特開 2023-91536 水中空気浮力利用発電システム

(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】P2023091536

(43)【公開日】2023-06-30

(54)【発明の名称】水中空気浮力利用発電システム

(51)【国際特許分類】

   F03B 17/02 20060101AFI20230623BHJP

【ＦＩ】

F03B17/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021206328

(22)【出願日】2021-12-20

(71)【出願人】

【識別番号】592126577

【氏名又は名称】猿谷 進

(71)【出願人】

【識別番号】507415233

【氏名又は名称】猿谷 侑花

(74)【代理人】

【識別番号】100067758

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 綾雄

(72)【発明者】

【氏名】猿谷 進

【テーマコード（参考）】

3H074

【Ｆターム（参考）】

3H074AA10

3H074AA12

3H074BB11

3H074CC08

3H074CC34

(57)【要約】

【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よ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】
自然エネルギーを利用した発電機の出力により駆動するエアーコンプレッサーと、圧縮空気貯蔵タンクと、水タンク用導管と、発電用パイプと、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発電装置の回転体を配置し、該回転体の軸体を発電用パイプの管路の軸方向に対して直角に、発電用パイプの管壁に取り付ける。発電用パイプの下端に、発電用パイプの軸方向と平行な方向に所定長さ延びるエアーノズルを複数本配置し、発電スタート時、全エアーノズルを一斉に開放して圧縮空気を一挙に発電パイプ内に吐出する。発電用パイプ内の水流が安定したところで、選択した１本のエアーノズルを残して１本ずつエアーノズルを閉じる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

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４０と、エアーコンプレッサー４０に接続する圧縮空気貯蔵タンク３６と、地上に設置した水タンク用導管４と、地上に設置した発電用パイプ６と、圧縮空気貯蔵タンク３６にバルブ手段を介して連結する圧縮空気供給パイプ３２とを備え、前記発電用パイプ６の管路に発電装置の回転体５０を配置し、該回転体５０の軸体５２を発電用パイプ６の管路の軸方向に対して直角に、発電用パイプ６の管壁に取り付け、発電用パイプ６の管壁に、発電装置を複数個取付、該発電装置の発電機５８と回転体５０の軸体５２とを接続し、発電用パイプ６の上端と下端を水タンク用導管４の上端と下端に連結し、圧縮空気供給パイプ３２から発電用パイプ６の下端内部に圧縮空気を送り込み、発電用パイプ６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６内に水流を発生させ、水タンク用導管４内と発電用パイプ６内を一方向に水が循環するようにした発電システムであって、発電用パイプ６の下端に、発電用パイプ６の軸方向と平行な方向に所定長さ延びるエアーノズル２６を複数本配置し、各エアーノズル２６を電磁バルブ２８を介して圧縮空気供給パイプ３２に連結し、発電スタート時、全エアーノズル２６を一斉に開放して圧縮空気を一挙に発電パイプ６内に吐出し、発電用パイプ６内の水流が安定したところで、選択した１本のエアーノズル２６を残して１本ずつエアーノズル２６を閉じるようにしたことを特徴とする水中空気浮力利用発電システム。

【請求項2】

前記エアーノズル２６の本数を５本以上としたことを特徴とする請求項１に記載の水中空気浮力利用発電システム。

【請求項3】

前記発電装置に、回転体５０の軸体５２の回転と連動して回転するフライホイル６０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利用発電システム。

【請求項4】

前記水タンク用導管４に移動体７６を水タンク用導管４の軸方向にスライド自在に配置し、該移動体７６を往復運動駆動装置７０のピストンロッド７８に連結し、前記移動体７６に通孔８０を設け、該通孔８０に該通孔８０を水圧により自動的に開閉する開閉蓋８４を配置し、前記往復運動駆動装置７０によって前記移動体７６を往復駆動し、水タンク用導管４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請求項１に記載の水中空気浮力利用発電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水中圧縮空気の浮力を利用した発電システムに関する。

【背景技術】

【0002】

地上に水を充満させた重力分配導管と浮力導管を設置し、浮力導管の下端に圧縮空気を供給し、圧縮空気の浮力によって、浮力導管内に水流を発生させ、重力分配導管と浮力導管の間を水流が循環するようにし、この水流によって流体タービンを駆動する発電システムが知られている（例えば特許文献１参照）。

【特許文献1】特表２０２０－５３１７４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

従来の発電システムにおいては、１本のエアーノズルから圧縮空気をパイプの下端に供給しているが、１本のエアーノズルから噴出する圧縮空気の気泡の浮力では、迅速に発電用のパイプの水流を加速させることができず、発電のスタートから発電が所定のレベルに達するまでに時間がかかるという問題点がある。
本発明は、上記問題点を解決することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0004】

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４０と、エアーコンプレッサー４０に接続する圧縮空気貯蔵タンク３６と、地上に設置した水タンク用導管４と、地上に設置した発電用パイプ６と、圧縮空気貯蔵タンク３６にバルブ手段を介して連結する圧縮空気供給パイプ３２とを備え、前記発電用パイプ６の管路に発電装置の回転体５０を配置し、該回転体５０の軸体５２を発電用パイプ６の管路の軸方向に対して直角に、発電用パイプ６の管壁に取り付け、発電用パイプ６の管壁に、発電装置を複数個取付、該発電装置の発電機５８と回転体５０の軸体５２とを接続し、発電用パイプ６の上端と下端を水タンク用導管４の上端と下端に連結し、圧縮空気供給パイプ３２から発電用パイプ６の下端内部に圧縮空気を送り込み、発電用パイプ６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６内に水流を発生させ、水タンク用導管４内と発電用パイプ６内を一方向に水が循環するようにした発電システムであって、発電用パイプ６の下端に、発電用パイプ６の軸方向と平行な方向に所定長さ延びるエアーノズル２６を複数本配置し、各エアーノズル２６を電磁バルブ２８を介して圧縮空気供給パイプ３２に連結し、発電スタート時、全エアーノズル２６を一斉に開放して圧縮空気を一挙に発電パイプ６内に吐出し、発電用パイプ６内の水流が安定したところで、選択した１本のエアーノズル２６を残して１本ずつエアーノズル２６を閉じるようにしたことを特徴とする。
また本発明は、前記エアーノズル２６の本数を５本以上と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５０の軸体５２の回転と連動して回転するフライホイル６０を設けたことを特徴とする。
また本発明は、前記水タンク用導管４に移動体７６を水タンク用導管４の軸方向にスライド自在に配置し、該移動体７６を往復運動駆動装置７０のピストンロッド７８に連結し、前記移動体７６に通孔８０を設け、該通孔８０に該通孔８０を水圧により自動的に開閉する開閉蓋８４を配置し、前記往復運動駆動装置７０によって前記移動体７６を往復駆動し、水タンク用導管４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。

【発明の効果】

【0005】

本発明は、発電用のパイプの下端に複数のエアーノズルを配置し、発電スタート時、全エアーノズルから一挙に圧縮空気を放出することで、短時間に発電用パイプ内の流速を高めることができる。
また、水が流れる発電用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よく電力を取り出すことができる。
また、水タンク用導管内にピストン運動をする移動体を設けることで、水タンク用導管内の水流の速度を高め、発電効果を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】本発明の正面全体説明図である。

【図2】本発明の側面全体説明図である。

【図3】本発明の一部の正面断面説明図である。

【図4】本発明の一部の横断面説明図である。

【図5】本発明の一部の縦断面説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

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。
地上２に、長さ１０メートル以上の水タンク用導管４と、発電用パイプ６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６は、１本又は複数本が導管４に平行に配置されている。各発電パイプ６の上端は、箱状の取付体８内に配置され、取付体８の内部はパイプ１０を介して水タンク用導管４に連結している。パイプ１０には、開閉バルブ１２が設けられている。各発電用パイプ６の上端内部には、パイプ６内に上昇水流を生じさせるスクリュー１４が配置され、該スクリュー１４は、取付体８に取り付けられたスクリュー駆動部１６によって駆動されるように構成されている。

【0008】

各取付体８には、エアー抜き用のパイプ１８が設けられている。導管４の上端には開閉バルブの付いた給水口２０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２２が設けられている。導管４の下端は開閉バルブ２４を介して発電用パイプ６の下端膨大部に連結している。発電用パイプ６の下端膨大部には、発電用パイプ６の軸方向と平行な方向に所定長さ延びる細長いパイプ形状の９本のエアーノズル２６が、束になって配置されている。各エアーノズル２６の径は、発電用パイプ６の径に比し、極めて小径に形成され、発電用パイプ６の下端の内部に少なくとも５本以上配置することが望ましい。

【0009】

各エアーノズル２６は、発電用パイプ６の底壁の穴に密嵌保持され、各先端が、発電用パイプ６内に開口している。各エアーノズル２６の下端には、電磁バルブ２８が設けられ、各電磁バルブ２８は、容体３０の天板に保持されている。容体３０には、空気室３０aが設けられ、各電磁バルブ２８は、空気室３０aに連結している。空気室３０aには、圧縮空気供給パイプ３２の一端が連結し、該圧縮空気供給パイプ３２の他端は、気圧調整手段３４を介して圧縮空気貯蔵タンク３６に連結している。発電用パイプ６の下端膨大部には、水抜きドレンバルブ３８が設けられている。

【0010】

圧縮空気貯蔵タンク３６は、地上２に設置されたコンプレッサー４０にパイプを介して連結し、コンプレッサー４０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４２を備えた風力発電機４４が設置され、コンプレッサー４０を駆動するように構成されている。各発電用パイプ６の管壁には複数個の発電部４６が取り付けられている。４８は、発電タービンの回転体５０を保持するケーシングであり、該ケーシング４８は、帯板状の周壁５０aと、円盤状の両側壁５０ｂを備え、周壁５０ａと両側壁５０で囲まれた回転体収納部にインペラを有する回転体５０が回転自在に配置されている。

【0011】

回転体５０の中心の軸体５２は、ケーシング４８の両側壁４８bに回転自在に支承されている。ケーシング４８は、発電用パイプ６の管壁に一体的に取り付けられている。各ケーシング４８内の回転体５０の一部は、発電用パイプ６の流通路に配置されている。ケーシング４８の周壁４８aの、発電用パイプ６の内部に配置される部分には、開口部５４，５６が形成されている。発電用パイプ６の管壁に固定されたケーシング４８は、周壁４８aの開口部５４，５６を通じて、ケーシング４８内部の回転体収納空間が、発電用パイプ６の流通路に連通している。各ケーシング４８の側面には支持体が取り付けられ、該支持体に発電機５８が取り付けられている。発電機５８の入力部は、フライホイル６０、クラッチ６２、ベルト式動力伝達機構６４を介して回転体５０の軸体５２に連結している。図中、符号６６はレベル計、符号６８はエアー抜きを示している。

【0012】

図３は、導管４に装置された水鉄砲型水流加速用往復運動駆動装置７０の構成説明図を示している。導管４の上部の内部にシリンダー７２が固定配置され、シリンダー７２内にピストン７４が配置されている。導管４内に移動体７６がスライド自在に配置され、該移動体７６は、ピストンロッド７８を介して、ピストン７４に連結している。移動体７６には、水流通孔８０が設けられている。該水流通孔８０は、移動体７６に揺動自在に軸８２支されたバネ付きの開閉蓋８４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８４は、バネ力によって移動板７６の下面に当接支、通孔８０を閉じる方向に付勢されている。導管４には、管状のピストンカバー８６が取り付けられ、これにピストンロッド７８の上部が昇降自在に嵌挿配置されている。

【0013】

ピストンカバー８６の上端部には、ピストンロッド７８の最上昇位置を検出するためのピストンスイッチ８８が設けられている。シリンダー７２の上下端部には、圧縮エアータンク３６の出力部に空気切替弁９６とパイプ９８を介して連結する空気取り入れパイプ９２，９４が連結している。また、シリンダー７２の上下端部には、空気排出口１００，１０２が設けられ、空気排出口１００は、調整弁１０４を介して空気排出パイプ１０８の下端に連結している。導管９４の上端には、空気排出口１１０が設けられている。シリンダー７２の下端には、ピストン７４の最下降位置を検出するピストンスイッチ９０が設けられている。
本実施形態において、上記した電磁バルブ２８、空気弁、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３に示す往復運動駆動装置７０は、図１，２では、図面の複雑化を避けるため図示省略されている。

【0014】

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３６内には、風力発電機４４の出力電力により駆動されるコンプレッサ４０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４内及び発電用パイプ６内は、給水口２０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、発電をスタートさせるときは、気圧調整手段３４の弁を開き、エアーパイプ３２を通じて容体３０内に圧縮空気を充満させ、しかる後にすべてのエアーノズル２６の電磁バルブ２８を同時に開き、すべてのエアーノズル２６から圧縮空気を一挙に発電用パイプ６の下端から上方に放出する。複数の細いエアーノズル２６から放出された圧縮空気は気泡となって、垂直に発電用パイプ６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４６の回転体５０が回転し、フライホイル６０が連動して回転して、発電機５８が発電する。一方、導管４内で、空圧により、ピストン７４を上下動させる。これにより、移動体７６が、導管４内を上下動して、導管４内の水を下方に加圧し、導管４内と発電用パイプ６内の水を勢いよく循環させる。

【0015】

この移動体７６の昇降運動による発電用パイプ６と導管４間の水流の循環により、発電用パイプ６の水流が加速され、これにより回転体５０の回転力が増大し、発電効果が高まる。シリンダー７２内へのエアーの供給と排出は、切替弁９６と調整弁１０４，１０６によって制御される。ピストン７４をエアーによって押し下げるときは、切替弁９６はパイプ９８とパイプ９２を連通させ、調整弁１０４は閉じ、調整弁１０６は開く。ピストン７４の下降はスイッチ９０オンで停止し、パイプ９２からのエアー供給は停止する。次に切替弁９６が働いて、パイプ９８とパイプ９４が連通氏、パイプ９２は遮断され、弁１０６が閉じ、ピストン７４は上昇する。このとき、調整弁１０４は開き、シリンダー７２内のエアーは、パイプ１０８から排出される。ロッド７８の上端がスイッチ８８をオンとすると、パイプ９４からのエアーの供給が停止し、ピストン７４の上昇が停止する。

【0016】

移動体７６が下降するとき、水圧で蓋８４は、バネ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８０を開く。発電スタート後、所定時間が経過し、フライホイル６０が高速回転に達し、発電用パイプ６と導管４内の水流の循環が安定したところで、エアーノズル２６の電磁バルブ２８を制御して、エアーを吐出するエアーノズル２６の本数を順次減らし、最後に残った１本のエアーノズル２６のみで、圧縮空気の吐出を行う。尚、発電動作中、空気排出パイプ１０８から排出されるエアーは、別個で設けた空気供給パイプを通じて発電用パイプ６の下端に供給されるように構成してもよい。尚、往復運動駆動装置７０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よい。

【符号の説明】

【0017】

２ 地上
４ 水タンク用導管
６ 発電用パイプ
８ 取付体
１０ パイプ
１２ バルブ
１４ スクリュー
１６ スクリュー駆動部
１８ パイプ
２０ 給水口
２２ 排水口
２４ 開閉バルブ
２６ エアーノズル
２８ 電磁バルブ
３０ 容体
３０a 空気室
３２ 圧縮空気供給パイプ
３４ 気圧調整手段
３６ 圧縮空気貯蔵タンク
３８ 水抜きドレンバルブ
４０ コンプレッサー
４２ 風車
４４ 風力発電機
４６ 発電部
４８ ケーシング
４８a 周壁
４８ｂ 側壁
５０ 回転体
５２ 軸体
５４ 開口部
５６ 開口部
５８ 発電機
６０ フライホイル
６２ クラッチ
６４ ベルト式動力伝達機構
６６ レベル計
６８ エアー抜き
７０ 往復運動駆動装置
７２ シリンダー
７４ ピストン
７６ 移動体
７８ ピストンロッド
８０ 水流通孔
８２ 軸
８４ 開閉蓋
８６ ピストンカバー
８８ スイッチ
９０ スイッチ
９２ 空気取り入れパイプ
９４ 空気取り入れパイプ
９６ 空気切替弁
９８ パイプ
１００ 空気排出口
１０２ 空気排出口
１０４ 調整弁
１０６ 調整弁
１０８ 空気排出パイプ
１１０ 空気排出口
１１２ 水

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】