JP3105668U

JP3105668U - 動力発生装置

Info

Publication number: JP3105668U
Application number: JP2003273403U
Authority: JP
Inventors: 國生橋本
Original assignee: 株式会社日本パイプコンベヤ研究所
Priority date: 2003-08-22
Filing date: 2003-12-25
Publication date: 2004-11-25
Anticipated expiration: 2009-12-25
Also published as: US20050039449A1; AU2003292732A1; WO2005019644A1

Abstract

【課題】構造及び作動原理が簡単で、容易に実施し得る機構とした、クリーンで経済性のある動力発生装置を提供する。
【解決手段】内部に液体が封入された回転体１と、回転体１の外周に等間隔を空けて設けられた２以上の作動機３と、ローラ１１が転動するガイドレール４１と、を備える。回転体１の上部に位置する少なくとも１の作動機のシリンダ７内を真空にして、その真空圧と大気圧との差圧をピストンに作用させると共に、ローラ１１をガイドレール４１に係合させ、それによって、回転体１に回転力を付与する。
【選択図】図１

Description

本考案は、真空圧と大気圧との差圧によって動力を発生させる装置に関する。

この種の動力発生装置として、液体の重量と大気圧とを利用してトリチェリーの真空を形成し、その真空圧と大気圧との差圧によって動力を発生させる装置が知られている（例えば特許文献１及び２参照）。

この特許文献に開示された装置は、Ｕ型作動管を複数備えている。各作動管内には水銀等の液体が収容されると共に、その上端部にピストンが気密状態を保って摺動自在に嵌合されている。複数の作動管はそれぞれクランク軸に連結されており、各作動管はクランク軸の回転に伴い起倒する。作動管は起立してほぼ垂直を向いたときに、液体の重力によってピストンの下方にトリチェリーの真空が形成される。この真空によってピストンが作動管内に引き込まれる力を利用してクランク軸を回転させる。クランク軸の回転に伴い作動管は倒伏し、倒伏した作動管のピストンは液体の重量によって押し戻される。作動管はピストンが押し戻された状態でクランク軸の回転と共に再び起立し、その作動管内には再びトリチェリーの真空が形成される。このように前記装置は、複数の作動管が前記の起倒動作を、位相を異ならせて繰り返すことによって、クランク軸を連続して回転させる。
特開平８−１５９００７号公報（第１図、第２図）米国特許第５６７１６０２号明細書（第１図、第２図）

しかし、前記特許文献に開示されている装置は、複数の作動管と、それらを位相を異ならせて倒伏させる機構とが必要であるため、構造が複雑であるという問題がある。

また、起倒動作に伴う各作動管内での液体の移動によって、その重心位置が移動するため、クランク軸の回転バランスが崩れてしまうという問題もあり、再三の試作にも拘わらず実用化されていない。

本考案は、従来の技術が有する前記のような問題点に鑑み、構造及び作動原理が簡単で、容易に実施し得るようにした、クリーンで経済性のある動力発生装置を提供することを目的とする。

本考案の動力発生装置は、真空圧と大気圧との差圧によって動力を発生させる装置である。この装置は、架台と、架台に対し軸支されて水平軸回りの一方向に回転する、内部に液体が封入された回転体と、前記回転体の外周に等間隔を空けて設けられた２以上の作動機と、前記回転体の上方位置を開始端として、そこから該回転体の回転方向下方の終了端まで傾斜して設けられたガイドレールと、を備え、前記各作動機は、前記回転体の外周に設けられて該回転体内に連通するシリンダと、前記シリンダに内挿されて、上端点と下端点との間をシリンダ軸線方向に往復動するピストンと、前記ピストンに連結されたピストンロッドと、前記ピストンロッドの先端部に取り付けられて、前記ガイドレール上を転動するローラと、前記作動機を、前記ピストンが上端点で固定されてその往復動を規制した固定状態と、その往復動を許容した可動状態と、に切り替えるロック機構と、を有する。

前記装置は、前記回転体の上部に位置する少なくとも１の作動機のシリンダ内に液面が形成されるように前記回転体及び各シリンダの内部に前記液体を封入すると共に、前記シリンダ内における前記液面よりも上方を真空にした状態を初期状態とする。そして、前記シリンダ内に真空が形成された作動機を、前記ロック機構によって可動状態に切り替えて、前記シリンダの上端点に位置するピストンを真空圧と大気圧との差圧によってシリンダ内に引き込む第１ステップと、前記可動状態に切り替えられた作動機のローラを、前記ガイドレールの開始端近傍に係合させる第２ステップと、前記ローラがガイドレールに係合することによって、当該作動機のシリンダがピストンに対し相対的に移動して、前記回転体に回転力が付与される第３ステップと、前記シリンダの相対移動が継続し、それによって回転体が回転するに伴い、前記ローラが前記ガイドレール上を転動する第４ステップと、前記ローラが前記ガイドレールの終了端に到達すると共に、前記ピストンがシリンダの下端点に位置し、さらに前記シリンダが前記液面よりも下方に位置することによって、そのシリンダ内の真空が消滅する第５ステップと、前記ローラが前記ガイドレールの終了端から離れた後に、前記ピストンが液体及びピストン・ピストンロッド・ローラの重量によって当該シリンダの上端点まで移動する第６ステップと、前記上端点までピストンが移動した作動機を、前記ロック機構によって固定状態に切り替える第７ステップと、前記固定状態に切り替えられた作動機が、前記回転体の回転に伴い前記液面よりも上方に移動して、そのシリンダ内に再び真空が形成される第８ステップと、の各ステップを前記複数の作動機が順に繰り返す。このことによって、前記回転体を回転させる。

前記各作動機のシリンダは、前記回転体の外周面から放射方向に突出する基部と、該基部の外端部において折曲されて前記回転体の回転方向に延びる作動部と、を含むものとして、前記ピストンは、前記作動部内を往復動させてもよい。

また、前記各作動機のシリンダは前記回転体の外周面から放射状に、直線状に設けることもできる。この場合、ガイドレールは、前記回転体の上方位置を開始端として、そこから該回転体の回転方向下方の終了端まで傾斜して設ける。

前記動力発生装置は、少なくとも１の作動機のシリンダに連通するエア抜き管と、前記回転体の外周面の、前記エア抜き管に近接する位置に設けた給液管と、をさらに備えてもよい。このときに、前記給液管の開口端は、それを前記回転体の頂部に位置させたときに前記エア抜き管の開口端よりも上位に位置させることが好ましい。

前記ロック機構は、作動レバーを有するものとして、前記動力発生装置は、前記回転体の上部近傍位置に設けられて、前記作動機が固定状態から可動状態に切り替わるように前記作動レバーを操作するロック解除手段と、前記回転体の下部近傍位置に設けられて、前記作動機が可動状態から固定状態に切り替わるように前記作動レバーを操作するロック作動手段と、をさらに備えてもよい。さらに、作動レバーの作動を電磁接点作用方式とすることもできる。

前記動力発生装置は、前記回転体に初動回転力を付与する始動装置をさらに備えてもよい。また、前記動力発生装置は、前記回転体の回転速度を一定速度にする定速装置をさらに備えてもよい。

前記動力発生装置を製造する方法は、以下の（ａ）〜（ｇ）のステップを含む。すなわち、（ａ）回転体内に連通する２以上のシリンダを、当該回転体の外周に等間隔を空けて設けるステップ、（ｂ）ピストンロッドの先端部にローラを取り付けると共に、そのピストンロッドをピストンに連結するステップ、（ｃ）前記各シリンダに前記ピストンを内挿するステップ、（ｄ）前記各シリンダに、前記ピストンをシリンダの上端点で固定してその往復動を規制した固定状態と、その往復動を許容した可動状態と、に切り替えるロック機構を設けるステップ、（ｅ）前記回転体を、水平軸回りの一方向に回転するように架台に対し軸支するステップ、（ｆ）前記回転体の上方位置を開始端として、そこから該回転体の回転方向下方の終了端まで傾斜するガイドレールを設けるステップ、（ｇ）前記回転体の上部に位置する少なくとも１の作動機のシリンダ内に液面が形成されるように前記回転体及び各シリンダの内部に前記液体を封入すると共に、前記シリンダ内における前記液面よりも上方を真空にするステップ。

本考案の動力発生装置によれば、作動機のシリンダ内を真空にし、ローラをガイドレールに係合させることによって、その真空圧と大気圧との差圧を回転体の回転力に変換する。この回転動力は大気圧をエネルギーとして発生させたものであって、クリーンなエネルギーであり、環境汚染のおそれが全くない。しかも、構造及び作動原理が簡単で、容易に実施することができる。

また、前記エア抜き管及び給液管を備えることによって、装置の初期状態をより容易に作り出すことができる。つまり、給液管及びエア抜き管を回転体の頂部に位置させると共に、エア抜き管を開いた状態にして、前記給液管から回転体内に液体を供給する。このことによって、回転体内及び各シリンダ内に完全に液体を満たすことができる。そうした後に、給液管及びエア抜き管を密閉し、回転体の下部に位置する給液管を開く。こうして液体を回転体の外部に放出することによって、回転体の上部に位置するシリンダ内に、トリチェリーの真空と同様の真空を形成することができる。また、エア抜き管及び給液管はそれぞれ、各シリンダに連通する連通管に対して連通させることができる（給液管は回転体にも連通させる）。この場合、エア抜き管及び給液管は連通管を介して互いに連通し、エア抜き管及び給液管は共にシリンダに連通する。連通管には各シリンダ内に混入した空気が集められる。

さらに、前記回転体の上部近傍位置にロック解除手段を、その下部近傍位置にロック作動手段を備えることによって、回転体の回転に伴い、回転体の上部近傍位置で各作動機を固定状態から可動状態に切り替え、回転体の下部近傍位置で各作動機を可動状態から固定状態に切り替えることができる。それによって、前記の第１ステップと第７ステップとをそれぞれ自動的に行うことができる。

加えて、始動装置を備えることによって、動力発生装置を確実に始動することができ、定速装置を備えることによって、発電機用の回転動力として最適化することができる上に、各作動機に作用する遠心力が増大することによる不具合を未然に防止することができる。

従って、本考案の動力発生装置は、新エネルギーとして従来の種々のエネルギーに代わって利用する可能性がある。しかも、エネルギー源は無制限であり経済性にも優れる。また、そのエネルギー源は安定供給である。

以下、本考案の一実施形態を、図面に基づいて説明する。図１〜図４は、本考案の一実施形態を示す。

同図において、１は、中心軸線を水平とした回転体であって、その内部は気密及び液密状態にされている。また、前記回転体１の中心には、水平方向の延びる出力軸２が貫通している。前記出力軸２は、回転体１を挟んだ前後一対の軸受４３を介して架台４に支持されていて、これにより前記回転体１は、水平軸回りに回転する。

前記出力軸２の端部には、平歯車、チェーンスプロケット、プーリ等からなる第１伝動車５及び第２伝動車６が取り付けられている。第１伝動車５は、例えば発電機等の被駆動手段（図示省略）に、出力軸２の回転力を伝えるものであり、回転体１の回転速度を一定にするための定速装置（図示省略）が連結される。定速装置は種々の方式のものが採用可能である。一方、第２伝動車６は、前記回転体１の始動時に初期回転力を付与するための始動装置（図示省略）が連結される。第１伝動車５と被駆動手段との間には、必要に応じて動力伝達を遮断するクラッチを設けてもよい。

前記回転体１の外周には、２以上（図例では８基）の作動機３が等間隔を空けて設けられている。各作動機３は、後述するようにシリンダ７、ピストン９、ピストンロッド１０、ローラ１１、ロック機構１３を含む。

前記回転体１の外周面１ａには、互いに同一形状を有する複数（図例では８個）のシリンダ７が、円周方向に等間隔でかつ、外周面１ａに対して等角度をもって設けられている。各シリンダ７は、前記回転体１の内部と連通している。各シリンダ７は、前記回転体１の外周面１ａから放射方向に延出する基部７ａと、この基部７ａの端部から回転体１の回転方向に延びる作動部７ｂとからなり、正面視でＬ字状に屈曲している。前記作動部７ｂの遊端部は、回転体１の外周面１ａから放射方向に延出する支持杆８によって支持されている。

前記各シリンダ７の作動部７ｂにはピストン９が内嵌していて、シリンダ７及び、それに連なる回転体１内を気密及び液密状態にしている。前記ピストン９は、作動部７ｂの軸線方向最外方位置である上端点と、最内方位置である下端点との間を軸線方向に往復動する。

このピストン９には、各シリンダ７の作動部７ｂから軸線方向の外方に突出するピストンロッド１０の一端が連結されている。このピストンロッド１０の他端部には、１対のローラ１１，１１が、前記出力軸２と同じ前後方向に延びる軸１２に軸支されている。

各シリンダ７の作動部７ｂの遊端部には、前記ピストン９が上端点に位置した状態で、そのピストン９及びピストンロッド１０を固定するロック機構１３が設けられている。

このロック機構１３は、各シリンダ７の作動部７ｂの遊端に接続された筒体１４と、前記各ピストンロッド１０の中間部に設けられた１対のローラ１６と、前記筒体１４内の中間部に設けられた反転板１９と、前記反転板１９の外周面に突設された１対のピン状の作動レバー２１，２２とを含む。

前記筒体１４には、その下部に空気口４４が設けられていて、これによりピストン９に対して大気圧が作用する。

前記ローラ１６は、前記ピストンロッド１０の中間部に、その径方向に突設された１対の軸１５のそれぞれに軸支されていて、前記ピストン９が上端点に位置した状態では前記反転板１９の上方に位置する。ローラ１６は、前記反転板１９の上方位置において、後述するロック機構によって固定される。

前記反転板１９は、上下１対のスラストベアリング１７，１７に挟持されることによって前記筒体１４に収められていて、前記筒体１４の軸周りに反転自在でかつ、その軸線方向には移動不能とされている。また、前記反転板１９には、図４に示すように、その中央部に通過孔１８が穿設されていて、この通過孔１８は、反転板１９の反転に伴い反転する。以下、前記通過孔１８が図４に実線で示す向きとなった位置を、ロック機構１３のロック位置と呼び、前記通過孔１８が図４に仮想線で示す向きとなった位置を、ロック機構１３のロック解除位置と呼ぶ。

前記作動レバー２１，２２は、前記筒体１４の外周面に形成された長孔２０を通ってその筒体１４の外方に突出している。後述するように、この作動レバー２１，２２を動かすことによって反転板１９を反転させ、それによって、前記ロック機構１３をロック位置とロック解除位置とに切り替える。この作動レバー２１，２２の先端には、その軸線回りに回転するローラ２１ａ，２２ａを設けるのが好ましい。

前記ロック機構１３が、図４に仮想線で示すロック解除位置に位置しているときには、軸１５及びローラ１６は、通過孔１８内を通過することができ、それに伴いピストンロッド１０及びピストン９は、シリンダ７の作動部７ｂの軸線方向に往復動することができる。つまり、その作動機３は、可動状態になる。

一方、前記ロック機構１３が、図４に実線で示すようなロック位置に位置しているときには、通過孔１８が軸１５及びローラ１６の移動軌跡から外れ、軸１５及びローラ１６が前記通過孔１８内を通過することができなくなる。従って、前記ピストン９が上端点に位置した状態で、反転板１９をロック位置に位置付けることによって、ピストン９は、シリンダ７の内方へ移動することができなくなる。つまり、その作動機３は、固定状態になる。

前記ロック機構１３は、回転体１の下方位置において架台４に取り付けられロック作動手段２３によって、ロック解除位置からロック位置に切り替えられる。また、前記ロック機構１３は、回転体１の上方位置において前記架台４に取り付けられたロック解除手段２４によって、ロック位置からロック解除位置に切り替えられる。

本実施の形態では、前記ロック作動手段２３は、傾斜面２５ａを有する傾斜カム２５によって構成されている。この傾斜カム２５は、回転体１の下方に相当する位置で前記架台４に対し固着されている。傾斜カム２５は、ロック作動用の作動レバー２１の移動軌跡上に位置しており、図６に示すように、前記回転体１の回転に伴いその下部に到達したシリンダ７のロック作動用の作動レバー２１は、前記傾斜カム２５の傾斜面２５ａに当接する。こうして、回転体１の回転に伴い作動レバー２１は傾斜面２５ａに沿って移動して、その作動レバー２１の移動に伴って反転板１９が反転する。その結果、ロック機構１３がロック位置に切り替わる。

また、本実施の形態では、前記ロック解除手段２４も、傾斜面２７ａを有する傾斜カム２７によって構成されている。この傾斜カム２７は、回転体１の上方に相当する位置で架台４に設けられた電磁ソレノイド２６のプランジャ２６ａに固着されている。図５に示すように、前記電磁ソレノイド２６が励磁されている状態で、前記傾斜カム２７は、ロック解除用の作動レバー２２の移動軌跡上に位置し、電磁ソレノイド２６が消磁された状態で、前記傾斜カム２７は前記作動レバー２２の移動軌跡上から外れる。これにより、前記傾斜カム２７を前記移動軌跡上に位置させた状態では、前記回転体１の回転に伴い、その上部に到達したシリンダ７のロック解除用の作動レバー２２が傾斜面２７ａに当接する。このことにより、反転板１９が回動して、ロック機構１３がロック解除位置に切り替わる。

尚、ロック作動手段２３及びロック解除手段２４は、前記の構成に限らず、例えば電磁ソレノイド等により、作動レバー２１，２２を直接動かすものとしてもよい。この場合、作動レバー２１，２２が予め定めた位置に到達したことを、非接触式センサにより検知して前記電磁ソレノイドを作動させることによって、前記作動レバー２１，２２を動かすことが好ましい。

前記回転体１内には液体２９が封入されている。また、８基のシリンダ７の内、その上部に位置する１又は２基のシリンダ７内には真空２８が形成され、その他のシリンダ７内には液体が封入される。

前記回転体１の外周面１ａの一部には、大口径の注液口３１が設けられている。この注液口３１には、開閉弁３０が設けられる。注液口３１は、回転体１及び各シリンダ７内に液体２９を供給するための口である。

また、各シリンダ７には、接続管３２の内端が接続されている。接続管３２は、シリンダ７が前記回転体１の頂部に位置したときに、その最上部となる部分に接続されている。径方向に延びる各接続管３２の外端部は、出力軸２を中心とする環状の連通管３３に接続されている。各シリンダ７の内部は、接続管３２を介して連通管３３に連通されている。

前記環状の連通管３３には、２つのエア抜き管３５，３５が連通している。エア抜き管３５，３５は、互いに１８０°だけ間を空けて配置されていて、それぞれ回転体１の径方向の外方に延びている。各エア抜き管３５は、開閉弁３４を備えている。

前記各エア抜き管３５に近接する回転体１の外周面１ａには、給液管３７が設けられている。各給液管３７は、回転体１の径方向の外方に延びていて、開閉弁３６を有している。この各給液管３７の長さは、エア抜き管３５の長さよりも長く、給液管３７をほぼ真上に向けたときには、その開口端が、エア抜き管３５の開口端よりも上方に位置する。

前記液体２９としては、水銀、水、重水、その他のあらゆる液体を使用することが可能である。特に、比重が大で、かつ粘性の小さい液体であることが好ましい。この例では、液体２９を水とする。

回転体１の上部に位置するシリンダ７の基部７ａから上方に真空２８が形成されるように回転体１内に液体２９を封入するには、次のような要領で回転体１内に液体２９を供給するのがよい。

すなわち、注液口３１が真上を向くようにして、回転体１を停止させておき、その開閉弁３０と、それに近接するエア抜き管３５の開閉弁３４又は給液管３７の開閉弁３６とを開放し、それら以外の弁３４，３５は閉じておく。

この状態で、注液口３１より給液を開始し、回転体１内が液体２９でほぼ満たされた後に、注液口３１の弁３０を閉じる。そして、その注液口３１に近接するエア抜き管３５と給液管３７とが真上を向くように回転体１を若干回転させた後、その位置で回転体１を停止させる。

次いで、上方に位置するエア抜き管３５の開閉弁３４と給液管３７の開閉弁３６とを共に開いて、前記給液管３７より再度液体２９を注入する。これによって、最初の給液時に満たされなかった回転体１の上部とそれより上方に位置するシリンダ７、接続管３２、連通管３３にも、液体２９が確実に充填される。エア抜き管３５から液体２９が溢れた時点で、液体２９の注入を停止し、エア抜き管３５の弁３４と給液管３７の弁３６とを閉じる。

その後、真下に位置する給液管３７の弁３６を開いて、回転体１の下端よりその中の液体２９を、シリンダ７の基部７ａから回転体１の外周部までの適宜の範囲に跨るように設けておいた液面計３８の液面４２まで排出する。こうすることで、回転体１の上部に位置するシリンダ７に、トリチェリーの真空が形成される。

液体２９の液面が、符号４２の位置まで下降したとき、真下の給液管３７の弁３６を閉じ、液体２９の液面の高さをその位置に固定する。

こうして、回転体１内に液体２９を封入すると共に、その上部に位置する１又は２基のシリンダ７内に真空２８を形成することができる。この状態を、本装置の初期状態とする。

前記回転体１の上部に位置するシリンダ７の基部７ａから上方にトリチェリーの真空と同様の真空２８を形成するためには、回転体１の直径Ｄを、少なくとも液体２９の１気圧相当高さより大とする必要がある。液体２９が水であるときには、回転体１の内径Ｄは、１０．３４ｍより大としなければならず、液体２９が水銀であるときには、回転体１の内径Ｄは、０．７６ｍより大としなければならない。この例では、液体２９が水であるため、回転体１の内径Ｄを３０ｍに設定している。

尚、回転体１内に液体２９を封入する手順は、前記には限らない。例えば、液体２９の液面が、所定の位置になるように回転体１内に液体２９を注入して密閉し、その後、回転体１の上部に位置するシリンダ７内の空気を、例えば真空ポンプを利用して排出することによって、そのシリンダ７内に真空２８を形成してもよい。

前記連通管３３の一部には、真空計３９が開閉弁４０を介して接続されている。この弁４０は、通常の作動時には密閉される。真空計３９は、装置の定期検査時等に、回転体１内の真空度を検出するものである。具体的には、真空計３９がほぼ真上に位置するように回転体１を停止し、その状態で、開閉弁４０を開いたときの真空計３９の計測値を読みとる。その計測値に基づいて、回転体１、各シリンダ７及びそれに連通している連通管３３内に、空気が侵入したか否かを検出することができる。真空計３９によって検出される真空度が予め設定した値より低下した場合、又は、回転体１から液体２９が漏出する等によって、液面計３８により検出される液体２９の液面が予め定めた値より下降した場合等には、上述したように、エア抜き管３５と給液管３７とを用いて、回転体１内の液体２９の入れ直しを行う。そうすることによって、装置は初期状態に戻される。

図１及び図３に示すように、架台４には、断面Ｌ宇状の１対の部材からなるガイドレール４１が固着されている。ガイドレール４１は、回転体１のほぼ真上位置を開始端として、そこから終了端まで右側方に下向きに傾斜して配置されている。回転体１の上部に位置する作動機３のローラ１１はこのガイドレール４１上を転動する。ガイドレール４１は、ローラ１１の転動面における全ての点の接線が、その各点から出力軸２の中心に向かって引いた法線と直交する直線に対して常に同一の右下向き傾斜角をなす弧状とするのが好ましい。ガイドレール４１の長さは、ローラ１１が出力軸２を中心として、４５°以上回動する範囲よりも長く設定する。図例では、ローラ１１が出力軸２を中心として約６７．５°回動する長さに設定されている。ガイドレール４１の長さと、その下向き傾斜角との関係は反比例の関係にあるため、ガイドレール４１の長さに応じて、そのガイドレール４１の湾曲形状が設定される。

次に、この動力装置の動作について説明する。上述したように、初期状態では、全ての弁３０，３４，３６，４０は閉じられ、回転体１及び連通管３３内の液体２９の液位４２は、図１に示すように設定されている。その液位４２よりも上方のシリンダ７内には、真空２８が形成されている。図１では、回転体１の頂部に位置するシリンダ７内と、それの左隣に位置するシリンダ７内とに真空２８が形成されている。

また、全ての作動機３は、ロック機構１３によって固定状態にされている。

この初期状態から、第２伝動車６に接続された始動装置によって、回転体１に初期回転力を付与する。これにより、回転体１は回転を開始する。また、ロック解除手段２４における電磁ソレノイド２６を励磁して傾斜カム２７をレバー２２の移動軌跡上に位置させる。これにより、回転体１の回転に伴い、ロック解除手段２４を通過した作動機３は、固定状態から可動状態に切り替えられる。この可動状態に切り替えられた作動機３のシリンダ７内には、真空２８が形成されているため、そのピストン９に対しシリンダ７内外の差圧が作用する。それにより、ピストン９がシリンダ７内に引き込まれ、それに伴うピストンロッド１０の移動により、その先端に設けられたローラ１１がガイドレール４１の開始端近傍に圧接する。ローラ１１がガイドレール４１に係合することによって、ピストン９がシリンダ７内に引き込まれることが規制され、代わりにシリンダ７がピストン９に対して相対的に移動をする。その結果、回転体１に右方への回転力が付与される。

前記回転体１の回転に伴いローラ１１はガイドレール４１に沿って転動するが、その間にシリンダ７は、ピストン９が作動部７ｂの下端点に位置するまで、ピストン９に対する相対的な移動を継続する。そうして、ピストン９が下端点に位置しかつ、回転体１の回転によって作動機３が液位４２よりも下方位置に移動することによって、そのシリンダ７内の真空は消滅する。その時点で、ローラ１１がガイドレール４１の終了端に達し、その後、ローラ１１はガイドレール４１から離れる。

１個のローラ１１がガイドレール４１上を転動する角度は、上述したように、約６７．５°に設定されているのに対し、隣り合う作動機３の間の角度は、４５°に設定されている。このため、１個のローラ１１がガイドレール４１から離れる前に、次のローラ１１がガイドレール４１の左端部上に位置する。こうして、回転体１が回転している間は、前記ガイドレール４１上は少なくとも１つのローラ１１が常に転動して、前記と同様の動作を繰り返すため、回転体１には、右方への回転力が連続して付与される。

前記ローラ１１がガイドレール４１から離れた後は、その作動機３が回転体１と共に右下方に回転し、その間にピストン９は、回転体１内の液体２９の重量及びピストン９・ピストンロッド１０・ローラ１１の重量によって上端点まで押し戻される。つまり、液位４２からピストン９までの距離Ｈを１０ｍ以上に設定しておくことによって、液体２９とピストン９・ピストンロッド１０・ローラ１１との重量によって大気圧に抗してそのピストン９を押し戻すことが可能になる。

作動機３に設けた作動レバー２１が、回転体１のほぼ真下の位置に到達すると、その位置に設けられたロック作動手段２３の傾斜カム２５にそのローラ２１ａが乗り上がる。このことによって、作動レバー２１が動かされて、作動機３は可動状態から固定状態に切り替えられる。

その後、固定状態に切り替えられた作動機３は、回転体１の回転に伴い左上方に移動し、回転体１の上部に位置する。そうして、シリンダ７が液位４２を超えると、シリンダ７内に真空２８が漸次形成される。この間、作動機３は固定状態であるため、ピストン９がシリンダ７内に引き込まれることはない。

そうして、前記のロック解除手段２４によって作動機３が固定状態から可動状態に切り替えられると共に、その作動機３のローラ１１が、ガイドレール４１の開始端に再び係合する。以後、その作動機３は、前記と同様の作動を繰り返す。

回転体１が定常回転状態となれば、始動装置は停止させる。回転体１は定速装置によって一定速度で回転する。

前記回転体１を停止させるときには、前記ロック解除手段２４の電磁ソレノイド２６を消磁して傾斜カム２７をレバー２２の移動軌跡上から外した状態にする。そのことによって、各作動機３は可動状態に切り替わらなくなり、回転体１に回転力が付与されなくなる。それによって、前記回転体１は停止することになる。

前記回転体１の回転動力は、出力軸２から第１伝動車５を介して取り出される。この回転動力は、真空圧と大気圧との差圧を回転力に変換したもので、クリーンで環境汚染のおそれが全くない。

本装置の作動中に各シリンダ７内に侵入した空気は、作動機３がガイドレール４１の終了端の近傍に位置しているときにそのシリンダ７の折曲部分に溜り（つまり、折曲部分が上部に位置したときに折曲部分に空気が溜る）、そこに接続された接続管３２を介して連通管３３に集められ、連通管３３の上部に溜まる。

尚、前記実施形態においては、各シリンダ７を、基部７ａと作動部７ｂとが折曲した形状としたが、基部７ａと作動部７ｂとは直線状に形成してもよい。図示は省略するが、直線状に形成した各シリンダ７は回転体１の外周面から放射状に設けることもできる。各シリンダ７を放射状に設けた場合、ガイドレールは、前記回転体の上方位置を開始端として、そこから該回転体の回転方向下方の終了端まで傾斜して設ける。この構成でも、各作動機３のピストン９に作用する真空圧と大気圧との差圧を、回転体１の回転力に変換することができる。

また、基部７ａと作動部７ｂとは互いに直交させなくても、所定の角度で折曲させてもよい。折曲角度は、任意の角度を採用可能である。

また、必要に応じてバランスウエイト等を利用して、回転体１を含む全回転部材の重心を、出力軸２の中心と一致させてもよい。

次に、前記の動力発生装置の具体的な計算例を示す。図７〜図１０は、図１に示した装置と同一の構成に、計算上用いる符号を記入した図である。同図における符号を表１にまとめて示す。

尚、図７〜図１０においては、便宜上、ガイドレールの開始端に位置するローラ及びそれを含む作動機をＲ¹と示し、そこから、回転体の回転方向順に各作動機を、Ｒ²，Ｒ³，Ｒ⁴，Ｒ⁵，Ｒ⁶，Ｒ⁷，Ｒ⁸と示す。また、図７の仮想線は同図の実線で示す状態から回転体が２２．５°回転したときの状態、及び図１０は図９に示す状態から回転体が２２．５°回転したときの状態、をそれぞれ示しているが、その状態での各作動機を、Ｒ^1.5，Ｒ^2.5，Ｒ^3.5，Ｒ^4.5，Ｒ^5.5，Ｒ^6.5，Ｒ^7.5，Ｒ^8.5と示す。また、Ｒ^1.25は、Ｒ¹とＲ^1.5との中間位置を、Ｒ^1.75は、Ｒ^1.5とＲ²との間位置を、Ｒ^2.25は、Ｒ²とＲ^2.5との中間位置を、それぞれ示す。

１．装置の諸元
次に、本装置の諸元を表２にまとめて示す。

２．各作動機の作動力
本計算では、シリンダ内部を完全な真空とみなす。各作動機の作動力、つまりシリンダの軸線方向に作用する力は、内部の真空に対する大気圧によって発生する。ここで、表２によりピストンの直径は２ｍ、断面積は３．１４ｍ²であるため、その大気圧による力Ｐ０は、式１により算出される。
Ｐ０＝ピストンの断面積×大気圧
＝3.14（ｍ²）×1.0×10⁵（Ｐａ）＝3.14×10⁵（Ｎ）（式１）。

また、ピストンの摺動抵抗Ｐ２は、抵抗係数を０．１と仮定して、式２により算出される。
Ｐ２＝Ｐ０×０．１＝（3.14×10⁵）×0.1＝3.14×10⁴（Ｎ）（式２）。

従って、作動機１基あたりの作動力Ｐ３は、Ｐ０からＰ２を差し引いて、式３により算出される。
Ｐ３＝Ｐ０−Ｐ２＝3.14×10⁵ − 3.14×10⁴＝2.83×10⁵（Ｎ）（式３）。

３．回転体の回転モーメント
次に、各作動機の作動力によって回転体に付与される回転モーメントを求める。ここで、本装置は、回転体の回転に伴い、図７に実線で示す第１状態と、同図に仮想線で示す第２状態を繰り返す。この第１状態では、Ｒ¹の作動機とＲ²の作動機との２基の作動機のシリンダ内に真空が形成される。一方、第２状態では、Ｒ^1.5の作動機のシリンダ内に真空が形成される。Ｒ^2.5の作動機はシリンダ内の真空が消滅している。

従って、第１状態から第２状態に移行する間は、２基の作動機の作動力が回転体に付与され、第２状態から第１状態に移行する間は、１基の作動機の作動力が回転体に付与される。そこで、第１状態から第２状態に移行する間の回転モーメントと、第２状態から第１状態に移行する間の回転モーメントとの平均によって、回転体に付与される軸心周りの回転モーメントを近似することができる。

尚、図８に示すように、作動機の作動力Ｐ３は、シリンダの軸線方向に、シリンダと、ローラ・ガイドレールとの双方に作用する。この内、シリンダに作用する力Ｐ３は、軸心に向かって引いた法線に対し直交する。このため、シリンダに作用する力Ｐ３は回転体の回転モーメントに寄与する。これに対し、ローラ・ガイドレール間に作用する力Ｐ３は、ガイドレールの転動面に沿う方向の分力（分力１）と転動面に直交する方向の分力（分力２）とに分けることができるが、ガイドレールは、その転動面における全ての点の接線が、その各点から軸心に向かって引いた法線と直交する直線に対して右下向き傾斜角θを有している。このため、前記分力１は軸心に向かって引いた法線に対し直交しない。このため、ローラ・ガイドレール間に作用する力Ｐ３は、回転体の回転モーメントには寄与しない。

従って、前記第１状態において回転体に付与される軸心周りの回転モーメントＭ０₁は、
Ｍ０₁＝（Ｒ¹の作動力による回転モーメント）＋（Ｒ²の作動力による回転モーメント）
で算出される。つまり、作動機の回転半径ＳＲは、表２より１９ｍであるから、回転モーメントＭ０₁は、式７で算出される。
Ｍ０₁＝（Ｐ３×ＳＲ）＋（Ｐ３×ＳＲ）
＝（（2.83×10⁵）×19）＋（（2.83×10⁵）×19）＝10.7×10⁶（Ｎ・ｍ）（式７）。

一方、第２状態において回転体に付与される軸心周りの回転モーメントＭ０₂は、
Ｍ０₂＝（Ｒ^1.5の作動力による回転モーメント）
で算出されるため、回転モーメントＭ０２は、式８で算出される。
Ｍ０₂＝（Ｐ３×ＳＲ）
＝（（2.83×10⁵）×19）＝5.37×10⁶（Ｎ・ｍ）（式８）。

従って、回転体の回転モーメントＭ０’は、第１状態の回転モーメントと第２状態の回転モーメントとの平均とするため、式９で算出される。
Ｍ０’＝（Ｍ０₁＋Ｍ０₂）／２
＝（10.7×10⁶ ＋ 5.37×10⁶）／２＝8.05×10⁶（Ｎ・ｍ）（式９）。

ここで、真空効率Ｖａを０．９、機械効率Ｍａを０．９と仮定すれば、回転体の正味の回転モーメントＭ０は、式１０で算出される。
Ｍ０＝Ｍ０’×Ｖａ×Ｍａ＝（8.05×10⁶）×0.9×0.9＝6.52×10⁶（Ｎ・ｍ）（式１０）。

４．回転体の回転抵抗
出力軸における回転体の回転抵抗モーメントＭｄを求める。

本装置の総重量は、表２より５０４６（ｔ）＝５．０４６×１０⁵（Ｎ）、出力軸の半径は、１（ｍ）であるから、出力軸の抵抗係数を０．００７と仮定して、回転抵抗モーメントＭｄは、式１１で算出される。
Ｍｄ＝総重量×出力軸半径×抵抗係数
＝（5.046×10⁵）×1×0.007＝3.53×10⁵（Ｎ・ｍ）（式１１）。

５．装置の重量バランス
本装置は、回転体の外周面から突出する８基の作動機の内、回転体の上部に位置する２基の作動機はピストンが上端点に位置していないため、そのシリンダ内の液体重量が、他のシリンダ内の液体重量とは異なる。このため、その液体重量が相違することに起因する回転モーメントが回転体に作用する。ここでは、前記第１状態における重量バランスによって発生する軸心周りの回転モーメントと、第２状態における重量バランスによって発生する軸心周りの回転モーメントと、をそれぞれ算出し、それらの平均を、重量バランスによる軸心周りの回転モーメントとする。

先ず、図９を参照しながら、前記第１状態における重量バランスを演算する。図９におけるａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈの各符号は、それぞれ軸心から各作動機内の液体の重心位置までの水平方向の距離を示す。各作動機内の液体の重量による軸心周りのモーメントを表３にまとめて示す。

ここで、軸心よりも左側に位置する作動機（Ｒ¹，Ｒ⁸，Ｒ⁷，Ｒ⁶）内の液体重量は、回転体の回転方向に対して負の方向の回転モーメントとなり、軸心よりも右側に位置する作動機（Ｒ²，Ｒ³，Ｒ⁴，Ｒ⁵）内の液体重量は、回転体の回転方向に対して正の方向の回転モーメントとなる。従って、第１状態において、回転体に付与される回転モーメントＭｄ₁ ¹は、式１２で算出される。
Ｍｄ₁ ¹＝（−）Ｍｄ₁ ¹（Ｌ）＋Ｍｄ₁ ¹（Ｒ）
＝（-）1.61×10⁷ + 1.55×10⁷＝（-）5.43×10⁵（Ｎ・ｍ）（式１２）。

次に、図１０を参照しながら、前記第２状態における重量バランスを演算する。図１０におけるａ²，ｂ²，ｃ²，ｄ²，ｅ²，ｆ²，ｇ²，ｈ²の各符号は、軸心から各作動機内の液体の重心位置までの水平方向の距離を示す。作動機内の液体の重量による軸心周りのモーメントを表４に示す。

第２状態においても、軸心よりも左側に位置する作動機（Ｒ^1.5，Ｒ^8.5，Ｒ^7.5，Ｒ^6.5）内の液体重量は、回転体の回転方向に対して負の方向の回転モーメントとなり、軸心よりも右側に位置する作動機（Ｒ^2.5，Ｒ^3.5，Ｒ^4.5，Ｒ^5.5）内の液体重量は、回転体の回転方向に対して正の方向の回転モーメントとなる。従って、第２状態において回転体に付与される回転モーメントＭｄ₁ ²は、式１３で算出される。
Ｍｄ₁ ²＝（−）Ｍｄ₁ ²（Ｌ）＋Ｍｄ₁ ²（Ｒ）
＝（-）1.65×10⁷ + 1.48×10⁷＝（-）1.72×10⁶（Ｎ・ｍ）（式１３）。

従って、重量バランスによる軸心周りのモーメントＭｄ₁は、第１状態における回転モーメントＭｄ₁ ¹と第２状態におけるＭｄ₁ ²との平均として、式１４によって算出される。
Ｍｄ₁＝（Ｍｄ₁ ¹＋Ｍｄ₁ ²）／２
＝（5.43×10⁵ ＋ 1.72×10⁶）／２＝（−）1.13×10⁶（Ｎ・ｍ）（式１４）。

６．回転体の有効回転モーメント
以上の演算結果から、回転体の有効回転モーメントＭＴは、式１５で算出される。
ＭＴ＝Ｍ０−（Ｍｄ＋Ｍｄ₁）
＝6.52×10⁶ −（0.353×10⁶ ＋ 1.13×10⁶）＝5.04×10⁶（Ｎ・ｍ）（式１５）。

７．遠心力の確認
本装置は、回転体の直径が約３０ｍと大きいため、作動機内の液体に比較的大きい遠心力が作用する。そこで、回転体の上部に位置する２基の作動機内の液体重量と、その液体に作用する遠心力との関係を確認し、それによって本装置の上限回転数を設定する。ここでは、作動機内の液体の質量は、その重心に集中しているとし、遠心力はその重心位置に作用すると仮定する。図１０に示すように、液体の重心と回転体の軸心とを結ぶ線と、鉛直線とのなす角度をαとすると遠心力が液体重量よりも小さくなるには、「遠心力」＜「液体重量×cosα」となる必要がある。従って、次式が成り立つ。
（ｍ・ｒ・ω²）＜（ｍ・ｇ・cosα）
ここで、ｍは液体質量、ｒは液体の重心と回転体の軸心との間の距離、ωは回転体の角速度、ｇは重力加速度である。

上式より、回転体の角速度は、式１６を満たす必要がある。
ω＜（g・cosα／r）^1/2 （式１６）。

よって、Ｒ^1.5では、ｒ＝17.58（ｍ），cosα＝0.34であるから、式１６より、
ω＜（9.8×0.34/17.58）^1/2＝0.434（rad/sec）＝4.15 rpm
となる。

また、Ｒ^2.5では、ｒ＝17.71（ｍ），cosα＝0.43であるから、式１６より、
ω＜（9.8×0.43/17.71）^1/2＝0.487（rad/sec）＝4.65 rpm
となる。

従って、本装置における回転数の上限は、４ｒｐｍとすることが好ましい。

８．装置の出力
以上から、本装置の出力ＰＷを算出する。ここで、出力ＰＷ（単位Ｗ；ワット）は、式１７で算出される。
ＰＷ＝ＭＴ×２π×回転数（rpm）／６０（式１７）。

従って、回転数１．５ｒｐｍでの出力ＰＷ_1.5は、式１７より、
ＰＷ_1.5＝5.04×10⁶×２π×1.5／60＝791（ｋＷ）。

同様にして、回転数２ｒｐｍでの出力ＰＷ₂，回転数３ｒｐｍでの出力ＰＷ₃，回転数４ｒｐｍでの出力ＰＷ₄はそれぞれ、次のように算出される。
ＰＷ₂＝5.04×10⁶×２π×2／60＝1055（ｋＷ）
ＰＷ₃＝5.04×10⁶×２π×3／60＝1583（ｋＷ）
ＰＷ₄＝5.04×10⁶×２π×4／60＝2110（ｋＷ）。

９．補足
本装置においては、ローラがガイドレール上で転動している間に、作動機のピストンが下端点に移動し、そのローラがガイドレールから離れた後に、前記ピストンが液体及びピストン・ピストンロッド・ローラの重量によって上端点に復帰する。ここでは、このピストンの復帰について確認する。

ピストンが押し戻されるためには、ローラがガイドレールから離れた後のＲ３位置では、シリンダ軸線は下向きであるため、大気圧によってピストンをシリンダに押し込む力と、液体重量及びピストン・ピストンロッド・ローラの合計重量によってピストンを押し戻す力との大小を比較すればよい。

ピストン・ピストンロッド・ローラの合計重量は、表２により１５（ｔ）＝1.5×10⁵（Ｎ）である。また、図７において、Ｒ３でのシリンダ軸線は、鉛直下向きに対して４５°の角度を有しているため、ピストン・ピストンロッド・ローラ合計重量のシリンダ軸線方向の分力Ｆ₁は、式１８で算出される。
Ｆ₁＝（1.5×10⁵） × sin（45°）＝1.06×10⁵（Ｎ）（式１８）。

また、液面からＲ³ピストンまでの高さＨが、１０．５ｍ（図７及び表２参照）であり、ピストンの断面積が３．１４ｍ²であることから、液体（水）重量によるピストンを押し戻す力Ｆ₂は、式１９で算出される。
Ｆ₂＝3.14（ｍ²）×10.5（ｍ）×1000（kg／ｍ³）×10（ｍ／sec²）
＝3.30×10⁵（Ｎ）（式１９）。

一方、大気圧によるピストンの押し込み力Ｆ₃は、式２０で算出される。
Ｆ₃＝3.14（ｍ²）×1.0×10⁵（Ｐａ）＝3.14×10⁵（Ｎ）（式２０）。

式１８〜２０から、Ｆ₁＋Ｆ₂＞Ｆ₃が成り立つ。このため、ローラがガイドレールから離れた後のＲ³位置においては、前記ピストンは、液体及びピストン・ピストンロッド・ローラの合計重量によってシリンダの上端点まで押し戻される。

以上説明したように、本考案は、真空圧と大気圧との差圧を回転体の回転力に変換することができ、エネルギー源は、クリーンかつ無制限で、さらに安定供給であるため、発電機等を駆動するための動力発生装置として有用である。

動力装置の一実施形態を示す縦断面図である。動力装置の一実施形態を示す横断面図である。図１のIII−III断面図である。図３のIV−IV断面図である。ロック解除手段を拡大して示す説明図である。ロック作動手段を拡大して示す説明図である。図１に示したものと同一の構成に、演算のための符号を付した横断面図である。回転体の上部を拡大した横断面図である。図１に示したものと同一の構成に、演算のための符号を付した横断面図である。図１に示したものと同一の構成に、演算のための符号を付した横断面図である。

符号の説明

１回転体
１０ピストンロッド
１１ローラ
１３ロック機構
２出力軸
２１，２２作動レバー
２３ロック作動手段
２４ロック解除手段
２９液体
３作動機
３５エア抜き管
３７給液管
４架台
４１ガイドレール
７シリンダ
７ａ基部
７ｂ作動部
９ピストン

Claims

真空圧と大気圧との差圧によって動力を発生させる装置であって、
架台と、
前記架台に対し軸支されて水平軸回りの一方向に回転する、内部に液体が封入された回転体と、
前記回転体の外周に等間隔を空けて設けられた２以上の作動機と、
前記回転体の上方位置を開始端として、そこから該回転体の回転方向下方の終了端まで傾斜して設けられたガイドレールと、を備え、
前記各作動機は、
前記回転体の外周に設けられて該回転体内に連通するシリンダと、
前記シリンダに内挿されて、上端点と下端点との間をシリンダ軸線方向に往復動するピストンと、
前記ピストンに連結されたピストンロッドと、
前記ピストンロッドの先端部に取り付けられて、前記ガイドレール上を転動するローラと、
前記作動機を、前記ピストンが上端点で固定されてその往復動を規制した固定状態と、その往復動を許容した可動状態と、に切り替えるロック機構と、を有し、
前記回転体の上部に位置する少なくとも１の作動機のシリンダ内に液面が形成されるように前記回転体及び各シリンダの内部に前記液体を封入すると共に、前記シリンダ内における前記液面よりも上方を真空にした状態を初期状態とし、
前記シリンダ内に真空が形成された作動機を、前記ロック機構によって可動状態に切り替えて、前記シリンダの上端点に位置するピストンを真空圧と大気圧との差圧によってシリンダ内に引き込む第１ステップと、
前記可動状態に切り替えられた作動機のローラを、前記ガイドレールの開始端近傍に係合させる第２ステップと、
前記ローラがガイドレールに係合することによって、当該作動機のシリンダがピストンに対し相対的に移動して、前記回転体に回転力が付与される第３ステップと、
前記シリンダの相対移動が継続し、それによって回転体が回転するに伴い、前記ローラが前記ガイドレール上を転動する第４ステップと、
前記ローラが前記ガイドレールの終了端に到達すると共に、前記ピストンがシリンダの下端点に位置し、さらに前記シリンダが前記液面よりも下方に位置することによって、そのシリンダ内の真空が消滅する第５ステップと、
前記ローラが前記ガイドレールの終了端から離れた後に、前記ピストンが液体及びピストン・ピストンロッド・ローラの重量によって当該シリンダの上端点まで移動する第６ステップと、
前記上端点までピストンが移動した作動機を、前記ロック機構によって固定状態に切り替える第７ステップと、
前記固定状態に切り替えられた作動機が、前記回転体の回転に伴い前記液面よりも上方に移動して、そのシリンダ内に再び真空が形成される第８ステップと、
の各ステップを前記複数の作動機が順に繰り返すことによって、前記回転体を回転させる動力発生装置。
請求項１に記載の動力発生装置において、
前記各作動機のシリンダは、前記回転体の外周面から放射方向に突出する基部と、該基部の外端部において折曲されて前記回転体の回転方向に延びる作動部と、を含み、
前記ピストンは、前記作動部内を往復動する動力発生装置。
請求項１に記載の動力発生装置において、
前記各作動機のシリンダは、前記回転体の外周面から放射方向に、直線状に突出する動力発生装置。
請求項１〜３のいずれかに記載の動力発生装置において、
少なくとも１の作動機のシリンダに連通するエア抜き管と、前記回転体の外周面の、前記エア抜き管に近接する位置に設けた給液管と、をさらに備え、
前記給液管の開口端は、それを前記回転体の頂部に位置させたときに前記エア抜き管の開口端よりも上位に位置する動力発生装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の動力発生装置において、
前記ロック機構は、作動レバーを有し、
前記回転体の上部近傍位置に設けられて、前記作動機が固定状態から可動状態に切り替わるように前記作動レバーを操作するロック解除手段と、
前記回転体の下部近傍位置に設けられて、前記作動機が可動状態から固定状態に切り替わるように前記作動レバーを操作するロック作動手段と、をさらに備える動力発生装置。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の動力発生装置において、
前記回転体に初動回転力を付与する始動装置をさらに備える動力発生装置。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の動力発生装置において、
前記回転体の回転速度を一定速度にする定速装置をさらに備える動力発生装置。