圧縮空気の発生方法と発生装置
【課題】電力や液体燃料のようなエネルギー源を用いることなく、圧縮空気を省エネルギー的に製造することができる圧縮空気の発生方法を提供する。
【解決手段】水槽１の内部で空気取入れ口３の直上位置にシリンダー４を上下動自在に配置し、上下に伸縮自在で下部を前記シリンダー４の内周面に対して水密状に固定した伸縮ピストン５を伸長させることにより、逆止弁７を開いて空気取入れ口３から伸縮ピストン５内に容積が増加した量だけ外気を取り込み、空気取入れ口３の逆止弁７が閉弁した状態で、シリンダー４を上昇させると共に伸縮ピストン５を収縮させることにより、シリンダー４の下端から伸縮ピストン５の収縮に見合う量の空気を水中に放出し、水圧で加圧された空気を捕捉集合する。
【解決手段】水槽１の内部で空気取入れ口３の直上位置にシリンダー４を上下動自在に配置し、上下に伸縮自在で下部を前記シリンダー４の内周面に対して水密状に固定した伸縮ピストン５を伸長させることにより、逆止弁７を開いて空気取入れ口３から伸縮ピストン５内に容積が増加した量だけ外気を取り込み、空気取入れ口３の逆止弁７が閉弁した状態で、シリンダー４を上昇させると共に伸縮ピストン５を収縮させることにより、シリンダー４の下端から伸縮ピストン５の収縮に見合う量の空気を水中に放出し、水圧で加圧された空気を捕捉集合する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、吸引した外部空気を水中に放出し、放出された圧縮空気を集めることで圧縮空気を製造し、この圧縮空気を圧縮空気で作動する機器の駆動源として使用する圧縮空気の発生方法と発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、圧縮空気を駆動源として作動することにより回転運動を取出す機器として、水槽内に設けた上下に循環走行可能な無端状走行体に、多数の容器を無端状走行体の上昇走行側では容器の開口が下向きの姿勢となり、下降走行側では容器の開口が上向きの姿勢となるように取付け、前記水槽内における水中の下部の位置に圧縮空気の供給部を設けた回転発生装置を例示することができる。
【０００３】
上記回転発生装置は、供給部に移動してきた容器を開口が下向きの姿勢となるようにし、前記供給部でこの容器内に圧縮空気を供給し、注入された圧縮空気で水中の容器に浮力を生じさせ、この浮力による容器の上昇力で無端状走行体の上昇走行側を上方に走行させることで無端状走行体を回動させ、無端状走行体の上端部で容器内を大気中に開放し、下降走行側において水中に沈下していく容器を開口が上向きとなるようにし、容器を水に対して抵抗の発生を少なくした姿勢とすることで、容器に対する圧縮空気の供給のみで無端状走行体を回動させ、前記無端状走行体の回動を回転力として取出すことにより、これを各種産業機器の動力源として使用するものである。
【０００４】
このように、上記回転発生装置は、外部から圧縮空気を供給するだけで、省エネルギー的に効率よく回転力を発生させることができるものである。（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
従来、上記のような回転発生装置で使用する圧縮空気は、コンプレッサーや圧力ポンプのような電力や液体燃料をエネルギー源とした圧縮空気発生装置を用いて製造するようにしていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−３１５２３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、コンプレッサーや圧力ポンプによる圧縮空気の製造は、その駆動に電力や液体燃料のようなエネルギー源が必要になり、圧縮空気発生装置の稼動コストが高く付くという問題がある。
【０００８】
また、上記で例示した回転発生装置においては、省エネルギー的に回転動力を発生させようとするものであるが、これに対して、従来の圧縮空気発生装置を稼動させるには、大きな回転エネルギーが必要になり、電力や液体燃料のようなエネルギー源を使用していては、経済的に採算が全く合わないと共に、前記回転発生装置で生じる回転動力で従来の圧縮空気発生装置を駆動するのは負荷的に困難性がある。
【０００９】
そこで、この発明の課題は、上記した問題点を解決するため、電力や液体燃料のようなエネルギー源を用いることなく、水と空気を用いて圧縮空気を省エネルギー的に製造することができ、圧縮空気を駆動源とする機器の稼動が低コストで実現できる圧縮空気の発生方法と発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、方法の発明は、逆止弁の閉弁状態で水槽内の水が外部に流出するのを阻止し、開弁状態で水槽内への外気の侵入を可能にする空気取入れ口を底部に設けた水槽と、前記水槽の内部で空気取入れ口の直上位置に上下動自在に配置され、下降位置で空気取入れ口の水槽内に位置する部分の周囲を覆い、下端が水槽の底部に対して水密を保つシリンダーと、前記シリンダーの内部に納まり、上下に伸縮自在で下部をシリンダーの内周面に対して気密状に固定した伸縮ピストンとを用い、前記水槽内に貯留した水の中に浸漬するシリンダーが下降位置にあって下端が水槽の底部に対して水密を保つ状態で、収縮状態にある伸縮ピストンを伸長させることにより、空気取入れ口から逆止弁を開いて伸縮ピストン内に、この伸縮ピストンの容積が増加した量だけ外気を取り込む外気取り込み工程と、前記外気取り込み後に空気取入れ口の逆止弁が閉弁した状態で、シリンダーを上昇させると共に伸縮ピストンを収縮させる空気放出工程と、空気放出後に、伸縮ピストンが収縮した状態のままでシリンダーを下降位置に戻し、その下端を水槽の底部に対して水密にする復帰工程を繰り返し行ない、前記空気放出工程で、シリンダーの下端から伸縮ピストンの収縮に見合う量の空気を水中に放出することにより圧縮空気を発生させ、前記水中に放出された圧縮空気を捕捉集合するようにしたものである。
【００１１】
また、装置の発明は、逆止弁の閉弁状態で水槽内の水が外部に流出するのを阻止し、開弁状態で水槽内への外気の侵入を可能にする空気取入れ口を設けた水槽と、前記水槽の内部で空気取入れ口の直上位置に上下動自在に配置され、下降位置で空気取入れ口の水槽内に位置する部分の周囲を覆い、下端が水槽の底部に対して水密を保つシリンダーと、前記シリンダーの内部に納まり、上下に伸縮自在で下部をシリンダーの内周面に対して気密状に固定した伸縮ピストンからなり、前記シリンダーとこれに固定した伸縮ピストンが、シリンダーが下降位置にあって下端が水槽の底部に対して水密を保つ状態で、収縮状態にある伸縮ピストンを伸長させることにより、空気取入れ口から逆止弁を開いて伸縮ピストン内に、この伸縮ピストンの容積が増加した量だけ外気を取り込み、かつ、外気取り込み後に空気取入れ口の逆止弁が閉弁した状態で、シリンダーを上昇させると共に伸縮ピストンを収縮させることにより、シリンダーの下端から伸縮ピストンの収縮に見合う量の空気を水中に放出するように形成され、前記シリンダーの外部に、水中に放出された圧縮空気を捕捉集合して水槽外に取り出す集空部材を設けたものである。
【００１２】
ここで、上記空気取入れ口は、水槽の底部を内外に貫通する円筒状に形成され、水槽内に位置する上端開口が弁板やボールを用いた逆止弁によって開閉自在となり、自重や弾性によって前記上端開口の閉鎖を保つようになっている。
【００１３】
上記シリンダーは、内部が中空の状態で水中に浸漬し、水中内に垂直状態で上下可動となるように配置され、水槽に蓄えられた水の水面よりも上方に突出する長さで、空気取入れ口よりも大径の円筒状に形成され、下降位置にあるとき空気取入れ口に外嵌してその周囲を覆い、水槽の底部上面で空気取入れ口の周囲部分には、下降位置にあるシリンダーの下端が当接することにより、この当接部分を水密に密閉して保つ水密機構が設けられている。
【００１４】
このシリンダーは、中間に設けた蛇腹部によって上下に二分され、上部シリンダーは固定配置されているのに対して、下部シリンダーは、蛇腹部が伸縮することによって上下動可能となり、水槽の外部から上下動付与手段によって上下動が与えられるようになっている。
【００１５】
上記伸縮ピストンは、下部シリンダーの内部に収納され、下部開口の周囲を下部シリンダーの内周に気密固定することにより、下部シリンダーの内部を上下に遮断し、その内部と下部シリンダーの下部内側に下部空気室を形成し、水槽の外部から上下動付与手段による伸縮動又は下部シリンダーの上下動により、下部空気室の容積が変化するようになっている。
【００１６】
上記下部シリンダーの内部で伸縮ピストンによって外気と遮断された下部空気室は、伸縮ピストンの収縮状態で、予め閉じ込めた空気の充満によってその内部への水の浸入発生はなく、この状態でシリンダーが下降して空気取入れ口の周囲を覆うと、空気取入れ口の逆止弁は空気室の空気中に保たれて水と遮断されることになり、この状態で逆止弁が開弁しても水槽内の水が空気取入れ口から外部に流出することはない。
【００１７】
従って、シリンダーが下降位置にある状態で収縮した伸縮ピストンを伸長させると、下部空気室の容積が増大し、容積増大により生じる負圧によって逆止弁が開弁することで、下部空気室に空気取入れ口から外気が流入し、逆止弁が閉じた状態でシリンダーを上昇させて伸縮ピストンを収縮させることで、伸縮ピストンの伸長によって取り込んだ量の空気を、下部シリンダーの下端開口から水中に零れ出ることになる。
【００１８】
水中に零れ出た空気は水圧により圧縮されて圧縮空気となり、水中を上昇することで集空部材により集められ、水槽の外部に圧縮空気として取り出され、また、シリンダーは下降して空気取入れ口の周囲を覆う状態に戻り、上記のような動作を繰り返すことで、空気取入れ口から取り入れた空気を水中に放出することで圧縮空気を製造することになる。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によると、水中におけるシリンダーの上下動と伸縮ピストンの伸縮によって、空気取入れ口から吸引した空気を水中に放出し、水圧による自然圧縮によって圧縮空気を製造することができ、前記シリンダーの上下動を水中で行うことで浮力の利用が図れ、シリンダーの上下動に必要な運動エネルギーを極力少なくすることで、圧縮空気を省エネルギー的に製造することが可能になり、圧縮空気を駆動源とする各種機器の稼動が低コストで実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）はこの発明に係る圧縮空気の発生装置を示す空気取り入れ前の状態を示す縦断正面図、（ｂ）は同じく空気取り入れ途中の状態を示す縦断正面図、（ｃ）は空気取り入れ完了の状態を示す縦断正面図、（ｄ）は取り入れた空気を水中に放出した状態を示す縦断正面図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、この発明の実施の形態を図示例に基づいて説明する。
【００２２】
図示のように、圧縮空気の発生装置は、必要量の水を蓄えることができる大きさの水槽１と、この水槽１の底部２に設けられた空気取入れ口３と、前記水槽１の内部に空気取入れ口３の直上で上下動可能となるように収納されたシリンダー４と、このシリンダー４の内部に収納した伸縮ピストン５と、前記シリンダー４の外部に取付けた集空部材６とによって形成されている。
【００２３】
上記空気取入れ口３は、水槽１の底部２を内外に貫通する円筒状に形成され、水槽１内に位置する上端開口が弁板やボールを用いた逆止弁７によって開閉自在となり、自重や弾性、スプリング等によって閉弁状態に戻り、前記上端開口を閉鎖した閉弁状態を保つことにより、水槽１内の水ａが外部に流出しないようにすると共に、開弁時には外部から水槽１内への空気の流入を許容するようになっている。
【００２４】
上記シリンダー４は、水槽１内に垂直状態で上下可動となるように配置され、水槽１に蓄えられた水ａの水面よりも上方に突出する長さで、空気取入れ口３よりも大径の円筒状に形成され、水中において外周面が水ａと接触して内部が空間を保ち、下降位置にあるとき空気取入れ口３に外嵌して周囲を覆い、水槽１の底部上面で空気取入れ口３の周囲部分と下降位置にあるシリンダー４の下端は、水槽１の底部上面に設けたシートパッキンにより、シリンダー４の下端が当接する部分を水密機構８で密閉するようになっている。
【００２５】
このシリンダー４は、中間に設けた蛇腹部９によって上部シリンダー４ａと下部シリンダー４ｂに二分され、上部シリンダー４ａは水槽１に対して垂直に固定配置され、下部シリンダー４ｂは蛇腹部９の伸縮によって上下動可能になり、連結した昇降杆１０を介して水槽１の外部に設けた昇降手段１０ａによって上下動を与えるようになっている。
【００２６】
上記伸縮ピストン５は、下部シリンダー４ｂの内部に収納され、下部開口の周囲が下部シリンダー４ｂの内周に気密固定することにより、下部シリンダー４ｂの内部を上下に遮断し、下部シリンダー４ｂ内の下部及び伸縮ピストン５内を下端が開放する容積可変の下部空気室１１に形成し、上端に連結した昇降杆１２を介して水槽１の外部に設けた昇降手段１２ａによって上下伸縮動が付与されるようになっており、この伸縮動又は、下部シリンダー４ｂの上下動による伸縮動により、下部空気室１１の容積が変化するようになっている。
【００２７】
なお、上記下部シリンダー４ｂの上下動と伸縮ピストン５の伸縮を行う昇降手段１０ａ、１２ａは、図示の場合、モータとクランク機構を用いた例を示しているが、これに限定されるものではなく、他の機構を採用することは当然可能である。
【００２８】
この発明の圧縮空気の発生装置は、上記のような構成であり、次に、この装置を用いた圧縮空気の発生方法を説明する。
【００２９】
（外気取り込み工程）
図１（ａ）のように、水ａを充填した水槽１の内部において、シリンダー４が下降位置にあり、下部シリンダー４ｂの内部に位置する伸縮ピストン５が収縮する状態で、下部シリンダー４ｂの下端と水槽１の底部２は水密機構８によって水密状態に保たれ、下部シリンダー４ｂ内の下部空気室１１内は、閉じ込めた空気によって内部への水ａの浸入はなく、従って、下部空気室１１で覆われた空気取入れ口３の逆止弁７は下部空気室１１の空気の位相の中にあり、水ａと遮断されることにより、逆止弁７が開弁しても水槽１の水ａが空気取入れ口３から外部に流出するようなことがない。
【００３０】
図１（ｂ）のように、シリンダー４が下降位置にある状態で伸縮ピストン５の上端を引き上げて伸長させると、下部空気室１１の容積が増大し、発生した負圧によって逆止弁７が開弁することで下部空気室１１に空気取入れ口３から外気が流入し、図１（ｃ）のように、伸縮ピストン５の伸長が停止すると、逆止弁７が閉弁状態に戻る。
【００３１】
（空気放出工程）
次に、逆止弁７が閉じた状態で下部シリンダー４ｂを上昇させると共に、伸縮ピストン５の上端を上記引き上げ位置に保持したままにすると、図１（ｄ）のように、結果的に下部シリンダー４ｂの上昇によって伸縮ピストン５を収縮させることになり、この伸縮ピストン５が収縮することで、下部空気室１１内の空気は、伸縮ピストン５の伸長によって取り込んだ量だけの空気が、下部シリンダー４ｂの下端開口から水中に零れ出ることになる。
【００３２】
上記下部シリンダー４ｂの上昇によって、空気取入れ口３の逆止弁７の部分が水中に露出するが、逆止弁７は閉弁状態にあるので、空気取入れ口３から外部に水ａが流出することはない。
【００３３】
下部シリンダー４ｂの下端開口から水中に零れ出た空気ｂは気泡状態で水圧により圧縮されて圧縮空気となり、圧縮空気は水中を上昇することで集空部材６により集められ、水槽１の外部に導管６ａを介して取り出される。
【００３４】
（復帰工程）
伸縮ピストン５が収縮した状態のままで、下部シリンダー４ｂは下降して空気取入れ口３の周囲を覆う図１（ａ）の状態に戻り、下部空気室１１の空気が空気取入れ口３の逆止弁７の部分の水を押しやって排除することで、空気取入れ口３を空気で覆い、次の空気吸込みに備えることになる。
【００３５】
上記のように、外気取り込み工程と空気放出工程及び復帰工程を順次繰り返し、下部シリンダー４ｂの上下動とこれに追従して伸縮ピストン５の伸縮動作を行うことで、空気取入れ口３から取り入れた空気を水中に放出することで圧縮空気を製造することになり、複数の圧縮空気の発生装置を同時に使用すれば、製造する圧縮空気量を増大させることができる。
【００３６】
また、下部シリンダー４ｂの上下動において、下部シリンダー４ｂは水槽１の水中に浸漬しているので、浮力によって自重よりも軽くなり、しかも、外周面と水との接触は上下動時の摩擦抵抗を生じないので、下部シリンダー４ｂの上下動に要する駆動エネルギーを極力少なくすることができ、圧縮空気を省エネルギー的に製造することが可能になる。
【００３７】
このようにして製造された圧縮空気は集空部材６により集められ、導管６ａで図示省略した空気貯留槽に蓄えられ、この圧縮空気は、各種産業機器の駆動源、例えば、上記した回転発生装置の容器内に浮力が発生するよう供給し、回転発生装置の駆動源として使用する。
【符号の説明】
【００３８】
１ 水槽
２ 底部
３ 空気取入れ口
４ シリンダー
４ａ 上部シリンダー
４ｂ 下部シリンダー
５ 伸縮ピストン
６ 集空部材
６ａ 導管
７ 逆止弁
８ 水密機構
９ 蛇腹部
１０ 昇降杆
１０ａ 昇降手段
１１ 下部空気室
１２ 昇降杆
１２ａ 昇降手段
【技術分野】
【０００１】
この発明は、吸引した外部空気を水中に放出し、放出された圧縮空気を集めることで圧縮空気を製造し、この圧縮空気を圧縮空気で作動する機器の駆動源として使用する圧縮空気の発生方法と発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、圧縮空気を駆動源として作動することにより回転運動を取出す機器として、水槽内に設けた上下に循環走行可能な無端状走行体に、多数の容器を無端状走行体の上昇走行側では容器の開口が下向きの姿勢となり、下降走行側では容器の開口が上向きの姿勢となるように取付け、前記水槽内における水中の下部の位置に圧縮空気の供給部を設けた回転発生装置を例示することができる。
【０００３】
上記回転発生装置は、供給部に移動してきた容器を開口が下向きの姿勢となるようにし、前記供給部でこの容器内に圧縮空気を供給し、注入された圧縮空気で水中の容器に浮力を生じさせ、この浮力による容器の上昇力で無端状走行体の上昇走行側を上方に走行させることで無端状走行体を回動させ、無端状走行体の上端部で容器内を大気中に開放し、下降走行側において水中に沈下していく容器を開口が上向きとなるようにし、容器を水に対して抵抗の発生を少なくした姿勢とすることで、容器に対する圧縮空気の供給のみで無端状走行体を回動させ、前記無端状走行体の回動を回転力として取出すことにより、これを各種産業機器の動力源として使用するものである。
【０００４】
このように、上記回転発生装置は、外部から圧縮空気を供給するだけで、省エネルギー的に効率よく回転力を発生させることができるものである。（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
従来、上記のような回転発生装置で使用する圧縮空気は、コンプレッサーや圧力ポンプのような電力や液体燃料をエネルギー源とした圧縮空気発生装置を用いて製造するようにしていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−３１５２３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、コンプレッサーや圧力ポンプによる圧縮空気の製造は、その駆動に電力や液体燃料のようなエネルギー源が必要になり、圧縮空気発生装置の稼動コストが高く付くという問題がある。
【０００８】
また、上記で例示した回転発生装置においては、省エネルギー的に回転動力を発生させようとするものであるが、これに対して、従来の圧縮空気発生装置を稼動させるには、大きな回転エネルギーが必要になり、電力や液体燃料のようなエネルギー源を使用していては、経済的に採算が全く合わないと共に、前記回転発生装置で生じる回転動力で従来の圧縮空気発生装置を駆動するのは負荷的に困難性がある。
【０００９】
そこで、この発明の課題は、上記した問題点を解決するため、電力や液体燃料のようなエネルギー源を用いることなく、水と空気を用いて圧縮空気を省エネルギー的に製造することができ、圧縮空気を駆動源とする機器の稼動が低コストで実現できる圧縮空気の発生方法と発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、方法の発明は、逆止弁の閉弁状態で水槽内の水が外部に流出するのを阻止し、開弁状態で水槽内への外気の侵入を可能にする空気取入れ口を底部に設けた水槽と、前記水槽の内部で空気取入れ口の直上位置に上下動自在に配置され、下降位置で空気取入れ口の水槽内に位置する部分の周囲を覆い、下端が水槽の底部に対して水密を保つシリンダーと、前記シリンダーの内部に納まり、上下に伸縮自在で下部をシリンダーの内周面に対して気密状に固定した伸縮ピストンとを用い、前記水槽内に貯留した水の中に浸漬するシリンダーが下降位置にあって下端が水槽の底部に対して水密を保つ状態で、収縮状態にある伸縮ピストンを伸長させることにより、空気取入れ口から逆止弁を開いて伸縮ピストン内に、この伸縮ピストンの容積が増加した量だけ外気を取り込む外気取り込み工程と、前記外気取り込み後に空気取入れ口の逆止弁が閉弁した状態で、シリンダーを上昇させると共に伸縮ピストンを収縮させる空気放出工程と、空気放出後に、伸縮ピストンが収縮した状態のままでシリンダーを下降位置に戻し、その下端を水槽の底部に対して水密にする復帰工程を繰り返し行ない、前記空気放出工程で、シリンダーの下端から伸縮ピストンの収縮に見合う量の空気を水中に放出することにより圧縮空気を発生させ、前記水中に放出された圧縮空気を捕捉集合するようにしたものである。
【００１１】
また、装置の発明は、逆止弁の閉弁状態で水槽内の水が外部に流出するのを阻止し、開弁状態で水槽内への外気の侵入を可能にする空気取入れ口を設けた水槽と、前記水槽の内部で空気取入れ口の直上位置に上下動自在に配置され、下降位置で空気取入れ口の水槽内に位置する部分の周囲を覆い、下端が水槽の底部に対して水密を保つシリンダーと、前記シリンダーの内部に納まり、上下に伸縮自在で下部をシリンダーの内周面に対して気密状に固定した伸縮ピストンからなり、前記シリンダーとこれに固定した伸縮ピストンが、シリンダーが下降位置にあって下端が水槽の底部に対して水密を保つ状態で、収縮状態にある伸縮ピストンを伸長させることにより、空気取入れ口から逆止弁を開いて伸縮ピストン内に、この伸縮ピストンの容積が増加した量だけ外気を取り込み、かつ、外気取り込み後に空気取入れ口の逆止弁が閉弁した状態で、シリンダーを上昇させると共に伸縮ピストンを収縮させることにより、シリンダーの下端から伸縮ピストンの収縮に見合う量の空気を水中に放出するように形成され、前記シリンダーの外部に、水中に放出された圧縮空気を捕捉集合して水槽外に取り出す集空部材を設けたものである。
【００１２】
ここで、上記空気取入れ口は、水槽の底部を内外に貫通する円筒状に形成され、水槽内に位置する上端開口が弁板やボールを用いた逆止弁によって開閉自在となり、自重や弾性によって前記上端開口の閉鎖を保つようになっている。
【００１３】
上記シリンダーは、内部が中空の状態で水中に浸漬し、水中内に垂直状態で上下可動となるように配置され、水槽に蓄えられた水の水面よりも上方に突出する長さで、空気取入れ口よりも大径の円筒状に形成され、下降位置にあるとき空気取入れ口に外嵌してその周囲を覆い、水槽の底部上面で空気取入れ口の周囲部分には、下降位置にあるシリンダーの下端が当接することにより、この当接部分を水密に密閉して保つ水密機構が設けられている。
【００１４】
このシリンダーは、中間に設けた蛇腹部によって上下に二分され、上部シリンダーは固定配置されているのに対して、下部シリンダーは、蛇腹部が伸縮することによって上下動可能となり、水槽の外部から上下動付与手段によって上下動が与えられるようになっている。
【００１５】
上記伸縮ピストンは、下部シリンダーの内部に収納され、下部開口の周囲を下部シリンダーの内周に気密固定することにより、下部シリンダーの内部を上下に遮断し、その内部と下部シリンダーの下部内側に下部空気室を形成し、水槽の外部から上下動付与手段による伸縮動又は下部シリンダーの上下動により、下部空気室の容積が変化するようになっている。
【００１６】
上記下部シリンダーの内部で伸縮ピストンによって外気と遮断された下部空気室は、伸縮ピストンの収縮状態で、予め閉じ込めた空気の充満によってその内部への水の浸入発生はなく、この状態でシリンダーが下降して空気取入れ口の周囲を覆うと、空気取入れ口の逆止弁は空気室の空気中に保たれて水と遮断されることになり、この状態で逆止弁が開弁しても水槽内の水が空気取入れ口から外部に流出することはない。
【００１７】
従って、シリンダーが下降位置にある状態で収縮した伸縮ピストンを伸長させると、下部空気室の容積が増大し、容積増大により生じる負圧によって逆止弁が開弁することで、下部空気室に空気取入れ口から外気が流入し、逆止弁が閉じた状態でシリンダーを上昇させて伸縮ピストンを収縮させることで、伸縮ピストンの伸長によって取り込んだ量の空気を、下部シリンダーの下端開口から水中に零れ出ることになる。
【００１８】
水中に零れ出た空気は水圧により圧縮されて圧縮空気となり、水中を上昇することで集空部材により集められ、水槽の外部に圧縮空気として取り出され、また、シリンダーは下降して空気取入れ口の周囲を覆う状態に戻り、上記のような動作を繰り返すことで、空気取入れ口から取り入れた空気を水中に放出することで圧縮空気を製造することになる。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によると、水中におけるシリンダーの上下動と伸縮ピストンの伸縮によって、空気取入れ口から吸引した空気を水中に放出し、水圧による自然圧縮によって圧縮空気を製造することができ、前記シリンダーの上下動を水中で行うことで浮力の利用が図れ、シリンダーの上下動に必要な運動エネルギーを極力少なくすることで、圧縮空気を省エネルギー的に製造することが可能になり、圧縮空気を駆動源とする各種機器の稼動が低コストで実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）はこの発明に係る圧縮空気の発生装置を示す空気取り入れ前の状態を示す縦断正面図、（ｂ）は同じく空気取り入れ途中の状態を示す縦断正面図、（ｃ）は空気取り入れ完了の状態を示す縦断正面図、（ｄ）は取り入れた空気を水中に放出した状態を示す縦断正面図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、この発明の実施の形態を図示例に基づいて説明する。
【００２２】
図示のように、圧縮空気の発生装置は、必要量の水を蓄えることができる大きさの水槽１と、この水槽１の底部２に設けられた空気取入れ口３と、前記水槽１の内部に空気取入れ口３の直上で上下動可能となるように収納されたシリンダー４と、このシリンダー４の内部に収納した伸縮ピストン５と、前記シリンダー４の外部に取付けた集空部材６とによって形成されている。
【００２３】
上記空気取入れ口３は、水槽１の底部２を内外に貫通する円筒状に形成され、水槽１内に位置する上端開口が弁板やボールを用いた逆止弁７によって開閉自在となり、自重や弾性、スプリング等によって閉弁状態に戻り、前記上端開口を閉鎖した閉弁状態を保つことにより、水槽１内の水ａが外部に流出しないようにすると共に、開弁時には外部から水槽１内への空気の流入を許容するようになっている。
【００２４】
上記シリンダー４は、水槽１内に垂直状態で上下可動となるように配置され、水槽１に蓄えられた水ａの水面よりも上方に突出する長さで、空気取入れ口３よりも大径の円筒状に形成され、水中において外周面が水ａと接触して内部が空間を保ち、下降位置にあるとき空気取入れ口３に外嵌して周囲を覆い、水槽１の底部上面で空気取入れ口３の周囲部分と下降位置にあるシリンダー４の下端は、水槽１の底部上面に設けたシートパッキンにより、シリンダー４の下端が当接する部分を水密機構８で密閉するようになっている。
【００２５】
このシリンダー４は、中間に設けた蛇腹部９によって上部シリンダー４ａと下部シリンダー４ｂに二分され、上部シリンダー４ａは水槽１に対して垂直に固定配置され、下部シリンダー４ｂは蛇腹部９の伸縮によって上下動可能になり、連結した昇降杆１０を介して水槽１の外部に設けた昇降手段１０ａによって上下動を与えるようになっている。
【００２６】
上記伸縮ピストン５は、下部シリンダー４ｂの内部に収納され、下部開口の周囲が下部シリンダー４ｂの内周に気密固定することにより、下部シリンダー４ｂの内部を上下に遮断し、下部シリンダー４ｂ内の下部及び伸縮ピストン５内を下端が開放する容積可変の下部空気室１１に形成し、上端に連結した昇降杆１２を介して水槽１の外部に設けた昇降手段１２ａによって上下伸縮動が付与されるようになっており、この伸縮動又は、下部シリンダー４ｂの上下動による伸縮動により、下部空気室１１の容積が変化するようになっている。
【００２７】
なお、上記下部シリンダー４ｂの上下動と伸縮ピストン５の伸縮を行う昇降手段１０ａ、１２ａは、図示の場合、モータとクランク機構を用いた例を示しているが、これに限定されるものではなく、他の機構を採用することは当然可能である。
【００２８】
この発明の圧縮空気の発生装置は、上記のような構成であり、次に、この装置を用いた圧縮空気の発生方法を説明する。
【００２９】
（外気取り込み工程）
図１（ａ）のように、水ａを充填した水槽１の内部において、シリンダー４が下降位置にあり、下部シリンダー４ｂの内部に位置する伸縮ピストン５が収縮する状態で、下部シリンダー４ｂの下端と水槽１の底部２は水密機構８によって水密状態に保たれ、下部シリンダー４ｂ内の下部空気室１１内は、閉じ込めた空気によって内部への水ａの浸入はなく、従って、下部空気室１１で覆われた空気取入れ口３の逆止弁７は下部空気室１１の空気の位相の中にあり、水ａと遮断されることにより、逆止弁７が開弁しても水槽１の水ａが空気取入れ口３から外部に流出するようなことがない。
【００３０】
図１（ｂ）のように、シリンダー４が下降位置にある状態で伸縮ピストン５の上端を引き上げて伸長させると、下部空気室１１の容積が増大し、発生した負圧によって逆止弁７が開弁することで下部空気室１１に空気取入れ口３から外気が流入し、図１（ｃ）のように、伸縮ピストン５の伸長が停止すると、逆止弁７が閉弁状態に戻る。
【００３１】
（空気放出工程）
次に、逆止弁７が閉じた状態で下部シリンダー４ｂを上昇させると共に、伸縮ピストン５の上端を上記引き上げ位置に保持したままにすると、図１（ｄ）のように、結果的に下部シリンダー４ｂの上昇によって伸縮ピストン５を収縮させることになり、この伸縮ピストン５が収縮することで、下部空気室１１内の空気は、伸縮ピストン５の伸長によって取り込んだ量だけの空気が、下部シリンダー４ｂの下端開口から水中に零れ出ることになる。
【００３２】
上記下部シリンダー４ｂの上昇によって、空気取入れ口３の逆止弁７の部分が水中に露出するが、逆止弁７は閉弁状態にあるので、空気取入れ口３から外部に水ａが流出することはない。
【００３３】
下部シリンダー４ｂの下端開口から水中に零れ出た空気ｂは気泡状態で水圧により圧縮されて圧縮空気となり、圧縮空気は水中を上昇することで集空部材６により集められ、水槽１の外部に導管６ａを介して取り出される。
【００３４】
（復帰工程）
伸縮ピストン５が収縮した状態のままで、下部シリンダー４ｂは下降して空気取入れ口３の周囲を覆う図１（ａ）の状態に戻り、下部空気室１１の空気が空気取入れ口３の逆止弁７の部分の水を押しやって排除することで、空気取入れ口３を空気で覆い、次の空気吸込みに備えることになる。
【００３５】
上記のように、外気取り込み工程と空気放出工程及び復帰工程を順次繰り返し、下部シリンダー４ｂの上下動とこれに追従して伸縮ピストン５の伸縮動作を行うことで、空気取入れ口３から取り入れた空気を水中に放出することで圧縮空気を製造することになり、複数の圧縮空気の発生装置を同時に使用すれば、製造する圧縮空気量を増大させることができる。
【００３６】
また、下部シリンダー４ｂの上下動において、下部シリンダー４ｂは水槽１の水中に浸漬しているので、浮力によって自重よりも軽くなり、しかも、外周面と水との接触は上下動時の摩擦抵抗を生じないので、下部シリンダー４ｂの上下動に要する駆動エネルギーを極力少なくすることができ、圧縮空気を省エネルギー的に製造することが可能になる。
【００３７】
このようにして製造された圧縮空気は集空部材６により集められ、導管６ａで図示省略した空気貯留槽に蓄えられ、この圧縮空気は、各種産業機器の駆動源、例えば、上記した回転発生装置の容器内に浮力が発生するよう供給し、回転発生装置の駆動源として使用する。
【符号の説明】
【００３８】
１ 水槽
２ 底部
３ 空気取入れ口
４ シリンダー
４ａ 上部シリンダー
４ｂ 下部シリンダー
５ 伸縮ピストン
６ 集空部材
６ａ 導管
７ 逆止弁
８ 水密機構
９ 蛇腹部
１０ 昇降杆
１０ａ 昇降手段
１１ 下部空気室
１２ 昇降杆
１２ａ 昇降手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
逆止弁の閉弁状態で水槽内の水が外部に流出するのを阻止し、開弁状態で水槽内への外気の侵入を可能にする空気取入れ口を底部に設けた水槽と、
前記水槽の内部で空気取入れ口の直上位置に上下動自在に配置され、下降位置で空気取入れ口の水槽内に位置する部分の周囲を覆い、下端が水槽の底部に対して水密を保つシリンダーと、
前記シリンダーの内部に納まり、上下に伸縮自在で下部をシリンダーの内周面に対して気密状に固定した伸縮ピストンとを用い、
前記水槽内に貯留した水の中に浸漬するシリンダーが下降位置にあって下端が水槽の底部に対して水密を保つ状態で、収縮状態にある伸縮ピストンを伸長させることにより、空気取入れ口から逆止弁を開いて伸縮ピストン内に、この伸縮ピストンの容積が増加した量だけ外気を取り込む外気取り込み工程と、
前記外気取り込み後に空気取入れ口の逆止弁が閉弁した状態で、シリンダーを上昇させると共に伸縮ピストンを収縮させる空気放出工程と、
空気放出後に、伸縮ピストンが収縮した状態のままでシリンダーを下降位置に戻し、その下端を水槽の底部に対して水密にする復帰工程を繰り返し行ない、
前記空気放出工程で、シリンダーの下端から伸縮ピストンの収縮に見合う量の空気を水中に放出することにより圧縮空気を発生させ、前記水中に放出された圧縮空気を捕捉集合する圧縮空気の発生方法。
【請求項２】
逆止弁の閉弁状態で水槽内の水が外部に流出するのを阻止し、開弁状態で水槽内への外気の侵入を可能にする空気取入れ口を設けた水槽と、
前記水槽の内部で空気取入れ口の直上位置に上下動自在に配置され、下降位置で空気取入れ口の水槽内に位置する部分の周囲を覆い、下端が水槽の底部に対して水密を保つシリンダーと、
前記シリンダーの内部に納まり、上下に伸縮自在で下部をシリンダーの内周面に対して気密状に固定した伸縮ピストンからなり、
前記シリンダーとこれに固定した伸縮ピストンが、シリンダーが下降位置にあって下端が水槽の底部に対して水密を保つ状態で、収縮状態にある伸縮ピストンを伸長させることにより、空気取入れ口から逆止弁を開いて伸縮ピストン内に、この伸縮ピストンの容積が増加した量だけ外気を取り込み、かつ、外気取り込み後に空気取入れ口の逆止弁が閉弁した状態で、シリンダーを上昇させると共に伸縮ピストンを収縮させることにより、シリンダーの下端から伸縮ピストンの収縮に見合う量の空気を水中に放出するように形成され、前記シリンダーの外部に、水中に放出された圧縮空気を捕捉集合して水槽外に取り出す集空部材を設けた圧縮空気の発生装置。
【請求項１】
逆止弁の閉弁状態で水槽内の水が外部に流出するのを阻止し、開弁状態で水槽内への外気の侵入を可能にする空気取入れ口を底部に設けた水槽と、
前記水槽の内部で空気取入れ口の直上位置に上下動自在に配置され、下降位置で空気取入れ口の水槽内に位置する部分の周囲を覆い、下端が水槽の底部に対して水密を保つシリンダーと、
前記シリンダーの内部に納まり、上下に伸縮自在で下部をシリンダーの内周面に対して気密状に固定した伸縮ピストンとを用い、
前記水槽内に貯留した水の中に浸漬するシリンダーが下降位置にあって下端が水槽の底部に対して水密を保つ状態で、収縮状態にある伸縮ピストンを伸長させることにより、空気取入れ口から逆止弁を開いて伸縮ピストン内に、この伸縮ピストンの容積が増加した量だけ外気を取り込む外気取り込み工程と、
前記外気取り込み後に空気取入れ口の逆止弁が閉弁した状態で、シリンダーを上昇させると共に伸縮ピストンを収縮させる空気放出工程と、
空気放出後に、伸縮ピストンが収縮した状態のままでシリンダーを下降位置に戻し、その下端を水槽の底部に対して水密にする復帰工程を繰り返し行ない、
前記空気放出工程で、シリンダーの下端から伸縮ピストンの収縮に見合う量の空気を水中に放出することにより圧縮空気を発生させ、前記水中に放出された圧縮空気を捕捉集合する圧縮空気の発生方法。
【請求項２】
逆止弁の閉弁状態で水槽内の水が外部に流出するのを阻止し、開弁状態で水槽内への外気の侵入を可能にする空気取入れ口を設けた水槽と、
前記水槽の内部で空気取入れ口の直上位置に上下動自在に配置され、下降位置で空気取入れ口の水槽内に位置する部分の周囲を覆い、下端が水槽の底部に対して水密を保つシリンダーと、
前記シリンダーの内部に納まり、上下に伸縮自在で下部をシリンダーの内周面に対して気密状に固定した伸縮ピストンからなり、
前記シリンダーとこれに固定した伸縮ピストンが、シリンダーが下降位置にあって下端が水槽の底部に対して水密を保つ状態で、収縮状態にある伸縮ピストンを伸長させることにより、空気取入れ口から逆止弁を開いて伸縮ピストン内に、この伸縮ピストンの容積が増加した量だけ外気を取り込み、かつ、外気取り込み後に空気取入れ口の逆止弁が閉弁した状態で、シリンダーを上昇させると共に伸縮ピストンを収縮させることにより、シリンダーの下端から伸縮ピストンの収縮に見合う量の空気を水中に放出するように形成され、前記シリンダーの外部に、水中に放出された圧縮空気を捕捉集合して水槽外に取り出す集空部材を設けた圧縮空気の発生装置。
【図１】
【公開番号】特開２０１１−２６９５７（Ｐ２０１１−２６９５７Ａ）
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７０１４４（Ｐ２００９−１７０１４４）
【出願日】平成２１年７月２１日（２００９．７．２１）
【出願人】（５９２２４６０１５）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２１日（２００９．７．２１）
【出願人】（５９２２４６０１５）
【Ｆターム（参考）】
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