JPWO2009016827A1 - エアー循環回路 - Google Patents

Abstract

動力用エアーモーターを効率良く回転するためのエアー循環回路であって、始動用エアータンク、ストップバルブ、３方バルブ、アクセレレーター、ソレノイドバルブ、エアーコントロールユニット、第１エアー増幅器、動力用エアーモーター、第１分流器、第１サージングタンク、第２エアー増幅器および第３エアー増幅器、第３サージングタンク、エアーレギュレーター、ブロワーの吸気ポート、第２サージングタンク、チェックバルブ、第２分流器、第４サージングタンク、第３コンプレッサーを備えることを特徴とする。これにより、エアーモーターを効果的に回転するエアー循環回路が得られ、安定したエアー循環回路を確立可能にし、エアーモーターの回転力を動力として使用可能となる。

Description

本発明は、エアー循環回路に効果的エアーフローを利用し、エアーモーターを介して動力に導き活用するものである。

従来の技術として使用されている動力は基本的に化石燃料を燃焼し動力を発生する内燃機関が利用されているのが現状である。このため地球環境の悪化が進み問題視されている。特に地球温暖化に大きな影響を持つCO２の問題や人類の健康に大きな影響を持つNOX等多くの問題がある。加えて化石燃料の枯渇の解決策としてバイオエネルギー等の研究も行われているが、問題解決には程遠い。エアー循環回路の確立により、エアーモーターの動力を実用に供することが可能となり問題解決に寄与する。
渡辺一郎著 空気機械

解決しようとする問題点は、エネルギー源としている化石燃料の枯渇の問題である。代替燃料としてバイオエネルギー等いろいろな研究が行われているが問題の解決には程遠い物である。この問題の解決には発想の転換が必要である。

上記課題を解決する本発明は、動力用エアーモーターを効率良く回転するためのエアー循環回路であって、運転開始にあたり、圧縮したエアーが充填される始動用エアータンクと、前記始動用エアータンクの圧縮エアーが供給される３方バルブと、前記３方バルブに接続されるアクセレレーターと、前記アクセレレーターが開いた際に、前記３方バルブから供給される圧縮エアーの圧力を調節するエアーコントロールユニットと、前記エアーコントロールユニットで調整されたエアー量を増幅する第１エアー増幅器と、前記第１エアー増幅器によって増幅されたエアーによって駆動される動力用エアーモーターと、前記動力用エアーモーターから排出されたエアーが供給されてＡフローとＢフローの２方向に分岐させる第１分流器と、前記第１分流器のＡフローに接続される第２エアー増幅器および第３エアー増幅器と、前記第１分流器のＢフローに接続されるブロワーの吸気ポートと、前記ブロワーからの排気エアーが分配管を通して供給される前記第２エアー増幅器および前記第３エアー増幅器の吸気孔と、前記第２エアー増幅器および前記第３エアー増幅器の前記吸気孔に配備されるチェックバルブと、自身の２方向に分かれた一方には前記第３エアー増幅器が接続されると共に、他方には第２コンプレッサーが接続され、前記第３エアー増幅器の前記排気エアーと前記第２コンプレッサーのエアーが混合される第２分流器と前記第２分流器によって混合されたエアーが供給される前記３方バルブと、前記始動用エアータンクの圧力を維持する第３コンプレッサーと、を備えることを特徴とするエアー循環回路である。

上記課題を解決する本発明は、動力用エアーモーターを効率良く回転するためのエアー循環回路であって、運転開始にあたり、圧縮したエアーが充填される始動用エアータンクと、前記始動用エアータンクに接続されるストップバルブと、前記ストップバルブの開により、前記始動用エアータンクの圧縮エアーが供給される３方バルブと、前記３方バルブに接続されるアクセレレーターと、前記アクセラレーターに設けられるソレノイドバルブと、前記ソレノイドバルブのＯＮに連動して前記アクセレレーターが開き、前記３方バルブから供給される圧縮エアーの圧力を調節するエアーコントロールユニットと、前記エアーコントロールユニットで調整されたエアー量を増幅する第１エアー増幅器と、前記第１エアー増幅器によって増幅されたエアーによって駆動される動力用エアーモーターと、前記動力用エアーモーターから排出されたエアーが供給されてＡフローとＢフローの２方向に分岐させる第１分流器と、前記第１分流器のＡフローに接続されて圧力のサージングの安定化を図る第１サージングタンクと、前記第１サージングタンクに接続される第２エアー増幅器および第３エアー増幅器と、前記第２エアー増幅器および前記第３エアー増幅器を経たエアーを蓄積する第３サージングタンクと、前記第１分流器のＢフローに接続されるエアーレギュレーターと、前記エアレギュレータに接続されるブロワーの吸気ポートと、前記ブロワーからの排気エアーを蓄える第２サージングタンクと、前記第２サージングタンクから分配管を通して接続されて前記排気エアーが供給される前記第２エアー増幅器および前記第３エアー増幅器の吸気孔と、前記第２エアー増幅器および前記第３エアー増幅器の前記吸気孔に配備されるチェックバルブと、自身の２方向に分かれた一方には前記第３サージングタンクが接続されると共に、他方には第２コンプレッサーが接続され、前記第３サージングタンクの前記排気エアーと前記第２コンプレッサーのエアーが混合される第２分流器と前記第２分流器によって混合されたエアーが蓄えられる第４サージングタンクと、前記第４サージングタンクに接続されて前記混合されたエアーが供給される前記３方バルブと、前記始動用エアータンクの圧力を維持する第３コンプレッサーと、を備えることを特徴とするエアー循環回路である。

上記課題を解決する本エアー循環回路は、上記発明において、前記第１エアー増幅器に代えて、前記第３サージタンクと前記第２分流器の間に第４エアー増幅器が配置されることを特徴とする。

上記課題を解決する本エアー循環回路は、上記発明において、前記エアーモーターと前記ブロワーはベルト掛けで接続され、前記エアーレギュレーターに送られた前記排気エアーが前記ブロワーの吸気ポート付近に大気放出され、前記排気エアーの余分量が調整されることを特徴とする。

上記課題を解決する本エアー循環回路は、上記発明において、前記始動用エアータンクの圧力は略９ｋｐａに維持されることを特徴とする。

上記課題を解決する本エアー循環回路は、上記発明において、前記エアーコントロールユニットによって圧力が略６．３ｋｐａに調節されることを特徴とする。

上記課題を解決する本エアー循環回路は、上記発明において、前記第２コンプレッサー、前記第３コンプレッサー、および前記ブロワーの動力は、前記エアーモーターの動力を利用して運転されることを特徴とする。

上記課題を解決する本エアー循環回路は、上記発明において、前記エアーモーターと前記ブロワーはベルト掛けで接続されることを特徴とする。

上記課題を解決する本エアー循環回路は、上記発明において、前記第１エアー増幅器、前記第２エアー増幅器および前記第３エアー増幅器の各々が有する全吸気孔にチェックバルブを設けて、エアーの逆流が防止されることを特徴とする。

上記課題を解決する本エアー循環回路は、上記発明において、前記３方バルブは、前記第３エアー増幅器側から送られる排気エアーの入口と、前記始動用エアータンクからの送られる圧縮エアーの入口の双方にチェックバルブが配備されることを特徴とする。

上記課題を解決する本エアー循環回路は、上記発明において、前記第３コンプレッサーは、前記エアーモーターの動力の伝達を受ける部分にクラッチが備えされていることを特徴とする。

本発明によれば、適切にエアー増幅器を配備したエアーの効率を上げ、エアー循環を効果的にするエアー循環回路を用いてエアーモーターに回転力を与え安定した回転維持をすることによって動力を生み、この動力を自動車産業、船舶産業、発電事業およびその他の一般産業における動力として利用することにより、問題の解決に寄与するものである。

本発明のエアー循環回路は、動力として使用するエアーモーターに効率よく作用することによって、動力源として使用可能なエネルギーとなる。

本発明の第１実施例のエアー循環回路を示した説明図である。 同エアー循環回路に用いられる三方バルブの他の構造例を示す図である。 同エアー循環回路に用いられるT字配管チェックバルブの図である。 同エアー循環回路に用いられるエアーレギュレーターおよびブロワーの図である。 同エアー循環回路に用いられるクラッチ付コンプレッサーの状態図である。 同エアー循環回路に用いられる段付のエアー増幅器の外観図である。 同エアー循環回路に用いられる段付のエアー増幅器の断面図である。 同エアー循環回路の作動状態図を示す第１のフローチャートである。 同エアー循環回路の作動状態図を示す第２のフローチャートである。 本発明の第２実施例のエアー循環回路を示した説明図である。 同エアー循環回路の作動状態図を示すフローチャートである。

エアー循環回路を円滑に、かつ効率を上げるため、エアー増幅器の開発が決め手となり、動力に使用可能なエネルギーを安定かつ高効率で得ることが実現した。

図１は、本発明装置の第１実施例であって、１〜２２の部品構成を備えて構成されるエアー循環回路である。ここでは、各部品構成の説明と同時に、エアー循環回路の動作についても説明する。なお、図８及び図９には、このエアー循環回路の作動状態を示すフローチャートが示されている。エアーモーター１２を動力として活用するにあたり、起動の前準備として、最初に起動用に用いる圧縮エアーを得るためコンプレッサー１を起動して、エアーチャージバルブ２を用いて始動用エアータンク３に９ｋｐａの圧縮空気を初期充填する。次いで、エアーストップバルブ６を開き、圧縮エアーを３方バルブに至らしめる。

次にアクセレレーターのソレノイドバルブ１１をＯＮにして、３方バルブ８から圧縮エアーが流れるようにする。この圧縮エアーは、エアーコントロールユニット９によって自動的に７．０ｋｐａに制御され、第１エアー増幅器１０−１を通過する。この第１エアー増幅器１０−１は、圧縮エアーの通過によって内部がは負圧となる。第１エアー増幅器１０−１は、図６及び図７に示されるように、軸方向両端に循環エアー通路入口と循環エアー通路出口が設けられており、その両端の間には、循環方向に沿って第１室、第２室、第３室が連通状態で配置されている。なお、第１室、第２室、第３室はそれぞれ筒状になっており、その内径は、第１室、第２室、第３室の順で大きくなっている。また、第１室と第２室の間における外周には４個の吸気孔が配置されており、第１室から第２室、第２室から第３室に向かって循環エアー（圧縮エアー）が通過すると、第２室が負圧状態になって、第１室と第２室の間の吸気孔から外気が流入して、第２室の循環エアー量が増加し第３室に至る。第２室と第３室の間における外周にも４個の吸気孔が配置される。従って、第３室から外部に向かって循環エアーが通過すると、第３室が負圧状態となって、第２室と第３室の間の４つの吸気孔から外気が流入する。この結果、第１エアー増幅器１０−１では、エアー流量が約１０倍に増加する。その増加に関しは、表１において、エアー増幅器入口のエアー量と出口のエアー増加量の状態で示した。エアー増加でエネルギーを蓄えた循環エアーはアクセレレーター１１を経てエアーモーター１２を駆動する。これによりエアーモーター１２が回転して動力を発生する。

エアーモーター１２から吐出された排気循環エアーは、第１分流器１３によりＡフロー及びＢフローの２方向に別れる。Ａフロー方向の排気循環エアーは、第１サージングタンク１４に蓄えられ、更に、第２エアー増幅器１０−２及び第３エアー増幅器１０−３を通り第３サージングタンク１８に至る。一方Ｂフロー方向の排気循環エアーは、エアーレギュレーター１５に至る。このエアーレギュレータ１５を介して、排気循環エアーは、エアーモーター１２によってベルト駆動されているブロワー１６の吸気ポートに排出されて、この時余分の排気エアーは捨てられる。

ブロワー１６で送られたエアーは、第２サージングタンク１７に蓄えられ、配管により、第２エアー増幅器１０−２及び第３エアー増幅器１０−３の外周に配備されたチェックバルブ付吸気孔を介して内部に供給される。なお、第２エアー増幅器１０−２及び第３エアー増幅器１０−３の構造は、各吸気口にチェックバルブが設置されることを除いては、既に説明した第１エアー増幅器１０−１の略同じ構造であるので、このでの説明は省略する。

既に述べたように、Ａフロー方向の排気循環エアーは、第２エアー増幅器１０−２及び第３エアー増幅器１０−３の内部を通るので、これにより第２エアー増幅器１０−２及び第３エアー増幅器１０−３の内部は負圧になることから、このＢフローの排気循環エアーも第２エアー増幅器１０−２及び第３エアー増幅器１０−３内に吸引・合流されていき、第２エアー増幅器１０−２及び第３エアー増幅器１０−３の排気循環エアー量は増加する。増加した排気循環エアーは第３サージングタンク１８に蓄えられる。

第３サージングタンク１８を経た排気循環エアーは、第２分流器１９の２方向に分かれた一方に供給される。また、第２分流器１９の２方向に分かれた他方には、第２コンプレッサー２１の圧縮エアーが供給される。従って、第２分流器１９では、この２つのエアーが合流して第４サージングタンク２０に蓄えられる。第４サージングタンク２０に蓄えられたエアーは、３方バルブ８の他方の接続部分に戻り、第１エアー増幅器１０−１に流れ込み、エアーモーター１２に流れ駆動し動力を発生する。アクセレレーター１１のソレノイドバルブ２２をOFFにするまで、エアー循環工程が繰返し、動力の発生が続けられる。

また、始動用エアータンク３には、その内部圧力を９ｋｐａに保つため、圧力維持用の第３コンプレッサー２２が接続されている。これにより、始動用エアータンク３は、常に圧力が維持されている。

なお、ここでは、３方バルブ８の手前のエアー供給路に、それぞれチェックバルブ７を配置した場合を示しているが、例えば、図２に示されるように、３方向バルブ８自体が、始動用エアータンクから送られる圧縮エアーと第４サージタンク２０から送られるエアーとの比較で圧力の高いものを優先してエアーコントロールユニット９方向に送る機能を備えたものを用いれば、このチェックバルブ７は不要である。また、図３に示されるように、この３方バルブに代えてT字配管を配置し、エアー供給路の各々にチェックバルブ７を配備することの好ましい。このように圧力の高いほうが優先して次方向に送るようにすることで、エアー循環回路を効果的におこなうものである。

図４には、エアーレギュレーター１５及びブロワー１６が拡大して示されている。エアーモーター１２からの排気エアーは、エアーレギュレーター１５を介してブロワー１６の吸入ポートに送られる。この際、余分な排気エアーは吸入ポートに取り込まれず外部に排出される。これにより、循環排気エアーの効率を高めると同時に、循環回路の安定化の動きをするものである。

図５には、第３コンプレッサー２２が拡大して示されている。この第３コンプレッサー２２には、その駆動軸にクラッチが設けされており、エアーモーター１２が発生した動力はこのクラッチを介して第３コンプレッサー２２に導入される。このように、第３コンプレッサー２２の駆動動力は、エアーモーター１２の発生した動力を効果的に利用している。

図１０及び図１１には、本発明の第２実施例となるエアー循環回路が示されている。なお、循環回路では、第１実施例と異なる部分についてのみ説明することとし、同一又は類似する部分については、説明及び図示の中で符号を一致させることで説明を省略する。

この循環回路では、第１エアー増幅器１０−１に代えて、これと同様のものとなる第４エアー増幅器１０−１が、第３サージタンク１８と分流器２の間に配置されている。従って、起動時には、まず、始動用エアータンク９に圧縮エアーを蓄積し、アクセレレーターのソレノイドバルブ１１をONにする。この結果、３方バルブ８を介してエアーコントロールユニット９によって自動的に７．０kpａに制御されたエアーは、直接的にエアーモータ１２に供給される。エアーモータ１２を経た循環圧縮エアーは、第２エアー増幅器１０−２及び第３エアー増幅器１０−３を経て第３サージングタンク１８に蓄積される。

第３サージングタンク１８に蓄えられたエアーが３方バルブ８に戻り過程で、第４エアー増幅器１０−１がそのエアーを増幅する。従って、循環が開始されると、エアーモーター１２に流れるエアーが、第２〜第４エアー増幅器１０−２、１０−３、１０−４によって増幅され、アクセレレーター１１のソレノイドバルブ２２をOFFにするまで、エアー循環工程が繰返し、動力の発生が続けられる。

エアー循環回路上にエアー増幅器を効果的に配備することでエアーモーター回転動力容易に得る事が出来る。このため自動車産業・船舶事業関係あるいは一般産業で利用することが可能である。特に無公害であるため、広範囲の産業で利用できる。

Claims (11)

1. 動力用エアーモーターを効率良く回転するためのエアー循環回路であって、
   運転開始にあたり、圧縮したエアーが充填される始動用エアータンクと、
   前記始動用エアータンクの圧縮エアーが供給される３方バルブと、
   前記３方バルブに接続されるアクセレレーターと、
   前記アクセレレーターが開いた際に、前記３方バルブから供給される圧縮エアーの圧力を調節するエアーコントロールユニットと、
   前記エアーコントロールユニットで調整されたエアー量を増幅する第１エアー増幅器と、
   前記第１エアー増幅器によって増幅されたエアーによって駆動される動力用エアーモーターと、
   前記動力用エアーモーターから排出されたエアーが供給されてＡフローとＢフローの２方向に分岐させる第１分流器と、
   前記第１分流器のＡフローに接続される第２エアー増幅器および第３エアー増幅器と、
   前記第１分流器のＢフローに接続されるブロワーの吸気ポートと、
   前記ブロワーからの排気エアーが分配管を通して供給される前記第２エアー増幅器および前記第３エアー増幅器の吸気孔と、
   前記第２エアー増幅器および前記第３エアー増幅器の前記吸気孔に配備されるチェックバルブと、
   自身の２方向に分かれた一方には前記第３エアー増幅器が接続されると共に、他方には第２コンプレッサーが接続され、前記第３エアー増幅器の前記排気エアーと前記第２コンプレッサーのエアーが混合される第２分流器と
   前記第２分流器によって混合されたエアーが供給される前記３方バルブと、
   前記始動用エアータンクの圧力を維持する第３コンプレッサーと、を備えることを特徴とするエアー循環回路。
2. 動力用エアーモーターを効率良く回転するためのエアー循環回路であって、
   運転開始にあたり、圧縮したエアーが充填される始動用エアータンクと、
   前記始動用エアータンクに接続されるストップバルブと、
   前記ストップバルブの開により、前記始動用エアータンクの圧縮エアーが供給される３方バルブと、
   前記３方バルブに接続されるアクセレレーターと、
   前記アクセラレーターに設けられるソレノイドバルブと、
   前記ソレノイドバルブのＯＮに連動して前記アクセレレーターが開き、前記３方バルブから供給される圧縮エアーの圧力を調節するエアーコントロールユニットと、
   前記エアーコントロールユニットで調整されたエアー量を増幅する第１エアー増幅器と、
   前記第１エアー増幅器によって増幅されたエアーによって駆動される動力用エアーモーターと、
   前記動力用エアーモーターから排出されたエアーが供給されてＡフローとＢフローの２方向に分岐させる第１分流器と、
   前記第１分流器のＡフローに接続されて圧力のサージングの安定化を図る第１サージングタンクと、
   前記第１サージングタンクに接続される第２エアー増幅器および第３エアー増幅器と、
   前記第２エアー増幅器および前記第３エアー増幅器を経たエアーを蓄積する第３サージングタンクと、
   前記第１分流器のＢフローに接続されるエアーレギュレーターと、
   前記エアレギュレータに接続されるブロワーの吸気ポートと、
   前記ブロワーからの排気エアーを蓄える第２サージングタンクと、
   前記第２サージングタンクから分配管を通して接続されて前記排気エアーが供給される前記第２エアー増幅器および前記第３エアー増幅器の吸気孔と、
   前記第２エアー増幅器および前記第３エアー増幅器の前記吸気孔に配備されるチェックバルブと、
   自身の２方向に分かれた一方には前記第３サージングタンクが接続されると共に、他方には第２コンプレッサーが接続され、前記第３サージングタンクの前記排気エアーと前記第２コンプレッサーのエアーが混合される第２分流器と
   前記第２分流器によって混合されたエアーが蓄えられる第４サージングタンクと、
   前記第４サージングタンクに接続されて前記混合されたエアーが供給される前記３方バルブと、
   前記始動用エアータンクの圧力を維持する第３コンプレッサーと、を備えることを特徴とするエアー循環回路。
3. 前記第１エアー増幅器に代えて、前記第３サージタンクと前記第２分流器の間に第４エアー増幅器が配置されることを特徴とする請求の範囲２に記載のエアー循環回路。
4. 前記エアーモーターと前記ブロワーはベルト掛けで接続され、前記エアーレギュレーターに送られた前記排気エアーが前記ブロワーの吸気ポート付近に大気放出され、前記排気エアーの余分量が調整されることを特徴とする請求の範囲２又は３に記載のエアー循環回路。
5. 前記始動用エアータンクの圧力は略９ｋｐａに維持されることを特徴とする請求の範囲１乃至４のいずれかに記載のエアー循環回路。
6. 前記エアーコントロールユニットによって圧力が略６．３ｋｐａに調節されることを特徴とする請求の範囲１乃至５のいずれかに記載のエアー循環回路。
7. 前記第２コンプレッサー、前記第３コンプレッサー、および前記ブロワーの動力は、前記エアーモーターの動力を利用して運転されることを特徴とする請求の範囲１乃至６のいずれかに記載のエアー循環回路。
8. 前記エアーモーターと前記ブロワーはベルト掛けで接続されることを特徴とする請求の範囲１乃至７のいずれかに記載のエアー循環回路。
9. 前記第１エアー増幅器、前記第２エアー増幅器および前記第３エアー増幅器の各々が有する全吸気孔にチェックバルブを設けて、エアーの逆流が防止されることを特徴とする請求の範囲１乃至８のいずれかに記載のエアー循環回路。
10. 前記３方バルブは、前記第３エアー増幅器側から送られる排気エアーの入口と、前記始動用エアータンクからの送られる圧縮エアーの入口の双方にチェックバルブが配備されることを特徴とする請求の範囲１乃至９のいずれかに記載のエアー循環回路。
11. 前記第３コンプレッサーは、前記エアーモーターの動力の伝達を受ける部分にクラッチが備えされていることを特徴とする請求の範囲１乃至１０のいずれかに記載のエアー循環回路。

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