(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流水中に配置する導水管（２０）と、当該導水管から立設及び連通した取水立管（７０）とを備え、
導水管は取水立管との連通部よりも下流側に水撃弁（６０）を有し、
水撃弁は、流水による水撃を受けて開閉する弁蓋（６３）と、当該弁蓋が閉じた際に開く方向に弾性反発力を生じさせる弾発具（４０）を有し、
弁蓋は、弁蓋貫通方向に弁蓋開き角度調整具（５０）を有し、
弁蓋開き角度調整具は、軸芯先端部（５３ａ）が導水管内壁（２１）に当接する軸芯（５３）を有し、軸芯は、軸芯先端部の突出位置が調整可能で且つ、突出方向に弾性付勢されていて軸芯先端部が導水管内壁に当接した際に弾性反発力が生じるようになっていて、
取水立管は、流路途中に逆止弁（７１）を設けるとともに、上部に空気室を有する貯水タンク（７２）に連結してあり、貯水タンクの空気室よりも下側から水を送り出す送水管（７３）を連結してあり、
導水管は、取水立管との連通部よりも上流側であって、下流方向の導水部を確保しつつ管の内側上部から斜め下流方向に突出させた逆流防止板（８０）を有していることを特徴とする揚水装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウォーターハンマー（水撃）を利用した無動力の揚水装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
河川や用水路から水を汲み上げる手段に、無動力のものとしては水流を利用した水車があるが、揚程が低く揚水量も少ない。
一方、動力を利用したポンプは給電設備や内燃機関（駆動エンジン）が必要である。
特許第３８０１４３０号公報には、水流中に通水管を入れて、第１開閉弁の水撃作用を利用して第２開閉弁で揚水する技術を開示するが、第１開閉弁を設けた下流端開口部は下流側に向かって登り勾配をなすものでなければならないので、設定場所が限定されるのみならず、送水するための揚程が不充分で揚水量も不充分である。
【０００３】
【特許文献１】特許第３８０１４３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記技術的課題に鑑みて、揚程が高く、揚水量も多い無動力の揚水装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る揚水装置は、流水中に配置する導水管（２０）と、当該導水管から立設及び連通した取水立管（７０）とを備え、導水管は取水立管との連通部よりも下流側に水撃弁（６０）を有し、水撃弁は、流水による水撃を受けて開閉する弁蓋（６３）と、当該弁蓋が閉じた際に開く方向に弾性反発力を生じさせる弾発具（４０）を有し、弁蓋は、弁蓋貫通方向に弁蓋開き角度調整具（５０）を有し、弁蓋開き角度調整具は、軸芯先端部（５３ａ）が導水管内壁（２１）に当接する軸芯（５３）を有し、軸芯は、軸芯先端部の突出位置が調整可能で且つ、突出方向に弾性付勢されていて軸芯先端部が導水管内壁に当接した際に弾性反発力が生じるようになっていて、取水立管は、流路途中に逆止弁（７１）を設けるとともに、上部に空気室を有する貯水タンク（７２）に連結してあり、貯水タンクの空気室よりも下側から水を送り出す送水管（７３）を連結してあり、導水管は、取水立管との連通部よりも上流側であって、下流方向の導水部を確保しつつ管の内側上部から斜め下流方向に突出させた逆流防止板（８０）を有していることを特徴とする。
【０００６】
導水管は、河川や用水路の流水中に配置し、導水管内に水を流し込むものである。
この場合に上流側を堰き止めて下流との間に落差を生じさせ、その落差を利用して導水管に通水してもよい。
【０００７】
導水管中を流れる水流には、大きな運動エネルギーを有している。
この流れを遮断するように弁室を設けて、この弁室を開閉可能に一端を軸支した水撃弁を取り付けると、水流に押されて水撃弁の弁蓋が弁室をふさぐように作用する。
弁蓋が弁室をふさぐ位置にくると、その時点で弁蓋の旋回が停止するために水流に伴う運動エネルギーがウォーターハンマーとも称される水撃現象として出現する。
このように水流の運動エネルギーが衝撃エネルギーに変換されると、大きな衝撃エネルギーとなって、水流を上流側に押し戻すことになる。
このように生じた瞬間的な押し戻し力により水は、取水立管内に流れ込むために水をくみ上げることができる。
また、瞬間的な押し戻し力により水が取水立管に流れ込む際に導水管の取水立管との連通部よりも上流側であって、管の内側上部から下方に突出させた逆流防止板を設けると、水の流れを取水立管に効果的に誘導する。
弁蓋に生じた衝撃エネルギーにより水が瞬間的に上流側に押し戻される際には弁蓋の上流側面（外側面）に負圧が生じるので、弁蓋が開く方向に旋回することになるが、本発明にあっては、弁蓋が閉じた際に開く方向に弾性反発力が生じるように弾発具を取り付けてあるので、水流が弁蓋で遮断された時に発生した大きな衝撃エネルギーの一部が弾発力に変換され、弁蓋がこの弾発力により速やかに開くことになる。
この弾発力を利用することにより、特許文献１に記載されている自重による弁蓋の開きよりも明らかに速やかに弁蓋が開く。
弁蓋が開くと弁室が開倣されることになるので、水流は下流側に流れ、再び運動エネルギーが生じる。
下流方向に自然に流れる運動エネルギーが生じるとまた、この水の流れに沿って弁蓋が閉じる方向に旋回するが弁室をふさぐ際に水撃が発生する。
このくり返しにより、電源やエンジン等の動力源が無くても揚水することができる。
【０００８】
弁蓋は、弾発力により速やかに開くが開き過ぎると水流に沿って再び閉じるのに時間を要する場合もあることから、水撃弁は弁蓋が開いた際の流水の流れ方向に対する弁蓋の開き角度を調整するための弁蓋開き角度調整具を有しているのが好ましい。
弁蓋の開き角度は、弁蓋の外側面が水流の流れと平行になる角度以上に開かない範囲にて流水速度及び流水量を考慮して調整する。
この弁蓋開き角度調整具に弁蓋が閉じる方向に弾発力（弾性反発力）が生じるように弾発具を取り付けると弁蓋が最大限開いた直後に今度は逆に弁蓋が閉じる方向に弾発力が生じるので、水流に沿って速やかに閉じるように作用するのでより好ましい。
【０００９】
水撃作用により取水立管に流れ込んだ水を連続的に送水するには、取水立管は、流路途中に逆止弁を設けるとともに、上部に空気室を有する貯水タンクに連結してあり、貯水タンクの空気室よりも下側から水を送り出す送水管を連結してあるとよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る揚水装置においては、弁蓋が弁室を閉じる際の水流による衝撃エネルギーの一部を弾発具にて弁蓋が開く方向に変換するために弁蓋の開閉動作が速やかになり、揚水量が多く揚程も従来に比較して高い。
【００１１】
弁蓋の開き角度を調整するための弁蓋開き角度調整具を取り付けると、導水管に流れる水量に対応するように、あるいは、揚水装置の設置場所の水の落差に対応するように、弁蓋の開き角度を調整して揚水効率の向上を図ることができる。
なお、弁蓋の閉じる際又は開く際に弾発力が生じるように弾発具を取り付けると、弁蓋の開閉衝撃を吸収し、耐久性が向上する。
【００１２】
また、導水管内に逆流防止板を設けて水撃作用による逆流水流を取水立管に案内すると、水撃作用の利用効率が高くなり揚水効率を向上出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は本発明に係る揚水装置１０の説明図で、揚水装置１０を水路１に配設した状態で導水管２０付近を断面で描いてある。
揚水装置１０は、傾斜して配設してある導水管２０の中に、取水立管７０を連通して立設してある。
取水立管７０の管路には、取水立管７０内の水を上向きにのみ通す逆止弁７１を設けてある。
導水管２０の上流端部２２は水路１に設けてある堰き部２に貫通してあり、堰き部２で堰き止めた水３を上流端部２２の水流入口２３から導水管２０内に流入させて、下流端部２４に配設してある水撃弁６０に向けて傾斜により流すようにしてある。
水撃弁６０は、導水管２０の下流端部２４の内側に配設した弁室３０に設けてある。
導水管２０は、上流側の水を導水管２０内や、導水管２０より上流側の落差で、取水立管７０との連通部よりも下流側に設けた水撃弁６０に向けて流すものであればよく、必ずしも堰き部２で堰き止めた水を流すものでなくてもよい。
図２に弁室３０付近の拡大説明図を示す。
弁室３０は、管状の弁室管３１を導水管２０の下流端部２４に呑み込ませるように管接続して、弁室管３１の上流端に水撃弁６０を設けてある。
これにより導水管２０に流れる水の水流による運動エネルギーを利用して水撃弁６０を開閉する。
水撃弁６０は、弁口６１を弁室管３１の上流端を水流方向に対して斜め下向きに開口するように設けて、弁口６１の下流側の縁部に弁支軸６２により弁蓋６３を設けて、弁蓋６３が自重で開くようにしてある。
弁支軸６２は、弁蓋６３が水流に沿って旋回して開閉するように、水流方向に対して直角方向に設けてある。
この弁蓋６３の旋回範囲は、水流方向に対して弁支軸６２よりも弁口６１側となる範囲に規制してある。
これにより、水流による運動エネルギーが弁蓋外側面６３ａに加わり、この水流にて弁蓋６３が弁口６１を閉じる方向に旋回して、弁蓋６３が弁口６１に押し付けられるように閉じる。
揚水装置１０は、後述するように、導水管２０内に流れた水の運動エネルギーで、水撃弁６０が閉じることで水撃作用を生じさせる。
そして、この水撃作用によって生じた押し戻し力が水を導水管２０内から取水立管７０内に案内する。
取水立管の途中には逆止弁７１を有し、逆止弁７１を通過した水を逆止弁７１より上方にそのまま保持する。
揚水装置１０は、この水撃作用により水撃弁６０の開閉動作を繰り返すことで取水立管７０内に水を送り込み揚水する。
導水管２０の取水立管７０付近で上流側の内壁には、水流に向けて斜め下流方向に突出させた逆流防止板８０を設けある。
図５は水撃弁６０側から逆流防止板８０を見た説明図を示す。
この逆流防止板８０は、水撃弁６０を閉じることによる水撃作用で上流に向けて逆流する水流を受けて取水立管７０に案内する。
逆止弁７１を通って取水立管７０内を上昇した水は、貯水タンク７２に溜まっていく。
この貯水タンク７２内に溜まっていく水３ａは貯水タンク７２内の空気４を圧縮し、これにより貯水タンク７２内の水３ａは空気４の空気室部分からの圧力で、空気室部分より下側の送水管７３を通して連続的に送水される。
水撃弁６０の弁蓋６３が開閉動作をする旋回範囲の上限及び下限位置付近には、弁蓋６３に弾性反発力を加えて弁蓋６３の開閉方向を切り替えるための、弾発具４０と弁蓋開き角度調整具５０とを設けてある。
弁蓋開き角度調整具５０にも弾発具を設けてあり、弁蓋６３が開き動作をして開口範囲の最大位置となった時に、弁蓋６３に弾性反発力を加えることで、弁蓋６３の旋回方向の切り替えを速やかに行なう。
【００１４】
弾発具４０は、導水管２０に設けた鉄ソケット２５に導水管２０及び弁室管３１を貫通させて取り付けてある。
この弾発具４０は、弁蓋６３が閉じる方向に旋回して弁口６１を閉じる閉口端付近となった時に弁蓋内側面６３ｂに当接する。  
そして、弁蓋内側面６３ｂに当接しつつ弁蓋６３に閉じる旋回方向と反対方向に弾性反発力を加える。
図３に弾発具４０の拡大説明図を示す。
弾発具４０は、導水管２０に取り付けるための継手部４１と、弾性反発力を生じさせる弾発軸部４２とを有している。
継手部４１は、両端に雄ネジ部４１ａ、４１ｂを設けるとともに、両雄ネジ部を貫通する貫通孔４１ｃを設けて、一方の雄ネジ部４１ａを鉄ソケット２５に螺合して導水管２０に取り付けてある。
弾発軸部４２は、弁蓋６３に当接させる軸芯４３と、軸芯４３を弾性付勢するコイルバネ４４と、軸芯４３に加わる弾性付勢力を調整可能に受ける調整部４５及び袋ナット４６とを有している。
軸芯４３は継手部４１の貫通孔４１ｃを通して軸芯先端部４３ａに、クリップリング等からなるバネ止め４３ｂを設けて、バネ止め４３ｂと鉄ソケット２５側の雄ネジ部４１ａとの間に軸芯４３を通してコイルバネ４４を取り付けて、コイルバネ４４の弾性力で先端側に突出するよう弾性付勢してある。
軸芯４３の外側にはネジ溝４５ａとネジ溝４５ａにダブルナット状態で螺合させた蝶ネジ４５ｂとナット４５ｃよりなる調整部４５を設けてある。
軸芯４３は、継手部４１の外側の雄ネジ部４１ｂに軸芯４３を通して螺合した袋ナット４６に、調整部４５のナット４５ｃをコイルバネ４４の弾性付勢力で押し付けて位置決めしてある。
袋ナット４６と雄ネジ部４１ｂとの間には止水用のＯリング４６ａを配設してある。
弾発具４０は、弁蓋６３が弁口６１を閉じる際に、軸芯先端部４３ａが弁蓋６３の内側面６３ｂに突き当たって、図３（ｂ）に示すようにコイルバネ４４を圧縮しながら継手部４１の貫通孔４１ｃに沿って軸芯４３を後退させる。
そして、弁蓋６３が弁口６１を閉じた後に、弁蓋６３が開口動作を行う際には、コイルバネ４４の弾性復元力で軸芯４３が先端部４３ａで弁蓋６３の内側面６３ｂを押すように突出して弁蓋６３の開口動作を補助する。
弾発具４０は、例えば図３（ｃ）に示すように蝶ネジ４５ｂとナット４５ｃのネジ溝４５ａへの螺合位置を変えることで、軸芯先端部４３ａの位置を変えつつ、コイルバネ４４が軸芯４３を弾性付勢する力を調整することが出来る。
これにより、弁蓋６３に加える弾性反発力を調整して弁蓋動作を調整したり、弁蓋６３が閉じ方向から開き方向に旋回方向を切り替える位置を調整することが出来る。
調整部４５は、図１に示すように揚水装置１０の外側に露出するように設けてあるので、例えば水路１の水量変化に対応した調整ができる。
【００１５】
弁蓋開き角度調整具５０は弁蓋６３に設けた雌ネジ部６３ｃに弁蓋６３を貫通するように取り付けてある。
この弁蓋開き角度調整具５０は、弁蓋６３が開く方向に旋回して弁口６１を開く最大開口端付近となった時に導水管内壁２１に軸芯先端部５３ａが当接して、弁蓋６３に閉じる方向の弾性反発力を加えて、弁蓋６３が最大開口した後に弁が閉じる動作を補助する。
図４に弁蓋開き角度調整具５０の拡大説明図を示す。
弁蓋開き角度調整具５０は、弁蓋６３に取り付けるための継手部５１と、弾性反発力を生じさせるための弾発軸部５２を有している。
継手部５１は、両端側に雄ネジ部５１ａ、５１ｂを設けるとともに、両雄ネジ部を貫通する貫通孔５１ｃを設けて、一方の雄ネジ部５１ａを弁蓋６３の雌ネジ部６３ｃに螺合してある。
弾発軸部５２は、導水管内壁２１に当接させる軸芯５３と、軸芯５３を弾性付勢するコイルバネ５４と、調整部５５と袋ナット５６及びコイルバネ５７とを有している。
軸芯５３は継手部５１の貫通孔５１ｃを通して軸芯先端部５３ａにバネ止め５３ｂを設けて、バネ止め５３ｂと弁蓋６３側の雄ネジ部５１ａとの間に軸芯５３を通してコイルバネ５４を取り付けて、コイルバネ５４の弾性力で先端側に突出するように弾性付勢してある。
そして、軸芯５３の外側にはネジ溝５５ａとネジ溝５５ａにダブルナット状態で螺合させた蝶ネジ５５ｂとナット５５ｃよりなる調整部５５を設けてある。
軸芯５３は、継手部５１の外側の雄ネジ部５１ｂに軸芯５３を通して螺合した袋ナット５６に、軸芯５３を通したコイルバネ５７を介して、調整部５５のナット５５ｃをコイルバネ５４の弾性付勢力で押し付けて位置決めしてある。
コイルバネ５７は、弁蓋６３の開閉に伴う衝撃を吸収しつつ調整部５５の緩み防止を図る。
袋ナット５６と雄ネジ部５１ｂとの間には止水用のＯリング５６ａを配設してある。
弁蓋開き角度調整具５０は、弁蓋６３が最大開口位置となる際に、軸芯先端部５３ａが導水管内壁２１に突き当たって、図４（ｂ）に示すようにコイルバネ５４を圧縮しながら継手部５１の貫通孔５１ｃに沿って軸芯５３を後退させる。
弁蓋６３が最大開口位置となった後、水流の圧力を受けて弁蓋６３が閉口動作を行う際には、コイルバネ５４の弾性復元力で軸芯５３が先端部５３ａで導水管内壁２１を押すように突出して弁蓋６３の閉口動作を補助する。
弁蓋開き角度調整具５０は、例えば図４（ｃ）に示すように蝶ネジ５５ｂとナット５５ｃのネジ溝５５ａへの螺合位置を変えて調整部５５を調整することで、軸芯先端部５３ａの位置を変えつつ、コイルバネ５４が軸芯５３を弾性付勢する力を調整することが出来る。
これにより、弁蓋６３に加える弾性反発力を調整して弁蓋動作を調整したり、弁蓋６３が開き方向から閉じ方向に旋回方向を切り替える位置を変えて開き角度を調整することが出来る。
調整部５５は、図１に示すように揚水装置１０の内側に設けてあるので、例えば設置場所の水の落差に対応させて予め調整することで、効率的に揚水するように弁蓋の開口量を調整できる。
【００１６】
図６は揚水装置１０の水撃弁の開閉動作の説明図を示す。
導水管２０内を流れる水は、図６（ａ）に示すように水撃弁６０を閉じる方向に流れる。
弁口６１に水が流れ込み、弁蓋６３が水流の力（運動エネルギー）を受けて弁口６１を閉じるように旋回して図６（ｂ）に示すように弁室を閉じると、水流の運動エネルギーが大きな衝撃エネルギーに変換し、水撃作用を生じさせる。
これにより、水撃弁６０の上流側付近の水が、上流方向に押し戻される。
水撃作用で逆流する水流に対して、逆流防止板８０を取水立管７０より上流位置で下流向きに傾斜して突出して設けてあることで、逆流防止板８０は効率的に取水立管７０内に水流を案内し、取水立管７０内に水を上昇させる。
逆流防止板８０は、図６（ａ）に示すように下流方向の導水部を確保しつつ、管の内側上部から斜め下流方向に突出させてある。
取水立管７０内において水は、逆止弁７１を通って上昇するが、この逆止弁により導水管に水は戻らない。
弁蓋６３は、自重に加えて、弾発具４０の弾性反発力で補助されて開くため速やかに開く。
弁蓋６３の開口範囲は、弁蓋開き角度調整具５０で調整してあり、弁蓋６３が開く衝撃は弾性的に当接することで吸収する。
弁蓋６３が開くことで再び水撃弁６０に水が流れて、これにより図６（ａ）に示すように水流の力で弁蓋６３が閉じるよう旋回し、図６（ｂ）に示すように水撃が生じ取水立管７０内に水を流し込む。
再度、図６（ｃ）に示すように弁が開く動作を繰り返す。
この水撃エネルギーで揚水装置１０は揚水する。
導水管２０内に流れる水量が変化した際には、弾発具４０の弾性反発力を調整することで、弁蓋６３の開閉動作を調整して揚水効率を良く出来る。
図７は水路１に揚水装置１０を設置して揚水する状態の説明図を示す。
図７（ａ）は送水管７３付近を示し、図７（ｂ）は水流入口２３付近を示す。
揚水装置１０は、水路１を流れる水３を堰き部２で堰き止めて、導水管２０の水流入口２３から導水管２０内に水を流入させて、水撃作用で揚水した水３ｂを送水管７３にて送水する。
導水管２０は、送水管７３を設けた水撃装置側部分と水流入口２３を設けた水流入側部分とを分割し、導水管継手部２０ａで接続すると設置しやすい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る揚水装置の説明図を示す。
【図２】弁室付近の拡大説明図を示す。
【図３】弾発具の拡大説明図を示す。
【図４】弁蓋開き角度調整具の拡大説明図を示す。
【図５】水撃弁側から逆流防止板を見た説明図を示す。
【図６】水流を取水立管に案内する状態の説明図を示す。
【図７】水路に揚水装置を設置して揚水する状態の説明図を示す。
【符号の説明】
【００１８】
１      水路
２      堰き部
３      水
３ａ    貯水タンク内の水
３ｂ    揚水した水
４      空気室
１０    揚水装置
２０    導水管
２０ａ  導水管継手部
２１    導水管内壁
２２    導水管の上流端部
２３    水流入口
２４    導水管の下流端部
２５    鉄ソケット
３０    弁室
３１    弁室管
４０    弾発具
４１    継手部
４１ａ、４１ｂ  雄ネジ部
４１ｃ  貫通孔
４２    弾発軸部
４３    軸芯
４３ａ  軸芯先端部
４３ｂ  バネ止め
４４    コイルバネ
４５    調整部
４５ａ  ネジ溝
４５ｂ  蝶ネジ
４５ｃ  ナット
４６    袋ナット
４６ａ  Ｏリング
５０    弁蓋開き角度調整具
５１    継手部
５１ａ、５１ｂ  雄ネジ部
５１ｃ  貫通孔
５２    弾発軸部
５３    軸芯
５３ａ  軸芯先端部
５３ｂ  バネ止め
５４    コイルバネ
５５    調整部
５５ａ  ネジ溝
５５ｂ  蝶ネジ
５５ｃ  ナット
５６    袋ナット
５６ａ  Ｏリング
５７    コイルバネ
６０    水撃弁
６１    弁口
６２    弁支軸
６３    弁蓋
６３ａ  弁蓋外側面
６３ｂ  弁蓋内側面
６３ｃ  弁蓋雌ネジ部
７０    取水立管
７１    逆止弁
７２    貯水タンク
７３    送水管
８０    逆流防止板
【要約】
【課題】揚程が高く、揚水量も多い無動力の揚水装置の提供を目的とする。
【解決手段】流水中に配置する導水管と、当該導水管から立設及び連通した取水立管とを備え、導水管は取水立管との連通部よりも下流側に水撃弁を有し、水撃弁は、流水による水撃を受けて開閉する弁蓋と、当該弁蓋が閉じた際に開く方向に弾性反発力を生じさせる弾発具を有していることを特徴とする。
【選択図】  図１【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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