説明

ポンプ装置

【課題】適正な封水を得るためのエア抜き作業を省略できるとともに、ポンプ装置の性能および耐用性を高めることができるポンプ装置を提供する。
【解決手段】ポンプ装置1は、真空ポンプ10によって、セパレートタンク3内に負圧を発生させ、この負圧によって水をセパレートタンク3内に吸引し、汲み上げる。冷却水槽4内の循環水は、給水管21を介して真空ポンプ10に供給され、封水として用いられた後、排水管23を介して冷却水槽4に戻される。真空ポンプ10の取水口13は給水口Hよりも低い位置に配置されているため、冷却水槽4内の循環水が給水管21に流出し、給水管21および給水ホース22は、空気が混入しないとともに、モータ2の動力が、真空ポンプ10への循環水の供給のためにはまったく消費されないことで、ポンプ装置1の性能が向上する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、水を負圧によって汲み上げ、送出するポンプ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来のこの種のポンプ装置として、例えば特許文献1に開示されたものが知られている。このポンプ装置は、地下水を汲み上げるためのものであり、モータと、モータで駆動される水封式の真空ポンプと、セパレートタンクおよび水槽と、渦巻きポンプなどで構成されている。このポンプ装置では、モータで真空ポンプを駆動することによって、セパレートタンク内に負圧を発生させ、この負圧によって地下水をセパレートタンク内に吸引し、汲み上げる。そして、汲み上げられた地下水は、渦巻ポンプによって水槽に送出される。また、水槽の下端部の給水口と真空ポンプの取水口の間には給水管が接続されており、この真空ポンプの取水口は水槽の給水口よりも高い位置に位置している。水槽内の地下水は、給水管を介して真空ポンプに供給され、真空ポンプの封水として用いられた後、真空ポンプから排水管を介して水槽に戻される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2004−183566号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記のような水封式の真空ポンプにおいて、その適切な作動を確保するためには、水が連続して供給されることで、封水が適正に形成されることが必要である。封水が適正に形成されないと、セパレートタンク内に負圧を発生させることも、水槽の水を吸い上げることもできないとともに、真空ポンプが無負荷の状態で駆動されることで、モータの過熱などの異常が発生するおそれがある。
【0005】
これに対し、上述した従来のポンプ装置では、真空ポンプの取水口が水槽の給水口よりも高い位置にあるため、例えば、水槽の水位が、給水口よりも高い場合でも、真空ポンプの取水口よりも低いときには、給水管の取水口よりも下側の部分に空気が溜まった状態になる。このため、真空ポンプ内に封水が適正に形成されるよう、ポンプ装置の運転を開始する前に、水槽内に水を追加するなどして、給水管内の空気を抜くエア抜き作業が必要になり、このエア抜き作業を怠った場合には、上述した不具合が発生してしまう。また、ポンプ装置が正常に運転されている状態において、モータの動力の一部が、水槽内の水をより上側に位置する真空ポンプに重力に抗して汲み上げるために消費されるので、この動力の損失の分、ポンプ装置の性能が低下する。
【0006】
また、汲み上げられた地下水がそのまま真空ポンプの封水として用いられるので、地下水に含まれる砂などの異物によって真空ポンプの摩耗や破損が生じやすく、それにより、ポンプ装置の性能や耐用性が低下するおそれがある。
【0007】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、適正な封水を得るためのエア抜き作業を省略できるとともに、ポンプ装置の性能および耐用性を高めることができるポンプ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記の目的を達成するために、請求項1に係る発明は、水を負圧によって汲み上げ、送出するポンプ装置であって、第1タンクと、モータと、モータで駆動され、第1タンク内に負圧を発生させることによって、第1タンク内に水を汲み上げる水封式の真空ポンプと、第1タンク内に設けられ、第1タンク内に汲み上げられた汲上げ水を第1タンク外に送出する送出ポンプと、第1タンクとは別個に設けられ、真空ポンプの封水として用いられる循環水を蓄えるための第2タンクと、一端が第2タンクに接続され、他端が第2タンクとの接続部よりも低い位置で真空ポンプに接続され、第2タンク内の循環水を真空ポンプに供給するための給水通路と、真空ポンプから吐出された循環水を第2タンクに戻すための排水通路と、を備えることを特徴とする。
【0009】
このポンプ装置によれば、モータで真空ポンプを駆動することによって、第1タンク内に負圧を発生させ、この負圧によって水を第1タンク内に吸引し、汲み上げる。そして、第1タンク内に汲み上げられた汲上げ水は、送出ポンプによって第1タンク外に送出される。一方、第2タンクに蓄えられた循環水は、給水通路を介して真空ポンプに供給され、真空ポンプの封水として用いられた後、真空ポンプから排水通路を介して第2タンクに戻される。このように、循環水は、第2タンク、給水通路、真空ポンプおよび排水通路で構成される回路を循環する。
【0010】
また、給水通路と真空ポンプとの接続部(真空ポンプの取水口)が給水通路と第2タンクとの接続部(第2タンクの給水口)よりも低い位置に位置するため、第2タンクの水位を給水口よりも高くするだけで、第2タンク内の循環水が給水通路に流出し、給水通路は、空気が混入しない状態で、循環水で満たされる。したがって、従来のポンプ装置では必要であった、ポンプ装置の運転の開始前における給水通路からのエア抜き作業を省略できる。また、循環水が重力によって給水口から取水口へ流れるので、モータの動力は、真空ポンプへの循環水の供給のためにはまったく消費されず、第1タンク内の負圧の発生にもっぱら用いられる。したがって、ポンプ装置の性能を向上させることができる。
【0011】
また、第2タンクが第1タンクとは別個に設けられているので、第2タンクが第1タンク内に設けられる場合と異なり、第2タンクの大きさを、第1タンクの大きさに制限されることなく決定でき、それにより、第2タンクの大型化が可能になる。第2タンクが大型化すると、内部により多くの循環水を蓄えることができるため、循環水の温度が上昇しにくくなる。そして、循環水の温度が低いほど、真空ポンプ内の空気の密度がより高くなるので、第1タンク内の負圧がより大きくなり、その結果、ポンプ装置の性能を向上させることができる。さらに、第2タンクの大型化に伴い、循環水の量が多くなるとともに、循環水の温度がより低い温度に維持されることで、循環水が蒸発しにくくなる。このため、蒸発によって循環水が減少するのに応じて必要とされる、第2タンクへの循環水の補給の頻度を低くすることができ、作業効率の向上を図れるとともに、循環水が不足し、封水が適正に形成されないことに起因するモータの過熱などの異常を防止することができる。
【0012】
また、循環水を蓄える第2タンクと汲上げ水を蓄える第1タンクが互いに別個に設けられるとともに、循環水が第2タンクを含む前述した回路を循環するので、循環水と汲上げ水は互いに分離されている。このため、汲上げ水に異物が混入している場合でも、その異物は真空ポンプに到達せず、したがって、汲上げ水中の異物に起因する真空ポンプの摩耗および破損を防止でき、ポンプ装置の性能および耐用性を高めることができる。
【0013】
請求項2に係る発明は、請求項1に記載のポンプ装置において、モータは、真空ポンプの上方に配置されていることを特徴とする。
【0014】
真空ポンプの取水口は、第2タンクの給水口よりも低い位置に位置しており、また、給水口から循環水が流出するためには、第2タンク内の水位が給水口よりも高いことが必要である。本発明によれば、真空ポンプがモータの下方に配置されているので、真空ポンプをより低い位置に配置することが可能になり、それに応じて、第2タンクの給水口をより低い位置に配置することが可能になる。したがって、第2タンク内の循環水の水位が比較的低い状態でも、真空ポンプに循環水を供給でき、真空ポンプの運転を支障なく行えるとともに、第2タンクへの循環水の補給の頻度をさらに低くすることができる。
【0015】
また、モータが真空ポンプの上方に配置されているので、真空ポンプから循環水が漏れた場合でも、モータの電装部品は濡れず、水濡れに起因するモータの故障を防止することができる。また、モータの防水処理を省略することも可能であり、それにより、コストダウンを図ることができる。さらに、真空ポンプとモータが上下方向に並んで配置されているので、それらを設置するのに必要な平面的なスペースを削減でき、ポンプ装置のコンパクト化を図ることができる。
【0016】
請求項3に係る発明は、請求項1または2に記載のポンプ装置において、給水通路は、第1タンク内に通されるとともに、第1タンクの内壁に沿って延びていることを特徴とする。
【0017】
この構成によれば、給水通路が第1タンク内に通されているので、第2タンクから流出し、給水通路内を流れる循環水は、第1タンクを通る際に、第1タンク内の汲上げ水で冷却された後、真空ポンプに供給される。したがって、真空ポンプで封水として実際に用いられる循環水をより低温に維持でき、それにより、ポンプ装置の性能をさらに向上させることができる。さらに、給水通路が第1タンクの内壁に沿って延びているので、第1タンク内における給水通路の長さおよび表面積が十分に確保されることで、循環水の冷却度合を高めることができ、ポンプ装置の性能をさらに向上させることができる。
【0018】
請求項4に係る発明は、請求項3に記載のポンプ装置において、給水通路は、第1タンクの底面付近に配置されていることを特徴とする。
【0019】
この構成によれば、給水通路が第1タンクの底面付近に配置されている。このため、第1タンク内の汲上げ水量が少なく、水位が低い状態でも、給水通路が汲上げ水中に存在することで、循環水を確実に冷却することができる。また、第1タンク内で汲上げ水が対流することにより、汲上げ水の温度は通常、第1タンクの底面付近で最も低い。したがって、給水通路を第1タンクの底面付近に配置することによって、循環水の冷却度合をさらに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本発明の実施形態によるポンプ装置を示す図である。
【図2】真空ポンプの内部の構成を示す片側断面図である。
【図3】セパレートタンク内における給水管のレイアウトを示す図である。
【図4】ウエルポイント工法におけるポンプ装置の使用例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図1に示す実施形態のポンプ装置1は、例えば、ウエルポイント工法において地盤から地下水を汲み上げるためのものであり、ベース6上に、真空ポンプ10、セパレートタンク3、冷却水槽4、これらを接続する管・ホース類、および制御盤5などを一体に組み立てたプラントポンプとして構成されている。なお、同図では、セパレートタンク3および冷却水槽4は断面図になっている。
【0022】
真空ポンプ10は、ベース6の一端側に載置され、設置されている。真空ポンプ10は、モータ2で駆動される水封式のものであり、図2に示すように、ケーシング11と、複数の羽根12bを有する羽根車12などで構成されている。ケーシング11の下端部には取水口13が形成され、上端部には吸気管14および排気管15が設けられている。羽根車12の軸12aは、ケーシング11に対して上側に偏心した位置に配置されており、同図の奥行き方向に水平に延び、ケーシング11に回転自在に取り付けられている。
【0023】
また、ベース6には、真空ポンプ10を取り囲むように、モータ設置台2aが立設されている。モータ2は、このモータ設置台2aに載置されており、真空ポンプ10の真上に配置されている。モータ2の回転軸は、タイミングベルト(いずれも図示せず)を介して、真空ポンプ10の軸12aに連結されており、モータ2の回転に従って、軸12aは同図の時計方向に回転する。
【0024】
取水口13からケーシング11内に供給された水は、羽根車12の回転に伴い、遠心力によって、ケーシング11の周壁側に寄せられ、周壁に沿ってリング状の封水を形成する(同図の破線の外側の部分)。また、羽根車12がケーシング11に対して偏心しているので、羽根車12の隣接する各2つの羽根12b、12bと封水で囲まれた空間S(同図のハッチング部分)の体積は、羽根車12の回転に伴って変化する。
【0025】
具体的には、空間Sの体積は、空間Sが軸12aの真上に位置するときに最小になり、真下に位置するときに最大になる。また、空間Sが軸12aの真上の位置から真下の位置に向かって回転するときには、空間Sの体積が増加し、その体積の増加量に応じた空気が吸気管14から吸引される。逆に、空間Sが軸12aの真下の位置から真上の位置に向かって回転するときには、空間Sの体積が減少し、その体積の減少量に応じた空気が、水とともに排気管15から吐出される。
【0026】
また、真空ポンプ10の運転中に発生した熱は、真空ポンプ10の内部を連続的に流れる水によって持ち去られ、それにより、真空ポンプ10が冷却される。なお、真空ポンプ10から吐出される水の温度は、冬場には60〜70℃に、夏場には70〜80℃になる。以上のように、真空ポンプ10に供給される水は、封水を形成する役割と、真空ポンプ10を冷却する役割を有する。
【0027】
ベース6には、真空ポンプ10に隣接して、タンク本体Tが載置されている。タンク本体Tの内部は、上下方向に延びる仕切り壁Wによって水密に仕切られている。この仕切り壁Wにより、真空ポンプ10側に前記冷却水槽4が形成され、真空ポンプ10と反対側に前記セパレートタンク3が形成されている。冷却水槽4の容量は例えば180リットル、セパレートタンク3の容量は冷却水槽4よりも大きく、例えば500リットルである。タンク本体Tの上部には、セパレートタンク3および冷却水槽4を気密状態で覆う共通の蓋板9が設けられている。
【0028】
セパレートタンク3は、汲み上げた地下水を一時的に蓄えるためのものである。セパレートタンク3の蓋板9には接続口9aが形成されており、この接続口9aと真空ポンプ10の吸気管14に吸気ホース24が接続されている。また、セパレートタンク3の側壁の下部には吸込口3aが形成されている。この吸込口3aには汲上げホース35の一端部が接続され、汲上げホース35の他端部は地盤中に連通するように接続される。
【0029】
以上の構成により、真空ポンプ10が運転されると、セパレートタンク3内の空気が、真空ポンプ10により吸気ホース24を介して吸引されることによって、セパレートタンク3内に負圧が発生し、この負圧によって、地下水が汲上げホース35および吸込口3aを介して、セパレートタンク3に汲み上げられる。
【0030】
また、セパレートタンク3内には、水中ポンプ7が設けられている。水中ポンプ7の下端部には吸込口7aが設けられており、上端部には吐出口7bが設けられている。この吐出口7bには排水管25の一端部が接続されている。排水管25は蓋板9を貫通してセパレートタンク3の外部に延び、チャッキバルブ8を介して、ポンプ装置1とは別個のノッチタンク(図示せず)まで延びている。この構成により、セパレートタンク3内に汲み上げられた汲上げ水は、水中ポンプ7の吸込口7aから吸い込まれ、排水管25を通って、ノッチタンクに送出される。この汲上げ水の逆流は、チャッキバルブ8によって防止される。
【0031】
冷却水槽4は、真空ポンプ10に供給する水を蓄えるとともに、真空ポンプ10から吐出された高温の水を受け入れるものである。前述したように、セパレートタンク3と冷却水槽4は、仕切り壁Wを介して隣り合っているので、冷却水槽4内の水は、仕切り壁Wを介して、セパレートタンク3内の汲上げ水によって冷却される。仕切り壁Wの左右方向の端部の下部には、給水口Hが形成されており、給水口Hに給水管21の一端部が接続されている。この給水管21は、例えばステンレス製であり、図2および図3に示すように、セパレートタンク3内に次のように配置されている。なお、図3では水中ポンプ7は省略されている。
【0032】
給水管21は、給水口Hからセパレートタンク3の内方に水平に若干、延びた後、セパレートタンク3の底面付近まで立ち下がり、セパレートタンク3の側壁に沿ってU字状に延び、仕切り壁Wの付近に戻る。給水管21はさらに、給水口Hと同じ高さまで立ち上がり、仕切り壁Wおよびそれに対向する冷却水槽4の壁を貫通して延びている。給水管21のこの端部には、給水ホース22の一端部が接続されており、その他端部は、真空ポンプ10の取水口13に接続されている。
【0033】
以上のように、給水口Hは、給水管21および給水ホース22によって真空ポンプ10の取水口13に接続されている。また、給水口Hは、取水口13よりも高い位置に配置されている。したがって、冷却水槽4内の水は、重力により、給水管21および給水ホース22を介して取水口13に流入し、真空ポンプ10に供給される。
【0034】
一方、冷却水槽4の蓋板9には接続口9bが形成されており、この接続口9bと真空ポンプ10の排気管15に排気ホース23が接続されている。この排気ホース23を介して、真空ポンプ10から吐出された空気および水が冷却水槽4内に戻される。この空気は、冷却水槽4の空気孔(図示せず)から大気に放出され、水は冷却水槽4内に蓄えられる。すなわち、冷却水槽4内の水は、冷却水槽4、給水管21、給水ホース22、真空ポンプ10および排気ホース23で構成される回路を循環する循環水として用いられる。
【0035】
制御盤5は、水切りおよび防水パッキンを備えた屋外用のものであり、その内部には、遮断器や、モータ2および水中ポンプ7の運転/停止をそれぞれ切り換えるための開閉器などの電気機器(いずれも図示せず)が設けられている。
【0036】
図4は、ウエルポイント工法におけるポンプ装置1の使用例を示す。この例は、地下水位が高い砂質の地盤E中に管40を埋設するために、ウエルポイント工法によって地下水を汲み上げ、地下水位を低下させるものである。具体的には、管40の設置場所の両側において、複数のウエルポイント31(2つのみ図示)が、地盤E中に所定の間隔ごとに打ち込まれる。各ウエルポイント31に接続されたライザーパイプ32は、地上に延びており、スイングジョイント33を介してヘッダーパイプ34に連通している。ヘッダーパイプ34は、汲上げホース35を介してポンプ装置1のセパレートタンク3の吸込口3aに接続されている。
【0037】
以上の構成により、ポンプ装置1が運転されると、セパレートタンク3内に発生した負圧により、地下水は、それぞれのウエルポイント31から、ライザーパイプ32、スイングジョイント33、ヘッダーパイプ34および汲上げホース35を介して、セパレートタンク3内に汲み上げられる。それにより、地下水位がもとの高いレベル(同図の破線)からより低いレベル(同図の実線)に低下する。
【0038】
また、ウエルポイント31およびライザーパイプ32が打ち込まれた孔の隙間には砂が詰め込まれており、この砂によってサンドフィルタ36が形成されている。地下水を汲み上げる際、地下水中の砂などの異物の一部は、ウエルポイント31およびサンドフィルタ36で濾過され、残りは汲上げ水とともにセパレートタンク3に到達する。これに対し、循環水が循環する前述した回路は、セパレートタンク3と連通していないため、汲上げ水の中の異物がこの回路内に侵入することはない。
【0039】
以上のように、説明した実施形態によれば、真空ポンプ10の取水口13が給水口Hよりも低い位置に位置するため、冷却水槽4の水位を給水口Hよりも高くするだけで、冷却水槽4内の循環水が給水管21に流出し、給水管21および給水ホース22は、空気が混入しない状態で、循環水で満たされる。したがって、従来のポンプ装置とは異なり、ポンプ装置1の運転の開始前における適正な封水を得るためのエア抜き作業を省略できる。また、循環水が重力によって給水口Hから取水口13へ流れるので、モータ2の動力は、真空ポンプ10への循環水の供給のためにはまったく消費されず、セパレートタンク3内の負圧の発生にもっぱら用いられる。したがって、ポンプ装置1の性能を向上させることができる。
【0040】
また、冷却水槽4がセパレートタンク3とは別個に設けられていることで、冷却水槽4の容量が大きく(例えば180リットル)、多量の循環水が蓄えられるので、循環水の温度が上昇しにくい。したがって、セパレートタンク3内の負圧を大きくし、ポンプ装置1の性能を向上させることができる。また、冷却水槽4の容量が大きいので、冷却水槽4への循環水の補給の頻度を低くすることができ、作業効率の向上を図れるとともに、封水が適正に形成されないことに起因するモータ2の過熱などの異常を防止することができる。
【0041】
また、循環水が循環する回路と地下水を蓄えるセパレートタンク3が連通しておらず、循環水と汲上げ水が分離されているので、汲上げ水の中の異物が真空ポンプ10に到達することはなく、異物に起因する真空ポンプ10の摩耗および破損を防止でき、ポンプ装置1の性能および耐用性を高めることができる。
【0042】
また、モータ2が真空ポンプ10の真上に配置されているので、水濡れに起因するモータ2の故障を防止することができるとともに、それらを設置するのに必要な平面的なスペースを削減でき、ポンプ装置のコンパクト化を図ることができる。
【0043】
また、冷却水槽4の給水口Hが仕切り壁Wの下部に配置されているので、冷却水槽4内の循環水の水位が比較的低い状態でも、真空ポンプ10に循環水を供給でき、真空ポンプ10の運転を支障なく行えるとともに、冷却水槽4への循環水の補給の頻度をさらに低くすることができる。
【0044】
また、給水管21がセパレートタンク3内に通されているので、循環水を汲み上げた地下水で冷却することによって、真空ポンプ10の封水として実際に用いられる循環水を低温に維持でき、ポンプ装置1の性能をさらに向上させることができる。
【0045】
また、給水管21がセパレートタンク3の内壁に沿って延びているので、給水管21の長さおよび表面積が十分に確保され、循環水の冷却度合を高めることができ、ポンプ装置1の性能をさらに向上させることができる。また、給水管21がセパレートタンク3の底面付近に配置されているので、セパレートタンク3内の汲上げ水の水位が低い状態でも、循環水を確実に冷却できるとともに、セパレートタンク3の底面付近の最も温度が低い地下水によって循環水を冷却するので、循環水の冷却度合をさらに高めることができる。
【0046】
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、セパレートタンク3と冷却水槽4は、仕切り壁Wを介して互いに一体に形成されているが、両者3,4は、連通しない状態で別個に配置されていればよく、分離して配置されていてもよい。
【0047】
また、実施形態では、ポンプ装置を、ウエルポイント工法において地下水を汲み上げるためのものとして説明したが、本発明はこれに限らず、地下水以外の水を汲み上げるためのものでもよく、また、水以外の液体、例えばアルコールや薬液を汲み上げるためのものでもよい。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。
【符号の説明】
【0048】
1 ポンプ装置
2 モータ
3 セパレートタンク(第1タンク)
4 冷却水タンク(第2タンク)
7 水中ポンプ(送出ポンプ)
10 真空ポンプ
21 給水管(給水通路)
22 給水ホース(給水通路)
23 排気ホース(排水通路)

【特許請求の範囲】
【請求項1】
水を負圧によって汲み上げ、送出するポンプ装置であって、
第1タンクと、
モータと、
当該モータで駆動され、前記第1タンク内に負圧を発生させることによって、当該第1タンク内に水を汲み上げる水封式の真空ポンプと、
前記第1タンク内に設けられ、当該第1タンク内に汲み上げられた汲上げ水を当該第1タンク外に送出する送出ポンプと、
前記第1タンクとは別個に設けられ、前記真空ポンプの封水として用いられる循環水を蓄えるための第2タンクと、
一端が当該第2タンクに接続され、他端が当該第2タンクとの接続部よりも低い位置で前記真空ポンプに接続され、当該第2タンク内の循環水を前記真空ポンプに供給するための給水通路と、
前記真空ポンプから吐出された循環水を前記第2タンクに戻すための排水通路と、
を備えることを特徴とするポンプ装置。
【請求項2】
前記モータは、前記真空ポンプの上方に配置されていることを特徴とする、請求項1に記載のポンプ装置。
【請求項3】
前記給水通路は、前記第1タンク内に通されるとともに、前記第1タンクの内壁に沿って延びていることを特徴とする、請求項1または2に記載のポンプ装置。
【請求項4】
前記給水通路は、前記第1タンクの底面付近に配置されていることを特徴とする、請求項3に記載のポンプ装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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