(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
深井戸に設置される基部、前記深井戸内に設置され、前記基部の下端に接続された円筒状のシリンダ、前記シリンダ内に設けられたピストン部材、前記ピストン部材に接続され、前記基部及び前記シリンダ内に渡って設けられたピストンロッド、前記基部に関して回動可能に構成された操作レバー、並びに、前記操作レバー及び前記ピストンロッドを連結し、前記操作レバーの回動を前記ピストンロッドの往復運動に変換するリンク機構部を有する手押しポンプと、
前記シリンダの下端に接続され、前記シリンダに接続される吐出ケーシング、前記吐出ケーシングの一次側に接続されるポンプ部、及び、前記ポンプ部の一次側に接続される吸込ケーシングを有する水中ポンプと、
を備え、
前記手押しポンプは、前記シリンダの下端に設けられた第1逆止弁と、前記ピストン部材に設けられた第2逆止弁と、を備え、
前記水中ポンプは、前記吸込ケーシングが上部に設けられる水中モータ、及び、前記吐出ケーシング内に設けられた第3逆止弁を備える、ことを特徴とする複合ポンプ。
前記連結管は、複数の配管と、前記複数の配管の間に設けられ、前記ピストンロッドと所定の間隙を有して内周面から突出する円筒状の規制部材と、を備えることを特徴とする請求項2に記載の複合ポンプ。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の一実施形態に係る複合ポンプ1を、
図1乃至
図5を用いて説明する。
図1は本発明の一実施形態に係る複合ポンプ1の構成を模式的に示す説明図、
図2は複合ポンプ1に用いられる手押しポンプ11の地上に配置される基部21及びリンク機構部26の構成を示す断面図、
図3は手押しポンプ11の深井戸100内に配置される連結管22及びピストンロッド25の構成を示す断面図、
図4は手押しポンプ11の深井戸100内に配置されるシリンダ23、ピストン部材24及びピストンロッド25の構成を示す断面図、
図5は複合ポンプ1に用いられる水中ポンプ12の構成を一部断面で示す側面図である。
【0013】
図1乃至
図5に示すように、複合ポンプ1は、深井戸100に設置される手押しポンプ11と、手押しポンプ11の一次側に直列に接続される水中ポンプ12と、を備えている。複合ポンプ1は、手押しポンプ11及び水中ポンプ12のそれぞれにより、深井戸100の井戸水110を揚水可能に構成されている。
【0014】
手押しポンプ11は、基部21と、基部21の下端に接続された連結管22と、連結管22の下端に接続されたシリンダ23と、シリンダ23の内部に往復動可能に設けられたピストン部材24と、ピストン部材24に連結されたピストンロッド25と、ピストンロッド25に接続されたリンク機構部26と、リンク機構部26に設けられた操作レバー27と、を備えている。
【0015】
基部21は、深井戸100の開口部を覆うように、例えば水面に対して下端部が対向する姿勢で固定される。基部21は、上端にピストンロッド25を挿通可能な挿通孔21aと、挿通孔21aに設けられた軸封部材21bと、を有する。
【0016】
基部21は、下端に連結管22を接続可能な円筒状に構成される。また、基部21は、例えば上方の外側面に吐出口21cを有する。基部21は、吐出口21cと相対する側の上方の外面に、リンク機構部26を支持する支持部21dを備える。
【0017】
軸封部材21bは、ピストンロッド25を摺動可能に支持する。また、軸封部材21bは、ピストンロッド25のラジアル方向の荷重を支持可能に形成されている。軸封部材21bは、基部21及びピストンロッド25の間を密封する。軸封部材21bは、例えば、水質に影響を与えない樹脂材料により形成されている。
【0018】
支持部21dは、リンク機構部26の一部を回転可能に支持する。
【0019】
連結管22は、一端が基部21の下端に接続されるとともに、他端がシリンダ23の上端に接続される。連結管22は、基部21とシリンダ23との間を流体的に接続する。連結管22は、ピストンロッド25を内部空間に配置するとともに、内部空間にシリンダ23から基部21への井戸水の流路を構成する。連結管22は、深井戸100の深さに応じて、複数の配管22aを接続することで構成される。また、連結管22は、連結される配管22a間に設けられる規制部材22bを有する。
【0020】
複数の配管22aの内径は、井戸水が通過する流路が所定の流路断面積を有するように、ピストンロッド25の外径よりも大径に構成される。
【0021】
規制部材22bは、配管22aと略同一の内径を有する円筒状に構成され、内周面にピストンロッド25と所定の距離だけ間隙を開けて配置される複数の突起22cを有する。規制部材22bは、配管22aの間に介在して設けられる。規制部材22bは、ピストンロッド25が配管22aの軸心に対して傾斜したときに、ピストンロッド25と当接することで、ピストンロッド25の径方向の振れ量を規制可能に構成される。
【0022】
シリンダ23は、軸心が鉛直方向に沿って延設される筒状に構成される。シリンダ23は、下端部が水中ポンプ12に接続される。シリンダ23は、シリンダ23の下端部であって、水中ポンプ12の二次側に設けられた第1逆止弁31と、シリンダ23の上端部に設けられた降水弁32と、を備えている。
【0023】
シリンダ23は、シリンダ23の内部であって、且つ、ピストン部材24の下方に吸込室23aを構成し、シリンダ23の内部であって、且つ、ピストン部材24の上方に吐出室23bを有する。
【0024】
シリンダ23の内周面は、ピストン部材24が摺動可能に構成される。シリンダ23は、内周面の表面粗さ及び軸心に対する円心度が所定の精度で形成される。なお、ここで、所定の精度とは、ピストン部材24の往復動において、ピストン部材24及びシリンダ23の間の漏水等を防止可能な精度であり、手押しポンプ11の性能に応じて適宜設定可能である。
【0025】
第1逆止弁31は、シリンダ23の下端に設けられた第1弁座31aと、第1弁座31aと当接する第1弁体31bと、第1弁座31a及び第1弁体31bを覆う第1カバー31cと、を備えている。
【0026】
第1弁座31aは、円環状の座面を有する。第1弁体31bは、樹脂材料で成形された球状に構成される。第1弁体31bは、第1弁座31aに関して、離間及び当接可能に構成される。
【0027】
第1カバー31cは、第1弁体31bと所定の間隙を有して第1弁座31a及び第1弁体31bを覆う。第1カバー31cは、水が通過可能に、第1カバー31cの外部空間及び内部空間を連続する枠状に構成される。第1カバー31cは、
図4において二点鎖線で示す様に、第1弁体31bが上方に移動したときに、第1弁体31bの移動を規制する。
【0028】
降水弁32は、シリンダ23の上端に設けられ、シリンダ23の上端と外部とを連続する孔部32aと、孔部32aを閉塞する弁体32bと、孔部32aを閉塞する方向に弁体32bを付勢する付勢部材32cと、一端が弁体32bに固定された操作ワイヤ32dと、を備えている。操作ワイヤ32dは、弁体32bから基部21に渡って設けられ、地上において操作可能に構成される。
【0029】
このような降水弁32は、操作ワイヤ32dを使用者が操作して弁体32bを孔部32aから離間させることで、孔部32aより上方に位置する流路中の水を孔部32aから外部に排水可能に構成される。
【0030】
ピストン部材24は、ピストンロッド25の下端側に接続されたピストンヨーク41と、ピストンヨーク41に設けられ、シリンダ23の内周面を摺動可能に形成された単数又は複数のピストンシール42と、ピストンヨーク41に設けられた第2逆止弁43と、を備えている。
【0031】
ピストンヨーク41は、例えば円筒状に構成され、その外周面にピストンシール42を設けるシール溝41aを、ピストンシール42と同数有する。また、ピストンヨーク41は、ピストンロッド25に接続される接続部41bを有する。接続部41bは、例えば、複数の板状の突起41cと、複数の突起41cに一体に接続され、ピストンロッド25に固定される固定部41dと、を備えている。
【0032】
複数の突起41cは、第2逆止弁43の後述する第2弁体42bの移動を規制可能に構成されるとともに、隣り合う突起41cの間に水の流路を構成する。ピストンシール42は、シリンダ23の内周面と摺動可能に構成される。
【0033】
第2逆止弁43は、ピストンヨーク41の内周面に固定された第2弁座43aと、第2弁座43aと当接する第2弁体43bと、ピストンヨーク41の複数の突起41cにより構成される第2カバーと、を備えている。
【0034】
第2弁座43aは、円環状に構成される座面を有する。第2弁座43aは、例えば、座面を有する円筒状に構成され、ピストンヨーク41に固定される。第2弁体43bは、樹脂材料で成形された球状に構成される。第2弁体43bは、第2弁座43aに関して離間及び当接可能に構成される。第2カバーは、第2弁体43bが上方に移動したときに、複数の突起41cにより、第2弁体43bの移動を規制する。
【0035】
ピストンロッド25は、円柱状に形成され、下端部にピストン部材24のピストンヨーク41に設けられた固定部41dが固定される。ピストンロッド25は、シリンダ23、連結管22及び基部21に渡って配置され、基部21の挿通孔21aを通って基部21の外部へ延設される。ピストンロッド25は、例えば、複数の軸体25aと、これら軸体25aを接続する単数又は複数の継手25bと、を備えている。
【0036】
リンク機構部26は、第1リンク部材51と、第2リンク部材52と、連結軸53と、を備えている。
【0037】
第1リンク部材51は、その長手方向の両端部が、それぞれ連結軸53によって、支持部21d及び第2リンク部材52に連結される。第1リンク部材51は、板状に形成され、支持部21dに連結軸53を中心に回転可能に支持される。
【0038】
第2リンク部材52は、ピストンロッド25の上端及び第1リンク部材51に連結軸53により連結される。第2リンク部材52は、板状に形成され、ピストンロッド25及び第1リンク部材51に対して回動可能に、ピストンロッド25及び第1リンク部材51に支持される。第2リンク部材52は、長手方向の一端にピストンロッド25が連結され、長手方向の他端に操作レバー27が固定される。また、第2リンク部材52は、その中途部に第1リンク部材51が連結される。
【0039】
操作レバー27は、第2リンク部材52に接続され、所定の長さに形成された棒状の部材である。
【0040】
水中ポンプ12は、水中モータ61と、吸込ケーシング62と、回転軸63と、ポンプ部64と、吐出ケーシング65と、固定バンド66と、電源ケーブル67と、を備えている。
【0041】
水中モータ61は、駆動軸61aを有する。水中モータ61は、電源ケーブル67を介して外部電源に接続されている。駆動軸61aは、例えば継手61b等を介して回転軸63に接続される。
【0042】
吸込ケーシング62は、水中モータ61の上部に設けられ、ポンプ部64の最下段として配置される。吸込ケーシング62は、略円筒状に形成されるとともに、下部に水中モータ61のモータケーシングにボルト等により固定される。吸込ケーシング62は、その外周面に設けられた吸込口62aと、吸込口62aを覆うストレーナ62bと、を備えている。吸込ケーシング62は、上端部にポンプ部64が固定されるとともに、固定バンド66の一方が固定される。
【0043】
回転軸63は、例えば、一端が水中モータ61の駆動軸61aに継手61bを介して接続され、他端が吐出ケーシング65に回転可能に支持され、吸込ケーシング62及びポンプ部64内に収納される。
【0044】
ポンプ部64は、吸込ケーシング62の上部に固定され、その内部に回転軸63を収納可能に形成されている。具体的に説明すると、ポンプ部64は、回転軸63に固定された複数のインペラ64aと、インペラ64aをそれぞれ収納する複数の中間ケーシング64bと、を備えている。
【0045】
ポンプ部64は、インペラ64aと中間ケーシング64bとの間に設けられたライナリングと、回転軸63と中間ケーシング64bとの間に設けられた軸受部材と、を備えている。
【0046】
インペラ64aは、ステンレスや樹脂等で成型され、一対の円板状のシュラウド、及び、一対のシュラウド間に設けられた複数の羽根を備える。インペラ64aは、一対のシュラウドの一方が回転軸63に固定され、他方のシュラウドが吸込口を構成する。
【0047】
複数の中間ケーシング64bは、積層されて一体に構成される。中間ケーシング64bは、回転軸63を挿通可能に構成される。中間ケーシング64bは、収納されたインペラ64aにより増圧された流体を、二次側のインペラ64aの吸込口に案内可能に構成される。
【0048】
吐出ケーシング65は、例えば固定バンド66の他方が固定されるケーシング本体71と、ケーシング本体71内に設けられた第3逆止弁72と、を備えている。ケーシング本体71は、下端が中間ケーシング64bに接続され、上端が手押しポンプ11のシリンダ23の下端に接続される。
【0049】
第3逆止弁72は、ケーシング本体71の内部に設けられた第3弁座72aと、第3弁座72aと当接する第3弁体72bと、ケーシング本体71の内部に設けられ、第3弁座72a及び第3弁体72bを覆う第3カバー72cと、を備えている。
【0050】
第3弁座72aは、円環状に構成される座面を有する。第3弁座72aは、例えば、ケーシング本体71内に設けられた円環状の突起である。第3弁体72bは、樹脂材料で成形された球状に構成される。第3弁体72bは、第3弁座72aに関して、離間及び当接可能に構成される。第3カバー72cは、ケーシング本体71内に設けられた複数の突起により構成され、
図5に二点鎖線で示す様に、第3弁体72bが上方に移動したときに、第3弁体72bの移動を規制する。また、第3カバー72cは、複数の突起の間に水の流路を構成する。
【0051】
次に、複合ポンプ1の使用について説明する。
通常時においては、水中ポンプ12を駆動し、井戸水を揚水する。具体的には、先ず、電源ケーブル67を介して供給された電力によって水中モータ61を駆動し、インペラ64aを回転させる。これにより、井戸水が、吸込ケーシング62の吸込口62aから吸い込まれ、各インペラ64aで増圧される。井戸水は、第3逆止弁72の第3弁体72bを第3弁座72aから離間させて開状態とし、吐出ケーシング65から手押しポンプ11に移動する。吐出ケーシング65から吐出された井戸水は、手押しポンプ11のシリンダ23の第1逆止弁31の第1弁体31bを第1弁座31aから離間させて開状態とするとともに、第2逆止弁43の第2弁体43bを第2弁座43aから離間させて開状態とする。これにより、井戸水は、シリンダ23、連結管22及び基部21を順次移動し、基部21の吐出口21cから吐出される。
【0052】
このように、通常時には、水中ポンプ12を駆動し、吸込ケーシング62から吸い込んだ水を水中ポンプ12で増圧し、吐出ケーシング65から吐出するとともに、手押しポンプ11内を通過させて、井戸水を二次側に給水する。
【0053】
また、停電時においては、使用者が操作レバー27を操作して、井戸水を揚水する。具体的には、先ず、シリンダ23内に空気が存在する場合には、シリンダ23内を水で充満させる、所謂呼び水を行う。次に、使用者は、操作レバー27を操作し、ピストン部材24を上下方向に往復動させる。
【0054】
操作レバー27が上方に位置し、ピストン部材24が下死点側に位置する場合には、使用者は、操作レバー27を操作し、操作レバー27を下方に回動させる。
【0055】
この操作により、操作レバー27は、第1リンク部材51の端部を中心に回動し、ピストンロッド25が軸心方向に沿って上方へ移動し、
図4に実線で示すように、ピストン部材24が上死点側に移動する。ピストン部材24が上死点側に向かって移動すると、シリンダ23内のピストン部材24の下方の空間である吸込室23aの容積が増加する。
【0056】
このため、ピストン部材24が上死点側に移動して吸込室23aの容積が増加すると、吸込室23aの圧力が減少する。第1逆止弁31の一次側の圧力が吸込室23aの圧力よりも高く、換言すると、吸込室23aの圧力が負圧になると、
図5中、二点鎖線で示す様に、第1弁体31bが上方に移動して開状態となり、吐出ケーシング65から吸込室23aに水が流入する。
【0057】
なお、このとき、第2逆止弁43は、
図5に実線で示す様に、第2弁体43bが第2弁座43aに当接した状態、即ち、閉状態となるこのため、吐出室23bへの水の移動が規制される。
【0058】
次に、使用者は、操作レバー27を操作し、操作レバー27を上方に回動させる。操作レバー27が上方に回動すると、第2リンク部材52は、第1リンク部材51と連結される連結軸53を中心にピストンロッド25と連結される端部が下方に移動するように回動し、結果、ピストンロッド25が下方に移動する。このようなリンク機構部26の動作により、
図5に二点鎖線で示すように、ピストン部材24は下死点側に移動する。ピストン部材24が下死点側へ移動すると、吸込室23aの容積が減少し、吸込室23a内の圧力が増加する。
【0059】
吸込室23a内の圧力が吐出室23b内の圧力よりも高く、換言すると、吸込室23aの圧力が大気圧よりも高くなると、
図4に示すように、第2弁体43bが上方に移動して第2弁体43bが第2弁座43aから離間し、開状態となる。これにより、吸込室23a内の井戸水が吐出室23bに流入する。
【0060】
このように、ピストン部材24が下死点側に移動することで、吸込室23a内の水が吐出室23bに移動する。以降、使用者は操作レバー27を往復動させることで、ピストン部材24を往復動させ、水を揚水することが可能となる。
【0061】
また、吸込室23aへ吸い込まれる井戸水は、水中ポンプ12の吸込ケーシング62から、ポンプ部64及び吐出ケーシング65を通過して移動する。
【0062】
このように、停電時には、手押しポンプ11を操作して、水中ポンプ12通過する流路により深井戸100から井戸水を吸い込み、手押しポンプ11内を通過させて、二次側に給水する。
【0063】
このように構成された複合ポンプ1によれば、手押しポンプ11の一次側に水中ポンプ12を接続し、深井戸100から水中ポンプ12及び手押しポンプ11内を通過する一つの水の流路を設け、当該流路を手押しポンプ11及び水中ポンプ12で共用することが可能となる。これにより、複合ポンプ1は、手押しポンプ11及び水中ポンプ12のそれぞれで流路を見た場合、各ポンプ11、12で必要な流路断面積を確保できていることから、流路抵抗を増加させることが無い。換言すると、手押しポンプ11及び水中ポンプ12の所望される必要口径を確保することが可能となり、結果、広い流路断面積を確保することが可能となる。
【0064】
これにより、流路抵抗が増加することによる出力の高い各ポンプ11、12の選定が必要なく、深井戸100の口径を大きくする必要もない。換言すると、各ポンプ11、12を通過する流路の流路断面積を別途確保する必要がないことから、複合ポンプ1は、手押しポンプ11及び水中ポンプ12を組み合わせたとしても、それぞれ必要な出力を有するポンプをそれぞれ選定すればよい。
【0065】
結果、オーバースペックのポンプを選定しないことから、複合ポンプ1の製造コストや水中ポンプ12のランニングコストを増大させることがなく、且つ、深井戸100の径も、手押しポンプ11及び水中ポンプ12をそれぞれ通常使用する口径があればよく、製造コスト及び設置費用を増加することもない。
【0066】
また、水中ポンプ12は、第3逆止弁72を有するとともに、水中ポンプ12の二次側に手押しポンプ11の第1逆止弁31及び第2逆止弁43が配置される構成となる。このため、水中ポンプ12のポンプ部64の二次側には、3つの逆止弁31、43、72が配置されることから、水中ポンプ12の停止時に落水することを極力防止することが可能となる。また、経年変化や砂等の噛み込みによって逆止弁31、43、72のいずれかの密封機能が低下したとしても、他の逆止弁31、43、72により落水が防止可能となる。
【0067】
上述したように、本実施形態に係る複合ポンプ1によれば、手押しポンプ11及び水中ポンプ12を直列に設けることで、所望の流路断面積を確保可能となり、流路抵抗が増大することを防止できる。
【0068】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述した第1逆止弁31、第2逆止弁43及び第3逆止弁72は、球状の第1弁体31b、第2弁体43b及び第3弁体72bを設ける構成を用いて説明したがこれに限定されない。第1弁体31b、第2弁体43b及び第3弁体72bは、流路における水の逆流を防止可能であれば、平板状の弁体や、他の形状の弁体を設ける構成であってもよい。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明と同等の記載を付記する。
[1] 深井戸に設置される基部、前記深井戸内に設置され、前記基部の下端に接続された円筒状のシリンダ、前記シリンダ内に設けられたピストン部材、前記ピストン部材に接続され、前記基部及び前記シリンダ内に渡って設けられたピストンロッド、前記基部に関して回動可能に構成された操作レバー、並びに、前記操作レバー及び前記ピストンロッドを連結し、前記操作レバーの回動を前記ピストンロッドの往復運動に変換するリンク機構部を有する手押しポンプと、
前記シリンダの下端に接続され、前記シリンダに接続される吐出ケーシング、前記吐出ケーシングの一次側に接続されるポンプ部、及び、前記ポンプ部の一次側に接続される吸込ケーシングを有する水中ポンプと、
を備えることを特徴とする複合ポンプ。
[2] 前記手押しポンプは、前記シリンダの下端に設けられた第1逆止弁と、前記ピストン部材に設けられた第2逆止弁と、を備え、
前記水中ポンプは、前記吐出ケーシング内に第3逆止弁を有することを特徴とする[1]に記載の複合ポンプ。
[3] 前記手押しポンプは、前記基部及び前記シリンダの間に、前記基部及び前記シリンダを接続する連結管をさらに有することを特徴とする[1]に記載の複合ポンプ。
[4] 前記連結管は、複数の配管と、前記複数の配管の間に設けられ、前記ピストンロッドと所定の間隙を有して内周面から突出する円筒状の規制部材と、を備えることを特徴とする[3]に記載の複合ポンプ。
[5] 前記手押しポンプは、前記シリンダの上端に設けられた降水装置を備えることを特徴とする[1]に記載の複合ポンプ。