JP4892259B2 - 排水ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、例えば洪水時の内水排除、道路のアンダーパス冠水時や田畑冠水時の排水、或いは渇水時の田畑への灌漑給水といった非常時において好適に使用できる排水ポンプに関するものである。

上述したような災害等の非常時における排水においては、排水が必要となる場所が予め特定できないため、持ち運びできる可搬式の排水ポンプを用いることになる。例えば特許文献１（特に図６を参照）において開示されるように、排水ポンプは、モータが内臓された横軸型の水中ポンプと、これの長手方向における吐出口に連結される排水ホースと、水中ポンプを水中に浮かすためのフロートとを有して構成されている。水中では、水中ポンプがフロートに吊り下げられているような状態になる。そして排水ポンプはトラック自動車等を用いて災害現場に運び込まれ、排水対象となる河川等に投入されて使用される。

排水ポンプを横軸型とすることで、ポンプとしての上下高さを低くでき、かつ、排水ホースを横方向に引き延ばす便利な使い方ができる点で優れている。そして、上下寸法がコンパクトであるから、水中に沈めて使う場合の接地姿勢が正規の横向き姿勢に維持され、所期の水位まで排水することができて信頼性がある。例えば、上下向きの主軸を持つ縦軸型ポンプでは、接地面が傾斜している場合等では倒れてしまい、所期の性能が発揮できない場合が考えられるが、横軸型でもはそのような心配がまず無い点で好ましい。また、フロートを用いて浮かして使用することにより、底に溜まっている泥やゴミ等を極力吸い込まないようにして、できるだけ高効率で円滑に排水機能させ続けることができる利点があり、近年においては多用されてきている。また、フロートで吊り下げて使う場合では、水中における姿勢が比較的安定し易いという良さもある。

しかしながら、多くの場面で用いられるようになるに従い、より低水位まで吸い切ることが可能な排水ポンプの要求が高まってきている。即ち、フロートを用いず、直接水中に沈められている場合は勿論、フロートに吊り下げられての使用状態でも、排水に伴って水位が低下すると、底に接地された状態で排水が行われようになるのであるが、通常、その吸い込み限界は吸入口の口径に依存する。具体的には、空気吸入渦が発生するので、ポンプが接地した際の吸入口上端と水面との距離は、吸入口の口径Ｄ（図１を参照）の２．５〜３倍以下には吸い込めないのである。吸入口にエアが混じると急激に吸引力が低下して事実上吸引不能になったり、ポンプが損傷するからである。

具体的には、従来の横軸型の排水ポンプでは、大面積で低水位の冠水場所や、元々水位の低い災害現場等においては排水機能が為されないこともあり、排水後、車や人が通行できる底又は底付近までのより低水位でも使用できる排水ポンプを望む声が大きくなってきている。
特開２００３−３９８５号公報

本発明の目的は、種々の利点を有する横軸型の水中ポンプを有する排水ポンプを、より低水位でも使用できる改善されたものとして実現し、提供する点にある。

請求項１に係る発明は、排水ポンプにおいて、
排水によって水位が下がった際、横向きの主軸４を有する水中ポンプ１と、前記水中ポンプ１を所定の姿勢で接地させるために前記水中ポンプ１に設けられた支持脚５，６と、流体吸入部３Ｂが一端に形成され、かつ、前記水中ポンプ１の流体吸入口２に他端が連通する吸入カバー３と、を有するとともに、低水位まで排水できる様に、前記吸入カバー３の流体吸入部の上端位置が、前記水中ポンプ１の流体吸入口２の中心位置と同じ高さレベル又はそれ以下の高さレベルとなるように構成され、
前記支持脚５，６及び前記吸入カバー３が前記水中ポンプ１に着脱可能に取付けられ、
前記水中ポンプ１にフロート７を着脱可能に連結し、前記水中ポンプ１が水中に投入された状態では、前記フロート７の浮力によって前記水中ポンプ１が前記フロート７よりも下方となる水中に維持されるように構成され、
前記水中ポンプ１と前記フロート７とが連結された状態では、これら両者１，７どうしの相対姿勢が変化しないように剛結され、
非常時において排水対象に投入されて使用されることを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の排水ポンプにおいて、前記吸入カバー３は、横向きに開口される前記水中ポンプ１の流体吸入口２に連通接続される終端開口３Ａと、水平面状に開口する前記流体吸入部３Ｂとを有し、かつ、前記水中ポンプ１の流体吸入口２よりも前記吸入カバー３の流体吸入部３Ｂが低位となる曲り吸入管に構成されていることを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の排水ポンプにおいて、前記曲り吸入管３に、これから下方に延びる状態の支え部材２２を装備し、この支え部材２２の下端と前記支持脚５，６の接地部位とが互いに同じ高さレベル又はほぼ同じ高さレベルとなるように構成されていることを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、水中ポンプの流体吸入口に連通する吸入カバーと支持脚とを設けることにより、水中ポンプが接地する状態において、従来よりも明確に低い位置に流体吸入部が配置できようになる。その結果、従来よりも低水位で使用することができる。

請求項１の発明のように、吸入カバーを着脱自在にすることで、運搬時の軽量化や収納性の向上を図ることができる。

請求項１の発明によれば、水中ポンプを水面下の水中に維持可能なフロートが装備されているので、上方から排水ポンプの位置を把握し易い。加えて、フロートは着脱可能であるから、外すことにより、水中投入型の排水ポンプとしての使い方も可能であるとともに、持ち運びし易い状態にすることもできる等、使い方や取り扱い上で有利である。また、フロートを取付けることにより、水中ポンプを底から離れた水面近くに維持する場合には、底やその付近に存在する泥やゴミ等の異物が存在しないできるだけクリーンな水を吸込んで排水することもでき、そのような場合は、極力排水ポンプを詰まりや故障無く良好に稼働させることができる効果がある。

請求項１の発明によれば、水中ポンプとフロートとが剛結されているので、フロート７が浮力によって所定姿勢を維持するように浮かぼうとする自己復元力の機能が水中ポンプにも及ぶようになり、水中ポンプの姿勢乱れや揺れ動いたりすることが抑制され、姿勢乱れの少ない状態で良好に排水作動することができる利点がある。また、低水位での排水時に、ポンプが接地し、自由状態になったフロートが流体吸入部近傍に移動して吸入作動の妨げになる、或いはフロートに引きずられてポンプが転倒するというような不都合が生じないという良さもある。

請求項１の発明によれば、吸入カバー、前後支持脚、及びフロートのいずれもが着脱可能に構成されているから、フロートをはずして水中投入型（水中埋没型）の排水ポンプとして使用することができる。また、支持脚と吸入カバーとを外し、従来構造の可搬型排水ポンプとして、或いはフロートも取り去っての水中投入型として使うことも可能である。つまり、従来型の排水ポンプに吸入カバー、前後支持脚、フロートを後付け装着することも可能であり、汎用性に富む実用上で極めて便利で使い易い排水ポンプが実現できている。

請求項２のように、吸入カバーを、横向きに開口される水中ポンプの流体吸入口に連通接続される終端開口と、水平面状に開口する流体吸入部とを有し、かつ、水中ポンプの流体吸入口よりも吸入カバーの流体吸入部が低位となる曲り吸入管とすれば、水中ポンプの流体吸入口から管路抵抗の少ない短い長さで低水位まで排水可能な効率の良い排水ポンプが提供できる。

請求項３のように、支持脚の接地部位と同じ高さレベルの下端を持つ支え部材を吸入カバーに設けることにより、詳しくは実施例において説明するが、低水位での排水時における流体吸入部が下がり移動して吸込みに悪影響を及ぼすことが防止され、円滑な吸込みによる良好な排水作動が維持できる利点がある。

以下に、本発明による排水ポンプの実施の形態を、フロート付可搬型のものとして図面を参照しながら説明する。図１〜図４はフロート付可搬型排水ポンプの断面側面図、平面図、正面図、背面図、図５は使用状況例を示す概略図、図６は排水状況の変化を示す作用図、図７は第２別構造の排水ポンプを示す側面図である。

〔実施例１〕
実施例１による排水ポンプを図１〜図４に示す。この排水ポンプＡの構造を概略説明すると、横向きの主軸４を持つ横軸型の水中ポンプ１と、水中ポンプ１の流体吸入口２に装備される曲り吸入管（吸入カバーの一例）３と、水中ポンプ１の下部における主軸４の軸心Ｐ方向でに互いに離れて取付けられる前後一対の支持脚５，６と、略ドーナツ型のフロート７とを有して構成されている。

水中ポンプ１は、前端部に羽根車８が取付けられる主軸４や、主軸４の後部に構成される電動モータ９等を内装支持するインナケーシング（モータケーシング）１０と、インナケーシング１０を支持するとともにインナケーシング１０との間に環状の排水流路１１を形成するアウタケーシング１２等を有して構成されている。アウタケーシング１２は、羽根車８を囲繞するとともに本体吸入口２が形成される吸込ケーシング１２Ａや、排水ホース１４が連結自在な吐出口１３が形成される吐出ケーシング１２Ｂを有している。つまり、水中ポンプ１は、主軸４の長手方向の一端に本体吸入口２が、かつ、他端に吐出口１３が配置される斜流ポンプ構造に構成されている。尚、１５は電動モータ９の電線ｒの取出し部である。

前支持脚５は、前方に曲げられて成る接地面５ａを有するように側面視の形状がＬ字状に屈曲され、かつ、正面視の形状が略台形を呈する板材（鋼板や合成樹脂板等）で形成され、吸込ケーシング１２Ａを取付けるためのボルトを用いてアウタケーシング１２に共締め装着されている。後支持脚６は、後方に曲げられて成る接地面６ａを有するように側面視の形状がＬ字状に屈曲され、かつ、背面視の形状が略台形を呈する板材（鋼板や合成樹脂板等）で形成され、吐出ケーシング１２Ｂを取付けるためのボルトを用いてアウタケーシング１２に共締め装着されている。これらの支持脚５，６の接地面の幅寸法Ｌ１，Ｌ２は、接地時の安定性の良さからポンプの吐出口径の２倍以上が良く、かつ、運搬、収納性の良さから５倍以下にするのが適切である。尚、１６，１７は、水中ポンプ１を持上げるための前及び後取っ手である。

曲り吸入管３は、横向きに開口されるポンプの流体吸入口２にカップリング１８を用いて連通接続される終端開口３Ａと、水平面状の流体吸入部３Ｂとを有し、９０度湾曲される管路３Ｋを持つ多角形エルボ状のものに形成されている。図１に示すように、水中ポンプ１に装着された状態では、流体吸入部３Ｂと地面Ｇとの上下間に高さｈ１の間隙が形成されるように、即ち、流体吸入部３Ｂよりも支持脚５，６の下端部５ａ，６ａが低位となるように、曲り吸入管３が構成されている。また、流体吸入部３Ｂには、ゴミや石等の異物吸入を防止するために、金属や合成樹脂による棒材を縦横の格子状に並べて成るストレーナ１９が装備されている。また、流体吸入部３Ｂの上端位置（この場合は流体吸入部３Ｂが水平なので下端位置と等しい）はｈ１であり、ポンプの流体吸入口２の下端位置Ｈ１より低位となっている。

また、曲り吸入管３の流体吸入部３Ｂ部位における終端開口３Ａから遠い側の端部には、下方に延びる状態の支え部材２２を装備し、この支え部材２２の下端２２ａと支持脚５，６の接地部位（下端部位）５ａ，６ａとが互いに同じ高さレベル又はほぼ同じ高さレベルとなるように構成されている。棒材等で成る支え部材２２は、専用のものとして曲り吸入管３に取付ける構造のものでも、ストレーナ１９を構成する棒材を部分的に延長して曲げることによって兼用構成される合理的な構造のものでも良い。

つまり、排水ポンプＡにおいては、横向きの主軸４を有する水中ポンプ１と、水中ポンプ１を所定の作用姿勢で接地及び維持させるために水中ポンプ１に着脱可能に取付けられる支持脚５，６と、流体吸入部３Ｂが一端に形成され、かつ、水中ポンプ１の流体吸入口２に他端が連通接続される状態で水中ポンプ１に着脱可能に取付けられる吸入カバー３と、を有するとともに、吸入カバー３が水中ポンプ１に取付けられた装着状態においては、吸入カバーの流体吸入部３Ｂが支持脚５，６の接地部位５ａ，６ａ又はその付近の高さレベルとなるように構成されている。この場合、「所定の姿勢（作用姿勢）」は、曲り吸入管３の流体吸入部３Ｂが下を向く姿勢であるが、流体吸入部３Ｂの構造や形態によってはその他の姿勢となる場合もありうる。

フロート７は、断面が略矩形で、かつ、平面視形状が円環状を呈する浮き輪状のものであり、内部が中空となるように合成樹脂材等（鋼板製でも可）によって形成されている。図示は省略するが、孔や亀裂が生じて水が浸入してもフロート機能（水中ポンプ１を水中で浮かせる機能）が維持されるよう、中空部分には発泡スチロール等の低比重部材が充填されている。尚、内部に低比重部材を入れず、中空のままとしても良い。また、フロート７の形状や構造は、中空円筒型等、種々の変更が可能であり、円環状のものには限定されない。

フロート７は、その内周部７ａにおける前後左右の四箇所にボルト止めされる支持アーム２１を介して水中ポンプ１に連結されている。各支持アーム２１は、金属材や合成樹脂材による捻り板で成り、例えば、図１〜図４に示すように、水中ポンプ１のケーシング連結用のボルト（符記省略）を兼用して取付けらる。このボルト止め構造により、フロート７は水中ポンプ１の直上位置において着脱可能に装着されている。そして、平面視において、フロート７の中央空間部Ｓ内に前及び後取っ手１６，１７が配置されており、フロート７の装着状態においても取っ手１６，１７を用いてフロート付排水ポンプＡを持ち運びすることができる便利さがある。なお、このボルトとして蝶ボルト等を用いることにより、工具無しで着脱できる構造にしても良い。

このように、水中ポンプ１にフロート７が着脱可能に連結されており、フロート７に吊設される状態の水中ポンプ１がフロート７の浮力により、水面Ｗｔ（図６参照）のやや下方となる水中Ｗｉに維持されるように構成されている。そして、水中ポンプ１とフロート７とが四個の支持アーム２１を介して連結される状態では、これら両者１，７どうしの相対姿勢が変化しないように剛結されている。これにより、次のような長所を得ることができる。

例えば、水中ポンプ１とフロート７とがチェンやワイヤ等の相対姿勢の変化を許容する部材で連結されている構造（図示省略）には、接地場所が傾斜しているとか、衝撃水流が生じるといった場合には、フロートが良好な姿勢に維持されていても水中ポンプ１は傾くとか捩り回転するといった具合に動くことがある。場合によっては、排水に伴う水中ポンプの接地姿勢が大きく乱れ、正常な排水が行えなくなる不都合もありうる。

これに対して本発明による排水ポンプＡでは、水中ポンプ１とフロート７とが剛結されているので、フロート７が浮力によって所定姿勢を維持するように浮かぼうとする自己復元力の機能が水中ポンプ１にも及ぶようになり、水中ポンプ１の姿勢乱れや揺れ動いたりすることが抑制され、姿勢乱れの少ない状態で良好に排水機能することができるという利点がある。また、水中ポンプに吸入カバーを設けることで、フロート７とポンプ１との間の距離を短くしても（例えば、図１のポンプ吸入口２の上端位置Ｈ３から、フロート７の下端位置までの距離吸入口径Ｄの１〜２倍程度としても、浮遊した状態での空気吸入渦の発生が抑制され、水面近くにポンプを位置させることも可能となるので、この場合にはポンプの状況を上方から確認し易くなる。

次に、実施例１による排水ポンプＡの実際の使用状況について概略説明する。一例として、図５に洪水時における内水排除を示す。フロート付排水ポンプＡを可搬型として用いるには、トラック自動車ＴＣの荷台３１に、排水ポンプ等の収納庫としての機能を持ち、かつ、操作盤３２を有するパッケージ３３と、発電機３４とを搭載する。そして、図５に示すように、現場においては排水対象河川Ｍの近くにトラック自動車ＴＣを横付けし、排水ホース１４を順調河川等の所定の排出場所Ｎに配策するとともに、排水ポンプＡを排水対象河川Ｍに投入して駆動させ、排水作業を開始するのである。

上記の排水作業の開始時や途中時は、図６（ａ）に示すように、水面Ｗｔ部位に浮かぶフロート７により、水中ポンプ１は水面Ｗｔ近くの水中Ｗｉに位置するように維持されている。このように水面近くの水中において吸入することにより、上方から排水ポンプＡの位置や動作状況を視認して把握し易いとともに、底Ｇやその付近に存在する泥やゴミ等の異物が存在しないできるだけクリーンな水を吸込んで排水することができ、極力排水ポンプを詰まりや故障無く良好に稼働させることができる効果がある。

そして、水面が底Ｇに近づく排水終盤では、図６（ｂ）に示すように、もはやフロート７による水中浮遊状態が解除され、前後の支持脚５，６によって底Ｇに接地される状態での排水が行われる。この状態では、曲り吸入管３の流体吸入部３Ｂと底Ｇとの間には、水吸入に必要となる値（ｈ１）の上下間隙が確保されており、従来では不可能であった底Ｇに近い低水位まで効率良く排水し続けることができる優れた排水ポンプＡとなっている。つまり、従来の排水ポンプでは、図６（ｂ）に示すように、本体吸入口２の上端に相当する水位ｈ２よりも上方のｈ３が吸込み限界水位であったのに対して、本発明による排水ポンプＡでは、ｈ１〜ｈ２の間のｈ１寄りの位置に吸込み限界水位があり、従来の水位ｈ３よりも圧倒的に低い水位までの排水が実現できている。

尚、図６（ｂ）に示す排水終盤の状態では、流体吸入部３Ｂの吸引力により、前支持脚５の接地部位を中心として曲り吸入管３が底Ｇに近づくように排水ポンプＡが回動移動しようとすることがあるが、支え部材２２によってその回動移動が防止されるので、上下高さｈ１の間隙を維持して最後まで（吸入限界まで）良好に排水できるようにされている。また、水中ポンプ１とフロート７とが剛結されているので、ポンプが接地し、自由状態になったフロート７が流体吸入部３Ｂ近傍に移動して吸入動作の妨げになったり、フロート７に引きずられてポンプ１が転倒するというような不都合を生じ難い。また、再度水位が上がった際も、安定して再浮上して排水することができる。

本発明による排水ポンプＡでは、吸入カバー３、前後支持脚５，６、及びフロート７のいずれもが着脱可能に構成されているから、フロート７をはずして水中投入型（水中埋没型）の排水ポンプとして使用することができる。また、支持脚５，６と吸入カバー３とを外し、従来構造の可搬型排水ポンプとして、或いはフロート７も取り去っての水中投入型として使うことも可能である。つまり、従来型の排水ポンプに吸入カバー３、前後支持脚５，６、フロート７を後付け装着することも可能であり、汎用性に富む実用上で極めて便利で使い易い排水ポンプが実現できている。

〔別実施例〕
（１）図示は省略するが、実施例１による排水ポンプＡにおいて、水中ポンプ１を水中に浮かすフロート７を持たない構造とされたものでも良い。この場合は、底に接地した際には確実に支持脚５，６が接地するように、排水ポンプを水中に投入して沈んでゆく際に、支持脚５，６が下方に向く姿勢となるように、姿勢矯正手段を装備しておけば好都合である。姿勢矯正手段としては、水中ポンプ１に「浮き」を付設するとか、水中ポンプ１の上部に空気タンクを設けておく等が考えられる。

（２）図７に示すように、曲り吸入管３を下方に伸ばして接地機能を持たせるとともに、側周面に格子状のストレーナ付構成に相当する多数の流体吸入口３ｒを有してなる流体吸入部３Ｂを持つものとして、前支持脚５を省略した構造の排水ポンプＡも可能である。つまり、曲り吸入管３が前支持脚５の機能を兼用する構造であり、この場合は、実施例１における曲り吸入管３底面の円形の流体吸入口は有っても良いし、無くても良い。また、フロート７の無い仕様も可能である。このように、吸入カバー３の下端と支持脚６の接地部位とが同一の高さレベルであっても、側周面に形成される流体吸入部３Ｂは、実質的に支持脚６の接地部位よりも高位に位置している。

（３）図示は省略するが、前述の特許文献１に示されるように、ポンプ胴体の中間部において筒状の吸入口を持つタイプの排水ポンプにも本発明を適用可能である。この場合は、筒状の吸入口を囲繞する下向き開放で略台形の吸入カバーを装備し、かつ、その吸入カバーの底面である大なる流体吸入部が、接地時においては底からある程度浮くように、支持脚を設ける構成として、吸入スペースを確保すれば良い。また、接地状態において、ポンプ主軸４（軸心Ｐ）は必ずしも水平である必要はなく、ポンプの吸込口２が吐出口３よりも若干下を向く（傾斜する）ようにしても良い。こうすることでより低水位までの排水が可能となる。さらに、吸入カバー３は前述のような曲り吸入管に限定されるものではなく、吸入カバーの流体吸入部の上端位置が、水中ポンプの流体吸入口の中心位置（図１のＨ２）と同じ高さレベル又はそれ以下の高さレベルであれば、従来よりも低水位まで排水することができる。また筒状ではなく、下端が開放されたひさし状のものであっても良い。

排水ポンプの側面図（実施例１） 図１の排水ポンプの平面図 図１の排水ポンプの正面図 図１の排水ポンプの背面図 排水ポンプの使用状況例を示す概略図 （ａ）は排水初期における排水ポンプの水中浮遊状態を示す側面図、（ｂ）は排水終盤における排水ポンプの接地状態を示す側面図 第２別構造の排水ポンプを示す側面図

１ 水中ポンプ
２ 流体吸入口
３ 吸入カバー
３Ａ 終端開口
３Ｂ 流体吸入部
４ 主軸
５，６ 支持脚
７ フロート
１３ 吐出口
２２ 支え部材
Ａ 排水ポンプ

Claims (3)

1. 横向きの主軸を有する水中ポンプと、前記水中ポンプを所定の姿勢で接地させるために前記水中ポンプに設けられた支持脚と、流体吸入部が一端に形成され、かつ、前記水中ポンプの流体吸入口に他端が連通する吸入カバーと、を有するとともに、
   前記吸入カバーの流体吸入部の上端位置が、前記水中ポンプの流体吸入口の中心位置と同じ高さレベル又はそれ以下の高さレベルとなるように構成され、
   前記支持脚及び前記吸入カバーが前記水中ポンプに着脱可能に取付けられ、
   前記水中ポンプにフロートを着脱可能に連結し、前記水中ポンプが水中に投入された状態では、前記フロートの浮力によって前記水中ポンプが前記フロートよりも下方となる水中に維持されるように構成され、
   前記水中ポンプと前記フロートとが連結された状態では、これら両者どうしの相対姿勢が変化しないように剛結され、
   非常時において排水対象に投入されて使用される排水ポンプ。
2. 前記吸入カバーは、横向きに開口される前記水中ポンプの流体吸入口に連通接続される終端開口と、水平面状に開口する前記流体吸入部とを有し、かつ、前記水中ポンプの流体吸入口よりも前記吸入カバーの流体吸入部が低位となる曲り吸入管に構成されている請求項１又は２に記載の排水ポンプ。
3. 前記曲り吸入管に、これから下方に延びる状態の支え部材を装備し、この支え部材の下端と前記支持脚の接地部位とが互いに同じ高さレベル又はほぼ同じ高さレベルとなるように構成されている請求項２に記載の排水ポンプ。

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