JP7683015B2 - エアハイドロパワーから電気エネルギーを生成するための改良版システムおよび方法 - Google Patents

Description

本願は、概して、インド特許出願第２０１７２１０４５３１８号の改良に関する。本発明は、エアハイドロパワーから発電するための改良版システムに関する。より具体的には、本発明は、エアハイドロパワーの統合をもたらし、それによって、システムは支点配置を使用し、容器内のゴムを有する重力板またはピストンプレートも除去して、より堅牢で効率的な設計を行い、それによって電力を生成するためのシステムの全体的な効率を改善する。

熱エネルギー、原子力エネルギーおよび水力エネルギーのような従来式の方法、ならびに太陽エネルギー、風力エネルギーおよび潮力エネルギーのような非従来式の方法によって電力の大部分を生成している。しかしながら、現在の発電所の大部分は、石炭、ディーゼル、ガス、核資源などの枯渇性資源を使用して発電している。他のものの一部は、太陽光、風力および水力エネルギーの天然資源を使用して発電している。しかしながら、これらの天然資源は、非常に小さい出力を供給しながら、巨大な面積、高い生産コスト、重いインフラストラクチャコスト、および過度な資源を必要とする。一般に、ダムは、特に水力発電用に作られている。水力発電のために使用される水力発電機は、大気汚染物質を生成し、それによって環境に影響を及ぼす可能性がある。水力発電機を使用することから、多くの環境的な結果が生じている。ダムおよび貯水池は、魚の生息地が水位、流速、およびシェルターの好機ならびに食物の入手などの物理的要因によって形作られる方法において、魚の移動を妨げる可能性がある。排水は魚にとって完全に有害であろう。これ以外にも、水の量は、ライフサイクルの種類および段階に応じて、河川の魚に対して異なる影響を及ぼし得る。ダムおよび貯水池はまた、自然の水温、水の化学的性質、河川の流れの特性、および沈泥の堆積を変化させ得る。これらの変化は、河川の中および周辺の動物に悪影響を及ぼす可能性がある。また、河川およびダムにおける水の危機は、発生する水力発電を減少させる。

水力発電ダムは地理的な制約があり、任意の場所に設置することができない。さらに、大気に放出され得る、二酸化炭素およびメタンなどの温室効果ガスがまた、貯水池に形成され得る。水力発電の貯水池で生成される温室効果ガスの正確な量は不確実である。さらに、水力発電所は、建設に費用がかかり、発電所に非常に広い面積を必要とする。これには地理的な制約がまたあり、発電の低いことでの水力発電所の移動において、居住者の再配分も、より多い。現在のところ、これらの継続的な問題への対処に成功することができる水力発電システムは存在しない。上述の従来式の発電方法は、消費する期限を有し、空気および環境に多くの汚染を引き起こす枯渇可能なエネルギー源を使用する。それらはまた、製造コストが膨大であり、異なる原材料を使用し、保守コストも非常に高い。上述の非従来式の方法は、多くのスペースを使用し、所与の２４時間の１日に一定のペースで実行することができない。それらは、建設コストが高く、出力が比較的少ない。

したがって、発電における上記の障壁を克服するために、エアハイドロパワーから発電するシステムが本発明者らの以前の出願２０１７２１０４５３１８で提案された。しかしながら、リザーバから容器内への水の圧送を効率的に維持する改良版システムを提供する必要がある。既存のシステムの制限および欠点を克服することができる、容器における単純化された圧力の維持がまた、所望されている。

インド特許出願第２０１７２１０４５３１８号

本発明の目的は、エアハイドロパワーから発電するためのシステムを提供することである。

本発明の別の目的は、空気汚染を引き起こさず、それによって環境を保護し、環境に優しいエネルギー源である、エアハイドロパワーから発電するためのシステムを提供することである。

本発明のさらに別の目的は、大量の電力を生成するために必要なスペースが非常に少ない、エアハイドロパワーから発電するためのシステムを提供することである。

本発明のさらなる目的は、すべての季節およびすべての環境条件において一定の電力を生成することができる、エアハイドロパワーから発電するためのシステムを提供することである。

本発明のさらなる目的の１つは、リサイクルのプロセスを有するエアハイドロパワーから発電するためのシステムを提供することであり、それによって、同じ体積の水が複数回発電する。

本発明のもう１つの目的は、高効率を有する、エアハイドロパワーから発電するためのシステムを提供することである。

本発明のさらなる目的は、設置における地理的および地形的制約または難題のない、エアハイドロパワーから発電するためのシステムを提供することである。

本発明のさらなる１つの目的は、非常に小さい面積を使用することによって、建設および保守コストがより低い、エアハイドロパワーから発電するためのシステムを提供することである。

本発明の別の目的は、動作が簡単で経済的な、エアハイドロパワーから発電するためのシステムを提供することである。

本発明のさらに別の目的は、動作が堅牢な、エアハイドロパワーから発電するためのシステムを提供することである。

本発明のさらなる目的は、場合によっては火力発電所をエアハイドロパワーの発電所に変換するためにアップグレードすることができる、エアハイドロパワーから発電するためのシステムに関する。

本実施形態によれば、エアハイドロパワーから発電するシステムが提供される。システムは、２つ以上の容器の直列配置であって、容器の各々は、中央が円筒形状であり、頂部がドーム形構造であり、底部が狭い円錐構造であり、それにより、容器は、底部側で注入圧送システムに接続され、容器の頂部で空気サージタンクに接続され、それにより、すべての容器の圧力が５バール～３００バールの範囲に維持されることを特徴とする、直列配置、機械的駆動機と、静止支持体に載置されたエフォートアームおよび抵抗アームを有する支点アセンブリであって、エフォートアームは駆動機構に接続され、抵抗アームはピストンロッドに接続され、ピストンロッドは、リザーバから水を圧送するためゴムシールを用いてピストンプレートに接続される、機械的駆動機と支点アセンブリ、ピストンプレートによって２つの区画に分離された注入ポンプを含む注入圧送システムであって、各区画が入口弁と、リザーバから容器の中に水を圧送する出口弁とを有する、注入圧送システム、一方の端部で狭い円錐構造に接続され、単一の管に合流する２つ以上の狭い配管から形成されたＹ字形の水圧管であって、水圧管は、注入圧送システムから容器に受け入れられるのと同じ体積および圧力で継続的に容器から加圧水を受ける、Ｙ字形の水圧管、および水圧管の上に配置された水圧管ジェットであって、ジェットは、気泡注入システムを介して気泡を注入され、タービンシャフトを順次移動させるペルトンタービンのペルトンホイールの上で水圧管から水を高速で押し出し、シャフトは発電機に接続されて電気を発生させる、水圧管ジェット、を備える。

実施形態では、駆動機が、エフォートアームおよび抵抗アームの移動に伴って上下に移動するとき、ポンプピストンに接続された抵抗アームが、点（ａ）に向かって上方に移動し、区画Ｂの入口弁が開き、区画Ｂの出口弁が閉じ、同時に、区画Ａの出口弁が開き、区画Ａの入口弁が閉じ、ポンプピストンが点（ｂ）に向かって下方に移動するとき、区画Ａの入口弁が開き、区画Ａの出口弁が閉じ、同時に、区画Ｂの出口弁が開き、区画Ｂの入口弁が閉じる。

一実施形態では、空気サージタンクは、高圧空気圧縮機を使用して高圧空気でより低い体積を生成し、空気サージタンク内の空気を必要なバールおよび体積で充填する。少なくとも１つの容器または一連の容器からの加圧水は、水圧管によってタービン上に放出され得る。

実施形態では、エアドロップの注入は、水圧管ジェットがタービンブレード上の衝撃トルクを増加させて、より多くのｒｐｍを生成するように促す。ｒｐｍを高めるために、ギアアセンブリをタービンと発電機との間に使用することができる。実施形態では、発電機は昇圧変圧器に接続され、電力をグリッドに伝送するために使用される。

本明細書の実施形態のこれらおよび他の態様は、以下の説明および添付の図面と併せて考察すると、よりよく理解されよう。しかしながら、以下の説明は、好ましい実施形態およびその多くの特定の詳細を示しているが、限定ではなく例示として与えられていることを理解されたい。本明細書の実施形態の趣旨から逸脱することなく、本明細書の実施形態の範囲で多くの変更および修正を行うことができ、本明細書の実施形態はすべてのそのような修正を含む。

本発明の実施形態について言及し、その例を添付の図面に示すことができる。これらの図は、限定することではなく例示することを意図している。本発明は、これらの実施形態の文脈で一般的に説明されているが、本発明の範囲をこれらの特定の実施形態に限定することを意図するものではないことを理解されたい。

本明細書の実施形態は、図面を言及する以下の詳細な説明から、よりよく理解されるであろう。

本明細書に記載の実施形態による、エアハイドロパワーから発電するための改良版システムのブロック図である。 本明細書で説明されている実施形態によるエアハイドロ発電システムに用いられる支点駆動機構を示す。 本明細書で説明されている実施形態によるエアハイドロ発電システムに用いられる駆動機の機構を示す。 本明細書で説明されている実施形態によるエアハイドロ発電システムに用いられる注入圧送システムを示す。 本明細書に記載の実施形態によるペルトンタービンを駆動するために水のジェット流を生成するように配置された複数の容器を示す。 本明細書に記載の実施形態によるペルトンタービンのペルトンホイール上のジェット流を実現する水圧管ジェットを示す。 本明細書で言及される実施形態による、ペルトンタービンのホイールの中に水のジェット流を流入させ、ホイールから水のジェット流を流出させる概略図を示す。

当業者は、図面の要素が簡略化および明瞭化のために示されており、原寸に比例して描かれていない可能性があることを理解されよう。例えば、図の要素のいくつかの寸法は、本開示の様々な例示的な実施形態の理解を向上させるのを補助するために、他の要素に対して誇張されている場合がある。

図面を通して、同じまたは類似の要素、特徴、および構造を示すために同様の参照符号が使用されていることに留意されたい。

これより、本発明の特徴を示す実施形態について詳細に説明する。「を含み（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「を有し（ｈａｖｉｎｇ）」、「を含み（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、および「を含み（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という単語ならびにそれらの他の形態は、意味において同等であり、これらの単語のいずれか１つに続く１つまたは複数の項目が、そのような１つまたは複数の項目を網羅する列挙であることを意味していないか、または列挙された１つまたは複数の項目のみに限定されることを意味していないという点でオープンエンドであることを意図している。

本明細書における「第１」、「第２」などの用語は、いずれかの順序、量、または重要性を示すものではなく、むしろ１つの要素を別の要素から区別するために使用され、本明細書における「ａ」および「ａｎ」という用語は、量の限定を示すものではなく、むしろ参照される項目が少なくとも１つ存在していることを示す。

したがって、リザーバから容器の中への水の圧送を効率的に維持する改良版システムを提供する必要性が依然として存在する。既存のシステムの制限および欠点を克服することができる、容器における単純化された圧力の安定化がまた、所望されている。本明細書の本改良版システムは、エアハイドロパワーの統合をもたらし、それによって、システムは支点配置を使用し、容器内のゴムを有する重力板またはピストンプレートも除去して、より堅牢で効率的な設計を行い、それによって電力を生成するためのシステムの全体的な効率を改善する。システムはまた、本明細書で後述する他の改善を提案する。ここで図面、より詳細には図１および図６を参照するが、同様の参照符号は、図面全体を通して一貫して対応する特徴を示しており、好ましい実施形態が示されている。

本明細書では、エアハイドロパワーから発電するためのシステム１００が提供される。システムは、空気汚染を引き起こさず、それによって環境を保護し、環境に優しいエネルギー源を提供する。また、システムは、大量の電気を生成するために必要なスペースが非常に少ない。システムは、地球上の任意の場所で、すべての季節および環境条件で、一定の電気を生成することができる。システムは、非常に小さい面積を使用することにより、構築および保守のコストが少なくなっている。さらに、システムは高効率である。また、システムは、火力発電所をエアハイドロパワーの発電所に変換するためにアップグレードすることができる。さらに、システムは、動作が簡単で経済的である。さらに、システムは動作が堅牢である。

図１は、本明細書に記載の実施形態による、エアハイドロパワーから発電するための改良版システム１００のブロック図を示す。システムは、２つ以上の容器１０４Ａ～１０４Ｂの直列配置、支点アセンブリ２００、駆動機１０２、注入圧送システム３００、Ｙ字形の水圧管１１１、ペルトンタービン１１４、および発電機１１８を含む。

図２（Ａ）は、本明細書で説明されている実施形態によるエアハイドロ発電システムに用いられる支点機構１２０を示す。支点は、２つの部分、静止支持体１０２Ｅに載置されたエフォートアーム１０２Ａおよび抵抗アーム１０２Ｂに分割された長いロッドを有する支点アセンブリ２００を駆動し、エフォートアームは駆動機構１０２に接続され、抵抗アームはピストンロッド１０２Ｃに接続され、リザーバ１１０から水を圧送するためのゴムシール１０８Ｄを有するピストンプレート１０８Ｃに接続され、ピストンロッドはリザーバから水を圧送するためピストンプレートに接続される。

図２（Ｂ）は、本明細書で説明されている実施形態によるエアハイドロ発電システムに用いられる駆動機１０２の機構を示す。このシステムでは、本発明者らは、リグから原油を抽出するために機械的に駆動される機械様油抽出機を使用する。これは、機械がエネルギーの機械的変換によって電気モータのより高いＲＰＭをより低いＲＰＭに変換するピストンとして機能することを意味する。この機械は、ギアシステムを有する電気モータと、両側にドライブシャフトが取り付けられた大きなサイズのフライシャフトとを有する。

ドライブシャフトは、フライシャフトの回転に伴って上下に移動し、ピストンのように作用する。ドライブシャフトは、ジョイントベアリングによってエフォートアームに接続されている。このシステムでは、電気エネルギーが機械エネルギーに変換される。これは、エフォートアームを上下に動かす力を生成するために使用され得る。

部分Ａ－フライシャフトを駆動するためにメインギアシャフトに接続されたギアアセンブリに接続された電気モータ。
部分Ｂ－２つのフライシャフトがメインギアシャフトに取り付けられ、フライシャフトが両側から外側でドライブシャフトにさらに取り付けられ、そこでドライブシャフトによって、ホイールの回転時にピストンのように上下に動く。
部分Ｃ－ドライブシャフトは、ジョイントベアリングでエフォートアームに接続されている。フライシャフトの直径は、エフォートアームの距離の動きに依存する。

ドライブシャフトが上方に移動すると、接続されたエフォートアームも上方に移動し、同じ事例として、ドライブシャフトが下方に移動すると、エフォートアームも下方に移動する。エフォートアームの一方の側は駆動機（ドライブシャフト）に接続され、エフォートアームの他方の端部は注入圧送システムに接続される。注入ポンプジョイントベアリングにより近いエフォートアームは、静止支持体が与えられる。

エフォートアームは２つの部分に分割され、エフォートアームが上方に移動すると、抵抗アームである第２の部分が下方に移動し、エフォートアームが下方に移動すると、抵抗アームが上方に移動する。これは定期的に繰り返されるサイクルである。それは、ポンプピストンを引っ張り、押すために、注入ポンプを動作させるための支点のように機能する。

図３は、ピストンプレート１０８Ｃによって２つの区画に分離された注入ポンプを含む注入圧送システム３００を示し、各区画は、リザーバから容器内に水を圧送する入口弁と出口弁を有する。

図３に示すように、注入ポンプは、両側に入口弁１０８Ａおよび出口弁１０８Ｂを有する。ポンプは、ゴムシールを備えたピストンプレート１０８Ｃによって内部で分離されており、これはピストンプレートに力が作用したときに注入として働く。ポンプは２つの区画に分離されている。Ａ－はピストンプレートの上方にあり、区画Ｂ－はピストンプレートの下方にある。

各区画はまた、別個の入口弁と出口弁を有する。抵抗アームポンプピストンがポイント（ａ）に向かって上方に移動すると、区画Ｂの入口弁が開き、区画Ｂの出口弁が閉じ、同時に、区画Ａの出口弁が開き、区画Ａの入口弁が閉じる。ポンプピストンが点（ｂ）に向かって下方に移動すると、区画Ａの入口弁が開き、区画Ａの出口弁が閉じる。同時に、区画Ｂの出口弁が開き、区画Ｂの入口弁が閉じる。これは継続的なプロセスであり、区画Ａと区画Ｂとの間で逆もまた同様に実行している。

両方の区画の入口弁がリザーバに接続され、出口弁が高圧容器に接続される。入口弁が開くと、重力または吸引によってポンプの内部に水が取り込まれ、区画Ａの入口弁が開くとき、区画Ａの内部に水が取り込まれ、同時に区画Ｂの出口弁が開き、容器の中に水を圧送することにより水が区画Ｂで加圧される。

ピストンが点（ｂ）から（ａ）まで上方に移動するとき、区画Ｂの入口弁が開き、水が区画Ｂのポンプの内側に入る。その時点で、区画Ｂの出口弁は閉じられ、区画Ａの出口弁が開き、区画Ａの入口弁は閉じられる。このプロセスにおいて、水は、水を容器の中に圧送することによって、出口弁を介して区画Ａで加圧される。これは継続的なプロセスであり、逆もまた同様である。また、水は容器の中に継続的に汲み上げられる。

圧送および水流の速度は、駆動機の駆動速度に依存する。ピストンプレートの運動変化時には、ポンプに取り付けられた特別な運動の安定化があり、それにより、出口弁の圧送点でのより高い圧力でのシステムの安定化を制御する。出口弁は、より高い圧力で継続的に作動し、入口弁は、吸引の間常圧で作動し、圧送している間により高い圧力で作動する。

異なるサイズおよび容量に合わせて適合されたこのタイプの圧送システムは、駆動機に与えられる入力エネルギーが非常に少ない状態で、非常に高い圧力および膨大な量の水で継続的に圧送するという目的を解決するのに役立つ。上掲のタイプの圧送方法は、そのような高圧でかつ大量の水を汲み上げるための入力エネルギーを非常に高い割合（約９７％）減少させる。

このシステムでは、支点（Ｆｕｌｃｒｕｍ）（アルキメデスの法則）の助けを借りて、容器の高圧かつ大量の水を汲み上げるために非常に少ないエネルギーが使用される。支点支持体は、レバーのように、より少ない力で水を汲み上げるように機能する。

また、パスカルの法則によれば、注入圧送システムは、注入ポンプコンテナの直径と容器の直径との差に起因して、より効率的に機能する。容器と比較して、圧送コンテナはより小さい直径を有し、したがって、圧送は、高圧の容器においてより低い力で行われる。

パスカルの法則は、「閉じ込められた流体の任意の点で圧力が増加するとき、容器の他のすべての点で等しい増加が存在する」と示している。

パスカルの法則により、力を増加させることができる。左側のシリンダは１平方インチの断面積を示し、右側のシリンダは１０平方インチの断面積を示す。左側のシリンダは、流体を１０インチ下降させるピストンに下向きに作用する１ポンドの重量（力）を有する。この力の結果として、右側のピストンは、１インチの距離で１０ポンドの重りを持ち上げる。

１平方インチの面積にかかる１ポンドの荷重は、システム内の流体にかかる圧力の増加を引き起こす。この圧力は、大型ピストンの１０平方インチの面積のあらゆる平方インチにわたって等しく分配され、作用する。その結果、より大きなピストンは１０ポンドの重量を持ち上げる。第２のピストンの断面積が大きいほど、機械的利点が大きくなり、それが持ち上げる重量が重くなる。

Ｐ１＝Ｐ２（圧力が全体を通して等しいため）
圧力は単位面積当たりの力に等しいので、次のようになる。
Ｆ１／Ａ１＝Ｆ２／Ａ２
置換によって、上記のような値が正しいことを示すことができる。
１ｋｇ／１平方インチ＝１０ｋｇ／１０平方インチ
左側に押し下げられた流体の体積は、右側に持ち上げられた流体の体積に等しいので、以下の式も成り立つ。
Ｖ１＝Ｖ２
置換による
Ａ１Ｄ１＝Ａ２Ｄ２（Ａ＝断面積、Ｄ＝移動した距離）
またはＡ１／Ａ２＝Ｄ２／Ｄ１

本実施形態の水の圧送は、上掲の原理で作動している。

図４は、本明細書に記載の実施形態によるペルトンタービンを駆動するために水のジェット流を生成するように配置された複数の容器１０４Ａ～１０４Ｂを示す。容器は、各容器が中央で円筒形状、頂部でドーム形構造１０４Ｃおよび底部で狭い円錐構造１０４Ｄであることを特徴とする２つ以上の容器の直列配置であり、容器が底部側で注入圧送システム３００に接続され、容器の頂部で空気サージタンク１１２に接続され、すべての容器の圧力が５バール～３００バールの範囲に維持されるようにする。

ここでは、一方の端部の狭い円錐構造１０４Ｄに接続され、単一の管１０６に合流する２つ以上の狭い配管１０５Ａ～１０５Ｂから形成されたＹ字形の水圧管１１１が設けられている。実施形態では、水圧管は、注入圧送システムから容器に受けられるのと同じ体積および圧力で、継続的に容器から加圧水を受ける。

本発明者らが容器の作動および方法を示すことができる２つのプロセスがある。出力の便宜上、両方のプロセスを使用してもよい。

プロセス１
ここでは、２つの数の高圧容器が必要であり、これらは、底部側で、容器の頂部から注入圧送システムおよび空気サージタンクに接続される。

２つの容器は、出口弁および「Ｙ」字形の水圧管を用いて、互いに垂直におよび底部に接続される。

水は、運転中に常に維持されるそれらの容量の６０％まで注入圧送システムによってこの容器に充填される。平衡容器は空気で満たされる。

水が６０％まで充填されると、所望の圧力になるまで空気が充填される。

容器に高い圧力があると、水は水圧管を通って移動し、同じ体積の水が注入ポンプを通って容器の内部に圧送される。

汲み上げられた水が容器の中に６０％まで入ると、容器により多くの空気を充填することによって容器の空圧を所望のバールまで上昇させ、空気サージタンクを介して空気の所望の圧力が得られるとアイドルモードに入る。

次に、出口弁を開き、さらなるプロセスのためにＹ字形水圧管の高い圧力の水を放出する。これは継続的なプロセスであり、水圧管において移動された水の体積は、注入圧送システムを介して容器に平行に充填される。空圧が生成されるとき、それは水面を下方に押す。

移動した水が投入された水よりも多い場合、空気が膨張し、必要な空気は再び空気サージタンクによって自動的に充填されて、所望の圧力を維持する。水の投入が移動より多いとき、空気は圧縮され、同じ圧力を維持する空気サージタンクによって放出される。

空気サージタンクは、圧縮機から空気を取り出し、それを必要な圧力および体積で貯蔵して、容器の必要な圧力で２つの容器から供給および排出する。

圧力が容器において安定した場合、空気サージタンクはアイドルモードになる。

これは、注入圧送と、水圧管ジェットを通る移動とを調整することによって機能する継続的なプロセスである。

プロセス２（プロセス２の容器の設計は重要であるが、排出はプロセス１よりも有益であり得、ただし、より短い径の容器の設計に適用可能である）

容器が重力板で作られる場合、より良い結果が得られるが、容器の設計は重要であり、小径の容器に対して制限される。２つの高圧容器が必要であり、その内部には、水と空気とを分離するための密にシールされたゴムの可動式重力板がある。

圧送された水は、重力板の下方の可撓性パイプジェットを通って容器に入る（部分Ｂ参照）。水圧は重力板を上方に押す。

部分Ａでは、空圧は、空気サージタンクまたは圧縮機によって生成される。圧力は重力板を下方に押圧し、板は流体を押圧する。流体の圧力は、空圧によって重力板の助けを借りて増加する。重力板は、それぞれ水または空圧に基づいて上方または下方に移動する。実施形態では、空気サージタンクは、高圧空気圧縮機１１３を使用して高圧の空気でより低い体積を生成し、空気サージタンクの空気を必要なバールおよび体積で充填する。

両方の容器は、両方の容器で同じ圧力を維持するために、両方の区画で互いに接続される。両方の容器のあらゆる点に弁が取り付けられる。「Ｙ」字形の水圧管を使用して底部の両方の容器を接続し、合流して次のプロセスのための単一の水圧管が作られる。

図５は、ペルトンタービン１１４のペルトンホイール１１４上のジェット流を実現する水圧管ジェットを示し、両方の容器は「Ｙ」字形の水圧管によって接続されている。水圧管が容器と交わる点は、出口弁によって封止される。両方の容器の水圧管は、１つの水圧管に合流し、ペルトンタービン上に配置されたジェットと接続する。

実施形態では、水圧管ジェット１１５を水圧管の上に配置することができ、ジェットは、気泡注入システム１１６を介して気泡を注入され、タービンシャフト１１７を順次移動させるペルトンタービン１１４のペルトンホイール１１４Ａ上で水圧管から水を高速で押し出し、シャフトは発電機１１８に接続されて発電する。

実施形態では、少なくとも１つの容器または一連の容器からの加圧水は、水圧管によってタービン上に放出される。エアドロップの注入は、水圧管ジェットがタービンブレード上の衝撃トルクを増加させて、より多くのｒｐｍを生成するように促す。

実施形態では、ｒｐｍを高めるために、ギアアセンブリをタービンと発電機との間に使用することができる。発電機は、電力をグリッドに伝送するため昇圧変圧器に接続される。

図６は、本明細書で言及される実施形態による、ペルトンタービンのホイールの中に水のジェット流を流入させ、ホイールから水のジェット流を流出させる概略図を示す。水圧管の上に配置されたジェットを通して、水はペルトンホイールの上に放出される。水が水圧管ジェットから出る前に、いくらかの気泡がジェットに注入される。これらの気泡は、既に高速の水の移動をさらに推進するのに役立つ。高圧のために、容器に既に存在する高いヘッドの位置エネルギーは、水圧管ジェットを通過するときにそれ自体を運動エネルギーに変換する。移動の流れに気泡を追加することにより、水の運動エネルギーが増加し、タービンのブレード上で爆発する。この衝撃により、水のトルクが増加し、タービンが最も効率的に移動する。タービンシャフトは、発電機に接続されて電気エネルギーを生成する。排出された水は、リサイクルのために重力によってリザーバに排出される。この周期的なプロセスは、継続的に電気を発生させる。

この方法論では、入力および出力エネルギーは、駆動機および支点の上掲の図面に記載されているように、異なる形態である。より少ない入力電力、すなわち２ｋＷで、ギアボックスを介してメインシャフトを回転させる、モータに与えられる電気エネルギーは、フライアームに取り付けられてピストンのように作用するメインシャフトを介して回転力を生成し、作用する力をエフォートアームに加えて支点法で抵抗アームにおける運動量を生成する。

このプロセスでは、駆動機の電気モータに与えられる入力電力の１０倍である、上方のエフォートアームのフライアームを介する回転力が適合される。入力電力が１０００ＲＰＭで２ｋＷである場合、２０ＲＰＭで２０ｋＷと比較される出力の力を生成する。このエネルギー変換は、より強いピストンの力を与えて、エフォートアームを引っ張り、押す。

アルキメデスの法則によれば、エフォートアームに加えられる力は距離と乗算され、抵抗アーム由来のより高い出力の力が得られる。例として、エフォートアームが１０メートルの長さであり、抵抗アームが１メートルの長さであり、１０トンの力または質量がエフォートアームに加えられる場合、抵抗アームは１００トンを超える出力の力のリフトができる。

この用途は、注入ポンプのピストンプレートを上下に圧送してピストンプレートに大きな作用力を発生させ、駆動機に与えられる入力電気エネルギーが非常に少ない状態で注入ポンプから容器に高圧かつ大量の水を汲み上げるために使用される。エフォートアームの長さの増加および静止支持体からの抵抗アームの長さの減少と共に、抵抗アームからより多くの出力の力を得ることができる。

注入ポンプは、パスカルの法則の原理で機能する、すなわち、注入ポンプの直径は４００ｍｍであり、容器の直径は１０００ｍｍである。ポンプから容器へ同じ体積および圧力の水を汲み上げるのに必要な力は、容器からの出力の力と比較して弱い。それは油圧式ジャックの方法論に働く。
（入力の力×面積＝出力の力×面積）

容器の表面積が大きくなるほど、容器からの出力の力が大きくなる。すなわち、注入ポンプの入力の力がポンプの直径４００ｍｍに対して１００トンを超える場合、容器からの出力の力は１０００トンを超える。この圧力は、容器内の貯蔵水の表面にわたって発生する。

水で発生したこの表面の圧力は、位置エネルギーの形態で貯蔵されるが、液体が非圧縮性であるのに空気は圧縮または膨張することができる。容器の圧縮空気によって貯蔵水より上方に表面の圧力を発生させる。

貯蔵水の位置エネルギーは、タービンを回転させる運動エネルギーに変換される。

タービンは、２つの基本的な入力、すなわちタービンブレード上の移動の流れおよび移動した水の存在するヘッドに作用する。注入ポンプからの投入されたポンプ水と、ジェットを通るタービンブレード上の移動された水とは同じである。すなわち、各ポンプから毎分３立方メートルを得て、毎分２０サイクルで動作するラインに１０個のポンプを適合させる場合、毎分３０立方メートルの水または毎秒０．５立方メートルを１００バールの圧力で容器に得る。

空気は１００バールで圧縮機によって充填され、同じ圧力の空気サージタンクによって維持されるため、容器の圧力は一定になる。これにより、１００バールの圧力で継続的に毎秒０．５立方メートルの移動の流れが得られる。これは、発電機から電気エネルギーを生成するためにタービンブレード上で移動される。

変換プロセス－本発明では、駆動機のモータに与えられる入力エネルギーは、電力の形態で相対的に非常に小さい。これは、駆動機の回転力に変換され、力または質量のように作用して、エフォートアームを押し、引っ張る。

加えられた力に、エフォートアームおよび静止支持体の距離を乗算して、ポンプから容器に高圧の水を汲み上げる。さらに、注入ポンプピストンプレートに加えられる力が容器の直径に乗算されると、注入ポンプピストンプレートの入力よりも強い出力の力が得られる。

このプロセスにより、それが位置エネルギーの形態に変換され、それは容器に貯蔵される。

容器は、所望の表面圧力を生成し、水圧管の作動の間にそれを一定の容器の圧力に安定化させるために、高圧の空気で満たされる。

容器でいったん発生した空圧は、水に対して一定の表面圧力を維持して、周期的に圧送される貯蔵水の一定の位置エネルギーを維持するようにする。

貯蔵水のこの位置エネルギーは、タービンを回転させて電気エネルギーを与える運動エネルギーに変換される。

駆動機に供給され、空気を圧縮するための入力エネルギーは、このエネルギー変換プロセスの間に生成される全出力エネルギーの５％以下である。

本発明者らのエアハイドロ発電技術では、高圧の水は、高圧の空気が封止された容器に水を注入するために、駆動機、支点および注入型ポンプの補助により汲み上げられる。

この容器では、容器内の空気を圧縮および充填するために一列に取り付けられた空気サージタンクおよび空気圧縮機の補助により、必要なバールで容器内の貯蔵水に圧力が発生する。

高圧の空気は、容器内の貯蔵水の表面の上方に圧力を生成する。

水圧管を通る容器からの移動された水は、注入圧送システムを通って同じ体積および圧力で平行に容器に継続的に受け入れられる。水は、放出される注入圧送システムから容器に継続的に貯蔵される。

空気サージタンクは、同じ圧力を維持し、作動中に両方の容器におけるプロセスを安定させる。２つの容器は、「Ｙ」字形の水圧管で下から連結され、次いで、単一の水圧管に合流する。容器に貯蔵された高圧の水は、水圧管に放出される。

容器の中に５バールから３００バールの圧力を発生させることができ、発生した圧力は貯蔵水用のヘッドを作成する。貯蔵水の位置エネルギーは運動エネルギーに変換され、ジェットを介してペルトンタービンに注入されるが、その前に気泡が水圧管ジェットの端部に追加される。水の既に高い速度および圧力は、気泡のために、タービン上の水圧管ジェットを介してブーストされる。注入された水の運動エネルギーおよびトルクは、ブレード上で爆発し、タービンのシャフトを回転させる。

タービンシャフトは、変圧器およびグリッドに接続された発電機に接続される。ペルトンタービンから排出された水は、次の生成サイクルの準備ができているリザーバに自然に流入する。

機械的方程式
注入ポンプ－それぞれが一列に取り付けられ、容器に接続された直径４００ｍｍのサイズを有する１０個
ピストンのストローク－９５０ｍｍ
ストロークのサイクル－２０回
駆動力－１２０トン
上掲の仕様の注入ポンプを駆動するために、各駆動機に、以下により２ｋＷの入力電気エネルギーを供給する必要がある
空気圧縮機１．５ＣＦＭで２．２ｋＷ（容量最大３００バール）
上記の特定のポンプは、１００バールの圧力で容器に毎秒０．５立方メートルにまで水を汲み上げる。
水圧管ジェットの移動は、毎秒０．５立方メートルである。
水圧をメートル単位のヘッドに変換した。圧力をバールからヘッド（Ｍ）に変換する。
ｈ＝Ｐ×１０．１９７／ＳＧ
ｈ＝ヘッド（Ｍ）
ＳＧ＝比重
容器での生成のための圧力＝１００バールを考察する。
ｈ＝Ｐ×１０．１９７／ＳＧ
ｈ＝１００×１０．１９７／ＳＧ
ｈ＝１０１９．７メートル
加速する下向き運動ヘッド＝１０メートルを加える
総ヘッド＝１０１９．７＋１０＝１０２９．７メートル
水力発電からの発電用
Ｐ＝ｎｐＱｇｈ
式中、
Ｐ＝ワット単位の電力。
ｎ＝タービンの無次元効率
ｐ＝水の密度、キログラム／立方メートル
Ｑ＝流量、立方メートル／秒
ｇ＝重力による加速度
ｈ＝ヘッドとしてのメートルでの入口と出口との間の高低差
ペルトンタービンの標準的な効率は、水密度１０００ｋｇ／立方メートルで８５％である。
流量は０．５立方メートル／秒である。＊（１秒当たりにインラインで適合された注入ポンプを介して汲み上げることができる水の量が流量について考慮される）
重力９．８１メートル／平方秒、正味のヘッド１０２９．７メートル。
Ｐ＝ｎｐＱｇｈ
電力（Ｗ）＝０．８５×１０００×０．５×９．８１×１０２９．７
電力＝４１６９２５０ワット
＝４１６９．２５ｋＷ
電力＝４．１６ＭＷ
消費入力エネルギー＝２５ｋＷ。（負荷設計の変更によって変化し得るが、出力の５％以下）

エアハイドロパワーの技術を用いて発電する効率は、水圧管ジェットにエアドロップのシステムを追加することにより、より高くなる。この出力の方程式は、圧送の流れまたは移動の流れ、容器内への発生した圧力、および設計のサイズに応じて変化する。

本発明の特定の実施形態の前述の説明は、例示および説明の目的で提示されている。それらは網羅的であること、または本発明を開示された正確な形態に限定することを意図するものではなく、上掲の教示に照らした明らかに多くの修正および変形が可能である。実施形態は、本発明の原理およびその実際の適用を最もよく説明し、それによって、他の当業者が本発明および企図される特定の用途に適した様々な修正を伴う様々な実施形態を最もよく利用することを可能にするために、選択され説明された。状況が方策を示唆するまたは与えることができるので、様々な省略および均等物の置換が企図されるが、それらは本発明の特許請求の範囲の精神または範囲から逸脱することなく、本願または実装形態を包含することが意図されていることが理解される。

Claims (7)

1. エアハイドロパワーから電気エネルギーを生成するための改良版システム１００であって、
   ２つ以上の容器（１０４Ａ～１０４Ｂ）の配置であって、前記容器の各々は、中央が円筒形状であり、頂部がドーム形構造１０４Ｃであり、底部が狭い円錐構造１０４Ｄであり、それにより、前記容器は、前記底部側で注入圧送システム３００に接続され、前記容器の頂部で空気サージタンク１１２に接続され、それにより、すべての前記容器の圧力が５バール～３００バールの範囲に維持されることを特徴とする、配置、
   機械的駆動機１０２と、静止支持体１０２Ｅに載置されたエフォートアーム１０２Ａおよび抵抗アーム１０２Ｂを有する支点アセンブリ２００であって、前記エフォートアームは駆動機構１０２に接続され、前記抵抗アームはピストンロッド１０２Ｃに接続され、前記ピストンロッド１０２Ｃは、リザーバ１１０から水を圧送するためゴムシール１０８Ｄを用いてピストンプレート１０８Ｃに接続される、機械的駆動機１０２と支点アセンブリ２００、
   前記ピストンプレート１０８Ｃによって２つの区画に分離された注入ポンプ１０８を含む注入圧送システム３００であって、前記各区画が入口弁１０８Ａと、前記リザーバから前記容器の中に水を圧送する出口弁１０８Ｂとを有する、注入圧送システム、
   一方の端部で前記狭い円錐構造１０４Ｄに接続され、単一の管１０６に合流する２つ以上の狭い配管１０５Ａ～１０５Ｂから形成されたＹ字形の水圧管１１１であって、前記水圧管は、前記注入圧送システムから前記容器に受け入れられるのと同じ体積および圧力で継続的に容器から加圧水を受ける、Ｙ字形の水圧管、および
   前記水圧管の上に配置された水圧管ジェット１１５であって、前記ジェットは、気泡注入システム１１６を介して気泡を注入され、タービンシャフト１１７を順次移動させるペルトンタービン１１４のペルトンホイール１１４Ａの上で前記水圧管から前記気泡が注入された水を高速で押し出し、前記シャフトは発電機１１８に接続されて電気を発生させる、水圧管ジェット、を備える、システム。
2. 前記駆動機が、エフォートアームおよび抵抗アームの移動に伴って上下に移動するとき、ポンプピストンに接続された前記抵抗アームが、点（ａ）に向かって上方に移動し、区画Ｂの入口弁が開き、区画Ｂの出口弁が閉じ、同時に、区画Ａの出口弁が開き、区画Ａの入口弁が閉じ、ポンプピストンが点（ｂ）に向かって下方に移動するとき、区画Ａの前記入口弁が開き、区画Ａの出口弁が閉じ、同時に、区画Ｂの出口弁が開き、区画Ｂの入口弁が閉じる、請求項１に記載のシステム。
3. 前記空気サージタンクは、高圧空気圧縮機１１３を使用して高圧の空気を生成し、前記空気サージタンクの空気を必要なバールおよび体積で充填する、請求項１に記載のシステム。
4. 少なくとも１つの容器または一連の容器からの前記加圧水が水圧管によって前記タービン上に放出される、請求項１に記載のシステム。
5. 前記気泡の注入は、前記水圧管ジェットが前記タービンブレード上の衝撃トルクを増加させて、より多くのｒｐｍを生成するように促す、請求項１に記載のシステム。
6. 前記ｒｐｍを増加させるために、ギアアセンブリが前記タービンと前記発電機との間に使用される、請求項５に記載のシステム。
7. 前記発電機は、前記電気をグリッドに伝送するための昇圧変圧器に接続される、請求項１に記載のシステム。