JP2004183637A

JP2004183637A - 高水圧下で発生させた気泡の浮力を利用した発電装置

Info

Publication number: JP2004183637A
Application number: JP2002382858A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Takahashi; 眞彦高橋
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-12-01
Filing date: 2002-12-01
Publication date: 2004-07-02

Abstract

【課題】高水圧下の水中で発生させた気泡の浮力を利用して水流を発生させ、この水流を利用して発電する。
【解決手段】高水圧下の水中で、電気分解や圧縮空気を利用して管の中に気泡を発生させ、気泡の上昇に伴って管内に発生する水流を利用して回転装置を回転させ、この回転力を用いて発電を行う。また、夜間電力などの余剰の電気でエアーコンプレッサーを駆動させて空気を圧縮して貯蔵しておき、この圧縮空気を用いて必要な時に管内に気泡を発生させて発電を行う。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、海や湖など水深のある水域において、深くて水圧の高い水中で発生させた気泡を管内で上昇させることにより、水圧の減少によって気泡の体積が増加し、それに伴って加速度的に増大する気泡の浮力によって管内に水流を発生させ、この水流を発電に利用するシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
各種の発電所では、いろいろなエネルギー資源からそれぞれのエネルギー変換方法を用いて、最終的に電気エネルギーを発生させている。たとえば、水力発電所では貯蔵した水の位置エネルギーを利用して発電機を回し、電気エネルギーに変えているし、火力発電所や原子力発電所では、熱エネルギーを水蒸気に変え、この水蒸気でタービンをまわして機械エネルギーに変換し、その回転力を発電機に伝えて電気エネルギーに変換している。しかし、従来から利用されているこれらの方法は、ダムによる自然環境破壊や、化石燃料の燃焼による地球温暖化に対する影響、化石燃料の資源枯渇問題、原子力の安全性や使用済み核燃料の処理問題など、地球規模でのさまざまな問題を抱えている。
【０００３】
このような問題に対処するために、太陽光発電や風力発電、地熱発電などといった燃料消費や自然環境破壊を伴わない、いわゆる自然エネルギーを利用した発電方法に注目が集まっており、今後は安全で環境負荷の少ない発電方法が求められる方向にある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとしている課題は、今後ますます枯渇する化石燃料や取り扱いが困難な核燃料などによる発電に変わる新しい発電方法の開発と電気エネルギーの貯蔵方法の開発に関するものである。
【０００５】
本発明では、地球上に無尽蔵に存在する水の圧力を利用して安全で環境負荷の少ない発電を行うことを目的としており、高水圧下で発生させた気泡の浮力を水流に転換し、この水流を発電に利用することにより課題の解決を図るものである。
【０００６】
また、余剰の電気エネルギーを圧力エネルギーに変換してこれを高水圧下の水中で貯蔵することにより、安全で簡便なエネルギーの保存と安定した電力供給を行うためのシステムを提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、高水圧下で発生した気泡が、その上昇によって水圧が減少することにより相対的に体積が増加し、この体積増加によって加速度的に気泡の浮力が増大するという自然現象に基づくものである。
【０００８】
この現象を水中に鉛直に立てた管内で行うことにより、管内には気泡の上昇に伴って上向きの水流が発生する。
【０００９】
本発明では、この水流を用いて、管内に設置した回転装置を回転させ、この回転力を用いて発電を行うものである。
【００１０】
高水圧下で気泡を発生させる方法のひとつとして、水の電気分解がある。これはもっともよく知られている原理のひとつで、電解液に電極を差し込んで電気を流すと、陽極には酸素が、陰極には水素が気体として発生する。
【００１１】
本発明ではこの原理を応用し、太陽光発電や風力発電などを利用した発電方法によって電気を得、この電気を用いて水中で電気分解を行って気泡を発生させる。
【００１２】
電気分解では陰極に水素の気泡が発生するが、本発明ではこの水素の気泡が上昇するエネルギーを水流に変えて発電するとともに、水素そのものを収集し、燃料電池用の燃料として利用する。
【００１３】
太陽光発電や風力発電などの自然エネルギーを利用した発電は、気象条件などにより安定した電力供給が難しい場合がある。また、太陽光発電では夜の時間帯は発電が行われない。そこで、気泡を水中で発生させる第２の方法として、電力を利用してエアーコンプレッサーを回し、耐圧容器に圧縮空気を貯蔵しておく方法がある。こうして貯蔵しておいた高圧の空気を管内に導入することにより、いつでも水中で気泡を発生させ、必要な水流を得ることができる。
【００１４】
圧縮空気を利用した気泡の発生には、もうひとつの意味をもたせることができる。すなわち、夜間の余剰電力などを利用してエアーコンプレッサーを駆動させ、圧縮空気を耐圧容器に貯蔵することにより、電気エネルギーを圧力エネルギーに変換して貯蔵することが可能となる。
【００１５】
このエネルギー貯蔵方法では、空気を圧縮するだけという非常に簡便な方法で、エネルギーを貯蔵することができる。さらに、水中の高水圧下で貯蔵を行った場合、ゴム製のバルーンなどのような変形する材料を耐圧容器に用いることにより、水圧で容器が押しつぶされるために貯蔵空間が縮小し、多くの場所を取らずに圧縮空気を大量に貯蔵することが可能である。また、貯蔵するものが空気であるため腐敗や変質なども起こりにくく、取り扱う際にも安全性が高いためエネルギーの貯蔵方法として優れている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明は、水中に鉛直に立てた管とこれを支える浮力のある台、発電機、太陽光発電装置、風力発電装置、エアーコンプレッサー、水素収集用および圧縮空気貯蔵用の耐圧容器とこれらの各部分に接続したパイプ、電線などにより構成されている。
【００１７】
本発明の実施の形態は、電気分解で気泡を発生させる方法とエアーコンプレッサーを用いて気泡を発生させる方法の２つに分けられる。
【００１８】
電気分解による方法では、太陽光発電や風力発電により得られた電気を用いて水中で電気分解を行い、発生する気泡を陰極と陽極に分けて２つの管に導入する。これらの気泡は上昇するにつれて浮力を増し、管内には水流が生じる。この水流により管内に設置された回転装置が回転し、シャッフトを通じて発電機を駆動させる。
【００１９】
陰極側に発生した水素は、燃料電池に利用するために水上で収集し、エアーコンプレッサーを用いて耐圧容器に保管する。
【００２０】
なお、水流を用いて発電する方法は、回転装置の回転をシャッフトにより発電機に伝達する方法のほかに、管内で発電機の構造の一つである回転子磁石を水流で直接回転させ、同じく管の一部に三相交流発電機に用いられるコイルを設置することにより管そのものが三相交流発電機として作動する方法などがある。
【００２１】
エアーコンプレッサーを用いる方法では、太陽光発電や風力発電などにより得られた電気でエアーコンプレッサーを駆動させ、耐圧容器に圧縮空気を貯蔵して必要量を管内に導入し、気泡を発生させる。この気泡が上昇して水流を発生させ、回転装置を回転させる部分までは電気分解による方法と同じであるが、この方法では、水面での気体の収集は行わない。
【００２２】
本発明では、電気分解による方法とエアーコンプレッサーによる方法を併用し、さらに、必要に応じて圧縮空気によるエネルギーの貯蔵を行う。
【００２３】
【実施例】
図１は、本発明の発電の原理を説明した概略図である。図中、管２内に気泡出口４から導入された気泡は、上昇とともにその体積を増し、同時に浮力が加速度的に増大する。このため、管２内の水は気泡の上昇とともに上方に押し上げられ、水流が発生する。この水流は、気泡の出方を一定にすることにより同じ方向に同じような流速で生じるため、回転装置５は安定した速さで回転することになる。この回転力は、シャッフト３を通じて発電機１に伝えられ、電気が発生する。
【００２４】
図２は、本発明による発電を実際に行う場合の一例を示したものである。水面に浮かぶ台１１には、管２が２機取り付けられ、それぞれ電気分解装置の陽極ならびに陰極からの気体を導入するようになっている。陰極側の管には、発生する水素を収集するように水面上に水素収集用カバー８が取り付けられ、水素用エアーコンプレッサー９により水素貯蔵容器１０に水素が蓄えられる。
【００２５】
電気分解装置１４および圧縮空気用コンプレッサー１５への電力は、風力発電装置６や太陽光発電装置７などから供給する。圧縮空気用コンプレッサー１５で圧縮された空気は、圧縮空気用容器１３に蓄えられ、必要に応じてパイプ１２を通じ、管２に導入される。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は、次のような効果をもたらす。
【００２７】
本発明は、気泡の上昇に伴う水流の発生といったごく一般的な原理を用いているため、発電の仕組みが非常に分かりやすく、また、構造が簡単なため比較的安い費用で発電が行える。
【００２８】
発電のための燃料の消費を伴わないため、環境に対する負荷が少ない。
【００２９】
構造が簡単で、ある程度水深のある水域ならどこにでも設置することができるので、従来の発電所のように設置場所に関する制約がほとんどない。
【００３０】
必要な電力量に応じて、いくつでも増設が可能である。また、設置場所が海上や湖上であり、水面を占有する面積も小さいので、設置場所の確保が容易である。
【００３１】
設備がそれほど大きくないので、本体を工場などで作成し、離島など工作施設のない場所に船などで輸送して、簡単に発電することができる。
【００３２】
電気エネルギーそのものの貯蔵は困難であるが、本発明を用いることにより夜間の余剰電気などを圧力エネルギーに変えて貯蔵して置くことができる。また、必要とされる時に、容易に電気エネルギーに変換することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による発電の原理を示す説明図である。
【図２】本発明による発電の一実施例を示す説明図である。
【符号の説明】
１発電機
２管
３シャッフト
４気泡出口
５回転装置

Claims

高水圧下の水中で発生させた気泡を水中に鉛直に立てた管に導入し、気泡の上昇と共に加速度的に増大する気泡の浮力によって管内に水流を発生させ、この水流を利用して回転装置を回転させることにより発電を行う装置。
請求項１の気泡の発生に関して、太陽光発電や風力発電などによって得られた電力により水中で電気分解を行い、発生する気泡を請求項１の発電装置に導入して発電を行う装置。
請求項１の気泡の発生に関して、太陽光発電や風力発電などによって得られた電力を用いてエアーコンプレッサーを駆動させて圧縮空気を耐圧容器に貯蔵し、必要に応じて請求項１の発電装置に圧縮空気を供給して発電を行う装置。
請求項２の電気分解により発生した水素を収集し、貯蔵して燃料電池に利用するための装置。
余剰の電気エネルギーを、エアーコンプレッサーを用いて圧力エネルギーに変換して貯蔵し、必要に応じて請求項１の装置を用いて再び電気エネルギーに変換するエネルギー貯蔵のためのシステム。