(57)【要約】      （修正有）【課題】液体中にある物体にはたらく浮力を連続的に効率良く動力に変換する。【解決手段】浮力発生区画１の底部から上部水面に縦方向に貫通するワイヤーまたはロープなどの伝導体４−１をガイドローラ４−２、４−３などでエンドレスの環状状態で配置し、この伝導体に動力変換装置４−５と負荷加減装置４−６を連結し、浮力発生区画１の底部で伝導体４−１に浮体３を連結し、浮体３が水面まで上昇することによる動力を、伝導体１に連結した動力変換装置４−５に伝達する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
深度のある液体中の浮体に働く浮力から動力を得る場合において、液体で満たされた液体深度又は液体高さのある浮力発生区画と、浮力発生区画と同じ高さに設置され、液体とは隔離された空間が確保される浮体落下区画から構成され、浮力発生区画の底部から上部水面に縦方向に貫通するワイヤーやロープなどの伝導体をガイドローラなどでエンドレスの環状状態をつくって配置し、この伝導体に動力源と負荷加減装置を連結し、且つ浮力発生区画の底部で伝導体に浮力を発生させる浮体を連結することにより、浮体が水面まで上昇するとき、伝導体に連結された動力源を介して動力エネルギーに変換することを特長とする浮力動力変換システム。
【請求項２】
「請求項１」において、浮体が水面まで上昇したあと、浮体を伝導体から離脱させる機能や構造を備え、浮体を浮体落下区画の上部まで移動できる移動装置を設け、その移動装置で浮体を浮体落下区画の上部へ移動し、浮体自身にはたらく重力を利用して浮体落下区画の底部まで移動することを特長とする浮力動力変換システム。
【請求項３】
浮体落下区画の底部には浮体が複数個待機できる待機領域を設け、この待機領域の下方には浮力発生区画の底部方向に伸び浮力発生区画と接合する浮体横移動区画を設ける。待機領域と浮体横移動区画は浮体落下弁を介して接合する。浮体横移動区画は浮力発生区画の水密遮断壁を介し接合する。浮力発生区画の底部は液体と隔離され空間状態を確保できる浮力発生区画隔離区画を設け、浮力発生区画隔離区画は浮体が入る大きさをもつ。浮力発生区画隔離区画は液体充満状態と空間状態に切り替わる構造や機能をもつ。「請求項２」で浮体落下区画の底部まで移動した浮体は、浮体落下弁を開け浮体横移動区画に移動し、さらに水密遮断壁を開け浮力発生区画隔離区画に移動し、再度浮体を伝導体に連結する機能や構造を特長とする浮力動力変換システム。
【請求項４】
「請求項３」で水密遮断壁を開け浮体横移動区画と浮力発生区画隔離区画がつながる場合おいて、浮力発生区画隔離区画にある液体を一旦蓄えるドレイン区画を浮体横移動区画の下部に設け、浮体横移動区画の上部を格子状にすることで浮力発生区画隔離区画にある液体を一挙にドレイン区画に自然落下エネルギーだけで排出が可能な機能や構造をもつことを特長とする浮力動力変換システム。
【請求項５】
「請求項３」で浮力発生区画隔離区画を空間状態に切り替える場合において、浮力発生区画および浮力発生区画隔離区画を貫通している伝導体を挟み込み、浮力発生区画上部の液体から隔離でき、上部の液体の荷重に耐えることのできる構造や機能のある水密遮断弁を設けておくことを特長とする浮力動力変換システム。
【請求項６】
「請求項３」で浮体を再度伝導体に連結したあと「請求項３」の水密遮断壁を閉めて浮力発生区画隔離区画を水密に密閉し、浮力発生区画隔離区画にドレイン区画に蓄えられた液体からポンプで注水し、浮力発生区画隔離区画を液体充満状態とする。本発明が海や湖などに設置され液体が絶え間なく得られる場合には、浮力発生区画隔離区画に注水弁を設け注水弁を開けることにより海や湖などから注水し、浮力発生区画隔離区画を液体充満状態とすることを特長とする浮力動力変換システム。また、本発明が海や湖などに設置される場合、ドレイン区画に蓄えられた液体はポンプで海や湖などに排出される浮力動力変換システム。
【請求項７】
「請求項６」において、浮力発生区画隔離区画を液体充満状態にしたら、「請求項６」のポンプを停止または浮力発生区画隔離区画の注水弁を閉じて、「請求項５」の水密遮断弁を開け、「請求項３」で再度伝導体に連結された浮体に浮力を発生させ、断続的な浮力エネルギーを継続して循環することを特徴とする浮力動力変換システム。
【請求項８】
「請求項１」の負荷加減装置の負荷を浮力上昇の位置や時間および日時で調整可能な浮力動力変換システム。
【請求項９】
本発明における浮体の大きさを変えるだけで、浮力エネルギーの大きさを変更できることを特徴とする浮力動力変換システム。
【請求項１０】
本発明を１ユニットとした装置を複数ユニット用意し各ユニットを時間差で稼動し各ユニットから変換される動力エネルギーを１つにすることで連続した浮力動力変換システムとして稼動させることを可能にした浮力動力変換システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】    本発明は、浮力を発生する浮体自体を循環させ、断続的に継続した浮力エネルギーに関するものである。さらに詳しくは浮体にはたらく重力を利用して浮体を移動させることにより、１つの浮体から断続的に継続した浮力エネルギーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】    従来の技術では、浮力のもつ特質（同浮体での最大浮力、最大浮力エネルギー量）を利用していない。また、浮力を発生する浮体も浮力を伝える伝動装置も一体となっているため、再び浮体が水中に入水するときのエネルギー損失を考慮していない。水深が深くなるほど水圧のため制御が困難となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【特許文献】特開２０１２−５２５１９号広報  特開２００６−２６６２５１号広報
【非特許文献】
【非特許文献】国立天文台編  理科年表
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】    浮体のもつ最大浮力エネルギーを引き出し、浮力エネルギーを連続的に発生させ動力エネルギーに変換する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】    物体は、液体中に存在（浮体）するときにはマイナスの落下エネルギー（浮力）があり、液体から出ると単に物体となりプラスの落下エネルギーとなる。したがって、液体中に空間環境を構築すれば、浮力、落下が繰り返すと考えたのが本発明の基本である。【０００５】    以降、浮力のもつ特質を把握するため、浮力エネルギーを流体力学上で詳細に分解してみる。浮力エネルギーは次の式ように、浮体容積と浮上速度に比例する。【数１】
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【０００６】    また、［０００５］の浮上速度は、重力加速度（９．８ｍ／ｓ）から等速度（流体力学上の終端速度）へと変化する。この等速度（終端速度）は次のニュートンの式で概算することができる。終端速度をＶｔとすると次のようになる。【数２】
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その他にも終端速度を求める式はストークスの式やアレンの式があるが、本発明で使用する浮体はレイノルズ数が２０００以上になるためニュートンの式を適用するものとする。
【０００７】    レイノルズ数は流体力学において流れの性質を調べるために利用される値で、慣性力と粘性力との比で定義される無次元数で次のような式で求めることができる。レイノルズ数をＲｅとして次のように表せる。【数３】
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水の１０度の動粘度係数は０．０００００１３０８とし、代表速度を毎秒１ｍ、代表長さを直径１ｍの球体としてレイノルズ数を求めると７６５１１となりニュートンの式が適用できることがわかる。
【０００８】    「表１」では浮体を球体と仮定して液体の密度を１とし、浮体密度ごとに終端側をニュートンの式で概算して示した。また、浮体密度は浮体自重と浮体に連結されている全ての抵抗と変換先動力源の荷重合計を浮体荷重として、浮体にかかる浮力（浮体容積×液体比重）との比で変化させて計算した。【数４】
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【０００９】    等速度運動中の瞬間浮力エネルギー（ｋｇｍ）は浮体密度７０％から６５％で最も高くなることがわかる。内燃機関でのトルクのような関係がある。【００１０】    「表１」の各値は概算値であり、実際には浮体の形状や液体粘度などにより変化する。「表１」によると、浮体が液面に達するときの浮力慣性力は、直径０．６ｍの球体で、浮体比重が０．７の場合、１５３４ｋｇｍにもなる。したがって、浮体が液面に達する前に浮体にブレーキをかける制御機能が必要になる。また「表１」では重力加速度運動の浮力エネルギーは試算していないので、実際にはもっと大きな浮力エネルギーになる。【００１１】    次に、断続的に継続した浮力エネルギーを抽出する方法について述べる。液体の縦方向に１浮力発生区画を設ける。１浮力発生区画には２液体が満たされるものとする。液体中とは隔離された場所に６浮体落下区画を設ける。浮力を発生させる３浮体を用意する。浮力を動力に変換するための４伝動装置を４−１伝導体と４−２、４−３、４−４ガイドローラで環状構造にし、４−１伝導体に４−５動力変換装置を結合し、４−６負荷加減装置も結合する。この４浮力発生装置を、１浮力発生区画を縦方向に貫通して配置する。【００１２】  １浮力発生区画の下部は、１−２水密遮断弁と１−３水密遮断壁そして１−４水密保持パッキンで液体充満状態と空間状態に切り替えられる構造や機能をもった１−１浮力発生区画隔離区画を設ける。この１−１浮力発生区画隔離区画の空間状態により、浮体を４−１伝導体に取り付ける場合、陸上と同じエネルギーでの操作が可能となる。【００１３】    ６浮体落下区画の下部には３浮体が複数個待機できる６−１浮体待機領域を設ける。６浮体落下区画は３浮体の落下衝撃を和らげるためループ状にすると有効である。６浮体落下区画と接し浮体を１−１浮力発生区画隔離区画に移動するための７浮体横移動区画を設ける。６−１浮体待機領域にある、３浮体を７浮体横移動区画に移動するための６−２浮体落下弁を設ける。７浮体横移動区画の下部には、８ドレイン区画を設けて１−１浮力発生区画隔離区画にある液体排出を一旦蓄える。８ドレイン区画の上部は７−２ドレイン落下格子板を介して７浮体横移動区画と接していて、１浮力発生区画隔離区画にある液体が７浮体横移動区画を通って８ドレイン区画に一挙に落下される。８ドレイン区画には８−１ドレイン還流又は排出ポンプが接続されていて、１浮力発生区画隔離区画に戻すことができる。【００１４】    １浮力発生区画が海や湖などのように液体が絶え間なく得られる場合は、１−５注水弁を１浮力発生区画に設けて１浮力発生区画に注水し、８ドレイン区画の液体は８−１ドレイン還流又は排出ポンプで海や湖に排水する。【００１５】    ３浮体は４−１伝導体に連結と離脱を繰り返す構造や機能をもつ。３浮体にはできるだけ、３浮体の中央部で４−１伝導体が入り込み固定するような構造や機能をもつ。３浮体、４−１伝導体およびその連結部は、４伝導装置の全ての負荷に耐える強度とする。４伝導装置の各装置、構造、強度および３浮体との結合を多くの３浮体に対応できるようにしておけば、３浮体を取り替えるだけで浮力動力変換量を簡単に変更できる。【００１６���    本発明の１−２水密遮断弁、１−３水密遮断壁、１−４水密保持パッキン、１−５注水弁、４−６負荷加減装置、５浮体移動装置、６−２浮体落下弁、７−１浮体伝導体固定設置装置そして８−１ドレイン還流又は排出ポンプなどの各制御は高動力密度、高速応答特性をもつ油圧システムを利用すると効率的である。【００１７】    本発明は間欠的な浮力動力変換システムであるため、連続的な浮力動力変換システムにするには本発明の装置を複数個用意して時間差をもって稼動する。例えば、本発明の装置を２機用意し浮力発生時間が１分、再浮力発生まで３０秒とした本発明の装置の場合、１機目を稼動して３０秒以内に２機目を稼動すれば、常に本発明の浮力動力変換システムから浮力エネルギーを得られることとなる。
【発明の効果】
【００１８】    浮体の大きさ、液体の水深そして液体の密度で自由な大きさの浮力エネルギー得られるので、発電機をはじめとする多くの動力源となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明を実施するための稼動直前の図である。
【図２】本発明を実施する浮体を浮力発生区画にセットする図である。
【図３】本発明を実施の浮力発生区画隔離区画に液体を注水する図である。
【図４】本発明を実施する浮体が浮上し動力エネルギーに変換中の図である。
【図５】本発明を実施する浮体が水面に達した状態の図である。
【図６】本発明を実施する浮体が落下移動状態の図である。
【図７】海や湖で実施する場合、浮力発生区画隔離区画に液体を注水する図である。
【図８】浮体の大きさと浮体密度ごとの終端速度と浮力エネルギーの一覧表である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】    海や湖などのように十分な水深を得られる場所あるいは、人工の水槽やプールで十分な水深を確保できる場所に設置する。
【産業上の利用可能性】
【００２１】    発電動力源、工場動力源。
【符号の説明】  １      浮力発生区画  １−１  浮力発生区画隔離区画  １−２  水密遮断弁  １−３  水密遮断壁  １−４  水密保持パッキン  １−５  注水弁  ２      液体  ３      浮体  ４      伝導装置  ４−１  伝導体  ４−２  ガイドドローラ１  ４−３  ガイドドローラ２  ４−４  ガイドドローラ３  ４−５  動力変換装置  ４−６  負荷加減装置  ５      浮体移動装置  ６      浮体落下区画  ６−１  浮体待機区画  ６−２  浮体落下弁  ７      浮体横移動区画  ７−１  浮体伝導体固定設置装置  ７−２  ドレイン落下格子板  ８      ドレイン区画  ８−１  ドレイン還流又は排出ポンプ  Ｖｔ    終端速度（ｍ／ｓ）  ｋｇ    浮体質量（ｋｇ）  ｋｇｍ  瞬間浮体エネルギー（浮体質量×Ｖｔ）  ｋｗ    瞬間浮体エネルギーをワットに換算した値
【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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