JP4151907B2 - スライド弁 - Google Patents
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Description
こうしたスライド弁は、給水弁と排水弁を有する密閉タンクと、密閉タンク内外を連通可能な気路となるタンク内外連絡路を備え、密閉タンクへの給排水で密閉タンク内外の圧力差を生じさせる圧力差発生装置であって、給水弁の開栓により密閉タンク外の高水位水源から密閉タンク内へ自然給水可能で、この高水位水源からの給水時に密閉タンク内が加圧され、排水弁の開栓により密閉タンク内に貯まった水を密閉タンク外の低水位水源に自然排水可能で、この低水位水源への排水時に密閉タンク内が減圧される圧力差発生装置に適用できる。
図1で示すように、給水弁(3)を閉じ排水弁(4)を開いて発電用タンク(1)から排水すると発電用タンク(1)内の気圧が下がり吸気になり発電用タービン(2)が回転する。また、図2で示すように、排水弁(4)を閉じ給水弁(3)を開くと、発電用タンク(1)に給水が始まり、発電用タンク(1)内の気圧が上昇して排気になり発電用タービン(2)が回転する。この発電装置はこの工程を繰り返し、発電用タービン(2)の回転力で発電機を回転させる。
そして、次に給排水を切り替えると、発電用タンク(8)の減圧と発電用タンク(9)の加圧が入れ替わり逆方向で同様な高効率の発電をすることができる。特に低水位差の状態にあり圧力が不足するような環境下における発電では有効な手段となる。
図6や図7で示すように水門(57)の水門閉水部(29)が水圧や水流に反応する。例えば、塞き止めたい側の水位が上がると、図7で示すように増水位側水源(34)からの水流で水門閉水部(29)が蓋をして塞き止め、さらに水圧で密閉度を上げることができる。このように、水門閉水部(29)が水圧や水流に反応する。
基本的には、水門回転部(30)の回転軸が水平でも垂直でも動作可能であるが、水門(57)より水位が下がる場合は、水門(57)の自重による摩擦で動作しにくくなる。したがって、回転軸が水平の方が回転軸を水中に配置する環境を作り易くなり好ましい。
また、水門重量バランス部(31)と図5で示すシリンダー部(14)とでピストンシリンダー構造を作り圧力制御及び圧力開放部をこれに連通すると圧力制御により開閉することができる。またシリンダー部(14)に圧力を開放する弁を付けると圧力制御と自然開閉の両方の機能を発揮させることができる。
エアーバルブ(16)の先には駆動管(13)を配管してピストンシリンダー構造の駆動装置のシリンダー部(14)に接続してある。水面維持タンク(17)は駆動管(13)の水面位置に取り付ける。加圧されたエアーバルブ(16)に接続するシリンダー部(14)は、その内部の圧力が上がりピストン部(14a)を動かすことができる。
制御用加圧タンク(10)の給水弁(3)と、排水弁(4)、エアーバルブ(16)を閉じた状態で、増圧制御用減圧タンク(18)と増圧制御用加圧タンク(19)をこのようにつなげることで、大気圧と絶縁し、水中で繋がったタンク内の水位差の位置エネルギーでのみ加圧するから、増圧制御用加圧タンク(19)の排気口(19a)からはより大きな圧力が取り出せる。これは制御用加圧タンク(10)は、高水位水源(5)の大気圧で押されているが、増圧制御用減圧タンク(18)と増圧制御用加圧タンク(19)は大気とは絶縁されているからである。
増圧制御用減圧タンク(18)と増圧制御用加圧タンク(19)のお互いの水面が揃う位置が加減圧修了時水位(20)となる。すなわち、3基のタンクが同時に加減圧終了となるには、増圧制御用減圧タンク(18)と増圧制御用加圧タンク(19)の容量が、制御用加圧タンク(10)の容量の倍必要になる。
この駆動装置は、増圧制御用減圧タンク(18)と増圧制御用加圧タンク(19)を多段に連結しさらに増圧することが可能である。
図15には、ピストン部(14a)のスライド位置検出装置を示す。ピストン部(14a)には移動位置検出用のバイパス穴(24)が設けられている。また、センサー(13a)に連結する駆動管(13)の先端には圧力検出口(25)が設けられている。ピストン部(14a)が移動して、図16で示すように、移動位置検出用のバイパス穴(24)が圧力検出口(25)に到達した時に、ピストン部(14a)の移動位置を検出する。
このピストン部(14a)の移動位置の検出では、センサー(13a)に直結する駆動管(13)の圧力を水深の圧力ではないように設定しておく。すると、移動位置検出用のバイパス穴(24)が圧力検出口(25)に到達し、両者が重なった時に、駆動管(13)の上部口のセンサー(13a)で圧力の変化を検知することができる。
この装置は、水中でピストン部(14a)が移動による暴走を防止する装置である。
ピストン部(14a)には、図17で示すように、ピストン部(14a)の所定位置でシリンダー部(14)内の圧力が抜けるピストン部(14a)静止用の圧力バイパス口(26)を設けている。ピストン部(14a)がこの所定位置まで移動するとシリンダー部(14)内の圧力が外に抜けることでピストン部(14a)が静止する。
この手法は、加圧時の駆動に利用でき、この機能は駆動装置の誤動作保護機能として有効である。
図18で示すように、シリンダー部(14)の端を圧力密閉構造としている。このため、減圧駆動でピストン部(14a)に慣性力があったとしてもピストン部(14a)がシリンダー部(14)に衝突しない。
水中ではメンテナンスが非常に困難なために、こうした多くの機能を持つ構造が重要になる。また、コンクリートのように水中で耐久性のある素材を使える長所がある。
スライド式の圧力弁(15)(以下「スライド弁」ともいう)の駆動では、図19で示すように、スライド弁(15)の閉鎖時は圧力が一方にかかっており、摩擦のためにスライド弁(15)を動かすには大きな力が必要になる。そこで、図20で示すように、圧力出入路である圧力通路1(54)、圧力通路2(55)、圧力通路3(56)を設ける。ここで、圧力通路2(55)と圧力通路3(56)は、圧力通路1(54)と相対してスライド弁(15)の板面にかかる圧力のベクトルを打ち消すように設けられている。こうした圧力出入路は、圧力通路2(55)及び圧力通路3(56)と、これらに逆方向の圧力通路1(54)とをスライド弁(15)のスライド方向に対し直角の両方向に1/2の断面積で均等に配置することができる。
すなわち、図21や図22で示すように、スライド弁(15)の両面に圧力通路1〜3(54,55,56)となる圧力入力通路(22)の配管と圧力出力通路(23)の配管を設ける。スライド弁(15)の片面に圧力入力通路(22)と圧力出力通路(23)が両方とも存在するために、圧力入力通路(22)の配管と圧力出力通路(23)の配管はスライド弁(15)を両側から囲むような形になる。
開閉部(27a)に駆動管(13)から配管し圧力で扇柱圧力弁(27)の昇降を行うことができる。扇柱圧力弁(27)の長所は、回転の外側の扇部で圧力を受け、回転軸である支持部(28)で圧力を支えているために、回転軸が摩擦される。したがって、モーメントの法則から駆動を妨げる摩擦に対して圧力制御が有利に働く。
2 発電用タービン
3 給水弁
4 排水弁
5 高水位水源
6 低水位水源
7 発電用タンク内水位
8 発電用タンク(満水で減圧状態)
8a 吸気口
9 発電用タンク(減水で加圧状態)
9a 排気口
10 制御用加圧タンク
10a 排気口
11 制御用減圧タンク
12 タンク内水位
13 駆動管
13a センサー
14 シリンダー部
14a ピストン部
15 スライド弁
15a,15b 接触面
16 エアーバルブ
17 水面維持タンク
18 増圧制御用減圧タンク
18a 吸気口
19 増圧制御用加圧タンク
19a 排気口
20 加減圧修了時水位
21 タンク間水路制御バルブ
22 圧力入力通路
23 圧力出力通路
24 バイパス穴(位置検出用)
25 圧力検出口
26 圧力バイパス口
27 扇柱圧力弁
27a 開閉部
28 支持部
29 水門閉水部
30 水門回転部
31 水門重量バランス部
32 衝撃吸収部
33 圧力制御及び圧力開放部
34 増水位側水源
35 減水位側水源
36 水門閉水部並側板
37 圧力封入ビット
38 多段式最高水位水源
39 多段式高水位水源
40 多段式低水位水源
41 多段式最低水位水源
42 タンク内最高水位水面
43 タンク内高水位水面
44 タンク内低水位水面
45 タンク内最低水位水面
46 最高水位水源用給水弁
47 高水位水源用給水弁
48 低水位水源用排水弁
49 最低水位水源用排水弁
50 満潮時水位
51 干潮時水位
52 大流量型スライド弁
53 多段式水源発電用タンク
54 圧力通路1
55 圧力通路2
56 圧力通路3
57,58 水門
Claims (2)
- スライド方向の交差方向に圧力がかかるスライド式開閉構造のスライド弁において、
このスライド弁の一の面側から分岐して該一の面に対面する圧力入力通路と該スライド弁の他の一の面に対面する圧力入力通路とになる配管と、
このスライド弁の前記他の一の面側から分岐して該他の一の面に対面する圧力出力通路と該スライド弁の前記一の面に対面する圧力出力通路とになる配管と、
を設け、スライド弁の一の面にかかる圧力と他の一の面にかかる圧力とを均衡させることを特徴とするスライド弁。 - 給水弁と排水弁を有する密閉タンクと、密閉タンク内外を連通可能な気路となるタンク内外連絡路を備え、密閉タンクへの給排水で密閉タンク内外の圧力差を生じさせる圧力差発生装置であり、給水弁の開栓により密閉タンク外の高水位水源から密閉タンク内へ自然給水可能で、この高水位水源からの給水時に密閉タンク内が加圧され、排水弁の開栓により密閉タンク内に貯まった水を密閉タンク外の低水位水源に自然排水可能で、この低水位水源への排水時に密閉タンク内が減圧される圧力差発生装置に設けた請求項1記載のスライド弁。
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