(57)【要約】【課題】  面倒な作業を行うことなく、気体受け部材への気体の供給ができるようにする。【解決手段】  発電装置１０は、複数の気体受け部材１４，１６，１８，２０が周状に取りつけられている回転体１２と、回転体１２の回転軸部材２４に接続されている原動機５０と、気体受け部材１４，１６，１８，２０に気体を供給する供給手段４６とを有しており、供給手段４６と各気体受け部材１４，１６，１８，２０とが回転軸部材２４内を通る気体管で３６，３８，４０，４２接続されている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気体受け部材が周状に取りつけられている回転体と、前記回転体の回転軸部材に接続されている原動機と、前記気体受け部材に気体を供給する供給手段とを有しており、前記供給手段と前記各気体受け部材とが前記回転軸部材内を通る気体管で接続されていることを特徴とする原動装置。
【請求項２】
前記各気体受け部材は、前記回転軸部材から放射状に延びるパイプの先端に連結されており、前記各気体管は、前記各パイプ内を通ることを特徴とする請求項１記載の原動装置。
【請求項３】
前記パイプは、前記回転軸部材の直交面に対して、平面状、らせん状、又は、隣接する２つが所定の角度をなす状態で配設されていることを特徴とする請求項２記載の原動装置。
【請求項４】
前記回転体の回転方向を規定する規定手段を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか記載の原動装置。
【請求項５】
前記各気体受け部材には、当該各気体受け部材の膨張限度を規定する網部材で覆われていることを特徴とする請求項１から４のいずれか記載の原動装置。
【請求項６】
前記各網部材には、複数の気体受け部材が設けられており、前記気体管には所定量を越える気圧変化が検知された場合に閉じる弁が設けられていることを特徴とする請求項５記載の原動装置。
【請求項７】
前記各網部材には、複数の気体受け部材が設けられていることを特徴とする請求項５記載の原動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原動装置に関し、特に、水中で浮力を用いて回転体を回転させることで生じるトルクで発電等を行う原動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１には、以下のような発電装置が記載されている。すなわち、この発電装置は、複数のフロートが周状に取りつけられている円板状の回転体と、回転体の回転軸に接続されている発電機と、フロートに空気を供給するコンプレッサとを有している。この回転体は、回転軸が垂直になる態様で水中に設置される。そして、下側に位置するフロートにコンプレッサによって空気を供給する。すると、このフロートにかかる浮力が大きくなり、回転体が回転する。回転体が回転すると、回転力が発電機に伝達されることによって発電がなされる。
【０００３】
図５は、特許文献１に記載されている回転体の平面図である。図５に示すように、コンプレッサからの空気は、中空の回転軸１０１を経て、空気供給ポート１０５に供給される。空気供給ポート１０５は、下側に位置する第５，第６のフロートＦ５，Ｆ６と連通している。したがって、回転軸１０１内の空気は、空気供給ポート１０５を通り、第５，第６のフロートＦ５，Ｆ６に供給され、第５，第６のフロートＦ５，Ｆ６を膨らませる。第５，第６のフロートＦ５，Ｆ６は、上昇により、内部の空気の一部がドレン水と共に空気排出ポート（図示せず）を通り、外部に排出される。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３２８５４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載されている発電装置は、回転体が回転するときに、回転体本体と回転軸との間で摩擦が生じる。このため、長時間の使用により、回転体本体と回転軸との接触面は磨耗し、これらの間に隙間がする。すると、コンプレッサから供給される空気は、この隙間から漏れ、フロートに供給されなくなる。よって、発電に必要な条件で回転体を回転させることが困難になる。このように、特許文献１に記載されている発電装置は、回転体の構造上の問題があった。これを回避するためには、回転軸等の取り替え、頻繁なメンテナンスなどが必要となり、ランニングコストがかかる。
【０００６】
また、そもそも、回転体本体及び回転軸を、これらの間から空気が漏れないように加工すること、さらには、これらを組み立てることは、困難である。したがって、これを実現しようとすると、発電装置がコストアップすることになる。よって、フロートへの空気の供給手法を改善しなければ、この発電装置は、技術的にも、コスト的にも実質的に実施ができない場合がある。
【０００７】
そこで、本発明は、フロートなどの気体受け部材への気体の供給手法を工夫し、低廉な発電装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の発電装置を含む原動装置は、複数の気体受け部材が周状に取りつけられている回転体と、前記回転体の回転軸部材に接続されている原動機と、前記気体受け部材に気体を供給する供給手段とを有しており、前記供給手段と前記各気体受け部材とが前記回転軸部材内を通る気体管で接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、面倒な作業を行うことなく、気体受け部材への気体の供給ができるようになるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において、同様の部分には同一符号を付している。また、以下記載する部材の寸法及び数や、図面の寸法割合は例示であり、これに限定されるものではない。
【００１１】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１の原動装置であるところの発電装置１０の模式的な構成図である。発電装置１０は、海、湖、水槽等、あるいは湖等の水を利用して、発電するものである。ここでは、発電装置１０を、水が注入されている水槽６０に取り付けている。発電装置１０は、アルミニウム、鉄、チタン、塩化ビニールなどからなる回転体１２を備えている。回転体１２は、回転軸部材２４と、回転軸部材２４から放射状に延びる例えば４本のパイプ２６，２８，３０，３２とを有している。回転軸部材２４およびパイプ２６，２８，３０，３２は、一体化した形態で互いに連結されており、いずれも内部が空洞である。パイプ２６，２８，３０，３２の先端側には、生ゴム、合成ゴム、ポリウレタンなどからなる気体受け部材１４，１６，１８，２０が位置している。
【００１２】
回転軸部材２４は内径が例えば５０ｍｍで長さが２ｍ、パイプ２６，２８，３０，３２は内径が例えば１５ｍｍで長さが１ｍ、気体受け部材１４，１６，１８，２０は直径約５０ｃｍまで膨らむことが可能なようにしている。なお、用途、使用場所に応じてこれらの大きさは変更すればよい。
【００１３】
本実施形態では、パイプ２６，２８，３０，３２は、隣接する２つが所定の角度をなす状態で配設されている。ここでは、パイプ２６，２８，３０，３２は、互いに螺旋状に配設されている。すなわち、パイプ２６に対してパイプ２８が回転軸部材２４を軸にして９０度をなすように配設され、パイプ２８に対してパイプ３０が回転軸部材２４を軸にして９０度をなすように配設され、パイプ３０に対してパイプ３２が回転軸部材２４を軸にして９０度をなすように配設されている。
【００１４】
パイプが例えば５本の場合には、上記角度を７２度あるいは１４４度とすればよい。この場合に、上記角度を１４４度とすると、供給手段４６から気体受け部材に気体が供給されたときに、隣接する気体受け部材は、相互に遠くに離れて位置するため、接触しにくくなるので、接触による磨耗を防止できる。
【００１５】
別の手法として、気体受け部材１４，１６，１８，２０の膨張限度をコントロールして、これらが相互に接触しないようにすることも可能である。この場合には、パイプ２６，２８，３０，３２を螺旋状に配設することなく、回転軸部材２４の同一直交面に配設することもできる。更なる手法として、気体受け部材１４，１６，１８，２０の材料を、これらが相互に接触しても実質的に耐性に影響を及ぼさないような材料とする、或いは、例えば生ゴムの原料となるラテックスに繊維を混入して強度を与えるなどの加工を行うことも可能である。
【００１６】
気体受け部材１４，１６，１８，２０の開口部は、空気などの気体が通る、ゴムなどからなる外径が例えば１０ｍｍの気体管３６，３８，４０，４２の一端に接続されている。気体管３６，３８，４０，４２は、回転軸部材２４内を通り、回転軸部材２４の一端側に通じている。気体管３６，３８，４０，４２の他端は、回転軸部材２４の一端側に位置する供給手段４６に接続されている。供給手段４６と回転軸部材２４との間には、回転体１２の回転力を供給手段４６へ伝達しないようにするためのジョイント４８を設けている。
【００１７】
供給手段４６は、気体受け部材１４，１６，１８，２０に対して選択的に空気などの気体を供給するものである。一方、回転軸部材２４の他端側は、変速機２２に接続されている。変速機２２は、回転体１２の回転によるトルクを増幅し、原動機（発電機）５０に伝達するものである。具体的には、変速機２２は、以下のような構成としている。すなわち、回転軸部材２４が、比較的大きな第１歯車に、これの回転軸として取り付けられている。そして、第１歯車は、チェーンなどを介して、比較的小さな第２歯車と接続されている。第２歯車には、回転軸部材２４とは別の回転軸の一端側が取り付けられている。別の回転軸は、比較的大きな第３歯車にも取り付けられている。そして、第３歯車はチェーンなどを介して、比較的小さな第４歯車と接続されている。したがって、例えば、第１歯車と第２歯車との大きさの比が１０：１であり、かつ、第３歯車と第４歯車との大きさの比が１０：１である場合には、回転体１２の回転によるトルクは、１００倍になる。大小の歯車の数や大きさの比は、必要とされるトルクの増幅度に応じて決定すればよい。
【００１８】
水槽６０と発電装置１０とは、シール部材３４，４４で、水槽６０内の水が漏れることがないようにしている。また、パイプ２６，２８，３０，３２内には、気体管３６，３８，４０，４２を通す貫通孔が形成されている座金２７（図３，図４）などが、取り付けられている。座金２７も、水槽６０内の水が、パイプ２６，２８，３０，３２内を通じて、漏れることがないようにするものである。なお、座金２７の貫通孔と気体管３６，３８，４０，４２とが、また座金２７の側面とパイプ２６，２８，３０，３２内壁とが、それぞれ、耐水性を有する接着剤で接続されている。
【００１９】
また、座金２７を取り付けると、気体受け部材１４，１６，１８，２０を、気体管３６，３８，４０，４２に対して必ずしも直結する必要がなくなるという設計上のメリットがある。すなわち、例えば、気体受け部材１４，１６，１８，２０の開口部が大きい場合には、気体受け部材１４，１６，１８，２０をパイプ２６，２８，３０，３２の開口端を覆うような態様で取り付けることも可能になる。この場合には、さらに、図３に示すＴ字型分岐３７と、規定用気体管３６ａとを設ける必要がなくなるというメリットもある。
【００２０】
供給手段４６は、気体受け部材１４，１６，１８，２０のいずれかに対応する気体の供給部４６ａ〜４６ｄが設けられている。そして、気体受け部材１４，１６，１８，２０側と供給部４６ａ〜４６ｄ側とが１：１で接続されている。供給手段４６は、供給部４６ａ〜４６ｄのオン／オフを切り換えることによって、各気体受け部材１４，１６，１８，２０に対して、選択的に気体を供給できるようにしている。なお、供給部４６ａ〜４６ｄのオン／オフに代えて、例えば、供給部４６ａ〜４６ｄと気体管３６，３８，４０，４２との間にカップラを設けて、気体管３６，３８，４０，４２とカップラとの着脱を行うようにしてもよい。
【００２１】
つぎに、図１に示す発電装置１０の動作について説明する。まず、発電装置１０を、水槽６０に取り付ける。そして、回転体１２の少なくとも回転軸部材２４よりも下側が水に浸かる程度に水槽６０内に水を注入する。この状態で、供給手段４６は、気体受け部材１４，１６，１８，２０のうち、回転軸部材２４の下側に位置する気体受け部材に対して気体を供給する。
【００２２】
図１には、回転軸部材２４の下側に位置する供給部４６ｃ，４６ｄから気体を供給して、気体受け部材１４，１６を膨らませ、一方、回転軸部材２４に対して上側に位置する気体受け部材からは、気体を排気した状態を示している。
【００２３】
気体が供給された気体受け部材１４，１６には、大きな浮力がかかり、水面に向かって浮き上がろうとする。このため、回転体１２は、回転軸部材２４を中心に回転し始める。つづいて、順次、回転軸部材２４の下側（特に真下及びその近傍）に位置する気体受け部材に対して、気体を供給していく。ここでは、気体受け部材１４，１６，１８，２０の順で、気体が供給される。一方、回転体１２の回転により、回転軸部材２４の上側（特に回転体１２が、水中に全て浸かっている場合には真上及びその近傍）に位置するようになった気体受け部材からは、気体を排気する。なお、実際には、気体の供給対象の気体受け部材が、気体の排気対象の気体受け部材よりも、相対的に下側に位置すれば、回転体１２は回転することになる。また、他の実施形態で説明するように、回転体１２の回転方向が規定できる場合には、例えば、気体受け部材１４，１６の一組と、気体受け部材１８，２０の一組とに対して、気体の供給と排気とを切り換えるようにすることもできる。
【００２４】
具体的には、気体受け部材１４，１６，１８，２０への気体の供給と、気体受け部材１４，１６，１８，２０からの気体の排気との制御は、以下のようにして行う。すなわち、例えば、気体管３６，３８，４０，４２のそれぞれに気体受け部材１４，１６，１８，２０内の気体を排出するための弁を設け、さらに、各弁の開閉を制御するための各弁に対応する水圧測定計を、例えば気体受け部材１４，１６，１８，２０の近傍に設ける。そして、水圧測定計で水圧を測定し、測定値が所定の閾値よりも小さくなると対応する弁を開いて、気体受け部材１４，１６，１８，２０から気体を排気する。一方、所定の閾値よりも大きくなると対応する弁を閉じて、気体受け部材１４，１６，１８，２０への気体を供給する。
【００２５】
なお、水圧測定計に代えて、例えばＲＦＩＤ技術を用いることによって弁の開閉を制御してもよい。具体的には、気体受け部材１４，１６，１８，２０のそれぞれにＲＦＩＤタグと、ＲＦＩＤタグがアクティブなときに弁の開閉を制御する制御部とを設ける。一方、気体受け部材１４，１６，１８，２０の最高到達点の近傍にＲＦＩＤタグへ無線を通じて電力を供給するＲＦＩＤリーダ／ライタを設置しておく。
【００２６】
こうすると、気体受け部材１４，１６，１８，２０側では、それぞれ、最高到達点の近傍まで回転すると、ＲＦＩＤリーダ／ライタから無線を通じて電力供給され、対応するＲＦＩＤタグがアクティブになる。このため、このＲＦＩＤタグに係る制御部は、対応する弁を一定時間だけ開くように制御する。実際に弁が開くと、ＲＦＩＤリーダ／ライタの近傍に位置している気体受け部材から気体が排出される。
【００２７】
以上説明した手法によって、気体受け部材１４，１６，１８，２０への気体の供給と、気体受け部材１４，１６，１８，２０からの気体の排気との制御を行うことによって、回転体１２は、回転軸部材２４を中心に回転する。回転軸部材２４のトルクは、変速機２２によって増大され、原動機５０へ伝達される。このようにして、発電装置１０において発電が行われる。
【００２８】
（実施形態２）
図２は、本発明の実施形態２の発電装置１０の供給手段４６の模式図である。図２に示す供給手段４６は、図１に示した複数の供給部４６ａ〜４６ｄを設けることに代えて、気体を分岐する十字型分岐７０，７２と、十字型分岐７０，７２で分岐された気体を気体受け部１４，１６，１８，２０へ供給するか否かを切り換える電磁弁７４，７６，７８，８０と、電磁弁７４等の開閉を制御するリレーなどを備えている制御部８２と、制御部８２に対して弁の開閉信号を出力する水圧測定器８４とを設けている。なお、水圧測定器８４に代えて、ＲＦＩＤ技術などを用いることができることはいうまでもない。
【００２９】
本実施形態では、気体受け部材１４，１６，１８，２０の位置に応じて、電磁弁７４，７６，７８，８０の開閉制御を行うことで、供給手段４６から気体受け部材１４，１６，１８，２０に対して選択的に気体を供給する。気体受け部材１４，１６，１８，２０の位置検出は、例えば、気体受け部材１４，１６，１８，２０のそれぞれに対応する水圧測定部８４ａ〜８４ｄを有する水圧測定器８４を設け、水圧の測定結果の変化に基づいて行う。
【００３０】
供給手段４６からの気体は、十字型分岐７０と十字型分岐７２とに進む。十字型分岐７０は、気体を気体管３６と気体管３８とへ分岐する。十字型分岐７２は、気体を気体管３６と気体管３８とへ分岐する。電磁弁７４，７６，７８，８０は、閉じていれば、その先の気体受け部材に気体が供給されないし、反対に、開いていれば、その先の気体受け部材に気体が供給される。
【００３１】
気体受け部材１４，１６，１８，２０への気体の供給と、気体受け部材１４，１６，１８，２０からの気体の排気との制御の原理は、実施形態１の場合と同じである。したがって、電磁弁７４，７６，７８，８０の順で、弁の開閉を行えばよい。具体的には、以下のように弁の開閉を制御する。すなわち、まず、水圧測定器８４の測定部８４ａ〜８４ｄを、気体受け部材１４，１６，１８，２０のいずれかに対応して設けておく。そして、気体受け部材１４，１６，１８，２０のうち、回転体１２の回転により、水圧が小さくなったものに対応する測定部８４ａ〜８４ｄから、制御部８２へロー信号が出力される。
【００３２】
制御部８２は、測定部８４ａ〜８４ｄのうち、ロー信号を出力してきた測定部に対応する電磁弁を開く。その後、回転体１２が回転すると、この測定部からは、水圧が大きくなったことを示すハイ信号が出力される。制御部８２は、これに応じて、対応する電磁弁を閉じる。これにより、実施形態１と同様に、回転体１２を回転させることができる。
【００３３】
なお、図２では、気体管３６，３８，４０，４２の数や、回転体１２の回転方向の規定の有無に限定されない、汎用的な発電装置１０の場合の説明図としているため、４つの電磁弁７４，７６，７８，８０を示している。したがって、電磁弁７４，７６，７８，８０は、４つ設けることが必須ではない。例えば、気体管３６，３８，４０，４２が４本の場合であって、回転体１２の回転方向が規定できる場合には、十字型分岐７０と十字型分岐７２との間に一つだけ設けるだけでもよい。こうすれば、気体管３６，３８側と気体管４０，４２側とに択一的に気体を供給すれば済む。
【００３４】
（実施形態３）
図３は、本発明の実施形態３の発電装置１０のパイプ２６及び気体受け部材１４側の模式図である。なお、他の気体受け部材１６，１８，２０についても、気体受け部材１４と同様の構成としている。
【００３５】
図３には、パイプ２６と一体的に形成されている、回転体１２の回転方向を規定する規定用パイプ２６ａを設けている。規定用パイプ２６ａ内には、規定用気体管３６ａを通している。規定用気体管３６ａは、気体管３６に取り付けられているＴ字型分岐３７に接続されている。Ｔ字型分岐３７は、気体を規定用気体管３６ａに分岐する役割を担っている。規定用気体管３６ａの先端には、規定用気体受け部材１４ａが取り付けられている。
【００３６】
供給手段４６から気体受け部材１４に対して気体が供給される場合には、同時に、Ｔ字型分岐３７及び規定用気体管３６ａを介して、規定用気体受け部材１４ａにも気体が供給される。図３に示す態様で規定用気体受け部材１４ａが設けられていれば、規定用気体受け部材１４ａにかかる浮力によって、パイプ２６は図面反時計回りに回転していく。そして、パイプ２６は図面時計回りに回転することはない。
【００３７】
記述のように、回転体１２の回転方向が規定できれば、気体受け部材１４，１６，１８，２０への気体の供給と、気体受け部材１４，１６，１８，２０からの気体の排気との制御を簡略化できるというメリットがある。なお、Ｔ字型分岐３７と気体受け部材１４との間に弁を設けておき、万が一、気体受け部材１４が破裂した場合に、その弁を閉じるようにすれば、規定用気体受け部材１４ａが、気体受け部材１４の代用品にもなり、回転体１２の回転は継続されることにもなるという点もメリットである。
【００３８】
なお、本実施形態では、規定用気体受け部材１４ａ等を設けることで、回転体１２の回転方向が規定する例を説明したが、これに限定されず、回転軸部材２４を例えば機構的に一方方向にしか回転できない仕組みとすることによって実現してもよい。
【００３９】
（実施形態４）
図４は、本発明の実施形態４の発電装置１０のパイプ２６及び気体受け部材１４側の模式図である。図４に示すように、本実施形態の発電装置１０は、網部材８４によって覆われた気体受け部材１４ａ〜１４ｃを備えている。網部材８４は、気体受け部材１４ａ〜１４ｃの膨張限度を規定するものである。気体受け部材１４ａ〜１４ｃは、気体管３６ｂ〜３６ｄの一端に取り付けられている。気体管３６ｂ〜３６ｄの他端には、十字形分岐８２に接続されている。また、気体管３６ｂ〜３６ｄには、弁８６，８８，９０が取り付けられている。これらの弁８６，８８，９０は、対応する気体受け部材が破裂した場合に、そこから気体が漏れないように、閉じるようにしている。これを実現するために、これらの弁８６，８８，９０の近傍には、図示しない圧力センサが設けられている。気体受け部材の破裂前では、気体受け部材が抵抗となっているため、対応する弁における気体の通過量が少ないが、破裂後では、その抵抗がなくなるため、対応する弁における気体の通過量が多くなる。この気体の通過量の相違に基づいて圧力変化量が多くなったことを、圧力センサによって検知したときに、対応する弁を閉じるようにすればよい。
【００４０】
このように、複数の気体受け部材１４ａ〜１４ｃを設けておくことで、たとえ、この中の一つが破裂しても、対応する弁が閉じ、かつ、残りの気体受け部材には引き続き気体が供給されるので、回転体１２の回転が停止してしまうという事態が生じない。また、網部材８４を設けることで、気体受け部材１４ａ〜１４ｃへの空気の供給量を厳密に制御しなくてもよくなる。
【００４１】
なお、各実施形態で説明した内容は、必要に応じて、組み合わせて用いることが可能である。例えば、実施形態４で説明した網部材８４を、実施形態１〜３で説明した各気体受け部材に対しても、設けるということも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、発電産業に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施形態１の発電装置１０の模式的な構成図である。
【図２】本発明の実施形態２の発電装置１０の供給手段４６の模式図である。
【図３】本発明の実施形態３の発電装置１０のパイプ２６及び気体受け部材１４側の模式図である。
【図４】本発明の実施形態４の発電装置１０のパイプ２６及び気体受け部材１４側の模式図である。
【図５】従来の発電装置の回転体の平面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０  発電装置
１２  回転体
１４，１６，１８，２０  気体受け部材
２２  変速機
２４  回転軸部材
２６，２８，３０，３２  パイプ
３４，４４  シール部材
３６，３８，４０，４２  気体管
４６  供給手段
４６ａ〜４６ｄ  供給部
４８  ジョイント
５０  原動機
６０  水槽
【図１】
2006070709.tif 000003
【図２】
2006070709.tif 000004
【図３】
2006070709.tif 000005
【図４】
2006070709.tif 000006
【図５】
2006070709.tif 000007