JP2018128005A - Pipe-shaped screw pump unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽光発電電力、風力、小水力、波力等自然エネルギーを原動力にして利用し下方の水源から取水し上方の貯水タンクへ汲み上げる揚水スクリュウポンプで有るパイプ状スクリュウポンプに関する。 The present invention relates to a pipe-shaped screw pump that is a pumping pump that uses natural energy such as photovoltaic power, wind power, small hydropower, and wave power as a driving force, draws water from a lower water source, and pumps it to an upper water storage tank.
古来よりスクリュウポンプ(例えば、別名アルキメデスポンプ)は灌漑、排水用途に揚水ポンプとして使用されて来た。動力源は人力、馬力、風力、電力等に発展。古来のアルキメデスポンプ(例えば、非特許文献3参照)。 Since ancient times, screw pumps (such as the Archimedes pump) have been used as pumps for irrigation and drainage. The power source has developed into human power, horsepower, wind power, electric power and so on. An ancient Archimedes pump (see, for example, Non-Patent Document 3).
近代スクリュウポンプは大型化し汚泥の揚水、雨水の排水、下水処理場の揚水・中継等過酷な環境での使用、動力源を電力とする特徴がある(例えば、非特許文献1参照)。
Modern screw pumps are large in size and are characterized by using sludge pumping, rainwater drainage, pumping / relaying sewage treatment plants in harsh environments, and using a power source as electric power (see Non-Patent
しかし、スクリュウポンプの揚水角度は水平から概略30°〜40°揚程はスクリュウポンプの直径と長さによる許容撓み、他の設置環境で決まり小型は2〜3m大型は7〜8mと設置面積に対して低い揚程で使用される。 However, the pumping angle of the screw pump is approximately 30 ° to 40 ° from the horizontal. The head is allowed to bend depending on the diameter and length of the screw pump, and is determined by other installation environment. The small size is 2 to 3m and the large size is 7 to 8m. Used at low head.
これは、揚水量の効率を優先し高揚程は目的としない構造で有る、又図12、図13、図14で揚水限界角度を検討すると高揚程の可能性が有る。 This is a structure in which priority is given to the efficiency of the pumped amount, and a high head is not intended, and there is a possibility of a high head when the pumping limit angle is examined in FIG. 12, FIG. 13, and FIG.
又、風力を利用し下部貯水域から風車の回転力で揚水ポンプを回転し揚水管を通し上部貯水漕に一時的に貯水し放水管を通し下部水車発電機で発電可能な風力揚水発電装置(例えば、特許文献1参照)の様に不安定な風力を安定的に制御可能な水力に変換する方法。 In addition, a wind pumping power generator that uses wind power to rotate the pump from the lower water storage area with the rotational force of the windmill, temporarily store the water in the upper storage tank through the pumping pipe, and generate electricity with the lower water turbine generator through the discharge pipe ( For example, a method of converting unstable wind power into hydraulic power that can be stably controlled as in Patent Document 1).
太陽光発電装置と風力発電装置を備えた太陽光・風力発電装置がある(例えば、特許文献2参照)の様な複合発電での省設置スペース化。 Reduced installation space in combined power generation such as solar power / wind power generators including solar power generators and wind power generators (see, for example, Patent Document 2).
以上に述べた従来のスクリュウポンプは大揚水量を目的とし、高揚程を目的としていない。 The conventional screw pump described above is intended for large yields and not for high heads.
以上に述べた風力揚水発電装置は風車部、揚水ポンプ部、逆止弁を通過する為揚水はある程度清浄な揚水が必要と思われる、上部に貯水し水力発電する事で安定出力発電を可能とするものの構造が複雑である。 The above-mentioned wind pumped storage power generation system passes through the wind turbine unit, pumping pump unit, and check valve, so that it is necessary to clean the pumping to some extent, and it is possible to generate stable output by storing water at the top and generating hydroelectric power. The structure of what to do is complex.
以上に述べた太陽光発電装置と風力発電装置の複合発電装置は設置面積を有効活用するものの蓄電装置に充電した電力の利用で電気利用者の近くに有って有効性が増す夜間照明装置などで使用される。 The above-mentioned combined power generation device of the solar power generation device and the wind power generation device makes effective use of the installation area, but the use of the electric power charged in the power storage device makes it closer to the electric user and the night illumination device becomes more effective Used in.
本発明は、このような従来の発明が求めている自然エネルギーを最大限利用し自然エネルギーの形で蓄エネルギーする構造が単純な安定出力発電を可能とする揚水発電装置及びそれを助ける揚水ポンプ装置を実現することを目的とする。 The present invention relates to a pumped-storage power generation apparatus and a pumping-pump apparatus for assisting the pumped-storage power generation system capable of simple and stable output power generation with a structure that uses the natural energy required by the conventional invention to the maximum and stores the energy in the form of natural energy. It aims at realizing.
そして、本発明は上記目的を達成する為、下位から高所に水を汲み上げる接続リング付パイプ状スクリュウポンプを接続可能な範囲で必要数接続し高揚程と成り最下端に接続する取水口スクリュウと最上端に揚水排水口を設けその揚水を一時貯水する上部貯水タンクとパイプ状スクリュウポンプを駆動する動力として、太陽光発電装置に繋がる一方向回転クラッチ付主軸による回転力と一方向回転クラッチ付風力伝達風車羽根ユニット又は風力発電装置に繋がる一方向回転クラッチ付主軸と流水力又は波力による一方向回転クラッチ付水車を設け各々の自然エネルギーを回転動力に変換しその回転力で接続リングを介してパイプ状スクリュウポンプを回転し揚水する、3種の自然エネルギーから1種以上の入力が有る時に接続リング付パイプ状スクリュウポンプを回転させ揚水する、他の停止し状態の駆動源は1方向回転クラッチが作動し空転する3系統並列入力によるポンプの稼働時間の延長と出力源を同一にする接続リング付パイプ状スクリュウポンプの作成。 And, in order to achieve the above object, the present invention connects the required number of pipe-shaped screw pumps with a connection ring that pumps water from the lower to the high place within the connectable range, forms a high head, and connects it to the lowermost end. As the power to drive the upper water storage tank and the pipe-shaped screw pump that has a pumping drain outlet at the top end and temporarily stores the pumped water, the rotational force by the main shaft with the one-way rotation clutch connected to the solar power generator and the wind power with the one-way rotation clutch A main shaft with a one-way rotation clutch connected to a transmission windmill blade unit or a wind power generator and a water wheel with a one-way rotation clutch by flowing hydraulic power or wave power are provided, and each natural energy is converted into rotational power and the rotational force is used via a connection ring. A pipe with a connecting ring that rotates and pumps a pipe-shaped screw pump when there is one or more inputs from three types of natural energy The other pumped drive source that rotates the screw pump and pumps water is a pipe-shaped screw with a connection ring that makes the operating time of the pump longer and the output source the same by three-system parallel input where the one-way rotary clutch operates and idles. Creating a pump.
上部貯水タンクに貯水する揚水はレベルセンサーにて水量を把握し放水管から流量制御弁を通り水力発電機で発電後放水される、分単位で揚水量と排水量と上部貯水タンク残量から発電可能量が予測可能となる、揚水用パイプ状スクリュウポンプは複数設置し1つの上部貯水タンクを使用して1系統の水力発電として、例えば1日24時間で貯水する水量を翌日の必要時間滞に発電できる。 Pumping water stored in the upper water storage tank grasps the amount of water with the level sensor, passes through the flow control valve from the water discharge pipe, and is discharged after generation by the hydroelectric generator. Power can be generated from the pumped water amount, drainage amount and the remaining capacity of the upper water storage tank in minutes. A number of pipe-type pumps for pumping that can be predicted in quantity are installed and one upper water storage tank is used as one system of hydroelectric power generation. For example, the amount of water stored in 24 hours a day is generated within the required time of the next day. it can.
揚水スクリュウポンプである接続リング付パイプ状スクリュウポンプの作成については本体パイプと本体パイプ外周にスクリュウ羽根をねじ状に固着したスクリュウ本体に於いてこの本体パイプ外径とスクリュウ羽根の形状寸法割合は目安として本体パイプ外径をdとしスクリュウ羽根高さをKとするとK=d×(0.15〜0.2)、スクリュウ羽根外径をDとするとD=d+2K、スクリュウ羽根ピッチをPとするとP=K×(0.6〜0.9)程度とするとスクリュウ羽根高さの中心直径(d+K)に於いてスクリュウリード角は概略2°〜2.5°と成る、このスクリュウ本体外径に外周分割カバーを脱着可能に装着するとスクリュウ溝を形成する、このスクリュウポンプを90°の直立状態と仮定してリード角概略2°〜2.5°の2倍が大凡の揚水限界でこの角度からマイナス角度にする事で揚水可能角度と成る、前記リード角の場合大凡85°が揚水限界角度で有り5°程度の掬い角を取る時パイプ状スクリュウポンプは水平から80°程度の傾斜角で揚水可能と成るパイプ状スクリュウポンプを作成出来る。 Regarding the creation of a pipe-shaped screw pump with a connection ring, which is a pumping pump, the outer diameter of the main pipe and the shape and size ratio of the screw blade are a guideline for the main body pipe and screw body with screw blades fixed to the outer periphery of the main body pipe. Assuming that the outer diameter of the main pipe is d and the height of the screw blade is K, K = d × (0.15-0.2), the outer diameter of the screw blade is D, D = d + 2K, and the screw blade pitch is P, P = K × (0.6 to 0.9) or so, the screw lead angle is approximately 2 ° to 2.5 ° at the center diameter (d + K) of the screw blade height. When the split cover is detachably mounted, a screw groove is formed. The screw pump is assumed to be upright at 90 °, and the lead angle is approximately 2 ° to 2.5 °. When the lead angle is about 85 °, the pipe-shaped screw pump is horizontal when the lead angle is about 85 ° and the angle is about 5 °. Can make a pipe screw pump that can pump water at an inclination angle of about 80 °.
前記パイプ状スクリュウポンプは水平より約80°前後の傾斜角もって揚水するもスクリュウホンプである為逆止弁機能が有り不安定な自然エネルギーを駆動力する時回転停止頻度は高い場合に適する又リード角が小さい為細目ねじと同様回転トルクも小さくなる。 The pipe-shaped screw pump pumps water at an inclination angle of about 80 ° from the horizontal, but is a screw hump, so it has a check valve function and is suitable for cases where rotation frequency is high when driving unstable natural energy. Since the angle is small, the rotational torque is small as well as the fine screw.
パイプ状スクリュウポンプは必要長さに作成しその1段目上方端に接続リングAを下方端に接続リングBを2段目以降の上方端に接続リングCを下方端に接続リングBをそれぞれ固着し接続リング付スクリュウポンプユニットを形成する、接続リングA、C、Bの形状はパイプ状スクリュウポンプのスクリュウ羽根1ピッチ長さを2分割に輪切りした断面形状と同様のスクリュウ溝を有し接続リングA又は接続リングCと接続リングBは芯出しインローを設けて嵌合する、接続リングA又はCと接続リングBは外周直径をスクリュウ溝を形成する外周分割カバーより大な外径とし連結ボルト穴を有しその外周面とその側面をパイプ状スクリュウポンプの回転ガイド及び風車羽根等の回転ガイド及び外部入出力インターフェース等に使用可能である、又接続リングA、C、Bの内径はパイプ状のポンプ本体内径より小さくしスクリュウポンプユニットの荷重受け連結ボルトを周設する、このスクリュウ溝を有した接続リング付スクリュウポンプユニットは複数連結してもスクリュウポンプ機能を損なわないで所定の高さ又は長さを得ると同時にスクリュウポンプユニットの回転ガイド及び外部入出力インターフェース等に使用できる事を特徴とする接続リング付パイプ状スクリュウポンプユニット。 The pipe-shaped screw pump is made to the required length, and the connection ring A is fixed to the upper end of the first stage, the connection ring B is fixed to the lower end, and the connection ring C is fixed to the upper end of the second and subsequent stages. The connection rings A, C, and B that form the screw pump unit with the connection ring have the same screw groove as the cross-sectional shape obtained by cutting the pitch length of the screw blade of the pipe-shaped screw pump into two parts and connecting rings. A or connecting ring C and connecting ring B are fitted with a centering spigot, and connecting ring A or C and connecting ring B have a larger outer diameter than the outer peripheral divided cover that forms the screw groove, and a connecting bolt hole The outer peripheral surface and the side surface can be used as a rotation guide for a pipe screw pump, a rotation guide for a wind turbine blade, and an external input / output interface. The connection rings A, C, and B have an inner diameter smaller than the inner diameter of the pipe-shaped pump body, and a plurality of screw pump units with connection rings having screw grooves are provided around the load receiving connection bolt of the screw pump unit. A pipe-shaped screw pump unit with a connecting ring, which can be used for a rotation guide of the screw pump unit and an external input / output interface and the like while obtaining a predetermined height or length without impairing the screw pump function.
本発明のパイプ状スクリュウポンプユニットは縦向きに接続して使用する為自重による長さ方向の撓みが少なく長尺ポンプユニットが可能で高揚程を得る又設置スペースの省スペース化が可能となる。 Since the pipe-shaped screw pump unit of the present invention is used by being connected vertically, there is little bending in the length direction due to its own weight, a long pump unit can be obtained, a high head can be obtained, and the installation space can be saved.
太陽光発電装置で得た電力による回転力と風車羽根の回転力と別置風力発電の電力と水車の回転力など3種のエネルギー源(太陽光、風力、流水力)を並列の回転力に変換して回転させるパイプ状スクリュウポンプユニットの回転によって下部水槽又は池、河川、海水等を水の位置エネルギーとして上部貯水漕に一時蓄えながら安定な水力発電が出来る又揚水水量と発電の排水水量と上部貯水漕の残量水量がレベルセンサー等で把握出来る為貯水量の範囲で数分から数時間単位で発電量をコントロール出来る、又必要時間滞にピーク電源として集中して利用可能。 Three types of energy sources (sunlight, wind power, hydrodynamic power) such as the rotational force by the power generated by the solar power generator, the rotational force of the windmill blades, the power of the separate wind power generation and the rotational force of the turbine are converted into parallel rotational force. By rotating the pipe-shaped screw pump unit to be converted and rotated, stable hydropower generation is possible while temporarily storing the lower aquarium or pond, river, seawater, etc. in the upper reservoir as the potential energy of the water. The amount of water remaining in the upper reservoir can be grasped with a level sensor, etc., so that the amount of power generation can be controlled in units of minutes to hours within the range of the amount of water stored, and it can be used as a peak power source when necessary.
本発明は揚水発電用揚水ポンプ以外に本来の農業用水の確保、配水、送水が可能。海水に於いては魚介類の陸上養殖に必要な海水の供給が可能、池などでは取水口周囲に水面上から水面下にかけて円筒状の仕切りを設置することで池水のゆったりとした上昇流が生じ排水口の戻り流が下降流と成り池水の循環流が生じ酸素供給等浄化作用を兼ねる事が出来る水循環装置としても使用できる。 The present invention is capable of securing, distributing, and watering the original agricultural water in addition to the pump for the pumped-storage power generation. In seawater, it is possible to supply seawater necessary for the onshore cultivation of seafood. In ponds, a cylindrical partition is installed around the intake from above the surface of the water to below the surface of the water. The return flow of the drain port becomes a downward flow, and a circulation flow of pond water is generated, which can also be used as a water circulation device that can also serve for purification such as oxygen supply.
又、悪天候による大雨時などで河川などに揚水スクリュウポンプを多数を設置していた場合、揚水スクリュウポンプは発電可能時に蓄えた蓄電装置の電力等で河川の水量を揚水し上部貯水漕又はそれに繋がる他所の貯水池等へ排、送水し河川の氾濫を防止する様減水する事も可能。 In addition, when there are many pumping screw pumps installed in rivers due to heavy rain due to bad weather, the pumping pump pumps the river water with the power of the power storage device stored when power generation is possible and connects it to the upper reservoir or it. It is possible to reduce the water to prevent flooding the river by draining and sending water to other reservoirs.
又、上部貯水漕は比較的高所に設置する為位置エレルギーが有り水圧によるポンプ作用、送水能力が有り近隣の火災の消火用水等緊急時用水として使用可能である又、災害時に於いても飲料水以外の非常用水として使用可能である。 The upper reservoir is located at a relatively high place, has position energy, has a pumping action due to water pressure, and has the ability to supply water, and can be used as emergency water such as water for extinguishing nearby fires. It can be used as emergency water other than water.
以下、本発明の実施形態を図1〜図16に基ついて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は本発明のパイプ状スクリュウポンプユニット10(以下スクリュウポンプと言う)の全体図を示し詳細を説明すると本スクリュウポンプは太陽光発電装置に繋がる一方向回転クラッチ付主軸11dと一方向回転クラッチ付風車羽根ユニット30と一方向回転クラッチ付水車40装置(波力、河川の水流)などの自然エネルギーを同時に又は個々に利用可能なものすべてを一つのスクリュウホンプ10の回転力に変換し回転するスクリュウポンプ10は連続して揚水する、この回転力がすべて停止した時スクリュウポンプは回転停止し揚水機能も停止するもスクリュウポンプは構造的に逆止弁作用が有る為揚水中の揚水は落下しない、太陽光,風力、水力いずれか個々に又は同時に回転可能トルクが発生した時停止状態から回転し始める、スクリュウポンプ10の設置角度は縦型で概ね水平面から80°前後に立ち上がって設置し最上部接続リングD14は一方向回転クラッチ付主軸11dと連結し主軸受箱軸受11によって支持されている、スクリュウポンプ10は一方向回転クラッチ付主軸11dから少し傾斜して吊り下がった状態で回転する一定の傾斜角を保って下部一方向回転クラッチ付水力伝達車輪41にスクリュウポンプ10の接続リング10b、10cの外径を載せて姿勢を保持する下部水車40を設置しない場合で有ってもスクリュウポンプ支持用車輪41は必要となる、この様にスクリュウポンプ10は前記上部一方向回転クラッチ付主軸11dと下部一方向回転クラッチ付水力伝達車輪41で支持した姿勢を保持する。
FIG. 1 shows an overall view of a pipe-like screw pump unit 10 (hereinafter referred to as a screw pump) according to the present invention, and will be described in detail. The screw pump is a main shaft 11d with a one-way rotation clutch and a one-way rotation clutch connected to a solar power generation device. All the natural energy, such as wind
図2の本体パイプ10e外周にスクリュウ羽根10dをねじ状に固着し一体化したスクリュウ本体10gに於いてこの本体パイプ10e外径とスクリュウ羽根10dの形状寸法割合を目安として本体パイプ10e外径をdとしスクリュウ羽根10dの高さをKとするとK=d×(0.15〜0.2)スクリュウ羽根10dの外径をDとするとD=d+2K、スクリュウ羽根10dのピッチをPとするとP=K×(0.6〜0.9)程度とするとスクリュウ羽根10dの高さKの中心直径(d+K)に於いてスクリュウリード角はおおむね2°〜2.5°と成る小リードのスクリュウ本体10gを形成する。
In the screw main body 10g in which the
図2の上記スクリュウ本体10gは必要長さに複数作成し連結する為の接続リングを作成する、その1段目上方端に接続リングA10aを下方端に接続リングB10bを2段目以降の上方端に接続リングC10cを下方端に接続リングB10bをそれぞれ固着し接続リング付スクリュウ本体10gと成る、この接続リング付スクリュウ本体外径に外周分割カバー17を装着する、外周分割カバー17は湾曲カバー部とその両端が角棒状で締付機構を有するもので2分割以上の分割数を必要とする、接続リングA、C、Bの形状は一部スクリュウ本体10g外径(スクリュウ羽根外径)と同一直径部を設け外周分割カバーはスクリュウ羽根10dと各接続リングに掛けて外周をカバーしスクリュウ溝10hを形成しスクリュウ溝10hからの揚水漏れを防止する又接続リングA,B,Cはスクリュウ羽根10dの1ピッチ長さを2分割に輪切りした断面形状と同様のスクリュウ溝10hを有してスクリュウ溝が連続して繋がる構造と成る、接続リングA10a又は接続リングC10cと接続リングB10bは芯出しインローを設けて嵌合する、接続リングA又はCと接続リングBは外周直径を前記外周分割カバー17より大な外径とし連結ボルト穴を有しその外周面をパイプ状スクリュウポンプユニット10の回転ガイドとして又風車羽根ユニット30の回転ガイド及び外部入出力インターフェース等に使用する、又接続リングA10a、C10c、B10bの内径はパイプ状のポンプ本体内径より小さくしスクリュウポンプユニット10の荷重受け連結ボルト16a、16bを接続リング10bに周設する。
The above-mentioned screw main body 10g in FIG. 2 creates a plurality of connection rings to be connected to the required length, and a connection ring A10a is provided at the upper end of the first stage and a connection ring B10b is provided at the upper end of the second and subsequent stages. The connection ring C10c is fixed to the lower end of the connection ring B10b to form a screw main body 10g with a connection ring. The outer
次に図1、図4に於いて、パイプ状スクリュウポンプユニット10(以下スクリュウポンプと言う)の最下端の接続リングB10bに接続リングC10cを固着した取水スクリュウ20を連結する、この取水スクリュウ20は下方に螺旋状に2周程度広がり終端はオープンで広がるスクリュウ溝でその溝上部もオープンな取水溝20aを形成する取水溝がオープンの場合、水の取り入れ方向は限定されない利点がある。
Next, in FIG. 1 and FIG. 4, a
又、取水溝20aと取水水面との高さの関係は、河川の水流の場合、海の波浪場合に於いても水面に出ない事が望ましい。 Further, it is desirable that the relationship between the height of the intake groove 20a and the intake water surface does not come out on the water surface even in the case of river water flow or ocean wave.
図2に於いて、接続リングA10aはパイプ状スクリュウポンプユニット10(以下スクリュウポンプと言う)の最上段一か所のみ使用とする最上段は揚水排出口10fを設け揚水が上部貯水槽に入り外部に漏れないよう接続リングA10aの下側面にフローカバーA61を装着する事で外周に流出する水隗及び水滴をフローカバーB62と上部貯水漕60に流出させる、上部貯水漕60にはスクリュウポンプ10と接続リングA10aとが通せる半円形の逃げ溝を設けその反対側に同様の逃げ溝を設けたフローカバーB62を設け水漏れの無い様取付けることで揚水排出口10fから出た揚水水量がすべて上部貯水漕60に流出する様フローカバーB62を勾配を付けて設置する。
In FIG. 2, the connection ring A10a is used only in the uppermost part of the pipe-shaped screw pump unit 10 (hereinafter referred to as a screw pump). The uppermost stage is provided with a pumping discharge port 10f, and the pumped water enters the upper water storage tank. By attaching the flow cover A61 to the lower surface of the connection ring A10a, the water tank and water droplets flowing out to the outer periphery are discharged to the flow cover B62 and the
図2に於いて、接続リングD14の内側円周上に2か所以に長尺の荷重受けボルトA16aを螺着しそのボルト先部は下側に取付けるスクリュウポンプ10の下側接続リングB10bの内側フランジ部にもう設けたバカ穴に通し接続リングB10bの外側から締付ナットで締着した後にその円周配置の中間に前記と同様に荷重受けボルトB16bを螺着する、次のスクリュウポンプ10の上側接続リングC10cの内径は荷重受けボルトA,Bの締付ナットに干渉しない内径とする、前記接続リングB10b内側フランジ部に螺着した荷重受けボルト16bのボルト先端部はその次のスクリュウポンプ10の下側接続リングB10b内側フランジ部に設けたバカ穴に通し接続リングB10bの外側から締付ナットで締着した後にその円周配置の中間に前記と同様に荷重受けボルトA16aを螺着する、以下同様に順次下側に必要数を連結し最下端は接続リングC10cを固着した板取水スクリュウ20を取付け連結する。
In FIG. 2, a long load receiving bolt A16a is screwed at two or more places on the inner circumference of the connection ring D14, and the bolt tip portion is attached to the lower side of the lower connection ring B10b of the
図1、図2に於いて、太陽光発電装置50又は図示していない風力発電装置による発電電力を使用し減速機付直流モータ13を駆動しその出力軸に結合する一方向回転クラッチ11aを介して主軸受箱11に軸支する一方向回転クラッチ付主軸11dはその下端で結合するユバーサルジョイント11bにて懸吊する接続リングD14及びパイプ状スクリュウポンプユニット10(以下スクリュウポンプと言う)を回転し揚水する、この動力伝達系に於いて、夜間など太陽光発電装置50が停止する場合に他の風力、水力による回転力が発生している場合に停止している減速機付直流モータ13が抵抗と成らない様に一方向回転クラッチ11a機能が働き空転し抵抗力と成らない構造とする事で他の回転力によるスクリュウポンプの回転を妨げない。
In FIG. 1 and FIG. 2, through a one-way rotating clutch 11a that drives the
図1、図5、図6に於いて、パイプ状スクリュウポンプユニット10(以下スクリュウポンプと言う)の上側接続リングC10cと下側接続リングB10bの外径をガイドとして装着する風車羽根ユニット30は上下2か所の連結リング31にガイド軸32と加圧ガイド板34とそれに滑合する回転力伝達軸33を各々円周3カ所以上等配置に固定しその連結リング31に風車羽根39を3カ所以上等配置に取付けた風車羽根支持シャフト36と風車羽根支持アーム37と支持アーム固定ボルト38から成る、ガイド軸32と同軸に取付けたガイド調整軸32aは偏芯軸でガイドローラ32cと接続リングC、Bの外径ガイドとのスキマと風車羽根ユニット30の同軸度を調整する、又連結リング31に固着した加圧ガイド板34に廻り止め軸33aと回転伝達軸33と結合した状態で廻り止め用2面巾を設け滑合する、回転力伝達ローラ33dは軸受33cと一方向回転クラッチ33bを嵌合し廻り止め軸に軸着し加圧ガイド板34に装着した加圧ばね35の加圧力を調整する事で回転力伝達ローラが一方向回転クラッチ33bの機能で回転が固定されスクリュウポンプに固着した接続リングC10cと接続リング10bの外径ガイド面との摩擦力で風車回転力をスクリュウポンプに伝達する事でスクリュウポンプ10を回転する、この動力伝達系に於いて、風力が無い時又は少ない時に風車羽根ユニットは停止した時、太陽光発電装置50又は水車40による回転力が作動しスクリュウポンプ10の回転力がある場合一方向回転クラッチ33bの機能により回転力伝達ローラ33dは空転し抵抗力は極小で、太陽光発電装置によるモータ回転力、又は水車40の回転力によるスクリュウポンプユニット10の回転を妨げない。
1, 5, and 6, the wind
図1、図3、図4、図8、図9に於いて、前記、前々記と同様一方向に回転する水車40による回転力を水車外周リング40a上方に設けた中継車輪保護ケース44g内に固定した加圧ガイド軸44bはガイドブッシュ44cと上部に加圧ばね44dと加圧フランジ44eから成る加圧力調整機構を備え、前記ガイドブッシュ44cに装着した中継車輪ベース44は、ブロック軸受44hに軸着する車輪シャフト45に止着する水力中継車輪46を備え前記加圧ばねを調整する事で前記水車外周リング40aに加圧されその摩擦力で水力中継車輪46は係回するベベルギヤボックス47とユバーサルジョイント48と水力伝達車輪軸49を係回させる、この水力伝達車輪軸49は水力伝達車輪軸保護ケース41cに勘合する軸受A49a軸受B49bに軸支する、又水力伝達車輪41に固設する車輪軸41aとそれと勘合する軸受41dと一方向回転クラッチ41eは前記水力伝達車輪軸49と軸着する為に水力伝達車輪軸49の一方向の回転力のみ水力伝達車輪41を回転してパイプ状スクリュウポンプユニット10(以下スクリュウポンプと言う)に固着した接続リングC10cと接続リングB10bの外径ガイド面との摩擦力が外径ガイドを回転しスクリュウポンプ10が回転し揚水する、この一方向に回転する水車40に回転力が無い場合この水車に繋がる水力伝達車輪は停止する、この時太陽光発電装置50又は風力による風車羽根ユニット30の回転力が有る場合スクリュウポンプ10と固着した接続リングC、Bの外径ガイド面の回転力は水力伝達車輪41とこれに固設する車輪軸41aに嵌合した一方向回転クラッチ41eの機能が水車40から繋がる水力伝達車輪軸49と空転し抵抗力は極小で、太陽光発電装置50によるモータ回転力又は風車羽根ユニット30の回転力によるスクリュウポンプユニット10の回転を妨げない。
In FIG. 1, FIG. 3, FIG. 4, FIG. 8, and FIG. 9, in the relay
図10は接続リングB10b、図11は接続リングC10cの平面図でスクリュウポンプの1ピッチ長さを2分割したスクリュウ形状を有し約1/2は貫通部と成る事を表した単品平面図。 FIG. 10 is a plan view of the connection ring B10b, and FIG. 11 is a plan view of the connection ring C10c, which shows a screw shape in which one pitch length of the screw pump is divided into two parts, and about 1/2 represents a penetration part.
図13は従来のスクリュウポンプと揚水限界の関係図で本体パイプ外径dとスクリュウ羽根との交点をP1とし、その対角に有る外側カバー内径Dとスクリュウ羽根の交点をP2とするとP1とP2を結ぶ直線を水平に置く時、水を溜め置く事が出来ない揚水限界線P0−P0とする、図12は図13のG矢視図で有り斜線は1ピッチに溜る揚水の範囲である。
FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the conventional screw pump and the pumping limit. When the intersection of the main pipe outer diameter d and the screw blade is P1, and the intersection of the outer cover inner diameter D and the screw blade at the diagonal is P2, P1 and
図14は図13のスクリュウポンプの点P1とP2を結ぶ揚水限界線P0−P0を水平にした時の揚水する水が溜らない揚水限界角度を図示した参考図。 FIG. 14 is a reference diagram illustrating a pumping limit angle at which water to be pumped does not accumulate when a pumping limit line P0-P0 connecting points P1 and P2 of the screw pump of FIG. 13 is leveled.
図16は本発明のパイプ状スクリュウポンプ10の揚水限界の関係図で大径本体パイプ外径dとスクリュウ羽根との交点をP1とし、その対角に有る外側カバー内径Dとの交点をP2とするとP1とP2を結ぶ直線P0−P0を水平に置く時水を溜め置く事が出来ない揚水限界線、
P0−P0は本体パイプを大径にして外側カバー内径Dを小さくしてスクリュウピッチPを小さくすることで揚水限界角度が小さくなり揚水角度を小さくする事(揚水可能角度が水平面に対して大きくなる)が可能。
d=本体パイプ:D=外側カバー内径:P=スクリュウピッチ
揚水限界角度=ATAN((P/2)/((d+D)/2))
図15は図16のH矢視図で有り斜線は1ピッチに溜る揚水の範囲である。
FIG. 16 is a relational diagram of the pumping limit of the pipe-shaped
P0-P0 has a main body pipe with a large diameter, a small outer cover inner diameter D and a small screw pitch P, thereby reducing the pumping limit angle and reducing the pumping angle (the pumpable angle increases with respect to the horizontal plane). )Can.
d = Body pipe: D = Outside cover inner diameter: P = Screw pitch pumping limit angle = ATAN ((P / 2) / ((d + D) / 2))
FIG. 15 is a view taken in the direction of the arrow H in FIG.
図1の上部水槽60はパイプ状スクリュウポンプユニット10(以下スクリュウポンプと言う)の最上部から揚水が排水される水を一時貯水するもので上部水槽と図2のフローカバーB62は水漏れの無い様装着し、荷重受けブラケット71に固着した荷重受け支点軸12から吊設するスクリュウポンプ10とその接続リングA10aに装着したフローカバーA61とスクリュウポンプユニット10とは隙間を持って非接触に固設する、上部水槽は支柱本体70の上部に載設する、上部水槽60の底部から係合する放水管91と流量調整弁92と水力発電機90と排水管93に通じ給水面より上位に放水される。又、貯水漕には図示しない上限下限センサー又は水位計を取り付ける。
The
前記の1上部貯水漕60の容量は使用条件により設定、複数の前記パイプ状スクリュウポンプユニット10を設置可能な間隔に並設し同時に上部貯水漕を連設可。上部貯水漕深さは浅いものとし水圧を減少しフレーム上部の質量を減少する、又貯水量は1日に使い切る程度が望ましい、水槽下部の空間は他の目的に使用又は解放空間とする又、上部貯水漕から送水管を通し遠隔の大貯水漕又は溜池等に送水し一か所の放水管と流量調整弁と水力発電機と排水管と電気制御機器と蓄電装置とを備え貯水量に応じて発電量をコントロール可能な各装置を備えることが可能。送水方法は逆サイホンとすると遠隔でも水位減少が少ない。
The capacity of the one
本発明のパイプ状スクリュウポンプユニット10は太陽光発電装置50とそれに繋がる直流モータ13と風力による風車羽根ユニット30又風力発電装置とそれに繋がる直流モータ13、水力(波力、河川の水流)など水車40による自然エネルギーをそれぞれの動力伝達系に内蔵する一方向回転クラッチの機能が働き同時に又は個々に利用可能なものをすべて一つのパイプ状スクリュウホンプユニット10(以下スクリュウポンプと言う)の回転力に変換しスクリュウポンプ10の回転は連続又は間欠で揚水する、しかし上記駆動源となる太陽光発電装置、風力又風力発電装置、水力(波力、河川の水流)などの内どれか一つの駆動源で有っても揚水は可能である。
The pipe-shaped
前記の3種の自然エネルギーを自然水を利用して1つのパイプ状スクリュウポンプユニット10(以下スクリュウポンプと言う)を介して水の位置エネルギーに変換するもので各エネルギー単体の稼働時間に対して3系統並列入力によるスクリュウポンプ10の稼働時間は大幅に長くなり可動効率が上がると予想される。
The above three kinds of natural energy are converted to the potential energy of water through one pipe-shaped screw pump unit 10 (hereinafter referred to as screw pump) using natural water. It is expected that the operating time of the
なお、本発明のパイプ状スクリュウポンプユニット10の設置は沖合に於いて浮体係留式を念頭にするものの海岸部に於いて基礎固定式、又水循環式で有るので河川から導水、雨水を利用し陸上に取水部を設け設置、又、池、湖沼に於いては岸より張り出したコンクリート基礎上に設置、地域の気象、地理条件等により設置方法は異なる。
The pipe
本発明のパイプ状スクリュウポンプユニット10は揚水発電用揚水ポンプ以外に本来の農業用水の確保、配水、送水が可能,海水に於いては魚介類の陸上養殖に必要な海水の供給が可能、池などでは取水口周囲に水面上から水面下にかけて円筒状の仕切りを設置することで池水のゆったりとした上昇流が生じ排水口の戻り流が下降流と成り池水の循環流が生じ酸素供給等浄化作用を兼ねる事が出来る水循環装置としても使用できる。
The pipe-like
又、悪天候による大雨時などで河川などに揚水スクリュウポンプを多数を設置していた場合、揚水スクリュウポンプは発電可能時に蓄えた蓄電装置の電力等で河川の水量を揚水し上部貯水漕又はそれに繋がる他所の貯水池等へ排、送水し河川の氾濫を防止する様減水する事も可能。 In addition, when there are many pumping screw pumps installed in rivers due to heavy rain due to bad weather, the pumping pump pumps the river water with the power of the power storage device stored when power generation is possible and connects it to the upper reservoir or it. It is possible to reduce the water to prevent flooding the river by draining and sending water to other reservoirs.
本発明のパイプ状スクリュウポンプの貯水漕の揚水は比較的高所に設置する為位置エネルギーが有り水圧によるポンプ作用、送水能力が有る、又下部貯水槽も利用出来る、緊急時には水資源として使用可能、例えば大地震ではガス、水道、電気が同時に止まり更に火災が起こる時比較的大きな貯水漕が近くに有れば消火活動が敏速に出来る可能性が有る。平常時に蓄えた蓄電装置により夜間の照明、携帯電話の充電等が可能。そして緊急時でない場合は自然エネルギー利用の発電による売電利益を生む可能性が有る。 The pump of the pipe screw pump of the present invention is installed at a relatively high place, so it has potential energy, has a pumping action by water pressure, has a water supply capacity, can also use the lower water tank, and can be used as a water resource in an emergency For example, in the case of a large earthquake, when gas, water, and electricity are stopped at the same time, and a fire breaks out, there is a possibility that fire extinguishing activities can be performed quickly if there is a relatively large reservoir. Nighttime lighting and charging of mobile phones are possible with power storage devices stored in normal times. If it is not an emergency, there is a possibility of generating profits from selling electricity using natural energy.
10 パイプ状スクリュウポンプ
10a 接続リングA
10b 接続リングB
10c 接続リングC
10d スクリュウ羽根
10e 本体パイプ
10f 揚水排出口
10g スクリュウ本体
10h スクリュウ溝
11 主軸受箱
11a 一方向回転クラッチ
11b ユニバーサルジョイント
11c 落下防止金具
11d 主軸
12 荷重受け支点
13 直流モータ
14 接続リングD
16a 荷重受けボルトA
16b 荷重受けボルトB
17 外周分割カバー
20 取水スクリュウ
20a 取水溝
30 風車羽根ユニット
31 連結リング
32 ガイド軸
32a ガイド調整軸
32b ガイド軸受
32c ガイドローラ
33 回転力伝達軸
33a 回り止め軸
33b 一方向回転クラッチ
33c 軸受
33d 回転力伝達ローラ
34 加圧ガイド板
35 加圧ばね
36 風車羽根支持シャフト
37 風車羽根支持アーム
38 支持アーム固定ボルト
39 風車羽根
40 水車
40a 水車外周リング
41 水力伝達車輪
41a 車輪軸
41b 防水カバー
41c 水力伝達車輪保護ケース
41d 軸受
41e 一方向回転クラッチ
42 自由車輪
43 水車回転軸
44 中継車輪ベース
44a 車輪カバー
44b 加圧ガイド軸
44c ガイドブッシュ
44d 加圧ばね
44e 加圧フランジ
44f ボルト
44g 中継車輪保護ケース
44h ブロック軸受
45 車輪シャフト
46 水力中継車輪
47 ベベルギヤボックス
48 ユニバーサルジョイン
49 水力伝達車輪軸
49a 軸受A
49b 軸受B
49c 軸受C
49d 軸受D
50 太陽光発電ユニット
60 上部水槽
61 フローカバーA
62 フローカバーB
70 支持フレーム
71 荷重受けブラケット
72 下部フレーム
73 水力伝達車輪支持ブラケット
74 自由車輪支持ブラケット
80 電気制御機器
81 電気制御用バッテリー
82 蓄電池
90 水力発電機
91 放水管
92 流量調整弁
93 排水管
10 Pipe screw pump
10a Connection ring A
10b Connection ring B
10c Connection ring C
10d Screw blade 10e Main body pipe 10f Pumping discharge port 10g Screw main body
16a Load receiving bolt A
16b Load receiving bolt B
17 Peripheral division cover 20 Water intake screw 20a
49b Bearing B
49c Bearing C
49d Bearing D
50 Solar
62 Flow cover B
70
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US6083382A (en) * | 1998-01-14 | 2000-07-04 | Bird; Mark | Water desalination system |
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