IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ 原 ミッシェルの特許一覧

<>
  • 特開-水力発電システム 図1
  • 特開-水力発電システム 図2
< >
(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】P2024016790
(43)【公開日】2024-02-07
(54)【発明の名称】水力発電システム
(51)【国際特許分類】
   F03B 3/02 20060101AFI20240131BHJP
   F03B 1/00 20060101ALI20240131BHJP
【FI】
F03B3/02
F03B1/00
【審査請求】有
【請求項の数】8
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023046296
(22)【出願日】2023-03-23
(62)【分割の表示】P 2022118615の分割
【原出願日】2022-07-26
(71)【出願人】
【識別番号】522298451
【氏名又は名称】原 ミッシェル
(74)【代理人】
【識別番号】110000198
【氏名又は名称】弁理士法人湘洋特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】原 ミッシェル
【テーマコード(参考)】
3H072
【Fターム(参考)】
3H072AA04
3H072AA07
3H072AA23
3H072BB07
3H072CC71
(57)【要約】
【課題】都市部や工業地帯に設置可能な小型化された水力発電システムを提供すること。
【解決手段】水力発電システムは、第1の給水口と、前記第1の給水口よりも低い高さにある第1の排水口とを備えた第1の配管と、前記第1の排水口から排出された水で発電を行う第1のフランシスタービンと、前記第1のフランシスタービンから排出された水が供給される第2の給水口と、前記第2の給水口よりも低い高さにある第2の排水口とを備え、前記第1の配管よりも管径が大きい第2の配管と、前記第2の排水口から排出された水で発電を行うペルトンタービンとを有する。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1の給水口と、前記第1の給水口よりも低い高さにある第1の排水口とを備えた第1の配管と、
前記第1の排水口から排出された水で発電を行う第1のフランシスタービンと、
前記第1のフランシスタービンから排出された水が供給される第2の給水口と、前記第2の給水口よりも低い高さにある第2の排水口とを備え、前記第1の配管よりも管径が大きい第2の配管と、
前記第2の排水口から排出された水で発電を行うペルトンタービンと、
を有する水力発電システム。
【請求項2】
請求項1に記載の水力発電システムであって、
前記第2の排水口から排出された水を分岐する複数の分岐配管を更に有し、
前記ペルトンタービンは、前記複数の分岐配管の各々から排出された水を受ける複数の同軸の羽根車を有する、
水力発電システム。
【請求項3】
請求項2に記載の水力発電システムであって、
前記複数の分岐配管の各々は、分岐前と比べて管径が小さい、
水力発電システム。
【請求項4】
請求項1に記載の水力発電システムであって、
前記ペルトンタービンから排出された水を貯めるプールと、
前記第1の給水口に接続され、かつ前記第1の給水口よりも高い位置にあるチャンバと、
前記プールと前記チャンバとを接続する揚水配管と、
前記プールの水を前記揚水配管を介して前記チャンバに汲み上げるポンプと、
を更に有する水力発電システム。
【請求項5】
請求項4に記載の水力発電システムであって、
前記チャンバの内部は、水と、当該水の上方に広がる真空領域とからなる、
水力発電システム。
【請求項6】
請求項1に記載の水力発電システムであって、
前記第1の給水口は海面よりも低い位置にあり、前記第1の給水口から前記水として海水が供給される、
水力発電システム。
【請求項7】
請求項1に記載の水力発電システムであって、
前記第2の排水口から排出された水で発電を行う第2のフランシスタービンと、
前記第2のフランシスタービンから排出された水が供給される第3の給水口と、前記第3の給水口よりも低い高さにある第3の排水口とを備え、前記第2の配管よりも管径が大きい第3の配管とを更に有し、
前記ペルトンタービンは、前記第3の排水口から排出された水で発電を行う、
水力発電システム。
【請求項8】
請求項1に記載の水力発電システムであって、
前記チャンバは、第1の床の上に設置されており、
前記第1のフランシスタービンは、前記第1の床よりも下の階の第2の床に設置されており、
前記第1の配管は、第1の床から前記第2の床に向かって延びる、
水力発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、水力発電システムに関する。
【背景技術】
【0002】
自然エネルギを利用した発電方法の一つに水力発電がある(例えば特許文献1)。水力発電は、水の位置エネルギを電気エネルギに変換する発電方法であって、発電用の水を高所に汲み上げる揚水発電も水力発電の一種である。水力発電で得られる電気エネルギは、二酸化炭素を殆ど排出しない再生可能エネルギとして注目されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2004-251259号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、水力発電は、豊富な水資源を必要とするため、多くの電力を必要とする都市部や工業地帯から地理的に離れた場所に設置する必要があり、水資源が豊富な山間部等に設置場所が限られてしまう。しかも、水力発電は、発電に必要な多量の水を貯水する必要があるため大規模となってしまう。
【0005】
本発明は、このような現状を鑑みてなされたものであり、都市部や工業地帯に設置可能な小型化された水力発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本願は、上記課題の少なくとも一部を解決する手段を複数含んでいるが、その例を挙げるならば、以下のとおりである。
【0007】
上記課題を解決すべく、本発明の一態様に係る水力発電システムは、第1の給水口と、前記第1の給水口よりも低い高さにある第1の排水口とを備えた第1の配管と、前記第1の排水口から排出された水で発電を行う第1のフランシスタービンと、前記第1のフランシスタービンから排出された水が供給される第2の給水口と、前記第2の給水口よりも低い高さにある第2の排水口とを備え、前記第1の配管よりも管径が大きい第2の配管と、前記第2の排水口から排出された水で発電を行うペルトンタービンとを有する。
【0008】
前記第2の排水口から排出された水を分岐する複数の分岐配管を更に有し、前記ペルトンタービンは、前記複数の分岐配管の各々から排出された水を受ける複数の同軸の羽根車を有することができる。
【0009】
前記複数の分岐配管の各々は、分岐前と比べて管径が小さくすることができる。
【0010】
前記ペルトンタービンから排出された水を貯めるプールと、前記第1の給水口に接続され、かつ前記第1の給水口よりも高い位置にあるチャンバと、前記プールと前記チャンバとを接続する揚水配管と、前記プールの水を前記揚水配管を介して前記チャンバに汲み上げるポンプとを更に有することができる。
【0011】
前記チャンバの内部は、水と、当該水の上方に広がる真空領域とからなることができる。
【0012】
前記第1の給水口は海面よりも低い位置にあり、前記第1の給水口から前記水として海水が供給されることができる。
【0013】
前記第2の排水口から排出された水で発電を行う第2のフランシスタービンと、前記第2のフランシスタービンから排出された水が供給される第3の給水口と、前記第3の給水口よりも低い高さにある第3の排水口とを備え、前記第2の配管よりも管径が大きい第3の配管とを更に有し、前記ペルトンタービンは、前記第3の排水口から排出された水で発電を行うことができる。
【0014】
前記チャンバは、第1の床の上に設置されており、前記第1のフランシスタービンは、前記第1の床よりも下の階の第2の床に設置されており、前記第1の配管は、第1の床から前記第2の床に向かって延びることができる。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、都市部や工業地帯に設置可能な小型化された水力発電システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
図1図1は、本実施形態に係る水力発電システムの構成図である。
図2図2は、変形例に係る水力発電システムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明に係る一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、一実施形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、「Aからなる」、「Aよりなる」、「Aを有する」、「Aを含む」と言うときは、特にその要素のみである旨明示した場合等を除き、それ以外の要素を排除するものでないことは言うまでもない。同様に、以下の実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。
【0018】
図1は、本実施形態に係る水力発電システムの構成図である。水力発電システム1は、例えば都市部の建物30に構築される発電システムである。建物30は、例えば、床20~23を備えたビルである。
【0019】
一例として、水力発電システム1は、チャンバ2、配管3~7、揚水配管8、及びプール15を備える。
【0020】
チャンバ2は、発電用の水Wを貯めるための槽であって、最上階の床20の上に設置される。この例では、チャンバ2の高さを十分に高くし、床20での水Wの水圧が大気圧よりも大きくなるようにする。これにより、チャンバ2の内部において、水Wの上方に真空領域Vが広がる。
【0021】
配管3は、床20からその階下の床21に向かって略鉛直下向きに延びると共に、給水口3aとそれよりも低い高さにある排水口3bとを備える。また、チャンバ2は、給水口3aよりも高い位置にあり、床20の近傍において給水口3aに接続される。これにより、チャンバ2の水Wは、その自重によって配管3内を給水口3aから排水口3bに向かって落下する。
【0022】
排水口3bは、床21の近傍においてフランシスタービン11と接続される。フランシスタービン11は、床21の上に設置された発電用タービンであって、排水口3bから排水された水Wによって発電を行う。
【0023】
配管4は、配管3よりも管径が大きい配管であって、床21からその階下の床22に向かって略鉛直下向きに延びると共に、給水口4aとそれよりも低い高さにある排水口4bとを備える。給水口4aは、床21の近傍においてフランシスタービン11に接続される。フランシスタービン11で発電に使用された水Wは、その自重によって配管4内を給水口4aから排水口4bに向かって落下する。
【0024】
排水口4bは、床22の近傍においてフランシスタービン12と接続される。フランシスタービン12は、床22の上に設置された発電用タービンであって、排水口4bから排水された水Wによって発電を行う。
【0025】
配管5は、配管4よりも管径が大きい配管であって、床22からその階下の床23に向かって略鉛直下向きに延びると共に、給水口5aとそれよりも低い高さにある排水口5bとを備える。給水口5aは、床22の近傍においてフランシスタービン12に接続される。フランシスタービン12で発電に使用された水Wは、その自重によって配管5内を給水口5aから排水口5bに向かって落下する。
【0026】
排水口5bは、床23の近傍においてフランシスタービン13と接続される。フランシスタービン13は、床23の上に設置された発電用タービンであって、排水口5bから排水された水Wによって発電を行う。
【0027】
配管6は、配管5よりも管径が大きい配管であって、床23から略鉛直下向きに延びると共に、給水口6aとそれよりも低い高さにある排水口6bとを備える。
【0028】
給水口6aは、床23の近傍においてフランシスタービン13に接続される。フランシスタービン13で発電に使用された水Wは、その自重によって配管6内を給水口6aから排水口6bに向かって落下する。
【0029】
配管7は、排水口6bに接続されており、排水口6bから排水された水Wを複数に分岐する分岐配管7aを備える。
【0030】
分岐配管7aの下方にはペルトンタービン14が設けられる。ペルトンタービン14は、分岐配管7aから排水された水Wで発電を行うタービンである。この例では、ペルトンタービン14は、複数の羽根車14aと、シャフト14cと、発電機14dとを備える。
【0031】
各羽根車14aは、シャフト14cに同軸に設けられており、水Wを受けることでシャフト14cを回転駆動する。そして、シャフト14cの回転運動によって発電機14dが発電を行う。
【0032】
この例では、分岐配管7aごとに羽根車14aを設ける。これにより、分岐配管7aから排水された水Wを羽根車14aが効率的に受けることができ、ペルトンタービン14の発電効率を向上させることができる。
【0033】
また、分岐前と比べて分岐後の分岐配管7aの管径が小さくなるようにすることで、各分岐配管7a内の水圧を高めてもよい。これにより、各分岐配管7aから排水される水Wの流速が増加し、ペルトンタービン14を駆動するのに十分な流速の水Wを得ることができる。
【0034】
プール15は、ペルトンタービン14から排水された水Wを貯める槽であって、例えば建物30の1階や地階に設けられる。
【0035】
プール15の上方には、プール15の水Wを汲み上げるためのポンプ16が設けられる。ポンプ16で汲み上げられた水Wは、揚水配管8を通って再びチャンバ2に戻り、再び発電に使用される。なお、ポンプ16を駆動する電力としては、例えば、各フランシスタービン11~13やペルトンタービン14の発電電力に加えて又は替えて他の商用の電力、又は予め蓄電した電力を使用してもよい。
【0036】
このように水力発電システム1は配管3~5を有するが、これらの配管3~5のうち、水Wの流れを基準にして上流側にある配管が本発明の第1の配管に相当し、下流側にある配管が第2の配管に相当する。例えば、配管3が第1の配管に相当し、それよりも下流側にある配管4、5のいずれかが第2の配管に相当する。また、本発明の第3の配管は、配管5、6のうち、本発明の第2の配管よりも下流側にある配管である。例えば、配管4を第2の配管としたとき、配管5、6のいずれかが第3の配管となる。
【0037】
また、配管やフランシスタービンの個数も特に限定されない。この例では3段の配管3~5に3個のフランシスタービン11~13を設けたが、任意段数の配管に任意個数のフランシスタービンを設けてもよい。更に、この例では分岐配管7の本数が4本であるが、分岐配管7の本数は2本以上の任意の本数とし得る。
【0038】
以上説明した水力発電システム1によれば、フランシスタービン11~13とペルトンタービン14の各々が水Wの落下エネルギを電気エネルギに変換することで水力発電が可能となる。
【0039】
また、この水力発電システム1では、各フランシスタービン11~13とペルトンタービン14に供給する水の流路を各配管3~7で確保する。そのため、各配管3~7、フランシスタービン11~13、及びペルトンタービン14の各々をビル等の建物に収容することで、都市部や工業地帯に設置可能な小型化された水力発電システム1を構築することができる。
【0040】
しかも、各フランシスタービン11~13を設置する床21~23として既存の建物30の床を流用し、各配管3~5を階上の床から階下の床に向けて延ばすことで、既存の建物30を有効活用しながら水力発電システム1を構築することができる。
【0041】
更に、本実施形態では、配管4の管径を配管3の管径よりも大きくしたため、フランシスタービン11から排出された水Wが配管4内で受ける圧力が急激に低下する。そのため、フランシスタービン11から水Wが排出され易くなり、フランシスタービン11の発電効率が向上する。更に、配管4を落下する水Wの流速が増すため、後段のフランシスタービン12の発電効率が増す。同様の理由により、配管5の管径を配管4の管径よりも大きくしたため、フランシスタービン12とフランシスタービン13の各々の発電効率が向上する。また、配管6の管径を配管5の管径よりも大きくしたことで、フランシスタービン13の発電効率が向上する。
【0042】
しかも、各フランシスタービン11~13とペルトンタービン14の発電に使用された水Wをプール15に貯め、その水Wをポンプ16がチャンバ2に汲み上げることにより、水Wを再び発電に使用することができる。そのため、水資源に乏しい都市部等であっても、水力発電システム1が発電を行うことができる。
【0043】
また、チャンバ2に真空領域Vが形成されるため、チャンバ2内の水Wの水面に大気圧が作用しない。そのため、チャンバ2から配管3に供給される水Wの量が大気圧の影響を受け難くなり、天気の変化による大気圧変動で発電量が変動するのを抑制することができる。
【0044】
なお、寒冷地に水力発電システム1を構築する場合は、建物30の外壁として断熱材を使用するのが好ましい。また、各配管3~7の周囲に断熱材を巻いてもよい。これにより、水Wが凍結して各フランシスタービン11~13とペルトンタービン14が発電できなくなる事態を回避できる。
【0045】
<変形例>
図2は、変形例に係る水力発電システム1の構成図である。この変形例では、図1におけるチャンバ2と揚水配管8とを省く。そして、水力発電システム1の全体を海に沈め、配管3の給水口3aが海面Sよりも低くなるようにする。これにより、発電用の水Wとして海水を給水口3aから取り込むことができる。そして、各フランシスタービン11~13とペルトンタービン14の各々が海水で発電するようになり、海水を有効活用することができる。なお、発電で使用した海水はプール15に溜められた後、ポンプ16の排水口16aから海中に放出される。
【符号の説明】
【0046】
1…水力発電システム、2…チャンバ、3~7…配管、3a、4a、5a、6a…給水口、3b、4b、5b、6b…排水口、7a…分岐配管、8…揚水配管、11~13…フランシスタービン、14…ペルトンタービン、14a…羽根車、14c…シャフト、14d…発電機、15…プール、16…ポンプ、16a…排水口、20~23…床、30…建物
図1
図2
【手続補正書】
【提出日】2024-01-30
【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】
第1の給水口と、前記第1の給水口よりも低い高さにある第1の排水口とを備えた第1の配管と、
前記第1の排水口から排出された水で発電を行う第1のフランシスタービンと、
前記第1のフランシスタービンから排出された水が供給される第2の給水口と、前記第2の給水口よりも低い高さにある第2の排水口とを備え、前記第1の配管よりも管径が大きい第2の配管と、
前記第2の排水口から排出された水で発電を行うペルトンタービンと、
を有する水力発電システム。
【請求項2】
請求項1に記載の水力発電システムであって、
前記第2の排水口から排出された水を分岐する複数の分岐配管を更に有し、
前記ペルトンタービンは、前記複数の分岐配管の各々から排出された水を受ける複数の同軸の羽根車を有する、
水力発電システム。
【請求項3】
請求項2に記載の水力発電システムであって、
前記複数の分岐配管の各々は、分岐前と比べて管径が小さい、
水力発電システム。
【請求項4】
請求項1に記載の水力発電システムであって、
前記ペルトンタービンから排出された水を貯めるプールと、
前記第1の給水口に接続され、かつ前記第1の給水口よりも高い位置にあるチャンバと、
前記プールと前記チャンバとを接続する揚水配管と、
前記プールの水を前記揚水配管を介して前記チャンバに汲み上げるポンプと、
を更に有する水力発電システム。
【請求項5】
請求項4に記載の水力発電システムであって、
前記チャンバの内部は、水と、当該水の上方に広がる真空領域とからなる、
水力発電システム。
【請求項6】
請求項1に記載の水力発電システムであって、
前記第1の給水口は海面よりも低い位置にあり、前記第1の給水口から前記水として海水が供給される、
水力発電システム。
【請求項7】
請求項1に記載の水力発電システムであって、
前記第2の排水口から排出された水で発電を行う第2のフランシスタービンと、
前記第2のフランシスタービンから排出された水が供給される第3の給水口と、前記第3の給水口よりも低い高さにある第3の排水口とを備え、前記第2の配管よりも管径が大きい第3の配管とを更に有し、
前記ペルトンタービンは、前記第3の排水口から排出された水で発電を行う、
水力発電システム。
【請求項8】
請求項に記載の水力発電システムであって、
前記チャンバは、第1の床の上に設置されており、
前記第1のフランシスタービンは、前記第1の床よりも下の階の第2の床に設置されており、
前記第1の配管は、前記第1の床から前記第2の床に向かって延びる、
水力発電システム。