JP3143661U - 浮力と重力と空気を利用した動力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水の浮力と重力と空気とを利用し、エネルギー資源を最大限に節約し、環境汚染等の公害を発生させない動力装置を提供する。
【解決手段】水の浮力によって浮球２及び空気５を連続して浮上させ、浮上経路に水車の羽９を配し、回転させる水車式動力発生部Ａと、浮球２を移動させる横移動ダクト１０と、降下する浮球２の重量によって羽根車１１を回転する羽根車式動力発生・伝達部Ｂと、落下する浮球２を集積する浮球貯蔵部Ｄと、該貯蔵部Ｄと水車式動力発生部Ａとを連結する浮上用パイプ６の空気採り入れ部Ｅとから構成され、各種チエーンにより動力を伝達する動力装置。
【選択図】図１

Description

本考案は、水の浮力と重力と空気とを利用し、エネルギー資源を最大限に節約し、環境汚染等の公害を発生させることなく動力を得て発電機等を稼動させる動力装置に関するものである。

従来の水槽を利用して動力を得る装置は、構造、設備ともに複雑であり、又は他の動力を必要とする欠点があった。
このような動力発生装置の例として、例えば以下のような特許文献が知られている。
特許文献１（特開２００１−２５４６６３号公報）には、プーリー１、２間を連続して多数のフロート１２を上昇・回転させ、且つ筒状水槽６中で圧縮機からの圧送空気により真空度を増ことによりフロートの浮力が得られ、更に一方向運動機構を設けて軸の回転により動力を得る動力装置が示されている。
しかし、この動力装置では、構造が複雑であり、設備費が多大となるし、圧縮機の使用で騒音が大きい課題がある。
特許文献２（特開２００１−２０７９４６号公報）には、浮き３を水槽２中に水没させフライホール４に架けて上下に連続回転させて浮力を得るシンプルな動力発生装置が示されている。しかし、この装置の構成が簡単すぎてその作用機構等を十分には把握できない。ただ、この場合、漏水対策は如何か不明である。

特許文献３（特開２０００−３１４３６７号公報）には、水槽１内に水没状態の１個の浮揚体２を動力を用いて沈降させ、浮上時のみに水圧タービン６を回転駆動させて動力を得る往復型動力装置が示されている。
この場合に、浮揚体２の下に水があるので下部牽引できない課題がある。また、水槽１と浮揚体２との隙間がシリンダー及びピストン状態の場合、浮揚体２が浮上しない恐れがある。
特許文献４（特開昭５３−１１５４２９号公報）には、連続する気球３に動力を用いて空気を出し入れし、浮力を得て浮上時のみに動力を得る気体の浮力をエネルギーとする浮力発電法が示されている。
この場合、気球３の給排気を行うのに精密な装置が必要である。圧縮機より騒音が発生し、随時圧縮機の水抜きが必要になる課題がある。また、気球３が長期間の使用による収縮・復元を繰り返えしに耐え得る材質が得られるかどうかに課題がある。更に、気球３の給排気に電磁弁、フレキシブルホース、エアシリンダをどのように用いるかが不明である点で課題がある。また、この公報自体が浮力発電法の作用・機構・構造について殆ど説明がなされていないので、評価が難しい。
特許文献５（特開２００２−１３８９４４号公報）には、回転するベルト上に設けたフロートボール受板４０に乗せた複数のフロートボール２０を用いて、ほぼ流水に近い水槽と動力を使用してフロートボール２０を運び、水を補給し、フロートボール２０の下降時のみに動力を得る浮力発電装置が示されている。この場合、若干の騒音が発生する課題がある。

特開２００１−２５４６６３号公報 特開２００１−２０７９４６号公報 特開２０００−３１４３６７号公報 特開昭５３−１１５４２９号公報 特開２００２−１３８９４４号公報 以上のように、従来の水を用いた浮力発電装置が多数知られているが、構造が複雑であったり、何らかの課題を抱えたりして十分なものではなかった。

本発明は、前記のような従来の課題に鑑みて、その構造、設備を簡単にし、他の動力を使用することなく、水の浮力と重力と空気を利用し、安全で環境に対する影響を最小限とし経済的な動力源を得ることを目的とするものである。

本考案者は、上記課題について種々検討した結果、内部に水を充満した水の浮力によって浮球２及び空気５を連続して浮上させ、浮上経路に水車の羽９を配し、回転させる水車式動力発生部Ａと、該発生部Ａの上部から浮球２を移動させる横移動ダクト１０と、該横移動ダクト１０より降下する浮球２の重量によって羽根車１１を回転する羽根車式動力発生・伝達部Ｂと、羽根車１１より落下する浮球２を集積するタンク１からなる浮球貯蔵部Ｄと、該貯蔵部Ｄと水車式動力発生部Ａとを連結する浮上用パイプ６からなる空気取り入れ部Ｅと多量の浮球とから構成される動力装置であって、該水車式動力発生部Ａ内の水車及び該羽根車式動力発生・伝達部Ｂ内の羽根車１１を、各々別々に回転する両車の回転を統合用チエーン１２を用いて統合し、次いで、統合した回転を伝達用チエーン２０に
より動力を発電機等に伝え、稼動させることにより、他の動力を使用することなく、水の浮力と重力と空気とを利用し、安全で環境に対する影響を最小限にできることを見出し、本考案を完成した。

なお、細部には、本考案の動力装置を構成する空気取り入れ部Ｅは、多数の浮球２を順次送れる程度の断面又は直径を持つ浮上用パイプ６と、浮球貯蔵部Ｄと水車式動力発生部Ａとの中間に浮球２の降下を進行・停止の操作をするＯＮ・ＯＦＦレバー３と、該浮上用パイプ６に密着して設けた水２７の流出を防ぐ気密性機能を持つ緩衝層２２を有するシリンダー４とから構成され、水車式動力発生部Ａへ浮球２と空気５は通すが、水２７の流出を遮断する構成となっている。
更に、空気入れ部Ｅを構成するシリンダー４の長さは、該シリンダー４内を進行する浮球２を常時複数通過する長さとする必要がある。
また、水車式動力発生部Ａ内の円盤型水槽７に流下する水位を調整するために、該動力発生部Ａの上側に水位調整部Ｅを設けることが必要がある。

図１は、本考案の動力装置の代表例を示す模式図である。
図２は、そのＡ−Ａ’断面図である。
図３は、空気取り入れ部Ｅに関し、図１のＣ’−Ｃ’断面図である。
図４は、図１のＣ−Ｃ断面図であり、（イ）は循環停止時、（ロ）は循環時の状態図である。
（Ａ）本考案の動力装置の機構
本考案の動力装置は、基本的に、浮球２の浮くことによる浮力と空気５の浮力とを利用し。浮球２の或る程度の自重により水圧を超えて浮球２を水中に押し出す作用により、水の入った羽根車、即ち水車８と水の入らない羽根車１１とを統合用チェーン１２により連結して動力の合成を行い、両方からの動力を伝達チェーン２０で発電機１４を作動させる機構となっている。
（Ｂ）本考案の動力装置の作動
図１に示されるように、水車式動力発生部Ａの内部に雨水１７等の水を充満し、水の浮力によって浮球２、即ち変形すること無く水に浮く程度の嵩比重を持つ浮球２と空気５を連続し順次浮上させ、浮上経路に水車８を配し、水車８を回転させる機能を有する少し厚みの有る円盤型で縦形状で上部に膨らみ部の有る円盤型水槽７を設置し、該水槽７の上部に取り付けた水位調節部Ｃの内部に設けられた水位調整用ボールタップ１５により水位１
８を次の浮球２の経路である下りのスロープを有する横移動ダクト１０の高い方の底の高さに調整し、常時補給水が供給されてこの高さに保たれるようにする。

浮球２は浮く力により水車８を回転させた後、水槽上部の膨らみ部迄浮上し、順次後続・浮上して来る複数の浮球２の浮力により押し上げられ転がりだし、底をすのこ状にした横移動ダクト１０内の下りのスロープを転がりながら水を振り切り、羽根車式動力発生伝達部Ｂ内の羽根車１１上部に降下し、浮球２の重量によって羽根車１１を回転させ浮球貯蔵部Ｄであるタンク内に落下し集積される。

タンク１以後の浮球２の経路となる装置はタンク１出口より約４５度下方に延びる空気取入部Ｅに連結している。
図３の拡大図で分かるように、タンク１の下部の斜めの管に切り込み２６、２６’を２箇所設け、下の切り込み２６に浮球２の進行、停止を操作するＯＮ・ＯＦＦレバー３を設け、該空気取入部Ｅはパイプ状のシリンダー４となり、円盤型水槽７方向に向け、シリンダー４内に緩衝層２２が設けられ、浮球２及び空気５の通過を促し、水２７の流出を阻止する働きをする。
浮球２が連続して空気取入部Ｅのパイプ内を通過する時に、水２７を連行することなく空気を取込みながらシリンダー４を経由して浮上用パイプ６内の水２７の内に押出される。
浮上用パイプ６はシリンダー４より約９０度上方の円盤型水槽７の方向に屈曲して、途中約４５度真上の円盤型水槽７の下端方向に更に屈曲し、連通し、水槽７の中心より水車８の回転方向に浮球２個分程寄った位置で水槽７の下端に接続される。

浮球貯蔵部Ｄであるタンク１の形状は円筒形で底は逆円錐形状とするのが良く、特にその形状はタンク１下部の浮球２により効果的に重圧を掛けられる形状が良い。タンク１は、その下端に浮球２の出口が設けられ、タンク１内に浮上用パイプ６内の水圧に優る多量のによる重量の浮球２を集積することにより、タンク１内の下部よりシリンダー４内の先端まで、浮球２は自重による重圧が生じ、浮球２はシリンダー４の内面と浮球２との摩擦抵抗及び水圧に優って浮上パイプ６内の水中に押出される。
次に、浮球２は自重による重圧によりシリンダー４より空気５と共に、シリンダー４に連結されている浮上用パイプ６内の水中に順次間断無く押し出され、同時に図３に示されるように、水滴２５の滴りによってシリンダー４内に水の流入を防止している。

図３に示されるように、浮球貯蔵部Ｄのタンク１の下部の浮球出口には、空気取り入れ部Ｅの上部を構成する斜管の最上部の上側より管径の１／２程度に管に対して直角に切り込み２６’が施されていて、切り込み２６’の巾は水滴２５が渡らない巾であり、更に、その切り込み２６’に隣接して菅の下側より管径の２／３程度の高さまでやや巾の有る切込み２６があって、その切り込み２６には仕切板であるＯＮ・ＯＦＦレバー３が出入自在に取り付けられている。
図３に示すように、ＯＮ・ＯＦＦレバー３は、浮球２の進行、停止の操作、及び切り込み２６と仕切板であるＯＮ・ＯＦＦレバー３との隙間を利用してタンク１内で浮球２より滴った水を水滴２５として排出させ、浮球２がシリンダー４内に水の連行を阻止する機能も有する。

図３に示すように、ＯＮ・ＯＦＦレバー３に隣接してシリンダー４内に空気５を確保させる円筒状緩衝層２２を密着して施し、その内径は浮球２の直径よりも僅かに小さく、かつシリンダー４内を間断無く進行する浮球２を常時複数通過する長さとすることにより、常時１個以上の浮球２よりも浮力の大きい空気塊が浮球により取り込まれ、確保され浮球２と交互にシリンダー４に続く浮上用パイプ６内に押し出され、水車８に向かって浮上する。

浮上用パイプ６内を浮上した空気５と浮球２は、円盤型水槽７内の水車の羽９に抱えられ、浮力によって水車の羽９を押し上げ水車８を回転させる。
この場合に、水車の羽９は外周面のみを開放とし、浮球２と浮力の大きい空気５も抱え込み両方の浮力を得て回転させる機能を高めるために、他面は機密性を保持して複数の浮球を抱え込む構造となっている。水車８を回転させた浮球２は円盤型水槽７上部の膨らみ部に向かって浮上する。
浮球２が以上の経路を繰り返し縦循環することにより、水車８及び羽根車１１は回転し、各々別々に回転する回転数をギヤにより調整し、統合用チェーン１２により統合し、統合した回転を伝達用チェーン２０により発電機１４等を稼動させる。

（Ｃ）各部品等の構成
浮球２は、浮力と水頭圧と自重のバランスを保つことが、本発明に係る動力装置を順調に作動させるのに必要であるから、浮球の材質の選択が重要であり、例えば耐錆性金属製、特にステンレス製で特に研磨仕上げが好ましく、嵩比重が１未満で０．５以上、好ましくは０．６〜０．８である。
また、浮球２の表面に植毛を施すことにより、濡れて重くなり羽根車１１の回転時及びタンク１内の集積時に更に効力を増す。この場合に、タンク１の出口を２カ所設けて閉塞を防ぎ、なお、浮球２に植毛を施しても水中での浮上に対して影響は軽微である。
浮球貯蔵部Ｄは、浮球２の貯蔵と浮球２による加圧により水圧を跳ね返すように作成されているのが良い。
円盤型水槽７は、耐錆性金属製、特にステンレス製が好ましい。
空気取り入れ部Ｅを構成するシリンダー４の内層に配する緩衝層としては、シリンダー４と浮球２との密着が図れれば特にその材料に制限はないが、例えばクッション性を持つ合成ラテックス含浸不織布又は適度な弾性を持つ軟質合成ゴムシートが好ましい。
雨水タンク１９内に雨水１７は屋根等から軒樋２９を介して供給されている。 雨水タンク１９の材質としては、耐錆性の材質、ポリバスやステンレス製、断熱性材質等が望ましい。
なお、水の供給源としては特に制限されないが、本発明では、雨水を用いた構成としている。

（Ｄ）動力装置の使用手順
（１）最初の運転開始する手順
１．発電機１４等のクラッチをニュ−トラルにする。
２．ＯＮ・ＯＦＦレバー３を閉じる。
３．浮球２をタンク１内にタンク容量の満杯まで入れる。
４．水位調整用ボールタップ１５の容器から空気取り入れ部Ｅ内のシリンダー４が水に浸かるまで水を入れ、ＯＮ・ＯＦＦレバー３の切り込み２６より水２７が溢れたら止める。
５．ＯＮ・ＯＦＦレバー３を開き、浮球２が１、２個シリンダー４を通過したらＯＮ・ＯＦＦレバー３を閉じる。これにより、浮球２がシリンダー４内に満っている。
６．円盤型水槽７を水で満杯にする。横移動ダクト１０の底から溢れたら止める。
７．雨水タンク９にオーバーフローするまで雨水等の水を供給する。
８．ＯＮ・ＯＦＦレバー３を開く（浮球２の循環開始；図４参照）。
９．タンク１内の浮球２の量が減らぬように常に満杯になるように入れ続ける。羽根車１１より浮球２が出てきたら止める（運転開始手順修了）。
１０．回転が安定したら発電機１４等のクラッチをＯＮにする（動力装置の稼働）。

（２）運転を止める手順
１．発電機１４等のクラッチをニュートラルにする。
２．ＯＮ・ＯＦＦレバー４を閉じる。
３．羽根車１１より出る浮球２を受取り、他の容器にて保管する。

（３）２回目以降の運転を開始する手順
１．ＯＮ・ＯＦＦレバー４を開く。
２．羽根車１１より浮球２が出てくるまで、浮球２をタンク１に入れ続ける。 ３．回転が安定したら、発電機１４等のクラッチをＯＮにする。
（４）作用
多量の浮球を用いて浮上時及び下降時にも動力を発生させ、浮球の自重を利用して水圧を克服して循環を繰り返し重力を得ることに尽きるものである。
この作用を段階的に説明する。
１．浮球２は浮上時に浮上効果の高い空気５を連行し、水車８の回転力を増して動力を得る。即ち、動力発生効率を高める。
２．浮球２は下降時に自重によって羽根車１１を回転させて動力を得る。即ち、動力発生効率を高める。
３．浮球２は自重を利用して水圧をクリヤして循環を繰り返す。即ち、他の動力を使用しない。

１．本発明の動力装置は他の動力を使用することなく、また、大規模な工事も必要なくクリーンで安全で設置条件もゆるやかである。
２．構造、設備が単純であり、廉価で市場性がある。
３．振動が殆どなく、音の発生が僅かである。

以下本考案の実施の態様として図１〜４に基づいて説明する。
図１に示されるように、浮球２（変形することなく水に浮く球であり、以後“浮球”とする）を集積する円筒形で底面が逆円錐形状で下端に浮球２の出口が設けられたタンク１である浮球貯蔵部Ｄを配し、タンク１の出口よりＯＮ・ＯＦＦレバー３、シリンダー４、浮上用パイプ６及び円盤型水槽７及び横移動ダクト１０の順で連設している。

図３に示すように、タンク１の出口の斜めの管の最上部の上側より管径の１／２程度迄、管に対し直角に切り込み２６が施され、切り込み２６の巾は水滴２５が渡らない巾であって、且つこの切り込み２６に隣接して下側より管径の２／３程度の高さまでやや巾のある切込み２６があり、しかもその切り込み２６には仕切板であるＯＮ・ＯＦＦレバーが出し入れ自在の構造となっており、浮球２の進行と停止の操作、及び切り込み２６とＯＮ・ＯＦＦレバーとの隙間を利用しタンク１内で浮球２より滴った水滴２５を排出させる機能を有する。

ＯＮ・ＯＦＦレバー３に隣接したシリンダー４は、円筒形で内面に緩衝層２２を施してある。そのシリンダー４の内径は浮球２の直径よりも僅かに小さく、その長さは進行する浮球２を常時２個通過する長さとした。
タンク１内に浮球２を集積すると、浮球２は浮球２の自重によってＯＮ・ＯＦＦレバー３を通過することにより水２７を連行することなく、シリンダー４内迄連続して達し、シリンダー４の内面と浮球２の外周とが密接していることが重要であり、浮球２に後続する浮球２よりタンク１内の浮球２の水圧に釣り合う以上の重量が伝達されることにより水は流出することはなく、シリンダー４の長さが浮球２を常時２個通過する長さとされることにより、シリンダー４内には常時２個所のシリンダー内面と密接になる浮球2のある周が在ることにより常時１個の空気塊が確保されることになる。
浮上用パイプ６内の水圧を超える重量の浮球２がタンク１内に集積されると水圧を押し
返し空気５と浮球２はシリンダー４から押し出され、浮上用パイプ６内を順次間断無く浮上する。

浮上用パイプ６内を順次間断なく浮上した空気５と浮球２は、雨水等の水で満たされている円盤型水槽７内に設けられた水車８を構成する外周面のみを開放させ、浮球２及び浮力の大きい空気５を抱え込み両方の浮力を得るため、水槽７の他の面は機密性を保持し、且つ複数の浮球２を抱え込む構造の水車の羽９内に入り、これを浮力によって押し上げ水車８を回転させ、円盤型水槽７の上部に設けられた膨らみ部に浮上する。

本考案の動力装置で定める雨水１７の水位１８が円盤型水槽７上部の膨らみ部内の横移動ダクト１０の高い方の底面の高さとなり、外部に設けられた水位調整用ボールタップ１５を用いて、常時雨水１７のような補給水が供給され、この高さに保たれている。
円盤型水槽７から水位１８までの高さは、浮球２が円盤型水槽７より順次水位１８に向かって浮上し、更に下から浮上する複数の浮球２の浮力によって水位１８より盛り上がり、下りスロープを有する横移動ダクト１０に転がり出す高さとなっている。
横移動ダクト１０を水を振り切りながら転がり下った浮球２は横移動ダクト10の下方屈曲部に誘導され、羽根車１１の上部に降下し、浮球２の重量により羽根車１１を回転させ、タンク１内に落下し、集積される。

従って、浮球２の縦循環順路であって、浮上時には空気５を伴い水車８を回し、落下時には自重を利用して羽根車１１を回転させる有効な作動を間断なく繰り返すことにより、水車８と羽根車１１とは回転するのである。
なお、別々に回転する水車８と羽根車１１の回転数をギヤにより調整し、統合用チェーン１２を用いて一つの回転とし、伝達用チェーン２０により動力を伝達して発電機１４等を稼動させる。

本考案の動力装置に使用する水は、好ましくは流水ではなく、貯めた雨水１７であるために軒樋２９にはごみ除けの網が取り付けられ、雨水タンク１９には凍結防止に断熱、藻防止に遮光、蚊防止には気密処置が施される。
円盤型水槽７の上部の水位１８を確保するため、渇水時には水道水流入用ボールタップ１６を用いて常に補給水が供給される。

本考案の動力装置は工業的に量産することが可能であるため、産業上の利用可能性を有する。

本考案の動力装置の代表例を示す模式図である。 そのＡ−Ａ’断面図である。 空気取り入れ部Ｅに関し、図１のＣ’−Ｃ’断面図である。 図１のＣ−Ｃ断面図であり、（イ）は循環停止時、（ロ）は循環時の状態図である。

符号の説明

1 タンク
2 浮球
3 ＯＮ・ＯＦＦレバー
4 シリンダー
5 空気
6 浮上用パイプ
7 円盤型水槽
8 水車
9 水車の羽
１０ 横移動ダクト
１１ 羽根車
１２ 統合用チェーン
１４ 発電機
１５ 水位調整用ボールタップ
１６ 水道水流入用ボールタップ
１７ 雨水
１８ 水位
１９ 雨水タンク
２０ 伝達用チェーン
２１ 点検用ガラス窓
２２ 緩衝層
２３ エルボ
２４ 支点
２５ 水滴
２６、２６’ 切り込み
２７ 水
２８ 清掃時排水パイプ
２９ 軒樋

Claims (3)

1. 内部に水を充満した水の浮力によって浮球及び空気を連続して浮上させ、浮上経路に水車を配し、回転させる水車式動力発生部Ａと、該発生部Ａの上部から浮球を移動させる横移動ダクトａと、該横移動ダクトａより降下する浮球の重量によって羽根車を回転する羽根車式動力発生・伝達部Ｂと、羽根車より落下する浮球を集積するタンクからなる浮球貯蔵部Ｄと、該貯蔵部Ｄと水車式動力発生部Ａとを連結する浮上用パイプからなる空気取り入れ部Ｅと多量の浮球から構成される動力装置であって、
   該水車式動力発生部Ａ内の水車及び該羽根車式動力発生・伝達部Ｂ内の羽根車を、各々別々に回転する両車の回転を統合用チエーンを用いて統合し、次いで、統合した回転を伝達用チエーンにより動力を発電機等に伝え、稼動させることを特徴とする、浮力と重力と空気を利用した動力装置。
2. 浮上用パイプ内の水圧に優る多数の浮球による重量の浮球を浮球貯蔵部Ｄ内に集積することにより、浮球貯蔵部Ｄの下部より空気取り入れ部Ｅの先端迄浮球の自重による重圧が生じ、浮球を重圧によって空気取り入れ部Ｅの先端に設けたシリンダーより空気と共に浮上用パイプ内の水中に順次間断なく押出す加圧機能を設けたことを特徴とする請求項１記載の浮力と重力と空気を利用した動力装置。
3. 空気採り入れ部Ｅを構成するシリンダーの長さを該シリンダー内を進行する浮球を常時複数通過するに長さとすることにより、常時１個以上の浮球よりも浮力の大きい空気塊を取り込み、確保し、浮上用パイプ内の水中に送り出すことを特徴とする請求項１又は２記載の浮力と重力と空気を利用した動力装置。

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