JPH04311682A - 圧縮空気発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自然現象の一つである
潮位の変化（潮の干満）を利用した圧縮空気発生装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】自然現象をエネルギー源として利用する
ものに、太陽熱や風力あるいは海洋の波力に着目したシ
ステムが提供または提案されている。その中でも周りを
海に囲まれた日本では、海洋の自然エネルギーに関する
研究が特に注目されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】海洋における自然エネ
ルギーの一つである波力は、場所によって多大なエネル
ギーが得られる反面、天候に左右されやすく、特に強風
時には設備を保護するために使用を止めなければならな
い。したがって安定したエネルギーの確保は困難である
。本発明の技術課題は、海洋における潮位の変化を利用
して一定圧力の圧縮空気を漸次貯蔵することにより、自
然現象の利用であるにもかかわらず、天候などに左右さ
れることなく、常に安定したエネルギーを供給可能とす
ることである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の圧縮空気発生装置は次のように構成されて
いる。すなわち潮位の変化に伴って上下に変位するフロ
ートと、このフロートの変位に連動して空気の吸入及び
圧縮可能に作動する空気圧縮機と、所定深さの海中に設
置され、かつ底面のみが開放されて内部に水圧が作用し
ている空気貯溜タンクと、前記空気圧縮機により圧縮さ
れた空気を空気貯溜タンクに送り込む供給パイプと、こ
の空気貯溜タンク内の圧縮空気を海上に送り出す出力パ
イプとを備えている。またこれとは別の圧縮空気発生装
置としては、堤防によって海と区画された貯水池と、こ
の貯水池と海とを連通させ、潮位の変化に応じて貯水池
と海との間で海水を流動させるパイプと、このパイプ内
の海水の流動によって空気の吸入及び圧縮可能に作動す
る空気圧縮機とを備えている。

【０００５】

【作用】前記構成によれば、潮位の変化に伴う前記フロ
ートの変位あるいは前記パイプ内を流れる海水の力によ
り、前記空気圧縮機が作動して圧縮空気がつくられる。 そしてこの圧縮空気は、発電機のエアタービン等を駆動
させる動力エネルギーとして直接に使用され、あるいは
海中に設置された前記空気貯溜タンクに送り込まれ、こ
こで水圧とのバランスによって一定圧に調整された後、
同じく動力エネルギーとして使用される。これにより無
限でクリーンなエネルギーが安定して得られることとな
る。

【０００６】

【実施例】次に本発明の一実施例を図面にしたがって説
明する。実施例１図１に圧縮空気発生装置の概要が断面
図で示されている。この図面において海底から海上まで
の高さをもって建てられた構築体１０は、波や潮流など
に対して充分な強度を有している。またこの構築体１０
において、海面から所定の高さを有する部分には必要に
応じて建造物２０が造られている。前記構築体１０で囲
まれた領域で、かつ所定深さの海中には空気貯溜タンク
１２が設置されている。この空気貯溜タンク１２はその
底面のみが開放されているとともに、その内部には次に
説明する空気圧縮機３０から送り出された圧縮空気が供
給パイプ１６を通じて漸次送り込まれるようになってい
る。つまり空気貯溜タンク１２の内部には、その設置位
置の水深に応じた水圧が作用しており、供給パイプ１６
から送り込まれる圧縮空気の圧力に応じて空気貯溜タン
ク１２内での水位が変化する。これによって空気貯溜タ
ンク１２内に貯められる圧縮空気は水圧に対応した一定
圧力に自然調整される。

【０００７】このように空気貯溜タンク１２の内外圧は
常に等しく保たれるので、水深を考慮した耐圧構造は不
要である。ただし空気貯溜タンク１２には、その体積に
対応した浮力が作用しているため、このタンク１２を受
け止めている前記構築体１０の受承壁１４には充分な強
度をもたせる必要がある。また前記空気貯溜タンク１２
内への圧縮空気の送り込み手段として、このタンク１２
の開放された底面部において前記供給パイプ１６から圧
縮空気を海中に放出してやれば、この圧縮空気は気泡と
なって空気貯溜タンク１２内に到達して貯溜される。こ
の場合、海中内に酸素が送り込まれることとなり、この
ことが海水の浄化につながる。なお前記空気貯溜タンク
１２の内部に貯められた圧縮空気は、出力パイプ１８を
通じて前記建造物２０に送り出され、例えば発電機用エ
アタービンの駆動エネルギーとして供される。

【０００８】次に前記空気圧縮機３０について説明する
。まず図２に空気圧縮機３０が平面図で示され、図３に
図２のＡ−Ａ線断面図が示され、図４に同じく図２のＢ
−Ｂ線断面図が示され、図５に同じく図２のＣ−Ｃ線断
面の空気圧縮機３０が前記空気貯溜タンク１２との関連
において示されている。これらの図面において前記空気
圧縮機３０は、潮位が干潮から満潮へ変位するときに空
気を圧縮する形式の第一圧縮機３０Ａと、逆に潮位が満
潮から干潮へ変位するときに空気を圧縮する形式の第二
圧縮機３０Ｂとをワンセットとして構成されている。 これら両形式の圧縮機３０Ａ，３０Ｂは、図３及び図４
で明らかなようにシリンダ３２Ａ，３２Ｂ、ピストン３
４Ａ，３４Ｂ及びフロート３８Ａ，３８Ｂを主体として
構成されている。

【０００９】図３で示されている第一圧縮機３０Ａは、
そのピストン３４Ａが下降するときに逆止弁４４Ａを備
えた吸気パイプ４２Ａからシリンダ３２Ａ内に大気を吸
入するとともに、ピストン３４Ａが上昇することでシリ
ンダ３２Ａ内の空気を圧縮する構成となっている。また
図４で示されている第二圧縮機３０Ｂは、そのピストン
３４Ｂが上昇するときに逆止弁４４Ｂを備えた吸気パイ
プ４２Ｂからシリンダ３２Ｂ内に大気を吸入するととも
に、ピストン３４Ｂが下降することでシリンダ３２Ｂ内
の空気が圧縮される構成となっている。なお両形式の圧
縮機３０Ａ，３０Ｂにおけるそれぞれのシリンダ３２Ａ
，３２Ｂには、ピストン３４Ａ，３４Ｂで圧縮された空
気を送り出す供給ポート４６Ａ，４６Ｂが形成されてい
る。これらの各供給ポート４６Ａ，４６Ｂは図５から明
らかなように、それぞれ逆止弁１７を通じて前記供給パ
イプ１６に連通させている。

【００１０】前記第一圧縮機３０Ａ及び第二圧縮機３０
Ｂにおける各ピストン３４Ａ，３４Ｂのピストンロッド
３６Ａ，３６Ｂには、コの字形状をしたフロートアーム
４０Ａ，４０Ｂの中間部がそれぞれ結合されている。そ
して各フロートアーム４０Ａ，４０Ｂの両端にはフロー
ト３８Ａ，３８Ｂがそれぞれ結合されている。これらの
フロート３８Ａ，３８Ｂの重量、つまりそれぞれのピス
トン３４Ａ，３４Ｂ、ピストンロッド３６Ａ，３６Ｂ及
びフロートアーム４０Ａ，４０Ｂの重量を加えた総重量
と浮力との関係は次のように設定されている。まず第一
圧縮機３０Ａのフロート３８Ａについては、その重量Ｗ
ａに空気を圧縮するための所定の圧縮荷重Ｐを加えた値
以上の浮力Ｆａを有する。また第二圧縮機３０Ｂのフロ
ート３８Ｂは、圧縮荷重Ｐ以上の重量Ｗｂを有し、かつ
この重量Ｗｂとバランスする浮力Ｆｂに設定されている
。なお前記の各シリンダ３２Ａ，３２Ｂは、図２で示さ
れている支持部材４８により前記構築体１０に結合され
ている。

【００１１】次に前記構成の圧縮空気発生装置の作動に
ついて説明する。まず潮位が干潮から満潮に変位する場
合、第一圧縮機３０Ａのフロート３８Ａはその浮力Ｆａ
により前記重量Ｗａ及び圧縮荷重Ｐに打ち勝って上昇す
る。これに伴ってピストン３４Ａも上昇してシリンダ３
２Ａ内で空気が圧縮され、満潮時には図５の状態となる
。一方、第二圧縮機３０Ｂのフロート３８Ｂは、その重
量Ｗｂのみに抗して潮位の変位とともに上昇する。これ
によりピストン３４Ｂも上昇し、シリンダ３２Ｂ内には
前記吸気パイプ４２Ｂから空気が吸入される。潮位が満
潮から干潮に変位する場合、第一圧縮機３０Ａのフロー
ト３８Ａは潮位の変位とともに下降する。これに伴うピ
ストン３４Ａの下降により、シリンダ３２Ａ内には前記
吸気パイプ４２Ａから空気が吸入され、干潮時には図６
の状態となる。このとき第二圧縮機３０Ｂのフロート３
８Ｂは、その重量Ｗｂにより圧縮荷重Ｐに打ち勝って下
降する。これに伴うピストン３４Ｂの下降により、シリ
ンダ３２Ｂで空気が圧縮される。

【００１２】このように空気圧縮機３０を構成している
第一圧縮機３０Ａ及び第二圧縮機３０Ｂは、潮の干満に
より空気の吸入・圧縮を交互に繰り返す。そしてそれぞ
れのシリンダ３２Ａ，３２Ｂ内で圧縮された空気は前記
供給パイプ１６を通って海底近くの前記空気貯溜タンク
１２に送り込まれる。この空気貯溜タンク１２に送り込
まれた圧縮空気は、すでに説明したようにタンク１２の
開放された底面から内部に作用している水圧とバランス
して一定圧力に調整される。この一定圧の圧縮空気は前
記出力パイプ１８を通じて海上へ送り出され、クリーン
エネルギーとして供される。

【００１３】なお図１に示されている構築体１０及びそ
の上に建てられている建造物２０が海上都市や海上空港
を対象としたような大規模な設備である場合、前記空気
貯溜タンク１２も大容量のものを設置できる。そして当
然のことながら空気圧縮機３０についても大規模でかつ
多数個設置でき、結果的に多量の圧縮空気を供給するこ
とができる。

【００１４】実施例２図７及び図８に潮位の変化に伴う
海水の流動を利用した圧縮空気発生装置の実施例が断面
図で示され、図９にその平面図が示されている。これら
の図面において貯水池５０は堤防５２により海と区画さ
れている。そしてこの貯水池５０と海とは、堤防５２を
貫通して設置された流入パイプ５４及び流出パイプ５６
を通じて連通している。図７に示されている流入パイプ
５４には、海から貯水池５０への海水の流れのみを許容
し、その逆流は阻止する逆止弁５５が設けられている。 また図８に示されている流出パイプ５６には、貯水池５
０から海への海水の流れのみを許容し、その逆流は阻止
する逆止弁５７が設けられている。したがって潮位が例
えば干潮から満潮へ変位した場合、海水は流入パイプ５
４を通じて海から貯水池５０へ流れ込み、逆に満潮から
干潮へと潮位が変化した場合、海水は流出パイプ５６を
通じて貯水池５０から海へ流出する。なお両パイプ５４
，５６の少なくとも流入口側にはネット５８がそれぞれ
設けられていて、各のパイプ５４の中に大きな固形物が
流入するのを防ぐようになっている。

【００１５】次にこの実施例２の空気圧縮機６０につい
て説明すると、前記両パイプ５４，５６において、前記
貯水池５０側で堤防５２に近い箇所にはタービン室６１
がそれぞれ形成されている。これらの各タービン室６１
の内部には、各パイプ５４，５６内を流れる海水の力に
よって回転するスクリュウタービン６２が組込まれてい
る。各スクリュウタービン６２は、それぞれのタービン
軸６４が垂直となるように配置されている。そして各タ
ービン軸６４は、前記堤防５２の上に設置されているそ
れぞれのコンプレッサー６６の駆動軸（図示しない）に
回転を伝えるようになっている。

【００１６】このように実施例２では、潮位の変化に伴
って前記の各パイプ５４，５６内を海水が流れることに
より、それぞれのスクリュウタービン６２が回転し、こ
れに連動して各コンプレッサー６６が空気の吸入及び圧
縮を繰り返す。そしてこの実施例２においては、前記パ
イプ５４，５６の内径を選定することにより、潮位の変
化に対して前記貯水池５０の水位の変化を１〜２時間遅
らせて追従させれる。これによって満潮あるいは干潮時
に潮位が変化しない時間（１〜２時間）も連続して各パ
イプ５４，５６内に水流を起こさせ、前記スクリュウタ
ービン６２を回転させれる。したがって前記コンプレッ
サー６６も連続して駆動されることとなり、これらのコ
ンプレッサー６６で圧縮された空気は直接に駆動エネル
ギーとして使用できる。

【００１７】ただし圧縮空気を実施例１の場合と同様に
供給パイプ１６を通じて海底近くの前記空気貯溜タンク
１２に送り込み、水圧とバランスさせて一定圧力に調整
した後、海上へ送り出して各種のエネルギーとして利用
してもよい。なおこの実施例２において、前記流入パイ
プ５４の流入口を水質の良好な沖合に位置させ、流出パ
イプ５６の流出口を水質汚濁水域に位置させることによ
り、良水質の海水が汚濁水域に供給されて水質浄化に役
立つこととなる。また実施例１，２の圧縮空気発生装置
を組み合わせて使用すれば、潮位の変化をより効率よく
圧縮空気に変換できるのは当然のことである。

【００１８】

【発明の効果】このように本発明は、潮の干満といった
自然現象を利用しているにもかかわらず、天候などに左
右されることなく一定圧の圧縮空気を常に安定して供給
でき、この圧縮空気を無限でクリーンなエネルギー源と
して各種方面に利用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１における圧縮空気発生装置の概要を表
した断面図である。

【図２】実施例１における空気圧縮機の平面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。

【図４】同じく図２のＢ−Ｂ線断面図である。

【図５】満潮時の空気圧縮機を空気貯溜タンクとの関連
で表した断面図である。

【図６】干潮時の空気圧縮機を空気貯溜タンクとの関連
で表した断面図である。

【図７】実施例２において満潮時の圧縮空気発生装置の
概要を表した断面図である。

【図８】実施例２において干潮時の圧縮空気発生装置の
概要を表した断面図である。

【図９】実施例２の圧縮空気発生装置の平面図である。

【符号の説明】

１２　　　　空気貯溜タンク １６　　　　供給パイプ １８　　　　出力パイプ ３０　　　　空気圧縮機 ３８Ａ　　フロート ３８Ｂ　　フロート ５０　　　　貯水池 ５４　　　　パイプ ５６　　　　パイプ ６０　　　　空気圧縮機

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　潮位の変化に伴って上下に変位するフ
   ロートと、このフロートの変位に連動して空気の吸入及
   び圧縮可能に作動する空気圧縮機と、所定深さの海中に
   設置され、かつ底面のみが開放されて内部に水圧が作用
   している空気貯溜タンクと、前記空気圧縮機で圧縮され
   た空気を空気貯溜タンクに送り込む供給パイプと、空気
   貯溜タンク内の圧縮空気を海上に送り出す出力パイプと
   を備えた圧縮空気発生装置。
2. 【請求項２】　　堤防によって海と区画された貯水池と
   、この貯水池と海とを連通させ、潮位の変化に応じて貯
   水池と海との間で海水を流動させるパイプと、このパイ
   プ内の海水の流動によって空気の吸入及び圧縮可能に作
   動する空気圧縮機とを備えた圧縮空気発生装置。