ポンプユニット
【課題】本発明は気液分離室で液体から分離された泡や気体富化液が大気開放孔からの流出抑制を課題とする。
【解決手段】ポンプユニットのフロート弁７０は、気液分離室３６の液面高さに応じて上下動するフロート７２と、フロート７２を支持する支持棒７４と、支持棒７４に連結された第１の弁部７６、第２の弁部７８とを有する。第１の弁部７６は、フロート７２の昇降動作に連動して流路７８ｂを開閉し、気液分離室３６の液面が高さＨ１以下のとき、フロート７２の上昇位置に応じた弁開度で流路７８ｂを開放する。第２の弁部７８は、フロート７２が所定角度上昇したときに長孔７８ｄが連結ピン７４ａに当接して開弁動作を行うように構成されている。従って、第２の弁部７８の弁体７８ａは、フロート７２が所定高さＨ２に達するまで、閉弁状態を保ち、フロート７２が所定高さＨ２に達すると、気液分離室３６の底部に設けられた戻し孔６０を開とする。
【解決手段】ポンプユニットのフロート弁７０は、気液分離室３６の液面高さに応じて上下動するフロート７２と、フロート７２を支持する支持棒７４と、支持棒７４に連結された第１の弁部７６、第２の弁部７８とを有する。第１の弁部７６は、フロート７２の昇降動作に連動して流路７８ｂを開閉し、気液分離室３６の液面が高さＨ１以下のとき、フロート７２の上昇位置に応じた弁開度で流路７８ｂを開放する。第２の弁部７８は、フロート７２が所定角度上昇したときに長孔７８ｄが連結ピン７４ａに当接して開弁動作を行うように構成されている。従って、第２の弁部７８の弁体７８ａは、フロート７２が所定高さＨ２に達するまで、閉弁状態を保ち、フロート７２が所定高さＨ２に達すると、気液分離室３６の底部に設けられた戻し孔６０を開とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はポンプユニットに係り、特に気液分離室で分離された液体をポンプ吸込み側に供給するフロート弁を備えたポンプユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種、ポンプユニットとして、流入口および流出口を有するケーシングを備え、このケーシング内に、流入口から流体を吸込むポンプと、ポンプから吐出された流体を旋回させて液体と気体富化液（気体混入流体）とに分離する空気分離室と、空気分離室で分離された気体富化液から気体を分離する気液分離室と、空気分離室で気体富化液を除去された液体を濾過するフィルタ室とを設け、フィルタ室で濾過された液体をポンプの吸込口側に戻すように構成したものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、気液分離室には、気体が分離された液体と気泡を含む気体富化液とが貯留されており、液体の上部に溜る気体富化液の液面高さが所定高さに達したとき開弁するフロート弁が設けられている。フロート弁は、気液分離室の底部に設けられた弁部と、液面の高さ位置に応じて上下動作するフロートと、フロートの動作により弁部を開閉する弁体とを有する。フロートは、液面からの浮力を受けるため、液面高さ位置に応じて上下動するが、弁部が気液分離室の底部に設けられているので、弁体が弁部から離間して開弁すると、気液分離室の底部に溜った液体がポンプ吸込み側に供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２６４１４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記気液分離室において、気泡を含む気体富化液がフロート弁の開弁による流出量以上に流入された場合、気液分離室の上部に設けられた大気開放孔から気体富化液が流出されるおそれがあり、また気液分離室の液面に大量の泡が発生した場合には、フロート弁の開弁が泡発生量に対して遅れてしまい大気開放孔から泡が排出されることになる。
【０００６】
また、フロート弁の弁部の流路面積を大きくした場合、フロート弁の開弁によるポンプ吸込み側への供給量が増加するため、ポンプ吸込み側に液体が供給されると共に、気体富化液もポンプ吸込み側に供給されてしまうおそれがある。
【０００７】
そこで、本発明は上記事情に鑑み、上記課題を解決したポンプユニットの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は以下のような手段を有する。
（１）本発明は、流入口から流体を吸込むポンプと、
該ポンプから吐出された流体を液体と気体富化液とに分離するとともに、当該分離された液体を流出経路へ吐出させる空気分離室と、
前記空気分離室で分離された気体富化液から気体を分離する気液分離室と、
前記気液分離室内の気体富化液を含む液体の液面が所定高さに達すると開弁して前記気液分離室内の液体を前記ポンプへ戻すフロート弁と、
を備えたポンプユニットおいて、
前記フロート弁は、前記気液分離室の液面高さが第１の所定高さ以上の場合に開弁する流路面積の小さい第１の弁部と、前記気液分離室の液面高さが前記第１の所定高さよりも高い第２の所定高さ以上の場合に開弁する流路面積の大きい第２の弁部とを有することを特徴とする。
（２）本発明の前記第１の弁部は、前記第２の弁部と同軸上に配され、且つ前記第２の弁部の弁体に形成された流路を開閉するように配されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、気液分離室内の気体富化液を含む液体（流体）の液面高さが第１の所定高さ以上の場合に流路面積の小さい第１の弁部が開弁することで気液分離室内の流体がポンプ吸込み側に少量ずつ供給され、気液分離室内の流体の液面高さが前記第１の所定高さよりも高い第２の所定高さ以上の場合に流路面積の大きい第２の弁部が開弁するため、気液分離室内の流体がポンプ吸込み側に大量に供給されることになり、気液分離室内が流体で充満して気液分離室の大気開放孔から流体が外部へ流出することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明によるポンプユニットの一実施例を模式的に示す概略構成図である。
【図２】本ポンプユニットにおける液体の流れを順に示す図である。
【図３】フロート弁の構成を示す図である。
【図４】フロート弁の開弁動作を示す図である。
【図５】フロート弁の変形例の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
〔ポンプユニットの構成〕
図１は本発明によるポンプユニットの一実施例を模式的に示す概略構成図である。図２は本ポンプユニットにおける液体の流れを順に示す図である。
【００１２】
図１及び図２に示されるように、ポンプユニット１０は、例えば、ガソリンや軽油などの液体燃料（以下「液体」という）を供給する燃料供給装置に搭載され、地下タンク１２に貯蔵された燃料を汲み上げると共に、液体に含まれる気泡を分離させて流量計２０へ送液するように設けられている。尚、流量計２０で計測された液体燃料は、燃料供給装置のホース、ノズルを介して車両の燃料タンクに供給される。
【００１３】
ポンプユニット１０は、ケーシング３０の内部に流入室３１、ロータ室３２、空気分離室３３、流出経路３４、バイパス経路３５、気液分離室３６が形成されている。流入室３１は、ケーシング３０の底部に開口する流入口３７に連通され、流入側逆止弁４０が設けられている。
【００１４】
流入側逆止弁４０は、コイルバネ４２により閉弁方向に付勢されており、ポンプ吸引力により開弁する。また、流入側逆止弁４０には、筒状のストレーナ４４が設けられ、液中の異物を除去する。
【００１５】
流入側逆止弁４０の開弁により、流入口３７から流入された液体は、流路４６を通過してロータ室３２に至る。ロータ室３２には、ベーン形ポンプ（回転式ポンプ）４８が設けられている。ベーン形ポンプ４８は、モータの回転駆動力を伝達されて回転するロータ５０を有し、ロータ５０の各ベーン５２とロータ室３２との間に流入した液体を空気分離室３３へ送出する。
【００１６】
空気分離室３３は、テーパ状のサイクロンからなり、底部がフィルタ５４に連通され、上部には気体を含んだ気体富化液を回収するための小孔５６が設けられている。小孔５６は、バイパス経路３５及びパイプ５８を介して気液分離室３６に連通されている。
【００１７】
気液分離室３６は、底部に液体をポンプ４８のロータ室３２に戻す戻し孔６０が設けられ、天井に大気開放孔６２が設けられている。また、気液分離室３６には、戻し孔６０を開閉するフロート弁７０が設けられている。
【００１８】
フロート弁７０は、後述するように気液分離室３６内の気体富化液を含む液体（流体）の液面高さが第１の所定高さ以上の場合に開弁する小口径の第１の弁部と、気液分離室３６内の流体の液面高さが第１の所定高さよりも高い第２の所定高さ以上の場合に開弁する大口径の第２の弁部とを有する。
【００１９】
気液分離室３６において、流体に含まれる気泡（気体）は上部空間に浮上し、大気開放孔６２から大気中に放出される。また、気泡が分離された液体は、液面高さが所定高さに達したときフロート弁７０の開弁により戻し孔６０を通過してポンプ４８のロータ室３２に戻される。
【００２０】
また、空気分離室３３において、気体富化液が分離された液体は、フィルタ５４により濾過された後に流出経路３４を通過して流量計２０に供給される。尚、流出経路３４に設けられた流出側逆止弁６４は、ポンプ４８によって送出された液体の圧力により開弁する。
【００２１】
また、フィルタ５４により濾過された液体の一部は、リリーフ弁８０の開弁によりポンプ４８のロータ室３２に戻される。リリーフ弁８０は、コイルバネ８２のばね力により閉弁方向に付勢されており、流出経路３４の吐出圧力と、コイルバネ８２のばね力にロータ室３２の吸込み圧力を加えた合力との差に応じて開閉するように設けられ、流出経路３４の吐出圧力が増加又はロータ室３２の吸込み圧力が低下した際に開弁する。
〔フロート弁７０の構成〕
ここで、フロート弁７０の構成について説明する。
【００２２】
図３はフロート弁７０の構成を示す図である。図３に示されるように、フロート弁７０は、気液分離室３６内の気体富化液を含む液体（流体）の液面高さに応じて上下動するフロート７２と、フロート７２を支持する支持棒７４と、支持棒７４に連結された第１の弁部７６、第２の弁部７８とを有する。
【００２３】
フロート７２は、流体の液面からの浮力を受けるように中空構造になっている。支持棒７４は、一端が軸７５により上下方向に回動可能に支持され、他端がフロート７２に結合されている。
【００２４】
第１の弁部７６は、弁軸７６ａの下端に弁体７６ｂが設けられ、弁軸７６ａの上端が支持棒７４の長手方向の中間位置（軸７５から距離Ｌ２）に設けられた連結ピン７４ａに連結されている。そのため、第１の弁部７６は、フロート７２の昇降動作により、開弁又は閉弁方向に動作する。また、第１の弁部７６は、第２の弁部７８の弁体７８ａを貫通する流路７８ｂを開閉する。第１の弁部７６と第２の弁部７８とは、同軸上に設けられ、コンパクトに配置されている。
【００２５】
第１の弁部７６は、フロート７２の昇降動作に連動して流路７８ｂを開閉する。そして、気液分離室３６内の流体の液面が高さＨ１（第１の所定高さ）以上のとき、フロート７２の上昇位置に応じた弁開度で流路７８ｂを開放する。気液分離室３６内の流体の液面が高さＨ２以上のときは、流路７８ｂを全開とする。尚、フロート７２が下限位置にあるときは、第１の弁部７６は流路７８ｂを閉止する。
【００２６】
第２の弁部７８は、弁棒７８ｃの上端に上記連結ピン７４ａが嵌合する長孔７８ｄが設けられ、弁棒７８ｃの下端に弁体７８ａが結合されている。第２の弁部７８は、上下方向に延在する長孔７８ｄが連結ピン７４ａに摺動可能に嵌合しているため、フロート７２が所定角度θ１以上上昇したときに長孔７８ｄの上端に連結ピン７４ａが当接して開弁動作を行うように構成されている。
【００２７】
従って、第２の弁部７８の弁体７８ａは、気液分離室３６内の流体の液面が所定高さＨ２（第２の所定高さ）に達するまで、閉弁状態を保ち、液面が所定高さＨ２に達すると、フロート７２の高さ位置に応じた弁開度で気液分離室３６の底部に設けられた戻し孔６０を開とする。また、液面が低下する際の第２の弁部７８の弁体７８ａは、液面が所定高さＨ２以下に低下するまで、開弁状態を保ち、液面が所定高さＨ２以下に低下すると、気液分離室３６の底部に設けられた戻し孔６０を閉とする。
【００２８】
戻し孔６０の流路面積Ｓ２は、流路７８ｂの流路面積Ｓ１よりも大に設定されている。従って、第２の弁部７８の開弁時には、第１の弁部７６の開弁時よりも多量の液体がロータ室３２の吸込み側に供給される。
【００２９】
ここで、フロート弁７０の第１の弁部７６及び第２の弁部７８の開閉動作について説明する。
【００３０】
フロート弁７０は、気液分離室３６の液面高さに応じてフロート７２が昇降するのに伴って第１の弁部７６が開閉動作して流路７８ｂの流路面積を調整し、上記長孔７８ｄと連結ピン７４ａとの摺動動作による時間差で第２の弁部７８が開閉動作して戻し孔６０の流路面積を調整する。そして、フロート７２は、空気分離室３３から気液分離室３６へ供給される気体富化液の供給量と、戻し孔６０からポンプ４８のロータ室３２に戻される戻し量とが釣り合う所定の液面高さ位置で、浮いている。
【００３１】
このとき、大気開放孔６２から気体富化液が流出しないためには、気液分離室３６へ供給される気体富化液の供給量と戻し孔６０からポンプ４８のロータ室３２に戻される戻し量とには、以下の関係が成り立つ。
【００３２】
Ａ１＝Ａ２・・・（式１）
（Ａ１：気体富化液の供給量、Ａ２：戻し孔６０からロータ室３２への戻し量）
そして、Ａ１＞Ａ２になると、気体富化液の供給量Ａ１が戻し量Ａ２よりも増加するため、気液分離室３６の液面が上昇する。そして、気液分離室３６内が気体富化液を含む液体で充満すると、大気開放孔６２から気体富化液から流出することになる。
【００３３】
一方、フロート弁７０に作用する浮力Ｆ１と、第１の弁部７６及び第２の弁部７８の吸引力Ｆ２と間には、以下のような関係が成り立つ。
【００３４】
Ｆ１＝（Ｌ１／Ｌ２）×（ρＶ−Ｗ１）＋Ｗ２・・・（式２）
Ｆ２＝Ｓ１×Ｐｓ・・・（式３）
（Ｆ１：フロート７２の浮力、Ｆ２：ポンプ吸込み側からの吸引力、Ｌ１：軸７５からフロート浮力重心までの距離、Ｌ２：軸７５から弁部７６、７８までの距離、ρ：液体又は気体富化液の比重、Ｖ：フロート７２の液体又は泡に没している体積、Ｗ１：フロート７２の質量、Ｗ２：第１の弁部７６の質量、Ｓ１：第１の弁部７６の面積：Ｐｓ：ポンプ吸込み側の吸込み圧力）
ここで、フロート弁７０が閉弁時に吸い付かないためには、以下の関係が成り立つ必要がある。
【００３５】
Ｆ１＞Ｆ２・・・（式４）
したがって、第１の弁部７６の面積Ｓ１を大きくすると、（式４）の関係を成り立たせるためには、フロート７２の浮力を大きくするために、フロート７２の液体又は泡に没している体積Ｖや、軸７５からフロート浮力重心までの距離Ｌ１などを大きくする必要があり、ポンプ４８のケーシングが大きくなってしまう恐れがある。
【００３６】
また、上記（式１）〜（式４）の関係から、戻し孔６０の孔径Ｓ２を大きくすると、ロータ室３２への戻し量が増大してＡ１＜Ａ２となる。また、供給量Ａ１と戻し量Ａ２とのバランスをとるためには、空気分離室３３の小孔５６の孔径を大きくするなどして、気液分離室３６への供給量Ａ１を増大させる必要がある。
【００３７】
その場合、ベースとなる気体富化液の供給量Ａ１が増大するため、空気分離３３内に大量の空気が混入した液体が供給されてしまった場合には、気液分離室３６への気体富化液の流入量が増大するため、泡や気体富化液が大気開放孔６２から流出するおそれがある。
【００３８】
そこで、本発明では、フロート弁７０に流路面積の異なる２つの弁部７６、７８を設けることで、フロート７２の動作位置に応じて第１の弁部７６と第２の弁部７８とが段階的に開弁動作することにより、供給量Ａ１と戻し量Ａ２とのバランスを保ちつつ泡や気体富化液が大気開放孔６２から流出することが抑制される。
【００３９】
図３において、フロート７２が実線で示す水平位置から角度θ１（第１段の上限位置）の範囲にあるときは、第１の弁部７６が開弁位置に動作しており、第２の弁部７８の流路７８ｂが開放されている。気液分離室３６の液面が高さＨ１以下のときは、第１の弁部７６は開弁し、第２の弁部７８は閉弁している。そのため、気液分離室３６の底部の液体は、第２の弁部７８の流路面積の小さい流路７８ｂを通過してロータ室３２の吸込み側に戻される。
【００４０】
このときに、供給量Ａ１と戻し量Ａ２とがＡ１＞Ａ２であると、気液分離室３６の液面は徐々に上昇する。やがて、図４に示されるように、気液分離室３６の液面が高さＨ２以上（液面異常）に達すると、フロート７２が角度θ１から角度θ２の位置（第２段の上限位置）まで上昇すると共に、第２の弁部７８の長孔７８ｄの上端部に連結ピン７４ａが当接して第２の弁部７８を開弁動作させる。これにより、気液分離室３６の底部の液体は、第２の弁部７８の流路７８ｂ及び流路面積の大きい戻し孔６０を通過してロータ室３２の吸込み側に供給される。
【００４１】
そのため、供給量Ａ１と戻し量Ａ２とは、Ａ１＜Ａ２となるため、気液分離室３６の液面が高さＨ２以下に低下する。よって、液面上の泡や気体富化液が大気開放孔６２から流出することが抑制される。
【００４２】
また、液面の低下と共に、フロート７２が降下すると、図３に示すように、第２の弁部７８が閉弁位置に降下して、ロータ室３２への戻し量が制限される。そして、気液分離室３６の液面が高さＨ１からＨ２に達するまでは、第１の弁部７６が開弁位置に動作しており、気液分離室３６の底部の液体は、第２の弁部７８の流路７８ｂを通過してロータ室３２に戻される。
【００４３】
そして、気液分離室３６の液面が高さＨ２以上になると、第２の弁部７８も開弁動作して気液分離室３６の底部の液体は、第２の弁部７８の流路７８ｂ及び戻し孔６０を通過してロータ室３２の吸込み側に供給される。
【００４４】
このように、フロート７２の動作位置に応じて第１の弁部７６と第２の弁部７８とが段階的に開弁動作することにより、泡や気体富化液が大気開放孔６２から流出することが抑制される。
〔変形例について〕
図５はフロート弁の変形例の構成を示す図である。図５中、上記実施例と同一部分には、同一符合を付してその説明を省略する。
【００４５】
変形例のフロート弁７０Ａは、支持棒７４の軸７５から距離Ｌ２の位置に第１の弁部７６Ａが連結され、支持棒７４の軸７５から距離Ｌ３の位置に第２の弁部７８Ａが連結されている。
【００４６】
第１の弁部７６Ａは、弁軸７６ａの下端に弁体７６ｂが設けられ、弁軸７６ａの上端が支持棒７４の長手方向の中間位置に設けられた連結ピン７４ａ１に連結されている。
【００４７】
第１の弁部７６Ａは、フロート７２の昇降動作に連動して第１の戻し孔６０ａを開閉する。そして、第１の弁部７６Ａは、気液分離室３６の液面が高さＨ１以下のとき、第１の戻し孔６０ａを閉止し、気液分離室３６の液面が高さＨ１（第１の所定高さ）以上のときは、二点鎖線で示すようにフロート７２の上昇に応じた弁開度で第１の戻し孔６０ａを開とする。これにより、気液分離室３６の液体は、第１の戻し孔６０ａを通過してロータ室３２の吸込み側に供給される。
【００４８】
尚、フロート７２が下限位置にあるときは、液面高さが気液分離に必要な高さより低いので、第１の弁部７６は第１の戻し孔６０ａを閉止する。
【００４９】
第２の弁部７８Ａは、弁棒７８ｃの上端に上記連結ピン７４ａ２が嵌合する長孔７８ｄが設けられ、弁棒７８ｃの下端に弁体７８ａが結合されている。第２の弁部７８は、上下方向に延在する長孔７８ｄを有し、当該長孔７８ｄが連結ピン７４ａ２に摺動可能に嵌合しているため、二点鎖線で示すようにフロート７２が所定角度上昇したときに長孔７８ｄの上端部に連結ピン７４ａ２が当接して開弁動作を行うように構成されている。第２の弁部７８の開弁時には、第１の弁部７６Ａも開弁している。
【００５０】
従って、第２の弁部７８Ａの弁体７８ａは、液面が所定高さＨ２に達するまで、閉弁状態を保ち、液面が所定高さＨ２以上になると、気液分離室３６の底部に設けられた第２の戻し孔６０ｂを開とする。また、第２の弁部７８の弁体７８ａは、液面が所定高さＨ２以下に低下するまで、開弁状態を保ち、液面が所定高さＨ２以下に低下すると、気液分離室３６の底部に設けられた第２の戻し孔６０ｂを閉とする。
【００５１】
このように、変形例においても、フロート７２の動作位置に応じて第１の弁部７６Ａと第２の弁部７８Ａとが段階的に開弁動作することにより、泡や気体富化液が大気開放孔６２から流出することが抑制される。
【００５２】
また、変形例のフロート弁７０Ａは、液面が所定高さＨ１〜Ｈ２の間は（Ｈ２未満）、第１の戻し孔６０ａのみが開弁され、液面が所定高さＨ２以上になると、第１、第２の戻し孔６０ａ、６０ｂが両方とも開弁される。そのため、気液分離室３６は、液体第１、第２の戻し孔６０ａ、６０ｂの流路面積を合わせた大流量でロータ室３２の吸込み側へ供給される。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
尚、上記実施例では、ガソリンや軽油等の油液を供給する燃料供給装置を用いて説明したが、これに限らず、油液以外の液体燃料を供給する場合にも本発明を適用することができるのは勿論である。
【符号の説明】
【００５４】
１０ ポンプユニット
１２ 地下タンク
２０ 流量計
３０ ケーシング
３１ 流入室
３２ ロータ室
３３ 空気分離室
３４ 流出経路
３５ バイパス経路
３６ 気液分離室
３７ 流入口
４０ 流入側逆止弁
４４ ストレーナ
４６ 流路
４８ ベーン形ポンプ
５０ ロータ
５２ ベーン
５４ フィルタ
５６ 小孔
５８ パイプ
６０、６０ａ、６０ｂ 戻し孔
６２ 大気開放孔
６４ 流出側逆止弁
７０、７０Ａ フロート弁
７２ フロート
７４ 支持棒
７５ 軸
７６、７６Ａ 第１の弁部
７６ａ 弁軸
７６ｂ 弁体
７８、７８Ａ 第２の弁部
７８ａ 弁体
７８ｂ 流路
７８ｃ 弁棒
７８ｄ 長孔
８０ リリーフ弁
【技術分野】
【０００１】
本発明はポンプユニットに係り、特に気液分離室で分離された液体をポンプ吸込み側に供給するフロート弁を備えたポンプユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種、ポンプユニットとして、流入口および流出口を有するケーシングを備え、このケーシング内に、流入口から流体を吸込むポンプと、ポンプから吐出された流体を旋回させて液体と気体富化液（気体混入流体）とに分離する空気分離室と、空気分離室で分離された気体富化液から気体を分離する気液分離室と、空気分離室で気体富化液を除去された液体を濾過するフィルタ室とを設け、フィルタ室で濾過された液体をポンプの吸込口側に戻すように構成したものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、気液分離室には、気体が分離された液体と気泡を含む気体富化液とが貯留されており、液体の上部に溜る気体富化液の液面高さが所定高さに達したとき開弁するフロート弁が設けられている。フロート弁は、気液分離室の底部に設けられた弁部と、液面の高さ位置に応じて上下動作するフロートと、フロートの動作により弁部を開閉する弁体とを有する。フロートは、液面からの浮力を受けるため、液面高さ位置に応じて上下動するが、弁部が気液分離室の底部に設けられているので、弁体が弁部から離間して開弁すると、気液分離室の底部に溜った液体がポンプ吸込み側に供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２６４１４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記気液分離室において、気泡を含む気体富化液がフロート弁の開弁による流出量以上に流入された場合、気液分離室の上部に設けられた大気開放孔から気体富化液が流出されるおそれがあり、また気液分離室の液面に大量の泡が発生した場合には、フロート弁の開弁が泡発生量に対して遅れてしまい大気開放孔から泡が排出されることになる。
【０００６】
また、フロート弁の弁部の流路面積を大きくした場合、フロート弁の開弁によるポンプ吸込み側への供給量が増加するため、ポンプ吸込み側に液体が供給されると共に、気体富化液もポンプ吸込み側に供給されてしまうおそれがある。
【０００７】
そこで、本発明は上記事情に鑑み、上記課題を解決したポンプユニットの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は以下のような手段を有する。
（１）本発明は、流入口から流体を吸込むポンプと、
該ポンプから吐出された流体を液体と気体富化液とに分離するとともに、当該分離された液体を流出経路へ吐出させる空気分離室と、
前記空気分離室で分離された気体富化液から気体を分離する気液分離室と、
前記気液分離室内の気体富化液を含む液体の液面が所定高さに達すると開弁して前記気液分離室内の液体を前記ポンプへ戻すフロート弁と、
を備えたポンプユニットおいて、
前記フロート弁は、前記気液分離室の液面高さが第１の所定高さ以上の場合に開弁する流路面積の小さい第１の弁部と、前記気液分離室の液面高さが前記第１の所定高さよりも高い第２の所定高さ以上の場合に開弁する流路面積の大きい第２の弁部とを有することを特徴とする。
（２）本発明の前記第１の弁部は、前記第２の弁部と同軸上に配され、且つ前記第２の弁部の弁体に形成された流路を開閉するように配されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、気液分離室内の気体富化液を含む液体（流体）の液面高さが第１の所定高さ以上の場合に流路面積の小さい第１の弁部が開弁することで気液分離室内の流体がポンプ吸込み側に少量ずつ供給され、気液分離室内の流体の液面高さが前記第１の所定高さよりも高い第２の所定高さ以上の場合に流路面積の大きい第２の弁部が開弁するため、気液分離室内の流体がポンプ吸込み側に大量に供給されることになり、気液分離室内が流体で充満して気液分離室の大気開放孔から流体が外部へ流出することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明によるポンプユニットの一実施例を模式的に示す概略構成図である。
【図２】本ポンプユニットにおける液体の流れを順に示す図である。
【図３】フロート弁の構成を示す図である。
【図４】フロート弁の開弁動作を示す図である。
【図５】フロート弁の変形例の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
〔ポンプユニットの構成〕
図１は本発明によるポンプユニットの一実施例を模式的に示す概略構成図である。図２は本ポンプユニットにおける液体の流れを順に示す図である。
【００１２】
図１及び図２に示されるように、ポンプユニット１０は、例えば、ガソリンや軽油などの液体燃料（以下「液体」という）を供給する燃料供給装置に搭載され、地下タンク１２に貯蔵された燃料を汲み上げると共に、液体に含まれる気泡を分離させて流量計２０へ送液するように設けられている。尚、流量計２０で計測された液体燃料は、燃料供給装置のホース、ノズルを介して車両の燃料タンクに供給される。
【００１３】
ポンプユニット１０は、ケーシング３０の内部に流入室３１、ロータ室３２、空気分離室３３、流出経路３４、バイパス経路３５、気液分離室３６が形成されている。流入室３１は、ケーシング３０の底部に開口する流入口３７に連通され、流入側逆止弁４０が設けられている。
【００１４】
流入側逆止弁４０は、コイルバネ４２により閉弁方向に付勢されており、ポンプ吸引力により開弁する。また、流入側逆止弁４０には、筒状のストレーナ４４が設けられ、液中の異物を除去する。
【００１５】
流入側逆止弁４０の開弁により、流入口３７から流入された液体は、流路４６を通過してロータ室３２に至る。ロータ室３２には、ベーン形ポンプ（回転式ポンプ）４８が設けられている。ベーン形ポンプ４８は、モータの回転駆動力を伝達されて回転するロータ５０を有し、ロータ５０の各ベーン５２とロータ室３２との間に流入した液体を空気分離室３３へ送出する。
【００１６】
空気分離室３３は、テーパ状のサイクロンからなり、底部がフィルタ５４に連通され、上部には気体を含んだ気体富化液を回収するための小孔５６が設けられている。小孔５６は、バイパス経路３５及びパイプ５８を介して気液分離室３６に連通されている。
【００１７】
気液分離室３６は、底部に液体をポンプ４８のロータ室３２に戻す戻し孔６０が設けられ、天井に大気開放孔６２が設けられている。また、気液分離室３６には、戻し孔６０を開閉するフロート弁７０が設けられている。
【００１８】
フロート弁７０は、後述するように気液分離室３６内の気体富化液を含む液体（流体）の液面高さが第１の所定高さ以上の場合に開弁する小口径の第１の弁部と、気液分離室３６内の流体の液面高さが第１の所定高さよりも高い第２の所定高さ以上の場合に開弁する大口径の第２の弁部とを有する。
【００１９】
気液分離室３６において、流体に含まれる気泡（気体）は上部空間に浮上し、大気開放孔６２から大気中に放出される。また、気泡が分離された液体は、液面高さが所定高さに達したときフロート弁７０の開弁により戻し孔６０を通過してポンプ４８のロータ室３２に戻される。
【００２０】
また、空気分離室３３において、気体富化液が分離された液体は、フィルタ５４により濾過された後に流出経路３４を通過して流量計２０に供給される。尚、流出経路３４に設けられた流出側逆止弁６４は、ポンプ４８によって送出された液体の圧力により開弁する。
【００２１】
また、フィルタ５４により濾過された液体の一部は、リリーフ弁８０の開弁によりポンプ４８のロータ室３２に戻される。リリーフ弁８０は、コイルバネ８２のばね力により閉弁方向に付勢されており、流出経路３４の吐出圧力と、コイルバネ８２のばね力にロータ室３２の吸込み圧力を加えた合力との差に応じて開閉するように設けられ、流出経路３４の吐出圧力が増加又はロータ室３２の吸込み圧力が低下した際に開弁する。
〔フロート弁７０の構成〕
ここで、フロート弁７０の構成について説明する。
【００２２】
図３はフロート弁７０の構成を示す図である。図３に示されるように、フロート弁７０は、気液分離室３６内の気体富化液を含む液体（流体）の液面高さに応じて上下動するフロート７２と、フロート７２を支持する支持棒７４と、支持棒７４に連結された第１の弁部７６、第２の弁部７８とを有する。
【００２３】
フロート７２は、流体の液面からの浮力を受けるように中空構造になっている。支持棒７４は、一端が軸７５により上下方向に回動可能に支持され、他端がフロート７２に結合されている。
【００２４】
第１の弁部７６は、弁軸７６ａの下端に弁体７６ｂが設けられ、弁軸７６ａの上端が支持棒７４の長手方向の中間位置（軸７５から距離Ｌ２）に設けられた連結ピン７４ａに連結されている。そのため、第１の弁部７６は、フロート７２の昇降動作により、開弁又は閉弁方向に動作する。また、第１の弁部７６は、第２の弁部７８の弁体７８ａを貫通する流路７８ｂを開閉する。第１の弁部７６と第２の弁部７８とは、同軸上に設けられ、コンパクトに配置されている。
【００２５】
第１の弁部７６は、フロート７２の昇降動作に連動して流路７８ｂを開閉する。そして、気液分離室３６内の流体の液面が高さＨ１（第１の所定高さ）以上のとき、フロート７２の上昇位置に応じた弁開度で流路７８ｂを開放する。気液分離室３６内の流体の液面が高さＨ２以上のときは、流路７８ｂを全開とする。尚、フロート７２が下限位置にあるときは、第１の弁部７６は流路７８ｂを閉止する。
【００２６】
第２の弁部７８は、弁棒７８ｃの上端に上記連結ピン７４ａが嵌合する長孔７８ｄが設けられ、弁棒７８ｃの下端に弁体７８ａが結合されている。第２の弁部７８は、上下方向に延在する長孔７８ｄが連結ピン７４ａに摺動可能に嵌合しているため、フロート７２が所定角度θ１以上上昇したときに長孔７８ｄの上端に連結ピン７４ａが当接して開弁動作を行うように構成されている。
【００２７】
従って、第２の弁部７８の弁体７８ａは、気液分離室３６内の流体の液面が所定高さＨ２（第２の所定高さ）に達するまで、閉弁状態を保ち、液面が所定高さＨ２に達すると、フロート７２の高さ位置に応じた弁開度で気液分離室３６の底部に設けられた戻し孔６０を開とする。また、液面が低下する際の第２の弁部７８の弁体７８ａは、液面が所定高さＨ２以下に低下するまで、開弁状態を保ち、液面が所定高さＨ２以下に低下すると、気液分離室３６の底部に設けられた戻し孔６０を閉とする。
【００２８】
戻し孔６０の流路面積Ｓ２は、流路７８ｂの流路面積Ｓ１よりも大に設定されている。従って、第２の弁部７８の開弁時には、第１の弁部７６の開弁時よりも多量の液体がロータ室３２の吸込み側に供給される。
【００２９】
ここで、フロート弁７０の第１の弁部７６及び第２の弁部７８の開閉動作について説明する。
【００３０】
フロート弁７０は、気液分離室３６の液面高さに応じてフロート７２が昇降するのに伴って第１の弁部７６が開閉動作して流路７８ｂの流路面積を調整し、上記長孔７８ｄと連結ピン７４ａとの摺動動作による時間差で第２の弁部７８が開閉動作して戻し孔６０の流路面積を調整する。そして、フロート７２は、空気分離室３３から気液分離室３６へ供給される気体富化液の供給量と、戻し孔６０からポンプ４８のロータ室３２に戻される戻し量とが釣り合う所定の液面高さ位置で、浮いている。
【００３１】
このとき、大気開放孔６２から気体富化液が流出しないためには、気液分離室３６へ供給される気体富化液の供給量と戻し孔６０からポンプ４８のロータ室３２に戻される戻し量とには、以下の関係が成り立つ。
【００３２】
Ａ１＝Ａ２・・・（式１）
（Ａ１：気体富化液の供給量、Ａ２：戻し孔６０からロータ室３２への戻し量）
そして、Ａ１＞Ａ２になると、気体富化液の供給量Ａ１が戻し量Ａ２よりも増加するため、気液分離室３６の液面が上昇する。そして、気液分離室３６内が気体富化液を含む液体で充満すると、大気開放孔６２から気体富化液から流出することになる。
【００３３】
一方、フロート弁７０に作用する浮力Ｆ１と、第１の弁部７６及び第２の弁部７８の吸引力Ｆ２と間には、以下のような関係が成り立つ。
【００３４】
Ｆ１＝（Ｌ１／Ｌ２）×（ρＶ−Ｗ１）＋Ｗ２・・・（式２）
Ｆ２＝Ｓ１×Ｐｓ・・・（式３）
（Ｆ１：フロート７２の浮力、Ｆ２：ポンプ吸込み側からの吸引力、Ｌ１：軸７５からフロート浮力重心までの距離、Ｌ２：軸７５から弁部７６、７８までの距離、ρ：液体又は気体富化液の比重、Ｖ：フロート７２の液体又は泡に没している体積、Ｗ１：フロート７２の質量、Ｗ２：第１の弁部７６の質量、Ｓ１：第１の弁部７６の面積：Ｐｓ：ポンプ吸込み側の吸込み圧力）
ここで、フロート弁７０が閉弁時に吸い付かないためには、以下の関係が成り立つ必要がある。
【００３５】
Ｆ１＞Ｆ２・・・（式４）
したがって、第１の弁部７６の面積Ｓ１を大きくすると、（式４）の関係を成り立たせるためには、フロート７２の浮力を大きくするために、フロート７２の液体又は泡に没している体積Ｖや、軸７５からフロート浮力重心までの距離Ｌ１などを大きくする必要があり、ポンプ４８のケーシングが大きくなってしまう恐れがある。
【００３６】
また、上記（式１）〜（式４）の関係から、戻し孔６０の孔径Ｓ２を大きくすると、ロータ室３２への戻し量が増大してＡ１＜Ａ２となる。また、供給量Ａ１と戻し量Ａ２とのバランスをとるためには、空気分離室３３の小孔５６の孔径を大きくするなどして、気液分離室３６への供給量Ａ１を増大させる必要がある。
【００３７】
その場合、ベースとなる気体富化液の供給量Ａ１が増大するため、空気分離３３内に大量の空気が混入した液体が供給されてしまった場合には、気液分離室３６への気体富化液の流入量が増大するため、泡や気体富化液が大気開放孔６２から流出するおそれがある。
【００３８】
そこで、本発明では、フロート弁７０に流路面積の異なる２つの弁部７６、７８を設けることで、フロート７２の動作位置に応じて第１の弁部７６と第２の弁部７８とが段階的に開弁動作することにより、供給量Ａ１と戻し量Ａ２とのバランスを保ちつつ泡や気体富化液が大気開放孔６２から流出することが抑制される。
【００３９】
図３において、フロート７２が実線で示す水平位置から角度θ１（第１段の上限位置）の範囲にあるときは、第１の弁部７６が開弁位置に動作しており、第２の弁部７８の流路７８ｂが開放されている。気液分離室３６の液面が高さＨ１以下のときは、第１の弁部７６は開弁し、第２の弁部７８は閉弁している。そのため、気液分離室３６の底部の液体は、第２の弁部７８の流路面積の小さい流路７８ｂを通過してロータ室３２の吸込み側に戻される。
【００４０】
このときに、供給量Ａ１と戻し量Ａ２とがＡ１＞Ａ２であると、気液分離室３６の液面は徐々に上昇する。やがて、図４に示されるように、気液分離室３６の液面が高さＨ２以上（液面異常）に達すると、フロート７２が角度θ１から角度θ２の位置（第２段の上限位置）まで上昇すると共に、第２の弁部７８の長孔７８ｄの上端部に連結ピン７４ａが当接して第２の弁部７８を開弁動作させる。これにより、気液分離室３６の底部の液体は、第２の弁部７８の流路７８ｂ及び流路面積の大きい戻し孔６０を通過してロータ室３２の吸込み側に供給される。
【００４１】
そのため、供給量Ａ１と戻し量Ａ２とは、Ａ１＜Ａ２となるため、気液分離室３６の液面が高さＨ２以下に低下する。よって、液面上の泡や気体富化液が大気開放孔６２から流出することが抑制される。
【００４２】
また、液面の低下と共に、フロート７２が降下すると、図３に示すように、第２の弁部７８が閉弁位置に降下して、ロータ室３２への戻し量が制限される。そして、気液分離室３６の液面が高さＨ１からＨ２に達するまでは、第１の弁部７６が開弁位置に動作しており、気液分離室３６の底部の液体は、第２の弁部７８の流路７８ｂを通過してロータ室３２に戻される。
【００４３】
そして、気液分離室３６の液面が高さＨ２以上になると、第２の弁部７８も開弁動作して気液分離室３６の底部の液体は、第２の弁部７８の流路７８ｂ及び戻し孔６０を通過してロータ室３２の吸込み側に供給される。
【００４４】
このように、フロート７２の動作位置に応じて第１の弁部７６と第２の弁部７８とが段階的に開弁動作することにより、泡や気体富化液が大気開放孔６２から流出することが抑制される。
〔変形例について〕
図５はフロート弁の変形例の構成を示す図である。図５中、上記実施例と同一部分には、同一符合を付してその説明を省略する。
【００４５】
変形例のフロート弁７０Ａは、支持棒７４の軸７５から距離Ｌ２の位置に第１の弁部７６Ａが連結され、支持棒７４の軸７５から距離Ｌ３の位置に第２の弁部７８Ａが連結されている。
【００４６】
第１の弁部７６Ａは、弁軸７６ａの下端に弁体７６ｂが設けられ、弁軸７６ａの上端が支持棒７４の長手方向の中間位置に設けられた連結ピン７４ａ１に連結されている。
【００４７】
第１の弁部７６Ａは、フロート７２の昇降動作に連動して第１の戻し孔６０ａを開閉する。そして、第１の弁部７６Ａは、気液分離室３６の液面が高さＨ１以下のとき、第１の戻し孔６０ａを閉止し、気液分離室３６の液面が高さＨ１（第１の所定高さ）以上のときは、二点鎖線で示すようにフロート７２の上昇に応じた弁開度で第１の戻し孔６０ａを開とする。これにより、気液分離室３６の液体は、第１の戻し孔６０ａを通過してロータ室３２の吸込み側に供給される。
【００４８】
尚、フロート７２が下限位置にあるときは、液面高さが気液分離に必要な高さより低いので、第１の弁部７６は第１の戻し孔６０ａを閉止する。
【００４９】
第２の弁部７８Ａは、弁棒７８ｃの上端に上記連結ピン７４ａ２が嵌合する長孔７８ｄが設けられ、弁棒７８ｃの下端に弁体７８ａが結合されている。第２の弁部７８は、上下方向に延在する長孔７８ｄを有し、当該長孔７８ｄが連結ピン７４ａ２に摺動可能に嵌合しているため、二点鎖線で示すようにフロート７２が所定角度上昇したときに長孔７８ｄの上端部に連結ピン７４ａ２が当接して開弁動作を行うように構成されている。第２の弁部７８の開弁時には、第１の弁部７６Ａも開弁している。
【００５０】
従って、第２の弁部７８Ａの弁体７８ａは、液面が所定高さＨ２に達するまで、閉弁状態を保ち、液面が所定高さＨ２以上になると、気液分離室３６の底部に設けられた第２の戻し孔６０ｂを開とする。また、第２の弁部７８の弁体７８ａは、液面が所定高さＨ２以下に低下するまで、開弁状態を保ち、液面が所定高さＨ２以下に低下すると、気液分離室３６の底部に設けられた第２の戻し孔６０ｂを閉とする。
【００５１】
このように、変形例においても、フロート７２の動作位置に応じて第１の弁部７６Ａと第２の弁部７８Ａとが段階的に開弁動作することにより、泡や気体富化液が大気開放孔６２から流出することが抑制される。
【００５２】
また、変形例のフロート弁７０Ａは、液面が所定高さＨ１〜Ｈ２の間は（Ｈ２未満）、第１の戻し孔６０ａのみが開弁され、液面が所定高さＨ２以上になると、第１、第２の戻し孔６０ａ、６０ｂが両方とも開弁される。そのため、気液分離室３６は、液体第１、第２の戻し孔６０ａ、６０ｂの流路面積を合わせた大流量でロータ室３２の吸込み側へ供給される。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
尚、上記実施例では、ガソリンや軽油等の油液を供給する燃料供給装置を用いて説明したが、これに限らず、油液以外の液体燃料を供給する場合にも本発明を適用することができるのは勿論である。
【符号の説明】
【００５４】
１０ ポンプユニット
１２ 地下タンク
２０ 流量計
３０ ケーシング
３１ 流入室
３２ ロータ室
３３ 空気分離室
３４ 流出経路
３５ バイパス経路
３６ 気液分離室
３７ 流入口
４０ 流入側逆止弁
４４ ストレーナ
４６ 流路
４８ ベーン形ポンプ
５０ ロータ
５２ ベーン
５４ フィルタ
５６ 小孔
５８ パイプ
６０、６０ａ、６０ｂ 戻し孔
６２ 大気開放孔
６４ 流出側逆止弁
７０、７０Ａ フロート弁
７２ フロート
７４ 支持棒
７５ 軸
７６、７６Ａ 第１の弁部
７６ａ 弁軸
７６ｂ 弁体
７８、７８Ａ 第２の弁部
７８ａ 弁体
７８ｂ 流路
７８ｃ 弁棒
７８ｄ 長孔
８０ リリーフ弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入口から流体を吸込むポンプと、
該ポンプから吐出された流体を液体と気体富化液とに分離するとともに、当該分離された液体を流出経路へ吐出させる空気分離室と、
前記空気分離室で分離された気体富化液から気体を分離する気液分離室と、
前記気液分離室内の気体富化液を含む液体の液面が所定高さに達すると開弁して前記気液分離室内の液体を前記ポンプへ戻すフロート弁と、
を備えたポンプユニットおいて、
前記フロート弁は、前記気液分離室の液面高さが第１の所定高さ以上の場合に開弁する流路面積の小さい第１の弁部と、前記気液分離室の液面高さが前記第１の所定高さよりも高い第２の所定高さ以上の場合に開弁する流路面積の大きい第２の弁部とを有することを特徴とするポンプユニット。
【請求項２】
前記第１の弁部は、前記第２の弁部と同軸上に配され、且つ前記第２の弁部の弁体に形成された流路を開閉するように配されたことを特徴とする請求項１に記載のポンプユニット。
【請求項１】
流入口から流体を吸込むポンプと、
該ポンプから吐出された流体を液体と気体富化液とに分離するとともに、当該分離された液体を流出経路へ吐出させる空気分離室と、
前記空気分離室で分離された気体富化液から気体を分離する気液分離室と、
前記気液分離室内の気体富化液を含む液体の液面が所定高さに達すると開弁して前記気液分離室内の液体を前記ポンプへ戻すフロート弁と、
を備えたポンプユニットおいて、
前記フロート弁は、前記気液分離室の液面高さが第１の所定高さ以上の場合に開弁する流路面積の小さい第１の弁部と、前記気液分離室の液面高さが前記第１の所定高さよりも高い第２の所定高さ以上の場合に開弁する流路面積の大きい第２の弁部とを有することを特徴とするポンプユニット。
【請求項２】
前記第１の弁部は、前記第２の弁部と同軸上に配され、且つ前記第２の弁部の弁体に形成された流路を開閉するように配されたことを特徴とする請求項１に記載のポンプユニット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１４５０８０（Ｐ２０１２−１４５０８０Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６０６２（Ｐ２０１１−６０６２）
【出願日】平成２３年１月１４日（２０１１．１．１４）
【出願人】（０００１１００９９）トキコテクノ株式会社 (264)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１４日（２０１１．１．１４）
【出願人】（０００１１００９９）トキコテクノ株式会社 (264)
【Ｆターム（参考）】
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