JP3201988U

JP3201988U - 水の自動循環装置

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Publication number: JP3201988U
Application number: JP2015005435U
Authority: JP
Inventors: 環及川
Original assignee: 環及川
Priority date: 2015-10-26
Filing date: 2015-10-26
Publication date: 2016-01-14
Anticipated expiration: 2025-10-26

Abstract

【課題】容器に溜まった水を吸い上げて再度その容器の水面に連続的に滴下させることで水を自動循環させる水の自動循環装置を提供する。【解決手段】水容器１００と、水容器の水面よりも上部が鉛直方向高い位置に配置され、水を密閉状態で満たすことができる第１のボトル２１０と、水容器の水面よりも上部が鉛直方向高い位置に配置されかつ第１のボトルの上部よりも低い位置に配置され、水を密閉状態で満たすことができる第２のボトル２２０と、水容器の水を一端から吸い上げ他端から第１のボトルに供給する第１のパイプ３１０と、第１のボトルに満たされた水を一端から吸い上げ他端から前記第２のボトルに水を供給する第２のパイプ３２０と、第２のボトルに満たされた水を一端から吸い込み他端の開口部から水容器に満たされた水の水面に連続した水滴として間断なく滴下させる第３のパイプ３３０とを有している。【選択図】図１

Description

本考案は、容器に溜まった水を吸い上げて再度その容器の水面に連続的に滴下させることで水を自動循環させる水の自動循環装置に関する。

サイフォン原理を利用して高さ方向に複数段配置された密閉液体タンクの水を上段のタンクから下段のタンクに順々に液体を流出させていく複数段液体貯留装置が従来から知られている（例えば特許文献１参照）。

実用新案登録第３１６２４２２号公報

上述のような複数段液体貯留装置は、あくまでサイフォン原理のみを利用しているだけなので、液体が流出する上段のタンクの水位の鉛直方向の高さに対して液体が流入する下段のタンクの水位の鉛直方向の高さが低くなっていくことが必須とされる。そのため、上段のタンクに溜まった液体が下段のタンクに流れ込んでいく一方向的な液体の流れが生じているに過ぎない。

そして、下段のタンクまで達した液体を上段のタンクに再び戻すためにはポンプなどの何らかの動力源を用いる必要がある。即ち、このような構成では、ポンプなどの何らかの動力源を用いなければ、これら上段のタンクからパイプを介して下段のタンクに至るまでの閉じられた液体の流れの経路内において液体を自働循環させることができない。

本考案の目的は、容器に溜まった水を吸い上げて再度その容器の水面に連続的に滴下させることで水を自動循環させる水の自動循環装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本考案の請求項１に係る水の自動循環装置は、
上面が開口し一定の高さまで水を満たす水容器と、
前記水容器に満たされた水の水面よりも上部が鉛直方向高い位置に配置され、水を密閉状態で満たすことができる第１のボトルと、
前記水容器に満たされた水の水面よりも上部が鉛直方向高い位置に配置されかつ前記第１のボトルの上部よりも低い位置に配置され、水を密閉状態で満たすことができる第２のボトルと、
前記水容器の水を一端から吸い上げ他端から前記第１のボトルに供給する第１のパイプであって、その長手方向中間部分の一部が前記第１のボトルよりも鉛直方向上方に配置された第１のパイプと、
前記第１のボトルに満たされた水を一端から吸い上げ他端から前記第２のボトルに水を供給する第２のパイプであって、その長手方向中間部分の一部が前記第１のボトルよりも鉛直方向上方に配置された第２のパイプと、
前記第２のボトルに満たされた水を一端から吸い込み他端の開口部から前記水容器に満たされた水の水面に連続した水滴として間断なく滴下させる第３のパイプと、を有し、
前記第１のボトル及び第２のボトル、前記第１のパイプ乃至第３のパイプは、前記水容器に溜まった水から送り出される水で満たされており、
前記第３のパイプの他端の開口部からは水滴が連続的に滴下している間中、外部から当該第３のパイプ内に空気が入らないようになっており、
前記水容器、前記第１のボトル及び第２のボトル、前記第１のパイプ乃至第３のパイプの配置関係、並びに前記水容器に溜まった水の水面と前記第３のパイプの他端の開口部との間隔は、サイフォン原理に加えて水の凝集力により決定されていることを特徴としている。

本考案によると、サイフォン原理に加えて水の凝集力（水の分子間力）や各構成要素の配置に起因する水の逆流防止構造に基づいて、容器に溜まった水を吸い上げて再度その容器の水面に連続的に滴下させることで水を自動循環させることができる。

これによって、本考案に係る水の自動循環装置における水の流れる部分の途中に水の流れを阻止する抵抗とならない構成のフィルターを備えれば、水の浄化装置として利用可能である。具体的には、屋内においては金魚鉢や魚を飼育する水槽の水の浄化に用いることができ、屋外では本考案に係る水の自働循環装置を多数備えることで例えば池や貯水池、湖の水の浄化に役立てることができる。

また、本考案に係る水の自動循環装置における水の流れる部分の途中に水の流れを阻止する抵抗とならない構成の羽根車を備えれば、簡易的な発電装置とすることが可能である。これによって、例えば消費電力が少ないＬＥＤライトの照明装置の電源やその他の各種センサーに電力を供給することによる警報装置の電源として利用することができる。

また、本考案に係る水の自動循環装置は、サイフォン原理に加えて水の凝集力（水の分子間力）を利用しているので、背の高い木や草花はどのようにして根から水分や養分を吸い上げて上方の葉っぱや花の部分に供給するかの原理を説明するための理科の教材としても利用できる。併せて、サイフォン原理と水の吸収力（毛細管現象）を同時に比較できる理科の教材とすることもできる。これによって、わが国の将来の産業の発達を担う子供たちに科学的興味や好奇心を起こさせることが可能である。

本考案の一実施形態に係る水の自動循環装置を示す正面図である。図１に示した水の自動循環装置を示す側面図である。

以下、本考案の一実施形態に係る水の自動循環装置について説明する。図１は、本考案の一実施形態に係る水の自動循環装置を示す正面図である。また、図２は、図１に示した水の自動循環装置を示す側面図である。

本考案の一実施形態に係る水の自動循環装置１は、上面が開口し一定の高さまで水を満たす水容器１００と、水容器１００に満たされた水５００の水面５００ａよりも上部が鉛直方向高い位置に配置され、水を密閉状態で満たすことができる第１のボトル２１０と、水容器１００に満たされた水５００の水面５００ａよりも上部が鉛直方向高い位置に配置されかつ第１のボトル２１０の上部よりも低い位置に配置され、水を密閉状態で満たすことができる第２のボトル２２０と、水容器１００の水５００を一端から吸い上げ他端から第１のボトル２１０に供給する第１のパイプであって、その長手方向中間部分の一部が第１のボトル２１０よりも鉛直方向上方に配置された第１のパイプ３１０と、第１のボトル２１０に満たされた水を一端から吸い上げ他端から第２のボトル２２０に水を供給する第２のパイプであって、その長手方向中間部分の一部が第１のボトル２１０よりも鉛直方向上方に配置された第２のパイプ３２０と、第２のボトル２２０に満たされた水を一端から吸い込み他端の開口部から水容器１００に満たされた水５００の水面５００ａに連続した水滴５０１，５０２，５０３，・・・として間断なく滴下させる第３のパイプ３３０と、を有している。また、水容器１００の中には予備ボトル２３０が備わっている。

そして、第１のボトル２１０及び第２のボトル２２０、第１のパイプ３１０乃至第３のパイプ３３０は全て水容器１００に溜まった水から送り出される水で満たされており、第３のパイプ３３０の他端の開口部からは水滴５０１，５０２，５０３,・・・が連続的に滴下している間中、外部から第３のパイプ内に空気が入らないようになっている。

また、水容器１００、第１のボトル２１０及び第２のボトル２２０、第１のパイプ３１０乃至第３のパイプ３３０の配置関係、並びに水容器１００に溜まった水５００の水面５００ａと第３のパイプ３３０の他方の端部３３６の他端側開口部３３７との間隔は、サイフォン原理に加えて水の凝縮力（水の分子間力）を考慮して決定されている。

以下、上述した各構成要素についてより詳細に説明する。水容器１００は、本実施形態の場合、上面全体が開口し所定の高さを有するいわゆる鍋や桶、洗面器等が用いられ、材質は樹脂又は金属の何れでも構わない。水容器１００には一定の高さまで水で満たされているとともに、本実施形態の場合、予備ボトル２３０が斜めに入っている。予備ボトル２３０は、その上端が閉塞するとともに下端が開口した円筒形状を有し、この内部には水容器１００に満たされた水５００が容器内の上部にわずかな空間を残して同様に満たされている。なお、本考案においては、予備ボトル２３０は必ずしも必要としない。

第１のボトル２１０は、内部に水を液密状態で貯めることができる構造を有しており、その材質は樹脂又は金属の何れでも構わない。第１のボトル２１０は、図１及び図２に示すように、水容器１００に満たされた水５００の水面５００ａよりも鉛直方向高い位置にこのボトル２１０の長手方向が鉛直方向に向くように立てた状態で配置されている。

第２のボトル２２０は、内部に水を液密状態で貯めることができる構造を有しており、その材質は樹脂又は金属の何れでも構わない。第２のボトル２２０は、図１及び図２に示すように、水容器１００に満たされた水５００の水面５００ａよりも鉛直方向高い位置であって第１のボトル２１０よりも鉛直方向低い位置にこのボトル２１０の長手方向が水平方向に向くように横向きの状態で配置されている。

第１のパイプ３１０は、樹脂又は金属でできたチューブ状のパイプからなり、その内部には空気を含まず水容器１００から吸い上げられた水だけが満たされる程度の内径の流路を有している。そして、第１のパイプ３１０は、図１に示すように、上側水平延在部３１１が水容器１００の載置面９０から所定の高さであって第１のボトル２１０よりもさらに高い位置に配置され、左右の垂直延在部３１２，３１３と上側水平延在部３１１とを合わせて逆Ｕ字状をなしている。

第１のパイプ３１０の一方の端部３１５は、この内部の水流路が開口しており、予備ボトル２３０の内部の水で満たされた部分の水面２３１よりも常に下側に位置するようになっており、他方の端部３１６は、この水流路が開口しており、第１のボトル２１０の上部から液密状態を保ちながら第１のボトル内に満たされた水の中に下方に向かって延在している。

第２のパイプ３２０は、樹脂又は金属でできたチューブ状のパイプからなり、その内部には空気を含まず水容器１００から吸い上げられた水だけが満たされる程度の内径の流路を有している。そして、第２のパイプ３２０は、第１のパイプ３１０と同様に、その上側水平延在部３２１が水容器１００の載置面９０から所定の高さであって第１のボトル２１０よりもさらに高くかつ第１のパイプ３１０よりも若干下側となる位置に配置され、左右の垂直延在部３２２，３２３と上側水平延在部３２１とを合わせて逆Ｕ字状をなしている。

第２のパイプ３２０の一方の端部３２５は、この内部の水流路が開口しており、第１のボトル２１０の上部から液密状態を保ちながら第１のボトル内に満たされた水の中に第１のパイプ３１０の他方の端部３１６と平行して下方に向かって延在している。また、第２のパイプ３２０の他方の端部３２６は、この内部の水流路が開口しており、第２のボトル２２０の長手方向一方の端部から液密状態を保ちながら挿入され、第２のボトル内に満たされた水の中に水平方向に向かって延在している。

第３のパイプ３３０の一方の端部３３５は、この内部の水流路が開口しており、第２のボトル２２０の長手方向一方の端部から液密状態を保ちながら挿入され、第２のボトル内に満たされた水の中に第２のパイプ３２０の他方の端部３２６と平行して水平方向に向かって延在している。また、第３のパイプ３３０は、第２のボトル２２０の長手方向一方の端部３３５から水平方向に延在した後、垂直方向下方に折れ曲がってその他方の端部３３６の他端側開口部３３７が水容器１００に満たされた水５００の水面５００ａから所定の高さに位置するように配置されている。

なお、本実施形態の場合、第３のパイプ３３０の他方の端部３３６の他端側開口部３３７は、パイプ側方から見て斜めに切断されており、第３のパイプ３３０の水流路をなす内径は、第３のパイプ３３０から水容器１００に満たされた水５００の水面５００ａに向かって水滴５０１，５０２，５０３,・・・が１滴ずつ時間的間隔を空けずに連続的に滴下する程度の細さを有している。即ち、第３のパイプ３３０の他方の端部から水滴５０１，５０２，５０３,・・・が連続的に滴下する間、周囲の空気が第３のパイプ内に入り込まないようになっている。

また、第３のパイプ３３０の他方の端部３３６の他端側開口部３３７の高さは、第１のボトル２１０及び第２のボトル２２０、予備ボトル２３０、第１のパイプ３１０乃至第３のパイプ３３０の全てが空気を含まず完全に水で満たされるようにした場合に、これらの各構成要素が上述した配置状態とされることで、サイフォン原理に加えて水の凝集力、すなわちファンデルワールス力の１つである水の分子間力を利用してこの第３のパイプ３３０の他方の端部３３６の他端側の開口部３３７から水容器１００の水の水平面に向かって水滴５０１，５０２，５０３，・・・が１滴ずつ滴下する程度の高さとなっている。

このように、本考案は、水容器１００、第１のボトル２１０及び第２のボトル２２０、第１のパイプ３１０乃至第３のパイプ３３０で構成される水の流れの経路が第３のパイプ３３０の他方の端部３３６の他端側の開口部３３７と水容器１００に満たされた水５００の水面５００ａとの間を除いて空気によって分断されることなく水のみで連続的に形成されていることを特徴としている。

これによって、本考案は、従来技術においては全く用いられていない技術的思想の組み合わせであるサイフォン原理に加えて水の凝集力（ファンデルワールス力の１つである水の分子間力であり毛細管現象を説明するのに用いられる力）を利用するとともに、水の流れの経路が上述した複雑な経路から構成されることによる水の逆流防止、すなわち第３のパイプ３３０から第２のボトル２２０、第２のパイプ３２０、第１のボトル２１０、第１のパイプ３１０を介して水容器１００に水が逆流するのを防止する抵抗力を有することで、水容器１００に溜まった水５００を吸い上げて水容器１００に溜まった水５００の水面５００ａに水滴５０１，５０２，５０３,・・・として連続的に滴下させることで水を自動循環させることができる。

これによって、本考案に係る水の自動循環装置１における水の流れる部分の途中に水の流れを阻止する抵抗にはならない程度の構成を有するフィルターを備えれば水の浄化装置として利用可能である。具体的には、屋内においては金魚鉢や魚を飼育する水槽の水の浄化に用いることができ、屋外では本考案に係る水の自働循環装置を多数備えることで例えば池や貯水池、湖の水の浄化に役立てることができる。

また、本考案に係る水の自動循環装置１における水の流れる部分の途中に水の流れを阻止する抵抗とならない構成の羽根車を備えれば、簡易的な発電装置とすることが可能である。これによって、例えば消費電力が少ないＬＥＤライトの照明装置の電源やその他の各種センサーに電力を供給することによる警報装置の電源として利用することができる。

また、本考案に係る水の自動循環装置は、サイフォン原理に加えて水の凝集力を利用しているので、背の高い木や草花はどのようにして根から水分や養分を吸い上げて上方の葉っぱや花の部分に供給するかの原理（毛細管現象）を説明するための理科の教材としても利用できる。併せて、サイフォン原理と水の吸収力（毛細管現象）を同時に比較できる理科の教材とすることもできる。これによって、わが国の将来の産業の発達を担う子供たちに科学的興味や好奇心を起こさせることが可能である。

本考案の作用、即ち容器に溜まった水を吸い上げて再度その容器の水面に連続的に滴下させることで水を自動循環させることができる具体的な試作品を作成したので、その各構成要素の種類や材質、構成要素間の寸法関係について以下に説明する。

本実施例においては、水の自働循環装置１の考えられる好ましい形態の１つとして、上面が開口し一定の高さまで水を満たす水容器１００については、直径３０センチ、深さ１５センチを有し上部が全て開口した金属製の水入れ容器を用いた。

また、水容器１００に満たされた水５００の水面５００ａよりも上部が鉛直方向高い位置に配置され、水を密閉状態で満たすことができる第１のボトル２１０については、容積１リットルのペットボトルを用いた。

また、水容器１００に満たされた水５００の水面５００ａよりも上部が鉛直方向高い位置に配置されかつ第１のボトル２１０の上部よりも低い位置に配置され、水を密閉状態で満たすことができる第２のボトル２２０については、容積１リットルのペットボトルを用いた。

また、水容器１００の水５００を一端から吸い上げ他端から第１のボトル２１０に供給する第１のパイプであって、その長手方向中間部分の一部が第１のボトル２１０よりも鉛直方向上方に配置された第１のパイプ３１０については、外径１ｃｍで内径５ｍｍ程度のビニール製のパイプを用いた。

また、第１のボトル２１０に満たされた水を一端から吸い上げ他端から第２のボトル２２０に水を供給する第２のパイプであって、その長手方向中間部分の一部が第１のボトル２１０よりも鉛直方向上方に配置された第２のパイプ３２０については、外径１ｃｍで内径５ｍｍ程度のビニール製のパイプを用いた。

また、第２のボトル２２０に満たされた水を一端から吸い込み他端の開口部から水容器１００に満たされた水５００の水面５００ａに連続した水滴５０１，５０２，５０３,・・・として間断なく滴下させる第３のパイプ３３０については、外径０．８ｃｍの内径４ｍｍ程度のビニール製のパイプを用いた。

そして、水容器で満たされた水の中に同じく容積１リットルのペットボトルであって一端側を全て開口した予備ボトル２３０を傾けて配置した。

また、第１のパイプ３１０の他端が第１のボトル内に液密に挿入されるとともに、第２のパイプ３２０の一端が第１のボトル内に液密に挿入されるように、第１のボトル２１０のキャップ部（図面中には図示せず）に第１のパイプ３１０と第２のパイプ３２０を挿通して固定した。

また、第２のパイプ３２０の他端が第２のボトル内に液密に挿入されるとともに、第３のパイプ３３０の一端が第２のボトル内に液密に挿入されるように、第２のボトル２２０のキャップ部（図面中には図示せず）に第２のパイプ３２０と第３のパイプ３３０を挿通して固定した。

そして、水容器１００を水５００で満たすとともに、第１のボトル２１０、第２のボトル２２０、及び予備ボトル２３０を水で満たし、第１のパイプ３１０乃至第３のパイプ３３０をそれぞれ所定のボトル内にそれらのキャップ（図面中では図示せず）を介して液密状態を保つように差し込み、これら全体を水容器１００が置かれた面とほぼ同一面において第３のパイプ３３０の開口した他端から口唇で水を吸い出し、第１のボトル２１０及び第２のボトル２２０、予備ボトル２３０、第１のパイプ３１０乃至第３のパイプ３３０の全てが空気を含まず完全に水で満たされるようにした。なお、予備ボトル２３０に関しては、これに溜まった水の水位が第１のパイプ３１０の一端よりも上側に位置していれば、本考案の作用を発揮できることを後に確認した。

以上のように、第１のボトル２１０及び第２のボトル２２０、予備ボトル２３０、第１のパイプ３１０乃至第３のパイプ３３０の全てが空気を含まず完全に水で満たされるようにした状態を保ったまま、第３のパイプ３３０の他端側の開口部３３７から空気が入らないようにこの部分を指で押さえながら第１のボトル２１０を水容器１００の載置面９０から約５０センチの高さ（図中高さｈ１参照）においてそのキャップが上方に向くようにこのボトルを立てた状態で壁に取り付けるとともに、第２のボトル２２０を水容器１００の載置面９０から約３０センチの高さ（図中高さｈ２参照）においてそのキャップが水平方向を向くようにこのボトル２２０を横向きにした状態で壁に取り付けた。

そして、第１のパイプ３１０については、図１に示すように上側水平延在部３１１が水容器の載置面９０から約１ｍの高さ（図中高さｈ３参照）に位置するように逆Ｕ字状に壁に取り付けた。また、第２のパイプ３２０についても、図１に示すように上側水平延在部３２１が第１のパイプ３１０の上側水平延在部３１１よりも若干下に位置するように逆Ｕ字状に壁に取り付けた。

そして、第３のパイプ３３０の他端側の開口部３３７は水容器１００に満たされた水５００の水面上方約５ｃｍの高さ（図中高さｈ４参照）に位置させた状態で他端側開口部３３７を摘んだ指を離し、第３のパイプ内の水を水容器１００に溜まった水５００の水面５００ａに流出するようにした。

このようにすることで、第３のパイプ３３０の他端側の開口部３３７から水滴５０１，５０２，５０３,・・・が水容器内に溜まった水５００の水面５００ａに向かって１滴ずつ連続的に滴下するとともに、この第３のパイプ３３０の他端側開口部３３７から第３のパイプ内に空気が逆流しないことを確認することができた。

以上のような構成によって、第３のパイプ３３０の他端側開口部３３７から水滴５０１，５０２，５０３,・・・が水容器内に溜まった水５００の水面５００ａに向かって１滴ずつ連続的に滴下するという動作が連続して１０時間継続することを確認した後、これらの構成要素の壁への固定を外して本考案の効果確認試験を終了した。

以上説明したように、本考案によると、サイフォン原理に加えて水の凝集力や各構成要素の配置に起因する水の逆流防止構造に基づいて、容器に溜まった水を吸い上げて再度その容器の水面に連続的に滴下させることで水を自動循環させることができる。

これによって、本考案に係る水の自動循環装置１における水の流れる部分の途中に水の流れを阻止する抵抗とならない構成のフィルターを備えれば、水の浄化装置として利用可能である。具体的には、屋内においては金魚鉢や魚を飼育する水槽の水の浄化に用いることができ、屋外では本考案に係る水の自働循環装置を多数備えることで例えば池や貯水池、湖の水の浄化に役立てることができる。

なお、上述した実施形態は、あくまで本考案の一例を示すもので、本考案の範囲を逸脱しなければ上述のような寸法、材質、形状に本考案を限定する必要はなく、適宜設計変更を可能とすることは言うまでもない。

１水の自動循環装置
９０載置面
１００水容器
２１０第１のボトル
２２０第２のボトル
２３０予備ボトル
２３１水面
３１０第１のパイプ
３１１上側水平延在部
３１２，３１３垂直延在部
３１５一方の端部
３１６他方の端部
３２０第２のパイプ
３２１上側水平延在部
３２２，３２３垂直延在部
３２５一方の端部
３２６他方の端部
３３０第３のパイプ
３３６他方の端部
３３７他端側の開口部
５００水
５００ａ水面
５０１，５０２，５０３,・・・水滴

Claims

上面が開口し一定の高さまで水を満たす水容器と、
前記水容器に満たされた水の水面よりも上部が鉛直方向高い位置に配置され、水を密閉状態で満たすことができる第１のボトルと、
前記水容器に満たされた水の水面よりも上部が鉛直方向高い位置に配置されかつ前記第１のボトルの上部よりも低い位置に配置され、水を密閉状態で満たすことができる第２のボトルと、
前記水容器の水を一端から吸い上げ他端から前記第１のボトルに供給する第１のパイプであって、その長手方向中間部分の一部が前記第１のボトルよりも鉛直方向上方に配置された第１のパイプと、
前記第１のボトルに満たされた水を一端から吸い上げ他端から前記第２のボトルに水を供給する第２のパイプであって、その長手方向中間部分の一部が前記第１のボトルよりも鉛直方向上方に配置された第２のパイプと、
前記第２のボトルに満たされた水を一端から吸い込み他端の開口部から前記水容器に満たされた水の水面に連続した水滴として間断なく滴下させる第３のパイプと、を有し、
前記第１のボトル及び第２のボトル、前記第１のパイプ乃至第３のパイプは、前記水容器に溜まった水から送り出される水で満たされており、
前記第３のパイプの他端の開口部からは水滴が連続的に滴下している間中、外部から当該第３のパイプ内に空気が入らないようになっており、
前記水容器、前記第１のボトル及び第２のボトル、前記第１のパイプ乃至第３のパイプの配置関係、並びに前記水容器に溜まった水の水面と前記第３のパイプの他端の開口部との間隔は、サイフォン原理に加えて水の凝集力により決定されていることを特徴とする水の自動循環装置。