(57)【要約】【課題】浮力を利用して回転体を駆動し、定常的な回転動力が得られる装置を提供する。【解決手段】浮力を利用して回転体を駆動し、定常的な回転動力を得るために、水槽内にて横方向に設置された主軸１７周りに回転可能に設置し、上記主軸の放射方向に設けた複数個の通気部１９及び各通気部と接続された、可変容積式のフロート２０を具備した回転体１５と、上記回転体の回転面の所定の範囲に配置され、上記フロートとの接触によりフロートを加圧し、その容積を変化させる容積制御手段２５と、容積制御手段との接触により容積の減少したフロートから容積の増大したフロートへ、また、容積の増大したフロートから容積の減少したフロートへ内部の気体を送るように各フロートを通じさせた連通路及び回転体に対する回転入力手段を具備して構成された浮力式回転動力装置。【選択図】          図１
2013057304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮力を利用して回転体を駆動し、定常的な回転動力を得るための装置であって、
水槽内にて横方向に設置された主軸周りに回転可能に設置し、上記主軸を中心として放射方向に設けられた複数個の通気部及び各通気部と接続された、可変容積式のフロートを具備した回転体と、
上記回転体の回転面の所定の範囲に配置され、上記フロートとの接触によりフロートを加圧し、その容積を変化させる容積制御手段と、
容積制御手段との接触により容積の減少したフロートから容積の増大したフロートへ、また、容積の増大したフロートから容積の減少したフロートへ内部の気体を送るように各フロートを通じさせた連通路及び回転体に対する回転入力手段
を具備して構成された浮力式回転動力装置。
【請求項２】
フロートは一対の筒体をスライド可能に組み合わせ、収縮位置と伸張位置の間にて容積が可変の構造としたスライドシリンダーから成り、
容積制御手段はほぼ扇型の正面形状を有するガイド板から成り、上記ガイド板は扇の要に当たる部分が主軸に位置し、扇の一側縁は回転体の上端付近に扇の他側縁は回転体の下端付近にそれぞれ配置し、扇の両側縁は主軸方向の一方の側にあり扇の中間部分は主軸方向の他方の側にあり、かつ、扇の両側縁で上記スライドシリンダーは伸張位置となり、扇の中間部分で上記スライドシリンダーは収縮位置となり、
上記スライドシリンダーを一方の筒体にて通気部に取り付け、他方の筒体を容積制御手段と接触させることでスライドし、それによって容積が変化するものとし、
さらに、上記通気部は主軸周りに設けたエアタンクに通じており、回転体の回転において収縮位置に向かうスライドシリンダーを正圧傾向とし伸張位置に向かうスライドシリンダーを負圧傾向とし、上記負圧傾向と正圧傾向が相互に作用するように構成されている
請求項１記載の浮力式回転動力装置。
【請求項３】
回転体は、回転力の変動を緩和するフライホイールを具備し、かつまた、回転体の外側を取り囲む大きさと形状を有するほぼ円筒状の回転胴を具備しており、上記回転胴は、回転体とは独立して自由回転可能に主軸に軸支されている
請求項１又は２記載の浮力式回転動力装置。
【請求項４】
回転入力手段は、回転体に回転力を入力する手動ハンドル機構又は動力機構から成る
請求項１又は２記載の浮力式回転動力装置。
【請求項５】
主軸には、主軸との動力伝達を接・断可能に、回転体の回転出力を取り出す回転出力機構が取り付けられており、上記回転出力機構を介して駆動される発電機を具備している
請求項１又は２記載の浮力式回転動力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浮力を利用して回転体を駆動し、定常的な回転動力を得るための装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力は、そのもの自体について見ればクリーンなエネルギーであり、あらゆる装置やシステムに使用可能であり、それなくして社会が成り立たないものである。電力を家庭や企業において使用するため、従来は、電力会社からの配電に頼っており、電力会社は水力、火力或いは原子力を用いて発電を行っている。現在、太陽光や風力を利用した発電が普及する状況もあるが、発生した電力は規模の大小を問わず電力会社に売電し、電力会社から配電するシステムが基本である。しかし、電力供給の逼迫により発電態勢を整備して、いざというときに備えようとする家庭や企業も少なくない。
【０００３】
自家発電においても検討を要するのは発電方式である。内燃機関を使用する発電は製品の種類も多く手軽であるが、燃料を必要とすることに加えて排気ガスを排出するという欠点がある。水力、風力、太陽光等の自然エネルギーはクリーンであるがその利用可能な勢力は変化し易く、常時一定の大きさのエネルギーを利用できるわけではない。これに対し一定の勢力を確保し易いエネルギー源として浮力があり、先行出願を調査すると浮力利用パターンの異なる幾つかの発明が見出された。例えば、特開２０００−１３０３１１号の発明は、水中に沈めた複数個の浮力体が水中にあるときに外部から空気を送給し、水面近くに浮上したときに空気を排出させ、浮力差により無端ベルトを回転させる方式を取る。しかし、この方式では空気の送給と排出を管理しなければならず、ポンプと動力源及び作動タイミングのための制御手段が必要である。
【０００４】
また、特開平１１−３７０３５号は、環状レール及びそれに係合している回転ハブから成る液体浸漬の回転出力発生装置において、環状レールは出力軸及び出力軸から放射状に延びているベローズに取り付けられたスポークから成り、容積が増大し浮力が増大したベローズが液体中を上昇しようとする力によりスポークが回転するという発明である。この構成の場合、ベローズが環状レールを擦って摩擦抵抗を生じ、また、出力軸の位置が回転して一定位置にないので出力の取り出し機構に工夫が必要であり、さらに、端部ロッドが中心ロッド内をスライドし、浮力が増大したときにスポークが最大に伸張するため、スポークに大きな曲げ応力が掛かるという問題が想起される。しかし、本件の発明者は浮力の利用に着目して、上記のような問題を生じない装置の開発に着手し、浮力を利用して回転体を駆動し、定常的な回転動力を得る回転動力装置の発明を創作するに至った。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１３０３１１号
【特許文献２】特開平１１−３７０３５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は前記の点に経緯に基づいてなされたもので、その課題は、浮力を利用して回転体を駆動し、定常的な回転動力を得る回転動力装置を提供することである。また、本発明の他の課題は、大規模な設備を必要とせずに安定した出力が得られる浮力式回転動力装置を提供することである。また本発明の他の課題は、不安定な自然エネルギーに頼ることなく、安定な自家発電を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の課題を解決するため、本発明は、浮力を利用して回転体を駆動し、定常的な回転動力を得る装置について、水槽内にて横方向に設置された主軸周りに回転可能に設置し、上記主軸を中心として放射方向に設けられた複数個の通気部及び各通気部と接続された、可変容積式のフロートを具備した回転体と、上記回転体のフロートが接する、回転体の回転面の所定の範囲に配置され、上記フロートとの接触によりフロートを加圧し、その容積を変化させる容積制御手段と、容積制御手段との接触により容積の減少したフロートから容積の増大したフロートへ、また、容積の増大したフロートから容積の減少したフロートへ内部の気体を送るように各フロートを通じさせた連通路及び回転体に対する回転入力手段を具備して構成するという手段を講じたものである。
【０００８】
本発明の装置は、浮力を利用して回転体を駆動し、定常的な回転動力を得るために、浮力を利用する環境として水槽を使用する。しかしながら、使用する水槽の種類を選ぶことはなく、本発明のために水槽を新設する必要もない。例えば浴槽や防火水槽、水泳用プール等も本発明における水槽として利用可能である。
【０００９】
本発明では、水槽内にて主軸周りに回転可能に、回転体を設置する。上記回転体は、主軸を中心として放射方向に設けられた複数個の通気部を具備し、かつまた、各通気部と接続された、可変容積式のフロートを具備している。フロートは浮力を回転動力に利用するための手段であり、回転体の下位にあるフロートの浮力は大きく、回転体の上位にあるフロートの浮力は小さくするものとし、そのために、可変容積式の構造とする。
【００１０】
上記フロートの容積制御のために、上記フロートとの接触によりフロートを加圧し、その容積を変化させる容積制御手段を、回転体の回転面の所定の範囲に配置して設けるものとする。容積制御手段は、例えばカムのように、フロートに作用してその容積を変化させるが、回転面の一部であるため加圧時の摩擦による影響も抑えられる。
【００１１】
また、上記容積制御手段との接触により容積の減少したフロートから容積の増大したフロートへ、また、容積の増大したフロートから容積の減少したフロートへ内部の気体を送るように各フロートを通じさせた連通路を有している。全てのフロートは連通路によりつながっており、かつ、気体が封入された内部空間は密閉されていることが望ましい。しかしながら、内部に気体を注入する必要のあるときは、適宜補充可能な構造を設けることも可能である。なお、気体には空気を用いれば良い。
【００１２】
また、本発明の装置は、回転体に対する回転入力手段を具備している。回転入力手段としては、回転体に回転力を入力するために手動ハンドル機構又は動力機構を設定することが望まれる。本発明の装置も、一旦回転力が入力されると、各作動部分の摩擦或いは気体の流れに基因する抵抗等によって徐々に回転力が低下するが、適時に、回転入力手段によって回転力を補充することで、おおむね定常的な回転動力を得ることができる。
【００１３】
本発明の装置は、特に、フロートは一対の筒体をスライド可能に組み合わせ、収縮位置と伸張位置の間にて容積が可変の構造としたスライドシリンダーから成るものとし、容積制御手段はほぼ扇型の正面形状を有するガイド板から成り、上記ガイド板は扇の要に当たる部分が主軸に位置し、扇の一側縁は回転体の上端付近に扇の他側縁は回転体の下端付近にそれぞれ配置し、扇の両側縁は主軸方向の一方の側にあり扇の中間部分は主軸方向の他方の側にあり、かつ、扇の両側縁で上記スライドシリンダーは伸張位置となり、扇の中間部分で上記スライドシリンダーは収縮位置となり、上記スライドシリンダーを一方の筒体にて通気部に接続し、他方の筒体を容積制御手段と接触させることでスライドし、それによって容積が変化するものとし、さらに、上記通気部は主軸周りに設けたタンクに通じており、回転体の回転において収縮位置に向かうスライドシリンダーを正圧傾向とし伸張位置に向かうスライドシリンダーを負圧傾向とし、上記負圧傾向と正圧傾向が相互に作用するように構成することが望ましい。
【００１４】
回転体は、回転力の変動を緩和するフライホイールを具備し、かつまた、回転体の外側を取り囲む大きさと形状を有するほぼ円筒状の回転胴を具備しており、上記回転胴は、回転体とは独立して自由回転可能に主軸に軸支するという構成が取られる。これにより、ムラの少ない回転動力を得ることができる。
【００１５】
本発明の装置では、回転入力手段は、回転体に回転力を入力する手動ハンドル機構又は動力機構から成る。また、主軸に、主軸との動力伝達を接・断可能に、回転体の回転出力を取り出す回転出力機構を取り付け、上記回転出力機構を介して駆動される発電機を具備することができる。これによって、本発明の装置を自家発電装置の一部として構成することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は以上のように構成されかつ作用するものであるから、任意の水槽を用いて回転体を設置し、フロートの容積を変化させることで、浮力を利用して回転体を駆動し、定常的な回転動力を得る回転動力装置を提供することができる。また、本発明によれば、水槽内部において回転体を回転させる構成によって、大規模な設備を必要とせずに安定した出力が得られる浮力式回転動力装置を提供することができる。また本発明によれば、回転出力機構を介して駆動される発電機を具備することで不安定な自然エネルギーに頼ることなく、安定な自家発電を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下図示の実施形態を参照して本発明をより詳細に説明する。図１は本発明に係る浮力式回転動力装置１０の一例を示す正面図であり、各図中１１は水槽、１２は水槽上部に配置した給水部、１３は水槽下部に配置した排水部を示しており、夫々がハンドル１２ａ、１３ａを有している。１４は水量計を示しており、水槽１１の内部に満たされている水Ｗの量を表示する。図示の装置１０は、回転体１５を取り囲む大きさと形状を有する円筒状の回転胴１６を具備しているので、この回転胴１６を水槽１１の内部に配置するために、底部の一部１１ａを円筒状に下方に付き出させた構造を有している。
【００１８】
上記回転体１５は、水槽１１の前後に設置した、軸受１１ｂ、１１ｃにより軸承する主軸１７により、主軸周りに回転可能に設置されている。主軸１７は水槽内にて横方向に設置され、この主軸１７には円筒型のエアタンク１８が同心円上に設けてあり、このエアタンク１８に、主軸１７を中心として放射方向に複数個の通気部１９が等角度間隔で、その一端部にて設けられ、さらに、各通気部１９の他端部には可変容積式のフロート２０を接続している。上記のエアタンク１８、通気部１９、フロート２０は回転体１５を構成し、従って、内部は相互に連通して連通路を構成する。
【００１９】
図示の例において、フロート２０は一対の筒体２１、２２をスライド可能に組み合わせた水密伸縮構造を有し、収縮位置と伸張位置の間にて容積が変化する構造としたピストン状のスライドシリンダーから成る。上記フロート２０は、一方の筒体２１の基端部にて前記通気部１９と接続され、他方の筒体２２は、一方の筒体２１の先端部側に摺動可能に設けられるとともに、一定の伸張長さを取るように付勢されている。その付勢手段として伸張方向に作用させたバネを用いている（図示しないが、バネに代えて圧縮気体を利用しても良い。
【００２０】
上記多数のフロート２０は同心円状に配置され、かつ、各々のフロート２０の先端部側が基端部側よりも主軸１７の軸方向前方へ突き出すように傾斜させた構造になっている。前方に突き出した先端部には、後述する容積制御手段２５との接触抵抗を減少するための突起２２ａが設けられている。２３は回転力の変動を緩和するフライホイールであり、エアタンク１８の後側に取り付け、回転体１５と一体に回転する。図示の例では、フロート２０を基端部側にて通気部１９に接続した構造になっているが、フロート２０の取り付けにはエアタンク１８と一体の取り付け盤１８ａを用いている。故に、回転体１５を構成するエアタンク１８、通気部１９、フロート２０はフライホイール２３とともに主軸１７と一体に回転する。
【００２１】
これに対し、上記の容積制御手段２５は主軸１７に対して回転可能に設けられている。図示の容積制御手段２５はほぼ扇型の正面形状を有するガイド板から成り、上記ガイド板は扇の要に当たる部分が主軸１７に位置し、かつ、扇の両側２４、２６が主軸１７の一方の側にあり扇の中間部分が主軸１７の他方の側にあり、扇の両側で上記伸張位置に一致し扇の中間部分では上記収縮位置に一致したストロークを有する。そして、扇の一側は回転体の上端付近に扇の他側は回転体の下端付近にそれぞれ配置されるように設置している。そして、上記の容積制御手段２５は、回転体１５の回転面の所定の範囲に配置され、上記フロート２０との接触によりフロート２０を突起２２ａにて加圧し、その容積を変化させる。
【００２２】
さらに図示の例における本発明の装置１０は、回転体１５の外側を取り囲む大きさと形状を有するほぼ円筒状の回転胴１６を具備しており、上記回転胴１６は、回転体１５とは独立して自由回転可能に主軸１７に軸支されている。２８、２９は回転胴軸受であり、回転体１５の前後両側にて主軸１７に対して、回転可能に軸承されている。なお、前部の軸受２８は回転制御手段３１のボス３０を軸とし、その凹部に係合する小プーリー３０ａを介して軸承する。
【００２３】
回転胴１６は、回転体１５の回転に伴って水中に生じる過流の影響が、一定の区間内部に限られるように、回転体１５の外周を囲んでいるものである。回転胴１６の回転とともに水流を回転方向に誘発するために、内周面には範円筒状断面形状を有する多数のフィン２７ａが等間隔に設けられている。回転胴１６は放射方向の支持部２７ｂによって回転胴軸受２８、２９に取り付けられている（図３参照）。
【００２４】
上記回転制御手段３１は、容積制御手段２５を回転させるための手段であり、図示の例では手動ハンドル機構が具備されている。手動ハンドル機構は、水槽側構造部分に取り付けた手動ハンドル３２と、それと同軸のピニオン３３と、主軸１７に取り付けた減速歯車３４とから成る。回転制御手段３１は、その減速歯車３４にて、ボス３０を介して、容積制御手段２５の扇型板に結合しており、手動ハンドル３２の操作によって、回転体１５とは無関係に容積制御手段２５を回転させることができる。容積制御手段２５を回転させることで、扇の両側２４、２６の位置を変えることができ、かつまた、浮力の作用を操作して回転体１５を停止させることも可能である。
【００２５】
上記主軸１７には、主軸１７との動力伝達を接・断可能に、回転体１５の回転出力を取り出す回転出力機構が取り付けられている。上記回転出力機構は、主軸１７の前後にそれぞれ取り付けた大径側のプーリー３５ａ、３６ａ、それらと伝達ベルト３５ｃ、３６ｃを介して結合された小径側のプーリー３５ｂ、３６ｂから成る。その内の小径側のプーリー３５ｂは、回転動力機構３７としてのモーターの回転軸に、クラッチ３７ａを介して結合されている。また、他方のプーリー３６ｂは、発電機３８の回転軸に結合されている。動力機構３７としてはＡＣ／ＤＣギヤードモーター、また、発電機３８としてはインバーターモーターを具備している。
【００２６】
図中、３９は回転入力手段としての手動ハンドルで、発電機３８の回転軸との間には、力の伝達をオン・オフ可能であるとともに逆回転防止のために、クラッチ３９ａが設けられている。４０はスピードコントローラーであり、主軸１７の回転速度の設定と制御のために、前記回転動力機構３７によって構成されている。４１はＤＣモーター用の起動スイッチ、４２はＡＣモーター用の起動スイッチを示す。なお、水槽１１は車輪によって移動可能である。
【００２７】
このように構成されている本発明の装置１０によれば、水槽１１に水Ｗを満たした状態において、回転体１５を構成するフロート２０の内、容積制御手段２５によって他方の筒体２２が押し込まれている範囲にあるものは、収縮状態を取るため、容積がその位置に応じて減少しており、容積制御手段２５によって押し込まれていない一方の筒体２１の範囲にあるものは、より大きい容積を維持している。このため、図１において主軸１７の下方にあるフロート２０の浮力は、主軸１７の上方にあるフロート２０の浮力よりも相対的に大きい状態にある。よって、回転入力手段の手動ハンドル３９を回転させることで、主軸１７が回転し、各フロート２０は容積制御手段２５と接触し浮力に変化を順次生じ、浮力の差に基づく継続的な回転力を得ることができる。
【００２８】
即ち、或るフロート２０が容積制御手段２５の一方の側２４に達してその突起２２ａが扇の盤面に接触すると、押し込まれて容積が収縮し、それに伴い浮力が減少する。浮力が減少することでフロート２０は水中に沈み易くなり、この状態は上記のフロート２０が容積制御手段２５の他方の側２６から離脱するまで継続する。上記フロート２０が容積制御手段２５から脱すると、フロート２０が付勢手段により伸張し始めるので浮力は回復の方向に転じる。この容積減少作用が、扇型の容積制御手段２５の上端付近から開始し、下端では回転方向やや前方で終わるので回転が持続する。本発明の装置１０は、時計回り又は反時計回りのどちらの方向にも作動させることができるが、図示の例の場合は時計周りに設定されている。
【００２９】
上記回転体１５の回転では、収縮位置に向かうスライドシリンダーは正圧傾向となり、伸張位置に向かうスライドシリンダーは負圧傾向となり、上記負圧傾向と正圧傾向が相互に作用するので、摩擦や水流抵抗による損失に拘らず、フロート２０の伸張収縮作用は著しくスムーズに行なわれる。このようにして浮力を利用することにより回転体１５を駆動して得られた、定常的な回転力により発電機３８を駆動することができ、それによって発電された電力は、図示していない蓄電池の充電に利用することができる。また、所期の手動操作力に基づいて、浮力による回転は持続的に得られている間は、発電機３８によって発電された電力を前記回転動力機構３７の電源に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る浮力式回転動力装置の一例を示す正面説明図である。
【図２】同上の装置の側面説明図である。
【図３】同上の装置に用いる回転胴の正面図である。
【図４】同じく断面説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０  浮力式回転動力装置
１１  水槽
１２  給水部
１３  排水部
１４  水量計
１５  回転体
１６  回転胴
１７  主軸
１８  エアタンク
１９  通気部
２０  フロート
２１  一方の筒体
２２  他方の筒体
２３  フライホイール
２４  扇の一方の側
２５  容積制御手段
２６  扇の他方の側
２７ａ  フィン、２７ｂ  支持部
２８、２９  回転胴軸受
３０  ボス
３１  回転制御手段
３２、３９  手動ハンドル
３３  ピニオン
３４  減速歯車
３７  動力機構
３８  発電機
４０  スピードコントローラー
４１  ＤＣモーター用の起動スイッチ
４２  ＡＣモーター用の起動スイッチ
【図１】
2013057304.tif 000003
【図２】
2013057304.tif 000004
【図３】
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【図４】
2013057304.tif 000006