JP2005155343A - Circulation type fluid drive force system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a circulation type fluid drive force system capable of obtaining sufficient rotational energy by circulating a certain amount of fluid (mainly water) while applying it to high pressure, solving a problem of a installation place due to a difference in elevation and a quantitative problem, and being operated for a long period by using only clean energy without using a driving source such as other natural energy including wind power and motors other than the certain amount of fluid. <P>SOLUTION: This circulation type fluid drive force system is provided with a pump 51 pumping up fluid on a lower part layer 5 to an upper part layer 3, a pump driving water wheel 8 driven by fluid flowing down from the upper part layer 3 to the lower part layer 5 and driving the pump 51 via a pump operation mechanism 10, and an output water wheel 9 driven by fluid flowing down from the upper part layer 3 to the lower part layer 5 and driving an output shaft 15 for performing external output, inside a main body vessel 1 having the upper part layer 3, an intermediate part layer 4 and the lower part layer 5 partitioned by partition parts 6, 7. In this structure, power is obtained by circulating a certain amount of pressurized fluid inside the main body vessel 1. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、一定量の流体を循環させることで、長期的に動力を得るためのシステムに関する。   The present invention relates to a system for obtaining power over a long period by circulating a certain amount of fluid.

従来から、自然のエネルギーを利用して動力を得て、それを基に発電などを行う技術においては、火力・原子力・風力・地熱・太陽光式・水力等が用いられている。これらのうち、火力や原子力を用いる場合は、公害や環境破壊などが問題となることがあり、燃料や設備などコスト的な問題もある。また、風力や地熱や太陽光式においては、天候や地域、昼夜などに影響を受け易く、安定した動力を得られない等の難点がある。   Conventionally, thermal power, nuclear power, wind power, geothermal power, solar power, hydraulic power, and the like have been used in technologies for obtaining power using natural energy and generating power based on the power. Among these, when using thermal power or nuclear power, pollution or environmental destruction may be a problem, and there are also cost problems such as fuel and equipment. In addition, wind power, geothermal heat, and solar power are easily affected by the weather, the region, day and night, and have a difficulty in that stable power cannot be obtained.

このようなことに鑑み、自然エネルギーとして水力を用いて動力を得たり発電を行ったりする技術が広く開示されている。この水力を用いる技術のうち、一定量の水を循環させることにより、水力を用いる際の量的な問題などを解決するとともに、モータや内燃機関などの駆動源を用いることなく、環境的な問題も解決するための技術が提案されている(例えば、特許文献1及び2参照。)。   In view of such circumstances, techniques for obtaining power and generating power using hydropower as natural energy are widely disclosed. Among the technologies that use hydraulic power, circulating a certain amount of water solves quantitative problems when using hydraulic power, as well as environmental issues without using a drive source such as a motor or internal combustion engine. Has also been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

特開平5−60052号公報JP-A-5-60052 特開平7−119612号公報JP-A-7-119612

しかし、前記従来の技術においては、水を循環させることによって動力を得る際の出力軸等の回転は、高低差を利用した重力による水の落下によってのみ行われている。すなわち、落下する水の勢いだけで出力軸等を回転させており、その水は加圧されていないため、十分な回転エネルギー(出力エネルギー)を効率良く得ることは難しい。
さらに、このような一定量の水を循環させることによって、長期的にエネルギーを得る装置については、現実に実用化されているものは少なく、アイデアのみに留まっているのが現状である。
However, in the prior art, the rotation of the output shaft or the like when obtaining power by circulating water is performed only by the fall of water due to gravity using the height difference. That is, since the output shaft and the like are rotated only by the momentum of the falling water, and the water is not pressurized, it is difficult to efficiently obtain sufficient rotational energy (output energy).
Furthermore, there are few devices that actually obtain energy by circulating such a fixed amount of water in the long run, and the present situation is that only the idea remains.

そこで、本発明においては、一定量の流体(主として水)を、高圧をかけながら循環させることで、流体を落下させる高低差がさほど大きくなかったり、循環させる流体量がさほど多くなかったりしても、十分な回転エネルギーを得ることを可能として、高低差による設置場所の問題や量的な問題を解決し、さらに、一定量の流体以外に、風力などの他の自然エネルギーや、モータ等の駆動源を用いることなく、クリーンエネルギーのみによって長期間運転可能な循環式流体駆動力システムを提供する。   Therefore, in the present invention, even if a certain amount of fluid (mainly water) is circulated while applying a high pressure, the difference in height for dropping the fluid is not so large, or the amount of fluid to be circulated is not so large. It is possible to obtain sufficient rotational energy, solve the problems of installation location and quantitative problems due to the height difference, and in addition to a certain amount of fluid, other natural energy such as wind power and driving of motors, etc. Provided is a circulating fluid driving force system that can be operated for a long time only by clean energy without using a source.

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。   The problems to be solved by the present invention are as described above. Next, means for solving the problems will be described.

即ち、請求項1においては、仕切部によって隔てられる上部層と中間部層と下部層とを有する本体容器内部にて、一定量の流体を循環させることで動力を得る循環式流体駆動力システムであって、前記上部層から前記下部層に渡って設けられ、下部層の流体を上部層へと汲み上げるポンプと、前記上部層と前記中間部層との仕切部に設けられ、前記上部層から前記下部層へと流下する流体によって駆動し、前記ポンプを駆動するポンプ駆動水車と、前記上部層に備えられ、前記ポンプ駆動水車からの駆動力を伝達して前記ポンプを作動させるポンプ作動機構と、前記中間部層と前記下部層との仕切部に設けられ、前記上部層から前記下部層へと流下する流体によって駆動し、外部出力するための出力軸を駆動する出力水車と、前記上部層の圧力を一定に保持する圧力保持機構と、を備えるものである。   That is, in the first aspect of the present invention, a circulating fluid driving force system that obtains power by circulating a certain amount of fluid inside a main body container having an upper layer, an intermediate layer, and a lower layer separated by a partition. Provided from the upper layer to the lower layer, provided in a pump for pumping the fluid of the lower layer to the upper layer, and a partition between the upper layer and the intermediate layer, from the upper layer to the A pump-driven water turbine that is driven by a fluid flowing down to the lower layer and drives the pump; a pump operating mechanism that is provided in the upper layer and that transmits the driving force from the pump-driven water wheel to operate the pump; An output water turbine provided in a partition between the intermediate layer and the lower layer, driven by a fluid flowing down from the upper layer to the lower layer, and driving an output shaft for external output; and the upper layer Pressure A pressure holding mechanism for holding the constant, but with a.

請求項2においては、前記ポンプは、下端部に逆止弁を有するシリンダと、該シリンダ内を往復運動し、下端部に逆止弁を有する中空の筒状部材であるピストンと、を備え、前記シリンダと前記ピストンとの隙間を流体通路とするプランジャ式のポンプとし、該ポンプは、前記ポンプ作動機構のポンプ駆動軸の両端部に固設される歯車に両側から係合した状態で相対運動する一対のポンプからポンプユニットを構成するものである。   In claim 2, the pump includes a cylinder having a check valve at a lower end, and a piston that is a hollow cylindrical member that reciprocates in the cylinder and has a check valve at the lower end. A plunger-type pump having a fluid passage as a gap between the cylinder and the piston, and the pump moves relative to each other while engaged from both sides with gears fixed to both ends of the pump drive shaft of the pump operating mechanism. A pump unit is composed of a pair of pumps.

請求項3においては、前記ピストンを、内部に流体を入れることで重さ調整可能な構成としたものである。   According to a third aspect of the present invention, the piston is configured such that the weight can be adjusted by putting a fluid therein.

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。   As effects of the present invention, the following effects can be obtained.

請求項1においては、本体容器内に一定量の水を循環させることによって動力を得ることができるので、水というクリーンエネルギーのみを用いて長期間運転可能であり、環境を損なうこともない。また、本体容器内を循環する水のうち、流下する水は加圧された状態にあるので、大容量のダム等に匹敵する水力エネルギーを得ることができる。すなわち、発電などを行う際にダム等を建設する必要もなく、地域的、設置場所的な制限を受けることもない。言い換えると、本循環式流体駆動力システムは、その大きさ・規模・構造を設置場所に最適なものとすることができる。また、本システムの各部の作動は、本体容器内において行われるため、騒音などが発生することを防止することができる。さらに、初期駆動時も含め、本循環式流体駆動力システムを運転するための外部からの入力が不要であり、モータ等の駆動源を用いる必要もないため、故障が少なく、簡易なメンテナンスのみで長期間の運転が可能となる。   In Claim 1, since power can be obtained by circulating a certain amount of water in the main body container, it can be operated for a long time using only clean energy of water, and the environment is not impaired. Moreover, since the water flowing down among the water circulating in the main body container is in a pressurized state, hydraulic energy comparable to a large-capacity dam or the like can be obtained. That is, there is no need to construct a dam or the like when generating electricity, and there are no regional or installation restrictions. In other words, this circulating fluid driving force system can be optimized in size, scale, and structure for the installation location. In addition, since the operation of each part of the system is performed in the main body container, it is possible to prevent noise and the like from being generated. Furthermore, since there is no need for external input to operate this circulating fluid driving force system, including during initial driving, and there is no need to use a driving source such as a motor, there are few failures and simple maintenance. Long-term operation is possible.

請求項2においては、ポンプユニットは、上部層から流下する水によって回転するポンプ駆動ユニットのエネルギーに加え、ピストンの自重及び水による浮力を利用して作動することができる。これにより、ポンプ作動機構のポンプ駆動軸の両端部に固設される歯車の回転エネルギーを効率よく利用することができ、ポンプによる効率のよい水の汲み上げが可能となる。すなわち、本体容器内を循環する水のエネルギーを効率よく利用することができ、上部層から流下する量以上の水を下部層から上部層へと汲み上げることが可能となる。よって、上部層内の圧力を上昇させることができるので、上部層における水面の高さ以上の水頭圧を得ることができ、加圧された水を循環させることが可能となる。このように、上部層から加圧された水を流下させることで、高低差による設置場所の問題や量的な問題を解決することができる。   According to the second aspect, the pump unit can be operated by utilizing the weight of the piston and the buoyancy due to water in addition to the energy of the pump drive unit that is rotated by the water flowing down from the upper layer. Thereby, the rotational energy of the gear fixed to the both ends of the pump drive shaft of the pump operating mechanism can be efficiently used, and the pump can efficiently pump water. That is, it is possible to efficiently use the energy of water circulating in the main body container, and it is possible to pump more water than the amount flowing down from the upper layer from the lower layer to the upper layer. Therefore, since the pressure in the upper layer can be increased, it is possible to obtain a head pressure higher than the level of the water surface in the upper layer and to circulate the pressurized water. In this way, by causing the pressurized water to flow down from the upper layer, it is possible to solve the installation location problem and the quantitative problem due to the height difference.

請求項3においては、ピストンの重さ、即ちピストンの水に対する比重を調整することが可能となるので、ピストンが水から得る浮力を調整することが可能となる。これにより、ピストンにかかる浮力を、重力とのバランスや水の抵抗などを考慮して設定することができ、一対の相対運動するポンプにおけるピストンの一連の動作において、ポンプ作動機構のポンプ駆動軸にかかるトルクを小さくすることができる。すなわち、ポンプ駆動水車からのポンプ作動機構を介してポンプユニットに伝達されるエネルギーの伝達効率の向上を図ることができる。   According to the third aspect, since the weight of the piston, that is, the specific gravity of the piston with respect to water can be adjusted, it is possible to adjust the buoyancy that the piston obtains from water. As a result, the buoyancy applied to the piston can be set in consideration of the balance with gravity, the resistance of water, etc., and in a series of operations of the piston in a pair of relatively moving pumps, Such torque can be reduced. That is, it is possible to improve the transmission efficiency of energy transmitted from the pump-driven water turbine to the pump unit via the pump operating mechanism.

次に、発明の実施の形態を説明する。
図1は本発明に係る循環式流体駆動力システムの全体概略構成を示す説明図、図2は同じく斜視図、図3は循環式流体駆動力システムの外観図。(a)は正面図。(b)は側面図、図4は出力水車を示す側面一部断面図、図5は図4におけるA−A断面図、図6は図4におけるB−B断面図、図7はポンプ作動機構の平面図、図8は図7におけるC−C断面図、図9は図7におけるD−D断面図、図10はポンプを示す側面断面図。(a)はシリンダ上昇時を示す図。(b)はシリンダ下降時を示す図である。
Next, embodiments of the invention will be described.
FIG. 1 is an explanatory view showing an overall schematic configuration of a circulating fluid driving force system according to the present invention, FIG. 2 is a perspective view of the same, and FIG. 3 is an external view of the circulating fluid driving force system. (A) is a front view. (B) is a side view, FIG. 4 is a side sectional view showing an output turbine, FIG. 5 is a sectional view taken along line AA in FIG. 4, FIG. 6 is a sectional view taken along line BB in FIG. FIG. 8 is a sectional view taken along the line CC in FIG. 7, FIG. 9 is a sectional view taken along the line DD in FIG. 7, and FIG. 10 is a side sectional view showing the pump. (A) is a figure which shows the time of cylinder rise. (B) is a figure which shows the time of cylinder lowering.

本発明の循環式流体駆動力システムは、高所に溜まった水等の流体が、低所に自然流下するときには流路の途中のどの位置においても常に高所に溜まっている流体の水頭圧がかかっており、そのため、流路の断面積を一定にすれば水頭圧に比例した流速を保つことができ、常時一定の流体による運動エネルギーを取り出すことができるという点に着目して構成したものである。以下、本発明の循環式流体駆動力システムの構成について各図を用いて説明していく。   In the circulating fluid driving force system of the present invention, when a fluid such as water collected in a high place naturally flows down to a low place, the head pressure of the fluid always accumulated in the high place is always at any position in the middle of the flow path. Therefore, if the cross-sectional area of the flow path is made constant, the flow rate proportional to the hydraulic head pressure can be maintained, and the kinetic energy from a constant fluid can be always taken out. is there. Hereinafter, the configuration of the circulating fluid driving force system of the present invention will be described with reference to the drawings.

まず、本発明の循環式流体駆動力システムの全体構成について、図1から図3を用いて説明する。
本発明の循環式流体駆動力システムは、円盤状のベース台2上に載置固定される略密閉状態の中空円筒状の本体容器1内部にて、一定量の流体を循環させることで動力を得ることができるものである。なお、以下の説明においては、本体容器1内部を循環させる流体の一例として、一般的に広く使用される水を用いるものとする。
First, the overall configuration of the circulating fluid driving force system of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
The circulating fluid driving force system of the present invention circulates a certain amount of fluid in a substantially sealed hollow cylindrical main body container 1 that is placed and fixed on a disk-shaped base table 2. It can be obtained. In the following description, water that is generally widely used is used as an example of a fluid that circulates inside the main body container 1.

本体容器1は、その内部を仕切部によって上部層3と中間部層4と下部層5との三つの空間に仕切られている。すなわち、上仕切部6によって上部層3と中間部層4とが隔てられ、下仕切部7によって中間部層4と下部層5とが隔てられている。そして、前記各層は、水の通路など以外は略密閉状態となっている。   The main body container 1 is partitioned into three spaces, an upper layer 3, an intermediate layer 4, and a lower layer 5, by a partitioning portion. That is, the upper partition 3 separates the upper layer 3 and the intermediate layer 4, and the lower partition 7 separates the intermediate layer 4 and the lower layer 5. The layers are substantially sealed except for a water passage.

また、本体容器1の内部には、下部層5の水を上部層3へと汲み上げるための、相対運動する一対のプランジャ式のポンプ51・51からなるポンプユニット50が、下部層5から上部層3に渡って立設している。つまり、ポンプユニット50のポンプ51・51は、上下仕切部6・7による各層の密閉状態を保持するとともに、下部層5から上部層3にかけて下仕切部7及び上仕切部6を貫通して設けられている。   A pump unit 50 including a pair of plunger-type pumps 51 and 51 that move relative to each other for pumping water from the lower layer 5 to the upper layer 3 is provided in the main body container 1 from the lower layer 5 to the upper layer. It is erected over three. That is, the pumps 51 and 51 of the pump unit 50 maintain the sealed state of the respective layers by the upper and lower partition parts 6 and 7 and are provided through the lower partition part 7 and the upper partition part 6 from the lower layer 5 to the upper layer 3. It has been.

上部層3と中間部層4との仕切部である前記上仕切部6の略中央部には、ポンプユニット50を駆動するためのポンプ駆動水車8が設けられている。そして、このポンプ駆動水車8の上方、即ち上部層3には、ポンプ駆動水車8の駆動力を伝達してポンプユニット50を作動させるポンプ作動機構10が設けられている。
また、中間部層4と下部層5との仕切部である前記下仕切部7の略中央部には、本循環式流体駆動力システムの出力軸15を有する出力水車9が設けられている。
A pump-driven water turbine 8 for driving the pump unit 50 is provided at a substantially central portion of the upper partition 6 that is a partition between the upper layer 3 and the intermediate layer 4. A pump operating mechanism 10 for operating the pump unit 50 by transmitting the driving force of the pump driven turbine 8 is provided above the pump driven turbine 8, that is, in the upper layer 3.
Further, an output turbine 9 having an output shaft 15 of the circulation type fluid driving force system is provided at a substantially central portion of the lower partition portion 7 which is a partition portion between the intermediate layer 4 and the lower layer 5.

そして、上仕切部6及び下仕切部7のそれぞれ上方には、ポンプ駆動水車8及び出力水車9のぞれぞれの上部を支持するとともに、水がそれぞれのポンプに流入する勢いを確保するための空間を形成する仕切板6a及び仕切板7aがそれぞれ設けられている(図1参照)。これら仕切板6a及び7aには、任意の位置に複数の水の通路孔が形成されており、下方に向けて水を流下させることが可能となっている。   The upper partition 6 and the lower partition 7 are respectively supported above the upper part of each of the pump-driven water turbine 8 and the output water turbine 9 and for ensuring the momentum of water flowing into the respective pumps. A partition plate 6a and a partition plate 7a that form the space are provided (see FIG. 1). In these partition plates 6a and 7a, a plurality of water passage holes are formed at arbitrary positions so that the water can flow downward.

以上のような構成において、本体容器1内の上部層3及び下部層5は、それぞれ上タンク部及び下タンク部としてその内部に常に水を蓄えており、水が上部層3から下部層5へと流下することで、ポンプ駆動水車8及び出力水車9が駆動する。
そして、出力水車9が回転駆動することによって、この循環式流体駆動力システムから外部へ動力を出力するための出力軸15が回転駆動する。また、ポンプ駆動水車8が回転駆動することによって、ポンプ作動機構10を介してポンプユニット50が作動する。
このポンプユニット50の作動によって、下部層5に溜まっている水が上部層3へと汲み上げられ、上部層3には常に水が補充され続ける。つまり、前記ポンプ駆動水車8及び出力水車9は、上部層3から下部層5へと流下する水の流れを止めない限り回転し続ける構成となっている。
なお、出力水車9は、下仕切部7に並列的に複数個配置したり、中間部層4に直列的に複数個配置したりすることができる。このように、出力水車9を複数個設けることで、複数の出力の取り出し部(出力軸15)を設けることができる。
In the configuration as described above, the upper layer 3 and the lower layer 5 in the main body container 1 always store water therein as an upper tank portion and a lower tank portion, respectively, and the water flows from the upper layer 3 to the lower layer 5. As a result, the pump-driven water turbine 8 and the output water turbine 9 are driven.
Then, when the output water wheel 9 is rotationally driven, the output shaft 15 for outputting power from the circulating fluid driving force system to the outside is rotationally driven. Further, the pump unit 50 is operated via the pump operating mechanism 10 when the pump-driven water turbine 8 is rotationally driven.
By the operation of the pump unit 50, the water accumulated in the lower layer 5 is pumped up to the upper layer 3, and the upper layer 3 is always replenished with water. That is, the pump-driven turbine 8 and the output turbine 9 are configured to continue to rotate unless the flow of water flowing from the upper layer 3 to the lower layer 5 is stopped.
Note that a plurality of output water turbines 9 can be arranged in parallel in the lower partition 7 or a plurality of output turbines 9 can be arranged in series in the intermediate layer 4. In this manner, by providing a plurality of output water turbines 9, a plurality of output extraction portions (output shafts 15) can be provided.

このようにして、上部層3から下部層5への水の流下と、下部層5から上部層3へのポンプユニット50による水の汲み上げとによって、本体容器1内部を水が循環することで出力軸15が回転駆動し、この出力軸15の回転により駆動力(回転エネルギー)が得られる仕組みとなっている。
そして、本発明に係る循環式流体駆動力システムの実施形態の一例としては、図3に示すような外観のものとなる。
以下、循環式流体駆動力システムにおける各部の構成の詳細について説明していく。
In this way, the water is circulated through the inside of the main body container 1 by the flow of water from the upper layer 3 to the lower layer 5 and the pumping of water by the pump unit 50 from the lower layer 5 to the upper layer 3. The shaft 15 is rotationally driven, and the driving force (rotational energy) is obtained by the rotation of the output shaft 15.
And as an example of embodiment of the circulation type fluid drive force system which concerns on this invention, it becomes a thing of an external appearance as shown in FIG.
Hereinafter, the details of the configuration of each part in the circulating fluid driving force system will be described.

まず、出力水車9について図4から図6を用いて説明する。
出力水車9は、略円筒状のケース12内に、流下する水の勢いによって回転するロータ13を有している。ケース12は、上部空間12a及び下部空間12bの二つの空間に区切られており、上部空間12aに、ロータ13が、上下を軸受などを介して支持される鉛直方向の回転軸13aによって回転自在に支承されている。また、ケース12の下部空間12bには、出力水車9をから下部層5に流下する水の量を調整するための弁板14が設けられている。
First, the output turbine 9 will be described with reference to FIGS.
The output water turbine 9 has a rotor 13 that rotates in a substantially cylindrical case 12 by the momentum of flowing water. The case 12 is divided into two spaces, an upper space 12a and a lower space 12b, and the rotor 13 is rotatable in the upper space 12a by a vertical rotation shaft 13a supported up and down via a bearing or the like. It is supported. A valve plate 14 for adjusting the amount of water flowing from the output water turbine 9 to the lower layer 5 is provided in the lower space 12 b of the case 12.

ロータ13は、複数枚(本実施例においては3枚)の羽根16を有している。これらの羽根16は、ロータ13の平面視における半径方向に出入可能に設けられている。つまり、ロータ13には、羽根16が収納される凹部13bが形成されており、この凹部13bと羽根16との隙間に水が流入することにより羽根16が突出する構造となっている。
そのため、羽根16の側面には、凹部13bと羽根16との隙間への水の流入を促すための溝部16aが形成されている。
なお、凹部13b内に、羽根16を突出する方向に押し出すバネ部材を設けて、凹部13b内に流入する水に加えて、バネ部材によっても羽根16を突出させることができる。
The rotor 13 has a plurality of (three in the present embodiment) blades 16. These blades 16 are provided so as to be able to enter and exit in the radial direction in the plan view of the rotor 13. That is, the rotor 13 is formed with a recess 13b in which the blade 16 is accommodated, and the blade 16 protrudes when water flows into the gap between the recess 13b and the blade 16.
Therefore, a groove portion 16 a is formed on the side surface of the blade 16 to promote the inflow of water into the gap between the recess 13 b and the blade 16.
In addition, the spring member which pushes out the blade | wing 16 in the direction which protrudes in the recessed part 13b is provided, and the blade | wing 16 can be protruded also with a spring member in addition to the water which flows in into the recessed part 13b.

ケース12の側面の一側部には、ケース12内に水が流入するための入水口12cが形成されており、同じくケース12の底面には、ケース12内の水をケース12外へ排水するための排水口12dが形成されている。
また、ケース12の上部空間12aの側面の内側面には、ロータ13の回転にともなう羽根16のロータ13内への収納を促すための凸部12eが形成されている。この凸部12eは、ロータ13の回転方向に対して、前記入水口12cの直前に設けられ、先端部がロータ13と略接触するように形成されている。すなわち、図5に示すように、ケース12の上部空間12aは、凸部12eとロータ13とによってその空間が仕切られている。
A water inlet 12c through which water flows into the case 12 is formed on one side of the side surface of the case 12, and the water in the case 12 is drained out of the case 12 on the bottom surface of the case 12 as well. For this purpose, a drain port 12d is formed.
In addition, a convex portion 12 e is formed on the inner side surface of the side surface of the upper space 12 a of the case 12 for urging the storage of the blades 16 in the rotor 13 as the rotor 13 rotates. The convex portion 12 e is provided immediately before the water inlet 12 c with respect to the rotation direction of the rotor 13, and is formed so that the tip portion is substantially in contact with the rotor 13. That is, as shown in FIG. 5, the upper space 12 a of the case 12 is partitioned by the convex portion 12 e and the rotor 13.

このような構成において、前記入水口12cからは常に水が流入しており、ロータ13が回転するとともに、羽根16は、前記凸部12eの曲面に沿いながら凹部13bに収納される。その後、羽根16が凸部12eとロータ13との略接触部を過ぎると同時に、入水口12cから流入している水が羽根16とロータ13の凹部13bとの隙間に流れ込む。これにより羽根16が突出し、入水口12cからの水の勢いによって羽根16が押されてロータ13は回転力を得る仕組みとなっている。
そして、入水口12cから流入してロータ13に回転力を与えた水は、そのまま排水口12dから下方の下部空間12bへと排出される。つまり、流入する水が実際にロータ13へ回転力を与えるのは、入水口12cから排水口12dまでの間の水の流れによるものであり、ロータ13は、この間を流れる水によって順次羽根16を介して回転力を得ている。
すなわち、ケース12の内側面に形成される凸部12eは、ロータ13と略接触することでケース12の上部空間12aを仕切ることにより、入水口12cから流入する水の勢いが分散しないようにしている。そして、この凸部12eによる仕切りに対応するため、羽根16はロータ13に対して出入可能に設けられている。
In such a configuration, water always flows from the water inlet 12c, the rotor 13 rotates, and the blades 16 are accommodated in the concave portion 13b along the curved surface of the convex portion 12e. Thereafter, the blade 16 passes through the substantially contact portion between the convex portion 12 e and the rotor 13, and at the same time, the water flowing in from the water inlet 12 c flows into the gap between the blade 16 and the concave portion 13 b of the rotor 13. As a result, the blades 16 are projected, and the blades 16 are pushed by the momentum of water from the water inlet 12c, so that the rotor 13 obtains a rotational force.
And the water which flowed in from the water inlet 12c and gave the rotational force to the rotor 13 is discharged | emitted as it is from the drain outlet 12d to the lower lower space 12b. In other words, the inflowing water actually gives a rotational force to the rotor 13 due to the flow of water between the water inlet 12c and the water outlet 12d. Rotational force is gained through.
That is, the convex portion 12e formed on the inner surface of the case 12 partitions the upper space 12a of the case 12 by being substantially in contact with the rotor 13, so that the momentum of water flowing from the water inlet 12c is not dispersed. Yes. The blades 16 are provided so as to be able to enter and exit from the rotor 13 in order to correspond to the partition by the convex portions 12e.

このような構造の出力水車9において得られた回転エネルギーは、ロータ13の回転軸13aと同軸上に上方に向けて設けられる駆動軸17の端部に固設された傘歯車17aと、この傘歯車17aと噛合する傘歯車15aとを介して循環式流体駆動力システムの出力軸15に回転エネルギーを与える。
なお、この傘歯車17aと15aとの噛合部は、潤滑油などが充填されたギアケース18によって覆うことにより、水との接触を断つとともに円滑な動力伝達を可能とすることもできる。
The rotational energy obtained in the output water turbine 9 having such a structure is obtained by using a bevel gear 17a fixed to the end of the drive shaft 17 provided coaxially with the rotation shaft 13a of the rotor 13 and upward, and the umbrella Rotational energy is given to the output shaft 15 of the circulating fluid driving force system via the bevel gear 15a meshing with the gear 17a.
The meshing portion of the bevel gears 17a and 15a is covered with a gear case 18 filled with lubricating oil, so that contact with water can be cut off and smooth power transmission can be achieved.

一方、ケース12の上部空間12aから排水口12dを介して流下した水は、下部空間12bへと流入する。この下部空間12bの底面には、水を下部層5に流下させるための複数(本実施例では4つ)の排出孔12fが形成されており、この排出孔12f上には、排出孔12fを閉じることができる前記弁板14が回転可能に設けられている。この弁板14は、平面視で十字状の板状部材であり、その中心に回転軸14aを有し、この回転軸14aを中心に回転することにより、前記排出孔12fの開閉を行うことができる。つまり、弁板14の回転を調整することにより、排出孔12fから流下する水の量を調整できる構造となっている。   On the other hand, the water that flows down from the upper space 12a of the case 12 through the drain port 12d flows into the lower space 12b. A plurality of (four in this embodiment) discharge holes 12f for allowing water to flow down to the lower layer 5 are formed on the bottom surface of the lower space 12b. The discharge holes 12f are formed on the discharge holes 12f. The valve plate 14 that can be closed is rotatably provided. The valve plate 14 is a cross-shaped plate member in plan view, and has a rotation shaft 14a at the center thereof, and the discharge hole 12f can be opened and closed by rotating around the rotation shaft 14a. it can. That is, by adjusting the rotation of the valve plate 14, the amount of water flowing down from the discharge hole 12f can be adjusted.

そして、弁板14の回転軸14aは下方に向けて延設されており、この下端部にピニオンギア20が固設されている。このピニオンギア20には、ラックギア21が噛合しており、このラックギア21は、本体容器1の外側に延設されて、本体容器1の外部外部から操作可能な出力調整ハンドル19(図3参照)を回転操作することによりピニオンギア20を回転させる方向に移動する構成となっている。すなわち、この弁板14の回転は、本体容器1の外部から操作可能な出力調整ハンドル19を操作することによって調整することができる。   And the rotating shaft 14a of the valve plate 14 is extended toward the downward direction, and the pinion gear 20 is fixed to this lower end part. A rack gear 21 meshes with the pinion gear 20, and the rack gear 21 extends outside the main body container 1 and can be operated from the outside of the main body container 1 (see FIG. 3). The pinion gear 20 is moved in the direction of rotation by rotating the. That is, the rotation of the valve plate 14 can be adjusted by operating the output adjustment handle 19 that can be operated from the outside of the main body container 1.

このような構造から、出力調整ハンドル19を操作することで弁板14の回転を調整することができ、排出孔12fから流下する水の量を調整することができる。この排出孔12fから流下する水の量を調整することにより、出力水車9のロータ13の回転を調整することができる。また、弁板14によって排出孔12fを閉じることにより、出力軸15の回転を停止させることもできる。すなわち、出力調整ハンドル19によって、出力軸15から得られる駆動力の調整及び出力の停止を行うことができる。   From such a structure, the rotation of the valve plate 14 can be adjusted by operating the output adjustment handle 19, and the amount of water flowing down from the discharge hole 12f can be adjusted. The rotation of the rotor 13 of the output water turbine 9 can be adjusted by adjusting the amount of water flowing down from the discharge hole 12f. Further, the rotation of the output shaft 15 can be stopped by closing the discharge hole 12f by the valve plate 14. That is, the output adjustment handle 19 can adjust the driving force obtained from the output shaft 15 and stop the output.

次に、ポンプ駆動水車8について図1を用いて説明する。
ポンプ駆動水車8は、ケース22内に、上述の出力水車9と略同一構造のロータ23を有しており、このケース22内に流入する水の流れによって回転エネルギーを得る構造となっている。そして、このポンプ駆動水車8によって得られる回転エネルギーは、ロータ23の回転軸と同軸上に上方に向けて設けられる駆動軸25の端部に固設された傘歯車25aと、この傘歯車25aと噛合し、伝動軸26の一端に固設される傘歯車26aを介して伝動軸26に伝動される。この伝動軸26の回転エネルギーは、伝動軸26の他端に固設されている傘歯車26bと、該傘歯車26bと噛合する傘歯車27aを有する伝動軸27とを介して、ポンプユニット50を作動させるポンプ作動機構10へと伝動される構造となっている。
なお、これら傘歯車25aと26a、及び傘歯車26bと27aの噛合部も、潤滑油などが充填されたギアケース24によって覆うことにより、水との接触を断つとともに円滑な動力伝達を可能とすることができる。
Next, the pump drive turbine 8 will be described with reference to FIG.
The pump-driven water turbine 8 has a rotor 23 having substantially the same structure as the above-described output water turbine 9 in the case 22, and has a structure for obtaining rotational energy by the flow of water flowing into the case 22. The rotational energy obtained by the pump-driven turbine 8 is generated by the bevel gear 25a fixed to the end of the drive shaft 25 provided coaxially with the rotation shaft of the rotor 23 and upward, and the bevel gear 25a. The gears are meshed and transmitted to the transmission shaft 26 via a bevel gear 26 a fixed to one end of the transmission shaft 26. The rotational energy of the transmission shaft 26 is transmitted to the pump unit 50 via a bevel gear 26b fixed to the other end of the transmission shaft 26 and a transmission shaft 27 having a bevel gear 27a meshing with the bevel gear 26b. It is structured to be transmitted to the pump operating mechanism 10 to be operated.
The meshing portions of the bevel gears 25a and 26a and the bevel gears 26b and 27a are also covered with a gear case 24 filled with lubricating oil, so that contact with water is cut off and smooth power transmission is enabled. be able to.

続いて、ポンプ作動機構10について図7から図9を用いて説明する。
ポンプ作動機構10は、ポンプ駆動水車8によって得られた回転エネルギーをポンプユニット50に伝達して、ポンプユニット50を規則的に作動させるための機構である。
ポンプ作動機構10は、前記伝動軸27の上端に固設されたピニオンギア27bと噛合してポンプ駆動水車8からの動力が伝達されるギアホイル28を対称に、上下に略同一構造の上部機構と下部機構とを平面視において本体容器1の中心に対して90度ずらした状態で有している。つまり、ギアホイル28の上下には、上カムプレート29及び下カムプレート30がそれぞれ固設されており、上カムプレート29によって上部機構が駆動し、下カムプレート30によって下部機構が駆動する。
なお、以下の説明においては、上部機構及び下部機構にて共通する部分は上部機構についてのみ説明し、下部機構については同一の符号を付して説明を省略する。
Next, the pump operating mechanism 10 will be described with reference to FIGS.
The pump operating mechanism 10 is a mechanism for regularly operating the pump unit 50 by transmitting rotational energy obtained by the pump-driven water turbine 8 to the pump unit 50.
The pump actuating mechanism 10 is engaged with a pinion gear 27b fixed to the upper end of the transmission shaft 27 and a gear wheel 28 to which power from the pump-driven water turbine 8 is transmitted symmetrically with an upper mechanism having substantially the same structure up and down. The lower mechanism is shifted by 90 degrees with respect to the center of the main body container 1 in plan view. That is, the upper cam plate 29 and the lower cam plate 30 are respectively fixed above and below the gear wheel 28, and the upper mechanism is driven by the upper cam plate 29 and the lower mechanism is driven by the lower cam plate 30.
In the following description, only the upper mechanism will be described for portions common to the upper mechanism and the lower mechanism, and the description of the lower mechanism will be omitted by attaching the same reference numerals.

前記ギアホイル28は、上カムプレート29及び下カムプレート30とともにギアユニット31を構成し、このギアユニット31は、略円筒状のドラム32と該ドラム32の上下に固設される円盤状の上ベースプレート33及び下ベースプレート34とからなり、本体容器1と一体的に構成される円筒状のケース内に収納されている。このケース内においてギアユニット31は回転自在に支持されている。つまり、下ベースプレート34には複数の支持ローラ35が立設しており、これらの支持ローラ35にギアユニット31の下カムプレート30の外周部が嵌合することで、ギアユニット31が回転自在な状態で支持される。   The gear wheel 28 forms a gear unit 31 together with an upper cam plate 29 and a lower cam plate 30, and the gear unit 31 includes a substantially cylindrical drum 32 and a disk-shaped upper base plate fixed above and below the drum 32. 33 and the lower base plate 34, and is housed in a cylindrical case configured integrally with the main body container 1. The gear unit 31 is rotatably supported in this case. That is, a plurality of support rollers 35 are erected on the lower base plate 34, and the gear unit 31 is rotatable by fitting the outer peripheral portion of the lower cam plate 30 of the gear unit 31 to these support rollers 35. Supported in state.

また、上ベースプレート33の中央部には、ラックギア37が、その歯面を上ベースプレート33の上外側に向け、長板状のガイドプレート36・36を介して摺動可能に設けられている。ガイドプレート36・36は、上ベースプレート33の略中央部に若干の間隔を隔てて固設されており、ラックギア37は、この二枚のガイドプレート36・36に挟まれた状態で摺動する。
そのため、ラックギア37の両側面には、ガイドプレート36・36が嵌合するための溝部が形成されており、摺動方向の断面視で略エ字状となっている。つまり、ラックギア37は、その両側面にガイドプレート36・36が嵌合することによって上ベースプレート33上にて摺動可能に支持されるとともに、これらガイドプレート36・36によって、上ベースプレート33の直径方向に摺動方向を規制されている。
A rack gear 37 is provided at the center of the upper base plate 33 so as to be slidable through long plate-like guide plates 36 and 36 with the tooth surfaces facing the upper and outer sides of the upper base plate 33. The guide plates 36 and 36 are fixed to a substantially central portion of the upper base plate 33 with a slight gap therebetween, and the rack gear 37 slides while being sandwiched between the two guide plates 36 and 36.
For this reason, groove portions for fitting the guide plates 36 and 36 are formed on both side surfaces of the rack gear 37, and are substantially letter-shaped in a sectional view in the sliding direction. That is, the rack gear 37 is slidably supported on the upper base plate 33 by the guide plates 36 and 36 being fitted to both side surfaces thereof, and the diameter direction of the upper base plate 33 is supported by the guide plates 36 and 36. The sliding direction is restricted.

ラックギア37は、その摺動方向の前後端部それぞれにおいて下方にローラ38・38を有している。このローラ38・38は、前記上カムプレート29の内周面と接触するように設けられ、ギアユニット31の回転にともなう上カムプレート29の回転によってラックギア37の摺動させる。すなわち、上カムプレート29(及び下カムプレート30)は、その内周面が平面視において略ハート型に形成されており、この上カムプレート29が回転することによって、ラックギア37がローラ38・38を介して前記ガイドプレート36・36によって規制されている方向に摺動する構造となっている。言い換えると、上カムプレート29によって、ギアユニット31の回転運動をラックギア37の往復直線運動に変換しているのである。   The rack gear 37 has rollers 38 on the lower side at the front and rear ends in the sliding direction. The rollers 38 are provided so as to come into contact with the inner peripheral surface of the upper cam plate 29, and the rack gear 37 is slid by the rotation of the upper cam plate 29 as the gear unit 31 rotates. That is, the inner peripheral surface of the upper cam plate 29 (and the lower cam plate 30) is formed in a substantially heart shape in plan view, and when the upper cam plate 29 rotates, the rack gear 37 rotates the rollers 38 and 38. It is configured to slide in a direction regulated by the guide plates 36 and 36 via the. In other words, the upper cam plate 29 converts the rotational motion of the gear unit 31 into the reciprocating linear motion of the rack gear 37.

また、上ベースプレート33上には、ポンプ駆動軸39が、その左右端部及び中間部を軸受台40・40・40によって回転自在に支持され、平面視でラックギア37と直交した状態で設けられている。ポンプ駆動軸39は、その中央部にラックギア37の歯面と噛合するピニオンギア39aを有しており、ラックギア37の往復直線運動にともなって回転する構成となっている。そして、ポンプ駆動軸39の両端部には、ポンプユニット50へと動力を伝達するギアホイル42・42が固設されている。   On the upper base plate 33, a pump drive shaft 39 is rotatably supported at its left and right end portions and an intermediate portion by bearing bases 40, 40, 40, and is provided in a state orthogonal to the rack gear 37 in plan view. Yes. The pump drive shaft 39 has a pinion gear 39 a that meshes with the tooth surface of the rack gear 37 at the center thereof, and is configured to rotate as the rack gear 37 reciprocates linearly. Gear wheels 42 and 42 that transmit power to the pump unit 50 are fixed to both ends of the pump drive shaft 39.

このような構成のポンプ作動機構10は、上部構造によって対向する一組のポンプユニット50・50を駆動し、下部構造によってもう一組のポンプユニット50・50を駆動するため、上部構造と下部構造とを略90度ずらした状態で構成することで、本体容器1内において下部層5から上部層3に渡って立設する各ポンプユニット50が互いに干渉することなく作動することを可能としている。   The pump operating mechanism 10 having such a configuration drives the pair of pump units 50 and 50 facing each other by the upper structure and drives the other pair of pump units 50 and 50 by the lower structure. In the main body container 1, the pump units 50 erected from the lower layer 5 to the upper layer 3 can operate without interfering with each other.

以上のような構成のポンプ作動機構10によって、ポンプ駆動水車8からの回転エネルギーが伝動軸27のピニオンギア27bを介してギアホイル28に伝達され、ギアホイル28が回転することによって上カムプレート29及び下カムプレート30も回転し、これら上下のカムプレートの回転によって上下それぞれのラックギア37が往復直線運動する。そして、このラックギア37の往復直線運動がピニオンギア39aによってポンプ駆動軸39を、一定の回転範囲内において回転方向を交互に変えながら回転運動させる。これにともない、ポンプ駆動軸39の両端のギアホイル42・42も一定の回転範囲内において回転方向を交互に変えながら回転運動する。このギアホイル42・42の回転運動がポンプユニット50の各ポンプ51を作動させる。   With the pump operating mechanism 10 configured as described above, the rotational energy from the pump-driven water turbine 8 is transmitted to the gear wheel 28 via the pinion gear 27b of the transmission shaft 27, and the upper wheel plate 29 and the lower cam wheel 29 are rotated by the rotation of the gear wheel 28. The cam plate 30 also rotates, and the upper and lower rack gears 37 reciprocate linearly as the upper and lower cam plates rotate. The reciprocating linear movement of the rack gear 37 causes the pinion gear 39a to rotate the pump drive shaft 39 while alternately changing the rotation direction within a certain rotation range. Accordingly, the gear wheels 42 and 42 at both ends of the pump drive shaft 39 also rotate while changing the rotation direction alternately within a certain rotation range. This rotational movement of the gear wheels 42, 42 activates each pump 51 of the pump unit 50.

次に、ポンプユニット50及びポンプ51について図10を加えて説明する。
ポンプ51は、プランジャ式のポンプであり、対をなして相対運動するポンプユニット50を構成している。
ポンプ51は、側面断面視で門状の基部52と、該基部52上に立設する円筒状のシリンダ53と、該シリンダ53内を摺動するピストン54とから構成される。
Next, the pump unit 50 and the pump 51 will be described with reference to FIG.
The pump 51 is a plunger type pump, and constitutes a pump unit 50 that makes a relative motion in pairs.
The pump 51 includes a gate-like base portion 52 in a side sectional view, a cylindrical cylinder 53 erected on the base portion 52, and a piston 54 that slides inside the cylinder 53.

シリンダ53は、その下端部に形成される吸水口53aを弁体56によって開閉する逆止弁55を有している。
ピストン54は、中空の筒状部材であるピストン本体57と、該ピストン本体57の上面に固設され、ポンプ作動機構10のギアホイル42と噛合するラックギア58と、ピストン本体57の下端部に固設されるピストンヘッド59とから構成される。
The cylinder 53 has a check valve 55 that opens and closes a water suction port 53 a formed at the lower end thereof by a valve body 56.
The piston 54 is fixed to a piston main body 57 that is a hollow cylindrical member, a rack gear 58 that is fixed to the upper surface of the piston main body 57 and meshes with the gear wheel 42 of the pump operating mechanism 10, and a lower end portion of the piston main body 57. And a piston head 59.

ピストン本体57は、シリンダ53の内径との間に若干の隙間を有するようにその外径が設定されている。そしてこの隙間が後述するように水の通路となる。また、ピストン本体57は、中空内部の下端側に仕切57bを設けることでその内部空間を隔てるとともに、下端部に形成される吸水口57aを弁体61によって開閉する逆止弁60を有している。そして、ピストン本体57の仕切57bよりも下側の側面には、水が通るための通路孔57cが形成されている。   The outer diameter of the piston main body 57 is set so as to have a slight gap between the inner diameter of the cylinder 53. And this clearance gap becomes a passage of water so that it may mention later. Further, the piston body 57 has a check valve 60 that opens and closes the water inlet 57a formed at the lower end portion by the valve body 61 while separating the internal space by providing a partition 57b on the lower end side of the hollow interior. Yes. A passage hole 57c through which water passes is formed on the side surface below the partition 57b of the piston body 57.

ラックギア58は、ピストン54においてピストン本体57の上端部から上方に向けて延設され、その歯面をポンプ作動機構10のギアホイル42と係合させることで、ギアホイル42の回転運動をピストン54の上下運動に変換するものである。そのため、ピストン54のシリンダ53内におけるピストン行程に対応するに充分な長さを有している。
ピストンヘッド59は、その外径をシリンダ53の内径と略同一とし、中心部に吸水孔59aを有する環状の部材である。
The rack gear 58 extends upward from the upper end portion of the piston main body 57 in the piston 54, and its tooth surface is engaged with the gear wheel 42 of the pump operating mechanism 10, thereby rotating the gear wheel 42 in the vertical direction of the piston 54. It is converted into motion. Therefore, the piston 54 has a length sufficient to correspond to the piston stroke in the cylinder 53.
The piston head 59 is an annular member having an outer diameter substantially the same as the inner diameter of the cylinder 53 and having a water absorption hole 59a at the center.

以上のような構成のポンプ51による水の汲み上げ作用について、図10を参照しながら説明する。
まず、シリンダ53内においてピストン54が上昇することによって、シリンダ53の下端部の逆止弁55が開状態となり、下部層5に溜まっている水が基部52の下部に形成されている吸水口52aから流入し、逆止弁55を介してシリンダ53内に流入する。このとき、ピストン54の下端部の逆止弁60は水圧によって閉状態となっており、ピストン54側から水が流下することはない。このように、ピストン54が上昇することによって、シリンダ53内のピストンヘッド59よりも下側の空間に下部層5からの水が入った状態となる(図10(a)参照)。
The action of pumping water by the pump 51 having the above configuration will be described with reference to FIG.
First, when the piston 54 rises in the cylinder 53, the check valve 55 at the lower end of the cylinder 53 is opened, and water collected in the lower layer 5 is formed at the lower portion of the base 52. And flows into the cylinder 53 through the check valve 55. At this time, the check valve 60 at the lower end of the piston 54 is closed by water pressure, and water does not flow down from the piston 54 side. Thus, when the piston 54 rises, the water from the lower layer 5 enters the space below the piston head 59 in the cylinder 53 (see FIG. 10A).

そして、シリンダ53の下側に水が溜まっている状態から、ピストン54が下降すると、このシリンダ53内の水がピストンヘッド59によって圧縮されることによってシリンダ53の逆止弁55が閉状態となるとともに、ピストン54の下端部の逆止弁60が開状態となる。つまり、シリンダ53内の水が、ピストンヘッド59の吸水孔59aから逆止弁60を介してピストン54内に流入し、ピストン本体57の通路孔57cからピストン54外へ排出され、ピストン54とシリンダ53との隙間を通って上昇し、シリンダ53の上端の開口部53bから排出される(図10(b)参照)。このシリンダ53の開口部53bは、上部層3において開口しているため、ポンプ51によって汲み上げられた水は、上部層3に溜まっていく。すなわち、このポンプ51において、シリンダ53とピストン54のピストン本体57との隙間を水の通路とし、下部層5の水を上部層3へと汲み上げているのである。   When the piston 54 descends from the state where water is accumulated below the cylinder 53, the water in the cylinder 53 is compressed by the piston head 59 so that the check valve 55 of the cylinder 53 is closed. At the same time, the check valve 60 at the lower end of the piston 54 is opened. That is, the water in the cylinder 53 flows into the piston 54 from the water absorption hole 59a of the piston head 59 via the check valve 60, and is discharged out of the piston 54 from the passage hole 57c of the piston body 57. Ascends through the gap with 53 and is discharged from the opening 53b at the upper end of the cylinder 53 (see FIG. 10B). Since the opening 53 b of the cylinder 53 opens in the upper layer 3, the water pumped up by the pump 51 accumulates in the upper layer 3. That is, in this pump 51, the gap between the cylinder 53 and the piston main body 57 of the piston 54 is used as a water passage, and water in the lower layer 5 is pumped up to the upper layer 3.

このような構造によって水を下部層5から上部層3へと汲み上げるポンプ51が、ラックギア58をポンプ作動機構10のギアホイル42に左右両側から係合した状態で配置され、相対運動する一対のポンプユニット50を構成している。このポンプユニット50では、ギアホイル42の回転にともなって、一方のポンプ51のピストン54が上昇しているときは、他方のポンプ51のピストン54が下降する。つまり、一対のピストン54は互いに逆方向に同じ長さだけ昇降して、一対のポンプ51が交互に水を汲み上げる構造となっている。   A pump 51 that pumps water from the lower layer 5 to the upper layer 3 with such a structure is disposed with the rack gear 58 engaged with the gear wheel 42 of the pump operating mechanism 10 from the left and right sides, and a pair of pump units that move relative to each other. 50. In the pump unit 50, when the piston 54 of one pump 51 is raised as the gear wheel 42 rotates, the piston 54 of the other pump 51 is lowered. That is, the pair of pistons 54 is lifted and lowered by the same length in opposite directions, and the pair of pumps 51 alternately pumps water.

このような構造において、ピストン本体57は、その内部を中空にすることによって、水からの浮力が得られるようにしている。つまり、ピストン54は、シリンダ53内の水によって、ピストン行程と近似する距離範囲内において浮力を受けることを可能としている。この浮力を効率よく利用するため、上述のような構造のポンプ51を、ポンプ駆動軸39の両端部に固設されているギアホイル42に対して左右両側からラックギア58を係合させることでピストン54が吊り下げられた状態になるように配置する。
こうすることで、一対のポンプ51における、それぞれのピストン54の重さを同じにすることにより、両方のピストン54が釣り合った状態となる。すなわち、ポンプ駆動軸39を支点とする天秤のように、両方のピストン54には常に釣り合いを保とうとする力がはたらくこととなる。
In such a structure, the piston main body 57 is made hollow so that buoyancy from water can be obtained. That is, the piston 54 can receive buoyancy by water in the cylinder 53 within a distance range that approximates the piston stroke. In order to efficiently use this buoyancy, the piston 51 is engaged by engaging the rack gear 58 from both the left and right sides with the gear wheel 42 fixed to both ends of the pump drive shaft 39. Is placed in a suspended state.
By carrying out like this, both pistons 54 will be in the state which balanced by making the weight of each piston 54 in a pair of pump 51 into the same. That is, as in a balance having the pump drive shaft 39 as a fulcrum, both pistons 54 are always subjected to a force for maintaining a balance.

このように、ポンプユニット50は、上部層3から流下する水によるポンプ駆動水車8の回転エネルギーに加え、ピストン54の自重及び水による浮力を利用して作動している。これにより、ギアホイル42の回転エネルギーを効率よく利用することができ、より効率の良いポンプ51による水の汲み上げが可能となり、上部層3から流下する水量以上の量の水を下部層5から上部層3へと汲み上げることができる。   As described above, the pump unit 50 operates by utilizing the self-weight of the piston 54 and the buoyancy due to water in addition to the rotational energy of the pump-driven turbine 8 due to the water flowing down from the upper layer 3. As a result, the rotational energy of the gear wheel 42 can be used efficiently, water can be pumped by the pump 51 more efficiently, and more water than the amount flowing down from the upper layer 3 can be pumped from the lower layer 5 to the upper layer. Can be pumped up to 3.

さらに、ピストン本体57は、その中空内部に水等の流体またはその他の重りを入れることができるように構成されている。例えば、上面を開閉可能な蓋体57dとすること等により、ピストン本体57内部に水等の重りを入れることができるようにし、ピストン54の重さを調整可能とする。この際、水による浮力を得ることでポンプ51作動に係る動力を小さくするため、ピストン54の水に対する比重は1よりも小さく設定される(本実施例では0.6程度に設定)。   Further, the piston main body 57 is configured so that a fluid such as water or other weight can be put into the hollow interior thereof. For example, a lid body 57d whose upper surface can be opened and closed allows a weight such as water to be put inside the piston main body 57, and the weight of the piston 54 can be adjusted. At this time, in order to reduce the power related to the operation of the pump 51 by obtaining buoyancy due to water, the specific gravity of the piston 54 with respect to water is set to be smaller than 1 (set to about 0.6 in this embodiment).

このような構成にすることにより、ピストン54の重さ、即ちピストン54の水に対する比重を調整することが可能となるので、ピストン54が水から得る浮力を調整することが可能となる。つまり、ピストン54にかかる浮力は、重力とのバランスや水の抵抗などを考慮し、ポンプ51におけるピストン54の上昇及び下降それぞれの過程において、ポンプ作動機構10のポンプ駆動軸39にかかるトルクが小さくなるように設定される。
これにより、ポンプ駆動水車8からのポンプ作動機構10を介してポンプユニット50に伝達されるエネルギーの伝達効率の向上を図ることができる。
With such a configuration, the weight of the piston 54, that is, the specific gravity of the piston 54 with respect to water can be adjusted, so that the buoyancy that the piston 54 obtains from water can be adjusted. That is, the buoyancy applied to the piston 54 takes into account the balance with gravity, the resistance of water, and the like, and the torque applied to the pump drive shaft 39 of the pump operating mechanism 10 is small in each process of the piston 54 ascending and descending in the pump 51. Is set to be
Thereby, the transmission efficiency of the energy transmitted to the pump unit 50 from the pump drive water turbine 8 via the pump operation mechanism 10 can be improved.

以上の構成におけるポンプ駆動水車8からポンプユニット50への一連の動力伝達を説明する。
まず、上部層3から流下する水によってポンプ駆動水車8が回転する。このポンプ駆動水車8の回転エネルギーが傘歯車などを介して伝動軸27へと伝達される。そして、伝動軸27の回転エネルギーがピニオンギア27bを介してギアユニット31のギアホイル28へと伝達される。このギアホイル28が回転するとともに上カムプレート29及び下カムプレート30も回転する。
これら上下のカムプレートが回転することによって、ポンプ作動機構10の上部構造及び下部構造それぞれのラックギア37が往復直線運動をする。このギアユニット31の上下において平面視で直交する方向に往復直線運動するそれぞれのラックギア37によって上下のポンプ駆動軸39が一定範囲内をその回転方向を交互に変えながら回転する。
そしてこのポンプ駆動軸39の両端に固設されたギアホイル42・42の回転によって、ラックギア58を介して各ポンプ51のピストン54が上下運動する。すなわち、前記ギアホイル28が一回転することによって、上下それぞれのラックギア37が一往復し、このラックギア37が一往復することによって、ポンプユニット50の一対のポンプ51が一回ずつ水を排出する構造となっている。
A series of power transmission from the pump-driven water turbine 8 to the pump unit 50 in the above configuration will be described.
First, the pump-driven turbine 8 is rotated by the water flowing down from the upper layer 3. The rotational energy of the pump-driven water turbine 8 is transmitted to the transmission shaft 27 via a bevel gear or the like. The rotational energy of the transmission shaft 27 is transmitted to the gear wheel 28 of the gear unit 31 through the pinion gear 27b. As the gear wheel 28 rotates, the upper cam plate 29 and the lower cam plate 30 also rotate.
As the upper and lower cam plates rotate, the rack gears 37 of the upper structure and the lower structure of the pump operating mechanism 10 reciprocate linearly. The upper and lower pump drive shafts 39 rotate while changing the rotation direction alternately within a certain range by the rack gears 37 that reciprocate linearly in a direction orthogonal to each other in plan view above and below the gear unit 31.
The pistons 54 of the pumps 51 are moved up and down through the rack gear 58 by the rotation of the gear wheels 42 and 42 fixed to both ends of the pump drive shaft 39. That is, each of the upper and lower rack gears 37 reciprocates once by rotating the gear wheel 28 once, and the pair of pumps 51 of the pump unit 50 discharges water one by one by reciprocating the rack gear 37 once. It has become.

また、上下のポンプ駆動軸39は、各ラックギア37と直交した状態に設けられるので、平面視で直交した状態となる。つまり、図2に示すように、各ポンプ駆動軸39の両端のギアホイル42に対して一対のポンプ51からなるポンプユニット50が設置されるので、本体容器1内において計4組のポンプユニット50(計8本のポンプ51)が互いに干渉しないように設けられる。
このように、ポンプ駆動水車8によって複数のポンプ51を作動させることにより、本体容器1内において一定量の水を循環させているのである。そしてこの循環する水の勢いによって出力水車9が回転し、出力軸15からの出力が得られるのである。なお、本循環式流体駆動力システムの本体容器1内に設けられるポンプユニット50の本数等は本実施例に限定されるものではなく、また、1つの出力水車9から複数の出力軸を設けたり、出力水車9を複数設けたりすることもできる。
Further, since the upper and lower pump drive shafts 39 are provided in a state orthogonal to the respective rack gears 37, they are in an orthogonal state in plan view. That is, as shown in FIG. 2, the pump units 50 including a pair of pumps 51 are installed for the gear wheels 42 at both ends of each pump drive shaft 39, so that a total of four sets of pump units 50 ( A total of eight pumps 51) are provided so as not to interfere with each other.
In this way, a certain amount of water is circulated in the main body container 1 by operating the plurality of pumps 51 by the pump-driven water turbine 8. The output water wheel 9 is rotated by the force of the circulating water, and the output from the output shaft 15 is obtained. The number of pump units 50 provided in the main body container 1 of the circulation type fluid driving force system is not limited to this embodiment, and a plurality of output shafts may be provided from one output turbine 9. A plurality of output water turbines 9 can be provided.

以上のような構成の本循環式流体駆動力システムの初期駆動時においては、まず、上部層3及び下部層5それぞれに適量の水を溜めた状態にする。この状態では、上部層3及び下部層5には水が満たされることなく、それぞれ所定の空間が確保されている。つまり、上部層3においては、汲み上げられる水により上部層3内の水量を増加させて高圧力を得るため、下部層5においては、出力水車9から流下する水の勢いを確保し、出力水車9の回転速度を確保するため、それぞれにおいて水が満たされることはないように調整される。これは、循環式流体駆動力システム作動中に水が循環している間も同様である。   At the time of initial driving of the circulating fluid driving force system configured as described above, first, an appropriate amount of water is stored in each of the upper layer 3 and the lower layer 5. In this state, the upper layer 3 and the lower layer 5 are not filled with water, and predetermined spaces are secured respectively. That is, in the upper layer 3, the amount of water in the upper layer 3 is increased by the pumped water to obtain a high pressure. Therefore, in the lower layer 5, the momentum of water flowing down from the output water turbine 9 is secured, and the output water turbine 9 In order to ensure the rotation speed of the water, the water is adjusted so that it is not filled with water in each. The same is true while water is circulating during operation of the circulating fluid drive system.

この初期駆動状態から、上部層3から流下する水によってポンプ駆動水車8が駆動し始める。そして、ポンプ駆動水車8の動力により、ポンプ作動機構10を介して各ポンプユニット50が作動する。このポンプユニット50の作動によって下部層5の水が汲み上げられ上部層3へは常に水が供給される。
このように複数のポンプユニット50によって汲み上げられる水の量は、上部層3から流下する水の量よりも多いため、上部層3内の圧力が上昇する。これにより、上部層3における水面の高さ以上の水頭圧を得ることができ、加圧された水を循環させることが可能となる。
From this initial driving state, the pump-driven water turbine 8 starts to be driven by the water flowing down from the upper layer 3. Then, each pump unit 50 is operated via the pump operating mechanism 10 by the power of the pump-driven water turbine 8. By the operation of the pump unit 50, water in the lower layer 5 is pumped up and water is always supplied to the upper layer 3.
Since the amount of water pumped up by the plurality of pump units 50 is larger than the amount of water flowing down from the upper layer 3, the pressure in the upper layer 3 rises. Thereby, the water head pressure more than the height of the water surface in the upper layer 3 can be obtained, and it becomes possible to circulate the pressurized water.

また、上部層3の圧力が必要以上に上昇することを防止するため、圧力保持機構として、調圧弁65を有するバイパス66が、上部層3と、中間部層4及び下部層5とを連通するように設けられている(図1参照)。これにより、上部層3内の圧力が、調圧弁65によって設定されている圧力以上となった場合、上部層3内の水がバイパス66を通って中間部層4及び下部層5へと排出される。
つまり、上部層3から下部層5へと流下する水量と、バイパス66を通って下部層5へと流入する水量との合計は、ポンプユニット50によって汲み上げられる水量と略同じとなっており、本体容器1内において長期的に加圧された水を循環させることが可能となっている。
In order to prevent the pressure of the upper layer 3 from rising more than necessary, a bypass 66 having a pressure regulating valve 65 communicates the upper layer 3 with the intermediate layer 4 and the lower layer 5 as a pressure holding mechanism. (See FIG. 1). Thereby, when the pressure in the upper layer 3 becomes equal to or higher than the pressure set by the pressure regulating valve 65, the water in the upper layer 3 is discharged to the intermediate layer 4 and the lower layer 5 through the bypass 66. The
That is, the sum of the amount of water flowing from the upper layer 3 to the lower layer 5 and the amount of water flowing into the lower layer 5 through the bypass 66 is substantially the same as the amount of water pumped by the pump unit 50. It is possible to circulate the pressurized water in the container 1 for a long time.

また、下部層5は、出力水車9から流下する水の勢いを確保するため、その内部の圧力を大気圧と略同じ(より好ましくは負圧)にすることが望ましい。そのため、下部層5には、該下部層5を外気と連通させるためのエア抜き67が設けられている(図1参照)。このエア抜き67を設けることにより、下部層5内部の圧力が常に大気圧と略同じとなり、出力水車9から流下する水の勢いを確保することができ、常に安定した出力軸15からの回転エネルギーを得ることができる。なお、このエア抜き67の本体容器1外部側から真空ポンプ等によって下部層5内を負圧にすることにより、本体容器1内における水の循環を促すことも可能である。
また、本体容器1の下端部には、メンテナンス時などに本体容器1内の水を抜いたり、水を入れ替えたりするための水抜き68が設けられている(図3参照)。
Further, in order to secure the momentum of the water flowing down from the output water turbine 9, the lower layer 5 desirably has an internal pressure that is substantially the same as the atmospheric pressure (more preferably a negative pressure). Therefore, the lower layer 5 is provided with an air vent 67 for communicating the lower layer 5 with the outside air (see FIG. 1). By providing the air vent 67, the pressure inside the lower layer 5 is always substantially the same as the atmospheric pressure, the momentum of the water flowing down from the output water turbine 9 can be secured, and the rotational energy from the output shaft 15 is always stable. Can be obtained. In addition, it is also possible to promote the circulation of the water in the main body container 1 by making the inside of the lower layer 5 into a negative pressure by a vacuum pump or the like from the outside of the main body container 1 of the air vent 67.
Moreover, the drain 68 for draining the water in the main body container 1 or replacing the water at the time of maintenance or the like is provided at the lower end of the main body container 1 (see FIG. 3).

以上の説明の本発明の循環式流体駆動力システムを用いることにより、次のような効果を得ることができる。
まず、一定の本体容器1内に一定量の水を循環させることによって動力を得ることができるので、水というクリーンエネルギーのみを用いて長期間運転可能であり、環境を損なうこともない。また、本体容器1内を循環する水のうち、流下する水は加圧された状態にあるので、大容量のダム等に匹敵する水力エネルギーを得ることも可能である。すなわち、発電などを行う際にダム等を建設する必要もなく、地域的、設置場所的な制限を受けることもない。言い換えると、本循環式流体駆動力システムは、その大きさ・規模・構造を設置場所に最適なものとすることができる。
また、本システムの各部の作動は、本体容器1内において行われるため、騒音などが発生することを防止することができる。
さらに、初期駆動時も含め、本循環式流体駆動力システムを運転するための外部からの入力が不要であり、モータ等の駆動源を用いる必要もないため、故障が少なく、簡易なメンテナンスのみで長期間の運転が可能となる。
By using the circulating fluid driving force system of the present invention described above, the following effects can be obtained.
First, since power can be obtained by circulating a certain amount of water in a certain body container 1, it can be operated for a long time using only clean energy such as water, and the environment is not impaired. Moreover, since the water flowing down among the water circulating in the main body container 1 is in a pressurized state, it is possible to obtain hydraulic energy comparable to a large-capacity dam or the like. That is, there is no need to construct a dam or the like when generating electricity, and there are no regional or installation restrictions. In other words, this circulating fluid driving force system can be optimized in size, scale, and structure for the installation location.
Moreover, since the operation | movement of each part of this system is performed in the main body container 1, it can prevent generating a noise.
Furthermore, since there is no need for external input to operate this circulating fluid driving force system, including during initial driving, and there is no need to use a driving source such as a motor, there are few failures and simple maintenance. Long-term operation is possible.

本発明の活用例として、広く一般的に発電のために利用することが可能である。本システムを発電に用いた場合、外部入力が不要で独立した運転を可能としているため、本システムを複数用いることによって一斉に停電することを防止することが可能となる。この発電に関しては、電気自動車の駆動エネルギーとして利用することも可能である。この場合、走行しながら発電し続け充電不要の電気自動車となる。
また、循環させる流体を圧縮・加圧空気とすることで、空気エンジンシステムとして利用することも考えられる。この場合、航空機や船舶などの動力源として活用でき、航空機のタービンやプロペラ機のプロペラを動かすための動力源としての高圧空気エンジンシステムとなる。
As an application example of the present invention, it can be widely and generally used for power generation. When this system is used for power generation, an external input is not required and independent operation is possible. Therefore, it is possible to prevent power outages all at once by using a plurality of this system. This power generation can also be used as driving energy for electric vehicles. In this case, the electric vehicle continues to generate electricity while traveling and does not require charging.
It is also conceivable that the fluid to be circulated is compressed / pressurized air to be used as an air engine system. In this case, the high-pressure air engine system can be used as a power source for an aircraft, a ship, and the like, and serves as a power source for moving an aircraft turbine and a propeller of a propeller aircraft.

さらに、本循環式流体駆動力システムの循環形式を、ナノテク技術等の精密システムに応用することが可能である。この場合、例えば医療分野における人工心肺や人工透析システム等に用いることが可能である。
また、この循環形式を空気自体の循環に用いることにより、空調システムとしての活用の可能性も考えられる。この場合、ビニールハウス等の小空間施設からドーム型施設等の大空間施設まで利用することができる。
Furthermore, it is possible to apply the circulation type of this circulation type fluid driving force system to precision systems such as nanotechnology. In this case, it can be used for, for example, an artificial heart-lung machine or an artificial dialysis system in the medical field.
Moreover, the possibility of utilization as an air conditioning system is conceivable by using this circulation form for circulation of air itself. In this case, it can be used from a small space facility such as a vinyl house to a large space facility such as a dome type facility.

本発明に係る循環式流体駆動力システムの全体概略構成を示す説明図。Explanatory drawing which shows the whole schematic structure of the circulation type fluid drive force system which concerns on this invention. 同じく斜視図。Similarly perspective view. 循環式流体駆動力システムの外観図。(a)は正面図。(b)は側面図。The external view of a circulation type fluid drive force system. (A) is a front view. (B) is a side view. 出力水車を示す側面一部断面図。Side surface partial sectional drawing which shows an output water turbine. 図4におけるA−A断面図。AA sectional drawing in FIG. 図4におけるB−B断面図。BB sectional drawing in FIG. ポンプ作動機構の平面図。The top view of a pump action mechanism. 図7におけるC−C断面図。CC sectional drawing in FIG. 図7におけるD−D断面図。DD sectional drawing in FIG. ポンプを示す側面断面図。(a)はシリンダ上昇時を示す図。(b)はシリンダ下降時を示す図。Side surface sectional drawing which shows a pump. (A) is a figure which shows the time of cylinder rise. (B) is a diagram showing when the cylinder is lowered.

符号の説明Explanation of symbols

1 本体容器
3 上部層
4 中間部層
5 下部層
6 上仕切部
7 下仕切部
8 ポンプ駆動水車
9 出力水車
10 ポンプ作動機構
15 出力軸
50 ポンプユニット
51 ポンプ
53 シリンダ
54 ピストン
65 調圧弁
66 バイパス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main body container 3 Upper layer 4 Middle part layer 5 Lower layer 6 Upper partition part 7 Lower partition part 8 Pump drive turbine 9 Output water turbine 10 Pump action mechanism 15 Output shaft 50 Pump unit 51 Pump 53 Cylinder 54 Piston 65 Pressure regulation valve 66 Bypass

Claims (3)

仕切部によって隔てられる上部層と中間部層と下部層とを有する本体容器内部にて、一定量の流体を循環させることで動力を得る循環式流体駆動力システムであって、
前記上部層から前記下部層に渡って設けられ、下部層の流体を上部層へと汲み上げるポンプと、
前記上部層と前記中間部層との仕切部に設けられ、前記上部層から前記下部層へと流下する流体によって駆動し、前記ポンプを駆動するポンプ駆動水車と、
前記上部層に備えられ、前記ポンプ駆動水車からの駆動力を伝達して前記ポンプを作動させるポンプ作動機構と、
前記中間部層と前記下部層との仕切部に設けられ、前記上部層から前記下部層へと流下する流体によって駆動し、外部出力するための出力軸を駆動する出力水車と、
前記上部層の圧力を一定に保持する圧力保持機構と、
を備えることを特徴とする循環式流体駆動力システム。
A circulating fluid driving force system that obtains power by circulating a certain amount of fluid inside a main body container having an upper layer, an intermediate layer, and a lower layer separated by a partition,
A pump provided from the upper layer to the lower layer, for pumping the fluid of the lower layer to the upper layer;
A pump-driven water turbine that is provided in a partition between the upper layer and the intermediate layer, is driven by a fluid flowing down from the upper layer to the lower layer, and drives the pump;
A pump operating mechanism provided in the upper layer, for transmitting a driving force from the pump-driven water turbine to operate the pump;
An output water turbine provided in a partition between the intermediate layer and the lower layer, driven by a fluid flowing down from the upper layer to the lower layer, and driving an output shaft for external output;
A pressure holding mechanism for holding the pressure of the upper layer constant;
A circulating fluid driving force system comprising:
前記ポンプは、下端部に逆止弁を有するシリンダと、該シリンダ内を往復運動し、下端部に逆止弁を有する中空の筒状部材であるピストンと、を備え、前記シリンダと前記ピストンとの隙間を流体通路とするプランジャ式のポンプとし、該ポンプは、前記ポンプ作動機構のポンプ駆動軸の両端部に固設される歯車に両側から係合した状態で相対運動する一対のポンプからポンプユニットを構成することを特徴とする請求項1に記載の循環式流体駆動力システム。   The pump includes a cylinder having a check valve at a lower end portion, and a piston that is a hollow cylindrical member that reciprocates in the cylinder and has a check valve at a lower end portion, the cylinder and the piston, The pump is a plunger-type pump having a fluid passage as a fluid passage, and the pump is a pump from a pair of pumps that move relative to each other while engaged with gears fixed to both ends of the pump drive shaft of the pump operating mechanism from both sides. The circulating fluid driving force system according to claim 1, comprising a unit. 前記ピストンを、内部に流体を入れることで重さ調整可能な構成としたことを特徴とする請求項2に記載の循環式流体駆動力システム。   The circulating fluid driving force system according to claim 2, wherein the piston is configured such that the weight can be adjusted by inserting a fluid therein.
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