JPS5929706A - 熱機関 - 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】 本発明は太陽光線によって水ポンプを駆動する熱機関に
関する。農業分野において、特に畜産の分野において太
陽エネルギによシ駆動する水ポンプが望まれておシ、こ
の水ポンプは太陽入射光線の比較的強い国において特に
使用しうるものである。このようなポンプは数百ワット
の容刊を有することが望ましく、またかなシ深い位置か
ら水を汲上げることができるものでなければならない。

太陽エネルギを使用して水を汲上げる実際の方法は、１
００年以上の間開発されてきた。農業において遭遇する
苛酷な条件にふさわしいものは、まだ開発されていない
。このようなシステムに関する提案は多数あるが、商業
的に採算の取れる水準には達していない。

１８６４１ＴＥ、アルジェのべルナード争モウコット（
Ｂｅｒｎａｒｄ　Ｍｏｕｃｈｏｔ）は太陽エネルギによ
シ水を汲上けるプラントを建設した〔ピーーアール中サ
バデイ（Ｐ．Ｒ．Ｓａｂａｄｙ）、ハウス（Ｊ−１ａ　
ｕ　ｓ　）及びソネンクラフト（Ｓｏｎｎｅｎｋｒａｆ
　ｔ）共著、へりオン管フェアラーク●ミュニツヒ（｝
ｉｅｌｉｏｎ　Ｖｅｒｌａｇ　Ｍｕｎｉｃｈ）乙頁、１
９７９）。

１８７０年、米国のエリクソン（Ｅｒｉｃｓｏｎ）は同
様なプラントを建設した（前記資料参照）。

１８８０年、ローパート惨シュルツ（ｌＺｏｂｅｒｔＳ
ＣＪＩ［ＩＩＺ）　？よ、太陽光線によって駆動される
機関について国の特許庁から特許第１４０７８号を得た
。

これに続いて他の機関が１９１０年ごろに米国、パザデ
イナのエイ・ジー・アネアス（Ａ．Ｇ。

Ａｎｅａｓ）及び１９１１年、カイロのシｊ−マン（３
ｈＬｆｎ，＋ｎｎ　）によって開発された〔エッチ・ラ
ウ（工Ｉ．ＲＸ′］ｕ）著、へりオテクニク（Ｊ｛ｅｌ
ｉｏｔｅｃｈｎｉｌｃ）、１９０頁以下、及びウド０ブ
リームφフエアラーク（［Ｊｄｏ　ｐｆｒｉｅｍｅｒＶ
ｅｒｌＸｌｇ）、ハユニツヒ（Ｍｕｎｉｃｔｔ）１９７
６）　ｏ最近では、太陽エネルギにより水を汲上げる試
験的事業が、セネガル国の「ナジエ（Ｎａｄｊｅ）Ｊ、
ナイジェリア国の「オナーンル（Ｏｎｅｒｓｏｌ）Ｊ、
セネガル国の［セガル（Ｓｅｇａ　１　）Ｊ、オートボ
ルタ共和国の「オーアゲ（Ｏｕａｇｔ＋）Ｊ、モーリタ
ニア国の「チングエチ（Ｃｈｉｎｇｕｅｔｔｉ）Ｊ　、
及びメキシコ国ノ［エジド・バリア（Ｅｊｉｃｌｏ　Ｂ
ａｂｉａ）　Ｊのような南の地域に設立された（インフ
オマチオンスベルク・ゾンネンエナージ（：［ｎｆｏｒ
ｒｎａｔｉｏｎｓｗｅｒｋＳｏｎｎｅｎｅｎｅｒｇｉｅ
）、４巻、２７７頁、及びウド・プリーム・フエアラー
ク、ミュニツヒ１９７７）。公知の機関は技術的原理に
従って２つの主なグループに分けられる。

第１のものは、放物形コレクタに太陽光線を集め、水を
蒸発させて蒸気機関を駆動するものである。第２のもの
は、フレオンのような低沸点媒体を蒸発させ、蒸気機関
又はタービンを駆動する平坦なコレクタを有するもので
ある。放物形コレクタを有するプラントは次の欠点を有
する。即ち、一方では、面倒なことにミラーを太陽に向
って連続的に調節し々ければならず、他方ではミラーが
汚れ易いことである。従って、常に手入れができるよう
に遠隔操作可能な装置を用いて、ミラーを常に掃除する
ことが必要である。

これに対して、平坦なコレクタを廟するプラントは汚れ
に〈＜、また太陽に対する調節も省略できる。しかしな
がら、これらのプラントには低沸点媒体の損失に関する
未解決の密閉技術の問題がある。

いずれのタイプの機関も蒸気機関又はタービンを駆動す
るために蒸気を利用している。従来の装置は、使用に際
し最初直線運動（シリンダ内のピストン）を回転運動（
偏心、はずみ車）に転換し、またポンプ操作時には（ピ
ストンポンプによる深い穴からの水の汲上げ）再び回転
運動を直線運動に転換しなければガらない、という欠点
を有する。この２回の転換は装置の効率を減少させ、コ
ストをかなシ増加させる。

タービンを有するプラントの場合、回転運動は発電機に
伝達され、この発電機は次にポンプ作動時に電動機を駆
動する。このことは、また効率を低下させ且つコストヲ
増加させる。

さらに、従来公知のプラントのすべては比較的大型のも
のである。なぜならば数百ワット程度の性能を有するプ
ラントを建設することは価値がないからである。しかし
ながら、多くの農業分野においてはこの程度の性能のプ
ラントが要求されている。例えば、２００ワツトのポン
プは１．７１００００匹の羊のための水を供給すること
ができる。他方、また世界のうちの乾燥地域においては
、殆んど穴は水をそれ程大量に保有しているわけではな
い、ということを思い出してもらいたい。従って、大型
のプラントを使用することは適切ではなく、また経済的
ではない。

前記の理由から、大量生産可能な太陽エネルギ駆動ポン
プは今まで市販されなかったのである。

本発明は農業で使用するのにふされしい水ポンプを提供
する。本発明のポンプは２００ワット程度の小型のもの
であシ、特に発展途上国における小規模及び中規模の農
業事業におけるＢ伍および貯水にふされしいものである
。

本発明によれば、往復部材を含む密閉往復ポンプに液体
媒質の蒸気を導入する手段から成り、この往復ポンプに
おいて蒸気が膨張してエネルギを放出し、その後、膨張
した蒸気が往復ポンプから排気される熱機関において、
膨張及び排気工程の制御が、蒸気導入用人口弁と、膨張
した蒸気の排気用出口弁とから成る弁手段によって行な
われ、この弁手段は、緩速行程運動においてさえ往復部
材の死点を越えることができるように６弁を突然逆転さ
せるばね手段を利用している熱機関が提供される。

次に、添付図面に従って本発明を実施例として説明する
。

図面に示されているポンプは、太陽エネルギコレクタ１
、蒸気ドーム２、入口弁３、出口弁４、ロッカ５、永久
磁石６及び７、スイッチばね９及び１０を有する制御ス
ライダ８、膜体Ｊ２及び膜板１３を有する主要シリンダ
１１、接続ロッド１４、スライダ取付具１５、作動レバ
ー１６、逆圧シリンダ１７、復水ポンプ１８、復水器１
９、ボアポンプ邪に接続したけん引ローブ２１を有する
案内軍団から成る。

それぞれの構成グループは導管２３−２８によって接続
されている。太陽エネルギコレクタ１における媒質（こ
れは約１℃の低沸点を有する）が、加熱され、蒸気ドー
ム２に送られる。さらに、この媒質は蒸気ドームから導
管ｎ及び大口弁３を経て主シリンダ１１に導入される。

主シリンダ１１において、蒸気は膨張し、膜体１２、接
続ロッド１４及び作動レバー１６を介して、けん引ロー
プ２１及び案内車２０′５ｃ経てボアポンプ２２ヲ作動
させる。図示されているように、作動レバー１６は一端
において固定されており、他端においてロープ２１に接
続されており、且つスライダ取付具１５によって接続ロ
ッド１４に枢着されている。

この操作中、スイッチばね９が制御スライダ８０ロツカ
５によって押圧されている。ロッカ５は永久磁石６によ
って下方への移動が妨げられている。なぜならば永久磁
石は、スイッチばね９が最も降下し増加したばね圧によ
りロッカ５が永久磁石６から分離するまで、ロッカ５を
拘持しているからである。スイッチばね９に蓄積された
エネルギはロッカ５を逆転させ、この結果ロッカ５は永
久磁石７に轟たシ、（図面に示されているように）そこ
に保持され、同時に出口弁４を開放する。膨張した蒸気
は、出口弁４及び導管２７ヲ経て復水器１９に送られる
。そこで蒸気は、ボアポンプ２２　Ｋよって汲上げられ
た水によって冷却され、凝縮される。

復水器１９に集められた復水は、次に復水膜板ポンプ１
８によって導管Ｕ及び２５ヲ経て太陽エネルギコレクタ
１に送られる。前記復水膜板ポンプは作動レバー１６に
よって各行程の際に作動するものである。復水器１９に
おける圧力は＝ｔｔｇ２８を経て逆圧シリンダ１７に運
ばれる。この結果、出目弁４が開口し主シリンダ１１を
換気すると、シリンダニ１及び１７は同じ圧力を有する
ようになる。このことは、ロッド１４を各行程の頂点ま
で充分に移動させ、ロッカ５を磁石７との接触から解放
させる。従って、ロッカ５は次の行程を開始させるため
に磁石６と接触する。従って、万一冷却不充分なために
復水器１９内の温度が大気圧の下で媒質の沸点以上に上
昇したとしても、操業の停止又は能率低下の可能性は少
なくなる。

ロッド１４を最上部位置に戻す力は、ボアポンプｎ内の
ポンブロンドに作用する重量である。

従って、主シリンダ１１辻単動膜板ポンプを含んでいる
。

添イ」図面の第１図に例示された本発明のポンプは、従
来技術と比較して次の利点を有する：伝動、偏心、はず
み車、発電器又はタービンの作用が不用であること； 膜部材を使用するととによシ、媒質の損失が避けられる
とと； 弁４−１：′！＆も遅い運動においてさえ、シリンダの
死点を確実に乗り越えるので、機関は日光にさらされる
と、何の助けも必要とせずに作動開始できるとと； 運動可能な且つ蒸気にさらされるすべての部材には密閉
用膜部材が配備されているので、本発明の機械は殆んど
、又は全くグリースを必要とせずに作動できるとと； 深い穴に対して遅いピストンポンプでも使用することが
できること；及び 異につたタイプのポンプが使用できること。

次に第２図から第４図において、第１図に示されたタイ
プのポンプを作動する他の弁部月が示されておシ、この
弁部材は第】図に示されたタイプの太陽エネルギ駆動ポ
ンプにおいて使用されるものである。

第２図において、上部に主シリンダ１００を取付けた基
板９８が示されており、この主シリンダは前記の主シリ
ンダ１１と同様の構造を有し、且つ膜部材を含んでいる
。

シリンダ１００けその上端部において導管１０２に接続
されており、この導管は枝管１０４及び１０６に連結接
続されている。これら枝管１０４及び１０６はそれぞれ
弁１０８及び１１０に通じている。弁１０８は他端にお
いて導管１１２に接続されておシ、この導管は第１図に
さける復水器１９と同様な復水器に通じている。

弁１１０け他側面に訃いて導管１１４に接続されており
、との導管は第１図における太陽エネルギコレクク１と
同様なコレクタに通じている。

弁１０８及び１１０並びにそれらと−林状の導管は反転
板１１６に数例けられており、この反転板はまた基板９
８に取付けられている。

接続ロッド１１８はシリンダ１００から基板９８１ｃ通
して下方に延びている。さらに、取付ロッド１．２０は
基板９８の下面から下方に延びている。操作レバー１２
２は中間部分おいて取付ロッド１２０に枢着されている
。接続ロッド１１８の下端部は操作レバー１２２の一方
の端部に枢着されている。

操作レバー１２２の接続ロッド１１８及び取付ロッド］
、２０のそれぞれの枢着箇所の間には、従属ピストンロ
ッド１２４が下向き状に枢着さｈている。この従属ピス
トンロッドは、第１図のポンプ１８と同様な復水ポンプ
に連動接続されている。

操作レバー１２２の接続ロッド１１８から離れた位置に
は、上向き状に突出するロッド１２６が枢着されている
。このロッド１２６は基板９８の孔を通って突出し、弁
１０８及び１１０に近い地点まで上方に延びている。操
作レバー１２２の接続ロッド１１８の枢着端部と反対側
の端部付近には、第１図の部材力、２１及びｎと同様の
、又は類似のポンプロッド部材が接続されている。さら
に、接続ロッド１１８と反対側の操作レバー１２２の端
部には、前記と同様に操作レバー１２２の下り行程を助
けるための荷重が加えられている。

ロッカ１２８は弁１０８及び１１０間の一端部に枢着さ
れておシ、これら弁は反転板１１６に固着された植込ボ
ルトによって保持されている。

ロッカ１２８の弁１０８及び１１０から離れた端部には
、ばね１３ｏ（略示されている）の一端が接続されてお
シ、且つとのばね１３０の他端はロッド１２６に接続さ
れている。さらに、ロッド１２６はばね１３１に接続さ
れており、このばねの他端はシリンダ１００に接続され
ている。ばね１３１はばね】３０と共に作用し、基板９
８を通って延びているロッド１２６′ｌｃ基板の孔の中
央に位置させ、基板９８との摩擦係合を減少させるもの
である。

一対の停止部材１３２は反転板１１６に取付けられてい
る。さらに、第３図において最も良く理解されるように
、ロッカ］３０の枢着端部は一対の円形端面フランジ１
３４から成っておシ、これらフランジは中間カム部分１
３６ヲ有しており、さらにこのカム部分は上方及び下方
平坦面を有している。

第４図において最も良く理解されるように、６弁１０８
及び１１０は、弁本体から延びている弾性突出部１３８
を有している。各突出部１３８は弁心棒１４０を含んで
おり、この弁心棒の外端部はブロック１４２内に嵌入さ
れている。突出部１３８には、ブロック１４２の外周に
おいて車輪１４４が回転可能に設けられている。

弁心棒１４０の内端部には弁頭１４６が一体的に形成さ
れており、この弁頭は弁座１４８と密閉状に係合するよ
うに配列されている。車輪１４４は弾性突出部１３８に
よってそれぞれの平坦面カム部分１３６の縁部に係合さ
れている。

使用に際し、第２図に示されている配列の場合、ロッド
１２６は最も高い位置にあり、ロッカ１２８はばね１３
０によって停止部材１３２と係合している。この配列に
おいて、カム１３６は上方に回転しており、且つその上
方の平坦な面の縁部は弁１０８の車輪１４４を押圧して
おり、同時に弾性突出部１３８を圧縮している。従って
、ブロック１４２及びこれと−林状の弁心棒１４０は弁
１０８の本体の方に移動し、このため弁頭１４６は弁座
１４８から離れて上昇している。

このように、ロッド１２６がその行程の頂点にある時、
弁１０８は開放されている。この配列において、操作レ
バー１２２もまたその行程の頂点にあり、ポンプ行程を
終了したところである。

弁１０８の開放によシ、気体はシリンダ１００から導管
１０２．１０４及び１１２を経て第１図について説明し
たような復水器に排出され、その後、太陽エネルギコレ
クタに送られる。

かくて、シリンダ１００の膜部材は非作動位置に戻る。

これは主に操作レバー１２２の右手端部（第２図におい
て見られるように）を降下させる重力によって達成され
る。操作レバー１２２は増刊ロッド１２０の取付箇所の
周シで回転する。

この作用によシ接続ロッド１１８が圧縮され、膜部材を
−の最初の位置に戻す。この操作は同時にロッ・ド１２
４を上昇させ、復水ポンプを作動させる。

さらに、ロッド１２６が降下され、この結果、ロッド１
２６に対するばね１３０の接続箇所がロッカ１２８の枢
着箇所よシも下方に位置される。これによシばね１３０
が延伸され、レバー１２６がセンタを越えると、ロッカ
１２８が上方の停止部材１３２から、架空線で示されて
いるように下方の停止部材１３０に突然移動する。

この操作によシ、前記の弁１０８の開放と同様に弁１１
０が開放される。この結果、新たに充填された加圧蒸気
が太陽エネルギコレクタから導管１１４，１０６及び１
０２を経てポンプ１００に送られ、接続ロッド１１８を
延伸させる。この接続ロッド１１８の延伸によシ、ロッ
ド１２４が押下げられて復水ポンプを作動させ、またロ
ッド１２６が第２図に示されている上方位Ｍｌ　ｔで移
動する。

また、ロッド１２６に対するばね１３０の接続箇所がセ
ンタの上方に位置し且つばね１３０が充分に延伸される
と、ばね１３０はセンタを越えて上方停止部材１３２と
係合する位置までロッカ１２８を突然移動させる。この
保合配列は第２図において実線で示されている。

ロッド１２６が最も高い位置に達するまでロッカ１２８
が移動しないようにするために、磁石１５０を設けるこ
ともできる。この磁石はばね１３０によるロッカ１２８
の上方への移動をわずかに遅らせるものである。このよ
うに磁石を取イ１けることにより、太陽光線の弱い条件
の下におけるポンプの一方の位置の伺着確率が減少され
る。

前記の本発明の具体例における磁石は、吸着盤、インパ
ルスカップリング又はベルクロ接続のような均等引力手
段と置換えることができる。

本発明の範囲内における変化及び変更は、当業者にとっ
て明らかである。例えば膜部材は、ピストンポンプ内に
見られるシリンダ中のピストンのような均等往復部材と
置換えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による太陽エネルギ駆動ポンプの１つの
具体例の縦断面図である。 第２図は第１図と同様な太陽エネルギ駆動ポンプの他の
実施例の弁部材の拡大側面図である。 第３図は第２図のポンプの弁操作手段の一部切欠した端
面図である。 第４図は第２図のポンプの弁の断面図である。 １・・・・・・太陽エネルギコレクタ、３・・・・・・
入口弁、　　　４・・・・・・出口弁、５・・・・・・
ロッカ、６，７・・・・・・永久磁石９．１０・・・・
・・スイッチばね、１２・・・・・・膜体、１３・・・
・・・膜板、１４・・・・・・主シリンダ、１８・・・
・・・復水ポンプ、１９・・・・・・復水器、２２・・
・・・・ボアポンプ。 手続補正書（自発） 昭和５７年、？月２１日 特許庁長官　　若　杉　和　夫　　殿２１、事件の表示 昭和　５７年　特許願　第　　１４０８９（ｉ　　号２
、発明の名称 熱機関 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所 ４、代　理　人〒１０７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　往復部利を含む密閉往復ポンプに液体媒質の蒸気
   を導入する手段から成シ、との往彷ポンプにおいて蒸気
   が膨張してエネルギを放出し、その後、膨張した蒸気が
   往復ポンプから排気される熱機関において、膨張及び排
   気工程の制御が蒸気導入用人口弁と、膨張した蒸気の排
   気用出口弁とから成る弁手段によって行なわれ、この弁
   手段は、緩速行程運動においてさえ往復部材の死点を越
   えることができるように６弁を突然逆転させるばね手段
   を利用していることを特徴とするｐＡ機関。 ２　ばね手段のエネルギを蓄積するように各行稈におい
   てばね手段を圧縮し、次に突然蓄積したエネルギを放出
   することにより、ばね手段の蓄積エネルギを利用するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の熱機関。 ５、　ばね手段が充分に圧縮され、引力手段の引力に打
   勝ち、ばねの蓄積エネルギを直ちに放出し且つ弁開閉手
   段を解放するまで、弁開閉手段が引力手段により拘持さ
   れるように配列されていることを特徴とする特許請求の
   範囲第２項記載の熱機関。 ４、　引力手段が永久磁石である仁とを特徴とする特許
   ＮＦ（求の範囲第３項記載の熱機関。 ５　弁を開閉する手段が、一端において枢着されている
   ロッカアームの形状を有しておシ、且つ６弁が開口する
   ｉｆ及び第２位ＩｒｔＯ間で回転するように配列されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第３項又は第４項
   記載の熱機関。 ６　ばね手段が滑動可能なビンの周シに設けられた２つ
   のコイルばねから成υ、前記滑動可能なピンは往復部材
   と共に運動するように配列され且つロッカアームの孔を
   通って延びておシ、また前記コイルばねはロッカアーム
   の両側に取付けられていることを特徴とする特許請求の
   範囲第５項記載の熱機関。 ７、６弁を開閉する手段がばねに接続しているロッカア
   ームから成シ、前記ばねはセンタ切換部材を越えて往復
   アームに接続されており、この往復アームは第１及び第
   ２極限位置間で往復運動可能でアシ、このため往復アー
   ムが第１及び第２極限位置に接近すると、ばねが延伸し
   て、ロッカアームを反対側の位置に突然引寄せることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の熱機関。 ８、　入口弁手段を開放させる位置にロッカアームを追
   加的に保持し、ポンプの吸込サイクルの間、入口弁手段
   の開放保持を助ける引力手段がさらに設けられているこ
   とを特徴とする特許８ｉｖ求の範囲第７項記載の熱機関
   。 ９　往復ポンプからの膨張した媒質が液化用復水器に給
   送されることを特徴とする特許請求の範囲のいずれかに
   記載の熱機関。 １０、弁手段が排気位置にある時、往復部材の両側部に
   同じ圧力が存在するように、復水器が往復部材の反対側
   に作用すること’ｋ　／ｌ’ｆ徴とする特許請求の範囲
   第９項記載の熱機関。 １］．凝縮した蒸気が、往復部劇の作用により作動する
   ポンプによって再循環されることを特徴とする前記特許
   請求の範囲のいずｈかに記載の熱機関。 １２　　膨張した蒸気が、使用中に熱機関自体によって
   供給された水によシ冷却されることを特徴とする前記特
   許請求の範囲のいずれかに記載の熱機関。 １３、太陽光線を受け、これによシ液体を蒸発させるよ
   うに配置された太陽エネルギコレクタを含むことを特徴
   とする前記特許請求の範囲のいずれかに記載の熱機関。 ｌ４　　太陽エネルギコレクタが平坦な板状のコレクタ
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１３項記載の
   熱機関。 ｌ５　　往復ポンプが膜板ポンプであシ、且つ往復部拐
   が膜部材であることを特徴とする前記特許請求の範囲の
   いずれかに記載の熱機関。