特開 2024-74204 多段式海水発電システム

(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】P2024074204

(43)【公開日】2024-05-30

(54)【発明の名称】多段式海水発電システム

(51)【国際特許分類】

   F03B 13/22 20060101AFI20240523BHJP

【ＦＩ】

F03B13/22

【審査請求】有

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022185343

(22)【出願日】2022-11-19

(71)【出願人】

【識別番号】519038699

【氏名又は名称】陳 純輝

(74)【代理人】

【識別番号】100143720

【弁理士】

【氏名又は名称】米田 耕一郎

(72)【発明者】

【氏名】陳純輝

【テーマコード（参考）】

3H074

【Ｆターム（参考）】

3H074AA03

3H074AA12

3H074BB09

3H074BB10

3H074CC12

(57)【要約】

【課題】人工の大型ダムに頼る必要がなく、海洋から水が供給される、多段式海水発電システムの提供。
【解決手段】本発明の多段式海水発電システムは、ラッパ型の引水路と、複数の水力発電ユニットと、複数の水車と、複数の浅皿型ウォームと、各浅皿型ウォームに連接された複数のモーターを含み、各水車が各浅皿型ウォームと連動し、各モーターが各水力発電ユニットに電気的に接続され、引水路が進入した海水を加速させ、海水の衝撃を利用して水車、各浅皿型ウォーム及び多段式の各水力発電ユニットを動作させ、各水力発電ユニットが生成する電力が各モーターを駆動し、かつ公共グリッドに出力され、各モーターと各水車が共同で各浅皿型ウォームを駆動して海水を排出させる。
【選択図】図1

【特許請求の範囲】

【請求項1】

多段式海水発電システムであって、引水路と、第1入水路と、第1水力発電モジュールと、第2水力発電モジュールと、複数の第1出水路と、発電機構と、を含み、
前記引水路が、ラッパ状を呈し、幅広端と狭窄端を備え、前記幅広端が海洋側に向き、前記幅広端が前記狭窄端より高く、前記狭窄端に堤外水力発電ユニットが設置され、
前記第1入水路が、第1入水端と、第1出水端を備え、前記第1入水端が前記狭窄端に結合され、前記第1入水端が所定の角度で下向きに傾斜し、前記第1出水端まで延伸され、前記第1入水端と前記第1出水端の間に複数の第1水車が間を隔てて設置され、
前記第1水力発電モジュールが、第1水力入水端と、第1水力発電ユニットと、第1水力出水端を備え、前記第1水力入水端が前記第1出水端に結合され、
前記第2水力発電モジュールが、第2水力入水端と、第2水力発電ユニットと、第2水力出水端を備え、前記第2水力入水端が前記第1水力出水端に結合され、
前記複数の第1出水路が、前記第1入水路の両側に位置し、各前記第1出水路が、連接セクションと、複数の第1上昇セクションと、複数の第1下降セクションと、第2下降セクションをそれぞれ含み、各前記第1下降セクションが各前記第1上昇セクションの間に設置され、組立てにより上に向かって延伸された階段構造を構成し、前記連接セクションの一端が前記第2水力出水端に結合され、前記連接セクションの他端が1つ目の前記第1上昇セクションに結合され、最後の前記第1上昇セクションの他端が前記第2下降セクションに結合され、前記第2下降セクションが海水を流出させるために用いる出水口を備え、各前記第1上昇セクションに浅皿状ウォームがそれぞれ設置され、各前記第1水車の両端がそれぞれ駆動軸により各前記皿状ウォームと連接され、かつ各前記浅皿状ウォームがそれぞれモーターと連接され、各前記モーターが前記堤外水力発電ユニット、前記第1水力発電ユニット、前記第2水力発電ユニットと電気的に接続され、同時に海水が各前記第1水車にぶつかることで生成される動力と各前記モーターが共同で各前記浅皿状ウォームを駆動して海水を排出させ、
前記発電機構が地下に位置し、前記発電機構に、前記第1入水路と、前記第1水力発電モジュールと、前記第2水力発電モジュールと、各前記第1出水路が収容される、ことを特徴とする、多段式海水発電システム。

【請求項2】

前記幅広端が引き潮線に設けられ、各前記出水口が満ち潮線に設けられたことを特徴とする、請求項1に記載の多段式海水発電システム。

【請求項3】

各前記第1水車と前記第1入水路の間に間隙が設けられたことを特徴とする、請求項1に記載の多段式海水発電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力装置に関し、特に、海岸に設置され、海洋でダムを置換する多段式海水発電システムに関する。

【背景技術】

【0002】

化石燃料の供給危機を経て、現在のエネルギー開発のトレンドは、再生可能エネルギーへの移行が進んでいる。水力、太陽光、風力などの再生可能エネルギーの中で、水力は最も安定していて応用しやすいが、最近は極端な気象が頻発しており、河川が乾季になると発電できない状況が発生する。一方で、海は無限に広がる水源でありながら、発電のために利用されることはほとんどない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明の主な目的は、人工の大型ダムに頼る必要がなく、海洋から水が供給される、多段式海水発電システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0004】

以下本発明について説明する。請求項1に記載する多段式海水発電システムは、引水路と、第1入水路と、第1水力発電モジュールと、第2水力発電モジュールと、複数の第1出水路と、発電機構と、を含み、当該引水路がラッパ状を呈し、幅広端と狭窄端を備え、当該幅広端が海洋側に向き、当該幅広端が当該狭窄端より高く、当該狭窄端に堤外水力発電ユニットが設置され、当該第1入水路が、第1入水端と第1出水端を備え、当該第1入水端が当該狭窄端に結合され、当該第1入水端が所定の角度で下向きに傾斜し、当該第1出水端まで延伸され、当該第1入水端と当該第1出水端の間に複数の第1水車が間を隔てて設置され、当該第1水力発電モジュールが、第1水力入水端と、第1水力発電ユニットと、第1水力出水端を備え、当該第1水力入水端が当該第1出水端に結合され、当該第2水力発電モジュールが、第2水力入水端と、第2水力発電ユニットと、第2水力出水端を備え、当該第2水力入水端が当該第1水力出水端に結合され、
当該複数の第1出水路が、当該第1入水路の両側に位置し、各当該第1出水路が、連接セクションと、複数の第1上昇セクションと、複数の第1下降セクションと、第2下降セクションをそれぞれ含み、各当該第1下降セクションが各当該第1上昇セクションの間に設置され、組立てにより上に向かって延伸された階段構造を構成し、当該連接セクションの一端が当該第2水力出水端に結合され、当該連接セクションの他端が1つ目の当該第1上昇セクションに結合され、最後の当該第1上昇セクションの他端が当該第2下降セクションに結合され、当該第2下降セクションが海水を流出させるために用いる出水口を備え、各当該第1上昇セクションに浅皿状ウォームがそれぞれ設置され、各当該第1水車の両端がそれぞれ駆動軸により各当該浅皿状ウォームと連接され、かつ各当該浅皿状ウォームがそれぞれモーターと連接され、各当該モーターがそれぞれ堤外水力発電ユニット、第1水力発電ユニット、第2水力発電ユニットと電気的に接続され、同時に海水が各当該第1水車にぶつかることで生成される動力と各モーターが共同で各浅皿状ウォームを駆動し、海水を排出させ、当該発電機構が地下に位置し、当該発電機構に、当該第1入水路と、当該第1水力発電モジュールと、当該第2水力発電モジュールと、各当該第1出水路が収容される。

【0005】

請求項2に記載する多段式海水発電システムは、請求項1における幅広端が引き潮線に設けられ、各前記出水口が満ち潮線に設けられる。

【0006】

請求項3に記載する多段式海水発電システムは、請求項1における各前記第1水車と前記第1入水路の間に間隙が設けられる。

【発明の効果】

【0007】

本発明は、堤外水力発電ユニットと、第1水力発電ユニットと、第2水力発電ユニットにより、多段式の水力発電を達成し、各連接セクション中の海水が押圧により自然に各第1上昇セクションに噴き上げられ、各第1水車と各モーターで浅皿型ウォームを駆動し、海水を排出させる。本発明で採用した浅皿型ウォームの受水面は浅い皿状であり、つまり、受水面がやや内側に凹陥しており、直線ではなく、一般的なウォームよりも円滑に海水を動かすことができる。

【0008】

引水路の幅広端にはフィルターを設置し、海洋中の異物が本発明に進入しないようにしてもよい。引水路には入水ゲートを設置し、本発明のシステムの点検やメンテナンスを行う際に引水路を閉鎖できるようにしてもよい。当該入水ゲートは、当該堤外水力発電ユニットと海洋の間に設置することができる。

【0009】

本発明において、各当該第1水車と当該第1入水路の間には間隙を有してもよく、当該間隙により当該第1入水路中の一部の海水を各第1水車に当てることなく直接通過させ、一定の海水の衝撃力を保持させることができる。本発明において、各当該第1下降セクションの下降の垂直高さは各当該第1上昇セクションの上昇の垂直高さより小さくてもよい。

【0010】

当該堤外水力発電ユニット及び当該第2水力発電ユニットは、横軸式水車発電機とし、当該第1水力発電ユニットは縦軸式水車発電機としてもよく、異なる水頭高さに対応することができる。

【0011】

本発明において、当該引水路の幅広端は引き潮線に設け、海水を絶え間なく本発明のシステムに進入させることができ、かつ海水が幅広端から狭窄端に流れることで、海水の流速を加速させることができる。各出水口は満ち潮線に設けてもよい。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の概略図である。

【図2】本発明の浅皿状ウォームの立体図である。

【図3】本発明の第1水車の概略図である。

【図4】本発明の構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

図1から図4に本発明の実施態様を示す。これらの図に示すように、本発明の多段式海水発電システムは、引水路1と、第1入水路2と、第1水力発電モジュール3と、第2水力発電モジュール4と、複数の第1出水路5と、発電機構Aと、を含む。当該引水路1は、ラッパ状を呈し、幅広端11と狭窄端12を備え、当該幅広端11が海洋C側に向き、当該幅広端11が当該狭窄端12より高く、当該狭窄端12に堤外水力発電ユニット13が設置される。本実施例において、当該引水路1の当該幅広端11にはフィルター14が設置され、海洋C中の異物が本発明に進入しないようにする。当該引水路11はさらに入水ゲート15が設置され、本発明のシステムの点検やメンテナンスを行う際に引水路1を閉鎖でき、当該入水ゲート15は、当該堤外水力発電ユニット13と海洋Cの間に設置される。

【0014】

当該第1入水路2は、第1入水端21と、第1出水端22を備え、当該第1入水端21が当該狭窄端12に結合され、当該第1入水端21が所定の角度で下向きに傾斜し、当該第1出水端22まで延伸され、当該第1入水端21と当該第1出水端22の間に複数の第1水車23が間を隔てて設置される。当該第1水力発電モジュール3は、第1水力入水端31と、第1水力発電ユニット32と、第1水力出水端33を備え、当該第1水力入水端31が当該第1出水端22に結合される。当該第2水力発電モジュール4は、第2水力入水端41と、第2水力発電ユニット42と、第2水力出水端43を備え、当該第2水力入水端41が当該第1水力出水端33に結合される。

【0015】

当該複数の第1出水路5は、当該第1入水路2の両側に位置し、各当該第1出水路5が、連接セクション51と、複数の第1上昇セクション52と、複数の第1下降セクション57と、第2下降セクション53をそれぞれ含み、各当該第1下降セクション57が各当該第1上昇セクション52の間に設置され、組立てにより上に向かって延伸された階段構造を構成し、当該連接セクション51の一端が当該第2水力出水端43に結合され、当該連接セクション51の他端が1つ目の当該第1上昇セクション52に結合され、最後の当該第1上昇セクション52の他端が当該第2下降セクション53に結合され、当該第2下降セクション53が、海水を流出させるために用いる出水口54を備え、各当該第1上昇セクション52に浅皿状ウォーム55がそれぞれ設置され、各当該第1水車23の両端がそれぞれ駆動軸24により各当該浅皿状ウォーム55と連接され、各駆動軸24は各浅皿状ウォーム55の上端または下端に連接することができ、かつ各浅皿状ウォーム55がそれぞれモーター56と連接され、各当該モーター56がそれぞれ当該堤外水力発電ユニット13、当該第1水力発電ユニット32、当該第2水力発電ユニット42と電気的に接続され、同時に海水が各当該第1水車23にぶつかることで生成される動力と各モーター56が共同で各浅皿状ウォーム55を駆動し、海水を排出させる。当該発電機構Aは地下に位置し、当該発電機構Aに、当該第1入水路2と、当該第1水力発電モジュール3と、当該第2水力発電モジュール4と、各当該第1出水路5が収容される。

【0016】

図1において、堤防Dと引水路1の部分(引水路、堤防D、出水口54を含む)は俯瞰で描かれており、発電機構Aの部分(第1入水路2、第1水力発電モジュール3、第2水力発電モジュール4、各第1出水路5、公共グリッド設備Bを含む)は側面から描かれている点に注意する。

【0017】

本実施例において、第1下降セクション57は2つの第1上昇セクション52の間に設けられているため、第1下降セクション57の数量は第1上昇セクション52の数量より少ない。本発明において、各第1下降セクション57が下降する垂直高さは各第1上昇セクション52が上昇する垂直高さより小さくてもよい。本実施例において、各連接セクション51中の海水が押圧により自然に各第1上昇セクション52に噴き上げられる。

【0018】

本実施例において、堤外水力発電ユニット13、第1水力発電ユニット32、第2水力発電ユニット42は、本発明のシステムが生成する電力を制御する公共グリッド設備Bに連接される。本実施例において、発電機構Aは海岸の堤防Dの内側に設置される。図2から分かるように、本発明で採用した浅皿型ウォーム55の受水面551は浅い皿状であり、つまり、受水面551がやや内側に凹陥しており、直線ではなく、一般的なウォームよりも円滑に海水を動かすことができる。

【0019】

本発明において、各第1水車23と第1入水路2の管壁の間には間隙25があってもよく、当該間隙25により当該第1入水路2中の一部の海水を各当該第1水車23に当てることなく直接通過させ(第1水車23を押すために用いられない)、第1水力発電ユニット32及び第2水力発電ユニット42に対する一定の海水の衝撃力を保持させることができる。各第1水車23は、それぞれ図3に示すように横軸式水車としてもよく、各第1水車23の回転軸の両端がそれぞれ各駆動軸24に機械的に連接される。例えば、角度が異なる歯車を使用して、各第1水車23が回動時に発生する力を、角度を変えて各駆動軸24に伝達し、各駆動軸24が各浅皿型ウォーム55に機械的に連接され、各第1水車23の回動とモーター56が共同で各浅皿型ウォーム55を回転させ、海水を排出させる。

【0020】

図4から分かるように、本発明は堤外水力発電ユニット13、第1水力発電ユニット32、第2水力発電ユニット42により多段式の水力発電を達成し、かつ各第1水車23と各モーター56で各浅皿状ウォーム55を駆動して海水を出水口54から排出することができる。

【0021】

本実施例において、堤外水力発電ユニット13及び第2水力発電ユニット42は横軸式水車発電機、第1水力発電ユニット32は縦軸式水車発電機であり、異なる水頭高さに対応することができる。堤外水力発電ユニット13、第1水力発電ユニット32、第2水力発電ユニット42に用いる水車は、ペルトン水車、フランシス水車またはカプラン水車としてもよい。

【0022】

本発明において、当該引水路1の幅広端11は引き潮線の高さに設け、海水を終日絶え間なく本発明のシステムに進入させることができ、海水が当該幅広端11から当該狭窄端12に流れることで、海水の流速を加速させることができる(海水は引水路1の直径が小さくなるのに伴い加速する)。各出水口54は満ち潮線に設けてもよい。

【符号の説明】

【0023】

1 引水路
11 幅広端
12 狭窄端
13 堤外水力発電ユニット
14 フィルター
15 入水ゲート
2 第1入水路
21 第1入水端
22 第1出水端
23 第1水車
24 駆動軸
25 間隙
3 第1水力発電モジュール
31 第1水力入水端
32 第1水力発電ユニット
33 第1水力出水端
4 第2水力発電モジュール
41 第2水力入水端
42 第2水力発電ユニット
43 第2水力出水端
5 第1出水路
51 連接セクション
52 第1上昇セクション
53 第2下降セクション
54 出水口
55 浅皿型ウォーム
551 受水面
56 モーター
57 第1下降セクション
A 発電機構
B 公共グリッド設備
C 海洋
D 堤防

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】