JP2011226324A - 球体循環装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、装置内で落下及び上昇を繰り返して循環する複数の球体に係る落下運動エネルギーを取り出すことができる球体循環装置に関する。
【解決手段】球体循環装置は、蓄水室ａ、少なくとも２つの上方向開閉弁を介して分離した上昇室b1、b2、b3、排水口１２を有する落下室ｃを備え、高い水位の第１の水面が上昇室b1の上端開口に、低い水位の第２の水面が落下室ｃの下端開口に夫々形成される。水位が低下した第１の水面は、自動給水装置17から給水されて維持される。挿入口15から挿入された複数の球体の各々は、落下室ｃ内を落下し、第２の水面に突入する。各球体は、誘導されて第１の水面に向け、上昇室b3〜b1内を浮力で上昇する。第１の水面に到達した複数の球体の浮力で、一球体が第１の水面を越え、落下室ｃ内を第２の水面に向けて落下する。球体の落下と上昇とが繰り返され、複数の球体の各々が装置内で循環する。
【選択図】図５

Description

本発明は、装置内で落下及び上昇を繰り返して循環する複数の球体に係る落下運動エネルギーを取り出すことができる球体循環装置に関する。

近年、地球環境の悪化が注目されており、中でも、地球温暖化現象の発生は重大問題となっている。そこで、地球温暖化の進行を抑制するため、温暖化防止対策が議論されている。その温暖化の要因の一つとして、ＣＯ_２の排出が挙げられ、種々の具体的対応策が提案され、ＣＯ_２の排出を抑制することが進められている。

そこで、ＣＯ_２の排出を抑制する対策としては、ＣＯ_２の排出量を低減するやり方の他に、元々ＣＯ_２を排出しない手段を採用することが提案されている。この手段には、例えば、電力の場合であれば、自然界に存在する太陽光、風力、波力などの再生可能エネルギーを利用した発電が挙げられ、現在稼働している火力発電所のＣＯ_２排出を抑制する一方で、この再生可能エネルギー利用による発電量を増加させることが実行されている。

しかしながら、再生可能エネルギーを利用する場合、例えば、太陽光エネルギーから電力を得るには、太陽光発電システムを設置しなければならない。この太陽光発電システムでは、太陽光エネルギーを直接電力に変換できる太陽電池を必要とする。太陽光発電システム自体では、ＣＯ_２が排出されないので、排出規制に対して大いに寄与するものであるが、この太陽電池は、未だ高価であって、太陽光発電システムの設置コストが嵩むという問題がある。

この様に、再生可能エネルギーの利用が、ＣＯ_２排出規制に寄与したとしても、その利用においては、設置コストが嵩むだけでなく、設置場所にも制限される。

そこで、本発明は、設置場所に制限されず、球体の自然落下による運動エネルギーを利用するものとし、装置内を落下及び上昇を繰り返して循環する複数の球体に係る落下運動エネルギーを取り出すことができる球体循環装置を提供することを目的としている。

上記の課題を解決するため、本発明の球体循環装置では、上端部に密閉栓と下端部に下端開口とを有し、内部に水を少なくとも所定高さまで満たす蓄水室と、前記所定高さの上端部の上端開口まで水を保持して第１の水面を形成し、下端部の下端開口から供給される複数の所定重さの球体を、該球体の浮力により、間隔を置いて配置された少なくとも２以上の上方向開閉弁の各々を順次通過させて前記上端開口まで上昇させる上昇室と、上端部の上端開口が前記上昇室の前記上端開口と第１連通室を介して連結され、順次に前記上昇室の前記上端開口から供給される前記球体を下端部の下端開口まで自然落下させる落下室と、前記蓄水室、前記上昇室及び前記落下室の前記下端開口の各々を連通させ、該落下室の該下端開口において前記落下室内を落下した前記球体が突入する第２の水面を形成する第２連通室と、突入した前記球体を前記上昇室の前記下端開口に順次誘導する誘導手段と、側壁において前記第２の水面の位置に合わせた排水開口とを有する蓄水箱体と、前記上昇室の前記上端部に接続され、前記第１の水面の水位が低下したとき、該上端部に給水装置から水を自動的に供給する供給管と、を備え、前記複数の球体の各々は、前記上昇室内を浮力で上昇し、上昇した当該球体は、他の球体の浮力により前記上昇室の前記上端開口を越えて押し上げられて、前記落下室の前記上端開口に供給され、該供給された当該球体は、前記落下室内を自然落下して前記第２の水面下に進入した後に前記誘導手段により前記上昇室の前記下端開口に供給され、前記複数の球体の各々が、前記上昇室と前記落下室とを順次循環するようにした。

さらに、本発明の球体循環装置では、前記落下室に、間隔を置いて配置された少なくとも２以上の下方向開閉弁を備えることとし、順次に前記上昇室の前記上端開口から供給される前記球体が、前記下方向開閉弁の各々を順次通過して前記落下室の前記下端開口まで自然落下するようにした。

本発明による球体循環装置では、装置内に水位の異なる第１及び第２の水面を形成し、各水面の水位を維持できる構成を採用し、複数の球体を水位の高い第１の水面から水位の低い第２の水面に順次自然落下させ、次いで、第２の水面に突入した球体を誘導して第１の水面に向けて球体自体の浮力で上昇させ、到達した第１の水面では、複数の球体の浮力により、その内の一球体を第１の水面から自然落下させるというように、球体の自然落下と上昇とが装置内で繰り返される。球体を自然落下させるための高い場所に移送する手段として、球体の浮力を利用している。そのため、装置外部から循環のためのエネルギーを供給しなくても、水を補給するだけで、球体の循環が維持され、球体の落下運動エネルギーを簡単に取り出すことができる。

また、水の補給が続く限り、球体は循環し続けることができ、球体の落下運動エネルギーは発生し続けるので、再生可能エネルギーのように、風、日照などの天候状態に左右されることがなく、球体の落下運動エネルギーを、四六時中、何時でも連続して取り出すことができる。

しかも、球体の循環を実現するにあたっては、一般に市販されている合成樹脂製の資材を使用して製作可能であるので、低コストで装置を製作することができる。また、水を装置に供給することができれば、設置場所に制限されないという利点がある。例えば、一戸建て、マンションなどの建築物に設置することが可能であり、装置に補給する水としては、貯めておいた雨水を利用することができ、特別に水源を用意する必要がなくなり、省資源対策にも役立つ。雨水が足りないときには、建築物に引き込まれている水道管から補給することもできる。

本発明による球体循環装置によれば、ＣＯ_２が全く排出されないため、ＣＯ_２排出問題に大いに貢献するものであり、しかも、設置場所に格別な制限がなく、安価に装置を製作することが可能である。

自動給水器における給水の原理を説明する図である。 内部に異なる水位の２水面を形成するための装置例を説明する図である。 図２の装置例において、給水した後における様子を説明する図である。 図２の装置を改良した他の例において、異なる水位の２水面が形成される様子を説明する図である。 内部に異なる水位の２水面を形成できる球体循環装置の第１実施形態を説明する図である。 内部に異なる水位の２水面を形成できる球体循環装置の第２実施形態を説明する図である。 内部に異なる水位の２水面を形成できる球体循環装置の第３実施形態を説明する図である。 第３実施形態の球体循環装置において、球体が装置内で落下及び浮上を繰り返して循環する様子を説明する図である。 第３実施形態による球体循環装置の具体例を鳥瞰した図である。 具体例による球体循環装置の側面図である。 具体例の球体循環装置における蓄水箱を説明するための縦断面図である。 図１１に示された蓄水箱のＸ−Ｘにおける縦断面図である。 具体例の球体循環装置における上部構造を説明する図である。 具体例の球体循環装置における上昇室に取り付けられる上方向開閉弁箱の例１を説明する斜視図である。 図１３に示された例１の上方向開閉弁箱を説明する側面図である。 具体例の球体循環装置における上昇室に取り付けられる上方向開閉弁箱の例２を説明する斜視図である。 図１６に示された例２の上方向開閉弁箱を説明する側面図である。 具体例の球体循環装置における落下室に取り付けられる下方向開閉弁箱を説明する斜視図である。 図１８に示された下方向開閉弁箱を説明する側面図である。 球体循環装置の具体例において、球体の落下運動エネルギーを利用して発電する羽車を組み込んだ場合を説明する図である。

本発明による球体循環装置について、図を参照しながら、以下に説明する。
本発明の球体循環装置においては、装置内に水位の異なる２水面を形成し、各水面の水位を維持できるように構成し、複数の球体を水位の高い第１の水面から水位の低い第２の水面に順次自然落下させ、次いで、第２の水面に突入した球体を誘導して第１の水面に向けて球体自体の浮力で上昇させ、到達した第１の水面では、複数の球体の浮力による押上げ効果で、その内の一球体を第１の水面から自然落下させることとし、装置内で落下及び上昇を繰り返して循環する複数の球体に係る自然落下による運動エネルギーを取り出せるようにした。

そこで、本発明による球体循環装置の実施形態を説明する前に、装置内に異なる水位の２水面を形成できる原理について、図１乃至図４を参照して説明する。

図１には、鶏、犬、猫などが水を飲むにつれて下がる水位に応じて自動的に給水される自動給水器Ａの縦断面図が示されている。自動給水器Ａは、中空の容器本体１と飲み口部２とからなり、飲み口部２は、容器本体１と連通開口３で連通しており、水を飲むことができる水面を保持している。

ここで、最初に、自動給水器Ａに水を蓄えるには、飲み口部２が上方になるように自動給水器Ａ自体を傾け、容器本体１の内部が満杯になるまで、飲み口部４から水を注ぎ込む。次に、自動給水器Ａを元の水平位置に戻すと、容器本体１の上部は元々密閉状態となっているため、容器本体１内部の水は保持され、図１に示されるように、飲み口４における水面は、図示のように、水位ｈに維持される。

そこで、動物などが飲み口４から水を飲むと、飲み口部２の水位は、連通開口３の上端より下がるため、空気が連通開口３を介して容器本体１の内部に供給される。その結果、容器本体１内の水が連通開口３を介して飲み口部２に流入して、容器本体１の上部の水位が下がる。そして、飲み口部２の水位は、再び、開口３の上端で維持される。

この様に、自動給水器Ａでは、容器本体１の内部において、水が密閉状態で保持されていさえすれば、飲み口４が大気圧であっても、飲み口部２の水面は、常に一定の水位に維持される。

以上の自動給水の基本的原理を利用して、大気圧である２つの開口において、水位が異なる水面を形成するための装置を図２に示した。

図２に示された装置では、縦長直方体の容器本体１１の内部空間を、容器本体１１の側壁に固着された２枚の隔壁板１３、１４によって、室ａ、室ｂ、室ｃの３空間に区分けした。隔壁板１３の上端は、容器本体１１の天板に密着され、その下端は、容器本体１１の底板と間隔をおいて離されている。隔壁板１４の上端は、容器本体１１の天板と間隔を置いて離れており、その下端も、容器本体１１の底板と間隔を置いて離されている。

図２に示されるように、２枚の隔壁板１３、１４の配置により、室ａの上部が密閉状態となり、その下部には、室ａの下端開口が形成される。室ｂ及び室ｃの上部の各々には、上端開口が形成され、容器本体１１内の上部において、室ｂ及び室ｃの各上端開口を連通する連通室ｄ１が形成される。そして、室ａ、室ｂ及び室ｃの下部の各々には、下端開口が形成され、容器本体１１内において、室ａ、室ｂ及び室ｃの各下端開口を連通する連通室ｄ２が形成される。さらに、容器本体１１の室ｃの側壁における下部に、給排水口１２が図示の様な位置に設けられ、この給排水口によって、容器本体１１の内部空間が、外部大気に連通している。

図２に示した装置を用いて、装置内に２水面を形成する手順について、図３を参照して説明する。先ず、図３（ａ）に示されるように、給排水口１２を上にして装置自体を横転させる。次いで、給排水口１２から、室ａ、室ｂ、室ｃの順に、水を供給して満たしていき、容器本体１１を満水にする。容器本体１１が満水になったところで、装置を元の状態に立て直す。この立て直し途中において、室ｂ及び室ｃ内の水は、給排水口１２から流れ出す。

この立て直した後の状態が、図３（ｂ）に示されている。室ａは、その上部が密閉状態のままで直立されるので、図１に示した装置Ａと同様の原理で、室（蓄水室）ａ内の水は全て保持される。連通室ｄ２に連通する室ｂの水は、流れ出すことなく、室ｂの水位は、その上端開口で維持され、一応、第１の水面が形成される。一方、室ｃ内の水は、給排水口１２から室ｃへの空気の流入に伴って、給排水口１２から外部に流れ出てしまう。ここで、連通室ｄ２を介して連通する室ａが、密閉状態であることにより、室ｃの水位は、給排水口１２の開口の下端、図示のｈの位置で維持され、第２の水面が形成される。

しかし、室ｂの上端開口において、一時的には、第１の水面が形成されるが、室ｂと室ｃの上端開口の各々は、連通室ｄ１で通じており、大気圧であるため、連通管の原理に従って、室ｂ内の水は、連通室ｄ２を介して室ｃに流れ込む。そのため、流れ込んだ水は、給排水口１２から外部に流れ出すことになり、最終的には、室ｂに形成される第１の水面と、室ｂに形成される第２の水面とは、図示のｈの位置で維持され、共に同じ水位となってしまう。

以上に説明したように、図２に示された装置に拠ったのでは、装置内に、異なる水位の２水面を形成することができない。そこで、図２の装置において、異なる水位の２水面をできるようにした装置を、図４に示した。

図４に示した装置の構成は、図２の装置を基礎にしており、同じ部分には同じ符号が付されている。図４の装置が図２の装置と異なるところは、室ｂの中ほどに、上方向開閉弁１６が設けられたことである。

上方向開閉弁１６は、上方向の流れの場合、又は、球体が浮力により上昇してきた場合には容易に開くが、下方向の流れの場合、又は、球体の上昇がない場合には閉じて落水を阻止する役割を持っている。上方向開閉弁１６が、室ｂを上下に、室ｂ１と室ｂ２とに区分けすることになる。

ここで、図４の装置を横倒しにして、満水にした後に立て直したとき、蓄水室ａの上部は、密閉状態のままであり、室ｃ内と連通室ｄ１内の水は、給排水口１２から外部に流れ出し、給排水口１２からは空気が流入する。そこで、室ｃの下端開口には、水位ｈ２の第２の水面が形成され、次いで、室ｂ１及びｂ２内の水は、上方向開閉弁１６の存在により連通室ｄ２内に流れ出すことなく保持される。その結果、室ｂ１の上端開口には、水位ｈ１の第１の水面が形成される。第１の水面と第２の水面とは、ほぼ隔壁板１４の高さに相当する水位差がある。

以上で、図４の装置に拠れば、水位が異なる２水面を形成できることが分かる。そこで、図示のように、容器本体１１内の室（落下室）ｃの上部に球体を挿入する挿入口１５を設ける。挿入口１５の取り付け位置は、落下室ｃの下端開口に形成された第２の水面に落下した球体が突入して水面下に進入できるのに十分な高さとする。

挿入口１５から挿入された球体は、落下室ｃ内を自然落下し、第２の水面に突入し、該水面下に進入する。そして、その進入した勢いで室（上昇室）ｂ１の下端開口に進むことができた球体は、球体自体の浮力により、上昇室ｂ１内を上昇し、上方向開閉弁１６を球体自体の浮力で開くことになる。

ここで、浮上する球体が上方向開閉弁１６を開いた瞬間に、上昇室ｂ１と上昇室ｂ２とが連通し、連通室ｄ１が大気圧であることから、上昇室ｂ１及びｂ２内の水は、連通室ｄ２を経由して落下室ｃに流れ込み、最終的には、上昇室ｂ内の水は落ちてしまい、図３（ｂ）に示される状態になる。図４の装置では、球体が循環できるような異なる水位の２水面を形成できないという問題がある。

〔第１実施形態〕
そこで、図４に示された装置に、浮上する球体が上方向開閉弁を開いたとき、上昇室ｂ１と上昇室ｂ２とを連通させない手段と、さらに、上昇室ｂ１の上端開口における第１の水面が下がったときに給水できる自動給水装置とを設けることにより、上記問題を解決することとした。複数の球体が落下及び浮上を繰り返して装置内を循環することができる第１実施形態の球体循環装置が、図５に示される。

図５に示された第１実施形態の球体循環装置Ｂにおける構成は、基本的には図４の装置と同様であり、同じ部分には同じ符号を付した。そこで、この球体循環装置では、浮上する球体によって上方向開閉弁が開かれたとき、上昇室ｂ１と上昇室ｂ２とを連通させない手段として、上昇室ｂ内に、上方向開閉弁を少なくとも２個以上を配置することとした。図５には、上方向開閉弁を２個配置した場合が代表例として示されている。

図５では、２個の上方向開閉弁１６−１、１６−２が設けられた例が示される。この例では、上昇室ｂが上昇室ｂ１、ｂ２、ｂ３に分けられ、少なくとも、どちらか一方の上方向開閉弁が開いているときには、片方の上方向開閉弁が自動的に閉られるようにする。上方向開閉弁の数は、上昇室の高さに応じて、さらに多くすることが好ましい。

この構成により、浮上する球体によって上方向開閉弁１６−１と１６−２のどちらかが開かれたとしても、上昇室ｂの全体が同時に連通することがないので、落水を防止でき、上昇室ｂ１の上端開口における第１の水面が形成されたままで維持される。例えば、上方向開閉弁１６−１が閉じ、球体の上昇に伴って上方向開閉弁１６−２が開いたときには、上昇室ｂ１内の水は、閉じた上方向開閉弁１６−１によって保持され、上昇室ｂ２及びｂ３の内部が密閉状態に保持されるため、図１の自動給水器Ａにおける飲み口の原理と同様に、蓄水室ａの密閉状態と相俟って、落下室ｃの下端開口における第２の水面が維持される。

また、落下してきた複数の球体の各々は、落下室ｃの下端開口に形成された第２の水面に突入して、第２の水面下に、即ち、連通室ｄ２内に順次進入するが、その球体が上昇室ｂ３の下端開口に円滑に進むように誘導するため、水平に対して４５度の傾きを有する誘導板１８を、落下室ｃ３の下方の連通室ｄ２内に配置する。

また、落下してきた球体の運動エネルギーが大きく、勢いがあると、誘導板１８に誘導された球体が蓄水室ａの下端開口にまで至る可能性があり得る場合には、図５では図示されていないが、隔壁板１３の下端に、阻止板を設けることが好ましい。この阻止板は、連通室ｄ２内に設けられるので、水の流れを阻止しないように、阻止板に穴を開けるなどの工夫が必要である。

そこで、図５では、代表的に１個の球体が示され、実際には、複数の球体が間隔を置いて次々と挿入口１５から挿入されたとする。落下室ｃを自然落下した球体が、落下室ｃの下端開口に形成されている第２の水面に突入したとき、第２の水面が球体の体積分上昇し、上昇した分の水は、給排水口１２から装置の外部に排水される。ところが、水が排水された後においては、排水された水量が突入した球体の体積に置き換わることになるので、第２の水面の水位は、突入前と変わらない。

次いで、図５に示されるように、突入した球体が誘導板１８により上昇室ｂ３の下端開口に向けられると、球体が自身の浮力で上昇室ｂ３内を上昇する。そこで、上昇した球体が上方向開閉弁１６−２を開いて上昇室ｂ２内に上昇し入り込むとき、上昇した球体の体積分の水が上昇室ｂ２から上昇室ｂ３に上方向開閉弁１６−２を通過して移動する。その後、上方向開閉弁１６−２は自動的に閉じられ、上昇室ｂ２及びｂ３は密閉状態になる。

さらに、球体は、上昇室ｂ２内を上昇すると、今度は、上方向開閉弁１６−１を開き、上昇室ｂ１内に上昇する。このときにも、上昇した球体が上昇室ｂ１内に上昇し入り込むとき、上昇した球体の体積分の水が上昇室ｂ１から上昇室ｂ２に上方向開閉弁１６−１を通過して移動する。その後、上方向開閉弁１６−１は自動的に閉じられ、上昇室ｂ１内の水が保持される。

次いで、上昇室ｂ１内の水は、上方向開閉弁１６−１が閉じられることによって保持されるが、上昇室ｂ１の上端開口における第１の水面に、上昇した球体が浮かぶことになる。そこで、第１の水面の水位は、浮かぶ球体の一部が空気中に出た分だけ下がる。さらに、当該球体が第１の水面から抜け出ることになれば、当該球体の水中部分に相当する水も減ることになって、第１の水面は、その分だけ下がる。つまり、球体が循環するときには、上昇室ｂ１の上端開口において、球体一個の体積分に相当する水量が減ることになり、第１の水面の水位は下がってしまう。

この様に、上昇室ｂ１の上端開口における第１の水面の水位がその水量だけ下がるということは、上昇してきた複数の球体の浮力により一の球体を押し上げて隔壁板１４の上端を越えることを難しくしている。そのため、落下室ｃの上端開口への球体の移行をし易くするには、第１実施形態では、第１の水面が上昇室ｂ１の上端開口に維持されていることが必要であるので、上昇室ｂ１の上部に水を供給する自動給水装置１７を備えることとした。

なお、落下させる球体については、上昇室ｂ１、ｂ２、ｂ３に満たされた水中で球体自体の浮力が発生するように、その重さ及び体積が調整される。球体は、例えば、中空金属球とすることもできるが、硬質又は軟質の合成樹脂で形成された中空の球殻内に金属球を内包し、その金属球が球殻内で遊動するような構造とすることが好ましい。この構造を有する球体を複数個用意する。球体の個数は、少なくとも、上昇してきた複数の球体により一の球体を上昇室ｂ１の上端開口から押し上げるだけの浮力が発生するように決められる必要がある。

自動給水装置１７から延びる給水管１７−１に係る給水口１７−２が、該給水口の上端を上昇室ｂ１の上端開口の水平面に一致するように上昇室ｂ１の上部に設けられる。この様な位置に、給水口１７−２が設けられていると、上昇室ｂ１の上端開口において、第１の水面が下がり、給水口１７−２から空気が自動給水装置１７に入り込むことになり、図１に示された自動給水器Ａの自動給水の原理と同様にして、水が自動給水装置１７から上昇室ｂ１内に供給される。その結果、第１の水面は、上昇室ｂ１の上端開口の位置に維持され、上昇してきた複数の球体の浮力により一の球体を押し上げて隔壁板１４の上端を越えることが容易となる。

なお、図５に示した球体循環装置Ｂにおいては、落下室ｃ内を落下した球体が第２の水面に突入したとき、突入した球体が、連通室ｄ２内に気泡を巻き込む場合がある。この場合には、巻き込まれた気泡は、先ず上昇室ｂ３内に入り込み、次いで、上方向開平弁１６−２と上方向開平弁１６−１とが球体の上昇によって開かれたときに、上昇室ｂ２を上昇し、最終的には、上昇室ｂ１内に入り込むことになる。この気泡は、連通室ｄ１に放出されるため、その気泡の体積分だけ、上昇室ｂ１の上端開口における第１の水面の水位を下げてしまう。そこで、水が自動給水装置１７から上昇室ｂ１内に供給される結果、第１の水面は、上昇室ｂ１の上端開口の位置に維持される。

以上の様に構成した球体循環装置Ｂにおける球体の循環動作について、図５を参照しながら、以下に説明する。

先ず、図４の装置の場合と同様に、球体循環装置Ｂを横倒しにして、満水にした後に立て直すと、図５に示されるように、蓄水室ａには、水が上部まで蓄水され、上昇室ｂ１の上端開口まで水が満たされて、第１の水面が形成され、さらに、落下室ｃの下端開口には、第２の水面が形成される。第１の水面と第２の水面とは、ほぼ隔壁板１４の高さの落差がある。

そこで、挿入口１５から、用意した複数の球体を落下室ｃ内に挿入して、次々と自然落下させると、落下した球体は、該球体の運動エネルギーによって第２の水面下に突入する。そして、誘導板１８で誘導されて、連通室ｄ２に進入した球体には、浮力が作用するため、上昇室ｂ３の下端開口に入り込み、続いて、上昇する。

上昇室ｂ３内を上昇する球体は、上方向開閉弁１６−２を開いて、上昇室ｂ２内に入る。球体が上昇室ｂ２に入った後には、上方向開閉弁１６−２は自動的に閉じられる。次いで、上昇を続けた球体は、次の上方向開閉弁１６−１を開いた後、上昇室ｂ１内に入り、上昇室ｂ１の上端開口における第１の水面に到達する。このとき、上述したように、第１の水面の水位が下がるが、給水口１７−２から自動給水装置１７の水が供給されることにより、第１の水面は、上昇室ｂ１の上端開口の位置に維持される。

この様にして、上昇室ｂ１の上端開口における第１の水面には、複数の球体が次々と到達することになる。そこでは、複数の球体の浮力が合わされて大きくなる結果、上昇室ｂ１の上端開口における第１の水面に到達した複数の球体のうち、上位置にある球体が押し上げられて、落下室ｃの上端開口に転がり込み、落下室ｃを自然落下する。

落下室ｃを落下した球体は、落下室ｃの下端開口における第２の水面に突入する。そして、再び突入した球体は、誘導板１８により、上昇室ｂ３内に誘導されて、第１の水面に向けて上昇する。この様にして、球体は、落下と上昇を繰り返して装置内を循環する。

以上の様に、第１実施形態の球体循環装置Ｂによれば、複数の球体の各々が、水位の高い第１の水面から水位の低い第２の水面へ自然落下し、突入した第２の水面から第１の水面まで浮力で上昇することを繰り返すことにより、特別に外部から循環のためのエネルギーを供給することなく、装置内で複数の球体を循環させることができる。そして、落下する球体の運動エネルギーを取り出すことが可能になる。

なお、第１実施形態の球体循環装置Ｂでは、挿入口１５の取り付けは、少なくとも、落下室ｃの下端開口に形成された第２の水面に落下した球体が突入して水面下に進入できるのに十分な高さとする。落下室ｃに設けられる挿入口１５は、図５では、落下室ｃの中ほどに設けられたが、落下室ｃの上部であってもよい。

球体循環装置Ｂの落下室ｃは、外気と連通した自由空間を形成しているので、この落下室ｃにおいて、球体の運動エネルギーを取り出すことが容易である。例えば、落下室ｃの側壁に縦長のスリットを開けておくと、スリットに回転可能な羽車の羽の先端を挿入することができる。そこで、該羽の先端に落下してきた球体が当たると、球体の運動エネルギーによって羽車を回転させることができるので、球体の運動エネルギーを回転エネルギーに変換できる。例えば、この回転エネルギーを発電に利用することができる。

また、球体循環装置Ｂの全体の高さを高くして、落下室ｃの高さを増やすことにより、球体の運動エネルギーを増大させることが可能である。例えば、上述の羽車を複数台設置することができるので、発電量を増やすことができる。

〔第２実施形態〕
以上に説明した第１実施形態による球体循環装置Ｂでは、上方向開閉弁を少なくとも２個以上を配置することとし、浮上する球体によって上方向開閉弁が開かれたとき、上昇室ｂ１と上昇室ｂ２とを連通させない構成としたが、第２実施形態による球体循環装置では、上方向開閉弁が開いたときに発生する上昇室内の水の流下又は落下をより確実に防止するため、連通室ｄ１が大気から遮断されるように構成し、その手段として、落下室ｃ内に、下方向開閉弁を少なくとも２個以上を配置することとした。

第２実施形態の球体循環装置Ｃが、図６に示される。球体循環装置Ｃの構成は、基本的には、図５に示された第１実施形態の球体循環装置Ｂと同様であり、同じ部分には同じ符号を付した。球体循環装置Ｃが球体循環装置Ｂと異なるところは、落下室ｃ内に、間隔を置いて、下方向開閉弁１９−１及び１９−２が設けられていることである。図６では、２個の下方向開閉弁を設けた例が示されている。

下方向開閉弁１９−１及び１９−２が落下室ｃ内に設けられることにより、浮上する球体が上方向開閉弁１６−１又は１６−２を開いたとき、上昇室ｂ１乃至ｂ３が連通して、室内の水が落水することを阻止することにより、上昇室ｂ１の上端開口における第１の水面の水位が下がることを防止できる。これは、下方向開閉弁１９−１及び１９−２のどちらかが閉じていることにより、連通室ｄ１内が負圧に維持され、第１の水面ｈ１が上昇室ｂ１の上端開口から下がることを防止する。

図６では、２個の下方向開閉弁１９−１、１９−２が設けられた例が示される。この例では、落下室ｃが落下室ｃ１、ｃ２、ｃ３に分けられ、少なくとも、どちらか一方の上方向開閉弁が開いているときには、片方の下方向開閉弁が自動的に閉るようにする。下方向開閉弁の数は、適宜、増やすことができる。

この様に構成した球体循環装置Ｃについても、上述した第１実施形態の球体循環装置の場合と同様に、先ず、球体循環装置Ｃを横倒しにして、満水にした後に立て直すと、図６に示されるように、蓄水室ａには、水が上部まで蓄水され、上昇室ｂ１の上端開口まで水が満たされて、第１の水面ｈ１が形成され、さらに、落下室ｃ３の下端開口には、第２の水面ｈ２が形成される。

そこで、挿入口１５から、用意した複数の球体を落下室ｃ３内に間隔を置いて順次挿入して、次々と自然落下させるが、第２実施形態の球体循環装置Ｃが第１実施形態の球体循環装置Ｂと異なるところは、下方向開閉弁１９−１及び１９−２が追加されているだけであるので、落下した球体が、第２の水面ｈ２に突入し、上昇室ｂ１の上端開口における第１の水面に到達するまでの循環工程は、上述した第１実施形態の球体循環装置Ｂの場合と同様である。

上昇室ｂ１の上端開口における第１の水面には、複数の球体が次々と到達し、複数の球体による浮力により、上昇室ｂ１の上端開口における第１の水面に到達した複数の球体の１個、つまり、上位置にある球体が押し上げられて、落下室ｃ１の上端開口に転がり込み、落下室ｃ１を自然落下する。

落下室ｃ１を落下した球体は、下方向開閉弁１９−１を開いて、落下室ｃ２内に入る。球体が落下室ｃ２に落下した後に、下方向開閉弁１９−１は自動的に閉じられる。次いで、落下し続けた球体は、次の下方向開閉弁１９−２を開いた後、落下室ｃ３内を落下し、落下室ｃ３の下端開口における第２の水面に突入する。そして、再び突入した球体は、誘導板１８により、上昇室ｂ３内に誘導されて、第１の水面に向けて上昇する。

以上の様に、第２実施形態の球体循環装置Ｃにおいては、下方向開閉弁１９−１及び１９−２のいずれかが閉じられるので、上方向開閉弁１６−１及び１６−２の作用と併せて、上昇室ｂ１乃至ｂ３内の水が落ちることを防止することができ、第１実施形態の球体循環装置Ｂの場合と同様に、複数の球体の各々が、水位の高い第１の水面ｈ１から水位の低い第２の水面ｈ２へ自然落下し、突入した第２の水面ｈ２から第１の水面ｈ１まで浮力で上昇することを繰り返すことにより、特別に外部から循環のためのエネルギーを供給することなく、水を補給するだけで、装置内で複数の球体を循環させることができる。そして、落下する球体の運動エネルギーを取り出すことを可能にする。

なお、第２実施形態の球体循環装置Ｃでは、落下室には、下方向開閉弁１９−１、１９−２が設けられているため、挿入口１５は、落下室ｃ３の上部に設けられると都合よい。さらには、挿入口１５の取り付けは、少なくとも、落下室ｃ３の下端開口に形成された第２の水面ｈ２に落下した球体が突入して水面下に進入できるのに十分な高さとする。

〔第３実施形態〕
以上に説明した第１及び第２実施形態の球体循環装置においては、装置内に第１及び第２の水面を形成するためには、先ず、装置全体を横倒しにしてから、装置内を水で満たし、その後、装置を元に立て直すという手順が必要であった。この様な手順が必要となることは、不便であり、また、球体循環装置が大型になると、この様な手順の採用は困難になる場合がある。

そこで、上述の手順を採用することなく、装置を立てたままの状態で、装置内に第１及び第２の水面を形成することができる球体循環装置の第３実施形態を図７に示した。図７に示された第３実施形態の球体循環装置Ｄは、基本的には、図６に示された第２実施形態の球体循環装置Ｃと同様の構成を有しており、同じ部分には同じ符号を付した。

第３実施形態の球体循環装置Ｄが第２実施形態の球体循環装置Ｃと異なる部分は、（１）自動給水装置の給水管の途中に三方向弁を設け、蓄水室ａの頂上に給水口を設けて密閉栓を取り外し自在にし、（２）給排水口の代わりに排水口とし、そこに排水弁を設け、そして、（３）落下室ｃ３の下部に仕切り弁を設けたことである。

（１） 図７に示されるように、自動給水装置１７に繋がる給水管１７−１の途中に設けられた三方向弁１７−３は、常時には、自動給水装置１７から給水口１７−２に水を供給する方向に操作され、蓄水室ａへの給水時には、給水口１７−２が外部大気と繋がる方向に操作される。また、密閉栓２０−１は、常時には、給水口２０に取り付けられて蓄水室ａを密閉し、蓄水室ａへの給水時には、給水口２０から取り外されて蓄水室ａへの給水を可能とする。

なお、図７に示した球体循環装置Ｄでは、三方向弁１７−３が給水管１７−１の途中に設けられたが、これに限られず、給水中における上昇管ｂ１乃至ｂ３内の水位の上昇に伴って、連通室ｄ１と落下室ｃ１の空気圧が上昇したとき、下方向開閉弁１９−１、１９−２の弁がわずかに開く場合には、三方向弁の代わりに、常時には、自動給水装置１７から給水口１７−２に水を供給する方向に操作され、蓄水室ａへの給水時には、自動給水装置１７からの水の供給を遮断する方向に操作される遮断弁を設けてもよい。或いは、給水管１７−１が可とう性パイプである場合には、クリップを使用し、着脱自在にすることもできる。

（２） 容器本体１１の側壁下部に設けられた排水口１２に取り付けられた排水弁１２−１は、常時には、開状態に操作されて、装置内部から外部に排水し、蓄水室ａへの給水時には、閉状態に操作される。

（３） 落下室ｃ３内の下部に設けられた仕切り弁２１は、常時には、開放状態に操作されて、落下する球体が通過できるようにし、蓄水室ａへの給水時には、閉状態に操作されて、落下室ｃ３の下部を閉塞する。

次に、図７に示された第３実施形態の球体循環装置Ｄにおいては、装置内に水を供給する状態が示されており、装置内に第１及び第２の水面を形成する手順を、図を参照しながら説明する。なお、図８は、図７に示された球体循環装置Ｄにおいて、装置内に第１及び第２の水面が形成された後の状態を示している。

図７に示されるように、水は、球体循環装置Ｄの内部には全くないものとする。先ず、蓄水室ａの頂上にある密閉栓２０−１を取り外し、三方向弁１７−３について、給水口１７−２が外部大気と繋がる方向に操作して、水が自動給水装置１７から給水口１７−２に供給されないようにする。そして、排水弁１２−１を閉じて水が排水されないようにし、さらに、仕切り弁２１を閉塞状態に操作し、落下室ｃ３の下部を閉塞する。

次いで、蓄水室ａの頂上から水を流し込む。流し込まれた水は、最初には、連通室ｄ２に溜まる。さらに、連通室ｄ２の水位が上昇し、その水位が隔壁板１４の下端に到達すると、落下室ｃ３の下部においては、密閉空間が存在するため、水位が隔壁板１４の下端以上には上がらない。ここで、落下室ｃ３の下部において、第２の水面ｈ２が形成される。

さらに蓄水室ａの頂上から給水が続くと、落下室ｃ３の下部には第２の水面ｈ２が保持されたままで、蓄水室ａにおける水位と上昇室ｂ１、ｂ２、ｂ３における水位とが同じ速さで上昇する。このとき、上昇室ｂ１、ｂ２、ｂ３の空気は、三方向弁１７−３から外部に放出される。

次いで、その水位が上昇室ｂ１の上端開口に到達したとき、蓄水室ａの頂上からの給水を止めて、密閉栓２０−１を給水口２０に取り付けて、蓄水室ａの上部を密閉する。そこで、三方向弁１７−３について、自動給水装置１７から給水口１７−２に水を供給する方向に操作する。これで、上昇室ｂ１の上端開口において、第１の水面ｈ１が形成される。

なお、球体循環装置Ｄによる場合には、図８に示されるように、蓄水室ａの水位は、形成された第１の水面ｈ１より高くすることできず、蓄水室ａの上部には空気が溜まったままとなり、この空気が溜まる空間は、蓄水室ａの蓄水に何ら寄与しないので、この空間分は不要である。そのため、蓄水室ａの頂上の高さは、図示のように、連通室ｄ１の位置まで必ずしも必要ではなく、少なくとも第１の水面ｈ１の水位に合わせた高さでもよい。

最後に、排水弁１２−１及び仕切り弁２１の両方を開く。そして、挿入口１５から複数の球体を次々と挿入すれば、上述した第２実施形態の球体循環装置Ｃの場合と同様に、複数の球体が、球体循環装置Ｄ内において、次々に、自然落下と浮上とを繰り返して、循環するので、落下室ｃ３から球体の落下運動エネルギーを取り出すことができる。

〔球体循環装置の具体例〕
以上では、本発明の球体循環装置の第１乃至第３実施形態について説明をした。次に、第３実施形態の球体循環装置Ｄの具体例について、図９乃至図２０を参照しながら、以下に、説明する。

図７に示された球体循環装置Ｄにおいては、容器本体１１の内部に、隔壁板１３、１４を配置することにより、蓄水室ａ、上昇室ｂ１乃至ｂ３、落下室ｃ１乃至ｃ３、そして、連通室ｄ１及びｄ２を形成していたが、具体例による球体循環装置Ｅでは、蓄水室、上昇室、落下室及び連通室ｄ１を、蓄水管、上昇管、下降管及び連結管にそれぞれ置き換えて構成することにした。なお、連通室ｄ２については、蓄水箱体で構成した。この様に、各室に管を用いると、容器本体を特別に製作しなくとも、一般に市販されている管材を利用して構成することができ、高さへの対応も簡単であり、安価に、手軽に製作することができる。

具体例による球体循環装置Ｅの全体を鳥瞰した図が、図９に示されている。
球体循環装置Ｅにおける蓄水管３１は、外径が５．５ｃｍ、内径が４．５ｃｍ、そして、長さが２００ｃｍの樹脂パイプであり、球体循環装置Ｄにおける連通室ｄ２の役割を持つ蓄水箱体３９に直立させて設置され、該樹脂パイプの下端開口が蓄水箱体３９の上面板の開口部に接続されており、蓄水管３１と蓄水箱体３９と連通している。

外径が５．５ｃｍ、内径が４．５ｃｍの樹脂パイプによる上昇管３２には、間隔を置いて複数の上方向開閉弁箱３３が配置されている。図９の具体例では、上方向開閉弁箱３３が４個の場合を示している。さらに、外径が５．５ｃｍ、内径が４．５ｃｍの樹脂パイプによる落下管３４には、間隔を置いて複数の下方向開閉弁箱３５が配置され、図９の具体例では、下方向開閉弁が２個の場合を示している。

なお、球体循環装置Ｅ内に挿入される複数の球体の各々は、内径が４．５ｃｍの樹脂パイプ内を自由に通過できる大きさに調整されており、硬質の合成樹脂で形成された中空の外直径が４．２ｃｍの球殻を用いた。その球体の重さは、球殻内で遊動自在の直径を有する鉄球を球殻内に内包させて２３ｇとした。

そして、上昇管３２及び落下管３４は、蓄水箱体３９にそれぞれ直立させて設置され、上昇管３２及び落下管３４の各下端開口が蓄水箱体３９の上面開口部に接続され、それぞれ蓄水箱体３９と連通している。

上昇管３２及び落下管３４の上部の各々における各上端開口は、図９においては図示されていないが、管頂上部材４１内に形成された連通室によって連通されている。そして、この管頂上部材４１内で連通室と連通する上昇管３２の上部には、自動給水装置４２から延びる給水管の給水口が設けられている。

落下管３４の下側には、複数の球体を管内に挿入するための挿入口３６が開けられ、その下方に、回転エネルギーを取り出すための羽車の羽を挿入するスリット３７が軸方向に沿って開けられている。さらに、落下管３４の下部には、仕切り弁３８が設けられている。また、図９においては図示されていないが、蓄水箱体３９には、排水弁４０を備えた排水装置が設けられている。

以上では、図９を参照して、球体循環装置Ｅの全体概要が説明されたが、次に、図１０に示された装置の側面図を参照しながら、球体循環装置Ｅについての具体的な構成例を説明する。図１０では、説明をし易くするため、上方向開閉弁箱と下方向開閉弁箱について、図９に示された上方向開閉弁箱３３及び下方向開閉弁箱３５の向きを９０度回転させて表示した。そのため、図１０においては、蓄水管、上昇管及び落下管との間隔が拡がり、蓄水箱体３９の横幅も長くなり、各管の下端開口間の間も拡がって示されることとなった。

蓄水管３１の上端には、給水するときには取り外せる密閉栓３１−１が設けられており、その上端は、上昇管３２の上端開口の位置に合わされている。上昇管３２には、４個の上方向開閉弁箱３３−１、３３−２、３３−３、３３−４が適宜の間隔を置いて配置され、５本の上昇管３２−１、３２−２、３２−３、３２−４、３２−５が各上方向開閉弁箱に接続される。上昇管３２−１の上端開口は、図１０に示されるように、管頂上部材４１内に形成された連通室に連結され、その上端開口において、第１の水面が形成される。

なお、図１０に示された具体例では、上方向開閉弁箱３３−１、３３−２、３３−３が一枚弁による例が、そして、上方向開閉弁箱３３−４が二枚弁による例が示されているが、一枚弁と二枚弁とが混在する必要がなく、どちらか一方の上方向開閉弁箱だけを用いてもよく、また、具体例では、４個を配置する場合を示したが、更に増やしてもよい。

落下管３４には、２個の下方向開閉弁箱３５−１、３５−２が適宜の間隔を置いて配置され、３本の落下管３４−１、３４−２、３４−３が各下方向開閉弁箱に接続される。落下管の上端開口は、連結管４１に連結され、球体の自然落下口を形成する。落下管３４−３の下部であって、下端開口より少し上側に、仕切り弁３８が設けられる。この具体例では、２個の下方向開閉弁箱を配置したが、更に増やしてもよい。

なお、４個の上方向開閉弁箱３３−１、３３−２、３３−３、３３−４と２個の下方向開閉弁箱３５−１、３５−２の各々には、２枚の透明な蓋板が、開閉弁箱の両側面においてパッキングを介して弁ケースにネジ止めされており、各開閉弁箱は、密閉されている。

また、自動給水装置４２は、支持柱４３の頂上に載置され、該装置から延びる給水管４２−１の給水口４２−２が上昇管３２−１の上部における管壁に開けられている。自動給水装置４２には、装置自体に給水するために取り外せる密閉栓４２−１が設けられ、給水管４２−１には、三方向弁４２−３が取り付けられている。

次に、具体例の球体循環装置Ｅにおける蓄水箱体３９の詳細について、図１１を参照しながら説明する。図１１は、蓄水箱体３９の縦断面図であり、蓄水管３１、上昇管３２−５、落下管３４−３の上方部分は省略され、それらの下部のみが示されている。

蓄水箱体３９の上側板には、蓄水管３１、上昇管３２−５、落下管３４−３の各下端開口が開けられている。蓄水箱体３９内の連通室ｄ２において、落下管３４−３の下端開口の下方には、誘導板３９−１が水平に対して約４５度の角度で傾斜して配置される。

また、蓄水管３１の下端開口と上昇管３２−５の下端開口との間には、阻止板３９−２が配置されている。この阻止板３９−２は、連通室ｄ２の機能を損なわないように、図１１の具体例では、板の両側が蓄水箱体３９の側壁から離れて固定されている。板の側端の全周が蓄水箱体３９の壁に固着される場合には、阻止板自体に穴などを開ければよい。

さらに、上昇管３２−５の下端開口と落下管３４−３の下端開口との間には、所定の厚さを有する誘導片３９−３が蓄水箱体３９の上板に固定されている。蓄水箱体３９の側壁において、排水装置に通ずる排水口４４が設けられるが、誘導片３９−３の下端が排水口４４の下側開口縁と一致するようにしておくことが好ましい。装置内に水が供給されたとき、誘導片３９−３の下端及び排水口４４の下側開口縁を水位ｈ２とする第２の水面が形成される。

蓄水箱体３９内における第２の水面は、落下管３４−３の下端開口に形成されるのではなく、該下端開口の面から誘導片３９−３の厚さ分だけ低い位置に形成されるので、落下管３４−３の下端開口の面積より広い面となる。この様にすることにより、落下管３４−３内を落下してきた球体が、第２の水面内に突入し易くなる。また、図１１に示されるように、誘導片３９−３は、蓄水箱体３９内における第２の水面の水位を規定するとともに、片側に、蓄水箱体３９の上板に対して約１３５度の傾斜面を有し、突入した球体を上昇管３２−５の下端開口に誘導する役割を持っている。

次に、図１２は、図１１に示されたＸ−Ｘ線における蓄水箱体３９に係る縦断面図を示している。なお、図１１は、図１２に示された蓄水箱体３９のＹ−Ｙ線における縦断面図を示している。両図の間で、同じ符号は同じ部分を示している。

図１２に示されるように、排水箱体４５が蓄水箱体３９の側壁に設けられ、排水箱体４５内には、排水溜室ｅが形成される。この排水溜室ｅは、排水口４４を介して、蓄水箱体３９における連通室ｄ２と通じており、連通室ｄ２から溢れ出た水を貯留する。さらに、排水箱体４５には、図１０に示されるように、排水弁４０が設けられ、この排水弁４０の開操作により、排水溜室ｅに溜まった水を装置外部に排水することができる。

なお、図１２には、蓄水箱体３９の連通室ｄ２内において、誘導板３９−１が、左右に形成された結合片３９−４を介して蓄水箱体３９の側壁に固定された様子が示され、また、阻止板３９−２が、蓄水箱体３９の上板と底板との間に固定され、その両側で水が流通するように、その側壁との間が離れている様子が示されている。

次に、図１３には、図１０に示された球体循環装置Ｅの上部構造が拡大表示されている。そのため、図１３の装置Ｅには、図１０の装置Ｅと同じ部分には、同じ符号が付されている。なお、図１３では、蓄水管３１の表示が省略されている。管頂上部材４１内には、上昇管及び落下管と同じ内径を有する管状の連通室４１−１が形成されている。

図示のように、連通室４１−１の一端は、上昇管３２−１の上部３２−１１における上端開口に連結され、その他端は、落下管３４−１の上部３４−１１の上端開口に連結されている。連通室４１−１は、球体が上昇管３２−１の上部３２−１１における上端開口から落下管に向けて転がり落ち易くするため、傾斜して形成される。

ここで、上昇管３２−１の上部３２−１１は、水位ｈ１で示される位置まで延びており、その位置で、連通室４１−１と接続され、上端開口が形成されている。そして、自動給水装置４２から延びた給水管４２−１は、その給水口の開口上縁が水位ｈ１と一致するように、上昇管３２−１の上部３２−１１における側壁に取り付けられている。なお、給水管４２−１に設けられた三方向弁４２−３は、操作により、給水口への給水を遮断し、大気に連通し、或いは、大気への連通を遮断し、給水口に給水するように切替えることができる。

図１３では、三方向弁４２−３が給水口に給水するように操作され、水位ｈ１の第１の水面が上昇管３２−１の上部３２−１１の上端開口において形成されている状態が示されている。同図は、複数の球体の各々が循環している途中を表しており、球体が上昇管３２−１の上部３２−１１に上昇してきた様子が示され、以下に、上昇管内を上昇してきた球体が落下管に移行して自然落下する様子を説明する。

ここで、図１３に示されるように、上昇管３２−１の上部３２−１１に、破線で示された３個の球体ｍ１、ｍ２、ｍ３が次々と到達したとする。前述の球体を使用したとすれば、球体の体積は、３８．８ｃｍ^３であり、球体の重さが２３ｇであるため、一の球体に作用する浮力は、水の比重を１とすれば、１５．８ｇとなる。

そのため、一の球体を上昇管３２−１の上部３２−１１の上端開口から上に押し上げるには、同様の球体がさらに２個以上必要となる。そこで、図１３に示された状態になると、球体ｍ１は、球体ｍ２及びｍ３の浮力により、水位ｈ１の上端開口より上に押し上げられ、そして、連通室４１−１内を転がり、落下管３４−１の上端開口に進み、その後に自然落下していく。ここで、第１の水面の水位が低下した場合などに備えて、一の球体が確実に押し上げられて、該球体が円滑に自然落下するには、３個以上の球体で一の球体を押し上げるようにすることが好ましい。

この様に、一の球体が上昇管３２−１の上部３２−１１の上端開口から上に押し上げられると、その一の球体の体積分だけ、第１の水面の水位が下がることになる。複数の球体の各々が連結管４１−１に進む度に、その球体の体積分だけ第１の水面の水位が下がることになって、最終的には、上昇管３２−１の上端開口から球体を押し上げられなくなり、球体の循環が止まってしまう。

そこで、第１の水面の水位が下がったときには、自動給水装置４２から給水管４２−１を介して上昇管３２−１の上部３２−１１に自動的に給水され、第１の水面がその上端開口に維持される。上昇管３２−１の上端開口から球体を押し上げられるようになる。第１の水面がその上端開口に維持されると、給水は自動的に止まる。

なお、これまでに説明した球体循環装置Ｅの具体例における上部構造では、上昇管３２−１の上部３２−１１と連通室４１−１と落下管３４−１の上部３４−１１とが一体的に形成された管頂上部材４１が用いられた。これらが一体的に形成された管頂上部材に限られることはなく、連通室４１−１を連結管で形成し、この連結管の一端に上昇管３２−１から延びる上部管を接続し、その他端に落下管３４−１から延びる上部管を接続する構造とすることもできる。

（上方向開閉弁箱及び下方向開閉弁箱の具体例）
次に、図９に示された球体循環装置Ｅにおいて用いられた上方向開閉弁箱３３と下方向開閉弁箱３５の具体的構成例について、図１４乃至図１９を参照しながら説明する。（１）図１４及び図１５は、１枚弁による上方向開閉弁箱の具体例を示し、（２）図１６及び図１７は、２枚弁による上方向開閉弁箱の具体例を示している。そして、（３）図１８及び図１９は、下方向開閉弁箱の具体例を示している。

（１） 図１４は、上方向開閉弁箱３３１の斜視図であり、図１５は、上方向開閉弁箱３３１の側面図であり、同じ部分には同じ符号が付されている。ここで、図示の上方向開閉弁箱は、装置から取り外された状態で示され、さらに、上方向開閉弁箱の内部が見えるように、両側面の蓋板が取り外されている。球体循環装置に組み込まれたときには、両側面の蓋板がパッキングを介してネジ止めされて、内部は密閉され、上方向開閉弁箱内部の水圧が高くなっても水が漏れないようにされる。なお、蓋体については、図示を省略している。

上方向開閉弁箱３３１は、例えば、合成樹脂で一体成形された枠状の弁ケース３３１１を有している。その弁ケース３３１１の上側には、弁ケース３３１１内と上昇管の下端開口とが連通するように、上昇管の下部を結合できる管結合部３３１２が設けられている。管結合部３３１２の下端は、弁ケース３３１１の内部まで延びている。そして、その弁ケース３３１１の下側には、弁ケース３３１１内と上昇管の上端開口とが連通するように、上昇管の上部を結合できる管結合部３３１３が設けられている。管結合部３３１３の上端には、弁ケース３３１１の内部に延びる上昇誘導管３３１４が取り付けられている。

上昇誘導管３３１４の上部は、斜めに切断されたような形状であり、垂直に対して約２５度の角度をなす面を有する。弁体３３１５が上部に形成された斜めの面に当接すると、該上昇誘導管３３１４を閉塞することができる。図示のように、弁体３３１５は、管結合部３３１２から弁ケース３３１１内に水圧が掛かると、上昇誘導管３３１４の上部の面に押し付けられるようになり、弁ケース３３１１から管結合部３３１３への水流を遮断する。

弁体３３１５の下部は、管誘導管３３１４の基部に軸支され、上昇誘導管３３１４の上部を開閉自在に回動するように取り付けられている。そして、弁体３３１５の片方の側面には、その中程において、紐、糸などの線条の一端が固定されており、その他端には、浮体３３１６が取り付けられている。さらに、その線条を通す鉤部材が、図１５には示されていない蓋体に設けられ、浮体３３１６が弁体３３１５から離れるようにしている。

なお、図１４及び図１５に示された上方向開閉弁箱は、説明の都合上、蓋板が取り外された状態を表し、図の状態では、水がまだ満たされていない。説明をし易くするため、図１５で示した浮体３３１６の位置は、上方向開閉弁箱３３１が球体循環装置に組み込まれ、水が満たされて浮いている状態を想定して表した。

上方向開閉弁箱３３１が球体循環装置に組み込まれたときには、上昇誘導管３３１４内を上昇してきた球体の浮力で弁体３３１５が押し上げられるように、そして、球体が通過した後には、弁体３３１５を速やかに閉じるように、浮体３３１６の浮力が調整される。また、浮体３３１６に取り付けられている線条の弁体３３１５への取り付け位置も、浮体３３１６の浮力とともに調整することができる。上方向開閉弁箱３３１が球体循環装置に組み込まれ、球体が装置内を循環しているとき、球体が通過しているとき以外には、上方向開閉弁箱３３１の弁体３３１５は閉じている。

（２） 以上で、１枚弁による上方向開閉弁箱の具体例を説明したが、次に、図１６及び図１７を参照して、２枚弁による上方向開閉弁箱の具体例を説明する。図１６は、上方向開閉弁箱３３２の斜視図であり、図１７は、上方向開閉弁箱３３２の側面図であり、同じ部分には同じ符号が付されている。

図１６及び図１７でも、図１４及び図１５の場合と同様に、図示の上方向開閉弁箱は、装置から取り外された状態で示され、さらに、上方向開閉弁箱の内部が見えるように、両側面の蓋板が取り外されている。球体循環装置に組み込まれたときには、両側面の蓋板が弁ケースにパッキングを介してネジ止めされて、内部は密閉され、上方向開閉弁箱の内部の水圧が高くなっても水が漏れないようにされる。ここでも、蓋体について、図示を省略している。

上方向開閉弁箱３３２は、基本的には、図１４及び図１５に示した上方向開閉弁箱の構成と同様であり、同じ部分には同じ符号が付されている。異なる部分は、上方向開閉弁箱３３１の場合は、弁体が１枚であるのに対して、上方向開閉弁箱３３２の場合は、２枚の弁体３３２５が用いられていることである。

上昇誘導管３３２４の上部は、２枚の弁体３３２５が互いに約６０度の角度をなすように山形に切断された形状であり、２枚の弁体３３２５の各々が上部に形成された山形の斜めの面にそれぞれ当接すると、該上昇誘導管３３２４を閉塞することができる。このとき、２枚の弁体３３２５の頂部も密接される。図示のように、２枚の弁体３３２５は、管結合部３３１２から弁ケース３３１１内に水圧が掛かると、上昇誘導管３３２４の上部の各面に押し付けられ、弁ケース３３１１から管結合部３３１３への水流を遮断する。

弁体３３２５の各々の中程が、上昇誘導管３３２４の基部にそれぞれ軸支され、上昇誘導管３３２４の上部を開閉自在に回動するように取り付けられている。そして、弁体３３２５における頂部と反対側には、紐、糸などの線条の一端が固定されており、その他端には、浮体３３２６が取り付けられている。

なお、図１６及び図１７の上方向開閉弁箱３３２の場合も、図１４及び図１５に示された上方向開閉弁箱３３１の場合と同様に、説明の都合上、蓋板が取り外された状態を表し、図の状態では、水がまだ満たされていない。説明をし易くするため、図１７で示した２個の浮体３３２６の位置は、上方向開閉弁箱３３１が球体循環装置に組み込まれ、水が満たされて浮いている状態を想定して表した。

上方向開閉弁箱３３２が球体循環装置に組み込まれたときには、上昇誘導管３３１４内を上昇してきた球体の浮力で２枚の弁体３３２５が共に押し上げられるように、そして、球体が通過した後には、２枚の弁体３３２５を速やかに閉じるように、浮体３３２６の各々の浮力が調整される。また、浮体３３２６に取り付けられている線条の弁体３３２５への取り付け位置も、浮体３３１６の浮力とともに調整することができる。

（３） 次に、図１８及び図１９を参照しながら、下方向開閉弁箱の具体例について説明する。
図１８は、上方向開閉弁箱３５の斜視図であり、図１９は、上方開閉弁箱３５の側面図であり、図１８と図１９との構成において、同じ部分には同じ符号が付されている。ここで、図示の下方向開閉弁箱は、上述の上方向開閉弁箱の場合と同様に、装置から取り外された状態で示され、さらに、下方向開閉弁箱の内部が見えるように、両側面の蓋板が取り外されている。球体循環装置に組み込まれたときには、両側面の蓋板が弁ケースにパッキングを介してネジ止めされて、内部は密閉され、下方向開閉弁箱内部は気密に保持され、空気圧が低くなっても空気を取り込まないようにされる。なお、蓋体については、図示を省略している。

下方向開閉弁箱３５は、例えば、合成樹脂で一体成形された箱状の弁ケース３５１を有している。図示のように、弁ケース３５１の上側には、落下管の下部を結合できる管結合部３５２が設けられ、そして、その弁ケース３５１の下側には、落下管の上部を結合できる管結合部３５３が設けられている。

さらに、弁ケース３５１内には、図示のように、弁開空間部３５４が形成されている。弁開空間部３５４の上側面は、約４５度に傾斜した斜面であり、該上側面のほぼ中央には、管結合部３５２に結合された落下管と連通する円管状の落下空間部３５７の開口が設けられている。

弁ケース３５１の下側に設けられた管結合部３５３には、弁開空間部３５４と連通する円管上の落下空間部３５８が設けられている。落下空間部３５８は、管結合部３５３に結合された落下管に連通している。落下空間部３５７、３５８の各々は、球体が自由に落下できるような内径を有する。

弁開空間部３５４の上側面の上部において、弁体３５５が、該上側面に形成された落下空間部３５７の開口を閉塞し、或いは、開放することができるように、該上側面の上部において、回動自在に軸支されている。下方向開閉弁箱３５が球体循環装置に組み込まれて、球体が装置内を循環しているとき、球体が通過している場合以外には、下方向開閉弁箱３５の弁体３５５が閉じているようにするため、弁開空間部３５４の上側面と弁体３５５との各々に磁石部材３５６を取り付けて、その吸引力で落下空間部３５７の開口を弁体３５５で塞ぐ。

弁開空間部３５４の上側面と弁体３５５との各々に取り付けられた磁石部材３５６の吸引力については、落下管を落下してきた球体の運動力によっては弁体３５５が突き開かれるようにし、球体が弁開空間部３５４を通過後においては、速やかに閉じることができるように調整される。

また、図１９に示されるように、弁開空間部３５４の上側面に開けられた開口の中心は、管結合部３５２に結合された上側落下管の下端開口の中心線に合わされているが、管結合部３５３に結合された下側落下管の上端開口の中心線は、上側落下管の下端開口の中心線からずらされている。これは、落下してきた球体が弁体３５７を突き開いたとき、球体が下側落下管に弁体３５５によって誘導され、下側落下管の上端開口に突入できるようにするためである。

次に、以上で説明した上方向開閉弁箱と下方向開閉弁箱とを用いた図９及び図１０の球体循環装置Ｅにおける球体の循環動作について、以下に説明する。

球体循環装置Ｅにおいて、装置内に第１及び第２の水面を形成する手順は、図７に示された第３実施形態の球体循環装置Ｄの場合と同様であり、先ず、蓄水管３１の頂上にある密閉栓３１−１を取り外し、三方向弁４２−３について、給水口が外部大気と繋がる方向に操作して、水が自動給水装置４２から給水口に供給されないようにする。そして、排水弁４０を閉じて水が排水されないようにし、さらに、仕切り弁３８を閉塞状態に操作し、落下管３４−３の下部を閉塞する。

次いで、蓄水管３１の頂上から流し込まれた水は、最初には、連通室ｄ２に溜まる。さらに、連通室ｄ２の水位が上昇し、その水位が誘導片３９−３の下端に到達すると、落下管３４−３の下部においては、密閉空間が存在するため、水位が誘導片３９−３の下端以上には上がらない。ここで、水位ｈ２の第２の水面が形成される。

さらに、蓄水管３１の頂上から給水が続くと、落下管３４−３の下部には第２の水面が保持されたままで、蓄水管３１における水位と上昇管３２−５、３２−４、３２−３、３２−２、３２−１における水位とが同じ速さで上昇する。このとき、各上昇室の空気は、三方向弁４２−３から外部に放出される。

次いで、その水位が上昇管３２−１の上端開口に到達したとき、蓄水管３１の頂上からの給水を止めて、密閉栓３１−１を給水口に取り付けて、蓄水管３１の上部を密閉する。そこで、三方向弁４２−３について、自動給水装置４２から給水口に水を供給する方向に操作する。これで、上昇管３２−１の上端開口において、水位ｈ１の第１の水面が形成される。

この様にして、第１の水面及び第２の水面が球体循環装置Ｅ内に形成されたならば、挿入口３６から、用意した複数の球体を落下管３２−３内に間隔を置いて順次挿入する。次々と自然落下した球体は、該球体の運動エネルギーによって第２の水面下に突入し、誘導板３９−１で誘導されながら、連通室ｄ２に進入し、上昇管３２−５の下端開口に入り込み、続いて、上昇する。

上昇する球体は、上方向開閉弁箱３３−４、３３−３、３３−２、３３−１の各弁体を開いて、各弁体を次々と通過するが、通過した後には、各々の弁体は自動的に閉じられる。次いで、上昇を続けた球体は、上昇管３２−１の上端開口における第１の水面に到達する。このとき、上述したように、第１の水面の水位が下がるが、給水口から自動給水装置４２の水が供給されることにより、第１の水面は、上昇管３２−１の上端開口の位置に維持される。

この様にして、上昇管３２−１の上端開口における第１の水面には、複数の球体が次々と到達することになる結果、該第１の水面に到達した複数の球体のうち、上位置にある球体が押し上げられて、連結管４１−１を介して落下管３４−１の上端開口に転がり込み、該落下管３４−１内を自然落下していく。

落下管３４−１を落下した球体は、下方向開閉弁箱３５−１の弁体を開き、球体が落下管３４−２の上端開口に落ち込むと、下方向開閉弁箱３５−１の弁体は自動的に閉じられる。次いで、球体は、落下管３４−２内を落下して、下方向開閉弁箱３５−２の弁体を開き、球体が落下管３４−２の上端開口に落ち込むと、下方向開閉弁箱３５−１の弁体は自動的に閉じられる。そして、球体は、落下管３４−３内を自然落下し、第２の水面に突入する。そして、再び突入した球体は、誘導板３９−１により、再度上昇管３２−５内に誘導されて、第１の水面に向けて上昇する。

以上の様に、球体循環装置Ｅにおいては、球体が落下していく際に、下方向開閉弁箱３５−１及び３５−２のいずれかの弁体が閉じられるので、上方向開閉弁箱３３−１乃至３３−４の作用と併せて、上昇管３３−１乃至３３−５内の水が落下することを防止することができ、複数の球体の各々が、水位の高い第１の水面から水位の低い第２の水面へ自然落下し、突入した第２の水面から第１の水面まで浮力で上昇することを繰り返すことにより、特別に外部から循環のためのエネルギーを供給することなく、装置内で複数の球体を循環させることができ、球体の運動エネルギーを取り出すことを可能にする。

〔球体循環装置による発電例〕
以上では、図９乃至図１９を参照して、球体循環装置の具体例について説明してきたが、この球体循環装置を使用し、球体の落下運動エネルギーを利用して発電する羽車を組み込んだ発電例について、図２０を参照しながら説明する。

この発電例には、図１０に示された球体循環装置Ｅが使用されるが、図２０では、当該装置の下半分が示され、上半分については、図示を省略してある。図２０に示されるように、支持柱５２で回転自在に支持された羽車５１の羽の先端が、落下管３４−３に設けられたスリットに挿入される。落下管３４−３の上端開口から落下してくる球体が、羽に当たり、羽車５１を回転させる。

発電機５３は、支持柱５２から横方向に延びた側柱に取り付けられ、羽車５１と連携して回転する補助車を介することにより、羽車５１の６倍の回転を得て発電する。この発電により取得した電力を、例えば、図示のように、照明器具に供給することができる。なお、羽車５１の回転でも、充分発電できる場合には、補助車を使用しなくてもよい。

この発電例によれば、特別に外部からエネルギーを供給することなく、水の補給が続く限り、装置内で複数の球体を循環させることができるという利点を活かして、球体の自然落下による運動エネルギーを電力として取り出せるので、ＣＯ_２を全く排出せず、地球温暖化防止に役立ち、更には、省資源対策、省エネルギー対策などに貢献できる。

図２０に示された発電例の場合は、大気に連通した落下管にスリットを設けて、そのスリットに羽車の羽を挿入するようにしたが、大気に連通しない落下管、例えば、落下管３４−１内を落下する球体の運動エネルギーを取り出すには、羽車５１の全体を包み込むようなカバー体を落下管と一体的に形成すればよい。

上記具体例では、球体の外直径を４．２ｃｍとしたが、球体のサイズは適宜変えることができ、上昇管と落下管の外直径に応じて変えることができる。また、球体内に入れる鉄球については、球殻内で遊動自在の半径であればよく、その材料も鉄に限らず、球体が落下した際、水面下に突入できる重さであればよい。

ａ 蓄水室
ｂ、ｂ１〜ｂ３ 上昇室
ｃ、ｃ１〜ｃ４ 落下室
ｄ１、ｄ２、４１−１ 連通室
ｅ 排水溜室
１、１１ 容器本体
２ 飲み口部
３ 連通開口
４ 飲み口
１２ 給排水口
１２−１、４０ 排水弁
１３、１４ 隔壁板
１５、３６ 挿入口
１６、１６−１、１６−２ 上方向開閉弁
１７、４２ 自動給水装置
１７−１ 給水管
１７−２、２０、４２−２ 給水口
１７−３、４２−３ 三方弁
１８、３９−１ 誘導板
１９−１、１９−２ 下方向開閉弁
２１、３８ 仕切り弁
３１ 蓄水管
３１−１、４２−３ 密閉栓
３２ ３２−１〜３２−５ 上昇管
３３、３３１、３３２ 上方向開閉弁箱
３３１１、３３２１、３５１ 弁ケース
３３１２、３３１３、３５２、３５３ 管結合部
３３１４、３３２４ 上昇誘導管
３３１５、３３２５、３５５ 弁体
３３１６、３５２６ 浮体
３４、３４−１〜３４−３ 落下管
３５、３５−１、３５−２ 下方向開閉弁箱
３５４ 弁開空間部
３５６ 磁石部材
３５７、３５８ 落下空間部
３７ スリット
３９ 蓄水箱体
３９−２ 阻止板
３９−３ 誘導片
３９−４ 結合片
４０ 排水弁
４１ 管頂上部材
４２−１ 給水管
４３、５２ 支持柱
４４ 排水口
４５ 排水箱体
５１ 羽車
５３ 発電機
５４ 照明装置

Claims (10)

1. 上端部に密閉栓と下端部に下端開口とを有し、内部に水を少なくとも所定高さまで満たす蓄水室と、
   前記所定高さの上端部の上端開口まで水を保持して第１の水面を形成し、下端部の下端開口から供給される複数の所定重さの球体を、該球体の浮力により、間隔を置いて配置された少なくとも２以上の上方向開閉弁の各々を順次通過させて前記上端開口まで上昇させる上昇室と、
   上端部の上端開口が前記上昇室の前記上端開口と第１連通室を介して連結され、順次に前記上昇室の前記上端開口から供給される前記球体を下端部の下端開口まで自然落下させる落下室と、
   前記蓄水室、前記上昇室及び前記落下室の前記下端開口の各々を連通させ、該落下室の該下端開口において前記落下室内を落下した前記球体が突入する第２の水面を形成する第２連通室と、突入した前記球体を前記上昇室の前記下端開口に順次誘導する誘導手段と、側壁において前記第２の水面の位置に合わせた排水開口とを有する蓄水箱体と、
   前記上昇室の前記上端部に接続され、前記第１の水面の水位が低下したとき、該上端部に給水装置から水を自動的に供給する供給管と、を備え、
   前記複数の球体の各々は、前記上昇室内を浮力で上昇し、上昇した当該球体は、他の球体の浮力により前記上昇室の前記上端開口を越えて押し上げられて、前記落下室の前記上端開口に供給され、該供給された当該球体は、前記落下室内を自然落下して前記第２の水面下に進入した後に前記誘導手段により前記上昇室の前記下端開口に供給されて、前記複数の球体の各々が、前記上昇室と前記落下室とを順次循環することを特徴とした球体循環装置。
2. 前記落下室は、間隔を置いて配置された少なくとも２以上の下方向開閉弁を有し、
   順次に前記上昇室の前記上端開口から供給される前記球体が、前記下方向開閉弁の各々を順次通過して前記落下室の前記下端開口まで自然落下することを特徴とする請求項１に記載の球体循環装置。
3. 前記上方向開閉弁は、上昇する前記球体の浮力で開き、常時には閉じており、
   前記下方向開閉弁は、落下する前記球体の落下運動で開き、常時には閉じていることを特徴とする請求項２に記載の球体循環装置。
4. 前記蓄水箱体は、前記第２の水面が前記球体の突入により上昇したとき、前記排水開口を介して水を前記蓄水箱体外に排水する排水装置を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の球体循環装置。
5. 前記誘導手段は、前記落下室の前記下端開口から前記蓄水箱体内で保持された前記第２の水面下に進入した前記球体を前記上昇室の前記下端開口の方向に誘導する誘導板と、該進入した前記球体を前記蓄水室の前記下端開口への進入を阻止する阻止板とを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の球体循環装置。
6. 前記球体を前記落下室内に挿入する挿入口が、下側に位置する前記下方向開閉弁と前記落下室の下端部との間であって、少なくとも前記球体が前記第２の水面下に進入できる高さに設けられることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の球体循環装置。
7. 前記球体の前記上昇室内における浮力の大きさは、該球体の前記所定重さと体積とで決まることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の球体循環装置。
8. 前記球体は、合成樹脂で形成された中空の球殻を有し、該球殻内に金属球が遊動自在に内包されていることを特徴とする請求項７に記載の球体循環装置。
9. 前記球体の落下運動で駆動される回転羽根が、前記落下室において下側の前記下方向開閉弁と前記落下室の下端部との間に設置されることを特徴とする請求項２乃至８のいずれか一項に記載の球体循環装置。
10. 前記球体の落下運動で駆動される回転羽根が、前記落下室と一体に形成されたカバー体の内部に収納されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の球体循環装置。
    

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