JP4791930B2 - ポンプユニット - Google Patents

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Description

本発明はポンプユニットに係り、特に流体を供給する系路で流体中に含まれる液体と気体とを分離する気液分離装置を備えたポンプユニットに関する。
例えば給油所で用いられる給油装置は、スペース上の制約からできるだけ小型であることが要求され、これに伴ってポンプユニットとしても小型のものが要求される。一方、給油所では、取扱うガソリン等に気体が混入していたとしても、この気体により給油量に誤差が生じないようにするために、給油装置にはガソリン等より気体を分離するための気液分離手段が設けられている。
そして、給油装置自体をコンパクトにするためにポンプユニットと気液分離手段とが一体となったポンプユニットが開発されている。このポンプユニットは、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とに分離する気液分離装置と、気液分離装置で分離された気体富化液から気体を分離する気体分離室と、気体分離室で気体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である(例えば、特許文献1参照)。
特開平8−28442号公報
しかしながら、上記のように特許文献1に記載された構成のものでは、例えば、気体分離室で分離された気体が気体分離室の上部空間に溜まった状態で気体分離室の液面が所定高さに上昇すると、フロート弁が開弁して液体をポンプ側へ排出して液面を低下させるが、前記フロート弁が故障していたり、あるいはフロート弁の流路が異物によって詰まった状態の場合には、液体が気体分離室から排出されないため、液面が次第に上昇して気体分離室の上部空間の圧力が上昇してしまう。
この結果、気液分離室内の気体を排出するための排出通路より液体が噴出してしまうことになる。このような液体の排出を防止する手段として噴出し防止弁を設けることが検討されているが、噴出し防止弁が閉弁したまま気液分離室の圧力が上昇してしまうと、気液分離室の機器が故障してしまうという問題が生じてしまう。
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を提供することを目的とする。
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。
本発明は、流入口および流出口を有するケーシング内に、前記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とに分離する気体分離室と、前記気体分離室で分離された液体の液面高さが上昇すると開弁して液体を前記ポンプへ戻すフロート弁と、を有するポンプユニットであって、前記気体分離室の上部に設けられ、当該気体分離室内と外部とを連通する排気通路と、前記気体分離室の液面が所定の高さ以下の場合には開弁して前記排気通路を開放し、前記気体分離室の液面が上昇して当該所定の高さに達した場合には閉弁して前記排気通路からの液体の噴出しを防止する噴出し防止弁と、前記噴出し防止弁の閉弁により前記排気通路の圧力が所定圧力以上に達した場合に開弁して前記気体分離室内の圧力を外部へ逃がす逃がし弁と、を備えることにより、上記課題を解決するものである。
また、本発明は、前記逃がし弁を前記噴出し防止弁の内部に設けることにより、上記課題を解決するものである。
前記噴出し防止弁は、前記気体分離室内の流体の液面上昇に伴って閉弁動作したことを報知する報知手段を備えることが望ましい。
本発明によれば、例えば、気体分離室のフロート弁の故障等により気体分離室の液面が上昇して排気通路に達しても液体が外部に噴出することを防止できる。更に、噴出し防止弁の閉弁により排気通路からの排気ができない状態でも気液分離室内に溜まった気体の圧力が所定以上に上昇した場合には、逃がし弁が開弁して気液分離室内の圧力を外部へ逃がすことができるので、圧力上昇による気液分離室などの機器の損傷を防止することができる。
また、本発明によれば、逃がし弁を噴出し防止弁の内部に設けることにより、構成の簡略化が図れる。
また、本発明によれば、噴出し防止弁が気液分離室内の液体の液面上昇に伴って閉弁動作したことを報知することにより、例えば、メンテナンス時に作業員が気体分離室の液面上昇を容易に確認することができ、フロート弁の異常等のポンプユニットの異常に気づくことができ、その分、的確な修理を行うことができる。
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図1は本発明によるポンプユニットの一実施例を示す縦断面図である。図2は本ポンプユニットの構造を示したもので、図4のII−II矢視線に沿う断面図である。図3は図1のIII−III矢視線に沿う断面図である。図4は図1のIV−IV矢視線に沿う断面図である。図5は図1のV−V矢視線に沿う断面図である。図6は本ポンプユニットを一部断面として示す側面図である。尚、図1乃至図6に示すポンプユニットは、給油装置に組み込まれており、自動車の燃料となるガソリンや軽油などの油液を供給するための送液手段として用いられる。
図1乃至図6に示されるように、ポンプユニットのケーシング10は、下部に流入口11を有し、上部に流出口12をそれぞれ有し、アルミニウム合金により一体に鋳造されている。ケーシング10内の下部側には、流入口11に連通された吸込室13が形成され、この吸込室13にはストレーナ14と吸込側逆止弁16とが配設されている。
吸込側逆止弁16は、ポンプ19内の負圧発生により開弁動作して、ストレーナ14から流入した流体がポンプ19の吸込口21に通じる流路17に流れ込む。一方、ケーシング10内の上部側には、吸込室13と流路17(図4参照)を介して連通するポンプ室18が形成されており、このポンプ室18にはベーン形ポンプ(回転式ポンプ)19が配設されている。ポンプ19の本体20には流路17に接続する吸込口21と吐出口22とが設けられている。
ポンプ19はロータ23が回転軸24に取付けられ、ロータ23には、半径方向へ摺動する複数のベーン27が放射状に装着されている。また、回転軸24の一端部にはモータ(図示略)により回転駆動されるプーリ29が装着されている。
プーリ29の回転が回転軸24を介してロータ23に伝達されることで、各ベーン27はその先端を本体20の内周面に摺接させながら回転する。この時、ロータ23が本体20に対する偏心位置を中心に回転するので、ベーン27で仕切られた各室の容積が拡大、縮小を繰返し、これにより本体20内吸込側に負圧が発生する。したがって、ロータ23の回転によりタンク内の流体が流入口11からストレーナ14、吸込側逆止弁15、流路17および吸込口21を経てポンプ19内に吸込まれ、その吐出口22から流路30へと吐出される。
また、ケーシング10の上部側でかつポンプ19と反対側に位置する部分には気液分離装置31が配設されている(図1参照)。この気液分離装置31は下端を開放した縦形のサイクロン32により形成されている。サイクロン32の上部開口は、気体分離室60(図2参照)に連通している。
図2及び図3に示されるように、気体分離室60の底部側には、フロート67が配設されている。フロート67は、その一面から延ばした軸部67aの先端部を蓋体68に軸着させることにより上下方向に回動自在となっている。
また、気体分離室60内に位置するボス部69の先端部にはその軸穴70を気体分離室60内に連通させる開口71が形成されている。この開口71の周りはフロート弁72の弁座として構成されており、この開口71には、フロート67の軸部67aに軸着された弁体(ポペット弁)74が嵌合されている。このフロート弁72は、フロート67の上昇に応じて弁体74を上動させ、開口71を開く。
一方、サイクロン32から排出された気体富化液は、管部材62を通じて気体分離室60内に供給される。気体分離室60内には気体を分離した液が溜り、次第にその液位を上昇させる。これにより、フロート67が上昇して戻し弁72の弁体74が開き、気体分離室60内の液が戻し流路76へ流れ、さらにリリーフ弁56の2次側の流路47、吸込側逆止弁15の2次側の流路17を経由してポンプ19の吸込口21に戻される。
ケーシング10内の下部には、図4、図5に示されるように、ケーシング10の側面からリリーフ弁56の2次側の流路47に連通する戻し流路76が形成されている。これにより、気体分離室60内に液体(油液)が溜って液面位置が所定の基準高さ以上になるとフロート67の上昇に伴ってフロート弁72が開弁するため、気体分離室60内の液が軸穴70を経由してポンプ19の吸込口21に戻されるようになる。
また、気液分離装置31においては、ポンプ19から流路30を通じて圧送されてきた、気体が混入した液体は、サイクロン32内に流入して旋回運動を起こし、液体と気体とで作用する遠心力が異なることにより液体が半径外方に集まると共に気体が半径内方に集まる。そして、この分離された液体はサイクロン32の下端開口からフィルタ室40に流下し、一方、気体を含む気体富化液は、栓部材34から排出流路36を通過して気体分離室60へと排出される。
図4乃至図6に示されるように、フィルタ室40内には円筒形状のフィルタ41が配設されている。上記フィルタ41の流出側には、出口側逆止弁45に通じる流路46と、吸込側逆止弁15の2次側の流路17に通じる流路47とが垂直隔壁48により画成されている。出口側逆止弁45は流路55を介して流出口12に接続されている。したがって、気液分離装置31で分離されフィルタ室40に流下した液体は、フィルタ41で濾過されて流路46に至り、この後は出口側逆止弁45を開き、さらに流路55から流出口12を通って外部の機器(例えば流量計)へ送出される。
また、垂直隔壁48には、余分な液を流路47および流路17からポンプ19の吸込口21へ戻すリリーフ弁56(図5参照)が設けられている。
さらに、気体分離室60の上部空間100を覆うように形成されたケーシング10の上部110には、気体分離室60の上部空間100の気体を外部に排気する排気ユニット120が設けられている。
図7は排気ユニット120の内部構成を示す部分断面図である。図7に示されるように、排気ユニット120は、気体分離室60の上部空間100に連通する排気管路(排気通路)130と、排気管路130に連通された弁装置140とを有する。
排気管路130は、ケーシング10の上部110に設けられた排気孔112に螺入された継手132と、継手132にナット134により結合されたL字状に形成されたエルボ136とを有する。そして、気体分離室60の上部空間100は、排気孔112、継手132の通路133、エルボ136の通路137を介して弁装置140の内部と連通されている。
弁装置140は、円筒箱型に形成されたハウジング142の内部143に噴出し防止弁150と、逃がし弁160とを収納した構成であり、噴出し防止弁150の弁軸部分に逃がし弁160を配置したコンパクトな構成になっている。噴出し防止弁150は、下方が開口とされたカップ状の昇降部材170と、昇降部材170の上部に形成された弁部180と、弁部180の中央より上方に延在形成されたインジケータロッド190とを有する。
昇降部材170は、逆U字状に形成された外周部172と、外周部172の内側に形成された空気溜まり室174と、空気溜まり室174の中央部分に形成された弁軸176とを有する。
また、昇降部材170の弁軸176には、ハウジング142の底部中央から上方に突出するガイドロッド144が挿入されるガイド孔178と、ガイド孔178に連通するように昇降部材170の上部中央を軸方向(Z方向)に貫通する排気通路179と、ガイド孔178と排気通路179と連通する通路181とを有する。さらに、ガイドロッド144とガイド孔178とは、遊嵌しており、半径方向の隙間を有するため、昇降部材170はガイドロッド144に沿って昇降可能に取り付けられている。
そのため、逃がし弁160は、ガイドロッド144とガイド孔178との半径方向の隙間によって気体分離室60と連通されており、この隙間を介して気体分離室60の圧力が導入される。尚、弁軸176を半径方向に貫通する連通孔を設けることで空気溜まり室174の圧力をガイド孔178に導入するように構成しても良い。あるいは、ガイドロッド144に軸方向に延在する溝を形成し、この溝を介して気体分離室60の圧力が通路181に導入されて逃がし弁160に作用する構成としても良い。
逃がし弁160は、ガイド孔178と排気通路179との間に設けられた弁座162と、弁座162に当接して閉弁する球状弁体164と、球状弁体164を弁座162に付勢するコイルバネ(付勢部材)166と、コイルバネ166を保持する円筒形状のバネ押さえ168とを有する。この逃がし弁160は、球状弁体164がコイルバネ166の付勢力により弁座162に当接して閉弁しており、後述するようにハウジング142(気体分離室60)の内部圧力がコイルバネ166の付勢力以上に上昇した場合に球状弁体164が弁座162から離間して開弁する。
弁部180は、ゴム製のシート部180aと、昇降部材170の上部開口171に止め輪210により挟持される円筒部180bとを有する。また、弁部180には、中央孔180cが貫通しており、この中央孔180cが閉弁時の排気通路として機能する。また、中央孔180cには、インジケータロッド190が挿通される。
また、弁部180と昇降部材170の上部開口171との間には、インジケータロッド190と一体に形成された円盤状の鍔部192が挟持されている。この鍔部192には、球状弁体164の開弁動作により空気(気体分離室60内の圧力)を上方(大気側)へ逃がす小孔194が設けられている。
また、ハウジング142の上部開口を閉塞する蓋200の中央の排気管部201には、弁孔202が貫通しており、弁孔202の下面周縁部には弁部180により閉塞される弁座204が形成されている。また、上記インジケータロッド190は、弁孔202に挿通されており、前記弁部180が開弁している状態では、その先端部分が弁孔202に収容されて目視することができない。従って、前述したフロート弁72の開弁動作により気体分離室60の液体がポンプ19の吸込口21に戻されている場合には、気体分離室60における液面が基準高さを超えることがないので、ハウジング142内の昇降部材170が降下しているため、弁部180が弁座204から離間して噴出し防止弁150は開弁しており、インジケータロッド190は弁孔202に収容されている。そのため、気体分離室60の上部空間100の空気は、気体分離室60における液面の上昇に伴って排気管路130及び弁装置140を介して外部に排気される。
弁孔202を有する排気管部201には、排気管206が嵌合されている。この排気管206は、外部からインジケータロッド190の上部先端を目視することができるように透明材料により形成されている。また、例えば、フロート弁72の故障などによって気体分離室60における液面が上昇して基準高さを超えてケーシング10の上部110に達しハウジング142の内部143に流入した場合には、ハウジング142内の昇降部材170が上昇し、弁部180が弁座204に当接して閉弁すると共に、インジケータロッド190の上部先端が弁孔202の上方に突出する位置に上昇する。そのため、インジケータロッド190の上部先端が排気管206を介して目視される場合は、弁部180が閉弁位置に上昇したこと(即ち、気体分離室60内が何らかの異常により液体で満たされてしまっていること)を確認することができる。本実施例では、インジケータロッド190と透明な排気管206により報知手段が構成されている。
ここで、上記フロート弁72及び噴出し防止弁150、逃がし弁160の開閉動作について説明する。
図8はフロート弁72の開弁状態及び噴出し防止弁150の開弁状態を示す縦断面図である。図8に示されるように、気体分離室60の液面高さがフロート67に接する位置に上昇すると、液面に対する浮力を受けてフロート67が上方に移動する。これにより、フロート67の軸部67aに連結された弁体74が開弁動作して開口71を開くため、気体分離室60の液体(油液)は、軸穴70を経由してポンプ19の吸込口21に戻される。
この状態においては、噴出し防止弁150の弁部180が下方にあるため、気体分離室60の液面が上昇した場合には、気体分離室60の上部空間100の気体は、排気孔112、継手132の通路133、エルボ136の通路137を介して弁装置140の内部143に排気され、さらに弁孔202、排気管206を通過して外部に排気される。
図9はフロート弁72の異常状態及び噴出し防止弁150の閉弁状態を示す縦断面図である。図9に示されるように、例えば、気体分離室60の液面が上昇して液面からの浮力を受けたフロート67が上方に移動しているにも拘わらず、弁体74が開弁動作しない場合、あるいは弁体74が開弁動作しても開口71が異物等により閉塞されていて液体をポンプ19側へ排出できない場合には、気体分離室60の液面が次第に上昇する。この状態が続くと、やがて気体分離室60は液体で充満された状態となる。
このようなフロート弁72の故障等により気体分離室60の液面が異常に上昇した場合、気体分離室60の上部空間100の気体は、排気孔112、継手132の通路133、エルボ136の通路137を介してハウジング142の内部143に流入され、さらに弁孔202、排気管206を通過して外部に排気される。
さらに、気体分離室60の液面上昇が続くと、気体分離室60の液体収容量を超えてしまうため、溢れた液体は、排気孔112、継手132の通路133、エルボ136の通路137を介してハウジング142の内部143に流入する。このように、弁装置140の内部143に液体が流入すると、昇降部材170の下部開口が液面によって閉塞されてしまい、空気溜まり室174の気体が液面上昇圧力を受けてフロートとして作用することになる。
そのため、昇降部材170は、ハウジング142の内部143に液体が流入されると共に、液面の上昇(所定高さに上昇)により上方への押圧力を受けて上昇する。これにより、昇降部材170の上部に設けられた弁部180は、シート部180aが蓋200の弁座204に当接する。このように、噴出し防止弁150が閉弁動作することでハウジング142の内部143に流入された液体が弁孔202へ流出することが防止される。
また、逃がし弁160は、気体分離室60の圧力が所定圧力(例えば、気体分離室60の上限圧力)未満では、球状弁体164がコイルバネ166の付勢力により弁座162に当接して閉弁しているため、圧力の逃げ道が塞がれた状態である。そして、気体分離室60の圧力が所定圧力(例えば、気体分離室60の上限圧力)以上になると、排気管路130及びハウジング142の内部圧力も上昇するため、コイルバネ166の付勢力以上に上昇した時点で球状弁体164が弁座162から離間して開弁する。これにより、昇降部材170の空気溜まり室174の気体がガイド孔178を介して開弁された逃がし弁160及び鍔部192の小孔194、弁部180の中央孔180c、弁孔202を通過して排気管206へ排出される。
その結果、ハウジング142の内部圧力が低下し、気体分離室60の圧力も減少する。このように、噴出し防止弁150が閉弁したことによる圧力上昇は、逃がし弁160の開弁動作により緩和され、排気管路130及び気体分離室60の圧力が異常に上昇することを防止できる。これにより、気体分離室60の圧力が異常に上昇しても、逃がし弁160の開弁により気体分離室60の圧力が外部に逃がされるため、気体分離室60の機器が圧力上昇によって破損することが防止される。
また、噴出し防止弁150の昇降部材170が上昇動作して閉弁位置に至ると、インジケータロッド190の上部先端が弁孔202の上方に移動するため、インジケータロッド190の上部先端を透明管196の外側から目視することが可能になる。そのため、メンテナンス作業を行う作業員は、目視により弁部180が閉弁位置に上昇したことを確認することができる。
従って、作業員は、ポンプユニットを分解することなくインジケータロッド190の上部先端を目視することによって、気体分離室60で異常(フロート弁72の異常、液面上昇や圧力上昇など)が発生していることを確認することができる。これにより、作業員は、ポンプユニットの内部で起きている異常を推測することができるので、メンテナンス作業の時間を短縮することが可能になる。
図10は変形例を示す縦断面図である。図10に示されるように、インジケータロッド190の上部先端に位置検出用のマグネット300が設けられている。また、弁孔202の上端の外側には、マグネット300の磁力を検出するセンサ310が取り付けられている。本変形例では、マグネット300とセンサ310により報知手段が構成されている。
このセンサ310としては、例えば、マグネット300の磁力によって閉成して検出信号を出力するリードスイッチや、マグネット300の移動による磁気変化を検出する磁気センサなどがある。そして、センサ310からの検出信号を管理コンピュータ(図示せず)等に送信することにより、離れた場所(例えば、事務所や管理センタなど)でポンプユニットでの異常の有無を監視することが可能になり、ポンプユニットが複数個設置されている場合に各設置場所まで作業員が出向かなくてもセンサ310からの検出信号により、どの場所のポンプユニットで異常が発生したかを容易に確認することができ、異常が発生した場合には直ちに点検、修理作業を行うことができる。
上記実施例では、給油装置に搭載されたポンプユニットを一例として挙げたが、これに限らず、気泡が液体中に混入するような液体供給系路を有する他の装置にも本発明を適用できるのは勿論である。
また、上記実施例では、油液を供給する系路にポンプユニットを配置したが、油液以外の液体を供給する系路にポンプユニットを配置する場合にも本発明を適用できるのは勿論である。
上記実施例では、噴出し防止弁150の弁軸部分に逃がし弁160を配置した構成を例に挙げて説明したが、これに限らず、例えば、噴出し防止弁150と逃がし弁160とを個別に設けるようにしても良いのは勿論である。
また、上記実施例では、排気ユニット120はポンプユニットのケーシング10外部に設けられているが、これに限るものではなく、排気ユニット120をケーシング10の内部(気体分離室60内)に配置しても良い。この場合、排気口112に排気ユニット120の蓋200の排気管部201を接続すればよい。このようにすれば、排気ユニット120を気体分離室60内に収納した分だけポンプユニット自体をよりコンパクトにすることができる。尚、このように排気ユニット120をケーシング10の内部(気体分離室60内)に配置した場合、排気口112が請求項1の排気通路に該当することになる。
本発明によるポンプユニットの一実施例を示す縦断面図である。 本ポンプユニットの構造を示したもので、図4のII−II矢視線に沿う断面図である。 図1のIII−III矢視線に沿う断面図である。 図1のIV−IV矢視線に沿う断面図である。 図1のV−V矢視線に沿う断面図である。 本ポンプユニットを一部断面として示す側面図である。 排気ユニット120の内部構成を示す部分断面図である。 フロート弁72の開弁状態及び噴出し防止弁150の開弁状態を示す縦断面図である。 フロート弁72の異常状態及び噴出し防止弁150の閉弁状態を示す縦断面図である。 変形例を示す縦断面図である。
符号の説明
10 ケーシング
19 ポンプ
31 気液分離装置
60 気体分離室
72 フロート弁
100 上部空間
110 上部
120 排気ユニット
130 排気管路
140 弁装置
142 ハウジング
150 噴出し防止弁
160 逃がし弁
162 弁座
164 球状弁体
170 昇降部材
174 空気溜まり室
176 弁軸
178 ガイド孔
180 弁部
190 インジケータロッド
202 弁孔
204 弁座
206 排気管
300 マグネット
310 センサ

Claims (3)

  1. 流入口および流出口を有するケーシング内に、前記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とに分離する気体分離室と、
    前記気体分離室で分離された液体の液面高さが上昇すると開弁して液体を前記ポンプへ戻すフロート弁と、を有するポンプユニットであって、
    前記気体分離室の上部に設けられ、当該気体分離室内と外部とを連通する排気通路と、
    前記気体分離室の液面が所定の高さ以下の場合には開弁して前記排気通路を開放し、前記気体分離室の液面が上昇して当該所定の高さに達した場合には閉弁して前記排気通路からの液体の噴出しを防止する噴出し防止弁と、
    前記噴出し防止弁の閉弁により前記排気通路の圧力が所定圧力以上に達した場合に開弁して前記気体分離室内の圧力を外部へ逃がす逃がし弁と、
    を備えたことを特徴とするポンプユニット。
  2. 前記逃がし弁を前記噴出し防止弁の内部に設けたことを特徴とする請求項1に記載のポンプユニット。
  3. 前記噴出し防止弁は、前記気体分離室内の流体の液面上昇に伴って閉弁動作したことを報知する報知手段を備えることを特徴とする請求項1または2に記載のポンプユニット。
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