JP-7855170-B2 - 没水体積の浮体発電

Inventors

• 浦本 鴻一

Assignees

• 浦本 鴻一

Dates

Publication Date

20260508

Application Date

20230911

Claims (1)

1. 容器内に浮体を配置し、前記容器内に流体を注入または排出することで前記浮体を上下させ、前記浮体の浮揚変化によって発電する方法であって、 前記浮体は立方体形状であり、前記容器も前記浮体と同型で少し大きい立方体形状であって、それぞれの前記浮体を配置した前記容器は２つで１と組みとし、前記一組の容器は隣り合わせに配置されており、ポンプは前記１組の容器間で流体を交互に移し替えることで２つの前記浮体を交互に上下させ、前記浮体の浮力をピストンへ伝え、前記ピストンがペダルを押し上げ、自転車こぎの方式のペダルを回す方法で、回転を発電機に伝えるシャフトを回し、前記発電機を回して発電する、前記浮体の浮揚変化によって発電する方法

Description

本発明は脱炭素化が求められる中で、自然エネルギ－の発電源が不足している問題に対処するものである。本発明者は、引力と浮力を利用して浮体を上下運動させることにより、エネルギ－を取り出すことが出来ると考えた。しかし、其のエネルギ－の取りだし方に工夫が必要である。そこで、本発明者は二組の容器を用意し、容器の中に没水体積の浮体を浮かべ、それを上下運動させることにより、自転車のペダルのように圧力をかけて回転させることで、エネルギ－を取り出すことが出来るという発明をなした。 没水体積とは船の水に浸かっている部分の体積です。其の没水体積の浮力を利用してエネルギ－取ろうとして、没水体積の浮体を入れた容器２組用意し、その容器の水を交互にポンプで移し替えて、浮体を上下さして、その浮力で自転車のペダルを回しその回転で発電機を回せば電気が取れます。 〔没水体積の性質〕 没水体積は同じ１万ｍ３でも高さ１万ｍの底辺１ｍ２でも、１００ｍの高さの底辺１００ｍ２でも、１ｍの高さ、底辺１万ｍ２でも没水体積は１万ｍ３です。これ没水体積と同じ立体で少し大きい容器に中で浮かせば、１万トンの浮力がつきます。この容器に水を注ぐと浮き上がりますがその圧力が１０，０００トン×１，０００＝１０，０００，０００ｋｇ×９．８ｍ／ｓ２＝９８，０００，０００Ｎとなります。 １万トンの浮く圧力はどんな形状を取ろうともどれも同じです。 没水体積の浮体の上昇と水量の関係 容器の中に容器と同じ立体で少し小さい没水体積の浮体を浮かせた場合、それを上昇させるために必要な水の量は、例えば没水体積１万トンの場合は容器の高さ１０，００３ｍ底辺１．０３ｍ２の容器に浮体を水入れて３ｍ浮かせる場合、必要な水の量は（３ｍ×１．０３ｍ２）＋（１０，０００ｍ×０．０３ｍ２）＝３．０９＋３００＝３０３．９ｍ３です。しかし容器が高さ１０３ｍ、底辺１００．０３ｍ２容器に、高さ１００ｍ底辺、１００ｍ２の浮体をいれて３ｍ浮せる場合は必要な水の量は（３ｍ×１００．０３ｍ２）＋（１００ｍ×０．０３ｍ２）＝３００．０９＋３＝３０３．０９ｍ３と同じです。又、容器の高さ４ｍ、底辺１０，０００．０３ｍ２の容器に１ｍの高さで底辺１０，０００．０３ｍ２の場合の浮体入れて３ｍ浮かせる場合は必要水の量は（３ｍ×１０，０００ｍ２）＋（１ｍ×０．０３ｍ２）＝．３０，０００＋０．０３＝３０，０００．０３ｍ３となり、高さが低いと極端に必要な水の量が大きくなります。これが２ｍ上昇させる必要な水の量や１ｍ上昇される必要な水の量も同様に計算できます。 これは容器と浮体の隙間がある場合で隙間が無かった場合は１万ｍの高さの場合は３ｍ×１ｍ２＝３ｍ３で、１００ｍの高さの場合は３ｍ×１００ｍ２＝３００ｍ３で、１ｍの高さの場合は３ｍ×１０，０００ｍ２＝３０，０００ｍ３と必要な水の量は変わります。この違いは勿論隙間の問題で起こることなのですが、張排水時の吐水口など隙間を作らざるをえないので、一概に高ければいいという問題でもなさそうです。それに建築できるかの問題があり高ければいいというものではないが高いほど必要な水の量は少なくて済みそうです。そこで高さの取り方は没水体積を立方体に作るのが良いのではと思い、長さ巾高さを同じ作りにすれば隙間と底の水の量が釣り合ってくると考えました。 〔１万ｍ３の没水体積で取れるエネルギ量〕 これ自転車こぎ方式のペダル回す方法でやると、ペダルのリ－チを幾らにするかで、どれだけ浮かすかが決まり、それによって取れるエネルギ－量も変わってきます。１０，０００，０００ｋｇの圧力で自転車の腕１．５ｍとしリーチは３ｍ、これを３分間に１回回転することにすれば。 角速度は１／３×２×３．１４÷６０＝０．０３４８８ｒａｄ／ｓとなります。 それで自転車の腕１ｍの場合リーチ２ｍの場合も．腕０．５ｍの場合、リーチ１．０ｍの場合でも、仮に皆３分間に１回転すると角速度は皆０．０３４８８ｒａｄ／ｓとなります。 これをワット数算出する式で計算するとワット数＝圧力（ｋｇ）×腕の長さ×角速度であるからリーチ３ｍの場合は１０，０００，０００ｋｇ×９．８ｍ／ｓ２×３×０．０３４８８ｒａｄ／ｓ＝１０，２５４，７２０ｗ発電できることになります。これは１秒間ですから１時間では１０，２５４ｋｗｈの発電となります。 リーチ２ｍの場合は１０，０００，０００ｋｇ×９．８ｍ／ｓ２×２×０．０３４８８ｒａｄ／ｓ＝６，８３６，４８０ｗ＝６，８６３ｋｗｈとなります。 リーチ１ｍの場合は１０，０００，０００ｋｇ×９．８ｍ／ｓ２×１×０．０３４８８ｒａｄ／ｓ＝３，４１８，２４０ｗ＝３，４１８ｋｗｈこれは浮体を３ｍ、と２ｍ、と１ｍ浮かせて取れる発電量です。 だが浮体が沈む時、浮体に重量が無いため、二つをペアにして作り、片方が沈む時、ペアのもう一方が浮き、それをカバ－しなければならない。 『（０００５）の場合に必要な水の量』 ３ｍ浮揚さす場合の高さ１万ｍの場合 １回浮揚するために必要な水の量は３０３．０９ｍ３必要ですから３分間で１回転であるから１時間に６０÷３＝２０×３０３．０９ｍ３＝１時間に６，０６１．８ｍ３の水を移動させなければならない。 ３ｍ浮揚さす場合の高さ１００ｍの場合 １回浮揚さすために必要な水の量は３０３．０９ｍ３必要ですから３分間で１回転であるから１時間に６０÷３＝２０×３０３．０９ｍ３＝１時間に６，０６１．８ｍ３の水を移動させねばならない。 ３ｍ浮揚さす場合 高さ１ｍの場合 １回浮揚さすために必要な水の量は３０，０００．１２３必要ですから、３分間に１回転ですから１時間で６０÷３＝２０×３０，０００．１２＝１時間６００，００２．４ｍ３必要です。 又２ｍ浮揚さす場合 高さ１万ｍの場合 １回浮揚さすために必要な水の量は３０２．０６ｍ３ですから、３分間で１回転であるから６０÷３＝２０×３０２．０６＝１時間６０４１．２ｍ３必要です。 ２ｍ浮揚さす場合 高さ１００ｍの場合 １回浮揚さすために必要な水の量は２０３．０６ｍ３ですから、３分間で１回転であるから６０÷３＝２０×２０３．０６．＝１時間４０６１．２ｍ３必要です。 ２ｍ浮揚さす場合 高さ１ｍの場合 １回浮揚さすために必要な水の量は２０，０００．０３ｍ３ですから、３分間で１回転であるから６０÷３＝２０×２０，０００＝１時間４００，０００．６ｍ３必要です。 又１ｍ浮揚さす場合 高さ１万ｍの場合 １回浮揚さすために必要な水の量は３０１．０３ｍ３ですから、３分間で１回転であるから１時間に６０÷３＝２０×３０１．０３＝１時間６０２０．６ｍ３必要です。 １ｍ浮揚さす場合 高さ１００ｍの場合 １回浮揚さすために必要な水の量は１０３．０３ｍ３ですから、３分間で１回転であるから１時間に６０÷３＝２０×１０３．０３＝１時間２０６０．６ｍ３必要です。 １ｍ浮揚さす場合 高さ１ｍの場合 １回浮揚さすために必要な水の量は１０，０００．０３ｍ３ですから、３分間で１回転であるから１時間に６０÷３＝２０×１０，０００．０３＝１時間２００，０００．６ｍ３です。 〔同じ没水体積で高さと浮揚距離の違いによる１時間の発電量と必要な水の量の表〕 理論的には浮体の高さが高いほど浮かす水の量が少なくできるのだが、之から見ると没水体積の浮体と容器の隙間や、注入する水の流れを考えると一概に高い方が良いとは言えないようで、容積的に球に近い立方体で没水体積の浮体を作るのが最適なのではないかと思う、そうして浮揚の距離なのですが同じ没水体積で在れば必要な水の量と発電量の比は同じで、発電量同じにするなら移動距離を長くすれば使用する床面積をすくなくすることが出来る。 〔容器に没水体積の浮体を組み合わせたものを２つ作り一対とする〕 浮力は上向きで、下降するときは浮体に重さが無く引力がかからないため、下降時は一対の別の浮体の上昇力を利用して上下に稼働さすため、２個一の組み合わせが必要で容器の中に没水体積の浮体を入れた物二つを組み合わせねばならない。尚２個を組み合わせるのは、一方が浮くとき一方を下降さす為、一方は水を抜き、その抜いた水をもう一方へ移し、そちらを浮かせるので１挙両得になる。 〔ポンプの消費電力〕 寺田ポンプのセルプラポンプ１５０口径は吐出量３．２ｍ３／ｍｉｎ全揚程３８ｍ、消費電力３７ｋｗという性能を持っています。このポンプを使って１万ｍ３の没水体積で１００ｍの高さがある、浮体が天辺まで浮いて上の床のリミットスイッチに当たり、今まで隣の容器から吸って、この容器に注水して、これを浮上さしていた注水のポンプを止めると同時に、今の容器から今まで吸水していた方へ移し替えるべく反対にこちらから吸水して隣へ移す為には、反対のこちらから吸水して、ここより隣の容器の没水体積で３ｍ低い位置の浮体へ注水し、その低い位置が反対に３ｍ高くなり、汲みだす方は３ｍ低くなりますが水面の位置は３ｍしか違わない為、揚程は３ｍでよく揚程３ｍとなります。１時間に６，７８０ｍ３揚水するには６，７８０÷３．２÷６０≒３５．４台のポンプが必要です。１台当たりの消費電力は３７ｋｗｈなので３５．４台で１，３１０ｋｗｈとなります。しかしこれは反対側に注水する時も同じ数のポンプを使うという前提です。実際には片側を休ませるためポンプは倍にして半分ずつ交互に注水することもできます。 この場合、消費電力は同じ１，３１０ｋｗで済みます。ただし、この計算は理想的な状況で行ったものであり、実際にはポンプの効率や配管の抵抗などを考慮する必要があります。 又、吐出口や、吐出量、全揚程と消費電力はポンプの設計によって変わります したがって、最適なポンプを選ぶためには、ポンプ製作所に相談して、条件の合った仕様を決めるのが最適です。 〔取れる電力〕 １万ｍ３の没水体積で高さ１００ｍ、揚程３ｍが２個１で取れる電力１０，２５４ｋｗｈですから、ポンプの消費電力１，３１０ｋｗｈ引けば８，９４４ｋｗｈ取れることになります。仮に稼働率５０％としても４，４７２ｋｗｈになります。 〔容器二つの間の移送時、揚程を短くしてポンプの負担を軽くする方法〕 没水体積の浮体を浮かせた容器の水は常に没水体積を沈める高さで水面を維持します。だから没水体積の上面までは水があることとなり、その上面以下に給水口があれば吸い上げられますし、吐出口は容器の上面に取り付けねばならない、なぜなら浮体は浮いてくるので底に水溜める為には上から落とせばいいので下から注ぐのは圧力かけなければならず不利である。 又浮体の入った容器の水を空にするのは荷重かけないで浮体を低くするため最初だけで稼働しだしたら常にモ－タ－の荷重が掛り、底が容器の底に付、すぐ浮かせなければならず浮体浮かすためには、その時点で注入しなければ成らず、容器の水面は浮体が容器の水面で止まりそれ以上は下がらない。だからその水面より下に給水口があればいいので底から吸い上げる必要はない。 没水体積の浮体の上下運動の切り替え方法 一つの容器の浮体が水位の上昇により浮上して頂点に足したら、浮体の頂店が上の天井に取り付けられているリミットスイッチに触れ、注水ポンプのモ－タ－の電源が切れます。その容器への注水は中止されると同時に、反対の容器のモ－タ－に切り替わり、反対の容器のポンプが動き始め、反対側の容器への注水が始まります。これを繰り返して、二つの容器内の浮体がお互い反対の上下を繰り返し、ペダルを回転させ発電機を回転させ続け、発電します。 もし荷重が少なく没水体積まで沈まなかった場合の対象法 浮体は荷重に応じて沈みますが、荷重が少なくても浮体が頂点に達すればリミットスイッチが作動しポンプを使って調整します。リミットスイッチは浮体の頂転に設置されており、浮体が浮いて頂点に達すれば作動します、ポンプはリミットスイッチの接触で切り替えられ水を容器から容器へ移しながら浮力を調整します。この仕組みにより、発電機取り付け時から最盛期まで、浮体の没