JP4201262B2 - 液面上の浮きの上下動により回転運動として取り出すことを特徴とするエネルギー変換方法。 - Google Patents
液面上の浮きの上下動により回転運動として取り出すことを特徴とするエネルギー変換方法。 Download PDFInfo
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Description
液面の上下動に合わせて重い浮き、軽い浮きが上下動して回転軸に回転運動をつくる全ての機械的な電気的な機構、構造、構成、素材、性能、形、色彩には一切拘らないので問題の解決を速やかにしている。
本発明は上記の目的を達成するために、浮きを浮かべた液面が交互に昇降され、液面の上昇もしくは下降又はその双方による浮きの上昇もしくは下降又はその双方から回転軸に回転運動を取り出すことを特徴とする。
この回転軸1は液面の昇降の動きに合わせて上下動する重い浮き3Aと錘4を同じ条体5(鎖、チェーン、ワイヤー、ベルト、ロープ、紐)などの端々に繋げている為、常に重い浮き3Aと錘4は交互に逆行程となる。
重い浮き3Aは錘4より総重量は重く体積は大きいが比重は水より軽いため液面下に沈むことは無い。錘4は重い浮き3Aより総重量は軽く体積は小さいが比重は水より重いため液面上に浮くことは無い。
この重力差ある重い浮き3Aと錘4を条体5(鎖、チェーン、ワイヤー、ベルト、ロープ、紐)などで繋ぎ、重い浮き3Aと錘4の昇降行程は回転軸1上で反転して交互に繰り返して回転軸1に左右両回転運動を作り出す。
回転軸1上には、左右両回転運動を作り出す条体5(鎖、チェーン、ワイヤー、ベルト、ロープ、紐)などが掛けられ、又は巻き掛けられて左右両回転運動を作り出す際、回転軸1上に条体5の広がりを防止するストップリングがある。
重い浮き3Aが下降行程した距離だけ錘4を上昇行程させて回転軸1を回す、液面の上昇で重い浮き3Aが上昇行程した距離だけ錘4を下降行程させて回転軸1を回して、回転軸1に左右両回転運動を作り出す。
液面が上昇する時、重い浮き3Aは上昇行程に入るが、錘4は浮力がないため自らの上昇行程はない。下降に牽引するのみである。
液面が下降する時、重い浮き3Aは下降行程に入り自らの重さを以って、錘4を上昇行程させる。
なお重い浮き3Aと錘4とを繋ぐ条体5(鎖、チェーン、ワイヤー、ベルト、ロープ、紐)などの長さは、最長で重い浮き3Aが液面の最上位置にある時、回転軸1又は回転体6に掛けられた状態で、錘4が液低に至る手前までの長さ以内である。
なお、重い浮き3A、軽い浮き3Bでエネルギー生産する様はピストン運動に似ていることから「ピストン水車」の愛称をつけた。そのピストン水車の設置場所は、風は穏やかで波静かな場所か、風は穏やかで波静かな場所作りをした施設を対象にしている。なお重い浮き3Aと錘4とを繋ぐものは条体5(鎖、チェーン、ワイヤー、ベルト、ロープ、紐)などに拘る必要はない。
以後(鎖、チェーン、ワイヤー、ベルト、ロープ、紐)などを条体5と言う。
図2は本発明の第2実施形態を示す
以後、(ピ二オンラップ、ワンエイクラッチ、ラチェット機構など)を総称して、ラチェット機構と言う。
図3は本発明の第3実施形態を示す。
図4は本発明の第4実施形態を示す。
図5は本発明第5実施形態を示す。
図6は本発明の第6実施形態を示す。
図6(A)の状態 は、重い浮き3Aが最上点まで浮上した状態を示しており、この位置で重い浮き3Aがスイッチ板13に触れると給水口10のバブル(図示せず)が閉じて水筒機9内への給水が停止し、排水口11のバルブ(図示せず)は開いて水筒機9からの排水が始まる。排水とともに重い浮き3Aは下降する、このとき条体5を下方に引いて、回転体6と回転軸1を共回りさせながら錘4を引き上げる。錘4は重い浮き3Aの浮き穴3aを抜けて上昇する。
(B)の状態は、重い浮き3Aは水筒機9内の水がほとんど排水された底部に至り、重い浮き3Aが引き上げた錘4は最上位まで達してスイッチ板13に触れる。その結果排水口11のバルブ(図示せず)は閉じ、給水口10のバルブ(図示せず)は開いて水筒機9内への給水が始まる。水筒機9内の水嵩が増すにつれて重い浮き3Aは浮上していき、錘4は条体5を下に引きながら回転体6を回転させるが回転軸1に対してはラチェット機構などにより空回りする関係である。
図7は本発明の第7実施形態を示す。
軽い浮き3Bはロッド16を介してクランクピン18を押し上げて、クランク軸14を矢印方向に回している。タイミングセンサーAが電気的に発信(図示せず)する信号(図示せず)をタイミング板が反射(図示せず)する位置は180度ごとに設けられている。半周する毎にタイミングセンサーAは反射(図示せず)する信号(図示せず)を受信(図示せず)して給排水のバルブ(図示せず)を開閉する。タイミング板はクランク軸14と一体回転するように取り付けられていて、ラチェット機構により逆回転しない関係にある。
7図(B)軽い浮き3Bはロッド16を介してクランク軸14を最上位置に押し上げている。クランク軸14はラチェット機構により逆回転しない関係にある。ロッド16の長さは決まっているため、軽い浮き3Bの浮力はロッド16を介してクランクピン18を支点にして押し上げ回している、ここで位置感知器19は出力して給水口10のバルブ(図示せず)を閉じ、排水口11のバルブ(図示せず)を開き排水は始まり、クランク軸14のピストン水車は回り続ける。
水筒機9でクランク軸14をもつピストン水車は、複数の水筒機9を共通軸で一体化することにより、滑らかで大きな動力を発生させることが出来る。
この発明のピストン水車で言うタイミングセンサーとは、重い浮き3A、軽い浮き3Bが最上位置、又は最下位置に至った時、又は水の流れがある時、又は水の流れが途切れた時などに光、電波、音波などの出力が遮断された時、又は通った時などに最良のタイミングで給水口10、排水口11のバルブ(図示せず)を開閉するためのものを言うのであって、これと言った特定のセンサーを指すのではない。なをセンサーによる給排水口のバルブ(図示せず)の開閉は機械式でもモーター式でも磁石式など何でも構わない。
図8は本発明の第8実施形態を示す。
ここに例示した実施の形態では、3機の水筒機9A,9B,9Cを並置し、各水筒機9内にそれぞれ軽い浮き3B1,3B2、3B3を収納して水筒機装置15を構成している。水筒機9Aには水が満たされてクランク軸14のクランクアーム17及びクランクピン18は最上位置付近に達しており、この位置を感知した位置感知機19は水筒機9Aへの給水口10Aのバルブ(図示せず)を閉じ、排水口11Aのバルブ(図示せず)を開いて排水が始まる。
このとき、水筒機9Bにおいては排水のみ行われ、軽い浮き3B2は中ほどの位置に下降しているが、排水速度が早い関係から軽い浮き3B2はロッド16を介してクランクピン18にぶら下がる状態になり、軽い浮き3B2には重力が働くので回転方向の動力に変換されるという好都合な結果となる。
このとき、水筒機9Cにおいてはクランク軸14のクランクアーム17及びクランクピン18は最下位置にあることを位置感知機19が感知して給水口10Cのバルブ(図示せず)を開き、排水口10Cのバルブ(図示せず)を閉じて、水筒機9C内に注がれる水をため続ける。その結果軽い浮き3B3はクランクピン18を押し上げてクランク軸14を矢印方向に回転させる。この過程において水筒機9Cの軽い浮き3B3はクランク軸14を精一杯回転している。
図9は本発明の第9実施形態を示す。
図9(A)に示す変換機構は、水筒機9内の水嵩に応じて上下動する重い浮き3Aが収納されている。一方、垂直に立てられたアーム柱23の上部にAを支点としてアーム22が回動自在に設けられ、このアーム22の先端にロッド16を介して重い浮き3Aが固定されている。アーム22の反対端にはアーム弧21が取り付けられ、摩擦又は噛み合わせにより軸ローラ20と回転可能に係合している。いま、排水口11のバルブ(図示せず)が開いて水筒機9内の水が排水されるにつれ重い浮き3Aは下降するので、ロッド16を介してアーム22がAを支点として反時計方向に回動する。その結果アーム22の後端のアーム弧21の動きが摩擦係合又は噛み合わせ係合により軸ローラ20に伝達され、軸ローラー20を矢印方向に回して回転軸1と共回りする。アーム22の回動が反時計方向に回動しある角度に達すると、スイッチ板13bに接触し電気回路を介して給水口10又は排水口11の開閉が制御される。
図9(B)に示す変換機構も図9(A)に示した変換機構と同じ構成及び動作であるが、水筒機9B内には軽い浮き3Bが収納されている。
給水口10から水筒機9内に給水され、水嵩が増すにつれ軽い浮き3Bが上昇し、ロッド16を介してアーム22を押し上げる。アーム22はアーム柱23上部のBを支点として反時計方向に回動し、アーム22の後端に設けられたアーム弧21は軸ローラ20と摩擦係合又は噛み合わせ係合して回転軸1を矢印方向に回転する。アーム22の回動がある角度に達すると、アーム22はスイッチ板13aに触れ、(図示しない)電気回路により給水口10のバルブ(図示せず)を閉じるとともに排水口11のバルブ(図示せず)を開き、再び排水が始まってアーム22は下降を始める。軽い浮き3Bとロッド16とアーム22には其々の重さがあるので、水筒機9内の水面が下降するにつれて軽い浮き3Bは降下していく。アーム弧21は摩擦係合又は噛み合わせ係合によって軸ローラ20を矢印方向とは逆方向に回転させるが、軸ローラ20は回転軸1に対してラチェット機構などにより空回りする関係にあるので回転軸1は回転しない。
図9(C)は図9(A)に示した変換機構と図9(B)に示した変換機構を回転軸1が同軸となるように並置して構成した変換装置を示しており、重い浮き3Aと軽い浮き3Bでそれぞれにアーム22を回動させ、アーム弧21を回動させることにより軸ローラ20を介して回転軸1を一方向に回転する。軸ローラ20は浮きの上下により時計方向にも反時計方向にも回転するが、回転軸1はラチェット機構の作用で一方向にしか回転しないような仕組みになっている。
図10は本発明の第10実施形態を示す。
一方、海中において2本の支持柱2の2間に下軸24が水平に張り渡されており、この下軸24に滑車25a2と25b2は回転自在に離れて固定されている。水筒機9a内の重い浮き3Aの上面に一端が繋がれた条体5は、滑車25a1を通って、回転体6aを通ってから垂直に海中に入り、下軸24の滑車25a2と水筒機9a内に設けられたもう1つの滑車25a3を通って重い浮き3Aの下面中央に繋がれている。水筒機9bの場合も同じで、水筒機9b内に収納された軽い浮き3Bの上面中央に一端が繋がれた条体5は滑車25b1を通って回転軸1に固定された回転体6bを通ってから垂直に海中に入り、下軸24の滑車25b2と水筒機9b内に設けられたもう1つの滑車25b3を通って軽い浮き3Bの下面中央に繋がれている。ここで注意すべき点は、回転体6bへ条体5の巻き掛かり方が回転体6aの場合と逆であることである。
いま水筒機9aに着目すると、海面が下降するにつれ重い浮き3Aも下降し、
それに合わせて回転体6aは条体5により矢印方向に回転され、回転軸1を共回りさせる。海面が下降から上昇に転じると、重い浮き3Aも上昇し条体5は滑車25a1を通って、回転体6aは逆回転するが回転軸1はラチェット機構の作用により空回りとなる。
水筒機9bについて見ると、海面が上昇するにつれ軽い浮き3Bも上昇し、軽い浮き3Bの上方の条体5は回転体6bを通ってから海中に送られるが、上述したように条体5は回転体6bに対して回転体6aの場合とは逆回りに巻き掛けられているので、回転体6bは矢印方向に回転し回転軸1と共回りする。海面が上昇から下降に転じると、軽い浮き3Bは自重により下降し、回転体6bは矢印方向には逆回転するが、ラチェット機構の作用により回転軸1は逆回転をすることはない。つまり水筒機9a,9bのいずれにおいても、海面の上下動による重い浮き3A,軽い浮き3Bの動きにより回転軸1は常に一方向(矢印方向)しか回転しないようになっている。
図11は本発明の第11実施形態を示す。
11図の変換装置の構成は図10に示した実施形態と類似しており、2本の支持柱2,2間に張り渡した回転軸1に2つの回転体6a,6bはラチェット機構を内蔵しており、その回転体6a,6bは離して取り付けられ回転体6aには重い浮き3Aと錘4を条体5の両端にそれぞれ繋げて巻き掛けるが、回転体6bには軽い浮き3Bと錘4を両端にそれぞれ繋げた条体5を巻き掛けるとともに、さらに海中で支持柱2,2間に張り渡した下軸24に取り付けた滑車25に掛ける。
海中に殆どを沈めている重い浮き3Aは海面の下降につれて下降し、条体5により回転体6aを矢印方向に回転する。回転体6aと回転軸1は共回りして回転軸1は同じ方向に回転する。このとき錘4は引き上げられる。
海面が上昇に転じると重い浮き3Aも上昇し、錘4は下降し、回転体6aは条体5により矢印方向とは逆方向に回転するが、ラチェット機構の作用で空回りとなるので回転軸1は回転しない。
これに対して海面上に浮く軽い浮き3Bは海面の上昇に合わせて上昇し、下軸24に設けられた回転自在の滑車25から伸びる条体5を上に引き、引かれた条体5は回転体6bを矢印方向に回転して回転軸1と共回りする。このとき錘4は引き上げられる。海面が下降するときは軽い浮き3Bも下降し、錘4は条体5を下に引いて回転体6bを矢印方向とは反対方向に回転させるが、この回転は回転体6bに内蔵されたラチェット機構の作用により空回りとなり回転軸1には伝達されない。従って、回転軸1の回転は、海面の上下動に合わせた重い浮き3A、軽い浮き3Bの動きは間断なく回転軸1の一方向の回転運動に変換される。
図12は本発明の実施形態を示す。
今、水筒機9の排水口11のバルブは閉ざされていて、給水口10のバルブは開いているので水筒機9内に給水されて水嵩は増している、軽い浮き3Bの浮上はロット16を介してクランク軸14を矢印回転方向に押し上げている。半円形22aの表面を撫でている接触板26の支点を挟んで反対端に繋がれたフレキシブルシャフトを押すか引いて排水口11を閉じて給水口10を開いている、そして間もなくクランク軸14の回転が最上位置に達すると半円形22aに接触し撫でていた接触板26の作動は半円形22aの接触面から外れて、フレキシブルシャフトを押すか引いていた作動も終わり、給水口10のバルブは閉じられて、排水口11のバルブは開かれて水筒機9内の水は排水される。
以上、本発明のいくつかの実施例の形態を説明したが、本発明で利用する浮きの上下動は海面や河川などの自然現象を利用するものだけでなく、水筒機9内に常時給水することが出来る場所においは、給水速度より排水速度の方が速くなるように設定して、水筒機9内の水が排水されて浮きが最下位置に至ると、排水口11は塞がれて、常時給水により次第に水嵩は増して浮きが最上位置に至ると排水口11が自然に開くように設定してある関係上、給水がある限り何時までもピストン水車の動きは止まらない。
3A・・重い浮き 3B・・軽い浮き
3a・・浮き穴 4・・・錘
5・・・条体 5a・・浮揚性と伸縮性を備えた条体
6・・・回転体 6a,6b・・・回転体
7・・・巻き取装置 8A、8B,8C・・・支持台
9,9a,9b・・水筒機 10・・・給水口
11・・・排水口 12・・・栓
13 ・・・スイッチ板 13a、13b・・・スイッチ板
14・・・クランク軸 15・・・水筒機装置
16・・・ロッド 17・・・クランクアーム
18・・・クランクピン 19・・・位置感知機
20・・・軸ローラ 21・・・アーム狐
22・・・アーム 22a・・・半円形
23・・・アーム柱 24・・・下軸
25・・・滑車
25a1,25a2,25a3、25b1、25b2,25b3・・・滑車
26・・・接触板
200・・・錘の無いピストン水車の全体。
300・・・発電装置を備えたピストン水車の全体。
Claims (1)
- 下部が固定されている一対の支柱と、
前記一対の支柱における上部に差し渡された第1の回転軸と、
前記一対の支柱における下部に差し渡された第2の回転軸と、
前記第1の回転軸に固定され、一方にのみ回転するラチェット機構を備えた第1の回転体および第2の回転体と、
前記第2の回転軸に取り付けられた回転自在な滑車と、
前記第1の回転体に掛けた第1の条体と、
前記第1の条体の一方に固定した錘と、他方に固定した第1の浮きと、
前記第2の回転体および前記滑車に掛けた第2の条体と、
前記第2の条体の一方に固定した錘と、前記第2の回転体および前記滑車を介して、他方に固定した前記第1の浮きより軽い第2の浮きと、
前記第1の浮きおよび第2の浮きを液面に浮かべ、前記第1の浮きおよび第2浮きの上下動を前記第1の回転軸の回転運動に変換することを特徴とするエネルギー変換装置。
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