(57)【要約】【課題】  貯水池底にシリンダーを設置する圧力ポンプで使用する筒状ピストンにおいて、内側の通流口の径を大きくしたものでも筒状ピストン内側及び筒状ピストン上の水の重さを効果的に利用して筒状ピストンを下降させて揚水し、下降後は、受ける水の抵抗を出来るだけ少なくして筒状ピストンを上昇させ、水の重さ即ち重力や浮力と言った自然エネルギーを主な動力エネルギーとして圧力ポンプを長時間継続して作動させること。【解決手段】  主筒４底部４ａ下面に底部通流弁６を装備させる他に、底部通流口５を開閉する内側通流弁６を、主筒４底部４ａに対して密着又は離脱自在にして、底部４ａを二重弁構造にした筒状ピストンＡを提供する。また、内側通流弁６を主筒４底部４ａに対して密着又は離脱自在にする一例として、ロッド７下端部７ａに内側通流弁６を開閉可能に取付けた内筒９を固着させたロッド７に浮き兼重り８装着してロッド７を上下させて筒状ピストンＡを長時間継続して上下させる。【選択図】  図１
2005090475.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯水池（１）底にシリンダー（２）を設置する圧力ポンプにおいて使用する、底部通流口（５）を開閉するための底部通流弁（３）を主筒（４）底部４ａ下面に装備させる他に、内側通流弁（６）を主筒（４）底部（４ａ）に対して密着又は離脱自在にして装備した、底部４ａを二重弁構造にした筒状ピストン（Ａ）。
【請求項２】
前記請求項１に記載した筒状ピストン（Ａ）の底部４ａを二重弁構造にする一例として、ロッド（７）の下端部（７ａ）に内筒（９）を固着し、前記内筒（９）底部（９ａ）に内側通流弁（６）を水の抵抗により開閉するように取付けてロッド（７）を下降させると、内側通流弁（６）が底部通流口（５）を上から蓋って塞ぎ、主筒（４）底部（４ａ）に密着するようにする。
【請求項３】
先述請求項２に記載した下端部７ａに内筒（９）を固着したロッド（７）に浮き兼重り（８）を装着し、浮き兼重り（８）が大気中にある時は浮き兼重り（８）を重りとして活用してロッド（７）を下降させ、浮き兼重り（８）が水中にある時は浮き兼重り（８）を浮きとして活用してロッド（７）を上昇させ、ロッド（７）の再下降に備えて浮き兼重り（８）を再び大気中に出させる事。
【請求項４】
上記の筒状ピストン（Ａ）と共に上下する、下端部（７ａ）に内側通流弁（６）を取付けた内筒（９）を固着したロッド（７）の上端にストッパー部（２０）を設け、筒状ピストン（Ａ）と共に下降したロッド（７）が所定の位置まで下降した時、前記ストッパー部（２０）が停止台（１０）に当たる事により内筒（９）底部（９ａ）の内側通流弁（６）を主筒（４）底部（４ａ）から離脱させて筒状ピストン（Ａ）の下降を停止させる圧力ポンプの作動方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【発明の属する分野】
【０００１】  本発明は、圧力ポンプのピストンの構造と、圧力ポンプの作動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  シリンダーを貯水池底に設置し、底部下面に水の抵抗により開閉する弁を一重で装備した筒状ピストンを使用し、水の重さ即ち重力を利用してピストンを下降させてシリンダー内の水を押し出して揚水し、ピストンを上昇させる時には、筒状ピストン内側の通流口内を通る水の重さ又は抵抗で弁を押し下げて底部通流口を開き、ピストンの上の水をシリンダー内ピストンの下に流入させる圧力ポンプの作動方法は、既によく知られている。【０００３】  底部だけでなく、上板と称する弁を水の抵抗により開閉可能で、且つ筒状ピストンの上部に対して着離自在にして装備させた、二重の弁を装備させた筒状ピストンを使用した特願２００２−１９５２８７の圧力ポンプがある。
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  従来の技術で述べた、水の重さ又は抵抗により開閉する弁を筒状ピストンの底部下面に一重で装備させた場合、下降後のピストンを引き上げてピストンの上の水をシリンダー内ピストンの下に流入させるには、筒状ピストン内側の通流口の径が大きい方がピストンの受ける水の抵抗が少なくなる。しかし、底部の弁を一重で装備した場合は、前記通流口の径が大き過ぎると、強く押し下げる力をピストン全体に与えて水の抵抗により弁を底部に密着させて底部通流口を閉じ、水の重さを利用して筒状ピストンを下降させようとした時、底部の弁だけが水の重さで押し下げられて開いてしまうために、水の重さを効果的に利用して筒状のピストン全体を押し下げることができないと言う問題点がある。
【０００５】  底部の他に、上板と称する弁を筒の上部に装備させた筒状ピストンを使用する先述特許願の圧力ポンプの場合は、圧力ポンプの作動を開始させるために、筒の上部から離れて閉じていた上板を、ロッドを強く押し下げて水の抵抗により開かせて筒状ピストンの上部に密着させた後も、下降初期だけはピストン全体を強く押し下げ続ける力が必要なため、圧力ポンプ以外に重量回転物を回転させる装置や、同装置を作動開始させるためのテコ装置、油圧装置等の設備が必要になると言う問題点がある。
【０００６】  本発明は、上記の事を考慮にいれてなされたもので、筒状ピストン内側の通流口の径を大きくしたものでも、筒状ピストンの内側及び筒状ピストン上の水の重さを効果的に利用して筒状ピストンを下降させてシリンダー内の水を押し出して揚水し、下降後の筒状ピストンを上昇させる時は二重の弁を水の抵抗により開かせて筒状ピストンの受ける水の抵抗を出来るだけ少なくなるように工夫し、水や浮き兼重りの重さ即ち重力と、補助として圧縮バネの反発力を使用するがロッドや浮き兼重りの浮力と言った無償の自然エネルギーを主な動力エネルギーとして長時間継続して筒状ピストンを上下させて圧力ポンプを作動させることを目的とする。
【問題を解決するための手段】
【０００７】  上記目的を達成するために、本発明による、貯水池底にシリンダーを設置する圧力ポンプにおいては、水の抵抗により開閉する弁を底部に装備させるのに際し、筒状ピストンの底部下面に底部通流弁を装備する他に、主筒の内側に装備して底部通流口を開閉する内側通流弁を、主筒底部に対して密着又は離脱自在になるように装備して底部を二重弁構造にする筒状ピストンを提供する。
【０００８】  筒状ピストンの底部を二重弁構造にする一例として、水の抵抗により開閉する内側通流弁を底部に取付けた内筒をロッドの下端部に固着させて、内側通流弁を主筒底部に対して密着又は離脱自在にする。
【０００９】  内筒を下端部に固着したロッドに浮き兼重りを装着し、浮き兼重りが大気中にある時は浮き兼重りを重りとして活用してロッドを下降させて内側通流弁を主筒底部に密着させ、浮き兼重りが水中にある時は浮き兼重りを浮きとしてロッドを上昇させ、ロッドの再下降のために浮き兼重りを再び大気中に出させる。
【００１０】  内筒と浮き兼重りを装備したロッドの上端にストッパー部を設け、筒状ピストンと共に下降したロッドが所定の位置まで下降すると前記ストッパー部が停止台に当たる事により内筒底部の内側通流弁を主筒底部から離脱させて筒状ピストンの下降を停止させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】  発明の実施の形態を実施例にもとづき図面を参照して説明する。
図１において筒状ピストンＡは、主筒４、内側通流弁６、パッキン輪１２、圧縮体１３との集合体により形成されている。主筒４は、パッキン押さえ部４ｂとなる出っ張りを有する略円筒形を成し、底部４ａには底部通流口５が開いている。この底部通流口５内周テーパー部５ａは、後で述べる内側通流弁６の外周部６ａと同じテーパーが付いている。主筒４底部４ａ下面には水の抵抗により開閉する底部通流弁３が装備されている。図１における底部通流弁３は４枚の板状のものが蝶番式に開閉するように底部取付け材２５に取付けられており、前記４枚の板状のものが水の抵抗を受けて底部取付け材２５と一体化すると略円錐台形となって底部通流口５を閉じる。圧縮体１３は圧縮輪１５と抵抗輪１６とで形成され、圧縮輪１５と先述の主筒４パッキン押さえ部４ｂとでパッキン輪１２を上下から挟んでいる。圧縮体１３と主筒４は連結ボルト１９により連結され、筒状ピストンＡ全体が上昇する時に圧縮体１３と主筒４とが互いに離れすぎないように工夫されている。主筒４上面４ｃにはガイド棒２３が埋め込まれていて、筒状ピストンＡが上下する時、主筒４が傾かないように工夫している。また、ガイド棒２３上端には、水中における筒状ピストンＡの重量調整のための浮き２４が装着されている。ロッド７を押し下げる力を加えると内側通流弁６は水の抵抗を受けて開く。開いた内側通流弁６を主筒４底部４ａに密着させて主筒４を押し下げるとパッキン輪１２は上下から圧縮され、圧縮変形すると密着面１２ａがシリンダー２内壁２ａに密着する。このとき内側通流弁６は底部通流口５を上から塞いでおり、底部通流弁３も底部通流口５を下から塞いでいるのでシリンダー２内は密封される。
この時、シリンダー２内壁２ａと密着面１２ａとの密着位置より主筒４底部４ａに密着した内側通流弁６の方が低い位置にあるため、筒状ピストンＡは、主筒４内側と筒状ピストンＡ上の水の重さ即ち重力により押し下げられて下降し、シリンダー２内筒状ピストンＡの下の水を押し出して揚水する。【００１２】  内側通流弁６を底部４ａに対して密着又は離脱自在に装備し、筒状ピストンＡの底部４を二重弁構造にする一例について説明する。ロッド７の下端部７ａに内筒９を固着し、前記内筒９の底部９ａの取付け材１４に内側通流弁６を蝶番式に開閉するように取付ける。内側通流弁６は略半円形の板状のものを２枚で一組として用いている。ロッド７を押し下げる力が働くと、内側通流弁６が水の抵抗を受けて開き、内筒９底部９ａに密着して取付け材１４と一体化する。この内側通流弁６と取付け材１４が一体化した形状が略逆円錐台形となるように、内側通流弁６の外周部６ａと、図１では見えないが取付け材１４の両端にはテーパーが付いている。
内側通流弁６と取付け材１４が一体化すると図中二点鎖線に示すような略逆円錐代形になって底部通流口５内に入り込む。
図１において内側通流弁６は２枚で一組となっているが、主筒４内側の通流口２２及び底部通流口５の径が更に大きな場合は、先述の底部通流弁３のように４枚で一組としても良い。その後も更に主筒４が押し下げられると、先述のようにパッキン輪１２密着面１２ａがシリンダー２内壁２ａに密着して、筒状ピストンＡは主筒４の内側と筒状ピストンＡ４上の水の重さにより押し下げられる。
本発明の二重弁構造による筒状ピストンＡは、内側通流弁６と底部通流弁３とで底部通流口５を上下から塞いで閉じるので、主筒４内側の通流口２２の径を大きくしても、従来の技術で述べた底部下面の弁を一重で装備させた時のように、弁だけが押し下げられて底部通流口５が開いてしまうような事は無く、筒状ピストンＡの内側と筒状ピストンＡ上の水の重さ即ち重力を効果的に利用して筒状ピストンＡを下降させてシリンダー２内の筒状ピストンＡ下の水を押し出して揚水する事が出来る。内側通流弁６と取付け材１４が一体化した略逆円錐台形の外周と底部通流口５内周テーパー部５ａに同じテーパーを付けたのは、底部通流口５内に内側通流弁６と取付け材１４が一体化した略逆円錐台形が密着して入り込み易く、詳しくはこの後述べるが、ロッド７の下降を停止させる力が働いた時に内側通流弁６が主筒４底部４ａから離脱し易いようにするためである。【００１３】  下端部７ａに内側通流弁６を取付けた内筒４を固着したロッド７に浮き兼重り８を装着させる事について説明する。浮き兼重り８は、金属のように重たい材料を用いて中を空洞にして製作すると、水中にある時は空洞が大きいほど浮力が大きくなり浮きとしての効果が大きくなり、大気中にある時は重りとしての効果が大きくなる。図１に示すように、クレーン等によりロッド７を吊り上げて浮き兼重り８が大気中にある時、爪２１は浮き兼重り８とロッド７の両方の重力を支えているのである。爪２１を開いてロッド７を吊り上げている力を無くすと、ロッド７全体及び浮き兼重り８の重さでロッド７が下降する。すると、内側通流弁６は水の抵抗を受けて開き、先述のように取付け材１４と一体化した略逆円錐台形となって主筒４底部４ａの底部通流口５内に入り込み主筒４を押し下げ、その後は先述と同様にして筒状ピストンＡを下降させる。
筒状ピストンＡが下降する時、既に水中に入っているロッド７の下部と浮き兼重り８の浮力働くと、内側通流弁６を主筒４底部４ａから離脱させようとするが、内側通流弁６を主筒４底部４ａから離脱させようとする力よりも、主筒４の内側及び筒状ピストンＡ上の水の重さが内側通流弁６を主筒４底部ａに押し付けて密着させている力の方が強いので、内側通流弁６が主筒４底部４ａから離脱する事は無い。内側通流弁６を主筒４底部４ａから離脱させる方法についての詳しくは後で述べるので、次に浮き兼重り８を浮きとして活用する事について説明する。内側通流弁６が底部４ａから離脱するとシリンダー２内の密封が解除されて筒状ピストンＡが下降を停止し、内筒９底部９ａの内側通流弁６はロッド７の一部と浮き兼重り８の浮力により上昇しながら水の抵抗を受けて閉じる。浮き兼重り８を装着したロッド７が浮力により上昇する時、浮き兼重り８は水の抵抗を受けるのでその分だけ上昇速度が遅くなるのだが、抵抗を受けて上昇速度が遅くなる分を補うために補助圧縮バネ１７を装備している。【００１４】  ストッパー部２０は、立面図で見ると略Ｔ字状になるように、ロッド７の上端にロッド７と一体化させて製作すると良い。ストッパー部２０の下のロッド７上部７ｂには、長さは長いが先述の補助圧縮バネ１７よりは反発力の弱い圧縮バネ１１を装備してある。ロッド７を吊り上げているクレーンの爪２１を開いてロッド７を離すと、ストッパー部２０が圧縮バネ１１を押し縮めてロッド７が下降し、内筒９底部９ａの内側通流弁６が水の抵抗を受けて開き主筒４底部４ａの底部通流口５に入り込み、筒状ピストンＡ全体が水の重さで下降し始めると、ストッパー部２０が補助圧縮バネ１７を押し縮める。ロッド７が更に筒状ピストンＡと共に下降してストッパー部２０が緩衝バネ１８を押し縮めて停止台１０に当たると、ロッド７は下降を停止される。すると、ロッド７下端部７ａに固着されている内筒９底部９ａの内側通流弁６を除く筒状ピストンＡには下降を続けようとする力と水の重さが働いているので内側通流弁６は主筒４底部４ａから離脱し、底部通流口５が開きシリンダー２内の密封が解除されるので筒状ピストンＡは下降を停止する。上記のように、ストッパー部２０は停止台に当たる事によりロッド７の下降を停止させるだけでなく、下降後におけるロッド７の上昇を補助するために、ロッド７の下降した分に合わせて上記複数のバネを順に押し縮めている。ロッド７には前記複数のバネの反発力に併せ浮き兼重り８の浮力が働いているので、下降停止後ロッド７は直ちに上昇を開始して内側通流弁６が水の抵抗を受けて閉じる。浮き兼重り８を装着したロッド７は、補助圧縮バネ１７等の反発力を受けての上昇であるので、浮き兼重り８が再び大気中に出る時は勢い良く飛び出す。すると、今度は空気抵抗を受けるが、圧縮バネ１１の反発力を補助としているので作動開始前よりは少し下の位置まで上昇してから再び下降を始める。すると、ロッド７下端部７ａの内側通流弁６は再び水の抵抗を受けて開く。作動開始時における筒状ピストンＡは停止していたが、上記のようにロッド７が再下降する時、筒状ピストンＡは底部通流口５が開いた状態で上昇しているので、内側通流弁６と主���４底部４ａは両方が互いに接近し合って強く密着し、その後、筒状ピストンＡは先述と同様にしては水の重さを効果的に利用して下降し、揚水する。
【発明の効果】
【００１５】本発明は以上説明されたように構成されているので、以下に記載されているような効果を奏す。
【００１６】  内側通流弁を主筒底部に対して密着又は離脱自在にして筒状ピストンの底部を二重弁構造にすると、筒状ピストン内側の通流口の径を大きくしても、内側通流弁を主筒底部に密着させて主筒を押し下げる力を加えた場合に、筒状ピストン内側及び筒状ピストン上の水の重さを効果的に利用して筒状ピストンを下降させて揚水する事が出来る。また、筒状ピストンが上昇する時、通流口の径を大きくしているため、筒状ピストンの受ける水の抵抗が少なく、通流口が小さいものより上昇速度が早い。
【００１７】  筒状ピストンの底部を二重弁構造にして装備する一例として、ロッドの下端部に内筒を固着させ、前記内筒の底部に内側通流弁を水の抵抗により開閉可能に取付け、内側通流弁が底部通流口を上から蓋うようにして主筒底部に密着させると、筒状ピストン内側及び筒状ピストン上の水の重さを効果的に利用出来る他に、内側通流弁の主筒底部に対する密着又は離脱が容易になる。
【００１８】  下端部に内側通流弁を取付けた内筒を固着したロッドに浮き兼重りを装着すると、浮き兼重りが大気中にあるときは、浮き兼重りを重りとして活用してロッドを下降させて内側通流弁を主筒底部に密着させて筒状ピストンを水の重さで下降させる事が出来る。浮き兼重りが水中にある時は、補助として圧縮バネの反発力を使用するが、浮き兼重りを浮きとして活用して浮力によりロッドを上昇させて浮き兼重りを水中より勢い良く大気中に出した後、浮き兼重りを再び重りとして活用する事が出来る。
【００１９】  下端部に内側通流弁を取付けた内筒を固着し、浮き兼重りを装着したロッドの上端にストッパー部を設けると、作動開始後に筒状ピストンと共にロッドが所定の位置まで下降してストッパー部が停止台に当たると、内側通流弁が主筒底部から離脱してシリンダー内の密封が解除されて筒状ピストンが下降を停止する。この時、ストッパー部には複数のバネの反発力が働いており、前記の反発力は、浮き兼重りの浮力がロッドを上昇させるのを補助する。
【００２０】  上記の構成により製作された、貯水池底にシリンダーを設置した圧力ポンプは、重力や浮力を動力エネルギーとして作動する揚水圧力ポンプとして多方面に利用できる。また、高所に揚水した水を高所の貯水池に貯めて放水した水を、落差を利用してシリンダーを設置した貯水池に戻すと同じ水を何度も利用出来る事は周知のとおりである。本発明による小型の圧力ポンプは人工の川や滝として観賞用に利用できる他に、本発明による大型圧力ポンプの複数のシリンダーを貯水池底に設置して複数の圧力ポンプから揚水された水の放出口を一箇所に集めて噴射流を得て発電用のランナーを回転させて使用後の水を貯水池に戻せば、一定量の水の重さ即ち重力や浮力といった自然エネルギーを主な動力エネルギーとした循環揚水圧力ポンプとして発電用にも利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】  貯水池底にシリンダーを設置した圧力ポンプの立面断面図である。
【符号の説明】
【００２２】  Ａ、筒状ピストン    １、貯水池    ２、シリンダー    ３、底部通流弁    ４、主筒    ５、底部通流口    ６、内側通流弁    ７、ロッド    ８、浮き兼重り    ９、内筒    １０、停止台    １１、圧縮バネ    １２、パッキン輪    １３、圧縮体    １４、取付け材    １５、圧縮輪    １６、抵抗輪    １７、補助圧縮バネ    １８、緩衝バネ    １９、連結ボルト    ２０、ストッパー部    ２１、爪    ２２、通流口    ２３、ガイド棒    ２４、浮き    ２５、底部取付け材
【図１】
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