JPS5847950A - 風水力・熱変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、風力又は水力を動力源として油ポンプ等のポ
ンプを駆動させ、該ポンプの流体エネルギーから熱エネ
ルギーを取得するようにした風水力・熱変換装置に関す
るものである。

最近、資源節約の観点から、風水力によって回転駆動す
る風車又は水車と、該風車又は水車の回転によって駆動
されるポンプとを設けるとともに、該ポンプの吐出管路
に、絞り弁および該絞り弁下流に熱交換器をそれぞれ介
設し、前記ポンプからの吐出流体を絞り弁の絞り効果に
よって昇温させ、この昇温した吐出流体を熱交換媒体と
して利用し、熱交換器において冷媒管路を流れる冷水等
の利用側媒体との間で熱交換を行うことにより、風水力
かう熱エネルギーを得るようにした風水力、熱変換装置
が提案されている。

ところが、このような風水力・熱変換装置では、熱交換
器への利用側媒体の供給は電動モータ等の駆動によって
行われ、その供給量はポンプの吐出量、つまり熱交換媒
体量の変動に拘らず常に一定であるため、熱交換器にお
いて熱交換媒体と利用側媒体との間の熱交換効率が悪く
、熱エネルギーを効率良く取得することができないとい
う問題があった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、熱交換
器への利用側媒体の供給量を熱交換媒体量に応じて制御
することにより、熱交換器での熱交換を効率良く行い、
熱エネルギーの取得効率を高めるようにした風水力・熱
変換装置を提供せんとするものである。

すなわち、本発明の第１発明は、風水力によって回転駆
動する風車又は水車と、該風車又は水車の回転によって
駆動される第１ポンプとを設けるとともに、該第１ポン
プの吐出管路に、絞り弁および該絞り弁下流に熱交換器
をそれぞれ介設した風水力・熱変換装置に？いて、前記
第１ポンプの吐出管路に該第１ポンプによって駆動され
る流体圧モータを設ける一方、前記熱交換器上流？冷媒
管路に前記流体圧モータによって駆動される第２ポンプ
を設け、第１ポンプの吐出量に応じて第２ポンプの吐出
量を制御するようにしたことを特徴とするものである。

さらに、本発明の第２発明は、前記第１発明の構成に加
えて、前記流体圧モータを可変容量形のものとし、かつ
該流体圧モータの１回転当りの流入量を第１ポンプの吐
出圧に反比例して増減するようＶこ制御す、る制御機構
を設け、流体圧モータの回転数を第１ポンプの吐出圧と
吐出量との乗積値に応じて増減せしめて第２ポ／ブの吐
出量を制御するようにすることにより、熱交換器での熱
交換を第１ポンプの流体エネルギー、すなわち外部から
風車又は水車に与えられる風水カエネルギーに応じて行
い、利用側媒体を一定の温度昇温させて取得できるよう
にし、よって熱エネルギーの取得効率の一層Ω向上を図
るようにしたことを特徴とするものである。

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

図面は本発明に係る風力・熱変換装置を示し、ｆｌ）は
風力によって回転駆動する風車であって、該風車ｆ＋１
の回転軸（１ａ）には変速機（２）を介して油ポンプ（
３）の駆動軸（３ａ）が連結されており、該油ポンプ（
３）は風車＋ｌ）の回転によって駆動される。また、（
４）は油ポンプ（３）の吸入管路、１ｆｉｉ＆ま途中に
並列に分岐した４本の分岐部（５ｂ）、　（５Ｃ）、　
（５ｄ）ｌ　　（５θ）を有する吐出管路であって、該
吸入管路（４）と吐出管路（６）とによって閉路した循
環管路が形成されている一方、該吐出管路（５）には、
分岐部（５’ｂ）、　（５ｃ）にそれぞれ２個ずつの絞
り弁（６ａ）、　（６ｂ）または（６Ｃ）、　（６ｄ）
が介設されているとともに、他の分岐部（５（１）１（
５ｅ）にそれぞれ１個の絞り弁（６ｅ）、　（６ｆ）が
介設されている。さらに、前記吐出管路（５）の絞り弁
（６ａ）〜（６ｆ）下流には熱交換器（７）が設けられ
ており、絞り弁（６ａ）〜（６ｆ）の絞り効果によって
油温か上昇した圧油を熱交換媒体として熱交換器（７）
において冷媒管路（８）を流れる利用側媒体としての冷
水との間、で熱交換を行うように構成されている。尚、
（９）は前記油ポンプ（３）と同様に風車ｆ１１の回転
によって駆動される給油用油ポンプであって、オイルタ
ンク頭内の油を第１給油管路（ｌｌａ）および第２給油
管路（ｌｌｂ）を介して吸入管路（４）および吐出管路
（５）に補給するものである。

前記油ポンプ（３）は可変容量形のものであって、核油
ポンプ（３）の吐出量制御部（３ｂ）には通常中立位置
にある吐出量制御部（１２）が２本のパイロット管路０
：１および（１４）を介して接続されているとともに、
該吐出量制御弁（１２）にはパイロット管路（國を介し
て前記第２給油管路（ｌｌｂ）が接続されている。

また、（国は前記油ポンプ（３）の吐出圧が設定値以下
のときに油ポンプ（３）の１回転当ヴの吐出量を減少さ
せるよう制御する吐出量制御機構であって、該吐出量制
御機構（１６）は、シリンダ＋１７）と、該シリンダ（
１７１１内に摺動自在に嵌挿されたピストン（１８Ｉと
、該ピストン（１８）に連結され前記吐出量制御弁’、
＋ｇ＋の操作部（１２ａ）を押圧するロッド（１９）と
、核ロッド（＋ｍを外方向、すなわち吐出量制御弁（＋
２）を図中左側位置に切換える方向に付勢するスプリン
グ（２ｏ）と、前記シリンダ（１η内におけるピストン
（１８）のロッド取付面側に油ポンプ（３）の吐出圧（
詳しくは吐出管路分岐部（５ｂ）における絞り弁（６ａ
）・＋　（６１））間の油圧）信号を入力するパイロッ
ト管路（２１＋とからなり、油ポンプ１３）の吐出圧が
設定値以下に減少したときには、スプリング（２０）の
付勢力によりロッド（１９）を外方向に移動せしめて吐
出量制御弁（１２）を図中左側位置に切換えることによ
り、パイロット管路（１，３！と（１６）とが連通して
第２給油管路（ｌｌｂ）の油圧（給油用油ポンプ（９）
の吐出圧）信号をパイロット管路（１５）および（１３
）を介して油ポンプ（３）の吐出量制御部（３ｂ）に入
力せしめ、このことにより油ポンプ（３）の吐出量可変
制御要素（３Ｃ）の傾斜角を減少せしめて１回転当りの
吐出量を減少させるよう制御する一方、油ポンプ（３）
の吐出圧が設定値以上のときには、シリンダ（Ｉη内に
入力された油ポンプ（３）の吐出圧によりスプリング−
の付勢力に抗した分だけロッドＱ９）を内方向に移動せ
しめて吐出量制御弁（１２）を図中右側位置に切換える
ことにより、パイロット管（１４）と（１５）とが連通
して第２給油管路０１ｂ）の油圧信号をベイ゛ロット管
路（＋５）および（１４）を介して油ポンプ吐出せ制御
部（３ｂ）に入力せしめ、このことにょシ、吐出量可変
制御要素（３０を圧力に相応した傾斜角に傾動せしめて
１回転当りの吐出量を増加するように構成されている。

尚、スプリング帖；）の付勢力に抗しきった後はピスト
ン（１８）Ｊｄ　ｘ　）ローフ端まで引込まれ、油ポン
プ（３）の１回転当りの吐出量稈最（大となる。

また、翰は油ポンプ（３）の吐出管路（５）に蓄油管路
ｒｌｌｌを介して接続されたアキュムレータであって、
該蓄油管路（２３１の途中は給油管路（２４）を介して
油ポンプ（３）の吸入管路（４）に接続されており、油
ポンプ（３）（風車（り）の駆動中に吐出管路（５）内
の圧油を蓄油管路（２３）を介して蓄積′しておき、油
ポンプ（３）の始動時にその圧油を給油管路（財）を介
して油ポンプ（３）の吸入管路（４）に供給することに
より、該油ポンプ（３）を油圧モータとして利用して風
車（１）の始動を行うように構成されている。

そして、前記油ポンプ（３）の吐出管路分岐部（５ｅ）
の絞り弁（６ｆ）下流には核油ポンプ（３）によって駆
動されるＬ１丁変容μ形の油圧モータ（２１’ｉ）が介
設され、該油圧モータい）の流入量制御弁（２５１））
には通常中立位置、にある流入量制御弁（財）が２本の
パイロット管路（ハ）および四を介して接続され、該流
入量制御弁３７１にはパイロット管路−および（１６）
を介して前記第２給油管路（ｌ　ｌｂ）が接続されてい
る。また、ｃｕｔは前ｄピ、油圧モータ（２５１の１回
転当りの流入量を油ポンプ（３）の吐出圧に反比例して
増減するように制御する流入量制御機構である。すなわ
ち、該流入量制御機構Ｃ（吐Ｌ１　シリンダに１′！Ｊ
と、該シリンダ仁嚇内に摺動自在に嵌挿されたピストン
１３３１と、該ピストン１３３・に連結され前記流入量
制御弁ガの操作部（２’７ａ）４押圧するロットＶと、
該ロッド＋？Ａを外方向、すなハち流入量制御弁１２η
を図中左側位置に切換える方向に付勢するスプリングの
５１と、前記シリンダ１３ｚ内におけるピストン（３ｓ
）ｙ３０ンド取付面側に油ポンプ（３）の吐出圧（詳し
くは吐出管路分岐部（５Ｃ）における絞り弁Ｃ６０＞９
　（６ｄ）間の油圧）信号を入力するパイロット管路側
とからなり１．油ポンプ（３）の吐出圧が増大したとき
には、シリンダ改内に入力された油ポンプｔａ＋Ｏ吐出
圧によりスプリング１３６）の付勢力に抗してロッド６
４１を内方向に移動ぜしめて吐出量制御弁（１２）を図
中右側位置に切換えることにより、パイロット管路シ９
）と鈍とが連通して第２給油管路（１ｌｂ）の油圧（給
油用油ポンプ（９）の吐出圧）信号をパイロット管路（
＋５）、　ｐ）および四を介して油圧モータ（２５１の
流入量″制御部（２５ｂ）−力せしめ、このことにより
、油圧モータ２５）の流入量可変制御要素（２５ｃ）の
傾斜角を減少せしめて１回転当りの流入量を減少側倒す
る一方、油ポンプ（３）の吐出圧が減少したときには、
スプリング３ωの付勢力によりロッド（問を外方向に移
動せしめて流入量制御弁３ηを図中左側位置に切換える
ことにより、パイロット管路銘と（鯛とが連通して第２
給油管路（１１ｂ）の油圧信号をパイロット管路１１５
１　＋　ｔ３０＋および：２８］を介して油圧モータ流
入量制御部（２５１））に入力せしめ、このことにより
、流入量可変制御要素（２５ｃ）の傾斜角を増大せしめ
て１回転当りの流入量を増加制御するように構成されて
いる。一方、前記熱交換器（７）上流の冷媒管路（８）
には水ポンプ・２６１が介設され、該水ポンプ翰は、そ
の駆動軸（２６ａ）が前記油圧モータ（２５１の回転軸
（２５ａ）に連結されており、該油圧モータ（２四の回
転によって駆動さ、れるように設けられている。以上に
よって、油圧モータ１２５）７）回転数を油ポンプ（９
の吐出圧と吐出量との乗積呟に応じて増減せしめて水ポ
ンプ＝ｔｇの吐出量を制御するように構成されている。

さらべ、前記変速機（２）のケーシング（２ａ）内には
吸入管踏動および吐出管路１羽）の各管路を介して変速
機冷却用油ポンプ１３９１が接続され、該変速機冷却用
油ポンプ（３９）は、その駆動軸（３９ａ）が前記油ポ
ンプ（３）の吐出管路分岐部（６ｄ）の絞り弁（６ｅ）
下流に介設さ、れた油圧モータ（４１の回転軸（４，Ｏ
ａ）に連結されており、該油圧モータ（４１の回転によ
って駆動されるとともに、該油ポンプ国の吐出管路（ト
）には熱交換器（４１）が介設されており、変速機（２
）内の歯車摩擦熱などにより昇温した潤滑油を熱交換媒
体として熱交換器において冷媒管路（８）を流れる利用
側媒体としての冷水との間で熱交換を行うように構成さ
れている。

尚、（ハ）は油ポンプ（３）の吐出管路（５＞の分岐部
（５ｂ）〜（５ｅ）上流に介設された圧力補償付流量制
御弁、（４濁は油ポンプ（３）吐出管路（５）の圧力補
償付流量制御弁上流側（５ａ）に蓄油管路（偵を介して
接続されたアキュムレータ、（４６は該アキュムレータ
（４騰の蓄油管路（２）に接続され、アキュムレータ（
輪への圧油の蓄油が完了した際に、その油圧によってＯ
Ｎ作動する圧力スイッチであつで、該圧力スイッチ（４
［ｉ）のＯＮ作動により風車、（１＋、１の回転軸（１
ａ）周辺に設けたブレーキ装置■を作動せしめて風車ｔ
ｌ）の回転を制動するように構成されている。また、＋
４７）は前記蓄油管路（４４）の圧力スイッチ（憎接続
部上流に介設された絞すｊｃ、　４＋８１は油ポンプ（
：Ｉ）吐出管路Ｃｒｔ１の分岐Ｆ’ｔｌＳ　（５ＩＪ）
〜（５θ）上流に接続されたリリーフｊ［であって、熱
交換器（７）に供給される圧油の圧力を設定値以下に制
御するものである。さらに、＋４９）はアキュムレータ
翰の蓄油管路（四に介設された減圧弁、％ｊｔ）ｋよび
（５１）はそれぞれ蓄油管路（２３）の減圧弁（４９）
直上流およびアキュムレータ（２２直上流に介設された
絞り弁、國はアキュムレータ（２２に蓄積された圧油を
油ポンプ（３）に供給する給油管路（２４）に介設され
た適正ルノイド弁であって、通常逆止状態にあり、油ポ
ンプ（３）の始動時にのみ励磁されて開作動するもので
ある。（５３）は一端が導入管路伸４）を介して給油管
路■川に接続され、他端がパイロット管路（６１１ｉ）
を介して吐出量制御弁（１２）および流入量制御弁伐η
に連通ずるノ（イロット管路国に接続された減圧弁であ
って、油ポンプ（３）ノ始動時にアキュムレータ固の圧
油を設定圧力に減圧せしめてノくイロット管路（＋１１
９および■に導入するものである。加えて、（５＠およ
び０７１はそれぞれアキュムレータ（２２の蓄抽管路（
四および油ポンプ（３）の吸入管路（４）に介設された
アキュムレータ（２匂の圧油の逆流防止用の逆止弁、關
は変速機冷却用油ポンプ翰の吐出管路−における熱交換
器（４１）をノ（イパスするバイパス管路−に設けられ
た安全弁であらて、熱交換器（４１）を保護するだめの
ものである。

その他、−は熱交換器（４１１および（７）において加
熱された温水を貯蔵する温水タンク、鴎）は温水タンク
＠樟内の温水を再加熱用のボイラ國に供給するための温
水ポンプ、−は温水タンク−内の温水を外部に供給する
だめの温水ポンプ、（財）はフィルタ、−は温度計、−
はサーモスタット、（６７１は圧力計、鵜（はドレン管
路、四は換気口である。

次に、上記実施例の作動について説明するに、風力によ
って風車（１）が回転駆動すると、その回転は変速機（
♀）によって増速された後、油ポンプ（３）の、駆動軸
（３ａ）に伝達されることにより、油ポンプ（３）が駆
動し、該油ポンプ（３）の駆動によって油ポンプ（３）
から圧油が吐出管路（５）に吐出圧送される。この吐出
された圧油は、吐出管路（５）の分岐部（５ｂ）〜（５
ｅ）において絞り弁（６ａ）〜（６ｆ）を通過する際に
核絞り弁（６ａ）〜（６ｆ）によって絞られ、そのこと
により圧油の温度が上昇する。この昇温した圧油は、熱
′交換器（７）に流入し、該熱交換器（７）内において
、冷媒管路（８）を介して供給される冷水との間で熱交
換が行われて、冷水を温水化せしめる一方、油温か低下
する。しかる後、熱交換器（７）から流出した圧油は、
吸入管路（４）を介して油ポンプ（３）に吸入される。

以下、同様に上記のような圧油の循環を繰り返すことに
より、温水を得ることができる。

その際、熱交換器（７）への冷水の供給は、該熱交換器
（７）上流の冷媒管路（８）に設けた水ポンプ（澱の駆
動によって行われているが、該水ポンプ□□□が油ポン
プ（３）吐出管路（６）の油圧モータ四によって駆動さ
れ、また該油圧モータ伝句が油ポンプ（３）によって駆
動されるものであるため、冷水供給量は油ポンプ（３）
の吐出量すなわち熱交換器（７）への圧油供給量に応じ
て制御される。その結果、熱交換器（７）での熱交換は
圧油（熱交換媒体）と冷水（利用側媒体）との一定の供
給量関係に基づいて行われることになり、よって効率よ
く熱交換をすることができ、熱エネルギーの取得効率を
向上させることができる０ しかも、前゛記油圧モータｔ２５１は可変容量形のもの
であり、かつ流入量制御機構＠＋１によって該油圧モー
ターの１回転当りの流入量が油ポンプ（３）の吐出圧に
反比例して増減するように制御されているため、油圧モ
ーターの回転数すなわち水ポンプ（瀬の吐出量は、油ポ
ンプ（３）の吐出量だけでなくその吐出圧にも応じ、結
局、油ポンチ（３）の吐出量と吐出圧との乗積値に応じ
て増減制御される。このことは、つまり油ポンプ（３）
の流体エネルギー（風車（１）に与えられた風力エネル
ギー）に応じた量の冷水が熱交換器（７）に供給される
ことになるので、熱交換器（７）での冷水単位容積当り
の熱交換を２定にしテ、冷水を一定温度昇温させること
ができ、よって熱エネルギーの取得効率をより一層向上
させることができる。

尚、上記実施例では、風力を動力源として油ポンプ（３
）を駆動させ、該油ポンプ（３）の流体エネルギーから
熱エネルギーを得るようにした風力・熱変換装置につい
て説明したが、本発明は、風力を動力源として水ポンプ
等の各種ポンプを駆動させ、該ポンプの流体エネルギー
から熱エネルギーを得るようにした風力・熱変換装置に
も適用できる。

また、水力を動力源として水車を回転させ、該水車の回
転により各種ポンプを駆動させるごとにより熱エネルギ
ーを得るようにした水力・熱変換装置にも適用でき、同
様の作用効果を奏することができるものである。

以上説明したように、本発明の第１発明によれば、風水
力によって回転駆動する風車又は水車と、該風車又は水
車の回転によって駆動される第１ポンプとを設けるとと
もに、該第１ポンプの吐出管路に、絞り弁および該絞り
弁下流に熱交換器をそれぞれ介設した風水力・熱変換装
置において、前記第１ポンプの吐出管路に該第１ポンプ
によって駆動される流体圧モータを設ける一方、前記熱
交換器上流の冷媒管路に前記流体圧モータによって駆動
される第２ポンプを設け、第１ポンプの吐出量に応じて
第２ポンプの吐出量を制御するようにしたことにより、
熱交換器での熱交換を効率的に行うことができるので、
熱エネルギーの取得効率を向上させることができるもの
である。

さらに、第２発明によれば、前記流２疹圧モータを可変
容量形のものとし、かつ該流体圧モータの１回転当りの
流入量を第１ポンプの吐出圧に反比例して増減するよう
に制御する制御機構を設け、流体圧モータの回転数を第
１ポンプの吐出圧と吐届量との乗積値に応じて増減せし
めて第２ポンプの吐出量を制御するようにしたことによ
り、熱交換器での熱交換を風水カエネルギーに応じて行
うことができるので、一定温度昇温した利用側媒体を得
ることができ、よって熱エネルギーの取得効率の一層の
向上を図ることができるとともに、利用側媒体の利用効
率の向上を図ることプできるものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る風力・熱変換装置の油田回路図であ
る。 （１）・・風車、（３）・・油ポンプ、（５）・・吐出
管路、（６ａ）〜（６ｆ）・・絞り弁、（７）・・熱交
換器、（８）・・冷媒管路、（２均・・油圧モータ、岡
・・水ポンプ、（３１）・・流入量制御機構。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）風水力に、しって回転駆動する風車（１）又は水
   車と、該風車ｆ１）又は水車の回転によって駆動される
   第１ポンプ（３）とを設けるとともに、該第１ポンプ（
   ３）の吐出管路（５）に、絞り弁（６ａ）・・および該
   、咬ら弁（６ａ）・・下流に熱交換器（７）をそれぞれ
   介設した風水力・熱変換装置において、前記第１ポンプ
   （３）の吐出管路（５）に該第１ポンプ（３）によって
   駆動される流体圧モニタ（２四を設ける一方、前記熱交
   換器（７）上流の冷媒管路（８）に前記流体圧モータ（
   至）によって駆動される第２ポンプ−瀬を設け、航１ポ
   ／プ（３）の吐出量に応じて第２ポンプ例の吐出量を制
   御するようにしたことを特徴とする風水力・熱変換装置
   ４゜ ＋２１　　Ｉｔ水力によって回転駆動する風車（１）又
   は水車と、該風車＋ｌ＋又は水車の回転によって駆動さ
   れる第１ポンプ（３）とを設けるとともに、該第１ポン
   プ（３）の吐出管路（５）に、絞り弁（６ａ）・・およ
   び該絞υ弁（６ａ）・・下流に熱交換器（７）をそれぞ
   れ介設した風水力・熱変換装置において、前記第１ポン
   フ（３）の吐出管路（５）に該第１ポンプ（３）Ｋよっ
   て駆動される可変容量形の流体圧モータ□□□を設け、
   かつ該流体圧モータ□□□の１回転当りの流入量を第１
   ポンプ（３）の吐出圧に反比例して増減するように制御
   する制御機１０１）を設ける一方、前記熱交換器（７）
   上流の冷媒管路（８）に前記流体圧モータ（財）によっ
   て駆動される第２ポンプ彌を設け、流体圧モータ□□□
   の回転数を第１ポンプ（３）の吐出圧と吐出量との乗積
   値に応じて増減せしめて第２ポンプ（ハ）の吐出量を制
   御するようにしたことを特徴とする風水力・熱変換装置
   。