JP3370626B2 - エネルギ変換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エネルギ変換装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、地球環境問題やエルギ資源の枯渇
問題に鑑み、省エネルギの観点で工夫された産業機械や
家庭用機器が種々提案されている。また、風力発電、潮
力発電等、自然エネルギを利用した発電装置も実用化が
検討され、また、一部実用化もされている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】省エネルギ機器や自然
エネルギを利用した機器が検討されているが、さらに多
様な機器が要望されている。

【０００４】本発明は上記課題に鑑みてなされたエネル
ギ変換装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、水中に設置さ
れる可動水槽であって、その底部に設けられた水平軸を
中心として揺動自在に構成した可動水槽と、前記可動水
槽を揺動させる駆動手段と、前記可動水槽の揺動に伴う
該水槽内の水面の相対的な変動に追従可能な浮体と、該
浮体の変位を外部に取り出す出力部材と、予定量の水を
収容した状態で浮力と平衡する位置に前記可動水槽を支
持する支持手段とを具備した点に第１の特徴がある。

【０００６】また、本発明は、前記可動水槽が、水中に
設置した状態で、内部に収容している水の面が該可動水
槽の設置場所の水面と同一レベルになる位置に前記支持
手段で支持させた点に第２の特徴がある。

【０００７】また、本発明は、前記可動水槽内に収容さ
れる水の量が、該可動水槽を予定の最大角度傾斜させた
ときに該可動水槽の側壁の上部に水面が達しないよう設
定されている点に第３の特徴がある。

【０００８】また、本発明は、前記可動水槽が密閉され
ている容器であって、前記軸支位置を境に前記可動水槽
の内部を２分し、かつ２分されて形成された２つの空間
を該可動水槽の底部で連通する開口を形成した隔壁と、
前記２つの空間の双方に設けられた吸気弁および排気弁
とを具備した点に第４の特徴がある。

【０００９】また、本発明は、前記可動水槽を設置する
ための固定水槽を具備し、前記可動水槽を軸支している
水平軸が、前記固定水槽の側面から外部に突出している
とともに、前記駆動手段が、前記突出した軸に連結され
て可動水槽を揺動するよう構成されている点に第５の特
徴がある。

【００１０】さらに、本発明は、前記可動水槽をその設
置水中で上下に変位可能となるよう支持する支持手段を
具備した点に第６の特徴がある。

【００１１】第１〜第６の特徴によれば、水を収容した
可動水槽が水中に浮力と釣り合うように、かつ揺動自在
に支持されるので、駆動手段に投入するわずかなエネル
ギで可動水槽を揺動させることができる。そして、可動
水槽の揺動に伴って、可動水槽内で、そこに収容された
水の面が変位する。したがって、浮体と可動水槽との相
対位置が変化し、結果的に浮体が可動水槽と相対的に変
位して仕事をする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明の一
実施形態を詳細に説明する。図３はエネルギ変換装置の
要部正面図、図４は同側面図である。両図において、固
定水槽１内には可動水槽２が配置されており、可動水槽
２は固定水槽１の側壁に設けられた軸受３で支持された
軸４を中心に揺動自在に設けられている。なお。軸受３
には防水のシールが施されているのはもちろんである。
固定水槽１内で可動水槽２を揺動させるため、軸４は後
述の駆動手段に結合されている。

【００１３】固定水槽１および可動水槽２にはそれぞれ
水が貯溜されている。可動水槽２に貯溜する水の量は、
この可動水槽２が受ける浮力と釣り合う量であって、か
つ可動水槽２を最大角度傾動させたときに可動水槽２か
ら溢れない量に設定するのがよい。前記軸受３および軸
４の位置は、可動水槽２を最大の浮力を受ける位置まで
固定水槽１内に沈めた位置に対応するように設定する。
このように設定することによって、固定水槽１の水面と
可動水槽２の水面は一致する。但し、可動水槽２の重量
は、後述の各付属構成部品を含むものとする。

【００１４】こうして、可動水槽２は最大の浮力を受け
ている状態で固定水槽１内に設置されており、可動水槽
２を固定水槽１内で矢印Ａのように揺動させるのに合わ
せて可動水槽２内の水が図１において左右に移動する。

【００１５】続いて、上記水槽１，２からなるエネルギ
変換装置の実施例を説明する。図１は、可動水槽２の回
動をピニオンの回転力として出力するようにした装置を
示す要部破断正面図、図２は同側面図である。両図にお
いて、可動水槽２は固定水槽１内で図中左方向に、予め
設定した最大角度傾斜させられている。可動水槽２の上
部には梁５が渡されており、梁５には軸受用のブラケッ
ト６が立設されている。ブラケット６にはピニオン７が
回動自在に支持されており、ピニオン７と一体に回動す
る軸７ａは少なくとも一端がブラケット６から延出して
出力軸をなしている。

【００１６】ピニオン７に噛み合うようにラック８が設
けられている。ピニオン７と軸７ａとの間には図示しな
いワンウェイクラッチが設けられていて、ピニオン７は
ラック８が上昇するときにのみ軸７ａを回転させるよう
にラック８の動きを伝達させる。

【００１７】ラック８はピニオン７と噛み合い状態を保
持したまま可動水槽２に対してほぼ上下方向に往復動自
在であり、その往復動方向は前記ブラケット６に固定さ
れた案内駒９によって規制されている。すなわち、ラッ
ク８はその背面を案内駒９に摺動させつつ変位する。し
たがって、ラック８および案内駒９の少なくとも一方
は、摺動性の良好な材料、例えばフッソ系樹脂で構成さ
れているか、案内駒９内にスライドベアリングを配設し
ているのが望ましい。

【００１８】ラック８の一端には浮体１０が結合されて
いる。浮体１０は両端が閉塞された筒型の中空体が好ま
しいが、形状や材質は特に限定されない。なお、上記梁
５、ブラケット６、ピニオン７、ラック８、案内駒９、
および浮体１０等は可動水槽２内に一対設けられてお
り、同一符号は同一部分を示す。

【００１９】可動水槽２に設けられた軸４にはアーム１
１が結合され、アーム１１の端部に設けられたコロ１２
は、ロッド１３に対してその一端に設けられた長孔１３
ａを介して係合している。ロッド１３は摺動軸受１４で
支持されているとともに、ロッド１３に形成されたラッ
ク１５を介してモータ１６の軸１６ａに係合している。
モータ１６は台座１７に固定されている。

【００２０】動作時は、モータ１６を回転させることに
よりロッド１３が変位し、アーム１１が揺動する。これ
によって、軸４は回動し、可動水槽２が傾動する。モー
タ１６の回動量は、可動水槽２が左右に予定角度揺動す
ることができるように設定されている。

【００２１】図示のように、可動水槽２が左に傾動した
状態では、図中左側の浮体１０が可動水槽２内の水によ
って浮力を受け、ラック８が上方へ変位している。一
方、図中右側の浮体１０は重力により下方に下がってい
る。このように、可動水槽２が一方の傾斜状態から他方
の傾斜状態へ変化すると、浮体１０のうち一方は、水に
よる浮力のために上方に持ち上げられ、他方は水による
浮力を受けなくなって下降する。浮体１０の上下動に従
ってピニオン７が回動する。

【００２２】可動水槽２の水面と固定水槽１の水面とが
一致するよう設定した可動水槽２を傾動させるようにし
たので、モータ１６に投入する小さい入力によって大き
い可動水槽２を傾動させることができる。そして、可動
水槽２の傾動によって浮体１０に浮力が作用してピニオ
ン７を回動させ、浮力に応じた仕事をさせることができ
る。

【００２３】次に、第２の実施形態を説明する。図５は
第２の実施形態に係るエネルギ変換装置の要部破断正面
図であり、図１と同符号は同一または同等部分を示す。
同図において、可動水槽２は内部を密閉するための蓋１
８を有しており、さらに、内部は隔壁１９によって左右
に２分されている。但し、隔壁１９は下部にまでは延び
ておらず、２つに分割された可動水槽２のそれぞれの室
２ａ，２ｂは下部で連通されている。

【００２４】蓋１８には吸気弁２０と排気弁２１とが、
室２ａ，２ｂに対応してそれぞれ設けられている。排気
弁２１には、予定の圧力がかかったときに開弁するよ
う、図示しないばね手段が設けられている。

【００２５】この第２の実施形態では、気密を維持する
ため、ラック８に代えて平滑な面に仕上げられたロッド
８ａで浮体１０を保持しており、かつ、ロッド８ａの直
線運動を回転運動に変換させるため、ピニオン７に代え
て摩擦ローラ２４を軸７ａによって支持している。

【００２６】この構成により、浮体１０はすでに述べた
とおりの動作をしてロッド８ａを動作させ摩擦ローラ２
４を回動させる。この動作とともに、可動水槽２はこれ
を密閉空間とした。すなわち、可動水槽２を傾動させる
ことにより、蓋１８に対して可動水槽２内の水面が下が
ったときには、室２ａ，２ｂ内の空間が負圧となって外
部から吸気弁２０を通じて空気が流入する。一方、蓋１
８に対して可動水槽２内の水面が上がったときには、室
２ａ，２ｂ内の空間が縮小されて排気弁２１が開き、外
部へ空気が排出される。

【００２７】このように、可動水槽２はピニオン７に結
合される負荷に仕事をさせるだけでなく、空気を外部に
送り出すことができる。

【００２８】なお、可動水槽２の揺動中心となる軸４の
位置を固定せず、固定水槽１内に可動水槽２を浮かせて
おいてもよい。図６は、軸４の位置を定めないエネルギ
変換装置の側面図である。同図において、固定水槽１の
底部に支柱案内ブロック２２を立設させる一方、可動水
槽２の軸４を支持する支柱２３を設け、この支柱２３を
前記支柱案内ブロック２２に対して上下に摺動自在に係
合させている。

【００２９】この構成により、可動水槽２は、それが受
ける浮力に従って固定水槽１内に浮かんでおり、軸４の
位置は可動水槽２の荷重の変動に応じて上下方向に変動
可能である。なお、この例では、軸４を固定水槽１の側
面から外部に突き出すのは容易でないので、クランク状
に固定水槽１の上方に延ばしたアーム１１を駆動源であ
るモータ１６に係合させて軸４を回動させるのがよい。

【００３０】また、軸４にモータ１６の駆動力を伝達す
るのに限らず、可動水槽２の他の部分、例えば可動水槽
２の上縁部に前記ロッド１３に相当する部材を係合させ
て可動水槽２を揺動させてもよい。モータ１６の回転を
可動水槽２に伝達してこの可動水槽２を揺動させるため
の構造は本発明の特徴ではなく、周知の機構ないし装置
を適宜採用して変形できることは当業者が容易に理解で
きるところである。

【００３１】さらに、固定水槽１は人工的なものに限ら
ず自然の河川や湖水等であってもよい。特に、図６に示
した構造は、河川等の底に支柱案内ブロック２２を固定
することができるので好適である。

【００３２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１〜請求項８の発明によれば、駆動手段によって、可動
水槽内に収容された水を変位させることができ、収容さ
れた水に浮かべた浮体にかかる浮力を外部に出力するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係るエネルギ変換装置
の要部破断正面図である。

【図２】 本発明の一実施形態に係るエネルギ変換装置
の要部破断側面図である。

【図３】 本発明のエネルギ変換装置の概要を示す正面
断面図である。

【図４】 本発明のエネルギ変換装置の概要を示す側面
断面図である。

【図５】 本発明の第２実施形態に係るエネルギ変換装
置の要部破断正面図である。

【図６】 可動水槽の支持態様を示すエネルギ変換装置
の要部側面断面図である。

【符号の説明】

１…固定水槽、 ２…可動水槽、 ４…軸、 ５…梁、
６…ブラケット、 ７…ピニオン、 ８…ラック、
９…案内駒、 １０…浮体、 １６…モータ

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水中に設置される可動水槽と、 前記可動水槽に対し、該可動水槽に収容される水の面に
   略直交方向に変位可能に設けられたロッドと、 前記ロッドの下端に設けられた浮体と、 前記可動水槽をその重量平衡位置で軸支して水中に設置
   する支持手段と、 前記可動水槽を前記軸支位置を中心に揺動させる駆動手
   段とを具備し、 前記ロッドが、前記可動水槽の壁面方向に前記軸支位置
   から偏倚して設置されているとともに、 前記可動水槽が、予定量の水を収容した状態で浮力と平
   衡する位置に前記支持手段で支持されたことを特徴とす
   るエネルギ変換装置。
2. 【請求項２】 前記可動水槽が、水中に設置した状態
   で、内部に収容している水の面が該可動水槽の設置場所
   の水面と同一レベルになる位置に前記支持手段で支持さ
   せたことを特徴とする請求項１記載のエネルギ変換装
   置。
3. 【請求項３】 前記可動水槽内に収容される水の量が、
   該可動水槽を予定の最大角度傾斜させたときに該可動水
   槽の側壁の上部に水面が達しないよう設定されているこ
   とを特徴とする請求項１または２記載のエネルギ変換装
   置。
4. 【請求項４】 前記可動水槽が密閉されている容器であ
   って、 前記軸支位置を境に前記可動水槽の内部を２分し、かつ
   ２分されて形成された２つの空間を該可動水槽の底部で
   連通する開口を形成した隔壁と、 前記２つの空間の双方に設けられた吸気弁および排気弁
   とを具備したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか
   に記載のエネルギ変換装置。
5. 【請求項５】 前記ロッドにラックが形成されており、
   該ロッドに噛合するピニオンと、 前記ピニオンに結合された出力軸とを具備したことを特
   徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のエネルギ変換
   装置。
6. 【請求項６】 前記ロッドに摩擦係合する摩擦ローラ
   と、前記摩擦ローラに結合された出力軸とを具備したこ
   とを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のエネル
   ギ変換装置。
7. 【請求項７】 前記可動水槽を設置するための固定水槽
   を具備し、 前記可動水槽を軸支している軸が、前記固定水槽の側面
   から外部に突出しているとともに、 前記駆動手段が、前記突出した軸に連結されて可動水槽
   を揺動するよう構成されていることを特徴とする請求項
   １〜６のいずれかに記載のエネルギ変換装置。
8. 【請求項８】 前記支持手段が、前記可動水槽をその設
   置水中で上下に変位自在に支持していることを特徴とす
   る請求項１〜７のいずれかに記載のエネルギ変換装置。