JP2017150313A - 増圧連続吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】油圧機器での加圧出力の好転は、それなりのエネルギーの増大が不可欠であった。省エネで、高出力を得るための増圧機は、高圧で大容量の圧力流体を連続吐出することは、不可能にちかく、諦めの域を脱しきれないでいた。シンプルで、小型化され省エネで、作動する増圧機器への期待は大きい。
【解決手段】増圧連続吐出スパイラルが、自然エネルギーの取り込みをするように、初期入力費をゼロにした運用は、本機を適材適所に活用する事で、色々な周辺機器の省略と簡素化が可能になり、本機があらゆる分野で活躍する事にある。
【選択図】図４

Description

空気や溶液を用いた増圧機器で、その出力を増幅したい時、入力は一定で、各々の圧力を減圧したり、増圧したりの操作は、排圧によることや、増圧装置によることがある。しかし、圧力の増減は、一定圧をゼロに落とすか？ゼロ圧を一定圧に上げる装置が必要であり、また、排圧でゼロに落とした圧力を上げる増圧の場合は、相当のエネルギーが必要である。
一定圧を保ちながら、増減を可能にするには、大掛かりな装置や、周辺機器設備が、必然的にかかり、コンパクト化は難しいのが現実である。

例えば、電動リフトは、モーターの回転操作だけで、錘等の周辺機器を除けば、簡単に変換できるも、揚げる時の入力電料は大きく、決して省エネにはならない。
また油圧リフトは、下げ操作は、排圧弁の開放で簡単操作が出来ます。が、上げ操作には、荷重と揚程高相当の圧力が必要で、大きな加圧エネルギーを要し、この電料の負担は、倉庫での 荷物揚げリフトのランニングコストを、押し上げています。

また、港湾リフトの、５０ｔ・１００ｔのコンテナク・レーンの巻き取りモーターや、５００ｔ架台の移動モーターは、その荷重に相当する大きな出力が必要で、相当な電力が消費されており、港湾には、大きな変電所が備えられ、昼夜問わずに稼動している様は、１０００‐１５００世帯分の電力を１日で消費している。

また、油圧機器における加圧や増圧に掛かる装置は、その荷重に沿って、器は大きくなり、圧縮入力は、増大し、なかなか省エネになっているものはなく、効率を上げることは、難しいのが現状である。

特願２０１５−９８５９７号 及び、
特願２０１４−２３８１９４号における類似は申請・発明者共に、本件の発明・申請人である。

未発見。

例えば、油圧リフトでの昇降は、圧力を絶えず一定にしで作動させることは、絶えず運転していることで、ＯＦＦがない。したがって、一定圧（平均稼動圧）を保つための入力消費が必要であり、開閉弁操作で維持する場合は、その圧力に合わせた入力は欠かせない。また 定圧（高さ）を上回る昇降は、圧力に比例して入力消費は増大する。また、定圧（高さ）を下回る下降は、は排圧弁で簡単操作できるも、定圧（高楊程分）に戻すだけの入力消費が、絶えずかかり、頻繁に昇降するリフトに、さらに荷重分の付加消費がかかり、入力消費はさらに増大する。
何時でも、小入力で定圧を保ち、変動のない定圧作動ができれば、昇降の高低を問わずに省エネで、即作動可能な昇降がでることが望ましい。

小入力で定圧を維持できる、（自在加圧装置 図１−２２）自然エネルギー（位置エネルギー）を、大いに活用し 且つ、作動時は、小入力ながら、さらなる増圧可能な増圧装置で、減圧させることなく、同圧維持システムの構築がなせる機器にすることが、望ましい。

油圧機器では、どのような状態でも、作動目的を果たせる出力の、設定圧力を維持する必要がある。其の為に、運転作動にＯＦＦがなく、悪戯にエネルギーを消費している。

本発明は、空気や溶液を、利用目的に合わせて、増圧や減圧ができ、色々な作動目的に合わせて、駆動装置に連続して圧力流体を移送することを可能にした装置で、自然エネルギーの活用で、任意自在に圧力設定でき、一定圧を保つ圧力流体を、種種の作動機器に増圧しながら、連続して吐出され、利用用途に合わせた油圧作動ができる。
また、種種の油圧作動機器で、作動を行う時の入力消費は、働きの大小を問わず、小入力であり、絶えずＯＦＦ状態でも、自然エネルギーの活用で、初期加圧消費や圧力保持の運転入力は一切必要ない。勿論、切替え弁だけで、種種の油圧作動機器に即作動し、省エネである。

この一定圧とは、例えば、油圧リフトが５０ｍの作動揚程高で、運転する場合、頂点である５０ｍ高の自然圧力（Ｇ）５ｋｇｆ／ｃｍ_２に、平均稼動荷物重を加算し、本機を、地平でＭＡＸ設定することの設定定圧をいい、この定圧を絶えず、無入力で保持する。
このことで、リフト下降時は、制御弁（３１）の操作を行い、０ｍから５０ｍへの荷揚げ時は、開閉弁（３０・３１）を入れることで、即 設定圧を保ち、作動するため、大掛かりな錘（２５ａ）省力は不要で、大幅な作動消費を省ける。
（図１・２参照）

例えば、前述の油圧リフトを、省エネ運転させる為には 元圧を自然エネルギーから得ることができる。身近な水道圧がそれで、水道圧を確保できない場合は、最低限の位置エネルギーの利用で簡単に増幅するため、本機のシステムは、利用範囲がひろがる。といえる。
３階建の屋上 若しくは、１０ｍ高の櫓の上に小さなタンクを設け、水を蓄えて、圧力導入配管しても良い、元圧が、目に見える最低圧０．２Ｍｐａさえあれば、自在加圧装置（２２）に接続、作動目的出力に合わせた、大きな圧力でも、加圧シャフト（２２ｃ）の径を、設定圧力に合わせ、出力に見合う圧力を無償で得られ、無論、高所タンクや、水道水は、一切流さない。
電源の無い野帳場での作業も、高所設置で、車のバッテリーから、屋外駆動装置（荷揚げリフト・生コン攪拌機）等の駆動が、ガソリンの消費をしないででき、環境型・省エネである。

さらに、開閉弁付き回転ピストン駆動装置（図５）の（２１）に接続することで、本機は、少しの一定動力源があれば、循環運転することで、限りなく圧力増幅が 可能である。そのためにシステムの器は、コンパクトに形成され移動・運搬 が容易である。（図４参照）

港湾リフトのような、大掛かりな装置も、大きな電力室は不要になり、スペースを取らない為、敷地の有効活用に寄与できる。また、建設重機の油圧系統に、増圧連続吐出装置を利用することで、騒音はなく、深夜作業を可能にし、運転燃料は、少なく排ガスもなく、環境に優しい油圧システムともいえる。

また、作業用ロボットの油圧アームは、幾つかのロボットの油圧系統を集約して、本機を活用することで、大幅な省エネになる。このことは、本装置により簡単に高圧を得られ、大きな動力源（ジーゼル発電エンジン等）は不要で、動力燃料は皆無で、簡素化を可能にする。

本機は、圧力を限りなく増幅しながら、駆動装置（１７）に連続して吐出（高圧移送）することで、駆動装置（２１）図３・４参照 により、電気エネルギーの取り出しも可能となった。

本機は、背圧回避作動ルーター（２軸回転ピストン）（１７・２１）に接続すると、設定圧以上の増圧が得られ、増圧効率はさらに向上する。
（図３・４参照）

回転入力は一定で、従来の油圧ポンプや、連続吐出装置に比較し、省エネで、且つ簡素化された機器である。

また、従来の連続吐出装置に於ける吐出流量を比較しても、其の差はおおきく差別化でき、その吐出量は、毎分当りの２５０ｃｃ／５Ｍｐａ条件で、入力消費は５０分の１、流量は１００倍以上となる。（ケーシングの径の大小により）

本機の、円錐スパイラルは、スパイラルシャフト（４）の回転を例えば８０／ｒｐｍ―１６０／ｒｐｍに設定した時の流量と圧力は、円錐率を１２．５％ 羽数１２のＷで、概ね２．５リトル／０．５Ｍｐａ−３．５リトル／０．７Ｍｐａになる。
このことは、回転数を上げれば、流量も、圧力も向上する。回転作動入力を２５０Ｗ／２．５Ａ／３６０ｒｐｍで一定入力にすると、回転反力と流体摩擦損失・シール摩擦損失が発生し、効率は、若干下がるも、回転差動入力は大きくは、変わらない。
したがって、作動利用目的に合わせた、設定圧力と回転入力を設定する必要は生じるも、回転制御をつけたモーター（８）にすることで多様化ができる。 （図５参照）

本機の円錐スパイラルと、背圧回避回転ピストン（ルーター）と接続すると、設定圧力はさらに増圧され、設定作動機器の出力を低減でき、入力消費を抑え、省エネになる。
また、本機の円錐スパイラルは、無圧の静止流体を、単体で増圧させ、連続吐出できる。したがって、利用目的に合わせた種種の作動機器に応用でき、働きを終え排出され、大気開放で静止流体となった、溶液を、本機の円錐スパイラルに吸引させ、再増圧での、循環連続吐出が可能で、既存連続吐出装置を圧倒する。
（図５参照）

この場合、静止溶液を、揚水するポンプの働きが可能となる。また、消防車の圧力放水にも応用できる。
《部材の構成》
鋼鉄・サス・アルミ
（水等の酸化性溶液には、サス・硬質プラスチック等が好ましい。オイル等は、鉄類・アルミ、薬品等は、その成分に適応した部材）

本発明の実施形態に係る高圧連続吐出装置の一例を示す作動の原理を示す概略システムフロー図である。 本発明の実施形態に係る高圧連続吐出装置除の一例を示す作動の原理を示す概略システムフロー図である。 本発明の実施形態に係る高圧連続吐出装置の一例を示す作動の原理を示す概略システムフロー図である。 本発明の実施形態に係る高圧連続吐出装置の一例を示す作動の原理を示す概略斜視立面詳細図である。 本発明の実施形態に係る高圧連続吐出装置の一例を示す作動の原理を示す概略フロー図である。 本発明の実施形態に係る高圧連続吐出装置の一例を示す作動の原理を示す概略斜視断面詳細図である。 本発明の実施形態に係る高圧連続吐出装置の一例を示す作動の原理を示す概略斜視断面詳細図である。 本発明の実施形態に係る高圧連続吐出装置の一例を示す作動の原理を示す概略斜視断面詳細図である。 本発明の実施形態に係る高圧連続吐出装置の一例を示す作動の原理を示す概略斜視立面・断面詳細図である。 本発明の実施形態に係る高圧連続吐出装置の一例を示す作動の原理を示す概略理論断面詳細図である。 本発明の実施形態に係る高圧連続吐出装置の一例を示す作動の原理を示す概略理論断面詳細図である。

次に、図６―図１０を参照して、本発明に係る、増圧連続吐出装置を実施するための形態（以下『実施の形態』という。）を説明する。
図６の円筒シリンダー（ケーシング）（３）の中に、左右均等な円錐のシャフト（１）に螺旋状に巻きつけ接合されたスパイラル羽（２）が、『以後、円錐スパイラルという』 シリンダー内面に密接され、フランジ（３ａ）の軸受け（５）にシールされ、センター回転する時、左右とも内から外に増圧され吐き出される。（この逆もあり図７）この円錐スパイラルは、左右とも、シリンダー内の内側へ円錐されても、外側へ円錐されても良く、同一シャフトになっている。（図６・７）

円錐スパイラルは、円錐の向きにより、右巻き（２Ｒ）と左巻き（２Ｌ）にバランスされ、吸引・吐出に合わせて作動を行う。この場合、（図６）吸引（６）から吸入された流体は、シャフトの回転により、左右とも外に、増圧され吐き出される。

円錐スパイラルは、吐き出される方向に、スパイラルピッチ（２ｐ）が狭くなっている。（図８）また、スパイラルピッチ（２ｐ）の間にもう一枚のスパイラル羽Ｍ（２ｍ）（図９）が１８０°異相位に巻きつけられて、逆流や、減圧が最小限に防止されるようになっている。このことは、スパイル羽ピッチが、多ければおおいほど、羽の押し込み作動距離は短くなり、羽角も緩やかになり、回転反力や回転負荷を、小さくする事が出来、回転駆動させる、入力消費を省力化している。

スパイラル羽は、円錐率とピッチ低減率により、（図８）吸引された圧力流体が、吐出方向に圧縮され、吐出時の圧力は上がる。（図１０）
この時の シャフトの回転負荷は、吐き出そうとする回転に、圧縮・増圧された流体が抵抗となるも、図１０の、２Ａの受圧面積と２Ｂの受圧面積比は、円錐率により、２Ａが２Ｂの半分になっていて、各々の受圧面積にかかる圧力が増圧された２Ａ側（３３）と２Ｂ側（３４）の力（仕事量）は、たえず等しく、どんなに増圧されても、静止水の送り出しにかかる回転反力と殆んど変らず、大きな回転反力は起きない。
このことは、個々のスパイラル羽ピッチ間で、同じことが言える。また、左右の左巻きスパイラルと、右巻きスパイラルは、同軸に均一に一体化され接合・シールされ、左右の圧力対比と受圧面対比は等しく、大きな回転負荷にはならない。 （図８・１１参照）

円錐スパイラルは、背圧回避の、開閉弁付き回転ピストン駆動装置（２１）に接続すると、設定圧以上の増圧が得られ、（図４・５参照）効率はさらに向上する。

したがってスパイラルシャフト（４）を、回転駆動させる時に、流体摩擦を考慮しても、回転負荷は少なく、回転入力は、従来の油圧ポンプや、連続吐出装置に比較し、省エネで簡素化された機器といえる。また、連続吐出装置に於ける吐出流量を比較しても、其の差はおおきく差別化して、効率は向上していることでも、省エネとなっている。

本機の円錐スパイラルと背圧回避回転ピストン駆動装置（ルーター）と接続し、ルーターからの排出溶液を、大気開放し、背圧をゼロにする。
ゼロ圧の静止流体は、第２円錐スパイラル（３３）に接続され、ここで一次増圧し、第１円錐スパイラル（３４）に注入、すことで、大気開放された流体が、再び設定出力圧になり、ダイナモ（３５）の出力を上げる。この循環での発電は、正しく地産地消の都市型発電となる。
（図５・図４参照）
《部材の構成》
鋼鉄・サス・アルミ
（水等の酸化性溶液には、サス・硬質プラスチック等が好ましい。オイル等は、鉄類・アルミ、薬品等は、その成分に適応した部材）

１ 円錐シャフト
１ａ 変形円錐シャフト
２ スパイラル羽
２Ａ 受圧面積
２Ｂ 受圧面積
２ａ 第１スパイラル羽
２ｂ 第２スパイラル羽
２ｃ 第３スパイラル羽
２ｋ 第１スパイラル羽
２ｍ スパイラル羽Ｍ
２ｐ スパイラルピッチ
２Ｒ 右巻きスパイラル
２Ｌ 左巻きスパイラル
３ シリンダー
３ａ シリンダーフランジ
４ スパイラル回転シャフト
４ａ 回転方向
５ 軸受け
６ 吸引・吐出口
７ 吸引・吐出口
８ 駆動モーター
９ 駆動ギア
１０ スパイラルピッチ狭差率
１１ スパイラル円錐率
１２ シャフト芯線
１３ 油圧機器シリンダー
１４ 油圧機器ピストン
１５ 増圧吐出管
１６ 排出管
１７ 駆動装置
１８ ギア回転方向
１９ 回転ピストン（ローター）
２０ 本申請機（本機）
２１ 駆動装置（開閉弁付き回転ピストン）
２１ａ 駆動装置ピストン
２１ｂ 開閉弁付き回転ピストン
２２ 自在加圧装置
２２ａ 自在加圧装置リンダー
２２ｂ 自在加圧装置 ピストン
２２ｃ 自在加圧装置 増圧シャフト
２２ｅ 自在加圧装置 増圧室
２２ｆ 自在加圧装置 支点シャフト
２３ 切り替弁
２４ 仮想リフト
２５ リフトゴンドラ
２５ａ 錘
２６ 圧力流体 流れ
２７ 圧力伝達（流れなし）
２８ 水道圧（流れなし）
２９ リフト高（Ｇ−ＭＡＸ自然高圧力）
３０ 開閉弁
３１ 制御弁
３２ 油圧機器
３３ 第２円錐スパイラル
３４ 第１円錐スパイラル
３５ ダイナモ
３６ ２軸回転ピストン左
３７ ２軸回転ピストン右
３８ 瓢箪型シリンダー
３９ 回転ピストン吸入口
４０ 回転ピストン排出口
４１ 大気開放枡

例えば、電動リフトは、モーターの回転操作だけで、錘等の周辺機器を除けば、簡単に変換できるも、揚げる時の入力電料は大きく、決して省エネにはならない。（例えば、箱根山のゴンドラリフトは、入力５００Ｋｗで、一般家庭の５００世帯分の消費を１回で消費している）
また油圧リフトは、下げ操作は、排圧弁の開放で簡単操作が出来ます。が、上げ操作には、荷重と揚程高相当の圧力が必要で、且つ、重力（９．８１）を越える大きな加圧エネルギーを要し、この電料の負担は、倉庫での 荷物揚げリフトのランニングコストを、押し上げています。

本発明の実施形態に係る増圧連続吐出装置の一例を示す作動の原理を示す概略システムフロー図である。 本発明の実施形態に係る増圧連続吐出装置除の一例を示す作動の原理を示す概略システムフロー図である。 本発明の実施形態に係る増圧連続吐出装置の一例を示す作動の原理を示す概略システムフロー図である。 本発明の実施形態に係る増圧連続吐出装置の一例を示す作動の原理を示す概略斜視立面詳細図である。 本発明の実施形態に係る増圧連続吐出装置の一例を示す作動の原理を示す概略フロー図である。 本発明の実施形態に係る増圧連続吐出装置の一例を示す作動の原理を示す概略斜視断面詳細図である。 本発明の実施形態に係る増圧連続吐出装置の一例を示す作動の原理を示す概略斜視断面詳細図である。 本発明の実施形態に係る増圧連続吐出装置の一例を示す作動の原理を示す概略斜視断面詳細図である。 本発明の実施形態に係る増圧連続吐出装置の一例を示す作動の原理を示す概略斜視立面・断面詳細図である。 本発明の実施形態に係る増圧連続吐出装置の一例を示す作動の原理を示す概略理論断面詳細図である。 本発明の実施形態に係る増圧連続吐出装置の一例を示す作動の原理を示す概略理論断面詳細図である。 本発明の実施形態に係る増圧連続吐出装置の一例を示す作動の原理を示す概略理論断面詳細図である。

次に、図６―図１２を参照して、本発明に係る、増圧連続吐出装置を実施するための形態（以下『実施の形態』という。）を説明する。
図６の円筒シリンダー（ケーシング）（３）の中に、左右均等な円錐のシャフト（１）に螺旋状に巻きつけ接合されたスパイラル羽（２）が、『以後、円錐スパイラルという』 シリンダー内面に密接され、フランジ（３ａ）の軸受け（５）にシールされ、センター回転する時、左右とも内から外に増圧され吐き出される。（この逆もあり図７）この円錐スパイラルは、左右とも、シリンダー内の内側へ円錐されても、外側へ円錐されても良く、一方方向だけの円錐スパイラルも、縦置きも、同一シャフトになっている。（図６・７・１２）

したがってスパイラルシャフト（４）を、回転駆動させる時に、流体摩擦を考慮しても、回転負荷は少なく、回転入力は、従来の油圧ポンプや、連続吐出装置に比較し、省エネで簡素化された機器といえる。また、例えば、一方方向円錐スパイラル（図１２）の縦設置は、重力の恩恵を多分に受け、押し込み回転効率を向上させるのみならず、スパイラルの筒の大きさにおいて、流体の速度を上げ、重力の助力を受けて、押し込み回転効率は好転する。また、連続吐出装置に於ける吐出流量を比較しても、其の差はおおきく差別化して効率は向上していることでも、省エネとなっている。

Claims (7)

1. ケーシング（シリンダー）内に、フランジで密閉されたシャフトに、一体化され、シリンダーに密接された、左右均等な右巻きスパイラルと左巻きスパイラルが螺旋状に接合され、シャフトがケーシング内で中央から、左右に円錐され、また、左右から中央に円錐されている、ことを特徴とする 増圧連続吐出装置（回転スパイラル）。
2. 請求項１−３のシャフトに左右均等に、一体化され、シリンダーに密接して巻きつけられたスパイラルが、シリンダー内で、左巻きも右巻きも、中央から外側に、また、外側から中央に、スパイラルピッチがだんだん狭く成っていることを、特徴とする請求項１の増圧連続吐出装置。
3. 請求項１−２のシャフトに左右均等に、一体化され、シリンダーに密接して巻きつけられたスパイラル羽に、スパイラル間にもう１枚のスパイラル羽が１８０度異相位にシリンダー内で、左右共に巻きつけられていることを特徴とする請求項１−２の増圧連続吐出装置。
4. 請求項１−３のシャフトがシリンダーのセンターに位置して、シリンダーの左右に設けられたフランジから突き出していること、また、ケーシングやフランジに、吸入・排出口が複数設けてあるを特徴とする請求項１−３の増圧連続吐出装置。
5. 請求項１−４の連続吐出回転スパイラルが、２軸回転ピストンや、自在加圧装置と一体化されていることを特徴とする請求項１−４の増圧連続吐出装置。
6. 請求項１−５の連続吐出回転スパイラルが、各種油圧機器や発電装置に一体化されていることを特徴とする請求項１−５の増圧連続吐出装置。
7. 請求項１−６の増圧連続吐出装置回転が、建設重機やロボットの油圧系統に一体化されていることを特徴とする請求項１−６の増圧連続吐出装置。

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