重浮力发电装置的制作方法

本发明涉及一种重浮力发电装置，其能够以简单的结构将因重力下落及因浮力上升反复循环进行的多个球体(以下称为质量球)的动能及势能取出，来进行发电。

背景技术：

近年来，全球变暖现象成为大问题，人们对用于抑制全球变暖化持续进行的全球变暖防止对策进行了各种讨论。作为全球变暖的主要原因之一，例如有因用于发电的化石燃料的消耗而导致的co2(二氧化碳)的排出，人们提出了各种具体解决方案，以继续抑制co2的排出。

因此，人们还提出采用发电时不排出co2的方法。作为该办法，比如，利用自然界中存在的太阳光、风力、波力等可再生能源来进行发电，当前正在运营的火力发电站抑制co2排出的同时，利用可再生能源来增加发电量。

作为利用可再生能源时的一个例子，比如，为了从太阳能得到电力，一般使用利用光电效应把光能转换为电力的太阳能电池，需要设置通过将排列很多该太阳能电池来得到所期望的电力的太阳能发电系统。并且，由于太阳能发电系统本身不产生co2，因而，对抑制co2的排出起很大作用，但是，太阳能电池的价格仍然很高，由此导致太阳能发电系统的设置成本的增加。另外，除了存在像这样的太阳能发电系统的设置成本增加的问题以外，需要经常有太阳光照射，并且需要有很大面积的土地，设置场地也受到限制。像这样的土地大多为远离城市即电力消费地的、例如沙漠地带等边远地区，并且为了输送所产生的电力等，则需要很多设备。而且，对于太阳能发电以外的可再生能源，如风力、地热、波力等能源的利用，分别存在发电效率较低以及因较大地容易受自然环境的影响而难以稳定地进行发电等问题，目前普及不太顺利。

这样，作为解决利用可再生能源时的问题点的对策的一个例子，例如提出了一种如日本专利发明公开公报特开2001-225324号所示那样的系统，在该系统中，通过作用于液体中的物体的浮力，对物体施加势能，通过因重量下落的方式将该势能作为电力取出来。

该系统构成为，球体于在垂直方向上设置有多个的上升室内因浮力而上升，其能够通过因上升而得到较大势能的球体在下落室内下落，取出因该下落而产生的动能。从而能够在没有co2排出的情况下得到电力。

但是，该系统需要设置用于使由浮力上升球体通过的多个上升室，由此使结构变得复杂。另外，由于该系统是得到因下落而产生的动能的系统，因而，垂直方向上的长度即装置整体的高度变大，因此导致设备也变大。

解决像这样问题，还是在没有co2排出的情况下得到电力，作为使之成为可能的系统的一个例子，人们提出了一种日本发明专利公开公报特开2013-137013号所示的系统。在本系统中，设置在液体中能够沿垂直方向移动的液体槽，通过将该液体槽的移动转换为一对外螺纹轴和内螺纹体组合中的外螺纹轴或者内螺纹体的旋转运动，以将该旋转能量作为电力取出。

但是，在像这样的系统中，对应液体槽的升降而动作的螺丝机构复杂，通过像这样的损失较多且复杂的机构而得到的电力的发电效率较低。另外，若通过并列配置多个螺丝来弥补发电效率下降的问题，则需要将很多机构直列或并列配置，并且需要用于进行该设置的设备及用于连接所需的配线。因此，在不使装置大型化的情况下得到足够的效率之前难以改善，另外，装置大型化时，设置场地受到限制。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明目的在于，提供一种重浮力发电装置，其能够以简单的结构，取出得到势能的球体的位置能量，或者使球体在下落室里下落，以取出动能，另外，能够使发电效率任意变更。从而，能够在没有co2排出的情况下得到电力。因结构简单，能够任意设定下落距离以简单地改良发电效率，通过并列或直列配置该系统，能够进一步改善发电效率。

为了达成上述目的，本发明重浮力发电装置，具有：一对圆筒状浮力栋和发电栋，其沿铅直方向延伸且两者的下端部相连接，多个质量球在两者的内部循环，并且两者构成为，浮力栋内部充满给质量球施加浮力的液体，多个质量球从浮力栋向发电栋沿一个方向循环；发电部，其产生与在浮力栋内部因浮力上升后移动到发电栋的质量球的质量相对应的产生电力；开闭机构，通过发电部的质量球向浮力栋移动时，其控制液体以使该液体不会从浮力栋泄漏到发电栋，并且使质量球移动；以及液体量调节机构，其将具有与在浮力栋内因浮力上升的质量球的重量相对应的重量的液体排出到浮力栋的外部。

另外，为了达成上述目的，本发明重浮力发电装置的开闭机构构成为，具有：一对开闭门，其为第一开闭门和第二开闭门，其中，第一开闭门设置在比发电部靠浮力栋一侧的位置，第二开闭门设置在比第一开闭门还靠浮力栋一侧的位置，仅在第一开闭门处于关闭状态时，第二开闭门处于打开状态；质量球传感器，其用于检测出第一开闭门处于打开状态时质量球从发电栋一侧向到浮力栋一侧移动的这一情况；以及控制部，其控制第一开闭门和第二开闭门，以使之至少，仅在第一开闭门处于关闭状态时，第二开闭门处于打开状态，另外，仅在第一开闭门处于打开状态时，第二开闭门处于关闭状态，通过使第二开闭门处于打开状态，从而使得位于第一开闭门和第二开闭门之间的质量球在浮力栋内的液体中被施加浮力。

另外，为了进一步达成上述目的，本发明重浮力发电装置的开闭机构构成为，具有：气密室，其设置在比发电部靠浮力栋一侧的位置，且具有设置在发电栋一侧的第一个舱口、设置在浮力栋一侧的第二舱口，以及向气密室内注入液体或者排出液体的注入排出机构；控制部，其控制第一舱口和第二舱口，以使得，仅在第一舱口处于关闭状态时，第二舱口处于打开状态，并且仅在第一舱口处于打开状态时，第二舱口处于关闭状态，另外，控制注入排出机构，以使得，在第一舱口和第二舱口处于关闭状态时，排出气密室内的液体，通过使第二舱口处于打开状态，从而使得位于第一舱口和第二舱口之间的质量球在浮力栋内的液体中被施加浮力。

另外，为了进一步达成上述目的，本发明重浮力发电装置的开闭机构构成为，具有：空气采集部，其设置在比发电部靠浮力栋一侧的位置；活塞部，其使通过发电部的质量球经由采集部向浮力栋移动；驱动部，其驱动活塞部，活塞部在质量球通过发电部时驱动活塞部。

本发明的效果为：使用本发明所涉及的重浮力发电装置，能够以比现有技术中所知的系统简单的结构提高发电效率，在不排出co2的情况下进行发电。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1(a)是表示本发明所涉及的重浮力发电装置的整体结构及一个实施例的示意图；

图1(b)是表示本发明所涉及的重浮力发电装置全体结构及另一个实施例的示意图；

图2是表示本发明所涉及的重浮力发电装置上设置的发电装置其他状态的示意图；

图3(a)是表示本发明所涉及的重浮力发电装置上设置的发电部的具体例的立体图；

图3(b)是表示图3(a)所示的发电部的变形例的示意图；

图4(a)是表示本发明所涉及的重浮力发电装置上设置的开闭机构的具体例的主视图；

图4(b)是表示图4(a)所示的开闭机构的变形例的主视图；

图4(c)是表示图4(a)所示的开闭机构的变形例的主视图；

图4(d)是表示用于驱动从图4(a)到图4(c)所示的开闭机构中的板部分的滑动移动的凸轮机构的一个例子的示意图；

图5(a)是表示本发明所涉及的重浮力发电装置上设置的开闭机构的其他实施例的示意图；

图5(b)是表示图5(a)所示的开闭机构的动作的流程图；

图6(a)是表示本发明所涉及的重浮力发电装置上设置的开闭机构的另外其他的实施例的示意图；

图6(b)是表示图6(a)所示的开闭机构所使用的空气采集部的一个具体例子的示意图；

图7是表示本发明所涉及的重浮力发电装置上设置的液体量调节机构的其他实施例的示意图。

附图标记如下：

1：浮力栋；2：发电栋；3：液体量调节机构；10：质量球；20：发电部；20a：齿轮；210：轴；30：第一开闭门；40：第二开闭门；31：质量球传感器；50：控制部；70：海绵体；80：气密室；81：第一舱口；82：第二舱口；85：注入排出机构；100：开闭机构；200：凹部；300：板部件；300a：导轨；400：驱动机构；410：转动轴；420：凸轮板；450：凸轮部；500：按钮。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

图1(a)是表示本发明所涉及的重浮力发电装置的一个例子的整体结构的示意图。

在利用该装置的系统中，设置充满液体且沿铅直方向延伸的浮力栋1，在该浮力栋1内部配置多个质量球10，该多个质量球10具有能够因充满的液体所产生的浮力而上升的比重。只要能够使质量球10因浮力上升，在浮力栋1中充满的液体和质量球10的材质可任意选择。作为一个例子，可以使用自来水作为液体。

在浮力栋1内部上升露出水面的质量球10以与浮力栋1平行的方式向沿铅直方向延伸的发电栋2沿图中的箭头a所示方向移动，在发电栋2内部下落。而且，在质量球10从浮力栋1向发电栋2移动时，为了使移动顺利地进行，可以适当设置导板1a，该导板1a可以设置在在质量球上方或者下方。为了使移动更顺利地进行，可以将发电栋2高度h设定得比浮力栋1的高度h低。该h跟h之间差在考虑到浮力栋1和发电栋2的间隔、质量球10的重量以及直径d等的基础上可以设定适当的数值。作为一个例子，只要具有浮力球10的直径d大小的差，移动就可以顺利地进行。

质量球10由于因浮力栋1中的浮力上升所得到的势能通过其在发电栋2中下落而转换为动能，并且到达发电部20，转换为电能以进行发电。后面会对发电部20的具体结构进行说明。质量球10不局限于在发电栋2内自由下落的结构形式，例如有效地利用山岳地带的倾斜面等，就可以减少设备的建设费用，或者缩短设置设备的时间。

图1(a)的示意图所示，浮力栋1和发电栋2的各自的下端相连接。并且，在发电栋20内下落后，通过发电部20的质量球10经由该连接的部分如箭头b所示那样向浮力栋1一侧移动，在移动到浮力栋1之后，在液体中产生的浮力作用下进一步在浮力栋1的内部上升，于浮力栋1和发电栋2之间循环。而且，可以在发电栋2的下部的外侧内壁形成适当的弯曲部r1，以使质量球10在通过发电栋2的内部的发电部20之后容易向浮力栋1一侧移动。

图1(a)的示意图所示，在浮力栋1和发电栋2之间设置有开闭机构100，该开闭机构100控制液体以使浮力栋1内充满的液体不会从浮力栋1泄漏到发电栋2，并且使质量球10向浮力栋一侧移动。

作为开闭机构100，可构想出多种形态。在图1(a)所示的系统中，该开闭机构100具有一对开闭门，该一对开闭门为第一开闭门30和第二开闭门40，其中，第一开闭门30设置在比发电部20靠浮力栋1一侧的位置；第二开闭门40设置在比第一开闭门30靠浮力栋2一侧的位置，且仅在第一开闭门30处于关闭状态时处于打开状态。另外，还具有质量球传感器31，质量球传感器31用于检测出上述第一开闭门30处于打开状态时质量球10应从发电栋2一侧向浮力栋1一侧移动这一情况。并且，该第一开闭门30和第二开闭门40被控制部50控制，从而仅在第一开闭门30处于关闭状态时第二开闭门40处于打开状态。在这样构成的系统中，由于第二开闭门40处于打开状态，位于这些开闭门之间的质量球10如箭头c所示那样进一步向浮力栋1一侧移动，使得内部液体中产生浮力。而且，作为第一开闭门30和第二开闭门40的具体形态可构想出多种。图1(a)中，第一开闭门30和第二开闭门40为以支点为中心开闭质量球10的前进通路的板部件，但是并不局限于此。另外，可以在浮力栋1的下部的外侧内壁形成适当的弯曲部r2，以使质量球10在浮力栋1中受到浮力而容易上浮。另外，也可以采用如下结构，即，在第一开闭门30的位于发电栋2一侧的一定范围的内壁上粘贴海绵体70这样的弹性材料，以使质量球10的通路直径尽可能的接近该质量球10的直径d。通过采用这样的结构，能够更可靠地确保浮力栋1和发电栋2之间的气密性。

也可以设置液体量调整机构3，该液体量调整机构3构成为，当质量球10在液体中的浮力作用下上浮时，可以将具有与上浮的质量球10的重量相对应的重量的液体排出到浮力栋1的外部。具体来说，如图1(a)所示，可以由圆筒状液体槽构成，该圆筒状液体槽在浮力栋1的下部，即质量球10得到浮力而开始上升的位置附近与浮力栋1连接，且以与浮力栋1平行的方式沿铅直方向延伸。该圆筒状液体槽的直径可以比浮力栋1的直径小。通过采用这样的结构，具有与质量球10的重量相对应的重量的液体从浮力栋1被排出，因此，能够使质量球10的上浮有效地进行。该液体量调节机构3上也可以设置止回阀3a，以防止液体倒流。

再者，也可以适当地设置用于排出或者供给第一开闭门30和第二开闭门40之间的空间内的液体等的未图示的机构，包括该供排水机构在内，第一开闭门30和第二开闭门40的动作由控制部50来控制。另外，控制部50也可以与发电部20连接，具有监视发电量等的功能。

这样构成的开闭机构100的动作如下。

如图1(a)所示，当第一开闭门30处于关闭状态而第二开闭门40处于打开状态时，液体充满到第一开闭门30的靠浮力栋1一侧的位置。并且，当通过发电部20的质量球10接近第一开闭门30时，由质量球传感器31检测出质量球10的接近，而进一步向浮力栋1一侧移动的状态由控制部50把握。

从该状态下，控制部50使第二开闭门40处于关闭状态，并且排出第一开闭门30和第二开闭门40间的空间内的液体。与此同时，液体量调节机构3内部的液体也被排出，因此，如图1(b)所示，第一开闭门30和第二开闭门40之间的空间内液体被全部排出。并且，处于关闭状态的第一开闭门30变为打开状态，使得在浮力栋1内上升的质量球10向浮力栋1一侧移动。如上所述，可以在发电栋2的下部内壁上形成弯曲部r1，以使质量球10的移动顺利地进行，但是，也可以采用设置用于促进质量球10移动的未图示的机构，如活塞机构。

图2是表示这样的重浮力发电装置的其他实施例的示意图，在质量球10因在浮力栋1的内部的液体中上升而得到的势能为最大的位置上设置有发电部20。通过采用这样的结构，能够把质量球的势能转换为电能，以有效地进行发电。

图3(a)是表示发电部20上设置的齿轮20a的立体图。在齿轮20a上设置有与质量球10的外周的一部分相同的形状的多个凹部200。并且，在该凹部200内配置有沿箭头z所示方向从发电栋2上部落下来的质量球10，因此，齿轮20a以轴210为中心转动，用于将该转动时的能量转换为电能取出。

也可以采用在发电部20内设置多个齿轮20a的结构，图3(b)是表示该结构的一例子的示意图。如图3(b)所示，质量球10构成为，在两个齿轮20a分界附近下落。并且，质量球10由各个齿轮20a的凹部200保持后落下，并且使各个齿轮20a的轴210沿d、e方向转动来进行发电。

图4(a)是表示用于开闭机构100的第一开闭门30和第二开闭门40的一个例子的俯视图。在图1(a)和图1(b)中，第一开闭门30、第二开闭们40为以支点为中心开闭质量球10的前进通路的板部件，但是，如图4(a)所示，可以采用如下结构：两块板部件300在与质量球10的前进通路垂直的方向上，于导轨300a上滑动，移动到浮力栋1的中心附近。

图4(b)和图4(c)分别表示使用了板部件300的开闭门一个例子。板部件300构成为，通过控制部50的控制而能够在浮力栋1中与质量球10的前进通路垂直的方向上如箭头x所示那样滑动。作为滑动的具体形态，可构想出多种，但是，可构想出如图4(b)所示那样的形态，即，板部件300在x方向上一次往返的滑动动作对应于开闭门的2次开闭动作。这种情况下通过将差值(margin)δd与质量球的直径d的3倍的值相加所得到的浮力栋1的直径为3d+δd。另外，在图4(c)所示的情况下，浮力栋1的直径为2d+δd。

图4(d)是表示用于驱动板部件300滑动的凸轮机构400的结构的示意图。可以通过各种方法来驱动板部件300滑动，但是，开闭门30和40需要在浮力栋1内部充满的液体的压力作用下动作，因此，优选使用可输出较大的力的方法来进行驱动。作为一个例子，可以使用利用较小的结构输出较大的力的液压泵来进行驱动。

图4(d)是表示作为一个例子可驱动具有图4(c)所示结构的板部件300滑动的凸轮机构，该凸轮结构由能够以转动轴q为中心转动的凸轮420和能够与该凸轮的外周接触的液压泵用按钮500构成。并且，在凸轮板420外周设置有凸轮部450，该凸轮部450具有：第一凸轮部450a，其对应于开闭门40的关闭状态；第二凸轮部450b，其包括打开状态且对应于滑动状态。该液压泵用按钮500在来自未图示的液压机构的推压力的作用下能够在图中的s方向上往复运动，由此推压凸轮部450，以使板部件滑动。

图5(a)表示用于本发明的重浮力发电装置的开闭机构100的另一个实施例，该开闭机构100具有比发电部20靠上述浮力栋1的侧表面设置的气密室80。该气密室80内设置有第一舱口81、第二舱口和注入排出机构85，其中，第一舱口81设置在发电栋2一侧；第二舱口设置在浮力栋1一侧；注入排出机构85用于往气密室80内注入液体或排出液体。该第一舱口81和第二舱口82由控制部50控制，从而仅在第一舱口81处于关闭状态时，第二舱口82处于打开状态，另外，仅在第一舱口81处于打开状态时，第二舱口82处于关闭状态，并且，注入排出机构85也由控制部50控制，从而，在第一舱口81和第二舱口82都处于关闭状态时，排出气密室80内的液体。

图5(b)表示图5(a)所示的开闭机构100的动作一个例子的流程图。在步骤s1，第一舱口81处于打开状态，第二舱口82处于关闭状态。这时，浮力栋1中液体以第二舱口82为分界处于气密室80的外侧。而且，能够配置在气密室80的内部的质量球10的数量可以任意设定。另外，如步骤s2所示，可以在第一舱口81处于打开状态之后，使质量球10从发电栋2一侧移动。也可以利用设置在发电栋2的下部内壁的弯曲部r1。

在步骤s3检测出应在浮力栋1内上升的一定数量的质量球10是否移动到气密室80内后，在步骤s4，由控制部50控制，使第一舱口81处于关闭状态，并且使第二舱口82处于打开状态。再者，在该步骤，使液体充满气密室80的内部，另外，也向液体量调节机构3内注入所需量的液体。从而，在步骤s4，浮力栋1内的液体能够充满气密室80的内部，在步骤s5，气密室80的内部的质量球10向浮力栋1移动。而且，也可以采用如下结构，即，为了使质量球10顺利地这样移动，而设置用于在气密室80的内部产生从第一舱口81一侧到第二舱口82一侧的液体流的未图示的机构，并且由控制部50控制该机构。并且，也可以利用设置在浮力栋1的下部内壁的弯曲部r2，使移动顺利进行。

在步骤s6，检测出质量球10从气密室80向浮力栋1的移动是否已经完成。并且，在移动完成时，由控制部50控制，使第二舱口82也处于关闭状态，因此，在步骤s7，第一舱口81和第二舱口82处于关闭状态，并且，之后，在步骤s8，排出气密室80内部的液体，返回步骤s1,质量球10进一步从发电栋2一侧移动。

图6(a)表示用于本发明的重浮力发电装置的开闭机构100的另外其他的实施例，该开闭机构100构成为，具有：空气采集部91，其比发电部20靠浮力栋1一侧设置；活塞部92，其使通过发电部20的质量球10经由空气采集部91向浮力栋1移动；驱动部93，其由控制部50控制，在质量球10通过发电部20时，驱动活塞部92。

在该实施例中，与图1(a)和图5所示的实施例不同，不需要形成保持气密性的空间，因此，也不需要排出来自装置的液体。另外，通过发电部20的质量球始终由控制部50控制，能够利用驱动部93沿y方向驱动活塞部92，使质量球10向浮力栋1移动。

图6(b)是可用于图6(a)的开闭机构100的空气采集部91的一个实施例的俯视图。

图7的表示图1(a)所示的液体量调节机构3的另外的实施例的示意图，该液体量调节机构3可以为向浮力栋1内注入液体以及排出来自浮力栋1的液体的机构。

图1(a)的液体量调节机构3用于将与在浮力栋1的内部因液体产生的浮力而上升的质量球10的重量相等重量的液体排出到浮力栋1的外部的圆筒状液体槽，以有效地使质量球在浮力作用下上升。从而，能够想到圆筒状液体槽的液面在每次质量球10上浮时上升，导致液体向圆筒状液体槽的外部溢出。因此，每次质量球10反复上浮时，圆筒状液体槽里的液体的量可能会减少，因而，也能够向浮力栋1注入液体。进一步具体能够想到像自来水管道那样的系统。

上面具体说明了本发明的结构，但是，这只是举例说明了本发明而已，本发明所属技术领域内具有公知常识的人员在不脱离本发明的本质特性的范围内可以进行各种变形。

因此，本说明书所公开的实施例并不限定本发明，而是用于说明本发明，本发明的思想和范围并不受这样的实施例的限定。本发明的范围可以通过下述权利要求书来理解，与之相同的范围内的所有技术可以理解为包含在本发明的权利范围内。