(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2021-143667(P2021-143667A)
(43)【公開日】2021年9月24日
(54)【発明の名称】螺旋式回転機付き浮力発電装置
(51)【国際特許分類】
F03B 17/02 20060101AFI20210827BHJP
E02B 9/00 20060101ALI20210827BHJP
【FI】
F03B17/02
E02B9/00 Z
【審査請求】有
【請求項の数】1
【出願形態】書面
【全頁数】14
(21)【出願番号】特願2020-64708(P2020-64708)
(22)【出願日】2020年3月12日
(71)【出願人】
【識別番号】509150112
【氏名又は名称】大桃 久夫
(72)【発明者】
【氏名】大桃 久夫
(72)【発明者】
【氏名】大桃 禎人
(72)【発明者】
【氏名】西本 宏章
【テーマコード(参考)】
3H074
【Fターム(参考)】
3H074AA10
3H074BB10
3H074BB13
3H074CC08
3H074CC50
(57)【要約】 (修正有)
【課題】水底で放出された空気は水中を浮上する。この浮力を回転力に変換したエネルギーで発電する。
【解決手段】送風機から安価な大量の空気を水底に移送するため水底にエアータンクを設置する。エアータンクの中に底落差の自然流水をパイプで導水して放出するとエアータンクの中でジェット流が発生する、このジェット流でタンクの中に真空領域が出来る、この真空領域に送風機からの圧縮空気を移送する。大量の空気はジェット流と一緒になってエアータンク3から水底に放出される。浮上する空気をパイプケースの中に捕捉する。パイプケースの中に螺旋式回転機付き羽根車を設置すると羽根車は浮上する空気の浮力により回転する。この回転力を回転軸シャフトで水面上の回転調整装置に連結して発電機に連動して発電する。
【選択図】
図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
水中で浮上する圧縮空気を発生させる送風機と、水圧を保持して圧縮空気を浮上させるパイプケースを収容する水槽と、前記水槽の中に入って、浮上する圧縮空気を捕捉して螺旋式回転機付き羽根車を回転させる装置を収容するパイプケースと、、この螺旋式回転機付き羽根車の主軸に連結して前記水槽の水面上の回転体調整装置に連結する単一の回転軸シャフトと、前記パイプケースの中にあって圧縮空気の浮上により回転する螺旋式回転機付き羽根車と、、前記送風機から水底のエアーバックまで圧縮空気を移送するエアーパイプと、圧縮空気とジェット流を混合体として水中に放出する装置のエアーバックと、エアーバックでジェット流を発生させるため水源から導水管でエアーバックの中まで引水する導水パイプと、前記水槽の水面より高い位置にジェット流の水源である自然河川の流水で賄う貯留槽と、前記シャフトに連結した水面上の前記回転体調整装置と、この前記回転軸シャフトに連動する前記水槽の外部に設置して発電する発電機と、発生した電力を送風機の消費電力を賄った後、供給電力を出すために変圧器、分電盤を有することを特徴とする螺旋式回転機付き浮力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【0001】
本発明は、小落差の自然河川の流水を活用して水底に大量の圧縮空気を移送して、水中を浮上する気泡の浮力を電気エネルギーに変換する、すなわち、自然エネルギーを利用する発電装置に関するものである。
【0002】
本発明者は、水深のある水中では、空気などの気体は気泡となって浮上するが、水中で大量の空気を放出すると空気流が発生する。、これをパイプケースの中に捕捉し、空気流の浮力を螺旋式回転機付き羽根車で回転力に変換して発電する。
【背景技術】
【0003】
水力 風力 太陽光゜ 地熱などの自然エネルギーで発電エネルギーを発生させている背景技術がある。
【0004】
そして、本発明者は、これまで液体の中を浮上する気体の浮力から電気エネルギーを取り出す発電装置を各種提案している。(下記「特許文献」参照)
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開 2010−275936 号公開
【特許文献2】特開 2011−1946 号公開
【特許文献3】特開 2013−144972 号公開
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明者は、これまでの実験及び研究により、斯かる特許文献に開示した構成では、浮力捕捉の構成において、更なる実用化への改良が必要であることを認識したので、新規な浮力発電装置を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
。
前記課題を解決するため、本発明は、小落差の自然河川の流水を活用して、大量の圧縮空気を水底に移送してその浮力を利用してエネルギーを生産する技術である。
【0008】
本発明の 螺旋式回転機付き浮力発電装置は、自然界に豊富に存在する水と空気をエネルギー源とする水中で浮上する空気を利用するもので、実用化を可能とする発電装置を実現することを目的とする。
【0009】
水中深く、空気を大量に安価に移送するため、小落差の自然河川の流水を使って、水源とする。水底との落差による水位差でジェット流を発生させて、移送してくる圧縮空気をジェット流と混合体にして水底で放出する。水底から浮上してくる圧縮空気の浮力エネルギーを、回転力に変換して、発電装置を稼働させる事を課題としている。
【0010】
気体と液体とを流体として一体的に扱う浮力をエネルギー源とする考え方で、この螺旋式回転機付き発電装置を実現することにより、発電エネルギー源の新分野を開発するものである。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以上、本発明の実施の形態を[
図1][
図2][
図3][
図4][
図5] に基づき説明する。
【0013】
本発明に係る水中で空気の浮力を利用した螺旋式回転機付き発電装置は、[
図1]で示すように、浮力の主体となる圧縮空気を生産する送風機 1 と、液体の水と螺旋式回転羽根車等のエネルギー生産装置などを保持する水槽2と、この水槽2の中に布設される水槽の底面付近に位置する下端から水面付近に位置する上端の間に縦方向に設置されるパイプケース3と、このパイプケース3の中にあって単一の回転軸シャフト4と、シャフトで回転する螺旋式回転機付き羽根車5[
図3参照]と、前記送風機1から前記パイプケース3の下端の水中で圧縮空気を移送するエアーパイプ6と、水底に移送して来る圧縮空気を水中に放出するため水圧の高いジェット流を用いる。水底のパイプケースの最下端でこのジェット流と圧縮空気の混合体を作るためのエアーバック7[
図4参照]と、前記水槽2より高所に位置してジェット流の水源となる自然河川C点の流量のを活用した貯留槽8[
図5参照]と、前記高所の貯留槽8から前記エアーバック7までジェット流を移送する導水パイプ9と、前記エアーバック7の中にあってジェット流と圧縮空気の混合体を形成させるための網目状の通気筒10[
図3参照]と、単一の前記回転軸シャフト4と連結して回転力を調整して発電機に整合させるための回転調整装置11と、前記回転調整装置11に連結して発電する発電機12と、発電機12から発生する電力を利用電力に変圧するために変圧器13と、エアーパイプの調整用のバルブ14と、エアーパイプの圧縮空気を逆流させないための逆止弁15と、発生した電力を所用箇所へ分電する分電盤分電盤16と、おのおのの装置に送電する電力線17からなる。
【0014】
この発電装置のエネルギー源は、A点の送風機1で発生する大量の圧縮空気から始まり、この圧縮空気をエアーパイプ6 で水槽の水底のエアーバック7のB点まで移送するが、水底の水深による水圧作用により、移送された前記圧縮空気は水中に放出できない。[
図2図4参照]
【0015】
以下実作の発電装置の数値で説明する [
図3参照]
【0018】
水槽の水底パイプケースの底辺B点の水深2.85mでは、水圧h=2.85mでは、
水圧の式P=h/10+1 h:水深 2.85mでは P=1.285 kg/cm
2となる。
送風機からの圧縮空気は圧力が 最大静圧 70mmAP =0.07kg/cm
2であるから、
移送された前記圧縮空気は水深 2.85mでは水中に放出できない。
前記圧縮空気を水中に放出する手段として、水槽2の中のパイプケース3の下端に水中にエアーバック7を設置する。エアーバック7の中での、ジェット流は導流パイプ8で上段の貯留槽8か
ェット流は落差4.35mであるからジェット水圧は1,435kg/cm
2となる。B点 水深 2.85mではP=1.285 kg/cm
2に勝るのでエアーバック7から水中に放出される。[
図4参照]
【0019】
エアーバック7の中はジェット流の通過によって真空状態となる[
図3参照]、この真空状態
ジェット流と編目通気筒9を通過するさせる圧縮空気は一緒になってジェット流の圧力でエアーバック7の上部開口部から水中に放出する。なお、エアーパイプ6終端部には送られてくる圧縮空気が逆流させないために逆止弁15を取り付ける。圧縮空気は水中に出て気泡体となり浮力を得て浮上する。
以下実用機の数値で説明する
【0020】
m/sは、水圧の影響を受けて浮上運動を伴うエネルギー体Q
0となる。パイプケース3のエアーバック7でジェット流と混合体となり放出口からB点に放出される。浮上速度を得て、螺旋式回転機付き羽根車5に捕捉されて浮力エネルギーQ
0=0.5t/sとなり、螺旋体の中で流速を持った渦巻き流を呈して回転する。回転エネルギーQ
0は浮力エネルギーの算出理論の要素となる。
【0021】
パイプケース3と旋式回転機付き羽根車の諸源
【0022】
▲1▼ 力学的エネルギーの式から発電出力を検討
【0023】
▲2▼発電出力を回転力のエネルギーから検討
【0025】
この螺旋式回転機付き浮力発電装置による生産電力の計算式は確立されていないので一般的物理公式で3例を使って計算を試みた。計算では設備効率を30%とした。いずれの計算電力からも供給電力が得られる計算となった。
【0026】
送風機 1
水槽 2
パイプケース 3
回転軸シャフト 4
螺旋式回転機付き羽根車 5
エアーパイプ 6
エアーバック 7
貯留槽 8
導水パイプ 9
網目通気筒 10
回転調整装置 11
発電機 12
変圧器 13
エアーバルブ調整用バルブ 14
逆止弁 15
分電盤 16
送電線 17
【手続補正書】
【提出日】2020年12月18日
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
水中で浮上する圧縮空気を発生させる送風機と、水圧を保持して圧縮空気を浮上させるパイプケースを収容する下段水槽と、前記下段水槽の中に入って、浮上する圧縮空気を捕捉して螺旋回転機を回転させる装置を収容するパイプケースと、この螺旋回転機の主軸に連結して下段水槽の水面上の回転体調整装置に連結する単一のシャフトと、前記パイプケースの中にあって圧縮空気の浮上により回転する螺旋回転機と、前記送風機から水底のエアーバックまで圧縮空気を移送するエアーパイプと、圧縮空気を混合体として水中に放出する装置のエアーバックと、前記エアーバックでジェット流を発生させるため水源から導水管でエアーバックの中まで引水する導水パイプと、前記下段水槽から上段水槽にポンプアップでジェット流の水を揚水するポンプと、水を循環させ前期下段水槽の水面より高い位置にジェット流の水を揚水する水源となる上段水槽と、前記シャフトに連結した水面上の回転体調整装置と、この前記シャフトに連動する下段水槽の外部に設置して発電する発電機と、供給電力を出すために変圧器と、分電盤と、発生した電力で送風機とポンプの消費電力を賄った後、供給電力とすることを特徴とする螺旋回転式浮力発電装置。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【0001】
本発明は水中を浮上する液体の気泡の浮力を電気エネルギーに変換することにより自然エネルギー利用する、すなわち発電装置に関する技術分野である。
【0002】
前期課題を解決するために、水中深く空気を大量に安価に移送して浮上させるために
下段水槽から
上段水槽にポンプで水を揚水する。
上段水槽からのジェット流と一緒に水底の圧縮空気を水底に放出する、水を循環させながら空気の浮力を発生させて浮力エネルギーを発電に利用する。水底に大量の圧縮空気を移送して、浮上してくる浮力エネルギーを回転力のエネルギーに変えて 発電する、すなわち、水と空気だけで発電する自然エネルギーを利用する分野である。
【0003】
本課題は、水底に大量の圧縮空気を安価に移送して、浮上してくる空気を補足して回転力に変換して、そのエネルギーで発電することを課題としている。
【0004】
地球上、水と空気のある所どこでも電力を発生させることのできる発明である。発電エネルギーの新分野を開発するものである。
【発明を実施するための形態】
【0006】
本発明は水中で浮上する空気の浮力を利用した螺旋回転機式浮力発電装置[
図1]で示すように、浮力の主体となる圧縮空気を生産する送風機1と、水と螺旋回転式浮力発電装置の回転機等を保存するパイプケースを収容する
下段水槽2と、この
下段水槽2の中に施設され
下段水槽2の底面付近に位置する下端から水面付近に位置する上端の間に縦方向に設置されるパイプケース3と、このパイプケース3の中にあって単一回転軸の
シャフト4と、
シャフト4で回転する
螺旋回転式の回転装置5と[
図4参照]、送風機1からパイプケース3の下端の水中まで圧縮空気を移送するエアーパイプ6と、水底に移送してくる圧縮空気を水中に放出するため強いジェット流と圧縮空気の混合体を作るエアーバック7と(
図4参照)、
下段水槽2よりも高い位置にあってジェット流の水源になる
上段水槽8と、
下段水槽2から
上段水槽8に
揚水するポンプ9と、エアーバック7のなかにあってジェット流と圧縮空気の混合体を形成させるための網目状の通気筒10と、上段水槽8からエアーバック7までのジェット流を移送する導水パイプ11と、、単一回転軸のシャフト4と連結して回転力を調整して発電機に整合させるために
回転調整装置12と、回転調整装置12に連結して発電する発電機13と、発電する発電機13から発生する電力を利用電力に変圧するために変圧器14と、エアーパイプ調整用のバルブ15と、エアーパイプ6の圧縮空気を逆流させないための逆止弁16と、発生した電力を所要箇所に分電するための分電盤17と、おのおのの装置に送電するための送電線18からなる。
【0007】
この発電装置のエネルギー源は、送風機1で発生する大量の圧縮空気から始まり、この圧縮空気をエアーパイプ6で
下段水槽2の水底のエアーバック7のB点まで移送するが、送風機からの圧縮空気は圧力が最大静圧70mmAP=0.07kpa=水深7cm
水槽の水底パイプケースの底辺B点の水深3mでは、水圧=3mでは、P=h/10+1 h:水深3mではP=1.3kg/cm
2となる。移送された前記圧縮空気は水深3mでは水中に放出できない。
【0008】
以下数値で説明する
図3参照
送風機 ハンドブロウ
W
0= パイプケースの中の浮力体の通過容量
sHB−370 100V 3,8A 消費電力=1.5kw 50/60H/Z
圧縮空気は圧力が最大静圧 70mmAP = 0.07kpa=水深 7cm
【0009】
前記圧縮空気を水中に放出する手段として、下段水槽2の中のパイプケース3の下端に水中にエアーバック7を設置する。エアーバック7の中での、ジェット流は導流パイプ11で上段水槽8
差.5.3mであるからジェット水圧は1.53kg/cm
2となる。B点 水深3mでは圧力P=1.3kg/cm
2に勝るのでエアーバック7から水中に放出される。
【0010】
エアーバック7の中はジェット流の通過によって真空状態となる(
図3参照)、この真空状態の
通気筒10を通過するさせる圧縮空気は一緒になってジェット流の圧力でエアーバック7の上部開口部から水中に放出する。なお、エアーパイプ7の終端部には送られてくる圧縮空気が逆流させないために逆止弁16を取り付ける。圧縮空気は水中に出て気泡体となり浮力を得て浮上する。
【0011】
送風機からの圧縮空気=W
0、水底のB点の水中に放出され「浮力のエネルギー体=Q
0」、「パイプケース3の中の気泡体Q
0の浮上速度=V
1 前記圧縮空気、浮力=W
0=0.5t/sは、前記水圧の影響を受けて浮上運動を伴うエネルギー体Q
0=0.5t/sとなり、パイプケース3の直下に至り浮上速度を得て、螺旋式回転機5に捕捉されて浮力エネルギーを受けて、螺旋体の中で流速を持った渦巻き流を呈して回転する。回転エネルギーQ
0は浮力エネルギーの算出理論の要素となる。
【0012】
パイプケース3の諸源
管径d=30cm 水中有効長さ3.0m 螺旋体の長さL
b=3.0m シャフトの太さ50mm
シャフトの長さ 水中部分 3.1m 水面上の部分 0.6で計 3.7m
パイプケース3の容量(d/2)
2πL
b=(0.3/2)
2×3.14×3.0m=0.2119m
3=0,2119・
Q
0÷ Q
1= 0.5t/s÷0.2t/回=2.5回/s
螺旋回転機式の羽根車の巻羽根の数は12巻゛あるから、回転数は12巻×2.5回/s=30回/s
1分間の回転N=30回/s×60=180回/min N=180回/minパイプケース3の中の気泡体Q
0の浮上速度V
1=3.0m×2.5回/s=7m/s V
1=7m/s
【0013】
ポンプの諸元 くみ上げる水の量=Q1=V×A=18.16m/s×0.01766m3=0.32m3/s導水パイプ径15cm断面積A=176.6cm2 流速=V=√2πgh=√2×π×9.8×5.3m=18.16m/s水をくみ上げる仕事率の計算 仕事=W=Mgh M=nr水の質量=0.32kg/s水をくみ上げる高さ h=1.5m g=9.8m/s2W=0.32kg×1.5mt×9.8m/s2=4.7kW消費電力=4.7kW 以下試作機の数値で説明する
【0014】
発生電力の計算
力学的エネルギーの式から検討
パイプケースの中の浮力体の通過容量W
0=500・/s Q
0=0.5t/s Q
1=0.2・/回
η:効率=0.3 KW=E={1/2.Q
0v
2+Q
0g h}η
E=KW 発生電力 W
0=500・/s Q
0=0.5t/s g=9.8 h=3.0m
v=V
0 パイプケースの中の気泡体の流速 2.5×3m=7.5 V
0=7.5m/s
KW={1/2×0.5t/s×7.5
2+0.5t/s×9.8×3m}×0,3=8.62kw
供給電力=8.62kw−送風機1.5kw+ポンプ
4.7kw=
2.5kw消費電力送風機とポンプの消費しても供給電
力2.5kwが得られる。
【0015】
水力発電方式の検討
KW=Q
0Vg η=0.5m
3/s×7.5m/s×9.8×0.3=11.02kw
11.02KW−(1.5kw
+4.7kw)
=4.52kw 供給電力
パイブケースの中で回転するラ線式回転装置の浮力は η:効率=0.3 に含む。
【0016】
単一軸シャフト4に軸支した螺旋式回転機付き羽根車5の回転力を発電機12に連結して発電するには、発電機の回転数に整合させるためにフライホールなどの回転体調整装置11を用意することが必要であり、発電した電力を利用電力に整合するために変圧調整器13、分電盤14などを設置することが必要である。
【0017】
上記発電した電力は変圧調整器13、分電盤14から送風機1を賄うように配線され、余剰電力を供給電力とするものである。
【0018】
なお、本発明に係る水中で空気の浮力を利用した発電装置は、発電規模の小さい数キロワットから数十キロワット程度として設置するのが効果的であり、、前記エネルギーとなる前記圧縮空気を発生させる送風機6の機能は、水深が深くとも15メートル以内で済むため、送風機6からの圧力の弱い空気は、水中に前記圧縮空気を放出する地点に置いて、水圧の高い流水である前記水などの液体との混合体となるので、水圧の弱い送風機であっても対応可能となりフアン式やブロアー式で十分賄える。
【産業上の利用可能性】
【0019】
本発明に係る水中で空気の浮力を利用した発電装置は、エネルギー源が水と空気である。今日、規模の大きくなっている電力源としての石炭石油がCO2問題を抱えているが、発明の発電装置は語る必要がない。またこの装置は発電規模の小さい数キロワットから数十キロワット程度を必要な所に設置するもので、電力を必要とするところどこでも発電所を設置できる。台風などの天災で大規模な被害を受けても被害範囲が限定されて復旧が効果的である。浮力エネルギーを活用することは、電力エネルギー開発の新分野となるのである。【0020】
図面凡例
送風機 1
下段水槽 2
パイプケース 3
シャフト 4
螺旋回転機式の羽根車 5
エアーパイプ 6
エアーバック 7
上段水槽 8
ポンプ 9 網目通気筒
10 導水パイプ
11 発電機
13 変圧器
14 エアーブ調整用バルブ
15 逆止弁
16 分電盤
17 送電線
18
【手続補正3】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正書】
【提出日】2021年4月28日
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
水中で浮上する圧縮空気を発生させる送風機と、 パイプケースの中にあって圧縮空気の浮上により回転する螺旋式回転機付き羽根車と、、前水圧を保持して圧縮空気を浮上させる機付主軸に連結して前記水槽の水面上の回転体調整装置に連結する単一の回転軸シャフトと、前記記送風機から水底のエアーバックまで圧縮空気を移送するエアーパイプと、圧縮空気を混合体として水中に放出する装置のエアーバックと、エアーバックでジェット流を発生させるため水源から導水管でエアーバックの中まで引水する導水ホースと、前記水槽の水面より高い位置にジェット流の水源である自然河川の流水で賄う貯留槽(小落差のダムまたは休耕田の貯留水などが考えられる)と、前記シャフトに連結した水面上の前記回転体調整装置と、この前記回転軸シャフトに連動する前記水槽の外部に設置して発電する発電機と、発生した電力を送風機の消費電力を賄った後、供給電力を出すために変圧器、分電盤を有することを特徴とする螺旋式回転機付き浮力発電装置。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0006
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0006】
本発明に係る水中で空気の浮力を利用した発電装置は、
図1で示すように、浮力の主体となる圧縮空気を生産する送風機 1 と、
液体の水と螺旋式回転機等のエネルギー生産装置などを保持する水槽2と、この水槽2の中に布設される水槽2の底面付近に位置する下端から水面付近に位置する上端の間に縦方向に設置されるパイプケース3と、このパイプケース3の中にあって単一の回転軸のシャフト4と、
シャフト4で回転する螺旋式回転機5と、前記送風機1から前記パイプケース3の下端の水中で圧縮空気を移送するエアーパイプ6と、水底に移送して来る圧縮空気を水中に放出するため水圧の高いジェット流を用いる。水底のパイプケース3の最下端でこのジェット流と圧縮空気の混合体を作るためのエアーバック7と、水槽2より高所に位置してジェット流の
水源となる自然河川の流量を活用した貯水槽8と、前記高所の貯留槽8から前記エアーバック7までジェット流を移送する導水パイプ9と、前記エアーバック7の中にあってジェット流と圧縮空気の混合体を形成させるための網目状の通気筒10と、単一の回転軸シャフト4と連結して回転力を調整して発電機に整合させるための回転調整装置11と、回転調整機11に連結して発電する発電機12と、発電機12から発生する電力を利用電力に変圧するために変圧器13と、エアーパイプの調整用のバルブ14と、エアーパイプ7の圧縮空気を逆流させないための逆止弁15と、発生した電力を所用箇所へ分電す分電盤16と、おのおのの装置に送電する電力線17からなる。