JP4965698B2

JP4965698B2 - サイフォン管

Info

Publication number: JP4965698B2
Application number: JP2010242077A
Authority: JP
Inventors: 貴吉田
Original assignee: 貴吉田
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2010-10-28
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2030-10-28
Also published as: TW201233911A; WO2012057063A1; JP2012092770A

Description

本発明は、容器から液体を取り出すサイフォン管に関するものである。

サイフォンの原理は、土木治水や各種工場設備から家庭用品まで、液体の輸送に古くから利用されてきた。

サイフォン管を用いた容器からの液体取り出しは、一般に多く行われる、容器下部に設けた取り出し口と水栓を用いて取り出す方法に対して下記の点で優れる。
・すでに液体が入った容器に取り出し口がなくても、あとからサイフォン管を設置す
ることで液体の連続・断続的な利用が可能となる。
・サイフォン管の増設が容易に可能で、使用状況に応じてひとつの容器から複数経路
の取り出し利用にするなどの運用ができる。
・容器自体には液体取り出しのための構造が必要なく、突起構造のない、また場合に
よって複数を積層収納が可能な容器を利用できるので、器具一式単独での可搬性向
上と、多数輸送時の輸送コスト削減が可能となる。
・連続利用する場合には、液体取り出しの経路に可動部材を用いずに構成することが
可能で、故障のリスクが少ない。
・サイフォン管端に水栓を設けて断続利用する場合も、水栓のリーク等故障時にはサ
イフォン状態を解除することで、容器内の液体流出を回避できる。
・サイフォンを解除またはサイフォン管を撤去しておくことができ、液体の盗難防止
や、凍結によるサイフォン管の破損防止など状況に応じた運用の選択幅が広い。

同様に、ポンプを用いた取り出しに対しても、次のような優位性がある。
・くみ出しのための可動部品が経路内にないため、故障のリスクが少ない。
・低コストで構成可能である。

さらに原初的な取り出し方法として、単に容器を傾けて容器縁部から液体を取り出す方法がもちろんあるが、これに対しても
・サイフォン発生の限界高さ（地球上で約１０メートル）以内であれば、大型の容器
にも適用できる。
・取り出しスピードと取り出し位置をサイフォン管で決めることができ、容器外に無
駄にこぼれる液体の量を低減できる。
点でメリットがある。

サイフォン管を用いる場合、液体取り出し開始時に、サイフォン又は圧力サイフォン状態を管内に発生させる必要がある。

外部の起動手段を用いず、またサイフォン管の液体経路中に弁やポンプ構造をもたない場合、次のような方法が用いられてきたが、それぞれ述べるような問題がある。

・サイフォン管全体を液体に浸けて管内を液体で満たし、管内を密閉して使用状態に
設置する方法
サイフォン管が固形の場合、残りの液体が少量時のことも考えると容器幅がサイ
フォン管の長さ以上である必要があり、容器形状により実施不可のことがある。
サイフォン管に柔軟性がある場合はこの限りではないが、一般に液体が少量のと
きは容器が深いほど、取り出し開始作業が大変になる。
液体が人手に触れることが好ましくない場合は実施困難。

・取り出し口から空気を吸い出して、サイフォン管内を液体で満たす方法
口での吸い出しが安全上または衛生上問題になる場合は、次項特許文献１のよう
にポンプなどを用いる。小規模な系には有効であるが、ポンプを用いても、管径
が多少太くなると頂部に空気が残り、圧力サイフォンも発生できなくなる。サイ
フォン管頂部を柔軟にして、取り出し口を高い位置にして吸い出すことで解決で
きるが、サイフォン頂部の高さが人の身長を超える規模になると、取り出し開始
作業が大がかりになる。

・サイフォン管頂部にあらかじめ設けた開閉可能な口から、「呼び水」として液体を
注入してサイフォン管内を満たす方法
取り出し口だけでなく、液体に浸けた吸液口側も密閉した状態で呼び水を注入し
なければならない。サイフォン管の吸液口は多くの場合容器の底近くに設けるた
め、人手で密閉するのは容器が深いほど大変となる。
液体が人手に触れることが好ましくない場合は実施困難。

固定的に設置したサイフォン管に外部の起動手段を接続する設備の例は多いが、ここでは運搬・設置・取り外しの自由度を重視する。その点優れた例として、サイフォン管の液体経路中に弁やポンプ構造を設けた次項特許文献２および３にあげる方法がある。
いずれも容器からの液体取り出しに際して、簡易にサイフォン又は圧力サイフォン状態を発生可能な構成であるが、液体取り出しの経路内に可動部品を用いているため、これらがない場合に比して故障のリスクはどうしても高くなる。
故障した場合、管内で液体に接する部品の交換や修理が求められる可能性が高く、作業が難しいうえ代替材料の使用などの許容選択肢が狭い。また、経路を開閉する部品が閉状態に固定される場合もあり得るため、修理が困難なとき単なるサイフォン管として応急使用もできない可能性が残る。
部材の調達がままならない状況での使用などを考慮すると、トラブル時においても、どうにもできなくなるリスクを極小化する必要がある。

本発明で利用する、液体の高速流を用いたサイフォン又は圧力サイフォン状態の発生については、次項非特許文献１などで研究成果が発表されている。
この分野の研究は水洗式トイレの洗浄技術が主ターゲットとなっており、水洗トイレのトラップ形状を想定する。一定以上の高さをもつ容器からの液体取り出しを想定した研究は一般的でないため今回は、想定サイズのプロトタイプでの実験により動作の確認を行った。サイフォン管内径／容器高さがそれぞれ５mm／４０cm、６mm／６０cm、２５mm／約１００cmの３種で確認している。

特許第一三二九七號公報特開２０００−２０９９７８号公報實公昭２４ー６５５２号公報

清水文雄（九工大）他「水流ジェットを利用したサイフォン現象に関する研究」（日本機械学会流体工学部門講演会講演論文集）（社）日本機械学会２００５年

解決しようとする問題点は、サイフォン管による液体の取り出し開始作業が一般に煩雑、また場合により大がかりになりがちな点であり、またこの点を解決する場合に、故障のリスクとその際の応急対応の選択肢が損なわれがちな点である。

本発明の請求項１は、サイフォン管の容器内側管端に、サイフォン管頂上へ向かう液体の流れを発生する起動手段を設け、起動手段の動作による液体の高速流を用いてサイフォン又は圧力サイフォン現象を発生する構成とすることにより、起動手段を操作することで液体の取り出しを開始できることを最も主要な特徴とする。
ここで言う「圧力サイフォン」は、例えば非特許文献１の４.結果及び考察項の第２段に記載される状態同様、サイフォン管内の一部に気体が残留しているが実用上支障なく液体の取り出しが実現できる状態を呼ぶ。

本発明の請求項２は、請求項１における起動手段を、液体にひたる噴出口と、噴出口から容器内の液体を取り込んで保持する起動管と、起動管に接続され、空気圧によって起動管の液体取り込みと噴出を制御する制御管と、制御管への空気の出し入れを行うエアポンプを有する構成として、容器外部に置くことを主に想定する空気ポンプの作用から変換して液体の高速流を発生することを最も主要な特徴とする。

本発明請求項１のサイフォン管は、前述したような、サイフォンまたは圧力サイフォン発生の煩雑さを低減するものである。
液体の取り出し経路内には起動のための可動部品はなく、故障時の対応に柔軟性が高いという利点がある。

本発明請求項２のサイフォン管は、同様に、サイフォンまたは圧力サイフォン発生の煩雑さを低減するものである。
液体内に起動のための可動部品はない構成が可能で、故障のリスクを液体に触れない部分に集約することで、請求項１に増して故障リスクを低減でき、また故障時の対応柔軟性にも優れる。さらにこの構成においては、電気や油圧などの動力源もなくすべて手動で構成することが可能であり、通常時／非常時含めてさらに運用の柔軟性を増すことができる。

図１はサイフォン管の使用時構成を示した説明図である。（実施例１）図２は図１の一部を拡大した説明図である。（実施例１）図３は図１構成の使用方法を示したフローチャートである。（実施例１）図４はサイフォン管の使用時構成を示した説明図である。（実施例２）

サイフォン管の容器内側管端に液体の高速流を影響させて簡易にサイフォン状態を発生できるサイフォン管を、２つの実施例で説明する。

図１および図２は、本発明装置の１実施例の構成を示す図であって、１は液体２を入れた容器、３はサイフォン管、４はサイフォン管３の容器内側管端である。６が起動管であり、噴出口５をサイフォン管端４に入り込む形で設けてある。図２がその部分の拡大図である。管端４は、噴出口５の入り込み分に対応して、断面を広げた形状にしている。９はサイフォン管３の容器外側管端であり、液体の出口である。

起動管６に接続された制御管７はエアを通ずるチューブで、容器１の外で密閉型のエアポンプ８に接続される。エアポンプ８は起動管６と同じ容量を持ち、吸引・吐出双方向で起動管６、制御管７内の空気を制御する。

サイフォン管３の頂上からは、サイフォン停止用のエアチューブ１０を通じて容器１外のサイフォンブレーカ制御盤１１が接続される。サイフォンブレーカ制御盤１１は通常チューブ１０をつぶして密閉しているが、サイフォン停止時には開放してサイフォン管頂部にエアを通じ、サイフォン状態を停止させる。実際には洗濯ばさみ程度で間に合う。

以上の構成での動作過程を、図３のフローチャートに沿って説明する。初期状態、サイフォン管３と起動管６を容器１に設置した直後、または容器１に液体を入れた直後において、サイフォン管３内の液面は容器１内液面と同レベルになるが、開放端が噴出口５のみである起動管６内の液面は、同レベルまで上がらず噴出口５よりも低い。

F１で管端９からすでに出水している場合はF７へ移行する。出水していない状態であればF２で受け皿を用意して、F３でエアポンプ８を初期の吐き切り状態にする。
F４でエアポンプ８を吸引方向一杯にゆっくりと操作、これにより起動管６内の液面は最上部まで上昇する。F５でエアポンプ８を吐き出し方向に勢いよく操作すると、起動管６内の液体が噴出口５を通じて高速流を発生し、影響でサイフォン管３内にも流れを発生する。エアポンプ８は吐き切りやや手前で止める。サイフォン又は圧力サイフォン状態に移行して出水に至ったかをF６で確認、出水していればF７へ、出水しなければF３から繰り返す。

F７、F８で液体を使って、使い終わったらF９でサイフォンブレーカ制御盤１１を操作して出水を停止して、終了する。

ここではサイフォン管端９を開放管としているが、管端９に水栓を設ける場合は、上述したステップF１からF６までを水栓を開けた状態で行うことにより、F７での使用を断続的に無駄なくできる。その場合サイフォンブレークは、元栓を閉めるイメージで使用してもよい。サイフォン管から液体を抜くには、F９と同時に水栓を開ける。

F６で出水しない原因は、噴出量不足／噴出スピード不足／エアの噴出などである。
噴出量不足は、ポンプ８／制御管７／起動管６の密閉不良によって発生し得る。特にポンプ８の密閉不足は多くの局面で起き得るので、あらかじめ起動管６の容量設定に織り込んでもよい。微小なリークであれば、ステップF４とF５を間髪なく行えばカバーできる。
エアの噴出は、ポンプ８の吐き切り過ぎなどによる。本実施例では単純な構成で説明しているために発生しやすいが、実応用ではポンプ８への機能付加などにより発生を防止する構成が可能である。

起動管６およびエアポンプ８の容量は出水に必要な噴出量以上必要であり、必要噴出量は起動効率に影響される。
起動効率については、サイフォン管３と起動管６、特に噴出口５と管端４の形状を最適化することで改善することが期待できる。起動管／ポンプの小型小径化は、各応用でのメリットを大きくする。

起動管６とサイフォン管３は、噴出口５と管端４の位置関係を規定する構成であれば、一体でも別体でもよい。液体出口９の最適位置も考慮して形状を調整、もしくは必要部分をフレキシブルにすることで、飲料ボトルや燃料缶、輸送／収納性の良い口広がり形状などの容器１に対応できる。サイフォン管３を起動管６に内包する形で、液体に浸る部分の形状を単純化することもできる。その場合上部でサイフォン管３を気密に引き出す。
また材質は、用途に応じて安全・衛生上問題なく、かかる負圧・加圧に耐える材質であれば問題ない。製造上の都合や、飲料への応用で清掃性を良くする場合などは、必要な気密を満たせば分割部品により構成することもできる。輸送性などを考慮して軽い材料を使用することも可能、その場合は容器１への固定などを考慮する。

本構成をベースに、制御管７を密閉してエアポンプ８を取り外せる構成とすれば、例えば家庭内／集落など複数のサイフォン管でエアポンプ８を共用する運用も可能となり、さらに構成各部の材質・製法を吟味することで、トータルにコストを削減できる。

図４は、第２の実施例の使用時構成を示す図であって、図１と異なる構成要素として、水中ポンプ１２を容器１の底に設けている。水中ポンプ１２は、容器外のパワーソース１６およびコントローラ１５と、接液に耐える接続線１４を介して接続され、コントローラ１５からの指示により、吸水部１３から吸い込んだ液体を噴出口５に高速で噴出する。

液体の取り出し開始には、コントローラ１５を操作して水中ポンプ１２を作動させ、管端９からの取水が確認できたら再度コントローラ１５から水中ポンプ１２を停止する。
本例では、容器底近辺の液体を直接高速流としてサイフォン起動に利用するので、第１の実施例に比較して容易に利用できる。

容器から液体を取り出す器具・装置を製造する産業で利用される。

１容器
２液体
３サイフォン管
６起動管（実施例１）
８エアポンプ（実施例１）
１１サイフォンブレーカ制御盤
１２水中ポンプ（実施例２）
１５コントローラ（実施例２）

Claims

容器内の液体を取り出すサイフォン管において、
容器内の液体に開放された管端に、サイフォン管頂上へ向かう
液体の流れを発生する吐出式の起動手段を有し、該起動手段は、
少なくとも下記する起動動作時に機能するよう
駆動部分を着脱可能に有し、
前記起動手段により、重力に抗して液体面より上方のサイフォン管
内を液体で満たす液量・速度の流れを発生させてサイフォン又は
圧力サイフォン現象を発生することを特徴とするサイフォン管。
請求項１のサイフォン管において、液体の高速流を発生する起動手段が、液体にひたる噴出口と、噴出口から容器内の液体を取り込んで保持する起動管と、起動管に接続され、空気圧によって起動管の液体取り込みと噴出を制御する制御管と、制御管への空気の出し入れを行うエアポンプを有し、エアポンプからの操作により前記噴出口から液体の高速流を発生してサイフォン又は圧力サイフォン現象を発生するサイフォン管。