JP2005288281A - 駆動流体集束分配器 - Google Patents

Abstract

【課題】流体ジェットポンプの重要な構成要素であり、この流体ジェットポンプのノズルの目詰まりを防止し長期間性能を発揮させ、駆動水供給ラインを多重化し、システムとしての信頼性を向上させる駆動流体分配器を提供することを目的とする。
【解決手段】駆動流体分配器の給水口を多重化し、またゴミ捕捉フィルターを内蔵させることにより、複数の給水口と、各々給水口内に設けた逆止弁と、駆動流体集束分配器内にゴミ捕捉フィルターを内蔵し、流体ジェットポンプへ組込むのに最適でコンパクトである、新規な駆動流体集束分配器を提供し、よって流体ジェットポンプの信頼性と長期可用性を実現するものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、駆動流体集束分配器に関する。より詳しくは、複数の駆動流体送水管からの流体を集束する流体集束器と、配下のジェットノズルへの流体分配が主たる機能である流体分配器が主な構成要素であり、付加機能として、いずれかの駆動流体送水管の送水停止時の逆流防止機構と、配下のジェットノズルの閉塞を防止する為の流体中のゴミ捕捉フィルターとをもつ駆動流体集束分配器に関するものである。

特開平８−４２７８８号（以下、特許文献１という）に、「１７は分配器で、長手方向端面に潤滑油を流入する入力ポート１８を備えると共に、長手方向と直交する方向に入力ポート１８と連通する四個の出力ポート１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ、１９Ｄを備え、入力ポート１８より流入する潤滑油を絞り制御して所定の流量を四個の出力ポート１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ、１９Ｄへ吐出するよう設けている。」（特許文献１の実施例の第００１０段落）の記載がある。

また、特願２００３−２６７１０号（以下、特許文献２という）に、「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。」（特許文献２の発明を実施するための最良の形態の第００２７段落）の記載がある。

特開平８−４２７８８号公報（第００１０段落、図１） 特願２００３−２６７１０号

しかしながら、特許文献１には、油圧機器用であり「１７は分配器で、長手方向端面に潤滑油を流入する入力ポート１８を備えると共に、長手方向と直交する方向に入力ポート１８と連通する四個の出力ポート１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ、１９Ｄを備え」とあるので、長形立方体の金属ブロックに主となる穴を鑽孔し直交方向から分岐孔を鑽孔した構造であり、また油圧機用の分配器では一般に操作系等に用いられるため高圧で小流量であるという問題点があり、本発明が求めるような大流量で、集束機能や分配機能をもち、また流入口に逆流防止弁や流過する流体中のゴミを捕捉するフィルターを内蔵する、水や海水等を対象とした製品は市場に存在しない。

本発明は、特許文献２にいう流体ジェットポンプの重要な構成要素であり、この流体ジェットポンプのノズルの目詰まりを防止し長期間性能を発揮させ、駆動流体供給ラインを多重化し、システムとしての信頼性を向上させる駆動流体収束分配器と、組み合わせによって多様な条件に対応する為に機能を分割した、駆動流体集束器および駆動流体分配器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、駆動流体集束器には各吸水口に逆流防止弁を組込んで、駆動流体分配器にはゴミ捕捉フィルターを内蔵し、また両機能を纏めて一体化することで駆動流体集束分配器を完成し、適宜必要な機能を提供することを可能とし上記課題を解決した。すなわち、
複数の給水口を有し各々給水口内に設けた逆流防止弁によって駆動流体送水管側の破断などに対応し、ゴミ捕捉フィルターを内蔵することでゴミによるノズル閉塞に対処し、流体ジェットポンプへ組込むのに最適でコンパクトである、新規な駆動流体集束分配器を提供し、よって流体ジェットポンプの信頼性と長期可用性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。
本発明にいう駆動流体集束分配器とは、駆動流体集束器の機能と駆動流体分配器の機能を合わせもつものであり、一体構造または分割組立構造として実現したものをいう。
本発明にいう駆動流体集束器とは、２つ以上の駆動流体送水管より供給される駆動流体を纏めて１本の大口径管と等価にするためのものであり、また分割配管を可能とすることで駆動流体送水管部分の長期信頼性を実現するために必要なものをいう。
本発明にいう駆動流体分配器とは、配下の複数のジェットノズル部へ駆動流体を等圧分配する機能をもつものであり、複数ノズルでグループを構成して用いる流体ジェットポンプの必須部品であるものをいう。
本発明にいう逆流防止弁とは、いずれかの駆動流体送水管に生じた破断などの事故に対し、各流入口に設けた逆流防止弁が自律的に閉じて逆流を防止する機能をもつ部品をいう。
本発明にいうゴミ補足フィルターとは、ジェットノズル部がゴミによって閉塞することを防止するため、通過流体中のゴミを捕捉し、ジェットノズル閉塞事故を未然に防止し長期信頼性を確保するための機能をいう。

本発明の駆動流体集束分配器とは、複数流入口からの流れを一つに纏め、流入口は自律的な弁の開閉を行う駆動流体集束器と、駆動流体を複数のジェットノズルへ等圧分配を行う駆動流体分配器と、また駆動流体中の流過物を捕捉しジェットノズルの閉塞を防止するゴミ捕捉フィルターの機能を複合して持つことを特徴とし、駆動流体集束器または駆動流体分配器の機能を各々単独で使用することも可能であるものをいう。

本発明は、駆動流体集束器であり、単数の吐出口と、複数の流入口とから構成されるものも含まれる。また、複数の流入口に各々逆流防止弁をもつ駆動流体集束器も本発明に含まれる。
本発明の駆動流体集束分配器は、前記のいずれかに記載の駆動流体集束器を含む。
本発明は、駆動流体分配器であり、複数の吐出口をもつ駆動流体分配器と、１つの流入口とを構成するものも含まれる。また、ゴミ補足フィルターをもつものも本発明に含まれる。
本発明の駆動流体集束分配器は、前記のいずれかに記載の駆動流体分配器を含む駆動流体集束分配器。
本発明の駆動流体集束分配器は、前記のいずれかに記載の駆動流体集束器と、前記のいずれかに記載の駆動流体分配器とを含む駆動流体集束分配器。

以上説明したように本発明により、海洋深層水の取水に用いる流体ジェットポンプの駆動流体の供給系に用いるとき、駆動流体集束分配器は駆動流体集束器と駆動流体分配器の機能を一つに集約した一体構造とするか、各々の機能をもつユニット同士を連結部品により組合わせて一体とする構造をして、この駆動流体集束分配器を用いることで駆動流体送水管を複数化して給水管の信頼性を向上させることができるともに、駆動流体集束器と駆動流体分配器を組み合わせとすることで、流入口の数や分配器の吐出口の数の変化に柔軟に対応できる。

またゴミ捕捉フィルターを内蔵することでゴミによるジェットノズルの閉塞を防止し、複数の吐出口をもつことで流体ジェットポンプの複数ノズルに等圧分配して駆動することができる。このように駆動流体集束分配器を用いることで流体ジェットポンプの長期可用性と信頼性を向上させて、無保守長期運転を可能にすることができる。

本願の発明は、駆動流体集束器と駆動流体分配器の機能を一体化して、コンパクトな駆動流体集束分配器を提供し、流体ジェットポンプの高性能化と長期可用性に大きく寄与するものである。
本願発明は、複数の流入口と単一または複数の吐出口をもつ駆動流体集束分配器を構成する駆動流体集束器を提供することで、大きな駆動流体送水管１本を複数の小径の該送水管に分割して送水することで設置作業時の作業性が向上する。
本願発明は、駆動流体集束分配器を構成する駆動流体集束器において複数の流入口の内部に各々逆流防止弁を組み込むことで、複数の駆動流体送水管いずれかに破断などの事故が生じたとき破断したときは、逆流防止弁が水圧により自律的に閉じて、駆動流体集束分配器からの給水口側への漏出や逆流を防止することで流体ジェットポンプへの影響を最小限にとどめて、支障なく運転の継続を可能とすることができる。
本願の発明は、駆動流体集束分配器を構成する駆動流体分配器は複数の分岐する吐出部をもち、駆動流体分配器を中核にジェットノズルは複数個ずつグループ化されて駆動されることで、流体ジェットポンプの揚水能力の外部制御を容易にしている
本願の発明は、駆動流体集束分配器にゴミ捕捉フィルターを内蔵することにより、海中に設置され保守の不可能な環境下で長期間供用される流体ジェットポンプのジェットノズルがゴミなどの流過物により閉塞することを防止し、長期にわたって運転を可能にする効果がある。

以上説明したように本発明により、深層水取水のための流体ジェットポンプに用いるとき、ジェットノズルへのゴミ閉塞を防止して長期運転を可能とし、また駆動水送水管の複数化と併せて管路破損事故時の運転信頼性を飛躍的に高めることを可能とすることができる。海中深く、３０ｍから１０００ｍ以上の水深に設置される流体ジェットポンプは、一旦設置すると浅海域以外は修理やメンテナンスは不可能に近く、このような冗長性を可能にする設計が必要であり、本発明は信頼性向上に多大な寄与をする。

駆動流体集束器は、複数の給水口と１つの吐出口をもち、吸水口には個々に逆流防止弁を備えている受動部品であり、流体ジェットポンプに用いる。
駆動流体分配器は、駆動流体が給水口から流入し、等圧で複数の吐出口から流出する構造をもち、内部にゴミ捕捉フィルターを備えている受動部品であり、流体ジェットポンプに用いる。
給水口は駆動流体の流入口であり、ニップルやホースジョイントを接続するために内ネジが切られている。
吐出口は駆動流体の流出口であり、ニップルやホースジョイントを接続するために内ネジが切られている。

逆流防止弁は、小型の駆動流体集束器の場合は弁構造としてはボール型が構造が単純であり適しているが、チルチング型、回転型、スイング型などの弁構造によっても逆流防止弁を構成することが可能である。
ブランクキャップは、加工時に手順の上で必要上あけた加工穴を封止するか、機能部品を装置内に組み込んだのちに加工穴を封止するための部品である。
連結孔は、給水口および吐出口の全てはここに接続されて、等圧分配される共通空間部分のことをいう。

ボール弁は、セラミックや高分子プラスチック等を素材として製作されたものである。
ガイドピンはボール弁を一定の部分に保持しておくための部品である。
口径アジャスタボルトは、接続する加工時にあけた穴と接続するホース等の金具と口径を合わせる為の部品で大口径のボルト形状の中心部に貫通孔をもち内ネジが切られた形状を持つものをいう。

ゴミ捕捉フィルター・タイプ１は、板状タイプのものでシンプルな形状である。
ゴミ捕捉フィルター・タイプ２は、ツバ付の試験管型の片端が閉じたものである。
ゴミ捕捉フィルター・タイプ３は、ツバ付で円周方向に波状のひだをもち表面積を大きく取ったもので大流量の駆動流体分配器に使用するものである。
ガードリングは、ゴミ捕捉フィルターを固定するためと構造を補強する為に付けられたツバ状の部分をいう。
フィルターネットは、一般にチタンワイヤーを素材として製作した網を用い、網の目のサイズはジェットノズルの噴射口の径をもとに決定され、また素材に他の耐食性金属の網、プラスチック製の網、不織布などを用いることも可能である。
固定部突起とフィルター突起受けは、フィルターネットの片端に設けた突起とフィルター装着部の側に設けた凹部であり、流量の大きい所に使用するフィルターは大きな力を受け振動などが生じるので互いに嵌合してフィルターをしっかりと保持する。

本発明の実施の形態を本発明に基づいて説明する。本発明の実施の１例を図１に示す。
この図は、２つの流入口１０ａ、１０ｂと３つの吐出口１１ａ、１１ｂ、１１ｃをもつ駆動水集束分配器の実施例であり、通常動作時は流入口１０ａ、１０ｂに駆動流体が流入し、ジェットノズル閉塞防止用のゴミ捕捉フィルター２８を通過して、吐出口１１ａ、１１ｂ、１１ｃからジェットノズルへ分配供給される。また流入口の内部に逆流防止弁２３ａ、２５ａおよび２３ｂ、２５ｂをもち、ここではボール弁２３ａ、２３ｂが流失しないようにガイドピン２５によって拘束される構造でありガイドピン２５とゴミ捕捉フィルター２８はブランクキャップ２０から挿入し封止されている。

本発明の実施の１例を図２に示す。本図は駆動流体分配器の基本構造であり、給水口１０と吐出口１１ａ、１１ｂ、１１ｃとからなり連結孔２１によって内部で連結されており、連結孔２１の開口部はブランクキャップ２０により封じられており、配下のジェットノズルへ等圧の駆動流体を分配する重要な機能部品である。

本発明の実施の１例を図３に示す。本図はゴミ捕捉フィルターをもつ駆動流体分配器であり、給水口１０と分配吐出口１１ａ、１１ｂ、１１ｃの間に、ゴミ捕捉フィルター・タイプ２−２９を設けて通過する駆動流体中のゴミを捕捉しジェットノズルの目詰まりを防止する機能を付与した。また、口径アジャスタボルト２７は給水口１０の口径変換を行う部品とゴミ捕捉フィルター・タイプ２−２９のガードリング３１の押さえを兼ねており、配下のジェットノズルへ等圧の駆動流体を分配する重要な機能部品である。

本発明の実施例の装置を図４に示す。本図は駆動流体集束器であり、給水口１０ａ、１０ｂを持ち、内部にはガイドピン２４で拘束されたボール弁２３ａ、２３ｂがあり駆動流体の給水中はガイドピン２４に押しつけられる形となり、給水が停止した側はボール弁２３ａ、２３ｂがボール弁受け部２５ａ、２５ｂに圧力で押しつけられ漏水や逆流を防止する。また、給水口１０ａ、１０ｂから流入する高圧水は吐出口１１から流出する。口径アジャスタボルト２７は吐出口１１の口径変換を行う部品であり、駆動流体集束器２はこのような構成で複数の駆動流体送水管からの流体を集束させると共に、駆動流体送水管の破断などの異常時にはいづれかの弁の閉鎖を自律的に行う。

本発明の実施例の装置を図５の示す。本図は８分配の駆動流体分配器であり、給水口１０から流入した高圧水は、ゴミ捕捉フィルター・タイプ３−３０を通過し、吐出口１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ、１１ｈから各々分配されて流出する、吐出口は流軸に前傾方向に角度をもって取り付けられており、コンパクトな多分器の駆動流体分配器を提供する。
また、ゴミ捕捉フィルター・タイプ３−３０の詳細を図６に示す。フィルター３２は円周方向に波状をして表面積を大きくしており、片側には押さえ用のガードリング３１を、反対側にはフィルター固定部３３と嵌合用突起３４が設けられており、図５のフィルター嵌合受け部３６と嵌合して振動を防止し、堅固に固定される。また、図７は図５のゴミ捕捉フィルター付の駆動流体分配器５の吐出口１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ、１１ｈに、配管ニップル１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈを取付けた図であり、ジェットノズルを多数もつ流体ジェットポンプに実装するのに適した外形形状を持つように考案したものである。

図１は駆動流体集束分配器であり、小型の流体ジェットポンプ用に機能をコンパクトにまとめてあり、流入口１０ａ、１０ｂより駆動流体が流入しボール弁をガイドピン２４側へ押しつけながらフィルター・タイプ１を通過して吐出口１１ａ、１１ｂ、１１ｃへ分配流出するが、もし駆動流体送水管が長期劣化や事故により破断すると流入口１０ｂ側からの流入が停止し流入口１０ｂへ逆流が生ずるが、その流れがボール弁２３ｂをボール弁受け２５ｂに押しつける様にして自律的に水圧により弁が閉じられ回路が遮断される様になっている。

図２は駆動流体分配器であり、流入する駆動流体が連結孔部分を通過して吐出口から３分配される流体分配のみの一番シンプルな構造であり、流体分配のみ行えばよい部分に使用する。
図３は、図２の駆動流体分配器にゴミ補足フィルターを付加することで駆動流体中のゴミを捕捉して、流体ジェットノズルの閉塞を防止する機能を持っており、長期信頼性や長期可用性を要求される時に使用する。

図４は駆動流体の流入口を２つもち逆流防止弁により流入口を各々自律的に閉じる構造になっており、図２、図３、図６の駆動流体分配器と連結して使用することにより、図１の駆動流体分配集束器として使用することが可能であり、組み合わせ使用をすることでその時々の流体ジェットポンプの仕様などに応じて柔軟に対応出来て、コンパクトで可用性の高い流体ジェットポンプを提供できる。

以上、説明したように駆動流体集束分配器とその構成要素の駆動流体集束器および駆動流体分配器を単独または組み合わせで用いることにより、海洋深層水を揚水するときに用いる流体ジェットポンプの設置環境における要求に応える。
要求は、海中での機材の長期耐蝕性、大水深（３０ｍから１０００ｍ以上）、点検修理が不可能、長期の耐用年数、などでありこれらの条件を満足するためには、まずジェットノズルの閉塞事故を起こさないようにする、駆動流体送水管の接続部破断などの事故へ対処する、耐食性素材で機器を構成する、の３点を解決する必要がある。
そこで、駆動流体分配器におよび駆動流体集束分配器に、ゴミ捕捉フィルターを内蔵することで長期にわたりジェットノズルの閉塞事故から流体ジェットポンプを防護することで、長期信頼性、長期可用性を確保する。

また、１本の大きな駆動流体送水管を複数化し分割送水して再び駆動流体を１つに纏める構造とし、纏める機能を駆動流体集束器が受持ち給水口側に逆流防止弁を持つことによって、破断等の事態になったら破断した駆動流体送水管側への逆流によって自律的に逆流を阻止することで、何ら支障なくシステムの運転を継続できることを保証する。
これらの、機器を構成する素材としては、チタンおよびチタン合金、ステンレス素材でも特に高耐食性をもつ二相ステンレス合金、などと、高分子ポリエチレンを素材とすることにより材料面からの長期耐久性を確保することができる。
これらのことに留意して、製作された駆動流体集束分配器か、駆動流体集束器および駆動流体分配器を流体ジェットポンプと連携して用いることで、信頼性と冗長性のある深層水揚水システムを提供することを可能とした。

本発明の２流入口３分配・駆動流体集束分配器の基本構造の一例を示す内部構造図である。 本発明の３分配・駆動流体分配器の構成の一例を示す内部構造図である。 本発明のゴミ捕捉フィルター付３分配・駆動流体分配器の構成示す内部構造図である。 本発明の２流入口・駆動流体集束器の構成示す内部構造図である。 本発明のゴミ捕捉フィルター付８分配・駆動流体分配器の構成示す内部構造図である。 本発明の図５に内蔵されるゴミ捕捉フィルターの構造を示す俯瞰図である。 本発明の図５に配管ニップルを取付けて見た俯瞰図である。

符号の説明

１ ２流入口３分配・駆動流体集束分配器
２ ３分配・駆動流体分配器
３ ゴミ捕捉フィルター付３分配・駆動流体分配器
４ ２流入口・駆動流体集束器
５ ゴミ捕捉フィルター付８分配・駆動流体分配器
１０、１０ａ、１０ｂ 給水口
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ、１１ｈ 吐出口
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈ 配管ニップル
２０ ブランクキャップ
２１ 連結孔
２２ 取付穴
２３ａ、２３ｂ ボール弁
２４ ガイドピン
２５ａ、２５ｂ ボール弁受け
２７ 口径アジャスタボルト
２８ ゴミ捕捉フィルター・タイプ１
２９ ゴミ捕捉フィルター・タイプ２
３０ ゴミ捕捉フィルター・タイプ３
３１ ガードリング
３２ フィルターネット
３３ フィルターネット固定部
３４ 固定部突起
３６ フィルター突起受け

Claims (9)

1. 駆動流体集束器。
2. 単数の吐出口と、複数の流入口とから構成される請求項１に記載の駆動流体集束器。
3. 複数の流入口に各々逆流防止弁をもつ請求項１または請求項２に記載の駆動流体集束器。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の駆動流体集束器を含む駆動流体集束分配器。
5. 駆動流体分配器。
6. 複数の吐出口をもつ駆動流体分配器と、１つの流入口とを構成する請求項４に記載の駆動流体分配器
7. ゴミ補足フィルターをもつ請求項４または請求項５に記載の駆動流体分配器。
8. 請求項４から請求項６のいずれかに記載の駆動流体分配器を含む駆動流体集束分配器。
9. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の駆動流体集束器と、請求項５から請求項７のいずれかに記載の駆動流体分配器とを含む駆動流体集束分配器。
   

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