JP6139637B2 - 二重螺旋ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、螺旋状に設置されたチューブやスクリュウを回転させることによって液体を移送させるアルキメデスポンプに係り、特に、液体の流路の外側若しくは内側に気体の流路が形成された二重螺旋ポンプに関する。

河川や用水路から水を汲み上げる手段としては、水車や動力付きポンプが知られている。しかし、水車は大きさによって揚程が決まるため、設置場所に対する制約が多い。一方、動力付きポンプは製造コストやランニングコストが高い。これに対し、アルキメデスポンプは、設置場所の制約が少なく、製造コストやランニングコストも安い。そのため、近年では、アルキメデスポンプが水車や動力付きポンプに代わる揚水装置として特に注目され始めている。そして、アルキメデスポンプについては、これまで様々な改良が重ねられており、既に多くの発明や考案が開示されている。

例えば、特許文献１には、「大揚水量スクリューポンプ」という名称で、下水や雨水を排出するために用いられるスクリューポンプに関する発明が開示されている。
特許文献１に開示された発明は、両端にそれぞれ開放口を有する導水管の外面と内面にそれぞれスクリューが設けられた構造となっている。
このような構造によれば、導水管の回転に伴って、導水管の下端付近の水が、導水管の外面に設けられたスクリューによって汲み上げられるとともに、下端部の開放口から導水管の内部へ流入した水が導水管の内面に設けられたスクリューによって汲み上げられるという作用を有する。したがって、導水管の内面にスクリューが設けられていない従来のポンプに比べて、単位時間あたりの揚水量を増加させることができる。

また、特許文献２には、「二重アルキメデスポンプ」という名称で、水路の傾斜部を利用して揚水を行うアルキメデスポンプに関する発明が開示されている。
特許文献２に開示された発明は、水路の傾斜部に配設され、中空円筒状の外側軸に螺旋状のランナが設けられた外側アルキメデスポンプと、この外側軸の内部に挿通される内側軸に螺旋状のランナが設けられた内側アルキメデスポンプと、両アルキメデスポンプの駆動源と、この駆動源と両アルキメデスポンプとの間に介在され、各アルキメデスポンプをそれぞれ単独に駆動可能とする交換手段と、を備えたことを特徴としている。
このような構造によれば、２つのアルキメデスポンプを駆動させることで、水路に対する設置面積を増大させることなく、揚水量を増加させることができる。また、交換手段によって２つのアルキメデスポンプのいずれか一方を選択的に駆動させることで、揚水量を容易に増減させることができる。

特開昭４９−１１８０１１号公報 特開昭５７−８８２７７号公報

アルキメデスポンプは原理的に螺旋1ピッチの内で重力による水と空気の置換作用により上方へ揚水する仕組みであり、吸水口の全てを水中に埋没させた場合、外部からの空気は吐出口を通してポンプ内に取り込まれることになる。そのため、回転数が上昇するに従って徐々に上述の水と空気の置換が間に合わなくなる、あるいは、揚水に係る流路が長い場合には、吐出口からの空気の流入が吸水口まで到達しなくなるなどの不具合が生じ、その結果、揚水量が減少する。そして、最悪の場合には揚水が不可能となってしまう。
このような事態を回避するために、上述の従来技術である特許文献１や特許文献２に記載された発明においては、螺旋が1回転する間に導水管や外側軸の下端の開放口が少なくとも１回は水面よりも上に出るように設置する必要があることに加え、水位が変化する場所では使用できないという課題があった。また、特許文献１及び特許文献２に開示された発明は、いずれも水路の傾斜面を利用する構造となっているため、設置場所が限定されるという課題があった。

本発明はこのような従来の事情に対処してなされたものであり、設置場所に対する制約が少ない二重螺旋ポンプを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、第１の発明である二重螺旋ポンプは、螺旋状をなす第１の流路と、この第１の流路に対して同一の中心軸を有し逆向きの螺旋を描くように形成される第２の流路と、この第２の流路とともに第１の流路を保持する保持手段と、中心軸を回動軸として第１の流路及び第２の流路を回動可能に、この保持手段を支持する支持手段と、を備え、第１の流路及び第２の流路は、吸入口と吐出口を有する第１の筒体及び第２の筒体によってそれぞれ形成されることを特徴とするものである。
なお、本発明において、「同一の中心軸を有する」とは、第１の流路と第２の流路において「螺旋の中心軸が一致する」場合のみならず、「螺旋の中心軸が略一致する」場合も含んだ状態を表している。

上記構造の二重螺旋ポンプにおいては、第１の筒体及び第２の筒体によって水や空気の流路となる第１の流路及び第２の流路がそれぞれ形成されるため、水路内に設けられた傾斜面を流路の一部として利用する構造とは異なり、設置場所が限定されないという作用を有する。また、第１の流路と第２の流路のうち一方によって揚水機能が発揮されると同時に、他方によってエアレーション機能が発揮されるという作用を有する。

また、第２の発明は、第１の発明において、第２の流路は、吐出口から吐出された流体を第１の流路内へ供給可能に設置されることを特徴とするものである。
上記構造の二重螺旋ポンプにおいては、第１の筒体の吸入口が流水路内等の水中に配置されるとともに、第１の筒体の吐出口及び第２の筒体の吸入口が水面よりも上方に配置され、かつ、螺旋の中心軸が鉛直方向と所定の傾斜角をなすように支持手段が地面等に固定された状態で保持手段を所定の方向へ回動させた場合、第１の流路によって流水路中の水が汲み上げられると同時に、第２の流路から第１の流路内へ空気が供給されるという作用を有する。

第３の発明は、第１の発明又は第２の発明において、第１の筒体及び第２の筒体が、水密性及び気密性を有するチューブであることを特徴とするものである。
このような構造の二重螺旋ポンプにおいては、チューブによって水や空気の流路が形成されるため、水路内に設けられた傾斜面を流路の一部として利用する構造とは異なり、設置場所が限定されないという第１の発明の作用が確実に発揮される。

第４の発明は、第２の発明において、第１の筒体及び第２の筒体はいずれも円筒軸が回動軸に一致するように設置される円筒体であり、第１の筒体は、上端と下端にそれぞれ第１の流路の吐出口と吸入口を有するとともに、下端近傍の側面に第２の流路の吐出口が設けられ、第２の筒体は、上端に第２の流路の吸入口を有し、第１の筒体は吸入口の近傍に開口部が設けられるとともに、内部を螺旋状に仕切って第１の流路を形成する第１の羽根板を備え、第２の筒体は、第１の筒体の下部が内挿されるとともに、第１の筒体との間を螺旋状に仕切って第２の流路を形成する第２の羽根板を備え、この第２の羽根板は、第１の羽根板と連動して回動可能に設置されることを特徴とするものである。
なお、本発明において、第１の筒体及び第２の筒体において「円筒軸が回動軸に一致する」とは、「円筒軸が回動軸と完全に一致する」場合のみならず、「円筒軸が回動軸と略一致する」場合も含んだ状態を表している。

このような構造の二重螺旋ポンプにおいては、第１の羽根板及び第２の羽根板によって内部が螺旋状に仕切られる第１の筒体及び第２の筒体が水や空気の流路を形成するため、水路内に設けられた傾斜面を流路の一部として利用する構造とは異なり、設置場所が限定されないという第１の発明の作用が確実に発揮される。

第１の発明によれば、設置場所に対する制約が少ないため、汎用性に優れるという効果を奏する。また、例えば、湖沼等に設置した場合、水底付近の水を汲み上げて循環させつつ、水底へ空気を供給することで、効率良く水質を改善することができる。

第２の発明では、第２の流路から第１の流路内へ空気が供給されるため、第１の筒体の下端が全て水中に埋没するような状態で設置された場合でも回動速度の上昇に伴って揚水量が減少するおそれがない。したがって、第２の発明によれば、第１の発明の効果に加え、第１の筒体が１回転する間にその下端が水面よりも上に出るような状態で設置する必要がなく、また、水位が変化する場所であっても設置することができるという効果を奏する。

第３の発明によれば、設置場所に対する制約が少ないため、汎用性に優れるという第１の発明の効果が確実に発揮される。

第４の発明によれば、設置場所に対する制約が少ないため、汎用性に優れるという第１の発明の効果がより一層発揮される。

（ａ）は本発明の実施の形態に係る二重螺旋ポンプの実施例１の側面図であり、（ｂ）はその下端部分を拡大して示した斜視図であり、（ｃ）は端部接続具の斜視図である。 図１（ａ）におけるＡ−Ａ線矢視断面図である。 図１（ａ）におけるＢ−Ｂ線矢視断面図である。 図１（ａ）におけるＣ−Ｃ線矢視断面図である。 図１（ａ）におけるＤ−Ｄ線矢視断面図である。 （ａ）は保持具によって棒状体が保持された状態を示す保持手段の平面図であり、（ｂ）は同図（ａ）におけるＥ−Ｅ線矢視断面図である。 （ａ）はギヤの平面図であり、（ｂ）は環状円板にギヤが接合された状態を示す環状円板とギヤの断面図である。 実施例１の二重螺旋ポンプの設置例を示した模式図である。 （ａ）は本発明の実施の形態に係る二重螺旋ポンプの実施例２の設置例を示した模式図であり、（ｂ）はその二重螺旋ポンプの下端部分を拡大して示した斜視図である。 （ａ）は本発明の実施の形態に係る二重螺旋ポンプの実施例３の設置例を示した模式図であり、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ同図（ａ）におけるＦ方向矢視図及びＧ方向矢視図の一部を拡大して示したものである。 （ａ）は図１０（ａ）に示した二重螺旋ポンプの下部の縦断面の拡大図であり、（ｂ）は同図（ａ）におけるＨ−Ｈ線矢視断面の拡大図である。 （ａ）は本発明の実施の形態に係る二重螺旋ポンプの実施例４の設置例を示した模式図であり、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ同図（ａ）におけるＩ方向矢視図及びＪ方向矢視図の一部を拡大して示したものである。 （ａ）は図１２（ａ）に示した二重螺旋ポンプの下部の縦断面の拡大図であり、（ｂ）は同図（ａ）におけるＫ−Ｋ線矢視断面の拡大図である。

本発明の二重螺旋ポンプの構造について図１乃至図１３を参照しながら具体的に説明する。なお、図１乃至図８は実施例１に対応し、図９は実施例２に対応し、図１０及び図１１は実施例３に対応し、図１２及び図１３は実施例４に対応している。

図１（ａ）は本実施例の二重螺旋ポンプ１ａの側面図であり、図１（ｂ）は二重螺旋ポンプ１ａの下端部分を拡大して示した斜視図であり、図１（ｃ）は端部接続具３９の斜視図である。ただし、図１（ｂ）ではフレーム６及び固定具２５の他、チューブ５が外側に設置されていない部分におけるチューブ４について、それらの図示を省略している。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、二重螺旋ポンプ１ａは、所定の間隔をあけて同心状に配置される複数の環状円板２と、その平面部と直交するように配置されて各環状円板２を互いに連結する複数の棒状体３と、螺旋状に巻回されて液体の流路を形成する合成樹脂製のチューブ４と、このチューブ４と中心軸が同一であって螺旋の向きが逆になるようにチューブ４の外側に巻回されて気体の流路を形成するチューブ５と、所定の間隔をあけて平行に配置される一対の支持板７，８及び接続部材１４を有する固定具２５を備えている。
また、チューブ４，５は水密性及び気密性を有しており、下端が差込口３９ａ，３９ｂにそれぞれ差し込まれるようにして端部接続具３９に接続されている。なお、差込口３９ｂは、両端に差込口３９ａと取込口３９ｃを有する半円状の管路の途中に設けられている。すなわち、端部接続具３９は、チューブ５の下端をチューブ４の下端近傍に接続することで、チューブ５によって移送されてきた流体をチューブ４の内部へ送り込むという機能を有している。

棒状体３はチューブ４を囲繞するように環状円板２の円周方向に対して略等間隔に配置されており、環状円板２とともに円筒状のフレーム６を形成している。また、チューブ４，５は、螺旋の中心軸がフレーム６の円筒軸と略平行をなすように、環状円板２の内側と外側にそれぞれ設置されている。すなわち、フレーム６は螺旋形状を保ったままチューブ４を保持するという機能を有している。なお、フレーム６は固定具２５によって、円筒軸を中心として回動可能に支持されている。また、フレーム６の一端を構成する環状円板２には端部接続具３９がネジ止めされている。

チューブ４，５は自重によって下方へ移動しないように、少なくともその一部が固定手段（図示せず）によってフレーム６に固定されている。なお、チューブ４がビニル製やゴム製である場合、弾性変形した状態で環状円板２の内側に設置されると、螺旋の内径が大きくなる方向へ変形しようとするため、チューブ４の外周面は環状円板２の内周面に押しつけられ、両者の間に摩擦力が発生する。そして、この摩擦力によってチューブ４の下方への移動が拘束される場合には、上述の固定手段を設けない構造とすることもできる。

本実施例では、軽量化のため、棒状体３を両端に雌ネジ部が形成された中空構造としている。そして、棒状体３は、雌ネジ部に螺合するように形成されて環状円板２の平面部に設けられた貫通孔に挿通される雄ネジ部材を介して、環状円板２を間に挟んだ状態で他の棒状体３と連結される構造となっている。
なお、このような構造に限らず、例えば、棒状体３を両端にそれぞれ雄ネジ部と雌ネジ部を有する中実構造とすることもできる。この場合、２本の棒状体３，３は、環状円板２の平面部に設けられた貫通孔に挿通させた一方の雄ネジ部に他方の雌ネジ部を螺合させることにより、環状円板２を間に挟んで互いに連結された状態となる。ただし、棒状体３を中実構造とする場合には、直径を細くするなどして、軽量化することが望ましい。

図２及び図３はそれぞれ図１（ａ）におけるＡ−Ａ線矢視断面図及びＢ−Ｂ線矢視断面図である。そして、図４及び図５はそれぞれ図１（ａ）におけるＣ−Ｃ線矢視断面図及びＤ−Ｄ線矢視断面図である。
図２乃至図５に示すように、固定具２５を構成する一対の支持板７，８は、フレーム６を挿通可能な円形の開口部７ａ，８ａをそれぞれ有しており、開口部７ａ，８ａの中心が同一直線上に位置するように所定の間隔をあけて平行に配置されている（図１（ａ）参照）。また、固定具２５は、支持板７，８を連結する連結板９ａ〜９ｃ及び棒状体１０と、支持板７，８の開口部７ａ，８ａに対して同心状に配置される環状円板１１，１２及びギヤ１３を備えており、連結板９ａには接続部材１４（図１（ａ）参照）が取り付けられている。

棒状体１０は、両端にそれぞれ雄ネジ部が形成されており、この雄ネジ部を支持板７，８に設けられたネジ孔１８の雌ネジ部に螺合させることによって支持板７，８に連結される構造となっている。
支持板７，８は、開口部７ａ，８ａが設けられ平面視して略円形をなす部分と、この部分から側方へ突出するように形成され連結板９ａ〜９ｃの端部がそれぞれ接合される取付部分７ｄ，８ｄからなる。また、棒状体１０は、支持板７，８と直交するように開口部７ａ，８ａの周りに配置されており、その両端は支持板７，８の内面７ｂ，８ｂにそれぞれ固定されている。

また、支持板７，８の内面７ｂ，８ｂには、その平面部と直交し、開口部７ａ，８ａに対して同心状に、かつ、その円周方向に対して略等間隔に配置された回動軸１５ａを中心として回動する３つのベアリング１５が取り付けられており、３つのベアリング１５は環状円板１１，１２の外周面に対して、それぞれ当接した状態で回動可能に支持板７，８に設置されている。すなわち、環状円板１１，１２は、これら３つのベアリング１５によって回動可能に保持されている。
一方、支持板７，８の外面７ｃ，８ｃには、開口部７ａ，８ａに対して同心状に、かつ、その円周方向に対して略等間隔に配置され回動軸１５ａと直交する回動軸１６ａを中心として回動する３つのベアリング１６が環状円板１１，１２の平面に当接した状態で回動可能に設置されている。なお、ベアリング１６の回動軸１６ａを保持する軸固定具１７は支持板７，８にネジ止めされている。

図６（ａ）は保持具１９によって棒状体３が保持された状態を示す保持手段の平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）におけるＥ−Ｅ線矢視断面図である。なお、図６（ａ）では棒状体について断面図を示し、図６（ｂ）では支持板７とベアリング１５，１６と回動軸１５ａ，１６ａと軸固定具１７を破線で示している。
図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、環状円板１１，１２は、環状円板２（図１参照）の外径よりも大きな内径を有する開口部１１ａ，１２ａが設けられており、その内周面には開口部１１ａ，１２ａに挿通された棒状体３の外周を囲むように保持する保持具１９が設置されている。すなわち、環状円板１１，１２と１９は、フレーム６（図１参照）とともにチューブ４，５を保持する保持手段を構成し、固定具２５は螺旋の中心軸を回動軸としてチューブ４，５を回動可能に、上記保持手段を支持する支持手段を構成している。

また、棒状体３の外周面と保持具１９の内周面は密着しており、両者の間に発生する摩擦力によって、保持具１９及び環状円板１１，１２からなる保持手段に対して棒状体３はスライド不能に固定されている。そして、環状円板１１，１２は支持板７，８の外面７ｃ，８ｃ側への移動がベアリング１６によって制限されている。すなわち、棒状体３は長手方向へ移動しないように保持手段によって保持され、保持手段は棒状体３の長手方向へ移動しないように支持手段によって支持されている。
なお、棒状体３の外周面と保持具１９の内周面の間に発生する摩擦力の大きさは、棒状体３の外径に対する保持具１９の内径を変更したり、弾性材からなるスペーサを棒状体３と保持具１９の間に設置したりすることによって容易に調節することができる。また、上述の摩擦力を調節する代わりに、支持板７，８の内面７ｂ，８ｂ側への環状円板１１，１２の移動を制限する部材を棒状体３に取り付けても良い。あるいは、支持板７，８の内面７ｂ，８ｂ側にベアリング１６を設けても良い。

図７（ａ）はギヤの平面図であり、図７（ｂ）は図６（ｂ）に相当する図であって環状円板にギヤが接合された状態を示している。なお、図７（ｂ）では支持板８とベアリング１５，１６と回動軸１５ａ，１６ａと軸固定具１７を破線で示している。
図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、環状円板１２の片面には、開口部１２ａと内径が等しい開口部１３ａを有するギヤ１３が同心状に配置され、ネジ孔２０を利用してネジ止めされている。これにより、ギヤ１３は環状円板１２と一体的に回動可能となっている。
支持板８の取付部分８ｄには開口部８ｅが設けられており、この開口部８ｅを通して駆動軸２１ａを内面８ｂ側に突出させた状態でモータ２１が取付板２２によって支持板８の取付部分８ｄにネジ孔２２ａを利用してネジ止めされている。なお、モータ２１は、駆動軸２１ａが回動軸１５ａと平行をなし、かつ、駆動軸２１ａに取り付けられたスプロケット２３がギヤ１３と同一平面内で回動可能となっている。また、スプロケット２３とギヤ１３にはローラーチェーン２４が巻回されている。
したがって、モータ２１を駆動させると、その駆動力がスプロケット２３とローラーチェーン２４を介してギヤ１３から環状円板１２に、さらに棒状体３へと伝達されるため、フレーム６が円筒軸を中心として回動する。

図８は二重螺旋ポンプ１ａの設置例を示した模式図である。
図８は、チューブ４の下端が水面２８よりも下方に配置されるとともに、チューブ４，５の上端の開口部４ａ，５ａが水面２８よりも上方に配置され、かつ、円筒軸が鉛直方向と所定の傾斜角をなすとともにフレーム６の下端６ａが流水路内に設置されるように、地面２６に固設された架台２７に対し固定具２５を介して二重螺旋ポンプ１ａが固定された状態を示している。
この状態で、モータ２１（図５参照）を稼働し、フレーム６を矢印Ｘで示す方向へ回動させると、チューブ４，５が螺旋の中心軸を回動軸としてフレーム６とともに回動する。これにより、流水路中の水は取込口３９ｃから端部接続具３９を介してチューブ４の内部へ取り込まれた後、チューブ４の回動に伴って一段ずつ上方へ向かって移送され、最終的に上端から吐出される。このとき、チューブ４の下端の開口部（図示せず）と上端の開口部４ａはそれぞれ水の吸入口及び吐出口として機能する。
一方、二重螺旋ポンプ１ａの周囲の空気はチューブ５の回動に伴って上端の開口部５ａから内部へ取り込まれた後、チューブ５の回動に伴って一段ずつ下方へ向かって移送され、最終的に下端から端部接続具３９を通してチューブ４の内部へ送り込まれる。このとき、チューブ５の上端の開口部５ａと下端の開口部（図示せず）はそれぞれ空気の吸入口及び吐出口として機能する。

このように、二重螺旋ポンプ１ａは、チューブ４，５によって水の流路と空気の流路が形成されるため、特許文献１や特許文献２に開示された従来技術とは異なり、水路に傾斜面が形成されていない場所に対しても設置することが可能である。また、二重螺旋ポンプ１ａにおいては、チューブ４が流水路中の水を汲み上げると同時に、チューブ５によってチューブ４の内部へ空気が供給されるため、チューブ４の下端が全て水中に埋没するような状態で設置された場合でも揚水量が減少するおそれがない。したがって、チューブ４が１回転する間に下端が水面よりも上に出るような状態で設置する必要がなく、また、水位が変化する場所であっても設置することが可能である。すなわち、二重螺旋ポンプ１ａは設置場所に対する制約が少ないという優れた効果を有している。

既に述べたように、二重螺旋ポンプ１ａでは、フレーム６が環状円板２と棒状体３という軽量で簡単な形状の２種類の部品からなる。そして、チューブ４，５も合成樹脂製であり、軽いため、二重螺旋ポンプ１ａを架台２７に固定する際に、固定具２５をフレーム６の中央付近に取り付けた場合でもフレーム６の姿勢が不安定な状態になり難い。すなわち、フレーム６の端部を支持しなくとも所望の角度で傾斜させたフレーム６とチューブ４，５を安定した状態で設置することができる。したがって、従来技術において想定される場合よりも長いフレーム６とチューブ４，５を使用することができる。
さらに、二重螺旋ポンプ１ａでは、チューブ４，５を回動させるための機構をフレーム６の上端や下端に設ける必要がない。そのため、例えば、チューブ４を長くする必要がある場合や、障害物があってチューブ４，５を回動させる機構を水中やチューブ４の上方に設置できない場合であっても本発明の二重螺旋ポンプ１ａであれば、設置が可能である。

そして、二重螺旋ポンプ１ａは、フレーム６の組み立てや分解が容易であり、特に、分解すれば、嵩張らないため、持ち運び易く、保管する際にも広いスペースを必要としない。すなわち、二重螺旋ポンプ１ａは、組み立てや分解あるいは持ち運びが容易なため、設置や撤去をする際の作業性が良い。また、部品点数が少なく、個々の部品も簡単な形状をしているため、安価に製造することが可能である。

さらに、棒状体３として、長さの異なる数種類のものを予め用意しておき、それらの中から用途に応じて適当な長さのものを選択し、適宜組み合わせることによれば、容易にフレーム６を所望の長さに調節することができる。
また、あるフレーム６の端部に位置する環状円板２の平面部に、別のフレーム６の端部に位置する環状円板２の平面部を当接させ、これら２枚の環状円板２を互いにネジやボルト等を用いて固定すると、２つのフレーム６が連結される。すなわち、フレーム６を簡単に継ぎ足して長くすることができる。
このように、本発明の二重螺旋ポンプ１ａでは、長さの異なる棒状体３を使用して所望の長さのフレーム６を組み立てたり、既に組み立てられている幾つかのフレーム６を現場で継ぎ足してフレーム６の全長を調節したりできるため、設置場所に対する制約が少ないうえ、設置の際の作業性も良い。

なお、本実施例では、チューブ４，５を合成樹脂製としているが、チューブ４，５は少なくとも水密性及び気密性を有するとともに、螺旋状に成形できる部材であれば良いため、例えば、これらを金属製とすることもできる。また、フレーム６は金属製でも合成樹脂製でも良いが、チューブ４，５だけでなくフレーム６も合成樹脂製にすれば、支持手段に加わる負荷が軽減されるため、固定具２５をフレーム６の端部以外の箇所に取り付けた場合でもフレーム６をより一層安定した状態で設置することができる。
さらに、フレーム６の中央付近に加え、フレーム６の少なくともいずれか一方の端部を支持する構造とすることもできる。本実施例では、固定具２５が支持板７，８及び環状円板１１，１２を備えているが、上述の構造にすれば、支持板７と環状円板１１を省略してもフレーム６を安定した状態で支持することが可能である。なお、フレーム６があまり長くない場合や支持板８と環状円板１２と保持具１９が十分厚い場合にも、支持板７と環状円板１１を省略することができる。逆に、フレーム６が長い場合には、複数の固定具５によってフレーム６を支持する構造としても良い。この場合、支持板や環状円板の数は２枚よりも多くなるが、本発明における支持板や環状円板の数は本実施例に示した２枚に限定されるものではなく、適宜変更可能である。

本実施例では、保持具１９が棒状体３に取り付けられる構造となっているが、保持具１９の代わりに環状円板２を挟持する機構を環状円板１１，１２に設けることにより固定具２５が環状円板２に取り付けられる構造としても良い。ただし、本実施例に示した構造であれば、保持具１９を棒状体３の長手方向の任意の箇所に対して取り付けることができるため、フレーム６に対する固定具２５の取り付け箇所についての制約が極めて少ないというメリットがある。そして、保持具１９は棒状体３に取り付けた後でもスライドさせるようにして、棒状体３の長手方向に対する位置を変更することができる。すなわち、保持具１９によって棒状体３を保持する構造であれば、固定具２５のフレーム６に対する取り付け箇所をいつでも容易に調整できるため、設置する際の作業性が良い。

このように、フレーム６の保持手段は本実施例に示した構造に限定されるものではなく、適宜変更可能である。また、環状円板１１，１２を支持板７，８に設置されたベアリング１５，１６によってフレーム６の円筒軸を中心として回動可能に支持するという支持手段や、保持手段を回動させる機構も本実施例に示した構造に限定されない。例えば、ベアリング１６を支持板７，８の内面７ｂ，８ｂ側に設けた構造としても良い。また、ギヤ１３やローラーチェーン２４を設置せずに、ベアリング１５，１６の回動軸１５ａ，１６ａに対してモータ２１の駆動力を直接伝達させる構造とすることもできる。なお、本実施例に示した構造とした場合、保持手段を回動可能に支持する機構や保持手段を回動させて円筒軸を中心としてフレーム６を回動させる機構を安価に実現することができる。

図９（ａ）は実施例２の二重螺旋ポンプ１ｂの設置例を示した模式図であり、図９（ｂ）は二重螺旋ポンプ１ｂの下端部分を拡大して示した斜視図である。なお、図９（ｂ）では支持具３０の他、チューブ５が外側に設置されていない部分におけるチューブ４について、それらの図示を省略している。また、図１乃至図８に示した構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、本実施例の二重螺旋ポンプ１ｂは、実施例１の二重螺旋ポンプ１ａにおいて、フレーム６と固定具２５の代わりに、円筒状若しくは円柱状をなす軸部材２９と、この軸部材２９の両端をそれぞれ回動可能に支持する支持具３０を備えた構造となっている。そして、軸部材２９の外周にはチューブ４が螺旋状に巻回されるとともに、このチューブ４の外側には、チューブ５がチューブ４に対して逆向きの螺旋を描くように巻回されており、軸部材２９の中心軸がチューブ４，５の螺旋の中心軸となっている。
なお、チューブ４と軸部材２９及びチューブ４とチューブ５は接着剤等を用いて互いに接合されている。

すなわち、軸部材２９はチューブ４，５を保持する保持手段を構成し、支持具３０は螺旋の中心軸を回動軸としてチューブ４，５を回動可能に、上記保持手段を支持する支持手段を構成している。
なお、本実施例では、チューブ４，５と軸部材２９が接着剤等を介して接合されているが、このような構造に限定されるものではなく、例えば、固定具（図示せず）によってチューブ４が軸部材２９に固定されるとともにチューブ５がチューブ４に固定された構造であっても良い。

図９（ａ）は、チューブ４の下端が水面２８よりも下方に配置されるとともに、チューブ４，５の上端の開口部４ａ，５ａが水面２８よりも上方に配置され、かつ、軸部材２９の中心軸が鉛直方向と所定の傾斜角をなすとともに軸部材２９の下端２９ａが流水路内に設置されるように、地面２６に固設された架台２７に対し支持具３０を介して二重螺旋ポンプ１ｂが固定された状態を示している。

この状態で、図示しない駆動手段によって、軸部材２９を矢印Ｘで示す方向へ回動させると、チューブ４，５が軸部材２９とともに螺旋の中心軸を回動軸として回動する。その結果、流水路中の水は取込口３９ｃから端部接続具３９を介してチューブ４の内部へ取り込まれた後、チューブ４の回動に伴って一段ずつ上方へ向かって移送され、最終的に上端から吐出される。このとき、チューブ４の下端の開口部（図示せず）と上端の開口部４ａはそれぞれ水の吸入口及び吐出口として機能する。
一方、チューブ５の回動に伴って二重螺旋ポンプ１ｂの周囲の空気は上端の開口部５ａから内部へ取り込まれた後、チューブ５の回動に伴って一段ずつ下方へ向かって移送され、最終的に下端から端部接続具３９を通してチューブ４の内部へ送り込まれる。このとき、チューブ５の上端の開口部５ａと下端の開口部（図示せず）はそれぞれ空気の吸入口及び吐出口として機能する。

このような構造の二重螺旋ポンプ１ｂにおいては、二重螺旋ポンプ１ａと同様に、チューブ４，５によって水の流路と空気の流路が形成されるため、水路に傾斜面が形成されていない場所に対しても設置することが可能である。さらに、二重螺旋ポンプ１ｂは、チューブ４が流水路中の水を汲み上げると同時に、チューブ５によってチューブ４の内部へ空気が供給され、チューブ４の下端が全て水中に埋没するような状態で設置された場合でも揚水量が減少するおそれがないため、チューブ４が１回転する間に下端が水面よりも上に出るような状態で設置する必要がなく、また、水位が変化する場所であっても設置することが可能である。すなわち、二重螺旋ポンプ１ｂは設置場所に対する制約が少ないという効果を有している。
なお、二重螺旋ポンプ１ｂは実施例１の二重螺旋ポンプ１ａに比べて保持手段が簡単な構造であるため、安価に製造することが可能である。ただし、支持具３０によって軸部材２９の両端を保持する必要があるため、チューブ４が長い場合には支持具３０が大掛かりな構造となってしまうというデメリットもある。

本実施例では、螺旋の中心軸に沿ったチューブ５の長さは、チューブ４よりも短くなっているが、このような構造に限定されるものではない。すなわち、螺旋の中心軸に沿ったチューブ５の長さは、二重螺旋ポンプ１ｂを設置する場所や用途に応じて適宜変更可能である。
また、実施例１又は実施例２において、端部接続具３９を用いずに、チューブ５の下端をチューブ４の下端に近接するように配置することで、チューブ５の下端から吐出される空気の一部をチューブ４に供給する構造とすることもできる。この場合、チューブ５からチューブ４に供給されなかった残りの空気により、エアレーションの効果が期待できる。

さらに、実施例１又は実施例２において、チューブ５によって移送された空気をチューブ４に供給することなく、全て水中に吐出させる構造とすることもできる。この場合、チューブ４による揚水機能とチューブ５によるエアレーション機能が同時に発揮される。したがって、例えば、湖沼等に設置した場合、水底付近の水を汲み上げて湖沼内で循環させながら、水底付近へ空気を供給することで、効率良く水質を改善することができる。
なお、このとき、チューブ４の上端をチューブ５の上端近傍に接続し、チューブ４によって汲み上げられた水をチューブ５の内部へ供給する構造とすることもできる。このような構造によれば、チューブ４から供給された水の圧力がチューブ５によるエアレーション機能を高めるように作用する。その結果、チューブ５を用いて、より深い場所まで空気を移送することが可能となる。
また、チューブ５の螺旋の中心軸に沿った長さは、本実施例に示したものに限定されるものではなく、適宜変更可能である。例えば、チューブ５は当該長さをチューブ４と同程度にしても良い。さらに、チューブ４，５を本実施例で示した場合とは逆方向へ回動させることにより、チューブ５によって水を汲み上げ、チューブ４からチューブ５へ空気を供給するようにしても良い。

図１０（ａ）は実施例３の二重螺旋ポンプ１ｃの設置例を示した模式図であり、図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）はそれぞれ図１０（ａ）におけるＦ方向矢視図及びＧ方向矢視図の一部を拡大して示したものである。また、図１１（ａ）は図１０（ａ）に示した二重螺旋ポンプ１ｃの下部の縦断面の拡大図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）におけるＨ−Ｈ線矢視断面の拡大図である。
なお、図１１（ａ）では円筒体３４，３５のみを断面表示としている。また、図１乃至図８に示した構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図１０及び図１１に示すように、本実施例の二重螺旋ポンプ１ｃは、円筒状若しくは円柱状をなす軸部材３１と、この軸部材３１の外周面に固設される羽根板３２と、この羽根板３２が軸部材３１とともに内蔵される円筒体３４と、この円筒外３４の外周面に固設される羽根板３３と、この羽根板３３が内蔵されるとともに円筒体３４の少なくとも一部が内挿される円筒体３５と、軸部材３１及び円筒体３５の端部をそれぞれ回動可能に支持する支持具３６を備えた構造となっている。なお、円筒体３４は、両端に開口部３４ｂ，３４ａ（図１０（ａ）及び図１１（ａ）参照）がそれぞれ設けられるとともに、下端近傍の側面に開口部３４ｃ（図１１（ａ）参照）が設けられている。
また、軸部材３１は、その中心軸が円筒体３４の円筒軸に一致するように設置されており、羽根板３２は上記円筒軸を中心軸として螺旋を描くように設けられている。すなわち、円筒体３４の内部は螺旋状の流路が形成されるように羽根板３２によって仕切られている。

円筒体３５は、一端に円筒体３４を内挿するための挿通穴３５ａ（図１１（ａ）参照）が設けられ、軸部材３１の一端を保持するための凹部３５ｂ（図１１（ａ）参照）が他端の内面に設けられるとともに、両端にそれぞれ開口部３５ｃ，３５ｄ（図１０（ａ）及び図１１（ａ）参照）が設けられている。また、羽根板３３は円筒体３４の円筒軸を中心軸として羽根板３２に対して逆向きの螺旋を描くように設けられている。すなわち、円筒体３４の外周面と円筒体３５の内周面の間は、螺旋状の流路が形成されるように羽根板３３によって仕切られている。
なお、円筒体３４の端部は円筒体３５の内面によって閉塞されておらず、円筒体３５の内部の液体は円筒体３４の端部から流入可能となっている。また、羽根板３２と円筒体３４の内周面の間と、羽根板３３と円筒体３５の内周面の間と、円筒体３４の外周面と円筒体３５の挿通穴３５ａの内周面の間は、いずれも隙間なく接合されており、それぞれ水密性及び機密性が保たれている。

すなわち、二重螺旋ポンプ１ｃでは、軸部材３１が羽根板３２，３３と円筒体３４，３５によって形成される２つの流路を保持する保持手段を構成し、支持具３６が、螺旋の中心軸を回動軸として２つの流路を回動可能に、上記保持手段を支持する支持手段を構成している。

図１０（ａ）は、円筒体３４の開口部３４ａ及び円筒体３５の開口部３５ｃが水面２８よりも下方に配置されるとともに、円筒体３４の開口部３４ｂ及び円筒体３５の開口部３５ｄが水面２８よりも上方に配置され、かつ、軸部材３１の中心軸が鉛直方向と所定の傾斜角をなすように、地面２６に固設された架台２７に対し支持具３６を介して二重螺旋ポンプ１ｃが固定された状態を示している。

この状態で、図示しない駆動手段によって、軸部材３１を矢印Ｘで示す方向へ回動させると、羽根板３２，３３及び円筒体３４，３５が軸部材３１とともに螺旋の中心軸を回動軸として回動する。その結果、流水路中の水は開口部３５ｃから円筒体３５の内部に取り込まれ、さらに、開口部３４ａから円筒体３４の内部へ取り込まれた後、羽根板３２と円筒体３４の回動に伴って一段ずつ上方へ向かって移送され、最終的に円筒体３４の開口部３４ｂから吐出される。このとき、円筒体３４の開口部３４ａ，３４ｂはそれぞれ水の吸入口及び吐出口として機能する。
一方、羽根板３３と円筒体３５の回動に伴って二重螺旋ポンプ１ｃの周囲の空気は開口部３５ｄから円筒体３５の内部に取り込まれた後、羽根板３３と円筒体３５の回動に伴って一段ずつ下方へ向かって移送され、最終的に開口部３４ｃから円筒体３４の内部へ送り込まれる。このとき、円筒体３５の開口部３５ｄ及び円筒体３４の開口部３４ｃはそれぞれ空気の吸入口及び吐出口として機能する。

このような構造の二重螺旋ポンプ１ｃにおいては、羽根板３２，３３によって内部が螺旋状に仕切られる円筒体３４，３５が水や空気の流路を形成するため、水路内に設けられた傾斜面を流路の一部として利用する構造とは異なり、設置場所が限定されないという作用を有する。さらに、二重螺旋ポンプ１ｃは、羽根板３２と円筒体３４が流水路中の水を汲み上げると同時に、羽根板３３と円筒体３５によって円筒体３４の内部へ空気が供給され、円筒体３４の開口部３４ａ及び円筒体３５の開口部３５ｃが全て水中に埋没するような状態で設置された場合でも揚水量が減少するおそれがない。そのため、円筒体３４，３５が１回転する間に開口部３４ａ及び開口部３５ｃが水面よりも上に出るような状態で設置する必要がなく、また、水位が変化する場所であっても設置することが可能である。したがって、二重螺旋ポンプ１ｃは設置場所に対する制約が少ないという効果を有している。

なお、本実施例では、軸部材３１の外周面に羽根板３２が固設されているが、このような構造とする代わりに、軸部材３１を設けずに羽根板３２のみで円筒体３４の内部を仕切るとともに、支持具３６によって円筒体３４，３５の両端を回動可能に保持する構造とすることもできる。このような構造であっても本実施例で示した場合と同様の作用及び効果が発揮される。

図１２（ａ）は実施例４の二重螺旋ポンプ１ｄの設置例を示した模式図であり、図１２（ｂ）及び図１２（ｃ）はそれぞれ図１２（ａ）におけるＩ方向矢視図及びＪ方向矢視図の一部を拡大して示したものである。また、図１３（ａ）は図１２（ａ）に示した二重螺旋ポンプ１ｄの下部の縦断面の拡大図であり、図１３（ｂ）は図１３（ａ）におけるＫ−Ｋ線矢視断面の拡大図である。
なお、図１３（ａ）では円筒体３４，３５と軸部材３７のみを断面表示としている。また、図１乃至図１１に示した構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図１２及び図１３に示すように、本実施例の二重螺旋ポンプ１ｄは、実施例３の二重螺旋ポンプ１ｃにおいて、円筒体３４に対して円筒状の軸部材３７が水密性と気密性を保った状態で回動可能に外挿され、この軸部材３７の外周面に羽根板３３が固設されるとともに、軸部材３７と軸部材３１が連結部材３８によって連結され、羽根板３２，３３が円筒体３４，３５の内周面に対して水密性と気密性を維持した状態で軸部材３１の中心軸を回動軸として回動可能に設置され、軸部材３１の端部が円筒体３５の凹部３５ｂによって回動可能に保持されたことを特徴とする。
また、軸部材３７には回動した際に円筒体３４の開口部３４ｃに対して連通可能に開口部３７ａが設けられており、支持具４０は円筒体３４，３５を回動不能に支持するとともに、軸部材３１を回動可能に支持する構造となっている。

すなわち、二重螺旋ポンプ１ｄでは、軸部材３１，３７が羽根板３２，３３と円筒体３４，３５によって形成される２つの流路を保持する保持手段を構成し、支持具３６が、螺旋の中心軸を回動軸として２つの流路を回動可能に、上記保持手段を支持する支持手段を構成している。

図１２（ａ）は、円筒体３４の開口部３４ａ及び円筒体３５の開口部３５ｃが水面２８よりも下方に配置されるとともに、円筒体３４の開口部３４ｂ及び円筒体３５の開口部３５ｄが水面２８よりも上方に配置され、かつ、軸部材３１の中心軸が鉛直方向と所定の傾斜角をなすように、地面２６に固設された架台２７に対し支持具４０を介して二重螺旋ポンプ１ｄが固定された状態を示している。

この状態で、図示しない駆動手段によって、軸部材３１を矢印Ｘで示す方向へ回動させると、羽根板３３は羽根板３２に連動して軸部材３７とともに螺旋の中心軸を回動軸として回動する。その結果、流水路中の水は開口部３５ｃから円筒体３５の内部に取り込まれ、さらに、開口部３４ａから円筒体３４の内部へ取り込まれた後、羽根板３２の回動に伴って一段ずつ上方へ向かって移送され、最終的に円筒体３４の開口部３４ｂから吐出される。このとき、円筒体３４の開口部３４ａ，３４ｂはそれぞれ水の吸入口及び吐出口として機能する。
一方、羽根板３３と軸部材３７の回動に伴って二重螺旋ポンプ１ｄの周囲の空気は開口部３５ｄから円筒体３５の内部に取り込まれた後、一段ずつ下方へ向かって移送され、最終的に開口部３７ａから開口部３４ｃを経て円筒体３４の内部へ送り込まれる。このとき、円筒体３５の開口部３５ｄ及び軸部材３７の開口部３７ａはそれぞれ空気の吸入口及び吐出口として機能する。

このような構造の二重螺旋ポンプ１ｄにおいては、羽根板３２，３３によって内部が螺旋状に仕切られる円筒体３４，３５が水や空気の流路を形成する。したがって、水路内に設けられた傾斜面を流路の一部として利用する構造とは異なり、設置場所が限定されないという作用を有する。
また、二重螺旋ポンプ１ｄは、羽根板３２が流水路中の水を汲み上げると同時に、羽根板３３によって円筒体３４の内部へ空気が供給され、円筒体３４の開口部３４ａ及び円筒体３５の開口部３５ｃが全て水中に埋没するような状態で設置された場合でも揚水量が減少するおそれがないという作用を有する。したがって、二重螺旋ポンプ１ｄは、円筒体３４，３５が１回転する間に開口部３４ａ及び開口部３５ｃが水面よりも上に出るような状態で設置されなくとも良い。また、水位が変化する場所であっても設置できるというメリットもある。すなわち、二重螺旋ポンプ１ｄは実施例３の二重螺旋ポンプ１ｃと同様、設置場所に対する制約が少ないという効果を有している。

なお、実施例３又は実施例４において、円筒体３５によって移送された空気を円筒体３４に供給することなく、全て水中に吐出させる構造とすることもできる。この場合、円筒体３４による揚水機能と円筒体３５によるエアレーション機能が同時に発揮される。したがって、例えば、このような構造の二重螺旋ポンプを湖沼等に設置した場合、水底付近の水を汲み上げて循環させつつ、水底へ空気を供給することで、効率良く水質を改善することができる。
また、円筒体３４の長さは、本実施例に示したものに限定されるものではなく、適宜変更可能である。例えば、円筒体３５の長さを円筒体３４と同程度にしても良い。さらに、円筒体３４，３５を本実施例で示した場合とは逆方向へ回動させることにより、円筒体３５によって水を汲み上げ、円筒体３４から円筒体３５へ空気を供給するようにしても良い。

本発明の請求項１乃至請求項４に記載された発明は、流水路等から水をくみ上げる場合や水中に空気を送り込む場合に利用可能である。

１ａ〜１ｄ…二重螺旋ポンプ ２…環状円板 ３…棒状体 ４，５…チューブ ４ａ，５ａ…開口部 ６…フレーム ６ａ…下端 ７，８…支持板 ７ａ，８ａ…開口部 ７ｂ，８ｂ…内面 ７ｃ，８ｃ…外面 ７ｄ，８ｄ…取付部分 ８ｅ…開口部 ９ａ〜９ｃ…連結板 １０…棒状体 １１，１２…環状円板 １１ａ，１２ａ…開口部 １３…ギヤ １３ａ…開口部 １４…接続部材 １５…ベアリング １５ａ…回動軸 １６…ベアリング １６ａ…回動軸 １７…軸固定具 １８…ネジ孔 １９…保持具 ２０…ネジ孔 ２１…モータ ２１ａ…駆動軸 ２２…取付板 ２２ａ…ネジ孔 ２３…スプロケット ２４…ローラーチェーン ２５…固定具 ２６…地面 ２７…架台 ２８…水面 ２９…軸部材 ２９ａ…下端 ３０…支持具 ３１…軸部材 ３２，３３…羽根板 ３４…円筒体 ３４ａ，３４ｂ…開口部 ３４ｃ…開口部 ３５…円筒体 ３５ａ…挿通穴 ３５ｂ…凹部 ３５ｃ，３５ｄ…開口部 ３６…支持具 ３７…軸部材 ３７ａ…開口部 ３８…連結部材 ３９…端部接続具 ３９ａ，３９ｂ…差込口 ３９ｃ…取込口 ４０…支持具

Claims (4)

1. 螺旋状をなす第１の流路と、
   この第１の流路に対して同一の中心軸を有し逆向きの螺旋を描くように形成される第２の流路と、
   この第２の流路とともに前記第１の流路を保持する保持手段と、
   前記中心軸を回動軸として前記第１の流路及び前記第２の流路を回動可能に、この保持手段を支持する支持手段と、を備え、
   前記第１の流路及び前記第２の流路は、吸入口と吐出口を有する第１の筒体及び第２の筒体によってそれぞれ形成されることを特徴とする二重螺旋ポンプ。
2. 前記第２の流路は、前記吐出口から吐出された流体を前記第１の流路内へ供給可能に設置されることを特徴とする請求項１に記載の二重螺旋ポンプ。
3. 前記第１の筒体及び前記第２の筒体が、水密性及び気密性を有するチューブであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の二重螺旋ポンプ。
4. 前記第１の筒体及び前記第２の筒体はいずれも円筒軸が前記回動軸に一致するように設置される円筒体であり、前記第１の筒体は、上端と下端にそれぞれ前記第１の流路の前記吐出口と前記吸入口を有するとともに、下端近傍の側面に前記第２の流路の前記吐出口が設けられ、前記第２の筒体は、上端に前記第２の流路の前記吸入口を有し、
   前記第１の筒体は、前記吸入口の近傍に開口部が設けられるとともに、内部を螺旋状に仕切って前記第１の流路を形成する第１の羽根板を備え、
   前記第２の筒体は、前記第１の筒体の下部が内挿されるとともに、前記第１の筒体との間を螺旋状に仕切って前記第２の流路を形成する第２の羽根板を備え、
   この第２の羽根板は、前記第１の羽根板と連動して回動可能に設置されることを特徴とする請求項２に記載の二重螺旋ポンプ。

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