JP2020076367A - タンク水中圧力原動機 - Google Patents

Abstract

【課題】自然災害の大型化、今日、暴風、豪雨が顕著にみられる。地球温暖化、海水温度の上昇が要因とされている、化石燃料削減は何より重要であり二酸化炭素を出さないで済む燃料の開発は急務と成る。大気への影響を止めないとＣＯ２濃度は益々拡大してしまい病理的被害の心配もしなければならない。一方、森林、海洋等の二酸化炭素吸収能力の高い今のうちに取り組む事は緊急の課題。【解決手段】タンク１に貯留する一次水とは別に二次水を創造する。一次水と二次水の間に開閉する揚水切換弁１５を設けて、二次水に一次水の水圧を掛け（加圧）して揚水するもので、双方の水が連通すれば水面まで、しかし分離した二次水を一次水で押圧すると、異口径ピストン５・６が作用して（タンク１の水圧に因るが）１~ ∞の揚水が可能と成り、脱炭素社会を実現する。【選択図】 図１

Description

本発明は、地球温暖化の要因とされる二酸化炭素排出削減を実施する為、水面開放のタンク１を設置して、再生可能エネルギーを創造し究極的に解決を図るものであり、水中エネルギーの静圧力と水中に取り込んだ大気圧力を資源に、公知技術の異口径ピストンを機械構成の機軸とし、更に進歩した持続可能なタンク１水を常態の一次水として貯留し、異口径ピストン５・６に因り分離した二次水を動力源として使用した後、二次揚水、及び二次排水とともに循環し、一次水に合流してタンク１水量を保持する、タンク水中圧力原動機の提供である。

該、タンク水中圧力原動機は、本人出願の水槽水圧力原動機、特開２０１５−２５３９１号公報に係る改良に関する。

川を堰止める水力発電は流域の自然環境、海浜への影響など将来的にダムに代わる発電
技術には期待がかかる、しかし水の活用においては小型水力、海洋の波力や温度差発電と
いった既存技術において、火力発電、原子力発電を代替するほどの進展は見られず、そう
した再生可能エネルギーへの一層の技術革新が求められる。

本人出願の水槽水圧力原動機は、エネルギー密度の高い圧力と、恒常的に安定した水深
圧力を動力源としており、大気圧と水圧の差圧を異口径ピストンに接触させ、往復運動に
変換して揚水圧力を動力に活用し、排水を大気中に放流し上流の水を水槽に補給するもの
で、再生可能エネルギー開発に新しい道筋を開いている。

特開２０１５−２５３９１号公報文献１は、水槽水面を大気圧に開 放した同じ異口径ピストン５、６を機械構成の機軸にしているものの排水を大気中に 放流しており、上流の水の補給がないと止まってしまう。 特開２０１３−１００８０３号公報 登録実用新案第３０９２７０４号公報 実願平１−１３５４９８（実開平３−７３６７７）のマイクロフイルム 欧州特許出願公開第１６５０４３０号明細書 上記文献２は、何れも位置エネルギーの動力を利用した揚水に係る技術であり、水の汲み上げに出力の概ね１３０％の動力（電力）を要することが分かっており、限定した水量のタンクでは持続可能な動力として成立しない。

今日の国際社会は、気候変動に関わる二酸化炭素の削減をいかに実行するのか模索の状況に在る、ＣＯ２削減については、排出の要因とされる化石燃料、核燃料（稼働前後の排出）を無くすほかないが、持続可能な原動機の創造が欠かせない。

再生可能エネルギーを強化し、燃焼機器の不使用が実現し、二酸化炭素を出さないで使える燃料が普通の時代に成る事が望ましく、結果的に石炭、石油、天然ガス、ウラン採掘の後退は余儀無くされ、それに頼らない水力に因る電気化社会が理想的、それゆえに公知技術、水の電気分解に因る水素生産は燃料電池の糧とした排気ガスゼロ社会へのひとつの課題として水には開発の余力がある。

有望なひとつはタンク１の水を活用した分散電源を各地に設置して電気化社会の実現に
向けた施設が期待され、水中エネルギーを機械構成の機軸として異口径ピストン５・６の生み出す常時安定した未知の動力源が求められる。

「水中エネルギー」は、化石燃料、核燃料を代替するのに十分な広域性、広範性を有し、水中圧力を交えた大気圧下の環境において、季節、天候、昼夜を問わず常に安定しており、持続可能な動力に因る二酸化炭素削減は差し迫った解決課題。「現在ハワイの大気濃度ＣＯ２は４．１０ｐｐｍ」、化石燃料に代わる電気化、水素化の実現が待たれている。

タンク１に貯留する水を住宅や工場など一般社会の電源に変換し使用する。電気コンセントの他、水素製造等施設の多様化を図るもので、タンク１高さ６Ｍの水深５Ｍ、幅５Ｍ×奥行７Ｍ＝１７５.０ｍ３、重量１７５ｔを要する上部開放の水（液体）タンク１を用いる。水面１Ｂを大気に開放３し、上水道２等によって満たしたあとタンク１底部の水圧０．５ｋｇｆ／ｃｍ２を保持しメーンピスト５・５Ａと背面ピストン６・６Ａ及び油圧ポンプ７等（図４）をタンク１底部のピストン架台４に堅固に設置する。「文中、Ｍ＝メートル、異口径ピストン＝メーンピストン５、背面ピストン６、の総称」。

本発明の、タンク水中圧力原動機、機軸のメーンピストン５及び背面ピストン６については、タンク１の一次水側を大とし、外側大気圧への接触面を小として（図６）に示すように形状は数的（寸法）、外観的にも理解できるものである。タンク１一次水の排水圧力を利用した技術において、溜まる常態の一次水へ足さない限り水面を超水しない事実はエネルギー保存の法則から明白である。したがって、タンク１一次水の効果的な利用技術として、第一、二種永久機関に属しない、「二次水」の加圧が重要と成り、メーンピストン裏面８・８Ａに生じる二次水の揚水及び二次排水の大気圧下への開放が技術の主体を為す。同時に排水は汲み上げて、タンク１一次水に合流し水位を保持するもので、持続可能な往復動作を起動手段とする。

タンク１内部の一次水圧と、外部大気圧を異口径メーンピストン５・５Ａと背面ピストン６・６Ａ表面積の違い（比率）に生じる差圧を利用して、二次揚水及び二次排水に分流するが、大口径メーンピストン５の裏面８断面積３，５００ｃｍ２（表面積５，０００ｃｍ２）をタンク１の一次水圧と接触し、背面ピストン６断面積１，５００ｃｍ２は大気圧と接触して低い大気圧方向へ必然の動きとして圧力がかかる。

メーンピストン５の裏面８と背面ピストン６の断面積は２．３３対１の比率であり、長さ１メートルのストロークを要する一体物で、対向するメーンピストン５と５Ａはアーム９によって連結し動きを同一にして、それぞれの間には機器操作に必要な不動の油圧ポンプ７と回動可能な固定軸１０（図１４）をポンプ架台１１に装備する。

油圧ポンプ７はメーンピストン表面１２・１２Ａを起動源としており、メーンピストン５・５Ａの下死点到達直前のタイミングで作動し、メーンピストン５・５Ａと動向する、しかし、油圧ポンプ７のストロークは短く、上下死点のタイミングを図るばね軸１３を設けてメーンピストン５・５Ａの下死点到達まで、油圧ピストン７Ａの動作を前の位置に保全を図る。（図１４）、

メーンピストン表面１２・１２Ａに因って油圧ピストン７Ａを起動し、生じる油圧媒体は油圧パイプ１７を配管し操作ピストン１４・１４Ａを動作して、揚水切換弁１５・１５Ａの変換に因る揚水路２１・２１Ａ、揚水道１８・１８Ａと水圧均衡路１９・１９Ａ及び大気圧開閉弁１６左路、右路を切換えるように成っており、その結果、タンク１一次水圧に因りメーンピストン５・５Ａ裏面８・８Ａ及び背面ピストン６・６Ａには「圧縮不可能」な二次水を吸い込んだり吐いたりする、此の滞留する水を揚水及び排水として大気圧下へ開放しない限り動作しないが、ピストンケーシング２０・２０Ａ側面よりタンク水面１Ｂへ放出するとともに大気圧開閉弁１６より排水して、二次揚水圧力に変化させる、（図６）。

異口径ピストン５・５Ａ及び背面ピストン６・６Ａを沈めた水深５Ｍ、水圧０．５ｋｇｆ／ｃｍ２において、メーンピストン５・５Ａ表面積５，０００ｃｍ２は２，５００ｋｇｆ／ｃｍ２の水圧を受けて、タンク１の外の大気圧方向に押す力が働き、片方の背面ピストン６・６Ａの断面積は大気圧との接触によって水圧０．５ｋｇｆ／ｃｍ２×断面積１，５００ｃｍ２≒７５０ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力を生じる。「この場合の２，５００ｋｇｆ／ｃｍ２は圧力に直接関係しません。」

タンク１の一次水圧は、メーンピストン５・５Ａの裏面８・８Ａに吸い込んだ二次水、及び背面ピストン６・６Ａに吸い込んだ二次水、即ち揚水切換弁１５・１５Ａの変換で分離した二次水を大気圧開閉弁１６の外へ押し出す水圧で在り、メーンピストン５・５Ａと同じ歩調の動作と成る。背面ピストン６・６Ａの排水は、先が大気圧への自然排水のために動力としてではなく、空滑りの動作であって７５０ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力は一体に連動しているメーンピストン５・５Ａ、断面積３，５００ｃｍ２×ストローク１００ｃｍ＝３５０，０００ｃｍ３の水に移動し、分離した二次揚水としてメーンピストン５・５Ａ裏面８・８Ａに滞留し、この時点では起動しない。

メーンピストン５・５Ａの裏面８・８Ａに残っている移動した一行程３５０，０００ｃｍ３の二次揚水を外部大気圧に開放しない限り動力は発生しないのであり、開放する二次揚水は「動力」として、ピストンケーシング２０・２０Ａ側面の揚水路２１・２１Ａから揚水切換弁１５・１５Ａの揚水道１８・１８Ａを経て揚水パイプ２２に連通した揚水タービン２３とタンク１上部に装置したタービン２４を駆動して発電機２５を稼働したあと、タンク水面１Ｂに還元するように成る。

メーンピストン５・５Ａの容量３５０，０００ｃｍ３の二次揚水は、背面ピストン６・６Ａ断面積１，５００ｃｍ２×ストローク１００ｃｍ＝１５０，０００ｃｍ３の２．３３倍を有しており、液体圧力の伝播に関する法則（パスカル原理）により、メーンピストン５・５Ａに生じる水圧力は２．３３分の１に減少した３２１．８８ｋｇｆ／ｃｍ２となり革新を形成するとともに動力の根拠と成る。

上記によって、一方の背面ピストン６・６Ａの二次排水一工程１５０，０００ｃｍ３の水は背面ピストン頭部２６・２６Ａに接続した大気排水パイプ２７・２７Ａから大気圧開閉弁１６を通りぬけて、排水管２８を下り勾配の自然排水により放流するが、排水は独立した外部の排水槽２９に一旦溜めるようになる。

外の排水槽２９の汲み上げには、タンク１常態の一次水に介在しない、二次揚水パイプ２２に装備した汲み上げ用の揚水タービン２３の駆動に当発明の異口径ピストンを機軸とした、メーンピストン５・５Ａおよび背面ピストン６・６Ａに生じる二次揚水圧力、約３２１．８８ｋｇｆ／ｃｍ２を動力として使用する。（動力＝異口径ピストン５、６単体の場合）

二次揚水圧力のうち０．３３％とした場合は１．０６ｋｇｆ／ｃｍ２（揚水能力約１０メートル）を回転軸３０に連係した汲み上げポンプ３１で吸水パイプ３２から排水汲み上げパイプ３３により一行程１５０，０００ｃｍ３の水はタンク壁１Ｃを貫通した０．５ｋｇｆ／ｃｍ２水圧に注入、この場合、ノズル口径１．０ｃｍ２以下で環流してタンクの水量を保持する。

残る、二次揚水圧力９９．６７％はタンク１上部に装備した発電機２５の動力として使用した後タンク１水面に放水し水量を保持するが、二次揚水パイプ２２を通じたタービン２４の駆動後の動力は３２０．８２ｋｇｆ／ｃｍ２に減少して、発電機２１の出力は約２４０．６１ｋｗｈに低下する。

本発明第２は、排水槽２９の排水を当発明の異口径ピストンを機軸とした、メーンピストン５・５Ａおよび背面ピストン６・６Ａに生じる二次揚水パイプ２２に連通するタービン２４を駆動して稼働する発電機２５の「電力」を使って汲み上げるもので、出力約２４１．４１ｋｗｈの０．３３％とした場合は０．７９６ｋｗｈ（揚程約１０メートル）の電動揚水ポンプ３４を使用して、排水汲み上げパイプ３３によりタンク壁１Ｃを貫通した０．５ｋｇｆ／ｃｍ２の水圧に注入し環流してタンク１の一次水量を保持するようになり、電動揚水ポンプ３４の駆動後の電力は減少し、２４０．６１ｋｗｈに低下する。

一方、図６の左側は反対の動きになる、即ちメーンピストン５背面ピストン６の上死点３５到達のあと、揚水切換弁１５の揚水道１８と大気圧開閉弁１６左路が閉じた揚水後のメーンピストン裏面８と背面ピストン表面３６の絶え間においては容積が減少し、同時に圧力は消滅して水中圧力とは概ね同じ０．５ｋｇｆ／ｃｍ２の差圧と成っている。

メーンピストン５、及び背面ピストン６へ補充する一次水を水圧浸入口３７から既に開いている揚水切換弁１５を介し、水圧均衡路１９と揚水路２１（揚水時と逆方向）を通じて前記メーンピストン裏面８と背面ピストン表面３６に取り入れるが、しかし、メーンピストン表面１２及び背面ピストン表面３６にはタンク１の一次水圧がかかって釣り合い、何れの方向にも移動できないニュートラル状態。

したがって、メーンピストン５・５Ａを繋ぐアーム９を連結しており、メーンピストン表面１２Ａよりも低圧のメーンピストン裏面８Ａの二次水に、上死点３５Ａへ向かうメーンピストン表面１２Ａの一次水圧が掛かり押圧し、水深５Ｍ、０．５ｋｇｆ／ｃｍ２×背面ピストン表面３６大気面１，５００ｃｍ２＝７５０ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力を産む。このタンク１の一次水圧のパワーを用い、上死点へ向かうメーンピストン５Ａの働きに依存して、フリー状態の対側メーンピストン５及び背面ピストン６をアーム９で牽引し、復帰方向の下死点３８に戻して、到達時に水圧と均衡する（揚水の反作用）。「水中圧力は異口径ピストンの水深を指す」。

タンク１に貯留する常態の一次水を資源に、二次水を創造し、異口径メーンピストン５、背面ピストン６を機軸とした大気圧及び水中圧力に生じる差圧を動力源として、二次揚水と二次排水を回収し、タンク１の一次水に合流して水量を保持するとともに、水の循環と未知の動力を実現しており、二酸化炭素削減、脱炭素化による持続可能なエネルギー社会の構築。

タンク１の透視面を除去した設置状況の概観を示しており点線はメーンピストン５、背面ピストン６の側面図。 タンク１の透視面を除去した正面を示しておりメーンピストン５、背面ピストン６断面及び天板のタービン２４図。 タービン２４及び発電機の透視面の除去した概観図。 メーンピストン５、背面ピストン６その他部材の配列図。 図４のＢ−Ｂ線の断面図。 図５のＣ−Ｃ線断面の一体図。 揚水切換弁１５の断側面拡大図（図６の左側水圧均衡対応）図。 揚水切換弁１５の断正面拡大図（図６左側の水圧均衡対応）図。 揚水切換弁１５Ａの正側面拡大図（図６右側の揚水対応）図。 揚水切換弁１５Ａの側面拡大図（図６の右側の揚水対応図）図。 図５のＣ−Ｃ線断面の一体図及び部材の配列図。 揚水切換弁１５の断側面（図１１左側の揚水対応）図。 揚水切換弁１５の断正面（図１１左側の揚水対応）図。 図５のＣ−Ｃ線断面一体の油圧ポンプ７拡大図。 図４Ｂ−Ｂ線断面の拡大図。 水中圧力原動機のタンク１設置状況を示す図。

水中圧力（静圧力）を動力に変換する陸上形式の装置であって、タンク１に上水道２等の水を一旦貯留し、異口径メーンピストン５・５Ａ、背面ピストン６・６Ａの圧力比率を分流して二次揚水を創造、更に二次排水を当発明の装置に生じる動力（電力）の一部で回収して、「人工の動力」を加えることなくタンク１に「一度確保」した水量を保持し循環して動力を得る再生可能な原動機である。

本発明は、資源として、水中エネルギーを応用している、即ちタンク１水面を大気圧に開放３した水圧下の異口径ピストン５・６及び、揚水切換弁１5の変換により生じる二次揚水圧力３２１．８８ｋｇｆ／ｃｍ２のうち０．３３％を使って二次排水を汲み上げてタンク１に還元し、残る９９．６７％３２０．８１ｋｇｆ／ｃｍ２の二次揚水圧力に因り発電機２５を稼働して持続的に水量を保持し循環して未知の動力を創出している。

タンク１の一次水を利用して、メーンピストン５・５Ａの裏面８・８Ａに生じる二次揚水圧力を得るようになり、背面ピストン６・６Ａの二次排水は大気圧下に放流し、排水槽２９に溜めた後メーンピストン５・５Ａの二次揚水圧力で汲み上げるが、位置エネルギーを利用した通常の揚水の場合には１００の出力に対して概ね１３０％の負荷を要し、マイナスの効率と成りタンク１水量を保持できない。

本件は、排水槽２９の二次排水を回収してタンクに戻すように成るが、タンク１一次水圧より高い１．０６ｋｇｆ／ｃｍ２の水圧をかけて、汲み上げポンプ３１を用いタンク壁１Ｃを貫通し水中に、直に注入して水を循環しタンク１一次水の水位を保持する。水中エネルギーの場合は二次揚水圧力０．３３％の負荷で済みタンク１全水量を保持しており、揚水に係る動力の違いを明確にしている。

発明第２は、当該、発電機２５の電力を使用するものであり、出力約２４１．４１ｋｗｈのうち、０．７９ｋｗｈの電動揚水ポンプ３４を活用して、前記同様に背面ピストン６・６Ａの二次排水を回収し、タンク壁１Ｃを貫通して環流するが、タンク１一次水圧０．５ｋｇｆ／ｃｍ２の水中に、電動揚水ポンプ３４の生み出す１．０６ｋｇｆ／ｃｍ２の水圧を掛けて汲み上げ、水を循環してタンク１一次水の水位を保持する。

而して、メーンピストン５・５Ａを連結するアーム９は、二次揚水と水圧均衡の一致を測り双方ピストン５・５Ａ、６・６Ａの往復運動を円滑にし、アーム９の長さは、ねじゲージ３９によって上死点３５下死点３８の微調整を図るものである、なお、異口径ピストン５・６の比率、又はストロークの拡大及び段差の設置を可能とし、大規模化を実現するものであり、水深５Ｍ、のタンク１水深又はメーンピストン５、背面ピストン６設置の数に限定するものではない。

本発明は、異口径のメーンピストン５・５Ａ、背面ピストン６・６Ａによって実現するのであって、タンク１水底の静圧力域のメーンピストン５と５Ａの向き合った間に、双方の動作によって生じる押圧力を、油圧ポンプ７に受けて往復運動に生じる油圧媒体に因り操作ピストン１４・１４Ａを起動し揚水切換弁１５・１５Ａを作用させ、揚水路２１・２１Ａ、揚水道１８・１８Ａ、二次揚水パイプ２２を介して揚水し、水圧均衡路１９・１９Ａ、水圧浸入口３７と大気圧開閉弁１６の流れを交互に変換しており、メーンピストン５・５Ａ背面ピストン６・６Ａの往復運動を構成している。

該、原動機の「始動」は、水圧均衡バルブ４０・４０Ａを閉めて（運転中は閉める）、
大気圧バルブ４１・４１Ａを開くことによって（運転中は開く）、大気圧開閉弁１６の開
いた方の背面ピストン６・６Ａの二次水を排水し、タンク１の一次水圧を受けているメーンピストン表面１２・１２Ａの何れか（下死点に在る方）が大気圧方向に移動して往復運動を開始する。

「停止」は、水圧均衡バルブ４０・４０Ａを開いて、タンク１一次水圧と背面ピストン６・６Ａ表面３６・３６Ａ及びメーンピストン表面１２・１２Ａに一次水圧を釣り合わせて、大気圧バルブ４１・４１Ａを閉めて（運転中は開いている）、外気圧を遮断して行う。

油圧媒体は、ピストン架台４に固定した油圧ポンプ７の油圧ピストン７Ａをメーンピストン表面１２・１２Ａと油圧ロッド４２・４２Ａのロッド末端４３・４３Ａを使って押し出すようになるが、ロッド自体のストロークが短く動作は先行する。即ち、メーンピストン５・５Ａの下死点到達よりも油圧ポンプ７の動作が速くなる、したがって、メーンピストン５・５Ａにおける折り返しの方向転換は、揚水切換弁１５・１５Ａの変換に基づく往復運動となって揚水切換弁１５・１５Ａに追従する動作と成る。

また、油圧ポンプ７のロッド枠４４にはロッド枠ガイド４５を設けて油圧ロッド４２・４２Ａの安定に備えており、両側のメーンピストン５・５Ａの何れかが下死点３８・３８Ａに至るまで、ばね軸１３の付勢によって維持（保全）し、前記のとおりメーンピストン表面１２・１２Ａの下死点到達で油圧ピストン７Ａを往復させて油圧媒体は、主に操作ピストン１４・１４Ａと大気圧開閉弁１６を動作している。

次に、メーンピストン５・５Ａ及び背面ピストン６・６Ａの動作、形態について詳述する。
（ ）＝実動、メーンピストン裏面８・８Ａ及び背面ピストン６・６Ａにはタンク１内の常態の一次水とは、別の二次水が存在する。すなわち、下死点３８・（３８Ａ）に到達したメーンピストン５・（５Ａ）（図６の場合いは右側）の裏面８・（８Ａ）及び背面ピストン６・（６Ａ）には、既に、水圧浸入口３７・（３７Ａ）、及び揚水路２１・（２１Ａ）、水圧均衡路１９・（１９Ａ）、大気圧開閉弁１６右路（閉める）を介したタンク１内の一次水を、揚水切換弁１５・（１５Ａ）の作用で分離し変化した二次水が浸入して存在している。

更に、二次揚水パイプ２２内には、常に、少なくともタンク１の上部に設置した発電機２５まで高さ、約７Ｍ、０．７気圧の水に満たされているため、揚水路２１・（２１Ａ）及び揚水切換弁１５・（１５Ａ）を介して二次揚水パイプ２２に連通したメーンピストン５・（５Ａ）は、設置位置の水深に対応した０．７ｋｇｆ／ｃｍ２×メーンピストン裏面８・（８Ａ）、３，５００ｃｍ２＝２，４５０ｋｇｆ／ｃｍ２が存在し、メーンピストン表面１２・（１２Ａ）の一次水圧２，５００ｋｇｆ／ｃｍ２を５０ｋｇｆ／ｃｍ２下回る水圧を二次揚水パイプ２２及び揚水路２１・（２１Ａ）内の水からも受けている。

そして、揚水切換弁１５・１５Ａを切り替えて、上死点（３５）・３５Ａに到達している（図６の場合は左側）メーンピストン裏面（８）・８Ａと背面ピストン（６）・６Ａ、へ揚水路（２１）・２１Ａ、水圧均衡路（１９）・１９Ａ、水圧浸入口（３７）・３７Ａ及び揚水切換弁（１５）・１５Ａを介してタンク１の一次水に連通させるとともに、下死点３８・（３８Ａ）に到達しているメーンピストン５・（５Ａ）の表面１２・（１２Ａ）、揚水切換弁１５・（１５Ａ）及び、揚水路２１・（２１Ａ）、揚水道１８・（１８Ａ）を介して二次揚水パイプ２２に連通し、タンク１の一次水圧に作用させる。

すると、メーンピストン表面（１２）・１２Ａ及び背面ピストン表面（３６）・３６Ａの両端はタンク１内の一次水圧を受けて釣り合い移動できないフリー態勢、然るに、アーム９を移動手段としてメーンピストン５・（５Ａ）を使用するが、下死点３８・（３８Ａ）に到達しているメーンピストン裏面８・（８Ａ）、ピストンケーシング２０・（２０Ａ）及び背面ピストン表面３６・（３６Ａ）には大気圧開閉弁１６（右路）が開いて、既に、大気圧が存在して次の動作態勢と成っている。

そこで、メーンピストン表面１２・（１２Ａ）を押圧する一次水圧の大気圧対象面「背面ピストン表面」３６・（３６Ａ）へ向けて一次水圧０．５ｋｇｆ／ｃｍ２×背面ピストン表面３６・（３６Ａ）１，５００ｃｍ２＝７５０ｋｇｆ／ｃｍ２がかかり、メーンピストン裏面８・（８Ａ）に生じる７５０ｋｇｆ／ｃｍ２÷異口径ピストン５・６の比率２．３３＝３２１．８８ｋｇｆ／ｃｍ２の揚水圧力が生じて、メーンピストン裏面８・（８Ａ）に滞留する二次揚水、３５０，０００ｃｍ３及び背面ピストン６・（６Ａ）の二次排水１５０，０００ｃｍ３とともに大気圧方向へ押し出す、即ちタンク１常態の「一次水圧の介在」しない、二次揚水パイプ２２の降下圧、約０．７気圧を上回る３２１．８８ｋｇｆ／ｃｍ２に因り二次揚水の９９．６７％は揚水タービン２３、タービン２４を駆動し、発電機２５を稼働してタンク水面１Ｂに環流する。

一方、背面ピストン６・（６Ａ）の二次排水は大気圧下へ放流し、排水槽２９に溜めた後、二次揚水圧力の０．３３％、１．０６ｋｇｆ／ｃｍ２の汲み上げポンプ３１によりタンク壁１Ｃを貫き水中に環流する。したがって、二次排水を終えた放流後は何ら動力の余地はない。

図１は、タンク１である、高さ６Ｍ、天板上部にタービン２４、発電機２５、を設置して、メーンピストン５・５Ａ、背面ピストン６・６Ａに対応する水深５Ｍ、の水を貯留している、天板には大気開放口３を備えて水底に設置した、タンク水中圧力原動機、異口径ピストン５・６に０．５ｋｇｆ／ｃｍ２の水圧をかけるように成っている。

一方、タンク１外部の約１気圧に対して、その圧力差を利用するが、動力源と成る一次水を１７５トン蓄えている、しかし此の常態の一次水の排水を直接利用するのではなく、分離した二次水に、常態の水圧０．５ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力をかけて、二次揚水圧力を生みだし、タービン２４の駆動、発電機２５稼働の後、タンク１一次水に戻し前述の水量を保持する。

図２は、図１のタンク１Ａ−Ａ線断面及び異口径ピストン５・６の５機の設置状態を示しており、二次揚水パイプ２２をそれぞれタンク１天板上部の発電機２５向けに引いている、発電機、二次揚水パイプはまとめて単独でもよいが、タンク１の使用例では５体と成っておりメンテナンスの及ぶ範囲であり利用可能水圧であれば異口径ピストン５・６の段差（上下）設置を可としており、稼働後は水面１Ｂへ放流する。

図３は、タービン２４及び発電機２５の拡大を示すものであるが、前述のとおり１機当たり２４０．６１ｋｗｈとした場合５機では、約１，２０３．０５ｋｗｈの出力に対して、太陽光の熱量は１ｍ２当たり１ｋｗｈ、太陽光発電にあっては現在の利用効率が最大２０〜３０％とされており、気象条件を考慮すれば、本件のタンク１設置面積３５ｍ２当たり３４．３７ｋｗｈの出力は昼夜稼働、しかも段差の設置を可能としており、水面に近くなるに連れて水圧は下がっても当該設置の数が増えたからと言って、水圧が降下する事は無く発電能力は高い。

図４は、異口径ピストン５・５Ａ、背面ピストン６・６Ａ設置状態の概観図を示しており、ピストン架台４により異口径ピストンを支え、かつ、揚水切換弁１５・１５Ａを装備している、メーンピストン５・５Ａに生じる二次揚水は揚水切換弁１５・１５Ａを介して、二次揚水パイプ２２へ連通して、途上に在る揚水タービン２３を駆動した後、天板上部の発電機２５を稼働する。

図５は、図４のＢ−Ｂ線側断面の中央を示しており、ピストン架台４にはメーンピストン５、背面ピストン６及び揚水切換弁１５を支持するとともに、ポンプ架台１１には油圧ポンプ７を装備し油圧ロッド４２にロッド枠４４を装備しており、ポンプ架台１１に設けた回動可能な固定軸１０とロッド枠４４の中央へ、ばね軸１３を自在可能に連結している。

図６は、図５のＣ−Ｃ線断面の本体側面を示すもので、メーンピストン５、背面ピストン６は上死点３５へ到達し、メーンピストン５Ａ、背面ピストン６Ａは下死点３８Ａへ到達し、双方は対称の動きをする。右側のメーンピストン５Ａはピストン表面１２Ａに因って油圧ロッド４２Ａを押圧し、油圧ピストン７Ａを動作して（図１４）油圧ポンプ７に生じる油圧媒体は油圧パイプ１７を介して操作ピストン１４・１４Ａを起動し、揚水切換弁１５・１５Ａと大気圧開閉弁１６を動作してメーンピストン５Ａは下死点３８Ａへ到達している。左側のメーンピストン５は二次揚水を終了し、背面ピストン６は二次排水を終了して上死点３５に到達している。（参考例）は二次揚水又は一次水の流れを示す。

図の左側の揚水切換弁１５と大気圧開閉弁１６左路は上死点到達の直前に遮断しており（図８）、圧力がほぼゼロのメーンピストン裏面８と背面ピストン表面３６に、水圧浸入口３７から水圧均衡路１９・揚水路２１（逆向）の水圧がかかり、このあとメーンピストン５背面ピストン６は均衡方向の右へ移動し、タンク１水圧を受け入れる態勢。

図の右側は、揚水切換弁１５Ａと大気圧開閉弁１６右路が大気圧に開放しており（図９）、メーンピストン５Ａと背面ピストン６Ａは次の動作態勢で、メーンピストン５Ａの裏面８Ａに滞留している二次揚水はこのあと一次水の押圧により揚水し、背面ピストン６Ａの二次排水は大気排水パイプ２７Ａから、大気圧開閉弁１６右路を通過して排水管２８を下り勾配により一工程分１５０，０００ｃｍ３の水を外部の排水槽２９に溜める。

排水槽２９に溜まる水は、揚程約１０メートルの揚水タービン２３の回転軸３０に揚水圧力の約０．３３％を掛け汲み上げポンプ３１を起動して吸水パイプ３２から吸引し、汲み上げパイプ３３によりタンク壁１Ｃを貫通して水中に還元してタンク１水量を保持する。

一方、二次揚水パイプ２２の水は、揚水タービン２３を起動したあとタンク１上部のタービン２４を圧力の９９．６７％を使って駆動して発電機２５の稼働後に揚水の一工程分３５０，０００ｃｍ３の水をタンク１に還元してタンク１水量を保持する。

図中の点線は異口径ピストン５・６の動向を示すものであって、左側のメーンピストン裏面８と背面ピストン６表面３６には、水圧浸入口３７の水が水圧均衡路１９及び揚水路２１を通じて浸入を開始している。そしてメーンピストン５、背面ピストン６は図の左から右へ移動して、油圧ロッド４２を押圧し、油圧ピストン７Ａを起動して、下死点３８へ到達する。

右側の、メーンピストン裏面８Ａの二次水と背面ピストン６Ａの二次水は、メーンピストン５Ａの移動によって生じる二次揚水をピストン側面２０Ａ及び揚水路２１Ａと揚水道１８Ａ、二次揚水パイプ２２を連通した二次揚水は、揚水タービン２３を起動したあと上部のタービン２４と発電機２５を駆動すると同時に背面ピストン６Ａの二次排水を開始しており、図の右側が加圧に対して、左側はタンク１の一次水圧への均衡途上を示している。

メーンピストン５・５Ａの二次揚水の動作とともに背面ピストン頭部２６・２６Ａに連繋した大気排水パイプ２７・２７Ａと大気圧開閉弁１６左路・右路を通じて、タンク１外部の大気圧下へ背面ピストン６・６Ａの二次排水を、排水管２８を通じて自然排水して排水槽２９Ａに溜めて、前記のように汲み上げポンプ３１汲み上げパイプ３３によりタンク１に還元する。

図７は、揚水切換弁１５の側断面拡大図を示すが、図６の左側、メーンピストン５、背面ピストン６の動作に対応している、揚水切換弁１５内蔵の閉子ギヤ４８操作ピストンギヤ４７を噛み合わせ、操作ピストン１４を起動して、揚水と水圧均衡の変換を行うが、タンク１、一次水圧は本体の閉子４６の貫通口により水圧浸入口３７と水圧均衡路１９と揚水路２１に連通しており、揚水道１８を遮断して水圧均衡の作動状態を示している。

図８は、図７の断面を示しており、操作ピストン１４へ、図の左から油圧パイプ１７の圧力を加えて操作ピストンギヤ４７を作動し、閉子ギヤ４８を起動して、水圧均衡路１９を開きタンク１一次水は水圧浸入口３７より矢印方向の揚水路２１を通りメーンピストン裏面８へ浸水する（揚水の逆行）、水圧均衡路１９の一次水は背面ピストン６へ浸水する。

図９は、図６右側のメーンピストン５Ａ、背面ピストン６Ａに対応する揚水切換弁１５Ａの二次揚水の揚水過程を示しており、水圧浸入口３７及び水圧均衡路１９Ａを遮断し、メーンピストン５Ａに滞留する二次揚水を揚水路２１Ａ、揚水道１８Ａを介して二次揚水パイプ２２へ連通する。
図１０は、図９の側断面を示しており、操作ピストンギヤ４７と閉止ギヤ４８の噛合に因り閉子４６を、図の上へ８分の一回転し揚水路２１Ａ、揚水道１８Ａを開いているが、反対動作は、左へ８分の一戻すと水圧均衡路１９Ａを開くとともに揚水道１８Ａを塞ぐ事に成る。

図１１は、図６に反対の動きであって、メーンピストン５は下死点３８へ到達し、背面ピストン６は下死点へ到達した動作を示しており、形態の違いとしては、本発明第２のもので発電機２５の出力を二次排水の汲み上げに使用するものであり、単独の異口径ピストン５・６の場合、出力２４１．４１ｋｗｈのうち０．７９ｋｗｈを使用して、揚水タービン２３を装備せず、背面ピストン６、６Ａの一行程分１５０，０００ｃｍ３の汲み上げに電動揚水ポンプ３４を稼働し、排水汲み上げパイプ３３によりタンク壁１Ｃを貫いて還元しタンク１水量を保持する。

図１２は、揚水切換弁１５の二次揚水の流れを示しており、図１１左側のメーンピストン５、背面ピストン６、の動作に対応しており、操作ピストン１４が作用し、操作ピストンギヤ４７、閉止ギヤ４８を噛み合せて、メーンピストン裏面８の滞留水を揚水路２１、揚水道１８を開いて、二次揚水パイプ２２へ連通して発電機２５を稼働する。

図１３は、図１２一体の断面を示しており、ピストン架台４に固定した揚水切換弁１５内蔵の操作ピストン１４へ油圧媒体を、図の右よりかけており操作ピストンギヤ４７と閉子ギヤ４８を噛み合わせて閉子４６を図の左へ８分の１回転して、二次揚水路を形成し、水圧浸入口３７及び水圧均衡路１９を塞いでいる。

図１４は、油圧ポンプ７の断面拡大図を示しており、ポンプ架台１１に油圧ポンプ７を固定し、メーンピストン５Ａの下死点３８Ａ到達時における油圧ポンプ７の関わり、動作を示している。油圧ポンプ７と回動可能な固定軸１０は不動のものでポンプ架台１１に取り付け、油圧ピストン７Ａと油圧ロッド４２・４２Ａ、ロッド枠４４は一体に連動して、メーンピストン５・５Ａ、背面ピストン６・６Ａと同じ往復運動する、しかしストロークは短く油圧ロッド４２・４２Ａが早く作用してメーンピストン５・５Ａの下死点３８・３８Ａ到達直前には既に起動し揚水切換弁１５・１５Ａを変換しており、メーンピストン５Ａ押圧の場合の油圧パイプ１７（図の左側）は往、（右側）は戻りの流れと成る。

メーンピストン表面１２Ａによってロッド端末４３Ａを押圧し、油圧ピストン７Ａの生み出す油圧媒体は、操作ピストン１４（図９左）及び大気圧開閉弁１６（図６・右路）を起動する。更に、油圧ロッド４２・４２Ａには油圧ピストン７Ａと動向のロッド枠４４をロッド中央に備えて、ポンプ架台１１の回動可能な固定軸１０と、ばね軸１３の付勢によって、動きに対応して押しつけるように成っており、メーンピストン５は油圧ピストン７に遅れて到達する、その動作の間隙を維持している。また、メーンピストン５Ａに取り付けたアーム９は、双方ピストンの往復運動を微調整可能としており、ジョイント４９はアーム９の硬直性の緩和を図り、ピストン間の距離を取るねじゲージ３９を備えて動作を円滑にしている。

図１５は、図４のＢ―Ｂ線断面の拡大を示すものであり、ピストン架台４へメーンピストン５、背面ピストン６を設置している、更に、ポンプ架台１１には油圧ポンプ７を装備してロッド枠４４、転倒防止の連動枠ガイド４５を備えて、ポンプ架台１１に回動可能な固定軸１０を取り付け、ロッド枠４４との間には、ばね軸１３を伸縮自在に連結し、押しばねを使用して前記のように油圧ピストン７Ａの往復運動に対応する。

図１６は、本件、水中圧力原動機、実施の概況を示すものである。タンク１を需要に対応して設置し、暮らしの支援に適応するもので、身近での発電、水素供給を可能としており未来に向けた脱炭素化を推進する。

１ ・・・ タンク
１Ｂ ・・・水面
１Ｃ ・・・タンク壁
２ ・・・上水道
２Ａ ・・・逆止弁
３ ・・・大気開放口
４ ・・・ピストン架台
５ ・・・メーンピストン
５Ａ
６ ・・・背面ピストン
６Ａ
７ ・・・油圧ポンプ
７Ａ ・・・油圧ピストン
８ ・・・メーンピストン裏面
８Ａ
９ ・・・アーム
１０ ・・・固定軸
１１ ・・・ポンプ架台
１２ ・・・メーンピストン表面
１２Ａ
１３ ・・・ばね軸
１４ ・・・操作ピストン
１４Ａ
１５ ・・・揚水切換弁
１５Ａ
１６ ・・・大気圧開閉弁
１７ ・・・油圧パイプ
１８ ・・・揚水道
１８Ａ
１９ ・・・水圧均衡路
１９Ａ
２０ ・・・ピストンケーシング側面
２０Ａ
２１ ・・・揚水路
２１Ａ
２２ ・・・二次揚水パイプ
２３ ・・・揚水タービン
２４ ・・・タービン
２５ ・・・発電機
２６ ・・・背面ピストン頭部
２６Ａ
２７ ・・・大気排水パイプ
２７Ａ
２８ ・・・排水管
２９ ・・・排水槽
３０ ・・・回転軸
３１ ・・・汲み上げポンプ
３２ ・・・吸水パイプ
３３ ・・・排水汲み上げパイプ
３４ ・・・電動揚水ポンプ
３５ ・・・上死点
３５Ａ
３６ ・・・背面ピストン表面
３６Ａ
３７ ・・・水圧浸入口
３８ ・・・下死点
３８Ａ
３９ ・・・ネジゲージ
４０ ・・・水圧均衡バルブ
４０Ａ
４１ ・・・大気圧バルブ
４１Ａ
４２ ・・・油圧ロッド
４２Ａ
４３ ・・・ロッド端末
４３Ａ
４４ ・・・ロッド枠
４５ ・・・ロッド枠ガイド
４６ ・・・閉子
４７ ・・・操作ピストンギヤ
４８ ・・・閉子ギヤ
４９ ・・・ジョイント
５０ ・・・電力

タンク１の一次水圧は、メーンピストン５・５Ａの裏面８・８Ａに吸い込んだ二次水、及び背面ピストン６・６Ａに吸い込んだ二次水、即ち揚水切換弁１５・１５Ａの変換で分離した二次水のうち背面ピストン６・６Ａの水は大気圧開閉弁１６の外へ押し出す水圧で在り、メーンピストン５・５Ａと同じ歩調の動作と成る。背面ピストン６・６Ａの排水は、先が大気圧への自然排水のために動力としてではなく、空滑りの動作であって７５０ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力は一体に連動しているメーンピストン５・５Ａ、断面積３，５００ｃｍ２×ストローク１００ｃｍ＝３５０，０００ｃｍ３の水に移動し、分離した二次揚水としてメーンピストン５・５Ａ裏面８・８Ａに滞留し、この時点では起動しない。

Claims (2)

1. 水面１Ｂ開放のタンク１に貯留する水深、及び水量を保持し、タンク１常態の一次水と別の、揚水切換弁１５・１５Ａの変換に因り分離した、メーンピストン裏面８・８Ａに生じる二次揚水圧力を本発明の動力源と成し、タンク１一次水の水圧接触面メーンピストン表面１２・１２Ａ口径を大とし、背面ピストン表面３６・３６Ａ大気圧接触面を小として、タンク１一次水圧と、大気圧約１ｋｇ・の差圧を生み出すメーンピストン５・５A、及び背面ピストン６・６Aを、ピストン架台４に設置してメーンピストン５と５Ａの間に、双方が連動のアーム９を連結するとともに、異口径ピストン５・６と片方の５Ａ・６Ａを交互に往復運動させ、油圧ポンプ７及び回動可能な固定軸１０をポンプ架台１１に取り付けて、更に油圧ピストン７Ａと油圧ロッド４２・４２Ａ及び油圧ロッド枠４４を一体に連動させ、ばね軸１３の付勢に因り異口径ピストン５・６、５Ａ・６Ａの動作を保持し、メーンピストン表面１２・１２Ａの下死点で起動して、油圧ポンプ７に因り生じる油圧は、油圧パイプ１７により操作ピストン１４・１４Ａ及び大気圧切換弁１６へ配管し油圧媒体で操作ピストン１４・１４Ａを起動して、揚水切換弁１５・１５Ａを動作し、ピストンケーシング側面２０・２０A及び、水圧浸入口３７・３７Ａ、揚水路２１・２１Ａ、水圧均衡路１９・１９Ａ、揚水道１８・１８Ａ、を揚水と水圧均衡の変換に供するとともに、大気圧切換弁１６の開閉に因り、異口径ピストン５・６、５Ａ・６Ａの往復運動を持続可能な動力と成し、揚水切換弁１５・１５Ａの変換に基づきメーンピストン５・５Ａ下死点の折り返しタイミングを図り、タンク１常態の一次水に介在しない、二次揚水圧力の一工程分をタンク１上部に装置した発電機２５の動力に使用。背面ピストン６・６Ａの二次排水一工程分を、大気圧開放弁１６の開放時に下り勾配の大気排水パイプ２７・２７Ａ及び排水管２８の自然排水により排水槽２９に溜めた後、二次揚水パイプ２２の揚水途上に在る揚水タービン２３を駆動して、排水槽２９の排水汲み上げポンプ３１を稼働、排水汲み上げパイプ３３を介した二次揚水圧力で、一次水圧より高圧をかけてタンク壁１Ｃを貫き還元。上記の二次揚水共に全量を循環し一次水に合流して、タンク１水量を保持する、タンク水中圧力原動機。
2. 請求項１に記載の、タンク水中圧力原動機に係る二次排水の回収に、メーンピストン５・５Ａ、背面ピストン６・６Ａを機軸とした動力に因って発電する電力を使用して、排水槽２９の水を電動揚水ポンプ３４で起動し、排水汲み上げパイプ３３による二次排水をタンク１一次水に還元して水量を保持し、二次揚水パイプ２２に装備したタービン２４の駆動後に発電機２５を持続的に稼働する、タンク水中圧力原動機。

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