(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放出するためのエネルギーを蓄積するエネルギー貯蔵システムであって、該エネルギー貯蔵システムは、エネルギー入力を受け取る間接エネルギー貯蔵アセンブリと、前記間接エネルギー貯蔵アセンブリへのエネルギー入力を生成するように構成された第一直接エネルギー貯蔵アセンブリ及び第二直接エネルギー貯蔵アセンブリとを備え、
前記間接エネルギー貯蔵アセンブリは、
エネルギー源からのエネルギーの入力時に出力回転を供給するように構成されたコンバータと、
前記コンバータに連結された減速機であって、前記コンバータから入力回転を受け取り、低減された出力を供給するように構成された前記減速機と、
前記減速機に連結され、前記減速機の低減された出力回転によって上昇させられたときに位置エネルギーを生成するように構成された質量体とを備え、
前記間接エネルギー貯蔵アセンブリは、前記質量体の降下に応じてエネルギーを放出するように構成され、
前記第一直接エネルギー貯蔵アセンブリは、
第一質量体と、
前記第一質量体に連結された第一増速機であって、前記第一質量体の降下時に該第一質量体により入力回転が供給され、トルクが低減された出力回転を前記入力回転から生成するように構成された前記第一増速機と、
前記第一増速機に連結され、前記トルクが低減された出力回転に応じてエネルギーを生成する第一発電機と、
第一液体チャンバと、
前記第一液体チャンバから液体を放出させるように構成された第一放出口とを備え、
前記第二直接エネルギー貯蔵アセンブリは、
第二質量体と、
前記第二質量体に連結された第二増速機であって、前記第二質量体の降下時に該第二質量体により入力回転が供給され、トルクが低減された出力回転を前記入力回転から生成するように構成された前記第二増速機と、
前記第二増速機に連結され、前記トルクが低減された出力回転に応じてエネルギーを生成する第二発電機と、
第二液体チャンバと、
前記第二液体チャンバから液体を放出させるように構成された第二放出口とを備え、
前記第二放出口は前記第一直接エネルギー貯蔵アセンブリに接続され、前記第一放出口は前記間接エネルギー貯蔵アセンブリに入力するエネルギーを生成するタービンを介して前記第二直接エネルギー貯蔵アセンブリに接続されるエネルギー貯蔵システム。
【請求項２】
前記減速機は、少なくとも１００対１の比で、前記低減された回転出力を供給する請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。
【請求項３】
前記減速機は、前記入力回転に対して前記低減された回転出力のトルクを増大させるように構成される請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。
【請求項４】
前記間接エネルギー貯蔵アセンブリが、
前記質量体に連結された増速機であって、前記質量体の降下時に該質量体により入力回転が供給され、トルクが低減された出力回転を前記入力回転から生成するように構成された前記増速機と、
前記増速機に連結され、供給された前記トルクが低減された出力回転に応じてエネルギーを生成するように構成された発電機とをさらに備える請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。
【請求項５】
前記間接エネルギー貯蔵アセンブリの前記増速機が、少なくとも１対１００の入力対出力比を有するように構成される請求項４に記載のエネルギー貯蔵システム。
【請求項６】
前記間接エネルギー貯蔵アセンブリの前記質量体が最大高さを有し、前記間接エネルギー貯蔵アセンブリの少なくとも前記増速機の入力対出力比を選択することにより、前記質量体の降下速度を制御して総降下時間を達成する請求項４に記載のエネルギー貯蔵システム。
【請求項７】
前記総降下時間が少なくとも１時間である請求項６に記載のエネルギー貯蔵システム。
【請求項８】
前記間接エネルギー貯蔵アセンブリの少なくとも前記増速機の入力対出力比と、前記増速機によって前記発電機に供給される回転速度及びトルクの少なくとも一方とを選択することにより、前記質量体の降下速度を制御する請求項４に記載のエネルギー貯蔵システム。
【請求項９】
前記間接エネルギー貯蔵アセンブリが、前記質量体と前記増速機とを係合および脱離させるように構成された第１のクラッチをさらに備える請求項４に記載のエネルギー貯蔵システム。
【請求項１０】
前記間接エネルギー貯蔵アセンブリが、前記質量体と前記コンバータとを係合および脱離させるように構成された第２のクラッチをさらに備える請求項４に記載のエネルギー貯蔵システム。
【請求項１１】
前記間接エネルギー貯蔵アセンブリが、係合中に前記質量体が降下するのを防止するように構成された係止機構をさらに備え、前記係止機構が、係合中に前記減速機の前記低減された回転出力による前記質量体の上昇を許容するように構成される請求項４に記載のエネルギー貯蔵システム。
【請求項１２】
前記第一直接エネルギー貯蔵アセンブリの前記第一増速機及び前記第二直接エネルギー貯蔵アセンブリの前記第二増速機のそれぞれが、少なくとも１対１００の入力対出力比を有するように構成される請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。
【請求項１３】
前記第一直接エネルギー貯蔵アセンブリの前記第一質量体及び前記第二直接エネルギー貯蔵アセンブリの前記第二質量体のそれぞれが最大高さを有し、前記第一直接エネルギー貯蔵アセンブリの少なくとも前記第一増速機の入力対出力比を選択することにより、前記第一質量体の降下速度を制御して総降下時間を達成するとともに、前記第二直接エネルギー貯蔵アセンブリの少なくとも前記第二増速機の入力対出力比を選択することにより、前記第二質量体の降下速度を制御して総降下時間を達成する請求項１２に記載のエネルギー貯蔵システム。
【請求項１４】
前記第一質量体の前記総降下時間及び前記第二質量体の前記総降下時間のそれぞれが少なくとも１時間である請求項１３に記載のエネルギー貯蔵システム。
【請求項１５】
前記第一直接エネルギー貯蔵アセンブリが、
位置エネルギーがほとんどないか全くない静止位置から高位置エネルギーの上昇位置まで前記第一質量体を上昇させるように構成される前記第一質量体の第一上昇手段をさらに備えるとともに、
前記第二直接エネルギー貯蔵アセンブリが、
位置エネルギーがほとんどないか全くない静止位置から高位置エネルギーの上昇位置まで前記第二質量体を上昇させるように構成される前記第二質量体の第二上昇手段をさらに備える請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。
【請求項１６】
前記第一液体チャンバが前記第一上昇手段に液面を提供し、前記第一上昇手段が、前記液面の上昇に応じて前記第一質量体を上昇させるように構成されるとともに、前記第二液体チャンバが前記第二上昇手段に液面を提供し、前記第二上昇手段が、前記液面の上昇に応じて前記第二質量体を上昇させるように構成される請求項１５に記載のエネルギー貯蔵システム。
【請求項１７】
液体の天然源をさらに備える請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。
【請求項１８】
前記液体の天然源が、池、川、湖、河口、潮水体、流出水、洪水の出水、降水のうち少なくとも１つを含む請求項１７に記載のエネルギー貯蔵システム。
【請求項１９】
前記第一直接エネルギー貯蔵アセンブリが、係合時に前記第一質量体が降下するのを防ぐように構成された第一係止機構をさらに備え、前記第一係止機構が、係合時に前記第一質量体の上昇を許容するように構成されるとともに、前記第二直接エネルギー貯蔵アセンブリが、係合時に前記第二質量体が降下するのを防ぐように構成された第二係止機構をさらに備え、前記第二係止機構が、係合時に前記第二質量体の上昇を許容するように構成される請求項１に記載のエネルギー貯蔵システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械エネルギー貯蔵方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギー生成の分野では有意義な取り組みが行われており、より効率的で、よりクリーンな動力源が新たに提供されてきている。従来の技術は、種々のクリーンなエネルギー源を利用することを目標としている。現在、各種クリーンなエネルギー源（たとえば、水、風、および太陽光）からエネルギーを捕捉しようとする試みは、変化に富み、広範囲に広がっている。
【０００３】
通常、エネルギー源は２つのカテゴリ、すなわち、有限のエネルギー源と無限のエネルギー源とに分類することができる。たとえば、原油、天然ガス、石炭などの有限資源は大量の出力を提供し、現在のインフラで簡便に貯蔵し輸送することができる。たとえば、ガソリン自体は良好なエネルギー源であり、容易に貯蔵される。これは主に、比較的コンパクトな液体エネルギー源であるガソリンを精製および輸送するためのインフラが開発されてきたためである。しかしながら、これらの有限資源は多くの問題を含む。主要な問題の１つは、こうした有限資源のエネルギーの過剰消費によってもたらされる環境への影響である。現時点では、これらの資源の消費は地球温暖化、大気汚染、騒音、土壌汚染を引き起こすと考えられている。さらに懸念されている問題は、これらの資源量が有限であることである。これらのエネルギー源が最終的に枯渇する時期を判定するために様々な推測がなされている。
【０００４】
無限のエネルギー源は、たとえば、太陽光、風力、波力、潮力などである。これらのエネルギー源は豊富であり、決して枯渇せず、環境に対する最小限の影響で利用することができる。しかし、これらの無限資源からエネルギーを捕捉するには多くの問題がある。たとえば、太陽光エネルギーの生成には常に利用可能な日光が必要である。風力発電所は常に風資源を必要とする。簡潔に言うと、無限エネルギー源は変動する環境条件から影響を受けやすい。
【０００５】
（有限または無限の）いずれかの資源を通じてエネルギーを提供する従来のアプローチは通常、エネルギー生成の観点から課題を取り扱うものであり、生成されたエネルギーを貯蔵するという課題に対処できないことが多い。
【０００６】
物体を上昇させることによって位置エネルギーを生成するという概念はエネルギー生成および貯蔵の分野でよく知られている。しかしながら、このような位置エネルギーの一般的な解放は力の商業的利用には適していない。重力の作用で落下する物体は、日々の使用に必要な持続可能なエネルギーを生成するには落下速度が速すぎる。
【０００７】
エネルギーを貯蔵するその他のシステムは広く実施されていない。たとえば、バネもエネルギー貯蔵のために十分既知であるが、商業的に実現可能なエネルギーを供給するためにバネ駆動のシステムを利用することはそれほど成功していない。高速放出の際に使用されるために、大量のエネルギーを貯蔵するフライホイールシステムが利用されてきた。しかしながら、このようなフライホイールシステムの実現は、その費用や複雑さのため、特定のプロジェクトに限定されている。化学物質ベースのシステムが開発中であるが、これも広範には実現されていない。その他のシステムや方法は、商業的に成功する作業を確立するため少し改善されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
エネルギーを生成および貯蔵するシステムにおいては、多くの対処すべき問題がある。周知であるように、物体を上昇させるために、物体が落下する際に再利用または転送することのできるエネルギーが消費される。多くの装置が、エネルギーを利用するためにこの原理を何らかの形態で活用している。
【０００９】
物体、重り、または液体を上昇させて高所から落下させることで、貯蔵されたエネルギーが解放される。しかしながら、通常、落下する物体からのエネルギーの急速な解放は、既知の、または実現可能な任意の商業的エネルギー用途にとって適していない。落下する物体が商業的に使用可能なエネルギーを生成するように制御可能であれば、効率的なエネルギー貯蔵機構が達成でき得る。効率的なエネルギー貯蔵システムと無限エネルギー源（太陽光、風、水など）とを結びつけることで、商業的に実現可能かつ産業的に使用可能なエネルギー生成および貯蔵機構が実現される。さらに、少量のエネルギーを商業的に利用可能なように放出するために、貯蔵および蓄積することができれば最も成長性のあるエネルギー生成工程が有効になり得る。
【００１０】
これらの効率的なエネルギー貯蔵機構は無限エネルギー源に関わる問題のいくつかを解決し、変動する環境状態の影響を薄め、有限のエネルギー源を変換するエネルギー生成システムの可用性と持続性を向上させる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
一態様によると、重い物体を上昇させるクレーンのようにエネルギー貯蔵質量体を上昇させるという原理に基づき動作する機械エネルギー貯蔵装置が提供される。大きな重りが質量体として使用され、ゼロ地点（ゼロの位置エネルギー）から特定の高さ（正の位置エネルギー）へとゆっくりと上昇させられることによって、貯蔵されるエネルギーを生成する。重りが適切な制御下で解放されると、質量体を引き下ろす重力によってシステムが発電機を回転させてエネルギーを生成する。生成される放出が長時間生じるように落下を制御することで、効率的かつ使用可能なエネルギー貯蔵および放出がもたらされる。
【００１２】
本発明の一態様によると、放出するためのエネルギーを蓄積するエネルギー貯蔵システムが提供される。エネルギー貯蔵システムは、エネルギー入力を受け取る間接エネルギー貯蔵アセンブリと、間接貯蔵アセンブリへのエネルギー入力を生成する少なくとも１つの直接エネルギー貯蔵アセンブリとを備えており、間接エネルギー貯蔵アセンブリは、エネルギー源からのエネルギーの入力時に出力回転を供給するコンバータと、コンバータに連結された減速機であって、コンバータから入力回転を受け取り、低減された出力を供給する前記減速機と、前記減速機に連結され、前記減速機の低減された出力回転によって上昇させられたときに位置エネルギーを生成する質量体とを備え、前記間接エネルギー貯蔵アセンブリは、前記質量体の降下に応じてエネルギーを放出するように構成され、前記直接エネルギー貯蔵アセンブリは、質量体と、該質量体に連結された増速機であって、前記質量体の降下時に該質量体により入力回転が供給され、トルクが低減された出力回転を入力回転から生成する前記増速機と、前記増速機に連結され、前記トルクが低減された出力回転に応じてエネルギーを生成する発電機とを備えている。本発明の一実施形態によると、減速機はさらに、少なくとも１００対１の比で低減された回転出力を供給するように構成される。本発明の別の実施形態によると、減速機はさらに、入力回転に対して低減された回転出力のトルクを増大させるように構成される。
【００１３】
本発明の一実施形態によると、間接エネルギー貯蔵アセンブリは、質量体に連結された増速機であって、質量体の降下時に該質量体により入力回転が供給され、トルクが低減された出力回転を入力回転から生成する前記増速機と、増速機に連結され、トルクが低減された出力回転に応じてエネルギーを生成する発電機とをさらに備える。本発明の別の実施形態によると、間接エネルギー貯蔵アセンブリの増速機は、少なくとも１対１００の入力対出力比を有するように構成される。本発明の別の実施形態によると、間接エネルギー貯蔵アセンブリの質量体は最大高さを有するように構成され、間接エネルギー貯蔵システムの少なくとも増速機は質量体の降下速度を制御して総降下時間を達成するように構成される。本発明の別の実施形態によると、総降下時間は少なくとも１時間である。本発明の別の実施形態によると、間接エネルギー貯蔵アセンブリの少なくとも増速機と発電機とが降下速度を制御するように構成される。
【００１４】
本発明の一実施形態によると、間接エネルギー貯蔵アセンブリは、質量体と増速機とを係合および脱離させる第１のクラッチをさらに備える。本発明の別の実施形態によると、間接エネルギー貯蔵アセンブリは、質量体とコンバータとを係合および脱離させる第２のクラッチをさらに備える。本発明の別の実施形態によると、間接エネルギー貯蔵アセンブリは、係合中に質量体が降下するのを防止する係止機構をさらに備え、係止機構は、係合中に減速機により低減された回転出力による質量体の上昇を許容する。本発明の別の実施形態によると、直接エネルギー貯蔵アセンブリの増速機は、少なくとも１対１００の入力対出力比を有する。本発明の別の実施形態によると、直接エネルギー貯蔵アセンブリの質量体は最大高さを有し、直接エネルギー貯蔵システムの少なくとも増速機は質量体の降下速度を制御して総降下時間を達成する。
【００１５】
本発明の一実施形態によると、総降下時間は少なくとも１時間である。本発明の別の実施形態によると、直接エネルギー貯蔵アセンブリは、位置エネルギーがほとんどないか全くない静止位置から高位置エネルギーの上昇位置まで質量体を上昇させる質量体の上昇手段をさらに備える。本発明の別の実施形態によると、少なくとも１つの直接エネルギー貯蔵アセンブリは液体チャンバをさらに備える。本発明の別の実施形態によると、液体チャンバは上昇手段に液面を提供し、上昇手段は液面の上昇に応じて質量体を上昇させるように構成される。本発明の別の実施形態によると、エネルギー貯蔵システムは、液体チャンバから液体を放出させる放出口をさらに備える。本発明の別の実施形態によると、放出口は、第２の直接貯蔵アセンブリと、間接エネルギー貯蔵アセンブリに入力するエネルギーを生成するように構成されるタービンとのうち少なくとも一方に接続される。本発明の別の実施形態によると、エネルギー貯蔵システムは液体の天然源をさらに備える。本発明の別の実施形態によると、液体の天然源は、池、川、湖、河口、潮水体、流出水、洪水の出水、降水のうち少なくとも１つを含む。本発明の別の実施形態によると、直接エネルギー貯蔵アセンブリは、係合時に質量体が降下するのを防ぐ係止機構をさらに備え、係止機構は、係合時に上記質量体の上昇を許容するように構成される。
【００１６】
本発明の一実施形態によると、エネルギー入力を受け取る間接エネルギー貯蔵システムが提供される。間接エネルギー貯蔵アセンブリは、エネルギー源からのエネルギーの入力時に出力回転を供給するコンバータと、コンバータに連結された減速機であって、コンバータから入力回転を受け取り、少なくとも１００対１の比で低減された回転出力を供給する前記減速機と、減速機に連結され、減速機の低減された回転出力によって上昇させられたときに位置エネルギーを生成する質量体とを備え、間接エネルギー貯蔵システムは質量体の降下に応じてエネルギー放出を供給するように構成される。本発明の別の実施形態によると、減速機は、入力回転に対して低減された回転出力のトルクを増大させるように構成される。本発明の別の実施形態によると、間接エネルギー貯蔵システムは、質量体に連結される増速機であって、質量体の降下時に質量体により入力回転が供給され、トルクが低減された出力回転を入力回転から生成する増速機と、増速機に連結され、供給されたトルクが低減された出力回転に応じてエネルギーを生成する発電機とをさらに備える。本発明の別の実施形態によると、間接エネルギー貯蔵アセンブリの増速機は、少なくとも１対１００の入力対出力比を有するように構成される。
【００１７】
本発明の一実施形態によると、質量体は最大高さを有し、少なくとも増速機は質量体の降下速度を制御するように構成される。本発明の別の実施形態によると、間接エネルギー貯蔵システムは質量体の降下に応じてのみエネルギーを生成する。
【００１８】
本発明の一態様によると、エネルギー入力を受け取るように構成される間接エネルギー貯蔵システムが提供される。間接エネルギー貯蔵アセンブリは、エネルギー源からのエネルギーの入力時に出力回転を供給する第１のコンバータと、第１のコンバータに連結された第１の減速機であって、第１のコンバータから入力回転を受け取り、トルクが増大された出力回転を供給する前記第１の減速機と、第１の減速機に連結され、第１の減速機のトルクが増大された出力回転によって上昇させられたときに位置エネルギーを生成する第１の質量体であって、間接エネルギー貯蔵システムが第１の質量体の降下に応じてエネルギーを放出する前記第１の質量体と、エネルギー源からのエネルギーの入力時に出力回転を供給する第２のコンバータと、第２のコンバータに連結された第２の減速機であって、第２のコンバータから入力回転を受け取り、トルクが増大された出力回転を供給する前記第２の減速機と、第２の減速機に連結され、第２の減速機のトルクが増大された出力回転によって上昇させられたときに位置エネルギーを生成する第２の質量体であって、間接エネルギー貯蔵システムは第２の質量体の降下に応じてエネルギーを放出する前記第２の質量体とを備える。
【００１９】
本発明の一実施形態によると、第１の減速機はさらに、入力回転に対してトルクが増大された出力回転の速度を低減するように構成される。本発明の別の実施形態によると、第２の減速機はさらに、入力回転に対してトルクが増大された出力回転の速度を低減するように構成される。本発明の別の実施形態によると、間接エネルギー貯蔵システムは、第１の質量体に連結された第１の増速機であって、第１の質量体の降下時に第１の質量体により入力回転が供給され、トルクが低減された出力回転を入力回転から生成する前記第１の増速機と、第１の増速機に連結され、供給されたトルクが低減された出力回転に応じてエネルギーを生成する発電機とをさらに備える。本発明の別の実施形態によると、間接エネルギー貯蔵システムは、第２の質量体に連結された第２の増速機であって、第２の質量体の降下時に第２の質量体により入力回転が供給され、トルクが低減された出力回転を入力回転から生成する前記第２の増速機と、第２の増速機に連結され、供給された前記トルクが低減された出力回転に応じてエネルギーを生成する発電機とをさらに備える。
【００２０】
本発明の一実施形態によると、間接エネルギー貯蔵アセンブリの第１の増速機は、少なくとも１対１００の入力対出力比を提供するように構成される。本発明の別の実施形態によると、間接エネルギー貯蔵アセンブリの第２の増速機は、少なくとも１対１００の入力対出力比を提供するように構成される。本発明の別の実施形態によると、第１の質量体と第２の質量体は最大高さを有し、少なくとも第１および第２の増速機はそれぞれ質量体の降下速度を制御するように構成される。本発明の別の実施形態によると、間接エネルギー貯蔵システムは、第１および第２の質量体の降下に応じてのみエネルギーを生成する。
【００２１】
少なくとも１つの実施形態の各種態様を、図面を参照して以下に説明するが、該図面は等縮尺とは限らない。図面は様々な態様と実施形態の例示とさらなる理解のためのものであり、本明細書の一部に組み込まれ、その一部を成すが、本発明を限定するものではない。図面、詳細な説明、または任意の請求項における技術的特徴の後に参照符号が続く場合、その参照符号は図面、詳細な説明、および請求項の明瞭性を高めるためのものにすぎない。したがって、参照符号があること、及び参照符号がないことのいずれも、請求項の構成要素の権利範囲に限定的な影響を及ぼすものではない。図中、各種図面に示される同一の、またはほぼ同一の各コンポーネントには、類似の符号を付す。明瞭化のため、すべての図面において全てのコンポーネントを示しているわけではない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１Ａ】本発明の各種態様を組み込むエネルギー貯蔵システムの動作例を示す機能ブロック図である。
【図１Ｂ】本発明の各種態様を組み込むエネルギー貯蔵システムの動作例を示す機能ブロック図である。
【図１Ｃ】本発明の各種態様を組み込むエネルギー貯蔵システムの動作例を示す機能ブロック図である。
【図１Ｄ】本発明の各種態様を組み込むエネルギー貯蔵システムの動作例を示す機能ブロック図である。
【図１Ｅ】本発明の各種態様を組み込むエネルギー貯蔵システムの動作例を示す機能ブロック図である。
【図２Ａ】本発明の一態様に係る間接エネルギー貯蔵機構の一実施形態のブロック図である。
【図２Ｂ】本発明の一態様に係る間接エネルギー貯蔵機構の一実施形態のブロック図である。
【図３Ａ】本発明の一態様に係る直接エネルギー貯蔵機構のブロック図である。
【図３Ｂ】本発明の一態様に係る直接エネルギー貯蔵機構の一実施形態のブロック図である。
【図４】本発明の一態様に係る水源を含む直接エネルギー貯蔵機構の一実施形態のブロック図である。
【図５】エネルギー貯蔵装置の従来技術の例のブロック図である。
【図６】エネルギー貯蔵装置の従来技術の例のブロック図である。
【図７】本発明の一態様に係る間接エネルギー貯蔵装置の機能ブロック図である。
【図８】本発明の一態様に係る間接エネルギー貯蔵機構の機能ブロック図である。
【図９】本発明の一態様に係る間接エネルギー貯蔵機構の機能ブロック図である。
【図１０】本発明の一態様に係る位置エネルギーを貯蔵するのに使用される構成可能な重り質量体の一実施形態である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の一態様によると、長期間にわたって放出するように構成されるエネルギー貯蔵システムは、落下する重りを組み込んで商業的に実現可能なエネルギー源を達成することができる。さらに、短距離に限定される落下重りにとって使用可能な動作範囲を提供するようにシステムを構成することによって、現実世界の条件下でエネルギー貯蔵システムの有用性を確保する。従来の用途では、物体をより高く上昇させることで、より大きな位置エネルギーが得られる。しかしながら、物体をさらに長い距離にわたって上昇させることは必然的に物理的制限の制約を受ける。したがって、有効なエネルギー貯蔵システムは長い放出時間を持続できる必要があり、物理的に実現可能でなければならない。言い換えると、落下する重りは通常、長距離を移動できない。
【００２４】
短い距離に制約を受ける使用可能な放出時間の問題のバランスをとることで、大半の状況において、従来のエネルギー貯蔵及び生成システムが使用不能である。大重量の重りと非常に大きな機械比とを組み合わせ、重りと比とのバランスを確立することによって、エネルギー貯蔵システムは、システムを物理的に実現可能な運動距離に制限しつつ、数時間、数日間、又は数年間などの長い放出時間を有するように構成することができる。
【００２５】
環境によっては、物理的に実現可能な移動距離は、超高層ビルなどの高所構造の高さを含んでもよい。しかしながら、妥当な制約条件から最大閾値が設定され、その最大閾値を超えて物体を上昇させエネルギーを貯蔵するのは実現不可能である。よって、上昇距離は、使用可能なエネルギー貯蔵と関わる問題に対処する際の制約要因となる。
【００２６】
循環型貯蔵および生成
図１Ａを参照すると、本発明の様々な態様に係る直接エネルギー貯蔵機構１０１および１５１と、間接エネルギー貯蔵機構１７１とを実現する例示的なシステム１００が示されている。直接エネルギー貯蔵機構は、上昇された重りによって提供されるエネルギーを直接捕捉する能力により「直接」と広くみなされる。直接エネルギー貯蔵システムでは、質量体１０８が浮揚体１０６に連結される。質量体１０８は、チャンバ１０２内の液面（たとえば、水面）に基づき高所まで上昇させられる。水の除去または水面の降下時、質量体１０８は降下して増速機１２４を介して発電機１１０を動作させることができ、該増速機は質量体１０８の降下によって生成される毎分回転数の入力回転を受け取り、毎分回転数が増大されるとともにトルクが低減された出力回転を発電機に対して生成してエネルギーを生成する。間接エネルギー貯蔵機構は別の源（たとえば、直接エネルギー機構１０１）からエネルギーを入力され、入力エネルギーを、貯蔵される位置エネルギーへと変換する。エネルギーは減速機１７４の動作を通じて高所まで貯蔵要素（たとえば、質量体１７８）を上昇させることによって貯蔵され、該減速機は毎分回転数でのコンバータ１７２の動作によって生成された入力回転を受け取り、質量体１７８を上昇させるために、毎分回転数が低減されトルクが増大された出力回転を生成する。システム１００の実施例では、複数のエネルギー源が、動作段階に応じて間接エネルギー貯蔵機構１７１に入力を供給する。図１Ａに示される第１の段階では、水流によってタービン発電機１３１が回転される。タービン１３１からのエネルギー出力は、間接貯蔵機構１７１に関連付けられるコンバータ１７２に供給される。コンバータ１７２は入力エネルギーを、質量体１７８を高所まで上昇させるために印加される回転力へと変換する。エネルギーは、パワー出力が必要とされる時まで質量体１７８を高所に維持することによって間接エネルギー貯蔵機構１７１に貯蔵される。
【００２７】
図１Ｂは、システム１００の第２の動作段階を示す。図示されるように、直接エネルギー貯蔵機構１０１は、質量体１０８の降下によって生成されるエネルギー出力を間接エネルギー貯蔵機構１７１に提供する。図１Ｃでは、第３の動作段階が示されており、間接エネルギー貯蔵システム１７１が、質量体１７８の降下によって発電機１８２の動作を通じて生成されるパワーを供給する。出力はポンプ１９０に伝達される。ポンプ１９０は、水を低レベル容器のチャンバ１３０から高レベル容器のチャンバ１０２に押し出すように動作する。水がチャンバ１３０から除去されると、第２の直接エネルギー貯蔵機構１５１はエネルギーを生成することができる。図１Ｄには第４の動作段階が示され、直接エネルギー貯蔵機構１５１がエネルギー出力を間接エネルギー貯蔵機構１７１に供給する。図示される段階（図１Ａ〜１Ｄ）は所望に応じた頻度で繰り返すことができる。特定の実施形態では、センサを組み込んで、液面を判定し、直接エネルギー貯蔵機構、たとえば、機構１０１および１５１、間接エネルギー貯蔵機構１７１、ポンプ１９０、水門１２２のいずれかの自動操作のためにシステムを制御する信号を送ることができる。
【００２８】
間接エネルギー貯蔵機構１７１において入力の３段階および出力の１段階の間に生成される総エネルギーは、後の使用のために貯蔵することができる。前記段階を通して各付加的なサイクルを利用して、たとえば需要に応じ蓄積および解放できる間接エネルギー貯蔵機構１７１により多くの位置エネルギーを生成することができる。
【００２９】
図１Ａを再度参照すると、第１の段階中、チャンバ１０２内の液面は所望レベルまたはその近傍である。所望レベルは、本実施例では、浮揚体１０６によって上昇させられた質量体１０８が達成する動作高さを指す。チャンバ１０２の所望の液面が達成されれば、水門１２２を開放させることができる。水門１２２が開放されると、水などの液体が高レベル容器のチャンバ１０２から低レベル容器のチャンバ１３０へと流れる。この液体流はタービン発電機１３１を動作させる。タービン１３１の動作によって生成されたエネルギーは間接エネルギー貯蔵機構１７１に入力される。図１Ｂはチャンバ１０２が空になっている様子を示すが、別の実施形態では、チャンバ１０２内の液体の水位が低減される方法を使用して、質量体１０８を降下させ、エネルギーを生成することができる。
【００３０】
間接エネルギー貯蔵機構では、入力されたエネルギーがコンバータ１７２によって回転力に変換される。回転力が動作してシャフト１８６Ａを回転させる。シャフト１８６Ａは減速機１７４に接続される。減速機１７４はシャフト１８６Ａの回転を受け取り、回転を低減させてシャフト１８６Ｂに伝達するように構成される。減速機１７４はさらに、トルクを増大してシャフト１８６Ｂに供給することによって質量体１７８を上昇させるように構成される。一実施形態では、特定の毎分回転数の入力回転を前提とすると、減速機は、毎分回転数が低減されるとともにトルクが増大された出力回転を生成する。毎分回転数の変化量およびトルクの増大量は、間接エネルギー貯蔵機構のパラメータに基づき選択することができる。たとえば、所望のエネルギー出力を確定して、発電機１８２の選択を制御することができる。発電機１８２用の動作パラメータに基づき、質量体１７８のサイズと、選択された発電機に所与の回転速度およびトルクを提供するために必要な増速機１８０の入力対出力比とが決定される。一実施形態によると、減速機１７４は大きな入力対出力比で動作するように構成される。一実施例として、減速機１７４はシャフト１８６Ｂの３０００回転を受け取り、シャフト１８６Ｃに１回転の出力を供給するように構成することができる。その他の回転入力対出力比を提供するように構成してもよい。特定の実施形態では、１００：１より大きな比が使用される。
【００３１】
シャフト１８６Ｂの回転は、係合されたクラッチ１７５およびシャフト１８６Ｃを介してウインチ１８５に伝達される。クラッチ１７５は動作モードに応じてシャフト１８６Ｂおよび１８６Ｃを係合および脱離させるのに使用される。エネルギーの貯蔵（質量体１７８の上昇）中、クラッチ１７５は係合される。第２のクラッチ１７９を使用して、エネルギー出力動作モード中に使用されるエネルギー生成コンポーネントを係合および脱離させてもよい。シャフト１８６Ｂおよび１８６Ｃの回転によってウインチ１８５を動作させると、ケーブル１７６が巻き上げられる。ケーブル１７６を巻き上げることで、ウインチ１８５の回転がたとえばプーリ１８７Ａおよび１８７Ｂを介して質量体１７８の上昇へと変換される。プーリ１８７Ａおよび１８７Ｂは、ウインチ１８５の回転によって印加される力を伝達して質量体１７８の上昇を達成するように構成されており、質量体１７８の上昇中に安定性を提供するようにも構成される。つめ車およびレバー１８４はシャフト１８６Ｂおよび１８６Ｃの回転を防止するために採用することができる。具体的には、つめ車およびレバー１８４はシャフト１８６Ｂおよび１８６Ｃの１方向（上昇）への回転を許容し、逆回転を防止する。質量体１７８を上昇させるシャフト１８６Ｃの回転を許容するがその逆方向の回転を防止するつめ車およびレバー１８４が一実施例として示されているが、質量体１７８を上昇させながら回転を許容し、その逆回転を防止するその他の構造や機構を採用することも可能である。
【００３２】
水が高レベル容器のチャンバ１０２から低レベル容器のチャンバ１３０に流れ込むと、チャンバ１３０における液面が上昇する。液面が上昇すると、浮揚体１３４が動作して、直接エネルギー貯蔵システム１５１の質量体１３２が上昇する。ケーブル１３６はシャフト１４８Ａの回転によって第１のウインチ１３８に巻回される。シャフト１４８Ａは釣り合い重り１４０の降下に合わせて回転する。釣り合い重り１４０はケーブル１３６の作動重量を克服するように構成される。質量体１３２が上昇させられると、釣り合い重り１４０が降下し、第２のウインチ１４４が回転する。釣り合い重り１４０は自身のケーブル１４２によって第２のウインチ１４４に接続される。釣り合い重り１４０の降下によって供給される力はプーリ１５０Ａおよび１５０Ｂを介して伝達され、第２のウインチ１４４を回転させる。第２のウインチ１４４は、第２のウインチ１４４と共に回転するシャフト１４８Ａを介して第１のウインチ１３８に接続される。第１のウインチが回転すると、質量体１３２に装着されるケーブル１３６が巻き上げられる。シャフト１４８Ａはクラッチ１４６に接続される。クラッチ１４６は、エネルギー貯蔵、つまり質量体１３２の上昇中に脱離される。
【００３３】
エネルギー放出中、クラッチ１４６を係合して、質量体１３２を増速機１５２に接続して発電機１５４を動作させることができる。増速機１５２は質量体１３２の降下速度を制御するように構成される。増速機１５２はさらに、入力回転を受け取り、増倍された出力回転を供給するように構成される。たとえば、増速機は、シャフト１４８Ｃの３０００回転毎にシャフト１４８Ｂを１回転させて動作するように構成することができる。その他の回転入力対出力比も提供するように構成してもよい。特定の実施形態では、１：１００よりも大きな比が使用される。また、増速機１５２はトルクを低減した出力回転を発電機１５４に伝達するように構成される。回転が発電機１５４に伝達されてエネルギーを生成する。シャフト１４８Ｃに供給される増速機１５２の出力は、発電機１５４の動作パラメータに合わせて構成される。たとえば、発電機は最適には１５００ｒｐｍでエネルギーを生成し、７３７．６フィートポンド／秒（約１キロニュートンメートル／秒）での動作を要し、増速機１５２はその速度とトルクに適合する出力を供給するように構成することができる。また、質量体の重量は、必須の速度およびトルクの少なくとも一方に適合する出力を、増速機を通じて供給するように調整することができる。増速機によって供給される回転およびトルクの少なくとも一方と発電機１５４の動作パラメータとは、直接エネルギー貯蔵システムの特定の需要に合わせて調整することもできる。特定の実施例では、発電機は少なくとも１時間の期間で１０００Ｗ以上を生成するように選択される。また、増速機１５２によって提供される出力（回転速度および／またはトルク）は任意の発電機の動作特性に適合するように構成することができる。
【００３４】
つめ車およびレバーは、シャフト１４８Ａの回転を防止するために採用することができる。具体的には、つめ車およびレバーはシャフト１４８Ａの１方向の回転を許容し（質量体１３２の上昇中）、逆回転を防止することができる。つめ車およびレバー１５６は、質量体１３２の上昇中のシャフト１４８Ａの回転を許容するが、レバーの係合中は逆方向の回転を防止する。
【００３５】
一実施例では、高レベル容器のチャンバ１０２が空になると、直接エネルギー貯蔵システム１０１に貯蔵される位置エネルギーは、エネルギー出力を生成するのに使用することができる。特定の実施形態では、チャンバ１０２内の液面はたとえば、質量体１０８などの質量体の降下を制御するのに使用することができる。よって、チャンバ１０２はエネルギー生成のために空にする必要がない。特定の実施形態では、液面が使用されず、質量体１０８はチャンバ１０２が空になった時点で（すなわち、液体が低レベルに達しているがいくらかの量残っている）解放される。特定の実施形態では、タービン１３１を流れる液体流を質量体１０８の降下を制御するように構成することができる。流速は、増速機１２４および発電機１１０の動作パラメータに適合する速度で質量体１０８を降下させるように調整することができる。質量体の降下速度は、発電機１１０からの所望のエネルギー出力を生成する増速機１２４の出力速度を提供するように設定することができ、特定の実施形態では質量体の降下速度は流速によって制御することができる。
【００３６】
質量体１０８が降下すると、増速機１２４が作動し、次いで発電機１１０が作動する。図１Ｂに示されるように、直接エネルギー貯蔵システム１０１からの出力は間接エネルギー貯蔵システム１７１への入力として供給され、入力エネルギーは質量体１７８の上昇運動に変換される。特定の実施形態では、直接エネルギー貯蔵機構１０１および１５１は機構１７１などの各間接エネルギー貯蔵機構にリンクさせることができ、各自の出力はそれぞれの間接エネルギー貯蔵機構に伝達される。さらに別の実施形態では、２つの間接エネルギー貯蔵機構を備えることで、システム１００は間接エネルギー貯蔵機構を用いてエネルギーを貯蔵すると同時に出力することができる。別の実施例では、１つの間接エネルギー貯蔵機構が、エネルギーを貯蔵および解放するために複数の質量体を組み込むことで、単独の間接エネルギー貯蔵機構が同時にエネルギーを貯蔵し放出することができる（より詳細に後述する、図２Ｂ）。
【００３７】
図１Ｂを再度参照して、質量体１０８の降下によって供給される力はケーブル１１２を介して伝達される。プーリ１２６Ｃおよび１２６Ｄは降下する質量体１０８の力を伝達して、第１のウインチ１１４を回転させる。第１のウインチが回転すると、シャフト１２８Ａが第２のウインチ１１８を回転させる。第２のウインチはケーブル１１７を巻き上げて釣り合い重り１１６を上昇させる。プーリ１２６Ａおよび１２６Ｂは第２のウインチの回転によって印加される力を伝達し、釣り合い重り１１６を上昇させる。シャフト１２８Ａはクラッチ１２５に接続される。エネルギー放出中、直接エネルギー貯蔵機構のクラッチ１２５は係合される。エネルギー貯蔵中、クラッチ１２５を脱離させて増速機１２４および発電機１１０を作動させずにシャフト１２８Ａを移動できるようにしてもよい。クラッチ１２５が係合されると、シャフト１２８Ａの回転によって、増速機１２４に接続されるシャフト１２８Ｂが回転する。増速機は入力回転を受け取り、トルクが低減されること、および出力が増倍されることの少なくとも一方を施された回転を供給するように構成される。たとえば、増速機１２４は、シャフト１２８Ｃの３０００回転毎にシャフト１２８Ｂを１回転させるように構成することができる。その他の回転入力対出力比を提供するように構成されてもよい。特定の実施形態では、１：１００よりも大きな比が使用される。特定の実施形態によると、増速機１２４は質量体１０８の降下速度を制御するように構成される。
【００３８】
増速機の出力はシャフト１２８Ｃを介して発電機１１０に伝達されエネルギーを生成する。提供される出力は、発電機１１０の動作パラメータに合わせて設定される。たとえば、発電機が最適には１５００ｒｐｍで動作し７３７．６フィートポンド／秒（約１キロニュートンメートル／秒）のトルクを必要とするように構成されると仮定すれば、増速機１２４はシャフト１２８Ｃの１５００ｒｐｍの回転速度出力と所要のトルクとを供給するように構成することができる。増速機によって供給される出力速度およびトルクの少なくとも一方は、任意の発電機の動作パラメータに適合するように設定することができる。発電機、増速機、および質量体は、直接エネルギー貯蔵システムの特定の需要またはシステム１００全体の需要に合わせて調整することができる。
【００３９】
状況によっては、システム１００にとって所望のエネルギー出力を確定することができる。間接および直接エネルギー貯蔵機構（たとえば、直接エネルギー貯蔵機構１０１、１５１、および間接エネルギー貯蔵機構１７１）用の質量体（たとえば、質量体１０８、１３２、および１７８）のサイズは増速機（たとえば、増速機１２４、１５２、１８０）の動作パラメータと関連して選択し、発電機の動作および所望のエネルギー出力の生成を提供することができる。さらに、システム１００用に所望のエネルギー出力を確定する際、最小エネルギー出力時間も確定することができ、質量体と増速機の選択は所望の総放出時間によって変わり得る。
【００４０】
特定の実施形態では、タービン１３１を通る液体の流速も、所与の質量体の所望の降下速度を達成するために調整することができる。特定の実施形態では、ポンプ１９０が液体を押し出す速度を調整して、質量体を所望の速度で降下させることもできる。質量体の所望の降下速度は、発電機、質量体、および増速機の少なくとも一つに関して選択されたパラメータに関連して設定することができる。特定の実施例では、質量体の重量を増大することで、増速機を介して発電機に提供される回転出力速度を高めることができる。別の実施例では、質量体の重量を低減することで回転出力速度を低下することができる。しかしながら、一実施形態によると、質量体の最小重量は増速機の動作抵抗を克服するように維持しなければならない。
【００４１】
図１Ｂは質量体１０８の降下を示す。特定の実施形態によると、つめ車およびレバー１２０は質量体１０８を降下させるように解放しなければならない。特定の実施形態によると、質量体１０８が降下を停止すると、直接エネルギー貯蔵機構１０１によるエネルギー生成は停止する。エネルギー生成が停止すれば、つめ車およびレバー１２０を係合することができ、クラッチ１２５を脱離して質量体１０８の上昇を促進することができる。特定の実施形態では、質量体１０８の降下はチャンバ１０２内の液面によって制御することができる。一実施例では、質量体１０８の降下を防止するために採用してもよい係止機構（たとえば、つめ車およびレバー１２０）を解除することができ、水門１２２が開放されてチャンバ１０２内の液面を低下させて質量体１０８を降下させる。特定の実施例では、液面は係止機構、たとえば、つめ車およびレバー１２０を採用せずに質量体１０８の降下を制御するように構成することができる。別の実施例では、液面および係止機構を採用することができ、さらに別の実施例では、液面に関係なく係止機構を使用することができる。
【００４２】
解放される液体の量とチャンバ１０２からたとえば水門１２２を通る液体の流速とは、質量体１０８の重量、増速機１２４によって提供される入力：出力比、発電機１１０の動作パラメータに関連して、所望のエネルギー出力を生成することができる設定される。チャンバ１０２を出る液体流は質量体１０８の降下速度を制御するのに使用することができる。状況によっては、液体チャンバ１０２は人工的に作製することができる。別の状況では、天然の特徴を液体チャンバとして動作するように構成することができる。特定の実施形態では、所与の液体チャンバは気密にすることができる。別の実施形態では、液体チャンバを大気に対して開放させてもよい。
【００４３】
図１Ｃに示されるように、間接エネルギー貯蔵機構の質量体１７８を降下させて、増速機１８０による発電機１８２の動作を通じてエネルギーを生成することができる。生成された出力エネルギーの少なくとも一部はポンプ１９０に伝達される。ポンプ１９０は低レベル容器のチャンバ１３０から水を除去し、水を高レベル容器１０２に戻すように構成される。間接エネルギー貯蔵機構１７１でつめ車およびレバー１８４を解放することで質量体１７８を降下させることができる。エネルギー出力モードでは、間接貯蔵機構のクラッチ１７５が脱離され、クラッチ１７９が係合される。これにより、質量体１７８の降下によって生成された力をプーリ１８７Ａおよび１８７Ｂを介して伝達し、ウインチ１８５を回転させることができる。クラッチ１７９が係合されたウインチ１８５が回転すると、ウインチ１８５の回転はシャフト１８６Ｃを介してシャフト１８６Ｄに伝達される。シャフト１８６Ｄは増速機１８０に接続される。増速機１８０は質量体１７８の降下を制御し、動作パラメータに適した出力回転を発電機１８２に供給するように構成される。増速機１８０は入力回転を受け取り、トルクが低減された出力回転を供給するように構成される。増速機１８０は、シャフト１８６Ｅの３０００回転毎にシャフト１８６Ｄを１回転させるように構成することができる。その他の回転入力対出力比も提供するように構成してもよい。特定の実施形態では、１：１００よりも大きな比が使用される。出力回転は発電機１８２に伝達されてエネルギーを生成する。シャフト１８６Ｅによって提供される回転速度およびトルクは発電機１８０の動作パラメータに関連して構成される。たとえば、発電機は最適には１５００ｒｐｍでエネルギーを生成するように構成することができ、増速機１８０はシャフト１８６Ｅの１５００ｒｐｍの出力回転を供給するように構成することができる。増速機によって供給される出力は発電機１８２の動作パラメータに適合するように構成することができる。発電機、増速機、および質量体の少なくとも一つは、間接エネルギー貯蔵システム１７１の特定の需要またはシステム１００全体の需要に合わせて調整することができる。特定の実施形態では、少なくとも１０００Ｗのエネルギー出力が提供される。特定の実施例では、１０００Ｗの出力を１時間超の期間にわたって実現することができる。動作範囲は、１時間、１２時間、１日、数日間、１週間、数週間、１ヶ月間、数ヶ月間、およびさらに長い期間を含む。１０００Ｗよりも大きなエネルギー出力範囲が各種実施形態で実現される。特定の実施例では、間接機構は図１Ａ〜１Ｄに示される段階を通じて複数のサイクルで生成されるエネルギーと等しい貯蔵能力を有するように構成される。
【００４４】
チャンバ１３０はポンプ１９０の動作によって空にすることができる。直接エネルギー貯蔵システム１５１に貯蔵される位置エネルギーを使用してエネルギー出力を生成することができる。質量体１３２の降下は増速機１５２を作動させ、次いで発電機１５４を作動させる。図１Ｄに示されるように、直接エネルギー貯蔵システム１５１からの出力は間接エネルギー貯蔵システム１７１への入力として供給され、入力エネルギーは質量体１７８の上昇運動に変換される。質量体１３２の降下によって供給される力はケーブル１３６を介して伝達される。プーリ１５０Ｃおよび１５０Ｄは降下する質量体１３２の力を伝達して第１のウインチ１３８を回転させる。第１のウインチ１３８を回転させることで、シャフト１４８Ａに第２のウインチ１４４を回転させる。第２のウインチ１４４はケーブル１４２を巻き上げて釣り合い重り１４０を上昇させる。プーリ１５０Ａおよび１５０Ｂは第２のウインチの回転によって印加される力を伝達し、釣り合い重り１４０を上昇させる。シャフト１４８Ａはクラッチ１４６に接続される。エネルギー放出中、直接エネルギー貯蔵機構のクラッチ１４６は係合される。エネルギー貯蔵中、クラッチ１４６が脱離されて、増速機１５２および発電機１５４を作動させずにシャフト１４８Ａを移動できるようにしてもよい。クラッチ１４６が係合されると、シャフト１４８Ａが回転して、増速機１５２に接続されるシャフト１４８Ｂを回転させる。増速機１５２は質量体１３２の降下を制御する。さらに、増速機１５２は入力回転を受け取り、増倍されること、およびトルクが低減されることが施された出力回転を供給するように構成される。たとえば、増速機１５２は、シャフト１４８Ｃの３０００回転毎にシャフト１４８Ｂを１回転させるように構成することができる。他の回転入力対出力比を提供することもできる。特定の実施形態では、１：１００よりも大きな比が使用される。
【００４５】
増速機の出力回転はシャフト１４８Ｃを介して発電機１５４に伝達されてエネルギーを生成する。提供される回転速度は、発電機１５４の動作パラメータに合わせて設定される。一実施形態によると、増速機１５２は質量体１３２の降下を制御し、動作パラメータ（たとえば、速度やトルク）に適した出力回転を発電機１５４に供給する。たとえば、発電機は最適には１５００ｒｐｍでエネルギーを生成するように構成され、増速機１５２はシャフト１４８Ｃの１５００ｒｐｍを供給するように構成される。増速機１５２から供給される出力と発電機１５４の動作パラメータとは、直接エネルギー貯蔵システムの特定の需要およびシステム１００の全体の需要の少なくとも一方に合わせて調整することができる。
【００４６】
図１Ｄは、質量体１３２の降下中の直接エネルギー貯蔵機構１５１の出力段階を示す。特定の実施形態によると、つめ車およびレバー１５６は質量体１３２を降下させるように解放されなければならない。質量体１３２が停止すると、直接エネルギー貯蔵機構１５１によるエネルギー生成が停止する。つめ車およびレバー１５６を係合させ、クラッチ１４６を脱離させて、質量体１３２の以後の上昇を促進させることができる。
【００４７】
図１Ａを再度参照すると、エネルギーシステム１００は、液体１０４、一般的には水を含有するように構成される液体チャンバ１０２を備える。浮揚体１０６は、液体１０４上で浮くように液体チャンバ１０２内に配置される。浮揚体１０６は質量体１０８を支持する。チャンバ１０２に液体１０４が存在することで、浮揚体１０６および質量体１０８は液体チャンバ１０２の底部に対する高さ位置に配置される。別の言い方をすると、浮揚体１０６により質量体１０８は液体チャンバの底部の上方で支持され得るため、液体が液体チャンバに導入されるにつれて液体は浮揚体と重りを液体チャンバ内で上昇させる。
【００４８】
様々な浮力装置を採用することができ、各浮力装置は複数の構造で質量体１０２などの質量体を支持することができる。特定の実施形態では、浮揚体１０６はベース構造として質量体を支持する浮揚性材料で作製することができる。特定の実施形態では、浮揚性材料を所与の質量体の周囲に鋳造することができる。状況によっては、浮揚性材料を質量体自体の構造に組み込むことができる。別の実施形態では、空気チャンバを浮揚体構造または質量体自体に組み込むことができる。さらなる実施形態では、空気チャンバと浮揚性材料の両方を共に使用して所与の質量体のための浮揚体１０６を画定することができる。上記浮揚性材料はシンタクチックフォーム、ポリマー発泡体、剛性、半剛性、および／または弾性発泡体、ならびにその他の浮揚性材料を含むことができる。複数の浮力装置を浮揚体１０６として設置するために別個に作製して組み立てることができる。さらに、様々な既知の浮力装置をたとえば浮揚体１０６を架設するために使用し、所与の質量体を支持する、あるいは所与の質量体に直接的に一体に連結することができる。
【００４９】
質量体１０８はウインチ１１４に巻回されたケーブル１１２によって発電機１１０に作動可能に接続される。釣り合い重り１１６は質量体１０８の上昇中、ウインチ１１８の回転によってケーブル１１２を巻き上げるように構成される。質量体１０８及び浮揚体１０６が容器１０２内の液体量の増加によって上昇させられるにつれ、釣り合い重り１１６が落下してケーブル１１７を介してウインチ１１８を回転させる。ウインチ１１４はウインチ１１８と共に回転し、ケーブル１１２を巻き上げる。つめ車およびレバー１２０が質量体を適所に係止するため、液体チャンバ１０２の液面が低下するにつれ、浮揚体１０６と質量体１０８によって貯蔵された位置エネルギーを貯蔵することができる。液体チャンバ１０２内の液面は水門１２２によって制御することができる。
【００５０】
別の実施形態では、つめ車およびレバーを省略してもよい。その代わりに、液体チャンバ１０２の液面の制御を使用して、位置エネルギーを生成すると共に、ブレーキとしても機能してもよい。液面が低減するまで質量体１０８の降下を防止するように液面を操作することができる。特定の実施形態では、液面および係止機構の少なくとも一方は所与の質量体の降下を制御することができる。
【００５１】
液体チャンバ１０２内の液面は門１２２によって制御することができる。よって、質量体１０８の降下は、つめ車およびレバー１２０を使用する代わりに門１２２によって制御してもよい。さらに、質量体の降下速度は、液体がチャンバを離れる速度を制御することによって制御することができる。特定の実施例では、質量体の降下を制御するのに、つめ車およびレバー１２０の代わりに液体チャンバ１０２の液面を使用することによって、直接エネルギー貯蔵装置１０１の各種コンポーネントの寿命を延ばすことができる。
【００５２】
クラッチ１２５は、発電機１１０に作動可能に接続される増速機１２４に係合および脱離するように構成される。増速機および発電機の組合せは、より長いエネルギー放出期間を提供するように構成される。具体的には、増速機１２４と発電機１１０との組合せの各種実施例は、本発明の各種実施形態により数時間、数日間、さらには数週間にわたってエネルギーを放出できるように構成することができる。液体チャンバ１０２の高さ、質量体１０８のサイズ、ウインチ１１４の径、発電機１１０の動作パラメータに関連し増速機１２４によって供給される出力を調節して、所与のレベルのエネルギー消費のための所望レベルのエネルギー出力を達成してもよい。
【００５３】
図１Ａでは、水門１２２が動作して、液体をチャンバ１０２から別のチャンバ１３０へ流動させる。液体流はタービン１３１を動作させることによって発電に使用される。タービン１３１の出力は間接貯蔵機構１７１へ伝達されて、さらに図１Ａに示されるシステム１００で使用される。もしくは、パワー出力は直接エネルギーグリッドに送ること、あるいはエネルギーを必要としている装置で消費することができる。液体（たとえば、水）をチャンバ１３０へ放出すると、液体体積が増加して、チャンバ１３０内に配置される別の浮揚体１３４によって別の質量体１３２が上昇する。質量体１３２が上昇するにつれ、ケーブル１３６は、ケーブル１４２によって別のウインチ１４４に接続される釣り合い重り１４０の動作を通じて、ウインチ１３８に巻回される。質量体１３２の上昇中、直接エネルギー貯蔵システム１５１のクラッチ１４６は脱離される。このため、シャフト１４８は増速機１５２および発電機１５４を作動させずに回転することができる。プーリ１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃ、１５０Ｄは、質量体１３２および釣り合い重り１４０の運動によって印加される力の方向を変更するように動作する。一実施形態では、プーリ１５０Ａ〜１５０Ｄはケーブル１３６および１４２と共に使用される。一実施例では、液体チャンバ１０２からの液体が液体チャンバ１３０に移送されると、質量体１３２は、直接エネルギー貯蔵装置１５１に貯蔵される最大位置エネルギーを示す最大高さまで上昇させられる。
【００５４】
間接エネルギー貯蔵機構１７１は、液体チャンバ１０２からの液体が液体チャンバ１３０に流れ込む際に生成されるエネルギーを貯蔵する。エネルギーがコンバータ１７２に受け取られると、コンバータ１７２は減速機１７４を動作させてウインチ１７６を回転させ、重り１７８を上昇させる。減速機１７４は通常、少量のエネルギーも受け取るように構成される。一実施形態によると、減速機１７４は、直接エネルギー貯蔵機構１０１および１５１によって提供されるのと同様の機械的な比で動作するように構成される。一実施例として、減速機１７４は３０００：１の回転入力対回転出力比で動作するように構成することができるが、他の実施形態では、異なる構成で異なる比を採用することができる。別の実施形態では、間接エネルギー貯蔵機構は、直接エネルギー貯蔵機構１０１および１５１とタービン発電機１３１との出力の両方のエネルギー出力全体を受け入れるように構成される。一実施例では、間接エネルギー貯蔵機構１７１は、図１Ａ〜１Ｄに示されるエネルギー出力段階の複数のサイクルのエネルギー出力全体を受け入れるように構成される。たとえば、質量体１７８は、直接エネルギー貯蔵機構１０１および１５１、ならびにタービン発電機１３１の少なくとも一つによるエネルギー生成の複数の段階の出力以上である最大位置エネルギーを提供するように、増速機１８０および発電機１８２に関連したサイズに設定することができる。
【００５５】
動作中、質量体１７８が上昇すると、クラッチ１７５が係合され、別のクラッチ１７９が脱離される。質量体が上昇すれば、つめ車およびレバー１８４が質量体の降下を防止する。この時点で、間接貯蔵装置１７１は貯蔵されたエネルギーの放出のために準備される。
【００５６】
特定の実施形態では、間接貯蔵機構１７１は直接エネルギー貯蔵機構１０１および１５１から離間して配置することができる。間接貯蔵機構１７１を離して配置することで、質量体１７８の動作距離がより大きい構成を可能にし、よってより大きな位置エネルギーの貯蔵を可能にする。また、異なる設置位置はより大きな重り１７８を用いた実施例、ひいてはより大きな増速機１８０を用いた実施例を可能にする。一実施例として、発電機１８２が一定に維持されると仮定すれば、複数の増速機１８０を採用して、位置エネルギーの貯蔵及び放出時間を大きく増大させることができる。もしくは、質量体１７８の重量を増大させ、増速機１８０によって供給される出力を増大させる大規模な施設は、より大きなパワー出力を提供することができる。たとえば、放出時間を一定に保ち、質量体及び増速機の組合せのサイズの増大に対してパワー出力レベルを増大させることができる。
【００５７】
間接エネルギー貯蔵機構の場合、クラッチ１７９を係合させ、つめ車およびレバー１８４を解放させて、貯蔵されたエネルギーを所望の時間にわたって放出することができる。上述したように、エネルギー貯蔵機構は、用途固有のパワーレベルおよび出力時間を含め、ほぼいかなる放出量に関して容易に構成される。
【００５８】
同一のエネルギー出力でより長い放出時間を実現することは、質量体１７８を適切なサイズに設定し、増速機によって供給される入力対出力比のバランスをとることによる。一実施例において、それぞれが１：１０００の比を提供する２つ増速機を、７３７，６００キロポンド（約３．２８ギガニュートン）の重量の重りに接続することができる。増速機の組合せは質量体の降下を制御し、２インチ（５０．８ｍｍ）の質量体を移動させる約１１時間の放出時間を提供するように構成することができる。移動範囲を５０フィート（１５．２４ｍ）まで広げることによって、３３３３時間の放出時間を実現することもできる。放出時間は様々な重りおよび増速機でシステムを構成することによって調整され得る。
【００５９】
高レベル容器のチャンバ１０２は天然の場所に設置することができる。大きな水体は、堰き止めること、水門で制御すること、あるいはその他の方法で制御することにより高レベル容器として作用することができる。システム１００は、低レベル容器（たとえば、図１Ａのチャンバ１３０）を形成する別の天然の大きな水体にアクセスできるように設置することができる。複数のタービンを水体に接続してもよい。もしくは、容器の一方または両方は１つの水体を利用して、あるいは利用せずに、人工のものにすることができる。浮揚体１０６および１３４は重い重りを収容する任意のサイズで作製することができる。排水量の大きな浮揚体の一実施例は、約１００，０００トンを排水する現代の航空母艦である。その他の実施例は、いわゆる「浮揚都市」および浮揚式石油掘削装置を含む。大きな排水量および浮力の少なくとも一方を備えた物体に適切なサイズの増速機を装着することで、重りをごくわずかに移動させるだけで長い放出時間を生成することができる。一実施形態では、浮揚島は天然の水体の表面全体を占めるようにサイズを設定することができる。このように大重量の重りを降下させることによってほぼ無限のエネルギーを生成することができる。特定の実施形態では、湖または池あるいは人工の水体から水を移送させるのに長時間かかる場合がある。しかしながら、それらを使用するエネルギーシステムは、利用可能でクリーンなエネルギーを同じくらい長く、またはより長く放出することができる。
【００６０】
さらに図１Ａを参照すると、システム１００の動作が示されている。図１Ｂでは、液体チャンバ１０２からの液体が重力作用によって下側の液体チャンバ１３０まで降下させられている。液体１０４の流動によって生成されたエネルギーは間接エネルギー貯蔵機構１７１に貯蔵される。図示されるように、エネルギー放出中、クラッチ１２５は係合され、つめ車１２０は解放される。総放出時間は増速機１２４のサイズ、発電機１１０、質量体１０８のサイズ、液体チャンバ１０２のサイズによって限定される許容運動範囲に関連して決まる。好適な実施形態では、システム１００は商業利用に見合った放出時間で構成される。特定の状況では、商業的に実現可能なエネルギー放出は数時間の放出時間範囲内で提供される。一実施例では、循環型装置は各直接エネルギー貯蔵機構から１２時間にわたる放出時間を提供し、ときには循環システム１００のサイクル中、２４時間のエネルギー生成も可能にする。別の実施形態では、より小さな増分のエネルギーが直接エネルギー貯蔵機構によって生成され、数時間、数日間、数週間、さらには数ヶ月の放出のために間接エネルギー貯蔵機構１７１によって蓄積される。一層小さな増分のエネルギーを上記システムに長期間にわたり蓄積することができ、大量の位置エネルギーを長期間蓄積し、放出することができる。各種の無限エネルギー源が活発な活動期間（パワー生成）および間欠的な非活動期間の条件下にある場合が多いことを考えると、上記システムの利点は明確である。太陽光によるエネルギー生成の場合、たとえば有効な日光がなければエネルギーは生成されない、同様に、風力発電所の場合、風がなければエネルギーが生成されない。生成されたエネルギーまたは生成されたエネルギーの少なくとも一部を貯蔵することによって、一定のエネルギー供給を確保することができる。特定の実施例では、複数の間接エネルギー貯蔵システムが、一定のエネルギー生成を提供するために１つまたはそれ以上の直接エネルギー貯蔵システムと併せて使用される。特定の実施形態では、単独の直接エネルギー貯蔵システムが単独の間接システムと連結される。
【００６１】
図１Ｂに示されるように、質量体１０８が降下を完了し、かつ位置エネルギーが放出され、かつ特定の実施形態によると、出力エネルギーが間接貯蔵機構１７１に貯蔵されると、質量体１３２をチャンバ１３０の高さまで上昇させることで生成される位置エネルギーは、使用および間接エネルギー貯蔵装置１７１への貯蔵の少なくとも一方のために解放することもできる。図１Ｂに示されるように、質量体１３２はこの時点で最大の高さ位置に配置されている。チャンバ１３０が空になった後の任意の時点で、あるいはレバーの解放時に、システム１５１によってエネルギーを放出するために、つめ車およびレバー１５６が係合される。図１Ｃに示されるように、ポンプ１９０はチャンバ１３０を排水しチャンバ１０２を充填するように動作する。ポンプ１９０は間接エネルギー貯蔵装置１７１に貯蔵されたエネルギーから作動させることができ、あるいは別のエネルギー源を採用してポンプ１９０に動力を供給してもよい。液体チャンバ１０２が充填されるにつれ、浮揚体１０６と質量体１０８は上側の位置に戻る。液体チャンバ１３０内の液面が低下すると、つめ車およびレバーの解放時に直接貯蔵機構１５１によってエネルギーを生成することができる。上述したように、質量体１３２の降下によって放出されたエネルギーは後の使用のために間接エネルギー貯蔵機構１７１によって貯蔵すること、および生成されたエネルギーの一部を他の用途に利用することの少なくとも一方を実施できる。貯蔵および生成の周期的動作は、システム１００が質量体１０８および１３２の昇降を繰り返す際に、比較的大きなエネルギーを生成する能力を有する。別の実施形態では、付加的な重りと直接質量体の対を組み合わせて間接貯蔵機構１７１にパワーを供給することができる。また、循環システム１００の複数の組合せを設置することができる。特定の実施例では、制御システムおよびセンサは、任意の直接および間接エネルギー貯蔵機構を自動的に動作させるように構成される。たとえば、水門１２２は、チャンバ１０２内の水センサに基づき自動的に動作させることができる。また、直接および間接エネルギー貯蔵システムのクラッチは自動動作を可能にするように自動的に係合または脱離させることができる。
【００６２】
別の実施形態では、複数の間接エネルギー貯蔵機構をシステム１００に組み込むことができる。さらに、特定の実施形態は、エネルギーを貯蔵および解放する複数の質量体を備えた単独の間接エネルギー貯蔵機構を含むことができる。図１Ａ〜図１Ｄを参照して上述した周期的段階は、複数の間接エネルギー貯蔵機構、および複数の質量体を備えた間接エネルギー貯蔵機構の少なくとも一方を利用するように変更することができる。具体的には、１つの間接エネルギー貯蔵機構がポンプ１９０に出力を供給する一方（チャンバ１０２の充填）、質量体１３２の降下によって生成されるエネルギー出力（図１Ｄに示す）を第２の間接エネルギー貯蔵機構に供給することができる。もしくは、たとえば図２Ｂに示されるように、複数の質量体を備える個々のエネルギー貯蔵機構の互いに対向する両側で同じ動作ができるように構成することができる。
【００６３】
特定の実施形態では、システム１００は、図１Ａ〜図１Ｄに示されるよりも少ない段階で動作するように構成することができる。一実施例では、システム１００は複数の間接エネルギー貯蔵機構（たとえば、機構１７１）を含むことができ、別の実施例では、システム１００は複数の質量体（たとえば、図２Ｂの質量体２５０）を備えた間接貯蔵機構を含むことができる。複数の間接エネルギー貯蔵機構または複数の質量体を備えた単独の間接エネルギー貯蔵機構を使用することにより、図１Ａおよび図１Ｂに示される段階を１つの段階に組み合わせることができる。同様に、図１Ｃおよび図１Ｄに示される段階は組み合わせることができる。図１Ａを参照すると、たとえば、質量体１０８は、タービン１３１を介して水流で降下するように構成することができる。発電機１１０の出力を間接エネルギー貯蔵機構（たとえば、機構１７１）に供給し、タービン１３１の出力を別の間接エネルギー貯蔵機構（図示せず）に供給することができる。別の実施形態では、タービン１３１の出力を複数の質量体を備えた間接エネルギー貯蔵機構のうちの特定の質量体（たとえば、図２Ｂの質量体２１２）を上昇させるように誘導させ、発電機１１０の出力は複数の質量体のうちの別の質量体（たとえば、図２Ｂの質量体２６２）に誘導させることができる。図１Ｃおよび図１Ｄに示される段階も同様に組み合わせることができる。たとえば、１つの間接貯蔵機構または別の実施例では、複数の質量体のうちの１つを降下させて、ポンプ１９０に送られる出力パワーを生成することができる。併せて、第２の間接エネルギー貯蔵機構または複数の質量体のうちの別の１つを持ち上げて、水流で質量体１３２を降下させ、発電機１５４から第２の間接エネルギー貯蔵機構または複数の質量体のうちの別の１つにエネルギーを出力することができる。
【００６４】
図１Ａ〜図１Ｄに示され、以下さらに説明する動作段階を繰り返して、一定のエネルギー出力を得ることができる。さらに、２段階が使用される（たとえば、図１Ａおよび図１Ｂに示される段階が共に発生し、図１Ｃおよび図１Ｄに示される段階が共に発生する）実施形態では、動作段階を繰り返すことによって、一定のエネルギー出力を任意の所望の期間にわたって提供することができる。図１Ｅはリレー１９９を含むシステム１００の例示的実施形態を示す。リレー１９９はシステム１００のコンポーネントに制御信号を供給して、動作段階中にコンポーネントを自動的に構成するように構成および配置される。リレー１９９はコンポーネントの状態を制御して、エネルギー貯蔵とエネルギー解放の間を変移させるように構成することができる。特定の実施形態では、リレー１９９はシステム内の液体流を制御するように構成することもできる。たとえば図１Ａに示されるのは、水門１２２とポンプ１９０とを含むシステム１００である。図１Ｅに示されるように、水門１２２は接続部１９８を介してリレー１９９によって送られる制御信号に応じて自動的に開閉するように構成することができる。さらに、ポンプ１９０は、接続部１９７を介してリレー１９９によって送られる制御信号に応じて液体を自動的に押し出すように構成することができる。たとえば図１Ａ〜図１Ｄに示されるように、リレー１９９は複数の動作段階を管理するように構成することができる。特定の実施形態では、リレー１９９は図１Ａ〜図１Ｄに示される段階を組み合わせるように構成することができる。一実施例では、図１Ａおよび図１Ｂに示される段階が共に実行されるようにリレー１９９によって管理することができ、別の実施例では、図１Ｃおよび図１Ｄに示される段階が共に実行されるようにリレー１９９によって管理することができる。
【００６５】
一実施形態では、リレー１９９は、直接エネルギー貯蔵装置１０１のコンポーネントに接続される。リレー１９９は接続部１９５を介してクラッチ１２５に接続され、接続部１９６を介してつめ車およびレバー１２０に接続される。エネルギー生成が直接エネルギー貯蔵装置１０１によって必要とされると、リレー１９９は接続部１９５および１９６をそれぞれ通じて、クラッチ１２５を係合させ、つめ車およびレバー１２０を脱離させることができる。チャンバ１０２の液面が十分に低いと仮定すると、質量体１０８が降下してエネルギーを生成する。特定の実施形態では、チャンバ１０２の液面は質量体１０８の降下を制御することができる。リレー１９９は水門１２２を自動的に開閉することができ、リレー１９９によって接続部１９８を介して水門１２２を制御することにより、液面を制御することができる。水門１２２が解放されると、液体は水門１２２およびタービン１３１を流れ、チャンバ１０２の液面が低下する。質量体１０８は液面の低下に応じて降下してエネルギーを生成するように構成することができる。状況によっては、つめ車およびレバー１２０は質量体１０８の降下前に脱離させておかねばならない。リレー１９９は水門１２２の開放に合わせてつめ車およびレバー１２０を解放するように構成することができる。
【００６６】
エネルギー貯蔵が直接エネルギー貯蔵装置１０１によって必要とされる際、リレー１９９は制御信号を各自のコンポーネントに送信することによってクラッチ１２５を脱離させ、つめ車およびレバー１２０を係合させるように構成することができる。
【００６７】
一実施形態では、リレー１９９は直接エネルギー貯蔵装置１５１のコンポーネントに接続される。リレー１９９は接続部１８８を介してクラッチ１４６に接続され、接続部１８９を介してつめ車およびレバー１５６に接続される。エネルギー生成が直接エネルギー貯蔵装置１５１によって必要とされると、リレー１９９は接続部１８８および１８９をそれぞれ介してクラッチ１４６を係合させ、つめ車およびレバー１５６を脱離させるように構成することができる。チャンバ１３０の液面が十分に低い場合に、質量体１３２が降下してエネルギーを生成する。特定の実施形態では、チャンバ１３０の液面によって質量体１３２の降下を制御することができる。リレー１９９はポンプ１９０を自動的に始動および停止させることができ、リレー１９９によって接続部１９７を介してポンプ１９０を制御することにより、液面を制御することができる。特定の実施例では、接続部１９７へのパワーの供給により始動され、電源の停止により停止される。ポンプ１９０が作動されると、液体がチャンバ１３０から外部へ流れ出し、チャンバ１３０の液面が下降する。質量体１３２は液面の低下に応じて降下してエネルギーを生成するように構成することができる。状況によっては、つめ車およびレバー１５６を質量体１３２の降下前に脱離させなければならない。リレー１９９は、ポンプ１９０の始動に合わせてつめ車およびレバー１５６を解放するように構成することができる。特定の実施例では、つめ車およびレバー１５６はポンプ１９０の始動後に解放させることができる。別の実施例では、つめ車の解放は長時間にわたって遅延させることができる。
【００６８】
エネルギー貯蔵が直接エネルギー貯蔵装置１５１によって必要とされる際、リレー１９９は制御信号をそれぞれのコンポーネントに送信することによって、クラッチ１４６を脱離させ、つめ車およびレバー１５６を係合させるように構成することができる。
【００６９】
別の実施形態では、リレー１９９は間接エネルギー貯蔵装置１７１のコンポーネントに接続される。一実施例では、リレーは接続部１９４を介してクラッチ１７９に、接続部１９２を介してクラッチ１７５に、接続部１９３を介してつめ車およびレバー１８４に接続される。エネルギー生成が間接エネルギー貯蔵装置１７１によって必要とされると、リレー１９９は接続部１９４、１９２、１９３のそれぞれから送られる制御信号を用いて自動的にクラッチ１７９を係合させ、クラッチ１７５を脱離させ、つめ車およびレバー１８４を脱離させるように構成することができる。つめ車およびレバー１８４が脱離すると、質量体１７８は降下して、発電機１８２の動作を通じてエネルギーを生成する。
【００７０】
エネルギー貯蔵が間接エネルギー貯蔵装置１７１で必要とされると、リレー１９９は接続部１９４、１９２、１９３のそれぞれから送られる制御信号を用いて自動的にクラッチ１７９を脱離させ、クラッチ１７５を係合させ、つめ車およびレバー１８４を係合させるように構成することができる。コンバータ１７２にパワーを入力すると、質量体１７８は係合されたクラッチ１７５を介したコンバータ１７２の回転出力の伝達によって上昇させられ、質量体１７２が上昇してエネルギーを間接エネルギー貯蔵機構１７１に貯蔵する。さらに、リレー１９９は複数の質量体を備えた間接エネルギー貯蔵機構（たとえば、図２Ｂ）を制御するように構成することができる。リレー１９９は、複数の質量体を備えた間接エネルギー貯蔵機構の構成要素を自動的に制御するように構成することができる。一実施例では、２つの質量体を備えた間接エネルギー貯蔵機構の両側をリレー１９９によって個々に制御することができる。リレー１９９は、２つの質量体（たとえば、図２Ｂの質量体２６２に接続されるクラッチ２５３および２５６と図２Ｂの質量体２１２に接続されるクラッチ２０６および２０３）のそれぞれに接続されるクラッチを係合および脱離させて、２つの質量体それぞれについてエネルギー貯蔵とエネルギー生成との間で変移させるように構成することができる。一実施例では、クラッチ２５６を係合させクラッチ２５３を脱離させて、エネルギー生成用に二質量体間接エネルギー貯蔵機構の片側を構成する。クラッチ２５６を係合させてつめ車およびレバー２５４を解放すると、質量体２６２の降下によって生成された力が発電機２０８へと伝達されてエネルギーを生成する。逆にクラッチ２５６を脱離させクラッチ２５３を係合させて、エネルギー貯蔵用の一方（通常はつめ車およびレバー２５４を係合させる）を構成し、コンバータ２５１の回転出力を質量体２６２の上昇運動へと変換させる。
【００７１】
二質量体間接エネルギー貯蔵システムの２つ目の質量体も同様にエネルギー貯蔵およびエネルギー生成用に構成される。クラッチ２０６を係合させクラッチ２０３を脱離させて、エネルギー生成用の二質量体間接エネルギー貯蔵機構の他方を構成する。クラッチ２０６を係合させてつめ車およびレバー２０４を解放すると、回転入力として質量体２１２を降下させることによって生成された力が発電機２０８に伝達される。クラッチ２０６を脱離させクラッチ２０３を係合させると、第２の質量体はエネルギー入力をコンバータ２０１へ伝達して質量体２１２を上昇させることによってエネルギーを貯蔵するように構成される。エネルギー貯蔵は通常、エネルギー貯蔵中に質量体２１２が降下しないように確保するつめ車およびレバー２０４の係合を含む。
【００７２】
さらに別の実施形態では、スイッチ１６１Ａおよび１６１Ｂをチャンバ１０２および１３０にそれぞれ設置してもよい。スイッチ１６１Ａおよび１６１Ｂからの信号は、接続部１９１Ａおよび１９１Ｂを介してリレー１９９によって受信される。リレー１９９はスイッチ１６１Ａおよび１６１Ｂから受信した信号に応じて、エネルギー貯蔵とエネルギー生成との間で直接エネルギー貯蔵機構１０１および１５１を変移させるように構成することができる。一実施例では、スイッチ１６１Ａは、質量体１０８が所望の高さに達し、エネルギー生成の準備が整ったことを示す信号を供給することができる。別の実施例では、スイッチ１６１Ｂは、質量体１３２が所望の高さに達し、エネルギー生成の準備が整ったことを示す信号を供給することができる。
【００７３】
特定の実施形態では、直接エネルギー貯蔵機構の状態は、接続された間接エネルギー貯蔵機構の状態に関連して移行する。一実施例では、エネルギーが直接エネルギー貯蔵機構によって生成されると、間接エネルギー貯蔵機構は、直接および間接エネルギー貯蔵機構を制御するリレーによる自動構成に基づき生成されたエネルギーを貯蔵するように構成される。エネルギーが直接エネルギー貯蔵機構によって貯蔵されているとき、間接エネルギー貯蔵機構は必要に応じてエネルギーを貯蔵または解放するように構成することができる。複数の質量体を備えた間接貯蔵機構は２つ以上の直接エネルギー貯蔵機構に接続することができる。上記構成により、複数の質量体を備えた間接エネルギー貯蔵機構はエネルギー貯蔵とエネルギー生成の両方を並行して提供できる。他の状況では、複数の間接エネルギー貯蔵機構を使用することができる。複数の間接エネルギー貯蔵機構の構成と使用は、位置および所望のエネルギー出力要件の少なくとも一方に基づき変動させることができる。
【００７４】
設置位置は変動する場合があり、たとえば、川は複数の直接および間接エネルギー貯蔵機構が設置できるように容易に適合可能である。さらに詳細に後述するように、自然発生する水をゲート制御して高水位を生成し、そこからエネルギーを抽出することができる。高い水位まで上昇させられた質量体がたとえばつめ車およびレバーの解放時に降下させられる際、水門から水を解放することで水位が下がることによって貯蔵エネルギーが放出される。図４は、直接エネルギー貯蔵機構に関連付けられる水チャンバの水位を高めるため水門での堰き止めを含む川に沿ったシステムの実施例を示す。もしくは、高度の変化を提供する地理的特徴（滝や傾斜流など）を備えた川は、直接エネルギー貯蔵機構用に上昇を生成するのに採用可能な水位の変動を提供することができる。特定の実施形態では、水チャンバを川に沿って組み合わせて配置することができ、第１のチャンバは川の通常の流れにより充填され、第２のチャンバはより低位に配置され、流出路によって第１のチャンバに接続される。特定の実施例では、チャンバは天然に発生する陸地を堀削する、あるいは川岸に沿って構築することができる。別の実施例では、第１のチャンバを川岸に沿って配置し、川岸の特徴に応じて第２のチャンバを高レベルまたは低レベルチャンバのいずれかとして機能させることができる。
【００７５】
流出路には、組み合わせられた直接エネルギー貯蔵機構の間に追加され、かつエネルギーを生成するタービンを設けることができる。このような組み合わせは図１Ａ〜図１Ｄに示されるシステムに関して前述された循環システムと同様の機構を提供することができ、例外として、天然の川流またはその他の水体が高レベル容器を充填する実施例の場合、ポンプ１９０を省略してもよい。
【００７６】
図４に示されるように、直接エネルギー貯蔵機構は符号４００および４５０で表示される。水チャンバ４０２は３つの側面で画定され、第４の側面は水体に開放されている。特定の実施例では、水チャンバ４０２は、水チャンバ４０２を閉鎖することによって、水門４０４が水体４０６を完全に堰き止めて浮揚体４１０上に配置される質量体４０８を上昇させるのに必要な時間を最小限にとどめるための門（図示せず）を含んでもよい。特定の実施形態では、水チャンバを閉鎖する門を水門４０４の代わりに使用することができる。図４は、水体に沿って実装できるような直接エネルギー貯蔵機構の特徴を示しているが、必ずしも直接エネルギー貯蔵機構のすべての特徴を示しているわけではない。直接エネルギーシステム４５０のコンポーネントはシステム４００のコンポーネントに酷似しており、同様のコンポーネントには同様の参照符号を付してある。ウインチ４１２にケーブル４２２を巻回するように構成される釣り合い重りは明瞭化のために図４では省略されている。ケーブル４２２はウインチ４１２、質量体４０８（たとえば、重り）、浮揚体４１０に装着される。ケーブル４２２は質量体４０８の動作によって印加される力の方向を変えるように構成されたプーリ４１４および４１６にわたって延在する。水門４０４は水体４０６の水位を低下させるように開放することができる。水門４０４を開放し、それにしたがって水チャンバ４０２の水位を低下させることで、つめ車およびレバーの解放時に質量体４０８が降下する。質量体４０８がたとえば、つめ車およびレバーの解放に応じて低下するにつれ、エネルギーが生成される。ウインチ４１２は増速機４１８によって制御されて回転し、発電機４２０に出力を供給してエネルギーを生成する。特定の実施形態では、直接エネルギーシステムは、発電機４２０を作動させずに質量体４０８を移動させることのできるクラッチ（図示せず）を含むことができる。
【００７７】
水位の変更は水チャンバ４０２の閉鎖によっても達成することができる。排水を利用して閉鎖チャンバの水位を低下させてもよい。また、水をチャンバ４０２から押し出して質量体４０８を降下させてもよい。質量体、ウインチ、増速機、発電機のサイズは所望のエネルギー出力／貯蔵の目標値に応じて変動させることができる。実施例におけるサイズは水体の地理的特徴に応じても変動させることができる。たとえば、自然に高度が大きく変化する水体は、より大きな水チャンバを収容することができる。別の実施例は、多数のエネルギー貯蔵機構を収容できる長い水際線を有する水体である。また、水体は循環型エネルギー生成システム（たとえば、図１Ａ〜図１Ｄ）の開放サイクルのための水源として使用してもよく、次の低い方の水容器は水体から離れて配置されており、重力作用によって、あるいはポンプ機構を組み込むことによって、次のサイクルを実行しエネルギーを貯蔵および出力してもよい。図４は直接エネルギー貯蔵機構４００および４５０の設置を示す。特定の実施形態によると、達成されたエネルギー出力は間接エネルギー貯蔵機構を供給するために使用される。特定の実施形態では、各直接エネルギー貯蔵機構は間接貯蔵機構に連結することができる。特定の実施形態では、複数の直接貯蔵機構を１つの間接貯蔵機構に連結することができる。さらに、特定の実施形態によると、直接エネルギー貯蔵機構は電力網に接続することができる。特定の実施例では、直接エネルギー貯蔵機構は長期間エネルギーを貯蔵するように構成される。質量体が上昇すると、上昇した質量体の位置エネルギーは、エネルギーの損失なしにほぼ無限の貯蔵期間を得るように構成される。
【００７８】
最適には１５００ｒｐｍで発電する発電機と２インチ（５０．８ｍｍ）径のウインチ（たとえば、図１のウインチ１１４）とを想定すると、１５００毎分回転数で、装着された質量体３０００インチ（７６．２ｍ）の移動に基づき１分間のエネルギー出力が生成される。同一の発電機を前提とすると、１：３０００の入力回転対出力回転比を供給する増速機は、１インチ（２５．４ｍｍ）にわたって落下する質量体（たとえば、図１の質量体１０８）に基づき１分間のエネルギー出力を生成する。質量体は増速機を作動させるサイズに設定され、たとえば増速機を作動させるのに必須の入力を提供する。動作時、増速機は質量体の降下速度を制御して、質量体の降下中にエネルギー貯蔵システム（直接または間接）による一定のエネルギー生成を可能にするように構成される。上記システムの能力は、装着される質量体の実現可能な運動範囲において極めて長期間のエネルギー放出を提供するように拡張することができる。特定の実施形態では、発電機（たとえば、図１の発電機１１０）のサイズおよび出力を変更することで、より高レベルのエネルギー出力およびより長いエネルギー出力時間の少なくとも一方が実現される。また、質量体（たとえば、質量体１０８）のサイズを変更することで、直接エネルギー貯蔵装置（たとえば、１０１）のその他の要素（たとえば、装着される増速機）の適切に設定されたサイズを通じて、エネルギー出力を増加させることができる。
【００７９】
間接貯蔵機構
一態様によると、任意の量のエネルギーを効率的に貯蔵する商業的に実現可能なエネルギー生成システムが達成可能である。ほぼ任意のエネルギー源も効率的な貯蔵で強化して、使用可能な範囲のエネルギー出力および使用可能な範囲の出力時間を達成することができる。図２Ａは間接エネルギー貯蔵機構２００の一実施形態を示す。間接エネルギー貯蔵機構２００は、様々な種類のエネルギーを装置２００に貯蔵される機械エネルギーに変換するコンバータ２０１を含む。様々な種類のエネルギーは、異なる種類のコンバータの使用を必要とする場合がある（たとえば、モータが電気エネルギーを機械エネルギーに変換する。燃焼機関が化学物質、化石燃料、または鉱物を機械エネルギーに変換する。ミルが人力、動物の力、または水力を機械エネルギーに変換する。タービンが水蒸気、水位置エネルギー、または風力エネルギーを機械エネルギーに変換する）。
【００８０】
減速機２０２はコンバータ２０１からの入力回転の速度を低下させ、トルクが増大された低速の出力回転を供給するために使用される。クラッチ２０３は駆動シャフト２１４Ａおよび２１４Ｂを接続および切断して、エネルギー貯蔵（充電）中にコンバータ２０１によって作動される減速機２０２からの力を伝達する。クラッチ２０３は充電のための貯蔵中に、「オン」として接続される。クラッチ２０３は放出中に、「オフ」として切断される。
【００８１】
クラッチ２０６は駆動シャフト２１４Ｃおよび２１４Ｄを接続および切断してエネルギーを増速機２０７に伝達し、発電機２０８を作動させるために使用される。解放（質量体の降下）中、クラッチ２０６は「オン」として接続される。実施形態によっては、貯蔵（質量体の上昇）中、クラッチは「オフ」として切断される。ラチェットレバー２１６を有するつめ車２０４は質量体または重り２１２を適所に保持するために使用される。エネルギーが貯蔵されるときに駆動シャフト２１４が質量体２１２によって印加される力で回転するのを防止するために、その他の機構を採用することができる。一実施形態によると、つめ車およびレバーは、エネルギー貯蔵のために駆動シャフト２１４Ｂ〜２１４Ｄを動作させるように構成されるが、貯蔵が停止されるときは常に、つめ車およびレバーが自動的にロックすることによって、貯蔵されたエネルギーの放出を防止する。
【００８２】
特定の実施形態では、エネルギーはレバー２１６を脱離させることによって解放させることができる。一実施例では、レバー２１６はつめ車２０４から脱離されて、質量体２１２に装着されるケーブル２０９を収容するウインチ２０５の繰り出し動作を可能にする。特定の実施例では、レバー２１６の解放は、システム２００の状態に関する信号を送るセンサ（図示せず）に応答する制御システム（図示せず）によって自動的に達成することができる。一実施例では、制御システムは、質量体の高さまたは質量体が所望の高さを達成したことを示すその他の位置情報に関するセンサからの信号に応答する。別の実施例では、いずれかのウインチの回転を監視して、質量体の位置に関連付けることができる。ウインチ２０５はまた駆動シャフト２１４Ｂおよび２１４Ｃを回転させることによって生成される力の伝達を変更する。プーリ２１０および２１１はさらに、ケーブル２０９によって質量体２１２を上昇させるために印加される力の方向を変更する。プーリ２１０および２１１は、ケーブル２０９を支持し、力の方向を変更し、誘導するように作用する。特定の実施形態では、追加のプーリを組み込んで、質量体２１２にさらなる安定性および支持性の少なくとも一方を提供することができる。明瞭化のため、２つのプーリ２１０、２１１を有する間接エネルギー貯蔵機構２００を示す。
【００８３】
増速機２０７は、質量体２１２（たとえば、重い重り）の移動によって生じる駆動シャフト２１４Ｃおよび２１４Ｄの速度を調節する。増速機２０７は、発電機２０８の動作パラメータ（たとえば、速度とトルク）に適合する出力を達成するようなサイズに設定される。発電機２０８は機械エネルギーを電気エネルギーに変換するために使用されて各種タスクを実行する。発電機２０８は、特定の機械に電力をバックアップエネルギーとして供給すること、および電力網（市町村またはそれ以外）に直接接続することの少なくとも一方のために用いることができる。発電機２０８のサイズおよび所望の出力は、望まれる実施例に応じて変動させることができる。一実施例では、一定のエネルギー生成の需要が制御の要因になる可能性がある。たとえば１０００Ｗの出力を目標にすることによって、質量体を様々な高さまで上昇させて、数時間、数日間、さらには数ヶ月間にわたって、１０００Ｗのエネルギーを生成することができる。所望の上昇が所望の出力時間にわたって達成されるまで、質量体は時間をかけて少しずつ緩やかに増分させて上昇させることができる。
【００８４】
複数の間接エネルギー貯蔵機構をつなぎ合わせることによって、長期間にわたり非常に大きなパワー出力を一貫して生成することができる。間接貯蔵機構２００の各種コンポーネントのサイズは、ほぼ任意の特定された出力レベルおよび放出時間範囲に対しても柔軟に設定することができる。しかしながら、増速機によって提供される比を変動させるには通常、質量体２１２のサイズ（重量）を変動させる必要がある。質量体を調節せずに増速機による比を単純に増大させるだけでは、機構２００が動作不能になる可能性がある。通常、増速機２０７によって提供される比を高めるには、増速機と発電機との組合せを動作させるのに十分な力を提供するために質量体２１２のサイズを増大させる必要がある。
【００８５】
任意の発電機のパワー出力は、増速機２０７および質量体２１２と両立するようなサイズに設定すべきである。特定の実施形態では、特定の発電機は所望のパワー出力を提供するように選択され、システムの残りの構成要素は所望のエネルギー出力および所望の出力時間を達成するように発電機を作動させるサイズに設定される。質量体（たとえば、質量体２１２）は上昇させられるときに位置エネルギーを生成する。質量体２１２が上昇させられる際、つめ車２０４およびレバー２１６は自動的に質量体２１２の降下を防止することができる。係止状態では、間接エネルギー貯蔵機構２００はレバー２１６の解放時に、所定のパワーレベルのエネルギー出力を需要に応じて供給する。
【００８６】
図２Ｂは、間接エネルギー貯蔵機構２５０の別の実施形態を示す。明瞭化のため、類似のコンポーネントには類似の参照符号が付されている。間接エネルギー貯蔵機構２００および２５０の間の主な動作上の差異は、間接エネルギー貯蔵機構が２つの質量体２１２および２６２を含むことである。この構造では、間接エネルギー貯蔵機構２５０はエネルギーを受け取り、他方の質量体の降下を通じてエネルギーを同時に出力しつつ、受け取ったエネルギーを一方の質量体の上昇へと変換することができる。
【００８７】
間接エネルギー貯蔵機構２５０は、発電機２０８で相互に接続される対称構造２０１〜２１２および２５１〜２６２を含む。構造２０１〜２１２は図２Ａに示され記述される間接エネルギー貯蔵機構２００に関連して上述したように動作する。構造２５１〜２６２の動作と構成を以下においてより詳細に説明する。間接エネルギー貯蔵機構２５０は、様々な種類のエネルギーを装置２５０に貯蔵される機械エネルギーに変換するコンバータ２５１を含む。様々な種類のエネルギーは様々な種類のコンバータ（たとえば、電気エネルギーを機械エネルギーに変換するモータ）の使用を必要とする場合がある。燃焼機関は化学物質、化石燃料、または鉱物を機械エネルギーに変換する。ミルは人力、動物の力、または水力を機械エネルギーに変換する。タービンは水蒸気、水の位置エネルギー、または風力エネルギーを機械エネルギーに変換する。
【００８８】
減速機２５２は、コンバータ２５１からの入力回転速度を低減させ、より低速でトルクを増大した出力回転を供給するために使用される。クラッチ２５３は駆動シャフト２６４Ａおよび２６４Ｂを接続および切断して、エネルギー貯蔵（質量体２６２の充電すなわち上昇）中にコンバータ２５１によって作動される減速機２５２からの力を伝達する。クラッチ２５３は充電用の貯蔵（質量体２６２の上昇）中、「オン」として接続される。クラッチ２５３はそれぞれの放出段階中に「オフ」として切断される。
【００８９】
クラッチ２５６は駆動シャフト２６４Ｃおよび２６４Ｄを接続および切断してエネルギーを各増速機２５７に伝達するために使用され、該増速機はクラッチ２５６が係合されるときに発電機２０８を作動させる。発電機２０８は増速機２０７または２５７のいずれかから入力回転を受け取り、供給される入力に応じて出力としてエネルギーを生成するように構成することができる。特定の実施形態では、発電機２０８は１度に１つのみの入力回転を受け取るように構成されるため、クラッチ２０６が係合されると、クラッチ２５６は脱離されて、反対側からの回転が同時に発電機２０８に伝達されないように保証される。しかし、特定の実施形態では、発電機２０８は同時に両側から入力回転を受け取るように構成することができる。特定の実施例では、２つ以上の発電機を２０８で採用してエネルギー出力を促進することができる。
【００９０】
エネルギー生成中、クラッチ２５６は「オン」として接続され、実施形態によっては、貯蔵中、「オフ」として切断される。ラチェットレバー２６６を備えるつめ車２５４は質量体または重り２６２を適所に保持するために使用される。エネルギーが貯蔵されるときに駆動シャフトが質量体２６２によって印加される力で回転するのを防止するために、その他の機構を採用することができる。一実施形態によると、つめ車およびレバーはエネルギー貯蔵のために駆動シャフト２６４Ｂ〜２６４Ｄを動作させるように構成されるが、貯蔵が停止されるときは常に、つめ車およびレバーが自動的に係止して、貯蔵されたエネルギーの放出を防止する。
【００９１】
特定の実施形態では、その後、エネルギーはレバー２６６を脱離させることによって解放することができる。一実施例では、レバー２６６は、質量体２５２に装着されるケーブル２５９を収容するウインチ２５５の繰り出し動作を可能にするようにつめ車２５４から脱離される。特定の実施例では、レバー２５６の解放は、システム２５０の状態に関する信号を供給するセンサ（図示せず）に応答する制御システム（図示せず）によって自動的に行なうことができる。一実施例では、制御システムは質量体の高さ、または質量体が所望の高さを達成したことを示すその他の位置情報に関するセンサからの信号に応答する。別の実施例では、いずれかのウインチの回転を監視して、質量体の位置に関連付けることができる。また、ウインチ２５５は、駆動シャフト２５４Ｂおよび２５４Ｃの回転によって生成される力の伝達を変更させる。プーリ２６０および２６１は、質量体２６２を上昇するためにケーブル２５９によって印加される力の方向を変更させる。プーリ２６０および２６１は、ケーブル２５９を支持し、力の方向を変更し、ケーブル２５９を誘導するように動作することができる。特定の実施形態では、追加のプーリを組み込んで、質量体２６２にさらなる安定性および支持性の少なくとも一方を提供することができる。明瞭化のため、間接エネルギー貯蔵機構２５０には、質量体２６２に対して２個のプーリ２６０および２６１が示されている。
【００９２】
増速機２５７は、質量体２６２（たとえば、重い重り）の移動によって生じる駆動シャフト２６４Ｃおよび２６４Ｄの速度を調節する。増速機２５７は、発電機２０８（たとえば、速度およびトルク）の動作パラメータに適合する出力を達成するようなサイズとされる。一実施例では、増速機は、速度が増加しトルクが低減された出力回転を発電機２０８に対して生成する回転を受け取り入力するように構成される。発電機２０８は、機械エネルギーを電気エネルギーに変換して各種タスクを実行するために使用される。一実施形態では、複数の間接エネルギー貯蔵機構をつなぎ合わせることによって、長期間にわたり非常に大きなパワー出力を一貫して生成することができる。間接貯蔵機構２５０の各種コンポーネントのサイズは、ほぼ任意の特定された出力レベルおよび放出時間範囲に対しても柔軟に設定することができる。しかしながら、増速機によって提供される比を変動させるには通常、質量体２６２のサイズ（重量）を変動させる必要がある。質量体を調節せずに増速機による比を単純に増大させるだけでは、機構が動作不能になる可能性がある。通常、増速機２５７によって提供される比を高めるには、増速機および発電機の組合せを動作させるのに十分な力を提供するため質量体２６２のサイズを増大させる必要がある。
【００９３】
任意の発電機のパワー出力も、増速機２５７および質量体２６２に応じた大きさに設定されるべきである。二質量体の実施形態では、質量体２６２および２１２にそれぞれ異なる重量を用いることができ、各質量体が、質量体と協働するように構成される増速機（たとえば、増速機２０７および２５７）に接続される。特定の実施形態では、特定の発電機が所望のパワー出力を提供するように選択され、システムの残りの構成要素は所望のエネルギー出力および所望の出力時間を達成するように発電機を動作させるサイズに設定される。特定の実施形態では、２つの質量体２１２および２６２は、間接エネルギー貯蔵機構の片方が常にエネルギーを生成できるため、間接エネルギー貯蔵機構によって一貫して一定したエネルギー出力が可能である。質量体（たとえば、質量体２１２および２６２）は上昇させられる際に位置エネルギーを提供する。それぞれの質量体（２１２または２６２）が上昇させられるにつれ、それぞれのつめ車２０４、２５４およびレバー２１６、２６６は係合して、自動的にそれぞれの質量体２１２、２６２の降下を防止することができる。係止状態では、間接エネルギー貯蔵機構２５０は、レバー２１６、２６６のいずれかの解放時に、所定のパワーレベルのエネルギー出力を需要に応じて提供する。複数の質量体を備えた間接エネルギー貯蔵機構は、図１Ａ〜図１Ｄに開示される循環工程を含め、様々なエネルギー生成用途に合わせて使用することができる。
【００９４】
一態様によると、無限エネルギー源生成を間接エネルギー貯蔵機構に接続して、無限エネルギー源の制約にかかわらず、一貫したパワー出力を供給するシステムを提供することができる。たとえば、太陽光エネルギー生成は間接貯蔵と結びつけて、生成されたエネルギーの一部を装着される間接貯蔵装置へと転送させることができる。適切なサイズの間接エネルギー貯蔵機構は、日光が利用できない期間において、エネルギー放出を提供することができる。
【００９５】
一態様では、エネルギー生成サイクルがエネルギー貯蔵サイクルに連結される図１Ａ〜図１Ｄの循環型生成システムに似たシステムが提供される。各種実施形態では、システム全体が任意の所望期間にわたって、一定のエネルギーを生成することができる。具体的には、太陽光間接システムは、日中に生成されたエネルギーを貯蔵し、夜間などの暗い期間に、貯蔵されたエネルギーを放出することによって２４時間生成を提供することができる。また、様々なサイズの間接エネルギー機構を上記システムと共に使用するように構成することができる。質量体および連結上昇機構（たとえば、コンバータおよび減速機の組合せ）は、数日間、数週間、数ヶ月間、さらには数年間かかって質量体を上昇させるサイズに構成することができる。同様のサイズの生成機構（たとえば、発電機と増速機の組合せ）は、数日間、数週間、数ヶ月間、さらには数年間にわたる放出を生成することができる。
【００９６】
その他のエネルギー生成システムを間接貯蔵機構に連結してもよい。たとえば、重りを手動で上昇させることによって生成されるエネルギーを使用することができる。貯蔵要素（重り）は、身体運動から消費されるエネルギーを収容するようにサイズを設定することができる。特定の実施形態では、エネルギー貯蔵機構は携帯可能に構成することができる。たとえば、質量体は適切なサイズのチャンバとすることができる。チャンバを任意の利用可能な材料で充填して十分な重量の質量体を実現することができる。これにより、容易にアクセスし易い従来のエネルギー源（有限または無限）を使用せずに遠隔地でも日々使用できるように、間接エネルギー貯蔵機構が携帯可能になる。上記実施例はエネルギー入力としての手動作業に依存するが、長時間の使用可能なエネルギー放出を提供する。
【００９７】
一実施例では、間接エネルギー貯蔵機構は、
上昇させられるとき、充電中にエネルギー入力をシステムに貯蔵することができ、降下中にエネルギーを生成することができる質量体と、
質量体の降下速度を制御し、エネルギー出力中に発電機に最適回転速度およびトルクを供給する増速機と、
貯蔵中に必要なトルクを供給して質量体を上昇させ、少なくとも増速機によって提供されるのと同じ機械的利点を有する減速機と、
使用可能なエネルギー放出期間を供給する発電機と、
少なくとも１つのクラッチとを備える。
【００９８】
表１は、可能な出力時間の算出例を示す。算出例では、２インチ（５０．８ｍｍ）の周長を有するウインチ、７３７．６フィートポンド／秒（約１キロニュートンメートル／秒）の動作要件を有する発電機を備えること、便宜上、約１５００毎分回転数を想定して最適なエネルギーを生成する。
【００９９】
【表１】
0005976789.tif 000002
直接エネルギー貯蔵機構
本発明の別の態様では、直接エネルギー貯蔵機構は、エネルギーの商業的に使用可能な放出を提供するのに採用することができる。直接エネルギー貯蔵機構によるエネルギー出力は、数時間、数日間、数ヶ月間、さらには数年間の期間にわたって放出を供給するように構成することができる。図３Ａは直接エネルギー貯蔵機構３００の一実施例を示す。機構３００は機械的力を電気エネルギーに変換する発電機３０１を含む。異なるレベルのエネルギーを出力するには異なる動作特性を有する異なる発電機の使用を必要とする。発電機３０１は増速機３０２および質量体３０９の選択と合わせたサイズにされ、所望の出力レベルおよび放出時間の少なくとも一方を提供する。
【０１００】
増速機３０２は増速機３０２と発電機３０１との間で駆動シャフト３１４Ａの速度およびトルクを調整するために使用され、さらに質量体３０９の降下を調整する。クラッチ３０３はエネルギー放出中に力を伝達し、充電中に駆動シャフト３１４Ｂおよび３１４Ｃを切断するために、駆動シャフト３１４Ｂおよび３１４Ｃを接続および切断する。クラッチ３０３は貯蔵（充電）と解放（放出）中に切断される（「オフ」にされる）。クラッチ３０３は接続されて（「オン」にされて）増速機３０２および発電機３０１を作動させるように駆動する。
【０１０１】
質量体３０９の降下を防止するように構成することのできるラチェットレバー３１６を備えるつめ車３０４を設けてもよい。エネルギーが貯蔵されるときに駆動シャフト３１４Ｃが質量体３０９の印加力で回転するのを防止するその他の機構を採用することができる。一実施形態によると、つめ車３０４およびレバー３１６は、エネルギーの貯蔵（すなわち、質量体の上昇）のため駆動シャフト３１４Ｃを動作させるように構成されるが、貯蔵が停止されたときは常に、つめ車３０４およびレバー３１６が貯蔵されたエネルギーの放出（すなわち、質量体の降下）を自動的に防止する。特定の実施形態では、その後、エネルギーはレバー３１６を脱離させることによって解放することができる。一実施例では、ラチェットレバー３１６は運動を可能にするようにつめ車３０４から脱離される。レバー３１６の解放は制御システム（図示せず）の動作によって自動的に行なうことができる。制御システムは動作中にクラッチ３０３を係合および脱離させることができる。
【０１０２】
第１のウインチ３０６は質量体３０９の上昇中、ケーブル３０７Ｂを巻き上げる。第１のウインチ３０６は、釣り合い重り３１１の降下に応じてケーブル３０７Ｂを巻き上げるように構成される。釣り合い重り３１１はケーブル３０７Ａによって第２のウインチ３０５に接続される。プーリ３０８Ａ、３０８Ｂ、３０８Ｃ、３０８Ｄは力の方向を変更させるように構成される。要素３０８Ａ〜３０８Ｄはエネルギーの貯蔵および放出中に用いられ、質量体３０９および釣り合い重り３１１のそれぞれの昇降を誘導する。要素３０８Ａ〜３０８Ｄはプーリとして示されるが、その他の機構も採用可能である。図３Ａには、一対のプーリ３０８Ｃおよび３０８Ｄおよび３０８Ａおよび３０８Ｂと、第１のウインチ３０６および第２のウインチ３０５を重りまたは質量体３１１および３０９にそれぞれ接続する１つのケーブルとが示されている。１つのケーブルと一対のプーリが図示されているが、ウインチを質量体に接続するには、複数のプーリを介して延びる複数のケーブルを使用することもできる。明瞭化のため、ケーブル３０７Ａおよび３０７Ｂが個別のケーブルとして図示されているが、このように限定されるものではない。
【０１０３】
第１のウインチ３０６はケーブル３０７Ｂを介して質量体３０９に接続される。動作時、第１のウインチ３０６は、質量体３０９が第２のウインチ３０５上で釣り合い重り３１１の降下動作によって上昇させられるときに回転する。釣り合い重り３１１はケーブル３０７Ａおよび３０７Ｂの重量に対応するサイズに設定され、摩擦またはその他同様の力によるシステムの抵抗にも対応するように構成することができる。ケーブル３０７Ａ、３０７Ｂは撚り線金属ケーブル、チェーンリンク、または重い貯蔵要素（重り）の動作に関連する応力および歪力に耐えるように設計されたその他の構成から成ることができる。特定の実施例では、チェーンリンクは、たとえばウインチ３０６およびウインチ３０５の少なくとも一方と関連する歯（図示せず）を用いて質量体３０９の上昇および降下を正確に制御することができるために好ましい。より重い質量体３０９およびより重い釣り合い重り３１１の少なくとも一方を支持するために必要に応じて追加の構成要素（たとえば、プーリ３０８Ａ、３０８Ｂ、３０８Ｃ、３０８Ｄ）を使用することができる。明瞭化のために、重り毎に２つのプーリのみを図３Ａに示すが、異なる数のプーリを採用してもよい。
【０１０４】
増速機３０２は、質量体３０９の降下速度を調節するために設けられる。浮揚体３１０、たとえば、水位は質量体３０９の上昇速度を制御する。特定の実施形態によると、任意の水源を使用して質量体３０９を上昇させることができる。特定の実施例では、降水を水チャンバ（図示せず）に蓄積させることができる。水位が上昇するにつれ、浮揚体３１０は質量体３０９を所望の高さに上昇させるように構成される。通常、貯蔵された水は解放されて低い水位を提供する。特定の実施例では、図１Ａ〜図１Ｄの例に示されるようなポンプの動作によって、あるいは放出パイプの動作によってこれを行なうことができる。別の実施例では、水チャンバは別の方法で水を解放するように構成されてもよい。さらに別の実施例では、その他のシステムは、別の目的のために捕捉された水を使用することができる。水位が低減されると、質量体は静止位置に戻るまで、つめ車およびレバーの解放に応じてエネルギーを放出するように構成される。
【０１０５】
水位を上昇させるため、追加の特徴を直接エネルギー貯蔵機構３００に組み込むことができる。たとえば、降水蓄積装置が質量体３０９および浮揚体３１０を含む水チャンバに水を供給してもよい。特定の実施例では、降水を捕捉して、水チャンバに充填するのに使用してもよい。高所で降水を捕捉することにより、質量体３０９および浮揚体３１０の「上昇」が促進される。たとえば、重力の作用により水体を供給する降水蓄積装置は、大量のエネルギーを貯蔵するのに追加のエネルギー入力を必要としない。雨または雪をこの目的で作用させ、エネルギー入力を必要とせずに水源を提供することができる。
【０１０６】
図３Ａを再度参照すると、増速機３０２は、発電機３０１の動作パラメータに適合する回転速度およびトルクを達成するようなサイズに設定される。また、質量体３０９はレバー３１６が解放されるまで降下し得ないため、損失なく位置エネルギーを貯蔵する能力はほぼ無限である。実際、貯蔵時間の最大長を検討する上での問題点は、貯蔵機構（たとえば、貯蔵機構３００）のコンポーネントの構造的完全性によって制限される点である。他の実施例を用いて、異なるサイズの増速機と質量体（重り）と組み合わせた異なる発電機出力を達成してもよい。しかし、実施形態によっては、エネルギー貯蔵機構は少なくとも１時間の範囲で放出時間を提供するように構成されるべきである。他の実施例は、数時間、数日間、数週間、さらには数年間程度の放出時間を提供するように構成することができる。特定の実施形態では、より小さな規模の作業が望ましく、たとえば数分間の範囲の手動入力放出時間が特定の実施例には適切である。
【０１０７】
上述したように、発電機３０１は機械エネルギーを電気エネルギーに変換して各種タスクを実行する。間接エネルギー貯蔵機構に関して上述したような発電機３０１は、特定の機械に電力をバックアップエネルギーとして供給すること、および電力網（市町村またはそれ以外）に直接接続することの少なくとも一方のために用いることができる。発電機のサイズおよび所望の出力は、必要とされる実施例に応じて変動させることができる。エネルギー貯蔵機構の各種コンポーネントのサイズは任意の特定された出力レベルおよび放出時間範囲に合わせて設定可能である。しかしながら、増速機を変動させるには通常、質量体のサイズ（重量）を変動させる必要がある。質量体を調節せずに増速機による比を単純に増大させるだけでは、機構が動作不能になる可能性がある。通常、増速機によって提供される機械的な比を高めるには、増速機を動作させるのに十分な力を提供するため質量体のサイズを増大させる必要がある。
【０１０８】
図３Ｂは、エネルギーが高所で貯蔵される水の形で供給される別の直接エネルギー貯蔵機構を示す。一実施形態では、機構３５０は高層ビル内で作用するように構成される。ビルの通常動作では、高所に貯蔵された水をたとえば飲み水として提供する。その他の水源は、ビルを居住可能にするのに必要な排水を含む。一実施例では、高所の水源を容器３６２に捕捉することができる。容器はケーブル３５５によって第１のウインチ３５４に接続される。ケーブル３５５はプーリ３５６および３５７を介して延びている。第１のウインチ３５４はシャフト３７５Ａおよびクラッチ３５３に接続される。クラッチ３５３が係合されると、第１のウインチの回転がシャフトを介して増速機３５２に伝達される。増速機は入力回転を受け取り、トルクが低減された出力回転を発電機３５１に供給する。様々な入力対出力比を提供してもよい。一実施形態では、その比は少なくとも１：１００である。容器３６２を充填するのに水道（たとえば水栓３５８で示す）が使用される。容器３６２が満杯になると、容器３６２は降下させられる。容器３６２が降下すると、シャフト３７５Ａの動作と第１のウインチ３５４および第２のウインチ３５４Ａの回転とを介して第２の容器３６２Ａが上昇する。
【０１０９】
第２のウインチ３５４Ａはシャフト３７５Ａにも接続される。ウインチ３５４Ａが回転すると、ケーブル３５５Ａが巻き上がり、第２の容器３６２Ａが上昇する。ケーブル３５５Ａは、第２の容器３６２Ａを上昇させるのに供給される力の方向を変えるプーリ３５７Ａ及び３５６Ａによって誘導および支持される。図示されるように、第２の容器３６２Ａは、最も低い位置に到達すると総重量を放出する。たとえば、第２の容器は、開放されると第２の容器を排水させる栓３５９Ａを含んでもよい。システム３５０は、空のときの第１の容器３６２および第２の容器３６２Ａのいずれかを上昇させ、満杯のときの第１の容器３６２および第２の容器３６２Ａのいずれかを降下させる。
【０１１０】
第１の容器３６２が降下すると、第１のウインチ３５４およびシャフト３７５Ａが回転して、第１のウインチ３５４の回転を、第２の容器３６２Ａを上昇させる第２のウインチ３５４Ａに伝達する。さらに、ウインチ３５４の回転は、シャフト３７５Ｂと、係合されたクラッチ３５３とを介して増速機３５２に伝達される。増速機３５２は容器の降下速度を制御し、シャフト３７５Ｄを介して出力を発電機３５１に供給する。発電機３５１はその動作パラメータに基づきエネルギーを生成する。特定の実施例では、発電機の動作パラメータは所望のエネルギー出力に基づき決定されるとともに、所望のエネルギー出力時間に基づいても決定することができる。発電機の特性が決定されると、システムの残りの構成要素は発電機によって要求される動作パラメータを提供するように構成することができる。たとえば、増速機３５２Ａは、特定の発電機の所要のトルクおよび回転速度に適合する出力を供給するようなサイズに設定することができる。容器３６２および３６２Ａは、増速機３５２を作動させるようなサイズに設定された載荷重を有するように構成することができる。
【０１１１】
図示されるように、係止機構は貯蔵期間中、および総重量の放出および装荷中に、容器３６２および３６２Ａを適所に保持するために採用することができる。たとえば、装置３６０Ａ、３６１Ａ、３６０、３６１（フック用棒とフック用固定具の組み合わせ）は、容器３６２および３６２Ａを適所に保持するのに使用可能な係止機構の例である。係止機構は全重量の容器の力に耐えるように構成することができる。もしくは、制御装置（図示せず）は、容器３６２、３６２Ａの排出および充填を管理して、容器の対向荷重が運動を防止するのを補助するように構成することができる。
【０１１２】
容器３６２Ａは、質量体３６２の装荷が完了するまで満杯にしておくことができる。エネルギー生成が必要とされると、質量体３６２Ａに貯蔵される荷重が解放されて機構３５０を作動させることができる。放出３５９Ａはたとえば放出口および栓３５９Ａとして示されているが、その他の放出機構を採用してもよい。たとえば、質量体は門のある底部（図示せず）を有して構成することができる。門係止の解除時、質量体３６２Ａに含まれる荷重を急速に解放させて、質量体３６２を降下させ対応するエネルギーを生成してもよい。
【０１１３】
図３Ｂに示される符号３５６、３５７、３５６Ａ、３５７Ａは、ケーブル３５５および３５５Ａを誘導し、支持を提供し、貯蔵要素（重り）３６２および３６２Ａの昇降中に印加される力の方向を変更するように構成されたプーリである。プーリ３５６、３５６Ａ、３５７、３５７Ａは、ガイドケーブル３５５および３５５Ａを誘導し、支持を提供し、印加される力の方向を変更するために採用することのできる装置の一例にすぎない。さらに、機構３５０は明瞭化のために容器１つにつき１つのケーブルを有するように示されているが、容器とその重りの作動重量を支えるために追加のケーブルを採用してもよく、さらなる支持を提供し、動作中に生成される力の方向を変更するために追加のプーリまたはその他の機構を採用することができる。
【０１１４】
質量体３６２から放出される水はさらに、追加のエネルギーの生成および貯蔵の一方のために利用してもよい。放出口は、水が流れる際にエネルギーを生成するように設計されるタービンに接続されてもよい。もしくは、水の放出はたとえば、図３Ａに示されるようにその他の直接エネルギー貯蔵機構と組み合わせてもよい。水を放出することによって、別の直接エネルギー貯蔵システムの水位を上昇させて浮揚体および質量体の組合せを上昇させるために使用してもよい。
【０１１５】
一対のパイプおよび栓３５８、３５８Ａが、高所に貯蔵されるそれぞれの水源に接続される。特定の実施形態では、排水を高所の水源として作用させることができる。別の実施形態では、高所の水源は、例えばビルの屋根に配置される降水蓄積装置を用いて達成することができる。特定の実施例では、容器３６２および３６２Ａは、下降中に荷重を増加させるように構成することができる。このような実施例は、排水がビルの各フロアで利用可能であるビル環境に特に適する。増速機は符号３６２および３６２Ａなどの容器内に可変重量を受け取り、可変増速機の採用によって発電機３５１にとって最適な回転速度を維持するように構成することができる。動作中の質量体、たとえば、質量体３６２の重量に基づき、増速機３５２は異なる回転比（入力回転対出力回転）を提供し、運動下での容器の重量の増加および低減時にその間を変移させる。
【０１１６】
特定の実施形態では、直接エネルギー貯蔵機構３５０は、図１Ａの直接エネルギー貯蔵機構１０１および１５１のような動作を実行するように構成されてもよい。たとえば、容器３６２および３６２Ａは、液体チャンバ（図示せず）内で動作する浮揚体（図示せず）と共に構成されてもよい。さらに、直接エネルギー貯蔵機構３５０は１つまたはそれ以上の間接エネルギー貯蔵機構（たとえば、間接エネルギー貯蔵機構２００および２５０の少なくとも一方）に接続されてもよい。さらに、複数の直接エネルギー貯蔵機構（たとえば、直接エネルギー貯蔵機構１０１、１５１、３００、３５０）は１つまたはそれ以上の間接エネルギー貯蔵機構（たとえば、間接エネルギー貯蔵機構１７１、２００、２５０）にエネルギーを供給することができる。
【０１１７】
表２は、可能な出力時間の算出例を提示する。算出例では、２インチ（５０．８ｍｍ）のウインチ、７３７．６フィートポンド／秒（約１キロニュートンメートル／秒）の動作要件の発電機を備えること、および便宜上、約１５００毎分回転数を想定して最適なエネルギーを生成する。
【０１１８】
【表２】
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放出時間
一態様によると、高所の物体が位置エネルギーを有するという周知の原理を、該高所の物体の降下速度を制御する厳密な制御機構と併せて使用することで、エネルギー源（有限、無限、直接エネルギー貯蔵機構など）にかかわらず長時間の放出時間を達成可能である。たとえば図５は、運動エネルギーと位置エネルギーとの相互作用を用いた従来モデルの実施例を示す。図５は、所与の重量の物体を所定の高さに上昇させる、あるいは所与の動作高さ範囲内で上昇させるコンバータ５０１を示す。この例では、質量体５１２は７３７．６ポンド（３３４．８ｋｇ）を有すると仮定される。ケーブル５０９はプーリ５１０、５１１を通って質量体５１２を発電機５０８（１５００ｒｐｍの動作速度を想定）に接続される。ケーブル５０９はウインチ５０５（たとえば、２インチ（５０．８ｍｍ）の周囲長さを有するウインチを想定）の周囲に巻かれる。この構成で電力を生成できる。しかし、符号５００で示されるようなシステムに課せられる制限は容易に認識されるはずである。充電中、コンバータ５０１は入力エネルギーを受け取り、それをシャフト５１５Ａの回転力に変換する。シャフト５１５Ａは第１のクラッチ５０３に接続される。充電時、第１のクラッチ５０３は係合される。第１のクラッチはシャフト５１５Ｂおよび５１５Ｃとウインチ５０５に接続される。シャフト５１５Ａの回転はシャフト５１５Ｂおよび５１５Ｃを介してウインチ５０５に伝達される。ウインチ５０５が回転すると質量体５１２が上昇する。ウインチ５１２は、プーリ５１０および５１１を介して巻回されるケーブル５０９によって質量体５１２に接続される。
【０１１９】
エネルギー生成が必要とされれば、質量体５１２が高所（たとえば、３０００インチ（７６．２ｍ））から解放され、第１のクラッチ５０３が脱離され、第２のクラッチ５０６がエネルギー生成のために係合される。第２のクラッチ５０６は質量体５１２の降下によって生成される力を発電機５０８に伝達する。ウインチ５０５が回転すればシャフト５１６Ａが回転する。シャフト５１６Ａが第２のクラッチ５０６に接続され、第２のクラッチはシャフト５１６Ｂに接続される。係合された第２のクラッチはシャフト５１６Ａの回転をシャフト５１６Ｂに伝達する。シャフト５１６Ｂは発電機５０８に接続される。よって、第２のウインチの回転は発電機５０８を動作させる。発電機５０８の１５００毎分回転数の動作特性に基づき、図示されるように達成可能な最長出力期間は１分間である。
【０１２０】
提供される実施例では、１分の持続時間を提供するため、物体５１２は少なくとも２５０フィート（２１５．２４ｍ）、または２５階まで上昇させなければならない。これは当然のことながら、２インチ（５０．８ｍｍ）のウインチの周囲長さを想定している。より大きな周囲長さを有するウインチであれば必然的に、１分の放出の可能性を提供するためにより長い距離を必要とする。よって、より長い放出時間を提供することに関わる問題は、重りを上昇させることができる距離に関する物理的制限を受けることにある。図６に示されるように、１５００ｒｐｍで動作する発電機６０８による１時間のエネルギー出力を供給するために同様の物体６１２を上昇させるのに必要な高さは約１５，０００フィート（４５７２ｍ）である。エネルギー貯蔵機構にとって使用可能な放出時間を達成するためにより高く物体を上昇させるという解決策は、単に実現可能ではない。図６に示されるように、わずか２インチ（５０．８ｍｍ）の周囲長さのウインチ６０５ですら、物体６１２は１時間の放出時間を達成するため１８０，０００インチ（１５，０００フィート）（４５７２ｍ）の高さに配置する必要がある。現実世界によって課せられる制限により、このように単純な方法での昇降の原理は適用できない。また、動作パラメータの範囲を超えてウインチ６０５の周囲長さを変えずに１５，０００フィート（４５７２ｍ）のケーブル６０９を提供できるかどうかは極めて疑わしいため、この実施例は実現不能でさえあり得る。実際のところ、世界最高の建造物は２６００フィート（７９２．４８ｍ）をわずかに超える程度である。
【０１２１】
実現可能なエネルギー貯蔵機構が有限な運動範囲内にある必要があることを理解した上で、物理的に実現可能な高さ範囲におけるパワー出力の需要と長い放出時間を提供する需要とのバランスをとるために、上記システムを再設計して、大きな比の増速機に接続される大きなサイズの貯蔵要素（質量体）を提供する。
【０１２２】
図５および図６に提示される仮定を拡張するため、同様の動作パラメータを有する間接エネルギー貯蔵機構の例を図７および図８に示す。ウインチ７０５は同一の周囲長さ（すなわち、２インチ（５０．８ｍｍ））を有するとされ、発電機７０８は同一の動作特性（すなわち、約１５００ｒｐｍで最適生成）を有すると仮定する。図示されるように、コンバータ７０１は減速機７０２および第１のクラッチ７０３に接続される。第１のクラッチ７０３が係合されると、コンバータ７０１へのパワー入力の結果、シャフト７１５Ａが回転する。シャフト７１５Ａの回転は減速機７０２に入力される。減速機７０２は入力回転を受け取り、速度が低減されトルクが増大された出力回転をシャフト７１５Ｂに供給するように構成される。減速機は特定の実施例では１００：１の比、別の実施例では１０００：１の比、さらに別の実施例では３０００：１の比を提供するように構成されるが、その他の実施形態では、別の構成で別の比を採用することができる。シャフト７１５Ｂは係合された第１のクラッチ７０３を介してシャフト７１５Ｃおよび７１５Ｄに回転を伝達する。つめ車およびレバー７０４はシャフト７１５Ｃおよび７１５Ｄの逆回転を防止するために採用することができる。シャフト７１５Ｃおよび７１５Ｄが回転すると、ウインチ７０５が回転して質量体７１２を上昇させる。ウインチ７０５はケーブル７０９によって質量体７１２に接続される。ケーブル７０９はプーリ７１０および７１１によって誘導され支持される。
【０１２３】
エネルギー生成が必要とされると、エネルギー生成のために質量体７１２が、特定の高さ（たとえば、３０インチ（７６２ｍｍ））から解放され、第１のクラッチ７０３が脱離されて、第２のクラッチ７０６が係合される。質量体７１２の降下によって生成される力はプーリ７１０および７１１によって伝達されてウインチ７０５を回転させる。ウインチ７０５はシャフト７１６Ａに接続される。シャフト７１６Ａは第２のクラッチ７０６に接続される。第２のクラッチ７０６は、増速機７０７に接続されるシャフト７１６Ｂに接続される。ウインチの回転はシャフト７１６Ａおよび７１６Ｂと、係合された第２のクラッチ７０６とを介して増速機７０７に伝達される。増速機７０７は質量体７１２の降下を制御し、シャフト７１６Ｃを通じてトルクが低減された出力を供給するように構成される。出力は発電機７０８の動作要件に適合するように構成される。増速機は特定の実施例では１：１００の比、別の実施例では１：１０００の比、さらに別の実施例では１：３０００の比を提供するように構成される。別の比を提供することもできる。状況によっては、発電機の動作パラメータが使用される比を制御することができる。
【０１２４】
ウインチ７０５の回転は、シャフト７１６Ａおよび７１６Ｂと、係合されたクラッチ７０６とを介して増速機７０７に伝達される。増速機７０７は速度が増倍されること、およびトルクが低減されることの少なくとも一方を実施された出力を、シャフト７１６Ｃを介して発電機７０８に供給する。増速機を直列に実装することで長い放出時間が実現できる。図８に示されるように、たとえば増速機８０６は質量体８１２（重量はたとえば、７３７，６００キロポンド（約３．２８ギガニュートン））に接続されるとともに、第２の増速機８０７に連結される（各増速機はたとえば１：１０００の動作比を提供するように構成することができる）。１００時間の放出は、重り（たとえば、質量体８１２）を約２インチ（５０．８ｍｍ）移動させることで実現することができる。上記構成は、同様のサイズの質量体を５０フィート（１５．２４ｍ）の高さまで上昇させるように拡張することにより、全体で３０，０００時間の放出時間を達成することができる。仮定の上では、これらのシステムには、エネルギーを無限に貯蔵し放出する能力がある。
【０１２５】
貯蔵要素（質量体）
質量体、増速機、および発電機の組合せの各種構成は、本明細書に示されるエネルギー貯蔵および生成機構・システム（直接、間接、循環型、統合型、手動型など）と併せて使用される。本発明は質量体の実施例を特定のシステムまたは機構に限定するように解釈されるべきではない。むしろ、提示される各種実施例は、代替例として、様々に組み合わせて共に使用してもよいコンポーネントを有することを意図するものである。
【０１２６】
一実施形態では、大きな重量の質量体を既存の構造を用いて実現することができる。たとえば、ビル（高層ビルや超高層ビルなど）をエネルギー貯蔵および生成の少なくとも一方のためのシステム内の質量体として使用することができる。間接貯蔵機構および直接貯蔵機構の両方とも大重量の重りの使用の恩恵を得る。大重量の質量体を使用することによって、それぞれの質量体をごくわずかに移動させるだけで長時間にわたり大きなエネルギー出力を貯蔵および放出することができる。特定の実施例では、小さな移動が長期間実行される（数年間の放出時間は十分な重量の質量体（重り）で可能になる）ため、ビル入居者にとってその小さな移動は無視できる程度である。その他の大重量の構造を、他の目的のために作用させつつエネルギー貯蔵生成システムと共に使用または構築することができる。特定の実施例では、質量体を降下させるのと同じように上昇させるのに長い時間がかかる。これらの実施例では、ビルの上昇は数ヶ月間、さらには数年間かけて行なえるため、充電中も放出中もその移動は知覚できない。その他の実施例は浮揚体都市とその中に配置される構造を企図しており、まさにその性質上、環境を構成する構造の幾分知覚できる移動を企図している。また、ずっと小さな実施例であってもよい。
【０１２７】
特定の実施例では、質量体は、必要に応じて充填される空のチャンバを含んでもよい。別の実施例では、間接および直接貯蔵機構の少なくとも一方は携帯可能に設計することができ、質量体は設置場所で入手可能などんな物体によっても充填される。泥、石、および水の少なくとも一つは、質量体のチャンバを充填し作動重量を供給するのに利用可能であるとともに、簡単に入手できる材料である。別の実施形態では、任意の所与の重量の物体を高所に見出すことができる。高層ビルは通常の動作条件下で高所の水源を備える。高所で水を捕捉することで、これらの物体が表す位置エネルギーから直接エネルギーを生成することができる。
【０１２８】
さらに別の実施形態では、後述するように、手動エネルギーシステムを実装して施設の近傍に配置される重量の物体を活用することができる。ここでも、（例示的ではあるが）泥、石、および水の少なくとも一つで必要な重量を提供して、直接または間接エネルギーシステムを作動させてもよい。通常、上記特定の実施例は、上に詳述したように、大きな質量体（重り）よりも小規模の（小さな重り）質量体を使用する。大きなサイズの質量体および小さなサイズの質量体のいずれも所望のエネルギー出力レベルおよび所望の出力時間に応じて任意のエネルギー貯蔵実施例で使用することができる。様々なパワーの需要に見合うようにコンポーネントのサイズを設定でき、実施例の多様性が広がる。また、直接システムと間接システムとを連結することでパワーの貯蔵および生成がともに行われる。ともに行われる貯蔵および生成は、所望の出力および所望の放出時間を実現するようにエネルギーシステムを構成する能力を向上させる。
【０１２９】
手動装置
本発明の別の態様によると、エネルギー貯蔵システムは利用可能なエネルギー源を使用し貯蔵して、使用可能なエネルギーの放出を提供することができる。一実施例では、質量体を手動ウインチと組み合わせて使用して質量体をある高さまで上昇させることができる。通常、手動ウインチは、総電力消費量がたとえば都市の電力網に接続される実施例よりも比較的少ない家庭環境で使用可能であるように構成される。家庭環境では、質量体は通常数十トンの範囲であるが、各種実施形態ではより大きなまたは小さな質量体を実現することができる。
【０１３０】
手動式の間接エネルギー貯蔵機構９００の例を図９に示す。発電機９０１は家庭環境に適したサイズにされる（１００Ｗ程度の発電機を有効に使用することができる）。一実施例では、２２０Ｗの発電機が標準的な家庭消費量に合わせて使用される。
【０１３１】
発電機９０１は、質量体９１２の降下に基づき最適な回転速度およびトルクを発電機９０１に供給するように構成される増速機９０２に接続される。増速機９０２はさらに、その動作によって質量体９１２の降下速度を制御するように構成される。クラッチ９０３はエネルギー放出中に増速機９０２と質量体９１２とを接続する。クラッチ９０３はエネルギー貯蔵中に質量体９１２と増速機９０２とを切断する。つめ車およびレバー９０４は、放出が必要とされるまで、シャフト９１８が回転して貯蔵されたエネルギーを解放することがないことを保証する。ウインチ９０５はケーブル９１５によってシャフト９１８を質量体９１２に接続する。ケーブル９１５は任意のケーブル、チェーン、ワイヤ、撚り線ケーブル製とすることができ、特定の実施例では、質量体９１２の重量を支持することのできるロープまたは合成繊維であってもよい。質量体９１２を支持する様々な配置の構造を利用して、各種ケーブルやロープなどにわたって重りを分散させ、様々な材料をケーブル９１５として採用することができる。ケーブル９１５はプーリ９１３および９１４を介して巻かれ、質量体９１２に装着される。便宜上、装着は質量体９１２を取り巻く４点として示され、質量体はケーブル９１５の１点に装着される。容易に理解されるように、異なる装着構造を利用できる。別の実施例では、質量体９１２の中心を通る孔や、一体に装着することを確保するように特別に構成されたメッキを通じて質量体の下で装着することなどが含まれる。ウインチおよび増速機の少なくとも一方と発電機の組合せと共に使用するために質量体を装着するにあたって、その他の様々な構造を採用することができる。
【０１３２】
引き続き図９を参照すると、クラッチ９０６は減速機９０７を介して手動ウインチ９１１に係合する。減速機９０７は入力速度を低減させて、トルクが増大された、より低速の出力回転を提供する。供給されるトルクは、ウインチ９０５の動作によって質量体９１２を上昇させるのに十分なトルクに設定される。駆動チェーンスプロケットおよびチェーン９０８は手動ウインチ９１１をシャフト９２０に接続する。動作中、シャフト９２０は減速機９０７、次いでウインチ９０５に接続されて、質量体９１２を上昇させる。手動ウインチ９１１は手動で動作するように構成することができる。特定の実施例では、手動ウインチ９１１は、ユーザの脚による運動から生じる物理的移動によって作動される構造を含む。明瞭化のため、手動ウインチ９１１が回転によって作動される例を示すが、他の実施例はユーザによって印加される垂直移動および長手方向の力の少なくとも一方を採用することができる。複数の手動クランク９１１を採用して追加の上昇機構を提供することができる。特定の実施形態では、追加の上昇機構はより短い期間で高さを達成するように構成され、実施形態によっては、複数のクランクを採用してより重い重りを上昇させることができる。
【０１３３】
特定の実施例は可変比増速機９０２を提供する。可変増速機では、様々な重量を採用してより長い放出時間またはより大きなエネルギー出力を提供することができる。代表的な実施例でも、増加した放出時間が使用されている。図１０は重量が可変の質量体１０１２の一実施例を示す。明瞭化のために、可変重量質量体の基本的構成要素のみを示す。符号１００２Ａで示されるように、所定重量のコンポーネントが係止機構と共に使用されるように構成される。係止機構はたとえば、ピン１００４およびヨーク１００６を備えることができるが、その他の係止機構を採用することもできる。一実施形態によると、各コンポーネント１００２Ａは片手クランクで最適に動作するように構成される。一実施例では、片手クランクを作動させて単独の貯蔵コンポーネント１００２Ａを所望の期間内に高所まで上昇させ、降下中に対応の放出時間、あるいはより長い放出時間を提供する。発電機９０１の動作パラメータは、重りの降下と増速機９０２によって提供される制御とに基づき所望の出力レベルおよび時間をもたらす。
【０１３４】
一実施形態では、ユーザを追加してより大きな質量体を上昇させることができる。たとえば、複数の手動ウインチ（たとえば、図９の手動ウインチ９１１）を駆動シャフト（たとえば、図９の駆動シャフト９２０）に接続してもよい。追加の手動ウインチはそれぞれ、質量体１０１２を上昇させるのに提供される力を増大させる。特定の実施形態では、複数の手動ウインチが接続されて、可変重量質量体１０１２の上昇力を生み出すことができる。さらに、各手動ウインチは、上昇力を伝達する駆動シャフトを係合および脱離するように構成することができる。質量体１０１２の重量は、それぞれの係合された手動ウインチに基づき設定される。たとえば、第１のコンポーネント１００２Ａは、１つの手動ウインチが係合されて動作したときに上昇させられる。別の実施例では、第１のコンポーネント１００２Ａおよび第２のコンポーネント１００２Ｂは、２つの手動ウインチが装着され動作したときに上昇させられる。さらに別の実施例では、コンポーネント１００２Ａ〜１００２Ｈは、８個の手動ウインチが係合されて動作したときに上昇させられる。別の実施例では、追加のコンポーネント（たとえば、１００２Ａ〜１００２Ｈ）は追加の手動ウインチと併せて使用することができる。特定の実施形態では、手動ウインチ自体が、（たとえば追加のオペレータを通じて）より大きな入力の追加によるより大きな上昇力を提供するように構成することができる。別の実施形態では、手動クランクと貯蔵コンポーネントとの比を変動させることができる。特定の実施例では、追加のユーザおよび手動クランクを採用して、質量体が特定の高さまで上昇する速度を速めることができる。
【０１３５】
別の態様によると、家庭用の実施例は直接エネルギー貯蔵を利用することができる。たとえば、天然水源、井戸、帯水層、池、またはその他の水源を有する家庭が直接エネルギー貯蔵システムと共に採用されて、効率的なエネルギー貯蔵および出力を提供することができる。直接エネルギーシステムは、浮揚体の動作によって水チャンバ内の質量体を上昇させる水源として井戸水を利用する家庭環境で実現することができる。水はたとえば手動ポンプと併せて、ユーザによるエネルギーの入力によって供給することができる。もしくは、ポンプが水を供給して質量体を上昇させることができる。
【０１３６】
少なくとも１つの実施形態のいくつかの態様を上述したが、当業者であれば様々な変更例、修正例、および改良例を容易に想到し得る。これらの変更例、修正例、および改良例は本発明の一部を成し、本発明の権利範囲に含まれる。上記明細書および図面は単に例示を目的とするものであり、本発明の権利範囲は特許請求の範囲およびその均等物の適切な解釈から決定される。
【図３Ｂ】
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【図４】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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