JP5087689B2 - ポンプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、水を負圧によって汲み上げ、送出するポンプ装置に関する。

従来のこの種のポンプ装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。このポンプ装置は、地下水を汲み上げるためのものであり、モータと、モータで駆動される水封式の真空ポンプと、セパレートタンクおよび水槽と、渦巻きポンプなどで構成されている。このポンプ装置では、モータで真空ポンプを駆動することによって、セパレートタンク内に負圧を発生させ、この負圧によって地下水をセパレートタンク内に吸引し、汲み上げる。そして、汲み上げられた地下水は、渦巻ポンプによって水槽に送出される。また、水槽の下端部の給水口と真空ポンプの取水口の間には給水管が接続されており、この真空ポンプの取水口は水槽の給水口よりも高い位置に位置している。水槽内の地下水は、給水管を介して真空ポンプに供給され、真空ポンプの封水として用いられた後、真空ポンプから排水管を介して水槽に戻される。

特開２００４−１８３５６６号公報

上記のような水封式の真空ポンプにおいて、その適切な作動を確保するためには、水が連続して供給されることで、封水が適正に形成されることが必要である。封水が適正に形成されないと、セパレートタンク内に負圧を発生させることも、水槽の水を吸い上げることもできないとともに、真空ポンプが無負荷の状態で駆動されることで、モータの過熱などの異常が発生するおそれがある。

これに対し、上述した従来のポンプ装置では、真空ポンプの取水口が水槽の給水口よりも高い位置にあるため、例えば、水槽の水位が、給水口よりも高い場合でも、真空ポンプの取水口よりも低いときには、給水管の取水口よりも下側の部分に空気が溜まった状態になる。このため、真空ポンプ内に封水が適正に形成されるよう、ポンプ装置の運転を開始する前に、水槽内に水を追加するなどして、給水管内の空気を抜くエア抜き作業が必要になり、このエア抜き作業を怠った場合には、上述した不具合が発生してしまう。また、ポンプ装置が正常に運転されている状態において、モータの動力の一部が、水槽内の水をより上側に位置する真空ポンプに重力に抗して汲み上げるために消費されるので、この動力の損失の分、ポンプ装置の性能が低下する。

また、汲み上げられた地下水がそのまま真空ポンプの封水として用いられるので、地下水に含まれる砂などの異物によって真空ポンプの摩耗や破損が生じやすく、それにより、ポンプ装置の性能や耐用性が低下するおそれがある。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、適正な封水を得るためのエア抜き作業を省略できるとともに、ポンプ装置の性能および耐用性を高めることができるポンプ装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、地中に埋設したパイプを介して地下水を汲み上げるウエルポイント工法において用いられ、地下水を負圧によって汲み上げ、送出するポンプ装置であって、第１タンクと、モータと、モータで駆動され、第１タンク内に負圧を発生させることによって、パイプを介して第１タンク内に地下水を汲み上げる水封式の真空ポンプと、第１タンク内に設けられ、第１タンク内に汲み上げられた汲上げ水を第１タンク外に送出する水中ポンプと、第１タンクとは別個に設けられ、真空ポンプの封水として用いられる循環水を蓄えるための第２タンクと、一端が第２タンクに接続され、他端が第２タンクとの接続部よりも低い位置で真空ポンプに接続され、第２タンク内の循環水を真空ポンプに供給するための給水通路と、真空ポンプから吐出された循環水を第２タンクに戻すための排水通路と、を備え、給水通路は、第１タンク内に通されており、給水通路の第１タンク内に通された部分は、第１タンクの底面付近まで立ち下がった後、第１タンクの内壁および底面に沿って延びてから立ち上がるように配置されていることを特徴とする。

このポンプ装置によれば、モータで真空ポンプを駆動することによって、第１タンク内に負圧を発生させ、この負圧によって地下水を地中に埋設したパイプを介して第１タンク内に吸引し、汲み上げる。そして、第１タンク内に汲み上げられた汲上げ水は、水中ポンプによって第１タンク外に送出される。一方、第２タンクに蓄えられた循環水は、給水通路を介して真空ポンプに供給され、真空ポンプの封水として用いられた後、真空ポンプから排水通路を介して第２タンクに戻される。このように、循環水は、第２タンク、給水通路、真空ポンプおよび排水通路で構成される回路を循環する。

また、給水通路と真空ポンプとの接続部（真空ポンプの取水口）が給水通路と第２タンクとの接続部（第２タンクの給水口）よりも低い位置に位置するため、第２タンクの水位を給水口よりも高くするだけで、第２タンク内の循環水が給水通路に流出し、給水通路は、空気が混入しない状態で、循環水で満たされる。したがって、従来のポンプ装置では必要であった、ポンプ装置の運転の開始前における給水通路からのエア抜き作業を省略できる。また、循環水が重力によって給水口から取水口へ流れるので、モータの動力は、真空ポンプへの循環水の供給のためにはまったく消費されず、第１タンク内の負圧の発生にもっぱら用いられる。したがって、ウエルポイント工法用のポンプ装置の性能を向上させることができる。

また、第２タンクが第１タンクとは別個に設けられているので、第２タンクが第１タンク内に設けられる場合と異なり、第２タンクの大きさを、第１タンクの大きさに制限されることなく決定でき、それにより、第２タンクの大型化が可能になる。第２タンクが大型化すると、内部により多くの循環水を蓄えることができるため、循環水の温度が上昇しにくくなる。そして、循環水の温度が低いほど、真空ポンプ内の空気の密度がより高くなるので、第１タンク内の負圧がより大きくなり、その結果、ポンプ装置の性能を向上させることができる。さらに、第２タンクの大型化に伴い、循環水の量が多くなるとともに、循環水の温度がより低い温度に維持されることで、循環水が蒸発しにくくなる。このため、蒸発によって循環水が減少するのに応じて必要とされる、第２タンクへの循環水の補給の頻度を低くすることができ、作業効率の向上を図れるとともに、循環水が不足し、封水が適正に形成されないことに起因するモータの過熱などの異常を防止することができる。

また、循環水を蓄える第２タンクと汲上げ水を蓄える第１タンクが互いに別個に設けられるとともに、循環水が第２タンクを含む前述した回路を循環するので、循環水と汲上げ水は互いに分離されている。このため、汲上げ水に異物が混入している場合でも、その異物は真空ポンプに到達せず、したがって、汲上げ水中の異物に起因する真空ポンプの摩耗および破損を防止でき、ウエルポイント工法用のポンプ装置の性能および耐用性を高めることができる。さらに、給水通路が第１タンク内に通されているので、第２タンクから流出し、給水通路内を流れる循環水は、第１タンクを通る際に、第１タンク内の汲上げ水で冷却された後、真空ポンプに供給される。したがって、真空ポンプで封水として実際に用いられる循環水をより低温に維持でき、それにより、ポンプ装置の性能をさらに向上させることができる。さらに、給水通路の第１タンク内に通された部分は、第１タンクの底面付近まで立ち下がった後、第１タンクの内壁および底面に沿って延びてから立ち上がるように配置されているので、第１タンク内における給水通路の長さおよび表面積が十分に確保されることで、循環水の冷却度合を高めることができ、ポンプ装置の性能をさらに向上させることができるとともに、第１タンク内の汲上げ水量が少なく、水位が低い状態でも、給水通路が汲上げ水中に存在することで、循環水を確実に冷却することができる。また、第１タンク内で汲上げ水が対流することにより、汲上げ水の温度は通常、第１タンクの底面付近で最も低いので、循環水の冷却度合をさらに高めることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のポンプ装置において、モータは、真空ポンプの上方に配置されていることを特徴とする。

真空ポンプの取水口は、第２タンクの給水口よりも低い位置に位置しており、また、給水口から循環水が流出するためには、第２タンク内の水位が給水口よりも高いことが必要である。本発明によれば、真空ポンプがモータの下方に配置されているので、真空ポンプをより低い位置に配置することが可能になり、それに応じて、第２タンクの給水口をより低い位置に配置することが可能になる。したがって、第２タンク内の循環水の水位が比較的低い状態でも、真空ポンプに循環水を供給でき、真空ポンプの運転を支障なく行えるとともに、第２タンクへの循環水の補給の頻度をさらに低くすることができる。

また、モータが真空ポンプの上方に配置されているので、真空ポンプから循環水が漏れた場合でも、モータの電装部品は濡れず、水濡れに起因するモータの故障を防止することができる。また、モータの防水処理を省略することも可能であり、それにより、コストダウンを図ることができる。さらに、真空ポンプとモータが上下方向に並んで配置されているので、それらを設置するのに必要な平面的なスペースを削減でき、ポンプ装置のコンパクト化を図ることができる。

本発明の実施形態によるポンプ装置を示す図である。 真空ポンプの内部の構成を示す片側断面図である。 セパレートタンク内における給水管のレイアウトを示す図である。 ウエルポイント工法におけるポンプ装置の使用例を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１に示す実施形態のポンプ装置１は、例えば、ウエルポイント工法において地盤から地下水を汲み上げるためのものであり、ベース６上に、真空ポンプ１０、セパレートタンク３、冷却水槽４、これらを接続する管・ホース類、および制御盤５などを一体に組み立てたプラントポンプとして構成されている。なお、同図では、セパレートタンク３および冷却水槽４は断面図になっている。

真空ポンプ１０は、ベース６の一端側に載置され、設置されている。真空ポンプ１０は、モータ２で駆動される水封式のものであり、図２に示すように、ケーシング１１と、複数の羽根１２ｂを有する羽根車１２などで構成されている。ケーシング１１の下端部には取水口１３が形成され、上端部には吸気管１４および排気管１５が設けられている。羽根車１２の軸１２ａは、ケーシング１１に対して上側に偏心した位置に配置されており、同図の奥行き方向に水平に延び、ケーシング１１に回転自在に取り付けられている。

また、ベース６には、真空ポンプ１０を取り囲むように、モータ設置台２ａが立設されている。モータ２は、このモータ設置台２ａに載置されており、真空ポンプ１０の真上に配置されている。モータ２の回転軸は、タイミングベルト（いずれも図示せず）を介して、真空ポンプ１０の軸１２ａに連結されており、モータ２の回転に従って、軸１２ａは同図の時計方向に回転する。

取水口１３からケーシング１１内に供給された水は、羽根車１２の回転に伴い、遠心力によって、ケーシング１１の周壁側に寄せられ、周壁に沿ってリング状の封水を形成する（同図の破線の外側の部分）。また、羽根車１２がケーシング１１に対して偏心しているので、羽根車１２の隣接する各２つの羽根１２ｂ、１２ｂと封水で囲まれた空間Ｓ（同図のハッチング部分）の体積は、羽根車１２の回転に伴って変化する。

具体的には、空間Ｓの体積は、空間Ｓが軸１２ａの真上に位置するときに最小になり、真下に位置するときに最大になる。また、空間Ｓが軸１２ａの真上の位置から真下の位置に向かって回転するときには、空間Ｓの体積が増加し、その体積の増加量に応じた空気が吸気管１４から吸引される。逆に、空間Ｓが軸１２ａの真下の位置から真上の位置に向かって回転するときには、空間Ｓの体積が減少し、その体積の減少量に応じた空気が、水とともに排気管１５から吐出される。

また、真空ポンプ１０の運転中に発生した熱は、真空ポンプ１０の内部を連続的に流れる水によって持ち去られ、それにより、真空ポンプ１０が冷却される。なお、真空ポンプ１０から吐出される水の温度は、冬場には６０〜７０℃に、夏場には７０〜８０℃になる。以上のように、真空ポンプ１０に供給される水は、封水を形成する役割と、真空ポンプ１０を冷却する役割を有する。

ベース６には、真空ポンプ１０に隣接して、タンク本体Ｔが載置されている。タンク本体Ｔの内部は、上下方向に延びる仕切り壁Ｗによって水密に仕切られている。この仕切り壁Ｗにより、真空ポンプ１０側に前記冷却水槽４が形成され、真空ポンプ１０と反対側に前記セパレートタンク３が形成されている。冷却水槽４の容量は例えば１８０リットル、セパレートタンク３の容量は冷却水槽４よりも大きく、例えば５００リットルである。タンク本体Ｔの上部には、セパレートタンク３および冷却水槽４を気密状態で覆う共通の蓋板９が設けられている。

セパレートタンク３は、汲み上げた地下水を一時的に蓄えるためのものである。セパレートタンク３の蓋板９には接続口９ａが形成されており、この接続口９ａと真空ポンプ１０の吸気管１４に吸気ホース２４が接続されている。また、セパレートタンク３の側壁の下部には吸込口３ａが形成されている。この吸込口３ａには汲上げホース３５の一端部が接続され、汲上げホース３５の他端部は地盤中に連通するように接続される。

以上の構成により、真空ポンプ１０が運転されると、セパレートタンク３内の空気が、真空ポンプ１０により吸気ホース２４を介して吸引されることによって、セパレートタンク３内に負圧が発生し、この負圧によって、地下水が汲上げホース３５および吸込口３ａを介して、セパレートタンク３に汲み上げられる。

また、セパレートタンク３内には、水中ポンプ７が設けられている。水中ポンプ７の下端部には吸込口７ａが設けられており、上端部には吐出口７ｂが設けられている。この吐出口７ｂには排水管２５の一端部が接続されている。排水管２５は蓋板９を貫通してセパレートタンク３の外部に延び、チャッキバルブ８を介して、ポンプ装置１とは別個のノッチタンク（図示せず）まで延びている。この構成により、セパレートタンク３内に汲み上げられた汲上げ水は、水中ポンプ７の吸込口７ａから吸い込まれ、排水管２５を通って、ノッチタンクに送出される。この汲上げ水の逆流は、チャッキバルブ８によって防止される。

冷却水槽４は、真空ポンプ１０に供給する水を蓄えるとともに、真空ポンプ１０から吐出された高温の水を受け入れるものである。前述したように、セパレートタンク３と冷却水槽４は、仕切り壁Ｗを介して隣り合っているので、冷却水槽４内の水は、仕切り壁Ｗを介して、セパレートタンク３内の汲上げ水によって冷却される。仕切り壁Ｗの左右方向の端部の下部には、給水口Ｈが形成されており、給水口Ｈに給水管２１の一端部が接続されている。この給水管２１は、例えばステンレス製であり、図２および図３に示すように、セパレートタンク３内に次のように配置されている。なお、図３では水中ポンプ７は省略されている。

給水管２１は、給水口Ｈからセパレートタンク３の内方に水平に若干、延びた後、セパレートタンク３の底面付近まで立ち下がり、セパレートタンク３の側壁に沿ってＵ字状に延び、仕切り壁Ｗの付近に戻る。給水管２１はさらに、給水口Ｈと同じ高さまで立ち上がり、仕切り壁Ｗおよびそれに対向する冷却水槽４の壁を貫通して延びている。給水管２１のこの端部には、給水ホース２２の一端部が接続されており、その他端部は、真空ポンプ１０の取水口１３に接続されている。

以上のように、給水口Ｈは、給水管２１および給水ホース２２によって真空ポンプ１０の取水口１３に接続されている。また、給水口Ｈは、取水口１３よりも高い位置に配置されている。したがって、冷却水槽４内の水は、重力により、給水管２１および給水ホース２２を介して取水口１３に流入し、真空ポンプ１０に供給される。

一方、冷却水槽４の蓋板９には接続口９ｂが形成されており、この接続口９ｂと真空ポンプ１０の排気管１５に排気ホース２３が接続されている。この排気ホース２３を介して、真空ポンプ１０から吐出された空気および水が冷却水槽４内に戻される。この空気は、冷却水槽４の空気孔（図示せず）から大気に放出され、水は冷却水槽４内に蓄えられる。すなわち、冷却水槽４内の水は、冷却水槽４、給水管２１、給水ホース２２、真空ポンプ１０および排気ホース２３で構成される回路を循環する循環水として用いられる。

制御盤５は、水切りおよび防水パッキンを備えた屋外用のものであり、その内部には、遮断器や、モータ２および水中ポンプ７の運転／停止をそれぞれ切り換えるための開閉器などの電気機器（いずれも図示せず）が設けられている。

図４は、ウエルポイント工法におけるポンプ装置１の使用例を示す。この例は、地下水位が高い砂質の地盤Ｅ中に管４０を埋設するために、ウエルポイント工法によって地下水を汲み上げ、地下水位を低下させるものである。具体的には、管４０の設置場所の両側において、複数のウエルポイント３１（２つのみ図示）が、地盤Ｅ中に所定の間隔ごとに打ち込まれる。各ウエルポイント３１に接続されたライザーパイプ３２は、地上に延びており、スイングジョイント３３を介してヘッダーパイプ３４に連通している。ヘッダーパイプ３４は、汲上げホース３５を介してポンプ装置１のセパレートタンク３の吸込口３ａに接続されている。

以上の構成により、ポンプ装置１が運転されると、セパレートタンク３内に発生した負圧により、地下水は、それぞれのウエルポイント３１から、ライザーパイプ３２、スイングジョイント３３、ヘッダーパイプ３４および汲上げホース３５を介して、セパレートタンク３内に汲み上げられる。それにより、地下水位がもとの高いレベル（同図の破線）からより低いレベル（同図の実線）に低下する。

また、ウエルポイント３１およびライザーパイプ３２が打ち込まれた孔の隙間には砂が詰め込まれており、この砂によってサンドフィルタ３６が形成されている。地下水を汲み上げる際、地下水中の砂などの異物の一部は、ウエルポイント３１およびサンドフィルタ３６で濾過され、残りは汲上げ水とともにセパレートタンク３に到達する。これに対し、循環水が循環する前述した回路は、セパレートタンク３と連通していないため、汲上げ水の中の異物がこの回路内に侵入することはない。

以上のように、説明した実施形態によれば、真空ポンプ１０の取水口１３が給水口Ｈよりも低い位置に位置するため、冷却水槽４の水位を給水口Ｈよりも高くするだけで、冷却水槽４内の循環水が給水管２１に流出し、給水管２１および給水ホース２２は、空気が混入しない状態で、循環水で満たされる。したがって、従来のポンプ装置とは異なり、ポンプ装置１の運転の開始前における適正な封水を得るためのエア抜き作業を省略できる。また、循環水が重力によって給水口Ｈから取水口１３へ流れるので、モータ２の動力は、真空ポンプ１０への循環水の供給のためにはまったく消費されず、セパレートタンク３内の負圧の発生にもっぱら用いられる。したがって、ポンプ装置１の性能を向上させることができる。

また、冷却水槽４がセパレートタンク３とは別個に設けられていることで、冷却水槽４の容量が大きく（例えば１８０リットル）、多量の循環水が蓄えられるので、循環水の温度が上昇しにくい。したがって、セパレートタンク３内の負圧を大きくし、ポンプ装置１の性能を向上させることができる。また、冷却水槽４の容量が大きいので、冷却水槽４への循環水の補給の頻度を低くすることができ、作業効率の向上を図れるとともに、封水が適正に形成されないことに起因するモータ２の過熱などの異常を防止することができる。

また、循環水が循環する回路と地下水を蓄えるセパレートタンク３が連通しておらず、循環水と汲上げ水が分離されているので、汲上げ水の中の異物が真空ポンプ１０に到達することはなく、異物に起因する真空ポンプ１０の摩耗および破損を防止でき、ポンプ装置１の性能および耐用性を高めることができる。

また、モータ２が真空ポンプ１０の真上に配置されているので、水濡れに起因するモータ２の故障を防止することができるとともに、それらを設置するのに必要な平面的なスペースを削減でき、ポンプ装置のコンパクト化を図ることができる。

また、冷却水槽４の給水口Ｈが仕切り壁Ｗの下部に配置されているので、冷却水槽４内の循環水の水位が比較的低い状態でも、真空ポンプ１０に循環水を供給でき、真空ポンプ１０の運転を支障なく行えるとともに、冷却水槽４への循環水の補給の頻度をさらに低くすることができる。

また、給水管２１がセパレートタンク３内に通されているので、循環水を汲み上げた地下水で冷却することによって、真空ポンプ１０の封水として実際に用いられる循環水を低温に維持でき、ポンプ装置１の性能をさらに向上させることができる。

また、給水管２１がセパレートタンク３の内壁に沿って延びているので、給水管２１の長さおよび表面積が十分に確保され、循環水の冷却度合を高めることができ、ポンプ装置１の性能をさらに向上させることができる。また、給水管２１がセパレートタンク３の底面付近に配置されているので、セパレートタンク３内の汲上げ水の水位が低い状態でも、循環水を確実に冷却できるとともに、セパレートタンク３の底面付近の最も温度が低い地下水によって循環水を冷却するので、循環水の冷却度合をさらに高めることができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、セパレートタンク３と冷却水槽４は、仕切り壁Ｗを介して互いに一体に形成されているが、両者３，４は、連通しない状態で別個に配置されていればよく、分離して配置されていてもよい。

また、実施形態では、ポンプ装置を、ウエルポイント工法において地下水を汲み上げるためのものとして説明したが、本発明はこれに限らず、地下水以外の水を汲み上げるためのものでもよく、また、水以外の液体、例えばアルコールや薬液を汲み上げるためのものでもよい。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

１ ポンプ装置
２ モータ
３ セパレートタンク（第１タンク）
４ 冷却水タンク（第２タンク）
７ 水中ポンプ
１０ 真空ポンプ
２１ 給水管（給水通路）
２２ 給水ホース（給水通路）
２３ 排気ホース（排水通路）

Claims (2)

1. 地中に埋設したパイプを介して地下水を汲み上げるウエルポイント工法において用いられ、地下水を負圧によって汲み上げ、送出するポンプ装置であって、
   第１タンクと、
   モータと、
   当該モータで駆動され、前記第１タンク内に負圧を発生させることによって、前記パイプを介して当該第１タンク内に地下水を汲み上げる水封式の真空ポンプと、
   前記第１タンク内に設けられ、当該第１タンク内に汲み上げられた汲上げ水を当該第１タンク外に送出する水中ポンプと、
   前記第１タンクとは別個に設けられ、前記真空ポンプの封水として用いられる循環水を蓄えるための第２タンクと、
   一端が当該第２タンクに接続され、他端が当該第２タンクとの接続部よりも低い位置で前記真空ポンプに接続され、当該第２タンク内の循環水を前記真空ポンプに供給するための給水通路と、
   前記真空ポンプから吐出された循環水を前記第２タンクに戻すための排水通路と、
   を備え、
   前記給水通路は、前記第１タンク内に通されており、前記給水通路の前記第１タンク内に通された部分は、当該第１タンクの底面付近まで立ち下がった後、前記第１タンクの内壁および前記底面に沿って延びてから立ち上がるように配置されていることを特徴とするポンプ装置。
2. 前記モータは、前記真空ポンプの上方に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のポンプ装置。

Images