(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力タンク内に液体を導入することにより、前記圧力タンク内の空気を圧縮する圧縮空気生成装置であって、
液体を弁室に送出する入力管と、
前記弁室の上方に配置された圧力タンクと、
前記弁室と圧力タンクとの間に設けられ、所定圧力以上の液圧を受けると開放され、前記液体を圧力タンク内に流入させる揚水弁と、
前記圧力タンクに設けられた、圧力タンク内が負圧になると開放され、大気を圧力タンク内に導入する吸気弁と、
前記圧力タンクに設けられた、圧力タンク内が所定圧になると開放され、圧力タンクで生成した圧縮空気を導出する吐出弁と、
前記圧力タンクに設けられた、圧力タンク内に供給された液体を外部に排出すると共に、前記液体の排出により圧力タンク内を負圧になすことによって、前記吸気弁を開放し、初期状態に復帰させる圧力タンク排水弁と、
前記弁室の下流に設けられた、入力管から流入した液体を外部に排出する弁室排水弁と、を備え、
前記弁室排水弁が所定の流速の液体の流れによって閉じられ、この弁室排水弁の閉塞による弁室内の液圧の上昇によって、揚水弁が開き、前記揚水弁を介して流入した液体によって、圧力タンク内の空気を圧縮して圧縮空気を生成し、
前記吐出弁から圧縮空気を導出した後、前記圧力タンク排水弁から圧力タンク内の液体を外部に排出すると共に、前記吸気弁から大気を圧力タンク内に導入し、初期状態に復帰することを特徴とする圧縮空気生成装置。
【請求項２】
前記入力管の一端が、液体が貯蔵された貯蔵タンクに接続され、貯蔵された液体が前記入力管に供給されることを特徴とする請求項１記載の圧縮空気生成装置。
【請求項３】
前記弁室排水弁は、
所定の流速の液体の流れによって閉じられ、この弁室排水弁の閉塞による弁室内の圧力上昇によって、揚水弁が開き、入力管から流入した液体の一部が圧力タンク内に流入することにより、圧力タンク内の空気を圧縮し、圧縮空気を生成し、揚水弁が閉じた後に開放され、再び入力管から流入した液体を外部に排出し、所定の流速の前記液体の流れによって閉塞される、
動作が繰り返し行われることを特徴とする請求項１記載の圧縮空気生成装置。
【請求項４】
前記弁室排水弁は、
軸を中心に回動可能に構成された弁体を有し、前記弁室からの液体の流れが所定の流速以下の場合には弁体は開放されており、前記弁室からの液体の流れが所定の流速を超えた場合には前記液体の流れによって、弁体は軸を中心に回動して閉塞し、
圧力タンク内の空気を圧縮した後には、前記揚水弁が閉じられることで生じる弁室内部の負圧と前記弁室排水弁の自重によって、前記弁室排水弁が開放され、再び前記弁室からの前記液体が流れ込むことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の圧縮空気生成装置。
【請求項５】
弁室排水弁が電磁弁で構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の圧縮空気生成装置。
【請求項６】
圧力タンク内の液位を検出し、所定の液位に達した際、圧力タンク排水弁を開放する圧力タンク排水弁開放機構を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の圧縮空気生成装置。
【請求項７】
圧力タンク排水弁の開閉機構が、
圧力タンク内部に設けられた、圧力タンクの天井部から垂下した支持棒と、
前記支持棒の上部の所定位置に固定されたベース板と、
前記ベース板の上方において上下動可能に設けられた上部フロートと、
前記ベース板の下方において上下動可能に設けられた下部フロートと、
前記上部フロートを所定の位置に支持する、前記ベース板に設けられたロック板と、
前記ロック板の下延設部の下端部に一端部が連結され、他端部が下部フロートに連結されたワイヤーと、
前記上部フロートの側面に一端が取り付けられ、他端が圧力タンク排水弁に取り付けられた、排水弁開閉レバーと、を備え、
前記上部フロートが浮力により上昇することにより、前記排水弁開閉レバーを介して圧力タンク排水弁を開くと共に、
前記圧力タンク排水弁からの排液に伴い、浮力を失い下降する上部フロートを前記ロック板によって所定の位置に支持し、
更に、前記下部フロートが浮力を失い下降することによって、前記ワイヤーが前記ロック板を回動させ、これに伴い上部フロートが下降し、前記圧力タンク排水弁が閉じられるように構成されていることを特徴とする請求項６記載の圧縮空気生成装置。
【請求項８】
前記ロック板の上延設部の上端部に形成され、前記上部フロートの下端部と係合する段部と、
前記ロック板の上部に設けられたローラと、
前記ロック板に回動力を与えるコイルばねと、を備え、
前記上部フロートが浮力を受けない状態にあっては、上部フロートの下端部と前記段部が係合した状態におかれ、
上部フロートが浮力により上昇し、上部フロートとロック板の段部との係合が解かれると、ロック板がコイルばねの反発力により回動し、ローラが上部フロートの下面を支持し、
更に、前記下部フロートが浮力を失い下降することによって、前記ワイヤーがコイルばねの反発力に抗しながら、前記ロック板を前記回動方向と反対方向に回動させ、これに伴い上部フロートが下降し、前記圧力タンク排水弁が閉じられるように構成されていることを特徴とする請求項７記載の圧縮空気生成装置。
【請求項９】
圧力タンク排水弁の開閉機構が、
圧力タンクの上面に、軸を中心に揺動可能に設けられた梃子部と、
前記梃子部の一端部に取り付けられ、他端が圧力タンク排水弁に取り付けられた、排水弁開閉レバーと、
前記梃子部の他端部の下面に取り付けられた第１の磁石と、
前記上部フロートの上面に、前記第１の磁石と吸着可能に設けられた第２の磁石と、
前記上部フロートと下部フロートとを連結するワイヤーとを備え、
上部フロートが上昇することにより第２の磁石が第１の磁石を吸着し、前記梃子部を介して前記圧力タンク排水弁を開き、
前記上部フロート及び下部フロートが浮力を失うことにより、上部フロート及び下部フロートが下降し、第２の磁石と第１の磁石の吸着状態を解除し、前記圧力タンク排水弁が閉じるように構成されていることを特徴とする請求項６記載の圧縮空気生成装置。
【請求項１０】
この圧力タンク排水弁の開閉機構が、
圧力タンク内に、液面に応じて上下動可能に設けられたフロートと、
前記フロートの位置を検出することにより、圧力タンク内の液位を検出する液位検出手段と、
前記液位検出手段からの信号を受けて圧力タンク排水弁の開閉を行う電磁弁と、
を備えていることを特徴とする請求項６記載の圧縮空気生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧縮空気生成装置に関し、特に水撃作用を利用した圧縮空気生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮空気生成装置としては、一般的にコンプレッサが用いられている。この圧縮空気生成装置はコンプレッサを電気的に駆動し、コンプレッサで生成した圧縮空気を空気貯槽に貯蔵し、生成した圧縮空気を空気貯槽から必要に応じて取り出すように構成されている。
この圧縮空気生成装置は、前記したようにコンプレッサを電気的に駆動するため、省エネの対策が考えられている。例えば、特許文献１には、余剰エネルギーを利用した圧縮空気生成装置が提案されている。この特許文献１に示された圧縮空気生成装置について、図１７に基づいて説明する。
【０００３】
この圧縮空気生成装置２００にあっては、地上に空気貯槽２０１が設置され、この位置より上方に、貯蔵する空気の圧力に相当する水頭高Ｈの位置に水槽２０２が設けられている。そして、前記空気貯槽２０１及び水槽２０２の間を水圧導管２０３で連結している。
前記空気貯槽２０１は圧力容器であり、圧縮空気取入口、取出口には弁２０４，２０５が設けられている。
また、前記水槽２０２の上方は大気に開放しており、水面には大気圧が作用する。したがって、空気貯槽２０１内の液面には空気貯槽２０１から水槽２０２迄の高さＨの水頭圧が作用する。このように空気貯槽２０１内の液面に、水頭圧が作用するため、圧縮空気は一定圧になされる。
【０００４】
また、この空気貯槽２０１に貯蔵する圧縮空気を作るため、余剰電力で回転するモータ２０６により駆動されるコンプレッサ２０７が設けられており、コンプレッサ２０７の吐出口には空気貯槽２０１に至る給気管２０８が接続されている。
更に、この給気管２０８には空気が圧縮されることにより上昇した温度を下げるための冷却器２０９が設けられている。一方、空気貯槽２０１より圧縮空気を取出すための取出し管２１０はガスタービン２１１の燃焼室２１２に接続され、圧縮空気は燃料と混合されて燃焼し、ガスタービン２１１を回転し、これにより発電機２１３を駆動する。
【０００５】
この圧縮空気生成装置２００は、夜間など電力が余剰状態にある場合には、その余剰電力で圧縮空気を生成し、生成した圧縮空気を空気貯槽２０１に貯蔵する。そして、必要に応じて、空気貯槽２０１より圧縮空気を取出し、圧縮空気と燃料とを混合して燃焼させ、ガスタービン２１１を回転させることにより、発電機２１３を駆動し発電する。
このように、この圧縮空気生成装置２００にあっては、余剰電力を有効に活用した省エネの対策が講じられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平２−７１０５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記した特許文献１に記載の圧縮空気生成装置にあっては、余剰電力でコンプレッサを駆動するものであり、エネルギーの有効利用の観点からは好ましいものである。しかしながら、電力を消費することにより圧縮空気を生成することに変わりなく、電気的エネルギーの消費の観点から見れば、あまり好ましいものではなかった。
【０００８】
ところで、特許文献１に記載の圧縮空気生成装置において、コンプレッサを用いることなく、水槽の高さＨによって生じる水頭圧を利用して空気貯槽内の空気を圧縮することも考えられる。しかしながら、圧力の高い圧縮空気を得るには、水槽を高い位置に配置しなければならず、装置として大型化するという技術的課題があった。
【０００９】
本発明は、上記の技術的課題を解決するためになされたものであり、電気的エネルギーの消費を抑制し、省エネルギー化を図ると共に、装置全体が大型化するのを抑制した、圧縮空気生成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するためになされた本発明にかかる圧縮空気生成装置は、圧力タンク内に液体を導入することにより、前記圧力タンク内の空気を圧縮する圧縮空気生成装置であって、液体を弁室に送出する入力管と、前記弁室の上方に配置された圧力タンクと、前記弁室と圧力タンクとの間に設けられ、所定圧力以上の液圧を受けると開放され、前記液体を圧力タンク内に流入させる揚水弁と、前記圧力タンクに設けられた、圧力タンク内が負圧になると開放され、大気を圧力タンク内に導入する吸気弁と、前記圧力タンクに設けられた、圧力タンク内が所定圧になると開放され、圧力タンクで生成した圧縮空気を導出する吐出弁と、前記圧力タンクに設けられた、圧力タンク内に供給された液体を外部に排出すると共に、前記液体の排出により圧力タンク内を負圧になすことによって、前記吸気弁を開放し、初期状態に復帰させる圧力タンク排水弁と、前記弁室の下流に設けられた、入力管から流入した液体を外部に排出する弁室排水弁と、を備え、前記弁室排水弁が所定の流速の液体の流れによって閉じられ、この弁室排水弁の閉塞による弁室内の液圧の上昇によって、揚水弁が開き、前記揚水弁を介して流入した液体によって、圧力タンク内の空気を圧縮して圧縮空気を生成し、前記吐出弁から圧縮空気を導出した後、前記圧力タンク排水弁から圧力タンク内の液体を外部に排出すると共に、前記吸気弁から大気を圧力タンク内に導入し、初期状態に復帰することを特徴としている。
【００１１】
このように構成されているため、本発明にかかる圧縮空気生成装置にあっては、電気的エネルギーを極力用いることなく、圧縮空気を生成することができる。
また、いわゆる水撃作用を利用しているため、槽の高さによって生じる水頭圧を利用して空気貯槽内の空気を圧縮する場合に比べて、高圧の圧縮空気を生成することができ、また装置が大型化するのを抑制することができる。
【００１２】
ここで、前記入力管の一端が、液体が貯蔵された貯蔵タンクに接続され、貯蔵された液体が前記入力管に供給されることが望ましい。
また、前記弁室排水弁は、所定の流速の液体の流れによって閉じられ、この弁室排水弁の閉塞による弁室内の圧力上昇によって、揚水弁が開き、入力管から流入した液体の一部が圧力タンク内に流入することにより、圧力タンク内の空気を圧縮し、圧縮空気を生成し、揚水弁が閉じた後に開放され、再び入力管から流入した液体を外部に排出し、所定の流速の前記液体の流れによって閉塞される、動作が繰り返し行われるのが望ましい。
【００１３】
また、前記弁室排水弁は、軸を中心に回動可能に構成された弁体を有し、前記弁室からの液体の流れが所定の流速以下の場合には弁体は開放されており、前記弁室からの液体の流れが所定の流速を超えた場合には前記液体の流れによって、弁体は軸を中心に回動して閉塞し、圧力タンク内の空気を圧縮した後には、前記揚水弁が閉じられることで生じる弁室内部の負圧と前記弁室排水弁の自重によって、前記弁室排水弁が開放され、再び前記弁室からの前記液体が流れ込むことが望ましい。
【００１４】
更に、弁室排水弁が電磁弁で構成されていることが望ましい。
このように弁室排水弁が電磁弁で構成されている場合には、所定の時間間隔をもって弁室排水弁を開閉でき、開閉サイクル（周期）を短くすることにより、製造する圧縮空気の流量を増加させることができ、またより急激に閉塞することで、圧縮空気の圧力を上昇させることができる。尚、弁室排水弁の弁体近傍の流速をセンサーによって測定し、測定した流速値によって、弁室排水弁の開閉を行っても良い。
また圧力タンク内の液位を検出し、所定の液位に達した際、圧力タンク排水弁を開放する圧力タンク排水弁開放機構を備えることが望ましい。
【００１５】
この圧力タンク排水弁の開閉機構としては、圧力タンク内部に設けられた、圧力タンクの天井部から垂下した支持棒と、前記支持棒の上部の所定位置に固定されたベース板と、前記ベース板の上方において上下動可能に設けられた上部フロートと、前記ベース板の下方において上下動可能に設けられた下部フロートと、前記上部フロートを所定の位置に支持する、前記ベース板に設けられたロック板と、前記ロック板の下延設部の下端部に一端部が連結され、他端部が下部フロートに連結されたワイヤーと、前記上部フロートの側面に一端が取り付けられ、他端が圧力タンク排水弁に取り付けられた、排水弁開閉レバーと、を備え、前記上部フロートが浮力により上昇することにより、前記排水弁開閉レバーを介して圧力タンク排水弁を開くと共に、前記圧力タンク排水弁からの排液に伴い、浮力を失い下降する上部フロートを前記ロック板によって所定の位置に支持し、更に、前記下部フロートが浮力を失い下降することによって、前記ワイヤーが前記ロック板を回動させ、これに伴い上部フロートが下降し、前記圧力タンク排水弁が閉じられるように構成されていることが望ましい。
【００１６】
特に、前記ロック板の上延設部の上端部に形成され、前記上部フロートの下端部と係合する段部と、前記ロック板の上部に設けられたローラと、前記ロック板に回動力を与えるコイルばねと、を備え、前記上部フロートが浮力を受けない状態にあっては、上部フロートの下端部と前記段部が係合した状態におかれ、上部フロートが浮力により上昇し、上部フロートとロック板の段部との係合が解かれると、ロック板がコイルばねの反発力により回動し、ローラが上部フロートの下面を支持し、更に、前記下部フロートが浮力を失い下降することによって、前記ワイヤーがコイルばねの反発力に抗しながら、前記ロック板を前記回動方向と反対方向に回動させ、これに伴い上部フロートが下降し、前記圧力タンク排水弁が閉じられるように構成されていることが望ましい。
【００１７】
また、圧力タンク排水弁の開閉機構としては、圧力タンクの上面に、軸を中心に揺動可能に設けられた梃子部と、前記梃子部の一端部に取り付けられ、他端が圧力タンク排水弁に取り付けられた、排水弁開閉レバーと、前記梃子部の他端部の下面に取り付けられた第１の磁石と、前記上部フロートの上面に、前記第１の磁石と吸着可能に設けられた第２の磁石と、前記上部フロートと下部フロートとを連結するワイヤーとを備え、上部フロートが上昇することにより第２の磁石が第１の磁石を吸着し、前記梃子部を介して前記圧力タンク排水弁を開き、前記上部フロート及び下部フロートが浮力を失うことにより、上部フロート及び下部フロートが下降し、第２の磁石と第１の磁石の吸着状態を解除し、前記圧力タンク排水弁が閉じるように構成されていることが望ましい。
【００１８】
更に、圧力タンク排水弁の開閉機構としては、圧力タンク内に、液面に応じて上下動可能に設けられたフロートと、前記フロートの位置を検出することにより、圧力タンク内の液位を検出する液位検出手段と、前記液位検出手段からの信号を受けて圧力タンク排水弁の開閉を行う電磁弁と、を備えていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、電気的エネルギーの消費を抑制し、省エネルギー化を図ると共に、装置全体が大型化するのを抑制した、圧縮空気生成装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明にかかる圧縮空気生成装置の一実施形態を説明するための概略構成図である。
【図２】図１に示した圧縮空気生成装置の動作を説明するための概略構成図である。
【図３】図１に示した圧縮空気生成装置の動作を説明するための概略構成図であって、図２に示す動作に続く動作を説明するための図である。
【図４】図１に示した圧縮空気生成装置の動作を説明するための概略構成図であって、図３に示す動作に続く動作を説明するための図である。
【図５】図１に示した圧縮空気生成装置の動作を説明するための概略構成図であって、図４に示す動作に続く動作を説明するための図である。
【図６】図１に示した圧縮空気生成装置の動作を説明するための概略構成図であって、図５に示す動作に続く動作を説明するための図である。
【図７】図１に示した圧縮空気生成装置の動作を説明するための概略構成図であって、図６に示す動作に続く動作を説明するための図である。
【図８】図１に示した一実施形態の具体的構成を示す側面図である。
【図９】図８に示した圧縮空気生成装置の圧力タンク及び弁室の要部拡大図である。
【図１０】図９に示された圧力タンク排水弁の開閉機構を示す斜視図である。
【図１１】図９に示された圧力タンク排水弁の開閉機構の要部拡大図である。
【図１２】図９に示された圧力タンク排水弁の開閉機構の開状態を示す断面図である。
【図１３】圧力タンク排水弁の開閉機構の第１の変形例を示す断面図である。
【図１４】図１３に示された圧力タンク排水弁の開閉機構を示す斜視図である。
【図１５】図１３に示された圧力タンク排水弁の開閉機構の開状態を示す断面図である。
【図１６】圧力タンク排水弁の開閉機構の第２の変形例を示す断面図である。
【図１７】従来の圧縮空気生成装置を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の圧縮空気生成装置の一実施形態について、図１乃至図１２に基づいて説明する。まず、本発明の圧縮空気生成装置の基本的構成及び動作を図１乃至図７に基づいて説明する。尚、図１における各種弁６，７，８，９，１０は配置された位置を明確にするため、全て開いた状態で図示しており、特定の動作状態を示すものではない。
【００２２】
図１に示すように、本発明の圧縮空気生成装置１は、所定の高さに配置された貯水タンク２と、貯水タンク２からの水（入力水）を弁室３に送出する入力管４と、前記弁室３の上方に配置された圧力タンク５とを備えている。
前記弁室３と圧力タンク５との間には、常時閉じられ、所定圧力以上の水圧を受けると開放される揚水弁６が設けられている。この揚水弁６が開放されることにより、弁室の水Ｗが圧力タンク内に供給され、圧力タンク５内の空気を圧縮する。
【００２３】
前記圧力タンク５の上部には、外気（大気）を圧力タンク５内に導入する吸気弁７が設けられている。また前記圧力タンク５の上部には、圧力タンク５で生成した圧縮空気を、圧縮空気貯蔵タンク（図示せず）に導出する吐出弁８が設けられている。
更に、前記圧力タンク５の下部には、圧力タンク５内に供給された水Ｗを外部に排水するための圧力タンク排水弁９が設けられている。
【００２４】
また、前記弁室３の下流には、入力管４から流入した水Ｗを外部に排水する弁室排水弁１０が設けられている。この弁室排水弁１０は、常時開放されており、所定の流速の水の流れに引き込まれることによって、急激に閉じられるように構成されている。
具体的には、弁室排水弁１０の通過直後の流速が、弁室排水弁１０の手前の流速よりも速いため、弁室排水弁１０の前後において圧力差が生じ、この圧力差により弁室排水弁１０が閉まる方向に力は生じる。そして、弁室排水弁１０は徐々に閉まっていき、圧力差も大きくなって、ある瞬間に完全に閉じる。
【００２５】
次に、この圧縮空気生成装置１の動作について説明する。
図２に示すように、この圧縮空気生成装置１の初期状態にあっては、弁室排水弁１０が開放され、これ以外の揚水弁６、吸気弁７、吐出弁８、圧力タンク排水弁９は閉じている。
このような状態において、貯水タンク２から水Ｗが流出し、入力管４内を流れ落ち、弁室３内に流れ込む。そして更に、この弁室３の下流に位置している弁室排水弁１０を介して排水される。
【００２６】
このとき、弁室排水弁１０を通過する水によって弁室排水弁１０には閉じる方向に力が作用し、弁室３からの水の勢いが増すに伴い、弁室排水弁１０は急激に閉じられる。
そして、弁室排水弁１０が急激に閉じられると、弁室３に流入した水は弁室３から排水されず、弁室３内の圧力が瞬間的に高くなる。
この急激な圧力上昇は、弁室３内で行き場を失った水Ｗの運動エネルギーが圧力エネルギーに変化することによって起こるものである。この弁室３内の急激な圧力上昇によって、図３に示すように、揚水弁６が開き、入力水の一部が圧力タンク５に流入する。
【００２７】
この圧力タンク５内に流れ込んだ水Ｗによって、圧力タンク５内の空気Ａを圧縮し、圧力タンク５内の圧力を上昇させる。その後、図４に示すように、揚水弁６に加わる圧力タンク５内の水Ｗの重さと、弁室３内の圧力の減少によって、前記揚水弁６は閉じられる。
【００２８】
前記揚水弁６が閉じられたことによって、弁室３内で行き場を失った水Ｗは貯水タンク２の方向に逆流し、弁室排水弁１０の弁室側面は負圧となる。
その結果、図５に示すように前記負圧及び弁室排水弁１０の自重によって、弁室排水弁１０が開放される。そして、図２に示す状態に戻り、再び水Ｗが流れ落ち、図２から図５に示す動作が繰り返される。例えば、図２から図５に示す動作が数回繰り返される。この動作が繰り返されることで、圧力タンク５内の水位が上昇し、圧力タンク５内の空気Ａを圧縮する。
【００２９】
そして、図６に示すように、圧力タンク５内が所定の圧力以上になると吐出弁８が開かれ、圧力タンク５で生成した圧縮空気は、圧縮空気貯蔵タンク（図示せず）に吐出され、圧縮空気貯蔵タンク内に貯蔵され、その後必要に応じて圧縮空気が使用される。
【００３０】
また、図７に示すように、圧力タンク５内の水が所定量を超えると、圧力タンク排水弁９が開かれ、圧力タンク５の水が排水され、外気（大気）Ａが圧力タンク５内に導入される。前記圧力タンク排水弁９が開放されることにより、圧力タンク５内が負圧になることによって、吸気弁７は開放される。
そして、圧縮空気生成装置１の初期状態（図２に示す状態）に復帰し、再び、図２〜図７に示す動作が繰り返され、圧縮空気が生成される。
【００３１】
このように、この圧縮空気生成装置１にあっては、従来のように電力を使用することなく、圧縮空気を生成することができる。即ち、電力を使用しないため、省エネルギー化を図ることができる。
また、この圧縮空気生成装置１は、いわゆる水撃作用を利用したものであり、水頭圧を利用したもの比べて、高い圧力を有する圧縮空気を得ることができる。
また、同じ圧力の圧縮空気を生成する場合に、この圧縮空気生成装置１は水頭圧を利用した装置と比べて、装置の高さを低く抑えることができ、全体として小型化を図ることができる。
【００３２】
更に、前記一実施形態の具体的構成を、図８乃至図１２に基づいて説明する。尚、図１乃至図７に示した部材と同一あるいは相当する部材は同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
この圧縮空気生成装置１の貯水タンク２は、図８に示すように、フレーム１１の最上部に配置され、例えば、貯水タンク２内の水面と、弁室３との高低差ｈが１ｍ〜２ｍとなるように配置されている。
一般的な工場等で使用される圧縮空気の圧力０．５〜０．７ＭＰａを想定すると、この高低差ｈが１ｍ未満の場合には、所定の圧縮空気を得ることができないため、好ましくない。一方、この高低差ｈが２ｍを超える場合には、装置が大型化し好ましくない。
【００３３】
因みに、この高低差のみの水頭圧を利用したものの場合、圧縮空気の圧力０．５〜０．７ＭＰａを得ようとすると、５０ｍ〜７０ｍ以上の高さを必要とする。
【００３４】
また、前記貯水タンク２にはホースまたは配管（高圧を得るためにステンレス等の硬い管の方が好ましい）からなる入力管４の一端部が接続され、前記入力管４の他端部は弁室３に接続され、貯水タンク２の水（入力水）が弁室３に送出されるように構成されている。
尚、前記入力管４は、貯水タンク２からの水が旋回しながら落下するようになすため、前記フレームに螺旋状に設けられている。高圧力発生時間を長くするためには、入力管は長い方が好ましく、装置を大型化しないために螺旋状に設けられている。
【００３５】
また、前記弁室３の上方には、圧力タンク５が設けられている。圧力タンク排水弁９、弁室排水弁１０から排水された水を回収する回収タンク１２がフレーム１１の最下部に設けられている。
【００３６】
また、図９に示すように、前記弁室３と圧力タンク５との間には、常時閉じられ、所定圧力以上の水圧を受けると開放される揚水弁６が設けられている。
この揚水弁６の弁体６ａは、スプリング６ｂによって弁座６ｃに押圧され、貫通孔６ｄを閉塞する。尚、この弁体６ａの表面にはゴム部材６ａ１が設けられ、より完全に前記貫通孔６ｄを閉塞するように構成されている。また前記ゴム部材６ａ１により、開閉時の打撃音を抑制することができる。
【００３７】
また、前記スプリング６ｂの一端部は、前記したように弁体６ａの背面に当接し、他端部はスプリング係止部材６ｅに当接している。
このスプリング係止部材６ｅは、管体６ｆの内周面に螺合し、前記管体６ｆの軸線方向に移動可能に構成されている。即ち、スプリング係止部材６ｅを管体６ｆの軸線方向に移動させることにより、前記弁体６ａに対するスプリング６ｂの押圧力を調整でき、揚水弁６が開放する圧力を調整することができる。
【００３８】
前記圧力タンク５の上部には、外気（大気）を圧力タンク５内に導入するための吸気弁７が設けられている。この吸気弁７の弁体７ａは、スプリング７ｂによって管７ｄの内壁に設けられた弁座７ｃに押圧されている。
そして、圧力タンク５内の圧力が大気圧よりも高い場合には閉じられ、大気圧よりも低くなったときに、前記スプリング７ｂの反発力に抗しながら、開放されるように構成されている。
【００３９】
また、前記圧力タンク５の上部には、圧力タンク５で生成した圧縮空気を、圧縮空気貯蔵タンク（図示せず）に導出するための吐出弁８が設けられている。この吐出弁８の弁体８ａは、スプリング８ｂによって管８ｄの内壁に設けられた弁座８ｃに押圧されている。
そして、圧力タンク５内の圧力が所定の圧力以下の場合には、前記スプリング８ｂによって吐出弁８は閉じられている。一方、圧力タンク５内の圧力が所定の圧力を超えると、前記スプリング８ｂの反発力に抗しながら、吐出弁８は開放されるように構成されている。
【００４０】
また、前記圧力タンク排水弁９の弁体９ａは、軸９ｂを中心に回動可能に構成されている。そして、圧力タンク５内の水が所定量以下の場合には、弁体９ａは弁座９ｃに接し、貫通孔９ｄを閉塞している。一方、圧力タンク５内の水が所定量を超えた場合には、排水弁の開閉機構２０によって、弁体９ａは軸９ｂを中心に回動し、貫通孔９ｄを開放し、圧力タンク５内の水を排水する。
尚、この弁体９ａの表面にはゴム部材９ａ１が設けられ、より完全に前記貫通孔９ｄを閉塞するように構成されている。また前記ゴム部材９ａ１により、開閉時の打撃音を抑制することができる。
【００４１】
また、弁室排水弁１０の弁体１０ａは、軸１０ｂを中心に回動可能に構成されている。そして、弁室３からの水の流れが所定の流速以下の場合には、弁体１０ａは、開放されている。一方、弁室３からの水の流れが所定の流速を超えた場合には、前記水の流れによって、弁体１０ａは軸１０ｂを中心に回動し、弁体１０ａは弁座１０ｃに接し、貫通孔１０ｄを閉塞するように構成されている。
尚、この弁体１０ａの表面にはゴム部材１０ａ１が設けられ、より完全に前記貫通孔１０ｄを閉塞するように構成されている。また前記ゴム部材１０ａ１により、開閉時の打撃音を抑制することができる。
【００４２】
また弁室排水弁１０には、前記弁体１０ａの開度を調整する調整螺子１３が設けられている。この調整螺子１３が弁体１０ａの背面に接することにより、弁体１０ａの開度を調整するものであり、この調整螺子１３の管内への突出寸法を大きくするにつれて、弁体１０ａ開度は小さくなる。
【００４３】
次に、圧力タンク排水弁９の開閉機構２０について説明する。
圧力タンク５内部には、圧力タンク５の天井部から垂下した支持棒２１が設けられている。またこの支持棒２１の上部の所定位置には、ベース板２２が固定されている。
また、この支持棒２１の上部には上下動可能に上部フロート２３が設けられ、また下部にも上下動可能に下部フロート２４が設けられている。即ち、前記上部フロート２３及び下部フロート２４は、圧力タンク５内の水から浮力を受けることにより、前記支持棒２１に沿って上昇し、水からの浮力がなくなった場合には、下降し、所定の位置に戻されるように構成されている。
【００４４】
前記ベース板２２の上面の左右両側には、図１０、図１１に示すように、ロック板２５が軸２６を中心に回動可能に設けられている。尚、左右両側に設けられたロック板２５の構成は同一であるため、一方のロック板２５に基づいて説明する。
このロック板２５は水平部２５ａと、前記水平部２５ａの一端部に形成された上延設部２５ｂと、前記水平部２５ａの他端部に形成された下延設部２５ｃとを備えている。
また前記水平部２５ａの他端部側にはロック板２５を貫通する貫通孔（図示せず）が設けられている。この貫通孔に軸２６が挿通することによって、前記ロック板２５は前記軸２６を中心にベース板２２に回転可能に取り付けられる。
【００４５】
前記ロック板２５の下延設部２５ｃの下端部には、一端部が下部フロート２４に連結されたワイヤー２７が連結されている。また、ロック板２５にはピン２５ｅが形成され、捩じりコイルばね２８の一端が係止されている。前記捩じりコイルばね２８の他端は、ベース板の２２の上面に係止されている。
尚、前記捩じりコイルばね２８の中心部は前記軸２６に遊嵌されている。したがって、前記ロック板２５が前記捩じりコイルばね２８によって、図１１の矢印で示す方向に回動力が与えられている。
【００４６】
また、ロック板２５の上延設部２５ｂ上端部には、Ｌ字状の段部２５ｆが形成され、前記上部フロート２３の下端部と係合するように構成されている。
図１１に示す状態にあっては、ロック板２５が前記捩じりコイルばね２８によって、図１１の矢印方向に回動力が与えられているが、前記ロック板２５の上端部のＬ字状の段部２５ｆが、上部フロート２３の下端部と係合しているため、ロック板２５は回動することなく、上部フロート２３に係止されている。
【００４７】
また、ロック板２５の上部にはローラ２９が設けられている。このローラ２９は、図１２に示すように、上部フロート２３が浮力により上昇し、上部フロート２３とロック板２５との係合が解かれると、ロック板２５が回動し、ローラ２９が上部フロート２３の下面と接する。
そして、このローラ２９が上部フロート２３と接していることにより、上部フロート２３の浮力がなくなり、上部フロート２３が下降する際、即ち、図９に示す状態に戻す際、円滑に戻すことができる。
【００４８】
また、前記上部フロート２３の側面には、排水弁開閉レバー３０の一端が取り付けられている。この排水弁開閉レバー３０の他端は、圧力タンク排水弁９に取り付けられており、前記上部フロート２３が上昇することにより、前記圧力タンク排水弁９が開き、前記上部フロート２３が下降することにより、前記圧力タンク排水弁９が閉じるように構成されている。
【００４９】
次に、圧力タンク排水弁９の開閉機構２０の動作について説明する。
まず、排水弁開閉レバー３０の自重、またロック板２５の段部２５ｆと上部フロート２３の下端部との係合から、図９、図１０、図１１に示した状態が維持される。
そして、図２から図５に示す動作が繰り返され、圧力タンク５内に水が供給され、圧力タンク５内の水位が上昇する。そして、水位が上昇し、上部フロート２３が前記水の浮力を受けると、上部フロート２３は上昇する。この上部フロート２３の上昇に伴い、排水弁開閉レバー３０を介して、圧力タンク排水弁９が開放される。
【００５０】
一方、上部フロート２３の上昇によって、ロック板２５の段部２５ｆとの係合が解かれる。係合が解かれたロック板２５は、軸２６を中心に回動し、前記ローラ２９は上部フロート２３の下面に接した状態になされる。
したがって、圧力タンク排水弁９が開放され、圧力タンク５内の水位が下がり（水が減少し）、上部フロート２３が浮力を失っても、図１２に示す状態が維持される。
【００５１】
そして、圧力タンク５内の排水が進み、下部フロート２４よりも水位が下がると下部フロート２４に作用していた浮力がなくなり、下部フロート２４は支持棒２１に沿って下降する。そのため、図１２に示すように、前記ワイヤー２７からロック板２５に対して下向きの力が作用し、軸２６を中心にロック板２５を回動される力が作用する。
このロック板２５の回動と、上部フロート２３の自重による下降によって、上部フロート２３の下端部がロック板２５の段部２５ｆに係合し、図９、図１０、図１１に示す初期状態になされる。
【００５２】
このような圧力タンク排水弁９の開閉機構２０によれば、電力を用いることなく、圧力タンク５の水位を検出し、自動的に排水することができる。
【００５３】
更に、圧力タンク排水弁の開閉機構の変形例（第１の変形例）を図１３乃至図１５に基づいて説明する。尚、図１乃至図１２に示した部材と同一あるいは相当する部材は同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
この圧力タンク排水弁９の開閉機構４０は、梃子の作用を利用して圧力タンク排水弁９の開閉を行うものであり、圧力タンク５の上面に、軸４１ｃを中心に回動可能に設けられた梃子部４１と、前記梃子部４１の一端部４１ａに取り付けられた排水弁開閉レバー３０と、前記梃子部４１の他端部４１ｂの下面に取り付けられた磁石４２とを備えている。
また、上部フロート２３の上面に磁石４３が設けられ、前記磁石４２と磁石４３とが吸着可能に設けられている。また上部フロート２３と下部フロート２４はワイヤー４４によって連結されている。
【００５４】
前記梃子部４１は、図１３に示したように、圧力タンク排水弁９が閉じられた状態にあっては、略水平状態におかれている。
そして、図１３に示す状態から圧力タンク５内の水位が上昇し、上部フロート２３が上昇すると、前記磁石４３が磁石４２を吸着する。前記磁石４２の吸着により、梃子部４１の一端部４１ｂは下方向に移動し、他端部４１ａは上方向に移動する。この梃子部４１の揺動により、圧力タンク排水弁９は開放される。
【００５５】
そして、上部フロート２３の自重より、前記磁石４２，４３の吸着力の方が大きいため、圧力タンク５内の水位が下がり（水が減少し）、上部フロート２３が浮力を失っても、図１５に示す状態が維持される。即ち、圧力タンク排水弁９の開放状態が維持される。
【００５６】
更に、圧力タンク５内の排水が進み、下部フロート２４よりも水位が下がると下部フロート２４に作用していた浮力がなくなる。このとき、前記磁石４２と磁石４３との吸着力より、上部フロート２３の自重及び下部フロート２４の自重の総和の方が大きいため、磁石４２と磁石４３は吸着状態が解かれ、分離される。
その結果、梃子部４１は、軸４１ｃを中心に揺動し、略水平状態に戻ると共に、圧力タンク排水弁９は閉じられる。一方、上部フロート２３及び下部フロート２４は、磁石４２と磁石４３は分離によって、急激に下方向に落下するが、ストッパー４５，４６に衝突し、停止し、所定の位置に配置される。このようにして、圧力タンク排水弁９の開閉機構４０は初期状態に戻される。
【００５７】
この圧力タンク排水弁９の開閉機構４０によっても、電力を用いることなく、圧力タンク５の水位を検出し、自動的に排水することができる。
【００５８】
更に、圧力タンク排水弁の開閉機構の変形例（第２の変形例）を図１６に基づいて説明する。尚、図１乃至図１５に示した部材と同一あるいは相当する部材は同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
この圧力タンク排水弁９の開閉機構５０は、圧力タンク５内に、水面に応じて上下動可能に設けられたフロート５１と、前記フロート５１の位置を検出することにより、圧力タンク５内の水位を検出する水位検出手段と、前記水位検出手段からの信号を受けて圧力タンク排水弁９の開閉を行う電磁弁５２とを備えている。
この水位検出手段としては、種々の水位検出装置を用いることができる。例えば、フロート内部に位置検出用の永久磁石を設置し、支持棒２１をウェーブガイド（導波管）で構成した水位検出装置を用いてもよい。この水位検出装置にあっては、支持棒２１にパルス電流を流すと、このパルス電流による磁界と前記永久磁石による磁界が交差して、磁歪が生じる。この磁歪によりウェーブガイド（導波管）がねじられ、そのねじれが超音波となって、ウェーブガイド（導波管）上を伝播し、検出コイルでピックアップされる。即ち、パルス電流を流してから超音波を検出するまでの時間は、磁石（フロート）位置と検出コイルとの距離に比例するため、これにより距離（水位）を検出することができる。
【００５９】
そして、検出された水位に基づいて、圧力タンク排水弁（電磁弁）５２の開閉を正確に、精度良く行うことができるが、電力を使用する点からすると、前記した圧力タンク排水弁の開閉機構及び第１の変形例の方が好ましい。
【００６０】
また、上記実施形態にあっては、弁室排水弁１０の弁体１０ａは、軸１０ｂを中心に回動可能に構成され、弁室３からの所定の流速の水の流れによって閉塞し、弁室３内の負圧と弁体１０ａの自重によって開放するように構成した場合を説明した。
しかしながら、本発明にあっては、弁室排水弁１０の弁体１０ａの開閉を電磁弁で行うように構成しても良い。電磁弁を用いた場合には、弁室排水弁１０の開閉を、予め決められた所定の周期（所定の時間間隔）をもって高精度に行うことができる。しかも、弁室排水弁１０の開閉の周期を早くすることで、製造する圧縮空気の流量を増やすことができる。また、弁室排水弁１０をより急激に閉塞することで、製造される圧縮空気の最大圧力を大きくすることができる。
尚、弁室排水弁１０の弁体１０ａ近傍にセンサーを設け、前記センサーによって流速（弁体１０ａを通過する際の流速）を測定し、測定した流速値によって、弁室排水弁１０の弁体１０ａの開閉を行うように構成しても良い。
【００６１】
尚、上記実施形態にあっては、水を例にとって説明したが、油等の他の液体を使用しても良い。但し、取り扱いの利便性を考慮すると、水が好適である。
【符号の説明】
【００６２】
１      圧縮空気生成装置
２      貯水タンク
３      弁室
４      入力管
５      圧力タンク
６      揚水弁
７      吸気弁
８      吐出弁
９      圧力タンク排水弁
１０    弁室排水弁
２０    圧力タンク排水弁開閉機構
２１    支持棒
２２    ベース板
２３    上部フロート
２４    下部フロート
２５    ロック板
２６    軸
２７    ワイヤー
２８    捩じりコイルばね
２９    ローラ
３０    排気弁開閉レバー
４０    圧力タンク排水弁開閉機構
４１    梃子部
４２    磁石
４３    磁石
５０    圧力タンク排水弁開閉機構
５１    フロート（水位検出手段を備えた）
５２    圧力タンク排水弁（電磁弁）
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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