▶ ノスメク グリーン ソリューションズ，インコーポレイティッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-12-08
(45)【発行日】2022-12-16
(54)【発明の名称】高機能の重力モーメント水力発電システム
(51)【国際特許分類】
F03B 17/02 20060101AFI20221209BHJP
F03B 13/08 20060101ALI20221209BHJP
【ＦＩ】
F03B17/02
F03B13/08
【請求項の数】
19
(21)【出願番号】P 2021538118
(86)(22)【出願日】2019-12-26
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-03-03
(86)【国際出願番号】 US2019068553
(87)【国際公開番号】W WO2020139929
(87)【国際公開日】2020-07-02
【審査請求日】2021-07-30
(31)【優先権主張番号】62/786,115
(32)【優先日】2018-12-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】521281900
【氏名又は名称】ノスメク グリーン ソリューションズ，インコーポレイティッド
(74)【代理人】
【識別番号】110002572
【氏名又は名称】弁理士法人平木国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】エカネム，シースーク オスマンド
【審査官】所村 陽一
(56)【参考文献】
【文献】独国特許出願公開第１０２０１２０１５４２１（ＤＥ，Ａ１）
【文献】特開２００２－２９５３５６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ０３Ｂ １７／０２
Ｆ０３Ｂ １３／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
水を含むハウジングと、前記ハウジング内に位置決めされ、ある量の前記水を押し出すために、前記水ハウジング内に含まれる前記水の中で移動可能で、少なくとも１つのバラストと、加重部分と、空気注入式ブラダーとを具備し、部分的に、重力及び浮力により移動可能である、コンバーチブル型ピストンと、
第１の量の電力を生成するために、前記コンバーチブル型ピストンにより押し出されたある量の押出水を受けるための第１の発電段階と、
前記第１の発電段階と流体連結し、第２の量の電力を生成するために、前記第１の発電段階により出力された水を受ける、第２の発電段階と、
前記第１及び第２の発電段階と流体連結し、第３の量の電力を生成するために、前記第１及び第２の発電段階により出力された水を受ける、第３の発電段階と、を具備する、発電システム。
【請求項2】
前記第１の発電段階は、フランシスタービンを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記第２の発電段階は、カプランタービンポンプを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項4】
前記第３の発電段階は、少なくとも１つのモーメントパワーホイール発電機を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項5】
前記コンバーチブル型ピストンの前記少なくとも１つのバラストは、選択的に水を前記バラストの内部に送る又はそれから外にポンプ輸送されるための、選択的に制御可能なバルブを具備する、請求項１に記載のシステム。
【請求項6】
前記少なくとも１つのバラストは、浮力を前記コンバーチブル型ピストンに加えるための、大気と連通する通気孔をさらに具備する、請求項５に記載のシステム。
【請求項7】
前記空気注入式ブラダーは、重力により、前記ハウジング内の前記コンバーチブル型ピストンの下方移動を制御するように膨張される、請求項１に記載のシステム。
【請求項8】
水を前記第３の発電段階から、前記水が前記コンバーチブル型ピストンに再導入される前に受け、渦流発電機を含む、第４の発電段階をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項9】
水を前記第４の発電段階から、前記水が前記コンバーチブル型ピストンに再導入される前に受け、別のカプランタービン発電機を含む、第５の発電段階をさらに含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項10】
水を前記第５の発電段階から、前記水が前記コンバーチブル型ピストンに再導入される前に受け、第２のモーメントパワーホイール発電機を含む、第６の発電段階をさらに含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項11】
発電の方法であって、ハウジング内に配置された水を押し出すために、前記ハウジング内で垂直方向に、重力により下方に、浮力により上方に、少なくとも１つのバラストと、加重部分と、空気注入式ブラダーとを具備するコンバーチブル型ピストンを移動すること、
前記押出水により、第１の段階で発電すること、
第２の段階で追加の電力を生成するために、前記水を前記第１の段階から前記第２の段階まで出力すること、
第３の段階で追加の電力を生成するために、前記水を前記第２の段階から前記第３の段階まで出力すること、及び
前記水を、前記第３の段階から前記ハウジング内の前記コンバーチブル型ピストンに向けて、再度出力すること、を含む、方法。
【請求項12】
前記水を、前記コンバーチブル型ピストンに向けて出力する前に、第４、第５、及び第６の段階の各々で追加の電力を生成するために、前記水を、前記第４、第５、及び第６の段階を通過させること、をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
前記第１の段階は、フランシスタービン発電機を含み、前記第２及び第５の段階は、カプランタービン発電機を含み、
前記第３及び第６の段階は、モーメントパワーホイール発電機を含み、
前記第４の段階は、渦流発電機を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
前記コンバーチブル型ピストンを、重力により下方に移動させるステップは、前記コンバーチブル型ピストンの前記少なくとも１つのバラストに対し少なくとも１つの入口を、水を前記少なくとも１つのバラストに送り、前記コンバーチブル型ピストンの重量を増加するために開けること、を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項15】
前記コンバーチブル型ピストンを、浮力により上方に移動させるステップは、前記コンバーチブル型ピストンの浮力を増加するために、前記少なくとも１つのバラスト内の前記水を外にポンプ輸送すること、及び前記水を空気で置き換えること、を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項16】
重力に基づく、モーメント水力発電システムであって、水を含む垂直ハウジングと、
前記ハウジング内で、一般的に垂直方向に移動可能で、少なくとも１つのバラストと、加重部分と、空気注入式ブラダーとを具備するコンバーチブル型ピストンと、
前記ハウジングと流体連結し、
第１の段階の発電機と、
第２の段階の発電機と、
第３の段階の発電機と、を具備する、発電系統と、を含み、
前記発電系統の前記発電機の各々は、互いに流体連結し、
前記コンバーチブル型ピストンは、前記ハウジング内の前記水を押し出すために、部分的に、重力により下方に移動し、前記押出水は、前記コンバーチブル型ピストンに向かって戻る前に、該発電サイクルを通過して移動する、モーメント水力発電システム。
【請求項17】
前記発電系統は、第４の段階の発電機と、
第５の段階の発電機と、
第６の段階の発電機と、をさらに含む、請求項１６に記載のシステム。
【請求項18】
前記第１の段階は、フランシスタービン発電機を含み、前記第２及び第５の段階は、カプランタービン発電機を含み、
前記第３及び第６の段階は、モーメントパワーホイール発電機を含み、
前記第４の段階は、渦流発電機を含む、請求項１７に記載のシステム。
【請求項19】
前記コンバーチブル型ピストンは、前記コンバーチブル型ピストンの中央ドアが、閉じられる間、前記コンバーチブル型ピストンの前記少なくとも１つのバラストに対し少なくとも１つの入口を、水を前記少なくとも１つのバラストに送り、前記コンバーチブル型ピストンの重量を増加するために開けることで、重力により下方に移動し、前記ブラダーは膨張され、それによって、前記コンバーチブル型ピストンの下の水に圧力が作用する、請求項１６に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年１２月２８日出願の米国仮特許出願第６２／７８６，１１５号に対する、米国特許法第１１９条規定の優先権を主張する。本仮特許出願は、制限を設けることなく、明細書、特許請求の範囲、及び要約書、並びにそれらの任意の図、表、付録、又は図面を含むその全体を、参照により本明細書に組み込む。
本出願は、２０１８年１２月２８日出願の米国仮特許出願第６２／７８６，１１５号に対する、米国特許法第１１９条規定の優先権を主張する。本仮特許出願は、制限を設けることなく、明細書、特許請求の範囲、及び要約書、並びにそれらの任意の図、表、付録、又は図面を含むその全体を、参照により本明細書に組み込む。
【0002】
本発明は、一般的に、エネルギー生成、エネルギー変換、エネルギー貯蔵に関し、特に、重力、浮力、材料科学、モーメント及びてこの原理の効果的使用に基づいた電気エネルギー生成に関する。
【背景技術】
【0003】
世界人口が増加し、技術の進歩が続く中で、動力装置の利用も拡大している。この状況は、発電手法、システム等により要求される電力の指数関数的な増大が背景にあり、主要な発電や送電網にアクセスしにくい町村部では、悪化し得る。さらに、ほとんどの発電手法とシステムに関連する課題が存在する。いくつかの例を、以下に記載する。
【0004】
化石燃料発電所：この発電所は、石炭、天然ガス、石油及びその誘導体を燃焼して発電する、すべての発電所を含む。化石燃料は、有限、再生不能で、燃焼すると、研究が示すように、地球温暖化を生じて、その結果、悪影響のある気候変動をもたらす、二酸化炭素等の温室効果ガスが発生する。さらに、化石燃料を燃焼させることで、酸化窒素、硫化窒素、揮発性有機化合物、及び重金属等の他の大気汚染物質が生じる。化石燃料はまた、廃熱を生じ、地球の大気をさらに温め悪影響をもたらす。
【0005】
原子力発電所：この発電所は、ほとんどがウランやプルトニウムの原子核分裂、原子核崩壊又は核融合に関与し、熱生成により水を蒸気に変換して、タービンを駆動させて発電する。原子力発電所はまた、大量の廃熱を生じて、地球の大気を温めて悪影響を及ぼし、システムを冷却するため十分ではない淡水を大量に必要とする。安全性や燃料及び放射性廃棄物に関連する生命への放射線障害の問題により、原子力発電に対して嫌悪感を抱くようになった。それ以上の問題として、核兵器につながる核拡散が地球規模の懸念となって、原発容認の声も小さくしている。
【0006】
太陽光発電：この発電は、光電池（ＰＶ）を使用して、太陽光を電気エネルギーに直接変換する。さらに、集光型太陽熱発電（ＣＳＰ）により、レンズ、鏡、及び追跡システムを使用して、大面積の太陽光を小さい光線に焦点を合わせて水を加熱し、発電用タービンを回す蒸気に変換する。光電池は、高価で、天気に左右され、高価な蓄電システム、とりわけ、１キロワット当たり非常に大きなスペースを必要とする。
【0007】
風力発電：この発電は、発電機に取り付けられた特別設計のブレードを使用して、風力エネルギーを得て、電気に変換する。風力発電は、天気（風速や吹送時間）に依存するため、発電は断続的で、高価な蓄電システムや設置場所の制限、及び１キロワット当たり非常に広大な土地面積を要する。
【0008】
地熱発電：地熱エネルギーは、地球が元来持つ内部エネルギーで、地核内の物質の原子核崩壊による貯蔵エネルギーである。この発電は、地核からのこの熱エネルギーの探査と採取に関り、水を発電用蒸気に加熱し、又は地核まで採掘し、溶岩と水を地表までポンプ輸送することで、送熱する。しかしながら、この溶岩は、特に、二酸化炭素、硫化水素、メタン及びアンモニア等の混合気体を放出し、酸性雨や地球温暖化を生じる結果、気候変動をもたらす。地熱発電所は、建設が高価で、設置場所は構造プレート近くに限定される。
【0009】
潮力発電：この発電は、特別設計のタービンを使用して、海洋潮汐から利用される電力である。潮力発電は、適合性が、潮汐流、潮の上昇、生態系の脆弱性及び天気への曝露で決まるため、設置に制限がある。潮力発電は、非常に高い初期費用を有する。潮力発電は、一般的に、水生生物に有害である。
【0010】
水力発電：この発電は、特殊なタービンを使用して、重力により流水から生成される電力である。水力発電は、高価なダムを要し、水生生物と自然の生態系に悪影響を及ぼし得る。タービンを駆動するために適切な水頭を形成する、地質上十分な勾配が必須なため、設置場所に制限がある。河川等の流水源も不可欠である。ポンプ輸送による水力発電システムは、貯水池に水を再度ポンプ輸送して、発電を継続するための外部電源を要する。この発電は、莫大な初期資本支出を考慮すれば、利益率を狭め、投資家には魅力的でない、非常に高コストで提供される。
【0011】
このため、気候変動に対応する、重大で時宜を得た緊急の必要性があり、排出量を削減又はゼロにする、より環境に優しく費用対効果の高い発電源と、１キロワット当たりの最小面積での資源消費量とを提供することで、１日２４時間、週７日、及び年３６５日の産業及び民生両方の電力需要をまかなう、地球大気の大幅な脱炭素への一助となっている。
【発明の概要】
【0012】
したがって、当業技術の瑕疵を改良又は克服することは、開示された本発明の任意の態様の主な目的、特徴、及び／又は利点である。
【0013】
また、独立した発電システムを提供することは、その上さらなる目的、特徴、及び／又は利点である。
【0014】
また、いかなる時でも断続的に利用可能ではなく、安定した電力を連続的に提供することは、その上さらなる目的、特徴、及び／又は利点である。
【0015】
すべての種類の負荷に適切な電力品質を提供し、負荷サージに耐えられることは、その上さらなる目的、特徴、及び／又は利点である。
【0016】
分散型発電を提供し、それによって、長距離送電によりエネルギー損失を確実に抑えることは、その上さらなる目的、特徴、及び／又は利点である。
【0017】
融通の利く設置場所の決定、低資本コスト、早期の建設及び試運転、最適な水循環、及び早期の投資リターンを提供することは、その上さらなる目的、特徴、及び／又は利点である。
【0018】
本発明の以前の目的、特徴、及び／又は利点は、以下の態様及び／又は実施形態に加えて、包括的でなく、全体の開示を限定するものではない。各々かつすべての目的、特徴、又は利点の提供が必要な単一の実施形態は、存在しない。本明細書で開示の任意の目的、特徴、利点、態様、及び／又は実施形態は、全体又は部分のいずれかで、互いに組み込み可能である。
【0019】
本開示のいくつかの態様によれば、発電システムは、水をハウジングの外に発電機まで制御する導水路を備えた、水を含むハウジングと、ハウジング内に位置決めされ、ある量の水を押し出すために、水ハウジング内に含まれる水内で移動可能で、部分的に、重力により移動可能である、コンバーチブル型ピストンと、を具備し、導水路は、発電用に部分又は全部が開でなければならない。
【0020】
本開示のいくつかの態様によれば、第１の発電段階は、第１の量の電力を生成するために、コンバーチブル型ピストンにより押し出されたある量の押出水を受けて、第２の発電段階は、第１の発電段階と流体連結し、第２の量の電力を生成するために、第１の発電段階により出力された水を受けて、第３の発電段階は、第１及び第２の発電段階と流体連結し、第３の量の電力を生成するために、第１及び第２の発電段階により出力された水を受ける。
【0021】
いくつかの追加の本開示の態様によれば、第１の発電段階は、フランシスタービンを含む。
【0022】
本開示の少なくともいくつかの態様によれば、第２の発電段階は、配列されたカプランタービンポンプを含む。
【0023】
本開示の少なくともいくつかの態様によれば、第３の発電段階は、少なくとも１つの専有設計されたモーメントパワーホイール発電機を含む。
【0024】
本開示の少なくともいくつかの態様によれば、コンバーチブル型ピストンは、少なくとも１つのバラストと、加重部分と、空気注入式ブラダーと、を具備する。
【0025】
本開示の少なくともいくつかの態様によれば、コンバーチブル型ピストンの少なくとも１つのバラストは、選択的に水をバラストの内部に送る又はそれから外にポンプ輸送されるための、選択的に制御可能なバルブを具備する。
【0026】
本開示の少なくともいくつかの態様によれば、少なくとも１つのバラストは、バラスト内の水が外にポンプ輸送される際に、浮力をコンバーチブル型ピストンに加えるための、大気と連通する通気孔をさらに具備する。
【0027】
本開示の少なくともいくつかの態様によれば、空気注入式ブラダーは、エアコンプレッサと、重力により、ハウジング内のコンバーチブル型ピストンの下方移動を制御するためにエアコンプレッサを膨張させる圧縮空気タンク装置とを備えている。空気注入式ブラダーは、浮力により、コンバーチブル型ピストンの上方移動を制御するために収縮される。
【0028】
本開示の少なくともいくつかの態様によれば、システムはまた、水を第３の発電段階から、水がコンバーチブル型ピストンとハウジング装置に再導入される前に受け、渦流発電機を含む、第４の発電段階を含む。
【0029】
本開示の少なくともいくつかの態様によれば、システムはまた、水を第４の発電段階から、水がコンバーチブル型ピストンとハウジング装置に再導される前に受け、少なくとも別のカプランタービン発電機を含む、第５の発電段階を含む。
【0030】
本開示の少なくともいくつかの態様によれば、システムはまた、水を第５の発電段階から、水がコンバーチブル型ピストンとハウジング装置に再導入される前に受け、少なくとも第２の専有設計のモーメントパワーホイール発電機を含む、第６の発電段階を含む。
【0031】
本開示のいくつかの態様によれば、発電の方法は、ハウジング内に配置された水を押し出すために、ハウジング内で垂直方向に、重力により下方に、浮力により上方に、コンバーチブル型ピストンを移動すること、押出水により、第１の段階で発電すること、第２の段階で追加の電力を生成するために、水を第１の段階から第２の段階まで出力すること、第３の段階で追加の電力を生成するために、水を第２の段階から第３の段階まで出力すること、及び水を、第３の段階からハウジング内のコンバーチブル型ピストンに向けて、再度出力すること、を含む。
【0032】
本開示の少なくともいくつかの態様によれば、該方法はまた、コンバーチブル型ピストンとハウジング装置に向けて水を出力する前に、第４、第５、及び第６の段階の各々で追加の出力を生成するために、水を、第４、第５、及び第６の段階を通過させること、を含む。
【0033】
本開示の少なくともいくつかの態様によれば、第１の段階は、少なくともフランシスタービン発電機を含み、第２及び第５の段階は、カプランタービン発電機を含み、第３及び第６の段階は、モーメントパワーホイール発電機を含み、第４の段階は、渦流発電機を含む。
【0034】
本開示の少なくともいくつかの態様によれば、コンバーチブル型ピストンを、重力により下方に移動させるステップは、空気を、バラスト孔を通過して大気まで放出する間、コンバーチブル型ピストンの少なくとも１つのバラストに対し少なくとも１つの入口を、水を少なくとも１つのバラストに送り、コンバーチブル型ピストンの重量を増加するために開けること、を含む。
【0035】
本開示の少なくともいくつかの態様によれば、コンバーチブル型ピストンを、浮力により上方に移動させるステップは、コンバーチブル型ピストンの浮力を増加するために、少なくとも１つのバラスト内の水を外にポンプ輸送すること、及び水をバラスト孔から自然発生する空気で置き換えること、を含む。
【0036】
本開示のいくつかの態様によれば、重力に基づく、モーメント水力発電システムは、水を含む垂直ハウジングと、ハウジング内で、一般的に、垂直方向に移動可能な、コンバーチブル型ピストンと、ハウジングと流体連結し、第１の段階の発電機と、第２の段階の発電機と、第３の段階の発電機と、を具備する、発電系統と、を含み、発電系統の発電機の各々は、互いに流体連結し、コンバーチブル型ピストンは、ハウジング内の水を押し出すために、部分的に、重力により下方に移動し、押出水は、コンバーチブル型ピストンに向かって戻る前に、発電サイクルを通過して移動する。
【0037】
本開示の少なくともいくつかの態様によれば、発電系統は、第４の段階の発電機と、第５の段階の発電機と、第６の段階の発電機と、をさらに含む。
【0038】
本開示の少なくともいくつかの態様によれば、第１の段階は、フランシスタービン発電機を含み、第２及び第５の段階は、カプランタービン発電機を含み、第３及び第６の段階は、モーメントパワーホイール発電機を含み、第４の段階は、渦流発電機を含む。
【0039】
本開示の少なくともいくつかの態様によれば、コンバーチブル型ピストンが下方に移動する場合に発電されることで、独立した中断のない発電（年間３６５日間、週７日間で２４時間）を達成し、ハウジングとコンバーチブル型ピストンの少なくとも２つの別個の装置は、１つのコンバーチブル型ピストンが上方の場合、もう１つのコンバーチブル型ピストンが下方にあるように、設計・同期させなければならない。このため、１つのコンバーチブル型ピストンは、電力を生成して、もう１つのコンバーチブル型ピストンを再生する。
【0040】
本開示の少なくともいくつかの態様によれば、コンバーチブル型ピストンは、空気が、大気に通じる通気孔経由でバラストに自然に充満する間、ブラダーを収縮させて、水をバラストの外にポンプ輸送して、コンバーチブル型ピストンが上方に突進する際に、水が通過するためのコンバーチブル型スチール製のコンバーチブル型ピストンドアを同時に開けることで達成される浮力により上方に移動する。
【0041】
本開示の少なくともいくつかの態様によれば、モーメントパワーホイールは、大半径に作用するように特別設計され、慣性前進力をそのフィンで増幅して、中心に向かってはるかにより有用な仕事をする。
【0042】
これら及び／又は他の目的、特徴、利点、態様、及び／又は実施形態は、下記の図面の簡単かつ詳細な説明の検討後に、当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【0043】
【図1】本発明の態様に係る、発電システムの断面図である。
【図8A】バラストの平面図である。
【図10】本明細書に開示の任意の実施形態に係る、発電プロセスを示す例示的なフローチャートである。
【図11】本明細書に開示の任意の実施形態に係る、エネルギーを生成・貯蔵するための例示的な階層図である。
【図12】本発明の態様に係る、発電システムの別の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0044】
本発明を実施可能ないくつかの実施形態は、詳細に図示・記載され、いくつかの図面にわたって、同一の参照記号は、同一の構成要素を表す。図面は、例示的な目的として提供され、特段の記載がない限り、実際の縮尺通りでない場合があり、このため、図面の特徴の比率は、実際の比率を示すものとして解釈されないものとする。
【0045】
本発明を容易に理解するために、以下の定義及び導入事項を提供する。特に別の規定がない限り、本明細書で使用するすべての技術及び科学用語は、本発明の実施形態が関連する当業者が、一般に理解するものと同一の意味を有する。
【0046】
用語「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、単数及び複数両方の指示物を含む。
【0047】
用語「又は」は、「及び／又は」と同義で、任意の１つの部材又は特定のリストの部材の組み合わせを意味する。
【0048】
本明細書で使用する用語「発明」又は「本発明」は、特定の発明の任意の単一の実施形態を指す意図はないが、明細書及び特許請求の範囲を含むが、これらに限定されない、本明細書の任意の部分に記載されるすべての可能な実施形態を包含する。
【0049】
本明細書で使用する用語「約～」は、任意の定量化可能な変数に関する、わずかな数量変化を意味する。当業者は、不注意による過失が、例えば、典型的な測定手法又は装置を使用して、又は製造、資源、又は構成要素の純度の差異により、生じ得ることを認識するであろう。請求項は、用語「約～」による修正の有無に関わらず、該量の均等物を含む。
【0050】
用語「構成される」は、装置、システム、又は特定の業務を実行又は実行可能、又は特定の構成を採用するような構造である他の構造体について言及する。用語「構成される」は、構造である、配列される、適合される、製造される等の他の同様な言い回しと置き換え可能に使用可能である。
【0051】
順番（例：第１の、第２の等）、位置（例：上部、下部、側部、中間、前部、後部等）、及び／又は配向（例：幅、長さ、深さ、厚さ、垂直、水平等）を特徴づける用語は、提示されている図面により参照される。文脈上別の指示がない限り、これらの用語は、限定的ではない。ある目的又は目的の組み合わせの物理的構成は、本発明の範囲から逸脱することなく、変更可能である。
【0052】
以下の実施形態は、理解される通り、重力に基づいたモーメント水力発電システム１００の様々な態様を示し、さらに、一般的に、発電システム１００として、以下の説明全体にわたって言及され得る。発電システム１００は、本明細書に開示の任意の実施形態からの任意の個々の構成要素又は構成要素の組立品を含み得、任意の構成要素又はその組立品は、本明細書に特定に図示又は記載されない方法で組み合わせ可能であるが、当業者には明らかであり得る。さらに明らかなように、同一の構成要素の置換、構成要素の数、構成要素の位置、又は発電システム１００の他の明らかな変形はまた、本開示の部分としてみなされるものとする。
【0053】
したがって、図１～図９Ｂに示す通り、本開示の態様に係る発電システム１００を示す。開示の通り、発電システム１００は、重力に基づく、モーメント水力発電システムとみなされ得る。特に、該システムは、高機能の重力モーメント水力発電システム１００とみなされ得る。該システム１００は、重力を利用して水等の流体により構成要素を移動させて、水力発電を生成する。公知の通り、水力発電は、流水のエネルギー由来の電力である。しかしながら、理解されるように、本明細書に開示の発電システム１００は、水の自然発生による動きに依存するのではなく、代わりに、水の動きを人工的に作り出す。言い換えれば、一般的によどんでいる又はそれ以外では略静止した水と考え得るものが作用されて、１つ以上のエネルギー生成要素により水を移動する。水は、（制御可能又は制御不能の場合がある）重力により、一般的に垂直に移動可能なコンバーチブル型ピストンにより移動される。コンバーチブル型ピストンが水に対して移動すると、発電システム１００により水の押し出しが生じて発電を生成し、その後、即時利用に送電又は後に利用するように蓄電可能である。このため、水の人工的な移動を生じて水力発電を生成するのは、少なくとも部分的に重力により発生される、コンバーチブル型ピストンの移動である。
【0054】
図１に示す通り、発電システム１００は、壁１６を備えたハウジング１０２を具備する。ハウジング１０２と壁１６は、一般的に、任意の幾何学的形状をとり得、地上、地下、又は部分的に地上・地下に建設可能である。図１に示す通り、ハウジング１０２は、球状の上部分又は遠位部分ｕを備えた一般的に円筒形の基部ｈを具備する。屋根３３は、球状部分ｕの遠位端になるように示され、一般的に、ハウジング１００を囲むことができる。このため、ハウジング１０２は、構造体が、システム１００の構成要素の多くを収容する高さと幅を有するため、タワーと称される場合もある。さらに、基部部分６から遠位屋根３３までのハウジング１６の略長さ又は幅が、一般的に、ハウジング１００の高さに沿って、同一又は類似の直径を持つ円筒形であり得ることを理解すべきである。他の形状や形状の組み合わせはまた、ハウジング１００を形成するために使用可能である。ハウジング１０２は、水又は他の流体で充填され、その後、移動されて人工的な動きを生み出し、エネルギー生成構成要素と相互作用して、使用及び／又は貯蔵用のエネルギーを生成する。いくつかの実施形態によれば、ハウジング１０２は、最小又は推奨の充填量を有し、図１の破線２３で示す。しかしながら、この線の位置は、ハウジングの高さ、システムからのエネルギーの所望の出力、ハウジングの幅、ハウジング内の構成要素の移動量、ハウジング内の移動する構成要素の数、人工的に移動される水の流速を、他の因子同様に含むがこれらに限定されない多くの因子に依存し得る。
【0055】
ハウジング１０２の床は、鉄筋コンクリートの深礎基礎７上に取り付けられたスチール基部６である。ハウジング１０２の壁１６は、硬質の構成物を含む。典型的な構成物は、スチール、コンクリート、ガラス繊維、プラスチック、石、木材、複合材料、又はそれらのいくつかの組み合わせであり得るが、これらに限定されない。しかしながら、本明細書に開示の材料は、本発明に関して限定的ではなく、他の材料も、本開示の部分としてみなされるものとする。
【0056】
最初の取水は、外部電源を使用してハウジング１０２に導入され、地下帯水層から又は河川水源から水を引く外部ポンプに電力供給する。所望の水位に一度到達すると、特別設計のコンバーチブル型スチール製のコンバーチブル型ピストンｇは、好ましくは、初期段階のみ風力又は太陽光であり得る外部電源によっても操作される。
【0057】
コンバーチブル型ピストンの組立品ｇを、ハウジング１０２内にあるように示し、図１に示す特定の構成においては、ハウジング１０２の円筒形基部ｈ部分内に存在・移動するように示す。しかしながら、コンバーチブル型ピストンの組立品ｇは、上部分又は球状部分ｕにも移動可能な場合がある。理解される通り、コンバーチブル型ピストンの組立品ｇがハウジング１０２内で移動すると、ハウジング１０２内に貯蔵された水が移動する。
【0058】
コンバーチブル型ピストンの組立品ｇは最初に、コンバーチブル型ピストンのストッパ４１に向かって又はその近傍で、上方又は近位位置のハウジング１０２内の位置に移動される。この位置では、コンバーチブル型ピストンの組立品ｇは、ハウジング１０２内の水に完全又は部分的に浸水され得る。一般的に、コンバーチブル型ピストンの組立品ｇは、バラストタンク高さ均等化ライン８と、バラストタンク底部ホース／水圧式開閉具９と、コンバーチブル型ピストンのランディングパッド１０と、バラストタンク水中ポンプ１１と、バラストタンク１２と、逆止弁を装着したバラスト水排出ライン１３と、空気注入式ブラダーシール１４と、コンバーチブル型スチール製のコンバーチブル型ピストンドアの水圧式開閉具１５と、算出量のヘマタイトを含む閉状態のスチールタンク１７と、コンバーチブル型スチール製のコンバーチブル型ピストンの水チャネル１８と、大気に放出されるバラストタンクの空気ホース１９と、コンバーチブル型スチール製のコンバーチブル型ピストンの基部２２と、を具備する。
【0059】
図７Ａ、７Ｂ、８Ａ、及び８Ｂに最良に示す通り、コンバーチブル型ピストンの組立品ｇは、スチール又は他の硬質の材料であり得る、複数のバラスト１２を具備する。少なくともいくつかの実施形態によれば、１シリンダ当たり４つのバラスト１２が設置され得る。しかしながら、これは、必須の数ではなく、任意の数のバラスト１～Ｎ（Ｎは任意の数）は、本発明の部分とみなされるものとする。
【0060】
システム１００内での人工的な水の動きは、コンバーチブル型ピストンｇにより付与される。基部２２は、複数の閉又は封止状態のタンク１７を支持する。少なくともいくつかの実施形態によれば、タンク１７は、ヘマタイト等の重量荷担材料を含む。ヘマタイト又は他の材料の重量と量は、ハウジング１０２内に押し出される水３７の容量と発電量に基づいて、算出される。コンバーチブル型ピストンｇは、中央のコンバーチブル型ピストンドアの水圧式開閉具１５を有する。このドア１５は、コンバーチブル型ピストンが、下方に移動する場合に閉まり、コンバーチブル型ピストンが、上方に移動する場合に開けられる。コンバーチブル型スチール製のコンバーチブル型ピストンの水チャネル１８により、コンバーチブル型スチール製のコンバーチブル型ピストンの基部２２全体にわたって、水が円滑に通過可能である。算出量の加重材料１７を含む閉状態のコンバーチブル型スチール製のタンクは、コンバーチブル型スチール製のコンバーチブル型ピストン上のスチールフレームと他のコンバーチブル型スチール製の構造体とともに、コンバーチブル型スチール製のコンバーチブル型ピストンの所望の基部重量を提供する。さらに、水がシリンダに戻って再利用されるため、シリンダ内のコンバーチブル型ピストン上方の水に由来する重量がかかる。コンバーチブル型スチール製のコンバーチブル型ピストンは、コンバーチブル型スチール製のコンバーチブル型ピストンのランディングパッド１０を使用して、シリンダ床６、７に接地する。
【0061】
上述の通り、図面で示すコンバーチブル型ピストンの組立品ｇは、４つのバラストタンクとチャンバ１２を具備する。各チャンバ１２は、水を中に入れて、このため、フレキシブル空気ホース１９等により、エンクロージャの上部に向けて空気を吐出する回転プレート９を具備する。各チャンバは、高さ均等化ライン８により接続されている。回転プレート９は、電気式、空気式、水圧式、機械式、又はそれらのいくつかの組み合わせであり得る、モータにより開閉するように作動される。各チャンバ１２は、コンバーチブル型ピストンの組立品ｇが、円筒形基部ｈの底部又は底部近傍に到達する場合、水を押し出すためのポンプを具備する。コンバーチブル型ピストンの組立品ｇは、コンバーチブル型ピストンが制御可能に昇降できるために開閉する、中央又はその近傍でより大型の回転プレート５０を有する。このプレートはまた、電気式、空気式、水圧式、機械式、又はそれらのいくつかの組み合わせであり得る、モータにより開閉するように作動される。各バラストチャンバ１２の回転バルブ９を開ける場合、コンバーチブル型ピストンの回転バルブ１５は、閉状態になる（例：図７Ｂを参照）。水で充填されたチャンバ９により、コンバーチブル型ピストンは、浮力を失い、ハウジング１０２の底部に向けて下降可能である。各バラストチャンバの回転バルブ９を閉める場合、コンバーチブル型ピストンの回転バルブ１５は、開状態になる（例：図７Ａを参照）。バラストチャンバのインターナルポンプにより、水が押し出され、内部に空気の流れを自然発生させて、コンバーチブル型ピストンは浮力を得て、（破線２３又はその近傍で）水面に向かって水中で上昇可能である。
【0062】
図８Ａ及び図８Ｂに最良に示す通り、バラストタンク１２は、すべてのバラストタンク１２が、略同一の高さを維持することを確保するための均等化ライン８を有する。バラストタンクは、選択的に水をバラストタンクに送れる開口を有する、少なくとも１つの開放機構９を具備する。いくつかの実施形態によれば、開放機構９は、回転型アクチュエータでよい。しかしながら、他のアクチュエータ、ソレノイド、ギア付き、又は類似の作動ドア又は他の選択的開口部材は、バルブを、ある量の水をバラストに送るために開けられる一方、追加の水がバラストに入るのを防ぐ又はそれ以外では軽減するために閉じられるように、利用可能である。バラストタンク１２を開けると、水４３をバラストチャンバに充填可能である。バラスト１２内の空気は、フレキシブル空気ホース１９経由で大気に放出される。水をコンバーチブル型ピストンの組立品のバラストに加えると、コンバーチブル型ピストンの組立品を加重及び／又はその浮力を低減する。このため、コンバーチブル型ピストンｇは、バラスト１２とドア１５が開状態の場合、下方に突進又はそれ以外では移動する。
【0063】
コンバーチブル型ピストンの組立品ｇは、水が、１つ以上の水中ポンプ１１や吐出管１３等経由で、バラストタンク１２から排出される場合、水位２３に向かって上方に戻る。吐出管１３は、逆止弁を組み込み、ポンプ輸送された水が吐出管１３により戻るのを防ぐ。空気は、大気からホース１９により、バラストタンク１２に引かれる。コンバーチブル型ピストンの組立品ｇの浮力は、加重部分を含むタンク１７の重量を克服できる。
【0064】
さらに、図１、６Ａ、及び６Ｂに示す通り、コンバーチブル型ピストンの組立品ｇの周縁は、単一の連続したブラダー１４、又は複数の不連続なブラダー組立品１４を具備し得る。１つ以上のブラダー組立品１４は、膨張可能な高分子であり得る、膨張可能な部分を具備する。コンバーチブル型ピストンの組立品ｇが下方移動する間、ブラダー１４は、ブラダーの部分をハウジング１０２の壁の近く又はそれに対して押圧するために、バラストタンクの空気ホース経由で、外部コンプレッサとそれと１列に配列された圧縮空気タンク装置を使用して、膨張される。これにより、下方移動の間、ハウジング１０２の内側を通過して、コンバーチブル型ピストンの上方に水が押し出されるのを防ぐ又はそれ以外では軽減するために防水であり得る、ブラダーとハウジングの壁との間を封止する。コンバーチブル型ピストンが上方移動する間、ブラダーは、コンバーチブル型ピストンの組立品ｇへのインピーダンスが低い状態で、上方移動をより容易に効率的にできるように、収縮可能である。図６Ａは、コンバーチブル型ピストンの組立品の移動を示す下向き矢印に加えて、膨張した単一又は複数のブラダー１４を示す。図の左側に向いた矢印は、ブラダーが壁１０２に向かって外側に膨張しているのを示すことに留意されたい。図６Ｂに示す通り、ブラダーは、右向き矢印で示す通り、収縮状態である。ブラダーと壁１０２との間の隙間に注目されたい。さらに、上向き矢印は、コンバーチブル型ピストンが上方に移動するのを示す。
【0065】
上述の通り、水は、システム１００のハウジング１０２に導入される。コンバーチブル型ピストンの組立品ｇは、コンバーチブル型ピストンのストッパ４１により印の入った点に向かって上方に移動される。空気注入式ブラダー１４は、耐摩耗高分子のコンバーチブル型ピストンのシールを含み得、コンバーチブル型ピストンの側面とハウジング壁１６との間に摺動可能な、防水接触を確実にするために膨張される。バラストタンクの回転バルブ９が開いて、水は、バラストコンバーチブル型スチール製のタンク１２に入ることが可能で、空気を押し出して、バラストタンクの空気ホース１９を通過して放出される。バラストコンバーチブル型スチール製のタンク内の水位は、バラストコンバーチブル型スチール製のタンクの均等化ライン８を使用して、均等化される。均等化ライン８、１組のコンバーチブル型ピストンの膨張可能なシールの算出高さ、及びコンバーチブル型ピストン上の均等な重量分布により、コンバーチブル型ピストンが、上下方向に移動する間、任意方向への傾きが軽減又は防止される。コンバーチブル型ピストンｇは、中央のコンバーチブル型ピストンドアの回転バルブ１５を有する。このバルブは、コンバーチブル型ピストンが、下方に突進する場合に閉められ、コンバーチブル型ピストンが、上方に突進する場合に開けられる。コンバーチブル型スチール製のコンバーチブル型ピストンの水チャネル１８により、コンバーチブル型スチール製のコンバーチブル型ピストンの基部２２全体にわたって、水が円滑に通過可能である。算出量の加重材料１７を含む閉状態のコンバーチブル型スチール製のタンクは、コンバーチブル型スチール製のコンバーチブル型ピストン上のスチールフレームと他のコンバーチブル型スチール製の構造体とともに、コンバーチブル型スチール製のコンバーチブル型ピストンの所望の基部重量を提供する。さらに、水がシリンダに戻って再利用されるため、ハウジング内のコンバーチブル型ピストン上方の水に由来する重量がかかる。コンバーチブル型スチール製のコンバーチブル型ピストンは、コンバーチブル型スチール製のコンバーチブル型ピストンのランディングパッド１０を使用して、シリンダ床に接地する。
【0066】
コンバーチブル型ピストンｇの上方移動（戻り）は、バラストタンクの水中ポンプ１１を使用すると可能である。ポンプ１１は、図に示すものと類似の生成又は貯蔵システムにより、電力供給され得る。バラストタンクの水中ポンプ１１は、水をバラストタンク１２内のある高さに汲み出し、逆止弁１３が装着されたバラスト水の吐出管により、コンバーチブル型スチール製のコンバーチブル型ピストンの上部分に排出する。真空状態は、自然発生しない。したがって、シリンダ内の水位上方の空気は、バラストタンクのフレキシブル空気ホース１９を通過して、バラストタンク内に移動し、ハウジング内の水位（すなわち、ライン２３）上方に浮遊可能である。コンバーチブル型スチール製のコンバーチブル型ピストンドア１５は、徐々に開き、空気注入式コンバーチブル型ピストンシール１４は、ゆっくりと収縮し、コンバーチブル型ピストンは、水よりも低密度のバラストコンバーチブル型スチール製のタンク内の空気により生成される押し上げにより、解放され、上方に突進することができる。シール１４は、最大水中水位に近づくと、徐々に再度膨張されて、遮断器として作用し、中央のコンバーチブル型スチール製のコンバーチブル型ピストンドア１５も閉じる。機械的なコンバーチブル型ピストンのストッパ１４は、シリンダｇの移動をさらに停止する。サイクルは、コンバーチブル型ピストンが上下に突進するように継続し、水を発電システム１００の残部を通過して押し出す。
【0067】
発電システム１００の追加の態様には、基部部分ｈが、ラインクランプ２１により外部から取り付けられる吐出管２０と、車走行可能な導水路バルブ／ストレーナ５と、スチール基部６と、鉄筋コンクリートの深礎基礎７と、ライニング１６内にスチールプレートを備えた鉄筋コンクリート壁と、作業員用リフトウェイ３６と、水位２３を有する水４３と、を具備することがあげられる。
【0068】
したがって、コンバーチブル型ピストンｇの上下移動により、ハウジング１０２内の水４３が押し出される。コンバーチブル型ピストンを下方移動時に水を押し出すと、水がコンバーチブル型ピストンの下方に押される。この水は、いずれかの場所に押し出されなくてはならず、理解される通り、発電装置のネットワークにより駆動されて、移動することで電力を生成する。シリンダが、連続して上下移動する際に、水は、システムにより継続して押し出されて、電力の安定出力を形成する。
【0069】
次に、図１、９Ａ、及び９Ｂを参照すると、発電システム１００は、車走行可能な導水路バルブ及びストレーナ５が開く場合に作動して、コンバーチブル型ピストンｇにより作用される押出水が、第１の段階の電気が生成される、タービン発電機装置４又は４４に入ることができる。タービン装置４及び４４が、ハウジング１０２の周りの異なる位置に位置決めされ、押出水をより大量に保持可能になることに留意されたい。さらに留意すべきは、ハウジング１０２が、地上又は地下に建設されるかによって、装置４、４４及び１の位置が、必ずしもハウジング１０２の底部にはこない。ハウジング１０２が、垂直軸沈下機械を使用して、地下に垂直軸として建設される場合、装置４、４４及び１は、水位４１近傍であるがそれ以下に配置される一方、導水路は、装置に１列に並べられた底部のままである。さらに、タービン４、４４は、フランシスタービンでよく、半径流及び軸流の概念を組み合わせる内向き流の反動タービンである。フランシスタービン発電機装置は、第２の段階の電気を生成する、平行なマニホールドのカプランタービン発電機装置であり得る、別のタービン発電機装置１に排水する。カプランタービンは、内向き流の反動タービンであって、これは、作動流体が、タービンを通過して移動する際に圧力を変化して、そのエネルギーが失われることを意味する。電力は、流水の水圧ヘッドと運動エネルギーの両方から回収される。この設計は、半径流タービンと軸流タービンの特徴を併せ持つ。注入口は、タービンの案内羽根を包み込む渦巻形の配管である。水は、案内羽根を通過して接線方向に送られ、プロペラ形のランナーに螺旋状に動き、ランナーを回転させる。排出口は、水の減速と、運動エネルギーの回収の一助となる、特殊な形状の放出管である。タービンは、放出管が水で充満したままであれば、水の流れの最下点にある必要はない。しかしながら、タービン位置が高いほど、放出管によりタービン翼に付与される吸入力が増加する。結果生じる圧力損失により、キャビテーションが起きる場合がある。案内羽根とタービン翼の外形を変えることで、ある範囲の流れ状況に対し効率的な運転が可能になる。カプランタービンの効率は、典型的に、９０％を越えるが、ヘッドが非常に低い用途においては、それ以下になり得る。
【0070】
この装置において、複数のより小型のタービン（記載の実施形態において、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅの５つと、最後の数字を任意で使用可能な１～が列挙される）は、共通の注入口と、システム１００のモーメントパワーホイール部分ｕに向かって進む別個のより小型の吐出管３及び２０に平行に配列される。
【0071】
モーメントパワーホイール部分ｕを、図１、２、３、４、及び５に最良に示す。ライン３、２０は、吐出管のクランプ２１を使用して、円筒形タワーハウジング１０２に固定される。カプランタービン吐出管の高圧テーパ状ヘッド２８は、接線方向に、モーメントパワーホイールの円盤状スチール構造体３１に向けられ、水の高圧蒸気が、ヘッド２８でライン３、２０から排出し、モーメントホイール構造体３１のモーメントパワーホイール発電機の衝突フィン２９に衝突して、回転させるようにする。いくつかの実施形態によれば、水はフィンに、接線方向に、ほとんど垂直に衝突する。フィン２９は、多くの形状をとり得、図面にカップ上で示され、水を効率的に受けて回転に変換する。これは、図３に最良に示される。しかしながら、フィン２９の正確な構成及び／又は数は、本発明に限定されない。さらに、モーメントホイール３１のサイズもまた、限定的でないものとする。
【0072】
モーメントホイール３１は、種類がフライホイール又はペルトンホイールである。フライホイールは、回転エネルギー（運動エネルギー）を効率的に貯蔵するために特別設計された機械装置である。フライホイールは、その慣性モーメントにより、回転速度の変化に抵抗する。フライホイールに貯蔵されるエネルギー量は、その回転速度の二乗と質量に比例する。フライホイールの貯蔵エネルギーを、質量を変えることなく変化させる方法は、その回転速度の増減による。フライホイールが、機械エネルギー貯蔵装置として作用するため、フライホイールは、例えば、種類がアキュムレータ等の電気コンデンサに類似する運動エネルギー貯蔵装置である。他の種類のアキュムレータと同様に、フライホイールは、出力の脈動を平滑にして、必要に応じて高出力のサージを提供し、必要に応じて高入力（システム生成による電力）のサージを吸収し、このようにして、システムの機械速度（角速度又はそれ以外）にローパスフィルタとして作用する。しかしながら、モーメントパワーホイールは、慣性前進力を回転運動に変換する際に、フライホイールというよりもペルトンホイールのように機能し、さらには、周方向フィンで慣性前進力を増幅するため非常に大きな半径に作用し、その中心に向けてより有用な仕事をするためトルクを増加させるように設計されているため、てこのように機能する。
【0073】
モーメントパワーホイールのスチール支持構造体２５は、モーメントパワーホイール軸とベアリングハウジング２７に基部を提供し、その基部により、モーメントパワーホイールを高速度で、安定して安全に回転可能である。モーメントパワーホイールの上部スチール支持構造体３０は、モーメントパワーホイールの後部ベアリングハウジングを保持し、モーメントパワーホイールのオルタネータギア３２に固定基部を提供する（例えば、図４を参照）。オルタネータギアを、ホイールギアラック（モーメントパワーホイール軸の近傍に配置された大きな円形ラック）に技術的に統合することで、モーメントパワーホイールの回転が、オルタネータ軸の回転に変換して、第３の段階で発電する。さらに、オルタネータが、モーメントパワーホイールの中心軸に直接、増速ギアボックスと組立可能であることも留意すべきである。
【0074】
ハウジングの屋根３３は、タワー１０２の上部分を覆う。システム１０２を落雷の危険や損傷効果から保護するための避雷器３４も設置される。これはまた、金属製の構造が単純な避雷針であり得る。
【0075】
渦巻形水トラフ３６は、モーメントパワーホイールの衝突フィン２９に衝突した後に水を集めて、３ｍのヘッドを形成し（これは、例示目的のみで、正確なヘッドサイズは、本発明では限定的でないものとする）、第４の段階の発電用に渦流発電機３５を駆動する。重力水の渦巻力の原理によれば、技術は、中央の排水管を備えた丸い水盤容器に基づいている。水は、排水管上方で、水タービンを駆動する安定な直線渦を形成する。水は、直線の注入口を通過し、その後、接線方向に、丸い水盤容器まで通過する。水は、水盤容器の中央の底部排水管上方に、大きな渦を形成する。タービンは、回転エネルギーを渦から引き出して、回転エネルギーは、発電機により電気エネルギーに変換される。
【0076】
渦トラフ排水管３７は、その後、第５の段階の発電用に、出力水を第２のカプランタービン発電機３８に送る。第２のカプランタービン発電機３８は、第６の段階の発電用に、第２のモーメントパワーホイール発電機４０に向けて排水する。これは、図５でより詳細に示される。図で示す通り、モーメントホイール４０は、フレーム２４により支持される。ホイール４０は、ホイールの周縁周りに複数のフィンを具備する。フィンは、タービン３８からの排水と相互作用して回転し、追加の電力を生成する。
【0077】
水は、モーメントホイール４０との相互作用後、ハウジング１０２の低部分ｈに向かって円滑に再度落下する。第１、第２、及び第３の発電段階は、一次発電機である一方、第４、第５、及び第６の発電段階は、二次発電機である。
【0078】
図１０及び図１１は、水サイクル（図１０）と発電段階（図１１）をそれぞれ示す。発電力は、同期と電気需要地域への電力供給のために、昇圧器と１つ以上の変電所に送電される。これらのプロセスは、プログラマブル論理制御装置（ＰＬＣ）システムにより制御される。
【0079】
モーメントパワーホイール部分ｕは、スチール支持フレーム２４で強化されたスチールプレートの円筒壁で作られる。この部分ｕは、基部部分ｈよりも大きい直径を有し得、メンテナンス及び据え付け目的で、３ｍより広い床スペースを提供する。コンバーチブル型スチール製のコンバーチブル型ピストンのメンテナンス用巻上フック２６により、損傷したコンバーチブル型ピストンシールの交換等のメンテナンス作業や他のメンテナンス作業が可能である。垂直はしご３９は、モーメントパワーホイール発電機と構造プラットフォームに作業員がアクセスするよう提供可能である。作業員用リフト４２のシステムを設置して、作業員を地階からｕ部分の床まで運搬する。ハウジング１０２が、垂直軸沈下機械を使用して、垂直軸として完全に地下に建設される場合、作業員用リフト４２は、作業員を、装置４、４４及び１が設置される地階からモーメントパワーホイールの上部まで移動させる場合のみ必要となる。
【0080】
少なくともいくつかの実施形態によれば、典型的なハウジング寸法は、以下の通りであり得る：ｈ部分の内部シリンダ径は、約５～５０ｍ、コンクリート壁厚さは、約１ｍ又はその前後、ｈは、約３００ｍ又はその前後、ｇは、約２０ｍ又はその前後、ｕは、約２５ｍ又はその前後、及び屋根部分は、約１０ｍ又はその前後。
【0081】
このため、この動作原理を要約すると、「密閉された流体は、任意の一点に受けた圧力の変化を、そのままの強さで流体の他のすべての部分に伝える。」と記載されるパスカルの原理にしたがって、コンバーチブル型ピストンとコンバーチブル型ピストン上方の水の重量は、コンバーチブル型ピストンの基部の下方の水に圧力を及ぼす。この圧力により、水が駆動され、ハウジングの内部から、それぞれ６つの段階で発電される、少なくとも１つ又はそれ以上のフランシスタービン発電機、１つ以上のカプランタービン発電機、１つ以上のモーメントパワーホイール発電機、１つ以上の渦流発電機、１つ以上の第２のカプランタービン発電機、１つ以上の第２のモーメントパワーホイール発電機と一直線上にある導管を通過して流れる。水は、その後、ハウジングで再利用される。コンバーチブル型ピストンは、重力により下方に移動し、ポンプによる気液移動により生成される押し上げにより、上方に移動する。これは、「流体に浸された物体は、その物体が押しのけている流体の重量と同じ大きさの浮力を受ける。」と記載されるアルキメデスの原理に支配される。バラストタンク内の空気は、水よりも低密度で、したがって、コンバーチブル型スチール製のコンバーチブル型ピストンを上方に上げる押し上げを生成する。モーメントパワーホイールは、その大きな直径に作用して、そのフィン上の慣性前進力を変換して、より多くの機械的な回転仕事をさせて、次に、オルタネータにより、電気エネルギーに変換される。これは、「点又は物体の周りの力のモーメントは、加えられた力と、点又は物体に加えられた力の垂直方向の距離の積に等しい。」と記載されるアルキメデスのてこの原理に一致する。さらに、ニュートンの回転に関する法則にしたがう。ニュートンの回転に関する第１法則によれば、静止する物体は、静止状態のままであって、回転する物体は、非ゼロの正味トルクが作用せず、又は物体の質量が分散されるように変化しなければ、角速度が作用して回転し続ける。ニュートンの回転に関する第２法則によれば、正味の外部トルクは、角加速度を乗じた慣性モーメントに等しい。
【0082】
いくつかの実施形態によれば、図１に示す等の２つのタワーシステムは、中断のない発電用に使用される。１つのタワーは、消費者に供給され、第２のタワーを再生するために使用される電力を生成し、その逆も行う。このサイクルは、２４時間、週７日間、年３６５日間中断されることなく継続する。これは、サイクルが、永久運動の概念上の永久運動機関を意味するものではないことに留意されたい。本明細書で図示及び／又は開示されるこのようなシステムの利点は、以下を含むが、これに限定されることなく、該システムの特徴は、以下の通りである。
【0083】
該システムは、独立した発電システムとして運転可能で、すなわち、開始運転後、風力又は太陽光エネルギー等を再生するためのグリッドエネルギーであるかに関わらず、いかなる外部エネルギーも必要としない。
【0084】
該システムは、いかなる時でも中断することなく利用可能な、連続的に安定な電力を提供する。
【0085】
該システムは、電力が要望に応じて生成されるため、高価な電力貯蔵は不要である。
【0086】
該システムは、すべての種類の負荷に適する電力品質を提供し、負荷サージに耐えられる。
【0087】
該システムは、用途に融通が利き、グリッドがより大量の電力を必要とすれば、車走行可能なバルブの開度は大きくなり、水流が増加する。
【0088】
該システムは、最も環境にやさしい信頼可能な電気の供給源を提供する。該システムは、重力のみを利用するため、燃料使用量ゼロ、排出物ゼロ、環境影響の最小化を確実にする。
【0089】
該システムは、その他すべての商業用の発電源と比較して、発電電力１キロワット当たり、最小の環境フットプリントを有し、したがって、農業、人間の居住及び産業化用の土地が確保される。
【0090】
該システムは、分散型発電に適して、それによって、長距離送電によるエネルギー損失を確実に減らして、都市ごとの電力条件を満たすことが可能である。
【0091】
該システムは、低運転コストを考慮して、１キロワット時当たりの最も安価で信頼可能な電気供給源を提供する一方、送電・貯蔵による損失量が減ることで収益を最大化する。
【0092】
該システムは、多くの環境問題を生じることなく、プラント建設の許可・許諾が容易であるべきである。
【0093】
該システムは、高低差をつける必要がなく、河川水をプラント設置に利用できる。
【0094】
該システムは、自動プログラマブル論理制御（ＰＬＣ）を含み、６段階の最適発電により、その他の任意のエネルギーシステムと比較して、可能な限り最高の効率が保証される。
【0095】
該システムは、融通の利く設置場所の決定、低資本コスト、早期の建設及び試運転、最適な水循環、及び早期の投資リターンを利用する。
【0096】
本明細書で図示及び／又は記載の任意の実施形態に組み込み可能ないくつかの実施形態によれば、本システムのハウジングは、典型的な穀物用箱に類似の形状である。しかしながら、図示の通り、ハウジング１０２は、球状の上部分を備えた円筒形基部部分等の他の形状やサイズをとり得る（例えば、図１を参照）。さらに、ハウジングが、一般的に、垂直に配向され、タワー又は類似の構造体として称され得ることに留意されたい。またさらに、本明細書に開示の１つ以上のタワーが、地上又は地下にあり得ることも理解すべきである。
【0097】
さらに追加の実施形態は、本発明の追加の態様を含む。例えば、図１２及び図１３は、このような状況を示す。これらの図面における、同一の構造体及び／又は構成要素の多くは、図１～図１１に関しても同様に含まれる。したがって、これら個々の構成要素は、再度記載しない。しかしながら、図１２及び図１３は、２つ以上のハウジング１０２及びコンバーチブル型ピストンの組立品が、発電システム１００のモーメントパワーホイールと共有可能である状況を開示する。
【0098】
本明細書に記載通り、２つ以上のハウジングは、特定のシステムに対する複合タワー装置の出力増加に加えて、他のハウジングと併用可能で、任意の外部電力を互いに提供する。図１２及び図１３に示す構成に対して（１つのタワー組立品のみを示すが、実際は、同一の構成要素を備えた２つである）、コンバーチブル型ピストンとハウジングの組み合わせの数は、大幅に増加し得る。
【0099】
図１３に示す通り、ハウジング１０２は、３つ以上であり得る。これら３つの個別のハウジング１０２は、別々に運転されるが、電力再生は相互に依存する。しかしながら、３つのハウジング１０２は、図１２に示すような、一次モーメントパワーホイールと、渦流発電機と、二次カプラン発電機と、二次モーメントパワーホイールと、を具備し、該部分のいずれか１つから押し出された水が、第１、第２、第３、第４、第５、及び第６の発電段階を通過して移動され得る（例えば、図１０及び図１１を参照）、共通の発電システム１００と関連するであろう。
【0100】
単一のコンバーチブル型ピストン装置が、下方移動ごとに単一サイクルの発電段階が可能であり得るものの、２つ以上のコンバーチブル型ピストンを備えた状況により、コンバーチブル型ピストンの移動がふらつき得る。これにより、発電段階を経由して、水のほぼ連続した流れが提供され、連続的な電力生成が可能であろう。これは、高需要地域内で、又は貯蔵用に生成される電力量が増加する場合に有用であろう。システムのプログラミングは、コンバーチブル型ピストンの移動を制御可能で、別個のハウジング１０２内の複数のコンバーチブル型ピストンの最も効率的なふらつきを与えて、発電段階と結果としての連続発電により、水のほぼ連続した流れの提供を試みる。
【0101】
これは、別々に移動するコンバーチブル型ピストンを備えた３つの別個のハウジング１０２を各々有する、二重発電システム１００を使用することで、さらに強化可能である。各電力システムは、発電の第３の段階で単一の主モーメントホイールを有し得るが、それ以外では、潜在的な出力生成を指数関数的に増加する、個別のハウジング１０２とコンバーチブル型ピストン部分の各々に対する他の別個の発電段階を含み得る。
【0102】
上述の通り、提供される任意のシステムは、機械的に制御可能であるが、該システムは、プログラマブル論理制御（ＰＬＣ）により制御されるものとみなされる。該システムはまた、任意の産業用制御システム（ＩＣＳ）を利用する場合がある。ＩＣＳは、産業用プロセス制御用に使用される数種類の制御システムと関連器具を包含する一般的な用語である。このようなシステムは、数種のモジュラーパネル取付制御装置から多くの数千のフィールド接続を備えた大型の相互接続及び相互作用の分散制御システムまで範囲があり得る。すべてのシステムは、プロセス変数（ＰＶ）を測定する遠隔センサから受信したデータを受信し、これらを所望の設定点（ＳＰ）と比較し、制御バルブ等の最終制御要素（ＦＣＥ）によりプロセスを制御するために使用されるデバイス命令機能を得る。より大型のシステムは、通常、監視制御とデータ取得（ＳＣＡＤＡ）システム、又は分散型制御システム（ＤＣＳ）により実装されるが、ＳＣＡＤＡとＰＬＣシステムは、制御ループがほとんどない小型のシステムに縮小可能である。このようなシステムは、化学処理、パルプ・紙製造、発電、石油・ガス処理及び電気通信等の産業で広く使用される。
【0103】
本明細書に記載のＰＬＣを含む１つ以上の実施形態は、プログラムモジュール、エンジン、又はコンポーネントを使用して、実行可能である。プログラムモジュール、エンジン、又はコンポーネントは、プログラム、サブルーチン、プログラムの部分、又は１つ以上の記載のタスク又は機能を実行可能なソフトウェアのコンポーネント又はハードウェアのコンポーネントを含み得る。本明細書で使用するモジュール又はコンポーネントは、他のモジュール又はコンポーネントと無関係に、ハードウェアコンポーネント上に実装可能である。その代わりとして、モジュール又はコンポーネントは、他のモジュール、プログラム又は機械の共有要素又はプロセスであり得る。
【0104】
本開示の態様に係るＰＬＣはまた、インテリジェント制御等のコンポーネントと通信のコンポーネントを含み得る。このようなインテリジェント制御装置の実施例は、単独で、又はタブレット、電話、携帯用デバイス、ノート型パソコン、ユーザディスプレイ、又は一般的に、入力を許可し、オプションを提供し、電子機能の出力を示すことが可能な他の任意の計算装置内での中央処理装置であり得る。中央処理装置（ＣＰＵ）は、中央プロセッサ又は主プロセッサとも称され、命令により特定される基礎的な演算、論理演算、制御演算、及び入力／出力（Ｉ／Ｏ）演算を実行することで、コンピュータプログラムの命令を実行するコンピュータ内の電子回路である。またさらなる実施例は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、又は別の適切なプログラム可能なデバイス及びメモリを含む。制御装置はまた、他のコンポーネントを含み得、レジスタ転送レベル（「ＲＴＬ」）設計プロセスにより開発されたチップ等の半導体（例：フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（「ＦＰＧＡ」））チップ上で部分的又は完全に実装可能である。
【0105】
メモリは、いくつかの実施形態において、プログラム記憶領域とデータ記憶領域とを含む。プログラム記憶領域とデータ記憶領域は、読み取り専用メモリ（「ＲＯＭ」、非揮発性メモリの例で、電源に接続されていない場合にデータを喪失しないメモリを意味する）又はランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」、揮発メモリの例で、電源に接続されていない場合はデータを喪失するメモリを意味する）等の異なる種類のメモリの組み合わせを含む。揮発メモリのいくつかの追加の実施例は、スタティックＲＡＭ（「ＳＲＡＭ」）、ダイナミックＲＡＭ（「ＤＲＡＭ」）、シンクロナスＤＲＡＭ（「ＳＤＲＡＭ」）等を含む。非揮発メモリの追加の実施例は、電気的消去可能ＲＯＭ（「ＥＥＰＲＯＭ」）、フラッシュメモリ、ハードディスク、ＳＤカード等を含む。いくつかの実施形態において、プロセッサ、マイクロプロセッサ、又はマイクロコントローラ等の処理装置は、メモリに接続され、メモリのＲＡＭ（例：実行中）、メモリのＲＯＭ（例：一般的に、永続的に）、又は別のメモリ又はディスク等の別の非一時的コンピュータ可読媒体に記憶可能なソフトウェア命令を実行する。
【0106】
該システムの任意のコンポーネントと相互作用する又はそれ以外では制御するために、機械－ユーザインターフェースを含み得る。ユーザインターフェースは、ユーザが、機械に相互作用する仕様である。ユーザインターフェースは、デジタルインターフェース、コマンドラインインターフェース、グラフィカル・ユーザ・インターフェース（「ＧＵＩ」）又はユーザが機械と相互作用可能な他の任意の仕様であり得る。例えば、ユーザインターフェース（「ＵＩ」）は、デジタル及びアナログ入力及び／又は出力デバイスの組み合わせ又は所望のレベルの制御とデバイスの監視を達成するのに要する他の任意の種類のＵＩ入力／出力デバイスを含み得る。入力及び／又は出力デバイスの実施例は、コンピュータマウス、キーボード、タッチスクリーン、ノブ、ダイヤル、スイッチ、ボタン等を含む。ＵＩから受信される入力は、その後、マイクロコントローラに送信可能で、デバイスの操作態様を制御する。
【0107】
ユーザインターフェースモジュールは、ディスプレイを含むことが可能で、それが、入力及び／又は出力デバイスとして作用可能である。より詳しくは、ディスプレイは、液晶ディスプレイ（「ＬＣＤ」）、発光ダイオード（「ＬＥＤ」）ディスプレイ、有機ＬＥＤ（「ＯＬＥＤ」）ディスプレイ、電子発光ディスプレイ（「ＥＬＤ」）、表面電界ディスプレイ（「ＳＥＤ」）、電界放出ディスプレイ（「ＦＥＤ」）、薄膜トランジスタ（「ＴＦＴ」）ＬＣＤ、双安定コレステリック反射ディスプレイ（すなわち、電子ペーパー）等であり得る。ユーザインターフェースはまた、リアルタイム又は略リアルタイムで、主デバイスに関連する状況又はデータを表示するために、マイクロコントローラと構成可能である。
【0108】
当業者には明らかであろうが、機械構造、手続き上、又は他の変更は、本発明の意図や範囲から逸脱することなく、実施可能である。本発明の範囲は、添付の請求項のみにより、このような請求項が権利付与される均等物の全範囲とともに、規定される。
【0109】
本開示は、本明細書に記載の特定の実施形態に限定されない。以下の特許請求の範囲は、本開示の複数の実施形態を、より詳細に明記する。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図8A】
【図8B】
【図9A】
【図9B】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】