JP6174913B2 - ポンプユニット - Google Patents

Description

本発明はポンプユニットに関する。

例えば、燃料供給装置に搭載されるポンプユニットは、地下タンクに貯蔵された液体燃料をポンプ駆動により汲み上げて、流量計に連通された給液配管に吐出している（例えば、特許文献１参照）。また、ポンプユニットは、液体燃料を汲み上げるポンプと、ポンプから吐出される液体に含まれる気体富化液を分離させるための気液分離室と、気体富化液から気体を分離させる気体分離室とを有する。さらに、気液分離室と気体分離室との間を仕切る隔壁には、気液分離室と気体分離室との間を連通する連通孔が設けられている。

この連通孔は、一端が気液分離室の内壁に開口する流出口であり、他端が気体分離室の内壁に開口する流入口である。また、連通孔は水平方向に延在形成されており、流出口と流入口は、ほぼ同じ高さ位置に設けられている。

特開２０１２−１４５０８０号公報

ポンプユニットにおいては、ポンプ運転中のときはポンプの吐出口から吐出された液体が気液分離室に供給されるので、気体分離室の気体がサイクロン室（気液分離室）に逆流することはない。しかしながら、ポンプ停止時においては、流入口から気体がサイクロン室内へ流入することで、サイクロン室内に空気溜まりを発生させ、その空気溜まりにより流量計が誤計測してしまうという問題があった。

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の提供を目的とする。

本発明の一実施形態に係るポンプユニットは、
ケーシング内に設けられ、吸込み口から液体を吸込み吐出口から吐出するポンプと、
該ポンプから吐出された液体から気化富化液を分離させるサイクロン室と、
前記気化富化液から気体を分離させる気体分離室と、
前記サイクロン室の内壁に設けられ、前記サイクロン室の前記気化富化液を前記気体分離室に流出させる流出口と、
前記気体分離室の内壁に設けられ、前記サイクロン室から排出された前記気化富化液を前記気体分離室に流入させる流入口と、
前記サイクロン室へ液体が流入するサイクロン室流入口と、
前記流出口と前記流入口との間を連通する連通孔とを備えたポンプユニットにおいて、
前記気体分離室の気体が前記連通孔を通過して前記サイクロン室に逆流することを防止する気体逆流防止手段を有し、
前記サイクロン室流入口を形成する下端縁部は、前記流出口の高さ位置よりも高い位置に設けられてなり、
前記気体逆流防止手段は、前記流出口を前記サイクロン室の液体により封止する液溜まり部であることを特徴とする。
また、本発明の他の実施形態に係るポンプユニットは、
ケーシング内に設けられ、吸込み口から液体を吸込み吐出口から吐出するポンプと、
該ポンプから吐出された液体から気化富化液を分離させるサイクロン室と、
前記気化富化液から気体を分離させる気体分離室と、
前記サイクロン室の内壁に設けられ、前記サイクロン室の前記気化富化液を前記気体分離室に流出させる流出口と、
前記気体分離室の内壁に設けられ、前記サイクロン室から排出された前記気化富化液を前記気体分離室に流入させる流入口と、
前記サイクロン室へ液体が流入するサイクロン室流入口と、
前記流出口と前記流入口との間を連通する連通孔とを備えたポンプユニットであって、
前記気体分離室の気体が前記連通孔を通過して前記サイクロン室に逆流することを防止する気体逆流防止手段を有し、
前記気体逆流防止手段は、前記気体分離室と前記サイクロン室との圧力差に応じて開閉する逆流防止弁であることを特徴とする。

本発明によれば、気体分離室の気体がサイクロン室に逆流せず、ポンプ起動時にサイクロン室に溜まった気体が発生することがなく、下流の流量計においても気泡混入による計測誤差も防止できる。

本発明によるポンプユニットの実施形態１を模式的に示す図である。 ポンプユニットにおける液体の流れを順に示す図である。 サイクロン室の構成を示す縦断面図である。 図３中ＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う縦断面図である。 ポンプ停止時のサイクロン室の内部に液が溜められた状態を示す縦断面図である。 図５中Ｖ−Ｖ線に沿う縦断面図である。 本発明によるポンプユニットの実施形態２を模式的に示す図である。 本発明によるポンプユニットの実施形態３を模式的に示す図である。 本発明によるポンプユニットの実施形態４を模式的に示す図である。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。

〔実施形態１〕
図１は本発明によるポンプユニットの実施形態１を模式的に示す図である。図２はポンプユニットにおける液体の流れを順に示す図である。尚、図１は、ポンプ駆動時の液体の流れを矢印で示している。

図１及び図２に示されるように、ポンプユニット１０は、例えば、ガソリンや軽油などの液体燃料（以下「液体」という）を供給する燃料供給装置に搭載され、地下タンク１２に貯蔵された燃料を汲み上げると共に、液体に含まれる気泡を分離させて流量計２０へ送液するように設けられている。尚、流量計２０で計測された液体燃料は、燃料供給装置のホース、ノズルを介して車両の燃料タンクに供給される。

ポンプユニット１０は、同一のケーシング３０の内部に流入室３１、ロータ室３２、サイクロン室（気液分離室）３３、流出経路３４、気体分離室３６が形成されている。流入室３１には、ケーシング３０の底部に開口する流入口３７に連通されたストレーナ取付室３８と、ストレーナ取付室３８の下流側（流出側）に隣接された逆止弁取付室３９とが設けられている。さらに、ストレーナ取付室３８の流出側と逆止弁取付室３９の流入側との間は、弁座４５の開口を介して連通されている。

ストレーナ取付室３８には、ストレーナ４４が収納されている。また、ストレーナ４４は、流入口３７から流入された液体に含まれる異物を捕獲する金網からなり、円筒形状に形成されている。

ポンプ駆動により流入口３７から吸引された液体は、ストレーナ４４により濾過された後、弁座４５を通過して逆止弁取付室３９に流入する。

逆止弁取付室３９には、流入側逆止弁４０が開閉動作可能に設けられている。また、逆止弁取付室３９の上部には、ギヤポンプ４８のロータ室３２へ液体を供給するための流路４１が設けられている。

流入側逆止弁４０は、コイルバネ４２のバネ力により弁座４５を閉弁する方向に付勢されており、ポンプ駆動時のポンプ吸込み圧力（負圧）により開弁し、ポンプ停止時はポンプ吸込み圧力がなくなると閉止する。従って、流入側逆止弁４０が開弁動作すると、液体燃料が上方に配された流路４１を通ってロータ室３２へ吸込み側流路４６に流出される。

ロータ室３２には、ギヤポンプ４８が設けられている。ギヤポンプ４８は、モータの回転駆動力を伝達されて回転するアウターロータ５０と、アウターロータ５０により回転駆動されるインナーロータ５２とを有する。

アウターロータ５０は、ロータ室３２の内径に対応した円盤形状に形成されており、円盤状の平面には半円形状の係合部５０ａが回転方向（周方向）に所定のピッチ（間隔）で複数個設けられている。また、インナーロータ５２は、インナー回転軸５３により回転可能に支持されており、外周にはアウターロータ５０の係合部５０ａに対応する半円形状の凹部５２ａが所定のピッチ（間隔）で複数個設けられている。

また、アウターロータ５０の回転中心とインナーロータ５２の回転中心とは、上下方向に偏心している。インナーロータ５２の外周とアウターロータ５０の内周との間には、偏心量に応じた三日月形状の仕切り部５１が設けられている。仕切り部５１の内周面５１ａは、インナーロータ５２の外周が摺接するピニオン摺接面であり、仕切り部５１の外周面５１ｂは、アウターロータ５０の係合部５０ａが摺接するロータ摺接面である。

係合部５０ａがインナーロータ５２の凹部５２ａに係合することにより、アウターロータ５０がモータにより回転駆動されると共に、インナーロータ５２も同一方向に回転駆動される。そして、ロータ室３２の負圧発生により流入側逆止弁４０が開弁し、ストレーナ４４を通過した液体がロータ室３２の吸込み口３２ｃに吸引される。ギヤポンプ４８においては、アウターロータ５０及びインナーロータ５２が反時計方向に回転駆動すると共に、吸込み側流路４６から吸引された液体は、インナーロータ５２の凹部５２ａ及びアウターロータ５０の係合部５０ａ間に流入し、ロータ室３２の吐出口３２ｄに連通された吐出側流路４７へ吐出される。

また、インナーロータ５２は、回転中心がアウターロータの５０回転中心より下方に設けられ、且つ仕切り部５１は、インナーロータ５２と外接し、アウターロータ５０とは内接するようアウターロータ５０の回転中心より上方に設けられている。

さらに、ギヤポンプ４８から吐出された液体は、吐出側流路４７の下流に配されたサイクロン室（気液分離室）３３へ流入される。サイクロン室３３は円筒形状で形成されており、下流側がフィルタ５４を有するフィルタ室５５に連通され、側壁には気体を含んだ気体富化液を気体分離室３６に回収するための連通孔５８が設けられている。連通孔５８は、サイクロン室３３の内壁に設けられた流出口５８ａと、気体分離室３６の内壁に設けられた流入口５８ｂとを連通する通路である。

そして、流出口５８ａは、気化富化液を気体分離室３６に排出するための開口であり、流入口５８ｂは、サイクロン室３３から排出された気化富化液を気体分離室３６に流入させるための開口である。サイクロン室３３内に流入した液体は、サイクロン室３３内にて旋回し、液体から分離された気体富化液は流入口５８ｂと流出口５８ａを経てサイクロン室３３へ流出され、気体富化液が分離された液体はフィルタ室５５へ流入することになる。尚、連通孔５８は、図１において、模式的に短い通路として描かれているが、実際のポンプユニットの内部構成が複雑な構成であるため、複雑な経路構成になっている。

気体分離室３６の底部には、液体をギヤポンプ４８のロータ室３２に戻す戻し孔６０が設けられ、天井には大気開放孔６２が設けられている。また、気体分離室３６には、戻し孔６０を開閉するフロート弁７０が設けられている。

フロート弁７０は、気体分離室３６内の気体富化液を含む液体の液面高さが所定高さ以上の場合に戻し孔６０を開弁する弁部を有する。

気体分離室３６において、液体に含まれる気泡（気体）は上部空間に浮上し、大気開放孔６２から大気中に放出される。また、気泡が分離された液体は、液面高さが所定高さに達したときフロート弁７０の開弁により戻し孔６０を通過して吸込み側流路４６に戻される。

また、サイクロン室３３において、気体富化液が分離された液体は、フィルタ５４により濾過された後に流出経路３４を通過して流量計２０に供給される。尚、流出経路３４に設けられた流出側逆止弁６４は、ギヤポンプ４８によって送出された液体の圧力により開弁する。

さらに、サイクロン室３３は、ギヤポンプ４８の各ロータ５０、５２が停止した場合に気体分離室３６の気体が連通孔５８を通過してサイクロン室３３に逆流することを防止する気体逆流防止手段９０が設けられている。この気体逆流防止手段９０は、連通孔５８の流出口５８ａ又は流入口５８ｂを液体によって封止する液溜まりを有する構成であり、ポンプ停止時に気体分離室３６からサイクロン室３３内への気体の逆流を防止することで、サイクロン室３３内の気相領域の発生を防止することができる。

また、吐出側流路４７には、リリーフ弁８０が設けられている。吐出側流路４７の液圧が必要以上に高まった場合、吐出側流路４７の液体の一部は、リリーフ弁８０を開弁させてギヤポンプ４８のロータ室３２に戻される。リリーフ弁８０は、コイルバネ８２のばね力により閉弁方向に付勢されており、吐出側流路４７の吐出圧力と、コイルバネ８２のばね力にロータ室３２の吸込み圧力を加えた合力との差に応じて開閉する。

〔気体逆流防止手段９０について〕
図３は気液分離室の構成を示す縦断面図である。図４は図３中ＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う縦断面図である。尚、図３及び図４は、実際の製品の一部を断面で示しており、模式的に簡略化した図１の気体逆流防止手段９０の構成が細部で異なる。

図３及び図４に示されるように、気体逆流防止手段９０は、サイクロン室３３の円筒形状の内壁からなり流出口５８ａを液体により封止する第１の液溜まり９２と、流入口５８ｂを液体により封止する第２の液溜まり９４とを有する。また、吐出側流路４７からの液体がサイクロン室３３へ流入するサイクロン室流入口９６の下端縁部９８は、連通孔５８の高さ位置よりも高い位置に設けられている。そのサイクロン室３３は水平方向に延在する円筒状隔壁９８により形成され一端（図３中左端）が連通孔５８の流出口５８ａの周囲を囲むように形成され、他端（図３中右端）が軸方向に延在してフィルタ５４が設けられたフィルタ室５５に連通される。

また、第２の液溜まり９４は、蓋部材１００により形成されており、蓋部材１００の内側に形成された凹部１０２が気体富化液が流れる通路を形成している。また、蓋部材１００の凹部１０２は、連通孔５８の流入口５８ｂを囲むと共に、気体分離室３６に連通する通路１０４も覆うように形成されている。

ここで、ポンプ停止時の第１の液溜まり９２及び第２の液溜まり９４の封止状態について説明する。

図５はポンプ停止時の気液分離室の内部に液が溜められた状態を示す縦断面図である。図６は図５中Ｖ−Ｖ線に沿う縦断面図である。尚、図５及び図６は、上記図３及び図４と同様に、実際の製品の一部を断面で示しており、模式的に簡略化した図１の気体逆流防止手段９０の構成が細部で異なる。

図５及び図６に示されるように、ギヤポンプ４８の各ロータ５０、５２が停止すると、吐出側流路４７からサイクロン室流入口９６への液体の流入が停止する。そのため、サイクロン室３３及び気体分離室３６における液体の流れが停止する。

この場合、サイクロン室３３内は液体により充満されているが、第１の液溜まり９２及び第２の液溜まり９４においては、図５、図６中に示すようにサイクロン室流入口９６の下端縁部が連通孔５８よりも上方に位置しているために液溜まり部９２に滞留した液体の液位（液面高さ位置）は、連通孔５８とサイクロン室流入口９６の下端縁部との間に位置する。つまり、サイクロン室３３においては、液面が筒状隔壁９８の上縁部（サイクロン室流入口９６の下端縁部）よりも低い位置に下がらない。そのため、連通孔５８の流出口５８ａ及び流入口５８ｂは、サイクロン室３３の液面より低い位置にあり、連通孔５８の流出口５８ａ及び流入口５８ｂは液体による封止状態が常に維持されている。よって、連通孔５８を介して気体分離室３６の空気がサイクロン室３３に逆流することが防止される。

すなわち、ギヤポンプ４８を停止した場合にサイクロン室３３内に空気溜まりが発生するため、次回のポンプ起動時に空気が混入した液体が流量計２０に供給されて計測誤差を生じるといった問題を解消することができる。

〔実施形態２〕
図７は本発明によるポンプユニットの実施形態２を模式的に示す図である。図７において、上記実施形態１と同一部分については、同一符号を付して説明を省略する。また、図７はポンプ停止時の各室の液面高さを示している。

図７に示されるように、実施形態２のポンプユニット１０Ａにおける気体逆流防止手段９０Ａは、前述した実施形態１の液溜まり部９２と、液溜まり部９４Ｂを備えている。液溜まり部９４Ｂは、逆Ｕ字形状の通路により形成されており、連通孔５８における流出口５８ａと、気体分離室３６に開口する気体富化液の流入口５８ｂと、流出口５８ａ及び流入口５８ｂの高さよりも高い位置にある段差部５８ｃとを有する。そして、流出口５８ａと段差部５８ｃとの高さ位置の差により、逆Ｕ字形状の通路内に液体が溜まる。

したがって、ギヤポンプ４８のロータ５０、５２が停止した場合には、液溜まり部９４Ｂにおける流入口５８ｂと段差部５８ｃとの間の通路内に溜まった液体により、連通孔５８を介した気体の流通が遮断され、封止状態となる。すなわち、連通孔５８における流出口５８ａと流入口５８ｂとの間は、通路内部に残留する気体で満たされる。このように、ポンプ停止中の液溜まり部９４Ｂにおいては、連通孔５８を介して気体分離室３６の空気がサイクロン室３３に逆流することが防止される。

また、このように連通孔５８内の段差部５８ｃは、流出口５８ａ及び流出口５８ａの高さよりも高い位置に設けられているので、流入口５８ｂの高さ位置に係らずギヤポンプ４８のロータ５０、５２が停止した場合には、流出口５８ａは液体で封止され、連通孔５８を介して気体分離室３６の空気がサイクロン室３３に逆流することが防止される。従って、流入口５８ｂの高さ位置は、液溜まりに関係なく、流出口５８ａに対する段差部５８ｃの高さ位置を確保すれば良い。

すなわち、ギヤポンプ４８を停止した場合に連通孔５８内に空気溜まりが発生するため、次回のポンプ起動時に空気が混入した液体が流量計２０に供給されて計測誤差を生じるといった問題を解消することができる。

〔実施形態３〕
図８は本発明によるポンプユニットの実施形態３を模式的に示す図である。尚、図８において、上記実施形態１と同一部分については、同一符号を付して説明を省略する。また、図８は、ポンプ停止時の各室の液面高さを示している。

図８に示されるように、実施形態３のポンプユニット１０Ｂは、連通孔５８の流出口５８ａを液位により封止する気体逆流防止手段９０Ｂを有する。この気体逆流防止手段９０Ｂは、連通孔５８が水平方向に対して所定の角度で傾斜しており、気体分離室３６に開口する流入口５８ｂの高さ位置がサイクロン室３３に開口する流出口５８ａの高さ位置より高く設定されている。また、流入口５８ｂの高さ位置は、フロート弁７０が開弁する高さよりも高い位置に設けられている。つまり、流入口５８ｂの開口高さ位置は、連通孔５８の流出口５８ａの開口高さ位置よりも高い位置にあるため、連通孔５８内にはサイクロン室３３の液体が流入した状態である。

従って、サイクロン室３３に開口する流出口５８ａは、常に連通孔５８内に溜まった液体により封止されている。そのため、ポンプ停止時においても、通孔５８内に溜まった液体により気体分離室３６の空気がサイクロン室３３に逆流することが防止される。すなわち、ポンプ起動時に空気が混入した液体が流量計２０に供給されて計測誤差を生じるといった問題を解消することができる。

つまり、本実施形態２の気体逆流防止手段９０Ｂは、本実施形態１の液溜まり部９４を要せず簡素な構成により気体分離室３６の気体がサイクロン室３３へ逆流することを防止できるので、ポンプユニット１０Ｂのコンパクト化が図られる。

尚、実際のポンプユニットの構造は、多数の部材が複雑に組み合わせているため、サイクロン室３３と気体分離室３６との間には複雑な迷路のように形成されている。そのため、上記連通孔５８は、一定の傾斜角度を有していなくても気体分離室３６に開口する流入口５８ｂの高さ位置が流出口５８ａの高さ位置より高く設定されていれば、内部に液溜まりが形成されることになり、液体の存在により気体逆流を防止することが可能になる。

すなわち、ギヤポンプ４８が停止した場合に連通孔５８内に空気溜まりが発生するため、次回のポンプ起動時に空気が混入した液体が流量計２０に供給されて計測誤差を生じるといった問題を解消することができる。

〔実施形態４〕
図９本発明によるポンプユニットの実施形態４を模式的に示す図である。尚、図９において、上記実施形態１〜３と同一部分については、同一符号を付して説明を省略する。また、図９は、ポンプ駆動時の液体の流れを矢印で示している。

図９に示されるように、実施形態４の気体逆流防止手段９０Ｃは、連通孔５８の流出口５８ａの圧力（サイクロン室３３の圧力）と流入口５８ｂの圧力（気体分離室３６の圧力）との圧力差により開閉する逆流防止弁２００からなる。また、逆流防止弁２００は、連通孔５８の流入口５８ｂに連通された弁座２０２と、弁座２０２に離着座するボール弁２０４と、ボール弁２０４を閉弁方向に付勢するコイルバネ（付勢手段）２０６とより構成されている。

この逆流防止弁２００は、ポンプ起動時の圧力により気体富化液が連通孔５８の流出口５８ａから流出した場合にボール弁２０４が開弁して気体富化液を気体分離室３６に供給する。また、ポンプ停止時は、気体富化液の供給圧が弱くなり、連通孔５８の流出口５８ａの圧力と流入口５８ｂの圧力との圧力差が減少するので、相対的にボール弁２０４を閉弁方向に付勢するコイルバネ２０６のバネ力が強くなってボール弁２０４が閉弁状態を維持する。

そのため、ポンプ停止に伴い、気体分離室３６の気体がサイクロン室３３内に逆流しようとしても逆流防止弁２００が閉弁しているので、連通孔５８を介して気体分離室３６の空気がサイクロン室３３に逆流することが防止される。これにより、サイクロン室３３内の液体に空気溜まりを発生することをより確実に防止することが出来る。

なお、本実施例においては、ギヤポンプを用いて説明したが、これに限らずベーン（羽根）型のポンプでも本発明が適用されるのは勿論のことである。

また、本実施例においては、サイクロン室３３は水平方向に設置される構成となっているが、これに限らず垂直方向に設置される構成でも、本発明が適用されるのは勿論である。

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ ポンプユニット
１２ 地下タンク
２０ 流量計
３０ ケーシング
３１ 流入室
３２ ロータ室
３３ サイクロン室（気液分離室）
３４ 流出経路
３６ 気体分離室
４６ 吸込み側流路
４７ 吐出側流路
４８ ギヤポンプ
５０ アウターロータ
５２ インナーロータ
５３ インナー回転軸
５４ フィルタ
５５ フィルタ室
５８ 連通孔
５８ａ 流出口
５８ｂ 流入口
５８ｃ 段差部
６０ 戻し孔
７０ フロート弁
８０ リリーフ弁
９０、９０Ａ、９０Ｂ、９０Ｃ 気体逆流防止手段
９２ 第１の液溜まり
９４ 第２の液溜まり
９６ サイクロン室流入口
９８ 筒状隔壁
１００ 蓋部材
１０２ 凹部
１０４ 通路
２００ 逆流防止弁
２０２ 弁座
２０４ ボール弁
２０６ コイルバネ（付勢手段）

Claims (3)

1. ケーシング内に設けられ、吸込み口から液体を吸込み吐出口から吐出するポンプと、
   該ポンプから吐出された液体から気化富化液を分離させるサイクロン室と、
   前記気化富化液から気体を分離させる気体分離室と、
   前記サイクロン室の内壁に設けられ、前記サイクロン室の前記気化富化液を前記気体分離室に流出させる流出口と、
   前記気体分離室の内壁に設けられ、前記サイクロン室から排出された前記気化富化液を前記気体分離室に流入させる流入口と、
   前記サイクロン室へ液体が流入するサイクロン室流入口と、
   前記流出口と前記流入口との間を連通する連通孔とを備えたポンプユニットであって、
   前記気体分離室の気体が前記連通孔を通過して前記サイクロン室に逆流することを防止する気体逆流防止手段を有し、
   前記サイクロン室流入口を形成する下端縁部は、前記流出口の高さ位置よりも高い位置に設けられてなり、
   前記気体逆流防止手段は、前記流出口を前記サイクロン室の液体により封止する液溜まり部であることを特徴とするポンプユニット。
2. 前記連通孔は、前記連通孔の内部の液体により封止されることを特徴とする請求項１に記載のポンプユニット。
3. ケーシング内に設けられ、吸込み口から液体を吸込み吐出口から吐出するポンプと、
   該ポンプから吐出された液体から気化富化液を分離させるサイクロン室と、
   前記気化富化液から気体を分離させる気体分離室と、
   前記サイクロン室の内壁に設けられ、前記サイクロン室の前記気化富化液を前記気体分離室に流出させる流出口と、
   前記気体分離室の内壁に設けられ、前記サイクロン室から排出された前記気化富化液を前記気体分離室に流入させる流入口と、
   前記サイクロン室へ液体が流入するサイクロン室流入口と、
   前記流出口と前記流入口との間を連通する連通孔とを備えたポンプユニットであって、
   前記気体分離室の気体が前記連通孔を通過して前記サイクロン室に逆流することを防止する気体逆流防止手段を有し、
   前記気体逆流防止手段は、前記気体分離室と前記サイクロン室との圧力差に応じて開閉する逆流防止弁であることを特徴とするポンプユニット。
   

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