JP2021042718A

JP2021042718A - エネルギー伝送装置

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Publication number: JP2021042718A
Application number: JP2019165706A
Authority: JP
Inventors: 正己陳; Cheng-Chi Chen
Original assignee: Cheng Chi Chen
Current assignee: Cheng Chi Chen
Priority date: 2019-09-11
Filing date: 2019-09-11
Publication date: 2021-03-18

Abstract

【課題】液体の重力と浮力によりエネルギーを伝送することができるエネルギー伝送装置を提供する。【解決手段】タンクユニット１と駆動ユニット２と作動ユニット８とを備え、液体の重力と浮力を利用して作動ユニット８を作動させるエネルギー伝送装置１００であって、タンクユニット１は、液体を収容する第１のタンク１１及び第２のタンク１２と、第１のタンク１１及び第２のタンク１２と連通している第１の輸送管１３と、第１のタンク１１及び第２のタンク１２と連通している第２の輸送管１４と、を具え、駆動ユニット２は、第２のタンク１２内にある液体の液面に浮く浮体２１と、浮体２１と枢接して作動ユニット８と連接して浮体２１の移動によって作動ユニット８を駆動させる連動部２２と、液体を第１の輸送管１３と第２の輸送管１４を通して第１のタンク１１と第２のタンク１２との間に往復運動させるポンプ２９と、を具える。【選択図】図２

Description

本発明は、エネルギー伝送装置に関し、具体的には、液体の重力及び浮力によりエネルギーを伝送することができるエネルギー伝送装置に関する。

図１を参照して特許文献１に開示されている従来の水力発電装置９について説明する。ここで、図１は従来の水力発電装置９の構造が示される模式図である。

従来の水力発電装置９は、海に隣接している山に設置されていて、水流及び水面の高低差から生じた位置エネルギーを用いて発電を実行するものである。

また、該従来の水力発電装置９は、図１に示されるように、内に海水を導入することができるように海と隣接していて海水面より低い箇所に設置されている貯水池９１と、貯水池９１との間に高低差を形成することができるように例えば山間部に設置されているダム９２と、例えば、海水を搬送するための運搬用タンク車である搬送ユニット９３と、搬送ユニット９３によって貯水池９１にある海水をダム９２まで搬送することができるように貯水池９１とダム９２との間に設けられている搬送通路９４と、貯水池９１に設置されていて貯水池９１にある海水をダム９２まで輸送することを駆動することができるポンプ９５と、一端がポンプ９５と連通していて他端がダム９２と連通していると共に、貯水池９１にある海水をダム９２まで輸送することができるように設置されている輸送管９６と、一端がダム９２の底部と連通していると共に、ダム９２から山の下に延伸していてダム９２にある海水を山の下に導くことができるように設置されている放水管９７と、山の下において放水管９７の他端に設置されていて放水管９７を通して山の下に流れた海水によって駆動され、発電を実行することができる発電機９８と、を備えている。

以下、従来の水力発電装置９の操作手順について説明する。

第１に、貯水池９１が臨海地域に海水面より低い箇所に設置されているため、海水が貯水池９１に自動的に注入される。

第２に、搬送ユニット９３によって、搬送通路９４を介して海水を貯水池９１から山間部に設置されたダム９２まで搬送する。

或いは、ポンプ９５を駆動して貯水池９１にある海水を輸送管９６を通してダム９２まで輸送する。

第３に、ダム９２と放水管９７との間にあるスイッチを放水を許可する状態に切り替えて、ダム９２にある海水が放水管９７を通して山の下に流れる。

第４に、ダム９２から流れた海水の水流の力によって、山の下に設置された発電機９８を駆動して発電を実行させる。

それによって、海水の持つ位置エネルギー（即ち、海水がダム９２にあることで海水に蓄えられたエネルギー）を利用して、落水による水力で発電機９８を回して電気エネルギーを得ることができる。

台湾実用新案第Ｍ５６５７４５号明細書

しかしながら、上記の従来の水力発電装置９によれば、重力による位置エネルギーを利用して発電を実行すること（即ち、エネルギーを伝送又は変換すること）ができるが、本願発明者は更に、液体の浮力をも利用することができると考えた。

よって、本発明は上記問題点に鑑みて、重力と浮力との両方を利用してエネルギー伝送することを実現することができるエネルギー伝送装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明は以下のエネルギー伝送装置を提供する。

即ち、液体を収容するタンクユニットと、前記タンクユニットに設置されている駆動ユニットと、前記駆動ユニットと連接している作動ユニットと、を備えていると共に、前記駆動ユニットを前記液体による重力と浮力とを利用して往復運動させることで前記作動ユニットを作動させるように構成されているエネルギー伝送装置であって、
前記タンクユニットは、内に前記液体を収容する第１の収容空間を画成している第１のタンクと、内に前記液体を収容する第２の収容空間を画成している第２のタンクと、両端が前記第１のタンクの底部及び前記第２のタンクの底部と連通していて前記液体を前記第２のタンクから前記第１のタンクに輸送することができる第１の輸送管と、両端が前記第１のタンクの底部及び前記第２のタンクの底部と連通していて前記液体を前記第１のタンクから前記第２のタンクに輸送することができる第２の輸送管と、を具え、
前記駆動ユニットは、前記第２の収容空間の内に設置されていて水平方向の断面積が前記第２の収容空間の水平方向の断面積と略一致していて前記液体の液面に浮くことができる浮体と、一端が前記浮体と枢接していて他端が前記作動ユニットと連接していて前記浮体が前記浮力によって前記第２の収容空間の内に上下に移動することによって前記作動ユニットを駆動させることができる連動部と、前記液体を前記第１の輸送管を通して前記第２のタンクから前記第１のタンクに輸送することができ、そして前記第１のタンクの内にある前記液体が前記重力によって前記第２の輸送管を通して前記第２のタンクに戻る流体サイクルを形成することができるポンプと、を具え、
前記流体サイクルによって、前記駆動ユニットの前記浮体が、前記第１のタンクにある前記液体の液面高度が前記第２のタンクにある前記液体の液面高度より高くない第１の位置と、前記第１のタンクにある前記液体の液面高度が前記第２のタンクにある前記液体の液面高度より高い第２の位置と、の間で移動することによって、前記駆動ユニットの前記連動部が連動されて前記作動ユニットの運動を駆動することができるエネルギー伝送装置を提供する。

上記構成により、本発明に係るエネルギー伝送装置は、ポンプが第１の収容空間にある液体を第１の輸送管を通して第２の収容空間に流すことによって、駆動ユニットの浮体が第１のタンクにある液体の液面高度が第２のタンクにある液体の液面高度より高くない第１の位置から第１のタンクにある液体の液面高度が第２のタンクにある液体の液面高度より高い第２の位置に移動され、そして第１のタンクにある液体が重力により第２の輸送管を通して第２のタンクに戻される。

それによって、第１のタンクから第２のタンクに流入した液体が浮力により浮体に上向きの力を提供して駆動ユニットの連動部が連動されていて作動ユニットの運動を駆動させることができる。

そのため、本発明に係るエネルギー伝送装置は、重力だけではなく、浮力をも利用することができるものである。

特許文献１に記載された従来の水力発電装置の構造が示される模式図である。本発明に係るエネルギー伝送装置の実施形態の構成が示される斜視図である。該実施形態のエネルギー伝送装置の構成が示される側面図である。該実施形態の駆動ユニットが第１の位置から第２の位置に移動されることが示される側面図である。図３及び図４とは反対の位置から見た側面図であって、該実施形態の駆動ユニットが第２の位置から第１の位置に移動されることが示される側面図である。

以下、本発明に係るエネルギー伝送装置１００について図面を参照して説明する。

図２及び図３を参照して本発明に係るエネルギー伝送装置１００の実施形態を説明する。ここで、図２は本発明に係るエネルギー伝送装置１００の実施形態の構成が示される斜視図であり、また、図３は該実施形態のエネルギー伝送装置１００の構成が示される側面図である。

図２に示されるように、本発明に係るエネルギー伝送装置１００は、液体を収容するタンクユニット１と、タンクユニット１に設置されている駆動ユニット２と、駆動ユニット２と連接している作動ユニット８と、を備えていると共に、駆動ユニット２を液体による重力と浮力とを利用して往復運動させることで作動ユニット８を作動させることができるように構成されている。

タンクユニット１は、図２と図３に示されるように、内に液体を収容する第１の収容空間１１０を画成している第１のタンク１１と、内に液体を収容する第２の収容空間１２０を画成している第２のタンク１２と、両端が第１のタンク１１の底部及び第２のタンク１２の底部と連通していて液体を第２のタンク１２から第１のタンク１１に輸送することができる第１の輸送管１３と、両端が第１のタンク１１の底部及び第２のタンク１２の底部と連通していて液体を第１のタンク１１から第２のタンク１２に輸送することができる第２の輸送管１４と、を具えている。

駆動ユニット２は、図２と図３に示されるように、第２の収容空間１２０の内に設置されていて水平方向の断面積が第２の収容空間１２０の水平方向の断面積と略一致していて液体の液面に浮くことができる浮体２１と、一端が浮体２１と枢接していて他端が作動ユニット８と連接していて浮体２１が浮力によって第２の収容空間１２０の内に上下に移動することによって作動ユニット８を駆動させることができる連動部２２と、第２の輸送管１４に設置されていると共に、第２の輸送管１４を通る液体の動圧によって回転させることができるホイールユニット２３と、第１の輸送管１３に設置されていて液体の流れる方向を制限することができる逆止弁２４と、第２の輸送管１４に設置されていて液体が第１のタンク１１から第２のタンク１２に流れるか否かを制御することができる切換弁２５と、液体を第１の輸送管１３を通して第２のタンク１２から第１のタンク１１に輸送することができ、そして第１のタンク１１の内にある液体が重力によって第２の輸送管１４を通して第２のタンク１２に戻る流体サイクルを形成することができるポンプ２９と、を具えている。

また、浮体２１は、図３に示されるように、外周面に、第２のタンク１２の内周面に沿って案内されて浮体２１を上下移動させることができるように、且つ浮体２１が移動中に揺動することを防止することができるように設置されている複数の案内部２１１を有している。更に、該浮体２１は、本発明に係るエネルギー伝送装置１００に使用される液体の密度より小さい密度の材料を選定して作成されているものである。

また、連動部２２は、図３に示されるように、一端が浮体２１と枢接している第１の連動アーム２２１と、一端が第１の連動アーム２２１の他端と枢接していて他端が作動ユニット８と連接している第２の連動アーム２２２と、から構成されている。本実施形態では、第２の連動アーム２２２は、半円形アーチ（図３参照）に隆起する。勿論、ここで図２と図３に示されるような半円形アーク状に限定されず、他の実施形態において例えば、馬蹄形アーチ、尖頭形アーチ、オジーアーチなどであることができる。即ち、第２の連動アーム２２２の形状に関しては、完全なアーチ状に形成される必要はなく、エネルギー伝送装置１００を操作する効果が得られる各種のアーチ形状或いは擬似アーチ形状から選択して適用することも可能である。

なお、本実施形態では、タンクユニット１の第２のタンク１２は、図２に示されるように、水平方向の断面が矩形であり、これに対応して、駆動ユニット２の浮体２１も、水平方向の断面が矩形であり、また、浮体２１の水平方向の断面積は第２のタンク１２の第２の収容空間１２０の断面積と略一致している。勿論、ここで第２のタンク１２及び浮体２１の断面は、矩形であることに限定されず、他の実施形態において用途に応じて例えば、円形、三角形などであることができる。

具体的には、本実施形態において浮体２１の形状は、第２のタンク１２の形状に従って設計されているが、他の実施形態において浮体２１は、例えば、本発明に係るエネルギー伝送装置１００に使用されている液体の密度より小さい密度の材料により作成された中空状の立方体に形成されても良い。

また、作動ユニット８は、図２に示されるように、第２の連動アーム２２２の他端と連接していて第２の連動アーム２２２の運動に従って回動することができる回動軸８０と、回動軸８０の両端側に配置されている２つの軸荷重８１と、それぞれ回動軸８０の両端と対応の軸荷重８１との間に設置されている２つの軸受ユニット８２と、から構成されている。なお、本実施形態において軸受ユニット８２はワンウェイクラッチを含んで構成され、両方の軸受ユニット８２の回転方向が反対となるように設けられている。このような構成により、回動軸８０がいずれの方向に回転しても、２つの軸荷重８１のいずれかを回転させることができ、且つ軸荷重８１の回転方向を一定にすることができる。

以下、本発明に係るエネルギー伝送装置１００の操作手順について図面を参照して説明する。

図４及び図５を参照して本発明に係るエネルギー伝送装置１００の使用状態を説明する。ここで、図４は該実施形態の駆動ユニット２が第１の位置から第２の位置に移動されることが示される側面図であり、また、図５は該実施形態の駆動ユニット２が第２の位置から第１の位置に移動されることが示される側面図である。

第１に、駆動ユニット２の浮体２１が、図３に示されるように、第１のタンク１１にある液体の液面高度が第２のタンク１２にある液体の液面高度より高くない第１の位置にある。

第２に、例えば、電気エネルギーによりポンプ２９を駆動して、第２のタンク１２内にある液体を第１の輸送管１３を通して第１のタンク１１に輸送することによって、駆動ユニット２の浮体２１が、図４に示されるように、第１の位置から下がって第１のタンク１１にある液体の液面高度が第２のタンク１２にある液体の液面高度より高い第２の位置に移動される。

この場合に、第１のタンク１１と第２のタンク１２との間に、液面の高低差が形成されることで、位置エネルギーが蓄えられる。

第３に、第２の輸送管１４に設置されている切換弁２５を流れを許可する状態に切り替えて、第１のタンク１１にある液体が重力による位置エネルギーによって第２の輸送管１４を通して第２のタンク１２に輸送される。

また、図５に示されるように、第２の輸送管１４に設置されているホイールユニット２３は、浮体２１が第２の位置から第１の位置に移動される際に、第２の輸送管１４を通る液体の動圧で回転される。ここで、該ホイールユニット２３は、例えば、発電機、扇風機などと連接していて発電させ、又は、風を発生させることができる。

第４に、第２の輸送管１４から液体が第２のタンク１２に流入する際に、第２のタンク１２において流入して来る液体が、浮体２１に対して浮力を提供して浮体２１を上げ続ける（浮体２１が第１の位置まで上がる）。

なお、該液体は、図５に示されるように、連通管の原理で第１のタンク１１にある液体の液面高度が第２のタンク１２にある液体の液面高度と等しくなるまで第２のタンク１２に流入する。更に言うと、切換弁２５が流れを許可する状態に切り替えられると、第１のタンク１１にある液体が該液体の重力による位置エネルギーによって第２の輸送管１４を通して第２のタンク１２に流入して、該液体の重力からなる慣性で第２のタンク１２にある液体の液面高度が第１のタンク１１にある液体の液面高度より略高い瞬間が発生する可能性もある。

また、浮体２１が上がることにつれて、一端が浮体２１と枢接していて他端が作動ユニット８と連接している連動部２２が連動され、作動ユニット８の運動（ここでは即ち回動）を駆動させる。なお、該作動ユニット８は、ホイールユニット２３と同じく例えば、発電機や扇風機と連接して発電させ、又は、風を発生させることができる。

詳しく言うと、流体サイクルによって、駆動ユニット２の浮体２１が、第１のタンク１１にある液体の液面高度が第２のタンク１２にある液体の液面高度より高くない第１の位置と、第１のタンク１１にある液体の液面高度が第２のタンク１２にある液体の液面高度より高い第２の位置と、の間で移動することによって、駆動ユニット２の連動部２２が連動されて往復運動することで作動ユニット８の運動を駆動することができる。また、ポンプ２９の起動／遮断を繰り返して実行すると、第１のタンク１１、第１の輸送管１３、第２のタンク１２、第２の輸送管１４、第１のタンク１１、という順に流体サイクルを形成するようになることによって、ホイールユニット２３と作動ユニット８との運動が続けられる。

以下、本発明に係るエネルギー伝送装置１００を水力発電装置に応用する例を説明する。

第１のタンク１１は、海岸近くに、海面の昇降及び波の変化によって海水を自然に収集することができるように建設される一方、第２のタンク１２は、海岸近くに、収容した水を海へ排出することができるように建設される。また、作動ユニット８は、発電機と連接していて該発電機を作動させて発電させることができる。

また、第１のタンク１１が、海面の昇降や波の変化によって海水を豊富に収集できる場合には、ポンプ２９を閉じ、且つ第２の輸送管１４に設置されている切換弁２５を開いた状態で、第１のタンク１１に収容した海水を第２のタンク１２に水面が第１のタンク１２の水面と同一になるまで流しながら駆動ユニット２を介して作動ユニット８を駆動し、そして切換弁２５を閉じてから第２のタンク１２に収容した海水を排出しながら駆動ユニット２を介して作動ユニット８を駆動する。

一方、第１のタンク１１が、海面の昇降や波の変化によっても海水を十分に収集できない場合でも、第２のタンク１２からの海水排出を停止することに加え、切換弁２５の開閉及びポンプ２９の起動によって海水を第１のタンク１１と第２のタンク１２との間に循環させながら、駆動ユニット２を介して作動ユニット８を駆動する。

総括すると、本発明に係るエネルギー伝送装置１００は、ポンプ２９が第１の収容空間１１０にある液体を第１の輸送管１３を通して第２の収容空間１２０に流すことによって、駆動ユニット２の浮体２１が第１のタンク１１にある液体の液面高度が第２のタンク１２にある液体の液面高度より高くない第１の位置から第１のタンク１１にある液体の液面高度が第２のタンク１２にある液体の液面高度より高い第２の位置に移動され、そして第１のタンク１１にある液体が重力により第２の輸送管１４を通して第２のタンク１２に戻され、流体サイクルになる。

それによって、第１のタンク１１から第２のタンク１２に流入した液体が浮力により浮体２１に上向きの力を提供して駆動ユニット２の連動部２２が連動されて作動ユニット８の運動を駆動させることができる。

そのため、本発明に係るエネルギー伝送装置１００は、液体の重力、浮力、そして連通管の原理を利用して、例えば、電気エネルギーによりポンプ２９を駆動して、該電気エネルギーを液体の第１のタンク１１と第２のタンク１２とにある液体の液面の高低差からなる位置エネルギーに変換して、そして該液体の重力を用いて該位置エネルギーを浮体２１の運動エネルギーに変換して、そして連動部２２によって該浮体２１の運動エネルギーを作動ユニット８の運動エネルギーに変換する。それによって、ポンプ２９から作動ユニット８までエネルギーを伝送することができる。

上記においては、本発明の全体的な理解を促すべく、多くの具体的な詳細が示された。しかしながら、当業者であれば、一またはそれ以上の他の実施形態が具体的な詳細を示さなくとも実施され得ることが明らかである。

以上、本発明の好ましい実施形態及び変化例を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、最も広い解釈の精神および範囲内に含まれる様々な構成として、全ての修飾および均等な構成を包含するものとする。

本発明に係るエネルギー伝送装置は、例えば発電装置に応用することができる。

９水力発電装置
９１貯水池
９２ダム
９３搬送ユニット
９４搬送通路
９５ポンプ
９６輸送管
９７放水管
９８発電機
１００エネルギー伝送装置
１タンクユニット
１１第１のタンク
１１０第１の収容空間
１２第２のタンク
１２０第２の収容空間
１３第１の輸送管
１４第２の輸送管
２駆動ユニット
２１浮体
２１１案内部
２２連動部
２２１第１の連動アーム
２２２第２の連動アーム
２３ホイールユニット
２４逆止弁
２５切換弁
２９ポンプ
８作動ユニット
８０回動軸
８１軸荷重
８２軸受

Claims

液体を収容するタンクユニットと、前記タンクユニットに設置されている駆動ユニットと、前記駆動ユニットと連接している作動ユニットと、を備えていると共に、前記駆動ユニットを前記液体による重力と浮力とを利用して往復運動させることで前記作動ユニットを作動させるように構成されているエネルギー伝送装置であって、
前記タンクユニットは、内に前記液体を収容する第１の収容空間を画成している第１のタンクと、内に前記液体を収容する第２の収容空間を画成している第２のタンクと、両端が前記第１のタンクの底部及び前記第２のタンクの底部と連通していて前記液体を前記第２のタンクから前記第１のタンクに輸送することができる第１の輸送管と、両端が前記第１のタンクの底部及び前記第２のタンクの底部と連通していて前記液体を前記第１のタンクから前記第２のタンクに輸送することができる第２の輸送管と、を具え、
前記駆動ユニットは、前記第２の収容空間の内に設置されていて水平方向の断面積が前記第２の収容空間の水平方向の断面積と略一致していて前記液体の液面に浮くことができる浮体と、一端が前記浮体と枢接していて他端が前記作動ユニットと連接していて前記浮体が前記浮力によって前記第２の収容空間の内に上下に移動することによって前記作動ユニットを駆動させることができる連動部と、前記液体を前記第１の輸送管を通して前記第２のタンクから前記第１のタンクに輸送することができ、そして前記第１のタンクの内にある前記液体が前記重力によって前記第２の輸送管を通して前記第２のタンクに戻る流体サイクルを形成することができるポンプと、を具え、
前記流体サイクルによって、前記駆動ユニットの前記浮体が、前記第１のタンクにある前記液体の液面高度が前記第２のタンクにある前記液体の液面高度より高くない第１の位置と、前記第１のタンクにある前記液体の液面高度が前記第２のタンクにある前記液体の液面高度より高い第２の位置と、の間で移動することによって、前記駆動ユニットの前記連動部が連動されて前記作動ユニットの運動を駆動することができる、
ことを特徴とするエネルギー伝送装置。
前記駆動ユニットは、前記第２の輸送管に設置されていると共に、前記浮体が前記第２の位置から前記第１の位置に移動される際に、前記第２の輸送管を通る前記液体の動圧によって回転させることができるホイールユニットを更に具える、
ことを特徴とする請求項１に記載のエネルギー伝送装置。
前記第２のタンクは、水平方向の断面が矩形であり、
前記駆動ユニットの前記浮体は、水平方向の断面が矩形である、
ことを特徴とする請求項１に記載のエネルギー伝送装置。
前記駆動ユニットの前記浮体は、外周面に前記第２のタンクの内周面に沿って案内されて該浮体を上下に移動させることができるように設置されている複数の案内部を有している、
ことを特徴とする請求項１又は請求項３に記載のエネルギー伝送装置。
前記駆動ユニットは、前記第１の輸送管に設置されていて前記液体の流れる方向を制限することができる逆止弁を更に具えている、
ことを特徴とする請求項１に記載のエネルギー伝送装置。
前記駆動ユニットは、前記第２の輸送管に設置されていて前記液体が前記第１のタンクから前記第２のタンクに流れるか否かを制御することができる切換弁を更に具えている、
ことを特徴とする請求項１又は請求項５に記載のエネルギー伝送装置。
前記連動部は、一端が前記浮体と枢接している第１の連動アームと、一端が前記第１の連動アームの他端と枢接していて他端が前記作動ユニットと連接している第２の連動アームと、から構成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のエネルギー伝送装置。