JP3404697B2

JP3404697B2 - 冷凍気液ポンプ装置

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Publication number: JP3404697B2
Application number: JP2000067693A
Authority: JP
Inventors: 健吉岡
Original assignee: 健吉岡
Priority date: 2000-02-07
Filing date: 2000-02-07
Publication date: 2003-05-12
Anticipated expiration: 2020-02-07
Also published as: JP2001221149A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、従来のコンプレッサー
を使用しないで、気体と液体（以下「気液」と言う）を
共に低速回転で圧縮し、圧縮した気体を利用して冷凍に
利用する冷凍気液ポンプ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、冷凍には圧縮機（コンプレッサ
ー）を必要とし、圧縮機の種類は、往復式、ロータリー
式、遠心式の３種が主体であったが、これらは、高速運
動を必要とし、高熱化や摩擦抵抗や騒音振動が大きく、
エネルギーのロスを大きくしていた。また、騒音や振動
防止や冷却の付属設備を必要としていた。

【０００３】また従来の冷凍の圧縮機は、流体の通過途
上に内部機器（羽根、歯車、ピストン、スクリュー、ベ
ン等）があり、故障の原因となり、注油等メンテナンス
に多大の費用を必要とした。

【０００４】また従来の冷凍の圧縮機は、高速運動（回
転、往復）を必要とするため、モーターやエンジンによ
る駆動となり、自然界に無数に存在する風力や水流力を
気体圧縮へ利用するのは困難であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
からの冷凍装置の欠陥を解決することにあって、冷凍の
ための圧縮機（往復式、ロータリー式、遠心式）等のよ
うに高速運動を必要とせず、高熱化や摩擦抵抗や騒音振
動が小さく、エネルギーロスの小さい、騒音振動防止や
冷却の設備を必要としない空気冷凍装置、すなわち、冷
凍気液ポンプ装置の開発にある。

【０００６】また、本発明の目的は、流体の通過途上に
内部機器（羽根、歯車、ピストン、スクリュー、ベン
等）を一切設けず、故障の原因を除去し、注油等のメン
テナンス費用を小さくする装置の開発にある。

【０００７】更に、本発明の目的は、モーターやエンジ
ンによる駆動だけでなく、世界中に無数に存在する低密
度のエネルギーである、風力、水流力等を駆動源とし
て、冷凍へ利用し環境破壊のない冷凍装置の開発にあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述した従来
の問題点を解決するため、内部が空洞状の回転軸４の軸
心線をほぼ水平に設け、軸心線の周りに連続したパイプ
１を巻いて連通したリング状流路２を形成したパイプ巻
体３を、回転軸４と一体に回転可能に構成し、水面近く
に設け、軸受１８に回転軸４を取付け、パイプ巻体３の
パイプ１の一端の開口を気液流入口６として他端をパイ
プ巻体３の最終リングから流出管７を経て、回転軸４の
空洞部内に入り、回転軸４と一体に回転する回転圧送管
８として通過し、気密水密性があり回転自在で連通する
接続機器９の一端に接続し、接続機器９の他端は回転し
ない圧送設備１０を接続し、圧送設備１０から気液分離
機器１１に接続し、圧送管１２により加圧気体のみを冷
凍室１２の噴出装置１３に接続する、パイプ巻体３を駆
動源１５により回転させ、気液流入口６を回転毎に水没
させて気体と液体を交互に、パイプ巻体３の気液流入口
６より連通したリング状流路２に流入させ、各リング状
流路２内の気体と液体を重力の作用で上下に分離し前後
にリング内水位１７を形成した封水状態１６を、維持す
る回転速度の０．０１〜３．０回／秒の範囲でパイプ巻
体３を回転させ、各リング状流路２内の気体と液体を順
次移動させて最終リングを通過後、封水状態１６を解消
して流出管７から回転軸４の空洞内の回転圧送管８とし
て、接続機器９を通過して回転しない圧送設備１０を経
て気液分離機器１１に入って加圧気体と加圧液体は分離
し、加圧気体は送気管１２から噴出装置１３に至り、冷
凍室１４内へ断熱的に噴出させて、冷凍室１４内を冷凍
することに特徴がある。

【０００９】また、本発明は、前述した従来の問題点を
解決するため、内部が空洞状の固定軸３０の軸心線をほ
ぼ水平に設け、軸心線の周りに連続したパイプ１を巻い
て連通したリング状流路２を形成したパイプ巻体３を、
回転軸受３１を付設して固定軸３０の周りを回転可能に
構成し、水面近くに設け、パイプ巻体３のパイプの一端
の開口を気液流入口６とし、他端をパイプ巻体３の最終
リングから流出管７を経て、気密水密性があり回転自在
で連通し固定軸３０に付設した接続機器９の一端に接続
し、接続機器９の他端からは圧送設備１０として、固定
軸３０の空洞部を経て外部に延伸し、気液分離機器１１
に接続し、送気管１２により加圧気体のみを冷凍室１４
の噴出装置１３に接続する、パイプ巻体３を駆動源１５
により回転させ、気液流入口６を回転毎に水没させて気
体と液体を交互に、パイプ巻体３の気液流入口６より連
通したリング状流路２に流入させ、各リング状流路２内
の気体と液体を重力の作用で上下に分離し前後に水位を
形成した封水状態１６を、維持する回転速度の０．０１
〜３．０回／秒の範囲でパイプ巻体３を回転させ、各リ
ング状流路２内の気体と液体を順次移動させて最終リン
グを通過後、封水状態１６を解消して流出管７から回転
圧送管８と接続機器９を経て圧送設備１０を通過して気
液分離機器１１に入って加圧気体と加圧液体は分離し、
加圧気体は冷凍室１４の噴出装置１３に至り断熱的に噴
出させて、冷凍室１４内を冷凍することに特徴がある。

【００１０】さらに、本発明は、パイプ巻体２の回転の
駆動源として、風力、又は水流力を使用することに特徴
がある。

【００１１】

【実施の態様】本発明の冷凍気液ポンプ装置を図１で説
明すると、内部が空洞状の回転軸４の軸心線をほぼ水平
に設け、軸心線の周りに連続したパイプ１を巻いて連通
したリング状流路２を形成したパイプ巻体３を、回転軸
４と一体に回転可能に構成し、水面近くに設け、軸受１
８に回転軸４を取付け、パイプ巻体３のパイプ１の一端
の開口を気液流入口６として他端をパイプ巻体３の最終
リングから流出管７を経て、回転軸４の空洞部内に入
り、回転軸４と一体に回転する回転圧送管８として通過
し、気密水密性があり回転自在で連通する接続機器９の
一端に接続し、接続機器９の他端は回転しない圧送設備
１０を接続し、圧送設備１０から気液分離機器１１に接
続し、圧送管１２により加圧気体のみを冷凍室１２の噴
出装置１３に接続する、パイプ巻体３を駆動源１５によ
り回転させ、気液流入口６を回転毎に水没させて気体と
液体を交互に、パイプ巻体３の気液流入口６より連通し
たリング状流路２に流入させ、各リング状流路２内の気
体と液体を重力の作用で上下に分離し前後にリング内水
位１７を形成した封水状態１６を、維持する回転速度の
０．０１〜３．０回／秒の範囲でパイプ巻体３を回転さ
せ、各リング状流路２内の気体と液体を順次移動させて
最終リングを通過後、封水状態１６を解消して流出管７
から回転軸４の空洞内の回転圧送管８として、接続機器
９を通過して回転しない圧送設備１０を経て気液分離機
器１１に入って加圧気体と加圧液体は分離し、加圧気体
は送気管１２から噴出装置１３に至り、冷凍室１４内へ
断熱的に噴出させて、冷凍室１４内を冷凍するものであ
る。

【００１２】また、本発明の冷凍気液ポンプ装置を図２
で説明すると、内部が空洞状の固定軸３０の軸心線をほ
ぼ水平に設け、軸心線の周りに連続したパイプ１を巻い
て連通したリング状流路２を形成したパイプ巻体３を、
回転軸受３１を付設して固定軸３０の周りを回転可能に
構成し、水面近くに設け、パイプ巻体３のパイプの一端
の開口を気液流入口６とし、他端をパイプ巻体３の最終
リングから流出管７を経て、気密水密性があり回転自在
で連通し固定軸３０に付設した接続機器９の一端に接続
し、接続機器９の他端からは圧送設備１０として、固定
軸３０の空洞部を経て外部に延伸し、気液分離機器１１
に接続し、送気管１２により加圧気体のみを冷凍室１４
の噴出装置１３に接続する、パイプ巻体３を駆動源１５
により回転させ、気液流入口６を回転毎に水没させて気
体と液体を交互に、パイプ巻体３の気液流入口６より連
通したリング状流路２に流入させ、各リング状流路２内
の気体と液体を重力の作用で上下に分離し前後に水位を
形成した封水状態１６を、維持する回転速度の０．０１
〜３．０回／秒の範囲でパイプ巻体３を回転させ、各リ
ング状流路２内の気体と液体を順次移動させて最終リン
グを通過後、封水状態１６を解消して流出管７から回転
圧送管８と接続機器９を経て圧送設備１０を通過して気
液分離機器１１に入って加圧気体と加圧液体は分離し、
加圧気体は冷凍室１４の噴出装置１３に至り断熱的に噴
出させて、冷凍室１４内を冷凍するものである。

【００１３】さらに、本発明は、パイプ巻体２の回転の
駆動源として、風力、又は水流力を使用するものであ
る。

【００１４】請求項１を解説すると、「内部が空洞状
の回転軸４の軸心線をほぼ水平に設け、軸心線の周り
に連続したパイプ１を巻いて連通したリング状流路２を
形成したパイプ巻体３を、回転軸４と一体に回転可能に
構成し、水面近くに設け、軸受１８に回転軸４を取付
け、パイプ巻体３のパイプ１の一端の開口を気液流入
口６として他端をパイプ巻体３の最終リングから流出管
７を経て、回転軸４の空洞部内に入り、回転軸４と一
体に回転する回転圧送管８として通過し、気密水密性が
あり回転自在で連通する接続機器９の一端に接続し、
接続機器９の他端は回転しない圧送設備１０を接続し、
圧送設備１０から気液分離機器１１に接続し、圧送管
１２により加圧気体のみを冷凍室１２の噴出装置１３に
接続する、パイプ巻体３を駆動源１５により回転さ
せ、気液流入口６を回転毎に水没させて気体と液体を交
互に、パイプ巻体３の気液流入口６より連通したリング
状流路２に流入させ、各リング状流路２内の気体と液
体を重力の作用で上下に分離し前後にリング内水位１７
を形成した封水状態１６を、維持する回転速度の０．０
１〜３．０回／秒の範囲でパイプ巻体３を回転させ、▲
１０▼各リング状流路２内の気体と液体を順次移動させ
て最終リングを通過後、▲１１▼封水状態１６を解消し
て流出管７から回転軸４の空洞内の回転圧送管８とし
て、▲１２▼接続機器９を通過して回転しない圧送設備
１０を経て、▲１３▼気液分離機器１１に入って加圧気
体と加圧液体は分離し、加圧気体は送気管１２から噴出
装置１３に至り、▲１４▼冷凍室１４内へ断熱的に噴出
させて、冷凍室１４内を冷凍する」と、なっており、
〜は装置の構成を述べており、〜▲１４▼は操作と
気液の行程を述べている。

【００１５】請求項２を解説すると、「内部が空洞状
の固定軸３０の軸心線をほぼ水平に設け、軸心線の周
りに連続したパイプ１を巻いて連通したリング状流路２
を形成したパイプ巻体３を、回転軸受３１を付設して
固定軸３０の周りを回転可能に構成し、水面近くに設
け、パイプ巻体３のパイプの一端の開口を気液流入口
６とし、他端をパイプ巻体３の最終リングから流出管７
を経て、気密水密性があり回転自在で連通し固定軸３
０に付設した接続機器９の一端に接続し、接続機器９
の他端からは圧送設備１０として、固定軸３０の空洞部
を経て外部に延伸し、気液分離機器１１に接続し、送
気管１２により加圧気体のみを冷凍室１４の噴出装置１
３に接続する、パイプ巻体３を駆動源１５により回転
させ、気液流入口６を回転毎に水没させて気体と液体を
交互に、パイプ巻体３の気液流入口６より連通したリ
ング状流路２に流入させ、▲１０▼各リング状流路２内
の気体と液体を重力の作用で上下に分離し前後に水位を
形成した封水状態１６を、維持する回転速度の０．０１
〜３．０回／秒の範囲でパイプ巻体３を回転させ、▲１
１▼各リング状流路２内の気体と液体を順次移動させて
最終リングを通過後、▲１２▼封水状態１６を解消して
流出管７から回転圧送管８と接続機器９を経て圧送設備
１０を通過して▲１３▼気液分離機器１１に入って加圧
気体と加圧液体は分離し、▲１４▼加圧気体は冷凍室１
４の噴出装置１３に至り断熱的に噴出させて、冷凍室１
４内を冷凍する」ものであり、〜はポンプ９の構成
を、〜▲１４▼は操作と気液の行程を述べている。

【００１６】請求項１は、軸（回転軸４）が回転し、軸
受１８を回転させない構成であり、請求項２は、軸（固
定軸３０）は回転せず、軸受（回転軸受３１）が回転す
る構成である。

【００１７】請求項１と請求項２は、前述

【００１６】の通り、「軸」側が回転するか「軸受」側
が回転するかの構成上の差異があるが、機能的には基本
的な差はない、このため、以下の説明内容は、請求項１
（回転軸の回転）を主体に説明するが、請求項２（回転
軸受の回転）との重複の記載を省略するためであり、特
に断りの説がない限り、両請求項共通の説明とする。両
者のいずれを採用するかは、状況に応じて選択するもの
である。

【００１８】請求項１及び請求項２に記載の「内部が空
洞状」とは、回転軸４の内部が空洞すなわちパイプ的形
状を意味し、内部を気液の通路として利用できる空洞で
ある。この空洞状は内部を気液の通路となる箇所のみ
で、他の部分は特に空洞の必要はない。

【００１９】

【００１４】に示す請求項１及び、

【００１５】に示す請求項２の内容で、〜及び〜
▲１４▼は、気液を共に圧送するポンプ（以下「気液ポ
ンプ等」と言う）を示しを意味し、内部が空洞状の回転
軸（又は固定軸）の構成であり、外国で発明されたルー
プ式ポンプ、スパイラルポンプ等とは基本的に構成が異
なり、設置方式も、用途に関しても異なるものである。

【００２０】請求項１及び請求項２に記載の圧送設備１
０以降、気液分離機器１１に入れないで、そのまま揚
水、又は水中送気して曝気、或いは他の目的に使用でき
るものでもある。また、気液分離機器１１で分離された
気液は冷凍装置以外にも利用できるものである。

【００２１】請求項１〜２に記載の回転軸４（又は固定
軸３０）は、本来の回転軸（又は固定軸３０）の役目
と、内部を気液を通過させるためと、パイプ巻体３の荷
重や外力を軸受１８（又は回転軸受３１）を介して受け
持たせるための役目をもっている。図３（イ）は、回転
軸４の吊下式の伸展流入式構成の、回転軸４は１本の貫
通した１例図である、回転軸は必ずしも貫通の必要はな
く、内部を気液の通路となる箇所のみの回転軸４でもよ
い。必要とする部分以外はなくてもよい、例えばパイプ
巻体３の中間部分は回転軸４のない状態にしてもよい。
この場合、接続機器９は回転軸４の両端側へ取付けても
よい。

【００２２】図３（ロ）は、固定軸３０の、側方の水源
から軸内伸展流入式構成の１例図で固定軸３０の周囲を
回転軸受３１とパイプ巻体３が一体となって回転するも
ので、固定軸３０は、両側から内側に設置するもので、
１本に貫通させないで、一方の固定軸は接続機器９の付
設を必要とし、他方は図３（ロ）の通り、気液流入口６
からの流入パイプの通路として使用する場合がある。

【００２３】図５（イ）に示す、パイプ巻体３の下部の
一部を水中に浸漬させる方法、（ロ）に示す、流入口の
みを伸展させて、パイプ巻体３の回転毎に流入口を水中
に水没させて気液を流入させる方法がある。

【００２４】同様に、図５に流入型式及び、駆動源の設
置例を示す通り、気液流入口６の流入型式は、パイプ巻
体３を浸漬させないで、伸展させて流入させる方法
（ロ）（ハ）（ニ）がある。これらは、場所、状況に応
じて選定してよい。また、気液流入口６は、必要に応じ
で大小や、流入口の形状等を変更して効果的に流入させ
てもよい。

【００２５】気液流入口６、パイプ巻体３、回転圧送管
８、及び圧送設備１０のパイプ２の内径は、同一でなく
てもよく、気液流入口６や流速を考慮してパイプ２の径
を、必要に応じて必要な部分を変更してよい。

【００２６】図４は、回転軸４を水流直角に設置し、水
流力を駆動源としてパイプ巻体を回転させる１例図であ
る。羽根２０またはプロペラまたはスクリュー等の付設
には、図示はないが、これらの回転軸を水流に直角、平
行のどちらの方向でもよく制限はない、パイプ巻体を効
果的に回転させられればどの様な方法でもよい。

【００２７】パイプ巻体３に流入させる液体は、淡水、
塩水、他の液体でもよいが、場所や状況に応じていずれ
を使用してもよく、井戸水、池水、河川水、深海水等の
いずれでもよい、できるだけ、低温水がよく、低温水に
よって加圧気体も低温化するため、断熱膨張させた場
合、冷却効果が高くなる。また、循環させて使用しても
よいが、使用水が高温化した場合は冷却効果が小さくな
る、循環途上で冷却化させてもよいが設備費が嵩むこと
になる。

【００２８】パイプ巻体３の回転で気液を共に圧送する
ポンプとして、現在世界的に知られているポンプとし
て、ループ式ポンプ、螺旋式ポンプ等があり、国内で
は、スエーデンからの出願で公表済みの、水流で使用し
係留式のループ式ポンプ（特公平７−６５５８９）があ
る、しかしこれらは接続機器９（回転自在の連結具）は
あるが回転軸４がなかったり、あっても内部が空洞状の
回転軸となっていないため、回転軸の内部を気液の通路
として利用できず、軸受けの取り付けができず、本発明
の冷凍気液ポンプ装置には適切ではない。パイプ巻体３
の回転で気液を共に圧送するポンプで、回転軸４の内部
を使用できる構成で、本発明にも使用できるポンプは、
最近国内で公開された気液圧送装置（特開平１１−２０
１０７１）、気液ポンプ装置（特開平１１−１０３０１
２）がある、この２つの装置を以下「気液ポンプ等」と
言う。これら二つのポンプも本発明の冷凍気液ポンプ装
置として使用可能である。上記以外に、まだ公開されて
いないが、気液巻体ポンプ装置（特願平１１−１０３０
１２）及び高圧気液ポンプ装置（特願平１１−８４４４
３）があるが、これらの装置も前記の２例と同様に本発
明の冷凍気液ポンプ装置として使用可能である。

【００２９】

【００２８】の説明に記載の「接続機器９」とは、気
密、水密性を保ち回転部分と非回転部分を、回転自在に
接続するもので、気液を共に圧送するポンプ９の必須の
構成部分であると共に、「ループ式ポンプ」や「気液ポ
ンプ等」のポンプの必須機器でもある。

【００３０】「接続機器９」は、現存する使用可能な機
器として、スイベルジョイントがあり、国内では数社が
生産している模様である、このスイベルジョイントを本
発明のポンプに使用は可能であるが、方向変更又は首振
りが主体で、常時回転用ではないため本発明の冷凍気液
ポンプ装置には適切とまでは言えない。気液ポンプ等の
ための適切な接続機器を開発する必要がある。

【００３１】パイプ巻体の型式は、図示に限定するもの
でなく、円盤型、タイヤ型、円錐台型、円筒型等の多数
あるが、場所、圧送圧力、圧送量等によって適宣選択
し、どの型式を採用してもよい。

【００３２】請求項１の場合、軸受けは、両端の２箇所
に限定するものでなく、３箇所以上でもよく荷重安定の
ため中央に設ける場合もある。この場合、図４に示す通
りパイプ巻体のパイプは一旦回転軸内に潜らせた後、再
度軸外に出てパイプ巻体のリング状流路２として巻くこ
とになる。

【００３３】気液ポンプ等は、パイプ巻体２の回転で自
動的に圧力が発生する特徴があり、このパイプ巻体３を
回転させて気液を高圧化させるもので、パイプ巻体３の
直径Ｄが大きく、巻数ｎが多い場合はより高圧化する。
すなわち、気液ポンプ等の揚程Ｈは、Ｈ＝ＫＤｎとな
り、効果的には２〜５ａｔｍで、これ以上の高圧化も可
能であるが、気体が圧縮し気液の体積割合が不均衡とな
るため、Ｋ値が小さくなり効果的ではない。

【００３４】パイプ巻体３の回転速度は、図１（ハ）に
示す、パイプ巻体のパイプのリング状流路の気液が、上
下に分離してリングの前後に水位を形成した状態、すな
わち「封水状態」を維持する速度を厳守する必要があ
る。回転速度が大き過ぎると封水状態が崩れて突然圧送
力が崩れる現象が起きる場合がある。すなわち低速回転
を維持する必要がある。この低速回転数（０．５〜６０
ｒｐｍ）は、ポンプの規模や液体の性状によって異にす
る。

【００３５】パイプ巻体３及び圧送設備１０のパイプ２
の内径は、全て同一の必要はなく気体が圧縮されるに従
って、気体の体積が縮小し、気液の比率が変化するた
め、パイプを内側に配置するか、または、図３（イ）の
ようにパイプ内径を小さくして配置する方法も効果的で
ある。圧送設備１０のパイプは気液の流速等を考慮して
内径を決める必要がある。

【００３６】本発明の

【請求項３】に記載の、パイプ巻体３を風力または水流
力で回転させることは、自然環境を壊さない方法で冷凍
環境を作るものであるが、風力、水流力が十分でない場
合はモーター、エンジンを併用してもよい。

【００３７】本発明の、冷凍気液ポンプ装置に、「気液
ポンプ等」を使用する理由は、以下に示す通りである、
は、従来のブロワやコンプレッサー等の送気設備や送
水ポンプを必要とせず、低速回転で、騒音、振動が殆ど
なく、エネルギーのロスが少なく、これに付属施設とし
て騒音防止、振動防止、冷却装置等も必要とせず、施設
費や動力費が少なくて済むためである。は、パイプ内
に羽根、歯車、ピストン、スクリュー等の一切の機器が
存在しない簡単な構成のため、機器の故障はないと言え
る、維持管費だけでなくトータルコストが小さくて済む
ためであり、は、流入口３からパイプ巻体２及び圧送
設備６の区間で、パイプ内に羽根、歯車、ピストン、ス
クリュー等の一切の機器が存在しないため、多少の固形
物が混入しても、問題なく気液と共に圧送できるためで
あり、は、気液を共に圧送するため、気体が高圧化し
ても高熱化エネルギーは自動的連続的に液体中に吸収さ
れるため、気液全体の温度上昇が起きないため冷却設備
が必要でなくなる、は、パイプ巻体２等のパイプを通
過させる液体は、良質の液体でなくてもよく、不純物が
多少含んでいても特に悪質でない限り使用可能でどこで
も簡単に確保でき、汎用性が高いためである。は、低
速回転（１〜６０ｒｐｍ）のため、騒音振動が極めて小
さいためであり、従来、ターボ型やピストン型で起き
た、羽根やピストンとケーシング等の隙間からの戻水
（漏水）や戻気（漏気）は一切起きず、常に圧送１００
％（体積効率１００％）であるためである。は、回転
軸の内部が空洞状で、空洞内を気液の通過ができるた
め、回転軸に軸受の取付けができ、ポンプが確実に固定
設置できるためである。は、吸込行程がないためキャ
ビテーションは起きない、気体が衝撃を吸収するためウ
オーターハンマーも起きないためである。は、低速回
転（１〜６０ｒｐｍ）のため、モーターやエンジンのみ
でなく、風力、水流力、潮流等の低密度の自然エネルギ
ーの利用が容易にできるためである。

【００３８】河川等の水流量の小さい場所では水流を効
果的に利用するため、図４（ロ）のように河床に水底凹
部をつけてパイプ巻体３を回転させると漏流する無駄を
少なくする効果がある。また、パイプ巻体２の設置は、
水量が多い場合や洪水時を考慮して上下、水平等に移動
調整できる設備を備えておくことが安全的である。

【００３９】パイプ巻体３の気液流入口６の上流側は、
ゴミ等の流入を除去するためスクリーン１４を設けるこ
とは言うまでもない、また、パイプ巻体２を保護するた
めのカバー、パイプ巻体が崩れないための内部外部の支
保工等の通常備えるべき付属設備は記入していないが必
要なことは言うまでもない。

【００４０】「圧送設備６」とは、パイプ巻体２から圧
送するパイプ等の圧送する設備の全てを言い「噴出装置
７」へ接続するものである。

【００４１】「噴出装置７」とは、圧送設備６から圧送
された気液又は気液のどちらか一方を受けて、断熱的に
冷凍室で噴出させる装置を言う。

【００４２】「気液分離機器１０」とは、圧送設備６で
圧送する気液を分離して、気体単独で「噴出装置７」へ
供給させる機器を言う。

【００４３】本発明の冷凍気液ポンプ装置の空気冷凍に
ついて実施例を示すと、図６に主旨説明図を示すよう
に、空気冷凍を逆ブレイトンサイクルの、Ｐ−ｖ線図及
びＴ−ｓ線図で、その主旨説明図を示したもので、〜
は断熱圧縮、〜は放熱行程、〜は断熱膨張、
〜は吸熱行程である。実際のサイクルは他の要素が
混入するため、この図表より多少共変形すると予想され
る。

【００４４】上記の４サイクルで、本発明の冷凍気液ポ
ンプ装置の場合、Ｐ−ｖ線図及びＴ−ｓ線図で、〜
〜の行程は気液流入口〜リングパイプ（パイプ巻体
内）〜圧送パイプ〜冷凍室入口を意味し、気体と液体が
混合状態で圧送されるため、圧縮と放熱が同時に進行
し、従来必要とした放熱装置（冷却装置）は必要としな
い、気体の高熱は液体中に吸収され、での液体の温度
上昇ほんの僅かで、殆どないとみてよい。

【００４５】更に図６は、空気冷凍を逆ブレイトンサイ
クルの、Ｐ−ｖ線図及びＴ−ｓ線図で、その主旨説明図
を示したもので、は気液流入口（Ｐ_１、Ｔ_１）、は
放熱行程の計算上の開始点（Ｐ_２、Ｔ_２）であるが、本
発明の冷凍気液ポンプ装置の場合、〜へ直行するた
め放熱行程は必要としない、は冷凍室入口（Ｐ_３、Ｔ
_３）である、は冷凍室で膨張した時点（Ｐ_４、Ｔ_４）
を示す。計算例として、

【００４６】

【発明の効果】本発明によると、従来にない原理を利用
して、従来のコンプレッサーを使用せず低速回転で気体
圧縮して、高熱化、摩擦抵抗、騒音、振動等のエネルギ
ーロスのない冷凍が可能となった。

【００４７】また、本発明によると、冷却設備、騒音防
止、振動防止等の、従来必要とした付属設備が不要とな
るため、全体の設備費が小さくなった。

【００４８】さらに、本発明によると、ポンプの流体の
通過途上に内部機器（羽根、歯車、ピストン、スクリュ
ー、弁類）が一切ないため、故障が少なく、注油等のメ
ンテナンスの手間が少なくなった。

【００４９】さらに、本発明によると、低速回転（５〜
６０ｒｐｍ）で稼働するため、モーターやエンジンのみ
でなく、自然界に無数に存在する低密度の自然エネルギ
ー（河川、水路、潮流及び風力）を冷凍の駆動源として
利用する技術を開発した。

【００５０】さらに、本発明によると、ＣＯ_２、Ｓ
Ｏ_ｘ、ＮＯ_ｘを発生しないクリーンエネルギー利用の拡
大に大きく前進させた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の、冷凍気液ポンプ装置の１例を示し、
（イ）は、パイプ巻体の回転で気体と液体を気液分離機
器１１に入り、気体は噴出装置１３から噴出させて冷凍
室１４を冷凍する１例図を示す。（ロ）は、パイプ巻体
３の伸展流入式の側断面例図、（ハ）は、封水状態の説
明図。

【図２】本発明の、冷凍気液ポンプ装置のパイプ巻体３
を水流力で回転させて、気体と液体を高圧化して断熱膨
張に利用する例図（イ）は、全体説明図（ロ）は、パイ
プ巻体の側面断面図。

【図３】本発明の、冷凍気液ポンプ装置の、パイプ巻体
３の軸構成を示し、（イ）は、回転軸４の場合で、水源
が下部にある場合の伸展流入方式、（ロ）は、固定軸３
０の場合で、水源が側方にあり軸内伸展流入方式を示
し、パイプ巻体の外周をプーリーとして使用する例を示
す。

【図４】（イ）は、パイプ巻体のパイプの内径を圧力が
高まるにつれて細くした１例図、また、パイプ巻体の支
柱を回転軸の中央部にも設けた説明図、（ロ）（ハ）
は、パイプ巻体を水流により回転させる側方断面説明
図。

【図５】本発明の、冷凍気液ポンプ装置の、気体と液体
の流入方式を示し、（イ）は、浸漬式、（ロ）は、伸展
流入式、（ハ）は、側方水源からの軸内伸展流入式、
（ニ）は、軸外伸展流入式を示す。

【図６】本発明の、冷凍気液ポンプ装置の空気冷凍方式
を、逆ブレイトンサイクルの、Ｐ−ｖ線図及びＴ−ｓ線
図で、その主旨説明図を示す。

【符号の説明】

１パイプ２リング状流路３パイプ巻体４回転軸５液源６気液流入口７流出管８回転圧送管９接続機器１０圧送設備１１気液分離機器１２送気管１３噴出装置１４冷凍室１５駆動源１６封水状態１７リング内水位１８軸受１９動力伝達部２０羽根（又はプロペラ、又はスクリュー）２１放水管２２添板３０固定軸３１回転軸受

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04D 11/00 F04B 19/12 F25B 23/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内部が空洞状の回転軸４の軸心線をほぼ水
平に設け、軸心線の周りに連続したパイプ１を巻いて連
通したリング状流路２を形成したパイプ巻体３を、回転
軸４と一体に回転可能に構成し、水面近くに設け、軸受
１８に回転軸４を取付け、パイプ巻体３のパイプ１の一
端の開口を気液流入口６として他端をパイプ巻体３の最
終リングから流出管７を経て、回転軸４の空洞部内に入
り、回転軸４と一体に回転する回転圧送管８として通過
し、気密水密性があり回転自在で連通する接続機器９の
一端に接続し、接続機器９の他端は回転しない圧送設備
１０を接続し、圧送設備１０から気液分離機器１１に接
続し、圧送管１２により加圧気体のみを冷凍室１２の噴
出装置１３に接続する、パイプ巻体３を駆動源１５によ
り回転させ、気液流入口６を回転毎に水没させて気体と
液体を交互に、パイプ巻体３の気液流入口６より連通し
たリング状流路２に流入させ、各リング状流路２内の気
体と液体を重力の作用で上下に分離し前後にリング内水
位１７を形成した封水状態１６を、維持する回転速度の
０．０１〜３．０回／秒の範囲でパイプ巻体３を回転さ
せ、各リング状流路２内の気体と液体を順次移動させて
最終リングを通過後、封水状態１６を解消して流出管７
から回転軸４の空洞内の回転圧送管８として、接続機器
９を通過して回転しない圧送設備１０を経て気液分離機
器１１に入って加圧気体と加圧液体は分離し、加圧気体
は送気管１２から噴出装置１３に至り、冷凍室１４内へ
断熱的に噴出させて、冷凍室１４内を冷凍する冷凍気液
ポンプ装置。
【請求項２】内部が空洞状の固定軸３０の軸心線をほぼ
水平に設け、軸心線の周りに連続したパイプ１を巻いて
連通したリング状流路２を形成したパイプ巻体３を、回
転軸受３１を付設して固定軸３０の周りを回転可能に構
成し、水面近くに設け、パイプ巻体３のパイプの一端の
開口を気液流入口６とし、他端をパイプ巻体３の最終リ
ングから流出管７を経て、気密水密性があり回転自在で
連通し固定軸３０に付設した接続機器９の一端に接続
し、接続機器９の他端からは圧送設備１０として、固定
軸３０の空洞部を経て外部に延伸し、気液分離機器１１
に接続し、送気管１２により加圧気体のみを冷凍室１４
の噴出装置１３に接続する、パイプ巻体３を駆動源１５
により回転させ、気液流入口６を回転毎に水没させて気
体と液体を交互に、パイプ巻体３の気液流入口６より連
通したリング状流路２に流入させ、各リング状流路２内
の気体と液体を重力の作用で上下に分離し前後に水位を
形成した封水状態１６を、維持する回転速度の０．０１
〜３．０回／秒の範囲でパイプ巻体３を回転させ、各リ
ング状流路２内の気体と液体を順次移動させて最終リン
グを通過後、封水状態１６を解消して流出管７から回転
圧送管８と接続機器９を経て圧送設備１０を通過して気
液分離機器１１に入って加圧気体と加圧液体は分離し、
加圧気体は冷凍室１４の噴出装置１３に至り断熱的に噴
出させて、冷凍室１４内を冷凍する冷凍気液ポンプ装
置。
【請求項３】パイプ巻体２の回転の駆動源として、風
力、又は水流力を使用する請求項１記載又は請求項２の
冷凍気液ポンプ装置。