JPH06147097A - 重力応用発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 余剰の深夜電力を利用して、これを位置エネ
ルギー量として蓄積し、電力需要の多い昼間時に、蓄積
された位置エネルギー量を電力量に発電変換して供給す
る。 【構成】 懸垂支持される重錘部材１１を有し、深夜電
力を利用して、下降端，もしくは下降位置にある重錘部
材１１を巻き上げ、上昇端，もしくは上昇位置に移動さ
せて、位置エネルギーを付与かつ蓄勢して維持し、発電
機５１を有し、重錘部材１１の上昇端，もしくは上昇位
置における位置エネルギーの解放で、自重降下に伴う駆
動エネルギーにより、発電機５１を駆動させて発電作用
を得られるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、重力応用発電装置に
関し、さらに詳しくは、余剰の深夜電力の利用により、
これを高度差による位置エネルギー量として蓄積し、電
力需要の多い昼間時に、当該蓄積された位置エネルギー
量を電力量に発電変換して使用可能にした重力応用発電
装置に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電力事情については、発電側で
ある火力，水力の各発電所の定常的な電力供給量に対し
て、日常での電力需要量が非定常的であることから、周
知のように、常にバランスがとれておらず、特に、夏期
においては、主に冷房装置の駆動に利用される電力需要
が特定の時間帯，つまり、気温が高くなる午前１１時頃
から午後４時頃までの昼間の時間帯に限って集中し、当
該電力需要値がピーク値に達すると共に、この夏期の場
合、渇水期とも重なって水力発電量の低減も加えられる
ために、慢性的な電力不足に悩まされているという現況
にある。一方、このような電力需要の多い昼間の時間帯
以外においては、比較的電力消費が低くなり、却って、
電力供給量に余剰を生ずる傾向にあるもので、例えば、
需要側が日中の活動を終えて寝静まる時間帯，つまり、
前記とは逆に、午後１１時から午前４時までの深夜の時
間帯においては、余剰電力の消費を促進するために、単
位当りの電気料を安価にした深夜電力料金が設定され
て、例えば、深夜における給湯用熱源に利用するなどの
用途が講じられており、このように余剰電力の有効かつ
効果的な活用を図るための手段が種々検討されている。

【０００３】こゝで、この種の深夜電力を効果的に活用
するための１つの手段としては、従来から、いわゆる，
水力発電所における揚水発電がある。すなわち、この揚
水発電は、よく知られているように、水力発電所におい
て、高所と低所とにそれぞれ貯水池を設け、昼間の発電
時には、高所側の貯水池から低所側の貯水池に向け、落
差を利用して水を放流することにより、その水圧で回転
される水車を介し発電機を駆動して発電させ、また、夜
間の揚水時には、余剰の深夜電力で駆動される電動機に
よってポンプを回転させ、低所側の貯水池から高所側の
貯水池に水を揚水して発電に備えるもので、結果的に
は、水力を媒体として、余剰の深夜電力量を高度差によ
る位置エネルギー量として蓄積し、電力需要の多い昼間
時に、この蓄積された位置エネルギー量を電力量に変換
して使用するのである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た従来の揚水発電による余剰電力の利用については、通
常，極めて非効率的であるほか、対応し得る水力発電所
の数にも限りがあって、余剰電力の全体を利用するなど
は到底不可能なものであった。

【０００５】この発明は、従来のこのような問題点を解
消するためになされたもので、その目的とするところ
は、主に、余剰の深夜電力を利用して、これを位置エネ
ルギー量として蓄積し、電力需要の多い昼間時に、蓄積
された位置エネルギー量を電力量に発電変換して供給し
得るようにした，この種の重力応用発電装置を提供する
ことである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明に係る重力応用発電装置は、主に、余剰の
深夜電力を利用し、懸垂支持される重錘部材を巻き上げ
て位置エネルギーに蓄積かつ維持させ、電力需要の多い
昼間時に、蓄積された位置エネルギーを解放して、自重
降下する重錘部材の駆動エネルギーで発電機を駆動さ
せ、当該位置エネルギーを電力に発電変換して供給する
ようにしたものである。

【０００７】すなわち、この発明は、懸垂支持される重
錘部材を有し、主に深夜電力を利用して、下降端，もし
くは下降位置にある当該重錘部材を巻き上げ、上昇端，
もしくは上昇位置に移動させて位置エネルギーを付与蓄
勢し、かつこの蓄勢状態を維持する手段と、発電機を有
し、前記重錘部材の上昇端，もしくは上昇位置における
位置エネルギーの解放で、その自重降下に伴う駆動エネ
ルギーにより、当該発電機を駆動させて発電作用を得る
手段とを、少なくとも備えることを特徴とする重力応用
発電装置である。

【０００８】

【作用】従って、主に、余剰の深夜電力を利用すること
によって、懸垂支持される重錘部材を巻き上げて位置エ
ネルギーに蓄積かつ維持でき、また、電力需要の多い昼
間時に、蓄積された位置エネルギーを解放することによ
って、自重降下する重錘部材の駆動エネルギーで発電機
を駆動させ、当該位置エネルギーを電力に発電変換し得
る。

【０００９】

【実施例】以下，この発明に係る重力応用発電装置の各
別の実施例につき、図１ないし図５を参照して詳細に説
明する。

【００１０】図１は、この発明の第１実施例を適用した
重力応用発電装置の概要を模式的に示す側面構成図であ
り、図２は、同上第１実施例装置における重錘部材と壁
面案内部との態様を模式的に示す部分斜視図である。

【００１１】すなわち、これらの図１，図２に示す第１
実施例装置の構成において、符号１１は、重力活用の主
体となる所要重量に設定された重錘部材であり、２１
は、当該重錘部材１１を上下垂直方向に受け入れるべ
く、所要の横断面形状で、かつ垂直方向に所定長さ（深
さ）で形成された作動空間部、３１は、当該作動空間部
２１の左右の各内壁面に設けられて、前記重錘部材１１
を重力利用のために上下垂直方向に案内する左右１対の
各壁面案内部材である。また、４１は、前記重錘部材１
１を懸垂支持すると共に、余剰の深夜電力で回転駆動さ
れ、下降端，もしくは下降位置にある当該重錘部材１１
を巻き上げて上昇端，もしくは上昇位置に移動させるた
めのウインチ機構を備えた巻き上げ装置であり、５１
は、前記重錘部材１１に連繋されて、当該重錘部材１１
の上昇位置から下降位置への自重降下に追従して回転駆
動される連繋機構，調速機構付きの増速機構，ならびに
発電機を含んだ発電駆動装置である。

【００１２】こゝで、前記重錘部材１１は、適当する材
料を用い、設定重量に見合って形成させればよく、当該
重錘部材１１の左右両端面部にあっては、適当する平面
スライド軸受け，例えば、複数の各鋼球を循環可能に連
接して介入させた平面スライド軸受け１３を共に内装す
るところの，上下垂直方向に複数条の各案内凸部１２を
有しており、かつ中間部の上面には、後述する巻き上げ
装置４１の懸垂索，例えば、設定重量負荷に耐える強靭
なワイヤーからなる前後方向側で１対の各懸垂索４２の
末端を結合するための各結合部１４を、左右両端部の上
面，および下面には、同様に、後述する発電駆動装置５
１の連繋索，例えば、設定重量負荷に耐える強力なチエ
ンからなる前後方向側で複数条の各連繋索５２の両端を
結合するための各結合部１５，および１６をそれぞれに
設けてある。従って、この重錘部材１１によれば、後述
するように、変換された位置エネルギーによって発電作
用を得るのに十分な質量を与えることができる。

【００１３】また、前記作動空間部２１としては、この
場合，任意のコンクリート構築物２９内などに対して、
可及的に上下垂直方向を維持するように形成されておれ
ばよく、例えば、ビルディング構築物などでは、エレベ
ーター用のシャフト空間の一側面部を利用することも可
能であり、当該作動空間部２１の上部，および下部にあ
っては、各装置の搭載荷重に耐える強固な上部敷板２
２，および負荷荷重に耐える下部支持梁２３をそれぞれ
に設けてある。従って、この作動空間部２１によれば、
前記重錘部材１１に対して、垂直方向の位置移動による
エネルギー変換のための作動空間を設定し得る。

【００１４】また、前記左右１対の各壁面案内部材３１
は、前記作動空間部２１での対向する左右側の各内壁面
に対して、前記と同様に、可及的に上下垂直方向を維持
してそれぞれに設置されるもので、当該各壁面案内部材
３１の空間内面対応側には、前記重錘部材１１の各案内
凸部１２を受け入れて摺動（スライド）案内する複数条
の各案内凹部３２と、同様に、前記発電駆動装置５１の
各連繋索５２を受け入れ得る受け入れ凹部３３とを形成
してある。従って、これらの各壁面案内部材３１によれ
ば、前記作動空間部２１内において、前記重錘部材１１
を垂直方向へ円滑に移動させることが可能になる。

【００１５】また、前記巻き上げ装置４１については、
前記作動空間部２１の上部敷板２２上に設置されて、実
質的に、前記重錘部材１１を巻き上げるウインチ機構４
１ａと、当該ウインチ機構４１ａを駆動制御する駆動制
御回路４１ｂとのそれぞれによって構成される。こゝ
で、前記ウインチ機構４１ａは、前記重錘部材１１の巻
き上げ時に、駆動用電動機４３を用いることで、増力作
用を得るための所要の減速ギヤ列などを介して巻き上げ
駆動され、かつ同非巻き上げ時に、当該巻き上げ電動機
４３から切り離されて、フリー回転を可能にした巻き上
げドラム４４を有しており、当該巻き上げドラム４４に
は、前記した前後１対の各懸垂索４２の基端が結合（図
示省略）されている。そして、このウインチ機構４１ａ
による懸垂索４２を用いた前記重錘部材１１の懸垂態様
については、必ずしも図示の構成にのみ限定されるもの
ではなく、例えば、公知のように、滑車列の組み合わせ
による倍力機構などを適用することを妨げない。一方，
前記駆動制御回路４１ｂについては、通常料金よりも安
価な深夜電力料金に設定された時間帯，つまり、現在時
点の場合，午後１１時から午前４時までの時間帯を選択
して得られる電力，例えば、該当時間範囲内で電力用サ
イリスタなどを介して給電回路を閉じるタイマーを用
い、余剰の深夜電力Ａを選択的に導入して、前記ウイン
チ機構４１ａを巻き上げ作動側にのみ駆動させると共
に、残される時間帯，好ましくは、可及的に電力需要の
多い時間帯，特に、夏期であれば、主に冷房装置の駆動
に利用されて電力需要がピーク値に達する午前１１時頃
から午後４時頃まで間、前記ウインチ機構４１ａを非巻
き上げ作動側に切り換えてフリー回転可能にさせるので
ある。従って、この巻き上げ装置４１によれば、余剰の
深夜電力Ａを利用して、下降端，もしくは下降位置にあ
る前記重錘部材１１を巻き上げて上昇端，もしくは上昇
位置に移動させることにより、当該重錘部材１１に位置
エネルギーを付与，ひいては、位置エネルギーを蓄勢
し、かつこの蓄勢状態を所定の設定時間中に亘って維持
し得るのである。なお、この巻き上げ装置４１の場合
は、前記重錘部材１１に位置エネルギーを付与するため
のエネルギー源として、余剰の深夜電力を選択して用い
るようにしているが、必要に応じては、通常電力を用い
るようにしてもよく、また、当該重錘部材１１が上昇限
界に達した時の上限リミット停止手段とか、当該巻き上
げ装置４１に異常を発生した時の保護停止手段とか、懸
垂索４２が切断された時などの安全停止手段とか、その
他の各手段などを講ずることは勿論である。

【００１６】また、前記発電駆動装置５１についても、
前記作動空間部２１の上部敷板２２上に設置されて、実
質的に、前記重錘部材１１の自重降下に追従する連繋機
構５１ａと、当該連繋機構５１ａに対する調速機構付き
の増速機構５１ｂと、当該増速機構５１ｂを介して齎ら
される駆動エネルギーによって発電作用を行なう発電機
５１ｃと、当該発電機５１ｃで発生した電力を商用電力
の配線に対して直接，給電する給電制御回路５１ｄとの
それぞれによって構成される。こゝで、前記連繋機構５
１ａは、前記重錘部材１１での左右両端部の上面，およ
び下面に結合されたチエンからなる連繋索５２を、前記
各壁面案内部材３１の案内凹部３２に通すと共に、前記
作動空間部２１の上部敷板２２に配した主動側としての
上部スプロケット５３と、下部支持梁２３に配した従動
側としての下部スプロケット５４との間に跨って噛合さ
せることで、無端帯的に掛け渡されており、当該主動側
の上部スプロケット５３については、前記重錘部材１１
の巻き上げ時，ひいては前記連繋索５２の巻き上げ方向
への移動走行時にあって、フリー回転可能にされ、かつ
また、同非巻き上げ時，換言すると重錘部材１１での蓄
勢された位置エネルギーを解放するための自重降下，こ
の場合、駆動負荷の存在のために比較的遅い速度による
自重降下に追従した非巻き上げ方向への移動走行時にあ
って、回転駆動される。そして、前記増速機構５１ｂ
は、前記非巻き上げ時における上部スプロケット５３の
回転駆動に連動されて、回転速度を増速する所要の増速
ギヤ列５５と、当該増速された回転速度を所要の定格回
転数に調速する調速機構（図示省略）とからなってお
り、所要の定格回転数による駆動エネルギーが取り出さ
れる。さらに、前記発電機５１ｃでは、前記調速された
定格回転数の駆動力によって所要の発電作用がなされ、
かつ前記給電制御回路５１ｄでは、発生電力Ｂが出力さ
れる。従って、この発電駆動装置５１によれば、所定の
設定時間に達して、前記巻き上げ装置４１での重錘部材
１１の上昇端，もしくは上昇位置における位置エネルギ
ーの蓄勢維持が開放されること，つまり、非巻き上げ状
態に移行することによって、当該重錘部材１１が該当位
置から、その自重により下降を開始し、この下降作動に
追従する前記連繋機構５１ａを介して、前記増速機構５
１ｂからは、当該自重降下に対応して所要の定格回転数
に調速された駆動エネルギーが取り出されると共に、当
該定格回転数で前記発電機５１ｃが駆動され、前記重錘
部材１１が下降端，もしくは下降位置に達するまでの
間、発電作用が継続されるもので、このようにして発生
した電力Ｂは、給電制御回路５１ｄによって、直接，商
用電力の配線に対して給電されるのである。

【００１７】なお、こゝでの発生電力Ｂについては、直
接，商用電力の配線に給電するほかにも、適当する蓄電
池に蓄電して用いるとか、あるいは、必要に応じて予備
電源として用いることも可能である。

【００１８】次に、図３は、この発明の第２実施例を適
用した重力応用発電装置の概要を模式的に示す側面構成
図であり、図４は、同上第２実施例装置における重錘部
材と壁面案内部との態様を模式的に示す部分斜視図であ
る。これらの図３，図４に示す第２実施例装置の構成に
おいて、前記図１，図２に示す第１実施例装置の構成と
同一符号は同一または相当部分を表わしている。

【００１９】そして、この第２実施例装置の場合には、
第１実施例装置での前記連繋機構５１ａ，調速機構付き
の増速機構５１ｂ，ならびに発電機５１ｃを含んだ発電
駆動装置５１の構成を、前記重錘部材１１上に配設させ
たものであり、特に、その連繋機構５１ａに対応される
ところの，前記壁面案内部材３１に対するチエンを用い
た連繋索５２の結合と、当該連繋索５２を掛け渡す上
部，下部の各スプロケット５３，５４とによる連繋関連
構造を、次のように変更して構成させたものである。

【００２０】すなわち、この第２実施例装置の場合、前
記左右１対の各壁面案内部材３１については、受け入れ
凹部３３に代えて、上下垂直方向に沿わせた１組からな
る各ラックギヤ３４を配設させておき、また、前記重錘
部材１１での対向する各枢支凹部１７内に枢支させた主
動ギヤ５６を当該各ラックギヤ３４に噛合させると共
に、併せて、前記発電駆動装置５１での増速機構５１ｂ
の増速ギヤ列５５に連繋させ、かつこの主動ギヤ５６に
ついて、前記重錘部材１１の巻き上げ時には、フリー回
転可能にし、同非巻き上げ時での自重降下に追従して回
転駆動させるようにしたものであり、第１実施例装置の
場合と殆んど同一の作用，効果が得られるのである。

【００２１】なお、これらの第１，および第２の各実施
例構成の場合には、重錘部材に対する位置エネルギー付
与のための上昇作動のために巻き上げ装置を、また、当
該重錘部材の自重降下に基づいた発電作用のために発電
駆動装置をそれぞれ個別に設置させているが、例えば、
比較的小規模な重力応用発電装置を考慮するときは、巻
き上げ装置の巻き上げ電動機として電動発電機を用いる
ことで、次の第３実施例構成でのように、当該巻き上げ
装置に対して発電駆動装置を組み込むことも可能であ
る。

【００２２】次に、図５は、この発明の第３実施例を適
用した重力応用発電装置の概要を模式的かつ概念的に示
す側面構成図である。この図５に示す第３実施例装置の
構成において、前記図１，図２に示す第１実施例装置の
構成と同一符号は同一または相当部分を表わしている。

【００２３】すなわち、この第３実施例構成において
も、符号１１は、重力活用の主体となる所要重量に設定
された重錘部材で、懸垂索１２によって比較的小径の巻
き上げドラム４５によって巻き上げ得るように懸垂支持
されており、２１は、当該重錘部材１１を上下垂直方向
に受け入れる作動空間部である。また、６１は、余剰の
深夜電力Ａにより駆動されて下降端，もしくは下降位置
にある前記重錘部材１１を巻き上げ、上昇端，もしくは
上昇位置に移動させて位置エネルギーを蓄積維持し、か
つ当該重錘部材１１の自重下降に伴う駆動エネルギーに
より発電作用をなす電動発電機６２を用いた巻き上げ・
発電駆動装置であって、駆動・給電制御回路６３によ
り、巻き上げ駆動制御，こゝでは、設定時間帯に余剰の
深夜電力Ａを選択的に導入して巻き上げ作動を開始さ
せ、かつ可及的に電力需要の多い時間帯に蓄勢された位
置エネルギーを解放させる駆動制御，ならびに発生電力
Ｂを直接，商用電力の配線に対して給電制御させると共
に、発電作用時にあって、駆動エネルギーによる入力回
転速度のみを当該発電作用を得るための所要の定格回転
数に調速する調速機構６４を有している。さらに、７１
は、前記巻き上げ・発電駆動装置６１からの出力による
巻き上げ駆動時に、増力のための減速作用を果たし、逆
に、当該巻き上げ・発電駆動装置６１への入力による発
電作用時に、所要の回転速度を得るための増速作用を果
たす複数段からなる変速ギヤ列であり、当該変速ギヤ列
７１の入，出力段に設けた比較的小径の巻き掛けドラム
７２と、前記比較的小径の巻き上げドラム４５に同軸に
された比較的大径の巻き掛けドラム７３との間に、連繋
索５２を一連に巻き掛けてある。

【００２４】従って、この第３実施例装置においては、
駆動・給電制御回路６３による巻き上げ側への制御で、
余剰の深夜電力Ａを利用して巻き上げ・発電駆動装置６
１を駆動させることにより、その出力側での変速ギヤ列
７１の減速比，および各巻き掛けドラム７２，７３間
と、巻き掛けドラム７３，巻き上げドラム４５間との各
減速比のそれぞれによる増力作用の基に、下降端，もし
くは下降位置にある重錘部材１１を巻き上げ、上昇端，
もしくは上昇位置に移動させて、当該重錘部材１１に位
置エネルギーを付与して蓄勢でき、かつこの蓄勢状態を
容易に維持し得るのである。また、所定の設定時間に達
した時点での駆動・給電制御回路６３による解放側への
制御で、重錘部材１１の上昇端，もしくは上昇位置にお
ける位置エネルギーが開放されることによって、当該重
錘部材１１が該当位置から、その自重により下降を開始
すると、今度は、前記と逆に、その出力側での巻き上げ
ドラム４５，巻き掛けドラム７３間と、各巻き掛けドラ
ム７３，７２間との増速比，および変速ギヤ列７１の増
速比のそれぞれによって、巻き上げ・発電駆動装置６１
への入力回転速度が増速されると共に、調速機構６４に
より所要の定格回転数に調速された上で、当該定格回転
数での入力駆動，ひいては、発電作用がなされ、こゝで
の重錘部材１１が下降端，もしくは下降位置に達するま
での間，継続されるもので、このようにして発生した電
力Ｂは、給電制御回路５１ｄによって、直接，商用電力
の配線に対して給電されるのである。

【００２５】

【発明の効果】以上、各実施例によって詳述したよう
に、この発明によれば、主に深夜電力を利用して、懸垂
支持される重錘部材を巻き上げることにより位置エネル
ギーに蓄積かつ維持させておき、電力需要の多い昼間時
に、この蓄積された位置エネルギーを解放して、自重降
下する重錘部材の駆動エネルギーで発電機を駆動させ、
位置エネルギーを電力に発電変換して供給するようにし
たので、余剰の深夜電力の有効かつ実質的な活用が可能
になると共に、このようにして発生させた電力を効果的
に活用し得るという優れた特長がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例を適用した重力応用発電
装置の概要を模式的に示す側面構成図である。

【図２】同上第１実施例装置における重錘部材と壁面案
内部との態様を模式的に示す部分斜視図である。

【図３】この発明の第２実施例を適用した重力応用発電
装置の概要を模式的に示す側面構成図である。

【図４】同上第２実施例装置における重錘部材と壁面案
内部との態様を模式的に示す部分斜視図である。

【図５】この発明の第３実施例を適用した重力応用発電
装置の概要を模式的かつ概念的に示す側面構成図であ
る。

【符号の説明】

１１ 重錘部材 １２ 案内凸部 １３ 平面スライド軸受け １４ 中間部上面の結合部 １５，１６ 左右両端部上面，下面の各結合部 ２１ 作動空間部 ２２ 上部敷板 ２３ 下部支持梁 ３１ 壁面案内部材 ３２ 案内凹部 ３３ 受け入れ凹部 ３４ ラックギヤ ４１ 巻き上げ装置 ４１ａ ウインチ機構 ４１ｂ 駆動制御回路 ４２ 懸垂索 ４３ 巻き上げ電動機 ４４ 巻き上げドラム ４５ 比較的小径の巻き上げドラム ５１ 発電駆動装置 ５１ａ 連繋機構 ５１ｂ 増速機構 ５１ｃ 発電機 ５１ｄ 給電制御回路 ５２ 連繋索 ５３ 上部スプロケット ５４ 下部スプロケット ５５ 増速ギヤ列 ５６ 主動ギヤ ６１ 巻き上げ・発電駆動装置 ６２ 電動発電機 ６３ 駆動・給電制御回路 ６４ 調速機構 ７１ 変速ギヤ列 ７２ 比較的小径の巻き掛けドラム ７３ 比較的大径の巻き掛けドラム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 懸垂支持される重錘部材を有し、主に深
   夜電力を利用して、下降端，もしくは下降位置にある当
   該重錘部材を巻き上げ、上昇端，もしくは上昇位置に移
   動させて位置エネルギーを付与蓄勢し、かつこの蓄勢状
   態を維持する手段と、 発電機を有し、前記重錘部材の上昇端，もしくは上昇位
   置における位置エネルギーの解放で、その自重降下に伴
   う駆動エネルギーにより、当該発電機を駆動させて発電
   作用を得る手段とを、 少なくとも備えることを特徴とする重力応用発電装置。