(57)【要約】 【課題】発明では、受圧ユニット１が水深の位置変化により、大シリンダのキャップ５に侵入する水の量が変化し、そのことによって、大シリンダのサージ７の空気量が変化し、浮力が大きく変化するため、ワイヤの小外力１０で、受圧ユニット１を沈降させ、また浮上させる事が出来ない。【解決手段】これに対して、受圧ユニット１の外部に、水深に応じて重量が変化する錘ユニット１１を接合する事で、水中の深い位置から水面位置までを、見かけ上の浮力を重量で相殺し、連続的に浮力を最小にする方法を採用した。このことにより、ワイヤの小外力１０で、受圧ユニット１を浮沈させることが出来るようになり、ワイヤの小外力１０で受圧ユニット１を繰返し浮沈させ、受圧ユニットの大ピストンのキャップ側５に働く大きな圧力エネルギーで発電が出来るようにした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中に投じて、水深位置に応じた圧力のエネルギー取り出すための、受圧ユニットと称する装置において、受圧ユニットの水中における重量を、浮力により相殺する為の空気タンク備えて相殺し、水深が深くなる程に、受圧ユニット内の大ピストンのキャップ側に侵入する圧力水によって、サージ側の空気が受圧ユニットの出力として押し出され、サージ側の空気が少なくなることによって受圧ユニットの浮力が減少するのを、受圧ユニットに錘ユニットを取付けて、水深が深くなる程に重さが軽くなる構造を用いて、浮力の減少を相殺し、水中における受圧ユニットの重量と浮力を、水位の深部から、水表面までの全域において相殺し、受圧ユニットを小外力で浮沈させることを可能にし、受圧ユニットを小外力で繰返し浮沈させることにより、大ピストンのキャップ側に繰返し出入りする圧力水によって、大ピストンのサージ側に出入りする空気流を、一方向に整流した空気流にし、空気（風力）モータを回転させ、風力発電を行う方法。
【請求項２】
水中に投じて、水深位置に応じた圧力のエネルギー取り出すための、受圧ユニットと称する装置において、受圧ユニットの水中における重量を、浮力により相殺する為の空気タンク備えて相殺し、水深が深くなる程に、受圧ユニット内の大ピストンのキャップ側に侵入する圧力水によって、サージ側の空気が受圧ユニットの出力として押し出され、サージ側の空気が少なくなることによって受圧ユニットの浮力が減少するのを、受圧ユニットに錘ユニットを取付けて、水深が深くなる程に重さが軽くなる構造の錘ユニットの特性を用いて、浮力の減少を相殺し、水中における受圧ユニットの重量と浮力を、水位の深部から、水表面までの全域において相殺し、受圧ユニットを小外力で浮沈させることを可能にし、受圧ユニットを小外力で繰返し浮沈させることにより、大ピストンのキャップ側に繰返し出入りする圧力水によって、繰返し移動する大ピストンの動きを、大ピストンと小シリンダの組み合わせにより圧力を高め、小シリンダのサージに出入りする水圧流の繰返し変化を出力連絡ホースで外部シリンダのピストンに伝達し、外部ピストンのサージ出力を、一方向の空気流または水圧流とし、空気（風力）モータ、または水力モータを回転させ、風力または水力発電を行う方法。
【請求項３】
受圧ユニットに取り付ける錘ユニットにおいて、受圧ユニット内のピストンに接合し、連動して錘位置を移動させ、受圧ユニットの浮力と重量を、完全には相殺させず、浮力と重量の均衡を意図的に崩し、受圧ユニットを沈降と浮上の工程で、錘ユニットの重量が異なるように受圧ユニットに作用する構造により、急速沈降と急速浮上を可能とし、単位時間当たりの沈降と浮上の回数を増加させ、より効率的な水深の位置エネルギーを取出し、風力、または水力発電の電力を、より多く発生させる方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギー源の開発に関する。
【背景技術】
【０００２】
投込み型圧力式水位計／回路設計
高性能ロードセル型圧力式水位計／開発
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】新・知りたい油圧  基礎編、および  活用編著者／不二越ハイドロニクスチーム
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
深井戸等の貯水を利用して工場形発電を行う。
水深の位置エネルギーを使う発電の原理について述べる。
図1の受圧１ユニット（シリンダ）からの、サージ側（空気）７の出力を、シリンダ出力ホース９を経由した圧力媒体の流れを、逆止弁２の組み合わせで整流し、風力モータ３を回（発電機３２も回す）し、空気補助タンク４に導く。
ここで、例えば、サージ側７の空気容量と空気補助タンクの空気容量を同量にし、受圧ユニット1を水深く沈めてゆくと、キャップ側５へ水深圧力を持った圧力水の侵入により、大ピストン６が押され、サージ側７の空気が圧力を受けて収縮しながら、空気補助タンク４へと移動し押し込まれる。
この時サージ側７の空気容量と、空気補助タンク４の空気容量を同じにしたので、水深２５による圧力が、大気圧の１気圧から２気圧（０.２メガパスカル、水深が約１０メートル）になり、大ピストン６が、完全に終端まで押し込まれ、サージ側７の空気は完全に押し出され、残量がゼロとなる。
サージ側７の空気が整流部２を経由して空気（風力）モータ３を回し（発電機３２も回転）、補助空気タンク４へ、大半の空気が移動する。
そのため、空気補助タンク４内の空気は、圧力が高まり、約２気圧（０.２メガパスカル）へと昇圧する。
受圧ユニット（シリンダ）１の、水深を浅く（引き上げ）、水面まで上昇させると、今度は、キャップ側５の圧力水は、大ピストン６を押す力が無くなるので、圧力の高い補助空気タンク４から、空気がサージ側７に向け、整流部２を通し、空気モータ３を回転させ（発電機３２も回転）て、受圧ユニット（シリンダ）１のサージ側７に空気が戻り、大ピストン６を押し戻す。
この一連の動作が基本的な動作である。
受圧ユニット1は、収集する電力出力３３を出来るだけ大きくするため、サージ側７の空気量を大容量とし、空気モータを大きな力で動かすことが目標なので、サージ側７の空気量を大容量で、大浮力にして、大きな力で引き下げる必要がある。
大ピストンのキャップ側５に侵入する圧力水の、大ピストン６を押す力で、サージ側７の空気が無くなると、大浮力が完全に無くなり、受圧ユニット1の本来の重量だけが残る。
そのため、受圧ユニット１を引き下げた大きな力を取除かなければ、今度は受圧ユニット1を引き上げる際に、大きな力での引き上げが必要になる。
大きな力で受圧ユニット浮沈させるのは意味がなく、受圧ユニットを小さな力で浮沈させた上で、大きな力の水深圧力を使って空気モータを回転させ、大容量の発電をさせる目的が実現出来ない。課題1
【０００５】
ちなみに、大ピストン６の受圧面積を２平方メートルとし、サージ側の容量を２立方メートルとすると、受圧ユニットの浮力の変化は２トンとなり、受圧ユニットの水深変化は0から10メートルなので0から1気圧（0.1メガパスカル）の受圧（大ピストン６の受圧力は２０トン）で、約２立方メートルの空気移動となる。
大ピストン６の受圧1気圧（0.1メガパスカル）と、圧縮空気の流量２立方メートルでも、単位時間当たりの計算となるので、大きな発電３３を行うことは出来ない。
本発明では、大ピストン６の受圧面積を１００平方メートルとし、サージ側の容量を１０００立方メートル以上にすることを目標にしている。
その為、大きな出力を得るための、受圧力、流量、単位時間当たりの速度について考察を加えて能力を上げ、機能強化を図る必要がある。課題2
【課題を解決するための手段】
【０００６】
まず図２により、受圧ユニット（シリンダ）1で、サージ側の空気7が無い時（基本的な重量）を水中に沈めた場合の重量を、重量補正用の空気タンク８と重量調整錘１２を取付けて調整し、水中における受圧ユニット1の重量と空気タンク８の浮力とを一致させ、見かけ重量をゼロにする。
【０００７】
次に、受圧ユニットの水深を下げた場合、水深圧力によって、大ピストン６が移動し、サージ側７の空気が減少し、浮力が小さくなるのを、受圧ユニット１に取付ける錘ユニット１1で浮力減少に見合って錘の重量が減る構造にして、水面から水底まで連続して浮力を打ち消す。
【０００８】
受圧ユニット１を深く沈めるに当たって、大ピストン６が押し込まれ、サージ側7の空気が減少し、浮力が減少するにあたり、空気移動のためのタイムラグがあるので、大ピストン６が押し込まれる速度が遅くなり、浮力の減少も遅くなる傾向があり、錘ユニット１1で打ち消す効果が、遅れて発生するため、浮力の方が一定の時間内で大きい状態が残る。
そのため、受圧ユニット１が直ぐに沈降しない状況が現れる。
これには、大ピストン６の動きを利用して、大ピストン６連結軸２６に錘ユニット１２の吊り下げワイヤ１６を直接に接続し、錘ユニット１１の重量を、少しだけ重くしておき、大ピストン６が遅れて正常位置に押し込まれてきたときに、錘ユニットの発生する重量が本来の重量値になり、浮力を打ち消すように工夫した。
【０００９】
この本来の重量値にする処を、もう少し工夫する。
錘ユニットが受圧ユニット１に掛かる錘の量を、大ピストン６の移動が遅れている状態で、錘１１が、かなり多く吊下げられ、大ピストン６の移動が、遅れを取り戻して本来の位置に来た時、錘１１の本来の重量値にすべき処を、重量が少し軽めになるような構造の工夫をすれば、引き揚げるときに、浮力の力の方を大きくすることも可能となり、受圧ユニット1を降下させるときに速く降下させ、引き揚げるときにも、速く引き上げることが出来るようになる。
これらの効果により、受圧ユニット1の水中に於ける、総合的（錘ユニット１１を含め）に重量をコントロールすることができ、受圧ユニット1の全体を、小さな力（小外力１０）で浮沈させることが出来るようになる。
【００１０】
しかし、この運用方法では、受圧ユニットを水深０から１０メートルまでの範囲でしか運用できない。
そこで、空気ボンベ１３とリリーフバルブ１４を補助空気タンク４に接続し、リリーフバルブ１４により圧力調整を行うことにより、受圧ユニット１の運用の上限（水面）から、水中深く移動させることが出来る。（使用する空気ボンベ１３の空気は漏れ以外に減少しないので、少量でよい。）
例えば、リリーフバルブ１４の調整で補助空気タンク４（受圧ユニット1のサージ７も同圧力になる）を５０メートルの水圧に相当する6気圧（０．6メガパスカル）にすると、受圧ユニット１の運用範囲が水深５０から１００メートルになり、大きな水圧が受圧の対象となる。
【００１１】
しかしこの点にも、まだ少し問題がある。
例えば受圧ユニットを５０メートル（６気圧０．６メガパスカル）から急速に１００メートル（１１気圧１．１メガパスカル）相当に沈めた場合、空気移動のためのタイムラグがあって、当初は差分の５０メートル（６気圧０．６メガパスカル）に相当する圧力で大ピストン６のサージの空気が移動し、大きな風力回転で発電するが、時間と共に、補助空気タンクの圧力が同じ圧力に追いついてきて、間もなく空気の圧力に差が無くなり、風力の力が失せてしまう。
【００１２】
この問題に対する対策は、空気補助タンク4の空気の容量を大ピストン６のサージの空気量の数倍を確保することにより、問題を解消出来る。
例えば、空気補助タンク4の容量を大ピストン６のサージの３倍すると、通常の受圧ユニットの運用範囲は（６気圧相当０．６メガパスカル）５０から7０メートル（８気圧０．８メガパスカル）と狭くなる。
【００１３】
しかし、これに構わず、５０メートル（６気圧０．６メガパスカル）から急速に１００メートル（１１気圧１．１メガパスカル）の範囲で受圧ユニットを運用することにより、５０メートルからの差分（５気圧０．５メガパスカル）から終端で（３気圧０．３メガパスカル）まで、勢いよく空気が移動し、大きな風力回転で発電する。
なお、水深に制限はなく５０メートル（６気圧０．６メガパスカル）から急速に２００メートル（２１気圧２．１メガパスカル）に拡大して運用することも可能である。
ちなみに、この例だと、５０メートルからの差分（１５気圧０．５メガパスカル）から終端で（３気圧０．３メガパスカル）まで、勢いよく空気が移動し、大きな風力回転で発電する。
【００１４】
この方法では、受圧ユニット１を引き上げ浮上させる過程では、補助空気タンク４から出てくる空気の力が弱いため、ほぼ、沈降の過程が主として、空圧モータ３を回転させ、発電させることになる。
【００１５】
図5に受圧ユニット１の２台を、井戸の釣瓶の如く使用した例を示す。
この方法では、２台の片方が、必ず沈降の過程となるので、絶え間なく発電が出来る。
また、出力を小シリンダ１８で昇圧し小ピストンのサージ２０に液体（水を予定）を使用し、水上にて、外部小シリンダ２８の小ピストン２７で、液体と空気の変換（低損失の圧力伝達）を行っている。
【００１６】
ちなみに、水上まで小ピストン１９の動きが、出力連絡ホース９を経由して液体により、外部小シリンダ２８のピストン２７に伝達されるので、出力連絡ホース９の距離が長く、圧力媒体の容量が大きくなると、気体の弾性で圧力伝達が減少するので、液体を圧力媒体にする方が良い。
外部小シリンダ２８のピストン２７に受圧ユニットの小ピストン１９の動きが伝達されているので、外部小ピストンのサージの媒体を選定することが出来、空気流としての使用だけでなく、水流に変換するのも何ら問題は無い。
その為、空気（風力）モータ３の代わりに、水流を利用した水力発電も行える。
【００１７】
図２によると、受圧ユニット１内に、大ピストン６を使用しているが、大シリンダ１と大ピストン６の使用には限定されない。
図３ではダイヤフラム２１を採用した方法の1例を示す。
この方法では、ダイヤフラム２１の代わりに、蛇腹型ベロフラムを使用でき、大シリンダ1の使用に比べると、製造コストは大幅に下がる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、図２の受圧ユニット１の、水中における浮力を補正する錘ユニット１１を使って、見かけ浮力（重量）を極小にすることにより、少ない外力１０の入力で、大きな水深の位置２５による出力９を取り出すことが出来、多くの電力３３を得ることが出来る。
【００１９】
ちなみに、受圧ユニット１から取り出すエネルギーの量は、大ピストン６の断面積と、キャップ側５の圧力水による圧力の大きさと、単位時間当たりに圧力水５が流入し流出する量、との関係なので、受圧ユニット１を大型化して、流入流出量５を拡大し、受圧ユニットを深い位置まで運用２５して受圧する圧力を拡大し、急速に沈め、急速に浮上させる事で、単位時間当たりの繰返し回数を増加させる事で、大きな電力を得ることが出来る。
【００２０】
仮に図5の如く構成した、出力水９の取り出し方法では、受圧ユニット１の大ピストン６の断面積を２平方メートルとし、大ピストンのキャップ５の容積を２立方メートルとし、受圧ユニット１の運用深さを１００メートルとし、浮沈の繰返しを２分間隔で繰返すと、得られる出力水９の、エネルギーの大きさ、キロワットの計算式は、大ピストン６のキャップ５の入力換算で、次のようになる。
ＫＷ＝Ｐ（ＭＰａ）×Ｑ（Ｌ／ｍｉｎ）／６０
＝１ＭＰａ＊（2０００Ｌ／２ｍｉｎ）／６０＝16ＫＷ  となる
ここで、大径シリンダ1の大きさを１０×２０×２０メートル、つまり４０００立方メートルにすると２０００倍の大きさとなるので、３３、０００ＫＷとなる。
希望的な考えでは、さらに５倍程度の規模のものを作ることも可能と考える。
なお、小シリンダ１８を使って高圧化するのは、出力連絡ホース内に液体を使えるようにすることで、出力（液）の弾性を減らし、扱う流量を極力減らして装置の大型化を極力抑える効果を得るのを目的とした。
【００２１】
大規模化を図るには、幾つもの受圧ユニット１を並列に並べ、多数個の出力を並列に接続し、全体を一つの受圧ユニットとして、規模の拡大を図るのも可能である。
【００２２】
本発明の図２、および図３の特徴は、受圧ユニット１と補助空気タンク４との間に発生する空気流を利用しており、空気は外部に放出されないので、一般的な風力発電のように、大きな騒音は起こらず、小さな騒音になる。
化石燃料や核物質を使わないのでクリーンであり、炭酸ガスも発生しない。
火災の危険は少なく、暴発する危険は格段に少ないので安全性が高い。
【００２３】
本発明の装置はダム、湖、池等に設置出来るが、重要なことは、ダム、湖、池が無くても、荒れた土地、街に近い処でも良く、水脈の無い台地であっても建設が出来る。
水流、風、地熱、波浪に関係がなく、昼夜の全日において、発電が可能である。
【００２４】
本発明の装置の占有面積は、太陽光発電よりも、スペース効率を良く出来る筈である。
大規模な深井戸を作って、水で深井戸を満たし、装置を動作させれば発電が出来るが、絶えず水を浄化する装置は欠かせない。
運用するための電力は、作り出した電気で賄えば良い。
【００２５】
本発明の運営形態は、大規模な深井戸、貯水槽での運転を目標とするが、真の形態は、深井戸の貯水槽と発電工場をセットにして、水力発電または風力発電の工場として行うことが目標である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】水深の位置エネルギーを使う発電の原理
【図２】受圧ユニットの浮力対策図
【図３】ダイヤフラム利用の方法図
【図４】大と小シリンダでの運用方法図
【図５】２台の受圧ユニットでの運用図
【実施例】
【００２７】
受圧ユニットの、重量と浮力の変化を補正する、重量補正用の空気タンク８と、錘ユニット１１を取付けることにより、水深位置の、どの位置においても、重量と浮力の均衡を維持させることが出来、ワイヤの小さな外力４で、水深位置の大きな水圧エネルギーを得て水力発電または風力発電をすることが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
ダムや湖が無くても、大規模な深井戸などで、受圧ユニット1を使い、水深の、大きな位置エネルギーを取り出すことにより水力発電、または風力発電を可能にする。
【符号の説明】
【００２９】
１    １受圧ユニット（シリンダ）
２    逆止弁          
３    空気（風力）モータ            
４    補助空気タンク    
５    大ピストンのキャップ側        
６    大ピストン
７    大ピストンのサージ              
８    重量調整空気タンク
９    シリンダ出力ホース                
１０  受圧ユニット吊下げワイヤ            
１１  錘ユニット    
１２  重量調整錘                  
１３  空気補充ボンベ        
１４  リリーフバルブ
１５  錘載せ台
１６  錘吊下げワイヤ
１７  シリンダ連結軸
１８  小シリンダ
１９  小ピストン
２０  小ピストンサージ
２２  大気連通ホース          
２３  大気取り入れ口          
２４  受圧ユニットの重量調整部品
２６  受圧ユニット（大ピストンと小径シリンダの連結形）
２７  外部小ピストン                
２８  外部小シリンダ
２９  外部小ピストンキャップ                    
３０  外部小ピストンサージ                
３１  釣瓶                    
３２  発電機
３３  電力の出力                  
【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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