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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-26
(45)【発行日】2024-01-10
(54)【発明の名称】発電システム
(51)【国際特許分類】
F03B 13/06 20060101AFI20231227BHJP
F03B 17/00 20060101ALI20231227BHJP
【ＦＩ】
F03B13/06
F03B17/00
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2023092702
(22)【出願日】2023-06-05
【審査請求日】2023-06-09
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】523214074
【氏名又は名称】八木田 孝
(74)【代理人】
【識別番号】100185270
【弁理士】
【氏名又は名称】原田 貴史
(74)【代理人】
【識別番号】100225347
【弁理士】
【氏名又は名称】鬼澤 正徳
(72)【発明者】
【氏名】八木田 孝
【審査官】高吉 統久
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１８／０１４９２３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１１／００４１４８９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１９／０２４２３５７（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開平１１－３４３９５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第９７５２４５２（ＵＳ，Ｂ２）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１５６１８４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０２３－０４２３３８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ０３Ｂ １３／００－１３／２６
Ｆ０３Ｂ １７／００－１７／０６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
互いに並列に配置され、かつ、貯められている水を圧縮空気により加圧して吐出する複数の圧縮タンクと、前記複数の圧縮タンクから吐出される水の運動エネルギで発電を行ない、かつ、発電に利用された前記水を排出する発電装置と、
を有する発電システムであって、
前記複数の圧縮タンクへ供給する水を貯える貯水ピットと、
前記複数の圧縮タンクのうち、第１タンクから吐出される水を前記発電装置へ供給する第１通水路と、
前記貯水ピットに蓄えられている水を、前記複数の圧縮タンクのうち、前記発電装置で発電が行われている場合に前記発電装置へ水を供給していない第２タンクへ供給する第２通水路と、
空気を吸入して圧縮空気を吐出する圧縮機と、
前記第２タンク内の空気を前記圧縮機へ送る第１通気路と、
前記圧縮機から吐出される圧縮空気を前記第１タンクへ送る第２通気路と、
前記第２タンクから吐出される水を前記発電装置へ供給する第３通水路と、
前記第１通水路を開閉する第１バルブと、
前記第３通水路を開閉する第２バルブと、
前記第１タンク内の水量を検出する水量センサと、
前記第１タンクから吐出される水を前記第１通水路を介して前記発電装置へ供給することにより、前記発電装置で発電を行なわせる第１制御部と、
前記第１タンクから吐出される水が前記発電装置へ供給されて前記発電装置で発電が行なわれている場合に、前記第１タンク内の水量が所定量まで減少すると、前記第１バルブを制御して前記第１通水路を閉じ、かつ、前記第２バルブを制御して前記第２通水路を開く第２制御部と、
を有する、発電システム。
【請求項2】
請求項１記載の発電システムにおいて、前記第１タンクと前記第２タンクとが、前記貯水ピットに対し並列に配置されている、発電システム。
【請求項3】
請求項１記載の発電システムにおいて、前記発電装置で発電に利用された水を前記貯水ピットへ送る第４通水路を有する、発電システム。
【請求項4】
請求項１記載の発電システムにおいて、前記貯水ピットは、重力の作用方向で、前記複数の圧縮タンクより高い位置に設けられている、発電システム。
【請求項5】
請求項１記載の発電システムにおいて、前記第１タンク及び前記第２タンクを含む複数の圧縮タンクを備えた第１プラントと、
前記第１タンク及び前記第２タンクを含む複数の圧縮タンクを備えた第２プラントと、
を備え、
前記圧縮機は、前記第１プラントが備えている前記第１タンク、及び前記第２プラントが備えている前記第１タンクへ供給する圧縮空気をそれぞれ吐出することができる複数の圧縮機を含み、
前記複数の圧縮機に含まれる第１圧縮機を駆動させて前記第１プラントが備えている前記第１タンクへ圧縮空気を供給し、かつ、前記第１タンクへ圧縮空気を供給していない第２圧縮機を駆動させて前記第２プラントが備えている前記第１タンクへ圧縮空気を供給し、前記第１タンク及び前記第２タンクへ圧縮空気を供給していない第３圧縮機を停止させるモードを実行する第３制御部を備え、
前記第３制御部は、前記第３圧縮機が異なる複数種類のモードを切り替えて実行できる、発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、水の運動エネルギを利用して、発電機で電気エネルギに変換する発電システムに関する。
【背景技術】
【0002】
水の運動エネルギを利用して、発電機で電気エネルギに変換する発電システムの一例が、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された発電装置は、圧縮空気が封入されたボンベと、水が貯留される第１貯水タンク及び第２貯水タンクと、発電用のタービンと、第１貯水タンクの水をタービンの入口へ供給するパイプと、第２貯水タンクからタービンへ供給された水を第１貯水タンクへ供給するパイプと、第２貯水タンクの水をタービンの入口へ供給するパイプと、第１貯水タンクからタービンへ供給された水を第２貯水タンクへ供給するパイプと、を備えている。特許文献１に記載された発電装置は、切替弁を切り替えることで、ボンベ内の圧縮空気を第１貯水タンクまたは第２貯水タンクへ供給することにより、第１貯水タンク内の水、及び第２貯水タンク内の水をそれぞれ加圧して噴出させて、その水でタービンを回して発電する発電装置である。
【0003】
特許文献１に記載された発電装置では、ボンベから各貯水タンクへの圧縮空気の圧送ルートを切替自在なルート切替弁が設けられ、ボンベから供給される圧縮空気が、第１貯水タンクの上部の空気流入口へ供給される。すると、第１貯水タンクから噴出された水がタービンに供給され、タービンで発電が行なわれる。第１貯水タンクからタービンへ供給された水は、タービンから排出されて第２貯水タンクのタービン流入口へ供給される。このため、第２貯水タンクの水量が増加する。第２貯水タンクのタービン流入口へ水が供給される際に、第２タンク内の空気が空気抜き弁から排出される。
【0004】
第１貯水タンクの水量が減少すると、切替弁が切り替えられて、ボンベから供給される圧縮空気が、第２貯水タンクの上部の空気流入口へ供給される。すると、第２貯水タンクから噴出された水がタービンに供給され、タービンで発電が行なわれる。第２貯水タンクからタービンへ供給された水は、タービンから排出されて第１貯水タンクのタービン流入口へ供給される。このため、第１貯水タンクの水量が増加する。第１貯水タンクのタービン流入口へ水が供給される際に、第１タンク内の空気が空気抜き弁から排出される。このように、特許文献１に記載された発電装置では、ボンベの圧縮空気を第１貯水タンク及び第２貯水タンクへ交互に供給し、第１貯水タンク及び第２貯水タンクから排出される水により、タービンで発電を行なう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特許第６５１２６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本願発明者は、特許文献１に記載されている発電装置では、圧縮空気の有効利用という点について、未だ改善の余地がある、という課題を認識した。
【0007】
本開示の目的は、圧縮空気を有効利用することの可能な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】
【0008】
本開示は、互いに並列に配置され、かつ、貯められている水を圧縮空気により加圧して吐出する複数の圧縮タンクと、前記複数の圧縮タンクから吐出される水の運動エネルギで発電を行ない、かつ、発電に利用された前記水を排出する発電装置と、を有する発電システムであって、前記複数の圧縮タンクへ供給する水を貯える貯水ピットと、前記複数の圧縮タンクのうち、第１タンクから吐出される水を前記発電装置へ供給する第１通水路と、前記貯水ピットに蓄えられている水を、前記複数の圧縮タンクのうち、前記発電装置で発電が行われている場合に前記発電装置へ水を供給していない第２タンクへ供給する第２通水路と、空気を吸入して圧縮空気を吐出する圧縮機と、前記第２タンク内の空気を前記圧縮機へ送る第１通気路と、前記圧縮機から吐出される圧縮空気を前記第１タンクへ送る第２通気路と、を有する発電システムである。
【発明の効果】
【0009】
本開示の発電システムによれば、第１タンク内の空気を吸い込んだ圧縮機から圧縮空気が吐出され、圧縮空気を第２タンクへ供給できる。したがって、圧縮空気を有効利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】発電システムの第１実施形態を示し、第１工程に対応する概念図である。
【図2】発電システムの制御系統を示すブロック図である。
【図3A】発電システムの第１実施形態を示し、第２工程及び第３工程に対応する概念図である。
【図3B】発電システムの第１実施形態を示し、第４工程に対応する概念図である。
【図4A】発電システムの第１実施形態を示し、第５工程に対応する概念図である。
【図4B】発電システムで行われる制御例を包括して示すフローチャートである。
【図5A】発電システムの第２実施形態を示し、第１１工程に対応する概念図である。
【図5B】発電システムの第２実施形態を示し、第１２工程に対応する概念図である。
【図6A】発電システムの第２実施形態を示し、第１３工程に対応する概念図である。
【図6B】発電システムの第２実施形態を示し、第１４工程に対応する概念図である。
【図7】発電システムの第２実施形態を示し、第１５工程に対応する概念図である。
【図8】発電システムの第３実施形態を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
（概要）
以下、発電システムに含まれるいくつかの実施形態を図面に基づいて説明する。発電システムの実施形態を説明するための図において、同一構成には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。
以下、発電システムに含まれるいくつかの実施形態を図面に基づいて説明する。発電システムの実施形態を説明するための図において、同一構成には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。
【0012】
（第１実施形態）
図１に示す発電システム１０は、貯水ピット１１、圧縮タンク１２、圧縮タンク１３、圧縮機１４、水車１５、発電機１６、制御部１７を有する。貯水ピット１１は、圧縮性流体としての水を貯留するタンクである。貯水ピット１１は、圧縮タンク１２及び圧縮タンク１３へ同時に水を供給して、圧縮タンク１２及び圧縮タンク１３へそれぞれ第１所定量の水を貯めることができる容積を備えている。貯水ピット１１は、給水口１８及び排水口１９を有する。給水口１８は、通路２０に接続されている。排水口１９は、通路２１，２２に接続されている。排水口１９は、重力の作用方向で、給水口１８より低い位置に設けられている。重力の作用方向は、鉛直方向である。
図１に示す発電システム１０は、貯水ピット１１、圧縮タンク１２、圧縮タンク１３、圧縮機１４、水車１５、発電機１６、制御部１７を有する。貯水ピット１１は、圧縮性流体としての水を貯留するタンクである。貯水ピット１１は、圧縮タンク１２及び圧縮タンク１３へ同時に水を供給して、圧縮タンク１２及び圧縮タンク１３へそれぞれ第１所定量の水を貯めることができる容積を備えている。貯水ピット１１は、給水口１８及び排水口１９を有する。給水口１８は、通路２０に接続されている。排水口１９は、通路２１，２２に接続されている。排水口１９は、重力の作用方向で、給水口１８より低い位置に設けられている。重力の作用方向は、鉛直方向である。
【0013】
圧縮タンク１２は、水及び空気を貯めることができ、かつ、貯留されている水を加圧して吐出することができる。水及び空気は、何れも圧縮性流体である。圧縮タンク１２内では、重力の作用方向で、水が貯まる領域より上の領域に空気が貯まる。貯水ピット１１の下端は、重力の作用方向で、圧縮タンク１２の上端より高い位置に設けられている。圧縮タンク１２は、給水口２３、排水口２４、吸気口２５、排気口２６、通気口５９を有する。給水口２３は通路２１に接続され、通路２１にバルブ２７が設けられている。吸気口２５、排気口２６、通気口５９は、重力の作用方向で、給水口２３及び排水口２４より高い位置に設けられている。通気口５９には通路６０が接続され、通路６０を開閉するバルブ６１が設けられている。通路６０は、圧縮タンク１２内へ水を貯める場合に、圧縮タンク１２内の空気を圧縮タンク１２の外部へ排出するために設けられている。バルブ６１は、例えば、電磁弁であり、バルブ６１の作動は電気的に制御される。
【0014】
圧縮タンク１３は、水及び空気を貯留でき、かつ、貯留されている水を加圧して吐出することができる。圧縮タンク１３内では、重力の作用方向で、水が貯められる領域より上の領域に空気が貯められる。貯水ピット１１の下端は、重力の作用方向で圧縮タンク１３の上端より高い位置に設けられている。本開示では、圧縮タンク１２の上端と、圧縮タンク１３の上端とが同じ位置に設けられ、重力の作用方向で、圧縮タンク１２の下端と、圧縮タンク１３の下端とが同じ位置に設けられている例を説明する。
【0015】
圧縮タンク１３は、給水口２８、排水口２９、吸気口３０、排気口３１、通気口６２を有する。給水口２８は通路２２に接続され、通路２２にバルブ３２が設けられている。吸気口３０、排気口３１及び通気口６２は、重力の作用方向で、給水口２８及び排水口２９より高い位置に設けられている。通気口６２には通路６３が接続され、通路６３を開閉するバルブ６４が設けられている。通路６３は、圧縮タンク１３内へ水を貯める場合に、圧縮タンク１３内の空気を圧縮タンク１３の外部へ排出するために設けられている。バルブ６４は、例えば、電磁弁であり、バルブ６４の作動は電気的に制御される。
【0016】
圧縮機１４は、吸い込んだ空気を加圧し、かつ、圧縮空気として吐出する空気機械である。圧縮機１４は、吸気口３３及び吐出口３４を有する。また、圧縮機１４を駆動する電動モータ３５が設けられている。電動モータ３５は、電力が供給されて回転する原動機である。電動モータ３５の回転速度が制御されると、圧縮機１４の吐出口３４から吐出される圧縮空気の圧力が調整される。電動モータ３５が停止されると、圧縮機１４が停止される。
【0017】
圧縮機１４の吸気口３３は、通路３６及び通路３７に接続されている。通路３６を、排気口２６または外気吸入路３８へ接続するバルブ３９が設けられている。バルブ３９は、例えば、電磁弁であり、バルブ３９の作動は電気的に制御される。通路３６は、排気口３１へ接続され、通路３７にバルブ４０が設けられている。バルブ４０は、例えば、電磁弁であり、バルブ４０の作動は電気的に制御される。
【0018】
圧縮機１４の吐出口３４は、通路４１，４２に接続されている。通路４１は、圧縮タンク１２の吸気口２５に接続され、通路４１にバルブ４３が設けられている。バルブ４３は、例えば、電磁弁であり、バルブ４３の作動は電気的に制御される。通路４２は、圧縮タンク１３の吸気口３０に接続され、通路４２にバルブ４４が設けられている。バルブ４４は、例えば、電磁弁であり、バルブ４４の作動は電気的に制御される。圧縮機１４から吐出される圧縮空気は、通路４１，４２を通る。
【0019】
通路３６，４１により通気経路７２が構成されている。通路３７，４２により通気経路７２が構成されている。通気経路７２は、圧縮機１４の吸気口３３及び吐出口３４に接続されている。通気経路７３は、圧縮機１４の吸気口３３及び吐出口３４に接続されている。通気経路７２及び通気経路７３は、圧縮機１４に対し並列に配置されている。
【0020】
圧縮タンク１２の排水口２４は、通路４５を介して水車１５の入口４６に接続されている。通路４５にバルブ４７が設けられている。圧縮タンク１３の排水口２９は、通路４８を介して水車１５の入口４６に接続されている。通路４８にバルブ４９が設けられている。水車１５の出口５０は、通路２０を介して貯水ピット１１の給水口１８へ接続されている。通路２１、通路４５及び圧縮タンク１２により通水経路７０が構成されている。通路２２、通路４８及び圧縮タンク１３により通水経路７１が構成されている。
【0021】
水車１５は、入口４６、出口５０及び回転軸を有する。水車１５は、入口４６へ進入された水の運動エネルギを、回転軸の機械エネルギに変換する流体機械である。水車１５は、フランシス水車、プロペラ水車、ペルトン水車等のうちの何れでもよい。水車１５の回転軸は、発電機１６のロータに接続されている。発電機１６は、直流発電機または交流発電機の何れでもよい。発電機１６は、例えば、ロータ、ステータ、ステータに取り付けられた永久磁石、ロータに巻かれたコイルを有し、ロータが回転されると電磁誘導の原理によりコイルに電流が流れる。
【0022】
このように、発電機１６は、ロータに加えられる機械エネルギを電気エネルギに変換して出力する。水車１５及び発電機１６により、発電装置７６が構成されている。発電装置７６の全部は、圧縮タンク１２の外部及び圧縮タンク１３の外部に設けられている。図１には、発電装置７６を貯水ピット１１の給水口１８より高い位置に設けた例が示されている。発電機１６で発生された電力は、電力供給先５１へ供給される。電力供給先５１は、二次電池、電気機器、等を含む。二次電池は、充電及び放電が可能な蓄電装置である。電気機器は、電力を消費して作動また機能する装置である。二次電池の電力を電気機器へ供給できる。二次電池から電力が供給される電気機器は、電動モータ３５を含んでいてもよい。
【0023】
図２は、発電システム１０の制御系統を示している。発電システム１０は、制御部５２及び記憶部５３を有する。制御部５２は、制御回路または処理回路と定義することもできる。制御部５２は、入力ポート、出力ポート、タイマー、及び中央演算処理回路、等を有するコンピュータである。さらに、貯水ピット１１の貯水量を検出して信号を出力する水量センサ５４と、圧縮タンク１２の貯水量を検出して信号を出力する水量センサ５５と、圧縮タンク１３の貯水量を検出して信号を出力する水量センサ５６と、が設けられている。また、水車１５の入口４６へ供給される水の流量を検出して信号を出力する流量センサ５７が設けられている。さらに、圧縮タンク１２内の空気圧を検出して信号を出力する空気圧センサ６５、圧縮タンク１３内の空気圧を検出して信号を出力する空気圧センサ６６が設けられている。
【0024】
さらに、制御部５２は、操作部７４及び表示部７５に接続されている。操作部７４は作業者により操作される。作業者が操作部７４を操作して、発電システム１０で用いる情報、データ等を入力できる。操作部７４は、マウス、キーボード、スキャナ、液晶パネル等を含む。制御部５２は、操作部７４の操作により入力された情報、データを記憶部５３へ記憶する。表示部７５は、例えば、液晶モニタであり、作業者は、表示部７５を目視できる。表示部７５は、空気圧センサ６５，６６により検出される空気圧、流量センサ５７により検出される流量、水量センサ５４，５５，５６により検出される水量、等を表示できる。さらに、制御部５２は、電力供給先５１に接続されており、電力供給先５１の信号を処理することにより、電力供給先５１における必要電力を判断する処理を行う。電力供給先５１が二次電池を含む場合、制御部５２は、二次電池の電圧を判断する処理を行う。
【0025】
さらに、制御部５２に記憶部５３が接続されており、記憶部５３には、操作部７４の操作により入力される情報、及びデータが記憶され、かつ、制御部５２で行われる処理、判断等に用いられる情報、データ、プログラム等が記憶されている。制御部５２は、操作部７４の操作内容、水量センサ５４，５５，５６の信号、流量センサ５７の信号、空気圧センサ６５，６６の信号、必要電力の判断結果、二次電池の電圧、記憶部５３に記憶されている情報、データ、プログラム等に基づいて、発電機１６の発電量、電動モータ３５の回転速度、バルブ２７，３２，３９，４０，４３，４４，４９，６１，６４のそれぞれの開閉、等を制御することができる。
【0026】
バルブ２７，３２，４７，４９は、例えば、電磁弁であり、バルブ２７，３２，４７，４９の作動は、制御部５２により制御される。バルブ２７，３２，４７，４９は、通路を開閉するバルブであることに加え、水の流量を制御する流量制御弁であってもよい。つまり、制御部５２は、バルブ２７を制御することにより、貯水ピット１１から圧縮タンク１２へ供給される水の流量を制御できる。また、制御部５２は、バルブ４７を制御することにより、圧縮タンク１２から排出される水の流量を制御できる。また、制御部５２は、バルブ３２を制御することにより、貯水ピット１１から圧縮タンク１３へ供給される水の流量を制御できる。また、制御部５２は、バルブ４９を制御することにより、圧縮タンク１３から排出される水の流量を制御できる。
【0027】
図１に示される発電システム１０は、貯水ピット１１の排水口１９と、水車１５の入口４６との間に、２系統の通水経路７０，７１が並列に配置されている。通水経路７０に１基の圧縮タンク１２が配置され、通水経路７１に１基の圧縮タンク１３が配置されている。また、圧縮機１４の吸気口３３及び吐出口３４に対し、２系統の通気経路７２，７３が並列に接続されている。通気経路７２に圧縮タンク１２が配置され、通気経路７３に圧縮タンク１３が配置されている。
【0028】
（発電システムで行われる工程例）
本開示の発電システム１０で行われる制御例、つまり、工程例は、次のようなものである。便宜上、先ず、圧縮タンク１２に貯められている水を水車１５へ供給して発電機１６で発電を行い、圧縮タンク１２の水量が減少すると、圧縮タンク１３に貯められている水を水車１５へ供給して発電機１６で発電を行う例を説明する。
本開示の発電システム１０で行われる制御例、つまり、工程例は、次のようなものである。便宜上、先ず、圧縮タンク１２に貯められている水を水車１５へ供給して発電機１６で発電を行い、圧縮タンク１２の水量が減少すると、圧縮タンク１３に貯められている水を水車１５へ供給して発電機１６で発電を行う例を説明する。
【0029】
［第１工程］
制御部５２は、第１工程において、発電システム１０を次のように制御する。制御部５２は、第１工程において、貯水ピット１１の水を、圧縮タンク１２及び圧縮タンク１３へ供給する。図１に示すバルブ２７は、通路２１を開き、かつ、バルブ４７は、通路４５を閉じている。また、バルブ３２は、通路２２を開き、かつ、バルブ４９は、通路４８を閉じている。さらに、バルブ３９は、外気吸入路３８と圧縮機１４の吸気口３３とを接続し、かつ、通路３６と吸気口３３とを遮断している。また、バルブ４０は、通路３７を閉じている。さらに、バルブ４３は通路４１を開き、バルブ４４は通路４２を閉じている。さらに、バルブ６１は、通路６０を開き、バルブ６４は、通路６３を開いている。
制御部５２は、第１工程において、発電システム１０を次のように制御する。制御部５２は、第１工程において、貯水ピット１１の水を、圧縮タンク１２及び圧縮タンク１３へ供給する。図１に示すバルブ２７は、通路２１を開き、かつ、バルブ４７は、通路４５を閉じている。また、バルブ３２は、通路２２を開き、かつ、バルブ４９は、通路４８を閉じている。さらに、バルブ３９は、外気吸入路３８と圧縮機１４の吸気口３３とを接続し、かつ、通路３６と吸気口３３とを遮断している。また、バルブ４０は、通路３７を閉じている。さらに、バルブ４３は通路４１を開き、バルブ４４は通路４２を閉じている。さらに、バルブ６１は、通路６０を開き、バルブ６４は、通路６３を開いている。
【0030】
図１のように、貯水ピット１１内の水は、重力により通路２１を通って圧縮タンク１２内へ供給され、圧縮タンク１２内の水量が増加する。また、貯水ピット１１内の水量は減少する。圧縮タンク１２内へ供給される水の圧力は、貯水ピット１１の平面積と水位とを乗算した圧力、及び、排水口１９と給水口２３との高さの差による位置エネルギに応じた圧力に基づいて定まる。このように、貯水ピット１１内の水が圧縮タンク１２へ貯められる過程で、圧縮タンク１２内の空気は、通気口５９から圧縮タンク１２の外部へ排出される。
【0031】
また、貯水ピット１１内の水は、重力により通路２２を通って圧縮タンク１３内へ供給され、圧縮タンク１３内の水量が増加する。圧縮タンク１３内へ供給される水の圧力は、貯水ピット１１の平面積と水位とを乗算した圧力、及び、排水口１９と給水口２８との高さの差による位置エネルギに応じた圧力に基づいて定まる。このように、貯水ピット１１内の水が圧縮タンク１３へ貯められる過程で、圧縮タンク１３内の空気は、通気口６２から圧縮タンク１３の外部へ排出される。そして、制御部５２は、圧縮タンク１２及び圧縮タンク１３内の水量が、それぞれ第１所定量まで増加されたことを検出すると、第２工程へ移行する。
【0032】
［第２工程］
制御部５２は、第２工程において、図１に示すバルブ６１を制御して通路６０を閉じ、かつ、バルブ２７を制御して通路２１を閉じる。また、制御部５２は、バルブ３９を制御して、外気吸入路３８と、圧縮機１４の吸気口３３とを接続し、かつ、圧縮タンク１２の排気口２６と、吸気口３３とを遮断する。さらに、制御部５２は、電動モータ３５を回転させて圧縮機１４を駆動させる。すると、図３Ａのように、圧縮タンク１２及び圧縮タンク１３の外部に存在する空気、つまり、外気が外気吸入路３８を通って圧縮機１４の吸気口３３へ吸い込まれる。圧縮機１４へ吸い込まれる空気は大気圧（１atm＝1013.25Pa）である。圧縮機１４は、吸い込んだ空気を圧縮し、かつ、圧縮空気を吐出口３４から吐出する。吐出口３４から吐出された圧縮空気は、吸気口２５から圧縮タンク１２内へ供給される。このため、圧縮タンク１２内の空気圧が上昇する。制御部５２は、圧縮タンク１２内の空気圧が第１所定圧まで上昇したことを検出すると、第３工程へ移行する。
制御部５２は、第２工程において、図１に示すバルブ６１を制御して通路６０を閉じ、かつ、バルブ２７を制御して通路２１を閉じる。また、制御部５２は、バルブ３９を制御して、外気吸入路３８と、圧縮機１４の吸気口３３とを接続し、かつ、圧縮タンク１２の排気口２６と、吸気口３３とを遮断する。さらに、制御部５２は、電動モータ３５を回転させて圧縮機１４を駆動させる。すると、図３Ａのように、圧縮タンク１２及び圧縮タンク１３の外部に存在する空気、つまり、外気が外気吸入路３８を通って圧縮機１４の吸気口３３へ吸い込まれる。圧縮機１４へ吸い込まれる空気は大気圧（１atm＝1013.25Pa）である。圧縮機１４は、吸い込んだ空気を圧縮し、かつ、圧縮空気を吐出口３４から吐出する。吐出口３４から吐出された圧縮空気は、吸気口２５から圧縮タンク１２内へ供給される。このため、圧縮タンク１２内の空気圧が上昇する。制御部５２は、圧縮タンク１２内の空気圧が第１所定圧まで上昇したことを検出すると、第３工程へ移行する。
【0033】
［第３工程］
制御部５２は、第３工程において図１に示すバルブ４７を制御して排水口２４と、水車１５の入口４６とを接続する。すると、図３Ａのように、圧縮タンク１２内の水は、圧縮タンク１２内の空気圧で排水口２４から吐出され、圧縮タンク１２内の水量が減少する。また、電動モータ３５は駆動されており、圧縮機１４から吐出される圧縮空気は、圧縮タンク１２内へ供給されている。圧縮タンク１２から排水された水は、水車１５の入口４６へ供給される。
制御部５２は、第３工程において図１に示すバルブ４７を制御して排水口２４と、水車１５の入口４６とを接続する。すると、図３Ａのように、圧縮タンク１２内の水は、圧縮タンク１２内の空気圧で排水口２４から吐出され、圧縮タンク１２内の水量が減少する。また、電動モータ３５は駆動されており、圧縮機１４から吐出される圧縮空気は、圧縮タンク１２内へ供給されている。圧縮タンク１２から排水された水は、水車１５の入口４６へ供給される。
【0034】
このため、水車１５の回転軸が回転されて発電機１６で発電が行なわれ、発電機１６で発生した電力は電力供給先５１へ送られる。制御部５２は、必要電力判断部５８で判断された必要電力、及び記憶部５３に記憶されている情報、及びデータに基づいて、発電機１６の出力を制御する。さらに、水車１５の出口５０から排出された水は、通路２０を通って貯水ピット１１へ送られる。制御部５２は、圧縮タンク１２内の空気圧が第２所定圧まで低下すると、第４工程へ移行する。
【0035】
［第４工程］
制御部５２は、第４工程において、図１に示すバルブ４７を制御して圧縮タンク１２の排水口２４と水車１５とを遮断する。また、制御部５２は、バルブ２７を制御して通路２１を開く。このため、図３Ｂのように、貯水ピット１１内の水は、圧縮タンク１２へ供給され、圧縮タンク１２内の水量が増加する。また、制御部５２は、バルブ６４を制御して通路６３を閉じ、かつ、バルブ４４を制御して、圧縮機１４の吐出口３４と、圧縮タンク１３の吸気口３０とを接続する。さらに、制御部５２は、バルブ３９を制御して圧縮タンク１２の排気口２６と圧縮機１４の吸気口３３とを接続し、かつ、外気吸入路３８と吸気口３３とを遮断する。さらに、制御部５２は、バルブ４０を制御して、吸気口３３と排気口３１とを遮断する。このため、圧縮タンク１２内の空気が圧縮機１４へ吸い込まれて圧縮され、かつ、圧縮機１４から吐出された圧縮空気は、圧縮タンク１３へ供給される。さらに、制御部５２は、バルブ４９を制御して、圧縮タンク１３と水車１５とを接続する。
制御部５２は、第４工程において、図１に示すバルブ４７を制御して圧縮タンク１２の排水口２４と水車１５とを遮断する。また、制御部５２は、バルブ２７を制御して通路２１を開く。このため、図３Ｂのように、貯水ピット１１内の水は、圧縮タンク１２へ供給され、圧縮タンク１２内の水量が増加する。また、制御部５２は、バルブ６４を制御して通路６３を閉じ、かつ、バルブ４４を制御して、圧縮機１４の吐出口３４と、圧縮タンク１３の吸気口３０とを接続する。さらに、制御部５２は、バルブ３９を制御して圧縮タンク１２の排気口２６と圧縮機１４の吸気口３３とを接続し、かつ、外気吸入路３８と吸気口３３とを遮断する。さらに、制御部５２は、バルブ４０を制御して、吸気口３３と排気口３１とを遮断する。このため、圧縮タンク１２内の空気が圧縮機１４へ吸い込まれて圧縮され、かつ、圧縮機１４から吐出された圧縮空気は、圧縮タンク１３へ供給される。さらに、制御部５２は、バルブ４９を制御して、圧縮タンク１３と水車１５とを接続する。
【0036】
すると、図３Ｂのように、圧縮タンク１３から排出される水が水車１５へ供給され、発電機１６で発電が行なわれる。発電機１６で発生した電力は電力供給先５１へ送られる。制御部５２は、必要電力判断部５８で判断された必要電力、及び記憶部５３に記憶されている情報、及びデータに基づいて、発電機１６の出力を制御する。さらに、水車１５の出口５０から排出された水は、貯水ピット１１へ送られる。制御部５２は、圧縮タンク１３から水が排出されて発電機１６で発電が行われており、かつ、圧縮タンク１３の空気圧が第２所定圧まで低下し、かつ、圧縮タンク１２の空気圧が第１所定圧まで上昇すると、制御部５２は、第５工程へ移行する。
【0037】
［第５工程］
制御部５２は、第５工程において、バルブ２７を制御して通路２１を閉じる。すると、貯水ピット１１の水は、圧縮タンク１２へ供給されなくなる。また、制御部５２は、図１に示すバルブ４９を閉じ、圧縮タンク１３と水車１５とを遮断する。また、制御部５２は、バルブ４９を閉じる。したがって、図４Ａのように、圧縮タンク１３からは水が排出されない。さらに、制御部５２は、バルブ３２を開き、貯水ピット１１の水を圧縮タンク１３へ供給する。このため、圧縮タンク１３内の水量が増加する。
制御部５２は、第５工程において、バルブ２７を制御して通路２１を閉じる。すると、貯水ピット１１の水は、圧縮タンク１２へ供給されなくなる。また、制御部５２は、図１に示すバルブ４９を閉じ、圧縮タンク１３と水車１５とを遮断する。また、制御部５２は、バルブ４９を閉じる。したがって、図４Ａのように、圧縮タンク１３からは水が排出されない。さらに、制御部５２は、バルブ３２を開き、貯水ピット１１の水を圧縮タンク１３へ供給する。このため、圧縮タンク１３内の水量が増加する。
【0038】
また、制御部５２は、バルブ４０を制御して排気口３１と吸気口３３とを接続する。さらに、制御部５２は、バルブ４４を制御して、通路４２を遮断する。さらに、制御部５２は、バルブ３９を制御して、吸気口３３と排気口２６とを遮断し、かつ、吸気口３３と外気吸入路３８とを遮断する。さらに、制御部５２は、バルブ４３を制御して吐出口３４と吸気口２５とを接続する。すると、図４Ａのように、圧縮タンク１３内の空気が圧縮機１４へ吸い込まれて圧縮され、かつ、圧縮機１４から吐出された圧縮空気は、圧縮タンク１２へ供給される。さらに、制御部５２は、図１に示すバルブ４７を制御し、圧縮タンク１２の排水口２４と、水車１５の入口４６とを接続する。このため、圧縮タンク１２から排出された水が水車１５へ供給され、発電機１６による発電が行なわれる。
【0039】
また、水車１５の出口５０から排出された水は、貯水ピット１１へ供給される。制御部５２は、圧縮タンク１２内の空気圧が第２所定圧まで低下し、かつ、圧縮タンク１３内の空気圧が第１所定圧まで上昇すると、前述した第４工程へ進む。以後、第４工程と第５工程とを、交互に繰り返すことにより、発電機１６による発電が継続して、つまり、連続して発電が行われる。
【0040】
なお、制御部５２は、圧縮タンク１２の空気圧、及び圧縮タンク１３の空気圧に基づいて各種のバルブを制御し、第１工程乃至第５工程を実行することに代えて、圧縮タンク１２の水量、及び圧縮タンク１３の水量に基づいて各種のバルブを制御し、第１工程乃至第５工程を実行することもできる。
【0041】
具体的に説明すると、制御部５２は、第１工程において、圧縮タンク１２及び圧縮タンク１３内の水量が、それぞれ第１所定量まで増加したこと検出すると、第１工程から第２工程へ移行できる。また、制御部５２は、第４工程において、圧縮タンク１３から水が排出されて発電機１６で発電が行われており、かつ、圧縮タンク１３の水量が第２所定量まで減少し、かつ、圧縮タンク１２の水量が第１所定量まで増加すると、制御部５２は、第４工程から第５工程へ移行できる。制御部５２は、第５工程において、圧縮タンク１２内の水量が第２所定量まで減少し、かつ、圧縮タンク１３内の水量が第１所定量まで増加すると、前述した第４工程へ進む。第１所定量は、第２所定量を超えている。
【0042】
（第１実施形態の効果）
発電システム１０は、圧縮タンク１２内から吸い込んだ空気を圧縮機１４で加圧して、圧縮タンク１３へ供給できる。また、発電システム１０は、圧縮タンク１３内から吸い込んだ空気を圧縮機１４で加圧して、圧縮タンク１２へ供給できる。つまり、発電システム１０は、第２工程以降において、外部から大気圧の空気を圧縮機１４へ新たに吸い込むことなく、圧縮機１４、圧縮タンク１２、及び圧縮タンク１３において空気を循環させて加圧することで、圧縮空気を有効に利用できる。したがって、圧縮機１４において、空気を大気圧から加圧して圧縮空気を生成する時間を短縮でき、圧縮機１４の圧縮効率が向上する。
発電システム１０は、圧縮タンク１２内から吸い込んだ空気を圧縮機１４で加圧して、圧縮タンク１３へ供給できる。また、発電システム１０は、圧縮タンク１３内から吸い込んだ空気を圧縮機１４で加圧して、圧縮タンク１２へ供給できる。つまり、発電システム１０は、第２工程以降において、外部から大気圧の空気を圧縮機１４へ新たに吸い込むことなく、圧縮機１４、圧縮タンク１２、及び圧縮タンク１３において空気を循環させて加圧することで、圧縮空気を有効に利用できる。したがって、圧縮機１４において、空気を大気圧から加圧して圧縮空気を生成する時間を短縮でき、圧縮機１４の圧縮効率が向上する。
【0043】
また、発電システム１０の発電装置７６は、水の運動エネルギを水車１５の機械エネルギに変換し、発電機１６は、機械エネルギを電気エネルギに変換することができる。さらに、発電装置７６へ供給された水を、水の吐出元である圧縮タンク１２または圧縮タンク１３へ戻す前に貯める貯水ピット１１が設けられている。貯水ピット１１は、重力の作用方向で、圧縮タンク１２及び圧縮タンク１３より高い位置に設けられている。このため、貯水ピット１１内の水は、自重及び高さに応じた位置エネルギによって圧縮タンク１２及び圧縮タンク１３へ送られる。したがって、貯水ピット１１内の水を、圧縮タンク１２及び圧縮タンク１３へ送る動力源を設けずに済む。
【0044】
また、通水経路７０と通水経路７１とが並列に設けられているため、貯水ピット１１内の水を、確実に圧縮タンク１２と圧縮タンク１３とに振り分けることができる。さらに、通気経路７２と通気経路７３とが並列に設けられているため、何れかの圧縮タンクから吸い込んだ空気を圧縮機１４で圧縮し、かつ、確実に他の圧縮タンクへ供給できる。さらに、発電装置７６の全部が、圧縮タンク１２及び圧縮タンク１３の外部に設けられている。したがって、圧縮タンク１２への水の供給及び空気の供給が阻害されることを抑制でき、かつ、圧縮タンク１３への水の供給及び空気の供給が阻害されることを抑制できる。
【0045】
さらに、バルブ２７，４９が、それぞれ流量制御弁としての機能を備えていると、第４工程において、圧縮タンク１２へ供給される水の流量、及び圧縮タンク１３から排出される水の流量を制御することにより、圧縮タンク１２の水量が第１所定量まで増加するタイミングと、圧縮タンク１３の水量が第２所定量まで減少するタイミングとを、略一致させることができる。したがって、制御部５２が、第４工程から第５工程へ切り替える過程で、水車１５へ供給される水量が一時的に減少することを抑制でき、発電機１６による発電機能が低下することを抑制できる。
【0046】
また、バルブ３２，４７が、それぞれ流量制御弁としての機能を備えていると、第５工程において、圧縮タンク１３へ供給される水の流量、及び圧縮タンク１２から排出される水の流量を制御することにより、圧縮タンク１３の水量が第１所定量まで増加するタイミングと、圧縮タンク１２の水量が第２所定量まで減少するタイミングとを、略一致させることができる。したがって、制御部５２が、第５工程から第４工程へ切り替える過程で、水車１５へ供給される水量が一時的に減少することを抑制でき、発電機１６による発電機能が低下することを抑制できる。
【0047】
（第２実施形態）
発電システムの第２実施形態が、図２及び図５Ａに示されている。発電システム１０の第２実施形態において、発電システム１０の第１実施形態と同様の構成については、発電システム１０の第１実施形態と同様の符号を付してある。発電システム１０の第２実施形態は、圧縮タンク１２，１３に加えて、圧縮タンク８０を有する。圧縮タンク８０の基本的な構成及び機能は、圧縮タンク１２，１３と同じである。貯水ピット１１の水を圧縮タンク８０へ供給する通路８１が設けられ、図２に示すように、通路８１を開閉するバルブ８２が設けられている。
発電システムの第２実施形態が、図２及び図５Ａに示されている。発電システム１０の第２実施形態において、発電システム１０の第１実施形態と同様の構成については、発電システム１０の第１実施形態と同様の符号を付してある。発電システム１０の第２実施形態は、圧縮タンク１２，１３に加えて、圧縮タンク８０を有する。圧縮タンク８０の基本的な構成及び機能は、圧縮タンク１２，１３と同じである。貯水ピット１１の水を圧縮タンク８０へ供給する通路８１が設けられ、図２に示すように、通路８１を開閉するバルブ８２が設けられている。
【0048】
また、圧縮タンク８０内の水を水車１５の入口４６へ送る通路８３が設けられている。通路８３には、図２に示すバルブ８４が設けられている。バルブ８２，８４は、例えば、電磁弁であり、バルブ８２，８４は、それぞれ制御部５２により制御される。バルブ８２が通路８１を開くと、貯水ピット１１の水は、圧縮タンク８０へ供給される。バルブ８２が通路８１を閉じると、貯水ピット１１の水は、圧縮タンク８０へ供給されない。バルブ８４が通路８３を開くと、圧縮タンク８０から排出された水は、水車１５へ送られる。バルブ８４が通路８３を閉じると、圧縮タンク８０の水は、水車１５へ送られない。
【0049】
さらに、圧縮タンク８０内の空気を圧縮機１４の吸気口３３へ送る通路８５が設けられている。さらに、圧縮機１４から吐出される圧縮空気を圧縮タンク８０へ供給する通路８６が設けられている。通路８５には、図２に示すバルブ８７が設けられ、通路８６を開閉するバルブ８８が設けられている。バルブ８７，８８は、例えば、電磁弁であり、バルブ８７，８８は、それぞれ制御部５２により制御される。バルブ８７が通路８５を開くと、圧縮タンク８０内の空気は、圧縮機１４へ吸い込まれて圧縮される。バルブ８７が通路８５を閉じると、圧縮タンク８０内の空気は、圧縮機１４へ吸い込まれない。バルブ８８が通路８６を開くと、圧縮機１４から吐出された圧縮空気は、圧縮タンク８０へ供給される。バルブ８８が通路８６を閉じると、圧縮機１４の圧縮空気は、圧縮タンク８０へ供給されない。
【0050】
バルブ８２，８４は、通路を開閉するバルブであることに加え、水の流量を制御する流量制御弁であってもよい。つまり、制御部５２は、バルブ８２を制御することにより、貯水ピット１１から圧縮タンク８０へ供給される水の流量を制御できる。また、制御部５２は、バルブ８４を制御することにより、圧縮タンク８０から水車１５へ送られる水の流量を制御できる。さらに、圧縮タンク８０内の空気を大気中へ排出する通路を開閉するバルブ８９が設けられている。バルブ８９は、例えば、電磁弁であり、バルブ８９は、制御部５２により制御される。圧縮タンク８０の水量を検出して信号を出力する水量センサ９０が設けられている。圧縮タンク８０内の空気圧を検出して信号を出力する空気圧センサ９１が設けられている。
【0051】
図２に示す制御系統は、発電システム１０の第２実施形態にも適用できる。制御部５２は、水量センサ５４，５５，５６，９０の信号及び空気圧センサ６５，６６，９１の信号を処理し、かつ、記憶部５３に記憶されている情報、データ等に基づいて、バルブ２７，３２，３９，４０，４３，４４，４９，６１，６４，８２，８４，８７，８８，８９を制御し、かつ、電動モータ３５を制御することができる。
【0052】
発電システム１０の第２実施形態では、圧縮タンク１２，１３，８０が、貯水ピット１１に対し並列に配置されている。また、圧縮タンク１２，１３，８０が、水車１５に対し並列に配置されている。さらに、圧縮タンク１２，１３，８０が、圧縮機１４に対し並列に配置されている。さらに、通路８１、通路８３及び圧縮タンク８０により通水経路９２が構成されている。そして、通水経路７０，７１，９２は、並列に配置されている。
【0053】
（発電システムで行われる工程例）
発電システム１０の第２実施形態で行われる制御例、つまり、工程例は、次のようなものである。便宜上、先ず、圧縮タンク１２に貯められている水を水車１５へ供給して発電機１６で発電を行い、次いで、圧縮タンク１３に貯められている水を水車１５へ供給して発電機１６で発電を行ない、その後、圧縮タンク８０に貯められている水を水車１５へ供給して発電機１６で発電を行なう例を説明する。
発電システム１０の第２実施形態で行われる制御例、つまり、工程例は、次のようなものである。便宜上、先ず、圧縮タンク１２に貯められている水を水車１５へ供給して発電機１６で発電を行い、次いで、圧縮タンク１３に貯められている水を水車１５へ供給して発電機１６で発電を行ない、その後、圧縮タンク８０に貯められている水を水車１５へ供給して発電機１６で発電を行なう例を説明する。
【0054】
［第１１工程］
制御部５２は、第１１工程において、発電システム１０を第１工程と同様の制御を行ない、図５Ａのように、貯水ピット１１から圧縮タンク１２及び圧縮タンク１３へ水を貯める。制御部５２は、圧縮タンク１２の空気圧及び圧縮タンク１３の空気圧が、それぞれ第１所定圧まで上昇したことを検出すると、第１２工程へ移行する。
制御部５２は、第１１工程において、発電システム１０を第１工程と同様の制御を行ない、図５Ａのように、貯水ピット１１から圧縮タンク１２及び圧縮タンク１３へ水を貯める。制御部５２は、圧縮タンク１２の空気圧及び圧縮タンク１３の空気圧が、それぞれ第１所定圧まで上昇したことを検出すると、第１２工程へ移行する。
【0055】
［第１２工程］
制御部５２は、第１２工程において通路２１，２２を閉じ、かつ、通路８１を開く。また、制御部５２は、通路４１，８５を開き、かつ、電動モータ３５を回転させて圧縮機１４を駆動させる。すると、図５Ｂのように、貯水ピット１１内の水が圧縮タンク８０へ供給され、圧縮タンク８０の水量が増加する。また、圧縮タンク８０内の空気が圧縮機１４へ吸い込まれて圧縮され、圧縮機１４から吐出された圧縮空気は、圧縮タンク１２へ供給される。さらに、圧縮タンク１２から排出された水が水車１５へ送られ、発電機１６で発電が行われる。制御部５２は、圧縮タンク１２内の空気圧が第２所定圧まで低下し、かつ、圧縮タンク８０内の空気圧が第１所定圧まで上昇したことを検出すると、第１３工程へ移行する。
制御部５２は、第１２工程において通路２１，２２を閉じ、かつ、通路８１を開く。また、制御部５２は、通路４１，８５を開き、かつ、電動モータ３５を回転させて圧縮機１４を駆動させる。すると、図５Ｂのように、貯水ピット１１内の水が圧縮タンク８０へ供給され、圧縮タンク８０の水量が増加する。また、圧縮タンク８０内の空気が圧縮機１４へ吸い込まれて圧縮され、圧縮機１４から吐出された圧縮空気は、圧縮タンク１２へ供給される。さらに、圧縮タンク１２から排出された水が水車１５へ送られ、発電機１６で発電が行われる。制御部５２は、圧縮タンク１２内の空気圧が第２所定圧まで低下し、かつ、圧縮タンク８０内の空気圧が第１所定圧まで上昇したことを検出すると、第１３工程へ移行する。
【0056】
［第１３工程］
制御部５２は、第１３工程において、通路２１，４８を開き、かつ、通路４５，８１を閉じる。また、制御部５２は、通路３６，４２を開き、かつ、通路４１，８５を閉じる。このため、図６Ａのように、貯水ピット１１内の水は、圧縮タンク１２へ供給され、圧縮タンク１２内の水量が増加する。また、圧縮タンク１２内の空気が圧縮機１４へ吸い込まれて圧縮され、圧縮機１４から吐出された圧縮空気は、圧縮タンク１３へ供給される。さらに、圧縮タンク１３から排出された水が水車１５へ送られ、発電機１６で発電が行われる。制御部５２は、圧縮タンク１３内の空気圧が第２所定圧まで低下し、かつ、圧縮タンク１２内の空気圧が第１所定圧まで上昇したことを検出すると、第１４工程へ移行する。
制御部５２は、第１３工程において、通路２１，４８を開き、かつ、通路４５，８１を閉じる。また、制御部５２は、通路３６，４２を開き、かつ、通路４１，８５を閉じる。このため、図６Ａのように、貯水ピット１１内の水は、圧縮タンク１２へ供給され、圧縮タンク１２内の水量が増加する。また、圧縮タンク１２内の空気が圧縮機１４へ吸い込まれて圧縮され、圧縮機１４から吐出された圧縮空気は、圧縮タンク１３へ供給される。さらに、圧縮タンク１３から排出された水が水車１５へ送られ、発電機１６で発電が行われる。制御部５２は、圧縮タンク１３内の空気圧が第２所定圧まで低下し、かつ、圧縮タンク１２内の空気圧が第１所定圧まで上昇したことを検出すると、第１４工程へ移行する。
【0057】
［第１４工程］
制御部５２は、第１４工程において、通路２２，８３を開き、かつ、通路２１，４８を閉じる。また、制御部５２は、通路３７，８６を開き、かつ、通路３６，４２を閉じる。このため、図６Ｂのように、貯水ピット１１内の水は、圧縮タンク１３へ供給され、圧縮タンク１３内の水量が増加する。また、圧縮タンク１３内の空気が圧縮機１４へ吸い込まれて圧縮され、圧縮機１４から吐出された圧縮空気は、圧縮タンク８０へ供給される。さらに、圧縮タンク８０から排出された水が水車１５へ送られ、発電機１６で発電が行われる。制御部５２は、圧縮タンク８０内の空気圧が第２所定圧まで低下し、かつ、圧縮タンク１３内の空気圧が第１所定圧まで上昇したことを検出すると、第１５工程へ移行する。
制御部５２は、第１４工程において、通路２２，８３を開き、かつ、通路２１，４８を閉じる。また、制御部５２は、通路３７，８６を開き、かつ、通路３６，４２を閉じる。このため、図６Ｂのように、貯水ピット１１内の水は、圧縮タンク１３へ供給され、圧縮タンク１３内の水量が増加する。また、圧縮タンク１３内の空気が圧縮機１４へ吸い込まれて圧縮され、圧縮機１４から吐出された圧縮空気は、圧縮タンク８０へ供給される。さらに、圧縮タンク８０から排出された水が水車１５へ送られ、発電機１６で発電が行われる。制御部５２は、圧縮タンク８０内の空気圧が第２所定圧まで低下し、かつ、圧縮タンク１３内の空気圧が第１所定圧まで上昇したことを検出すると、第１５工程へ移行する。
【0058】
［第１５工程］
制御部５２は、第１５工程において、通路４５，８１を開き、かつ、通路２２，８３を閉じる。また、制御部５２は、通路４１，８５を開き、かつ、通路３７，８６を閉じる。このため、図７のように、貯水ピット１１内の水は、圧縮タンク８０へ供給され、圧縮タンク８０内の水量が増加する。また、圧縮タンク８０内の空気が圧縮機１４へ吸い込まれて圧縮され、圧縮機１４から吐出された圧縮空気は、圧縮タンク１２へ供給される。さらに、圧縮タンク１２から排出された水が水車１５へ送られ、発電機１６で発電が行われる。制御部５２は、圧縮タンク１２内の空気圧が第２所定圧まで低下し、かつ、圧縮タンク８０内の空気圧が第１所定圧まで上昇したことを検出すると、第１３工程へ移行する。以後、第１３工程、第１４工程、第１５工程を繰り返すことにより、発電機１６による発電が継続して、つまり、連続して行なわれる。
制御部５２は、第１５工程において、通路４５，８１を開き、かつ、通路２２，８３を閉じる。また、制御部５２は、通路４１，８５を開き、かつ、通路３７，８６を閉じる。このため、図７のように、貯水ピット１１内の水は、圧縮タンク８０へ供給され、圧縮タンク８０内の水量が増加する。また、圧縮タンク８０内の空気が圧縮機１４へ吸い込まれて圧縮され、圧縮機１４から吐出された圧縮空気は、圧縮タンク１２へ供給される。さらに、圧縮タンク１２から排出された水が水車１５へ送られ、発電機１６で発電が行われる。制御部５２は、圧縮タンク１２内の空気圧が第２所定圧まで低下し、かつ、圧縮タンク８０内の空気圧が第１所定圧まで上昇したことを検出すると、第１３工程へ移行する。以後、第１３工程、第１４工程、第１５工程を繰り返すことにより、発電機１６による発電が継続して、つまり、連続して行なわれる。
【0059】
なお、制御部５２は、圧縮タンク１２の空気圧、圧縮タンク１３の空気圧、圧縮タンク８０の空気圧に基づいて各種のバルブを制御し、第１１工程乃至第１５工程を実行することに代えて、圧縮タンク１２，１３，８０の水量に基づいて各種のバルブを制御し、第１１工程乃至第１５工程を実行することもできる。
【0060】
具体的に説明すると、制御部５２は、第１１工程において、圧縮タンク１２の水量及び圧縮タンク１３の水量が、それぞれ第１所定量まで増加したことを検出すると、第１２工程へ移行する。また、制御部５２は、第１２工程において、圧縮タンク１２内の水量が第２所定量まで減少し、かつ、圧縮タンク８０内の水量が第１所定量まで増加したことを検出すると、第１３工程へ移行する。制御部５２は、第１３工程において、圧縮タンク１３内の水量が第２所定量まで減少し、かつ、圧縮タンク１２内の水量が第１所定量まで増加したことを検出すると、第１４工程へ移行する。制御部５２は、第１４工程において、圧縮タンク８０内の水量が第２所定量まで減少し、かつ、圧縮タンク１３内の水量が第１所定量まで増加したことを検出すると、第１５工程へ移行する。制御部５２は、第１５工程において、圧縮タンク１２内の水量が第２所定量まで減少し、かつ、圧縮タンク８０内の水量が第１所定量まで増加したことを検出すると、第１３工程へ移行する。
【0061】
さらに、バルブ２７，３２，４７，４９，８２，８４が、それぞれ流量制御弁としての機能を備えていると、圧縮タンク１２，１３，８０へそれぞれ供給される水の流量、及び圧縮タンク１２、１３，８０からそれぞれ排出される水の流量を制御することにより、圧縮タンク１２，１３，８０の水量が、それぞれ第１所定量まで増加するタイミングと、圧縮タンク１２，１３，８０の水量が第２所定量まで減少するタイミングとを、略一致させることができる。したがって、水車１５へ供給される水量が一時的に減少することを抑制でき、発電機１６による発電機能が低下することを抑制できる。
【0062】
（第３実施形態）
図８には、発電システムの第３実施形態が示されている。発電システム１０の第３実施形態は、複数、例えば、３組の圧縮システムＣ１，Ｃ２，Ｃ３と、複数、例えば、２組のプラントＰ１，Ｐ２を有する。圧縮システムＣ１，Ｃ２，Ｃ３は、図２に示す電動モータ３５及び圧縮機１４をそれぞれ備えている。つまり、発電システム１０は、複数の電動モータ３５、及び複数の圧縮機１４を備えている。プラントＰ１，Ｐ２は、図１に示す貯水ピット１１、図２に示す発電装置７６、電力供給先５１、空気圧センサ６５，６６，９１、水量センサ５４，５５，５６，９０、流量センサ５７、バルブ２７，３２，３９，４０，４３，４４，６１，６４，４９，８２，８４，８７，８８，８９を、それぞれ備えている。制御部５２は、プラントＰ１，Ｐ２を制御し、かつ、圧縮システムＣ１，Ｃ２，Ｃ３を制御する。
図８には、発電システムの第３実施形態が示されている。発電システム１０の第３実施形態は、複数、例えば、３組の圧縮システムＣ１，Ｃ２，Ｃ３と、複数、例えば、２組のプラントＰ１，Ｐ２を有する。圧縮システムＣ１，Ｃ２，Ｃ３は、図２に示す電動モータ３５及び圧縮機１４をそれぞれ備えている。つまり、発電システム１０は、複数の電動モータ３５、及び複数の圧縮機１４を備えている。プラントＰ１，Ｐ２は、図１に示す貯水ピット１１、図２に示す発電装置７６、電力供給先５１、空気圧センサ６５，６６，９１、水量センサ５４，５５，５６，９０、流量センサ５７、バルブ２７，３２，３９，４０，４３，４４，６１，６４，４９，８２，８４，８７，８８，８９を、それぞれ備えている。制御部５２は、プラントＰ１，Ｐ２を制御し、かつ、圧縮システムＣ１，Ｃ２，Ｃ３を制御する。
【0063】
そして、圧縮システムＣ１，Ｃ２，Ｃ３がそれぞれ駆動されると、圧縮システムＣ１，Ｃ２，Ｃ３は、プラントＰ１から空気をそれぞれ吸い込み、圧縮システムＣ１，Ｃ２，Ｃ３から吐出された圧縮空気を、プラントＰ１へそれぞれ供給できる。また、圧縮システムＣ１，Ｃ２，Ｃ３がそれぞれ駆動されると、圧縮システムＣ１，Ｃ２，Ｃ３は、プラントＰ２から空気をそれぞれ吸い込み、圧縮システムＣ１，Ｃ２，Ｃ３から吐出された圧縮空気を、プラントＰ２へそれぞれ供給できる。
【0064】
発電システム１０の第３実施形態では、制御部５２が発電システム１０を制御するモードとして、第１モード、第２モード、第３モードを切り替えて選択できる。発電システム１０を制御する第１モードが選択されると、図８の上段に示すように、圧縮システムＣ１，Ｃ２が駆動され、圧縮システムＣ３が停止される。発電システム１０を制御する第２モードが選択されると、図８の中段に示すように、圧縮システムＣ１，Ｃ３が駆動され、圧縮システムＣ２が停止される。発電システム１０を制御する第３モードが選択されると、図８の下段に示すように、圧縮システムＣ２，Ｃ３が駆動され、圧縮システムＣ１が停止される。
【0065】
そして、制御部５２は、第１モードを選択してから所定時間、例えば、４時間が経過すると、第１モードから第２モードへ切り替えることができる。また、制御部５２は、第２モードを選択してから所定時間、例えば、４時間が経過すると、第２モードから第３モードへ切り替えることができる。さらに、制御部５２は、第３モードを選択してから所定時間、例えば、４時間が経過すると、第３モードから第１モードへ切り替えることができる。このように、制御部５２は、第１モード、第２モード、第３モードを交互に切り替えて選択できる。すると、３組の圧縮システムＣ１，Ｃ２，Ｃ３は、それぞれ間欠的に駆動及び停止される。制御部５２が、第１モード、第２モード、第３モードを交互に切り替えると、３組の圧縮システムＣ１，Ｃ２，Ｃ３は、それぞれ８時間駆動され、それぞれ４時間停止される状態を繰り返すことになる。したがって、プラントＰ１，Ｐ２において常時、発電を行ない、停止されている圧縮システムのメンテナンス等を行うことができる。
【0066】
（包括した制御例）
図４Ｂのフローチャートには、発電システム１０で行われる制御例が包括して示されている。制御部５２は、ステップＳ２０において、入力される信号、情報、データ等の処理を行う。制御部５２は、ステップＳ２１において、プラントＰ１，Ｐ２をそれぞれ制御すること、または、各種のバルブ２７，３２，３９，４０，４３，４４，４９,６１，６４，８２，８４，８７，８８，８９をそれぞれ別々に制御すること、ができる。制御部５２は、ステップＳ２２において、圧縮システムＣ１，Ｃ２，Ｃ３をそれぞれ制御すること、または、電動モータ３５を制御すること、ができる。制御部５２は、ステップＳ２３において、プラントＰ１，Ｐ２をそれぞれ制御するか、または、発電機１６を単独で制御し、図４Ｂの制御例を終了する。なお、制御部５２が、ステップＳ２０，Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２３を実行する順序は問われない。
図４Ｂのフローチャートには、発電システム１０で行われる制御例が包括して示されている。制御部５２は、ステップＳ２０において、入力される信号、情報、データ等の処理を行う。制御部５２は、ステップＳ２１において、プラントＰ１，Ｐ２をそれぞれ制御すること、または、各種のバルブ２７，３２，３９，４０，４３，４４，４９,６１，６４，８２，８４，８７，８８，８９をそれぞれ別々に制御すること、ができる。制御部５２は、ステップＳ２２において、圧縮システムＣ１，Ｃ２，Ｃ３をそれぞれ制御すること、または、電動モータ３５を制御すること、ができる。制御部５２は、ステップＳ２３において、プラントＰ１，Ｐ２をそれぞれ制御するか、または、発電機１６を単独で制御し、図４Ｂの制御例を終了する。なお、制御部５２が、ステップＳ２０，Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２３を実行する順序は問われない。
【0067】
（補足説明）
本実施形態は、図面を用いて開示されたものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、制御部５２が制御に用いる第２所定圧は、圧縮タンクから排出された水が水車１５へ供給された場合に、発電機１６で発電を行なうことができる下限圧力である。第１所定圧及び第２所定圧は、大気圧よりも高く、第１所定圧は、第２所定圧よりも高い。第１所定圧及び第２所定圧は、記憶部５３に記憶されている。制御部５２が制御に用いる第２所定量は、圧縮タンクから排出された水が水車１５へ供給された場合に、発電機１６で発電を行なうことができる下限水量である。第１所定量は、第２所定量より多く、第１所定量及び第２所定量は、記憶部５３に記憶されている。
本実施形態は、図面を用いて開示されたものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、制御部５２が制御に用いる第２所定圧は、圧縮タンクから排出された水が水車１５へ供給された場合に、発電機１６で発電を行なうことができる下限圧力である。第１所定圧及び第２所定圧は、大気圧よりも高く、第１所定圧は、第２所定圧よりも高い。第１所定圧及び第２所定圧は、記憶部５３に記憶されている。制御部５２が制御に用いる第２所定量は、圧縮タンクから排出された水が水車１５へ供給された場合に、発電機１６で発電を行なうことができる下限水量である。第１所定量は、第２所定量より多く、第１所定量及び第２所定量は、記憶部５３に記憶されている。
【0068】
制御部５２は、各圧縮タンク内の空気圧、または各圧縮タンク内の水量に基づいて、実行している工程から他の工程へ移行することに代えて、制御部５２は、何れかの工程を開始した時点からの経過時間をタイマーにより計測し、経過時間が所定時間以上になった場合に、他の工程へ移行することもできる。制御部５２が各工程の切り替えに用いる所定時間は、記憶部５３に記憶されている。
【0069】
また、本実施形態で開示された各バルブを手動操作できる構造とし、作業者が手動操作で各バルブの開閉を切り替えてもよい。なお、図１に示す水車１５は、出口５０から排出される水が、通路２０を経て貯水ピット１１の給水口１８へ到達できる圧力を確保できる種類であれば、発電装置７６を、貯水ピット１１の給水口１８より低い位置に設けることも可能である。
【0070】
本実施形態で説明した事項の技術的意味の一例は、次の通りである。発電システム１０は、発電システムの一例であり、発電装置７６は、発電装置の一例であり、発電機１６は、発電機の一例である。圧縮タンク１２，１３，８０は、複数の圧縮タンクの一例である。圧縮タンク１２，１３，８０は、それぞれ、第１タンク及び第２タンクに相当し得る。貯水ピット１１は、貯水ピットの一例である。圧縮機１４は、圧縮機の一例である。圧縮システムＣ１，Ｃ２，Ｃ３にそれぞれ含まれる圧縮機１４は、それぞれ第１圧縮機、第２圧縮機、第３圧縮機に相当し得る。通路４５，４８，８３は、それぞれ第１通水路に相当し得る。通路２１，２２，８１は、それぞれ第２通水路に相当し得る。通路２０は、第３通水路の一例である。通路４５，４８，８３は、第４通水路に相当し得る。
【0071】
通路３６，３７，８５は、第１通気路に相当し得る。通路４１，４２，８６は、第２通気路に相当し得る。バルブ４７，４９，８４は、第１バルブに相当し得る。バルブ４７，４９，８４は、第２バルブに相当し得る。空気圧センサ６５，６６，９１は、それぞれ空気圧センサの一例である。制御部５２は、第１制御部、第２制御部、第３制御部の一例である。“空気圧が第２所定圧まで低下”は、“空気圧が所定圧まで低下”の一例である。“水量が第２所定量まで減少”は、“水量が所定量まで減少”の一例である。水量センサ５５，５６，９０は、それぞれ水量センサの一例である。プラントＰ１，Ｐ２は、それぞれ第１プラント及び第２プラントに相当し得る。第１モード、第２モード、第３モードは、複数種類のモードの一例である。
【産業上の利用可能性】
【0072】
本開示は、本開示は、水の運動エネルギを電気エネルギに変換する発電システムとして利用可能である。
【符号の説明】
【0073】
１０…発電システム、１１…貯水ピット、１２，１３，８０…圧縮タンク、１４…圧縮機、１６…発電機、２０，２１，２２，３６，３７，４１，４２，６１，６４，４８，８１，８３，８５，８６…通路、４７，４９，８４…バルブ、５２…制御部、５５，５６，９０…水量センサ、６５，６６，９１…空気圧センサ、７６…発電装置、Ｐ１，Ｐ２…プラント
【要約】
【課題】圧縮空気を有効利用することの可能な発電システムを提供する。
【解決手段】複数の圧縮タンク１２，１３と、複数の圧縮タンク１２，１３から吐出される水の運動エネルギで発電を行ない、かつ、発電に利用された水を排出する発電装置７６と、を有する発電システム１０であって、水を貯える貯水ピット１１と、複数の圧縮タンク１２，１３のうち、圧縮タンク１２から吐出される水を発電装置７６へ供給する通路４５と、貯水ピット１１に蓄えられている水を圧縮タンク１３へ供給する通路２２と、圧縮空気を吐出する圧縮機１４と、圧縮タンク１３内の空気を圧縮機１４へ送る通路３７と、圧縮機１４から吐出される圧縮空気を圧縮タンク１２へ送る４１と、を有する発電システム１０を構成した。
【選択図】図１
【解決手段】複数の圧縮タンク１２，１３と、複数の圧縮タンク１２，１３から吐出される水の運動エネルギで発電を行ない、かつ、発電に利用された水を排出する発電装置７６と、を有する発電システム１０であって、水を貯える貯水ピット１１と、複数の圧縮タンク１２，１３のうち、圧縮タンク１２から吐出される水を発電装置７６へ供給する通路４５と、貯水ピット１１に蓄えられている水を圧縮タンク１３へ供給する通路２２と、圧縮空気を吐出する圧縮機１４と、圧縮タンク１３内の空気を圧縮機１４へ送る通路３７と、圧縮機１４から吐出される圧縮空気を圧縮タンク１２へ送る４１と、を有する発電システム１０を構成した。
【選択図】図１
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8】
