(57)【要約】      （修正有）【課題】構造が簡単、コンパクトで、直線運動の回転運動への変換を効率よく行え、動作の信頼性が高くて、全体が一体化した閉鎖構造を採用可能な液体力発電装置および液体力発電システムを提供する。【解決手段】液体力発電装置LGは、可動液体槽1、直線−回転変換機構2、液体導入手段3、制御手段4、液体排出手段5、液体槽復帰手段6および発電機7を具備している。可動液体槽1は、上下動が可能である。直線−回転変換機構2は、雄ねじ軸21および雌ねじ体22を備え、可動液体槽の上下動に連動して回転出力を発生する。液体導入手段3は、可動液体槽が上昇位置にあるときに液体を導入する。制御手段4は、液体入った可動液体槽を上昇位置から降下させる。液体排出手段5は、可動液体槽が降下したときに液体を排出させる。液体槽復帰手段6は、降下して可動液体槽を上昇させて元の位置に戻す。発電機7は、直線−回転変換機構の回転出力により発電する。【選択図】図１
2013137013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下動が可能な可動液体槽と；
雄ねじ軸および雄ねじ軸に螺合した雌ねじ体を備え、雄ねじ軸および雌ねじ体のいずれか一方が可動液体槽に連動して軸方向に変位し、これに伴い他方が回転出力を発生する直線−回転変換機構と；
可動液体槽が上昇位置にあるときに内部に流体を導入する液体導入手段と；
液体が導入された可動液体槽を上昇位置から降下させる制御手段と；
可動液体槽が降下したときに内部の液体を排出させる液体排出手段と；
降下して排水された可動液体槽を上昇させて元の位置に戻す可動液体槽復帰手段と；
直線−回転変換機構の所望の回転出力により駆動されて発電する発電機と；
を具備していることを特徴とする液体力発電装置。
【請求項２】
直線−回転変換機構は、その出力端と発電機との間に介在するクラッチ手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の液体力発電装置。
【請求項３】
可動液体槽復帰手段は、可動液体槽を外側から包囲するとともに可動液体槽内から排出された排出液体を貯留する外槽および可動液体槽を外槽内で排出液体に浮上させるフロートを備えていることを特徴とする請求項１または２記載の液体力発電装置。
【請求項４】
可動液体槽およびフロートは、一体化されて可動質量体を構成し；
外槽は、可動質量体の可動範囲において可動質量体をその外側から包囲する；
ことを特徴とする請求項３記載の液体力発電装置。
【請求項５】
外槽は、フロートの動作領域に対向するフロート包囲部の水平投影面積が、可動液体槽の水平投影面積以下であり；
可動液体槽およびフロートは、それらの上下方向の移動距離以上離間するとともに、可動液体槽内に導入される液体の質量をＱ（kg）、可動質量体の質量をｍ（kg）およびフロートの浮力（‐kg）の絶対値をＢとしたとき、
（数式１）          ０．４Ｑ≦ｍ≦Ｑ
（数式２）          ｍ２＜Ｂ
の各条件を同時に満足することを特徴とする請求項３または４記載の液体力発電装置。
【請求項６】
フロートは、その液体に対する浮力が可動液体槽の上昇時に、下降時におけるのと略同等の発電機による発電を行えない程度に小さいことを特徴とする請求項３ないし５のいずれか一記載の液体力発電装置。
【請求項７】
フロートは、可動液体槽を排出液体に浮上させる浮力に加えて発電機による発電を可能にする浮力をも有していることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか一記載の液体力発電装置。
【請求項８】
請求項３ないし７のいずれか一記載の液体力発電装置の複数が外槽で直結し、かつ多段発電を行うことを特徴とする液体力発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水などの液体を利用して発電する液体力発電装置およびこの装置を用いた液体力発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
受水槽とバランサーをベルトで結び、ベルトの中間部をプーリーで吊り、プーリーを発電機の回転軸に取り付ける。そして、受水槽が上の位置にあるときに水槽から定量水栓を経由して水を注入する。これにより受水槽の重量がバランサーのそれより大きくなってバランサーより重くなるので、受水槽が下がる。受水槽が地面に到達すると、受水槽の底を構成する蓋の下面に設けた突起が上方へ押し上げられる。その結果、受水槽内の水が放出され、受水槽が軽くなるので、バランサーの重量が勝るので、受水槽が引き上げられて、元の状態に復帰する。以上の動作を繰り返す。受水槽の上下によりベルトがプーリーを回転させるので、発電機が駆動されて発電することができる。
【０００３】
上述の構成において、バランサーに代えて第２の受水槽を用いることにより、２個の受水槽に定量水栓を経由して交互に水を注入すれば、各受水槽の下降時に加えて上昇時にも発電することが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−０９０４７０号公報
【特許文献２】特開２００５−２５６８３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記いずれの従来技術であっても、プーリーの回転数および発電時間を所要の程度まで得るためには、受水槽の移動距離を例えば１０ｍといった高さに設定する必要があり、その結果装置が大型化する。そのため、設置場所が限られるとともに、装置が大型化する割りに得られる発電量が少ない。
【０００６】
また、受水槽の下降時に続いて上昇時にも発電するためには、ベルトの両端に２個の受水槽を振り分け取り付けて交互に注水するように構成する必要があり、この点においても装置の大型化が助長されてしまうとともに、設置場所が限定されてしまう。
【０００７】
さらに、可動部が外部に対して露出しているので、人が接近するような位置に設置することができないばかりでなく、運転時の騒音が問題になりやすいし、加えて運搬、組立および、設置に困難をともないやすい。
【０００８】
本発明は、構造が簡単、かつコンパクトで、直線運動の回転運動への変換を効率よく行えるとともに、動作の信頼性が高くて、全体が一体化した閉鎖構造を採用しやすくなり、しかも多様な液体源および多様な発電能力に適応させやすい液体力発電装置およびこれを用いた液体力発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の液体力発電装置は、可動液体槽、直線−回転変換機構、液体導入手段、制御手段、液体排出手段、可動液体槽復帰手段および発電機を具備している。可動液体槽は、上下動が可能である。直線−回転変換機構は、雄ねじ軸および雄ねじ軸に螺合した雌ねじ体を備え、雄ねじ軸および雌ねじ体のいずれか一方が可動液体槽に連動して軸方向に変位し、これに伴い他方が回転出力を発生する。液体導入手段は、可動液体槽が上昇位置にあるときに内部に液体を導入する。制御手段は、液体が導入された可動液体槽を上昇位置から降下させる。液体排出手段は、可動液体槽が降下したときに内部の液体を排出させる。可動液体槽復帰手段は、降下して排液された可動液体槽を上昇させて元の位置に戻す。発電機は、直線−回転変換機構の所望の回転出力により駆動されて発電する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の液体力発電装置によれば、内部に液体を導入して所定の質量にした可動液体槽を所定位置まで降下させた際に、雄ねじ軸および雄ねじ軸に螺合した雌ねじ体を備えた直線−回転変換機構を用いて可動液体槽の降下運動をトルクに変換して発電するので、構造が簡単で、全体がコンパクトになり、直線運動の回転運動への変換を効率よく行えるとともに、動作の信頼性が高くて、全体が一体化した閉鎖構造を採用しやすくなり、しかも多様な液体源および多様な発電能力に適応させやすい液体力発電装置およびこれを用いた液体力発電システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の液体力発電装置の第１の実施形態に係わる正面縦断面図である。
【図２】図１のII−II´線に沿う断面図である。
【図３】図１のIII−III´線に沿う断面図である。
【図４】同じく直線−回転変換機構を示す（ａ）拡大横断面図および（ｂ）拡大要部縦断面図である。
【図５】本発明の液体力発電装置の第２の実施形態に係わる正面縦断面図である。
【図６】本発明の液体力発電装置の第３の実施形態および本発明の液体力発電システムの第２の実施形態に係わる正面縦断面図である。
【図７】本発明の液体力発電装置の第４の実施形態に係わる正面縦断面図である。
【図８】同じく図７のVIII−VIII´線に沿う断面図である。
【図９】同じく図７のIX−IX´線に沿う断面図である。
【図１０】同じく直線−回転変換機構の拡大一部断面正面図である。
【図１１】同じく液体力発電装置の発電動作を説明するタイミングチャートである。
【図１２】本発明の液体力発電装置の第５の実施形態に係わる正面縦断面図である。
【図１３】同じく平面図である。
【図１４】本発明の液体力発電システムの第１の実施形態に係わる正面縦断面図である。
【図１５】同じく各液体力発電装置の連係動作を説明するタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［液体力発電装置の第１の実施形態］
第１の実施形態において、液体力発電装置LGは、図１に示すように、可動液体槽1、直線−回転変換機構2、液体導入手段3、制御手段4、液体排出手段5、可動液体槽復帰手段6および発電機7を具備している。本実施形態は、本発明の液体力発電装置を具現化したものであり、また本発明の液体力発電システムを実施する際にシステムを構成する一要素として用いることができる。以下、図１ないし図４を参照して各構成要素の構成および動作について説明する。なお、本発明において、液体とは、最適には水（水道水、工業用水および海水などを含む。）であるが、その他として例えばアルコール類、油類、液化ガスおよび液体窒素などであってもよい。
【００１３】
〔可動液体槽1〕
可動液体槽1は、図１に示すように、上下動が可能であるように配設されている。また、その内部には液体が導入されて、少なくとも降下時においてそれを貯留することができる。そして、内部に液体を貯留した状態で発電に必要な所定の質量を得るとともに降下することができる。また、内部に貯留した液体を上昇時には排出して元の位置に戻ることができる。
【００１４】
また、可動液体槽1は、適宜の材料を用いてこれを形成することができる。例えば、ＦＲＰ（強化プラスチックス）、金属、窯業材料および木材などを用いることができる。しかし、所定位置まで降下した後、再び上昇させて元の発電開始位置に復帰する際の運動エネルギーをなるべく少なくしたり、後述するように浮力によって可動液体槽の上昇時にも発電するように構成したりするためには、可動液体槽1が軽量であるのが好ましく、このためにＦＲＰ、軽金属およびＳＵＳ（ステンレス鋼）を主材料として形成されているのが好ましい。上述とは反対に、可動液体槽1の降下時における液体量の使用量をなるべく低減して所望量の発電を行うためには、許容範囲内で可動液体槽1の質量を大きく設定するのが好ましい。可動液体槽1を所望の質量にするために、可動液体槽1の材質およびまたは肉厚を所望の値に設定するだけでなく、所望により可動液体槽1にバラストを付加することが許容される。なお、ＦＲＰに用いる強化繊維には、ガラス、炭素および金属酸化物などの無機質繊維を用いることができる。また、軽金属としてはアルミニウム（Al）、チタン（Ti）およびマグネシウム（Ma）あるいはこれらの１種または複数種を成分として含む合金を用いることができる。
【００１５】
さらに、可動液体槽1は、その内容積および形状が特段限定されない。そして、発電容量に応じて適当な内容積、延いては可動液体槽1の平面視における面積例えば直径と、高さとを適宜選定することができる。
【００１６】
図示の実施形態において、可動液体槽1は、有底円筒状をなした本体部1aおよび蓋部1bを有しているとともに、重心位置を包囲するように貫通部1cを備えていて、全体として円盤状または貫通部1cの孔隙が小さく変形したドーナッツ形状をなしている。なお、貫通部1cの内部は、可動液体槽1の外部となり、そこに後述する直線−回転変換機構2が好ましくは液体に触れないように挿通する。また、蓋部1bは、可動液体槽1内部のメンテナンスのために本体部1aに対して着脱可能に構成することができる。
【００１７】
さらにまた、可動液体槽1は、降下に先行してその内部に液体を導入し、かつ降下終了後に内部の液体を排出するために、液体導入孔1dおよび液体排出孔1eを有している。図示の実施形態において、液体導入孔1dは、蓋部1bに形成されている。また、液体排出孔1eは、本体部1aの底部に形成されている。なお、液体導入孔1dおよび液体排出孔1eは、所望スピードで、かつ円滑な液体の導入／排出を達成するために、適宜の開口面積および数として設定することができる。図示の実施形態においては、液体導入孔1dおよび液体排出孔1eが重心位置の周囲に９０°間隔で各４個分散して形成されている。
【００１８】
〔直線−回転変換機構2〕
直線−回転変換機構2は、可動液体槽1の少なくとも降下運動をトルクに変換する手段であり、雄ねじ軸21およびこの雄ねじ軸21に螺合した雌ねじ体22を備えて構成されている。そして、雄ねじ軸21および雌ねじ体22のいずれか一方が可動液体槽1に取り付けられるなどにより可動液体槽1に連動するが不回転であり、他方が固定位置に止まるが回転自在に支持される。すなわち、本発明において、直線−回転変換機構2は、可動液体槽1の少なくとも降下時の直線運動を回転運動に変換する機構として機能する。そうして、直線−回転変換機構2の回転出力すなわちトルクを後述する発電機5に伝導することで、これを駆動して発電することができる。
【００１９】
直線−回転変換機構2を可動液体槽1に配設する位置は、本発明において一般的には特段限定されない。しかし、好適には可動液体槽1の重心位置である。このように重心位置に直線−回転変換機構2を配設する場合、単一の直線−回転変換機構2を用いるだけでよいし、しかも直線−回転変換機構2の動作が最も安定する。
【００２０】
図示の実施形態において、雄ねじ軸21は、図１に示すように、その両端が軸受23、24により固定位置において回転自在に支持されているとともに、中間の有効長の部分に、図１に拡大して示すように、雄ねじ溝21aが連続して形成されている。また、図示の実施形態おいては、雄ねじ軸21の上端から上方へ同心関係の回転軸25すなわちプーリー軸が一体的に延長している。この回転軸25は、図４に示すように、その上端が軸受26により支持され、外周に雄ねじ溝21aが形成されていないとともに中間部に後述する第１のプーリー711aを装架している。
【００２１】
雌ねじ体22は、図４に拡大して示しているところから理解できるように、中央に形成された貫通孔を有し、その内面に雌ねじ溝22aが形成されているので、ナットと称することができる。そして、雌ねじ体22は、雌ねじ溝22aが雄ねじ軸21の雄ねじ溝21aに螺合していて、雄ねじ軸21に対してフリーな状態において、雄ねじ軸21の長手方向に沿って滑動して移動可能になっている。なお、上述と反対に、雌ねじ体22が回転することなしに雄ねじ軸41に沿って上記のように滑動すると、雄ねじ軸41は回転する。
【００２２】
雄ねじ軸21の雄ねじ溝21aおよび雌ねじ体22の雌ねじ溝22aのそれぞれのリード角は、本発明において特段限定されない。リード角が相対的に大きいと、滑り抵抗（摩擦抵抗）が相対的に小さくなり、単位直線距離当たりで得られる回転数が相対的に少なくなるがトルクは相対的に大きくなる。反対に、リード角が相対的に小さいと、滑り抵抗（摩擦抵抗）が相対的に大きくなり、単位直線距離当たりで得られる回転数が相対的に多くなるが、得られる１回転当たりのトルクが相対的に小さくなる。しかし、直線−回転変換機構2において、例えば雌ねじ体22の雌ねじ溝22aにボールベアリングを介在させて雌ねじ溝を形成して滑り抵抗を低減する既知のボールねじなどを採用することができることはよく知られている。そして、この手段を所望によって採用することにより、滑り抵抗が顕著に小さくなるので、雄ねじ軸21および雌ねじ体22のリード角が相対的に小さくても、単位直線距離当たりで得られる回転数およびトルクをともに相対的に大きくすることができる。したがって、以上の事情を勘案すると、本実施形態において、雄ねじ軸21および雌ねじ体22のリード角は、約１０°程度以上であればよい。しかし、好ましくは約15〜25°程度の範囲内である。
【００２３】
また、直線−回転変換機構2は、前述のとおり可動液体槽1の内部および外部のいずれにも配設することが許容される。水槽1の内部に配設すれば、水力発電装置LGの構造が簡単になる。また、例えば図１に示すように、可動液体槽1の外部に配設すれば、液体に接触しないようにできるので、直線−回転変換機構2の耐久性が高くなるとともに、そのメンテナンスが容易になるばかりか、直線−回転変換機構2の動作によって液体が汚れる心配がなくなる。
【００２４】
さらに、直線−回転変換機構2は、雌ねじ体22が可動液体槽1の上下方向の直線運動に１対１の連動比率で連動する場合、可動液体槽1の上下の直線移動距離に等しい雄ねじ軸21の有効長さがあればよい。しかし、例えばリンク機構やレバー機構などを介して雌ねじ体22が可動液体槽1の直線運動に連動する場合のように、可動液体槽1および雌ねじ体22の連動比率が１対１より小さくなるときには、雄ねじ軸21の有効長さも同じ比率で小さくてもよい。反対に、連動比率が１対１より大きくなるときには雄ねじ軸21の有効長さも同じ比率で大きくする必要がある。図示の実施形態においては、連動比率が１対１であり、直線−回転変換機構2は、そのねじ軸21が可動液体槽1を貫通し、雌ねじ体22が可動液体槽1の底部に固定されている。
【００２５】
直線−回転変換機構2の雄ねじ軸21を回転自在に支持する手段は、本発明において特段限定されない。図示の実施形態においては、雄ねじ軸21の両端を軸受23、24により回転自在で、かつ軸方向の移動を阻止しながら回転自在に支持されている。
【００２６】
さらにまた、直線−回転変換機構2は、図示の実施形態において、その雄ねじ軸21を上述のように支持することによって可動液体槽1を上下動可能に支持している。また、加えて発電中には負荷が作用して所定量の液体が導入された可動液体槽1の降下速度をほぼ一定に保持するように作用する。
【００２７】
雌ねじ体22は、雄ねじ軸21に対して少なくとも１個を用いるが、所望により複数個の雌ねじ体22を用いることが許容される。例えば、可動液体槽1の上部側および下部側にそれぞれ雌ねじ体22、22を配設することができる。この場合、複数個の雌ねじ体22が雄ねじ軸21に対して可動液体槽1の質量すなわち負荷が作用すると、直線−回転変換機構2の動作に微妙な乱れが生じる虞がある。この対策として、１個の雌ねじ体22のみに負荷が作用し、残余の雌ねじ体22は、負荷に対してフリーにすることで、上記の不都合を回避することができる。なお、負荷に対してフリーにするとは、可動液体槽1の上下動に対して追随するが、雄ねじ軸21との間の回転に対してはフリーになっていることをいう。
【００２８】
図示の実施形態においては、直線−回転変換機構2は、その動作開始が制御手段4によって制御されることにより、可動液体槽1の降下開始のタイミングを所望に制御することができるように構成されている。
【００２９】
〔液体導入手段3〕
液体導入手段3は、可動液体槽1が上昇位置にあるときにその内部に所定量の液体を導入する手段である。可動液体槽1の内部に所定量の液体を導入すると、導入された液体の質量と、可動液体槽1など後述する直線−回転変換機構2に質量が作用し得る可動質量体Mの質量との総和が増大する。なお、図示の実施形態において、直線−回転変換機構2に質量が作用し得る可動質量体Mは、主要な構成要素である可動液体槽1の他に、例えば後述する可動液体槽復帰手段6のフロート62、液体排出管52および電磁バルブ1eが含まれる。そうして、所定量の液体および可動質量体Mが降下する際に、液体の質量Ｑと可動質量体Mの質量ｍとの総和が上記直線−回転変換機構2に作用するので、直線−回転変換機構2から得られる回転出力すなわちトルクが大きくなり、発電電力を大きくすることができる。なお、所定量の液体量は、これを設計値として予め設定してもよいし、運用時に実際の発電量と液体量の相関に基づいて所定量の液体量を求めてから設定できるように構成することもできる。
【００３０】
図示の実施形態において、液体導入手段3は、給液タンク31、液体導入管32、液体センサ33および電磁バルブ34を含んで構成されている。以下、これらの要素について説明する。
【００３１】
給液タンク31は、図示を省略している液体源からの液体を前置的に予め貯留しておく手段である。この給液タンク31を配設することにより、液体の可動液体槽1への導入がスムーズに行われるので、可動液体槽1内に所定量の液体を導入する際に、液体が暴れて可動液体槽1の円滑な降下動作が阻害されるのを回避することができる。その結果、発電が乱れるのを抑制することができる。なお、図中の符号31aは、図示を省略している液体源からの液体の流入管である。
【００３２】
液体導入管32は、給液タンク31に貯留されている液体を可動液体槽1内へ移動させる手段である。なお、液体導入管32の先端を上昇位置にある可動液体槽1の内底部に接近させると、液体導入時に液体が可動液体槽1内で暴れるのをより一層抑制することができる。また、液体導入管32は、図２に示すように、例えば直線−回転変換機構2を中心とした仮想円に沿って９０°間隔で４本配設されていて、液体を分散させて可動液体槽1内へ導入することができる。この点もまた、液体導入時の液体の暴れを抑制しながら導入時間を短縮するのに効果的に作用する。
【００３３】
液体センサ33は、これを可動液体槽1内へ導入する液体を定量管理するのに寄与させることができる。この場合、液体導入管32に液体センサ33を装着するのが好ましい。なぜなら、液体導入管32は、液体力発電装置LGが動作中であっても静止状態にあるので、配線が容易だからである。また、液体センサ33は、液体導入管32の外面に配置することにより、液体導入時に誤動作しにくいので、液面制御の精度が向上する。しかし、所望により液体導入管32の内面または可動液体槽1の壁面に配置することも許容される。
【００３４】
電磁バルブ34は、給液タンク31から液体導入管32への液体の流入をオン（開）、オフ（閉）制御する手段である。すなわち、可動液体槽1内へ液体を導入する際に、電磁バルブ34はオン（開）し、所定量が可動液体槽1内に導入されたときにオフ（閉）する。なお、電磁バルブ34がオンして可動液体槽1内に所定量の液体が導入されると、電磁バルブ34はオフする。
【００３５】
〔制御手段4〕
制御手段4は、液体が導入された可動液体槽1を上昇位置から降下させる手段である。すなわち、可動液体槽1は、上昇位置において所定量の液体が内部に導入されるまではその位置が制御手段4により保持されるが、所定量の液体が導入されると、制御手段4は、可動液体槽1の上昇位置での保持状態を解除する。これにより、可動液体槽1の内部に導入された液体を貯留していることにより、液体の質量Qと可動質量体Mの質量ｍの総和が大きくなっているので、液体および可動質量体Mは、自重により下降を開始する。この下降時に直線−回転変換機構2が動作して可動液体槽1の下方への直線運動を回転運動に変換する。このとき、直線−回転変換機構2は、液体の質量Ｑと可動質量体Mの質量ｍの総和に応じた回転出力すなわちトルクを出力する。
【００３６】
また、制御手段4は、上述から理解できるようにその具体的な構成が特段限定されない。具体的な構成例を示せば、次のとおりである。すなわち、図示の実施形態においては、制御手段4は、直線−回転変換機構2の雄ねじ軸21の回転を強制的に停止させる電磁ブレーキ41を含んでいる。また、雄ねじ軸21の回転を強制的に停止させるために、雄ねじ軸21の上端から同心関係に延長している回転軸25を上記電磁ブレーキ41が拘束して回転不能にするように構成されている。このため、雄ねじ軸21が回転不能になるので、雌ねじ体22が固定されている可動液体槽1の下降を停止させることができる。
【００３７】
なお、以上の関係は、変形例として直線−回転変換機構2の雄ねじ軸21が可動液体槽1に固定され、雌ねじ体22が静止側に回転自在に支持される構成を採用している場合において、雌ねじ体22の回転を制御手段4の電磁ブレーキ41によって回転不能にするようにしても同様である。また、他の変形例として、可動液体槽1を直接的に拘束するように制御手段4を構成して、所定の条件が整うまで可動液体槽1を上昇位置に保持するようにしてもよい。
【００３８】
〔液体排出手段5〕
液体排出手段5は、液体を内部に導入して質量が増大した可動液体槽1を含む可動質量体Mが上昇位置から所定位置まで降下したときに、可動液体槽1内の液体をその外部へ排出させる手段である。この排出により、可動液体槽1を含む可動質量体Mの質量が排出された液体の質量分だけ減少する。
【００３９】
図示の実施形態において、液体排出手段5は、排出管51および電磁バルブ52を含んでいる。排出管51は、可動液体槽1の底部に形成された液体排出孔1eに連通し、さらに後述するフロート62を上下に液密に貫通して配設される。電磁バルブ52は、排出管51内への液体の流れを制御する。
【００４０】
また、液体排出手段5は、所望により排液タンク53を備えることができる。この排液タンク53は、可動液体槽1から排出された液体（以下、排出液体という。）を最終的に液体力発電装置LGの外部へ排出する前に、いったん液体を貯留する手段である。なお、符号53aは、液体の排出管である。液体排出手段5が排液タンク53を備えていることにより、排出液体を再度可動液体槽1に導入して再利用しやすくなる。すなわち、図示を省略しているポンプを用いて排出液体を所望の場所に移送するのが容易になる。なお、所望の場所としては、例えば次に控える他の液体力発電装置または上述の液体力発電装置LGの給液タンク31などであることを許容する。後者の場合、排出液体を次の発電サイクルに使用する液体の一部または全部として再利用することにより、発電中に外部から供給する液体の使用量を応分に節減できる。
【００４１】
〔可動液体槽復帰手段6〕
可動液体槽復帰手段6は、降下したときに内部の液体を排出した可動液体槽1を再び上昇させて元の位置に戻す手段である。本発明において、可動液体槽復帰手段6の具体的な手段は、既知の各種手段を利用することができるので、特段限定されない。例えば、液体の浮力を利用したり油圧手段や圧縮ばね手段などを用いたりして、可動液体槽1を元の上昇位置に戻すことができる。また、浮力を与える液体として可動液体槽1から排出した液体を再利用することができる。可動液体槽1を再び上昇させるのに外部から新たに液体を導入しなくてよいので、好都合である。
【００４２】
図示の実施形態においては、排出液体に可動液体槽1を浮上させたときに、可動液体槽1に作用する液体の浮力によって、可動液体槽1を元の上昇位置に戻すように構成している。以下、詳細に説明する。すなわち、可動液体槽復帰手段6は、外槽61、フロート62、電磁バルブ63および液体遮蔽手段64を含んでいる。
【００４３】
外槽61は、可動液体槽1を上下動可能にその外側から包囲するとともに、可動液体槽1内からの排出液体を一時的に貯留することができる手段である。すなわち、可動液体槽1は、外槽61の内部においては排出液体に浮上した状態において、排出液体の液面の上昇に伴って上昇することができる。なお、可動液体槽1の外槽61内での移動をスムーズに行えるようにするために、所望によりガイド手段61aを両槽1、61間に形成される隙間内に配設することができる。図１ないし図３に示す実施形態において、ガイド手段61aは、ガイドレール61a1およびローラー61a2を備えている。ガイドレール61a1は、外槽61の内面の上下方向に沿って配設されている。ローラー61a2は、ガイドレール61a1に嵌合するように可動液体槽1の外側面に配設されている。また、ガイド手段61aは、図２および図３に示すように、平面視において内面が円形の外槽61と外面が円形で外槽61の内部に同軸関係に配設された可動液体槽1との間のなるべく狭くした環状の隙間内において軸方向に延在して配設されていて、かつ軸の周囲において互いに90°間隔で４組が分散して配設されている。
【００４４】
また、外槽61は、可動液体槽1およびフロート62をその上下動範囲において外側から包囲しているとともに、可動液体槽1から排出された液体を受容する。なお、可動液体槽2、フロート61および排出管51を主な構成要素として一体化されて可動質量体Ｍを構成している。可動質量体Mは、外槽61内を上下動運動し、外槽61がこれらの一体化された部材の外側を包囲する。そして、可動質量体Mの質量が発電時の運動エネルギーを供給する質量の一部を構成する。排出液体によってフロート61に作用する浮力が可動質量体Mの質量を上回る条件を満足するときに、降下した可動液体槽1を排出液体によって上昇させることが可能になる。
【００４５】
さらに、図示の実施形態において、外槽61の開口端は、蓋部61bにより閉鎖されている。蓋部61bを外槽61に対して開閉可能に構成することにより、外槽61内の点検および修理などの際に便利である。
【００４６】
フロート62は、外槽61内に一時的に滞留する排出液体に可動液体槽1を浮上させるための手段である。そして、降下した可動液体槽1を元の上昇位置に戻すのに寄与する。また、フロート62の内容積を図１に示している実施形態のように大きくして、フロート62の浮力を、可動液体槽1を浮上させるのに必要な最低限の値よりさらに大きく設定すれば、主としてフロート62に作用する浮力が大きくなるため、この浮力によって可動液体槽1が上昇する際にも直線−回転変換機構2を介して発電することが可能になる。この結果、可動液体槽1の降下時に連続して上昇時にも発電することが可能になる。なお、上昇時の発電量は、下降時の発電量と同等であるのが好ましいが、同等以下であっても差し支えない。
【００４７】
また、フロート62は、可動液体槽1の底部に接合することでフロート62と可動液体槽1とが一体に結合しているのが好ましい。この結合態様により、フロート62による可動液体槽1の押し上げ作用が効果的に行われる。なお、可動液体槽1とフロート62が結合していることにより、両者の動きが一緒になる。ただし、フロート62は、図１に示すように可動液体槽1の底部に密着しているだけでなく、例えば図６に示し、かつ後述するように、両者が離間していても結合していれば、両者は一緒に動くので、可動液体槽1を上昇させるのに差し支えない。
【００４８】
本実施形態において、可動質量体Mは、その質量ｍが可動液体槽1内に導入された液体の質量Ｑと合算されて降下時に発電に寄与する質量を提供する。
【００４９】
さらに、図示の実施形態において、可動液体槽1からの排出液体が液体排出手段5の排出管51を介して外槽61の内部に排出されると、これに伴いフロート62が排出液体の液面に浮上する。そして、外槽61内部の排出液体の液面が上述の排出過程の際に上昇することにより、フロート62に結合する可動液体槽１が連動して上昇位置へ向けて移動する。なお、上昇位置に移動した可動液体槽1を制御手段4の電磁ブレーキを作動させて直線−回転変換機構2を拘束すれば、次に内部に所定量の液体が導入されるまで可動液体槽1をその位置に確実に保持することができる。
【００５０】
電磁バルブ63は、外槽61の底部65の排液口をオン、オフ制御するように配設されている。したがって、電磁バルブ63がオン（開）すると、外槽61内の排出液体が排液タンク53内へ移動する。
【００５１】
液体遮蔽手段64は、可動液体槽1が外槽61の内部を上下動した際に、液体および／または液体の飛沫や蒸気が直線−回転変換機構2に付着ないし接触しないように直線−回転変換機構2を包囲して遮蔽する手段である。例えば、ベローズおよび液密テレスコピック機構などを用いることができる。
【００５２】
図示の実施形態において、液体遮蔽手段64は、上下に分離して配置された一対のベローズからなる。そして、一方のベローズが外槽61の蓋部61b内面と可動液体槽1の蓋部1b外面との間で直線−回転変換機構2の雄ねじ軸21の上部側を包囲し、他方のベローズが可動液体槽1の本体部1aの底部外面と外槽61の底部61c内面との間で直線−回転変換機構2の雄ねじ軸21の下部側を液密に包囲している。
【００５３】
〔発電機7〕
発電機7は、直線−回転変換機構2の所望の回転出力すなわちトルク出力により駆動されて発電する手段である。なお、上記の所望とは、可動液体槽1の降下時にのみまたは降下時および上昇時のいずれにおいても発電するようにしてもよいことを意味する。
【００５４】
図示の実施形態において、発電機7は、トルク伝達部71および発電機本体72を備えて構成され、上記各部材の一部または全部がケーシング9内に収納されている。なお、ケーシング9は、給液タンク31および外槽61と一体をなしていて、好ましくはそれらと同径である。発電機7は、可動液体槽1の少なくとも降下動作を直線−回転変換機構2によって回転運動に変換して得た回転出力すなわちトルク出力により駆動されて発電する。発電機7は、直線−回転変換機構2に直結して配設されてもよいし、離間位置で配設されてもよい。図示の実施形態において、発電機7は、後者の態様であり、トルク伝達部71を介して間接的に駆動されるように構成されている。
【００５５】
（トルク伝達部71）
トルク伝達部71は、直線−回転変換機構2に生じた回転出力（トルク）を取り出して、発電機7を所要の回転数で駆動する手段である。また、トルク伝達部71は、その機能が、トルク取出部711、回転方向切替部712および増速器713により構成されている。以下、上記各機能部分について説明する。
【００５６】
トルク取出部711は、直線−回転変換機構2からトルクを取り出すための機能要素であり、本実施形態において、その具体的な構造は特段限定されない。例えば、図１に示す実施形態のように第１および第２のプーリー711a、711bとタイミングベルト711dとにより構成されている。第１のプーリー711aは、直線−回転変換機構2の雄ねじ軸21の図の上端から一体的に延長した回転軸25に装架されている。第２のプーリー711bは、回転軸25と離間した回転軸711cに装架され、タイミングベルト711dを介して第１のプーリー711aに連動する。回転軸711cには、歯車711eが装架されているので、雄ねじ軸21が回転すると、歯車711eが回転する。また、歯車711eには、さらに内外歯車711fの外歯が噛合している。内外歯車711fは、内歯を有している。
【００５７】
回転方向切替部712は、雄ねじ軸21の回転が可動液体槽1の下降時と上昇時とで互いに逆方向に回転するので、これに対応して発電機本体72の回転を常に所定の一定方向に転換するための機能手段である。具体的な構造は、本発明において特段限定されない。既知の各種回転方向切替手段を適宜選択して用いることができる。図示の実施形態において、回転方向切替部712は、一例としてスラスト軸712a、互いに逆向きの一対の駆動かさ歯車712b、712c、スラスタ712d、従動軸712eおよび従動かさ歯車712fを備えて構成されている。
【００５８】
スラスト軸712aは、回転軸711cと平行に配設され、長手方向の一部の外面にスプライン溝712a1が形成されている。そして、前記歯車711fの内歯がスプライン溝712a1にスプライン結合している。なお、歯車711fは、スラスト軸712aがスラスタ712dにより上下移動をしても、歯車711fとの噛み合いが外れないように、図１では図示を省略しているが、上下方向の位置が規制されている。また、スラスト軸712dは、軸方向に所定距離だけスラスト可能に軸止されている。
【００５９】
逆向きの一対の駆動かさ歯車712b、712cは、４５°傾斜したかさ歯の部分が互いに離間対向した状態でスラスト軸712aに固定して装荷されている。また、一対の駆動かさ歯車712b、712cは、スラスト軸712dのスラストの際に、後述する従動かさ歯車712fがいずれか一方の駆動かさ歯車712bまたは712cにのみ選択的に噛み合えるような距離だけ離間している。
【００６０】
従動軸712eは、スラスト軸712aと直交して配設されるとともに、回転可能に軸止されている。なお、従動軸712eは、後述する増速器713の入力軸がこれを兼ねることができる。
【００６１】
従動かさ歯車712fは、従動軸712eに固定して装荷されているとともに、一対の駆動かさ歯車712b、712cのいずれか一方に噛み合い、雄ねじ軸21のトルクが上述のトルク取出部711および回転方向切替部712を経由して伝道され、従動軸（入力軸）712eを回転させる。
【００６２】
スラスタ712dは、スラスト軸712aを軸方向にスライドさせて、一対の駆動かさ歯車712b、712cのうち必要な方を従動かさ歯車712fに噛み合わせるための手段である。そして、例えば電動、油圧などの遠隔操作手段を用いて遠隔制御および連動制御を可能にすることができる。
【００６３】
増速器73は、回転方向切替部712および発電機本体72の間に介在して、回転方向切替部712から得られた回転数を発電機本体72の効率が高くなる回転数まで増速して、出力軸713aから出力して発電機本体72を駆動する手段である。既知の遊星ギアを用いた増速器を用いることができる。
【００６４】
（発電機本体72）
発電機本体72は、その種類が特段限定されない。例えば、同期発電機、誘導発電機、直流発電機などを適宜選択して用いることができる。
【００６５】
〔ケーシング9〕
ケーシング9は、給液タンク31および外槽61の間に介在し、給液タンク31の底面および外槽61の蓋部61bの間が環状囲壁によって包囲されることによって構成されている。そして、図示の実施形態においては、発電機7の第１のプーリー711aおよびタイミングベルト711dが内部に収納されている。しかし、所望によりトルク伝達部71および発電機本体72を含む発電機7の全体をケーシング9内に収納することもできる。
【００６６】
〔液体力発電装置LGの外殻構造〕
本実施形態においては、液体力発電装置LGの可動部分が外殻Sにより液体力発電装置が周囲に対して閉鎖されている。すなわち、外殻Sは、外槽61、給液タンク31、および排液タンク53により一体的に構成されていて、液体力発電装置LGの可動部分を構成する可動液体槽1および直線−回転変換機構2を内包した状態で装置全体を一体化している。
【００６７】
〔第１の実施形態における液体力発電装置LGの動作〕
次に、第１の実施形態における液体力発電装置の動作について、液体として水を用いて発電する場合を工程順に説明する。
【００６８】
１．導入用水の準備
起動前に予め可動液体槽1を上昇位置に保持しておくとともに、給液タンク31に水を貯留しておく。なお、可動液体槽1が上昇位置にあるとき、直線−回転変換機構2に対しては、その有効長の上側の一端において可動液体槽1が機械的に結合している。このように可動液体槽1に導入する液体を可動液体槽1の近傍に予め用意しておくことにより、可動液体槽1内に液体を頗る短時間に導入することが可能になる。また、液体を短時間のうちに導入する際に液体が可動液体槽1内で暴れるのを効果的に抑制できる。また、可動液体槽1への液体の導入、発電および液体排出の各工程中であっても連続して導入用液体を給液タンク31内へ流入させることができる。このため、導入用水の給液タンク31に対する単位時間当たりの供給量が小さくても支障ない。
【００６９】
２．可動液体槽1への水の導入
液体導入手段3の電磁バルブ34をオン（開）にして液体力発電装置LGを起動する。これにより、給液タンク31内の水が電磁バルブ34、液体導入管32を経由して可動液体槽1内に導入される。なお、導入時間は、降下時の発電時間に比較すると、頗る短時間に済ませることができる。また、可動液体槽1内に液体を導入する際に当該液体に落差が付与されている必要がない。このため、利用可能な液体の態様に対する自由度が増し、本発明の液体力発電装置LGを設置するための適地選定に制約がなくなる。
【００７０】
３．可動液体槽1の降下開始
所定量の水が可動液体槽1内に導入されたとき、制御手段4の電磁ブレーキが可動液体槽1の保持動作を解除する。解除されると、水が導入された可動液体槽1、液体導入管32およびフロート62により構成される可動質量体Mは、そこに発電機7の負荷が作用しているので、直線−回転変換機構2の作用によりほぼ一定速度で降下を開始する。
【００７１】
４．降下時の直線−回転変換機構2のトルク出力
可動液体槽1内に導入された水の質量Ｑと可動質量体Mの質量ｍの総和が直線−回転変換機構2によってほぼ一定速度で降下を開始すると、その直線運動によって直線−回転変換機構2の雌ねじ体22を介して雄ねじ軸21が大きなトルクで回転する。
【００７２】
５．降下時の発電動作
直線−回転変換機構2の雄ねじ軸21が回転すると、回転軸25、発電機7のトルク伝達部71の第１のプーリー711a、タイミングベルト711d、第２のプーリー711b、回転軸711c、歯車711e、内外歯車711f、スラスト軸712a、傘歯車712b、従動傘歯車712fおよび増速機713の順にトルクが伝達され、発電機本体72に適した回転速度に変換されて発電機本体72が駆動されるので、発電が行われる。
【００７３】
６．可動液体槽1の上昇開始
可動液体槽1が所定の降下位置に到達すると、液体排出手段5が作動して電磁バルブ52がオン（開）し、可動液体槽1内の水が電磁バルブ52および排出管51を経由して外槽61内へ排出されて移動する。そのため、外槽61内の水面が上昇開始する。これに伴いフロート62が外槽61内の排出液体の水面に浮上するので、可動液体槽1が上昇を開始する。なお、可動液体槽1が所定の降下位置に到達したとき、可動液体槽1は、直線−回転変換機構2に対しては、その有効長の下側の他端に結合している。要するに、直線−回転変換機構2の有効長の実質的に有効長の全域を利用して、可動液体槽1が上下するのが望ましい。しかし、所望により直線−回転変換機構2の有効長の一部領域が使用されることなしに可動液体槽1が上下するように構成することも可能である。
【００７４】
７．上昇時の直線−回転変換機構2のトルク出力
可動液体槽1に結合しているフロート62に作用する浮力が大きいので、可動液体槽1の上昇時においても当該浮力から可動質量体Mの質量を減算した残りの浮力によって直線−回転変換機構2の雌ねじ体22を介して雄ねじ軸21に大きな力で回転が促される。その結果、雄ねじ軸21は上記残りの浮力によって下降時とは逆方向に回転して大きなトルク出力を生じる。
【００７５】
８．上昇時の発電動作
可動液体槽1が上昇時するときの直線−回転変換機構2の雄ねじ軸21の回転は、下降時のそれと逆方向になるので、回転方向切替部712のスラスタ712dが作動してスラスト軸を図１において上方へ引き上げる。これにより、回転軸25、第１のプーリー711a、タイミングベルト711d、第２のプーリー711b、回転軸711c、歯車711e、内外歯車711f、スラスト軸712a、傘歯車712c、従動傘歯車712fおよび増速機713の順にトルクが伝達され、発電機本体72に適した回転方向および速度に変換される。
【００７６】
９．排水動作
可動液体槽1が所定の元の上昇位置に到達すると、制御手段4の電磁ブレーキ41が再び回転軸25を回転不能に拘束するので、可動液体槽1がその位置で停止され、上昇時の発電が終了する。これと同期して液体槽復帰手段6の電磁バルブ63がオン（開）するので、外槽61内に保留されていた水が電磁バルブ63を経由して排液タンク53内へ短時間で移動する。その結果、この使用済みの水を外部へ放出するか、または所望によりその一部ないし全部を給液タンク31へ戻して再利用することができる。
【００７７】
１０．以上の工程の繰り返し動作
可動液体槽1が上昇位置に到達すると、再び上記１．から９．までの工程が繰り返し実行されて、可動液体槽1に対する水の導入のための短時間だけ発生する休止期間を挟んで発電が間欠的に行われる。
【００７８】
本実施形態においては、既述のように本発明の効果を奏するのに加えて以下の効果を奏する。
（１）所定の質量が所定位置から下降する際の直線運動を直線−回転変換機構2によりトルクに変換して発電し、次に上昇させ、再度下降するときに発電を行う一連の動作を繰り返す場合に、液体を可動液体槽1内に導入することで降下時の所定の相対的に大きな質量を確保し、下降後に当該液体を可動液体槽1から排出することにより、可動液体槽1の上昇時の質量が相対的に小さく低減しているとともに、可動液体槽1からの排出液体を利用して可動液体槽1を上昇位置へ移動させることが可能になるので、発電のために使用する液体が少なくて済み、使用する液体当たりの発電効率を高くすることができる。
（２）直線−回転変換機構2を用いてトルク出力を取り出して発電する際に、可動液体槽1が降下する距離を所望に応じて例えば１ｍ以下のように短い距離に設定しても十分な発電を行うことができるとともに、高効率でトルクを取り出すことができる。このため、本実施形態の液体力発電装置LGの全長を低く抑えて製作することが可能になり、その結果液体力発電装置LGをコンパクトにすることができ、その運搬および設置工事などの取り扱いが容易になるとともに、液体力発電装置LGの適地制約が非常に少なくなるとともに、高い発電効率が得られる。
（３）可動液体槽1に液体を導入する際に液体に落差が付与されていることを要求されないので、多様な態様の液体を利用することが可能になり、液体力発電装置LGの適地制約が非常に少なくなる。
（４）可動液体槽1および直線−回転変換機構2を含む可動部分を外槽61によって包囲して保護できるので、安全であるとともに、発電時の騒音レベルが低下し、かつ装置内部への異物の侵入を防止でき、液体力発電装置LGの動作の信頼性が向上する。
（５）外槽61などから形成される外殻Sによって可動部すなわち可動液体槽1、直線−回転変換機構2および発電機7を閉鎖構造にしながら液体力発電装置LGの全体を一体化することができるので、液体力発電装置LGの取り扱いが容易になり、運搬および据付が容易になるとともに、液体力発電装置LGの耐久性が向上する。
（６）可動液体槽1の上昇時に液体槽復帰手段6のフロート62に作用する浮力の絶対値を可動液体槽1に導入する液体の質量Ｑおよび可動質量体Mの質量ｍの総和と同等にすれば、可動液体槽1の上昇時にも降下時の発電と同等程度の発電を行うことができる。そうすれば、可動液体槽1の下降および上昇の１サイクルの中で発電が行われないのは可動液体槽1に対する液体の導入時のみとなる。このために、可動液体槽1の降下時にのみ発電する場合に比較して発電量を多くすることもできる。
（７）液体槽復帰手段6のフロート62の上面が可動液体槽1の底面に密接していることにより、可動質量体Mの高さを低くすることができる。そのため、静止液体槽61の必要高さを低くすることができる。その結果、液体力発電装置の全長を短縮することができる。
【００７９】
［液体力発電装置の第２の実施形態］
図５を参照して本発明の液体力発電装置LGの第２の実施形態について説明する。なお、図１ないし図４と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
【００８０】
本実施形態は、可動液体槽1の下降時にのみ発電するように構成している。すなわち、第１の実施形態との対比において、可動液体層復帰手段6のフロート62の容積が小さくて、可動液体槽1が降下して液体を排出した後の空の可動液体槽1を含む可動質量体Mを再び上昇位置へ移動させるのに必要な程度の浮力が得られるように構成されている点で異なっている。
【００８１】
また、可動液体槽1の上昇時には発電を行わないとともにフロート62に作用する浮力を利用して可動液体槽1を上昇させる場合、可動液体槽1と発電機7との間に介在するクラッチ手段を具備しているのが好ましい。そうして、可動液体槽1の上昇時にクラッチ手段を作用させて、直線−回転変換機構2を回転に対してフリーにすることにより、直線−回転変換機構2を経由して可動液体槽1に作用する負荷によってフロート62の浮力が減殺されないようになる。その結果、フロート62の浮力が相対的に小さくても可動液体槽1の上昇位置への復帰時間を短縮できるので、発電を行わない休止時間を短縮して、結果として発電時間の割合を相対的に多くすることができる。なお、図示の実施形態においては、制御手段4の電磁ブレーキがクラッチ機能を備えている。
【００８２】
第２の実施形態によれば、液体層復帰手段6のフロート62が小さくできるので、その分液体力発電装置LGの全長を短くすることにより、液体力発電装置LGをより一層コンパクトで、かつ安価に提供することができる。また、可動液体槽1およびフロート62の大きさを一定にする場合、フロート62の浮力が小さくてよいので、その分可動液体槽1の容積を相対的に大きくすることができる。その結果、発電量を大きくすることができる。なお、クラッチ手段を備えるのに代えるかまたは加えて、発電機本体72の出力端を開放して無負荷にしてもよい。そうすれば、直線−回転変換機構2を回転に対してフリーにすることができる。
【００８３】
［液体力発電装置の第３の実施形態］
図６を参照して本発明の液体力発電装置LGの第３の実施形態について説明する。なお、図１ないし図４と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。図において、本実施形態では、図の左右に液体力発電装置LGの一対が配設されている。しかし、一対の液体力発電装置LGの相互関係は後述の液体力発電システムの第２の実施形態を構成するので、後述する。本実施形態は、単一の液体力発電装置LGの構成に係わる。
【００８４】
本実施形態は、フロート62が可動液体槽1の底部から下方へ離間した位置に配設されている。このため、排出管51を上下方向に長くすることができる。なお、フロート62および可動液体槽1を排出管51によって一体に結合することができる。このため、可動液体槽1の底部から下方へ突出する排出管51が図１のそれより長く形成されていて、その排出管51の先端部にフロート62が可動液体槽1と離間しながらも両者が一体的に支持されている。しかし、可動液体槽1、フロート62、電磁バルブ34および排出管51が可動質量体Mを形成している点は前述の実施形態と同様である。
【００８５】
外槽61は、可動液体槽1とフロート62が離間しているのに相応して前述の実施形態におけるのより長くなっている。そして、外槽61のフロート62の動作領域に対向するフロート包囲部67と可動液体槽1の動作領域に対向する可動液体槽包囲部68との間が隔壁66によって仕切られている。なお、排出管51は、隔壁66を進退可能に貫通している。また、直線−回転変換機構2の雄ねじ軸21の下端が隔壁66に配設された軸受23に軸止されている。
【００８６】
本実施形態によれば、フロート62が可動液体槽1から下方へ離間していることによって、フロート1aを貫通して延在する排出管51が下方へ長くすることが可能になるため、可動液体槽1内の液体を外槽61内に排出する際の落差が相対的に大きくなる。その結果、排出管51の太さが一定であれば、落差により液体排出速度が増加するので、所定の降下位置に到達後に行われる可動液体槽1からの液体排出が相対的に短時間に終了する。このため、発電サイクルにおける発電休止時間を相応に短縮ことができる。
【００８７】
また、フロート62が可動液体槽1から下方へ離間していることによって、可動液体槽1と協働する直線−回転変換機構2が外槽61内の排出液体から離隔するので、直線−回転変換機構2の周囲に液体遮蔽手段64を配設していなくても直線−回転変換機構2の動作の安定性および耐久性に対する信頼性を確保することができる。
【００８８】
さらに、可動液体槽1とフロート62の間に隔壁66を配設することにより、直線−回転変換機構2が一層液体に触れにくくなるので、直線−回転変換機構2の動作の安定性および耐久性に対する信頼性が一層向上する。しかし、所望により図示のように、液体遮蔽手段64を配設することが許容される。そうすれば、直線−回転変換機構2の動作の安定性および耐久性に対する信頼性がより一層向上する。
【００８９】
［液体力発電装置の第４の実施形態］
図７ないし図１０を参照して本発明の液体力発電装置LGの第４の実施形態の構成について説明する。なお、図６と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。本実施形態は、既述の本発明の課題を解決するとともに、第３の実施形態と同様に可動液体槽1に液体を導入して所望の質量を確保して発電した後に外槽61内へ排出した液体によって可動液体槽1を再び元の上昇位置に戻すのを容易にしているが、さらに加えて排出する液体が比較的少なくても可動液体槽1を所望の位置まで移動させやすくすることを課題としている点で第３の実施形態とは異なる。
【００９０】
ところで、前述の第３の実施形態において、外槽61の内径は、可動液体槽包囲部68からフロート方位部67までを含めて全体が同一径である。可動液体槽1は、外槽61内を上下動する関係で、その外径が外槽61の内径より小さく設定されている。このため、可動液体槽1と外槽61の内面との間に隙間が形成され、可動液体槽1の動きが外槽61に擦れにくくなる。
【００９１】
しかし、可動液体槽1から排出された液体の外槽61のフロート包囲部67内における液面の高さは、可動液体槽1内に導入されているときの高さより低くなる。このため、外槽61内において所定位置まで降下した可動液体槽1をそこから排出された液体に浮上させることによって上昇位置へ移動させる場合、可動液体槽1内の液体を全部排出したとしても可動液体槽1を起動時における元の上昇位置に戻すのが困難になりやすい。そこで、可動液体槽1の容積を大きくして導入する液大量を多くしたり、可動液体槽1内からの液体の排出時に例えば給液タンク31から追加の液体を供給したりして、液体が外槽61内に排出されたときの液面高さが可動液体槽1を元の上昇位置に戻すのに十分な値になるようにしておけば、上述の問題は解消するが、発電に用いる液体の使用量が増大してしまうし、液体力発電装置LGの構造および制御が複雑化してしまう。
【００９２】
これに対して、本実施形態においては、外槽61のフロート包囲部67内の平面視面積が可動液体槽1内の平面視面積以下に設定されている。例えば、外槽61のフロート包囲部67および可動液体槽1がともに平面視で円形の場合、外槽61のフロート包囲部67の内径が可動液体槽1の外径以下に設定される。すなわち、外槽61のフロート包囲部67の平面視面積例えば内径が、可動液体槽1内の平面視面積例えば内径以下に縮小される。なお、平面視面積とは、液体力平面発電装置LGを上方すなわち図７において、該当部分を図の上方から見たときの面積をいう。
【００９３】
また、フロート5は、その外形の平面視面積が外槽61のフロート包囲部67内の平面視面積より小さく設定され、フロート62が外槽61のフロート包囲部67内を支障なく移動可能なようにされる。なお、本実施形態においては、フロート5は、外槽61のフロート包囲部67の中で上下動し、可動液体槽1は、外槽61の可動液体槽包囲部68の中で上下動する。もちろん、可動液体槽1およびフロート5は、例えば排出管51を介して一体化されているので、それらの上下動は連動して同時に行われる。
【００９４】
液体力発電装置LGが以上説明した構成を具備しているので、外槽61のフロート包囲部67内に排出された液体の液面高さは、可動液体槽1内における液面高さと同等ないしはそれ以上になる。このため、上昇位置から降下した可動液体槽1を排出液体に浮上させて元の上昇位置に戻すことが容易になる。なお、外槽61のフロート包囲部67の平面視面積が可動液体槽1の平面視面積と同等よりさらに小さい場合、フロート包囲部67内への液体排出によって可動液体槽1は、元の上昇位置より上へ上昇させることが可能であるが、元の位置以上は上昇できないように構成することは容易であるから、元の位置で停止させることができる。しかし、外槽61のフロート包囲部67の平面視面積が小さくなりすぎると、フロート62の浮力を所要値になるように確保するためには、フロート62の高さサイズを大きくしなければならないから、フロート包囲部67を応分に高く設定する必要が生じる結果、外槽1が長くなって液体力発電装置LGの全長が大きくなってしまうので、好ましくない。フロート包囲部67の平面視面積は可動液体槽1の平面視面積のせいぜい７０％程度までである。より一層好ましくは９０％までである。
【００９５】
次に、本実施形態において、可動液体槽1内に導入する液体（主として水の場合）の質量Ｑ（kg）と可動質量体Mの自重ｍ（kg）およびフロート62の液体に対する浮力‐Ｂ（kg）との関係に基づいて発電に使用する液体量を低減するとともに、可動液体槽1内から排出した液体を利用して可動液体槽1を上昇位置へ移動させて繰り返し発電を行う比較的コンパクトな液体力発電装置ＬＧを得るための下記条件について説明する。
【００９６】
０．４Ｑ≦ｍ≦Ｑ            （数式１）
１．０３ｍ≦Ｂ≦１．６ｍ    （数式２）
【００９７】
数式１は、可動質量体Mの自重ｍの可動液体槽1内に導入する液体の質量Ｑとの好適な関係を実験に基づいて求めたものである。この範囲内であれば、発電に使用する液体量を低減すると同時に排出液体を利用して降下した可動質量体Mを再度上昇させるのが容易になり、その結果液体力発電装置LGをコンパクトにすることが可能になる。また、可動質量体Mの自重ｍが０．４Ｑ未満になると、同じ発電量を得るためには可動液体槽1内に導入する液体の質量Ｑを相応に増大させる必要があり、液体の使用量を低減することができなくなるので、効果的でない。また、可動質量体Mの自重ｍがＱを超えると、可動質量体Mを再度上昇させるのに必要なフロート62の容積を相応に大きくする必要があり、液体力発電装置LGをコンパクトにすることができなくなるので、効果的でない。なお、より一層好適には０．５Ｑ≦ｍ≦０．８５Ｑの範囲である。この範囲内であれば、発電に使用する液体量を顕著に低減すると同時に排出液体を利用して降下した可動質量体Mを再度上昇させるのが頗る容易になり、その結果液体力発電装置LGを極めてコンパクトにすることが可能になる。
【００９８】
数式２は、可動液体槽1の降下時にのみ発電する態様における可動液体槽1を降下位置から上昇させるために、フロート62に付与すべき浮力Ｂ（kg）の可動質量体Mの質量ｍ（kg）との好適な関係を求めたものである。この範囲内であれば、可動液体槽1から液体を排出した状態の可動質量体Mを実用的な短い時間で上昇位置に移動させることができる。しかし、フロート62の浮力Ｂが可動質量体Mの質量の１．０３倍未満であると、実用的な短時間での上昇が困難になるので、効果的でない。また、フロート62の浮力Ｂが可動質量体Mの質量の１．６倍を超えると、極めて短時間で上昇するもののフロート62が大きくなりすぎるので、効果的でない。フロート62の大きさがそれほど大きくならないで、かつ十分に短時間で可動質量体Ｍを上昇させるためには、浮力Ｂが１．１５ｍ＜Ｂ＜１．４５を満足するのがよい。
【００９９】
図７に示す実施形態において、上述以外の構成は、以下のように構成されている。
【０１００】
可動液体槽1および外槽61の可動液体槽包囲部68の間、ならびにフロート62および外槽61のフロート包囲部67の間は、なるべく間隔が狭いのが好ましい。しかし、それらの隙間には、図示を省略しているが、図１に示すのと同様なガイド手段61aが配設されていて、可動液体槽1およびフロート62のスムーズな上下動を援助している。
【０１０１】
直線−回転変換機構2において、その雄ねじ軸21は、その図の上端が軸受24に回転自在に支持されているとともに、さらに制御手段4を介して接離可能に回転軸25に接続している。制御手段4は、例えばクラッチ機能を備えた電磁ブレーキからなる。また、雄ねじ軸21の下端には、回転軸27が一体に接合している。そして、回転軸27の下端が軸受23に回転自在に支持されている。雄ねじ軸21は、外槽61のフロート包囲部67からの液体が浸入しない可動液体槽包囲部68内に配置されているため、雄ねじ軸21を液体の浸入が生じない環境の中に配置することができ、雄ねじ軸21の動作の安定性および耐久性に対する信頼性を高めることができる。なお、所望により雄ねじ軸21の下端と隔壁66との間に液体シール（図示しない。）を配設することにより、フロート包囲部67からの液体の進入を積極的に阻止することができる。
【０１０２】
また、直線−回転変換機構2は、一対の雌ねじ体22A、22Bを備えている。一対の雌ねじ体22A、22Bは、可動液体槽1の上端および下端に離間して配設されているが、その一方、例えば上方に位置する雌ねじ体22Aは、可動液体槽1に対して回転フリーであるが、軸方向に対して拘束されているように構成されている。これにより、一対の雌ねじ体22A、22Bが常に正確に同期して動作しなくても直線−回転変換機構2がスムーズに動作するとともに、直線−回転変換機構2の耐久性を高く維持することができる。他方の例えば下方の雌ねじ体22Bは、可動液体槽1に対して回転を拘束されて固定されていて、可動液体槽1の降下運動を雄ねじ体21に伝えて回転運動に変換させる。
【０１０３】
さらに、本実施形態において、直線−回転変換機構2には、ボールねじからなり、その雌ねじ体22Bは、一例として図１０に示すような構造である。すなわち、雌ねじ体22Bは、ナット本体221両面に一対のエンドキャップ222、222が配設されていることにより、ボールベアリング223が内部で循環するエンドキャップ方式を採用している。
【０１０４】
外槽61のフロート包囲部67と可動液体槽包囲部68との間を仕切る隔壁66において、排水管51が通過する部位には液体シール66aが配設されている。この液体シール66aは、排出管51の上下方向への移動を許容するが、液体の進入を阻止する。この構成により、フロート包囲部67からの液体の進入を積極的に阻止することができる。
【０１０５】
フロート62は、その重心部に形成された貫通部62a内を回転軸27が回転自在に緩く挿通する。図示の実施形態において、排出管51の下端は、開放状態になっているが、所望により電磁バルブまたは逆止バルブなどの逆止手段を配設して可動液体槽1の上昇時に排出管51内への液体の進入を阻止して、浮力が減殺されないように構成することが許容される。
【０１０６】
排液タンク53は、連通部53aを備え、発電後の液体を、循環ポンプPを経由して図示を省略している外部へ排出するか、または図７に示すように環ポンプPおよび循環管路53bを経由して給液タンク31へ循環して排出液体を再利用することができる。なお、一部を外部へ排出し、かつ残部を循環させることもできる。
【０１０７】
発電機7は、その全体がケーシング9の内部に収納されている。すなわち、増速器713の入力端が回転軸25に接続し、増速器713の出力端により駆動される発電機本体72が増速器713に直結されている。
【０１０８】
次に、図１０に示す第４の実施形態における液体力発電装置LGの主要な仕様の計算による仕様例について説明する。なお、使用する液体は水である。
【０１０９】
〔液体力発電装置LGの仕様例１〕  円筒体形状、最大直径1.5ｍ、高さ4.2ｍ
給液タンク31  円盤形状、直径1.5m、高さ0.35m
発電機構部  質量1000kg、直径1.4m、高さ2.5m
可動液体槽1（内容積）  直径1.4m、高さ0.4m（注水量600kg）
フロート62（内容積）  直径0.76m、高さ1.0m（浮力‐450kg）、
復帰時有効浮力-50kg
可動質量体自重（排水管、錘などを含む）    400kg
ボールねじの有効長Ｄ1.0m
外槽61
可動水槽包囲部68  円筒体形状、直径1.5m、高さ1.4m
フロート包囲部67  円筒体形状、直径0.87m、高さ2.1m
排液タンク53  円盤形状、直径1.5m、高さ0.35m
使用水量  0.6m3/分（外部から導入）
動作は、1分間/1工程、内発電時間45s、質量体復帰時間15sで、発電時最大3kW程度、平均時2kW程度までの発電が期待できる。
【０１１０】
〔液体力発電装置LGの仕様例２〕  上述の仕様例１において、加えて排液タンク53内に排出された水をポンプアップして給液タンク31内へ送り、水循環による再利用を行う。
【０１１１】
次に、図１１示すタイミングチャートを参照して液体力発電装置LGの仕様例１および２における液体力発電装置の発電動作のタイミングについて説明する。なお、図１１の（ａ）は仕様例１、（ｂ）は仕様例２のタイミングチャートである。図中、１回の動作サイクルが１分間で、その中が１つの単位時間１５秒で４つの単位時間に説明上区分され、可動液体槽への給水と、可動液体槽の降下および発電と、外槽内の排水とからなる一連の動作が行われる。
【０１１２】
図１１の（ａ）仕様例１および（ｂ）仕様例２のいずれにおいても、最初の動作サイクルにおいて、単位時間（１５秒）の間に可動液体槽への給水が行われ、続く３単位時間（４５秒）の間に発電が行われる。そして、次の動作サイクルの最初の単位時間（１５秒）の間に外槽内の排水と可動液体槽への給水が同時並行的に行われる。
【０１１３】
さらに、仕様例２においては、外槽61内から排液タンク53内に排水された水の半分を、循環ポンプPで給液タンク31に循環させて、再利用しながら発電が行われる。なお、図１１の（ｂ）に示すように、循環ポンプPによるポンプアップを連続して行えば、低電力で済む。このため、外部から発電のために新に導入する水すなわち使用水量は、仕様例１（ａ）の半分になる。
【０１１４】
［液体力発電装置の第５の実施形態］
図１２および図１３を参照して本発明の液体力発電装置LGの第５の実施形態の構成を説明する。なお、図１および図５と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。本実施形態は、既述の本発明の課題を解決するとともに、加えて発電時に所望の質量を確保して発電するために可動液体槽1に液体を導入して発電した後に、外槽61内へ排出した液体によって可動液体槽1を再び元の上昇位置に戻すのを容易にすること、および所望の発電量を維持しながら発電に使用する液体の減量を可能にすることを課題としている点で第４の実施形態と同様であるが、これとは異なる構成を採用している。
【０１１５】
すなわち、本実施形態において、可動液体槽１およびフロート62は、図１および図５に示す第１の実施形態と同様可動液体槽1およびフロート62は上下に密接し、外槽61は横断面の面積および形状が上下方向に沿って等しい筒状である。また、第２の実施形態と同様可動液体槽1の降下時にのみ発電する態様である。それにもかかわらず、可動液体槽1からの排出液体によって可動液体槽1を降下後に元の位置に上昇させることができるように構成されている。この点中心に、以下詳述する。
【０１１６】
直線−回転変換機構2は、ボールねじであり、その有効長が可動液体槽1の上下方向移動距離と同等になるように設定されている。可動液体槽1は、その内部断面積が外槽61の内部断面積に近づくように両者間の隙間が、可動液体槽1の円滑な上下動を妨げないようにしながらもなるべく小さくなるように考慮されている。図示の実施形態において、直線−回転変換機構2は、ボールねじの雄ねじ軸21の下端に軸受23を介して支柱23が接続している。そして、雄ねじ軸21は、軸受22および23によって回転自在に支持されている。支柱23の基端は、外槽61の底部から回転不能に植立している。また、支柱27の外周には直動ベアリング28がフリーな直線動作を可能に配設され、直動ベアリング28は、フロート62に固定されている。その結果、可動質量体Mは、可動液体槽1の上部に固定されたボールねじの雌ねじ体22と、上述の直動ベアリング28とによって外槽61内を上下動自在に支持されている。
【０１１７】
フロート62は、排出液体に浮上しているときに可動質量体Mの質量mを超える浮力Bを有するように設定されている。しかし、フロート62の浮上時に可動質量体Mの質量mに相当する分が排出液体内に沈み込み、フロート62の下部周囲と外槽61の内壁との間の隙間に液体が入り込むので、その際であってもフロート62の上昇動作が円滑に行われるように、ガイド手段61aが相対的にやや大きくなる。これに対して、可動液体槽1は、その上下動の際に液体が周囲に入り込まないので、ガイド手段61a´は、相対的に小さくても差し支えない。
【０１１８】
可動液体槽1内に導入する液体（主として水の場合）の質量Ｑ（kg）と可動質量体Mの質量ｍ（kg）すなわち自重およびフロート62の液体に対する浮力‐Ｂ（kg）との関係については第４の実施形態と同様な条件（数式１および２）が該当する。また、これに加えて以下に示す数式３の条件を満足するのが好ましい。すなわち、可動液体槽1の内容積の高さ寸法をＨ（m）、可動液体槽1の降下距離をＤ（m）としたとき、下記数式３を満足する。
【０１１９】
Ｈ≦Ｄ            （数式３）
【０１２０】
数式３において、可動液体槽1の降下距離Ｄが可動液体槽1の内容積の高さ寸法Ｈを超えると、可動液体槽1を元の上昇位置に戻すことが不可能になる。降下距離Ｄが可動液体槽1の内容積の高さ寸法Ｈ以下であれば、外槽61の内部断面積が可動液体槽1の内部断面積よりいくらか大きくても、後述するように溜まり液体がその差に基づく液体の不足を補うことによって動液体槽1を元の上昇位置に戻すことが可能になる。したがって、本実施形態においては、直線−回転変換機構2の有効長を可動液体槽1の内容積の高さ寸法Ｈ以上に設定すれば、可動液体槽1の降下距離の全域にわたって効果的に発電することができる。しかし、直線−回転変換機構2の有効長が寸法Ｈ未満であると、降下距離の全域にわたる発電を行うことが不可能になる。また、直線−回転変換機構2の有効長は、寸法Ｈより長くても降下距離の全域にわたる発電を行うことができるが、寸法Ｈを超えた部分を発電に対して寄与させることができないばかりでなく、液体力発電装置LGのコストおよび装置の大きさに無駄を生じて好ましくない。
【０１２１】
本実施形態における特徴的な構成の他の部分は、少なくとも可動液体槽1からの液体排出時に外槽61の内底部に予め溜まり液体（溜まり水）Lを残留させてあることである。この溜まり液体Lは、可動液体槽1が所定の降下位置に到達した際に、外槽1とフロート62との間に形成される隙間に入り込む態様を呈する。このような態様で溜まり液体Lが排出液体に加わることで、可動水槽1内に導入されたときの液体の液面高さと同等の液面高さを、可動液体槽1内の面積より大きな面積の外槽1内において再現させるのに寄与する。このため、排出液体と溜まり液体Lとが一緒になってフロート62に作用することにより、可動液体槽1を元の上昇位置に戻すことが可能になる。
【０１２２】
また、可動質量体Mの可動液体槽1が所定の降下位置に到達直前にフロート62の下部が溜まり液体Lに突入したときに、溜まり液体Lが押し上げられて外槽61とフロート62との間の隙間内へ入り込み、フロート62に浮力を作用させる。その結果、フロート62に対して強いブレーキ作用が加わり上記突入の際の衝撃を緩和する。すなわち、溜まり液体Lは、可動質量体Mに対して緩衝体としても作用する。そうして、可動質量体Mは、所定の降下位置に到達したときに緩やかに停止する。このため、液体力発電装置LGの可動部、特に直線−回転変換機構2や可動液体槽1などが停止の際の衝撃で変形したり破損したりするのを回避することができる。なお、上述の緩衝作用の際に発電量が低減するが、このときの時間は極めて短時間で収まるので、発電量の低下を無視できる程度に抑えることができる。
【０１２３】
次に、図示の本実施形態におけるその他の構成について説明する。
【０１２４】
可動液体槽1、フロート62および外槽1が、それぞれ直方体形状をなしているとともに、液体力発電装置LGの全体がほぼ直方体を形成するようにレイアウトされている。なお、図１３の平面図では外槽61の平面視での輪郭を点線で示している。直線−回転変換機構2は、可動液体槽1およびフロート62の重心位置に配設されている。後述する給液タンク31および排液タンク53を含めてともに直方体形状に構成することにより、成形が容易で、設置性の良好な液体力発電装置LGを得ることができる。
【０１２５】
可動液体槽1と外槽61との間の隙間は、液体がその中に進入しないので、ガイド手段61a´が応分に小さく構成されていてもよい。これに対して、フロート62と外槽61との間の隙間は、液体がその中に進入するので、ガイド手段61aはガイド作用を良好にするために応分に大きく構成されている。
【０１２６】
また、給液タンク31および排液タンク53の幅寸法を外槽1のそれより例えば図１2の右側へ張り出させることにより、発電機本体72、整流ユニットREC、インバータユニットINVおよびバッテリーユニットBTなどの電気関係の付帯設備一式を外槽61に隣接した外置き部材スペースOSを形成し、この外置き部材スペースOSに上述の電気回路設備を配置して、全体を一体化した液体力発電装置LGを構成することが可能になる。
【０１２７】
また、給液タンク31および排液タンク53の高さ寸法を、例えば可動液体槽1と同等に抑えて、かつ容積を可動液体槽1のそれより大きくすることが容易になる。その結果、液体力発電装置LGの高さを増すことなく、発電のために使用する液体の給液タンク31および排液タンク53内における貯留量を１回の発電サイクルに使用される量より多くすることにより、発電動作と給液動作および排液動作との間に同期のずれが許容範囲内で生じた場合であっても円滑な発電動作および使用する液体の一部または全部の循環動作が可能になる。
【０１２８】
循環ポンプPは、排液タンク53内に投入された水中ポンプにより構成されている。循環ポンプPから吐き出される液体は、循環路53bにより給液タンク31まで押し上げられる。そして、循環路53bの先端が給液タンク31の底面から液密に入り込み、かつ給液タンク31の内頂部に開口して溢流するように構成されている流入管31aから給液タンク31内に循環される。
【０１２９】
発電機本体72は、交流発電機からなり、増速器713とともにケーシング9の外部スペースOS内に配置されている。そして、増速器713の入力端と回転軸25との間がギア711aおよびタイミングベルト711dによってトルク伝達関係に結合している。なお、発電機本体72の出力は、整流ユニットRECで整流して、バッテリーユニットBTを充電する。発電した電力で負荷を作動させる場合は、バッテリーユニットBTの出力をインバータユニットINVで交流に変換してから負荷に供給する。なお、直流発電機を発電機本体72として用いる場合、整流ユニットRECは省略できる。
【０１３０】
次に、図１２に示す第５の実施形態における液体力発電装置LGの主要な仕様の計算例について説明する。なお、使用する液体は水である。
【０１３１】
〔液体力発電装置LGの仕様例３〕  長方体形状、幅1.5m、奥行1m、高さ2.9ｍ
給液タンク31  直方体形状、幅1.5m、奥行1.0m、高さ0.4m
発電機構部  質量1000kg、直方体形状、幅1.0m、奥行1.0m、高さ1.27m
可動液体槽1（内容積）  幅0.9m、奥行0.9m、高さ0.75m（注水量600kg）
フロート62（内容積）  幅0.9m、奥行0.9m、高さ0.52m（浮力‐420kg）、
復帰時有効浮力-20kg
可動質量体自重（排水管、錘などを含む）  400kg
ボールねじの有効長Ｄ0.75m
外槽61    幅0.95m、奥行0.95m、高さ2.1m
排液タンク53  直方体形状、幅1.5m、奥行1.0m、高さ0.4m
使用水量    0.8m3/分（外部から導入）
動作は、45秒間/1工程、うち下降時発電時間33.75s、可動質量体上昇時間11.25sで、仕様例１および２より若干少ない程度までの発電が期待できる。
【０１３２】
［液体力発電システムの第１の実施形態］
図１４を参照して本発明の液体力発電システムの第１の実施形態について以下説明する。本実施形態は、これを概略的にいえば、図１ないし図４を参照して説明した第１の実施形態における液体力発電装置LGの複数台、例えば図示のように３台を、その主要部を用いて液体の流れを直列的になるように直結し、複数台の液体力発電装置LGをコンパクトで動作に無駄のない液体力発電システムを構成している。
【０１３３】
すなわち、図１４において、符号LG1は第１段目の液体力発電装置を、同様に符号LG2は第２段目を、符合LG3は第３段目の液体力発電装置を、それぞれ表している。
【０１３４】
第１段目の液体力発電装置LG1は、図１との対比において理解できるように、排液タンク53が取り外されている。第２段目の液体力発電装置LG2は、給液タンク31および排液タンク53がともに取り外されている。第３段目の液体力発電装置LG3は、給液タンク31が取り外されている。
【０１３５】
第１段目の液体力発電装置LG1は、上部タンク31からの液体が最初に可動液体槽1に導入されて、最初に発電を開始する。また、第１段目の液体力発電装置LG1の静止液体槽61の底部が第２段目の液体力発電装置LG2の上部タンク31の底板部に直接的に接合している。これに伴って第１段目の液体力発電装置LG1の静止液体槽61の底部の電磁バルブ63が取り外されているが、第２段目の液体力発電装置LG2の電磁バルブ34が電磁バルブ63の機能をも兼ねている。このために、第１段目の液体力発電装置LG1において、外槽61が排水を行うと、それが即時に第２段目の液体力発電装置LG2の可動液体槽1に対する給水となる。その結果、可動液体槽1に対する液体の導入が早くなるので、導入時に生じる発電の休止時間が短くなる。
【０１３６】
第２段目の液体力発電装置LG2は、そこに第１段目の液体力発電装置LG1で発電した後の液体が引き続いて導入されるので、２番目に発電を行う。また、第１段目の液体力発電装置LG1における第２段目の液体力発電装置LG2との接合と同様な構成であって、第３段目の液体力発電装置LG3の電磁バルブ34が第２段目の液体力発電装置LG2の電磁バルブ63の機能をも兼ねている。したがって、その作用および効果においても上述と同じである。なお、図１４では第２段目の液体力発電装置LG2の可動液体槽1が降下しているが、これは可動液体槽1が降下しているときの状態を理解しやすくするためであって、実際の発電動作においては第１段目の液体力発電装置LG1の可動液体槽1が上昇しているときには、第２段目の液体力発電装置LG2も時間的に遅れるものの上昇している。
【０１３７】
第３段目の液体力発電装置LG3は、そこに第２段目の液体力発電装置LG2で発電した後の液体が引き続いて導入されるので、最後に発電を行う。また、上述と同様な理由により、第２段目の液体力発電装置LG2からの排水が即時に第３段目の液体力発電装置LG3の可動液体槽1内に導入されるので、上述と同じ作用、効果を奏する。可動液体槽1の降下時に続いて上昇時に行われた発電が終了すると、電磁バルブ63がオン（開）して排液タンク53内に水が排出されるので、外部へ排水される。
【０１３８】
次に、液体力発電システムの第１の実施形態における動作のタイミングを図１５の（ａ）および（ｂ）に示すタイミングチャートを参照して説明する。（ａ）は可動液体槽1が降下状態から復帰して元の位置まで上昇した直後に、可動液体槽1に対する次の給水を開始する動作モードのときの動作タイミングであり、（ｂ）は可動液体槽1が降下状態から復帰して元の位置まで上昇した直後から１単位時間の後に次の給水を開始する動作モードのときの動作タイミングである。図１５の例では、可動液体槽1への給水時間を、説明の都合上降下および上昇時間に対して、その１／３に設定しているが、実際にはさらに短縮することが可能である。
【０１３９】
なお、図１５に示す表おいて、第１行は「段」が３台の液体力発電装置の中の段数を、いずれも時間が等しい単位時間1−27が時間経過の順を示す。第１列の「段」は液体力発電装置の段を、数字１〜３は段数を、それぞれ示している。第２列において、「給水」は可動液体槽1に対する水の導入工程を、「発電（降下）」は給水が行われた可動液体槽1の降下時に発電が行われる工程を、「発電（上昇）」は排水された可動液体槽1の上昇時に発電が行われる工程を、「前排水/給水」は前の段における静止液体槽61の排水と自段における給水が同時的に行われる工程を、「排水」は最終段（第３段）における排液タンク53への排水を、それぞれ示す。「発電比率」は単位時間における発電量の相対比率を、「比発電量」は単位時間1−27の中における発電量の相対比率の合計値を、それぞれ示す。時間単位の1−27の列と給水−排水の行との交点に位置する欄に記入された「矢印」は給水／排水の工程であることを、「○」は発電の工程であることを、それぞれ示している。したがって、発電工程において○が３個連続していれば、単位時間×３陪の時間の間発電が行われることを意味する。
【０１４０】
図１５から理解できるように、（ａ）の動作モードの場合、給水周期が最短であり、第１段目ないし第３段目の液体力発電装置がそれぞれ同時に揃って動作するので、隣接する動作の間に１時間単位の休止期間が生じる。そのため、動作が間欠的となるが、発電中の発電比率が常に一定かつ最大値になるとともに、比発電量が最大になる。なお、発電電力をバッテリまたはキャパシタなどに充電すれば、連続負荷に電力を供給することができるので、問題ない。
【０１４１】
これに対して、（ｂ）の動作モードの場合、給水周期が（ａ）の場合より少し長くなるが、第１段目ないし第３段目の液体力発電装置が相互に時間をずらして動作するので、発電量は変動するとともに比発電量がやや減少するものの液体力発電システムが連続発電を行うことができる。なお、第１段目の液体力発電装置LG1に対する外部からの給水すなわち液体導入のサイクルを長くして第１段目ないし第３段目の液体力発電装置が動作する際の時間のずれ、すなわち給水周期を大きくするほど比発電量が低減する。
【０１４２】
以上説明したように、液体力発電システムの第１の実施形態は、上述の動作を繰り返し行うが、複数段の液体力発電装置LGを直列に直結した構成であるから、その動作に要する液体の所要落差が顕著に少なくてよいという利点がある。また、第１段目の液体力発電装置LG1に対する給水を行うのに特段の落差を付与する必要がないという簡便さに特徴がある。しかも、多段発電を行うので、高い発電効率を得ることができるという優れた利点を有している。
【０１４３】
［液体力発電システムの第２の実施形態］
次に、図６を参照して液体力発電システムの第２の実施形態について説明する。本実施形態は、液体を交互に振り分けて導入することにより、同一レベルで設置した２台の液体力発電装置LG1、LG2を交互に発電動作させるように構成している。
【０１４４】
すなわち、２台の液体力発電装置LG1、LG2は、それぞれ構造が同一および非同一のいずれであってもよい。また、図６に示すのとは異なる構造、例えば図１ないし図４に示す構成や図５に示す構成などであってもよい。ただし、後述する液体分配器8を用いる関係で、発電する際に用いる液体量を等しくする必要がある。また、２台の液体力発電装置LG1、LG2に共通の下部タンク53´を備えている。
【０１４５】
液体分配器8は、液体力発電装置LG1、LG2から排出された液体が貯留している排液タンク53´内の上記液体を交互に液体力発電装置LG1またはLG2の給液タンク31に供給する振り分け機能を有するポンプ手段である。
【０１４６】
本実施形態において、２台の液体力発電装置LG1、LG2は、交互に動作する。すなわち、  １．図示を省略している液体源から一方の例えば液体力発電装置LG1の給液タンク31に流入管31aを経由して液体が供給されている状態で、液体導入手段3によりその電磁バルブ34がオン（開）すると、前述のようにして可動液体槽1の内部に所定量の液体が導入される。
【０１４７】
２．制御手段4により、その電磁ブレーキが開放されると、可動液体槽1が降下を開始し、直線−回転変換機構2が回転出力すなわちトルクを発生し、発電機7が発電する。
【０１４８】
３．可動液体槽1がフロート62と一緒に所定位置まで降下すると、可動液体槽1内の液体が液体槽復帰手段5により排出管51を経由して静止液体槽61内に排出され、その液面が上昇するのに伴ってフロート62が液面に大きな浮力で浮上すると、フロート62に結合している可動液体槽1も上昇し、直線−回転変換機構2が回転出力すなわちトルクを発生し、可動液体槽1が元の位置に戻って停止するまで発電機7が発電する。
【０１４９】
４．可動液体槽1が元の位置に戻って停止すると、液体排出手段5の電磁バルブ63がオン（開）して可動液体槽1内の液体が排液タンク53´内へ排出される。排出された液体は、液体振分手段8が作動する。そして、今度は他方の液体力発電装置LG2の流入管31aを経由して給液タンク31に排出された液体が導入され、上述の順序と同様にして可動液体槽1の降下時および上昇時の発電が行われる。
【０１５０】
５．上記液体振分手段8による発電済みで排出された液体の振り分けによる再利用は、発電に必要な液体量の全部または一部であってもよい。後者の場合、図示しない液体源から上記発電動作の都度新しく液体を振り分け供給することができる。
【符号の説明】
【０１５１】
1…可動液体槽、1a…本体部、1b…蓋部、1c…貫通部、1d…液体導入孔、1e…液体排出孔、2…直線−回転変換機構、3…流体導入手段、4…制御手段、5…液体排出手段、6…液体槽復帰手段、7…発電機、8…液体振分手段、９…ケーシング、21…雄ねじ軸、21a…雄ねじ溝、22…雌ねじ体、22a…雌ねじ溝、23、24…軸受、25…回転軸、31…給液タンク、31a…流入管、32…液体導入管、33…液体センサ、34、52、63…電磁バルブ、51…排出管、53、53´…排液タンク、53a…排水管、61…外槽、61a…ガイド手段、62…フロート、64…流体遮蔽手段、71…トルク伝達部、72…発電機本体、LD、LD1、LD2、LD3…液体力発電装置、M…可動質量体、S…外殻
【図１１】
2013137013.tif 000003
【図１５】
2013137013.tif 000004
【図１】
2013137013.tif 000005
【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】
2013137013.tif 000013
【図１０】
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【図１２】
2013137013.tif 000015
【図１３】
2013137013.tif 000016
【図１４】
2013137013.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成24年10月2日(2012.10.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
〔可動液体槽1〕
可動液体槽1は、図１に示すように、上下動が可能であるように配設されている。また、その内部には液体が導入されて、少なくとも降下時においてその液体を貯留することができる。そして、内部に液体を貯留した状態で発電に必要な所定の質量を得るとともに降下することができる。また、内部に貯留した液体を上昇時には排出した後に元の位置に戻ることができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
図示の実施形態において、雄ねじ軸21は、図１に示すように、その両端が軸受23、24により固定位置において回転自在に支持されているとともに、中間の有効長の部分に、図４に拡大して示すように、雄ねじ溝21aが連続して形成されている。また、図示の実施形態おいては、雄ねじ軸21の上端から上方へ同心関係の回転軸25すなわちプーリー軸が一体的に延長している。この回転軸25は、図１に示すように、その上端が軸受26により支持され、外周に雄ねじ溝21aが形成されていないとともに中間部に後述する第１のプーリー711aを装架している。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
〔液体導入手段3〕
液体導入手段3は、可動液体槽1が上昇位置にあるときにその内部に所定量の液体を導入する手段である。可動液体槽1の内部に所定量の液体を導入すると、導入された液体の質量Ｑと、可動液体槽1など後述する直線−回転変換機構2に質量が作用し得る可動質量体Mの質量ｍとの総和が増大する。なお、図示の実施形態において、直線−回転変換機構2に質量が作用し得る可動質量体Mは、主要な構成要素である可動液体槽1の他に、例えば後述する可動液体槽復帰手段6のフロート62、液体排出管51および電磁バルブ52が含まれる。そうして、所定量の液体および可動質量体Mが降下する際に、液体の質量Ｑと可動質量体Mの質量ｍとの総和が上記直線−回転変換機構2に作用するので、直線−回転変換機構2から得られる回転出力すなわちトルクが大きくなり、発電電力を大きくすることができる。なお、所定量の液体量は、これを設計値として予め設定してもよいし、運用時に実際の発電量と液体量の相関に基づいて所定量の液体量を求めてから設定できるように構成することもできる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
〔液体排出手段5〕
液体排出手段5は、液体を内部に導入して質量が増大した可動液体槽1を含む可動質量体Mが上昇位置から所定位置まで降下したときに、可動液体槽1内の液体をその外部へ排出させる手段である。この排出により、可動液体槽1を含む可動質量体Mの質量ｍが排出された液体の質量Ｑ分だけ減少する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
また、外槽61は、可動液体槽1およびフロート62をその上下動範囲において外側から包囲しているとともに、可動液体槽1から排出された液体を受容する。なお、可動液体槽2、フロート62および排出管51を主な構成要素として一体化されて可動質量体Mを構成している。可動質量体Mは、外槽61内を上下動運動し、外槽61がこれらの一体化された部材の外側を包囲する。そして、可動質量体Mの質量が発電時の運動エネルギーを供給する質量の一部を構成する。排出液体によってフロート61に作用する浮力が可動質量体Mの質量を上回る条件を満足するときに、降下した可動液体槽1を排出液体によって上昇させることが可能になる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
さらに、図示の実施形態において、可動液体槽1からの排出液体が液体排出手段5の排出管51を介して外槽61の内部に排出されると、これに伴いフロート62が排出液体の液面に浮上する。そして、外槽61内部の排出液体の液面が上述の排出過程の際に上昇することにより、フロート62に結合する可動液体槽１が連動して上昇位置へ向けて移動する。なお、上昇位置に移動した可動液体槽1を制御手段4の電磁ブレーキ41を作動させて直線−回転変換機構2を拘束すれば、次に内部に所定量の液体が導入されるまで可動液体槽1をその位置に確実に保持することができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６８】
１．導入用水の準備
液体力発電装置LDを起動する前に予め可動液体槽1を上昇位置に保持しておくとともに、給液タンク31に水を貯留しておく。なお、可動液体槽1が上昇位置にあるとき、直線−回転変換機構2に対しては、その有効長の上側の一端において可動液体槽1が機械的に結合している。このように可動液体槽1に導入する液体を可動液体槽1の近傍に予め用意しておくことにより、可動液体槽1内に液体を頗る短時間に導入することが可能になる。また、液体を短時間のうちに導入する際に液体が可動液体槽1内で暴れるのを効果的に抑制できる。また、可動液体槽1への液体の導入、発電および液体排出の各工程中であっても連続して導入用液体を給液タンク31内へ流入させることができる。このため、導入用水の給液タンク31に対する単位時間当たりの供給量が小さくても支障ない。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７８】
本実施形態においては、既述のように本発明の効果を奏するのに加えて以下の効果を奏する。
（１）所定の質量が所定位置から下降する際の直線運動を直線−回転変換機構2によりトルクに変換して発電し、次に上昇させ、再度下降するときに発電を行う一連の動作を繰り返す場合に、液体を可動液体槽1内に導入することで降下時の所定の相対的に大きな質量を確保し、下降後に当該液体を可動液体槽1から排出することにより、可動液体槽1の上昇時の質量が相対的に小さく低減しているとともに、可動液体槽1からの排出液体を利用して可動液体槽1を上昇位置へ移動させることが可能になるので、発電のために使用する液体が少なくて済み、使用する液体当たりの発電効率を高くすることができる。
（２）直線−回転変換機構2を用いてトルク出力を取り出して発電する際に、可動液体槽1が降下する距離を所望に応じて例えば１ｍ以下のように短い距離に設定しても十分な発電を行うことができるとともに、高効率でトルクを取り出すことができる。このため、本実施形態の液体力発電装置LGの全長を低く抑えて製作することが可能になり、その結果液体力発電装置LGをコンパクトにすることができ、その運搬および設置工事などの取り扱いが容易になるとともに、液体力発電装置LGの適地制約が非常に少なくなるとともに、高い発電効率が得られる。
（３）可動液体槽1に液体を導入する際に液体に落差が付与されていることを要求されないので、多様な態様の液体を利用することが可能になり、液体力発電装置LGの適地制約が非常に少なくなる。
（４）可動液体槽1および直線−回転変換機構2を含む可動部分を外槽61によって包囲して保護できるので、安全であるとともに、発電時の騒音レベルが低下し、かつ装置内部への異物の侵入を防止でき、液体力発電装置LGの動作の信頼性が向上する。
（５）外槽61などから形成される外殻Sによって可動部すなわち可動液体槽1、直線−回転変換機構2および発電機7を閉鎖構造にしながら液体力発電装置LGの全体を一体化することができるので、液体力発電装置LGの取り扱いが容易になり、運搬および据付が容易になるとともに、液体力発電装置LGの耐久性が向上する。
（６）可動液体槽1の上昇時に液体槽復帰手段6のフロート62に作用する浮力の絶対値を可動液体槽1に導入する液体の質量Ｑおよび可動質量体Mの質量ｍの総和と同等にすれば、可動液体槽1の上昇時にも降下時の発電と同等程度の発電を行うことができる。そうすれば、可動液体槽1の下降および上昇の１サイクルの中で発電が行われないのは可動液体槽1に対する液体の導入時のみとなる。このために、可動液体槽1の降下時にのみ発電する場合に比較して発電量を多くすることもできる。
（７）可動液体槽復帰手段6のフロート62の上面が可動液体槽1の底面に密接していることにより、可動質量体Mの高さを低くすることができる。そのため、外槽61の必要高さを低くすることができる。その結果、液体力発電装置の全長を短縮することができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８０】
本実施形態は、可動液体槽1の下降時にのみ発電するように構成している。すなわち、第１の実施形態との対比において、可動液体槽復帰手段6のフロート62の容積が小さくて、可動液体槽1が降下して液体を排出した後の空の可動液体槽1を含む可動質量体Mを再び上昇位置へ移動させるのに必要な程度の浮力が得られるように構成されている点で異なっている。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８２】
第２の実施形態によれば、可動液体槽復帰手段6のフロート62が小さくできるので、その分液体力発電装置LGの全長を短くすることにより、液体力発電装置LGをより一層コンパクトで、かつ安価に提供することができる。また、可動液体槽1およびフロート62の大きさを一定にする場合、フロート62の浮力が小さくてよいので、その分可動液体槽1の容積を相対的に大きくすることができる。その結果、発電量を大きくすることができる。なお、クラッチ手段を備えるのに代えるかまたは加えて、発電機本体72の出力端を開放して無負荷にしてもよい。そうすれば、直線−回転変換機構2を回転に対してフリーにすることができる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８６】
本実施形態によれば、フロート62が可動液体槽1から下方へ離間していることによって、フロート1aを貫通して延在する排出管51を下方へ長くすることが可能になるため、可動液体槽1内の液体を外槽61内に排出する際の落差が相対的に大きくなる。その結果、排出管51の太さが一定であれば、落差により液体排出速度が増加するので、所定の降下位置に到達後に行われる可動液体槽1からの液体排出が相対的に短時間に終了する。このため、発電サイクルにおける発電休止時間を相応に短縮ことができる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９０】
ところで、前述の第３の実施形態において、外槽61の内径は、可動液体槽包囲部68からフロート包囲部67までを含めて全体が同一径である。可動液体槽1は、外槽61内を上下動する関係で、その外径が外槽61の内径より小さく設定されている。このため、可動液体槽1と外槽61の内面との間に隙間が形成され、可動液体槽1の動きが外槽61に擦れにくくなる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９１】
しかし、可動液体槽1から排出された液体の外槽61のフロート包囲部67内における液面の高さは、可動液体槽1内に導入されているときの高さより低くなる。このため、外槽61内において所定位置まで降下した可動液体槽1をそこから排出された液体に浮上させることによって上昇位置へ移動させる場合、可動液体槽1内の液体を全部排出したとしても可動液体槽1を起動時における元の上昇位置に戻すのが困難になりやすい。そこで、可動液体槽1の容積を大きくして導入する液体量を多くしたり、可動液体槽1内からの液体の排出時に例えば給液タンク31から追加の液体を供給したりして、液体が外槽61内に排出されたときの液面高さが可動液体槽1を元の上昇位置に戻すのに十分な値になるようにしておけば、上述の問題は解消するが、発電に用いる液体の使用量が増大してしまうし、液体力発電装置LGの構造および制御が複雑化してしまう。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９５】
次に、本実施形態において、可動液体槽1内に導入する液体（主として水の場合）の質量Ｑ（kg）と可動質量体Mの自重ｍ（kg）およびフロート62の液体に対する浮力−Ｂ（kg）の絶対値Ｂとの関係に基づいて発電に使用する液体量を低減するとともに、可動液体槽1内から排出した液体を利用して可動液体槽1を上昇位置へ移動させて繰り返し発電を行う比較的コンパクトな液体力発電装置ＬＧを得るための下記条件について説明する。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９７】
数式１は、可動質量体Mの質量ｍの可動液体槽1内に導入する液体の質量Ｑとの好適な関係を実験に基づいて求めたものである。この範囲内であれば、発電に使用する液体量を低減すると同時に排出液体を利用して降下した可動質量体Mを再度上昇させるのが容易になり、その結果液体力発電装置LGをコンパクトにすることが可能になる。また、可動質量体Mの質量ｍが０．４Ｑ未満になると、同じ発電量を得るためには可動液体槽1内に導入する液体の質量Ｑを相応に増大させる必要があり、液体の使用量を低減することができなくなるので、効果的でない。また、可動質量体Mの質量ｍがＱを超えると、可動質量体Mを再度上昇させるのに必要なフロート62の容積を相応に大きくする必要があり、液体力発電装置LGをコンパクトにすることができなくなるので、効果的でない。なお、より一層好適には０．５Ｑ≦ｍ≦０．８５Ｑの範囲である。この範囲内であれば、発電に使用する液体量を顕著に低減すると同時に排出液体を利用して降下した可動質量体Mを再度上昇させるのが頗る容易になり、その結果液体力発電装置LGを極めてコンパクトにすることが可能になる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９８】
数式２は、可動液体槽1の降下時にのみ発電する態様における可動液体槽1を降下位置から上昇させるために、フロート62に付与すべき浮力−Ｂ（kg）の絶対値Ｂの可動質量体Mの質量ｍ（kg）との好適な関係を求めたものである。この範囲内であれば、可動液体槽1から液体を排出した状態の可動質量体Mを実用的な短い時間で上昇位置に移動させることができる。しかし、フロート62の浮力−Ｂの絶対値Ｂが可動質量体Mの質量の１．０３倍未満であると、実用的な短時間での上昇が困難になるので、効果的でない。また、フロート62の浮力−Ｂの絶対値Ｂが可動質量体Mの質量の１．６倍を超えると、極めて短時間で上昇するもののフロート62が大きくなりすぎるので、効果的でない。フロート62の大きさがそれほど大きくならないで、かつ十分に短時間で可動質量体Ｍを上昇させるためには、浮力Ｂが１．１５ｍ＜Ｂ＜１．４５を満足するのがよい。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９９】
図示実施形態において、上述以外の構成は、図７ないし図１０に示すように構成されている。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０８】
次に、図７ないし図１０に示す第４の実施形態における液体力発電装置LGの主要な仕様の計算による仕様例について説明する。なお、使用する液体は水である。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１１】
次に、図１１の（ａ）および（ｂ）に示すタイミングチャートを参照して液体力発電装置LGの仕様例１および２における液体力発電装置の発電動作のタイミングについて説明する。なお、図１１の（ａ）は仕様例１、（ｂ）は仕様例２のタイミングチャートである。上記各例において、タイミングチャートの構成は次のとおりである。すなわち、表の第１行は、左端から右側へ「動作サイクル」、「第１回目」ないし「第５回目」が表示されている。第２行は、左から「時間単位（１５秒）」が、時間単位が１５秒であることを示し、時間単位の経過順が右側へ「１」〜「２０」まで表示されている。第３行は、左端の「可動水槽給水」が可動水槽への給水を示し、右側へ続く上記時間単位の経過順「１」〜「２０」に対応する欄に○を付した時間単位において可動水槽給水が実行される。第４行は、左端の「水槽降下／発電」が可動水槽の降下時に発電が行われることを示し、右側に続く上記時間単位の経過順「１」〜「２０」に対応する欄に○を付した時間単位において水槽降下／発電が実行される。第５行は、左端の「排水」が外槽内の排水を示し、上記時間単位の経過順「１」〜「２０」に対応する欄に○を付した時間単位において排水が実行される。また、１回の動作サイクルが１分間で、その中が１つの単位時間１５秒で４つの単位時間に説明上区分され、可動液体槽への給水と、可動液体槽の降下および発電と、外槽内の排水とからなる一連の動作が行われる。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１６】
直線−回転変換機構2は、ボールねじであり、その有効長が可動液体槽1の上下方向移動距離と同等になるように設定されている。可動液体槽1は、その内部断面積が外槽61の内部断面積に近づくように両者間の隙間が、可動液体槽1の円滑な上下動を妨げないようにしながらもなるべく小さくなるように考慮されている。図示の実施形態において、直線−回転変換機構2は、ボールねじの雄ねじ軸21の下端に軸受23を介して支柱27が接続している。そして、雄ねじ軸21は、軸受22および23によって回転自在に支持されている。支柱23の基端は、外槽61の底部から回転不能に植立している。また、支柱27の外周には直動ベアリング28がフリーな直線動作を可能に配設され、直動ベアリング28は、フロート62に固定されている。その結果、可動質量体Mは、可動液体槽1の上部に固定されたボールねじの雌ねじ体22と、上述の直動ベアリング28とによって外槽61内を上下動自在に支持されている。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１７】
フロート62は、排出液体に浮上しているときに可動質量体Mの質量ｍを超える浮力−Ｂを有するように設定されている。しかし、フロート62の浮上時に可動質量体Mの質量ｍに相当する分が排出液体内に沈み込み、フロート62の下部周囲と外槽61の内壁との間の隙間に液体が入り込むので、その際であってもフロート62の上昇動作が円滑に行われるように、ガイド手段61aが相対的にやや大きくなる。これに対して、可動液体槽1は、その上下動の際に液体が周囲に入り込まないので、ガイド手段61a´は、相対的に小さくても差し支えない。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１８】
可動液体槽1内に導入する液体（主として水の場合）の質量Ｑ（kg）と可動質量体Mの質量ｍ（kg）すなわち自重およびフロート62の液体に対する浮力−Ｂ（kg）の絶対値Ｂとの関係については第４の実施形態と同様な条件（数式１および２）が該当する。また、これに加えて以下に示す数式３の条件を満足するのが好ましい。すなわち、可動液体槽1の内容積の高さ寸法をＨ（m）、可動液体槽1の降下距離をＤ（m）としたとき、下記数式３を満足する。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１９】
Ｈ≧Ｄ            （数式３）
【手続補正２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３２】
［液体力発電システムの第１の実施形態］
図１４を参照して本発明の液体力発電システムの第１の実施形態について以下説明する。本実施形態は、これを概略的にいえば、図１ないし図４を参照して説明した第１の実施形態における液体力発電装置LGの複数台、例えば図示のように３台を、その主要部を用いて液体の流れが直列的になるように直結し、複数台の液体力発電装置LGをコンパクトで動作に無駄のない液体力発電システムを構成している。
【手続補正２５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３５】
第１段目の液体力発電装置LG1は、上部タンク31からの液体が最初に可動液体槽1に導入されて、最初に発電を開始する。また、第１段目の液体力発電装置LG1の外槽61の底部が第２段目の液体力発電装置LG2の上部タンク31の底板部に直接的に接合している。これに伴って第１段目の液体力発電装置LG1の静止液体槽61の底部の電磁バルブ63が取り外されているが、第２段目の液体力発電装置LG2の外槽61の底部に配設されている図１に示す電磁バルブ63が取り外されているが、第２段目の液体力発電装置LG2の図１に示す電磁バルブ34が同じく電磁バルブ63の機能をも兼ねている。このために、第１段目の液体力発電装置LG1において、外槽61が排水を行うと、それが即時に第２段目の液体力発電装置LG2の可動液体槽1に対する給水となる。その結果、可動液体槽1に対する液体の導入が早くなるので、導入時に生じる発電の休止時間が短くなる。
【手続補正２６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３６】
第２段目の液体力発電装置LG2は、そこに第１段目の液体力発電装置LG1で発電した後の液体が引き続いて導入されるので、２番目に発電を行う。また、第１段目の液体力発電装置LG1における第２段目の液体力発電装置LG2との接合と同様な構成であって、第３段目の液体力発電装置LG3の図１に示す電磁バルブ34が第２段目の液体力発電装置LG2の図１に示す電磁バルブ63の機能をも兼ねている。したがって、その作用および効果においても上述と同じである。なお、図１４では第２段目の液体力発電装置LG2の可動液体槽1が降下しているが、これは可動液体槽1が降下しているときの状態を理解しやすくするためであって、実際の発電動作においては第１段目の液体力発電装置LG1の可動液体槽1が上昇しているときには、第２段目の液体力発電装置LG2も時間的に遅れるものの上昇している。
【手続補正２７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３７】
第３段目の液体力発電装置LG3は、そこに第２段目の液体力発電装置LG2で発電した後の液体が引き続いて導入されるので、最後に発電を行う。また、上述と同様な理由により、第２段目の液体力発電装置LG2からの排水が即時に第３段目の液体力発電装置LG3の可動液体槽1内に導入されるので、上述と同じ作用、効果を奏する。可動液体槽1の降下時に続いて上昇時に行われた発電が終了すると、図１に示す電磁バルブ63がオン（開）して排液タンク53内に水が排出されるので、外部へ排水される。
【手続補正２８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３９】
なお、図１５に示す表おいて、第１行は左端から右側へ「段」、「時間単位」および数字「１」ないし「２７」が表示されている。そして、第１列において「段」の下に３台の液体力発電装置の段数「１」ないし「３」が表示されている。また、第２列において、「時間単位」の下側に各段の液体力発電装置が行う工程が表示されている。すなわち、第１段の液体力発電装置では、「給水」、「発電（降下）」および「発電／上昇」が行われる。第２段の液体力発電装置では、「前排水／給水」、「発電（降下）」および「発電／上昇」が行われる。第３段の液体力発電装置では、「前排水／給水」、「発電（降下）」、「発電／上昇」および「排水」が行われる。上記工程において、「給水」は可動液体槽1に対する水の導入工程を、「発電（降下）」は給水が行われた可動液体槽1の降下時に発電が行われる工程を、「発電（上昇）」は排水された可動液体槽1の上昇時に発電が行われる工程を、「前排水／給水」は前の段における外槽61の排水と自段における給水が同時的に行われる工程を、「排水」は最終段（第３段）における排液タンク53への排水を、それぞれ示す。一方、時間単位は、いずれも時間が等しい単位時間「１」−「２７」の時間経過の順を表の右側へ向かって示している。第１２行に示す「発電台数」は単位時間内において発電する液体力発電装置の台数を、「発電率（％）」は単位時間１−２７の全単位時間を１００％としたときの発電を行う単位時間の数の％を、それぞれ示す。時間単位の１−２７の列と給水、前排水／給水および排水の行との交点に位置する欄に記入された「矢印」は給水および／または排水の工程が行われることを、「○」は発電の工程であることを、それぞれ示している。したがって、発電工程において○が３個連続していれば、単位時間×３陪の時間の間発電が行われることを意味する。
【手続補正２９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４０】
図１５から理解できるように、（ａ）の動作モードの場合、給水周期が７時間単位であり、第１段目ないし第３段目の液体力発電装置がそれぞれ同時に揃って動作するので、隣接する動作の間に１時間単位の休止期間が生じる。そのため、動作が間欠的となるが、発電中の発電率が常に一定かつ最大値になるとともに、発電量が最大になる。なお、発電電力をバッテリまたはキャパシタなどに充電すれば、負荷に電力を連続して供給することができるので、問題ない。
【手続補正３０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４１】
これに対して、（ｂ）の動作モードの場合、給水周期が８時間単位であり、第１段目ないし第３段目の液体力発電装置が相互に時間をずらして動作するので、発電量は変動するとともに発電率がやや減少するものの液体力発電システムが連続発電を行うことができる。なお、第１段目の液体力発電装置LG1に対する外部からの給水すなわち液体導入のサイクルを長くして第１段目ないし第３段目の液体力発電装置が動作する際の時間のずれ、すなわち給水周期を大きくするほど発電率が低減する。
【手続補正３１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４３】
［液体力発電システムの第２の実施形態］
次に、図６を参照して液体力発電システムの第２の実施形態について説明する。本実施形態は、液体を並列的に配設された２台の液体力発電装置LG、LGに対して交互に振り分けて導入することにより、同一レベルで設置した２台の液体力発電装置LG、LGを交互に発電動作させるように構成している。
【手続補正３２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４４】
すなわち、２台の液体力発電装置LG、LGは、それぞれ構造が同一および非同一のいずれであってもよい。また、図６に示すのとは異なる構造、例えば図１ないし図４に示す構成や図５に示す構成などであってもよい。ただし、後述する液体分配器8を用いる関係で、発電する際に用いる液体量を等しくする必要がある。また、２台の液体力発電装置LG、LGに共通に連絡した２個の排液タンク53、53を備えている。
【手続補正３３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４５】
液体分配器8は、液体力発電装置LG1、LG2から排出された液体が貯留している排液タンク53、53内の上記液体を交互に液体力発電装置LG、LGの給液タンク31、31に供給する振り分け機能を有するポンプ手段である。
【手続補正３４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４６】
本実施形態において、２台の液体力発電装置LG、LGは、交互に動作する。すなわち、  １．図示を省略している液体源から一方の例えば図６の左側の液体力発電装置LGの給液タンク31に流入管31aを経由して液体が供給されている状態で、液体導入手段3によりその電磁バルブ34がオン（開）すると、前述のようにして可動液体槽1の内部に所定量の液体が導入される。
【手続補正３５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４９】
４．可動液体槽1が元の位置に戻って停止すると、液体排出手段5の電磁バルブ63がオン（開）して可動液体槽1内の液体が排液タンク53内へ排出される。排出された液体は、液体振分手段8が作動する。そして、今度は図６の右側の他方の液体力発電装置LGの流入管31aを経由して給液タンク31に排出された液体が導入され、上述の順序と同様にして可動液体槽1の降下時および上昇時の発電が行われる。
【手続補正３６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１５１】
1…可動液体槽、1a…本体部、1b…蓋部、1c…貫通部、1d…液体導入孔、1e…液体排出孔、2…直線−回転変換機構、3…流体導入手段、4…制御手段、5…液体排出手段、6…液体槽復帰手段、7…発電機、8…液体振分手段、９…ケーシング、21…雄ねじ軸、21a…雄ねじ溝、22…雌ねじ体、22a…雌ねじ溝、23、24…軸受、25…回転軸、31…給液タンク、31a…流入管、32…液体導入管、33…液体センサ、34、52、63…電磁バルブ、51…排出管、53…排液タンク、53a…排水管、61…外槽、61a…ガイド手段、62…フロート、64…流体遮蔽手段、71…トルク伝達部、72…発電機本体、LD、LD1、LD2、LD3…液体力発電装置、M…可動質量体、S…外殻