発電方法

本発明は、発電方法、特に、自然に高位に存在する物体の運動エネルギーの全部または一部を一度、位置エネルギーに変換した後にその位置エネルギーを利用して所望の時間に発電を行う発電方法に関する。

近年、東北地方太平洋沖地震による原子力発電所の放射能漏れ事故の発生によって自然エネルギーを活用した発電へ回帰する動きが活発化している。

自然エネルギーを活用した発電方法としては、過去に「急斜面の山を崩して、その土砂を低地に降ろす際、その位置エネルギーを利用して発電する方法(例えば、特開2011−91986号公報等参照)」や、「水の重力と気泡の浮力によってバケットコンベアを回転させることによってギアを回転させてそのギアの回転力を発電機に伝達して発電を行う方法(例えば、特開2010−275992号公報)」、「風力や波動力等の自然エネルギーで油圧ジャッキを動作させて高質量の物体を持ち上げ、保持することにより位置エネルギーを備蓄し、必要に応じてその位置エネルギーを運動エネルギーに変換して取り出して利用する方法(例えば、特開平11−266553号公報等参照)」等が提案されている。

特開平11−266553号公報

特開2010−275992号公報

特開2011−91986号公報

しかし、上述の「山を切り崩す方法」や「水の重量と気泡の浮力を利用する方法」には、エネルギーを備蓄するという観念がない。一方、上述の「油圧ジャッキを利用する方法」では、エネルギーを備蓄することができるが、油圧ジャッキの性能によってその備蓄エネルギーの大きさが制限されてしまう。

本発明の課題は、特に制限なく自然エネルギーを備蓄することができると共に、必要に応じてその自然エネルギーを取り出して発電を行うことができる発電方法を提供することにある。

本発明の一局面に係る発電方法は、位置エネルギー保存工程および発電工程を備える。位置エネルギー保存工程では、自然に高位に存在する第1物体が落下する際に生じる運動エネルギーによって回転駆動される回転体の回転力を利用してバケットコンベアを駆動させ、低位から高位に連続的に複数の第2物体が移動させられる。発電工程では、必要に応じて前記第2物体を落下させ、第2物体の運動エネルギーを利用して発電機が動作させられる。ここで、バケットコンベアは、断続器を介して発電機に接続されている。断続器は、バケットコンベアと発電機とを機械的に接続したり、切断したりするものである。そして、位置エネルギー保存工程では、断続器によりバケットコンベアと発電機とを機械的に切断して、第1物体の落下により生じるバケットコンベアの動力を発電機に伝達させない状態にして、低位から高位に連続的に複数の第2物体を移動させる。一方、発電工程では、断続器によりバケットコンベアと発電機とを機械的に接続して、第2物体の落下により生じるバケットコンベアの動力を発電機に伝達させる状態にして、発電機を動作させる。なお、ここで、第2物体は、発電機により生じた電気で駆動される電動フォークリフトによってバケットコンベアに搬送されるのが好ましい。

この発電方法では、高位に第1物体が存在する限り特に制限なく複数の第2物体を低位から高位に移動させて物体落下による自然エネルギーを備蓄することができると共に、必要に応じて第2物体を落下させることによって発電機を動作させることができる。このため、この発電方法を利用すれば、特に制限なく自然エネルギーを備蓄することができると共に、必要に応じてその自然エネルギーを取り出して発電を行うことができる。

本発明の他の局面に係る発電方法は、位置エネルギー保存工程および発電工程を備える。位置エネルギー保存工程では、自然に高位に存在する第1物体が落下する際に生じる運動エネルギーによって回転駆動される回転体の回転力を利用してバケットコンベアを駆動させ、低位から高位に連続的に複数の第2物体が移動させられる。発電工程では、必要に応じて前記第2物体を落下させ、第2物体の運動エネルギーを利用して発電機が動作させられる。ここで、バケットコンベアは、発電機に接続される第1バケットコンベアと、第1バケットコンベアと断続器を介して接続される第2バケットコンベアとからなる。断続器は、第1バケットコンベアと第2バケットコンベアとを機械的に接続したり、切断したりするものである。そして、位置エネルギー保存工程では、断続器により第1バケットコンベアと第2バケットコンベアとを機械的に接続して、第1物体の落下により生じる第2バケットコンベアの動力を第1バケットコンベアに伝達させる状態にして、第1バケットコンベアにより低位から高位に連続的に複数の前記第2物体を移動させる。一方、発電工程では、断続器により第1バケットコンベアと第2バケットコンベアとを機械的に切断して、第2物体の落下により生じる第1バケットコンベアの動力を第2バケットコンベアに伝達させない状態にして、第1バケットコンベアにより発電機を動作させる。なお、ここで、第2物体は、発電機により生じた電気で駆動される電動フォークリフトによって第1バケットコンベアに搬送されるのが好ましい。また、第1物体は、山頂の土砂、岩、雪であるのが好ましく、第2バケットコンベアは、山肌に沿うように傾いて配設されるのが好ましい。さらに、第1物体は、発電機により生じた電気で駆動される電動フォークリフトによって第2バケットコンベアに搬送されるのが好ましい。

この発電方法では、高位に第1物体が存在する限り特に制限なく複数の第2物体を低位から高位に移動させて物体落下による自然エネルギーを備蓄することができると共に、必要に応じて第2物体を落下させることによって発電機を動作させることができる。このため、この発電方法を利用すれば、特に制限なく自然エネルギーを備蓄することができると共に、必要に応じてその自然エネルギーを取り出して発電を行うことができる。

本発明の実施の形態に係る発電システムにおいて水の落下による運動エネルギーを位置エネルギーに変換している状態を示す模式図である。

本発明の実施の形態に係る発電システムにおいて蓄積済みの位置エネルギーを利用して発電を行っている状態を示す模式図である。

変形例(E)に係る発電システムを示す模式図である。

図1から図3に示されるバケットの斜視図である。

<発電システムの構成> 本発明の実施の形態に係る発電システム100は、図1および図2に示されるように、主に、バケットコンベア200、断続器300、発電機400および電動フォークリフト500a,500bから構成されている。以下、これらの構成要素について詳述する。

(1)バケットコンベア バケットコンベア200は、湖LKから河川RVに流れ込む水WRの流れ方向下流側に配設されており、主に、バケット210、エンドレスチェーンEC、上側ギア220および下側ギア230から構成されている。

バケット210は、図4に示されるように、格子蓋215を有する略立方体の容器であって(すなわち上側は開口している)、一側壁がエンドレスチェーンECに接合されている。すなわち、バケット210は、図1に示されるように、片側において開口が上側を向き、もう片側において開口が下側を向く。なお、本実施形態では、図1に示されるように、複数のバケット210がエンドレスチェーンECに接合されている。また、格子蓋215の格子間隔は、後述する重りWTよりも小さくされており、重りWTが格子蓋215を通過しないようにされている。

エンドレスチェーンECは、上側ギア220と下側ギア230に架け渡されている。

上側ギア220および下側ギア230は、それぞれ上側と下側でエンドレスチェーンECと噛み合っている。なお、この上側ギア220、下側ギア230には共に駆動源は接続されていない。また、下側ギア230は、図示しないウォームギアを介してバケットコンベア側シャフトSF1に連結されている。すなわち、下側ギア230が回転すると、バケットコンベア側シャフトSF1が軸回りに回転する。

(2)断続器 断続器300は、図1および図2に示されるように、バケットコンベア側シャフトSH1と発電機側シャフトSH2とを機械的に接続したり切断したりするものである。

(3)発電機 発電機400は、一般的な発電機であって、本実施の形態において特に限定されない。

(4)電動フォークリフト 電動フォークリフト500a,500bは、バケットコンベア200の上流側と下流側にそれぞれ配置されている。なお、本実施の形態において、電動フォークリフト500a,500bは、発電機400によって生じた電気エネルギーで充電される大型二次電池によって駆動される。

<発電システムの運転方法> 本実施形態に係る発電システム100は、位置エネルギー保存状態、発電状態の2つの状態をとることができる。以下、各状態における発電システム100の運転について詳述する。

(1)位置エネルギー保存状態 位置エネルギー保存状態では、図1に示されるように、断続器300がバケットコンベア側シャフトSH1と発電機側シャフトSH2とを機械的に切断する状態とされる。この状態において、河川RVからバケット210に水WRが流れ込むと、その水WRの落下によりバケット210が押し下げられてエンドレスチェーンECが回転し始め、それに伴って上側ギア220および下側ギア230が回転させられる。そして、次のバケット210が水WRの落下位置まで移動すると、そのバケット210に水WRが流れ込み、同様にエンドレスチェーンECを回転させる。このような状態が連続的に行われ、エンドレスチェーンEC、上側ギア220および下側ギア230が回転させ続けられる。なお、バケット210に流れ込んだ水WRは、下側ギア230の真下でバケット210の開口が横を向き、下方に排出される。また、バケット210は、図1に示されるように、下側から上側に向かうとき、開口が下側を向いた状態すなわち底壁が上側を向いた状態となる。

このようにエンドレスチェーンECが回転している状態で、水落下方向下流側の電動フォークリフト500bによってバケット210の底壁の裏側に重りWTが乗せられ、水落下方向上流側の電動フォークリフト500aによって重りWTが取り除かれて高所に保管される。このようにして水の落下エネルギーが位置エネルギーとして保存される。

(2)発電状態 発電状態では、図2に示されるように、断続器300がバケットコンベア側シャフトSH1と発電機側シャフトSH2とを機械的に接続する状態とされる。この状態において、水落下方向上流側の電動フォークリフト500aによって重りWTがバケット210の格子蓋215の上に置かれると、その重りWTの落下によりバケット210が押し下げられてエンドレスチェーンECが回転し始め、それに伴って上側ギア220および下側ギア230が回転させられる。そして、次のバケット210が重りWTの積載位置まで移動すると、再び電動フォークリフト500aによって別の重りWTがそのバケット210の格子蓋215の上に置かれ、エンドレスチェーンECを回転させる。このような状態が連続的に行われ、エンドレスチェーンEC、上側ギア220および下側ギア230が回転させ続けられる。そして、下側ギア230の回転力が、バケットコンベア側シャフトSH1、断続器300および発電機側シャフトSH2を介して発電機400に伝達され、発電が行われる。なお、バケット210の格子蓋215の上に置かれた重りWTは、下側ギア付近で水落下方向下流側の電動フォークリフト500bによって取り除かれて低所で保管される。

<本実施の形態に係る発電システムの特徴> (1) 本実施の形態に係る発電システム100では、河川RVに流れる水WRの落下を利用して水WRの落下エネルギーを位置エネルギーとして備蓄することができると共に、必要に応じて重りWTを落下させることによって発電機400を動作させることができる。このため、この発電システム100を利用すれば、特に制限なく位置エネルギーを備蓄することができると共に、必要に応じてその位置エネルギーを取り出して発電を行うことができる。

ところで、表1には、2011年6月21日19時0分0秒から1秒にかけて天ケ瀬ダムから放水された水量(全放水量,国土交通省のインターネット配信情報)が示されている。日本国の梅雨前の時期では、天ケ瀬ダムから放水を行わないと、ダムが決壊したり、洪水や地滑りによって家屋が倒壊したりする等の危険性がある。表1から、上記1秒間での放水量は82.8トンであることが分かる。そして、このデータに基づいて一ヶ月の放水量を計算してみると、2億1461万7600トン(=82.8トン×60秒×60分×24時間×30日)になる。これだけの量の水をそのまま流しっ放しにしておくのはもったいない。そこで、これだけの量の水の流れを、本願発明の発電方法を用いることによって有効に活用することが考えられる。本願発明者は、この有効活用によって、今日問題視されている脱原発問題を解消することができると考えている。一般的に、現在の地球上では家庭で使用されている電気(交流)を蓄えることが技術上不可能だと言われている。しかし、本願発明に係る発電方法を活用すれば、その不可能を可能にすることができる。すなわち、本願発明に係る発電方法を活用すれば、永遠無限量的に位置エネルギーを保存することができ、且つ、いつでも直ぐに発電を行うことができる。ここにいう「永遠無限量的」とは、太陽から放射されるエネルギーにより降らされた雨によって高所に溜まった水の位置エネルギーを重りWTの位置エネルギーに変換して保存ができることを意味する。

(2) 本実施の形態に係る発電システム100では、発電機400によって生じた電気エネルギーで充電される大型二次電池によって電動フォークリフト500a,500bが駆動される。このため、自然エネルギーのみを活用して発電を行うことができる。

<変形例> (A) 先の実施の形態に係る発電システム100では、位置エネルギー保存状態において断続器が切断状態とされたが、連続的にまたは断続的に(間欠的に)接続状態とされてもよい。このようにすれば、水WRの落下エネルギーの一部を発電に利用することができると同時に、他部を位置エネルギーの蓄積に利用することができ、その結果、昼夜を問わず、常時、発電することができる。

(B) 先の実施の形態に係る発電システム100は、河川RVを流れる水を利用して位置エネルギーの蓄積および発電を行ったが、水WRに代えて山頂の土砂や、岩、雪を利用してもよい。かかる場合、バケットコンベア200は、山肌に沿うように傾いて配設されるのが好ましい。このようにすれば、上記効果に加えて土地の造成を行うことも可能となる。

(C) 先の実施の形態に係る発電システム100では、河川RVの高低差を利用したが、ダムの高低差を利用してもよい。

(D) 先の実施の形態に係る発電システム100では、重りWTの搬送に電動フォークリフト500a,500bが用いられたが、ガソリンエンジン搭載のフォークリフトが用いられてもよい。

(E) 先の実施の形態では特に言及しなかったが、発電システムとして、図3に示されるような発電システム100Aが採用されてもよい。発電システム100Aは、(i)水WRの代わりに土砂や雪が用いられている点、(ii)土砂・雪専用のバケットコンベア200Bと重り搬送兼発電用のバケットコンベア200Aが併設されている点、(iii)重り搬送用兼発電用のバケットコンベア200Aの上側ギア220と下側ギア230の間に、エンドレスチェーンECと噛み合う中間ギア250が配設されている点、(iv)土砂・雪専用のバケットコンベア200Bと重り搬送兼発電用のバケットコンベア200Aとの間に断続器300Aが配設されている点、(v)中間ギア250に発電機400が接続されている点、(vi)土砂や雪の掻き出しに電動シャベルカー550が用いられている点を除いて基本的に先の実施の形態に係る発電システム100と同様である。なお、ここで、先の実施の形態に係る発電システム100と同様の構成要素については、先の実施の形態で付した符号と同一の符号を付してその説明を省略する。

土砂・雪専用のバケットコンベア200Bは、図3に示されるように、主に、バケット210、エンドレスチェーンEC、上側ギア220および下側ギア230から構成される。このバケットコンベア200Bは、基本的には、先の実施の形態に係るバケットコンベア200と同様である。

断続器300Aは、位置エネルギー保存状態時に接続状態とされ、発電時に切断状態とされる。なお、先の実施形態に係る発電システム100と同様に発電機400と中間ギア250の間に他の断続器が配設されていてもかまわない。

電動シャベルカー550は、電動フォークリフト500a,500bと同様に、発電機400によって生じた電気エネルギーで充電される大型二次電池によって駆動される。なお、電動シャベルカー550の代わりにガソリンエンジン搭載のシャベルカーが用いられてもかまわない。

100,100A 発電システム 200,200A,200B バケットコンベア 210 バケット 215 格子蓋 220 上側ギア 230 下側ギア(回転体) 250 中間ギア(回転体) 300,300A 断続器 400 発電機 500a,500b 電動フォークリフト 550 電動シャベルカー EC エンドレスチェーン WR 水(第1物体) WT 重り(第2物体)