JP2007255279A - 液体汲み上げ装置およびそれを用いた発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】少ない電力量で多量の液体を簡単に汲み上げることができる、液体汲み上げ装置およびそれを用いた発電装置を提供する。
【解決手段】上端部を開口し、下端部の開口を液体溜まりに挿入した回転筒体３の内周面に、当該回転筒体３の中心部に上下方向に延びた空洞１０を設けた状態で、回転筒体３の下端から上端に向けて螺旋状に延びたフィン１１を形成し、回転筒体３を軸心周りに高速回転させて、下端部の開口３Ｅから液体溜まりの液体を汲み上げて、上端部の開口３Ｄから汲み出し可能に構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体を効率よく汲み上げ可能にした液体汲み上げ装置およびそれを用いた発電装置に関する。

一般に、上位から落下する液体で羽根車を回転し、これに連結した発電機を回転して発電する発電システムが知られている。このシステムを例えば自家発電に利用した場合、まず、液体を上位に汲み上げる装置が必要になる。
従来、この種の液体汲み上げ装置として、例えば汲み上げポンプが一般的に知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−５３１２４号公報

しかし、例えば発電に汲み上げ装置を利用する場合、少ない電力量で多量の液体を汲み上げる必要があり、従来の構成の汲み上げポンプ等では、発電に要する効率が悪く、経済的でないという問題があった。
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、少ない電力量で多量の液体を簡単に汲み上げることができる、液体汲み上げ装置およびそれを用いた発電装置を提供することにある。

本発明は、上端部を開口し、下端部の開口を液体溜まりに挿入した回転筒体の内周面に、この回転筒体の下端から上端に向けて螺旋状に延びたフィンを形成し、前記回転筒体を軸心周りに高速回転させて、下端部の開口から液体溜まりの液体を汲み上げて、上端部の開口から汲み出し可能に構成したことを特徴とする。

本発明では、回転筒体を軸心周りに高速回転させると、液体が下端部の開口から吸い込まれ、この液体に遠心力が作用し、フィンの上に集められる。この液体は擬似的な塊となって、回転筒体の内周面に押し付けられる。そして、回転筒体と一体に回転する、螺旋状に延びたフィンの作用によって、高速で上位に押し上げられ、上端部の開口に向けて移動し、ここから吐出する。

この原理では、回転筒体を回転させるモータ等が必要になるが、汲み上げられる液体の単位重量当たりの動力は、一般的な汲み上げポンプ等に比し、大幅に低減し、少ない電力量で多量の液体を汲み上げることができる。

この場合において、前記回転筒体の外周部に、上端部を開口し、下端部の開口を液体溜まりに挿入した複数の汲み上げ管を螺旋状に巻いてもよい。
この構成では、回転筒体を軸心周りに高速回転させると、複数の汲み上げ管の下端部から液体を吸い込み、螺旋状に上位に押し上げ、この液体を上端部の開口から吐出する。従って、汲み上げられる液体の単位重量当たりの動力は、一般的な汲み上げポンプ等に比し、さらに低減される。

また、請求項１または２記載の液体汲み上げ装置と、上端部の開口から汲み出した液体を貯留するタンクと、このタンクから落下する液体により回転する羽根車と、この羽根車に連結されて発電する発電機と、を備えてもよい。
本構成の液体汲み上げ装置では、少ない電力量で多量の液体を上位に汲み上げることができるため、この汲み上げた液体をタンクに止め、そこから落下させ、羽根車を回転し、発電機で発電すれば、発電効率がよく経済的である。

本発明では、回転筒体を回転させるモータ等が必要になるが、汲み上げられる液体の単位重量当たりの動力は、一般的な汲み上げポンプ等に比し、大幅に低減し、少ない電力量で多量の液体を汲み上げることができる。
また、本構成の液体汲み上げ装置を用いることで、少ない電力量で多量の液体を上位に汲み上げることができるため、この汲み上げた液体をタンクに止め、そこから落下させ、羽根車を回転し、発電機で発電する構成とすることにより、発電の効率を高めることができ、経済的である。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
図１において、１は液体溜まりに供される水槽であり、この水槽１には、所定水位Ｌ１まで水が溜められ、この水中に下端を挿入した状態で、金属製の円管状の回転筒体３が略鉛直軸Ｌ２の回りを回転自在に支持されている。

上記回転筒体３は、円管部３Ａと、円管部３Ａの上部の開口を塞ぐ上蓋３Ｂと、円管部３Ａの下部の開口を塞ぐ下蓋３Ｃとを備え、各蓋３Ｂ，３Ｃには回転軸５Ａ，５Ｂが固定されている。上部の回転軸５Ａは軸受け７を介して支持板８に回転自在に支持され、下部の回転軸５Ｂは軸受け９を介して水槽１の底板１Ａに回転自在に支持されている。回転筒体３の上端部には、周方向に略等間隔に複数の吐き出し口（開口）３Ｄが形成され、回転筒体３の下端部には、同じく周方向に略等間隔に複数の吸い込み口（開口）３Ｅが形成され、各開口３Ｄ、３Ｅの総面積は等しく形成されている。

回転筒体３の内周面には、回転筒体３の中心部に上下方向に延びた空洞１０を設けた状態で、回転筒体３の下端から上端に向けて螺旋状に延びたフィン１１が形成されている。このフィン１１は、筒体３の内径を１８０ｍｍとした場合、６０ｍｍ程度の所定幅Ｔの板材を、１７０ｍｍ程度のピッチで略螺旋状に曲げて形成され、筒体３の内周面にきつく嵌めて、例えば数か所の溶接等で連結されている。

回転筒体３の上端部近傍には、複数の吐き出し口３Ｄから吐き出される水を受ける水受け皿１５が設けられ、この水受け皿１５の下方には、水受け皿１５の排水口１５Ａから落下する水を貯留するタンク１７が設けられている。上述した排水口１５Ａは１個に限定されず、複数個設けてもよい。このタンク１７の底板１７Ａは、排水口１７Ｂに向けて傾斜し、この排水口１７Ｂの直下には、回転軸１８の回りを回転可能な羽根車１９が配置されている。上述のタンク１７には、例えば水中に浮き輪１１０を浮かべ、その上に鉄板１１１等を配置してもよい。これによれば、水が、鉄板１１１等により押圧されて、排水口１７Ｂから勢いよく落下する。この羽根車１９は外周部に略等間隔に複数のバケット１９Ａを備え、このバケット１９Ａに排水口１７Ｂから落下する水を受けて回転し、回転軸１８に駆動力を出力している。排水口１７Ｂには、バケット１９Ａにおける回転軌跡の一部の僅か外側を覆うカバー２０が連続し、このカバー２０の内側を水が落下し、可能な限り、水をバケット１９Ａに向けている。

上記回転軸１８には、発電機１００が連結され、回転軸１８の駆動力を受けて回転し所定の電力を発生する。この発電機１００で発生した電力は、例えば商用電源に系統連携システムを介して系統連携させてもよい。

回転筒体３の上部の回転軸５Ａにはプーリ２１が連結され、このプーリ２１にはタイミングベルト２３が掛けられ、このタイミングベルト２３は、モータ２５の出力軸２５Ａに連結されたプーリ２７に掛けられている。上記モータ２５は、上記支持板８の上辺部８Ａに支持されている。そして、上記モータ２５の回転数が、例えば１４５０ｒｐｍとした場合、プーリ２１，２７の径比により減速し、回転筒体３の回転数が、例えば４００ｒｐｍ〜６００ｒｐｍに設定されている。

このモータ２５には、図示を省略した電源線を介して、商用電源電力が供給されると共に、発電機１００からも電力供給される。

つぎに、本実施の形態の動作を説明する。
回転筒体３を鉛直軸心周りに高速回転させると、まず、実線の矢印で示すように、水が下端部の吸い込み口３Ｅから筒体３内に吸い込まれる。この水には遠心力が作用して、螺旋状のフィン１１の上に集められ、擬似的な塊となって、回転筒体３の内周面に押し付けられると共に、回転筒体３と一体に回転する、螺旋状に延びたフィン１１の作用により、高速で上位に押し上げられる。そして、上端部の吐き出し口３Ｄに向けて高速移動し、吐き出し口３Ｄから吐き出される。

吐き出し口３Ｄから吐き出された水は、水受け皿１５に溜められ、この水受け皿１５の排水口１５Ａからタンク１７内に落下する。そして、タンク１７の排水口１７Ｂから羽根車１９の複数のバケット１９Ａに向けて落下し、このバケット１９Ａを図中で反時計方向に押し退けて羽根車１９を回転し、回転軸１８に駆動力を出力し、バケット１９Ａを経た水は水槽１に落下し環流する。

この回転軸１８には、発電機１００が連結されており、回転軸１８の駆動力を受けて回転して所定の電力を発生し、この発電機１００で発生した電力を、商用電源系統に系統連携システムを介して出力する。また、発電機１００で発生した電力の一部が、上記モータ２５に給電される。

本実施の形態では、回転筒体３を軸心周りに高速回転し、遠心力でフィン１１の上面に水を集めて回転筒体３の内周面に水を押し付けると共に、この水をフィン１１の作用により上位に汲み上げる構成であるため、回転筒体３の回転数を適宜設定するだけで、きわめて効率よく水を汲み上げることができる。
本構成の液体汲み上げ装置では、少ない電力量で多量の液体を上位に汲み上げることができるため、この汲み上げた水をタンク１７に止め、そこから落下させ、羽根車１９を回転し、発電機で発電すれば、効率がよく経済的な発電システムを構築できる。また、上記発電機で発生した電力の一部を、上記モータ２５に給電すれば、回転筒体３の動力を、商用に殆ど頼らず得ることができる。

上記実施の形態では、水を汲み上げる装置としたが、水以外の液体にも適用が可能である。回転筒体３の回転数は、水を例にして、４００ｒｐｍ〜６００ｒｐｍとしたが、液体の種類によっては、それ以下、または、それ以上でもよく、特に液体がゲル状であれば、さほどの高速回転でなくてもよい。
上記実施の形態では、モータ２５に商用電源からの電力を常時供給する必要はない。初期のモータ駆動時に商用の電力供給が必要なものの、一担、回転筒体３が回転を開始すれば、発電機１００が発電し、そこから電力供給を受けて、モータ２５を駆動すればよいからである。ただし、摩擦等のロスで回転筒体３が停止する自体に至る前に、定期的に例えば商用電源からの電力供給が必要になることは云うまでもない。上述したプーリ２１に、図示を省略したフライホイールを取り付ければ、回転筒体３の回転力を滑らかに制御でき、駆動力をさらに削減できる。

別の実施の形態として、図１に示すように（一部のみ図示）、回転筒体３の外周部に、例えば３本（複数）の汲み上げ管３１，３２，３３を螺旋状に巻いて構成してもよい。各汲み上げ管３１，３２，３３の上端部３１Ａ，３２Ａ，３３Ａは開口し、下端部３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂの開口は水槽１内に挿入されている。
本構成では、回転筒体３が回転した場合、上記実施の形態と同様に、水が筒体内部を汲み上げられると共に、各汲み上げ管３１，３２，３３を通じても汲み上げられるため、さらに多量の水の汲み上げが可能になる。

上記実施の形態では、回転筒体３の内周面に、回転筒体３の中心部に上下方向に延びた空洞１０を設けた状態で、回転筒体３の下端から上端に向けて螺旋状に延びたフィン１１を形成したが、これに限定されるものではない。例えば、図２に示すように、回転筒体２０３が、円管部２０３Ａと、円管部２０３Ａの上部の開口を塞ぐ上蓋２０３Ｂと、円管部２０３Ａの下部の開口を塞ぐ下蓋２０３Ｃとを備え、各蓋２０３Ｂ，２０３Ｃに回転軸２０５を貫通し、この回転軸２０５の外周に、螺旋状のフィン２１１を溶接してもよい。この構成では、フィン２１１を持つ回転筒体２０３を容易に製造できる。この構成でも、回転筒体２０３を鉛直軸心周りに高速回転させると、まず、水が下端部の吸い込み口２０３Ｅから筒体２０３内に吸い込まれる。この水には遠心力が作用して、螺旋状のフィン２１１の上に集められ、擬似的な塊となって、回転筒体２０３の内周面に押し付けられると共に、回転筒体２０３と一体に回転する、螺旋状に延びたフィン２１１の作用により、高速で上位に押し上げられる。そして、上端部の吐き出し口２０３Ｄに向けて高速移動し、吐き出し口２０３Ｄから吐き出される。

上記各実施の形態では、回転筒体２０３を略鉛直軸心周りに高速回転することで、遠心力により水を筒体２０３の内周面に押圧することが重要で、筒体を鉛直に起立したことで、装置の小型化が図られる。

本発明の一実施の形態にかかる液体汲み上げ装置を示す図である。 別の実施の形態にかかる回転筒体を示す図である。

符号の説明

１ 水槽
３ 回転筒体
３Ｄ 吐き出し口（開口）
３Ｅ 吸い込み口（開口）
７、９ 軸受け
８ 支持板
１０ 空洞
１１ フィン
１５ 水受け皿
１７ タンク
１９ 羽根車
２０ カバー
３１，３２，３３ 汲み上げ管
１００ 発電機

Claims (3)

1. 上端部を開口し、下端部の開口を液体溜まりに挿入した回転筒体の内周面に、この回転筒体の下端から上端に向けて螺旋状に延びたフィンを形成し、前記回転筒体を軸心周りに高速回転させて、下端部の開口から液体溜まりの液体を汲み上げて、上端部の開口から汲み出し可能に構成したことを特徴とする液体汲み上げ装置。
2. 前記回転筒体の外周部に、上端部を開口し、下端部の開口を液体溜まりに挿入した複数の汲み上げ管を螺旋状に巻いたことを特徴とする請求項１記載の液体汲み上げ装置。
3. 請求項１または２記載の液体汲み上げ装置と、
   上端部の開口から汲み出した液体を貯留するタンクと、
   このタンクから落下する液体により回転する羽根車と、
   この羽根車に連結されて発電する発電機と、
   を備えたことを特徴とする発電装置。
   
   

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