JP2004257378A - 流体ジェットポンプおよびポンプシステム - Google Patents

Abstract

【課題】揚水用のパイプ設置に関する制約や、ポンプ室設置の制約条件を緩和し、広範囲な設置条件の場所に深層水汲み上げシステムの設置を可能にし、環境の制約を受けにくく、可動部分を持たず、メンテナンスフリーまたはメンテナンスの容易であり、ジェット流強度の切替えができ、エネルギー効率が高く、高揚程が確保できる、設置施工性の良いポンプまたはポンプシステムを提供することを目的とする。
【解決手段】ポンプ筐体部と、流体駆動ノズル部と、駆動流体分配器とを主とする構成からなる流体ジェットポンプとし、制御されたジェット流の作用機構によって、より深い海水を揚水する新規なジェットポンプシステムを実現したものである。流体ジェットポンプ装置と、取水管と、揚水管と、を含む流体ジェットポンプシステムである。
【選択図】 図１

Description

この発明は、流体ジェットポンプとポンプシステムに関する。

「ジェットポンプ」に関して、特開平０７−２５９８００号（以下、特許文献１という）に、「吸込管路と排出管路の接合部に膨出部を構成し、該膨出部の内部に前記排出管路側に向けられ、且つ先端が該排出管路の略内周面に位置する適数のジェットノズルを設けることにより達成される。」の記載がある。
また、「高圧ポンプ１１の揚水管路１２から分岐されたジェット管路１２ｂが連結される連結口、９は該連結口８と前記高圧水供給路７、７、７を連通する前記流水路１ｃの外周に形成された環状水路である。」の記載がある。

「深層水取水装置」に関して、特開２００２−１３８５２０号（以下、特許文献２という）に、「本発明の深層水の取水装置は、揚水ポンプと、深層水の取水口から揚水ポンプの吸水口に連通する取水パイプと、一端が揚水ポンプの吐出口に連通する吐出パイプと、から構成する深層水の取水装置において、取水パイプの途中にエゼクタポンプを設け、揚水ポンプの吐出口或いは吐出パイプの途中から、エゼクタポンプのノズルに連通する循環パイプを設けたことを特徴とする」の記載がある。
また、「エゼクタポンプ２０は、筒状の筒体２１とノズル２２とから構成する。」の記載がある。

特開１９９５−２５９８００号公報 特開２００２−１３８５２０号公報

しかしながら、特許文献１には、ジェットポンプの使用中にジェット流強度の切替えが出来ない、ノズル閉塞時に代替ノズルへの切替え操作が不可能であるなどの問題点があり、 問題解決がなされていない。
また、特許文献２には、エゼクターポンプの特性から必ず渦巻ポンプ等とセットで循環系を構成することが必要で単独に稼働できない、エゼクターポンプは補助ポンプであり高揚程の確保は難しいなどの問題点がある。

本発明は、揚水用のパイプ設置に関する制約や、ポンプ室設置の制約条件を緩和し、広範囲な設置条件の場所に深層水汲み上げシステムの設置を可能にし、環境の制約を受けにくく、可動部分を持たず、メンテナンスフリーまたはメンテナンスの容易であり、ジェット流強度の切替えができ、エネルギー効率が高く、高揚程が確保できる、設置施工性の良いポンプまたはポンプシステムを提供することを目的とする。

本願発明者は、鋭意研究の結果、同種および／または異種の流体駆動ノズルを同一円周上に補間するかたちで配置し、これら流体駆動ノズルに対応する駆動流体分配器によりジェット流を制御することにより発明を完成し、上記課題を解決した。すなわち、
本発明は、ポンプ筐体部と、流体駆動ノズル部と、駆動流体分配器とを主とする構成からなる流体ジェットポンプとし、制御されたジェット流の作用機構によって、より深い海水を揚水する新規なジェットポンプシステムを実現したものである。

本発明は前記課題を解決するために次のように構成される。
本発明にいうポンプ筐体部とは、ジェットポンプ作用を具現する筐体であって、取水管と、揚水管と駆動流体送水管とを取付ける装着部を持つものをいう。
本発明にいうディフューザーとは、駆動ジェット流が連行する水塊の減圧膨張部でのことをいう。
本発明にいう流体駆動ノズル部とは、流体駆動ノズルとポンプ筐体部に装着するための穴あき装着プレートと、配管接続ネジを持つ構造の部品をいう。
本発明にいう駆動流体分配器とは、駆動流体送水管からの高圧水を複数の流体駆動ノズル部へ分配する機能を持つ部品をいう。

本発明にいう揚水管インナーホースとは、揚水管の内面に密着出来る形状を持ち、加圧に耐え遮水性を持つ、例えばステンレス箔のシートをラミネートしたもので、変形する形状を保持するシート状の素材で出来た筒状のホースである。

本願の請求項１記載の発明（以下、第１の発明という）は、駆動流体分配器が受ける流体により作動する、ポンプ筐体部と、流体駆動ノズル部と、駆動流体分配器から構成される流体ジェットポンプである。
本願の請求項２記載の発明（以下、第２の発明という）は、筐体の形状選択により各々の機能を付与出来る、ポンプ筐体部の外形断面が円筒状であり、ポンプ筐体部の内部にスロート部もしくはベンチュリーの形状を持つところ第１の発明に記載の流体ジェットポンプである。

本願の請求項３記載の発明（以下、第３の発明という）は、固形物通過断面積の大きくとれる、流体駆動ノズル部がベンチュリーのベルマウスを臨んで取付けられた、複数の流体駆動ノズルを有する第１の発明または第２の発明に記載の流体ジェットポンプである。
本願の請求項４記載の発明（以下、第４の発明という）は、最適なポンプ機能を実現するために、単数または複数の流体駆動ノズル部を有する第１の発明から第３の発明に記載の流体ジェットポンプである。

本願の請求項５記載の発明（以下、第５の発明という）は、送水方向の切換と閉塞物排除の機能を付与するために、流体駆動ノズル部を対向させて一体構造とした第１の発明から第４の発明に記載の流体ジェットポンプである。
本願の請求項６記載の発明（以下、第６の発明という）は、流体駆動ノズル部が、同種および／または異種の流体駆動ノズルを同一円周上に補間するかたちで配置された第１の発明から第５の発明のいずれかに記載の流体ジェットポンプである。
本願の請求項７記載の発明（以下、第７の発明という）は、流体ジェットポンプと、駆動用高圧水ポンプと、駆動流体送水管と、駆動流体分配器と、を含む第１の発明から第６の発明のいずれかに記載の流体ジェットポンプ装置である。

本願の請求項８記載の発明（以下、第８の発明という）は、流体ジェットポンプ装置と、取水管と、揚水管と、を含む第１の発明から第７の発明のいずれかに記載の流体ジェットポンプシステムである。
本願の請求項９記載の発明（以下、第９の発明という）は、揚水管内部に収容固定した一本または複数本の駆動流体送水管と、通水用の揚水管インナーホースと、を持つ構造の第１の発明から第８の発明のいずれかに記載の流体ジェットポンプシステム。

本発明の複数の流体ジェットポンプは、流体駆動ノズルからなる流体駆動ノズル部を含む。
本発明の複数の流体ジェットポンプは、流体駆動ノズル吐出部の前方にスロートを有するポンプ筐体部を含む。
本発明の複数の流体ジェットポンプは、ポンプ筐体部と、流体駆動ノズル部とを含む。

本願の第１の発明は、駆動流体分配器をもうける事により、流体駆動ノズル部の傘下にある流体駆動ノズルに均等に駆動流体の分配が行なえ、また流体駆動ノズルの数が変更されたときは、その数の分岐数を持つに駆動流体分配器に交換することで簡単に変更に対応出て、構成に対する自由度が大きい。

本願の第２の発明は、ポンプ筐体部の形状選択により、円筒形の場合は吐出圧より通過可能な固形物の大きさを優先させる場合、また、スロートの場合は通過物の大きさと、吐出圧との兼ね合いでバランスを求める場合、ベンチュリー形状では効率と吐出圧を優先にする場合など、適宜組み合わせ選択可能なことを提供する。

本願の第３の発明は、ポンプ筐体部のベンチュリーのベルマウスを臨んで取付けられた流体駆動ノズル部が、複数の流体駆動ノズルで構成されており筐体内壁側に流路を妨げない形で装着されている、固形物通過断面積の大きくとれる。

本願の第４の発明は、最適なポンプ機能を実現するために、単数または複数の流体駆動ノズル部をもち、複数の流体駆動ノズル部を持つことによって流体ジェットポンプの揚水能力の可変や、閉塞ノズルの発生した流体駆動ノズル部以外の流体駆動ノズル部を使用することにより、修理等を待つことなく運転を継続出来ることを可能とする。

本願の第５の発明は、流体駆動ノズル部を対向させて一体構造とした流体ジェットポンプで、何れかの流体駆動ノズル部にたいし駆動流体を供給することで相互方向へ流体輸送が可能であり、何らかの状況により駆動ジェットノズル部に流過物の閉塞が生じたら対向する駆動ジェットノズル部へ駆動を切替えることで、その駆動ジェットノズル部から噴射されるジェット流の衝撃打力により排除することを可能とする。

本願の第６の発明は、流体駆動ノズル部が同種の流体駆動ノズルで構成されるか、または異種の流体駆動ノズルで構成されて、同一円周上に補間するかたちで配置さており、流体駆動ノズルを選択使用することで、ポンプ能力を可変できる。

本願の第７の発明は、第１の発明から第６の発明までからなる流体ジェットポンプと、駆動用高圧水ポンプと、駆動流体送水管と、駆動流体分配器と、で構成されて従来よりも様々な状況に対応できる。

本願の第８の発明は、第１の発明から第７の発明までからなる流体ジェットポンプ装置と、取水管と、揚水管と、によって構成され海洋深層水の取水など、従来では適用出来なかった場所へ応用範囲を広げることができる。

本願の第９の発明は、揚水管内部に駆動水送水管収容することで、駆動流体送水管を物理的損傷から保護することが出来、通水用の揚水管インナーホースを揚水管内に挿入し通水することで、駆動流体送水管を押さえ固定し駆動流体送水管の本数にも柔軟に対応することができる。

本発明の実施の形態を本発明装置に基づいて説明する。本発明の実施例の装置を図１に示す。流体ジェットポンプシステムは、流体ジェットポンプと、取水管４と、揚水管５と、ホース引出しエクステンション５２と、駆動流体送水管６ａ、６ｂと、防護カバー５０と、防護カバー止めバンド５１とからからなるものであって、主に海洋深層水の取水に用いられる。
取水管４は、取水管端部のある取水地点から流体ジェットポンプ１の設置位置まで深層水を輸送する、また揚水管５は流体ジェットポンプから地上の貯水タンク８までの輸送を受持つ、ホース引出しエクステンション５２は揚水管５内から駆動流体送水管６ａ、６ｂを外部へ引出す機能を持つ、駆動流体送水管６は動力源となる高圧ポンプから流体ジェットポンプ１までの駆動流体の輸送を行う、防護カバー５０は外部に引出された駆動流体送水管６ａ、６ｂや流体ジェットポンプ１の外周に配置された部品に損傷を与えないために装着される、防護カバー止めバンド５１は防護カバー５０を堅固に固定するために用いられる。

このジェットポンプシステムは組立てた状態で海中に設置することが可能で、水深の深い所でポンプ作用を行うので、常に設置水深に相当する水圧で取水口から当該流体ジェットポンプに向かって押込み圧が作用し、容易に高流速取水が実現出来る。このことは、小径の取水管でも従来のシステムより多量の取水が可能なことを意味する。また構造上シンプルで堅固であるので、砂浜海岸では砂中に埋設しての設置も可能であり、この方法では埋設のための土木工事のみでポンプを含む取水施設を設置出来るので、大幅な工期短縮も可能となる。

本発明の実施例の装置を図２に示す。複ノズルジェットポンプは円筒内にベンチュリーを持つ構造の流体ジェットポンプ筐体１２と、駆動流体送水管２０ａ、２０ｂと、高圧ホースジョイント２１ａ、２１ｂ、駆動流体分配器２２ａ、２２ｂと、接続配管２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆと、ノズルジョイント２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ、２４ｆと、流体駆動ノズル２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ、２５ｆとからなるものであって、主に流体輸送や海洋深層水の取水に用いられる。

流体ジェットポンプ筐体１２はベンチュリー構造を提供する、駆動流体送水管２０ａ、２０ｂは駆動流体をポンプ部へ供給する、高圧ホースジョイント２１ａ、２１ｂは駆動流体送水管２０ａ、２０ｂと駆動流体分配器２２ａ、２２ｂとを接続する、駆動流体分配器２２ａ、２２ｂは接続配管２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆを介して、流体駆動ノズル２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ、２５ｆのノズルジョイント２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ、２４ｆと接続されて駆動流体を分配し送水する、流体駆動ノズル２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ、２５ｆは、ベルマウス４２に臨んで流線４７のジェット流か４８流線のジェット流を噴射するかまたは同時に流線４７のジェット流と流線４８のジェット流を噴射する、ジェット流はスロートを進んで負圧を発生し多量の水塊を吸引連行して後、ディフューザー４４に於いて減速膨張して大流量となって吐出口４１から流出する。

この複ノズルジェットポンプは、２本の駆動流体送水管２０ａ、２０ｂにより駆動水の供給を受け、流体駆動ノズル２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ、２５ｆは流体駆動ノズル２５ａ、２５ｂ、２５ｃおよび流体駆動ノズル２５ｄ、２５ｅ、２５ｆの２つのグループを構成し各々独立または同時動作が可能であり、各々ノスルが異種の場合には広範囲にジェット噴射量を可変し、ポンプ能力の制御が出来る。また各々がフルパワー動作の条件のノズルになっている場合、どちらかのノズルグループを予備用とし、ノズル閉塞事故に備え高信頼性運転が可能である。

本発明の実施例の装置を図３に示す。双方向流体ジェットポンプは円筒内にベルマウス４２を持つ構造の流体ジェットポンプ筐体１２と、駆動流体送水管２０ａと、高圧ホースジョイント２１ａ、駆動流体分配器２２ａと、接続配管２３ａ，２３ｂ，２３ｃと、ノズルジョイント２４ａ，２４ｂ，２４ｃと、ノズルジョイント２５ａ，流体駆動ノズル２５ｂ，２５ｃと筐体のスロートを挟んで対向して取付けた、駆動流体送水管２０ｂと、高圧ホースジョイント２１ｂ、駆動流体分配器２２ｂと、接続配管と２３ｄ，２３ｅ，２３ｆ、ノズルジョイントと流体駆動ノズル２４ｄ，２４ｅ，２４ｆ、２５ｄ，２５ｅ，２５ｆからなるものであって、主に汚泥や固液混合流体などの流体輸送に用いられる。

流体ジェットポンプ筐体１２はスロート構造を提供する、駆動流体送水管２０ａは駆動流体をポンプ部へ供給する、高圧ホースジョイント２１ａは駆動流体送水管２０ａと駆動流体分配器２２ａとを接続する、駆動流体分配器２２ａは接続配管２３ａ，２３ｂ，２３ｃを介して、流体駆動ノズル２５ａ，２５ｂ，２５ｃのノズルジョイント２４ａ，２４ｂ，２４ｃと接続されて駆動流体を分配し送水する、流体駆動ノズル２５ａ，２５ｂ，２５ｃは、 ベルマウス４２ｂに臨んで流線４７のジェット流を発生し、また駆動流体送水管２０ｂは駆動流体をポンプ部へ供給する、高圧ホースジョイント２１ｂは駆動流体送水管２０ｂと 駆動流体分配器２２ｂとを接続する、駆動流体分配器２２ｂは接続配管２３ｄ，２３ｅ，２３ｆを介して、流体駆動ノズル２５ｄ，２５ｅ，２５ｆの ノズルジョイント２４ｄ，２４ｅ，２４ｆと接続されて駆動流体を分配し送水する、２５ｄ，２５ｅ，２５ｆ 流体駆動ノズルは、４２ｂ ベルマウスに臨んで流線４８のジェット流を発生し、駆動流体送水管２０ａ、２０ｂの選択により簡単に流向を制御出来る。

この双方向流体ジェットポンプは、海中作業で砂や海底の汚泥等の移動などの作業に適し、大型の構造にするとダムや湖沼の表層水と深層水の強制攪拌などにより、貧酸素水塊と富酸素水の交換や攪拌の行い環境の改善に利用出来る。

本発明の実施例の装置を図４に示す。海洋深層水取水システムで取水口３と、取水管４と、流体ジェットポンプ１と、取水管４と、流体ジェットポンプ１と、揚水管５と、駆動流体送水管６と、高圧駆動ポンプ２と、高圧ポンプ取水管７と、貯水タンク８からなるものであって、主に海洋深層水の取水に用いられる。

取水口３は海底の沈降した泥の吸い込み防止のため装着し、取水管４へ清浄な海水を取り入れる、流体ジェットポンプ１は取水口３側近くで押込み送水を行い、取水管４を経由して、流体ジェットポンプ１に再び加速され、揚水管５を通過して、貯水タンク８へ流入する、高圧駆動ポンプ２は貯水タンク８から高圧ポンプ取水管７を通して揚水した深層水を再び吸引し駆動流体送水管６から流体ジェットポンプ１へ駆動流体を供給して、取水を継続する。

この深層水取水システムでは、流体ジェットポンプ１が連用となっており各々が押込み送水と揚水を受持ち連携して作動する。シンプルで設置工事期間の短い、海洋深層水取水システムを提供する。

本発明の実施例の装置を図５に示す。揚水管５と、駆動水送水管４と、揚水管インナーホース１１からなるものであって、主に海洋深層水取水用の駆動水送水管を損傷から保護するために用いられる。
揚水管５内に駆動水送水管４を収納し、併せて揚水管インナーホース１１も収納して、エアーか水の注入でインナーホースを膨らませて内側から圧迫して、駆動水送水管４を内壁に押さえつけて保持する。

本発明の複噴射ノズル系流体ジェットポンプの一実装例の全体見取り図である。（Ａ）は実施例の配管とジェットポンプの配置を示す横断面図であり、（Ｂ）はＬ−Ｌ′線で切取った断面図の詳細図を示す。 本発明の複噴射ノズル系流体ジェットポンプの一実施例の全体見取り図である。（Ａ）は実施例のジェットノズル側から見たノズルとベルマウス部分の詳細図を、（Ｂ）はＨ−Ｈ′線で切取った横断面図の詳細図を示す。 本発明の双方向流体ジェットポンプの実施例を示す全体見取り図である。（Ａ）はジェットノズルａ、ｂ、ｃ、のグループ側から見た図であり、（Ｂ）はＩ−Ｉ′線で切取った横断面図である。 本発明の流体ジェットポンプシステムの流体ジェットポンプを二連にした場合の実施例を示す全体見取り図である。（Ａ）は取水管路に沿って設置される機器の配置図であり、（Ｂ）は流体ジェットポンプの設置状況を示す図である。 本発明の駆動水送水管を揚水管内に収容する実施例を示す全体見取り図である。（Ａ）はインナーホースを密着させる前の状態の図であり（Ｂ）はインナーホースに空気の圧入を行い揚水管の内周に密着させた状態の図である。

符号の説明

１ 流体ジェットポンプ
２ 高圧駆動ポンプ
３ 取水口
４ 取水管
５ 揚水管
６ａ，６ｂ 駆動流体送水管
７ 高圧ポンプ取水管
８ 貯水タンク
９ 海
１０ 海底
１１ 揚水管インナーホース
１２ 流体ジェットポンプ筐体
２０ａ，２０ｂ 駆動流体送水管
２１ａ，２１ｂ 高圧ホースジョイント
２２ａ，２２ｂ 駆動流体分配器
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅ，２３ｆ 接続配管
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅ，２４ｆ ノズルジョイント
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆ 流体駆動ノズル
４０ 吸水口
４１ 吐出口
４２ ベルマウス
４３ スロート
４４ ディフーザー
４５ ベンチュリー
４７ａ，４７ｂ，４７ｃ ジェット流の流線
４８ｄ，４８ｅ，４８ｆ ジェット流の流線
４９ 流体ジェットポンプ筐体
５０ 防護カバー
５１ 防護カバー止めバンド
５２ ホース引出しエクステンション
５３ 吸水口／吐出口

Claims (9)

1. ポンプ筐体部と、流体駆動ノズル部と、駆動流体分配器とを含む流体ジェットポンプ。
2. ポンプ筐体部の外形断面が円筒状であり、ポンプ筐体部の内部にスロート部もしくはベンチュリーの形状を持つ請求項１に記載の流体ジェットポンプ。
3. 流体駆動ノズル部が、ベンチュリーのベルマウスを臨んで取付けられた複数の流体駆動ノズルを有する請求項１または請求項２に記載の流体ジェットポンプ。
4. 単数または複数の流体駆動ノズル部を有する請求項１から請求項３のいずれかに記載の流体ジェットポンプ。
5. 流体駆動ノズル部を対向させて一体構造とした請求項１から請求項４のいずれかに記載の流体ジェットポンプ。
6. 流体駆動ノズル部が、同種および／または異種の流体駆動ノズルを同一円周上に補間するかたちで配置された請求項１から請求項５のいずれかに記載の流体ジェットポンプ。
7. 流体ジェットポンプと、駆動用高圧水ポンプと、駆動流体送水管と、駆動流体分配器とを含む請求項１から請求項６のいずれかに記載の流体ジェットポンプ装置。
8. 流体ジェットポンプ装置と、取水管と、揚水管と、を含む請求項１から請求項７のいずれかに記載の流体ジェットポンプシステム。
9. 揚水管内部に収容固定した一本または複数本の駆動流体送水管と、通水用インナーホースとを持つ構造の請求項１から請求項８のいずれかに記載の流体ジェットポンプシステム。
   

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