JP2014163419A - Energy recovery device and energy recovery method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an energy recovery device and an energy recovery method capable of efficiently recovering energy of actuation fluid.SOLUTION: An energy recovery device includes a piston lateral chamber 2s in which the volume allowing actuation oil to be enclosed therein is variable and an inertia fluid chamber 2i. The inertia fluid chamber 2i includes a hydraulic cylinder 2 communicated with a high-pressure source HP and a low-pressure source LP, a high-pressure side switch 3H which performs communication and interception between the inertia fluid chamber 2i and the high-pressure source HP, a low-pressure side switch 3L which performs communication and interception between the inertia fluid chamber 2i and the low-pressure source LP, and a control part 5 which controls actuation of the low-pressure side switch 3L and the high-pressure side switch 3H. The control part 5 controls the low-pressure side switch 3L and the high-pressure side switch 3H so as to communicate the inertia fluid chamber 2i alternately to the high-pressure side switch 3H and the low-pressure side switch 3L when the volume of the piston lateral chamber 2s decreases.

Description

本発明は、エネルギー回収装置およびエネルギー回収方法に関する。さらに詳しくは、流体の有するエネルギーを回生するエネルギー回収装置およびエネルギー回収方法に関する。   The present invention relates to an energy recovery apparatus and an energy recovery method. More specifically, the present invention relates to an energy recovery device and an energy recovery method for regenerating energy that a fluid has.

建設機械などでは、ブームやショベルなどを作動旋回させたり機械本体を旋回させたりする場合、非常に大きな力が必要になることから、その動力として油圧が使用されている。かかる建設機械などで採用されている一般的な油圧システムでは、エンジンなどによって油圧ポンプを作動させて油圧を発生させて、高圧の作動油をシリンダや油圧モータなどのアクチュエータに供給して、ブームやショベル、機械本体など(以下、駆動対象という)を駆動するための駆動力を発生させている。   In a construction machine or the like, when a boom or an excavator is swiveled or a machine body is swung, a very large force is required, and therefore hydraulic pressure is used as the power. In a general hydraulic system adopted in such construction machines, a hydraulic pump is operated by an engine or the like to generate hydraulic pressure, and high pressure hydraulic oil is supplied to an actuator such as a cylinder or a hydraulic motor, so that a boom or A driving force for driving an excavator, a machine main body, and the like (hereinafter referred to as a driving target) is generated.

一方、駆動対象の作動を停止させる際に、アクチュエータをブレーキとして作動させる場合には、このアクチュエータが駆動対象の運動エネルギーを吸収する。この吸収したエネルギーは作動油のエネルギーに変換される。例えば、アクチュエータが油圧シリンダの場合には、駆動対象の運動エネルギーは油圧シリンダから排出される高圧の作動油のエネルギーに変換される。   On the other hand, when the actuator is operated as a brake when the operation of the drive target is stopped, the actuator absorbs the kinetic energy of the drive target. This absorbed energy is converted into hydraulic oil energy. For example, when the actuator is a hydraulic cylinder, the kinetic energy to be driven is converted to the energy of high-pressure hydraulic oil discharged from the hydraulic cylinder.

この高圧の作動油を低圧のタンクに排出する場合,油圧シリンダと低圧タンクの間に存在する絞り部の圧力損失により油圧シリンダと低圧タンクとの間に圧力差を発生させているとする。すると、高圧の作動油のエネルギーが絞り部の圧力損失で消費されてしまい捨てられることになるので、かかる高圧の作動油のエネルギーを回収する回生システムが開発されている。   When discharging the high-pressure hydraulic oil to the low-pressure tank, it is assumed that a pressure difference is generated between the hydraulic cylinder and the low-pressure tank due to the pressure loss of the throttle portion existing between the hydraulic cylinder and the low-pressure tank. Then, since the energy of the high-pressure hydraulic oil is consumed and discarded due to the pressure loss of the throttle portion, a regenerative system for recovering the energy of the high-pressure hydraulic oil has been developed.

例えば、特許文献1〜3の技術では、油圧モータで発生した高圧の作動油をアキュムレータに供給してアキュムレータ内の圧力を高くして(蓄圧して)、作動油のエネルギーを回収する構成を採用している。   For example, the techniques of Patent Documents 1 to 3 adopt a configuration in which high-pressure hydraulic oil generated by a hydraulic motor is supplied to an accumulator to increase (accumulate pressure) in the accumulator and recover the energy of the hydraulic oil. doing.

また、特許文献4、5には、HST(Hydro Static Transmission)における液圧ラインに作動油を保圧状態で蓄える蓄圧器を接続しておき、液圧ラインと蓄圧器とを連通する液圧ラインに切換弁を設けた構成が開示されている。かかる構成であるので、切換弁を切り替えることによって、液圧ラインの高圧の油圧力を蓄圧器に保圧したり、蓄圧器に保圧された油圧力によって油圧モータを作動させたりすることができる。   In Patent Documents 4 and 5, a hydraulic pressure line that connects the hydraulic pressure line and the pressure accumulator is connected to a hydraulic pressure line in HST (Hydro Static Transmission) in which a hydraulic pressure accumulator is stored in a pressure-holding state. Discloses a configuration in which a switching valve is provided. With such a configuration, by switching the switching valve, it is possible to hold the high oil pressure of the hydraulic pressure line in the accumulator, or to operate the hydraulic motor by the oil pressure held in the accumulator.

特開平11−350539号公報JP-A-11-350539 特開2008−223817号公報JP 2008-223817 A 特開2009−257389号公報JP 2009-257389 A 特開平9−4709号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-4709 特開平11−6557号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-6557

しかるに、特許文献1〜3の技術は、アキュムレータや蓄圧器内の圧力が油圧モータが発生する作動油や液圧ラインの作動流体の圧力よりも低い場合に、作動油等の有するエネルギーを回収するものであるが、作動油等よりも高圧の油圧源などに対してエネルギーを回収することはできない。   However, the techniques of Patent Documents 1 to 3 recover the energy of the hydraulic oil or the like when the pressure in the accumulator or accumulator is lower than the hydraulic fluid generated by the hydraulic motor or the hydraulic fluid in the hydraulic line. However, energy cannot be recovered for a hydraulic pressure source having a pressure higher than that of hydraulic oil or the like.

一方、HSTの場合、液圧ラインを流れる作動油の流量を減少させれば、機械系の減速機のように、小さい圧力で大きい圧力に抗して高圧側にエネルギーを回収することも可能である。つまり、蓄圧器が液圧ラインよりも高圧であっても、作動油のエネルギーを蓄圧器に回収することも可能である。具体的には、シリンダから排出する作動油の流量を油圧モータと可変の油圧ポンプによって減少させて作動油を高圧に上昇させた後であれば,油圧シリンダの圧力よりも高い油圧源に作動油の有するエネルギーを回収することができる。   On the other hand, in the case of HST, if the flow rate of hydraulic fluid flowing through the hydraulic pressure line is decreased, energy can be recovered to the high pressure side against a large pressure with a small pressure, like a mechanical reduction gear. is there. That is, even if the pressure accumulator is higher than the hydraulic pressure line, the energy of the hydraulic oil can be recovered by the pressure accumulator. Specifically, after the hydraulic oil and the variable hydraulic pump are used to reduce the flow rate of the hydraulic oil discharged from the cylinder and raise the hydraulic oil to a high pressure, the hydraulic oil is supplied to a hydraulic source that is higher than the hydraulic cylinder pressure. The energy possessed by can be recovered.

しかし、HSTでは、油圧回路に油圧モータと油圧ポンプが設けられており、作動油を高圧源よりも高圧にするために油圧モータとポンプを作動させなければならないので、エネルギーの回収効率は低下する。   However, in the HST, a hydraulic motor and a hydraulic pump are provided in the hydraulic circuit, and the hydraulic motor and the pump must be operated in order to make the hydraulic oil higher than the high pressure source, so that the energy recovery efficiency is reduced. .

もし、油圧モータとポンプを作動させて作動油の圧力を上昇させることなく、作動油のエネルギーを高圧の油圧源などに回収することができれば、作動油等の有するエネルギー回収の自由度を向上させることができると考える。   If the hydraulic oil energy can be recovered to a high-pressure hydraulic power source without increasing the hydraulic oil pressure by operating the hydraulic motor and pump, the degree of freedom in recovering the energy of the hydraulic oil is improved. I think you can.

本発明は上記事情に鑑み、作動流体の有するエネルギーを有効に回収することができるエネルギー回収装置およびエネルギー回収方法を提供することを目的とする。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide an energy recovery device and an energy recovery method capable of effectively recovering energy of a working fluid.

(測定方法)
第1発明のエネルギー回収装置は、エネルギーを回収する装置であって、作動流体が封入された容積が可変である流体室と該流体室に連通された慣性流体室とを備え、該慣性流体室が高圧源および低圧源に連通されているエネルギー回収部と、該エネルギー回収部の慣性流体室と高圧源との間に設けられた、両者間を連通遮断する高圧側開閉器と、前記エネルギー回収部の慣性流体室と低圧源との間に設けられた、両者間を連通遮断する低圧側開閉器と、該低圧側開閉器および前記高圧側開閉器の作動を制御する制御部と、を備えており、前記制御部は、前記エネルギー回収部の流体室の容積が小さくなる際に、前記慣性流体室を前記高圧源と前記低圧源に交互に連通させるように、前記低圧側開閉器および前記高圧側開閉器を制御するものであることを特徴とする。
第2発明のエネルギー回収装置は、第1発明において、前記制御部は、前記低圧側開閉器によって前記エネルギー回収部の慣性流体室と前記低圧源とが連通された後、前記作動流体が前記低圧源に向かって流動しているタイミングにおいて、前記低圧側開閉器によって前記慣性流体室と前記低圧源との間を遮断し、前記高圧側開閉器によって前記慣性流体室と前記高圧源との間を連通するように、前記低圧側開閉器および前記高圧側開閉器を制御するものであることを特徴とする。
第3発明のエネルギー回収装置は、第1または第2発明において、前記慣性流体室には、該慣性流体室内を前記高圧源または前記低圧源に向かって前記作動流体が流動すると、その流動によって回転する慣性回転体が設けられていることを特徴とする。
(エネルギー回収方法)
第4発明のエネルギー回収方法は、作動流体が封入された容積が可変である流体室と該流体室に連通された慣性流体室とを備えたエネルギー回収部によってエネルギーを回収する方法であって、前記エネルギー回収部の流体室の容積が小さくなる際に、前記慣性流体室を高圧源および低圧源に交互に連通し、前記作動流体が前記慣性流体室から前記低圧源に流出している状態において、前記慣性流体室と前記低圧源との間を遮断し、前記慣性流体室と前記高圧源とを連通することを特徴とする。
第5発明のエネルギー回収方法は、第4発明において、前記慣性流体室には、該慣性流体室内を前記高圧源または前記低圧源に向かって前記作動流体が流動すると、その流動によって回転する慣性回転体が設けられていることを特徴とする。
(Measuring method)
An energy recovery apparatus according to a first aspect of the present invention is an apparatus that recovers energy, and includes a fluid chamber in which a working fluid is enclosed and a variable volume, and an inertial fluid chamber communicated with the fluid chamber, the inertial fluid chamber An energy recovery unit that communicates with the high-pressure source and the low-pressure source, a high-pressure side switch that is provided between the inertial fluid chamber of the energy recovery unit and the high-pressure source, and that cuts off communication between the two, and the energy recovery unit A low-pressure side switch provided between the inertial fluid chamber of the unit and the low-pressure source, and a control unit for controlling the operation of the low-pressure side switch and the high-pressure side switch. The control unit is configured to cause the inertial fluid chamber to alternately communicate with the high-pressure source and the low-pressure source when the volume of the fluid chamber of the energy recovery unit becomes small. Controlling high-pressure side switch Characterized in that there.
The energy recovery device according to a second aspect of the present invention is the energy recovery apparatus according to the first aspect, wherein after the inertia fluid chamber of the energy recovery unit and the low-pressure source are communicated with each other by the low-pressure side switch, the control fluid is At the timing of flowing toward the source, the low-pressure side switch interrupts the inertial fluid chamber and the low-pressure source, and the high-pressure side switch connects the inertial fluid chamber and the high-pressure source. The low-pressure side switch and the high-pressure side switch are controlled so as to communicate with each other.
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the invention, when the working fluid flows in the inertial fluid chamber toward the high-pressure source or the low-pressure source in the inertial fluid chamber, the energy recovery device rotates by the flow. An inertial rotator is provided.
(Energy recovery method)
An energy recovery method according to a fourth aspect of the present invention is a method for recovering energy by an energy recovery unit including a fluid chamber in which a working fluid is enclosed and a variable volume and an inertial fluid chamber communicated with the fluid chamber. When the volume of the fluid chamber of the energy recovery unit is reduced, the inertial fluid chamber is alternately communicated with a high pressure source and a low pressure source, and the working fluid flows out of the inertia fluid chamber to the low pressure source. The inertial fluid chamber and the low-pressure source are shut off, and the inertial fluid chamber and the high-pressure source are communicated with each other.
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an energy recovery method according to the fourth aspect, wherein the inertial fluid chamber rotates in response to the flow of the working fluid when the working fluid flows in the inertial fluid chamber toward the high pressure source or the low pressure source. A body is provided.

(エネルギー回収装置)
第1発明によれば、エネルギー回収部の流体室の容積が小さくなる際に、低圧源と慣性流体室とが連通されると、流体室から慣性流体室内に作動流体が流入し、慣性流体室から低圧源に向かって作動流体が流れる。この状態で慣性流体室と低圧源との間を遮断し、慣性流体室と高圧源との間を連通すれば、作動流体は慣性エネルギーを有しているので、慣性流体室内よりも高圧源の圧力が高くても、慣性エネルギーがなくなるまでは慣性力により作動流体は慣性流体室から高圧源に流れる。したがって、エネルギー回収部の流体室の容積を小さくなるように外力が入力されれば、流体室内と高圧源の圧力の大小に係わらず、外力のエネルギーを高圧源に回収することができる。
第2発明によれば、適切なタイミングで開閉器を切り替えるので、エネルギー回収部の流体室の容積を小さくするように入力される外力のエネルギーを高圧源に適切に回収することができる。
第3発明によれば、低圧源に流出している作動流体のエネルギーを慣性回転体の回転エネルギーとして蓄積することができる。すると、慣性回転体の回転慣性エネルギーを高圧源に作動流体を流入させる慣性エネルギーとすることができるので、エネルギーの回収効率を高くすることができる。
(エネルギー回収方法)
第4発明によれば、エネルギー回収部の流体室の容積が小さくなる際に、低圧源と慣性流体室とが連通されると、流体室から慣性流体室内に作動流体が流入し、慣性流体室から低圧源に向かって作動流体が流れる。この状態で慣性流体室と低圧源との間を遮断し、慣性流体室と高圧源との間を連通すれば、作動流体は慣性エネルギーを有しているので、慣性流体室内よりも高圧源の圧力が高くても、慣性エネルギーがなくなるまでは慣性力により作動流体は慣性流体室から高圧源に流れる。したがって、エネルギー回収部の流体室の容積を小さくするように外力が入力されれば、流体室内と高圧源の圧力の大小に係わらず、外力のエネルギーを高圧源に回収することができる。
第5発明によれば、低圧源に流出している作動流体のエネルギーを慣性回転体の回転エネルギーとして蓄積することができる。すると、慣性回転体の回転慣性エネルギーを高圧源に作動流体を流入させる慣性エネルギーとすることができるので、エネルギーの回収効率を高くすることができる。
(Energy recovery device)
According to the first invention, when the volume of the fluid chamber of the energy recovery unit is reduced, if the low pressure source and the inertial fluid chamber communicate with each other, the working fluid flows from the fluid chamber into the inertial fluid chamber, and the inertial fluid chamber The working fluid flows from the low pressure source. In this state, if the inertial fluid chamber and the low-pressure source are shut off and the inertial fluid chamber and the high-pressure source communicate with each other, the working fluid has inertial energy. Even if the pressure is high, the working fluid flows from the inertial fluid chamber to the high-pressure source by the inertial force until the inertial energy disappears. Therefore, if an external force is input so as to reduce the volume of the fluid chamber of the energy recovery unit, the energy of the external force can be recovered to the high pressure source regardless of the pressure in the fluid chamber and the high pressure source.
According to the second invention, since the switch is switched at an appropriate timing, the energy of the external force input so as to reduce the volume of the fluid chamber of the energy recovery unit can be appropriately recovered in the high pressure source.
According to the third invention, the energy of the working fluid flowing out to the low pressure source can be stored as the rotational energy of the inertial rotating body. Then, the rotational inertia energy of the inertial rotating body can be changed to the inertial energy that causes the working fluid to flow into the high-pressure source, so that the energy recovery efficiency can be increased.
(Energy recovery method)
According to the fourth aspect of the present invention, when the volume of the fluid chamber of the energy recovery unit is reduced, the working fluid flows from the fluid chamber into the inertial fluid chamber when the low pressure source and the inertial fluid chamber communicate with each other. The working fluid flows from the low pressure source. In this state, if the inertial fluid chamber and the low-pressure source are shut off and the inertial fluid chamber and the high-pressure source communicate with each other, the working fluid has inertial energy. Even if the pressure is high, the working fluid flows from the inertial fluid chamber to the high-pressure source by the inertial force until the inertial energy disappears. Therefore, if an external force is input so as to reduce the volume of the fluid chamber of the energy recovery unit, the energy of the external force can be recovered to the high pressure source regardless of the pressure in the fluid chamber and the high pressure source.
According to the fifth aspect of the invention, the energy of the working fluid flowing out to the low pressure source can be stored as the rotational energy of the inertial rotating body. Then, the rotational inertia energy of the inertial rotating body can be changed to the inertial energy that causes the working fluid to flow into the high-pressure source, so that the energy recovery efficiency can be increased.

(A)は本実施形態のエネルギー回収装置1の概略ブロック図であり、(B)は慣性回転体RPを備えエネルギー回収装置1の概略ブロック図である。(A) is a schematic block diagram of the energy recovery apparatus 1 of this embodiment, (B) is a schematic block diagram of the energy recovery apparatus 1 provided with the inertia rotating body RP. 本実施形態のエネルギー回収装置1によるエネルギー回収を説明した図である。It is a figure explaining energy recovery by energy recovery device 1 of this embodiment.

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
本発明のエネルギー回収装置は、流体が保持するエネルギーを回収する装置であって、流体の慣性力を利用してエネルギーを回収するようにしたことに特徴を有している。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
The energy recovery device of the present invention is a device that recovers energy held by a fluid, and is characterized in that energy is recovered by utilizing the inertial force of the fluid.

本発明のエネルギー回収装置は、圧力モータやシリンダなどを利用して機器を作動させる流体圧システムなどにおいて、回路内を流れる作動流体が有するエネルギーを回収する装置として使用できるものである。作動流体としては、例えば、作動油や水、空気などを挙げることができるが、とくに限定されない。   The energy recovery apparatus of the present invention can be used as an apparatus for recovering energy of a working fluid flowing in a circuit in a fluid pressure system that operates equipment using a pressure motor, a cylinder, or the like. Examples of the working fluid include, but are not particularly limited to, hydraulic oil, water, and air.

以下では、油圧シリンダと接続された油圧回路において、油圧シリンダに入力されるエネルギーを作動油のエネルギーに変換して、その作動油が有するエネルギーを回収する場合を説明する。   Hereinafter, in the hydraulic circuit connected to the hydraulic cylinder, a case where energy input to the hydraulic cylinder is converted into hydraulic oil energy and the energy of the hydraulic oil is recovered will be described.

(本実施形態のエネルギー回収装置)
図1に示すように、本実施形態のエネルギー回収装置1は、油圧シリンダ2を備えている。この油圧シリンダ2は、その本体2bからロッド2rが突出しており、このロッド2rを介して外部との間でエネルギーの供給入力ができるようになっている。
(Energy recovery device of this embodiment)
As shown in FIG. 1, the energy recovery device 1 of this embodiment includes a hydraulic cylinder 2. The hydraulic cylinder 2 has a rod 2r protruding from the main body 2b, and energy can be supplied and input to and from the outside via the rod 2r.

図1に示すように、油圧シリンダ2は、ロッド2rの基端が連結されたピストン2pを有しており、このピストン2pによって本体2b内部の空間2hが分割されている。このピストン2pで分割された本体2b内の空間2hにおいて、ピストン2pとロッド2rが接続されていない側の空間(ピストン側室2s)内は作動油によって満たされている。なお、ピストン側室2sは、特許請求の範囲にいう流体室に相当する。   As shown in FIG. 1, the hydraulic cylinder 2 has a piston 2p to which the base end of a rod 2r is connected, and a space 2h inside the main body 2b is divided by the piston 2p. In the space 2h in the main body 2b divided by the piston 2p, the space (piston side chamber 2s) on the side where the piston 2p and the rod 2r are not connected is filled with hydraulic oil. The piston side chamber 2s corresponds to a fluid chamber referred to in the claims.

また、図1に示すように、本体2bは、ピストン側室2sと連通された慣性流体室2iを備えている。この慣性流体室2iは、本体2bの空間2hよりも内容積の小さい中空な空間である。この慣性流体室2i内も、ピストン側室2sと同様に作動油によって満たされている。   As shown in FIG. 1, the main body 2b includes an inertial fluid chamber 2i that communicates with the piston-side chamber 2s. The inertial fluid chamber 2i is a hollow space having a smaller internal volume than the space 2h of the main body 2b. The inertial fluid chamber 2i is also filled with hydraulic oil in the same manner as the piston side chamber 2s.

図1に示すように、慣性流体室2iには、低圧配管PLによって低圧源LPが接続されている。この低圧源LPは、例えば、作動油を貯留しておくためのタンクであり、通常、大気圧に保たれている。つまり、低圧源LP内の作動油は、大気圧の状態となっているのである。   As shown in FIG. 1, a low pressure source LP is connected to the inertial fluid chamber 2i by a low pressure pipe PL. The low-pressure source LP is, for example, a tank for storing hydraulic oil, and is normally maintained at atmospheric pressure. That is, the hydraulic oil in the low pressure source LP is in an atmospheric pressure state.

なお、低圧配管PLには、低圧側開閉器3Lが介装されており、この低圧側開閉器3Lを開閉することによって、慣性流体室2iと低圧源LPとの間を連通遮断しうるようになっている。   The low-pressure pipe PL is provided with a low-pressure side switch 3L. By opening and closing the low-pressure side switch 3L, the inertia fluid chamber 2i and the low-pressure source LP can be disconnected from each other. It has become.

また、図1に示すように、慣性流体室2iには、高圧配管PHによって高圧源HPが接続されている。この高圧源HPは、例えば、低圧源LPよりも高圧の作動油が蓄積されているタンクなどである。   As shown in FIG. 1, a high pressure source HP is connected to the inertial fluid chamber 2i by a high pressure pipe PH. The high pressure source HP is, for example, a tank in which hydraulic oil having a pressure higher than that of the low pressure source LP is accumulated.

この高圧配管PHには、高圧側開閉器3Hが介装されており、この高圧側開閉器3Hを開閉することによって、慣性流体室2iと高圧源HPとの間を連通遮断しうるようになっている。   The high-pressure pipe PH is provided with a high-pressure side switch 3H. By opening and closing the high-pressure side switch 3H, the inertia fluid chamber 2i and the high-pressure source HP can be disconnected from each other. ing.

このため、高圧側開閉器3Hを開いて、慣性流体室2iと高圧源HPとの間を連通すれば、高圧源HPから慣性流体室2iを介して高圧の作動油をピストン側室2sに供給できる。すると、ピストン2pを介してピストン側室2sに向かって加えられている圧力よりも高圧の作動油の圧力の方が大きければ、ピストン側室2sの容積が大きくなるようにピストン2pを移動させることができるのである。   For this reason, if the high pressure side switch 3H is opened and the inertia fluid chamber 2i communicates with the high pressure source HP, high pressure hydraulic oil can be supplied from the high pressure source HP to the piston side chamber 2s via the inertia fluid chamber 2i. . Then, if the pressure of the high-pressure hydraulic oil is larger than the pressure applied toward the piston side chamber 2s via the piston 2p, the piston 2p can be moved so that the volume of the piston side chamber 2s is increased. It is.

また、図1において、符号5は、高圧側開閉器3Hおよび低圧側開閉器3Lの作動を制御する制御部を示している。この制御部5は、高圧側開閉器3Hおよび低圧側開閉器3Lに対して、開閉タイミングを指示する機能を有している。具体的には、高圧側開閉器3Hと低圧側開閉器3Lが交互に開くように、両者が開閉するタイミングを制御する機能を有している。   Moreover, in FIG. 1, the code | symbol 5 has shown the control part which controls the action | operation of the high voltage | pressure side switch 3H and the low voltage | pressure side switch 3L. The control unit 5 has a function of instructing the switching timing to the high voltage side switch 3H and the low voltage side switch 3L. Specifically, it has a function of controlling the opening and closing timing of the high voltage side switch 3H and the low voltage side switch 3L so that they are alternately opened.

(本実施形態のエネルギー回収装置1によるエネルギー回収の説明)
つぎに、本実施形態のエネルギー回収装置1によるエネルギー回収について説明する。
図2に示すように、本実施形態のエネルギー回収装置1における油圧シリンダ2のロッド2rを押圧する外力F(以下、単に外力Fという)が加わった場合を考える。
(Description of energy recovery by the energy recovery apparatus 1 of the present embodiment)
Next, energy recovery by the energy recovery apparatus 1 of the present embodiment will be described.
As shown in FIG. 2, a case is considered where an external force F (hereinafter simply referred to as an external force F) that presses the rod 2r of the hydraulic cylinder 2 in the energy recovery device 1 of the present embodiment is applied.

まず、図2(A)に示すように、高圧側開閉器3Hおよび低圧側開閉器3Lが閉じている場合、この外力Fが加わると、ピストン2pによってピストン側室2s内の作動油が加圧され、ピストン側室2s内および慣性流体室2i内の作動油が高圧になる。すると、制御部5は、低圧側開閉器3Lを開いて、慣性流体室2iと低圧源LPとを連通させる(図2(B))。低圧源LPはほぼ大気圧になっているので、慣性流体室2i内の作動油は、慣性流体室2iから低圧源LPに向かって流出する。すると、ピストン側室2sから慣性流体室2iへの作動油の流れが発生する。   First, as shown in FIG. 2A, when the high pressure side switch 3H and the low pressure side switch 3L are closed, when this external force F is applied, the hydraulic oil in the piston side chamber 2s is pressurized by the piston 2p. The hydraulic oil in the piston side chamber 2s and the inertial fluid chamber 2i becomes high pressure. Then, the control unit 5 opens the low-pressure side switch 3L to allow the inertial fluid chamber 2i and the low-pressure source LP to communicate (FIG. 2B). Since the low pressure source LP is almost at atmospheric pressure, the hydraulic oil in the inertial fluid chamber 2i flows out from the inertial fluid chamber 2i toward the low pressure source LP. Then, a flow of hydraulic oil from the piston side chamber 2s to the inertial fluid chamber 2i is generated.

慣性流体室2iから低圧源LPに向かって作動油が流出すると、制御部5は、高圧側開閉器3Hを開いて慣性流体室2iと高圧源HPとを連通させる(図2(C))。ほぼ同時に、低圧側開閉器3Lを閉じて、慣性流体室2iと低圧源LPとを遮断する。すると、慣性流体室2i内の作動油は、慣性流体室2i内から高圧源HPに向かって流出する。   When the hydraulic fluid flows out from the inertial fluid chamber 2i toward the low pressure source LP, the control unit 5 opens the high pressure side switch 3H to connect the inertial fluid chamber 2i and the high pressure source HP (FIG. 2C). At approximately the same time, the low pressure side switch 3L is closed to shut off the inertial fluid chamber 2i and the low pressure source LP. Then, the hydraulic oil in the inertial fluid chamber 2i flows out from the inertial fluid chamber 2i toward the high pressure source HP.

ここで、高圧源HPの圧力がピストン側室2sの圧力よりも低い場合には、当然に、慣性流体室2i内の作動油は、慣性流体室2i内から高圧源HPに向かって流出する。この場合には、高圧源HPは、一般的なアキュムレータとして機能する。   Here, when the pressure of the high pressure source HP is lower than the pressure of the piston side chamber 2s, the hydraulic oil in the inertial fluid chamber 2i naturally flows out from the inertial fluid chamber 2i toward the high pressure source HP. In this case, the high-pressure source HP functions as a general accumulator.

一方、高圧源HPの圧力がピストン側室2sの圧力よりも高い場合には、両者間の差圧では、慣性流体室2i内から高圧源HPに向かって作動油は流出しない。しかし、上記のように、ピストン側室2sが慣性流体室2iを備えており、慣性流体室2iから低圧源LPに向かって作動油が流出したことによって、ピストン側室2sから慣性流体室2iへの作動油の流れも発生している。この作動油の流れは慣性エネルギーを有しているため、低圧源LPを閉じてもその瞬間には停止しない。このため、慣性流体室2i内から高圧源HPに向かって流出しようとする。この作動油の流れに対して、高圧源HPの圧力は抵抗となるが、作動油が減速し運動エネルギーがなくなるまでは慣性流体室2i内から高圧源HPに向かって作動油が流出する。言い換えれば、慣性流体室2i内から高圧源HPに作動油が流入するのである。すると、高圧源HPでは、貯留されている作動油が増加しても作動油の圧力は低下しないので、作動油の量が増加した分だけ、高圧源HPにエネルギーを回収することができるのである。   On the other hand, when the pressure of the high pressure source HP is higher than the pressure of the piston side chamber 2s, the hydraulic oil does not flow out from the inertia fluid chamber 2i toward the high pressure source HP due to the differential pressure between the two. However, as described above, the piston side chamber 2s includes the inertial fluid chamber 2i, and the operation oil flows from the inertial fluid chamber 2i toward the low pressure source LP, so that the operation from the piston side chamber 2s to the inertial fluid chamber 2i is performed. Oil flow is also occurring. Since the flow of this hydraulic oil has inertial energy, even if the low pressure source LP is closed, it does not stop at that moment. For this reason, it tends to flow out from the inertial fluid chamber 2i toward the high pressure source HP. The pressure of the high pressure source HP becomes a resistance to the flow of the hydraulic oil, but the hydraulic oil flows out from the inertial fluid chamber 2i toward the high pressure source HP until the hydraulic oil is decelerated and kinetic energy is lost. In other words, the hydraulic oil flows into the high pressure source HP from the inertial fluid chamber 2i. Then, in the high pressure source HP, even if the stored hydraulic fluid increases, the pressure of the hydraulic fluid does not decrease. Therefore, energy can be recovered in the high pressure source HP as much as the amount of hydraulic fluid increases. .

やがて、高圧源HPの圧力によって慣性流体室2i内から高圧源HPに向かう流れが遅くなるので、慣性流体室2i内の作動油の慣性力が小さくなる。すると、高圧源HPから慣性流体室2iに作動油が逆流する可能性がある。このため、制御部5は、高圧側開閉器3Hを閉じて慣性流体室2iと高圧源HPとを遮断し、ほぼ同時に、低圧側開閉器3Lを開いて慣性流体室2iと低圧源LPとを連通する(図2(D))。すると、再び、慣性流体室2i内の作動油が慣性流体室2i内から低圧源LPに向かって流出し、慣性流体室2i内の作動油に慣性エネルギーが発生する。   Eventually, the flow from the inertial fluid chamber 2i toward the high-pressure source HP is slowed by the pressure of the high-pressure source HP, so that the inertial force of the hydraulic oil in the inertial fluid chamber 2i is reduced. Then, there is a possibility that the hydraulic oil flows backward from the high pressure source HP to the inertial fluid chamber 2i. Therefore, the control unit 5 closes the high-pressure side switch 3H to shut off the inertial fluid chamber 2i and the high-pressure source HP, and almost simultaneously opens the low-pressure side switch 3L to connect the inertial fluid chamber 2i and the low-pressure source LP. Communicate (FIG. 2D). Then, again, the working oil in the inertial fluid chamber 2i flows out from the inertial fluid chamber 2i toward the low pressure source LP, and inertial energy is generated in the working oil in the inertial fluid chamber 2i.

慣性流体室2i内の作動油に慣性エネルギーが発生すると、再び、制御部5は、高圧側開閉器3Hを開いて慣性流体室2iと高圧源HPとを連通させると同時に、低圧側開閉器3Lを閉じて、慣性流体室2iと低圧源LPとを遮断する(図2(C))。すると、慣性流体室2i内の作動油は、再び、慣性流体室2i内から高圧源HPに向かって流出する。そして、慣性流体室2i内の作動油の慣性力が再び小さくなると、制御部5は、高圧側開閉器3Hを閉じて慣性流体室2iと高圧源HPとを遮断し、ほぼ同時に、低圧側開閉器3Lを開いて慣性流体室2iと低圧源LPとを連通するのである(図2(D))。   When inertial energy is generated in the hydraulic fluid in the inertial fluid chamber 2i, the control unit 5 opens the high-pressure side switch 3H again to connect the inertial fluid chamber 2i and the high-pressure source HP, and at the same time, the low-pressure side switch 3L. Is closed to shut off the inertial fluid chamber 2i and the low pressure source LP (FIG. 2C). Then, the hydraulic oil in the inertial fluid chamber 2i flows out again from the inertial fluid chamber 2i toward the high pressure source HP. When the inertial force of the hydraulic oil in the inertial fluid chamber 2i decreases again, the control unit 5 closes the high-pressure side switch 3H to shut off the inertial fluid chamber 2i and the high-pressure source HP, and almost simultaneously opens the low-pressure side switch. The vessel 3L is opened to allow the inertial fluid chamber 2i to communicate with the low pressure source LP (FIG. 2D).

上記のごとく、本実施形態のエネルギー回収装置1によれば、高圧側開閉器3Hと低圧側開閉器3Lの開閉を繰り返し、かつ、高圧側開閉器3Hと低圧側開閉器3Lが交互に開閉するようにすれば、外力Fのエネルギーを、高圧源HPに回収することができるのである。   As described above, according to the energy recovery device 1 of the present embodiment, the high-pressure side switch 3H and the low-pressure side switch 3L are repeatedly opened and closed, and the high-pressure side switch 3H and the low-pressure side switch 3L are alternately opened and closed. By doing so, the energy of the external force F can be recovered by the high pressure source HP.

(本実施形態のエネルギー回収装置1によるエネルギー回収の説明)
上記例では、作動油の慣性力で、高圧源HPに対して作動油を供給する場合を説明したが、この場合でも、低圧源LPに作動油が流れている間は、作動油が有するエネルギーは利用できていない。そこで、低圧源LPに流れる作動油のエネルギーも高圧源HPに作動油を流すために利用できれば、より高圧源HPに貯蔵されるエネルギーを増加することができるので好ましい。
(Description of energy recovery by the energy recovery apparatus 1 of the present embodiment)
In the above example, the case where the hydraulic oil is supplied to the high pressure source HP by the inertial force of the hydraulic oil has been described. Even in this case, while the hydraulic oil flows to the low pressure source LP, the energy of the hydraulic oil has Is not available. Therefore, it is preferable that the energy of the hydraulic oil flowing to the low pressure source LP can be used to flow the hydraulic oil to the high pressure source HP because the energy stored in the high pressure source HP can be increased.

例えば、図1(B)に示すように、慣性流体室2i内に、慣性流体室2i内を高圧源HPまたは低圧源LPに向かう作動油の流動が発生すると、その流動によって回転する慣性回転体RPを設ける。すると、低圧源LPに作動油が流れている間は、その流れによって慣性回転体RPが回転されるので、流れによる全体の運動エネルギーは作動油の運動エネルギーと慣性回転体RPの回転エネルギーの和となる。   For example, as shown in FIG. 1B, when a flow of hydraulic oil toward the high-pressure source HP or the low-pressure source LP is generated in the inertial fluid chamber 2i in the inertial fluid chamber 2i, the inertial rotator rotates by the flow. RP is provided. Then, while the hydraulic oil is flowing through the low pressure source LP, the inertial rotating body RP is rotated by the flow. Therefore, the total kinetic energy due to the flow is the sum of the kinetic energy of the hydraulic oil and the rotational energy of the inertial rotating body RP. It becomes.

一方、慣性流体室2iが高圧源HPに接続されると、慣性回転体RPの回転によって慣性流体室2i内の作動油は、全体の運動エネルギーがなくなるまでは,高圧源HPに向かって流れる。つまり、作動油の慣性エネルギーでだけでなく、慣性回転体RPの回転によるエネルギーも利用して高圧源HPに対して作動油を供給できるので、小さい速度変動、小さい圧力変動で高圧源HPにエネルギーを貯蔵できる。   On the other hand, when the inertial fluid chamber 2i is connected to the high-pressure source HP, the hydraulic oil in the inertial fluid chamber 2i flows toward the high-pressure source HP until the entire kinetic energy disappears due to the rotation of the inertial rotating body RP. That is, since the hydraulic oil can be supplied to the high-pressure source HP using not only the inertial energy of the hydraulic oil but also the energy generated by the rotation of the inertial rotating body RP, the energy is supplied to the high-pressure source HP with small speed fluctuations and small pressure fluctuations Can be stored.

なお、慣性回転体RPは、インペラや無負荷の小型油圧モータなどを利用することができるが、とくに限定されない。また、慣性回転体RPの質量だけでもある程度のエネルギーを蓄積することができるが、慣性回転体RPの回転軸に、例えばフライホイールなどのエネルギーを貯めることができる質量体を設けておけば、さらに変動が少なくなる。   The inertial rotating body RP can use an impeller, a no-load small hydraulic motor, or the like, but is not particularly limited. Further, although a certain amount of energy can be stored only by the mass of the inertial rotating body RP, if a mass body capable of storing energy such as a flywheel is provided on the rotating shaft of the inertial rotating body RP, Fluctuation is reduced.

(切り替えタイミングについて)
なお、慣性流体室2iに接続する圧力源(つまり、高圧源HPおよび低圧源LP)を切り替える周期はとくに限定されない。しかし、運動エネルギーがなくなり高圧源HPに流れなくなる前に切り替えないと逆流が発生し,エネルギー回収効率が低下する。一方、逆流が発生しない程度の切替周期であれば、一般的に周期が短いほと流量、圧力の変動を小さくできるので、振動等を抑制する上でも、切替周期は短い方が好ましい。
(About switching timing)
The period for switching the pressure source (that is, the high pressure source HP and the low pressure source LP) connected to the inertial fluid chamber 2i is not particularly limited. However, if there is no switching before the kinetic energy runs out and the high pressure source HP does not flow, a reverse flow occurs and the energy recovery efficiency decreases. On the other hand, if the switching cycle is such that no backflow occurs, generally the shorter the cycle, the smaller the fluctuations in flow rate and pressure, so the shorter the switching cycle is preferable in order to suppress vibration and the like.

また、高圧源HPと低圧源LPは交互に慣性流体室2iに接続されればよく、一定の時間内において、慣性流体室2iに接続している期間は、両者が同じ期間でなくてもよい。例えば、高圧源HPへの接続時間をT1、低圧源LPへの接続時間をT2、とし、T1/(T1+T2)をディーティー比とする。この場合には、低圧源への接続時間を、T2+(T2―T1)×デューティー比となるようにしてもよい。   Further, the high pressure source HP and the low pressure source LP may be alternately connected to the inertial fluid chamber 2i, and the period in which the high pressure source HP and the low pressure source LP are connected to the inertial fluid chamber 2i within a certain time may not be the same period. . For example, the connection time to the high pressure source HP is T1, the connection time to the low pressure source LP is T2, and T1 / (T1 + T2) is the duty ratio. In this case, the connection time to the low pressure source may be T2 + (T2−T1) × duty ratio.

(高圧側開閉器3Hおよび低圧側開閉器3Lについて)
また、高圧側開閉器3Hおよび低圧側開閉器3Lは、慣性流体室2iと高圧源HPまたは低圧源LPとの間を連通遮断できるものであればよく、とくに限定されない。例えば、一般的に使用される高速切替可能な電磁弁を使用することができる。また、高圧側開閉器3Hおよび低圧側開閉器3Lは、その開閉をできるだけ高速で切り替えることができる方が、振動等を抑制することができる。
(About the high pressure side switch 3H and the low pressure side switch 3L)
The high pressure side switch 3H and the low pressure side switch 3L are not particularly limited as long as they can cut off communication between the inertial fluid chamber 2i and the high pressure source HP or the low pressure source LP. For example, a generally used solenoid valve that can be switched at high speed can be used. In addition, the high-voltage side switch 3H and the low-voltage side switch 3L can suppress vibrations and the like if the switching can be performed at a high speed as much as possible.

本発明のエネルギー回収装置は、油圧シリンダを使用する油圧システムなどのように、高圧の作動流体が発生するシステムにおいてエネルギーを回収する装置に適している。   The energy recovery apparatus of the present invention is suitable for an apparatus for recovering energy in a system in which a high-pressure working fluid is generated, such as a hydraulic system using a hydraulic cylinder.

1 エネルギー回収装置
2 シリンダ
2h 空間
2s 流体室
2i 慣性流体室
3H 高圧側開閉器
3L 低圧側開閉器
5 制御器
HP 高圧源
LP 低圧源
PH 高圧配管
PL 低圧配管
RP 慣性回転体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Energy recovery apparatus 2 Cylinder 2h Space 2s Fluid chamber 2i Inertial fluid chamber 3H High pressure side switch 3L Low pressure side switch 5 Controller HP High pressure source LP Low pressure source PH High pressure piping PL Low pressure piping RP Inertial rotating body

Claims (5)

エネルギーを回収する装置であって、
作動流体が封入された容積が可変である流体室と該流体室に連通された慣性流体室とを備え、該慣性流体室が高圧源および低圧源に連通されているエネルギー回収部と、
該エネルギー回収部の慣性流体室と高圧源との間に設けられた、両者間を連通遮断する高圧側開閉器と、
前記エネルギー回収部の慣性流体室と低圧源との間に設けられた、両者間を連通遮断する低圧側開閉器と、
該低圧側開閉器および前記高圧側開閉器の作動を制御する制御部と、を備えており、
前記制御部は、
前記エネルギー回収部の流体室の容積が小さくなる際に、前記慣性流体室を前記高圧源と前記低圧源に交互に連通させるように、前記低圧側開閉器および前記高圧側開閉器を制御するものである
ことを特徴とするエネルギー回収装置。
A device for recovering energy,
An energy recovery section including a fluid chamber in which a working fluid is enclosed and a variable volume, and an inertial fluid chamber communicated with the fluid chamber, the inertial fluid chamber being communicated with a high pressure source and a low pressure source;
A high-pressure side switch provided between the inertial fluid chamber of the energy recovery unit and the high-pressure source, and which cuts off communication between the two;
A low-pressure side switch provided between the inertial fluid chamber of the energy recovery unit and a low-pressure source, and that cuts off communication between the two;
A control unit for controlling the operation of the low-pressure side switch and the high-pressure side switch,
The controller is
Controlling the low-pressure side switch and the high-pressure side switch so that the inertial fluid chamber is alternately communicated with the high-pressure source and the low-pressure source when the volume of the fluid chamber of the energy recovery unit becomes small An energy recovery device characterized by being.
前記制御部は、
前記低圧側開閉器によって前記エネルギー回収部の慣性流体室と前記低圧源とが連通された後、前記作動流体が前記低圧源に向かって流動しているタイミングにおいて、前記低圧側開閉器によって前記慣性流体室と前記低圧源との間を遮断し、前記高圧側開閉器によって前記慣性流体室と前記高圧源との間を連通するように、前記低圧側開閉器および前記高圧側開閉器を制御するものである
ことを特徴とする請求項1記載のエネルギー回収装置。
The controller is
After the inertial fluid chamber of the energy recovery unit and the low pressure source are communicated with each other by the low pressure side switch, the inertial force is generated by the low pressure side switch at a timing when the working fluid flows toward the low pressure source. The low pressure side switch and the high pressure side switch are controlled such that the fluid chamber is disconnected from the low pressure source and the inertia fluid chamber and the high pressure source are communicated by the high pressure side switch. The energy recovery device according to claim 1, wherein the energy recovery device is a device.
前記慣性流体室には、
該慣性流体室内を前記高圧源または前記低圧源に向かって前記作動流体が流動すると、その流動によって回転する慣性回転体が設けられている
ことを特徴とする請求項1または2記載のエネルギー回収装置。
In the inertial fluid chamber,
3. An energy recovery apparatus according to claim 1, further comprising an inertia rotating body that rotates when the working fluid flows in the inertia fluid chamber toward the high pressure source or the low pressure source. .
作動流体が封入された容積が可変である流体室と該流体室に連通された慣性流体室とを備えたエネルギー回収部によってエネルギーを回収する方法であって、
前記エネルギー回収部の流体室の容積が小さくなる際に、前記慣性流体室を高圧源および低圧源に交互に連通し、
前記作動流体が前記慣性流体室から前記低圧源に流出している状態において、前記慣性流体室と前記低圧源との間を遮断し、前記慣性流体室と前記高圧源とを連通する
ことを特徴とするエネルギー回収方法。
A method of recovering energy by an energy recovery unit comprising a fluid chamber in which a working fluid is enclosed and a variable volume and an inertial fluid chamber communicated with the fluid chamber,
When the volume of the fluid chamber of the energy recovery unit is reduced, the inertial fluid chamber is alternately communicated with a high pressure source and a low pressure source,
In a state where the working fluid flows from the inertial fluid chamber to the low-pressure source, the inertial fluid chamber and the low-pressure source are blocked, and the inertial fluid chamber and the high-pressure source are communicated. Energy recovery method.
前記慣性流体室には、
該慣性流体室内を前記高圧源または前記低圧源に向かって前記作動流体が流動すると、その流動によって回転する慣性回転体が設けられている
ことを特徴とする請求項4記載のエネルギー回収方法。
In the inertial fluid chamber,
5. The energy recovery method according to claim 4, further comprising: an inertia rotating body that rotates when the working fluid flows in the inertia fluid chamber toward the high pressure source or the low pressure source.
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