WO1986003261A1 - Vanne d'arret d'ecoulement d'air et dispositif de vanne d'arret - Google Patents

Description

明 細 書

空気流逆止弁及び逆止弁装置

技 術 分 野

本発明は空気の波動、 特に海面の波動によ り 、 空気槽内で圧 縮乃至膨張する空気を一定方向に整流する と共にこの整流した 空気流の圧力 レベルを調整する空気流逆止弁及び逆止弁装置に 関する。

背 景 技 術

従来波動エネルギー即ち海面の波動運動を電気エネルギーに 変換するためには、 空気槽内の空気に海面の波動を作用させ、 即ち水面の下降運動の際に外気を空気室内に吸入し、 この吸入 空気を外気と遮新して、 水面の上昇運動の際に圧縮空気と し、 この圧縮空気を空気タ ービンに作用させて、 発電機を駆動する 空気タ ービン を回転させて外部に放出 していた。 この空気槽内 で圧縮空気を作 り 出すためには、 一方では空気槽内に外気を吸 入する逆止弁と、 他方では空気タ ービン を回転させた後の空気 を外気に流出する逆止弁と を空気槽に設ける こ と が必要であ り 又圧縮される流体が空気であ る こ と と吸排気効率を良く するた めに、 これ等の逆止弁は軽量な弁、 即ちプラスチッ ク板からな る フ ラ ッ プ弁を用いていた。

この様なフ ラ ッ プ弁はフ ラ ッ プ板と弁座と から、 構成されて いるため、 長期間に苴つ て使用する際には弁板の破損と か弁座 の腐食と かが生 じて弁に漏気が生 じやす く 、 従っ て弁そのもの を長期間に苴つて確実に作動させる こ と は保証できなかっ た。

発 明 の 開 示

本発明の 目的はこの種従来の逆止弁、 フ ラ ッ プ弁の欠点を除 . PCI7JP85/00581 去する と共に、 波動にょ リ変動する空気槽内の空気圧の圧カ レ ベルを一定に して一方向に整流する逆止弁を提供するこ と にあ る。

更に本発明の目的は、 波力エネルギーを電気エネルギーに変 換する場合において、 上記従来の開放型装置とは異な り、 全体 のエネルギー変換装置を閉鎖回路に して、 プラン ト全体の信頼 性を高める ことのできる逆止弁を提供する こ とにある。

更に本発明の目的は構造的に簡単な機械的に可動する機素を 有しない逆止弁を提供する こ と にある。

更に本発明の 目的は、 長期間に！：り使用 しても摩耗損失のな い逆止弁を提供する こ と にある。

この 目的を達成するために、 本発明による逆止弁は、 空気室 と、 該空気室内に貯留された液体と、 外方から この空気室内に 延在し貯溜液体内に所定の長さだけ浸漬された管体に接続した 入口と前記空気室に開口する出口とからなる逆止弁から構成さ れている。

この様に逆止弁を構成するこ と によ り 、 入口の空気圧力が出 口圧力よ り管体の浸濱高さ よ り高く なると入口から管体を通り 空気室を通じて出口から流出する一方、 出口側の空気室内の圧 力が高く な リ管体の浸漬高さ を越えて管体内に空気室内の貯留 液体を押し上げた場合、 管体の横断面積が空気室内の横断面積 よ り可成り小さいためこの横断面積の割合に応じて液体を管体 内に可成りな高さ迄押上げて空気室から管体の入口方向には空 気流を生ぜしめないという逆止機能を備えている。 この様に本 発明による逆止弁は機械的に可動な部分を備えていないので、 故障が発生する ことはな く長期間に苴つて空気流の逆止、 即ち 新た な用紙 整流を行わせる こ と ができる。

更に本発明の 目的を達成するために、 本発明によ る逆止弁を 複数個設け、 その出口を 1 個の集合管に接続した逆止弁装置を 提案する。

この様に構成する こ と によ り 、 本発明の 目的を達成する と共 に、 これ等逆止弁の入口 を別々 の空気槽の出入口に接続する と、 それぞれの空気槽内で位相差を以て運動する波の波動運動によ り圧縮を受ける空気を集合管に頗次供給できるので、 集合管内 には所定圧力 レベルの圧縮空気を集合させる こ と ができ、 従つ てこの圧力 レベルの圧縮空気を空気タ ービンに作用させる こ と ができ る から定常的に発電でき る と い う利点がある。

更に本発明の 目的を達成するために、 本発明によ る逆止弁を 複数個設け、 その入口 を 1 個の集合管、 特に空気タ ービンの排 気管に接続した逆止弁装置を提案する。

この様に構成する こ と によ り 、 本発明の 目的を達成する と共 に、 これ等逆止弁の出口 を別々 の空気槽の出入口 に接続する と、 それぞれの空気槽内で位相差を以て運動する波の波動運動よ リ 集合管から空気を順次連続的に吸入する によ う にする こ と がて き るので、 集合管の圧力 レベル、 即ち、 空気タ ービンの排気側 の圧力 レベルを調圧する と共に空気タ ービンの定常的運転も可 能と な り 、 従っ て定常的な発電を行う こ と もでき る。

図面の簡単な説明

第 1 図は本発明によ る逆止弁を用いた空気再循環式波力発電 装置の説明図であ り 、 第 2 図は本発明によ る逆止弁の実施例を 示す縦断面図であ り 、 第 3 図は第 2 図に示した実施例の基本的 逆止作用 を説明する縦新面図であ り 、 第 4 図は同実施例の通気 新たな ¾紙 作用を説明する同様縦断面図であ り、 第 5図は同実施例の最大 逆止作用を説明する縦断面図であ り、 第 6 図は同実施例の逆止 作用を行う際に入口管に流入する逆止液体の急激な上昇を緩衝 する緩衝装置の一例の縦断面図であ り、 第 7図は第 6図に示し た緩衝装置の別の例を示す縦断面図である。

発明を実施するための最良の形態

第 1 図に示した本発明による逆止弁を用いた沿岸固定式空気 流再循瑷式波力発電装置は海水の波動エネルギー即ち、 波動運 動を空気の波動運動に変換する複数個の空気槽 （ 5 a， 5 b ) を有し、 それぞれの空気槽 （ 5 a , 5 b ) は空気を収容する と 共に海水に通じる開口部 （ 5 c ) と、 1値の空気の出入口 （ 5 d ) と を有している。 この空気の出入口 （ 5 d ) は 2方向に分 岐され、 この分岐導管 （ 1 0 ) それぞれに本発明の逆止弁 （ 1 a , l a ' , l b , l b ' ) が設けられている。 この逆止弁 ( l a , 1 a ' , l b , l b ' ) の空気吐出側の逆止弁 （ l a , l b ) の出口側は集合管 （ 1 1 ) に接続されていて、 この集合 管 （ 1 1 ) は圧力調整用の空気溜 （ 2 ) が接続されている。 こ の集合管 （ 1 1 ) の出口 （ 1 1 ' ) には空気タ ービン （ 3 ) が 設けられ、 空気タ ービン （ 3 ) の後方には排気用集合管 （ 1 2 ) が設けられ、 この排気管（ 1 2 )は前述の吸入側逆止弁（ l a ' ， l b ' ) の入口側に接続されている。

この様に構成された本発明による逆止弁を用いた空気再循環 式波力発電装置は次の様に作動する。

波が高く なるにつれ、 空気槽 （ 5 a ) の空気を圧縮し、 吸入 側の逆止弁 （ l a ' ) が閉じ、 吐出側逆止弁 （ l a ) が開口 し て圧縮空気を集合管（1 1 ) 内に吐出する。 この圧縮空気は集合 新たな用紙 ( 1 1 ) の出口 （ 1 1 ' ) で空気タ ービン （ 3 ) に作用 し、 空 気タ ービン （ 3 ) を回転させる と共にこのタ ービン （ 3 ) によ り発電機 （ 4 ) を駆動して発電する。 空気タ ービン （ 3 ) を駆 動した圧縮空気は膨張して排気集合管 （ 1 2 ) 内に流入する。

この と き別の空気槽 （ 5 b ) 内の波が低く な り つつあるので、 この空気槽 （ 5 b ) の空気吐出側の逆止弁 （ l b ) は閉 じ吸入 側の逆止弁 （ l b ' ) は開口され、 空気タ ービン （ 3 ) から排 気される排気集合管 （ 1 2 ) 内の膨張空気を吸入する。 この様 に本発明によ る逆止弁を用いた空気再循環式波力発電装置は、 波の高低差を利用 して、 一方では圧縮空気を作り 出し、 他方で は空気タ ービン （ 3 ) を回転した後の膨張空気を吸入させる こ と によ り ほぼ常に一定の流れの作動空気を空気タービンに作用 させる こ と ができ る と い う利点がある。

次に本発明によ る逆止弁 （ l a， 1 a ' 1 b , l ' ) につ いて詳細に説明する。

第 2 図に示した逆止弁 （ l a， l a ' l b , l b ' ) は空気 室 （ 7 ) を有し、 空気室 （ 7 ) の下部は液体、 特に水を収容し ている。

この空気室 （ 7 ) の上部空間には空気の入口 （ 8 ) と 出口 ( 9 ) が設け られ、 入口 （ 8 ) は空気室の上部空間を通じて水 にその先端を水面から深さ （H ) だけ浸漬させて入口管体

( 8 ' ) が接続されている。 この場合、 入口管体 （ 8 ' ) と空 気室 （ 7 ) との横断面積の比は、 1 : 3〜 1 0 にする と よい。

第 2 図に示 した本発明による逆止弁 （ l a , l a ' l b， 1 b ' ) は入口 （ 8 ) と 出口 （ 9 ) の圧力が等しい状態 P i = P o にあるの を示している。 第 3〜 5 図によ り 、 第 2 図に示した 新た な用紙 逆止弁 （ l a , 1 a ' l b ， l b ' ) の機能を詳細に説明する。 第 3 図において、 本発明による逆止弁の入口気力 P i が出口 圧力 P 0 よ リも低い場合、 即ち P = P o — P i の場合、 出口 ( 9 ) から入口 （ 8 ) への空気の流通を阻止している状態を示 している。

この場合、 入口圧力 P i と出口圧力 P o との差圧は第 2図に 示した空気室 （ 7 ) 内の水面を押すことによ り入口管 （ 8 ' ) 内に水を押し上げ、 この押上げ高さ が P に相当する。 従って P が大きければ大きい程、 管体 （ 8 ' ) の横断面積と空気槽の横 断面積を大き くする必要がある。 （ P = 1 )

第 4図において、 本発明による逆止弁の入口圧力 P i が出口 圧力 P o よ り も大きい場合、 即ち P i — P o〉 H +厶 h を越え た場合に入口 （ 8 ) から出口 （ 9 ) に通気する状態を示してい る。 この場合 Hは、 逆止弁 （ l a ， 1 a ' 1 b , l b ' ) が動 作していないと きの水面から入口管 （ 8 ' ) の先端迄の深さ を 示し、 厶 hはこの入口管 （ 8 ' ) 内の水が空気室 （ 7 ) 内に押 出されて空気室内の水の水位の上昇増分を示している。

P i — P o >H +厶 h の場合空気は入口管 （ 8 ' ) から空気室 ( 7 ) 内の空間に流出し始めるが、 このとき、 この空気の流れ の慣性によ り H + A hの水圧の高さの影響が少な く 、 従ってこ の流出する空気に対する H + A hの水圧の抵抗は小さ く なるこ とが判つた。

換言すれば、 入口管 （ 8 ' ) から空気室 （ 7 ) の上部の空間 ( 7 ' ) に空気が流出し始める と この流出空気には空気室 （ 7 ) 内の水 （ 6 ) の圧力の影響は少ないことが判明した。

第 5 図において、 本発明によ 逆止弁 （ l a , l a ' 1 b , 新たな ffi紙 一 一 . l b ' ) は出口圧力 P o が入口圧力 P i よ り も最も大きい と き の出口側から入口側へ空気の流通を阻止 している状態を示して いる。

このと きの空気室 （ 7 ) 内の水 （ 6 ) の水面は入口管 （ 8 ' ) の先端に達していて、 その高さ P max = P o max - P i maxとな る。

波の変動が激し く て、 この様な状態が急激に発生する場合に は、 空気室 （ 7 ) 内の水 （ 6 ) が入口管を通じて急激に駆け上 るので、 この駆け上る水がその慣性によ リ P max高さ を越えて しま う こ と がある と共に、 空気室 （ 7 ) の空間 （ 7 ' ) から空 気を共に運行して逆止弁の逆止機能を損う こ と がある。

この様な欠点をな く すために、 第 6 回及び第 7 回に示してい る様な緩衝装置を入口管 （ 8 ' ) に設けても よい。

第 6 図に示 した緩衝装置 （ 1 3 ) は、 空気室 （ 7 ) 内の水 ( 6 ) 内に水没した入口管 （ 8 ' ) よ り横断面積の大きい管

( 8 ' ' ) を有し、 この管 （ 8 ' ' ) を入口管 （ 8 ' ) に接続 し、 入口管 （ 8 ' ). から駆け上る水 （ 6 ) の流速を减速する と 共に、 管 （ 8 ' ' ) 内に山形の緩衝板 （ 1 4 ) を縦方向に複数 個間隔を開けて設け、 その間に八の字形に緩衝板 （ 1 5 ) を設 けて、 空気室 （ 7 ) 内の貯溜水 （ 6 ) が緩衝板 （ 1 4， 1 5 ) によ り上方へ急激に噴出するの を防いでいる。 又緩衝板 （ 1 4， 1 5 ) を山形及び八の字形に形成 しているので入口 （ 8 ) から 下方に流れる空気の抵抗を小さ く する こ と ができ る。

第 7 図に示 した緩衝装置 （ 1 3 ' ) は入口 （ 8 ) につづいて 第 6 図の緩衝装置（ 1 3 )と同様に横断面積の大きい管 （ 8 ' ' ' ) を有し、 この管 （ 8 ' ' ) は入口管 （ 8 ' ' ) に接続して 新た な用紙 P /JP85/00581 いる。 横断面積の大きい管 （ 8 ' ' ' ) 内には軸方向に左右交 互に開口する緩衝板 （ 1 6 ) を少なく とも 2対設けている。 こ の緩衝装置 （ 1 3 ' ) においても空気室 （ 7 ) 内の貯留水 （ 6 ) が下方から上方に急激に駆け上っても、 先ず管 （ 8 ' ' ' ) の 横断面積が大きいため、 減速される一方、 緩衝板 （ 1 6 ) に突- 当って水の上昇運動を妨げるので、 水の上昇と共に空気室 （ 7 ) 内の上部空間の空気を連行するよ う なことはない。

緩衝管を設ける場合等の入口管の横断面積を一部分大き くす るよう な場合、 逆止弁の最大逆止機能、 第 5図に示した Pmax を得るためには、 この横靳面積の拡大量に対応して、 入口管

( 8 ' ) の先端 （ 8 1 ) を水面から深く浸漬させる ことが必要 となる。

また、 本発明による逆止弁の管端付近での水の駆け上り を防 ぐために、 横断面積の小さい複数の入口管を設けるこ ともよい。 この様に構成することによ り、 水の レイ ノルズ数が空気のレイ ノルズ数よ り大きいので水が入口管を通じて上昇する際には入 口管の管路抵抗が太き く 、 従って減速されながら上昇するので 水の駆け上り作用を防止できる と共に、 入口管 （ 8 ' ) から出 口方向へ空気が流れる際にはこの逆止弁の機能を損う程の抵抗 を入口管 （ 8 ' ) から受けないので、 本発明による逆止弁の機 能を損う こ とはない。

又、 第 2〜 7 図に示した本発明による逆止弁 （ l a， l a ' ， 1 b , l b ' ) を複数個設け、 その出口 （ 9 ) を 1個の集合管 ( 1 1 ) に接続する逆止弁装置は、 位相差を以て作用する波動 を受けるそれぞれの空気槽 （ 5 a , 5 b ) から吐出される圧縮 空気を逆止弁それぞれの出口 （ 9 ) から頗次連続的に集合管 新たな用櫞

' : ) 内に送り込み、

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新たな用維 /00581 i 0 集合管 ( 1 1 ) 内の圧力 レベルを一定にできるので、 発電用空 気タービンを定常的に駆動することができる。

更に、 同様本発明による逆止弁 （ l a， 1 a ' , l b , l b ' ) を複数個設け、 その入口 （ 8 ) を空気タービン用の 1 個の排気集合管 （ 1 2 ) に接続した逆止弁装置は、 位相差を以 て作用する波動を受けるそれぞれの空気槽 （ 5 a， 5 b ) によ リ、 空気タービン （ 3 ) の排気集合管 （ 1 2 ) から空気が吸引 されるので、 この集合管 （ 1 2 ) 内の圧力レベルを一定に保持 できる。 従って空気タービン （ 3 ) を定常的に駆動できる と共 に、 発電も定常化できる。

上述した様に、 本発明では複数の逆止弁からなる逆止弁装置 の出口を空気タービンの圧力側に接続し、 複数の逆止弁からな る逆止弁装置の入口を空気タ ービンの排気側に接続する と、 更 に空気タービンの駆動を定常化でき、 従って発電も更に一段と 定常的にできるから、 空気タービン一発電機そのものも小型化 できる。

新た な用紙

Claims

請 求 の 範 囲

( 1 ) 水を収容している空気室と、 この空気室内の上部空間に 連通している出口 と、 前記空気室を外部から貫通して前記水中 にその先端を水面から所定の長さ浸溃させている入口管に接続 した入口 と を備えた逆止弁。

( 2 ) 入口管の水面からの浸渍長さ と、 空気室の横断面積と入 口管の横断面積の割合が、 逆止弁の入口圧力 と出口圧力の差圧 によ り決定されている こ と を特徵とする特許請求の範囲第 （ 1 ) 項に記載の逆止弁。

( 3 ) 空気室の横断面積と入口管の横断面積との割合が、 3〜

1 0 ： 1である こ と を特徵とする特許請求の範囲第 （ 1 ) 項に 記載の逆止弁。

(4 ) 前記入口管に緩衝管を設けている こ と を特徵とする特許 請求の範西第 （ 1 ) 項に記載の逆止弁。

( 5 ) 緩衝管が入口管の横断面積よ り大きい横断面積を有して いる こ と を特徴とする特許請求の範囲第 （ 4 ) 項に記載の逆止 弁。

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( 6 ) 緩衝管内に緩衝板を設けている こ と を特徵とする特許請 求の範囲第 （ 4 ) 項に記載の逆止弁。

( 7 ) 緩衝板が下方に開いた板体の組合せからなる こ と を特徴 とする特許請求の範囲第 （ S ) 項に記載の逆止弁。

( 8 ) 緩衝板が横向き に設け られている こ と を特徵とする特許 請求の範囲第 （ 6 ) 項に記載の逆止弁。

( 9 ) 水を収容している空気室と、 この空気室内の上部空間に 連通している出口 と、 前記空気室を外部から貫通して前記水中 にその先端を所定の長さ浸漬させている複数の入口管に接続し 新た な用紙 1 た入口と を備えた逆止弁。

( 1 0 ) 入口管の水面からの浸渍長さ と、 空気室の横断面積と 入口管それぞれの横断面積の総和との割合が、 逆止弁の入口圧 力と出口庄力の差圧によ リ決定されていること を特镦とする特 許請求の範囲第 （ 9 ) 項に記載の逆止弁。

( 1 1 ) 空気室の横断面積と入口管それぞれの横断面積の総和 との割合が、 3〜 1 0 ： 1であることを特徴とする特許請求の 範囲第 （ 9 ) 項に記載の逆止弁。

( 1 2 ) 液体を収容している空気室と、 この空気室内の上部空 間に連通している出口と、 前記空気室を外部から貫通して前記 液体中にその先端を浸漬させている 1個乃至複数個の入口管に 接続した入口と を有する複数の逆止弁からな り、 該逆止弁の出 口が 1個の集合管に接続されている圧縮空気用逆止弁装置。

( 1 3 ) 液体を収容している空気室と、 この空気室内の上部空 間に連通している出口と、 前記空気室を外部から貫通して前記 液体中にその先端を漬浸させている 1個乃至複数個の入口管に 接続した入口と を有する複数の逆止弁からな り、 該逆止弁の入 口が 1個の集合管に接続されている膨張空気用逆止弁装置。

新たな用紙