JP5788883B2 - エネルギを生成するための伝達装置 - Google Patents

Description

発明は、バルク材料性能を有する液体または固体培地が収容され、搬送され、かつ放出される伝達装置に関する。駆動装置の代わりに、伝達装置は電気エネルギを生成するための発電機を有する。装置は重力によってのみ駆動される。

この発明の新規な局面は、傾斜面を上から下に移動するコンテナの「直線状の」伝達機構が媒体で連続的に重み付けされ、一定の実行時間または距離の後で排出され、元に戻るように案内される。伝達機構の重み付けされた部分は一種の装填ストランドであり、伝達機構の重み付けされていない元に戻るように案内される部分は一種の戻りストランドである。重み付けされた部分が一種の下り坂走行で戻りストランドを連続的に移動させるので、確実にしなければならないのは、連続的な装填と連続的な排出とが起こるという点だけである。所要電力に依存して、傾斜面の角度、装填ストランドの長さ、またはコンテナの充填度のいずれかを変動させることができる。戻りストランドは、上下逆にまたは平面内において、装填ストランドに戻るように案内することができる。力を取出すための装置、たとえば車輪状の装置が伝達機構に係合し、それとともに同時回転する。この装置の軸上には、たとえば、軸の回転によって発電される発電機が配置されている。もちろん作業に直接トルクを使用することもできる。

以下の図は原理を示す。

モデルの形態の組立てられた機能的手段の概略具体例を示す図である。 傾斜面の角度の例が示されている、側面からの具体例を示す図である。 充填するための手段および排出するための手段を有する伝達機構コンテナの一例を示す図である。 充填するための手段および排出するための手段を有する伝達機構コンテナの一例を示す図である。 駆動質量を搬送するための「容器」またはチャンバであるコンテナの特定の構造を示す図である。 すべての容器またはチャンバについて開放側壁を有する図５からの構造を示す図である。 図６からの充填ステーションＡを有する側の拡大した具体例を示す図である。 異なる間隔および異なる傾斜角のコンテナまたはチャンバ充填レベルを示す図である。 異なる間隔および異なる傾斜角のコンテナまたはチャンバ充填レベルを示す図である。 異なる間隔および異なる傾斜角のコンテナまたはチャンバ充填レベルを示す図である。 異なる間隔および異なる傾斜角のコンテナまたはチャンバ充填レベルを示す図である。 異なる間隔および異なる傾斜角のコンテナまたはチャンバ充填レベルを示す図である。 異なる間隔および異なる傾斜角のコンテナまたはチャンバ充填レベルを示す図である。 １５°〜３５°までの装置の傾斜および位置エネルギを、その最高充填レベルにて対応する傾斜で示す図である。 １５°〜３５°までの装置の傾斜および位置エネルギを、その最高充填レベルにて対応する傾斜で示す図である。 １５°〜３５°までの装置の傾斜および位置エネルギを、その最高充填レベルにて対応する傾斜で示す図である。 １５°〜３５°までの装置の傾斜および位置エネルギを、その最高充填レベルにて対応する傾斜で示す図である。 作動方向の後方に向かって開いており、次のコンテナの正面壁によって閉鎖されているコンテナの形態の一例を示す図である。 作動方向の後方に向かって開いており、次のコンテナの正面壁によって閉鎖されているコンテナの形態の一例を示す図である。 図５〜図７に例示されるようなコンテナまたはチャンバの形態を若干詳細に示す図である。 チャンバまたはコンテナを形成するために修正されたさらなるコンテナの形態を示す図である。 チャンバまたはコンテナを形成するために修正されたさらなるコンテナの形態を示す図である。

図１は、発明がそれによって実現されることができる手段を概略的に示す。これらの手段は、多種多様な構造を有することができる。一例が図３および図４に示される。

図１は、たとえば傾斜台であり得る傾いたくさび形の土台１を示し、装置は、支持手段２たとえばＵ字形材２によって水平線上でそれに堅固に結合される。これは、伝達機構１０の傾斜面の影響を示し説明するための単に例示的な理由によるものである。循環する伝達機構は、接続手段１２によって互いに結合されるコンテナ１１から形成される。伝達機構１０の装填ストランドは、たとえば下り坂の勾配であり得る傾斜面上を走行する。互いに隣り合って一列に配置されるコンテナ１１は、この傾斜面上を摺動するかまたは転がり、この平面上を移動している間は装填ストランドを形成する。摺動は、たとえば液体培地の液体膜上で起こり得る。コンテナは矢印Ａの領域において装填され、矢印Ｂの領域で再び排出される。排出されたコンテナは、Ｕ字形材の軸４について走行する、力を取出すための装置５上を案内され、戻りストランドとして矢印Ａの充填ステーションに戻るように案内される。力を取出すための装置５、たとえば駆動カム６を有する車輪５は、コンテナ内の明確に目に見える空洞に係合し、装填ストランドから推進力によっていわば引きずられて回転し、図式化して例示される発電機３によって、この回転から電気が生成される。力を取出すための装置は、もちろん接続手段１２によって駆動されることもできる。

戻りストランドでは、コンテナ１１が互いを支持し、したがって固定型の伝達機構１０を部分的に形成することが分かる。コンテナ１１は、装填材料を排出するために、たとえば移動の方向に走行する正面壁上にフラップ１３を有する。これらの排出フラップ１３は、装填ストランドにおいて先のコンテナ１１の背面側によって押されて閉鎖され、したがって液体培地の場合でも十分に密封される。この排出フラップの配置は、充填材料を重力に反して持ち上げなければならず、このエネルギを装置の効率から減じなければならなくなる状況を回避する。

装填されたコンテナがたとえば重さ１００ｋｇであり、空のコンテナがたとえば２０ｋｇである場合、これは５：１の比となり、傾斜面上で装填力に利用することができる。コンテナは、装填ストランドから戻りストランドに重力に反して案内されるが、重力による戻りストランドから装填ストランドへのコンテナによって均衡され、したがって装置に固有の摩擦力の他には、戻りストランドのための上り坂のエネルギのみが失われる。

図２は、上記装置を側面から示し、選択された傾斜角アルファの一例を示す。長さの点から装置の構造に依存して、かつ摺動するかまたは転がるコンテナが使用されるかどうかに依存して、傾斜面はより急峻であることができるか、またはそれほど急峻ではなくてもよい。所要電力に依存して、角度を異なるように選択することができ、装填ストランドの長さも同様である。図は、力を取出すための装置５上の駆動手段６がコンテナ１１の空洞にどのように係合するかも示す。したがって、装置は精密構造である必要はないが、最も劣悪な条件下で作動しなければならず、かつ作動することができる極めて頑強な物体を表わすことは明らかである。

コンテナ当たりの小計は以下のとおりである。
Ｆ_Ｇ： 質量の重量力＝１０００ｋｐ
Ｆ_ＧＨ： 重量力Ｆ_Ｇの下り坂勾配力成分
α： 傾斜面の傾斜角＝１０°
Ｆ_ＧＨ＝Ｆ_Ｇ×ｓｉｎα＝１０００×０．１７４＝下方への装填ストランド中の装填されたコンテナ当たり１７４ｋｐ、上方への戻りストランドにおいてはそのマイナス１／５、すなわち３５ｋｐ。これは装置の伝達機構中の装填されたコンテナ当たりおよそ１４０ｋｐの下り坂勾配力となる。

図示の４つのコンテナでは５６０ｋｐであり、１００個のコンテナの伝達機構の場合には、勾配を下る無視することができない装填力は１４０００ｋｐまたは１４メートルトンである。より急峻な経路が選択される場合は、より大きい下り坂勾配力がたとえば２０°で直線的に得られ、これは、同じ装置についてかなり急峻な２８メートルトンである。この装置が「移動中」となると、速度の変化に対して大きな慣性を有し、それにより安定した走行を生じさせる。

転がり摩擦、摺動摩擦および他の損失は、これらの概算の計算値のすべてにおいて無視される。ここに示されるように意図されるのは、予期されることができる力のみである。

単位時間当たりの特定の回転速度は、発電機の発電量について想定される。力を取出すための比較的大きな装置５の軸４に発電機３が置かれた場合、そのような回転速度はとうてい実現することができないことが直ちに分かる。したがって、たとえば発電機について所望の回転速度を得るために、ここには示されないたとえば１０：１という減速比が必要である。

図３および図４は、コンテナ１１の一例の異なる図を示し、その壁の一方、特に移動の方向に走行する正面壁にはフラップ１３が設けられている。このフラップは軸１５によって緩く回転するように取付けることができるか、またはより迅速に排出するための開口を支持するここに例示されない手段をもたらすことができる。両方の図は図式化して例示される接続手段１２を示し、接続手段１２の係合のための凹部１７を示し、図３はコンテナ１１の空洞１６を明確に示す。移動の方向における正面のコンテナが、戻りストランドに旋回することによって、その後ろを走行しているコンテナのフラップ１３への閉鎖圧力を解放するとすぐに、充填材料の圧力がフラップを開け、上記充填材料が流出すると想定される。

コンテナが排出された後、材料はさらに搬送されなければならない。これは多様なやり方で起こり得る。装置で電気のみが生成される場合は、水が充填媒体として使用され、底部において装填ストランドの終端において、たとえば水の流れに戻るように単純に流出させられる。しかし、さらに搬送されるように意図される材料が搬送されている場合は、たとえば連続操作用のコンベヤベルトまたはたとえばバッチ操作用のトラックが設けられるべきである。この傾斜面がたとえば、２本のレールを有する傾斜路で構成される場合、たとえばバルク材料の場合にはトラックなどによるさらなる伝達手段を設けるための空間がこれらのレール間にある。さらなる伝達手段を装填するための特別な開口部を設けることもできる。これらの場合には、設備はバッチ操作でつまり非連続的に走行する。

装置の操作は、伝達機構１０が循環するにつれて、装填ストランドに入る第１のコンテナ１１が重み付けするための材料で装填され、この材料は、充填されたコンテナ１１が装填ストランドを離れる直前に排出されるように選択される。重み付けするための材料は、装填ストランドに入る第１のコンテナ１１に連続的にまたはバッチで充填される。重み付けするための材料は液体または固体であり得るが、バルク材料性能を有する。所要電力に依存して、傾斜面の傾斜（角度アルファ）が設定されるか、または装填ストランドの長さが算出され選択され、相応して使用されるか、またはコンテナの充填度が算出され選択され、相応して充填されるか、または操作時に３つの設定可能性すべてのいずれかの所望の組合せが設けられ、実施される。

装置のさらなる構造は、図５、図６および図７に示されるように、コンテナの種類を変えることにある。

コンテナが変位壁、たとえばそれに沿って変位が可能な２つの側壁、それに沿って変位が可能な基部で形成され、正面壁が固定され、蓋つまり上面壁が固定され、充填開口部が開いており、蓋が閉鎖可能である場合、これは容器またはチャンバを生成し、液体で充填することができ、その後排出されるまで前記変位壁に沿って前記液体を移動させることができる。これは運動学的反転のようなものである。固定された壁（正面、上面および閉鎖された充填開口部）は、移動されない３つの変位壁（底面、左側および右側）に沿って案内され、したがって流入する液体を「分割し」、固定された部分において搬送し、重力傾度に沿ってチャンバ内に閉じ込めることができる。チャンバのうちの１つに載った場合、基部がそばを通過している側壁を見ることになり、チャンバの中身は常に同じままである。

図５は、コンテナ１１を有し、たわみの一つで抽出することができる力を取出すための装置５を有する伝達機構１０を示し、コンテナ１１には、３つの壁、具体的には第１の側壁２０、第２の側壁２１、および基部２２、ならびに３つの「摺動する」壁、具体的には上部壁２３、背面壁２４、および正面壁２５が備えられる。壁２０，２１，２２はＵ字チャネルを形成し、Ｕ字チャネルは、著しい損失が生じないように、搬送される液体を他の３つの壁に対して下からかつ側方を閉じる。完全な耐漏えい性は必要ではない。

図６は、第２の側壁２１がない図５と同じ装置を示す。図の左手側に充填ステーションＡが見られ、右手側には排出ステーションＢが見られる。１つのチャンバまたは１つのコンテナ１１が液体Ｆで充填されている。液体はチャンバ内で傾斜して位置する。なぜならチャンバが水平線Ｈに対してある角度で傾斜しているためである。液体の表面はしたがって水平線Ｈを取り、換言するとチャンバまたはコンテナは完全に充填されることはない。これについて以下で説明する。

図７は、図６からの細部Ｍを示し、これにより充填ステーションＡでのコンテナの充填について説明する。左手側に充填ステーションＡが見られ、多くの矢印によって示されるように液体が流入する。液体はコンテナの正面壁２５に向かって流れ、すぐに背面壁２４によって分離され、いわば分割される。部分Ｆは次いでグラディエントにしたがって搬送され、位置グラディエントによって所望の運動エネルギを供給する。コンテナのこの配置および構成により、位置に依存して、あるコンテナに関する背面壁２４は、別のコンテナに関する正面壁２５に相当することが分かる。液体の表面は、３つの液体部分Ｆによって示されるように、水平線に適合する。

図８ａ〜図８ｆは、２つの傾斜角３０°および３５°と、コンテナ壁の間隔Ｔおよびコンテナ壁の寸法とに対する充填の依存性を示す。このように、より大きな傾斜はより小さな傾斜ほど著しく多くの質量を搬送しないことが明らかである。図８ａ（縮尺通りではない）から、これはＴ＝１０の間隔、すなわち背面壁２４から正面壁２５までたとえば１０ｃｍ、高さ（および幅）Ｈ＝１０、つまりたとえば同様に基部２２から蓋２３まで（かつ壁２０から壁２１まで）の寸法１０ｃｍを有することが分かる。換言すると、辺長１０ｃｍを有する立方体である。２次元の例示は充填度を例示するのに十分である。図８ａは、傾斜角３０°および表面積１００ｃｍ^２でおよそ７０％の最高充填度を示す。「濡れている」表面積は７１ｃｍ^２であり、「乾燥している」表面積は２９ｃｍ^２である。離隔距離またはチャンバ寸法が１０ｃｍから１２ｃｍに増大して総計１４４ｃｍ^２となると、濡れている表面積は１００ｃｍ^２であり、乾燥している表面積は４４ｃｍ^２であり、これは充填度７０％である。チャンバ寸法が１５ｃｍに増大して総計２２５ｃｍ^２となると、濡れている表面積は１６０ｃｍ^２であり、乾燥している表面積は６５ｃｍ^２であり、充填度７０％に相当する。充填度はコンテナの寸法ではなく傾斜角に依存することが分かる。しかし、生成される運動エネルギは、搬送される質量に依存する。一部分が大きいほど、生成されるエネルギは大きくなる。

傾斜角が３０°から３５°に変えられると、上述した同じコンテナ寸法では、充填度が６５％に低下するが、位置エネルギまたは運動エネルギは増大することが分かる。

図９ａ〜図９ｄは、１５°から３５°までの装置の傾斜および位置エネルギを、その最高充填レベルにて対応する傾斜で示す。ここでは図式化されて区切られる１８個のチャンバが装填ストランドに例示される。図８以降で示されるように、より少ない量がより大きな傾斜で等しい寸法のコンテナに充填されることが明白である。コンテナが１００リットルを保持すると想定すると、１５°では８６リットルであり、２５°では７６リットルであり、３０°では７０リットルであり、３５°では依然として６５リットルである。したがって、この充填度の低下によって、装置がより急峻に設定されると、下方への勾配力は線形ではなくなり、角度範囲全体にわたっていずれにせよ概算にすぎない。これは、摩擦、戻りストランド等を減ずることなく単純に算出された以下の概算の下方勾配力をもたらす。図９ａ、１８個のコンテナ×８６リットル＝各１ｋｐ／リットル×ｓｉｎ１５°＝１８×８６ｋｐ×０．２５９＝４００．６５ｋｐ、つまりおよそ４０１ｋｐ。

２５°の傾斜（図９ｂ）は１８×７６ｋｐ×０．４３＝５７８ｋｐをもたらす。３０°の傾斜（図９ｃ）は１８×７０ｋｐ×０．５＝６３０ｋｐをもたらす。３５°の傾斜（図９ｄ）は１８×６５ｋｐ×０．５７４＝６７１ｋｐをもたらす。流水が利用される場合、３５°より大きい傾斜を有する角度は最適ではなくなり、１０°〜２０°の範囲の角度が最適である。

次に、装置を駆動するために重力または下り坂勾配力を利用するために傾斜した面に沿ってまたは伸ばすために、液体量を分割するためのさまざまなコンテナの構造が説明される。これは、液体を流す運動エネルギの利用ではなく、液体の特定の質量の重力に相当明確に関係がある。たとえば流水で動作される理由は、すくい上げてコンテナまたはチャンバに入れることができる利用可能な水が十分あるということに起因する。

図１０ａおよび図１０ｂは、作動方向（矢印）に見られるように後方に向かって開いており、コンテナ１１が土台または平面に入るとすぐに次のコンテナの正面壁によって閉鎖されるコンテナの形態の一例を示す。図１０ａは、水平線に対して傾斜したコンテナの構造を示す。水が充填側Ａに導入されると、コンテナが液体部分Ｆで充填される。波線は、図式化してコンテナ１１内の水面を表わす。図１０ｂは、水平姿勢における側面からのコンテナの構造を示し、水は排出側Ｂ（湾曲した矢印によって例示される）に流出することができる。これは装置の一部にすぎず、例示されないが接続手段１２によって互いに保持されるコンテナが結合して装填ストランドおよび戻りストランドを形成することが明らかである。

図１１は、図５〜図７に例示されるコンテナまたはチャンバの形態を若干詳細に示す。２つの側壁２０／２１、およびコンテナまたはチャンバ１１全体の基部２２は例示されていない。部分チャンバは、接続手段１２によって互いに保持される２つの角度がついた部分２７を有する実質的に直角の形材によって構成される。角度がついた部分２７は、次のチャンバの正面壁のための対応する支持部を構成し、先のチャンバの背面壁を構成し、基部２２上を摺動するための支持部も構成する。支持部は、斜面の途中で中身が排出され始めないように、同時に密封を形成する。チャンバ間の短い距離は、常に上側のチャンバに置換される。

図１２ａおよび図１２ｂは、連続したチャンバを形成するために修正されたさらなるコンテナの形態を示す。この装置は本質的に管で構成され、プレート状のコンテナ壁、特に背面壁２４および正面壁２５が管壁に対してチャンバを形成する。駆動する目的でその重力を利用するために液体を分割する考えは、原理から逸脱することなく大幅に変更することができることが分かる。管は安価であり配置しやすい。図は、装填ストランドの一部を示し、戻りストランドは、管などにおいて排出ステーションＢから充填ステーションＡへのチャネルにおいて同様に案内されることができる。図１２ａは切欠を有する管を示し、そこから液体部分Ｆを有するチャンバ１１を見ることができる。これは、背面壁２４と正面壁２５との間の下り坂勾配力の方向に配置される。側壁２０／２１および基部２２、ならびに上部壁２３は、チャンバ１１を包囲する管によって形成される。正面壁および背面壁２４／２５それぞれは、接続手段１２または曲げることができる種類のストリングによって互いに保持され、全体的に切断された図１２ｂによって明確に示される。この種の接続は継ぎ目を必要とせず、それにより装置がより安価で、かつ頑丈で、故障しにくくなる。

ここに例示されない多くの変形例から、下り坂勾配力の形態で重力を利用するために重み付けするための駆動手段を分割するためのさらなる変形例は、発明の概念から逸脱せず、特許の保護の範囲内に属する。

参照符号の一覧
１ くさび形の土台
２ 支持手段
３ 発電機
４ 軸
５ 力を取出すための装置
１０ 伝達機構
１１ コンテナ
１２ 接続手段
１３ 排出フラップ
１５ 軸
１６ 空洞
１７ 凹部
２０ 第１の側壁
２１ 第２の側壁
２２ 基部
２３ 上部壁
２４ 背面壁
２５ 正面壁
２７ 角度がついた部分／支持部
Ａ 装填箇所または充填ステーション
Ｂ 排出箇所または排出ステーション
Ｈ 水平線
Ｆ 液体部分
Ｔ 間隔

Claims (20)

1. エネルギを生成するための伝達装置であって、コンテナの循環する伝達機構を有し、コンテナは装填ストランドおよび戻りストランドを形成し、前記コンテナは、ある角度で傾斜面上を下方に摺動可能または転動可能であり、装填ストランドは戻りストランドを移動させ、さらに、力を取出すための装置を有し、前記装置は、循環する伝達機構によって移動させられ、前記力を取出すための装置はエネルギを出力するための手段を有し、
   前記コンテナは、液体で充填可能なチャンバを形成し、
   前記コンテナおよび前記チャンバは、少なくとも１つの静止壁と、前記静止壁に対して移動可能な少なくとも１つの変位壁により形成され、
   前記少なくとも１つの静止壁はチャネル壁であり、
   前記チャンバは、該チャンバが空になるまで前記変位壁に沿って移動可能である、伝達装置。
2. 前記コンテナは固体の壁を有し、前記壁のうち１つは排出開口部として形成されることを特徴とする、請求項１に記載の伝達装置。
3. 前記排出開口部は前記装填ストランドの外側に開いており、次のコンテナの正面壁によって前記装填ストランドにおいて閉鎖されることを特徴とする、請求項２に記載の伝達装置。
4. 前記コンテナの変位壁は、前記装填ストランド内の前記少なくとも１つの静止壁上を摺動するように配置される、請求項１に記載の伝達装置。
5. 複数のコンテナ壁が移動可能な壁として構成されることを特徴とする、請求項１に記載の伝達装置。
6. 前記装置に対して固定して配置された壁は、側壁および基部を有するＵ字チャネルによって形成されることを特徴とする、請求項１に記載の伝達装置。
7. 前記装填ストランドは傾斜面に位置するかまたは案内され、前記戻りストランドは、上下逆にまたは前記伝達機構の断面に対して傾斜して戻るように案内されることを特徴とする、請求項１に記載のエネルギを生成するための伝達装置。
8. 前記力を取出すための装置は、前記伝達機構のコンテナによって一時的な形態嵌合を形成する手段を有することを特徴とする、請求項１に記載のエネルギを生成するための伝達装置。
9. 前記一時的な形態嵌合は、前記コンテナの空洞に係合する手段によって形成される、請求項８に記載のエネルギを生成するための伝達装置。
10. 前記コンテナの空洞に係合するための手段はカムである、請求項９に記載のエネルギを生成するための伝達装置。
11. 前記力を取出すための装置は電気発電機が割り当てられることを特徴とする、請求項１に記載のエネルギを生成するための伝達装置。
12. 前記エネルギを生成するための装置が基部を形成する水平面に常に搭載可能であり傾斜して搭載されるように支持手段を有し、角度は所要電力に依存して設定されることを特徴とする、請求項１に記載のエネルギを生成するための伝達装置。
13. 前記エネルギを生成するための装置が基部を形成する水平面に常に搭載可能であり傾斜して搭載されるように支持手段を有し、前記装填ストランドの長さは所要電力に依存して選択されることを特徴とする、請求項１に記載のエネルギを生成するための伝達装置。
14. 請求項１に記載の装置を動作させるための方法であって、前記伝達機構が循環している間、前記装填ストランドに入る第１のコンテナに重み付けするための材料が装填され、この材料は、充填された前記コンテナが前記装填ストランドを離れる直前に排出される、方法。
15. 前記重み付けするための材料は前記装填ストランドに沿って部分に分割され、各部分は下り坂勾配力全体への部分貢献をなす、請求項１４に記載の方法。
16. 前記重み付けするための材料は、前記装填ストランドに入る前記第１のコンテナに連続的にまたはバッチで充填されることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
17. 前記重み付けするための材料は、液体または固体であるがバルク材料性能を有することを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
18. 所要電力に依存して、前記傾斜面の傾斜が選択可能であり、設定されることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
19. 所要電力に依存して、前記装填ストランドの長さが選択可能であり、相応して使用されることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
20. 所要電力に依存して、前記コンテナの充填度が選択可能であり、相応して設定されることを特徴とする、請求項１４から１９のいずれか１項に記載の方法。

Images