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エコなポンプを作る 

改めて自分のブログに検索をかけたら“水撃ポンプ”についての記載をしていなかったので、自由研究ネタで書いてみる。

水撃ポンプとは、別名“ウォーターハンマーポンプ”ともいいます。
電気などの動力は不要。川などの水の落差(水圧)だけで、落差以上の位置まで水を揚げることができる。原理的には、水道の蛇口が突然閉まった時(洗濯機でもよい)に、ドンとかゴンとかいう音を聞いたことがあるかも知れない。突然、流水が止まるとその衝撃が水道管を伝わるときの音なのだが、その水の衝撃を利用したのが、この“水撃ポンプ”なのだ。

具体的な動きは下の通り。入水口と排水口、空気だまりと揚水口とがある。
90802_1.jpg
水が流れ込んでくる。この時、入ってきた水は排水口から流れていく。

90802_2.jpg
排水口から勢いよく流れ出た水は、排水口にある弁をふさいでしまう。
すると空気だまりにつながる弁を押しひろげ、排水口の弁がふさがった勢いも加えて一気に揚水口に流れ込む。

90802_3.jpg
揚水口に流れこんだ水は空気だまりにも流れ込む。空気だまりの空気は水圧のため縮まっていくが、ある程度いくと空気の圧力が強くなり、水を押し返すようになる。すると水の流れに勢いがなくなり、空気だまりにつながる弁が沈む。

90802_4.jpg
この時、水は行き場を失い、流入口へと圧力が戻る(水撃)。するとポンプ内の圧力が低下して、排水口の弁が開く。そしてまた最初へ。

これを延々と繰り返すのだが、このサイクルのために揚水口から出てくる水は、ドックンドックンと脈を打つようにでてくるのだ。また流入口から入ってきた水の一部しか揚水されない。

どれくらいの水をどれくらいの高さまで揚水することができるかは、ポンプの性能や効率に左右されるのだが、ここでひとつ資料を見る。
「水撃ポンプ製作ガイドブック」(パワー社)のp23によると、
水源から流入口までの落差1メートルで、揚水高さ5メートル、水量144リットル/日
同じ落差で、揚水高さ10メートル、水量65リットル/日
である。これはあくまでも製品としてのポンプの能力であり、またポンプの大きさにもよる。
それでも落差1メートルくらいで、5メートル以上も水を、何の動力も使わず、水の流れだけで揚水できるなんてエコではありませんか。

ただ水撃の音はうるさそうですがね。
位置エネルギーを運動エネルギーに変換して、さらに高い位置へ水を移動されている点からいっても、位置と運動エネルギーとの不思議な関係が垣間見えそうです。だって位置エネルギーと運動エネルギーは等価なわけですから、パッと考えると最初の位置からより高い位置へ水を揚げることができるとは思えないでしょ。この辺、悩んでみると自由研究になるんじゃないかなぁ。

実際に発展途上国など電力や燃料のないところで使われています。日本の国際青年協力隊の活動でも普及させているようです。国内ではキャンプ場やかんがい用、一部ビオトープなどに使われているそうですが、少数派ですね。

ポンプを太陽電池で動かさなくてもいいアイデアがここにあります。他にもあるかも知れません。
工作もできます。たしか群馬工科大学とか群馬大学は水撃ポンプを研究しています。

キーワード:位置エネルギーと運動エネルギー、エコ、ポンプ、落差、ローテク

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