JP5605876B1 - 液水を利用した重力機関 - Google Patents

Abstract

【課題】往復動作するシリンダー型のポンプを用い、フロート弁可動部分にフロート弁の往復動作方向へそれぞれ水の重力を作用させることで効率のよい発電や水の搬送が可能な装置を提供する。
【解決手段】往復動作するシリンダー型のポンプを用い、フロート弁が下降動作するときはシリンダー下部室の水が中央管を通って揚水され、フロート弁が上昇動作するときはシリンダー上部室の水が中央管と外管との間を通って揚水される。揚水された水は、揚水筒体の上部において溢れ出て、揚水筒体及び本体ケーシングの集水室及び流下水路形成用の柱構造体を満水状態にする。柱構造体内の重力弁により、昇降時のいずれの時も前記流下水の重力が作用する。流下水路形成用の柱構造体の下部は、水車室に連通しており、揚水した水の重力を利用して水車を回転させ、動力源及び電気を得るようにしている。更に、高い所への揚水専用装置としても機能することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、往復動作するシリンダー型のポンプを用い、汲み上げた水の重力及びフロート弁連携可動部分の重力（荷重）並びに水タンク室の貯留水の重力を利用して水を高い位置へ搬送し、これを落下させて水車を回転させることで発電したり、高い位置へ搬送した水をビニールハウスや畑地へ送って農作業に利用したり、タンクやプールへ貯水する等の他の用途への利用もすることのできる液水を利用した重力機関に関するものである。

水の重力を利用して発電する装置として特許文献１及び特許文献２に示すような技術が公知である。
特許文献１の技術は、回転軸を中心にして、複数本数の、回転支柱を放射状に設け、各回転支柱の先端に一定大きさの吊り水槽を吊り下げて装着している。吊り水槽が回転移動する最下部には、一定水量の大きさの貯水槽が設置され、循環水が充填される。貯水槽内の循環水は、ポンプによって、最上部位の吊り水槽に、順次充填される。循環水が充填された吊り水槽は、充填水量の重力によって下部に落下移動する。

下部に落下移動した吊り水槽は、貯水槽に装着の傾斜誘導板を通過することで、順次、傾斜して転倒するようになり（ひっくり返され）、内部に充填された循環水は、貯水槽内に完全排水される。これにより完全排水後の吊り水槽は、軽量となり、循環水が充填された吊り水槽の落下重力によって順次上昇して、再度、最上部に到達して循環水が充填される。前記回転軸には、増速機付き発電機が装着されており、このようにして水の重力を利用した発電が行われるようになっている。

一方、特許文献２に記載された技術は、上部の貯水タンクの下部に水車を設け、該水車を揚水ポンプ及び発電機へ連動させている。揚水ポンプの吐出側はバイパス通路を介して上部の貯水タンクへ連通させている。この特許文献２に記載された発電装置では、上部の貯水タンクの水の重力（落下荷重）を利用して水車を回転させ、これに連動して揚水ポンプ及び発電機を回転させることで、発電と上部の貯水タンクへの水の補充供給とを行っている。

特開２０１１−０８５１２４号公報 ＷＯ２００４０９４８１６Ａ１号公報

特許文献１に記載された技術にあっては、吊り水槽が最上部に到達してから僅かの範囲内において吊り水槽に十分な水を充填する必要があり、ポンプの吐出能力と吊り水槽の大きさの設定が難しいという欠点と、ポンプの駆動に大きな電力を必要とするという欠点があった。また吊り水槽を放射状にいくつ設置するか及び吊り水槽の容積をどれくらいの大きさにするのか等によって回転モーメントが変化し、回転モーメントが大きすぎると吊り水槽への水の補充時間が不足し、また回転モーメントが少なすぎると十分な発電が得られないという欠点があった。
更に、このような観覧車タイプの発電装置は、全体の大きさが大きくなり、広い設置スペースを必要とする欠点があった。また吊り水槽が外部へ露出するタイプなので、自然環境の影響を受けやすく、風雨により運転できない場合があり、また晴天が続くと蒸発する水の量が多くなるという欠点があった。

一方、特許文献２に記載された技術にあっては、貯水タンクの水の重力によって水車を回転させ、これを揚水ポンプ及び発電装置へ連動させている。貯水タンク下方の水車は、水の重力によって回転するが、水車の羽根に直接作用しないで通過する水もあり、水の重力を効率よく、利用することができないという欠点があった。また揚水ポンプも水車であり、揚水ポンプの羽根で下部タンクの水を掻き出して水を押し上げ、揚水しているが押し上げられずに戻って来る水もあり、効率の良い揚水が行われているとは言えなかった。要するに、貯水タンクの水の重力を十分に活用した揚水作用とは言えないという欠点があった。

そこで、本発明は、従来の前記問題点に鑑みて、これを改良除去したものであって、往復動作するシリンダー型のポンプを用い、フロート弁可動部分にフロート弁の往復動作方向へそれぞれ水の重力を作用させることで効率のよい発電や水の搬送が可能な重力機関を提供せんとするものである。

前記課題を解決するためになされた本発明が採用した請求項１の手段は、機関本体のケーシングを下方から水タンク室、水車室、出力ギヤ室、倍力装置室、重力発生室、集水室に区画すると共に、前記機関本体ケーシングの上部に前記集水室へ連通する任意高さの揚水筒体を設け、水車室、出力ギヤ室、倍力装置室、重力発生室を貫通して落下水が流通する流下水路形成用の柱構造体を設けて当該流下水路形成用の柱構造体の上部側を前記集水室へ連通させ、前記重力発生室の流下水路形成用の柱構造体内に重力シリンダーを配置し、前記水タンク室に往復動作する揚水シリンダーを配置し、そのフロート弁に中央管と外管及びパイプシャフトの三重筒体を連結固定すると共に、外管とパイプシャフトとを一体化し、前記三重筒体を前記流下水路形成用の柱構造体内の前記重力シリンダー内へ介在させ、該重力シリンダー内における前記パイプシャフトに重力弁を取り付け、重力シリンダーの上部室及び下部室に前記揚水筒体の水の重力が作用するようにし、前記三重筒体の中央管と外管とを本体ケーシング側に固定された固定中央管と固定外管とに対してスライド自在に嵌合装着し、固定中央管と固定外管とを揚水筒体の上部まで導入して、それらの先端からそれぞれオーバーフロー水が揚水筒体内へ流出するようにし、前記流下水路形成用の柱構造体の下部側を水車室へ連通させて水の噴出口を設け、前記揚水筒体から集水室及び流下水路形成用の柱構造体を通って流れる水を水車へ向けて噴出し、水車から動力源を得るようにして成り、前記揚水シリンダーのフロート弁が下降するときは揚水シリンダー下部室の水が中央管へ流入し、上昇するときは揚水シリンダー上部室の水が中央管と外管との間へ流入するようになっていることを特徴とする液水を利用した重力機関である。

本発明が採用した請求項２の手段は、前記外管とパイプシャフトとを一つの管で一体成形した請求項１に記載の液水を利用した重力機関である。

本発明が採用した請求項３の手段は、前記重力発生室に外部電源に接続された駆動用モーターと発電機とを配置し、駆動用モーターに連動するピニオンギヤを前記パイプシャフトに設けたラックへ噛合させてパイプシャフトを昇降させ、水車室の水車の回転動力を前記発電機へ伝達して発電するようにした請求項１又は２に記載の液水を利用した重力機関である。

本発明が採用した請求項４の手段は、揚水シリンダー及びそのフロート弁に連結された三重筒体が二個一対で配置され、前記駆動用モーターと連動するピニオンギヤは前記二個一対のパイプシャフトに対向する位置で噛合している前記請求項３に記載の液水を利用した重力機関である。

本発明が採用した請求項５の手段は、倍力装置室には、らせん状の溝を備えると共に外周端面に駆動用モーターに噛合するギヤが刻設されたインサイドスライド円盤と、該インサイドスライド円盤の前記らせん状溝に前後二箇所でピンを介して嵌合するラックとが配設されており、該ラックを介して前記パイプシャフトに噛合するピニオンギヤを回転させるようにした請求項４に記載の液水を利用した重力機関である。

本発明が採用した請求項６の手段は、揚水筒体の上部に水の流出口が形成されており、ビニールハウスや畑地、ビルの高いところのタンク、プールへ水を搬送する請求項１〜５のいずれか一つに記載の液水を利用した重力機関である。

請求項１の発明によれば、往復動作するシリンダー型のポンプを用い、フロート弁に中央管、外管、パイプシャフトの三重筒体を連結固定し、フロート弁が下降動作するときはシリンダー下部室の水が中央管を通って揚水され、フロート弁が上昇動作するときはシリンダー上部室の水が中央管と外管との間を通って揚水されるようになっている。 中央管と外管とは機関本体ケーシングの上部に構築された揚水筒体（数十メートルの高さになる場合もある）の上部に導入されており、オーバーフロー水が揚水筒体及び本体ケーシングの集水室及び流下水路形成用の柱構造体へ重力によって流れ落ちるようになっている。

前記流下水路形成用の柱構造体内には重力シリンダーがもうけられており、外管と一体形成されたパイプシャフトに重力弁が取り付けられている。この重力シリンダーの上部室には、重力弁が下降動作するときに前記流下水の重力が作用するようになっている。また重力シリンダーの下部室には、重力弁が上昇動作するときに前記流下水の重力が作用するようになっている。従って、揚水シリンダーのフロート弁動作は、重力シリンダーの作用により、往復動作時にいずれも流下水の重力を利用することができ、エネルギー効率に優れた揚水動作を実現することができる。

また流下水路形成用の柱構造体の下部は、水車室に連通しており、揚水した水の重力を利用して水車を回転させ、動力源を得るようにしている。

請求項２の発明によれば、外管とパイプシャフトとを一体成型している。これにより、部品点数を削減することが可能である。この場合、一体成型した外周面に駆動モーター側に連動するピニオンと噛合するラック歯を刻設する必要がある。

請求項３の発明によれば、水車の出力を駆動用モーターと発電機とへ伝達するようにしている。駆動用モーターに連動するピニオンにより、パイプシャフトのラックが昇降動作することができ、揚水シリンダーの昇降動作を行うようにしている。

請求項４の発明によれば、揚水シリンダー及び三重筒体が二個一対で配置されており、一つのピニオンギヤで三重筒体のパイプシャフトを昇降動作させるようにしている。そのため、一つの揚水シリンダーのフロート弁が下降動作するときは他方の揚水シリンダーのフロート弁は上昇動作をし、これらのいずれの動作時にも水タンク室の水を揚水するので、絶え間なく揚水動作を確保することができる。

請求項５の発明によれば、インサイドスライド円盤のらせん状溝と、ラックのピンとの嵌合により、前記円盤の回転によりラックが直線状に往復動作するようになる。この直線運動は、前記三重筒体のパイプシャフトを昇降させるピニオンギヤを正逆回転させる。そのため、揚水シリンダーのフロート弁の昇降動作を自動的に行わせることができる、

請求項６の発明によれば、揚水筒体の上部の水を、ビニールハウス又は畑地、ビルの高いところのタンク、プール等へ自然流下により搬送することができる。

本発明の一実施の形態に係る液水を利用した重力機関の全体を示す縦断面概略側面図である。 本発明の一実施の形態に係るものであり、機関本体の底板形状を示す平面図である。 本発明の一実施の形態に係るものであり、水タンク室と水車室とを区画する区画板の平面図である。 本発明の一実施の形態に係るものであり、揚水ポンプ機構の上昇動作時の状態を示す部分縦断面拡大図である。 本発明の一実施の形態に係るものであり、揚水ポンプ機構の下降動作時の状態を示す部分縦断面拡大図である。 本発明の一実施の形態に係るものであり、水車の機構部を示す縦断面拡大図である。 本発明の一実施の形態に係るものであり、水車室と出力ギヤ室との区画板を示す平面図である。 本発明の一実施の形態に係るものであり、倍力装置室のインサイドスライド円盤を示す平面図である。 本発明の一実施の形態に係るものであり、倍力装置室のラック溝を示す平面図である。 本発明の一実施の形態に係るものであり、倍力装置室のラックとピニオンの関係を示す下から見た図面である。 本発明の一実施の形態に係るものであり、インサイドスライド円盤と、ラック及びピニオンの関係を示す図面であって、上半分は中心位置で縦断面した側面図であり、下半分はラックとピニオンの噛合位置で縦断面した側面図である。 本発明の一実施の形態に係るものであり、パイプシャフトと昇降用ピニオンとの噛合関係を示す横断面図である。 本発明の一実施の形態に係るものであり、中央管と外管とパイプシャフトと昇降用ピニオンとの関係を示す一部縦断面側面図である。 本発明の一実施の形態に係るものであり、揚水ポンプ機構部から重力利用機構部までの機構部を示す概略側面図である。 本発明の一実施の形態に係るものであり、図（Ａ）は重力シリンダーの横断平面図、図（Ｂ）は同シリンダーの底部を示す縦断面側面図である。 本発明の一実施の形態に係るものであり、集水室の配管状態を示す平面図である。 本発明の一実施の形態に係るものであり、揚水筒体の上部を示す縦断面側面図である。 本発明の一実施の形態に係るものであり、揚水筒体の配管状態を示す平面図である。 本発明の一実施の形態に係るものであり、揚水筒体の途中に設けた通水を遮蔽する円盤状の弁機構を示すものであって、図（Ａ）は平面図、図（Ｂ）は中心を通る部分の縦断面側面図、図（Ｃ）は一対の中央管及び外管の中心を通る部分で縦断面した側面図である。 本発明の水車駆動機構部の他の変形実施例を示す、噴射ケーシング部の半縦断面図である。 本発明の水車駆動機構部の他の変形実施例を示す、噴射ケーシング部の横断面平面図である。

以下、添付の図面に基づき、本発明の一実施の形態について説明する。図１は、液水を利用した重力機関Ａの全体を示す概略側面図である。同図に示すように、液水を利用した重力機関Ａは、平面視で八角形状の機関本体ケーシング１と、この本体ケーシング１の上部に立設された円筒状の揚水筒体２とから成っている。そして、八角柱形状の機関本体ケーシング１は、下方から水タンク室Ｂ、水車室Ｃ、出力ギヤ室Ｄ、倍力装置室Ｅ、重力発生室Ｆ、集水室Ｇに区画されている。この場合の八角柱形状の機関本体ケーシング１の大きさは、対向する壁面間の距離が９８０ｍｍで高さが２２５０ｍｍ程度である。これに対して、円筒状の揚水筒体２は、使用目的に応じて任意の１０〜３５メートルの任意高さ範囲内に設定することが可能である。

本体ケーシング１の水タンク室Ｂの底部には、図２の平面図に示す形状の底板３が配設されている。この底板３には、水タンク室Ｂに垂直に立設される揚水シリンダー４の根元の部分を装着するための嵌合孔５が設けられている。揚水シリンダー４は、二個一対で配置され、この実施の形態では合計八個が配置されている。また前記底板３の中央には、四角形状の通水口６が開口形成されている。通水口６は、揚水シリンダー４のフロート弁７が上昇動作をするときに、シリンダー下部室８に水タンク室Ｂ内の水を補給するためのものである。水タンク室Ｂと水車室Ｃとを区画する区画板１０は、図３の平面図に示す通りであり、揚水シリンダー４の上部側を嵌合保持する装着孔１１が形成されている。また区画板１０の中央には、大きな円形状の通水孔１０Ａが形成されている。これは水車を回転させた噴射水が水タンク室Ｂへ還流するためのものである。詳細は、後述する。
従って、揚水シリンダー４は、その根元側を底板３の嵌合孔５に保持され、上部側を区画板１０の装着孔１１に嵌合保持されて固定されている。

水タンク室３に配設された各揚水シリンダー４は、上昇動作の終端間際の状態を示す図４及び下降動作の開始時の状態を示す図５に示す通りであり、シリンダー本体１２内に所定の間隙をもってフロート弁７が装着されている。このフロート弁７には、中央管１３と、外管１４と、パイプシャフト１５との三重筒体が連結固定されている。中央管１３は、フロート弁７の内部まで侵入しており、外管１４とパイプシャフト１５とは、一体化されてフロート弁７の上端側に固定されている。なお、これらの三重筒体は、図４、図５及び図１５等に示すように、パイプシャフトケーシング１５Ａ内に装着されている。

フロート弁７の上部側の内部において、前記中央管１３は、その先端側が閉塞されて通水用の小孔１６が多数穿設された通水板１７に連結固定されている。通水板１７はフロート弁７のケーシングに固定されている。この通水板１７の上方には、中央管１３に外嵌装着された逆止弁（円盤）１８が配置されており、水圧により自動的に昇降動作をし、前記通水板１７の小孔１６を遮蔽又は開放するようになっている。そして、中央管１３の下部側の周側面には、流入ポート１９が開口形成されている。更に、通水板１７の下方には水の流入室２０が設けられており、該流入室２０に臨んでフロート弁７のケーシングには通水用の小孔２１が多数穿設されている。

シリンダー本体１２の上部側には、スカート部材２２がシリンダー本体１２との間に所定の間隙をもって外嵌装着されている。このスカート部材２２は、フロート弁７が下降動作をするときに、シリンダー上部室９に補給水を供給する流路を形成するためのものであり、下端側はシリンダー本体１２の途中の高さ位置で開放されている。スカート部材２２とシリンダー本体１２との間に形成された流路２３は、シリンダー上部室９に連通している。シリンダー上部室９には、水圧により自動的に昇降動作をして前記流路２３のポートを遮蔽又は開放するための逆止弁（円盤）２４が配置されている。またこの上部室９に臨むパイプシャフト１５と外管１４とには、流入ポート２５が開口形成されており、水圧により自動的に昇降動作するハット状の逆止弁２６の筒状部２７によって遮蔽又は開放されるようになっている。
一方、シリンダー本体１２の下部室８は、パンチング平板と筒状部とからなる逆止弁２８及び流入ポート２９を介して水タンク室Ｂに連通している。

水車室Ｃに配設された水車は、図６に示すように、駆動用水車３０と出力用水車３１とが同軸上で相互に回転自在に軸支されている。これらの水車３０及び３１を支承する水車軸３２は、水タンク室Ｂと水車室Ｃとを区画する区画板１０に下端側が回転自在に支承されており、水車室Ｃと出力ギヤ室Ｄとを区画する区画板３３を貫通し、出力ギヤ室Ｄと倍力装置室Ｅとを区画する区画板３４に上端側が回転自在に支承されている。

水車室Ｃの仕切板１０の上には、十文字状に配置された水の導入水路３５（図１、図６及び図７参照）が形成されており、この導入水路３５は水車軸３２の下部側に所定の空間をもって配置された流量調整弁３６の弁室３７に連通接続されている。弁室３７を形成する円筒状ケーシング３８の下部側には、前記導入水路３５に臨んで長孔の流入ポート３９が開口形成されており、その上部に長孔の流出ポート４０が開口形成されている。そして、有底筒状の弁体４１が昇降動作することにより、流出ポート４０の開口面積を制御し、水車側へ流れる水の流量を調整するようになっている。弁体４１の昇降は、水車軸３２と弁体４１とを螺合させ、弁体４１に回り止め（例えば、ケーシング３８とスプライン嵌合させる）を施すことにより、水車軸３２の上端側に取り付けたハンドル４２を回転させることで実現している。

流量調整弁３６の円筒状ケーシング３８の外周側には、噴射室４３を形成するための噴射ケーシング４４が配設されている。このケーシング４４の周側面には、駆動用水車３０及び三段に構成された出力用水車３１に向けて水を斜め方向へ噴射するための噴射口４５が形成されている。駆動用水車３０は、水車軸３２に回転自在に外嵌装着された内筒軸４６に連結固定されている。三段構成の出力用水車３１は、前記内筒軸４６の外側に更に回転自在に装着された外筒軸４７に連結固定されている。

出力ギヤ室Ｄにおいて、外筒軸４７には出力用のプーリー４８が連結されており、内筒軸４６には駆動用のプーリー４９が連結されている。駆動用プーリー４９は、ベルト５０を介してプーリー５１に接続されている。図１に示すように、前記プーリー５１の駆動軸５２の途中には、上下二段のギヤ５３，５４が配設されており、これらのギヤ５３，５４はインサイドスライド円盤５５，５６の外周端面に刻設された大ギヤに噛合している。また駆動軸５２の他端側はプーリー５７及びベルトを介して駆動用モーター５８に接続されている。一方、出力用のプーリー４８は、ベルト５９、プーリー６０、出力軸６１、プーリー６２及ベルトを介して発電機６３に接続されている。

次に、図１と、図８乃至図１１を参照して倍力装置室Ｅの構成について説明する。図８はインサイドスライド円盤５５，５６を示す図面であり、図９は倍力装置室Ｅの上下の区画板６４、６５を示す図面である。インサイドスライド円盤５５は、区画板６４の上方に回転自在に装着されている。区画板６４、６５には、直線状のラック溝６６が開口形成されており、両区画板６４、６５のラック溝６６どうしは、相互に直交する方向に配置されている。区画板６４にあっては下方からラック６７がスライド自在に嵌合装着されており、区画板６５にあっては上方からラック６８が嵌合装着されている。ラック６７の下面側の両端と、ラック６８の上面側の両端とにはラック歯６９、６９が刻設されており、ピニオン７０，７０及び７１，７１と噛合している。ピニオン７０，７０は、区画板６４から吊り下げ支持されたアーム７２に回転自在に支承されている。ピニオン７１，７１は区画板６５の上面に立設された支持アーム（図示せず）に支承されている。

ところで、ラック６７，６８はその長手方向の両端側にピン部材７３，７４がスプリング７５により突出退入自在に嵌合装着されており、前記ピン部材７３，７４は図１１の下半分に示すように、インサイドスライド円盤５５，５６のインサイドスライド溝７５に対して嵌合又は離脱するようになっている。インサイドスライド溝７５は、らせん状の溝であり、中心側の溝底は傾斜した面７６に形成され、その終端側ではピン部材７４がインサイドスライド溝７５から溝底スロープを使って溝山を越えることができるようになされている。インサイドスライド円盤５５が回転することにより、ラック６７のピン７３，７４のいずれか一方がインサイドスライド溝７５の外周側に嵌合して円盤中心側へ移動し、他方は嵌合を外れて自由な状態となる。次に、自由なピンがインサイドスライド溝７５へ外周側で嵌合し、他方は自由な状態となる。これを繰り返すことで、ラック６７は図１１の紙面に対して垂直方向に往復動作をし、ピニオン７０，７０を回転させる。同様にして、インサイドスライド円盤５６が回転すると、ラック６８は図１１の左右方向へ往復移動し、ピニオン７１，７１を回転させる。

次に、揚水シリンダー４のフロート弁７を昇降動作させる機構について説明する。図１に示すように、フロート弁７に連結された中央管１３、外管１４、パイプシャフト１５の三重筒体は、水車室Ｃ、出力ギヤ室Ｄ、倍力装置室Ｅ、重力発生室Ｆを貫通して設けられた流下水路形成用の柱構造体（以下、「柱構造体」という）７７内に位置しており、一つの柱構造体７７内には二個一対の揚水シリンダー４、４に対応するフロート弁７の三重筒体が存在している。倍力装置室Ｅにおける柱構造体７７に介在する二個一対のパイプシャフト１５、１５には、対向する面にラック歯７８、７８が縦方向に刻設されている。このラック歯７８，７８には、前記ピニオン７０、７１にシャフト７９を介して連結されたピニオン８０が噛合している。従って、ピニオン８０が一定方向へ回転すると、二個一対の揚水シリンダー４，４の一方のフロート弁７は上昇動作をし、他方のフロート弁７は下降動作をするようになる。

前記二個一対のパイプシャフト１５，１５は、図１４に示すように、重力発生室Ｆの重力シリンダー８１，８１内へ導入されており、該シリンダー内で重力弁８２，８２が取り付けられている。重力シリンダー８１，８１は、その上下部に、図１５に示す円筒状鍔部８３と、四角形状の平板部８４とからなる開閉制御弁８５が設けられており、これらの中間部のシリンダー本体部分は四角形状である。従って、重力弁８２，８２も四角形状をなしている。

そして、二個一対の重力シリンダー８１，８１は、図１５の図（Ｂ）に示すように、上下の開閉制御弁８５の部分において、連絡通路８６が形成されており、交互に開閉制御される二つのポート８７，８８を有している。また制御弁８５は、前記ポート８７に対応するポート８９が開口形成されている。更に、重力シリンダー８１，８１の円筒状鍔部８３が嵌合装着された円筒状ケーシング９０の部分には、周側面に柱構造体７７内の水が浸入し得るポート９１が開口形成されている。

ところで、重力シリンダー８１，８１内におけるパイプシャフト１５には、本体ケーシング１に固定された固定外管１４Ａが上方から挿し込まれている。また固定外管１４Ａ内に装着された固定中央管１３Ａは、パイプシャフト１５内の外管１４内を下方から立ち上がって来る中央管１３にスライド自在に外嵌又は内嵌装着されている。

固定外管１４Ａと固定中央管１３Ａとは、図１６に示すように、集水室Ｆにおいて、合計八個が中央側へ集合し、揚水筒体２内をその上部まで立ち上がるように配管接続されている。そして、図１７に示すように、固定外管１４Ａと固定中央管１３Ａとの上端側に、それぞれ水圧により昇降動作する逆止弁９２，９３を配置している。図１８は、これらの揚水筒体２内における配管及び逆止弁９２，９３を平面から見た図面である。

図１９は、揚水筒体２の下部側（途中）に配設された開閉制御弁９４を示すものである。この開閉制御弁９４は、液水を利用した重力機関Ａの駆動を一時的に停止するような場合に、揚水筒体２及び中央管１３、外管１４内にある水が流れ落ちないように、流路を一時的に遮断し、次の再開時にはこれらの流路を満水状態にする準備時間を省略するようにするためである。同図の図（Ｂ）及び図（Ｃ）に示すように、この開閉制御弁９４は、揚水筒体２の内部を区画する区画板９５の上に設置されている。区画板９５は、中央に円形状の通水孔９６が形成されており、この区画板９５上に円盤状の下部側弁座９７と、回動弁体９８と、上下に僅かに昇降できる円盤状の可動弁座９９とがサンドイッチ状に重ねて配設されている。

上下の弁座９７及び９９の中心側には、通水孔形成用の円盤１００と、１０１が対向して配置されている。下方の円盤１００は、傘歯車１０２が形成された部分を有し、その歯車軸１０３は回動弁体９８を貫通して上方の円盤１０１に形成された雌螺子部を有するボス部１０４に螺子嵌合している。前記傘歯車１０２は、揚水筒体２の外部にハンドル１０５が取り付けられた軸１０６の先端に設けられた傘歯車（ピニオン）１０７と噛合し、この傘歯車１０７により、水平方向へ回動するようになっている。
そして、上下の円盤１００及び１０１の傘歯車１０２よりも外側の領域には、通水孔１０８と孔がもうけられていない部分（図１９の図（Ａ）において斑点模様で表した部分)１０９とが放射状に交互に形成されている。

一方、上下の弁座９７と９９とにサンドイッチされた回動弁体９８は、前記上下の円盤１００，１０１の通水孔１０８に対応する通水孔１１０を有している。回動弁体９８は、揚水筒体２の外部に設けられた操作レバー（図示せず）を回動させることにより、通水孔１１０が上下の円盤１００，１０１の通水孔１０８の位置にきたり、孔が形成されていない部分へ位置するようになり、上下の円盤１００，１０１の通水孔１０８を連通させたり又は遮断したりできるようになっている。

更に、図１９の図（Ａ）及び図（Ｃ）に示すように、揚水筒体２内に立ち上がる固定外管１４Ａ及び固定中央管１３Ａは、途中で切断されてそれぞれが上側弁座９９及び下側弁座９７に接続されている。そして、これらの外管１４Ａ及び１３Ａに対応する回動弁体９８の位置には、外管連通孔１１１と中央管連通孔１１２とが形成されており、回動弁体９８を回動させることにより、分割された固定外管１４Ａどうし及び固定中央管１３Ａどうしを連通させたり、または遮断したりできるようになっている。

次に、このように構成された液水を利用した重力機関Ａの動作態様を説明する。なお、水タンク室Ｂ内には図１に示すように、揚水シリンダー４の上部高さ位置まで、水が貯水されているものとする。また最初に運転を開始するに当たっては、図６に示す、水車軸３２のハンドル４２を回転させて流量調整弁３６の弁体４１を下降させておき、流出ポート４０を閉塞しておく。このような状態から外部電源又はバッテリーを使用して駆動用モーター５８を駆動させると、ベルト及びプーリー５７、軸５２、ピニオン５３，５４を介して倍力装置室Ｅのインサイドスライド円盤５５，５６を回転駆動させる。これらのインサイドスライド円盤５５，５６の回転により、らせん状溝７５にピン７３又は７４のいずれか一つが嵌合するラック６７及び６８がそれぞれ直線状の往復動作をするようになる。

この直線運動について、インサイドスライド円盤５６及びラック６８の場合を例に説明すると、図８及び図１１に示す状態から、図８の反時計方向へインサイドスライド円盤５６が回転をすると、ラック６８のピン７４はらせん状溝７５の中心側の傾斜した溝底７６を登り、溝山を越えて平坦部へ移動するようになる。他方側のピン７３は、らせん状溝７５に案内されてラック６８を図８及び図１１の右方向へ移動させる。そして、インサイドスライド円盤５６が一回転して図８の状態へ戻った状態では、ピン７４はらせん状溝７５の入口側に位置し、次第にこれと嵌合するようになる。このとき他方側のピン７３はらせん状溝７５の傾斜溝底７６を登りはじめ、やがて溝山を越えるようになる。
この状態から更にインサイドスライド円盤５６が回転すると、ピン７４はらせん状溝７５に案内されて同図の左方向へ直線状に移動する。このようにして、ピン７３とピン７４が交互にらせん状溝７５と嵌合又は離脱を繰り返すことで、ラック６８を左右方向に往復動作させている。

ラック６７と６８の直線往復動作は、図１０に示すように、そのラック歯６９に噛合するピニオン７０、７０及び７１、７１を正逆方向へ回転させる。これらのピニオン７０，７０及び７１，７１の回転は、図１０、図１２乃至図１４に示すように、軸７９及びピニオン８０を介して二個一対の揚水シリンダー４，４のパイプシャフト１５，１５を昇降動作させるようになる。一対のパイプシャフト１５，１５は、一方が上昇するときは、他方は下降動作をする。

パイプシャフト１５が上昇動作をするときは、図１及び図４に示すように、これに連結された揚水シリンダー４のフロート弁７がシリンダー上部室９の水を圧縮するので、逆止弁２６は水圧により押下げられ下降しており、その筒状部２７は外管１４の流入ポート２５を開放する。またシリンダー室９の水圧により、逆止弁２４は押し上げられて図４に示すように、補給水路２３の流入口を閉塞している。従って、シリンダー上部室９の水は、流入ポート２５から外管１４と中央管１３との間に形成された流路を上っていき、揚水される。このとき、シリンダー下部室８には負圧が発生する。この負圧により、シリンダー底部の逆止弁２８が浮き上がり、底板３の開口６、流入ポート２９、逆止弁２８のパンチング小孔を経てシリンダー下部室８にタンク室Ｂ内の水が補充される。この補充水は、水タンク室Ｂ内に貯留された水の重力によりフロート弁７を押し上げるように助成する。

これに対して、パイプシャフト１５が下降動作をするときは、図１及び図５に示すように、これに連結された揚水シリンダー４のフロート弁７がシリンダー下部室８の水を圧縮するので、その底部の逆止弁２８は水圧により押下げられてその筒状部が流入ポート２９を閉塞するようになる。そのため、シリンダー下部室８の水は、フロート弁７のケーシングと揚水シリンダー本体１２との間の流路を通ってフロート弁７のケーシング上部に設けた小孔２１から流入室２０へ入り、逆止弁１８を押し上げる。これにより、シリンダー下部室８の水は、流入室２０へ入り込んだ後、通水板１７の小孔１６を通り、逆止弁１８を迂回して中央管１３の流入ポート１９から中央管１３内へ入り、これを上っていき、揚水される。このフロート弁７が下降動作するときは、フロート弁７及びパイプシャフト１５、中央管１３並びに外管１４の荷重がフロート弁７に作用し、その下降動作を助成する。

またフロート弁７が下降動作するときは、シリンダー上部室９に負圧が発生する。この負圧により、逆止弁２６が浮き上がり、その筒状部２７が外管１４の流入ポート２５を閉塞するようになり、外管１４と中央管１３との間の水が逆流するのを防止する。またシリンダー上部室９の負圧により、逆止弁２４は下降動作をする。そのため、シリンダー本体１２と、スカート部材２２との間に形成された流路２３を通じて水タンク室Ｂの水がシリンダー上部室９へ補充されるようになる。

このようにして揚水シリンダー４のフロート弁７の下降動作により、シリンダー下部室８の水を中央管１３を通じて揚水し、フロート弁７の上昇動作によりシリンダー上部室９の水を中央管１３と外管１４との間の流路を通じて揚水している。揚水された水は、図１７に示すように、最終的には揚水筒体２の最上部に位置する固定中央管１３Ａ及び固定外管１４Ａとの開口端から溢れ出て揚水筒体２内を流下し、本体ケーシング１の柱構造体７７及び揚水筒体２内を満水状態にする（水車室Ｃにおける弁室３７の流出ポート４０が閉塞されているため）。なお、揚水筒体２の天井には、エアー抜きバルブ（図示せず）が設けられており、水の水位が上昇するに連れてエアーを外部へ排気するようにしている。
前記揚水シリンダー４は、二個一対で四組が設けられており、八個の揚水シリンダー４が水を押し上げる水量は、フロート弁７の半径を８．０ｃｍとし、ストロークを３６ｃｍとすると、一往復のストロークで１１５．８４リットルとなる。一往復のストロークに要する時間は、１秒程度である。従って、一時間で４１６，０００リットル（４１６キロリットル）の水を揚水することが可能である。

柱構造体７７の下部は、十文字状の流路３５を通じて水車側へ流入するが、最初の運転開始時には流量調整弁３６によって、水車側への水の噴出が遮断されているので、柱構造体７７と揚水筒体２内に水が補充され、その水面は次第に高くなっていく。重力発生室Ｆの重力シリンダー８１よりも貯水された水の水面が高くなると、この水の重力が重力シリンダー８１に作用し、揚水シリンダー４のフロート弁７を昇降させる力になる。
この事を更に詳しく説明すると、図１４及び図１５において、左側の重力シリンダー８１が上昇動作を開始し、右側の重力シリンダー８１が下降動作をするものとする。右側の重力シリンダー８１の重力弁８２が下降動作をすると、シリンダー下部室の水が圧縮されるので、その底部の開閉制御弁８５の平板部８４がポート８８を閉塞し、円筒状鍔部８３がポート９１を閉塞する。また円筒状鍔部８３のポート８９は連絡通路８６のポート８７と連通するようになる。

これに対して、上昇動作する左側の重力シリンダー８１においては、シリンダー下部室に負圧が発生するので、開閉制御弁８５は浮き上がり、連絡通路８６のポート８８を開放する。これにより、右側の重力シリンダー８１の下部室の水が左側の重力シリンダー８１の下部室へ流入し、補充される。一方、左側の重力シリンダーのポート９１が開放されるので、柱構造体７７の水圧がシリンダー下部室へ作用し、柱構造体７７及び揚水筒体２内に貯留された水の重力が重力弁８２に作用し、水の重力を利用して重力弁８２を押し上げるようになる。この重力の作用は、駆動用モーター５８を補助することになる。

この重力弁８２に作用する水の重力は、重力シリンダー８１，８１の上部側においても同様に行われる。上部側では、左側の重力シリンダー８１のシリンダー上部室から右側の重力シリンダー８１の上部室へ連絡通路８６を通じて補給水が補充され、右側の重力シリンダー８１の重力弁８２に柱構造体７７及び揚水筒体２に貯留された水の重力が作用する。この場合、重力弁８２を押下げる方向に水の重力は作用する。
参考までに説明すると、揚水筒体２の高さを２６ｍとしたときの水の重力は、２．６Ｋｇ／平方センチメートルであり、重力弁８２の面積を２５０平方センチメートルとしたときの、重力弁８２に作用する重力は６５０ｋｇ／平方センチメートルである。これは重力弁８２の下降動作時及び上昇動作時のいずれにおいても作用する。

以上の説明で明らかなように、この実施の形態の揚水シリンダー４は、下降動作時には、揚水した水の重力と、フロート弁７及びパイプシャフト１５、可動側の中央管１３及び外管１４の重力（荷重）との二つの重力を利用して水タンクＢ内の水を揚水している。また揚水シリンダー４の上昇動作時には、揚水した水の重力と、水タンク室Ｂ内の水の重力との二つの水の重力を利用して水タンク室Ｂ内の水を揚水している。このように、揚水した水及び水タンク室Ｂ内の水の重力、並びにフロート弁７等の可動部分の荷重を利用して揚水シリンダー４で水タンク室Ｂ内の水を揚水することで、非常に少ないエネルギーでの揚水が可能である。揚水筒体２のある程度の高さ位置まで、水が貯留されてきた後は、水車室Ｃの水車軸３２を回動させて、流量調整弁３６を上昇させ、流出ポート４０から噴射室４３へ水を導入させ、噴射口４５から駆動用水車３０及び出力用水車３１へ向けて水を噴射させればよい。駆動用水車３０の回転は、インサイドスライド円盤５５，５６及び駆動用モーター５８に伝達される。出力用水車３１の回転は、発電機６３に伝達される。

ところで、水車３０及び３１の回転のために噴射された水は、図３に示す区画板１０の中央の大きな円形状の通水孔１０Ａから水タンク室Ｂへ還流される。そして、還流された水は、順次、各揚水シリンダー４により汲み上げられて揚水され、重力を利用して再び水車３０及び３１へ噴射され、水タンク室Ｂへ戻るという循環経路を形成する。水タンク室Ｂの満水量は、およそ１．５立法メートルである。
また水タンク室Ｂの水は、運転開始当初において、柱構造体７７及び揚水筒体２内を満水状態にするまでは、徐々に減っていくが、水位に自動的に反応して開閉する弁により、水道水等から減った分について自動的に水が補給されるようになっている。

このように、本実施の形態の装置では、揚水筒体２に貯留された水の高さ位置エネルギー（重力）を利用して水車３０及び３１に噴射するので、水車の回転力に優れており、フロート弁７の半径を８．０ｃｍとし、ストロークを３６ｃｍとし、揚水筒体２の高さを２６ｍ程度にした場合でも十分な発電が可能である。発電した電気は、そのまま家庭用電気や工場用電気として利用したり、またバッテリー等の蓄電設備に蓄電しておくことも可能である。

なお、参考までに本実施の形態装置のスペックを示すと、フロート弁７の半径を８．０ｃｍ、フロート弁７とシリンダー本体１２との間の隙間を１ｍｍ、ストロークを３６ｃｍ、中央管１３と外管１４とのそれぞれの有効な開口（口径）面積を１．５４６６２９平方センチメートル、本体ケーシング１の八角形の対向面間の距離を９８ｃｍ、本体ケーシング１の高さを２２５ｃｍ、揚水筒体２の高さを２６ｍとしている。このとき、フロート弁７の底面積は、２０１．０６１７６平方センチメートルとなる。中央管１３と外管１４とのそれぞれのフロート弁７に対する面積比率は１：１３０である。
従って、フロート弁７の一ストローク（３６ｃｍ）時の水の排斥量（揚水量）は、７２３８．２２３３６立法センチメートル、中央管１３と外管１４との一ストローク時の揚水量は５５．６７８６４立法センチメートルとなる。また本装置では、揚水シリンダー４を八個設置しているので、一ストローク時の揚水量は、７２３８．２２３３６立法センチメートル×８＝５７．９２リットルとなり、一工程（フロート弁７の往復動作）では１１５．８４リットルの揚水が行われる。一工程に要する時間は、１秒であり、一時間あたり４１７．０２４キロリットルの水を揚水することが可能である。

揚水筒体２の高さは、揚水シリンダー４による水の揚水能力の半分程度にすれば、図１７に示す、揚水筒体２の最上部に位置する固定中央管１３Ａ及び固定外管１４Ａとの開口端から揚水した水を十分な量だけ溢れさせることが可能である。前記スペックにおいては、フロート弁７の一ストロークの排水量は、７２３８．２２３３６立法センチメートルであり、１．５４６６２９平方センチメートルの中央管１３と外管１４とにおいては、４６８０ｃｍの高さまで揚水することが可能となる。そこで、本実施の形態の装置では、揚水筒体２の高さ寸法を、半分程度の２５ｍとしている。

ところで、この液水を利用した重力機関Ａの駆動を一時的に停止しておく場合は、図１９に示す開閉制御弁９４を閉塞し、揚水筒体２内の水及び揚水筒体２内における固定中央管１３Ａと、固定外管１４Ａとに存在する水が流れ落ちないようにすればよい。この場合、開閉制御弁９４には水圧がかかっており、そのままでは回動弁体９８を回動操作することができない。そのため、先ずハンドル１０５を回動操作し、傘歯車のピニオン１０７を介して傘歯車１０２を回動させ、その軸１０３の螺子部を利用して上側弁座（スプライン等により回動が抑制されている）９９を押し上げ、回動弁体９８の回動操作ができるようにしている。然る後は、回動弁体９８を図示しないレバーで回動操作する。これにより、上下の円盤１００，１０１の通水孔１０８が回動弁体９８により遮断され、また固定中央管１３Ａと固定外管１４Ａのそれぞれの連通が遮断される。液水を利用した重力機関Ａを再駆動させる場合は、同様にして回動弁体９８を回動操作し、それぞれが連通するようにすればよい。

図２０及び図２１は、水車室Ｃに配設された水車駆動機構部の他の変形実施例を示すものである。同図に示すように、十文字の流路３５に連通接続された噴射ケーシング４４の下部側を機関本体側へ固定し、噴射ケーシング４４の駆動用水車３０と、三段に構成された出力用水車３１の各段に対応すべく、噴射ケーシング４４の上部側を四段の可動噴射ケーシング４４Ａ〜４４Ｄとしている。そして、これらの噴射ケーシング４４、４４Ａ〜４４Ｄの内側に機関本体側へ固定された固定内側噴射ケーシング１１３を設けている。この固定内側噴射ケーシング１１３には、長方形と三角形を組み合わせた形状の流量調整口１１４が形成されている。流量調整口１１４は、可動噴射ケーシング４４Ａ〜４４Ｄに開口形成された噴射口４５に対応して位置し、当該噴射口４５の開口面積を制御するように構成されている。

次に、この開口面積の制御機構について説明する。前記四段の可動噴射ケーシング４４Ａ〜４４Ｄの外周面にギヤ１１５Ａ〜１１５Ｄを刻設し、これに固定側のケーシングの上下方向に装着した作動軸１１７Ａ〜１１７Ｂに取り付けられたピニオン１１８Ａ〜１１８Ｂを噛合させている。そして、作動軸１１７Ａ〜１１７Ｄの下端側で、操作軸１２０Ａ〜１２０Ｄの先端側に取り付けたウォームギヤ１１９Ａ〜１１９Ｄに噛合させている。

これにより、各段の可動噴射ケーシング４４Ａ〜４４Ｄは、操作軸１２０Ａ〜１２０Ｄを回転駆動させることにより、それぞれが固定内側噴射ケーシング１１３の周囲を４５度の角度範囲で回動動作するようになる。そのため、噴射口４５と、流量調整口１１４とが重なる開口面積が変化し、噴射口４５から噴射される水の量が調整される。つまり、駆動用３０と出力用の水車３１の回転数を個別にコンロトールすることが可能である。図２０において、一点鎖線で示す噴射口４５の位置は全閉時（開口面積ゼロ）である。この状態から同図の左方向へ移動することで、流量調整口１１４と重なる開口面積が徐々に増大し、長方形状の部分で全開となる。なお、その他の構成並びに作用効果は、図６に示す水車機構の場合と同じである。

ところで、上記の説明は、本発明装置Ａを発電に利用する場合のみを説明したが、揚水筒体２の上部に開閉制御弁等を介して流出口を設け、該流出口からビルの上階にあるプールや貯水タンクへ水を搬送したり、またビニールハウスや畑地等へ水を搬送したりすることも可能である。この場合、水車室Ｃの流量調整弁３６を調整して、本装置の駆動及び発電に使用する水量と、外部へ搬送する水量とを調節するようにすればよい。

また上記説明では、柱構造体７７及び揚水筒体２内が空っぽの状態から揚水した水をオーバーフローさせて満水にし、水車室Ｃの流量調整弁３６を調整して発電等を行うようにしたが、運転を開始するに当たって、前記流量調整弁３６を閉塞状態にしておき、揚水筒体２の天井側から水道水等の外部の水を導入して柱構造体７７及び揚水筒体２内を満水状態にし、しかる後に前記流量調整弁３６を開口して運転を開始するようにしてもよい。
更に、上記説明では、液水として水の場合を説明したが、油やその他の液体であっても利用することが可能である。

更にまた、本発明の重力機関を例えば、船舶等に搭載した場合は、揚水筒体２の高さが高くなり過ぎて橋の下を通過することが困難になるような場合や強風の場合に折損事故が発生することが予測される。このような使用形態では、揚水筒体２及びその内部の中央管並びに外管をスライド式又は折れ曲がり自在式にすれば便利である。

Ａ…液水を利用した重力機関
Ｂ…水タンク室
Ｃ…水車室
Ｄ…出力ギヤ室
Ｅ…倍力装置室
Ｆ…重力発生室
Ｇ…集水室
１…本体ケーシング
２…揚水筒体
４…揚水シリンダー
７…フロート弁
１３…中央管
１４…外管
１５…パイプシャフト
５５，５６…インサイドスライド円盤
５８…駆動用モーター
６３…発電機
７５…らせん状溝
７７…柱構造体
８１…重力シリンダー

Claims (6)

1. 機関本体のケーシングを下方から水タンク室、水車室、出力ギヤ室、倍力装置室、重力発生室、集水室に区画すると共に、前記機関本体ケーシングの上部に前記集水室へ連通する任意高さの揚水筒体を設け、水車室、出力ギヤ室、倍力装置室、重力発生室を貫通して落下水が流通する流下水路形成用の柱構造体を設けて当該流下水路形成用の柱構造体の上部側を前記集水室へ連通させ、前記重力発生室の流下水路形成用の柱構造体内に重力シリンダーを配置し、前記水タンク室に往復動作する揚水シリンダーを配置し、そのフロート弁に中央管と外管及びパイプシャフトの三重筒体を連結固定すると共に、外管とパイプシャフトとを一体化し、前記三重筒体を前記流下水路形成用の柱構造体内の前記重力シリンダー内へ介在させ、該重力シリンダー内における前記パイプシャフトに重力弁を取り付け、重力シリンダーの上部室及び下部室に前記揚水筒体の水の重力が作用するようにし、前記三重筒体の中央管と外管とを本体ケーシング側に固定された固定中央管と固定外管とに対してスライド自在に嵌合装着し、固定中央管と固定外管とを揚水筒体の上部まで導入して、それらの先端からそれぞれオーバーフロー水が揚水筒体内へ流出するようにし、前記流下水路形成用の柱構造体の下部側を水車室へ連通させて水の噴出口を設け、前記揚水筒体から集水室及び流下水路形成用の柱構造体を通って流れる水を水車へ向けて噴出し、水車から動力源を得るようにして成り、前記揚水シリンダーのフロート弁が下降するときは揚水シリンダー下部室の水が中央管へ流入し、上昇するときは揚水シリンダー上部室の水が中央管と外管との間へ流入するようになっていることを特徴とする液水を利用した重力機関。
2. 前記外管とパイプシャフトとを一つの管で一体成形した請求項１に記載の液水を利用した重力機関。
3. 前記重力発生室に外部電源に接続された駆動用モーターと発電機とを配置し、駆動用モーターに連動するピニオンギヤを前記パイプシャフトに設けたラックへ噛合させてパイプシャフトを昇降させ、水車室の水車の回転動力を前記発電機へ伝達して発電するようにした請求項１又は２に記載の液水を利用した重力機関。
4. 揚水シリンダー及びそのフロート弁に連結された三重筒体が二個一対で配置され、前記駆動用モーターと連動するピニオンギヤは前記二個一対のパイプシャフトに対向する位置で噛合している前記請求項３に記載の液水を利用した重力機関。
5. 倍力装置室には、らせん状の溝を備えると共に外周端面に駆動用モーターに噛合するギヤが刻設されたインサイドスライド円盤と、該インサイドスライド円盤の前記らせん状溝に前後二箇所でピンを介して嵌合するラックとが配設されており、該ラックを介して前記パイプシャフトに噛合するピニオンギヤを回転させるようにした請求項４に記載の液水を利用した重力機関。
6. 揚水筒体の上部に水の流出口が形成されており、ビニールハウスや畑地、ビルの高いところのタンク、プールへ水を搬送する請求項１〜５のいずれか一つに記載の液水を利用した重力機関。

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