(57)【要約】【課題】小さな外部エネルギーを基に永続的かつ安定的に動力を得ることの出来る動力発生装置を提供すること。【解決手段】一対の移動水槽に対応して配置された一対のピストン機構と、ピストン機構のシリンダー室と上死点にある移動水槽とを連絡する圧力流路とを有しており、一対の移動水槽の一方が落下した際に、落下した移動水槽の落下エネルギーと外部から導入される補助エネルギーとによって、対応するピストン機構のカウンターウェイトが上方へと押し上げられるとともに、落下して下死点にある移動水槽からシリンダー室に作動液体が流出し、この作動液体が上方に押し上げられたカウンターウェイトによってピストンを介して押圧されることで圧力流路へと流出し、これにより、圧力流路に流出した容量に相当する作動液体が、圧力流路から上死点にある他方の移動水槽に充填されるように構成した。【選択図】図１
2013032736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの滑車と、該滑車に巻き掛けられたワイヤ等の紐状体と、該紐状体を介して前記滑車の両側に吊り下げられた一対の移動水槽と、を備え、
前記一対の移動水槽は、一方の移動水槽が上死点に位置する場合には他方の移動水槽は下死点に位置するように構成されており、上死点にある移動水槽に作動液体が充填され、下死点にある移動水槽からは作動液体が排出されることで、前記一対の移動水槽が連動して交互に落下および上昇を繰り返し、これにより前記紐状体を介して前記滑車が回転するように構成された動力発生装置であって、
前記動力発生装置は、前記一対の移動水槽に対応して配置された、カウンターウェイトを備える一対のピストン機構と、該ピストン機構のシリンダー室と上死点にある移動水槽とを連絡する内部に作動流体が充填された圧力流路とを有しており、
前記一対の移動水槽の一方が落下した際に、該落下した移動水槽の落下エネルギーと外部から導入される補助エネルギーとによって、対応するピストン機構のカウンターウェイトが上方へと押し上げられるとともに、落下して下死点にある移動水槽から対応するピストン機構のシリンダー室に作動液体が流出し、
前記シリンダー室に流出して収容された作動液体が、前記上方に押し上げられたカウンターウェイトによってピストンを介して押圧されることで前記圧力流路へと流出し、これにより、該圧力流路に流出した容量に相当する作動液体が、前記圧力流路から上死点にある他方の移動水槽に充填されるように構成されていることを特徴とする動力発生装置。
【請求項２】
前記圧力流路と上死点にある移動水槽との間には、圧力流路と開閉自在に連絡された上部水槽が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の動力発生装置。
【請求項３】
前記カウンターウェイトとシリンダー室との間には上下方向に伸縮自在に形成された蛇腹部が形成されており、
前記上死点にある移動水槽が落下する際の落下エネルギーと外部から導入される補助エネルギーとによって、前記蛇腹部の内部に第２の作動流体を吐出することで、前記カウンターウェイトが上方に押し上げられるように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の動力発生装置。
【請求項４】
前記上死点にある移動水槽が落下する際に、前記蛇腹部と連絡するピストンポンプを押し下げ、これにより、前記蛇腹部に第２の作動流体が吐出されるように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の動力発生装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の動力発生装置を備え、
前記動力発生装置における滑車に回転力によって発電を行なうように構成されていることを特徴とする発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動力発生装置および該動力発生装置を備えた発電装置に関し、特に、小さな外部エネルギーを基に永続的かつ安定的に動力を得ることのできる動力発生装置および該動力発生装置を備えた発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発電施設などに用いられる動力発生装置として、例えば風力によって羽根を回転させて動力を得る風車や、水の流れを利用して羽根を回転させて動力を得る水車などがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このような従来の動力発生装置は、風力や水力などの自然エネルギーを利用するものであり、自然条件によって発生する動力が大きく左右されるため、安定的に動力を得ることができないものであった。
【０００４】
本発明は、上述したような従来の課題に鑑みなされたものであって、小さな外部エネルギーを基に永続的かつ安定的に動力を得ることの出来る動力発生装置および該動力発生装置を備えた発電装置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】
【０００５】
本発明は、前述したような従来技術の問題点を解決するために発明されたものであって、
本発明の動力発生装置は、
少なくとも１つの滑車と、該滑車に巻き掛けられたワイヤ等の紐状体と、該紐状体を介して前記滑車の両側に吊り下げられた一対の移動水槽と、を備え、
前記一対の移動水槽は、一方の移動水槽が上死点に位置する場合には他方の移動水槽は下死点に位置するように構成されており、上死点にある移動水槽に作動液体が充填され、下死点にある移動水槽からは作動液体が排出されることで、前記一対の移動水槽が連動して交互に落下および上昇を繰り返し、これにより前記紐状体を介して前記滑車が回転するように構成された動力発生装置であって、
前記動力発生装置は、前記一対の移動水槽に対応して配置された、カウンターウェイトを備える一対のピストン機構と、該ピストン機構のシリンダー室と上死点にある移動水槽とを連絡する内部に作動流体が充填された圧力流路とを有しており、
前記一対の移動水槽の一方が落下した際に、該落下した移動水槽の落下エネルギーと外部から導入される補助エネルギーとによって、対応するピストン機構のカウンターウェイトが上方へと押し上げられるとともに、落下して下死点にある移動水槽から対応するピストン機構のシリンダー室に作動液体が流出し、
前記シリンダー室に流出して収容された作動液体が、前記上方に押し上げられたカウンターウェイトによってピストンを介して押圧されることで前記圧力流路へと流出し、これにより、該圧力流路に流出した容量に相当する作動液体が、前記圧力流路から上死点にある他方の移動水槽に充填されるように構成されていることを特徴とする。
【０００６】
このように構成されている本発明の動力発生装置は、滑車の両側に吊り下げられた一対の移動水槽に作動液体を交互に充填することで滑車を回転させる装置であり、小さい外部動力で永続的かつ安定的に動力を得ることが出来るようになっている。
【０００７】
上記発明において、
前記圧力流路と上死点にある移動水槽との間には、圧力流路と開閉自在に連絡された上部水槽が配置されている。
【０００８】
このような上部水槽が配置されていれば、上部水槽を介して、圧力流路から上死点にある移動水槽に作動液体が充填されるため、上部水槽で一時的に作動液体を収容しておくことにより、移動水槽に作動流体を充填するタイミングを調整することが可能となる。
【０００９】
また、上記発明において、
前記カウンターウェイトとシリンダー室との間には上下方向に伸縮自在に形成された蛇腹部が形成されており、
前記上死点にある移動水槽が落下する際の落下エネルギーと外部から導入される補助エネルギーとによって、前記蛇腹部の内部に第２の作動流体を吐出することで、前記カウンターウェイトが上方に押し上げられるように構成されている。
【００１０】
またこの際、
前記上死点にある移動水槽が落下する際に、前記蛇腹部と連絡するピストンポンプを押し下げ、これにより、前記蛇腹部に第２の作動流体が吐出されるように構成されていることが望ましい。
【００１１】
このような構成であれば、上死点にある移動水槽が落下する際の落下エネルギーを簡単な構造で効率よくカウンターウェイトを押し上げるエネルギーへと変換することができる。
【００１２】
また、本発明の発電装置は、
上述したいずれかの動力発生装置を備え、
前記動力発生装置における滑車の回転力によって発電を行なうように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
このような動力発生装置を備えていれば、小さな外部エネルギーを基に永続的かつ安定的に発電可能な発電装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、小さな外部エネルギーを基に永続的かつ安定的に動力を得ることのできる動力発生装置および該動力発生装置を備えた発電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の動力発生装置を示した側面図である。
【図２】図２は、本発明の動力発生装置を示した側面図であって、左側の移動水槽が落下するとともに、右側の移動水槽が上昇する状態を示した図である。
【図３】図３は、本発明の動力発生装置を示した側面図であって、右側のピストン機構が押し上がった状態を示した図である。
【図４】図４は、本発明の動力発生装置を示した側面図であって、右側のピストン機構が押し下がった状態を示した図である。
【図５】図５は、本発明の動力発生装置を示した側面図であって、右側の移動水槽が落下するとともに、左側の移動水槽が上昇する状態を示した図である。
【図６】図６は、本発明の動力発生装置を示した側面図であって、右側のピストン機構が押し上がった状態を示した図である。
【図７】図７は、本発明の動力発生装置を示した側面図であって、左側のピストン機構が押し下がった状態を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の動力発生装置を示した側面図である。
本発明の動力発生装置１は、図１に示したように、縦圧力管路２を対称軸として基本的に左右対称に構成されている。すなわち、作動液体ｆが充填された縦圧力管路２、上部圧力管路３、および下部圧力管路４からなる圧力流路Ａが、側面視で略Ｉ形をなすように組み立てられ、基礎台１６の上に立設されている。また、縦圧力管路２の真上に当たる上部圧力管路３の上側には上部滑車２１が配置されるとともに、縦圧力管路２の真下に当たる下部圧力管路４の下側には、基礎台１６に下部滑車４１が配設されている。そして、これら上部滑車２１および下部滑車４１には、環状のワイヤ１１が巻き掛けられるとともに、上部滑車２１および下部滑車４１の両側の位置には、ワイヤ１１を介して、一対の左側移動水槽５ｌおよび右側移動水槽５ｒが吊り下げられている。
【００１７】
これら一対の左側移動水槽５ｌおよび右側移動水槽５ｒは、一方の移動水槽が上死点に位置する場合には他方の移動水槽は下死点に位置するように構成されている。すなわち、図１に示したように、左側移動水槽５ｌが後述する左側上部水槽６ｌに当接して上死点に位置する場合は、右側移動水槽５ｒが後述する右側注入路２４ｒと当接して下死点に位置するように構成されている。また、左側移動水槽５ｌが後述する左側注入路２４ｌと当接して下死点に位置する場合には、右側移動水槽５ｒが後述する右側上部水槽６ｒに当接して上死点に位置するに構成されている。
【００１８】
また、上部圧力管路３の下側には、縦圧力管路２を対称軸とした左右対称の位置に、一対の左側上部水槽６ｌおよび右側上部水槽６ｒが配置されている。これら左側上部水槽６ｌおよび右側上部水槽６ｒは、上部圧力管路３とそれぞれバルブ３６ｌ，３６ｒを介して開閉自在に接続されており、バルブ３６ｌ，３６ｒを開放することで、作動液体ｆが上部圧力管路３から左側上部水槽６ｌおよび右側上部水槽６ｒへと流入するようになっている。
【００１９】
また図１に示したように、上死点の位置にある左側移動水槽５ｌは、左側上部水槽６ｌと接続されている。この際、左側移動水槽５ｌは、接続口２６ｌを介して左側上部水槽６ｌと接続されており、接続口２６ｌを開放することで、左側上部水槽６ｌに収容されている作動液体ｆが左側移動水槽５ｌに充填されるようになっている。また接続口２６ｌは、左側移動水槽５ｌと係合可能に構成されており、その係合状態が解除されるまで、左側移動水槽５ｌを上死点の位置のままに固定することができるようになっている。
【００２０】
なお、右側移動水槽５ｒおよび右側上部水槽６ｒについても、上述した左側移動水槽５ｌおよび左側上部水槽６ｌと同様な構成となっている。
また、本発明において作動液体ｆの種類は特に限定されるものではなく、例えば、水や作動油などを使用することが可能であるが、安価で、圧力応答性に優れた水を使用することが好ましい。
【００２１】
下部圧力管路４の上側には、一対のピストン機構Ｂｌ，Ｂｒが配置されている。この際、右側に配置されているピストン機構Ｂｒを例に説明すれば、図１に示したように、ピストン機構Ｂｒは、シリンダー室８ｒと、カウンターウェイト１０ｒ，ロッド１１ｒ，およびピストン１２ｒとから構成されている。
【００２２】
ロッド１０ｒは、シリンダー室８ｒの上面に進退自在に挿通されており、そのシリンダー室８ｒ側の一端部にはピストン１２ｒが、他端側にはカウンターウェイト１０ｒが接続している。また、ロッド１０ｒとシリンダー室８ｒとの間には、カウンターウェイト１０ｒが押し上がった状態のまま固定されるように構成された不図示のロック機構が形成されている。そして、図１に示したように、シリンダー室１０ｒに作動液体ｆが充填されている状態において不図示のロック機構を解除することで、押し上がった状態にあるピストン機構Ｂｒが、カウンターウェイト１０ｒの自重によって押し下がり、ピストン１２ｒによってシリンダー室８ｒに充填されている作動液体ｆを押圧するようになっている。
【００２３】
また、ピストン機構Ｂｌ，Ｂｒの各々の側方には、左側注入路２４ｌおよび右側注入路２４ｒがそれぞれ配置されている。この際、右側に配置されている右側注入路２４ｒを例に説明すれば、図１に示したように、右側注入路２４ｒは、下死点にある右側移動水槽５ｒおよびピストン機構Ｂｒのシリンダー室８ｒと、それぞれ作動液体ｆが通液可能なように接続されている。そして、下死点の位置にある右側移動水槽５ｒが、右側注入路２４ｒの接続口２５ｒに接続されることで、右側移動水槽５ｒに充填されている作動液体ｆが、右側注入路２４ｒを介してシリンダー室８ｒへと流出するようになっている。また、右側注入路２４ｒとシリンダー室８ｒとは、不図示の逆止機構を介して接続されており、シリンダー室８ｒに収容された作動液体ｆは、右側注入路２４ｒには逆流しない構造となっている。
【００２４】
また、シリンダー室８ｒと下部圧力管路４とは、バルブ１８ｒを介して開閉自在に接続されている。
また、シリンダー室８ｒの上面とカウンターウェイト１０ｒとは、上下方向に伸縮自在に構成された蛇腹部１３ｒを介して接続されている。また、右側注入路２４ｒの上方には、蛇腹部１３ｒと接続されたピストンポンプ２２ｒが立設されている。このピストンポンプ２２ｒは、ピストンロッドおよびシリンダーを備えており、シリンダーから突出しているピストンロッドが押し下げられることで、蛇腹部１３ｒの内部に圧縮空気（第２の作動流体）を吐出するように構成されている。そして、ピストンポンプ２２ｒから圧縮空気が吐出されることで、カウンターウェイト１０ｒの自重に抗してピストン１２ｒが押し上げられるようになっている。
【００２５】
また、右側移動水槽５ｒの側面には凸部１５ｒが形成されており、右側移動水槽５ｒが落下すると、凸部１５ｒが上述したピストンポンプ２２ｒのピストンロッドと当接し、ピストンロッドを押し下げるようになっている。すなわち、本発明の動力発生装置１は、右側移動水槽５ｒの落下エネルギーによってピストンポンプ２２ｒのピストンロッドを押し下げ、蛇腹部１３ｒに第２の作動流体を吐出することで、のカウンターウェイト１０ｒを上方へと押し上げるようになっている。
【００２６】
さらに、蛇腹部１３ｒにはコンプレッサー４０ｒが接続されている。このコンプレッサー４０ｒは、動力発生装置１で発生する動力とは別の動力によって稼働するものであり、本発明の動力発生装置１において補助エネルギーの供給源として位置づけられるものである。そして、コンプレッサー４０ｒを稼働させることで、蛇腹部１３ｒに圧縮空気（第２の作動流体）を吐出することができるようになっている。したがって、ピストンポンプ２２ｒから吐出される圧縮空気だけではカウンターウェイト１０ｒを十分に押し上げることが出来ない場合は、必要に応じてコンプレッサー４０ｒを駆動させて、ピストンポンプ２２ｒおよびコンプレッサー４０ｒから圧縮空気を蛇腹部１３ｒに吐出することによって、カウンターウェイト１０ｒを押し上げることができる。
【００２７】
また、本発明の動力発生装置１は、下部滑車４１の回転軸が不図示の発電機構と接続されており、下部滑車４１を回転させることによって電気を発電できるようになっている。
なお、本発明において第２の作動流体の種類は特に限定されるものではなく、上述した圧縮空気の他に、例えば水や作動油などを使用することも可能である。
【００２８】
また、上述した説明では、動力発生装置１の右側に配置されているピストン機構Ｂｒ、右側注入路２４ｒなどを例にして説明したが、本発明の動力発生装置１は、上述したように縦圧力管路２を対称軸として基本的に左右対称に構成されており、動力発生装置１の左側に配置されているピストン機構Ｂｌ、左側注入路２４ｌなども同様な構成となっている。
【００２９】
次に、図１および図２〜図７を基に、本発明の動力発生装置１の作用について詳細に説明する。
本発明の動力発生装置１を駆動させる際は、先ず図１に示したように、左側移動水槽５ｌに作動液体ｆを充填し、右側移動水槽５ｒを空にした状態で、左側移動水槽５ｌと左側上部水槽６ｌとの係合状態を解除する。
【００３０】
すると、図２に示したように、左側移動水槽５ｌが落下するとともに、これと連動して右側移動水槽５ｒが上昇する。そして、ワイヤ１１を介して上部滑車２１は反時計回り方向に回転し、下部滑車４１は時計回り方向に回転する。
【００３１】
そして図３に示したように、左側移動水槽５ｌが下死点まで落下して、左側注入路２４ｌと接続するとともに、右側移動水槽５ｒが上死点まで上昇して、右側上部水槽６ｒと接続する。またこの際、左側移動水槽５ｌの凸部１５ｌによってピストンポンプ２２ｌのピストンロッドが押し下げられるため、左側に配置されているピストン機構Ｂｌの蛇腹部１３ｌに圧縮空気が吐出され、また必要に応じてコンプレッサー４０ｌからも圧縮空気が吐出されることで、カウンターウェイト１０ｌが押し上げられる。そして、左側移動水槽５ｌに充填されていた作動液体ｆが、左側注入路２４ｌを介してシリンダー室８ｌへと流出し、図４に示した状態となる。
【００３２】
また図３に示した状態において、右側に配置されているピストン機構Ｂｒの不図示ロック機構を解除することで、カウンターウェイト１０ｒが自重で押し下がり、ピストン１２ｒによってシリンダー室８ｒに充填されている作動液体ｆを押圧する。そして、シリンダー室８ｒと下部圧力管４とを接続するバルブ１８ｒ、および右側上部水槽６ｒと上部圧力管路３とを接続するバルブ３６ｒをともに開放することで、図４に示したように、シリンダー室８ｒに収容されている作動液体ｆを下部圧力管４へと流出させるとともに、シリンダー室８ｒから流出した容量に相当する作動液体ｆを、上部圧力管路３から右側上部水槽６ｒへと流入させる。
【００３３】
この際、バルブ１８ｒ、３６ｒの開閉操作は、作動液体ｆの圧力に応じて自動的に開閉するように構成されることが好ましい。例えば、シリンダー室８ｒの内部に圧力センサーを配置し、シリンダー室８ｒに収容されている作動液体ｆが所定以上の圧力になったらバルブ１８ｒ、３６ｒが自動的に開放されるように構成することで、バルブ１８ｒ、３６ｒの開閉操作を自動化することができる。
【００３４】
そして、図５に示したように、バルブ３６ｒを閉止するとともに、接続口２６ｒを開放して、右側上部水槽６ｒに収容されている作動液体ｆを右側移動水槽５ｒへと充填する。そして、右側移動水槽５ｒと右側上部水槽６ｒとの係合状態を解除すると、右側移動水槽５ｒは下死点まで落下するとともに、これと連動して左側移動水槽５ｌが上死点まで上昇する。そして、ワイヤ１１を介して上部滑車２１は時計回り方向に回転し、下部滑車４１は反時計回り方向に回転する。
【００３５】
そして、図６に示したように、右側移動水槽５ｒが右側注入路２４ｒと接続するとともに、左側移動水槽５ｌが左側上部水槽６ｌと接続する。またこの際、左側移動水槽５ｌの凸部１５ｌによってピストンポンプ２２ｌのピストンロッドが押し下げられて蛇腹部１３ｒに圧縮空気が吐出され、また必要に応じてコンプレッサー４０ｒからも圧縮空気が吐出されることで、カウンターウェイト１０ｒが押し上げられる。そして、右側移動水槽５ｒに充填されていた作動液体ｆが、右側注入路２４ｒを介してシリンダー室８ｒへと流出し、図７に示した状態となる。
【００３６】
また図６に示した状態において、左側に配置されているピストン機構Ｂｌの不図示ロック機構を解除することで、カウンターウェイト１０ｌが自重で押し下がり、ピストン１２ｌによってシリンダー室８ｌに充填されている作動液体ｆを押圧する。そして、バルブ１８ｌおよびバルブ３６ｌをともに開放することで、図７に示したように、シリンダー室８ｌに収容されている作動液体ｆを下部圧力管４へと流出させるとともに、シリンダー室８ｌから流出した容量に相当する作動液体ｆを左側上部水槽６ｌへと流入させる。
【００３７】
そして、図７に示した状態において、接続口２６ｌを開放し、左側上部水槽６ｌに収容されている作動液体ｆを左側移動水槽５ｌへと充填することで、上述した図１に示した状態となる。
【００３８】
以下、上述した図１〜図７に示した状態を繰り返し、上部滑車２１および下部滑車４１を回転させることで、本発明の動力発生装置１において、小さい外部動力で永続的かつ安定的に動力を発生させることができる。
【００３９】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、上述した実施形態では、上部圧力管路３と上死点にある左側移動水槽５ｌおよび右側移動水槽５ｒとの間には、それぞれ左側上部水槽６ｌおよび右側上部水槽６ｒが配置されていた。このように構成されていれば、上部水槽で一時的に作動液体ｆを収容しておくことにより、移動水槽に作動液体を充填するタイミングを調整することが可能となり、好ましいが、本発明はこれに限定されず、上部水槽を配置せずに、上部圧力管路３と左側移動水槽５ｌおよび右側移動水槽５ｒとを直接接続するように構成することも可能である。
【００４０】
また上述した実施形態の動力発生装置１は、上部滑車２１および下部滑車４１の２つの滑車を備えていた。このように２つの滑車を備えていれば、ワイヤ１１を環状に形成することができ、移動水槽の落下および上昇がスムーズに行なわれるため好ましいが、本発明はこれに限定されない。例えば、上部滑車２１を１つだけ備えていても良く、また例えば、３つ以上の滑車を備えていても良いものである。
【符号の説明】
【００４１】
１        動力発生装置
２        縦圧力管路
３        上部圧力管路
４        下部圧力管路
５ｌ      左側移動水槽
５ｒ      右側移動水槽
６ｌ      左側上部水槽
６ｒ      右側上部水槽
８ｌ、８ｒ      シリンダー室
１０ｌ、１０ｒ  カウンターウェイト
１０ｌ、１０ｒ  ロッド
１１      ワイヤ
１２ｌ、１２ｒ  ピストン
１３ｌ、１３ｒ  蛇腹部
１５ｌ、１５ｒ  凸部
１６      基礎台
１８ｌ、１８ｒ  バルブ
２１      上部滑車
２２ｌ、２２ｒ  ピストンポンプ
２４ｌ      左側注入路
２４ｒ      右側注入路
２５ｌ、２５ｒ  接続口
２６ｌ、２６ｒ      接続口
３６ｌ、３６ｒ      バルブ
４０ｌ、４０ｒ      コンプレッサー
４１      下部滑車
Ａ        圧力流路
Ｂｌ、Ｂｒ        ピストン機構
ｆ        作動液体
【図１】
2013032736.tif 000003
【図２】
2013032736.tif 000004
【図３】
2013032736.tif 000005
【図４】
2013032736.tif 000006
【図５】
2013032736.tif 000007
【図６】
2013032736.tif 000008
【図７】
2013032736.tif 000009