重浮力發電裝置的製作方法

2023-12-02 02:36:56 1

本發明涉及一種重浮力發電裝置，其能夠以簡單的結構將因重力下落及因浮力上升反覆循環進行的多個球體(以下稱為質量球)的動能及勢能取出，來進行發電。

背景技術：

近年來，全球變暖現象成為大問題，人們對用於抑制全球變暖化持續進行的全球變暖防止對策進行了各種討論。作為全球變暖的主要原因之一，例如有因用於發電的化石燃料的消耗而導致的co2(二氧化碳)的排出，人們提出了各種具體解決方案，以繼續抑制co2的排出。

因此，人們還提出採用發電時不排出co2的方法。作為該辦法，比如，利用自然界中存在的太陽光、風力、波力等可再生能源來進行發電，當前正在運營的火力發電站抑制co2排出的同時，利用可再生能源來增加發電量。

作為利用可再生能源時的一個例子，比如，為了從太陽能得到電力，一般使用利用光電效應把光能轉換為電力的太陽能電池，需要設置通過將排列很多該太陽能電池來得到所期望的電力的太陽能發電系統。並且，由於太陽能發電系統本身不產生co2，因而，對抑制co2的排出起很大作用，但是，太陽能電池的價格仍然很高，由此導致太陽能發電系統的設置成本的增加。另外，除了存在像這樣的太陽能發電系統的設置成本增加的問題以外，需要經常有太陽光照射，並且需要有很大面積的土地，設置場地也受到限制。像這樣的土地大多為遠離城市即電力消費地的、例如沙漠地帶等邊遠地區，並且為了輸送所產生的電力等，則需要很多設備。而且，對於太陽能發電以外的可再生能源，如風力、地熱、波力等能源的利用，分別存在發電效率較低以及因較大地容易受自然環境的影響而難以穩定地進行發電等問題，目前普及不太順利。

這樣，作為解決利用可再生能源時的問題點的對策的一個例子，例如提出了一種如日本專利發明公開公報特開2001-225324號所示那樣的系統，在該系統中，通過作用於液體中的物體的浮力，對物體施加勢能，通過因重量下落的方式將該勢能作為電力取出來。

該系統構成為，球體於在垂直方向上設置有多個的上升室內因浮力而上升，其能夠通過因上升而得到較大勢能的球體在下落室內下落，取出因該下落而產生的動能。從而能夠在沒有co2排出的情況下得到電力。

但是，該系統需要設置用於使由浮力上升球體通過的多個上升室，由此使結構變得複雜。另外，由於該系統是得到因下落而產生的動能的系統，因而，垂直方向上的長度即裝置整體的高度變大，因此導致設備也變大。

解決像這樣問題，還是在沒有co2排出的情況下得到電力，作為使之成為可能的系統的一個例子，人們提出了一種日本發明專利公開公報特開2013-137013號所示的系統。在本系統中，設置在液體中能夠沿垂直方向移動的液體槽，通過將該液體槽的移動轉換為一對外螺紋軸和內螺紋體組合中的外螺紋軸或者內螺紋體的旋轉運動，以將該旋轉能量作為電力取出。

但是，在像這樣的系統中，對應液體槽的升降而動作的螺絲機構複雜，通過像這樣的損失較多且複雜的機構而得到的電力的發電效率較低。另外，若通過並列配置多個螺絲來彌補發電效率下降的問題，則需要將很多機構直列或並列配置，並且需要用於進行該設置的設備及用於連接所需的配線。因此，在不使裝置大型化的情況下得到足夠的效率之前難以改善，另外，裝置大型化時，設置場地受到限制。

技術實現要素：

鑑於上述問題，本發明目的在於，提供一種重浮力發電裝置，其能夠以簡單的結構，取出得到勢能的球體的位置能量，或者使球體在下落室裡下落，以取出動能，另外，能夠使發電效率任意變更。從而，能夠在沒有co2排出的情況下得到電力。因結構簡單，能夠任意設定下落距離以簡單地改良發電效率，通過並列或直列配置該系統，能夠進一步改善發電效率。

為了達成上述目的，本發明重浮力發電裝置，具有：一對圓筒狀浮力棟和發電棟，其沿鉛直方向延伸且兩者的下端部相連接，多個質量球在兩者的內部循環，並且兩者構成為，浮力棟內部充滿給質量球施加浮力的液體，多個質量球從浮力棟向發電棟沿一個方向循環；發電部，其產生與在浮力棟內部因浮力上升後移動到發電棟的質量球的質量相對應的產生電力；開閉機構，通過發電部的質量球向浮力棟移動時，其控制液體以使該液體不會從浮力棟洩漏到發電棟，並且使質量球移動；以及液體量調節機構，其將具有與在浮力棟內因浮力上升的質量球的重量相對應的重量的液體排出到浮力棟的外部。

另外，為了達成上述目的，本發明重浮力發電裝置的開閉機構構成為，具有：一對開閉門，其為第一開閉門和第二開閉門，其中，第一開閉門設置在比發電部靠浮力棟一側的位置，第二開閉門設置在比第一開閉門還靠浮力棟一側的位置，僅在第一開閉門處於關閉狀態時，第二開閉門處於打開狀態；質量球傳感器，其用於檢測出第一開閉門處於打開狀態時質量球從發電棟一側向到浮力棟一側移動的這一情況；以及控制部，其控制第一開閉門和第二開閉門，以使之至少，僅在第一開閉門處於關閉狀態時，第二開閉門處於打開狀態，另外，僅在第一開閉門處於打開狀態時，第二開閉門處於關閉狀態，通過使第二開閉門處於打開狀態，從而使得位於第一開閉門和第二開閉門之間的質量球在浮力棟內的液體中被施加浮力。

另外，為了進一步達成上述目的，本發明重浮力發電裝置的開閉機構構成為，具有：氣密室，其設置在比發電部靠浮力棟一側的位置，且具有設置在發電棟一側的第一個艙口、設置在浮力棟一側的第二艙口，以及向氣密室內注入液體或者排出液體的注入排出機構；控制部，其控制第一艙口和第二艙口，以使得，僅在第一艙口處於關閉狀態時，第二艙口處於打開狀態，並且僅在第一艙口處於打開狀態時，第二艙口處於關閉狀態，另外，控制注入排出機構，以使得，在第一艙口和第二艙口處於關閉狀態時，排出氣密室內的液體，通過使第二艙口處於打開狀態，從而使得位於第一艙口和第二艙口之間的質量球在浮力棟內的液體中被施加浮力。

另外，為了進一步達成上述目的，本發明重浮力發電裝置的開閉機構構成為，具有：空氣採集部，其設置在比發電部靠浮力棟一側的位置；活塞部，其使通過發電部的質量球經由採集部向浮力棟移動；驅動部，其驅動活塞部，活塞部在質量球通過發電部時驅動活塞部。

本發明的效果為：使用本發明所涉及的重浮力發電裝置，能夠以比現有技術中所知的系統簡單的結構提高發電效率，在不排出co2的情況下進行發電。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。

圖1(a)是表示本發明所涉及的重浮力發電裝置的整體結構及一個實施例的示意圖；

圖1(b)是表示本發明所涉及的重浮力發電裝置全體結構及另一個實施例的示意圖；

圖2是表示本發明所涉及的重浮力發電裝置上設置的發電裝置其他狀態的示意圖；

圖3(a)是表示本發明所涉及的重浮力發電裝置上設置的發電部的具體例的立體圖；

圖3(b)是表示圖3(a)所示的發電部的變形例的示意圖；

圖4(a)是表示本發明所涉及的重浮力發電裝置上設置的開閉機構的具體例的主視圖；

圖4(b)是表示圖4(a)所示的開閉機構的變形例的主視圖；

圖4(c)是表示圖4(a)所示的開閉機構的變形例的主視圖；

圖4(d)是表示用於驅動從圖4(a)到圖4(c)所示的開閉機構中的板部分的滑動移動的凸輪機構的一個例子的示意圖；

圖5(a)是表示本發明所涉及的重浮力發電裝置上設置的開閉機構的其他實施例的示意圖；

圖5(b)是表示圖5(a)所示的開閉機構的動作的流程圖；

圖6(a)是表示本發明所涉及的重浮力發電裝置上設置的開閉機構的另外其他的實施例的示意圖；

圖6(b)是表示圖6(a)所示的開閉機構所使用的空氣採集部的一個具體例子的示意圖；

圖7是表示本發明所涉及的重浮力發電裝置上設置的液體量調節機構的其他實施例的示意圖。

附圖標記如下：

1：浮力棟；2：發電棟；3：液體量調節機構；10：質量球；20：發電部；20a：齒輪；210：軸；30：第一開閉門；40：第二開閉門；31：質量球傳感器；50：控制部；70：海綿體；80：氣密室；81：第一艙口；82：第二艙口；85：注入排出機構；100：開閉機構；200：凹部；300：板部件；300a：導軌；400：驅動機構；410：轉動軸；420：凸輪板；450：凸輪部；500：按鈕。

具體實施方式

下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。

圖1(a)是表示本發明所涉及的重浮力發電裝置的一個例子的整體結構的示意圖。

在利用該裝置的系統中，設置充滿液體且沿鉛直方向延伸的浮力棟1，在該浮力棟1內部配置多個質量球10，該多個質量球10具有能夠因充滿的液體所產生的浮力而上升的比重。只要能夠使質量球10因浮力上升，在浮力棟1中充滿的液體和質量球10的材質可任意選擇。作為一個例子，可以使用自來水作為液體。

在浮力棟1內部上升露出水面的質量球10以與浮力棟1平行的方式向沿鉛直方向延伸的發電棟2沿圖中的箭頭a所示方向移動，在發電棟2內部下落。而且，在質量球10從浮力棟1向發電棟2移動時，為了使移動順利地進行，可以適當設置導板1a，該導板1a可以設置在在質量球上方或者下方。為了使移動更順利地進行，可以將發電棟2高度h設定得比浮力棟1的高度h低。該h跟h之間差在考慮到浮力棟1和發電棟2的間隔、質量球10的重量以及直徑d等的基礎上可以設定適當的數值。作為一個例子，只要具有浮力球10的直徑d大小的差，移動就可以順利地進行。

質量球10由於因浮力棟1中的浮力上升所得到的勢能通過其在發電棟2中下落而轉換為動能，並且到達發電部20，轉換為電能以進行發電。後面會對發電部20的具體結構進行說明。質量球10不局限於在發電棟2內自由下落的結構形式，例如有效地利用山嶽地帶的傾斜面等，就可以減少設備的建設費用，或者縮短設置設備的時間。

圖1(a)的示意圖所示，浮力棟1和發電棟2的各自的下端相連接。並且，在發電棟20內下落後，通過發電部20的質量球10經由該連接的部分如箭頭b所示那樣向浮力棟1一側移動，在移動到浮力棟1之後，在液體中產生的浮力作用下進一步在浮力棟1的內部上升，於浮力棟1和發電棟2之間循環。而且，可以在發電棟2的下部的外側內壁形成適當的彎曲部r1，以使質量球10在通過發電棟2的內部的發電部20之後容易向浮力棟1一側移動。

圖1(a)的示意圖所示，在浮力棟1和發電棟2之間設置有開閉機構100，該開閉機構100控制液體以使浮力棟1內充滿的液體不會從浮力棟1洩漏到發電棟2，並且使質量球10向浮力棟一側移動。

作為開閉機構100，可構想出多種形態。在圖1(a)所示的系統中，該開閉機構100具有一對開閉門，該一對開閉門為第一開閉門30和第二開閉門40，其中，第一開閉門30設置在比發電部20靠浮力棟1一側的位置；第二開閉門40設置在比第一開閉門30靠浮力棟2一側的位置，且僅在第一開閉門30處於關閉狀態時處於打開狀態。另外，還具有質量球傳感器31，質量球傳感器31用於檢測出上述第一開閉門30處於打開狀態時質量球10應從發電棟2一側向浮力棟1一側移動這一情況。並且，該第一開閉門30和第二開閉門40被控制部50控制，從而僅在第一開閉門30處於關閉狀態時第二開閉門40處於打開狀態。在這樣構成的系統中，由於第二開閉門40處於打開狀態，位於這些開閉門之間的質量球10如箭頭c所示那樣進一步向浮力棟1一側移動，使得內部液體中產生浮力。而且，作為第一開閉門30和第二開閉門40的具體形態可構想出多種。圖1(a)中，第一開閉門30和第二開閉門40為以支點為中心開閉質量球10的前進通路的板部件，但是並不局限於此。另外，可以在浮力棟1的下部的外側內壁形成適當的彎曲部r2，以使質量球10在浮力棟1中受到浮力而容易上浮。另外，也可以採用如下結構，即，在第一開閉門30的位於發電棟2一側的一定範圍的內壁上粘貼海綿體70這樣的彈性材料，以使質量球10的通路直徑儘可能的接近該質量球10的直徑d。通過採用這樣的結構，能夠更可靠地確保浮力棟1和發電棟2之間的氣密性。

也可以設置液體量調整機構3，該液體量調整機構3構成為，當質量球10在液體中的浮力作用下上浮時，可以將具有與上浮的質量球10的重量相對應的重量的液體排出到浮力棟1的外部。具體來說，如圖1(a)所示，可以由圓筒狀液體槽構成，該圓筒狀液體槽在浮力棟1的下部，即質量球10得到浮力而開始上升的位置附近與浮力棟1連接，且以與浮力棟1平行的方式沿鉛直方向延伸。該圓筒狀液體槽的直徑可以比浮力棟1的直徑小。通過採用這樣的結構，具有與質量球10的重量相對應的重量的液體從浮力棟1被排出，因此，能夠使質量球10的上浮有效地進行。該液體量調節機構3上也可以設置止回閥3a，以防止液體倒流。

再者，也可以適當地設置用於排出或者供給第一開閉門30和第二開閉門40之間的空間內的液體等的未圖示的機構，包括該供排水機構在內，第一開閉門30和第二開閉門40的動作由控制部50來控制。另外，控制部50也可以與發電部20連接，具有監視發電量等的功能。

這樣構成的開閉機構100的動作如下。

如圖1(a)所示，當第一開閉門30處於關閉狀態而第二開閉門40處於打開狀態時，液體充滿到第一開閉門30的靠浮力棟1一側的位置。並且，當通過發電部20的質量球10接近第一開閉門30時，由質量球傳感器31檢測出質量球10的接近，而進一步向浮力棟1一側移動的狀態由控制部50把握。

從該狀態下，控制部50使第二開閉門40處於關閉狀態，並且排出第一開閉門30和第二開閉門40間的空間內的液體。與此同時，液體量調節機構3內部的液體也被排出，因此，如圖1(b)所示，第一開閉門30和第二開閉門40之間的空間內液體被全部排出。並且，處於關閉狀態的第一開閉門30變為打開狀態，使得在浮力棟1內上升的質量球10向浮力棟1一側移動。如上所述，可以在發電棟2的下部內壁上形成彎曲部r1，以使質量球10的移動順利地進行，但是，也可以採用設置用於促進質量球10移動的未圖示的機構，如活塞機構。

圖2是表示這樣的重浮力發電裝置的其他實施例的示意圖，在質量球10因在浮力棟1的內部的液體中上升而得到的勢能為最大的位置上設置有發電部20。通過採用這樣的結構，能夠把質量球的勢能轉換為電能，以有效地進行發電。

圖3(a)是表示發電部20上設置的齒輪20a的立體圖。在齒輪20a上設置有與質量球10的外周的一部分相同的形狀的多個凹部200。並且，在該凹部200內配置有沿箭頭z所示方向從發電棟2上部落下來的質量球10，因此，齒輪20a以軸210為中心轉動，用於將該轉動時的能量轉換為電能取出。

也可以採用在發電部20內設置多個齒輪20a的結構，圖3(b)是表示該結構的一例子的示意圖。如圖3(b)所示，質量球10構成為，在兩個齒輪20a分界附近下落。並且，質量球10由各個齒輪20a的凹部200保持後落下，並且使各個齒輪20a的軸210沿d、e方向轉動來進行發電。

圖4(a)是表示用於開閉機構100的第一開閉門30和第二開閉門40的一個例子的俯視圖。在圖1(a)和圖1(b)中，第一開閉門30、第二開閉們40為以支點為中心開閉質量球10的前進通路的板部件，但是，如圖4(a)所示，可以採用如下結構：兩塊板部件300在與質量球10的前進通路垂直的方向上，於導軌300a上滑動，移動到浮力棟1的中心附近。

圖4(b)和圖4(c)分別表示使用了板部件300的開閉門一個例子。板部件300構成為，通過控制部50的控制而能夠在浮力棟1中與質量球10的前進通路垂直的方向上如箭頭x所示那樣滑動。作為滑動的具體形態，可構想出多種，但是，可構想出如圖4(b)所示那樣的形態，即，板部件300在x方向上一次往返的滑動動作對應於開閉門的2次開閉動作。這種情況下通過將差值(margin)δd與質量球的直徑d的3倍的值相加所得到的浮力棟1的直徑為3d+δd。另外，在圖4(c)所示的情況下，浮力棟1的直徑為2d+δd。

圖4(d)是表示用於驅動板部件300滑動的凸輪機構400的結構的示意圖。可以通過各種方法來驅動板部件300滑動，但是，開閉門30和40需要在浮力棟1內部充滿的液體的壓力作用下動作，因此，優選使用可輸出較大的力的方法來進行驅動。作為一個例子，可以使用利用較小的結構輸出較大的力的液壓泵來進行驅動。

圖4(d)是表示作為一個例子可驅動具有圖4(c)所示結構的板部件300滑動的凸輪機構，該凸輪結構由能夠以轉動軸q為中心轉動的凸輪420和能夠與該凸輪的外周接觸的液壓泵用按鈕500構成。並且，在凸輪板420外周設置有凸輪部450，該凸輪部450具有：第一凸輪部450a，其對應於開閉門40的關閉狀態；第二凸輪部450b，其包括打開狀態且對應於滑動狀態。該液壓泵用按鈕500在來自未圖示的液壓機構的推壓力的作用下能夠在圖中的s方向上往復運動，由此推壓凸輪部450，以使板部件滑動。

圖5(a)表示用於本發明的重浮力發電裝置的開閉機構100的另一個實施例，該開閉機構100具有比發電部20靠上述浮力棟1的側表面設置的氣密室80。該氣密室80內設置有第一艙口81、第二艙口和注入排出機構85，其中，第一艙口81設置在發電棟2一側；第二艙口設置在浮力棟1一側；注入排出機構85用於往氣密室80內注入液體或排出液體。該第一艙口81和第二艙口82由控制部50控制，從而僅在第一艙口81處於關閉狀態時，第二艙口82處於打開狀態，另外，僅在第一艙口81處於打開狀態時，第二艙口82處於關閉狀態，並且，注入排出機構85也由控制部50控制，從而，在第一艙口81和第二艙口82都處於關閉狀態時，排出氣密室80內的液體。

圖5(b)表示圖5(a)所示的開閉機構100的動作一個例子的流程圖。在步驟s1，第一艙口81處於打開狀態，第二艙口82處於關閉狀態。這時，浮力棟1中液體以第二艙口82為分界處於氣密室80的外側。而且，能夠配置在氣密室80的內部的質量球10的數量可以任意設定。另外，如步驟s2所示，可以在第一艙口81處於打開狀態之後，使質量球10從發電棟2一側移動。也可以利用設置在發電棟2的下部內壁的彎曲部r1。

在步驟s3檢測出應在浮力棟1內上升的一定數量的質量球10是否移動到氣密室80內後，在步驟s4，由控制部50控制，使第一艙口81處於關閉狀態，並且使第二艙口82處於打開狀態。再者，在該步驟，使液體充滿氣密室80的內部，另外，也向液體量調節機構3內注入所需量的液體。從而，在步驟s4，浮力棟1內的液體能夠充滿氣密室80的內部，在步驟s5，氣密室80的內部的質量球10向浮力棟1移動。而且，也可以採用如下結構，即，為了使質量球10順利地這樣移動，而設置用於在氣密室80的內部產生從第一艙口81一側到第二艙口82一側的液體流的未圖示的機構，並且由控制部50控制該機構。並且，也可以利用設置在浮力棟1的下部內壁的彎曲部r2，使移動順利進行。

在步驟s6，檢測出質量球10從氣密室80向浮力棟1的移動是否已經完成。並且，在移動完成時，由控制部50控制，使第二艙口82也處於關閉狀態，因此，在步驟s7，第一艙口81和第二艙口82處於關閉狀態，並且，之後，在步驟s8，排出氣密室80內部的液體，返回步驟s1,質量球10進一步從發電棟2一側移動。

圖6(a)表示用於本發明的重浮力發電裝置的開閉機構100的另外其他的實施例，該開閉機構100構成為，具有：空氣採集部91，其比發電部20靠浮力棟1一側設置；活塞部92，其使通過發電部20的質量球10經由空氣採集部91向浮力棟1移動；驅動部93，其由控制部50控制，在質量球10通過發電部20時，驅動活塞部92。

在該實施例中，與圖1(a)和圖5所示的實施例不同，不需要形成保持氣密性的空間，因此，也不需要排出來自裝置的液體。另外，通過發電部20的質量球始終由控制部50控制，能夠利用驅動部93沿y方向驅動活塞部92，使質量球10向浮力棟1移動。

圖6(b)是可用於圖6(a)的開閉機構100的空氣採集部91的一個實施例的俯視圖。

圖7的表示圖1(a)所示的液體量調節機構3的另外的實施例的示意圖，該液體量調節機構3可以為向浮力棟1內注入液體以及排出來自浮力棟1的液體的機構。

圖1(a)的液體量調節機構3用於將與在浮力棟1的內部因液體產生的浮力而上升的質量球10的重量相等重量的液體排出到浮力棟1的外部的圓筒狀液體槽，以有效地使質量球在浮力作用下上升。從而，能夠想到圓筒狀液體槽的液面在每次質量球10上浮時上升，導致液體向圓筒狀液體槽的外部溢出。因此，每次質量球10反覆上浮時，圓筒狀液體槽裡的液體的量可能會減少，因而，也能夠向浮力棟1注入液體。進一步具體能夠想到像自來水管道那樣的系統。

上面具體說明了本發明的結構，但是，這只是舉例說明了本發明而已，本發明所屬技術領域內具有公知常識的人員在不脫離本發明的本質特性的範圍內可以進行各種變形。

因此，本說明書所公開的實施例並不限定本發明，而是用於說明本發明，本發明的思想和範圍並不受這樣的實施例的限定。本發明的範圍可以通過下述權利要求書來理解，與之相同的範圍內的所有技術可以理解為包含在本發明的權利範圍內。