特許 7292635 液体循環システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-06-09

(45)【発行日】2023-06-19

(54)【発明の名称】液体循環システム

(51)【国際特許分類】

   F03B 13/06 20060101AFI20230612BHJP

   F03B 17/02 20060101ALI20230612BHJP

【ＦＩ】

F03B13/06

F03B17/02

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2022077551

(22)【出願日】2022-05-10

【審査請求日】2022-05-18

(73)【特許権者】

【識別番号】511228012

【氏名又は名称】小林 和明

(73)【特許権者】

【識別番号】518355272

【氏名又は名称】Ｈ＆Ｅ Ｔｅｃ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000442

【氏名又は名称】弁理士法人武和国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小林 和明

【審査官】高吉 統久

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２００８／０３５５７４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開昭５４－１１４８０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】登録実用新案第３０５３１１４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１４－１９０３０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第４２６５５９９（ＵＳ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／０５３４８６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１４９１３１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０３Ｂ １３／０６

Ｆ０３Ｂ １７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体を貯留する上部装置と、前記上部装置から流出した液体を貯留する下部装置と、前記下部装置から流出した液体を前記上部装置に還流させる還流路と、前記還流路内の液体を前記上部装置に汲み上げるポンプとを備える液体循環システムにおいて、
前記上部装置は、
内部の液体を流出させる上部流出口が下面に形成された上部シリンダと、
前記上部流出口を開閉する上部バルブ本体、及び前記上部流出口を閉塞する向きに前記上部バルブ本体を付勢する上部付勢部材を有する上部ゲートバルブと、
下面に形成された開口を通じて内部に液体が流入し且つ上面に形成された通気路を通じて空気が流出することによって前記上部シリンダ内を下降し、前記開口を通じて液体が流出し且つ前記通気路を通じて空気が流入することによって前記上部シリンダ内を上昇する上部フロートと、
前記上部フロートに取り付けられて、前記上部フロートが下降したときに前記上部付勢部材の付勢力に抗して前記上部流出口を開放する向きに、前記上部バルブ本体を押圧する上部プッシュロッドと、
前記開口を囲むように前記上部フロートの下端に取り付けられて、前記上部フロートが移動範囲の下端に到達したときに前記上部シリンダの下面に当接して、前記開口を通じて前記上部フロート内に液体が流入するのを阻止する上部パッキンと、
前記通気路を開閉するエアバルブ本体、及び前記通気路を閉塞する向きに前記エアバルブ本体を付勢するエアバルブ付勢部材を有するエアバルブと、
前記エアバルブに取り付けられた第１上部磁石と、
前記上部フロートの移動範囲の上端より上方に固定されて、前記第１上部磁石との間の斥力によって、前記エアバルブ付勢部材の付勢力に抗して前記通気路を開放する向きに、前記エアバルブを移動させる第２上部磁石とを備え、
前記下部装置は、
内部の液体を流出させる下部流出口が形成された下部シリンダと、
上面が開放された前記下部シリンダに対して出没するように、上面に形成された供給口を通じて内部に液体が流入することによって下降し、下面に形成された排出口を通じて液体が排出されることによって上昇する下部ピストンと、
前記排出口を開閉する下部バルブ本体、前記排出口を閉塞する向きに前記下部バルブ本体を付勢する下部付勢部材、及び前記下部ピストンが下降したときに前記下部シリンダの下面に当接して、前記下部付勢部材の付勢力に抗して前記排出口を開放する向きに前記下部バルブ本体を移動させる被押圧部を有する下部ゲートバルブと、
前記下部シリンダ及び前記下部ピストンの間に配置されて、前記下部シリンダの上面から液体が流出するのを阻止する下部パッキンとを備え、
前記還流路は、前記下部流出口と前記上部シリンダとを接続することを特徴とする液体循環システム。

【請求項2】

請求項１に記載の液体循環システムにおいて、
前記上部流出口から流出した液体を一時的に貯留し、貯留した液体を前記供給口に供給する貯留装置を備え、
前記貯留装置は、
前記上部装置及び前記下部装置の間に配置されて、前記上部流出口から流出した液体を内部に流入させる貯留槽流入口が上面に形成され、内部の液体を前記供給口に向けて流出させる貯留槽流出口が下面に形成された貯留槽と、
前記貯留槽流出口を閉塞する貯留槽フロートバルブとを備え、
前記下部装置は、前記下部ピストンに取り付けられて、前記下部ピストンが上昇したときに前記貯留槽フロートバルブを押し上げて、前記貯留槽流出口を開放する下部プッシュロッドを備えることを特徴とする液体循環システム。

【請求項3】

請求項２に記載の液体循環システムにおいて、
前記上部フロートの上昇を補助する補助装置を備え、
前記補助装置は、
前記上部シリンダ及び前記貯留槽の間を昇降可能で、前記上部流出口から流出した液体を内部に流入させるバケット流入口が上面に形成され、内部の液体を前記貯留槽流入口に向けて流出させるバケット流出口が下面に形成されたバケットと、
前記バケット流出口を閉塞するバケットフロートバルブと、
第１ラインによって前記バケットに接続されたウェイトと、
前記バケット流出口から液体が流出したときに前記ウェイトの重みによって前記バケットが上昇し、前記バケット流入口から液体が流入したときに前記バケットが下降するように、前記第１ラインが掛け渡されたワンウェイクラッチ付きプーリとを備え、
前記貯留槽は、前記バケットが下降したときに前記バケットフロートバルブを押し上げて、前記バケット流出口を開放する貯留槽プッシュロッドを有し、
前記ワンウェイクラッチ付きプーリは、
前記バケットが下降したときに第１方向に回転することによって、前記上部フロートに接続された第２ラインを巻き取って前記上部フロートを上昇させ、
前記バケットが上昇したときに空転し、
前記上部フロートが下降したときに前記第１方向と反対の第２方向に回転することによって、前記第２ラインを繰り出すことを特徴とする液体循環システム。

【請求項4】

請求項１に記載の液体循環システムにおいて、
前記下部ピストンの内部は、
前記供給口及び前記排出口に連通した液体貯留室と、
前記液体貯留室の周囲に配置されて、浮力材が充填された浮力材充填室とに区画されていることを特徴とする液体循環システム。

【請求項5】

請求項１に記載の液体循環システムにおいて、
前記下部装置は、
前記下部ゲートバルブに取り付けられた第１下部磁石と、
前記下部バルブ本体の移動範囲の上端より上方に固定されて、前記第１下部磁石との間の斥力によって、前記下部付勢部材の付勢力と共に前記排出口を閉塞する向きに、前記下部バルブ本体を移動させる第２下部磁石とを備えることを特徴とする液体循環システム。

【請求項6】

請求項１に記載の液体循環システムにおいて、
前記下部パッキンは、前記下部ピストンの下端の外周面に取り付けられて、前記下部ピストンの昇降に伴って、前記下部シリンダの内周面に摺接することを特徴とする液体循環システム。

【請求項7】

請求項１に記載の液体循環システムにおいて、
前記液体循環システム内を循環する液体、または前記通気路を流通する空気を利用して発電する発電機を備えることを特徴とする液体循環システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、液体を循環させる液体循環システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、液体を貯留する上方貯留槽と、上方貯留槽から流出した液体を利用して発電する発電ユニットと、発電ユニットで利用された液体を貯留する下方貯留槽と、下方貯留槽に貯留された液体を上方貯留槽に汲み上げる電動ポンプとを備える液体循環式発電装置が開示されている。

【0003】

すなわち、特許文献１に記載の液体循環式発電装置は、上方貯留槽から下方貯留槽に移動する液体の落差（位置エネルギー）を、電気エネルギーに変換する。また、特許文献１に記載の液体循環式発電装置は、下方貯留槽に貯留された液体を電動ポンプで上方貯留槽に汲み上げることによって、継続して発電を行うことができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第６９６４９１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載の液体循環式発電装置において、電動ポンプによる液体の汲み上げに必要な電気エネルギーは、発電ユニットで発電される電気エネルギーより遥かに大きい。そのため、特許文献１に記載の液体循環式発電装置は、外部から大量の電力の供給を受けなければ、運転を継続することができない（すなわち、エネルギー収支が悪い）。

【0006】

本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、重力方向に液体を循環させる液体循環システムにおいて、エネルギー収支を改善する技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、前記課題を解決するため、液体を貯留する上部装置と、前記上部装置から流出した液体を貯留する下部装置と、前記下部装置から流出した液体を前記上部装置に還流させる還流路と、前記還流路内の液体を前記上部装置に汲み上げるポンプとを備える液体循環システムにおいて、前記上部装置は、内部の液体を流出させる上部流出口が下面に形成された上部シリンダと、前記上部流出口を開閉する上部バルブ本体、及び前記上部流出口を閉塞する向きに前記上部バルブ本体を付勢する上部付勢部材を有する上部ゲートバルブと、下面に形成された開口を通じて内部に液体が流入し且つ上面に形成された通気路を通じて空気が流出することによって前記上部シリンダ内を下降し、前記開口を通じて液体が流出し且つ前記通気路を通じて空気が流入することによって前記上部シリンダ内を上昇する上部フロートと、前記上部フロートに取り付けられて、前記上部フロートが下降したときに前記上部付勢部材の付勢力に抗して前記上部流出口を開放する向きに、前記上部バルブ本体を押圧する上部プッシュロッドと、前記開口を囲むように前記上部フロートの下端に取り付けられて、前記上部フロートが移動範囲の下端に到達したときに前記上部シリンダの下面に当接して、前記開口を通じて前記上部フロート内に液体が流入するのを阻止する上部パッキンと、前記通気路を開閉するエアバルブ本体、及び前記通気路を閉塞する向きに前記エアバルブ本体を付勢するエアバルブ付勢部材を有するエアバルブと、前記エアバルブに取り付けられた第１上部磁石と、前記上部フロートの移動範囲の上端より上方に固定されて、前記第１上部磁石との間の斥力によって、前記エアバルブ付勢部材の付勢力に抗して前記通気路を開放する向きに、前記エアバルブを移動させる第２上部磁石とを備え、前記下部装置は、内部の液体を流出させる下部流出口が形成された下部シリンダと、上面が開放された前記下部シリンダに対して出没するように、上面に形成された供給口を通じて内部に液体が流入することによって下降し、下面に形成された排出口を通じて液体が排出されることによって上昇する下部ピストンと、前記排出口を開閉する下部バルブ本体、前記排出口を閉塞する向きに前記下部バルブ本体を付勢する下部付勢部材、及び前記下部ピストンが下降したときに前記下部シリンダの下面に当接して、前記下部付勢部材の付勢力に抗して前記排出口を開放する向きに前記下部バルブ本体を移動させる被押圧部を有する下部ゲートバルブと、前記下部シリンダ及び前記下部ピストンの間に配置されて、前記下部シリンダの上面から液体が流出するのを阻止する下部パッキンとを備え、前記還流路は、前記下部流出口と前記上部シリンダとを接続することを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、重力方向に液体を循環させる液体循環システムにおいて、エネルギー収支を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本実施形態に係る液体循環システムの全体構成を示す図である。

【図2】上部フロートが上死点に位置し、バケットが下死点に位置するときの上部装置及び補助装置を示す図である。

【図3】上部フロートが下降中で、バケットが上死点に位置するときの上部装置及び補助装置を示す図である。

【図4】上部フロートが下死点に位置し、バケットが上死点に位置するときの上部装置及び補助装置を示す図である。

【図5】下部ピストンが上死点に位置し、貯留槽流出口が開放され、排出口が閉塞された貯留装置及び下部装置を示す図である。

【図6】下部ピストンが下降中で、貯留槽流出口が閉塞され、排出口が閉塞された貯留装置及び下部装置を示す図である。

【図7】下部ピストンが下死点に位置し、貯留槽流出口が閉塞され、排出口が開放された貯留装置及び下部装置を示す図である。

【図8】変形例に係る下部装置を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、実施形態に係る液体循環システム１を図面に基づいて説明する。なお、以下に記載する本発明の実施形態は、本発明を具体化する際の一例を示すものであって、本発明の範囲を実施形態の記載の範囲に限定するものではない。従って、本発明は、実施形態に種々の変更を加えて実施することができる。

【0011】

図１は、本実施形態に係る液体循環システム１の全体構成を示す図である。液体循環システム１は、液体を重力方向に循環させるシステムである。なお、本明細書中の液体は、水、油の他、あらゆる液体が該当する。また、水は、上水、雨水、海水、湖水、河川水などが該当する。図１に示すように、液体循環システム１は、上部装置１０と、補助装置２０と、貯留装置３０と、下部装置４０と、還流路５０と、ポンプ５１と、発電機５２と、逆止弁５３とを主に備える。

【0012】

図２は、上部フロート１３が上死点に位置し、バケット２１が下死点に位置するときの上部装置１０及び補助装置２０を示す図である。図３は、上部フロート１３が下降中で、バケット２１が上死点に位置するときの上部装置１０及び補助装置２０を示す図である。図４は、上部フロート１３が下死点に位置し、バケット２１が上死点に位置するときの上部装置１０及び補助装置２０を示す図である。なお、上下方向に移動する構成部品それぞれについて、当該構成部品の移動範囲の上端を「上死点」と表記し、当該構成部品の移動範囲の下端を「下死点」と表記する。

【0013】

［上部装置１０の構成］
上部装置１０は、外部（例えば、水道、雨、海、湖、河川、還流路５０）から供給される液体を貯留し、貯留した液体を補助装置２０に流出させる。図２～図４に示すように、上部装置１０は、上部シリンダ１１と、上部ゲートバルブ１２と、上部フロート１３と、上部プッシュロッド１４と、エアバルブ１５と、上部パッキン１６と、第１上部磁石１７ａ及び第２上部磁石１７ｂとを主に備える。

【0014】

上部シリンダ１１は、液体を貯留可能な内部空間を有する筒形状（より詳細には、円筒形状）の外形を呈する。上部シリンダ１１は、液体循環システム１のフレーム（図示省略）に固定されている。上部シリンダ１１は、上面が開放されて、下面に上部流出口１１ａが形成されている。そして、上部シリンダ１１は、開放された上面から供給された液体を貯留し、貯留した液体を上部流出口１１ａから下方に流出させる。

【0015】

また、上部シリンダ１１には、当接壁１１ｂが設けられている。当接壁１１ｂは、上部シリンダ１１の内周面から径方向内向きに突出し、且つ周方向に連続する円盤形状の部分である。また、当接壁１１ｂは、上死点に位置する上部フロート１３の上面に当接して、上部フロート１３が上死点より上方に移動するのを阻止する。

【0016】

上部ゲートバルブ１２は、上部シリンダ１１の上部流出口１１ａを開閉する。より詳細には、上部ゲートバルブ１２は、上部フロート１３が下死点の近傍まで下降したことによって上部流出口１１ａを開放し、上部フロート１３が上昇したことによって上部流出口１１ａを閉塞する。上部ゲートバルブ１２は、上部バルブ本体１２ａと、上部被押圧部１２ｂと、上部接続部１２ｃと、上部コイルバネ１２ｄ（上部付勢部材）とを主に備える。

【0017】

上部バルブ本体１２ａは、上部流出口１１ａの開口面積より大きい板状の部材である。上部バルブ本体１２ａは、上部シリンダ１１の外側（下側）に配置されている。上部被押圧部１２ｂは、上部シリンダ１１の内部空間（すなわち、上部流出口１１ａより上方）に配置されている。上部被押圧部１２ｂは、上部プッシュロッド１４によって下向きに押圧される部分である。上部接続部１２ｃは、上下方向に延設されて、上部バルブ本体１２ａと上部被押圧部１２ｂとを接続する棒状の部材である。上部コイルバネ１２ｄは、上部被押圧部１２ｂと上部シリンダ１１の下面との間に配置されて、上部シリンダ１１の下面に上部バルブ本体１２ａを下側から当接させる（すなわち、上部流出口１１ａを閉塞する）向きに、上部バルブ本体１２ａを付勢する。

【0018】

図２及び図３に示すように、上部プッシュロッド１４が上部被押圧部１２ｂから離間しているとき、上部バルブ本体１２ａは、上部コイルバネ１２ｄの付勢力によって、上部流出口１１ａの周縁に下側から当接することによって、上部流出口１１ａを閉塞している。一方、図４に示すように、上部プッシュロッド１４が上部被押圧部１２ｂを下向きに押圧すると、上部バルブ本体１２ａは、上部コイルバネ１２ｄの付勢力に抗して下側に移動し、上部シリンダ１１の下面から離間することによって、上部流出口１１ａを開放する。

【0019】

上部フロート１３は、上部シリンダ１１の内部空間に収容されている。また、上部フロート１３は、上部シリンダ１１の内部空間において、予め定められた移動範囲を上下方向に移動（昇降）する。図２に示すように、上部フロート１３の上死点は、上部フロート１３の上面が当接壁１１ｂに当接した位置である。図４に示すように、上部フロート１３の下死点は、上部パッキン１６が上部シリンダ１１の下面に密着した位置である。

【0020】

上部フロート１３は、液体を貯留可能な内部空間を有する筒形状（より詳細には、円筒形状）の外形を呈する。また、上部フロート１３には、開口１３ａと、通気路１３ｂとが形成されている。開口１３ａは、上部フロート１３の下面に形成されている。そして、開口１３ａは、上部フロート１３の内部空間に液体を流入させ、上部フロート１３の内部空間から液体を流出させる。通気路１３ｂは、上部フロート１３の上面から上方に延設されている。通気路１３ｂの上端は、上部フロート１３の位置に拘わらず、常に上部シリンダ１１に貯留された液体の液面より上方に突出している。そして、通気路１３ｂは、上部フロート１３の内部空間に空気を流入させ、上部フロート１３の内部空間から空気を流出させる。

【0021】

上部プッシュロッド１４は、上部フロート１３の下部に取り付けられて、上部フロート１３と共に昇降する。また、上部プッシュロッド１４は、上下方向から見て、上部ゲートバルブ１２の上部被押圧部１２ｂに重なる位置に配置されている。そして、上部プッシュロッド１４は、上部フロート１３が下死点の近傍まで下降したことによって、上部被押圧部１２ｂに当接する。また、上部プッシュロッド１４は、上部フロート１３がさらに下降したことによって、上部被押圧部１２ｂを下向きに押圧して上部流出口１１ａを開放する。さらに、上部プッシュロッド１４は、上部フロート１３が上昇したことによって、上部被押圧部１２ｂから離間して上部流出口１１ａを閉塞する。

【0022】

エアバルブ１５は、通気路１３ｂを開閉する。より詳細には、図２に示すように、エアバルブ１５は、第１上部磁石１７ａ及び第２上部磁石１７ｂの斥力によって、通気路１３ｂを開放する。また、図４に示すように、エアバルブ１５は、上部フロート１３内の液体が開口１３ａを通じて流出して、上部フロート１３の内部空間が負圧になったことによって、通気路１３ｂを開放する。一方、エアバルブ１５は、上記以外の場合に、通気路１３ｂを閉塞する。エアバルブ１５は、エアバルブ本体１５ａと、支持部１５ｂと、エア接続部１５ｃと、エアコイルバネ１５ｄ（エアバルブ付勢部材）とを主に備える。

【0023】

エアバルブ本体１５ａは、通気路１３ｂの開口面積より大きい板状の部材である。エアバルブ本体１５ａは、上部フロート１３の内部空間（すなわち、通気路１３ｂの下方）に配置されている。支持部１５ｂは、通気路１３ｂの内部（すなわち、エアバルブ本体１５ａより上方）において、第１上部磁石１７ａを支持する。エア接続部１５ｃは、上下方向に延設されて、エアバルブ本体１５ａと支持部１５ｂとを接続する棒状の部材である。エアコイルバネ１５ｄは、支持部１５ｂと上部フロート１３の上面との間に配置されて、上部フロート１３の上面にエアバルブ本体１５ａを下側から当接させる（すなわち、通気路１３ｂを閉塞する）向きに、エアバルブ本体１５ａを付勢する。

【0024】

図３に示すように、上部フロート１３が上死点及び下死点の間を移動しているとき、エアバルブ本体１５ａは、エアコイルバネ１５ｄの付勢力によって、通気路１３ｂの周縁に下側から当接することによって、通気路１３ｂを閉塞している。一方、図２に示すように、上部フロート１３が上死点の近傍（第１上部磁石１７ａ及び第２上部磁石１７ｂの斥力がエアコイルバネ１５ｄの付勢力を上回る領域）まで上昇したとき、エアバルブ本体１５ａは、エアコイルバネ１５ｄの付勢力に抗して下向きに移動し、上部フロート１３の上面から離間することによって、通気路１３ｂを開放する。さらに、図４に示すように、上部フロート１３が下死点に達して内部空間の液体が開口１３ａを通じて流出したとき、上部フロート１３の内部空間が負圧になる。これにより、エアバルブ本体１５ａは、上部フロート１３の内外の圧力差によって、エアコイルバネ１５ｄの付勢力に抗して通気路１３ｂを開放する。

【0025】

上部パッキン１６は、開口１３ａを囲むように、上部フロート１３の下端に取り付けられている。また、上部パッキン１６は、周方向に連続している。図２及び図３に示すように、上部フロート１３が下死点より上方に位置しているとき、上部パッキン１６は、上部シリンダ１１の下面から離間して、開口１３ａを通じて上部フロート１３の内部空間に液体が流入するのを許容する。一方、図４に示すように、上部フロート１３が下死点に到達すると、上部パッキン１６は、上部流出口１１ａを囲むように上部シリンダ１１の下面に当接して、開口１３ａを通じて上部フロート１３の内部空間に液体が流入するのを阻止する。

【0026】

第１上部磁石１７ａは、エアバルブ１５の支持部１５ｂに支持されて、エアバルブ１５（すなわち、上部フロート１３）と共に昇降する。第２上部磁石１７ｂは、通気路１３ｂ内の上部フロート１３の上死点より上方において、上部シリンダ１１に固定されている。また、第１上部磁石１７ａ及び第２上部磁石１７ｂは、互いの間に斥力が発生する（すなわち、Ｎ極同士またはＳ極同士が対面する）向きに配置される。

【0027】

［上部装置１０の動作］
図２に示すように、上部シリンダ１１内に液体が貯留され、上部フロート１３が上死点に位置しているとき、上部ゲートバルブ１２が上部流出口１１ａを閉塞し、第１上部磁石１７ａ及び第２上部磁石１７ｂの間の斥力によってエアバルブ１５が通気路１３ｂを開放している。これにより、開口１３ａを通じて上部シリンダ１１から上部フロート１３に液体が流入し、上部フロート１３内の空気が通気路１３ｂを通じて流出する。その結果、上部シリンダ１１の浮力が徐々に減少する。

【0028】

次に、上部フロート１３に作用する重力が浮力を上回ると、図３に示すように、上部フロート１３が下降を開始する。但し、上部フロート１３が下降を開始した直後は、第１上部磁石１７ａ及び第２上部磁石１７ｂの間の斥力によって、未だエアバルブ１５が通気路１３ｂを開放している。そのため、上部フロート１３内への液体の流入が継続し、上部フロート１３が加速しながら下降する。そして、第１上部磁石１７ａ及び第２上部磁石１７ｂの間の斥力がエアコイルバネ１５ｄの付勢力を下回ると、エアバルブ１５が通気路１３ｂを閉塞する。これにより、上部フロート１３内への液体の流入が停止し、上部フロート１３が等速で下降する。通気路１３ｂを閉塞するタイミングは、第１上部磁石１７ａ及び第２上部磁石１７ｂの磁力の大きさによって制御することができる。

【0029】

次に、上部フロート１３が下死点に到達する前に、上部プッシュロッド１４が上部被押圧部１２ｂに当接して、上部流出口１１ａを開放する向きに上部ゲートバルブ１２を移動させる。上部流出口１１ａを開閉するタイミングは、上部フロート１３に対する上部プッシュロッド１４の取付位置によって制御することができる。そして、図４に示すように、上部フロート１３が下死点に到達すると、上部流出口１１ａが完全に開放され、上部パッキン１６が上部流出口１１ａを囲むように上部シリンダ１１の下面に密着する。

【0030】

これにより、上部フロート１３の内部空間の液体は、開口１３ａ及び上部流出口１１ａを通じて、後述するバケット流入口２１ａに向けて流出する。一方、上部シリンダ１１の内部空間の液体は、上部パッキン１６に阻止されて上部フロート１３に流入しない。その結果、上部フロート１３の内部空間が負圧になる。これにより、エアバルブ本体１５ａは、エアコイルバネ１５ｄの付勢力に抗して通気路１３ｂを開放する。その結果、通気路１３ｂを通じて上部フロート１３の内部空間に空気が流入し、上部フロート１３の浮力が徐々に上昇する。

【0031】

次に、上部フロート１３に作用する重力が浮力を下回ると、上部フロート１３が上昇を開始する。また、上部フロート１３の内外の圧力差が小さくなると、エアコイルバネ１５ｄの付勢力によってエアバルブ１５が通気路１３ｂを閉塞する。なお、通気路１３ｂが閉塞される前に、上部フロート１３が上昇を開始するように、上部流出口１１ａの開口面積、エアコイルバネ１５ｄの付勢力が調整される。

【0032】

次に、上部フロート１３が上昇すると、上部ゲートバルブ１２が上部流出口１１ａを閉塞し、上部パッキン１６が上部シリンダ１１の下面から離間する。但し、エアバルブ１５によって通気路１３ｂが閉塞されているので、開口１３ａを通じて上部フロート１３の内部空間に液体は流入せず、上部フロート１３は浮力を保ったまま上昇を続ける。次に、上部フロート１３が上死点の近傍まで上昇すると、第１上部磁石１７ａ及び第２上部磁石１７ｂの間の斥力によって、再びエアバルブ１５が通気路１３ｂを開放する。そして、図２の状態に戻る。このように、上部装置１０は、上部フロート１３の昇降に連動して、上部シリンダ１１内に貯留された液体を流出させる。

【0033】

なお、通気路１３ｂの開口面積が大きいほど、上部フロート１３からの空気の流出速度が速くなる。また、上部フロート１３の自重が重くなるほど、フロート１３の沈降速度（下降速度）が速くなる。さらに、上部フロート１３の自重を重くするのに伴って浮力を確保する必要があるので、上部フロート１３を水平方向に広げて体積を増やせばよい。

【0034】

［補助装置２０の構成］
補助装置２０は、上部フロート１３の上昇を補助する装置である。より詳細には、補助装置２０は、上部流出口１１ａから流出した液体の重さを、上部フロート１３を上昇させる力に変換する。補助装置２０は、バケット２１と、バケットフロートバルブ２２と、ワンウェイクラッチ付きプーリ２３ａ、２３ｂと、プーリ２４ａ、２４ｂ、２５ａ、２５ｂと、ウェイト２６ａ、２６ｂと、第１ライン２７ａ、２７ｂと、第２ライン２８ａ、２８ｂとを主に備える。

【0035】

バケット２１は、液体を貯留可能な内部空間を有する箱型の外形を呈する。バケット２１には、バケット流入口２１ａと、バケット流出口２１ｂとが形成されている。バケット流入口２１ａは、バケット２１の上面に形成されている。そして、バケット流入口２１ａは、上部流出口１１ａから流出した液体を内部空間に流入させる。バケット流出口２１ｂは、バケット２１の下面に形成されている。そして、バケット流出口２１ｂは、内部空間に貯留された液体を後述する貯留槽３１の貯留槽流入口３１ａに向けて流出させる。さらに、バケット２１は、上部装置１０及び貯留装置３０の間を昇降する。

【0036】

バケットフロートバルブ２２は、バケット流出口２１ｂを開閉する。より詳細には、バケットフロートバルブ２２は、後述する貯留槽プッシュロッド３３によって押し上げられたときにバケット流出口２１ｂを開放し、それ以外のとき（すなわち、貯留槽プッシュロッド３３が離間したとき）にバケット流出口２１ｂを閉塞する。バケットフロートバルブ２２は、例えば、内部に空気が封入された球状のプラスチックで構成されており、ある程度の浮力を有している。

【0037】

そして、バケットフロートバルブ２２は、バケット２１に液体が貯留されていないとき、自重によってバケット流出口２１ｂを閉塞する。また、バケットフロートバルブ２２は、バケット２１に液体が流入しているとき、流入する液体の圧力（以下、「液体圧」と表記する。）によってバケット流出口２１ｂに押し付けられて、バケット流出口２１ｂを閉塞する。一方、バケットフロートバルブ２２は、貯留槽プッシュロッド３３によって押し上げられたときに、液体圧に抗してバケット流出口２１ｂを開放する。さらに、貯留槽プッシュロッド３３が下降したとき、バケット２１内の液体のほとんどがバケット流出口２１ｂから流出している。そのため、バケットフロートバルブ２２は、自重によってバケット流出口２１ｂを再び閉塞する。

【0038】

ワンウェイクラッチ付きプーリ２３ａ、２３ｂは、バケット２１の上死点より上方において、上部シリンダ１１を挟んで互いに反対側に配置されている。また、ワンウェイクラッチ付きプーリ２３ａ、２３ｂは、水平方向に延びる可動軸線回りに回動可能に、液体循環システム１のフレームに支持されている。プーリ２４ａ、２４ｂ、２５ａ、２５ｂは、上部シリンダ１１より上方において、水平方向に延びる回動軸線回りに回動可能に、液体循環システム１のフレームに支持されている。

【0039】

ウェイト２６ａ、２６ｂの合計の重さは、液体が貯留されたバケット２１より軽く、液体が貯留されていないバケット２１より重くなるように設定される。より詳細には、ウェイト２６ａ、２６ｂの重さは、バケット２１の自重及びプーリ２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂ、２５ａ、２５ｂの転がり抵抗の合計＋αになるように設定される。

【0040】

第１ライン２７ａ、２７ｂは、一端がバケット２１に接続され、他端がウェイト２６ａ、２６ｂに接続され、ワンウェイクラッチ付きプーリ２３ａ、２３ｂに掛け渡されている。第２ライン２８ａ、２８ｂは、一端が上部フロート１３に接続され、プーリ２４ａ、２４ｂ、２５ａ、２５ｂに掛け渡され、他端がワンウェイクラッチ付きプーリ２３ａ、２３ｂに接続されている。第１ライン２７ａ、２７ｂ及び第２ライン２８ａ、２８ｂは、例えば、ワイヤー、ロープ、チェーン等の線状の部材であればよい。

【0041】

ワンウェイクラッチ付きプーリ２３ａ、２３ｂには、バケット２１が下降したときにウェイト２６ａ、２６ｂが上昇し、ウェイト２６ａ、２６ｂが下降したときにバケット２１が上昇するように、第１ライン２７ａ、２７ｂが掛け渡されている。

【0042】

また、ワンウェイクラッチ付きプーリ２３ａ、２３ｂは、バケット２１が下降したときに第１方向（２３ａは時計回り、２３ｂは反時計回り）に回転することによって、上部フロート１３に接続された第２ライン２８ａ、２８ｂを巻き取る。これにより、上部フロート１３が上昇する。

【0043】

一方、ワンウェイクラッチ付きプーリ２３ａ、２３ｂは、バケット２１が上昇したときに空転する。これにより、バケット２１の上昇力は、第２ライン２８ａ、２８ｂを通じて上部フロート１３に伝達されない。さらに、ワンウェイクラッチ付きプーリ２３ａ、２３ｂは、上部フロート１３が下降したときに、第１方向と反対の第２方向（２３ａは反時計回り、２３ｂは時計回り）に回転して、第２ライン２８ａ、２８ｂを繰り出す。

【0044】

［補助装置２０の動作］
図３に示すように、バケット２１に液体が貯留されていないとき、バケット２１は上死点に位置し、ウェイト２６ａ、２６ｂは下死点に位置し、バケット流出口２１ｂはバケットフロートバルブ２２によって閉塞されている。次に、図４に示すように、上部ゲートバルブ１２によって上部流出口１１ａが開放されると、上部流出口１１ａから流出した液体がバケット流入口２１ａを通じてバケット２１の内部空間に流入する。

【0045】

次に、バケット２１及びバケット２１に貯留された液体の重量の合計が、上部フロート１３、上部フロート１３に貯留された液体、及びウェイト２６ａ、２６ｂの重量の合計を上回ると、バケット２１が下降を開始する。これにより、第１ライン２７ａ、２７ｂによってバケット２１に接続されたウェイト２６ａ、２６ｂが上昇する。また、ワンウェイクラッチ付きプーリ２３ａ、２３ｂが第２ライン２８ａ、２８ｂを巻き取ることによって、上部フロート１３が上昇する。

【0046】

次に、図２に示すように、バケット２１が下死点に到達すると、バケット流出口２１ｂに進入した貯留槽プッシュロッド３３によってバケットフロートバルブ２２が押し上げられる。これにより、バケット流出口２１ｂが開放されて、バケット２１内の液体がバケット流出口２１ｂを通じて流出する。そして、バケット２１及びバケット２１に貯留された液体の重量の合計がウェイト２６ａ、２６ｂの重量の合計を下回ると、ウェイト２６ａ、２６ｂが下降する。これにより、第１ライン２７ａ、２７ｂによってウェイト２６ａ、２６ｂに接続されたバケット２１が上昇する。

【0047】

また、バケット２１が上昇する過程で貯留槽プッシュロッド３３がバケットフロートバルブ２２から離間して、バケット流出口２１ｂが閉塞される。なお、バケット流出口２１ｂを閉塞するタイミングは、貯留槽プッシュロッド３３の突出長さによって制御することができる。一方、バケット２１が上昇したときはワンウェイクラッチ付きプーリ２３ａが空転するので、上部フロート１３は、バケット２１の上昇とは無関係に、前述したように内部空間の液体及び空気の比率に応じて下降する。

【0048】

図５は、下部ピストン４２が上死点に位置し、貯留槽流出口３１ｂが開放され、排出口４２ｂが閉塞された貯留装置３０及び下部装置４０を示す図である。図６は、下部ピストン４２が下降中で、貯留槽流出口３１ｂが閉塞され、排出口４２ｂが閉塞された貯留装置３０及び下部装置４０を示す図である。図７は、下部ピストン４２が下死点に位置し、貯留槽流出口３１ｂが閉塞され、排出口４２ｂが開放された貯留装置３０及び下部装置４０を示す図である。

【0049】

［貯留装置３０の構成］
貯留装置３０は、バケット流出口２１ｂから流出した液体を一時的に貯留し、貯留した液体を下部ピストン４２の供給口４２ａに供給する装置である。貯留装置３０は、貯留槽３１と、貯留槽フロートバルブ３２と、貯留槽プッシュロッド３３とを主に備える。

【0050】

貯留槽３１は、液体を貯留可能な内部空間を有する箱型の外形を呈する。下部シリンダ４１は、液体循環システム１のフレームに固定されている。貯留槽３１には、貯留槽流入口３１ａと、貯留槽流出口３１ｂとが形成されている。貯留槽流入口３１ａは、貯留槽３１の上面に形成されている。そして、貯留槽流入口３１ａは、バケット流出口２１ｂから流出した液体を内部空間に流入させる。貯留槽流出口３１ｂは、貯留槽３１の下面に形成されている。そして、貯留槽流出口３１ｂは、内部空間に貯留された液体を供給口４２ａに向けて流出させる。

【0051】

貯留槽フロートバルブ３２は、貯留槽流出口３１ｂを開閉する。より詳細には、貯留槽フロートバルブ３２は、後述する下部プッシュロッド４４によって押し上げられたときに貯留槽流出口３１ｂを開放し、それ以外のとき（すなわち、下部プッシュロッド４４が離間したとき）に貯留槽流出口３１ｂを閉塞する。貯留槽フロートバルブ３２は、例えば、内部に空気が封入された球状のプラスチックで構成されており、ある程度の浮力を有している。

【0052】

そして、貯留槽フロートバルブ３２は、貯留槽３１に液体が貯留されていないとき、自重によって貯留槽流出口３１ｂを閉塞する。また、貯留槽フロートバルブ３２は、貯留槽３１に液体が流入しているとき、流入する液体の液体圧によって貯留槽流出口３１ｂに押し付けられて、貯留槽流出口３１ｂを閉塞する。一方、貯留槽フロートバルブ３２は、下部プッシュロッド４４によって押し上げられたときに、液体圧に抗して貯留槽流出口３１ｂを開放する。さらに、下部プッシュロッド４４が下降したとき、貯留槽３１内の液体のほとんどが貯留槽流出口３１ｂから流出している。そのため、貯留槽フロートバルブ３２は、自重によって貯留槽流出口３１ｂを再び閉塞する。

【0053】

貯留槽プッシュロッド３３は、貯留槽３１の下面から上方に突出している。また、貯留槽プッシュロッド３３は、上下方向から見て、バケットフロートバルブ２２に重なる位置に配置されている。そして、貯留槽プッシュロッド３３は、バケット２１が下降したときにバケットフロートバルブ２２を押し上げて、バケット流出口２１ｂを開放する。また、貯留槽プッシュロッド３３は、バケット２１が上昇したときにバケットフロートバルブ２２から離間して、バケット流出口２１ｂを閉塞する。

【0054】

［貯留装置３０の動作］
図２に示すように、バケット２１が下死点に到達すると、貯留槽プッシュロッド３３は、バケットフロートバルブ２２を押し上げる。これにより、バケット流出口２１ｂが開放される。その結果、バケット流出口２１ｂから流出した液体が貯留槽流入口３１ａを通じて貯留槽３１の内部空間に流入する。一方、バケット２１が下死点から上昇すると、貯留槽プッシュロッド３３は、バケットフロートバルブ２２から離間する。これにより、バケット流出口２１ｂが閉塞される。その結果、バケット流出口２１ｂからの液体の流出が停止する。

【0055】

また、図５に示すように、下部ピストン４２が上死点に達すると、下部プッシュロッド４４は、貯留槽流出口３１ｂに進入して貯留槽フロートバルブ３２を押し上げる。これにより、貯留槽流出口３１ｂが開放される。その結果、貯留槽３１に貯留された液体が貯留槽流出口３１ｂを通じて供給口４２ａに供給される。一方、図６及び図７に示すように、下部ピストン４２が上死点から下降すると、下部プッシュロッド４４は、貯留槽フロートバルブ３２から離間する。これにより、貯留槽流出口３１ｂが閉塞される。その結果、貯留槽流出口３１ｂからの液体の流出が停止する。

【0056】

［下部装置４０の構成］
下部装置４０は、貯留装置３０から流出した液体を貯留し、貯留した液体を還流路５０に流出させる。下部装置４０は、下部シリンダ４１と、下部ピストン４２と、下部ゲートバルブ４３と、下部プッシュロッド４４と、下部パッキン４５と、第１下部磁石４６ａ及び第２下部磁石４６ｂとを主に備える。

【0057】

下部シリンダ４１は、液体を貯留可能な内部空間を有する筒形状（より詳細には、円筒形状）の外形を呈する。下部シリンダ４１は、液体循環システム１のフレームに固定されている。下部シリンダ４１は、上面が開放されて、下部（本実施形態では、側面の下端）に下部流出口４１ａが形成されている。そして、下部シリンダ４１は、下部ピストン４２から供給された液体を貯留し、貯留した液体を下部流出口４１ａから還流路５０に流出させる。

【0058】

下部ピストン４２は、下部シリンダ４１の内部空間に収容されている。また、下部ピストン４２は、下部シリンダ４１の開放された上面を通じて下部シリンダ４１に対して出没するように、予め定められた移動範囲を上下方向に移動（昇降）する。図５に示すように、下部ピストン４２の上死点は、下部プッシュロッド４４が貯留槽フロートバルブ３２を押し上げる位置である。図７に示すように、下部ピストン４２の下死点は、後述する上部被押圧部１２ｂが下部シリンダ４１の下面に押圧されて、排出口４２ｂが開放される位置である。

【0059】

下部ピストン４２は、液体を貯留可能な内部空間を有する筒形状（より詳細には、円筒形状）の外形を呈する。また、下部ピストン４２には、供給口４２ａと、排出口４２ｂとが形成されている。供給口４２ａは、下部ピストン４２の上面に形成されている。そして、供給口４２ａは、貯留槽流出口３１ｂから流出した液体を下部ピストン４２の内部空間（より詳細には、液体貯留室４２ｃ）に流入させる。排出口４２ｂは、下部ピストン４２の下面に形成されている。そして、排出口４２ｂは、液体貯留室４２ｃに貯留された液体を下部シリンダ４１に流出させる。

【0060】

また、下部ピストン４２の内部空間は、液体貯留室４２ｃと、浮力材充填室４２ｄとに区画されている。液体貯留室４２ｃは、下部ピストン４２の内部空間のうち、径方向の中央部の空間である。また、液体貯留室４２ｃは、供給口４２ａ及び排出口４２ｂに連通する空間である。浮力材充填室４２ｄは、下部ピストン４２の内部空間のうち、液体貯留室４２ｃの周りを囲むように形成された空間である。また、浮力材充填室４２ｄは、供給口４２ａ及び排出口４２ｂに連通していない空間である。さらに、浮力材充填室４２ｄには、液体循環システム１内を循環する液体より密度比（比重）が小さい物質（例えば、空気）が充填されている。

【0061】

下部ゲートバルブ４３は、下部ピストン４２の排出口４２ｂを開閉する。より詳細には、下部ゲートバルブ４３は、下部ピストン４２が下死点の近傍まで下降したことによって排出口４２ｂを開放し、下部ピストン４２が上昇したことによって排出口４２ｂを閉塞する。下部ゲートバルブ４３は、下部バルブ本体４３ａと、下部被押圧部４３ｂと、下部接続部４３ｃと、下部コイルバネ４３ｄ（下部付勢部材）とを主に備える。

【0062】

下部バルブ本体４３ａは、排出口４２ｂの開口面積より大きい板状の部材である。下部バルブ本体４３ａは、下部ピストン４２の下面より上方（液体貯留室４２ｃ内）に配置されている。下部被押圧部４３ｂは、下部ピストン４２の下面より下方に配置されている。下部被押圧部４３ｂは、下部ピストン４２が下降したときに、下部シリンダ４１の下面に当接して上向きに押圧される部分である。下部接続部４３ｃは、上下方向に延設されて、下部バルブ本体４３ａと下部被押圧部４３ｂとを接続する棒状の部材である。下部コイルバネ４３ｄは、下部被押圧部４３ｂと下部ピストン４２の下面との間に配置されて、下部ピストン４２の下面に下部バルブ本体４３ａを上側から当接させる（すなわち、排出口４２ｂを閉塞する）向きに、下部バルブ本体４３ａを付勢する。

【0063】

下部プッシュロッド４４は、下部ピストン４２の上面から上方に突出している。また、下部プッシュロッド４４は、上下方向から見て、貯留槽フロートバルブ３２に重なる位置に配置されている。さらに、下部プッシュロッド４４は、下部ピストン４２と共に昇降する。そして、下部プッシュロッド４４は、下部ピストン４２が上昇したときに貯留槽フロートバルブ３２を押し上げて、貯留槽流出口３１ｂを開放する。また、下部プッシュロッド４４は、下部ピストン４２が下降したときに貯留槽フロートバルブ３２から離間して、貯留槽流出口３１ｂを閉塞する。

【0064】

下部パッキン４５は、下部シリンダ４１及び下部ピストン４２の間に配置されて、開放された下部シリンダ４１の上面から液体が流出するのを阻止する。本実施形態に係る下部パッキン４５は、下部シリンダ４１の開放部を囲むように、下部シリンダ４１の上端に取り付けられている。また、下部パッキン４５は、周方向に連続している。そして、下部パッキン４５は、昇降する下部ピストン４２の外周面に摺接することによって、液体が流出するのを阻止する。

【0065】

第１下部磁石４６ａは、下部バルブ本体４３ａの上面に支持されて、下部ゲートバルブ４３（すなわち、下部ピストン４２）と共に昇降する。第２下部磁石４６ｂは、下部バルブ本体４３ａの上死点より上方において、貯留槽３１に固定されている。また、第１下部磁石４６ａ及び第２下部磁石４６ｂは、互いの間に斥力が発生する（すなわち、Ｎ極同士またはＳ極同士が対面する）向きに配置される。

【0066】

［下部装置４０の動作］
図５に示すように、下部ピストン４２が上死点に位置しているとき、下部プッシュロッド４４は貯留槽流出口３１ｂに進入して貯留槽フロートバルブ３２を押し上げている。また、下部コイルバネ４３ｄの付勢力と、第１下部磁石４６ａ及び第２下部磁石４６ｂの斥力とによって、下部バルブ本体４３ａが排出口４２ｂを閉塞している。これにより、貯留槽流出口３１ｂから流出した液体は、供給口４２ａを通じて液体貯留室４２ｃに供給される。そして、液体貯留室４２ｃに貯留される液体が増えるにつれて、下部ピストン４２の浮力が減少する。

【0067】

次に、液体貯留室４２ｃに貯留される液体が増加すると、図６に示すように、下部ピストン４２は、液体貯留室４２ｃ内の液体の重さによって下降を開始する。これにより、下部シリンダ４１の内部空間に貯留されていた液体が下部流出口４１ａを通じて還流路５０に押し出される。また、下部プッシュロッド４４が貯留槽フロートバルブ３２から離間して、貯留槽流出口３１ｂが閉塞される。貯留槽流出口３１ｂが閉塞されるタイミングは、下部プッシュロッド４４の突出長さによって制御することができる。一方、下部バルブ本体４３ａは、下部コイルバネ４３ｄの付勢力によって、未だ排出口４２ｂを閉塞している。

【0068】

次に、下部ピストン４２が下死点の近傍まで下降すると、下部被押圧部４３ｂが下部シリンダ４１の下面に当接する。さらに、図７に示すように、下部ピストン４２が下死点に到達すると、下部シリンダ４１の下面に押圧された下部被押圧部４３ｂが、下部コイルバネ４３ｄの付勢力に抗して、下部バルブ本体４３ａを上方（すなわち、排出口４２ｂを開放する向き）に移動させる。これにより、液体貯留室４２ｃに貯留された液体が排出口４２ｂを通じて下部シリンダ４１の内部空間に排出される。

【0069】

次に、液体貯留室４２ｃに貯留される液体が減少すると、浮力材充填室４２ｄに充填された浮力材の浮力によって、下部ピストン４２が上昇する。これにより、下部被押圧部４３ｂが下部シリンダ４１の下面から離間して、下部コイルバネ４３ｄの付勢力によって、下部バルブ本体４３ａが排出口４２ｂを閉塞する向きに移動を開始する。なお、下部コイルバネ４３ｄは、単独では下部バルブ本体４３ａで排出口４２ｂを完全に閉塞できない程度に、弱い付勢力に設定されてもよい。これにより、下部ピストン４２は、排出口４２ｂから液体を排出しながら上昇する。

【0070】

次に、下部ピストン４２が上死点の近傍まで上昇すると、第１下部磁石４６ａ及び第２下部磁石４６ｂの斥力によって、下部バルブ本体４３ａが排出口４２ｂを閉塞する向きにさらに移動する。これにより、下部ゲートバルブ４３によって排出口４２ｂが閉塞される。さらに、下部ピストン４２が上死点に到達すると、下部プッシュロッド４４が貯留槽フロートバルブ３２を押し上げて、貯留槽流出口３１ｂが開放される。

【0071】

なお、下部ピストン４２を液体（水）の比重より軽い材質で構成することによって、下部ピストン４２に浮力が発生する。例えば、水の比重１［ｇ／ｃｍ^３］に対して、ポリエチレンの比重は０．９２～０．９７であり、ポリプロピレンの比重は０．９０～０．９１なので、これらの材料を用いればよい。そして、下部ゲートバルブ４３によって排出口４２ｂが閉塞され、下部ピストン４２内に浮力を上回る液体が充填されると、下部ピストン４２が下部シリンダ４１内を沈下（下降）する。

【0072】

また、下部ピストン４２の高さは、下部シリンダ４１の高さより高い（例えば、２～３倍）。但し、下部ピストン４２の高さが高くなるほど、還流路５０を通じて上部装置１０に揚水するのに必要なエネルギーが大きくなる。そこで、下部ピストン４２のうち、下部シリンダ４１の上部に露出する部分を水平方向に拡げて体積を大きくしてもよい。これにより、下部ピストン４２の高さを低くすることができる。

【0073】

さらに、下部ゲートバルブ４３には、上下方向の両側から圧力が負荷される。下部ゲートバルブ４３に下方から負荷される圧力は、下部ピストン４２の自重と下部ピストン４２内の液体との重量に総和に対応する。一方、下部ゲートバルブ４３に上方から負荷される圧力は、下部ピストン４２内の液体の重量に対応する。このように、下部ゲートバルブ４３には下方からの圧力が大きいので、下部ゲートバルブ４３は開こうとする。そこで、下部コイルバネ４３ｄによって下部ゲートバルブ４３を閉じる方向に付勢している。

【0074】

［還流路５０、ポンプ５１、発電機５２、逆止弁５３の構成］
還流路５０は、下部装置４０から流出した液体を上部装置１０に還流させる配管である。より詳細には、還流路５０は、下部流出口４１ａと、上部シリンダ１１の開放された上面とを接続する。ポンプ５１は、還流路５０に配置されている。ポンプ５１は、電力の供給を受けて還流路５０内の液体を上部装置１０に汲み上げる電動ポンプである。ポンプ５１には、発電機５２で発電された電力が供給されてもよいし、外部電源から電力が供給されてもよい。発電機５２は、還流路５０に配置されている。発電機５２は、還流路５０内を流れる液体を利用して発電する。すなわち、発電機５２は、還流路５０内を流れる液体の運動エネルギーを、電気エネルギーに変換する。逆止弁５３は、還流路５０内の下部装置４０から上部装置１０への液体の流れを許容し、還流路５０内の上部装置１０から下部装置４０への液体の流れ（すなわち、逆流）を阻止する。

【0075】

［本実施形態の作用効果］
上記の実施形態によれば、液体循環システム１内を上から下に移動する液体を利用して、上部フロート１３及び下部ピストン４２を昇降させる。そして、下降する下部ピストン４２によって下部流出口４１ａから液体を押し出すことによって、還流路５０内の液体が上部装置１０に押し出される。これにより、下部装置４０から上部装置１０に液体を汲み上げるために、ポンプ５１で消費される電力を削減することができる。その結果、液体循環システム１のエネルギー収支が改善する。

【0076】

また、上記の実施形態によれば、上部装置１０及び下部装置４０の間に貯留装置３０を介在させることによって、上部装置１０及び下部装置４０を非同期で動作させることができる。但し、上部装置１０及び下部装置４０を適切なタイミングで同期して動作させることができれば、貯留装置３０を省略することができる。

【0077】

また、上記の実施形態によれば、液体の重さによって下降するバケット２１によって、上部フロート１３の上昇を補助するので、液体循環システム１のエネルギー収支がさらに改善する。但し、上部シリンダ１１及び上部フロート１３の容量、上部コイルバネ１２ｄ及びエアコイルバネ１５ｄの付勢力、第１上部磁石１７ａ及び第２上部磁石１７ｂの磁力を、上部フロート１３が適切なタイミングで昇降するように設定することができれば、補助装置２０を省略することができる。

【0078】

また、上記の実施形態によれば、下部ピストン４２の内部空間を液体貯留室４２ｃと浮力材充填室４２ｄとに区画して、下部ピストン４２の浮力を調整することによって、適切なタイミングで下部ピストン４２を昇降させることができる。但し、下部ピストン４２の内部空間に浮力材充填室４２ｄを設けるのに代えて、下部ピストン４２を構成する材料によって下部ピストン４２の浮力を調整してもよい。

【0079】

なお、下部ピストン４２を適切なタイミングで昇降させるために、ポンプ５１を利用してもよい。例えば、下部装置４０は、下部ピストン４２の下降速度を検知する速度センサと、速度センサの検知結果に基づいてポンプ５１を制御するコントローラとを備えてもよい。コントローラは、例えば、速度センサによって検知された下降速度に基づいて、下部装置４０から還流路５０に吐出される液体の圧力を演算する。そして、コントローラは、演算した液体の圧力が閾値を下回ったことに応じて、還流路５０を通じた液体の還流を補助するために、ポンプ５１を駆動してもよい。

【0080】

また、上記の実施形態によれば、下部コイルバネ４３ｄの付勢力と、第１下部磁石４６ａ及び第２下部磁石４６ｂの斥力とによって、下部ゲートバルブ４３を制御するので、適切なタイミングで排出口４２ｂを開閉することができる。但し、下部コイルバネ４３ｄの付勢力のみによって、適切なタイミングで排出口４２ｂを開閉できれば、第１下部磁石４６ａ及び第２下部磁石４６ｂを省略することができる。

【0081】

また、上記の実施形態によれば、還流路５０を流れる液体を利用して発電機５２に発電させるので、液体循環システム１のエネルギー収支がさらに改善する。但し、発電機５２の設置位置は、図１の例に限定されない。すなわち、発電機５２は、液体循環システム１内を循環する液体を利用して発電することができれば、上部装置１０及び補助装置２０の間、補助装置２０及び貯留装置３０の間、貯留装置３０及び下部装置４０の間などに設置されてもよい。発電機５２は、例えば、上部フロート１３、バケット２１、ウェイト２６ａ、２６ｂ、下部ピストン４２（特に、自重の重い上部フロート１３）の落下エネルギーを利用して、発電してもよい。さらに、発電機５２は、通気路１３ｂ内に設置されて、通気路１３ｂ内を流通する空気を利用して発電してもよい。

【0082】

さらに、上記の実施形態に係る液体循環システム１は、循環する液体を利用して電気エネルギーを発生させる「循環式エネルギー発生システム」である。但し、液体循環システム１の用途は前述の例に限定されず、液体循環システム１で循環する液体を利用して対象物（例えば、プラント）を冷却する「循環式冷却システム」であってもよい。

【0083】

［変形例］
図８は、変形例に係る下部装置４０Ａを示す図である。なお、上記の実施形態との共通点の詳細な説明は省略し、相違点を中心に説明する。上記の実施形態に係る下部装置４０と、変形例に係る下部装置４０Ａとは、浮力材充填室４２ｄの有無と、下部パッキン４５、４５Ａの配置とが相違し、その他の点が共通する。

【0084】

変形例に係る下部パッキン４５Ａは、下部ピストン４２の下端の外周面に取り付けられている。そして、下部パッキン４５Ａは、下部ピストン４２の昇降に伴って、下部シリンダ４１の内周面に摺接することによって、下部シリンダ４１の開放された上面から液体が流出するのを阻止する。

【0085】

上記の実施形態に係る下部パッキン４５の配置では、図６及び図７に示すように、下部ピストン４２が下降するのに伴って、下部シリンダ４１内の液体に下部ピストン４２が没入する。そして、下部ピストン４２の液体に没入した部分の重さは、浮力と相殺されて、下部ピストン４２内の液体を下部流出口４１ａから押し出すのに寄与しない。

【0086】

これに対して、変形例に係る下部パッキン４５Ａの配置では、図８に示すように、下部ピストン４２の位置に拘わらず、下部ピストン４２全体が下部シリンダ４１内の液体から上方に突出している。そのため、下部ピストン４２及び内部空間に貯留された液体の重量全体で、下部ピストン４２内の液体を下部流出口４１ａから押し出すことができる。その結果、液体循環システム１のエネルギー収支がさらに改善する。

【0087】

［その他の変形例］
なお、本発明に係る液体循環システム１は、上部装置１０のみ、または、上部装置１０及び補助装置２０のみでも成立する。すなわち、上部シリンダ１１への液体の補充があれば、上部フロート１３は上昇及び下降を繰り返す。そして、上部フロート１３の下降時の重力エネルギーを、電気エネルギーに変換すればよい。なお、沈下した上部フロート１３を浮力で上昇させるには、上部フロート１３を大きくして空気量を増やす必要があり、その分だけ上部フロート１３の自重も重くなる。そのため、上部フロート１３を上死点まで引き上げるには、自重に見合うウェイト２６ａ、２６ｂで釣り合いを取ればよい。

【符号の説明】

【0088】

１…液体循環システム、１０…上部装置、１１…上部シリンダ、１１ａ…上部流出口、１１ｂ…当接壁、１２…上部ゲートバルブ、１２ａ…上部バルブ本体、１２ｂ…上部被押圧部、１２ｃ…上部接続部、１２ｄ…上部コイルバネ、１３…上部フロート、１３ａ…開口、１３ｂ…通気路、１４…上部プッシュロッド、１５…エアバルブ、１５ａ…エアバルブ本体、１５ｂ…支持部、１５ｃ…エア接続部、１５ｄ…エアコイルバネ、１６…上部パッキン、１７ａ…第１上部磁石、１７ｂ…第２上部磁石、２０…補助装置、２１…バケット、２１ａ…バケット流入口、２１ｂ…バケット流出口、２２…バケットフロートバルブ、２３ａ，２３ｂ…ワンウェイクラッチ付きプーリ、２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂ…プーリ、２６ａ，２６ｂ…ウェイト、２７ａ，２７ｂ…第１ライン、２８ａ，２８ｂ…第２ライン、３０…貯留装置、３１…貯留槽、３１ａ…貯留槽流入口、３１ｂ…貯留槽流出口、３２…貯留槽フロートバルブ、３３…貯留槽プッシュロッド、４０，４０Ａ…下部装置、４１…下部シリンダ、４１ａ…下部流出口、４２…下部ピストン、４２ａ…供給口、４２ｂ…排出口、４２ｃ…液体貯留室、４２ｄ…浮力材充填室、４３…下部ゲートバルブ、４３ａ…下部バルブ本体、４３ｂ…下部被押圧部、４３ｃ…下部接続部、４３ｄ…下部コイルバネ、４４…下部プッシュロッド、４５，４５Ａ…下部パッキン、４６ａ…第１下部磁石、４６ｂ…第２下部磁石、５０…還流路、５１…ポンプ、５２…発電機、５３…逆止弁

【要約】

【課題】エネルギー収支を改善した液体循環システムを提供する。
【解決手段】液体循環システム１は、下部装置４０から流出した液体を上部装置１０に還流させる還流路５０と、還流路５０内の液体を上部装置１０に汲み上げるポンプ５１とを備える。上部装置１０は、液体が流入し且つ空気が流出することによって上部シリンダ内を下降し、液体が流出し且つ空気が流入することによって上部シリンダ内を上昇する上部フロートを備える。下部装置４０は、液体が流入することによって下部シリンダ内を下降し、液体が排出されることによって下部シリンダ内を上昇する下部ピストンを備える。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】