JP2010540834A - 利用可能なエネルギの発生装置及び関連方法 - Google Patents

Abstract

本開示は、水中で浮上するあらゆる量の空気により生じるエネルギを捕らえて利用することにより、エネルギを発生させる装置及び関連方法に関する。本装置は、枠構造（１０２）を含む。この枠構造（１０２）には、上側駆動ホイール（１０４）、下側ホイール（１０６）、及び垂直流体列容器（１０８）が回転可能に取り付けられている。気体カプセル要素（１１２）の無端鎖（１１０）は、上側及び下側ホイール（１０６，１０８）に取り付けられている。無端鎖（１１０）は、容器（１０８）の下部にあるシールポート（１１８）を通り、流体列容器（１０８）を通って垂直方向に上方へと進む。気体カプセル要素（１０２）の無端鎖（１１０）が容器（１０８）の流体（１０９）を垂直方向に通過すると、容器（１０８）の流体列の高さに起因して、要素（１１０）に作用する流体圧は、要素（１１２）に作用する上向きの浮力を生じ、それらを上昇させてホイール（１０６，１０８）を回転させる運動エネルギを発生させる。

Description

本開示は、電気エネルギの発生に関し、特に、水を介する気泡の上昇における運動エネルギを利用可能な電気エネルギに変換することに関する。

エネルギのコスト及び関心は、代替となると共に再利用可能なエネルギ源の必要性を高めている。風、水、及び太陽エネルギの従来的な使用を含む様々なエネルギ発生方法の最近の研究は、広くいきわたっている。これは、公害に起因する天候の変動、化石燃料の枯渇、環境、及び化石燃料の社会的及び政治的危機の主な脅威を反映している。

潜在的な再生可能エネルギ源の一つに、水中で空気を上昇させることにより生成される運動エネルギがある。空気の密度は水よりも低いため、空気は水中で上昇する。このことは、所定量の空気が同量の水よりも軽いことを意味している。水は、空気よりも略１０００倍高い密度を有している。物体又は物質がそれ自身により置き換わる量の流体よりも軽い場合、その流体を浮遊するであろう。

浮力は、完全又は一部浸漬させられる物体の周囲にある流体（即ち、液体又は気体）によって物体に対し作用する上向きの力であり、これは、物体の上部及び下部の間における流体の圧力差に起因している。正味の上向きの浮力は、物質によって移動させられる流体の重量と等しい。このような正味の力により、物体を浮遊させるか、或いは少なくとも見かけ上、軽くなる。

浮力は、物体に上向きの力をもたらす。この力の大きさは、移動させられる流体の重量と等しい。従って、物体の浮力は、２つの要因にのみ依存する：物体の容積、及びそれを取り囲む流体の密度。物体の容積及び物体を取り囲む流体の密度が大きくなるほど、その物体に作用する浮力は大きくなる。拘束されておらず、且つ動力が与えられていない物体の浮力がその物体の重量を越える場合、物体は上昇する傾向にある。物体の重量が浮力を超える場合、物体は沈む傾向にある。この水中における気泡の浮力は、気泡を水面まで上昇させる。

本発明の一態様において、エネルギ発生方法及び装置が開示される。

基本的な方法は、最初に、水面下に導入された閉鎖管状カプセル要素に空気を封じ込めることにより、流体の表面下において、空気等の空所に流体を導入する工程を含む。このカプセルは、次に、カプセルへの流体の浮力によって、上向きに押される。次に、流体内のカプセルは、表面まで上昇させられる。エネルギを発生させるために、上向きに移動し、続いて、表面に出るカプセル要素の運動エネルギは捕らえられると共に、利用可能な形態のエネルギへと変換させられる。

本発明の更なる態様において、カプセル要素の鎖に封じ込められると共に、水又は他の流体の列へ導入される空気又は他の気体から、利用可能なエネルギを発生させる装置が開示される。装置は、好適には、流体媒体が充填された垂直タンクを含む。この流体媒体を介して、無端鎖内で合わせて結合される一連のカプセル要素は、１個づつ、流体列の下部において、密封された入口ポートを介して導入される。カプセル要素への浮力は、要素の鎖を、流体列を介して上向きにかりたてる。要素の無端鎖は、列の上端を出ると共に、上側ホイールの上方を、次に下側ホイールの回りを、且つタンク下端の入口ポートまで進む。

最後に、移動する要素の運動エネルギを利用可能なエネルギに変換させるために、発電機が、エネルギ変換軸に取り付けられる。実施形態において、エネルギ変換機構は、垂直流体列と、流体列の外部にある一対の上側及び下側歯車又はプーリホイールと、ホイールの間に延出すると共に、ホイールを回転させる気密カプセル要素の無端鎖と、ホイールの１個の連結する発電機とを含む。カプセル要素は、列の下端において、液密ポートを介して、流体列を通り垂直方向に沿って進む。カプセル要素は流体を移動させ、結果的に、上向きの浮力が要素の無短鎖に作用し、要素を上向きに移動させ、ひいては、利用可能な電気エネルギを発生させるために、発電機のロータを回転させるようにホイールを回す。

本開示の前述の特徴及び効果は、以下の詳細な説明を参照して、添付の図面と併せて考慮すれば、より容易に理解されるであろう。

本発明の一実施形態に係る装置を示す側面図。 図１の装置の下部を示す側面図。 図１の装置に示される要素の無端鎖に使用される２対のカプセル要素を示す別の側面図。 図３に示されるカプセル要素の断面図。

次に、図面に戻り、図１は、本発明に係る装置の一実施形態１００の側面図である。装置１００は、枠構造１０２を含み、枠構造１０２には、上側駆動ホイール１０４、下側ホイール１０６、及び垂直流体列容器１０８が回転可能に取り付けられている。空気カプセル要素１１２の無端鎖１１０は、上側及び下側ホイール１０４及び１０６に取り付けられている。この無端鎖１１０は、容器１０８の下部にあるシールポート１１４を通り、流体列容器１０８の中を垂直方向に沿って上方へと進む。

空気カプセル要素１１２の無端鎖１１０が、容器１０８内の流体１０９を通り垂直方向に進むと、容器１０８内における流体１０９の列の高さに起因して、要素１１２に作用する流体圧は、要素１１２に作用する上向きの正味の浮力を生じさせて、それら要素を上昇させる。上昇する要素１１２は、この運動が上側及び下側ホイール１０６及び１０８を回転させるように一体に連結されている。回転するホイール１０６及び１０８の運動エネルギを電気エネルギに変換するため、発電機（図示なし）は、ホイール１０６及び１０８の少なくとも一方の軸１１６に取り付けられている。或いは、回転するホイールは、当該技術分野に属する者に周知の方法により、動力を他の機器へと直接的に供給する。

カプセル要素１１２の無端鎖１１０は、容器１０８の下部、或いは下方、一部において導入される。鎖１１０は、抑止又は抵抗力が各カプセル要素１１２に付与されることを最小限に抑えつつ容器１０８からの流体の漏出を阻止する１個又は複数の下側摩擦シールリング部材１２０を有する入口シール、即ちグローブ１１８を通過する。

次に、図２を参照すると、装置１００によって生じる正味のエネルギ生成は、主に、流体内における空気カプセル要素への浮力によるエネルギと、入口グローブ１１８を通過時に鎖の摩擦により消費されるエネルギとの間の差である。好適には、入口グローブ１１８は、グローブ１１８の上側要素１１２がグローブから容器１０８内へと通過するときに下側シールリング１２０により流体の漏出を阻止すべく、間隔を空けて設けられた２つのシール１２０を有している。グローブ１１８は、好適には、グローブ１１８の下に取り付けられる一組の案内ローラ１１９によって前に置かれている。単一のシールリング１２０が、代替の形態で使用されてもよい。このようなシールリング１２０は、シリコンゴム等のゴム、又は容器１０８内の流体１０９と適合する他の適切な材料からなるＯリングであってもよい。

次に図３及び図４を参照すると、各カプセル要素１１２は、湾曲上端キャップ１２４を有する中空管状壁１２２を有している。貫通する穴１２８を有する連結舌片１２６が、端キャップ１２４から軸方向に沿って延出している。上端キャップの湾曲は、穴１２８に中心が置かれる半径方向曲線である。下端キャップ１３０は、管状壁１２２の対向端を閉鎖している。下端キャップ１３０は、上端キャップ１２４と相補的な湾曲端面と共に、枢軸ピン１３２に至る中心軸方向盲溝を有している。この枢軸ピン１３２は、下端キャップ１３０に固定されると共に、鎖１１０の次の要素１１２にある連結舌片１２６の穴１２８を通過する。各要素１１２の下端キャップ１３０及び連結される次の要素１１２の上端キャップ１２４の間には、小さな間隙１３４が存在している。これは、要素１１２が容器１０８内にある間、容器１０８内の流体による正味の正の浮力を各要素１１２上に作用させるべく、容器１０８内の流体の力を各要素１１２の下部に付与することを許容する。図４に示されるように、間隙１３４は、流体１０９が充填された下端キャップ１３０及び上端キャップ１２４の中に開放空間を含む。

各ホイール１０４及び１０６は、ホイールへの摩擦力を最小限に抑えるように、低摩擦軸受を介して、その軸１１６に取り付けられている。各ホイール１０６及び１０４は、カプセル要素１１２と相補的な周縁形状を有している。これとは別に、ホイール１０４及び１０６の縁は、流体１０９の容器１０８を通り上昇する要素１１２の無端鎖１１０の直線移動をホイール１０４及び１０６の回転に有効に伝達できるように、要素１１２の相補的凹所と係合する歯部、即ちはめ歯を有していてもよい。

各カプセル要素１１２は、好適には、軽量プラスチック又はアルミニウム等の金属材料から作製されると共に、容器１０８内の流体１０９を通過時に生じる摩擦を最小限に抑えることができるよう、テフロン（登録商標）等の低摩擦材料により被覆されていてもよい。

容器１０８は、好適には、直円柱形状であると共に、矩形、円形、又は他の断面形状を有していてもよい。容器１０８内の流体１０９は、水、鉱油、又は他の液体であってもよい。また、流体１０９は、流体１０９を通ってその中を上昇する各カプセル要素１１２に対し非常に大きな浮力を付与する水銀等の極めて重い液体であってもよい。枠１０２は、図示されるように、開放する金属構造枠であってもよく、或いは、完全内蔵型構造を作製するように閉鎖されていてもよい。更に、軸１１６は、構造枠１０２から軸受支持され、また各々が、装置１００によって生じる運動エネルギを使用するために、一般的な方法によって、モータ又は発電機と連結されていてもよい。

上記の説明は、多くの特色を含むが、これらは、開示範囲の限定ではなく、むしろ、その実施形態の例示と考えるべきである。本明細書に開示される工程及び方法は、開示される様々な種類及び実施形態のあらゆる組み合わせを含む。従って、開示の範囲はいずれにしても、上記の説明によって限定されることを意図するものではない。請求の範囲の様々な要素、及び請求の範囲自体は、請求の範囲を含む本開示の教示に従って、いかなる組み合わせとなるように組み合わされてよい。

Claims (20)

1. 利用可能な運動エネルギの発生方法であって、
   少なくとも１個の気体収容カプセル要素を、液体媒体の表面下で該液体媒体に導入する工程であって、該要素は、該液体媒体外でホイールに連結されている工程と、
   前記液体媒体内のカプセル要素を、該媒体を通りその表面へと上昇させる工程と、
   前記要素を前記媒体外へ、且つ前記ホイールを越えるように進める工程と、
   前記カプセル要素を前記液体媒体に向けて、該媒体の表面の下方へと戻す工程と
   を含む方法。
2. 請求項１記載の方法は、更に、
   前記液体媒体用の容器を供給する工程を含み、
   該容器は、閉鎖下部と、該容器の下部まで進む気体含有カプセル要素の無端鎖とを有する方法。
3. 請求項２記載の方法は、更に、
   前記要素の無端鎖が越えて進む第２ホイールを供給する工程を含む方法。
4. 請求項３記載の方法において、
   前記カプセル要素を戻す工程は、前記カプセル要素を前記容器の下部の一部を通って進める工程を含む方法。
5. 請求項２記載の方法は、更に、
   前記要素が前記ポートを通り前記容器内へと進むときに、前記カプセル要素の周りで該容器の下部のポートを封止する工程を含む方法。
6. 利用可能な運動エネルギの発生装置であって、
   構造枠と、
   前記枠上で支持され、流体を含む略垂直な流体容器と、
   前記流体容器内の流体を通過する該要素の一部を有する気体含有カプセル要素の無端鎖と、
   前記容器の外部で前記枠に対し回転可能に固定されるホイールとを備え、
   前記要素の無端鎖は該ホイールを越えて進み、それにより、前記流体内で前記カプセル要素に作用する浮力が、該要素を、該流体を通って該流体の外へ略垂直方向にホイールの周囲まで上昇させることによって、前記ホイールを回転させる装置。
7. 請求項６記載の装置において、
   前記ホイールは、前記容器の上方に回転可能に取り付けられている装置。
8. 請求項７記載の装置は、更に、
   前記容器の下に回転可能に取り付けられる第２ホイールを含み、前記要素の無端鎖は該第２ホイールを越えて進む装置。
9. 請求項７記載の装置において、
   前記流体容器は、前記カプセル要素を受け入れると共にその中を通り該容器内へと進むポートを備えた下部を有している装置。
10. 請求項９記載の装置において、
    前記ポートは、前記カプセル要素の前記容器への通過を許容しつつ、前記容器からの流体の漏出を阻止する密封グローブを含む装置。
11. 請求項９記載の装置において、
    前記密封グローブは、前記カプセル要素が前記ポートを通過時に、該ポートの周りに、且つ各カプセル要素の周りに、少なくとも１個のＯリングシールを有している装置。
12. 運動エネルギ発生装置であって、
    枠と、
    前記枠に垂直に取り付けられ、下部及び該下部を通るポートを有し、流体を含有する長手状の流体容器と、
    前記容器の上側において、前記枠に対し回転可能に取り付けられる上側ホイールと、
    前記容器の下側において、前記枠に対し回転可能に取り付けられる下側ホイールと、
    前記ポートを通り前記容器内へ、該容器内の流体中を通って、該容器の上部から外へ出て、前記上側ホイールの一部の周り及び前記下側ホイールの一部の周りに進み、前記容器の下部を通って前記ポートへと戻る間隔があけられた気体含有カプセルの無端鎖とを備え、
    前記カプセル要素への前記流体の浮力により、該カプセル要素が該流体中を上方へ移動することにより、前記ホイール上で該無端鎖を移動させて該ホイールの回転運動エネルギを発生させる装置。
13. 請求項１２記載の装置において、各カプセル要素は、
    中空管状壁と、
    前記管状壁の上端を封鎖する湾曲上キャップと、
    前記管状壁の下端を封鎖する下キャップと、
    前記下キャップに支持され、隣接する要素の一部と係合する連結ピンと
    を含む装置。
14. 請求項１３記載の装置において、
    前記上キャップは、軸方向に突出する舌片部材を有している装置。
15. 請求項１４記載の装置において、
    各連結ピンは、隣接するカプセル要素の舌片部材と係合する装置。
16. 請求項１３記載の装置において、
    前記下キャップは、隣接するカプセル要素の湾曲した上キャップと相補的な湾曲形状を有している装置。
17. 請求項１６記載の装置において、
    前記下キャップは、更に、中心溝を有し、前記連結ピンは、該中心溝を通過して、前記隣接する要素の一部と係合する装置。
18. 請求項１７記載の装置において、
    前記隣接する要素の一部は、該隣接するカプセル要素の湾曲したキャップから軸方向に突出する舌片部材である装置。
19. 請求項１２記載の装置において、
    前記容器の下部を通るポートは、前記カプセル要素を通って同カプセル要素を受け入れる密封グローブを含む装置。
20. 請求項１９記載の装置において、
    前記密封グローブは、前記カプセル要素が該容器内に入る間、前記流体が前記容器から外へ進むことを阻止するための１個又は複数のシールを含む装置。

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