(57)【要約】      （修正有）【課題】水の送出に伴なって、空気と水の圧縮後、加圧エネルギーを開放する際の膨張力を発生させ、これを同時に行うことにより、極めて小さなエネルギーで大きな揚水を可能ならしめる揚水機及び揚水機動力システムを提供する。【解決手段】所定の水圧下に配置され、圧搾空気の送受を切換えることにより往復運動するピストンを備えたエアシリンダと、このエアシリンダのピストンに連動して往復運動する弁機構を有する水路系シリンダと、該水路系シリンダの途中に設けられて、前期弁機構の往復運動により、所定の水圧下の水と共に外気を該シリンダの水中に取り入れる空気取入れ孔と、該弁機構の往復運動により該シリンダ内の空気の混在した水を排出する排水孔とからなる。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
所定の水圧下に配置され、圧搾空気の送受を切換えることにより往復運動するピストンを備えたエアシリンダと、このエアシリンダのピストンに連動して往復運動する弁機構を有する水路系シリンダと、該水路系シリンダの途中に設けられて、前期弁機構の往復運動により、所定の水圧下の水と共に外気を該シリンダの水中に取り入れる空気取入れ孔と、該弁機構の往復運動により該シリンダ内の空気の混在した水を排出する排水孔とからなることを特徴とする揚水機システム。
【請求項２】
前記圧搾空気の送受の切換えは、四方弁を所定周期で切換えることにより行われることを特徴とする請求項１記載の揚水機システム。
【請求項３】
前記エアシリンダのピストンに連動して往復運動する弁機構を有するシリンダは、二組の弁機構を同時に往復運動させるものでることを特徴とする請求項１記載の揚水機システム。
【請求項４】
圧搾空気の送受切換弁と、所定の水圧下に配置され、前記圧搾空気の切換により、内部のエアシリンダ内のピストンを往復させ、このピストンに連動する弁機構に往復運動を与え、所定の水圧下の水を吸い込むと同時に、外気を取り込む弁機構とからなる揚水機と、揚水された水を蓄える給水タンクと、この給水タンクからの落差により回転する水車とこれに連動するエネルギー発生機器とつながる揚水機動力システム。
【請求項５】
前記動力システムは、圧搾空気を送り込む蓄圧タンクおよびエアレシーバに接続されたエアシリンダを有し、該蓄圧タンクおよびエアレシーバは、所定の水圧下に配置されたことを特徴とする請求４記載の揚水機動力システム。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、空気と水の圧縮膨張エネルギーを利用する揚水機及び揚水機動力システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、揚水に関しては、弁機構を有し、これらの間を往復させるピストンを利用して、このピストンの往復運動により、水を一方向に送出して送水するいわゆる揚水加圧ポンプが知られている。
【特許文献１】特開２０００−１２０５２３号公報
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、これら従来の揚水ポンプは、ピストンの往復運動によって、水を一方向にのみ送出するものであり、そこにはピストンの摩擦、水の移動抵抗等によって、大きなエネルギーを必要とした。
【０００４】
本願考案者は、揚水機システムに関し、単に水のみを一方向に移動せしめるのではなく、水の送出に伴なって、空気と水の圧縮後、加圧エネルギーを開放する際の膨張力を発生させ、これを揚水機本体からの送出エネルギーと同時に行うことにより、極めて小さなエネルギーで大きな揚水を流動可能とならしめることに成功し、揚水機及び揚水機動力システム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】
【０００５】
上記目的を達成するために、本願請求項１に係る考案は、揚水機システムにおいて、所定の水圧下に配置され、圧搾空気の送受を切換えることにより往復運動するピストンを備えたエアシリンダと、このエアシリンダのピストンに連動して往復運動する弁機構を有する水路系シリンダと、該水路系シリンダの途中に設けられて、前期弁機構の往復運動により、所定の水圧下の水と共に外気を該シリンダの水中に取り入れる空気取入れ孔と、該弁機構の往復運動により該シリンダ内の空気の混在した水を排出する排水孔とからなることを特徴とする。
また、本願請求項２に係る考案は、前記請求項１に係る揚水機システムにおいて、前記圧搾空気の送受の切換えは、四方弁を所定周期で切換えることにより行われることを特徴とする。
さらに、本願請求項３に係る考案は、前記請求項１に係る揚水機システムにおいて、前記エアシリンダのピストンに連動して往復運動する弁機構を有するシリンダは、二組の弁機構を同時に往復運動させるものでることを特徴とする。
また、上記の目的を達成するために、本願請求項４に係る考案は、揚水機動力システムにおいて、圧搾空気の送受切換弁と、所定の水圧下に配置され、前記圧搾空気の切換により、内部のエアシリンダ内のピストンを往復させ、このピストンに連動する弁機構に往復運動を与え、所定の水圧下の水を吸い込むと同時に、外気を取り込む弁機構とからなる揚水機と、揚水された水を蓄える給水タンクと、この給水タンクからの落差により回転する水車とこれに連動するエネルギー発生機器とつながる。
また、本願請求項５に係る考案は、前記請求項４に係る揚水機動力システムにおいて、前記動力システムは、圧搾空気を送り込む蓄圧タンクおよびエアレシーバに接続されたエアシリンダを有し、該蓄圧タンクおよびエアレシーバは、所定の水圧下に配置されたことを特徴とする。
【考案の効果】
【０００６】
本考案に係る揚水機は、所定の水圧下に配置し、この水圧下で水と共に空気を一緒に吸い込んで、水と空気を一緒に圧縮し、しかる後、この空気への加圧を開放し、その膨張力を利用して、水と空気の混合を所定の高さまで容易に揚水することができる。この揚水は、極めて、低エネルギーで足り、高効率な揚水装置とすることができる。したがって、この揚水装置を利用して、揚水し、その水の落下を利用した動力システムとすることができ、この場合にも、高効率な動力システムを得ることができる。
【０００７】
また、所定の水圧下に配置できればよいのであるから、小型化した装置を配置することにより、船舶の駆動手段等にも使用することができ、応用範囲は極めて広い。
【考案を実施するための最良の形態】
【０００８】
本考案は、圧搾空気と水の送出によって上下動する複数の二重構造の逆止弁からなる弁機構と、この弁機構の往復運動の途中で外気を吸い込むようにしたがいに取入れ孔よりなり、弁機構の往復運動の途中で揚水する水と一緒に外気を吸い込み、その後、この吸込まれた空気とが圧縮されて、加圧水が開放される際の膨張力によって一方向にのみ流れる水流を形成せしめ、揚水加圧エネルギーとするものである。すなわち、揚水される水と一緒に吸込まれる空気の圧縮、膨張の作用によって、この空気の圧縮膨張の時期を調節することにより、吸込まれた水を少量の加圧エネルギーで揚水する。
【実施例】
【０００９】
本考案を、その実施例によって説明する。
【００１０】
図１は、本考案に係る揚水機システムの一実施例の概略を示したものである。なお、本実施例に係る揚水機システムは、空気系シリンダと、揚水系シリンダをパラレルに配置して構成されているのであるが、以降、説明の便宜のため、一方の経路のみの空気の流れ、および、水の流れを説明する。
【００１１】
図１において、符号１は、空気切換弁であり、圧搾パイプ２からの圧搾空気を、空気シリンダ４の一方側６に送り、空気系ピストン５を往復させる。一方、前記空気シリンダ４の他方側７の空気は、前記空気系ピストン５によって圧縮されて、前記切換弁１に戻り、送出パイプ３を通って、蓄圧タンク（図示外）に戻る。戻された圧搾空気は、図示外第１および第２の増圧機（図示外）を通じて、前記圧搾パイプ２から再び前記切換弁１に送られる。切換弁１では、所定の時間間隔で空気の流通を切換え、前記空気シリンダ４の他方側７に空気を送り込み、前記空気系ピストン５を空気系シリンダ４の一方側６に移動させる。これによって、空気系シリンダ４の一方側６の空気は、空気系ピストン５によって排出され、前記排出パイプ３から蓄圧タンク（図示外）に戻る。
【００１２】
このようにして、圧搾された空気は、以上の循環経路で、空気経路を循環し、この力によって、前記ピストン５を移動させる。この場合、この圧搾空気の空気圧は、５ｋｇ／ｃｍ２Ｇのものを使用し、また、シリンダは、直径５００ｍｍφ、ストロークは、２５０ｍｍ、ピストンの面積は、１９１８ｃｍ２のものを使用した。また、該空気系シリンダ４における空気系ピストン５の往復運動は、毎分９２往復回数に設定して、これを使用した。
【００１３】
次に水路系について説明する。
【００１４】
図１における、符号８は、貯水池で深さ約３０ｍの水圧の水量がある。前記空気シリンダ４の空気系ピストン５は、水路系シリンダ１０内弁機構、１５に連動し、前記圧搾空気が前記空気シリンダ４の一方側６に送り込まれることによって、ピストン５が、押し下げられると、同時に弁機構１２、１５も押し下げられる。
【００１５】
弁機構１２、１５は、直径１００ｍｍの逆止弁が、１８個を二重にして合計３６個の逆止弁からなり、これを同心状に並べられた構造からなるものであり、二重構造とするのは、反対側の弁機構１５が上昇するとき、この反作用によって、シリンダ１１内の水をシリンダ１０側に逃がさないようにするためのものである。
【００１６】
該弁機構１２、１５が移動することによって、水は、シリンダ１１の水は、排水口２０から揚水パイプ２１を通って排出され、また、シリンダ１０内の水は、合計３６個の逆止弁（図示外）を通って、シリンダ１１に移動する。いま、弁機構１２が下がると、シリンダ１１内の水は、弁機構１２に押されて、排水口２０から揚水パイプ２２に排水される。この時、一方では、同じピストン５に連動する弁機構１５も同時に押し下げられ、シリンダ１４内の水をシリンダ１３内に送り込む。
【００１７】
ピストン５および弁機構１２が下死点に達した瞬間、前記空気経路が切り替わり、ピストン５は上昇を始める。これに伴って、弁機構１２、１５も上昇を始め、シリンダ１０内の水をシリンダ１１に移動するとともに、前記弁機構１２が、上昇を始めた時、シリンダ１１内は、瞬間的に真空状態となり、この状態で、なお、弁機構１２、１５が上昇を続けるから、貯水池の水を吸引すると共に、このシリンダの途中に設けられた空気取入れ口１８を前期弁機構１２が経過すると、この空気取入れ口１８から、空気がシリンダ１１内に入り込む。すなわち、シリンダ１１内は、最初は、水で充満されているが、途中から流入する空気が混在した状態となる。
【００１８】
次に、弁機構１２が上死点に達し、次の瞬間、弁機構１２が下降を始めると、シリンダ１１内の水と空気の混合は、下方に押されるが、特に、シリンダ１１内の空気は圧縮される。水と混在した形で弁機構１２が押し下げられると、内部の空気は、さらに、圧縮され、圧力が所定の値を越えると、排水口２０に設けられた水とともに排水口２０から外部に放出される。
【００１９】
この時、圧縮された空気は、加圧状態から開放されて膨張するとともに、水を混在した状態で水を排水口２０から、揚水パイプ２１を介して外部の給水タンク２２にまで押し上げる。
【００２０】
一方、シリンダ１０，１１の他方側１３、１４でも同じ工程が繰り返され、弁機構１５は、押し下げられて、給水口１７から入り込んだシリンダ１４の水をシリンダ１３に移動させる。この時、該弁機構１５がシリンダ１３、１４の途中の所定位置を経過すると、負圧が生じて外部の空気を空気取入れ口１９からシリンダ１３内に取り込み、弁機構が１５が、上昇するに従い、該空気が圧縮されて、所定圧力になると、この圧力が開放されて、空気の混在した水を排水口２０から外部の給水タンク２２まで、水を押し上げる。
【００２１】
本実施例に係る揚水機システムの水路系においては、シリンダ１０、１１、１３、１４および弁機構１２、１５の直径を１４００ｍｍ、弁機構１２，１５の開閉ストロークを２５０ｍｍとした。また、これらのシリンダ１２、１２措よび１３、１４の中間に、排水口２０を設け、この排水口２０には、直径３００ｍｍφのものを使用した。さらに、空気取入れ口１８、１９は、５インチをパイプのものを使用し、かつ、その取り付け位置は、それぞれの弁機構のストロークの中点、すなわち、１２．５ｃｍの位置に、それぞれ設けた。
【００２２】
本実施例においては、このような空気ピストン５を有する空気系シリンダ６、７と、これに連動する二組の弁機構１２、１５を有する水路系シリンダ１０、１１および１３、１４からなるものを並列に配置して構成したが、これは、空気ピストン５の運動に伴って、これに連動する一組の弁機構が上下して水を取入れ、空気を取入れて、この空気の圧縮力を利用して揚水するものであってもよいし、また、並列に配置するものに限らず、単独のもの、または、三組、四組を並列にするものなどであってもよい。配列に配置するものや、二組の弁機構を有するものの方が、弁調整は複雑になるが、空気の圧縮の回数が減少するので、揚水に際して平滑した運転が可能となる。
【００２３】
なお、本実施例においては、圧搾空気を利用して、前記弁機構を上下させ、この弁機構の運動に伴って、外気を水と一緒に吸い込むように構成したが、弁機構の運動のためには、圧搾空気の切換に限らない。他の動力伝達手段、例えば、オイルポンプのようなものであってもよいし、また、容易に往復運動を得ることができるシリンダーのようなものであっても良い。
【００２４】
図２は、このような揚水機を利用して揚水機動力システムとして構成した例の概略を示したものである。
【００２５】
図２において、符号３２は、蓄圧タンクであり、コンプレッサー（図示外）からの加圧された圧搾空気を蓄えておく。なお、コンプレッサー（図示外）には、自家発電が開始されるまでは、商用電源で運転され、自家発電後は、商用電源から自家電源に切換えて使用される。３３は、エアレシーバ（中継タンク）であり、前記蓄圧タンク３２からの圧搾空気を切換弁３４、３４′に送る。
【００２６】
本実施例に係る揚水機動力システムでは、４ポート２位置の回転式切換弁を使用し、この切換弁３４の動力として０．７５ｋｗのＫＳ型電動機を使用した。この切換弁３４、３４′では、排気は、増圧回路（図示外）のコレクタに流れるように構成され、該増圧回路（図示外）で増圧されて前記蓄圧タンク３２に圧入されるように構成される。本実施例では、この切換弁を２個３４、３４′使用し、それぞれ圧搾空気の送受を切換える。
【００２７】
図２における符号３５、３５′、３６、３６′は、前記説明した揚水機であり、本実施例に係る揚水機動力システムでは、これを４組用いている。すなわち、圧搾空気は、前記切換弁３４で送受が切換られて、順次、揚水機３５、３５′、３６、３６′内のエアシリンダ内のピストンを往復運動させる。このエアシリンダ内のピストンの運動に連動して揚水機シリンダ内の弁機構が往復し、内部の水を吸引された空気と一緒に給水タンク３７に揚水する。給水タンク３７では、一旦、揚水された水を蓄えた後、これを放水し、その落差により、水車を３８を廻し、これによって動力エネルギー機３９を運転し、所定のエネルギー量を得るようにしている。
【００２８】
なお、３０は、これらの蓄圧タンク３２、エアレシーバー３３および各揚水機３５、３５′、３５、３６′を備え、水を張っておく貯水池である。
【００２９】
また、各揚水機３５、３５′、３５、３６′には、それぞれ切換弁３４、３４′に接続される吸排気パイプ４１、４２、４３、４４および４１′、４２′、４３′、４４′が設けられ、切換弁３４、３４′によって、圧搾空気の送受が切換えられる。
【００３０】
また、各揚水機３５、３５′、５、３６′には、外気を取り込む空気取入れパイプ４５、４５′が接続され、揚水機内部の弁機構（図示外）の往復運動に伴って、内部の水に空気を混在させる。水と混在した空気の膨張力により、揚水される水は、各揚水機３５、３５′、３５、３６′に取り付けられた揚水パイプ４６、４６′を通って前記給水タンク３７に揚水される。
【００３１】
なお、本実施例では、圧搾空気を得るために、コンプレッサー（図示外）を使用し、蓄圧タンク３２に一時的に蓄えた後、前記エアシリンダで使用し、この圧搾空気を再び蓄圧タンク３２に循環させ、再利用できるように構成したが、該圧搾空気の循環過程で、圧力減少が生じる場合には、別途、前記蓄圧タンク３２に補助ポンプ（図示害）を付加してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本考案に係る揚水機の一実施例を示す図。
【図２】本考案の係る揚水機動力システムの概要図。
【符号の説明】
【００３３】
１・・・切換弁
２・・・圧搾パイプ
３・・・送出パイプ
４・・・一方側空気系シリンダ
５・・・ピストン
６・・・空気系シリンダ
７・・・他方側空気シリンダ
８・・・貯水池
１０・・・シリンダ
１１・・・シリンダ
１３・・・シリンダ
１４・・・シリンダ
１２・・・弁機構
１３・・・シリンダ
１４・・・シリンダ
１５・・・弁機構
１７・・・給水口
１８，１９・・・空気取入れ口
２０・・・排水口
２１・・・揚水パイプ
２２・・・給水パイプ
３２・・・蓄圧タンク
３３・・・エアレシーバー
３４、３４′・・・切換弁
３５、３５′・・・揚水機
３６、３６′・・・揚水機
３７・・・給水タンク
３８・・・フランシスタービン
３９・・・エネルギー出力機器
４１、４１′・・・吸排気パイプ
４２、４２′・・・吸排気パイプ
４３、４３′・・・吸排気パイプ
４４，４４′・・・吸排気パイプ
４５、４５′・・・空気取入れパイプ
４６、４６′・・・揚水パイプ
【図１】
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【図２】
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