(57)【要約】 【課題】 発明では、図１の受圧ユニット１を水中深く沈める過程で、単動形の大径シリンダ６に進入する水８により、ピストン軸側の空気（サージ）４が押出され浮力が減少し、見かけ重量が増加し、ワイヤの小外力２０での、受圧ユニット１の沈降／浮上が出来ない。【解決手段】これに対して、受圧ユニット１の外部に、水深に比例して浮力を発生する連鎖状の浮子ユニット１７を接続し、受圧ユニット１の浮力が少なくなる分を補完し、水中の深い位置から水面まで連続して、見かけ上の重量を最小にする。このことにより、ワイヤの小外力２０で、受圧ユニット１の水深を上げ／下げすることが出来ようになり、小外力２０で、水深の大きな位置エネルギー（圧力水）１９を得ることが出来る。【選択図】図１
2013002300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大径シリンダと小径シリンダを接合し、大径シリンダと小径シリンダのピストンを連結し、連動させ、ピストンの断面積比により、小径シリンダの圧力を上昇させる受圧ユニットを作り、受圧ユニットの水中における重力と、浮力とを、均衡させ、見かけ上の重量を最小にするとともに、水深位置を変化させることによる、重力と、浮力との均衡の変化をも、外部に取り付ける浮子の連結ユニットの接合により、見かけ上の重量が水位の深部から、水表面まで連続的に、最小になるように作ることにより、浮上および沈下させる力を小外力の入力とし、大きな水深位置の自然エネルギーを取り出し、電気エネルギーを発生させる方法。
【請求項２】
受圧ユニット内のシリンダを大径シリンダのみとして、受圧ユニットの水中における重力と、浮力とを、均衡させ、見かけ上の重量を最小にするとともに、水深位置を変化させることによる、重力と、浮力との均衡の変化をも、外部に取り付ける浮子の連結ユニットの接合により、見かけ上の重量が水位の深部から、水表面まで連続的に、最小になるように作ることにより、浮上および沈下させる力を小外力の入力とし、大径シリンダのサージ側に発生する空気圧力を受圧エネルギーとして、水深位置の自然エネルギーを取り出す方法。
【請求項３】
受圧ユニットを、浮上および沈下させる小外力で行う方法を、大径シリンダのサージ側に圧縮空気の少量を送り込み、受圧ユニットの重量と浮力の均衡を、意図的に崩すことで、受圧ユニットの水深位置を、少量の圧縮空気により、上昇または沈下させる方法で、比較的大きな水深位置の自然エネルギーを取り出し、電気エネルギーを発生させる方法。
【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】
水深位置エネルギーを採取して電気エネルギーを得ることを目的とする。
エネルギーを採取して得られた圧力水図１の１９は、電気エネルギーに変換するために一般的に知られた図２の２１〜２９の構成で変換を行うが、この方法は既に確立された技術であり、超特大の装置でない限り、改善策を新たに取組む必要は無い。
【０００５】
図１において、水深の水圧を受ける単動形の大径シリンダ６（以下大径シリンダ６と称す）と、小径シリンダ３とをピストン軸９で連結し、大径シリンダ６のピストン１２の応力を、小径シリンダ３のピストンに連結し連動させ、ピストンの断面積比により圧力を上昇させるように、組み合わせた受圧ユニット１を製作する。
【０００６】
本発明では、受圧ユニット１の水中における重力と浮力とを均衡させ、見かけ上の重量を最小になるように作る処に、特徴がある。
また、受圧ユニット１の水深位置を変化させて、水深位置に応じた水圧を取り出すためには、水面から水底付近まで大きく変化させる必要があり、水面から水底付近まで、連続して、水深のどの位置でも見かけ上の重量を最小になるように作る必要がある。
【０００７】
受圧ユニットの水深位置を変えると、水深位置に応じた水圧により受圧ユニット１の、大径シリンダ内（キャップ側）８に水を受け入れたり、排出したりする。
逆に大径シリンダのサージ（ピストン軸側）には、空気を排出したり、吸入したりするため、サージ側の空気の量により、浮力が変化し、結果として重力と浮力の均衡が崩れ、見かけ上の重量が大きく変化してしまう。
【０００８】
本発明の主旨は、少ない外力２０の入力で、大きな水深位置エネルギー１９を取り出すことにあり、一見してエネルギー保存の法則に反するように見える、間違ったような方法を提案することにあり、その趣旨からしても、受圧ユニット１の水深が変化しても、見かけ上の重量が変化しないようにしなければ、少ない外力２０の入力で、大きな水深位置エネルギー１９を取り出すことは出来ない。
【０００９】
ちなみに、受圧ユニットの重量は約２トンで、浮力も約２トンであり、大きな水深位置エネルギーとは、大径シリンダ６のピストン１２の断面積が２平方メートルに対して水深５０メートルでは、ピストン軸９に１００トンの応力が発生し、対して少ない外力２０の入力とは、約１００キログラム程度の入力を想定している。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
受圧ユニット１の、水中における重量を極小にするには、元々、重量と排水量（浮力）が一致するように設計し、製作した受圧ユニット１を、水面近くに入れて、重量と排水量に誤差が生じた分を、受圧ユニット１に調整錘１０を付加し、重量を調整し、見かけ比重を水の比重と同じ数値の１．０に合わせれば良い。
【００１１】
次に、受圧ユニット１の水深を下げて行き、大径シリンダ６のキャップ側に進入する水８によって、ピストン軸側４の空気が大気へ押し出され、結果的に減少する浮力に対して、受圧ユニット１の外部に取付ける連鎖状に繋いだ浮力ユニット１７で、減少する浮力を補完して、見かけ上の重量を均衡させる。
【００１２】
受圧ユニット１の水深の位置と受圧ユニット１に取付けた浮力ユニット１７の水中に引き込まれる深さ（長さ）は、受圧ユニット１に浮力ユニット１６に結合されており、同じなので、浮力の減少を補完することは可能だが、問題は、水深位置と浮力の補完量は完全に同一でなく、非直線の関係があるため、完全には一致しない。
誤差の生じる部分は、浮子１７の個々の大きさを変えて調整したり、浮子１７の内部に、水を少し内蔵させたり、浮子１７に錘を付加するなどの処置で、ほぼ水深位置の、どの位置でも重量と浮力の均衡を維持させることが出来る。
【００１３】
水中における見かけ重量を、水面位置から深い水底位置まで連続して、極端に少なくした後で、受圧ユニット１の調整錘を少しだけ増やし、重量と浮力の均衡を崩して、少ないワイヤ２０の外力で受圧ユニット１の沈降、浮上を可能にする。
【００１４】
引き上げる方法としては、単に受圧ユニットの吊り下げワイヤ２０で引き上げたり、引き下げる方法の代わりに、受圧ユニット１に、浮子ユニットとは、別に膨張する浮子を取付けて、地上から圧縮空気の少量を送り込むなどの方法で、膨らませて浮力を増加させ、水中における見かけ上の浮力が、極小となった受圧ユニット１のシステムを、水面の方向に上昇させたり、前述の膨張する浮子の空気を抜いて、浮力を減らして水底の方向に、沈下させる方法も有力である。
【００１５】
ワイヤ２０入力エネルギーと、取り出しエネルギー（取出された圧力水）１９の関係は、この膨張する空気浮子の方法が分り易く、計算もし易い。
完全に重量と浮力が一致するなら、１グラムでも重量が多ければ、１トンもある受圧ユニット１でも、継続して沈んでゆき、逆なら浮上してゆくことになり、吊下げエネルギーと取り出すエネルギーの関係には、関係がないという事が、誰にも明白となる。
【００１６】
また、前述００１４の膨張する浮子を取付ける代わりに、大径シリンダ６のピストン軸（サージ）側４に圧縮空気を、少しだけ送り込む方法も有力である。
【００１７】
受圧ユニット１の大径シリンダ６の（サージ）ピストン軸側４は、大気圧で動作することを基本としているが、受圧ユニットの動作目標の最深部（ここでは５０ｍと仮定）位置では０．５メガパスカル（５気圧）を越える圧縮空気で、少量を注入する必要がある。
例えば、水深５０メートル位置での１リットルの圧縮空気注入は１キログラムの浮力を生み、その空気は水面付近では５倍の５リットルに膨張し、５キログラムの浮力に拡大する。
【００１８】
ただし、浮上速度が遅いと、時間単位の収集エネルギーが少なくなるので、現実的には１００リットル程を注入して、水深５０メートル位置で１００キログラム、水面付近で５００キログラム（０．５トン）に膨張する程度での操業が望ましいと思える。
【００１９】
エネルギー保存の法則に関連する考えでは、水面が静かで波も、流れも、何も無いような水面であっても、膨大な水深エネルギーが其処に存在していると考えている。
例えば、ドラム缶の中に重たい物を適量入れ、水中に於ける重量と浮力を適当に均衡させたものを用意し、それに少しだけ外付けで錘を付けて徐々に水深く沈めて行くと、段々とドラム缶の外の水圧が増してきて、その後、ドラム缶はグシャッと押し潰されてしまうことになる。
このようなことは、大気中では幾ら上げ下げしても、起こり得ない現象である。
つまり、水中ではグシャッと押し潰してしまう力そのものが、水中の位置エネルギーであり、この位置エネルギーを、水中における見かけ重量をゼロにした受圧ユニット１に対して、ワイヤ２０の小さな力で、大きな水深の圧力エネルギー１９を取り出そうというのが、本発明の主旨なのである。
【００２０】
水中の受圧ユニット１の重量をゼロに出来るなら、軽い力で装置を上下させることが出来、膨大なエネルギーを採取することが出来るようになる。
例えば、ドラム缶の表面積は５平方メートル程とすると、１００メートルの水深では５００トンの水圧を周囲から受けることになり、エネルギーの量は、圧力の大きさと、単位時間当りにシリンダに入ってくる水の量との、積の関係にあるから、旨く取りだす事が出来れば、膨大なエネルギー源が其処にあると言える。
【発明の効果】
【００２１】
本発明では、水深位置エネルギーを取り出す場所として、池や湖などや、ダムでも可能であり、海でも可能であるが、静かな水面で、深い水深を持つ場所であれば、設置場所に制限が無く、何台でも設置が可能なため、大いに可能性がある。
荒れる水面や、流れが激しい処では、受圧ユニット１と、浮子ユニット１７を接続するワイヤ、ホース等に激しい応力が掛かると予想され、強度の面での特別な対応が必要となる。
【００２２】
入力と採取出来る出力の電力量の関係は、入力側が受圧ユニット１の位置コントロール、浮力制御、圧力制御、油圧の動力源の合計の使用電力は約０．５キロワット時程で、対して、採取出来る出力電力量は、シリンダキャップ側５に入力する水が２立方メートルで、水深５０メートルなら、約１５キロワット時となる。
ちなみに、この場合の計算は１分間隔で、上昇／下降を繰り返した時の、液体換算であり、圧縮空気の場合は、圧縮された空気を貯蔵する貯蔵タンクの、既に貯蔵された圧力を越えた分だけが、追加されて貯蔵される。
また、形状を流線形にして、浮沈のサイクル時間を３０秒にすれば更に倍になり３０キロワット時になる。
【００２３】
本発明では、受圧ユニット１の形状を、大径シリンダ６と小径シリンダ３の、各１対のものとして記述しているが、展開として、受圧ユニット図３の３４を筒の両側から大径シリンダで進入する水を受け入れるようにすれば、受圧面積は２倍の４平方メートルになり、さらに四角錐形の４面の構造例（図４）では４倍の受圧がなされ、立方体の構造例として、６面のシリンダ図５の４３で水圧を受けるようにすれば、６倍の１２平方メートルの受圧の面積が得られる。
受圧力も６倍となるので５０メートル水深では、６００トンの受圧ということになる。
この場合でも、受圧ユニットの重量は３〜４トン程度であるので効率は上がる。
【００２４】
但し、大径シリンダを増やしても並列に接続したのでは、パスカルの原理により、小径シリンダ図３の３５の圧力は増加しない。
圧力を増加させるためには、大径シリンダ内のピストン軸を応力の段階で、合成応力として、小径シリンダに伝達することが必要で、平面上なら、幾つものピストン軸を、まとめて小径シリンダに伝達すれば合成（図６参照のこと）でき、簡単であるが、両面、四角錐、立方体構造では、応力の合成にテコや支点を設けるなどの工夫が必要となり複雑な構造となる。
【００２５】
エネルギーの量は、圧力の大きさと、単位時間当りにシリンダに入ってくる水の量との、積の関係にあるから、大規模なエネルギー収集を目指すなら、繰返しの速度を速くするか、シリンダを沢山作るか、またはシリンダの規模を大きくするか等が、方法としては考えられるが、繰り返しの速度には限界があり、シリンダに受け入れる水量を拡大することが決め手となる。
【００２６】
本発明では、大径シリンダの水を受け入れる量を２立方メートルとして表しているが、沢山のシリンダでも、規模を大きくする方法にしても、合計の水量が１０メートル×１０メートル×１０メートルの１０００立方メートルでは１５キロワット時の５００倍、７５００キロワット時のエネルギーとなり、５０×メートル５０メートル×１０メートルの２５０００立方メートルでは、１２５００倍の１８７５００キロワット時となる。つまり、約１９万キロワット時である。
【００２７】
ここで図６において、受圧ユニットのシリンダの代わりに大径のダイヤフラム４７と、小径ダイヤフラム４８を使用する方法を示す。
奥行きを狭くして、平面を広くする方法に適しており、受圧する大径ダイヤフラム４７の複数個を合成連結棒４９で、まとめて小径ダイヤフラム４８に伝達し、大径ダイヤフラム４７の個数分の受圧面積に拡大して作動させる。
平面上なので、幾つもの大径ダイヤフラム４７を、まとめて小径シリンダ４８に伝達して合成することが容易で、数倍のエネルギー収集が可能となり、原発の１００万キロワット時と同等のエネルギーを得ることも全く不可能ではない。
【００２８】
本発明では、受圧ユニット内の構造を大と小のシリンダの組合せ、またはダイヤフラムの大径と小径の組合せによるものとしたが、多数のシリンダの合成力を得る場合には、合成された力を小径シリンダに導く必要は無く、同サイズの大径シリンダを用いて合成された応力を大径シリンダで受けても良い。
【００２９】
さらに受圧ユニット内に小径シリンダを持たない、大径シリンダのみを内蔵する方法も小規模のエネルギー収集としては可能で、この場合にはピストンをも省略でき、ゴム状に伸縮性を持ちながら、水と空気を遮蔽する隔壁を持てばよく、単純であるためコスト面では格段に有力となる。
ただし、水圧を受けた圧縮空気を電気変換するためには、地上に於いて大きなシリンダが欠かせない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】受圧ユニットによる水深位置エネルギーの取出し方法
【図２】水圧−油圧−発電のシステム図
【図３】両面構造の受圧ユニット
【図４】四角錐構造の受圧ユニット
【図５】立方体構造の受圧ユニット
【図６】ダイヤフラム使用して受圧力を合成した受圧ユニット
【発明を実施するための形態】
【００３１】
水深位置エネルギーの取出し方法では、大径シリンダ図１の６と小径シリンダ３を組み合わせた受圧ユニット１を基本とし、水中における受圧ユニット１の重力と浮力とを均衡させ、見かけ上の重量が最小になるように作る。
受圧ユニット１を水中深く沈めるにおいて、その過程で大径シリンダ６には、水深圧力により、キャップ側５に水８が浸入し、ピストン軸側の空気であるサージ４が押出されて、受圧ユニット１の重量と浮力の関係が崩れ、浮力が少なくなってしまうが、受圧ユニット１の外部に、水深に比例して浮力を発生する連鎖状の浮子ユニット１７を接続して、少なくなる浮力を補完し、水深の全域における見かけ上の重量を最小にする。
このことにより、ワイヤの小さな外力２０で、上げ／下げが出来るようになる。
【００３２】
ワイヤの小さな外力２０で、上げ／下げされる受圧ユニットであっても、大径シリンダ６に進入する水８は、水深に応じた大きな圧力を持ち、大径シリンダ６の、ピストン１２と連結し、連動する小径シリンダ３のピストン１４との関係で、大径と小径のピストンの断面積比により、さらに圧力が高められ、取出される圧力水１９は、上げ／下げされる受圧ユニット１の、水深の位置の圧力を比例拡大し、高圧で変化する圧力水が得られることになる。
【実施例】
【００３３】
受圧ユニット図１の１の水深の位置と受圧ユニット１に取付た浮力ユニット１７の水中に引き込まれる深さ（長さ）は、受圧ユニット１に浮力ユニット１６に結合されており、同じなので、浮力の減少を補完することは可能だが、問題は、水深位置と浮力の補完量は完全に同一でなく、非直線の関係があるため、完全には一致しない。
そのため、誤差の生じる部分は、浮子１７の個々の大きさを、変えて調整したり、浮子１７の内部に、水の少量を内蔵させたり、浮子１７に錘を付加するなどの処置で、ほぼ水深位置の、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２０で、大きな位置エネルギー（取出された圧力水）１９を得ることが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
水深位置エネルギーを採取して電気エネルギーを得る。
【符号の説明】
【００３５】
１    受圧ユニット
２    大気導入パイプ
３    小径シリンダ
４    ピストン側（サージ）
５    キャップ側圧力
６    大径シリンダ(単動形)
７    ピストンストッパ
８    進入水
９    ピストン連結軸
１０  調整錘
１１  フィルター
１２  大径ピストン
１３  隙間塞ぎ
１４  小径ピストン
１５  圧力対象液、又は空気
１６  浮子吊下げワイヤ
１７  浮子ユニット
１８  大気解放パイプ
１９  取り出された圧力水、
２０  受圧ユニット吊下げワイヤ
２１  圧力水ホース
２２  圧力水
２３  電磁方向切換弁
２４  水タンク
２５  水圧複動シリンダ
２６  油圧複動シリンダ
２７  油圧モータ
２８  密閉油タンク
２９  発電機
３０  変換された電気エネルギー
３４  大径シリンダ
３９  大径シリンダ
４３  大径シリンダ
４７  大径ダイヤフラム
４８  小径ダイヤフラム
４９  合成連結棒
【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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