２℃のＬＮＧは、ＬＮＧタンク８２からＬＮＧポンプで気化部７０に送られ、気化部７０を通ると常温の天然ガス（ＮＧ）になり、配管を通って本浮力発電装置１００に送られる。気化部７０においては、気化器の伝熱管の外面に海水を流して、気化器の内部のＬＮＧを気化させる。

本浮力発電装置１００で浮力発電に使用された天然ガス（ＮＧ）は、発電所や工場等の天然ガスの使用部８０に送られる。発電所や工場のボイラー中で天然ガス（ＮＧ）を燃やした熱で高温、高圧の蒸気を発生させて、この蒸気を使って蒸気タービンの羽根車を回し、タービンにつないだ発電機を動かして発電する。

本装置の配置場所は、ＬＮＧを気化する装置を備える場所であれば、特に限定されないが、ＬＮＧを運搬するタンカーが寄港する港若しくは海岸、ＬＮＧを利用した発電装置若しくはＬＮＧ発電所に隣接した場所、またはＬＮＧを貯蔵したガスボンベを配置した建物内であることができる。本装置を、空きビル、閉鎖された学校等に配置することにより、建物の再利用も可能である。例えば、図１～３に例示する本装置を、空きビルの躯体に固定して配置することができる。

ＬＮＧボンベが配置されＬＮＧを用いた冷暖房設備を備えるビル等の建物に、本装置を設置することによって、天然ガスを使用して冷暖房を行うとともに、ＬＮＧの気化ガスを用いて浮力発電を同時に行うことが可能になる。

上記のように、本装置によれば、天然ガス（ＮＧ）を冷却、凝縮してＬＮＧにするときのエネルギーの一部を再利用することが可能である。本装置によれば、ＬＮＧ以外にも、液化プロパンガス（ＬＰＧ）、液化水素ガス、液化アンモニアガス等の液化燃料ガスを使用する従来システムにける液化時のエネルギーの一部を再利用することが可能である。

ＬＰＧは、一般的に、ボンベ等の貯蔵容器に充填して、都市ビルや家庭等の消費場所に配送される。これらの消費場所においては、ＬＰＧを気化して事務所や家庭で燃料ガスとして用いられる。本装置を、ＬＰＧの貯蔵容器と都市ビルや家庭等の消費場所との間に設置することにより、ＬＰＧの気化ガスを浮力発電に使用することができる。

液化水素ガスは、一般的に、タンクローリー等の移動貯蔵容器に充填して、水素ステーション等の消費場所に配送される。本装置を、液化水素ガスの貯蔵容器と水素ステーション等の消費場所との間に設置することにより、液化水素ガスの気化ガスを浮力発電に使用することができる。

アンモニアは加圧・冷却により容易に液化し、液化したものは通常、パイプラインで送るか、タンカー若しくはタンクローリーで運ばれ、またはボンベに詰めて搬送される。本装置を、液化アンモニアの貯蔵容器とアンモニアガスの消費場所との間に設置することにより、液化アンモニアの気化ガスを浮力発電に使用することができる。

１００浮力発電装置
１０貯水槽
１１燃料ガス導入部
１２燃料ガス排出部
１４水
１５気泡
１６燃料ガス回収部
２０気泡受け部
２１気泡受け部の貫通孔
３０ベルト
４０回転体
６０壁部
６１仕切り部
７０気化部
８０使用部
８１ＬＮＧ船
８２ＬＮＧタンク

Claims

水を貯水可能に構成された貯水槽、
燃料ガス導入部、前記貯水可能な水の水面よりも上方且つ前記貯水槽内に位置する燃料ガス回収部、及び前記燃料ガス回収部に連結された燃料ガス排出部、並びに
気泡受け部、前記気泡受け部に接続されたベルト、前記ベルトに接続された回転体、及び前記回転体に連結された発電機
を含み、
前記貯水槽が、前記燃料ガス導入部、前記燃料ガス回収部、及び前記燃料ガス排出部を備え、
前記燃料ガス導入部は、前記燃料ガス導入部に接続された外部の配管から、液化ガスを気化した圧力が加えられた燃料ガスにより、前記貯水槽の内部の水圧よりも高い圧力が加えられたときに、前記貯水槽の内部に前記外部の配管から前記燃料ガスを導入可能であり、且つ前記貯水槽の内部の水が前記燃料ガス導入部に接続された前記外部の配管側に漏れない開閉弁の構成を備え、
前記燃料ガス回収部は、前記貯水槽に導入される燃料ガスを、前記貯水槽に貯水可能な水の水面よりも上部且つ前記貯水槽内で回収可能に構成され、
前記燃料ガス排出部は、前記燃料ガス回収部で回収される燃料ガスを外部に排出可能に構成され、
前記貯水槽は円柱形状あり、前記燃料ガスを前記燃料ガス排出部以外からは外部に漏らさない鋼製の耐圧密閉構造を有し、
前記燃料ガス導入部から前記貯水槽に導入される前記燃料ガスの気泡を前記気泡受け部で受け、前記気泡の浮力によって前記気泡受け部に接続されたベルトを動かし、前記ベルトに接続された回転体を回転させて、前記回転体に連結された前記発電機で発電する
浮力発電装置。
前記貯水槽は、前記貯水槽の底部及び側部に前記燃料ガス導入部を備える、請求項１に記載の浮力発電装置。
前記燃料ガス導入部から導入する前記燃料ガスの圧力が、前記燃料ガス導入部における水圧よりも１気圧以上高い、請求項１または２に記載の浮力発電装置。
前記燃料ガス導入部から導入する前記燃料ガスの圧力が、前記燃料ガス導入部における水圧に対してプラス５気圧以内である、請求項１～３のいずれか一項に記載の浮力発電装置。
前記気泡受け部は、ステンレス製、アルミニウム製、チタン製、またはそれらの組み合わせである、請求項１～４のいずれか一項に記載の浮力発電装置。
前記気泡受け部を複数備え、前記複数の気泡受け部のうち少なくとも一部の気泡受け部の形状及び寸法が互いに異なり、下方であふれた気泡を上方で補足することができる、請求項１～５のいずれか一項に記載の浮力発電装置。
液化ガスを気化した圧力が加えられた燃料ガスを、燃料ガス導入部を介して水を貯水する貯水槽の水中に導入して、前記水中に気泡を形成すること、
前記気泡を、前記貯水槽の内部に配置された気泡受け部で受けること、
前記気泡による浮力によって前記気泡受け部に接続されたベルトを動かして、前記ベルトに接続された回転体を回転させて、前記回転体に連結された発電機で発電すること、
前記気泡として前記水中に導入した前記燃料ガスを、前記水の水面よりも上部且つ前記貯水槽内の燃料ガス回収部で回収すること、及び
前記回収した燃料ガスを前記貯水槽の燃料ガス排出部から外部に排出すること
を含み、
前記貯水槽が、前記燃料ガス導入部、前記燃料ガス回収部、及び前記燃料ガス排出部を備え、
前記燃料ガス導入部は、前記燃料ガス導入部に接続された外部の配管から、液化ガスを気化した圧力が加えられた燃料ガスにより、前記貯水槽の内部の水圧よりも高い圧力が加えられたときに、前記貯水槽の内部に前記外部の配管から前記燃料ガスを導入可能であり、且つ前記貯水槽の内部の水が前記燃料ガス導入部に接続された前記外部の配管側に漏れない開閉弁の構成を備え、
前記貯水槽は円柱形状であり、前記燃料ガスを前記燃料ガス排出部以外からは外部に漏らさない鋼製の耐圧密閉構造を有する、
浮力発電方法。
前記貯水槽は、前記貯水槽の底部及び側部に前記燃料ガス導入部を備える、請求項７に記載の浮力発電方法。
前記燃料ガス導入部から導入する前記燃料ガスの圧力が、前記燃料ガス導入部における水圧よりも１気圧以上高い、請求項７または８に記載の浮力発電方法。
前記燃料ガス導入部から導入する前記燃料ガスの圧力が、前記燃料ガス導入部における水圧に対してプラス５気圧以内である、請求項７～９のいずれか一項に記載の浮力発電方法。
前記気泡受け部は、ステンレス製、アルミニウム製、チタン製、またはそれらの組み合わせである、請求項７～１０のいずれか一項に記載の浮力発電方法。
前記気泡受け部を複数備え、前記複数の気泡受け部のうち少なくとも一部の気泡受け部の形状及び寸法が互いに異なり、下方であふれた気泡を上方で補足することができる、請求項７～１１のいずれか一項に記載の浮力発電方法。