特開 2024-121086 液体の汲み上げ方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024121086

(43)【公開日】2024-09-06

(54)【発明の名称】液体の汲み上げ方法

(51)【国際特許分類】

   F04F 1/02 20060101AFI20240830BHJP

【ＦＩ】

F04F1/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023027982

(22)【出願日】2023-02-27

(71)【出願人】

【識別番号】722013885

【氏名又は名称】坂巻 正健

(72)【発明者】

【氏名】坂巻 正健

【テーマコード（参考）】

3H079

【Ｆターム（参考）】

3H079AA02

3H079BB10

3H079CC03

3H079CC30

3H079DD09

3H079DD13

3H079DD14

3H079DD28

3H079DD29

(57)【要約】

【課題】液体と接する気体の加圧と減圧を行うことでは、任意の高さまで液体を汲み上げることが出来ない。液体を水、気体を大気とすると、高真空まで減圧しても１０ｍしか水を汲み上げることが出来ない。
【解決手段】気体による加圧と減圧機構を持つ液体を貯蔵する容器を液体の汲み上げ高さまで複数上下に設置する。および容器間に液体を流すための流路管と液体の流れを切り替える複数の電磁弁を設置する。隣接した容器間で、下方容器内の気体を加圧、上方容器内の気体を減圧して下方容器の液体を上方容器に汲み上げる。複数回、隣接する容器の組合せを切り替えて、液体をより高所の容器内に汲み上げる。これにより任意の高さまで液体の汲み上げを可能とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

気体による加圧と減圧機構を持つ液体を貯蔵する容器を利用した液体の汲み上げ方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水や油などの液体を任意の高さまで汲み上げる方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

任意の高さまでの液体の汲み上げは、液体をポンプで加圧して行っている。また、井戸水の汲み上げは、大気を減圧することにより行っている。

【0003】

しかし、液体をポンプで加圧する場合は、液体を重力に逆らい持ち上げることとなり、大気などの気体を移動させる場合に比べ、大きな電力を消費する。また、大気を減圧する場合は、高真空まで減圧しても、１０ｍ程度しか水を汲み上げることが出来ない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】なし

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】日本大百科全書、ウィキペディア 「連通管」

【非特許文献2】ウィキペディア 「パスカルの原理」

【非特許文献3】ウィキペディア 「サイフォンの原理」

【非特許文献4】栗津清蔵監修、國澤正和、西田秀行、福山和夫共著 「絵とき水理学」オーム社 平成３０年

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

解決しようとする問題点は、液体と接する気体の減圧では、任意の高さまで液体を汲み上げることができない点である。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、気体による加圧と減圧機構を持つ液体を貯蔵する容器を利用し、任意の高さまで液体の汲み上げを可能にしたことを最も主要な特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明は、気体の移動により加圧または減圧して液体汲み上げを行うため、液体のポンプによる加圧移動による汲み上げと比べ、電力消費が小さいという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、気体による加圧と減圧機構を持つ液体を貯蔵する容器の実施方法を示した説明図である。気体による減圧状態を示している。

【図2】図２は、気体による加圧と減圧機構を持つ液体を貯蔵する容器の実施方法を示した説明図である。気体による加圧状態を示している。

【図3】図３は、図１と図２に示した容器を３段にした動作を示した説明図である。

【図4】図４は、図１と図２に示した容器を３段にした動作を示した説明図である。

【図5】図５は、図３と図４の動作過程を示した説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

気体による加圧と減圧機構を持つ液体を貯蔵する容器を利用して、任意の高さまで液体を汲み上げることを実現した。

【実施例0011】

図１と図２は、本発明装置の１実施例の断面図である。液体を貯蔵する容器１内の気体の減圧には真空ポンプ４と電磁弁３を使用する。気体の加圧には容器１周囲の気体圧と電磁弁２を使用する。なお、容器１内の気体の加圧にはコンプレッサーの付加と電磁弁２の使用も考えられる。

【0012】

図１と図２では、液体の流路管５と液体の流れを切り替える電磁弁６、７とで、液体の流路切り替えを行う。

【0013】

図１では、電磁弁２を閉、電磁弁３を開し真空ポンプ４を稼働し、液体を貯蔵する容器１内の減圧を行う。同時に、電磁弁６閉、電磁弁７開により液体の流路管５の液体の流路を切り替える。これにより、液体を貯蔵する容器１に、より低い所からの液体の吸い上げを行う。

【0014】

図２では、電磁弁２を開、電磁弁３を閉し真空ポンプ４を停止し、液体を貯蔵する容器１内を容器１周囲の気体圧により加圧する。同時に、電磁弁６開、電磁弁７閉により液体の流路管５の水の流路を切り替える。これにより、液体を貯蔵する容器１から、より高い所への液体の押し上げを行う。

【0015】

図３、４、５では、図１、２の気体による加圧と減圧機構を持つ液体を貯蔵する容器を利用した、液体の汲み上げ方法の説明を行う。１例として、本発明装置の容器１１、１２、１３を３段に積み重ね、水源の容器２１と汲み上げた水を貯蔵する容器２２を加えた。また、気体は大気、液体は水を想定している。

【0016】

図３では、容器１１、１３の水面は真空ポンプで大気圧よりも減圧された状態。容器１２の水面は大気圧で加圧された状態。水源の容器２１と汲み上げた水を貯蔵する容器２２の水面も大気圧と等しい。水の流路管２０上の水流を切り替える電磁弁１４、１７、１８開、電磁弁１５、１６、１９閉とし、水の流路を切り替える。これにより、水源の容器２１から容器１１へ水の汲み上げを行う。同時に、容器１２から容器１３へ水の汲み上げを行う。

【0017】

図４では、容器１２の水面は真空ポンプで大気圧よりも減圧された状態。容器１１、１３の水面は大気圧で加圧された状態。水源の容器２１と汲み上げた水を貯蔵する容器２２の水面も大気圧と等しい。水の流路管２０上の水流を切り替える電磁弁１５、１６、１９開、電磁弁１４、１７、１８閉とし、水の流路を切り替える。これにより、容器１１から容器１２へ水の汲み上げを行う。同時に、容器１３から汲み上げた水を貯蔵する容器２２へ落下させる。

【0018】

図５では、本発明装置の容器１１、１２、１３、水源の容器２１と汲み上げた水を貯蔵する容器２２も加えた動作の過程を示した説明図である。

【0019】

図５の１～３段目容器１１、１２、１３の水の汲み上げ動作の初期状態４３では、水源の容器２１から容器１１へ水の汲み上げ３４を行う。この時、容器１２、１３は加圧も減圧も行わず水移動のない状態３８、４１。次に、容器１１から容器１２へ水の汲み上げ３６、３７を行う。

【0020】

図５の１～３段目容器の水の汲み上げ動作の定常状態４４では、水源の容器２１から容器１１へ水の汲み上げ３４と容器１２から容器１３へ水の汲み上げ３９、４０を同時に行う。次に、容器１１から容器１２へ水の汲み上げ３６、３７と容器１３から水を貯蔵する容器２２へ水を落下させる４２を同時に行う。その後は、この動作の繰り返しとなる。

【0021】

図５の１～３段目容器の水の汲み上げ動作の終期状態４５では、容器１１から容器１２へ水の汲み上げ３６、３７が終了後に、容器１１の動作３１が加圧も減圧も行わず水移動のない状態３５となる。次に、容器１２から容器１３へ水の汲み上げ３９、４０を行う。その終了後に容器１２が加圧も減圧も行わず水移動のない状態３８となる。最後に、容器１３から水を貯蔵する容器２２へ水を落下させる４２。その終了後に、容器１３が加圧も減圧も行わず水移動のない状態４１となる。

【0022】

容器の段数は１、３、５、７、９、１１と奇数の任意の段数を選択。水流を切り替える電磁弁の組みも容器と同じ段数を選択する。これにより、図５の水汲み上げ動作の定常状態４４と同様となる。なお、容器の段数を増やすことにより、任意の高さまで液体または水を汲み上げることが可能となる。

【0023】

図３、４の大気による加圧と減圧機構を持つ水を貯蔵する容器１１、１２、１３の高さの差は、減圧機構の真空ポンプ効率を考慮して決定する。一例では、真空ポンプの排気時間は５０ｋＰａより高い真空度を目指すと徐々に長くなる。１０ｋＰａより高い真空度を目指すと極めて長い排気時間を要する。従って、排気時間が比較的短い５０ｋＰａから２０ｋＰａ程度の減圧を目指せば、排気時間も短く、消費電力も少なくなる。水を貯蔵する容器間の高さの差は、５ｍから８ｍ程度となる。また、容器の段数も少なくできる。仮に、高さ１００ｍの位置に水の汲み上げを行う場合、真空度５０ｋＰａとすると、２１段の水を貯蔵する容器が必要となる。

【産業上の利用可能性】

【0024】

揚水発電など、大量の水を高い位置に汲み上げることを必要とする用途に適用できる。

【符号の説明】

【0025】

１ 液体を貯蔵する容器
２ 気体による加圧機構を構成する電磁弁
３ 気体による減圧機構を構成する電磁弁
４ 気体による減圧機構を構成する真空ポンプ
５ 液体の流路管
６ 液体の流れを切り替える電磁弁
７ 液体の流れを切り替える電磁弁
８ 液体
１１ １段目の大気による加圧と減圧機構を持つ水を貯蔵する容器
１２ ２段目の大気による加圧と減圧機構を持つ水を貯蔵する容器
１３ ３段目の大気による加圧と減圧機構を持つ水を貯蔵する容器
１４ 水流を切り替える電磁弁
１５ 水流を切り替える電磁弁
１６ 水流を切り替える電磁弁
１７ 水流を切り替える電磁弁
１８ 水流を切り替える電磁弁
１９ 水流を切り替える電磁弁
２０ 水の流路管
２１ 水源の容器
２２ 汲み上げた水を貯蔵する容器
３１ １段目の大気による加圧と減圧機構を持つ水を貯蔵する容器の動作
３２ ２段目の大気による加圧と減圧機構を持つ水を貯蔵する容器の動作
３３ ３段目の大気による加圧と減圧機構を持つ水を貯蔵する容器の動作
３４ １段目の大気による減圧を利用した水の吸い上げ動作の状態
３５ １段目の大気による加圧も減圧も行わず、水移動のない状態
３６ １段目の大気による加圧を利用した水の押し上げ動作の状態
３７ ２段目の大気による減圧を利用した水の吸い上げ動作の状態
３８ ２段目の大気による加圧も減圧も行わず、水移動のない状態
３９ ２段目の大気による加圧を利用した水の押し上げ動作の状態
４０ ３段目の大気による減圧を利用した水の吸い上げ動作の状態
４１ ３段目の大気による加圧も減圧も行わず、水移動のない状態
４２ ３段目の大気による加圧を利用した水を落下させる状態
４３ １～３段目容器の水汲み上げ動作の初期状態
４４ １～３段目容器の水汲み上げ動作の定常状態
４５ １～３段目容器の水汲み上げ動作の終期状態

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】