(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高所の液槽からの液体の圧力を用いて駆動力を得る駆動装置であって、
前記高所の液槽からの液体の圧力が導入され、この液体の圧力により駆動される往復運動自在な駆動用ピストンを備えた駆動用シリンダを一対設け、
これら一対の駆動用シリンダの前記各駆動用ピストンに連結されたピストンロッドの端部同士に連結され、前記各駆動用ピストンを相互に逆位相で往復運動させる往復動機構と、
この往復動機構による前記各駆動用ピストンの逆位相の往復運動に合わせて、前記各駆動用シリンダのうち一方の駆動用シリンダが、前記液槽からの液体の圧力が導入される加圧状態とされたときに、他方の駆動用シリンダが、前記液槽からの液体の圧力が遮断される非加圧状態とされるように、交互に切り換える切換機構と、を具備し、
前記逆位相時に前記駆動用ピストンの復帰運動に伴って外部へ前記切換機構を介して排出される液体の量を前記駆動用シリンダの容量よりも少ない量としたことを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記各駆動用シリンダは、前記駆動用ピストンで区画され、前記高所の液槽からの液体の圧力が導入されるヘッド側室及びロッド側室と、これらヘッド側室とロッド側室とを連通する連通部とを含み、前記ヘッド側室における前記駆動用ピストンの受圧面積が前記ロッド側室における前記駆動用ピストンの受圧面積よりも大きく形成され、この受圧面積の差を利用して前記各駆動用ピストンにそれぞれ一定の駆動力を付与するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記駆動用シリンダの前記ピストンロッドに連結され、このピストンロッドにより往復運動自在に駆動される揚液用ピストンを備えた揚液用シリンダと、低所にある液体源とを備え、前記揚液用ピストンの往復運動により、前記低所にある液槽から吸込口を通じて前記揚液用シリンダ内に液体を吸い込み、この揚液用シリンダ内に吸い込んだ液体を、当該揚液用シリンダに連結された揚液管に一定量ずつ順次吐き出させて、前記低所にある液槽の上方へ液体を汲み揚げる揚液部を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記揚液部は、前記一対の駆動用シリンダの前記各ピストンロッドによりそれぞれ駆動されるように一対設けられ、これら一対の揚液部の前記各揚液用ピストンの相互の逆位相による往復運動で、前記一対の揚液部の各揚液用シリンダにおける液体の吸い込みと液体の吐き出しとが交互に切り換えられるようにしたことを特徴とする請求項３に記載の揚液装置。
【請求項５】
前記揚液部により揚液された液体を低所まで導く液路と、この液路に設けられ、この液路を流れてくる液体により駆動される水車と、この水車により駆動される発電機とを含む水力発電部を具備したことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の駆動装置。
【請求項６】
前記揚液部は、前記液路により低所まで導かれた液体を前記各吸込口まで導き、前記各揚液管を通じてこの液体を前記高所の液槽あるいは前記液路の途中位置に揚液するものであることを特徴とする請求項５に記載の駆動装置。
【請求項７】
前記駆動用シリンダの駆動用ピストンに連結されたピストンロッドの往復運動を回転運動に変換する変換機構と、この変換機構を介して駆動される駆動発電機とを含む発電部を具備したことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項８】
前記往復動機構は、前記各駆動用ピストンの前記各ピストンロッドの端部同士に連結され、シーソー揺動により前記各駆動用ピストンを相互に逆位相で往復運動させるシーソー部材を含んで構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項９】
前記往復動機構は、前記各駆動用ピストンの前記各ピストンロッドの端部同士に連結され、前記各駆動用ピストンを相互に逆位相で往復運動させるとともにその往復運動を回転運動に変換するクランク部材を含んで構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項１０】
前記駆動用シリンダの前記駆動用ピストンに連結されて往復運動可能に設けられ、前記駆動用シリンダ内に前記高所の液槽からの液体の圧力を導入する導入管と、この導入管の上流側に設けられ、この導入管と間隔を隔てて設けられた圧力導入口と、前記導入管と前記圧力導入口との間に連結され、前記導入管の往復運動に従って湾曲変形することが可能な蛇腹状ホースを具備したことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項１１】
少なくとも前記蛇腹状ホースは、液体が密封された容器内に配置されることを特徴とする請求項１０に記載の駆動装置。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の駆動装置を備え、
前記高所の液槽からの液体を供給する供給手段と、この供給手段により供給された液体を前記高所の液槽よりも低所において所望の分岐先へ向けて複数分岐する分岐手段とを有し、前記分岐手段による各分岐先に前記駆動装置がそれぞれ配置されることを特徴とする駆動装置への圧力液供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体の圧力を利用して駆動力を得る駆動装置およびこの駆動装置への圧力液供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば液体である水の圧力（落下水）を利用して駆動力を得る技術として水力発電装置が最も良く知られている。一般的な水力発電装置としては、例えば、水力発電所に設けられるものであって、ダム堤体部を主要部とする水槽と、この水槽から取水口を通じて排出される流水を水車まで導く水圧管路と、この水圧管路を流れる流水により駆動される水車と、この水車により駆動される発電機とを含むものがある。
【０００３】
しかしながら、このような水力発電装置では、水圧管路において、取水口から水車まで十分な発電を行うための落差が必要であり、このような落差は、通常、傾斜が急で険しい地形を利用したダム等の建設により相当の資金、資材、労働力の投入があってはじめて確保されるものである。
【０００４】
また、昨今のエネルギーの効率的な活用の観点から、一般家庭や工場等の事業所単位で発電を行える水力発電装置を保有したいとする社会的なニーズが存在するが、かかる大がかりな水力発電装置では、汎用性がなく、このような社会的ニーズに殆ど対応できないという問題を有している。
【０００５】
ここで、汎用性をもたせるために発電に必要な落差を水中ポンプ等の揚水装置をもって確保することが考えられる（例えば、非特許文献１）。
図１２は、従来の揚水装置を示した構造図であり、同図に示すように、揚水装置１００は、ポンプ部１０１と、駆動部１０２と、揚程管１０３とを備えている。ポンプ部１０１は、シリンダ１０１ａと、このシリンダ１０１ａ内で往復運動するピストン１０１ｂと、このピストン１０１ｂの往復運動により、液体としての水Ｗをシリンダ１０１ａ内に吸い込むシリンダ吸込口１０１ｃと、水Ｗをシリンダ１０１ａから吐き出すためのシリンダ吐出口１０１ｄとを備えている。シリンダ吸込口１０１ｃには吸込口逆止弁１０１ｅが設けられ、また、シリンダ吐出口１０１ｄには、吐出口逆止弁１０１ｆが設けられている。
【０００６】
駆動部１０２は、回転運動を往復運動に変換してピストン１０１ｂに伝える変換機構１０２ａと、この変換機構１０２ａに回転力を付与するための回転力付与手段１０２ｂとを備えている。揚程管１０３は、高所から低所にわたって配設され、低所において前記シリンダ１０１ａに連結され、前記シリンダ吐出口１０１ｄを通じてシリンダ１０１ａ内に連通している。
【０００７】
このような揚水装置１００によれば、図示しない電源スイッチにより電源を投入すると、駆動部１０２の回転力付与手段１０２ｂにより変換機構１０２ａが作動し、ポンプ部１０１のピストン１０１ｂが往復運動する。ピストン１０１ｂが上昇動すると、シリンダ吸込口１０１ｃが開き、水槽Ｓ１の水Ｗがシリンダ１０１ａ内に吸い込まれる。このとき、シリンダ吐出口１０１ｄの吐出口逆止弁１０１ｆは閉じられた状態にあり、水Ｗがシリンダ吐出口１０１ｄから流入してくることはない。
その後、ピストン１０１ｂが下降動すると、シリンダ１０１ａ内に吸い込まれた水Ｗがピストン１０１ｂの力で吐出口逆止弁１０１ｆを押し上げて、シリンダ吐出口１０１ｄから揚程管１０３内に水Ｗが吐出される。このとき、吸込口逆止弁１０１ｅは水Ｗの圧力を受けて閉じられた状態となっており、水槽Ｓ１内に水Ｗが逆流することはない。
駆動部１０２の駆動により、以上のようなピストン１０１ｂの往復運動によるサイクルが繰り返され、揚程管１０３を介して水Ｗが低所から高所へ押し揚げられることとなる。
【０００８】
【非特許文献１】草間秀俊著「機械工学全書１３」コロナ出版、１９８２年７月１日、Ｐ．１３０−１３４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このような従来の揚水装置１００において、シリンダ１０１ａ内に水Ｗを吸い込む方向でピストン１０１ｂを上昇動させる場合は、シリンダ１０１ａ内が負圧となって吐出口逆止弁１０１ｆが閉まり、揚程管１０３とシリンダ１０１ａとの間が分断された状態となる。したがって、このような負圧を上回る程度のきわめて小さい力があればシリンダ１０１ａ内に水Ｗを吸い込むことが可能である。
【００１０】
これに対し、揚程管１０３内に水Ｗを吐き出す方向でピストン１０１ｂを下降動させる場合は、前記水Ｗを吸い込む場合とは異なり、シリンダ１０１ａ内が正圧となって吐出口逆止弁１０１ｆが開くため、揚程管１０３及びシリンダ１０１ａが連通状態となって、シリンダ１０１ａ及び揚程管１０３に充填された水Ｗによる静圧を上回るような非常に大きな力が必要となる。
【００１１】
つまり、このような揚水装置１００では、揚程管１０３内に水Ｗを吐き出す場合に静圧による負荷が非常に大きくなり、回転力付与手段１０２ｂによるエネルギーが相当に消費されるという難点を有している。また、その一方で、シリンダ１０１ａ内に水Ｗを吸い込む場合には、前記負圧は極めて小さくなり、回転力付与手段１０２ｂによるエネルギーを殆ど消費することがない。
【００１２】
このような変則的なエネルギーの消費に対応し得るような回転力付与手段１０２ｂは、従来開示されておらず、現状では、揚程管１０３内に水Ｗを吐き出す場合にのみ回転力付与手段１０２ｂに加わる非常に大きな負荷に合わせて、一律に、大きな力を変換機構１０２ａに対して付与することとしている。
【００１３】
したがって、このような揚水装置１００を用いて発電に必要な落差を確保しようとしても、エネルギーの効率的な活用を図ることができず、水の圧力を利用した駆動装置として発展させることに困難性を有していた。
【００１４】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その課題は、エネルギーの効率的な活用を図ることのできる駆動装置を提供することにある。また、その他の課題として、駆動装置へ圧力液を供給するための圧力液供給システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を達成するために本発明の請求項１に記載の駆動装置は、高所の液槽からの液体の圧力を用いて駆動力を得る駆動装置であって、前記高所の液槽からの液体の圧力が導入され、この液体の圧力により駆動される往復運動自在な駆動用ピストンを備えた駆動用シリンダを一対設け、これら一対の駆動用シリンダの前記各駆動用ピストンに連結されたピストンロッドの端部同士に連結され、前記各駆動用ピストンを相互に逆位相で往復運動させる往復運動機構と、この往復運動機構による前記各駆動用ピストンの逆位相の往復運動に合わせて、前記各駆動用シリンダのうち一方の駆動用シリンダが、前記液槽からの液体の圧力が導入される加圧状態とされたときに、他方の駆動用シリンダが、前記液槽からの液体の圧力が遮断される非加圧状態とされるように、交互に切り換える切換機構と、を具備し、前記逆位相時に前記駆動用ピストンの復帰運動に伴って外部へ前記切換機構を介して排出される液体の量を前記駆動用シリンダの容量よりも少ない量としたことを特徴とする。
【００１６】
このような駆動装置によれば、一対の駆動用シリンダの各駆動用ピストンは、往復運動機構により相互に逆位相で往復運動されるように構成されており、切換機構の切り換えによって、高所の液槽からの液体の圧力は、各駆動用シリンダに交互に導入されるようになる。これにより、一対の駆動用シリンダの各駆動用ピストンは、交互に加圧状態とされ、一定の駆動力が交互に付与されることとなる。
一方、切換機構は、一対の駆動用シリンダのうち、一方の駆動用シリンダが加圧状態とされたときに、他方の駆動用シリンダが非加圧状態とされるように交互に切り換えるようになっているので、一方の駆動用シリンダの駆動用ピストンが加圧状態とされて駆動されているときに、他方の駆動用シリンダは非加圧状態とされて従動されるようになる。すなわち、このような各駆動用ピストンの相互の逆位相による往復運動が行われる過程で、加圧状態とされた駆動用シリンダによる駆動力は、往復運動機構を介して他方の非加圧状態とされた駆動用ピストンに対して逆向きの力となって伝達されるようになり、その結果、他方の駆動用ピストンを駆動させるための力として作用するようになる。したがって、切換機構による切り換え動作が継続して行われることにより、各駆動用シリンダに交互に導入される液体の圧力によって各駆動用ピストンの往復運動が維持されるようになり、その往復運動を駆動力として得ることができる。これにより、エネルギーの効率的な活用を図ることができる駆動装置が得られる。
。
【００１７】
請求項２に記載の駆動装置は、請求項１に記載の駆動装置において、前記各駆動用シリンダは、前記駆動用ピストンで区画され、前記高所の液槽からの液体の圧力が導入されるヘッド側室及びロッド側室と、これらヘッド側室とロッド側室とを連通する連通部とを含み、前記ヘッド側室における前記駆動用ピストンの受圧面積が前記ロッド側室における前記駆動用ピストンの受圧面積よりも大きく形成され、この受圧面積の差を利用して前記各駆動用ピストンにそれぞれ一定の駆動力を付与するように構成されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項２に記載の駆動装置によれば、駆動時には、一対の駆動用シリンダの各駆動用ピストンで区画されたヘッド側室とロッド側室とに液槽からの液体の圧力が導入されて加圧状態とされる。ヘッド側室とロッド側室とは、連通部で連通された構成となっているので、加圧状態とされると、液槽からの液体の圧力は、ヘッド側室とロッド側室とに均一に導入されることとなる。ここで、ヘッド側室における駆動用ピストンの受圧面積は、ロッド側室における駆動用ピストンの受圧面積よりも大きく形成されており、駆動用ピストンの両側で受圧面積に差をもたせた構成となっているので、液槽からの液体の圧力が導入されると、各駆動用ピストンは、この受圧面積の差により受圧面積の大きい側から受圧面積の小さい側へ向けて駆動されることとなり、その結果、一定の駆動力が付与されることとなる。これにより、往復運動機構に対して駆動力が伝達されることとなる。
【００１９】
一方、この駆動用ピストンと逆位相となる駆動用ピストンにおいては、切換機構により、駆動用ピストンのヘッド側室とロッド側室とに対する液槽からの液体の圧力が遮断され、非加圧状態とされる。したがって、この駆動用ピストンを駆動させるために必要となる駆動力は減じられることとなり、当該駆動用ピストンにおける負荷が少なくなる。
【００２０】
すなわち、このような各駆動用ピストンの相互の逆位相による往復運動が行われる過程で、加圧状態とされた駆動用シリンダによる駆動力は、往復運動機構を介して他方の非加圧状態とされた駆動用ピストンに対して逆向きの力となって伝達されるようになり、その結果、他方の駆動用ピストンを駆動させるための力として作用するようになる。したがって、切換機構による切り換え動作が継続して行われることにより、各駆動用シリンダに交互に導入される液体の圧力によって各駆動用ピストンの往復運動が維持されるようになり、その往復運動を駆動力として得ることができる。
これにより、エネルギーの効率的な活用を図ることができる駆動装置が得られる。
【００２１】
請求項３に記載の駆動装置は、請求項１または請求項２に記載の駆動装置において、前記駆動用シリンダの前記ピストンロッドに連結され、このピストンロッドにより往復運動自在に駆動される揚液用ピストンを備えた揚液用シリンダと、低所にある液体源とを備え、前記揚液用ピストンの往復運動により、前記低所にある液槽から吸込口を通じて前記揚液用シリンダ内に液体を吸い込み、この揚液用シリンダ内に吸い込んだ液体を、当該揚液用シリンダに連結された揚液管に一定量ずつ順次吐き出させて、前記低所にある液槽の上方へ液体を押し揚げる揚液部を設けたことを特徴とする。
【００２２】
この駆動装置によれば、高所の液槽から導入された液体の圧力により一対の駆動用シリンダが駆動されると、往復運動機構により一対の揚液用シリンダ部の各揚液用ピストンが相互に逆位相で往復運動を開始し、低所にある液槽から吸込口を通じて、液体が揚液用シリンダ内に吸い込まれるとともに、この揚液用シリンダに連結された揚液管に対して液体が一定量ずつ順次吐き出される。この動作が繰り返されることにより、揚液管内には、液体が一定量ずつ充填されてゆき、揚液管内を一定量ずつ液体が上昇する。その後、揚液管内に充填された液体が、低所にある液槽の上方へ押し揚げられることとなる。ここで、「液槽の上方へ押し揚げられる」とは、低所にある液槽の上方にある他の液槽や配管の途中部位（少なくとも低所の液槽より上位となる部位）に対して圧入される場合も含む。
【００２３】
請求項４に記載の駆動装置は、請求項３に記載の駆動装置において、前記揚液部は、前記一対の駆動用シリンダの前記各ピストンロッドによりそれぞれ駆動されるように一対設けられ、これら一対の揚液部の前記各揚液用ピストンの相互の逆位相による往復運動で、前記一対の揚液部の各揚液用シリンダにおける液体の吸い込みと液体の吐き出しとが交互に切り換えられるようにしたことを特徴とする。
【００２４】
請求項４に記載の駆動装置によれば、揚液部が一対設けられ、この一対の揚液部の各揚液用シリンダにおける液体の吸い込みと液体の吐き出しとが交互に切り換えられるようになっているので、揚液管内には、液体が一定量ずつ一対の揚液部から交互に充填されてゆき、その後、低所にある液槽の上方へ押し揚げられることとなる。これにより、効率の良い液体の押し揚げを実現することができる。
【００２５】
請求項５に記載の駆動装置は、請求項３または請求項４に記載の駆動装置において、前記揚液部により揚液された液体を低所まで導く液路と、この液路に設けられ、この液路を流れてくる液体により駆動される水車と、この水車により駆動される発電機とを含む水力発電部を具備したことを特徴とする。
【００２６】
請求項５に記載の発明によれば、エネルギーの効率的な活用を図ることが可能な駆動装置により駆動される揚液部によって液体が揚液され、この揚液された液体が液路を通じて低所まで導かれ、発電に必要な落差を確保することとしたので、例えば、共同住宅、オフィスビルや工場等の事業所単位において適切かつ十分な発電を行うことが可能となる。
【００２７】
請求項６に記載の駆動装置は、請求項５に記載の駆動装置において、前記揚液部は、前記液路により低所まで導かれた液体を前記各吸込口まで導き、前記各揚液管を通じてこの液体を前記高所の液槽あるいは前記液路の途中位置に揚液するものであることを特徴とする。
【００２８】
請求項６に記載の駆動装置によれば、一度発電に使用した液体を循環させて継続的に発電に役立てることができるので、水資源の効率的な活用を図ることができる。
【００２９】
請求項７に記載の駆動装置は、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の駆動装置において、前記駆動用シリンダの駆動用ピストンに連結されたピストンロッドの往復運動を回転運動に変換する変換機構と、この変換機構を介して駆動される駆動発電機とを含む発電部を具備したことを特徴とする。
【００３０】
請求項７に記載の駆動装置によれば、エネルギーの効率的な活用を図ることが可能な駆動装置を用いて得られたピストンロッドの往復運動を変換機構により回転運動に変換して駆動発電機を駆動するようにしたので、駆動用ピストンの駆動力をそのまま発電に利用することができる。これにより、共同住宅、オフィスビルや工場等の事業所単位で適切かつ十分な発電を行うことが可能となる。
【００３１】
請求項８に記載の駆動装置は、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の駆動装置において、前記往復運動機構は、前記各駆動用ピストンの前記各ピストンロッドの端部同士に連結され、シーソー揺動により前記各駆動用ピストンを相互に逆位相で往復運動させるシーソー部材を含んで構成されることを特徴とする。
【００３２】
請求項８に記載の駆動装置によれば、一対の駆動用シリンダの各駆動用ピストンは、シーソー部材を介して連結され、相互に逆位相で往復運動（昇降運動）されることとなる。例えば、各駆動用ピストンの相互の逆位相による昇降運動が行われる過程で、一方の駆動用シリンダが加圧状態とされて駆動（下降力）されると、その駆動力は、シーソー部材を介して他方の非加圧状態とされた駆動用ピストンに対して逆向きの力（上昇力）となって効率よく伝達されるようになる。これにより、エネルギーの効率的な活用を図ることができる駆動装置が得られる。
【００３３】
請求項９に記載の駆動装置は、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の駆動装置において、前記往復運動機構は、前記各駆動用ピストンの前記各ピストンロッドの端部同士に連結され、前記各駆動用ピストンを相互に逆位相で往復運動させるとともにその往復運動を回転運動に変換するクランク部材を含んで構成されることを特徴とする。
【００３４】
請求項９に記載の駆動装置によれば、一対の駆動用シリンダの各駆動用ピストンは、クランク部材を介して連結され、相互に逆位相で往復運動（昇降運動）されることとなる。例えば、各駆動用ピストンの相互の逆位相による昇降運動が行われる過程で、一方の駆動用シリンダが加圧状態とされて駆動（下降力）されると、その駆動力は、クランク部材を介して他方の非加圧状態とされた駆動用ピストンに対して逆向きの力（上昇力）となって効率よく伝達されるようになる。これにより、エネルギーの効率的な活用を図ることができる駆動装置が得られる。また、クランク部材は、そのクランク軸からの出力の取り出しが行い易いという利点が得られる。
【００３５】
請求項１０に記載の駆動装置は、請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の駆動装置において、前記駆動用シリンダの前記駆動用ピストンに連結されて往復運動可能に設けられ、前記駆動用シリンダ内に前記高所の液槽からの液体の圧力を導入する導入管と、この導入管の上流側に設けられ、この導入管と間隔を隔てて設けられた圧力導入口と、前記導入管と前記圧力導入口との間に連結され、前記導入管の往復運動に従って湾曲変形することが可能な蛇腹状のホースを具備したことを特徴とする。
【００３６】
請求項１０に記載の駆動装置によれば、蛇腹状のホースは、導入管と圧力導入口との間に連結され、導入管の往復運動に従って湾曲変形するようになっているので、加圧時に受けた液体の流量を湾曲することで流量に対する体積の変動を極力抑え、受けた流量を減らすことなく無圧（残圧が除去された状態）で戻すことができる。これにより、駆動用シリンダの往復運動を効率よく行うことができる。また、往復運動に係わるエネルギーの消費も軽減されるようになる。
これにより、エネルギーの効率的な活用を図ることができる駆動装置が得られる。
【００３７】
請求項１１に記載の駆動装置は、請求項１０に記載の駆動装置において、少なくとも前記蛇腹状のホースは、液体が密封された容器内に配置されることを特徴とする。
【００３８】
請求項１１に記載の駆動装置によれば、蛇腹状のホースは液体が密封された容器内に配置されているので、蛇腹状のホースの周りは液体で満たされることとなり、例えば、蛇腹状のホースが大気中に配置されている場合に比べて、蛇腹状のホースのスムーズな湾曲変形を実現することができる。したがって、駆動用シリンダの往復運動をよりうまく吸収することができるようになり、往復運動に係わるエネルギーの消費が一層軽減されるようになる。
これにより、エネルギーのより効率的な活用を図ることができる駆動装置が得られる。
【００３９】
前記その他の目的を達成するために、請求項１２に記載の駆動装置への圧力液供給システムは、請求項１乃至請求項１１に記載の駆動装置を備え、前記高所の液槽からの液体を供給する供給手段と、この供給手段により供給された液体を前記高所の液槽よりも低所において所望の分岐先へ向けて複数分岐する分岐手段とを有し、前記分岐手段による各分岐先に前記駆動装置がそれぞれ配置されることを特徴とする。
【００４０】
このような駆動装置への圧力液供給システムによれば、高所の液槽よりも低所において、高所の液槽からの液体の圧力を所望の分岐先へ向けて複数分岐することができ、この分岐された液体の圧力を利用して各駆動装置を稼動することができる。つまり、圧力を供給するための高所の液槽を１つ設けておけば、この液槽からの供給手段を利用して、複数箇所の駆動装置を賄えるようになり、圧力液の有効な供給を図ることのできる供給システムを構築することができる。なお、このような構築システムは、高所の水槽が設置される高さを確保することのできる場所であれば、山間部、農村部、都市部等を問わず、様々な場所にて実現可能である。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、エネルギーの効率的な活用を図ることができる駆動装置が得られる。
また、共同住宅、オフィスビルや工場等の事業所単位で適切かつ十分な発電を行うことができる水力発電部や発電部を備えた駆動装置が得られる。さらに、圧力液の有効な供給を図ることのできる駆動装置の圧力液供給システムが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、説明において、同一の要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略する。
【００４３】
〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係る駆動装置を示す概略構造図、図２は、同じく概略構造を示す模式図、図３（ａ）（ｂ）は、同じく要部の構造を示す模式断面図、図４（ａ）は、駆動用ピストンの上面（ヘッド側室）における受圧面積を説明するための図、図４（ｂ）は、駆動用ピストンの下面（ロッド側室）における受圧面積を説明するための図である。
なお、本実施形態の駆動装置は、高層住宅の居住者への電力供給の目的で発電を行うことが可能な構成とされているが、これに限られることはなく、これ以外の目的、例えば自社工場等への電力の供給目的で発電を行うことも可能である。また、本実施形態の駆動装置では、液体として水道水を用いているが、これに限られることはなく、井戸水や河川の水、さらには、特定の成分が混合された混合水等も使用することができる。さらに、以下の駆動装置は、発電の目的で、水を押し揚げる場合について例示したが、灌漑等、その他の目的で水を押し揚げる場合についても用いることができる。その他、各種工作機械の動力源やプレス機等の動力源として用いることもできる。
【００４４】
図１に示すように、駆動装置１は、駆動機構１０ａ，１０ｂと、切換機構２０と、揚水部３０ａ，３０ｂと、往復運動機構としてのシーソー機構４０とを備えて構成されている。そして、駆動装置１は、駆動機構１０ａ，１０ｂの駆動力により揚水部３０ａ，３０ｂを駆動し、この揚水部３０ａ，３０ｂによって低所の水槽４から高所の水槽２へ揚水した水Ｗを発電用水路３を通じて落水させることにより水車５を回転させ、発電機６を回すことにより発電を行うように構成されている。また、駆動装置１により駆動される変換機構７を用いて、駆動発電機である発電機８を回すことにより発電を行うように構成されている。
【００４５】
以下、各部について説明する。
Ａ．駆動装置１
駆動装置１は、図１に示すように、高層住宅Ｋの居住者へ供給する電力を発電する目的で、水Ｗを所定の揚程で押し揚げる役割を果たすものであり、図２に示すように、一対の駆動機構１０ａ，１０ｂと、この一対の駆動機構１０ａ，１０ｂへ導入される駆動源としての水Ｗ（圧力水）の水路を交互に切り換えるための切換機構２０とを備える駆動部１０と、一対の駆動機構１０ａ，１０ｂの下方に連結して設けられ、一対の駆動機構１０ａ，１０ｂにより駆動される左右一対の揚水部（揚液部）３０ａ，３０ｂと、この一対の揚水部３０ａ，３０ｂの下方に設けられ、一対の揚水部３０ａ，３０ｂを介して前記一対の駆動機構１０ａ，１０ｂにより駆動されるシーソー機構４０（往復運動機構）とを備えている。なお、一対の駆動機構１０ａ，１０ｂおよび一対の揚水部３０ａ，３０ｂは、それぞれ左右対称構造となっており、構成部材も左右同一であるので、以下の説明においては、その一方について詳述する。
【００４６】
（１）駆動機構１０ａ（１０ｂ）
図２に示すように、駆動機構１０ａは、駆動用シリンダ１１と、駆動用ピストン１２と、この駆動用ピストン１２に一体的に連結された圧力導入管１３とを備えており、圧力導入管１３を通じて駆動用シリンダ１１内に高所の水槽２からの水Ｗの圧力が導入されるようになっている。
【００４７】
図３（ａ）に示すように、駆動用シリンダ１１は、その内部に駆動用ピストン１２が往復運動自在に収納された筒状の容器であり、駆動用ピストン１２で上下に区画されたヘッド側室１４とロッド側室１５とを備えている。駆動用シリンダ１１の側方には、このヘッド側室１４とロッド側室１５とを連通する連通管１６が設けられている。
駆動用ピストン１２には、中空円筒形状の駆動用ロッド１２ａが一体的に設けられている。
圧力導入管１３は、駆動用シリンダ１１に対して昇降動自在に設けられており、駆動用シリンダ１１の天部１１ａを貫通して、その下部１３ａが駆動用ピストン１２に一体的に連結されている。したがって、圧力導入管１３は、駆動用ピストン１２の昇降動に合わせて昇降動自在となっている。
圧力導入管１３の上端部１３ｂには、後記する導入路１８ａ，１８ｂ（図２参照）の分岐管１９ａ，１９ｂに連結された蛇腹状のホース１７が取り付けられている。このホース１７は、駆動用ピストン１２が下死点にあるときに、分岐管１９ａ（１９ｂ）と圧力導入管１３との間でほぼ直線状になるようにその長さが調整されている（図２において駆動機構１０ａに連結されたホース１７を参照）。また、ホース１７は、駆動用ピストン１２が上死点にあるときに、弛んで湾曲変形した状態となる（図２において駆動機構１０ｂに連結されたホース１７を参照）。
【００４８】
本実施形態において、このようなホース１７が取り付けられた圧力導入管１３は、図４（ａ）に示すように、駆動用ピストン１２の周部に沿って９０度間隔で、計４本設けられている。また、４本のホース１７に対応して、分岐管１９ａ，１９ｂも分岐路（図２では２本のみ図示）が４本ずつ設けられている。なお、導入路１８ａ，１８ｂから分岐管１９ａ，１９ｂを通じてホース１７に至る水路、ホース１７内、圧力導入管１３内、駆動用シリンダ１１内、連通管１６内は、全て水Ｗで満たされている。
【００４９】
このような駆動機構１０ａにおいて、駆動用シリンダ１１に水Ｗの圧力が導入されると、水Ｗの圧力は、圧力導入管１３からロッド側室１５に導入され、その後、連通管１６を通じて駆動用ピストン１２の上面側へ伝わり、ヘッド側室１４に導入される。
【００５０】
本実施形態では、図４（ａ）（ｂ）に示すように、ヘッド側室１４側における駆動用ピストン１２の受圧面積Ａ１が、ロッド側室１５側における駆動用ピストン１２の受圧面積Ａ２よりも大きくなるように構成してある。
すなわち、ヘッド側室１４における受圧面積Ａ１は、駆動用ピストン１２の全体の面積をＢ、圧力導入管１３の１本あたりの占める面積をＣとしたときに、Ａ１＝Ｂ−４Ｃの関係で表される。
これに対して、ロッド側室１５における受圧面積Ａ２は、前記受圧面積Ａ１からさらに駆動用ロッド１２ａが占める面積Ｄが引かれたものとなり、Ａ２＝Ａ１−Ｄの関係で表される。
【００５２】
（２）切換機構２０
切換機構２０は、主として、高所の水槽２からの水Ｗの圧力が前記駆動機構１０ａ，１０ｂに対して交互に導入されるように切り換える役割をなすものであり、図２に示すように、一対の切換弁２１ａ，２１ｂと、ギア２２を介してこの切換弁２１ａ，２１ｂを切換駆動する駆動用モータ２３と、この駆動用モータ２３に供給される電源２４とを備えている。
【００５３】
一対の切換弁２１ａ，２１ｂとしては、三方弁が用いられており、高所の水槽２からの水Ｗの圧力が導入されている主管２５と、前記駆動機構１０ａ，１０ｂに通じる導入路１８ａ，１８ｂと、戻し管２６ａ，２６ｂとが接続されている。切換弁２１ａは、主管２５と導入路１８ａとの連通、あるいは、導入路１８ａと戻し管２６ａとの連通を切り換えるようになっており、また、切換弁２１ｂは、主管２５と導入路１８ｂとの連通、あるいは、導入路１８ｂと戻し管２６ｂとの連通を切り換えるようになっている。
このような、切換弁２１ａ，２１ｂによる切り換えは、前記駆動機構１０ａ，１０ｂに対して高所の水槽２からの水Ｗの圧力が交互に導入されるように設定されている。すなわち、切換弁２１ａ側において主管２５と導入路１８ａとが連通されているときには、切換弁２１ｂ側において導入路１８ｂと戻し管２６ｂとが連通され、また、切換弁２１ａ側において導入路１８ａと戻し管２６ａとが連通されているときには、切換弁２１ｂ側において主管２５と導入路１８ｂとが連通される。これにより、各駆動用シリンダ１１，１１には、交互に水Ｗの圧力が導入されるようになり、各駆動用ピストン１２，１２は加圧状態とされる。
【００５４】
ギア２２は、モータギア２２ａと、このモータギア２２ａにより回転駆動され、切換弁２１ａ，２１ｂを駆動する駆動ギア２２ｂ，２２ｂとを備えている。
【００５５】
駆動用モータ２３は、電源２４から電力の供給を受けて回転するようになっており、電源２４の種類に合致したものを採用する。本実施形態では、小電力で回転する小型の交流モータ（直流モータでも可）を用いている。
【００５６】
電源２４としては、家庭用電源、工業用電源、蓄電池、充電池等、種々のものを採用することができる。本実施形態では、交流１００Ｖ（直流の場合は蓄電池等）を用いている。
【００５７】
このような一対の切換弁２１ａ，２１ｂの切り換え動作は、駆動機構１０ａ，１０ｂの各駆動用ピストン１２，１２の昇降動と（後記するシーソー機構４０におけるシーソー部材４２のシーソー揺動と）同期して行われるようになっている。すなわち、駆動用ピストン１２が下降動にある駆動用シリンダ１１側に対しては、常に、水Ｗの圧力が導入される（主管２５と、導入路１８ａまたは導入路１８ｂとが連通した状態）加圧状態とされるように切換弁２１ａ，２１ｂが切り換えられ、また、駆動用ピストン１２が上昇動にある駆動用シリンダ１１側に対しては、常に、水Ｗの圧力が遮断される非加圧状態とされるように、導入路１８ａと戻し管２６ａとが連通状態とされ、あるいは、導入路１８ｂと戻し管２６ｂとが連通状態とされるように、切換弁２１ａ，２１ｂが切り換えられる。
【００５８】
ここで、一対の切換弁２１ａ，２１ｂの切り換え動作に伴って、前記のように導入路１８ａと戻し管２６ａとの連通、あるいは、導入路１８ｂと戻し管２６ｂとの連通が行われることとなるが、これは、駆動用ピストン１２の上昇動に伴ってホース１７が湾曲した際に、ホース１７の容積が幾分減少したときに、その余分となった水Ｗを導入路１８ａ，１８ｂに戻す必要があるためである。なお、導入路１８ａ，１８ｂを通じて戻された水Ｗは、切換弁２１ａ，２１ｂを介して戻し管２６ａ，２６ｂに戻され、この戻し管２６ａ，２６ｂの端部から低所の水槽４に排出されることとなる。導入路１８ａ，１８ｂを通じて水Ｗが戻されることにより、駆動用シリンダ１１の内部圧力（残圧）は、減圧される状態となるが、この減圧処理は、駆動用シリンダ１１の上部等に設けた図示しない減圧弁等により行ってもよい。
【００５９】
（３）揚水部３０ａ（３０ｂ）
揚水部３０ａは、図３（ａ）に示すように、シリンダ（揚液用シリンダ）３１と、ピストン（揚液用ピストン）３２と、低所の水槽４（図２参照）に接続された給水管３３と、揚液管である揚水管３４とを備えている。
シリンダ３１は、その内部にピストン３２が往復運動自在に収納された筒状の容器であり、その上部には、吸込口逆止弁３３ａ，吐出口逆止弁３４ａを介して、給水管３３からの吸込口，揚水管３４への吐出口が接続されている。
ピストン３２は、ピストンロッド３２ｂを介して後記するシーソー機構４０のシーソー部材４２（図２参照）に接続されている。ピストン３２の上面３２ａには、前記駆動機構１０ａの駆動用ロッド１２ａが連結されており、シリンダ３１と駆動用ロッド１２ａとの間には、シリンダ室Ｓが形成されている。
【００６０】
給水管３３は、図２に示すように、低所の水槽４に接続されており、水槽４に貯留された水Ｗは、この給水管３３を通じてシリンダ３１に導かれる。揚水管３４は、低所から高所へわたって配設されており、低所においてシリンダ３１に連結されるとともに、高所において水槽２からの配管９（図１参照）に連結されている。
【００６１】
このような揚水部３０ａによれば、図３（ａ）に示すように、ピストン３２が下降動すると、シリンダ３１のシリンダ室Ｓの容積が拡がって吐出口逆止弁３４ａが閉じるときに、吸込口逆止弁３３ａが開き、給水管３３を通じて低所の水槽４から水Ｗがシリンダ３１のシリンダ室Ｓ内に吸い込まれる。その後、図３（ｂ）に示すように、ピストン３２が上昇動すると、シリンダ３１のシリンダ室Ｓの容積が狭められるとともに、吸込口逆止弁３３ａが閉じ、代わりに吐出口逆止弁３４ａが開いて、シリンダ室Ｓ内の水Ｗが、揚水管３４内に吐出される。
【００６２】
このような動作が繰り返し行われることにより、給水管３３を通じてシリンダ３１内に吸い込まれた水Ｗが、揚水管３４内に一定量ずつ吐き出されることとなり、揚水管３４内における水位が一定量ずつ上昇する。
【００６３】
なお、給水管３３には、吸込口逆止弁３３ａが設けられているので、シリンダ３１内に吸い込まれた水Ｗが低所の水槽４側へ逆流することがない。
つまり、このような吸込口逆止弁３３ａを設けることにより、揚水管３４に水Ｗが吐き出される際に、シリンダ３１内から低所の水槽４側へ向けて水Ｗが逆流することがなくなる。
【００６４】
また、揚水管３４には、吐出口逆止弁３４ａが設けられているので、揚水管３４内に水Ｗが吐出された後、ピストン３２が下降動した際に、揚水管３４内からシリンダ３１内に水Ｗが逆流せず、揚水管３４内に吐き出された水Ｗの水位が低下することがない。
【００６５】
ここで、揚水部３０ａのピストン３２の受圧面積は、前記駆動用シリンダ１１の駆動用ピストン１２におけるヘッド側室１４の受圧面積Ａ１からロッド側室１５の受圧面積Ａ２を引いた値よりも小さく、かつ、揚水管３４に吐出された水Ｗは、揚水管３４を通じて高所の水槽２からの配管９に圧入可能な圧力を有したものとなっている。これにより、駆動用シリンダ１１の駆動力によって揚水部３０ａが駆動され、揚水部３０ａから揚水管３４に吐出された水Ｗは、配管９に圧入されて戻されるという循環経路を辿ることとなる。
【００６６】
（４）シーソー機構４０
シーソー機構４０は、図２に示すように、支持部４１と、この支持部４１にシーソー揺動可能に支持されたシーソー部材４２とを備えている。
【００６７】
支持部４１は、前記一対の駆動機構１０ａ，１０ｂや揚水部３０ａ，３０ｂ等に充填された水Ｗの重量に耐え得るように、不図示の安定した土台等に固定されている。
【００６８】
シーソー部材４２は、支持部４１の支点部４１ａにピン４１ｂでシーソー揺動自在に支持されている。シーソー部材４２の両端部４２ｂ，４２ｂには、前記一対の揚水部３０ａ，３０ｂの各ピストン３２，３２に連結されたピストンロッド３２ｂ，３２ｂが連結されている。
【００６９】
したがって、一対の駆動機構１０ａ，１０ｂの駆動により、一対の揚水部３０ａ，３０ｂを介して、シーソー部材４２が支持部４１の支点部４１ａのピン４１ｂを中心としてシーソー揺動を開始すると、一対の揚水部３０ａ，３０ｂの各ピストン３２，３２は、相互に逆位相で往復運動されるようになる。
つまり、各ピストン３２，３２は、往復運動の周期が１／２ずれた状態で往復運動されることとなり、これによって、水Ｗの吸い込みと吐き出しとが交互に切り換えられて行われるようになる。これにより、一対の揚水部３０ａ，３０ｂの各揚水管３４，３４に、水Ｗが一定量ずつ（シリンダ３１から吐き出される一定量の水Ｗずつ）交互に吐き出され、各揚水管３４，３４における水位が順次上昇する。
【００７０】
このような水Ｗの吸い込みと吐き出しが行われる際、例えば、駆動機構１０ａの駆動用ピストン１２による下向きの駆動力がシーソー機構４０によって変換され、上向きの力として、他方の駆動機構１０ｂの駆動用ピストン１２に付与される。また、一方の揚水部３０ａのシリンダ３１内に水Ｗを吸い込む場合に、水槽４の水Ｗによる下向きの静圧がシーソー機構４０によって変換され、上向きの力として、他方の揚水部３０ｂのピストン３２に付与される。これにより、他方の揚水部３０ｂのシリンダ３１から揚水管３４内に水Ｗを吐き出す際に必要となる力を減少させることが可能となる。
【００７１】
すなわち、一方の揚水部３０ａのシリンダ３１内に水Ｗを吸い込む場合に、駆動機構１０ａの駆動用ピストン１２による下向きの駆動力および水槽４の水Ｗによる下向きの静圧により、他方の揚水部３０ｂのピストン３２に対して、これを上昇動させる力を付与することが可能となっている。
【００７２】
Ｂ．高所の水槽２
高所の水槽２は、図１に示すように、高層住宅Ｋの屋上に設置されており、貯留された水Ｗは、配管９を通じて発電用水路３へ流出するようになっている。水槽２には、水Ｗを補充するための給水口２ａが設けられている。給水口２ａには、水槽２の水量を維持するための水量維持装置２ｂが設けられている。水槽２からの配管９の途中部位には、前記のように揚水部３０ａ，３０ｂからの水Ｗが圧入されるので、結果的に水槽２の水位は、ほとんど低下することのない状態で駆動装置１が作動するようになる。
【００７３】
Ｃ．発電用水路３
発電用水路３は、図１に示すように、前記駆動装置１により高所まで揚水されて揚水管３４から排出された水Ｗを、配管９を介して低所の水車（ペルトン水車）５まで導くものである。発電用水路３の下端部には、水車５への水Ｗの吐出量を調整するためのノズル３ａ（図２参照）が設けられている。
なお、発電用水路３は、水車５へ水Ｗを導くものであれば、この実施の形態に示したような鉛直に配設されるものに限られず、例えば、斜めに配設されるものであっても差し支えない。
【００７４】
Ｄ．低所の水槽４
低所の水槽４は、図２に示すように、発電用水路３からの水Ｗを低所において一時的に貯留する役割を果たすものであり、一対の揚水部３０ａ，３０ｂの給水管３３，３３へ連通している。
これにより、後記する水車５により一度発電に使用された水Ｗを循環させて再度発電に利用することが可能となり、これにより、水資源の効率的な活用を図ることができる。
なお、低所の水槽４には、エアーが給水管３３，３３に浸入するのを防ぐ防気板４ａ，４ａを設けても良い。
【００７５】
Ｅ．水車５
水車５は、図２に示すように、発電用水路（液路）３を落下してノズル３ａから吐出された水Ｗにより駆動されるようになっている。本実施形態では、発電用水路３と、水車５と、発電機６とを含んで水力発電部が構成されている。
なお、本実施形態においては、水車５は、単数設けられる構成としているが、複数設けられる構成としても差し支えない。複数設けられる構成とした場合、複数の発電機６を均等な速度で駆動させる歯車列等を有することが好ましい。このような構成とすることにより、得られた水Ｗの力を各水車５に均等に付与することができ、効率的な発電を実現することができるようになる。
【００７６】
Ｆ．発電機６
発電機６は水車５に連結されており、水車５により駆動されるようになっている。なお、発電機６には、始動を補助するためのスターターを取り付けても良い。この場合には、発電機６により円滑な始動を実現することができる。
【００７７】
Ｇ．変換機構７
変換機構７は、図２に示すように、シーソー機構４０のシーソー部材４２によるシーソー揺動を回転運動に変換するためのものであり、シーソー部材４２の端部に連結された連接棒７ａと、この連接棒７ａの昇降動により回転駆動される駆動プーリ７ｂとを備えている。駆動プーリ７ｂは、ベルト７ｃを介して発電機（駆動発電機）８に連結され発電部を構成している。これにより、一対の駆動機構１０ａ，１０ｂの駆動により、シーソー機構４０が駆動されてシーソー部材４２がシーソー揺動されると、その揺動が変換機構７により回転運動に変換されて、発電機８が駆動される。
【００７８】
次に、本実施形態の駆動装置１の作用を説明する。
始めに、駆動装置１の各構成要素は、全て稼働しておらず、待機状態（一対の駆動機構１０ａ，１０ｂの一方の駆動用ピストン１２が上死点で待機されている状態）にあり、また、駆動装置１や配管経路に存在する水Ｗも静止状態にある。
このような状態において、図示しないスイッチをオン操作すると、駆動装置１は水Ｗを所定の揚程で揚水すべく作動を開始する。
【００７９】
まず、切換機構２０の駆動用モータ２３に電力が供給され、駆動用モータ２３の回転がギア２２を通じて一対の切換弁２１ａ，２１ｂに伝えられ、これが回転駆動される。
すると、水槽２からの水Ｗの圧力が、一対の切換弁２１ａ，２１ｂを介して、一対の駆動機構１０ａ，１０ｂのうち、駆動用ピストン１２が上死点で待機されている側に導入され、駆動用ピストン１２が下降動される。一対の切換弁２１ａ，２１ｂの切り換え動作は、駆動機構１０ａ，１０ｂの各駆動用ピストン１２，１２の昇降動と同期して行われるようになっているので、駆動用ピストン１２が下降動にある駆動用シリンダ１１側に対して常に主管２５を通じて高所の水槽２からの水Ｗの圧力が導入されるようになる。ここで、駆動用ピストン１２が上昇動にある他方の駆動機構側の揚水部３０ａ又は３０ｂにおいて、水Ｗは、ピストン３２の上昇動に伴ってシリンダ３１の内部で圧縮され、逆止弁３４ａを押し開いて揚水管３４へ圧入される。これにより、揚水管３４を通じて高所の水槽２とシリンダ３１とがつながることとなるが、前記のように、水Ｗは、シリンダ３１から揚水管３４へ圧入されることとなるので、高所の水槽２のからの水Ｗの圧力が問題となることは無い。
高所の水槽２からの水Ｗの圧力が導入されると、一対の切換弁２１ａ，２１ｂの切り換え動作に伴って、駆動機構１０ａ，１０ｂの駆動用ピストン１２，１２が昇降動を継続して繰り返し、一対の駆動機構１０ａ，１０ｂの駆動用ピストン１２，１２が逆位相で往復運動される。また、このとき、駆動用ピストン１２の上昇動にともなって、各ホース１７から余分な水Ｗが一対の切換弁２１ａ，２１ｂを通じて戻り管２６ａ，２６ｂから低所の水槽４に戻される。ここで、ホース１７は、分岐管１９ａ（１９ｂ）と圧力導入管１３との間に連結され、圧力導入管１３の往復運動に従って湾曲変形するようになっているので、加圧時に受けた水Ｗの流量を湾曲することで流量に対する体積の変動を極力抑え、受けた流量を減らすことなく無圧（残圧が除去された状態）で戻すことができる。これにより、駆動用シリンダ１１における往復運動を効率よく行なうことができる。また、往復運動に係わるエネルギーの消費も軽減されるようになる。
【００８０】
この一対の揚水部３０ａ，３０ｂのピストン３２，３２の往復運動に伴い、低所の水槽４にある水Ｗは、給水管３３，３３を通じて各シリンダ３１，３１に吸い込まれ、その後、各シリンダ３１，３１内から揚水管３４，３４内に一定量ずつ逆流不能に順次吐き出される。このような各シリンダ３１，３１による動作が、シーソー機構４０のシーソー揺動により、交互に切り換えられて繰り返されることにより、揚水管３４，３４内には、水が一定量ずつ充填されてゆき、揚水管３４，３４内を一定量ずつ水Ｗが上昇する。その後、揚水管３４，３４内に充填された水Ｗが、高所の水槽２からの配管９へ圧入される。
【００８１】
このような水Ｗの吸い込みと吐き出しが交互に行われる際、例えば、駆動機構１０ａの駆動用ピストン１２による下向きの駆動力がシーソー機構４０によって変換され、上向きの力として、他方の駆動機構１０ｂの駆動用ピストン１２に付与される。また、一方の揚水部３０ａのシリンダ３１内に水Ｗを吸い込む場合に、水槽４の水Ｗによる下向きの静圧がシーソー機構４０によって変換され、上向きの力として、他方の揚水部３０ｂのピストン３２に付与される。これにより、他方の揚水部３０ｂのシリンダ３１から揚水管３４内に水Ｗを吐き出す際に必要となる力を減少させることが可能となる。
【００８２】
駆動装置１によって揚水管３４，３４から配管９に揚水された水Ｗは、発電用水路３を通じて水車５へ導かれ、発電機６による発電が行われる。
すなわち、エネルギーの効率的な活用を図ることが可能な駆動装置１を用いて発電に必要な落差を確保することができ、これにより、共同住宅、オフィスビルや工場等の事業所単位で適切かつ十分な発電を行うことが可能となる。
【００８３】
また、本実施形態の駆動装置１によれば、発電用水路３により低所まで導かれた水Ｗは、低所の水槽４に貯留された後に給水管３３，３３を通じて一対の揚水部３０ａ，３０ｂに吸い込まれ、この水Ｗが揚水管３４，３４により高所まで再び揚水される構成となっているので、一度発電に使用した水Ｗを循環させて継続的に発電に役立てることができ、水資源の効率的な活用を図ることができる。
【００８４】
〔第２の実施形態〕
図５は本発明の第２の実施形態に係る駆動装置の概略構造図である。本実施形態の駆動装置５０が前記第１の実施形態と大きく異なるところは、一対の駆動機構７０ａ，７０ｂをシンプルな構造とした点にある。なお、一対の駆動機構７０ａ，７０ｂは、それぞれ左右対称構造となっており、構成部材も左右同一であるので、以下の説明においては、その一方について詳述する。また、前記第１の実施形態と同様の部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００８５】
図５に示すように、駆動機構７０ａは、駆動用シリンダ７１と、駆動用ピストン７２と、この駆動用ピストン７２に一体的に連結された圧力導入管７３とを備えており、圧力導入管７３を通じて駆動用シリンダ７１内に高所の水槽２からの水Ｗの圧力が導入されるようになっている。
【００８６】
図６（ａ）に示すように、駆動用シリンダ７１は、その内部に駆動用ピストン７２が往復運動自在に収納された筒状の容器である。駆動用ピストン７２には、中空円筒形状の駆動用ロッド７２ａが一体的に設けられている。
圧力導入管７３は、駆動用シリンダ７１に対して昇降動自在に設けられており、駆動用シリンダ７１の天部７１ａを貫通して、その下端部７３ａが駆動用ピストン７２に一体的に連結されている。したがって、圧力導入管７３は、駆動用ピストン７２の昇降動に合わせて昇降動自在となっている。圧力導入管７３の下端部７３ａの近傍部位には、複数の通孔７３ｂが設けられている。
圧力導入管７３の上端部７３ｃには、導入路１８ａ，１８ｂ（図５参照）の入口７４ａ，７４ｂに連結された蛇腹状のホース７５が取り付けられている。このホース７５は、駆動用ピストン７２が下死点にあるときに、入口７４ａ（７４ｂ）と圧力導入管７３との間でほぼ直線状になるようにその長さが調整されている。また、ホース７５は、図６（ｂ）に示すように、駆動用ピストン７２が上死点にあるときに、弛んで湾曲変形した状態となる。なお、導入路１８ａ，１８ｂから入口７４ａ，７４ｂを通じてホース７５に至る水路、ホース７５内、圧力導入管７３内、駆動用シリンダ７１内は、全て水Ｗで満たされている。
【００８７】
このような駆動機構７０ａにおいて、駆動用シリンダ７１に水Ｗの圧力が導入されると、水Ｗの圧力は、圧力導入管７３から通孔７３ｂを通じて駆動用シリンダ７１内に導入される。これにより、駆動用ピストン７２が下向きの加圧状態とされる。ここで、駆動用シリンダ７１の内径Ｄ１は、ホース７５の内径Ｄ２よりも大きく形成されており、駆動用シリンダ７１内には、圧力導入管７３との間に圧力スペースＳ２が形成される。したがって、この圧力スペースＳ２が形成されている分、ホース７５にかかる水Ｗの圧力よりも駆動用ピストン７２にかかる水Ｗの圧力の方が大きくなる。すなわち、本実施形態の駆動用シリンダ７１は、前記第１の実施形態の駆動用シリンダ１１（図３（ａ）参照）のように、駆動用ピストン１２でヘッド側室１４とロッド側室１５とに分断されておらず、駆動用シリンダ７１に導入された水Ｗの圧力は、駆動用ピストン７２の上面全体にのみかかることとなる。
【００８８】
この場合、駆動用シリンダ７１に導入された水Ｗの圧力は、図６（ｂ）に示すように、ホース７５の各折曲部分で、ホース７５の内壁の上面となる部位においては上向きにかかり、また、ホース７５の内壁の下面となる部位においては下向きにかかるようになる。これを全体としてみると、折曲部分７５ａに対して上向きの力Ｆ１が残ることとなり、この力Ｆ１が駆動シリンダ７１に導入された水Ｗの圧力の減圧分となる。
これに対して、本実施形態の駆動装置５０における駆動機構７０ａでは、駆動用シリンダ７１に圧力スペースＳ２が形成されているので、この圧力スペースＳ２が形成されている分、前記上向きの力Ｆ１による減圧分を差し引いても残る力が駆動用ピストン７２の上面にかかることとなり、駆動用ピストン７２の下降動力（駆動）が得られるようになっている。特に、この圧力スペースＳ２による駆動力は、駆動用ピストン７２が上昇動から下降動に移行する際のスムーズな動作を得るのに極めて有効である。
なお、圧力スペースＳ２は、大きく形成することにより駆動用ピストン７２の駆動力がそれに比例して大きくされるが、そのようにすると、それに伴って圧力スペースＳ２分の容積も拡大するため、駆動用ピストン７２が上昇動した際にホース７５へ向けて駆動用シリンダ７１から戻される水Ｗの量も大きくなる。したがって、圧力スペースＳ２は、できるだけ小さく形成することが望ましい。本実施形態では、駆動用シリンダ７１の内径を２００ｍｍで設計したときに、圧力スペースＳ２を約５ｍｍ幅で形成した。その結果、駆動力および戻り水とも駆動用シリンダ７１の作動に影響を及ぼすことのない良好な作動結果を得た。
【００８９】
なお、本実施形態では、揚水部３０ａ，３０ｂにより揚水された水Ｗは、揚水管３４，３４から集合管３４ａを通じて水槽２に戻されるようにしてある。また、発電用水路３に通じる配管９の水槽２との接続口は、水槽２に貯留されている水Ｗの水面にその開口が形成されるように構成されている。これにより、水槽２から流入された水Ｗ（揚水管３４，３４を通じて揚液された水Ｗ）が配管９を通じて発電用水路３に流れるようになっている。
なお、図７に示す駆動装置６０のように、揚水された水Ｗが、水槽２からの配管９の途中部位に設けられた圧力ボックス７６に対して戻されるように構成してもよい。この圧力ボックス７６は、外筒７６ａと内筒７６ｂとからなる二重構造となっており、外筒７６ａには、揚水管３４からの水Ｗが導入されるようになっているとともに、切換機構２０への主管２５が接続されている。また、内筒７６ｂの上部には、水槽２からの配管９が接続されているとともに、内筒７６ｂの下部には、発電用水路３が一体的に設けられている。また、内筒７６ｂの側面には、圧入孔７６ｃが設けられており、この圧入孔７６ｃを介して揚水管３４の水Ｗの一部が内筒７６ｂに圧入されることとなる。このような圧力ボックス７６を用いることにより、揚水管３４の水Ｗの圧入をスムーズに行うことができるようになる。
【００９０】
〔第３の実施形態〕
図８は、本発明の第３の実施形態に係る駆動装置の概略構造図である。本実施形態の駆動装置８０が前記第１，第２の実施形態と大きく異なるところは、少なくとも蛇腹状のホース１７が液体（水Ｗ）の満たされた容器Ｙ内に配置されている点にある。また、戻し管２６ａ，２６ｂ（図２，図５，図７参照）に相当する配管を設けておらず、駆動用シリンダ１１が非加圧状態とされたときの残圧の開放が、切換機構２０に用いられる減圧弁としての機能を備えた切換弁２１ａ，２１ｂで行われるようにしてある。
なお、切換弁２１ａ，２１ｂは、減圧弁としての機能を必ずしも有する必要がなく、前記容器Ｙの上部の側方部などに、別途図示しない減圧弁等を設けても良いし、また、柔軟性の高い素材でホース１７を形成して、ホース１７を膨ませることにより各駆動用シリンダ１１，１１の残圧が減じられるように作用させても良い。
【００９１】
駆動装置８０は、前記第１の実施形態で説明した駆動機構１０ａ，１０ｂを備えており、各４本の蛇腹状のホース（図では各２本のみ図示）１７が水Ｗが満たされ密封された容器Ｙ内に配置されるようになっている。各ホース１７の上部には、分岐管１９ａ，１９ｂが連結されており、この分岐管１９ａ，１９ｂには、切換機構２０の切換弁２１ａ，２１ｂを介して、水槽２からの液体の圧力を導入するために主管２５が連結されている。
駆動機構１０ａ，１０ｂの駆動用ピストン１２，１２は、駆動用ロッド１２ａ，１２ａ、コンロッド８１，８１を介して、変換機構８２のクランク部材（クランク軸）８３に連結されている。これにより駆動用ロッド１２ａ，１２ａは、相互に逆位相で往復運動されるように構成される。そして、クランク部材８３の端部には、ギア群８４を介して発電機（駆動発電機）８が駆動可能に連結されている。
【００９２】
これにより、切換機構２０の各切換弁２１ａ，２１ｂを介して各駆動機構１０ａ，１０ｂに、図示しない水槽２の液体の圧力が交互に導入されると、各駆動機構１０ａ，１０ｂの各駆動用シリンダ１１，１１は、加圧状態と非加圧状態とを交互に繰り返して昇降動を維持し、各駆動用シリンダ１１，１１の駆動力（下降力）でクランク部材８３が回転される。クランク部材８３が回転されると、その回転は、ギア群８４を介して発電機８に伝達され、発電機８による発電が行われることとなる。
ここで、各ホース１７は、水Ｗが満たされ密封された容器Ｙ内に配置されているので、ホース１７，１７の周りは水Ｗで満たされた状態となり、ホース１７，１７の湾曲変形が生じても、ホース１７，１７の周囲に満たされた水Ｗの量およびホース１７，１７内に含む水Ｗの量は変わらないので、ホース１７が湾曲した際の保形性が良好になるとともに、伸縮時の応答性も良くなるという利点が得られる。これにより、例えば、蛇腹状のホース１７，１７が大気中に配置されている場合に比べて、蛇腹状のホースのスムーズな湾曲変形を実現することができ、駆動用シリンダ１１，１１の往復運動をこのホース１７，１７でよりうまく吸収することができる。したがって、往復運動に係わるエネルギーの消費が一層軽減されるようになる。
これにより、エネルギーのより効率的な活用を図ることができる駆動装置８０が得られる。
【００９３】
次に、前記第１〜第３の実施形態の駆動装置を備えた駆動装置への圧力液供給システムについて図９，図１０を参照して説明する。
図９は、駆動装置の設置例として都市部に設置された駆動装置への圧力液供給システムを説明するための模式図、図１０は、駆動装置の設置例として山間部に設置された駆動装置への圧力液供給システムを説明するための模式図である。
図９において、圧力液供給システムは、高層ビルＫ１に設置された高所の水槽２と、この水槽２からの水Ｗを供給する供給手段としての配管９と、この配管９により供給された水Ｗを分岐する分岐手段としての分岐部９ａ，分岐管９ｂ，細分岐管９ｃとを備えており、これら分岐部９ａ，分岐管９ｂ，細分岐管９ｃを経て水Ｗが供給される分岐先には、前記第１〜第３の実施形態で説明した駆動装置１等が設置される。
【００９４】
高所の水槽２には、高層ビルＫ１に設置された図示しない給水装置によって、低所から高所へ順次水Ｗが揚水されて供給されるようになっている。なお、水Ｗは、水槽２に貯留された後は、自然蒸発等によって減じられた分が水道等の蛇口を備えた自動供給装置等により供給されるように構成されている。配管９は、高層ビルＫ１の側面に設置され、水槽２の水Ｗを低所に導く役割を成している。高層ビルＫ１の地上部（もしくは地下部）には、配管９によって低所に導かれた水Ｗを各方面へ大きく分岐するための分岐部９ａが設けられており、この分岐部９ａにより分岐された複数の分岐管９ｂが地下部に設置される。図９に示した分岐管９ｂは、このようにして地下部に設置される分岐管９ｂのひとつであり、分岐管９ｂの延設先には、細分岐管９ｃを経て水Ｗが供給される駆動装置１等が設置される。
【００９５】
このような駆動装置の圧力液供給システムによれば、高層ビルＫ１の高所に水槽２を１基設けることにより、この水槽２をその近隣地域に設置される駆動装置１等の圧力水供給源として利用することができる。これにより、各駆動装置１等に個別に水槽等を設ける必要がなくなり、水資源の効率的な利用を図ることができる。特に、一般住宅Ｊや低層階のビルＢ１，Ｂ２等は、個別に水槽を設けたとしても、その高さを確保することができず、所望の水圧を得ることが難しいため、このような高層ビルＫ１を利用した圧力液供給システムの利用価値が高いと言える。また、このような高層ビルＫ１を利用した圧力液供給システムをひとつの地域社会における公共ビジネスとして構築することも可能である。
【００９６】
さらに、図１０に示すように、駆動装置の圧力供給システムは、山間部においても構築することが可能であり、高所に水槽２を設置して、この水槽２から配管９を通じて低所の住宅Ｊ１に圧力水を供給することにより、各住宅Ｊ１に設置された不図示の駆動装置を駆動させることができる。このような山間部において、駆動装置の圧力供給システムを構築することにより、電気を供給するために必要となる相当の資金、資材、労働力の投入を行わずとも、各住宅Ｊ１で電力を得ることができるようになり、エネルギーの効率的な利用を図ることができるようになる。
【００９７】
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されず、発明の主旨に応じた適宜の変更実施が可能であることはいうまでもない。例えば、変換機構７により駆動される発電機８は、必ずしも設けなくても良い。さらに、圧力導入管１３およびホース１７の数は、任意とすることができる。例えば、図１１（ａ）（ｂ）に示すように、圧力導入管１３を８本とすることができる。このように圧力導入管１３の数を増やした構成とすることにより、駆動用シリンダ１１への水Ｗの圧力の導入をよりスムーズに行なうことができる。また、ホース１７を使用することなく、加圧時に受けた水Ｗの流量を吸収（湾曲変形等含む）することで、流量に対する体積の変動を極力抑え、受けた流量を減らすことなく無圧（残圧が除去された状態）で戻すことができる戻り機構を、駆動用シリンダー１１内に設けるようにしても良い。これにより、ホース１７を用いたときと同様の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る駆動装置の概略構造図である。
【図２】同じく概略構造を示す模式図である。
【図３】（ａ）（ｂ）は同じく駆動機構および揚水部の構造を示す模式断面図である。
【図４】（ａ）は、駆動用ピストンの上面（ヘッド側室）における受圧面積を説明するための図、（ｂ）は、駆動用ピストンの下面（ロッド側室）における受圧面積を説明するための図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る駆動装置の概略構造図である。
【図６】（ａ）（ｂ）は駆動機構を説明するための模式断面図である。
【図７】その他の概略構造を示す模式図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る駆動装置の概略構造図である。
【図９】駆動装置の設置例として都市部に設置された駆動装置への圧力液供給システムを説明するための模式図である。
【図１０】駆動装置の設置例として山間部に設置された駆動装置への圧力液供給システムを説明するための模式図である。
【図１１】（ａ）は、駆動用ピストンの上面（ヘッド側室）における受圧面積を説明するための図、（ｂ）は、駆動用ピストンの下面（ロッド側室）における受圧面積を説明するための図である。
【図１２】従来技術の説明図である。
【符号の説明】
【００９９】
１      駆動装置
２      水槽（液槽）
３      発電用水路（発電用液路）
４      水槽
５      水車
６      発電機
７      変換機構
８      発電機（駆動発電機）
９      配管
９ａ    分岐部
９ｂ    分岐管
９ｃ    細分岐管
１０    駆動部
１０ａ，１０ｂ    駆動機構
１１    駆動用シリンダ
１２    駆動用ピストン
１３    圧力導入管
１４    ヘッド側室
１５    ロッド側室
１７    ホース
２０    切換機構
２１ａ，２１ｂ    切換弁
３０ａ，３０ｂ    揚水部
３１    シリンダ
３２    ピストン
４０    シーソー機構
４２    シーソー部材
５０    駆動装置
６０    駆動装置
７０ａ，７０ｂ  駆動機構
８０    駆動装置
８２    変換機構
８３    クランク部材
Ａ１    受圧面積
Ａ２    受圧面積
Ｋ      高層住宅
Ｋ１    高層ビル
Ｓ２    圧力スペース
Ｗ      水（液）
【要約】      （修正有）【課題】エネルギーの効率的な活用を図ることのできる駆動装置を提供するとともに、駆動装置へ圧力液を供給するため圧力液供給システムを提供する。【解決手段】高所の液槽２からの液体の圧力が導入され、この液体の圧力により駆動される往復運動自在な駆動用ピストン１２を備えた駆動用シリンダ１１を一対設け、一対の駆動用シリンダ１１の各駆動用ピストン１２に連結されたピストンロッド３２ａ，３２ｂの端部同士に連結され、各駆動用ピストン１２を相互に逆位相で往復運動させる往復動機構たるシーソー機構４０と、各駆動用ピストン１２の逆位相の往復運動に合わせて、一方の駆動用シリンダ１１が加圧状態とされたときに、他方の駆動用シリンダ１１が非加圧状態とされるように、交互に切り換える切換機構２０を具備した。【選択図】図２【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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