JP6422759B2

JP6422759B2 - ポンプユニット及び固液分離装置

Info

Publication number: JP6422759B2
Application number: JP2014250230A
Authority: JP
Inventors: 中村　太郎; 太郎中村; 僚介伴; 舜吉濱
Original assignee: Chuo University
Current assignee: Chuo University
Priority date: 2014-12-10
Filing date: 2014-12-10
Publication date: 2018-11-14
Anticipated expiration: 2034-12-10
Also published as: JP2016109107A

Description

本発明は、ポンプユニットに関し、特に加圧用媒体の供給に応じた膨張によって固液を搬送可能なポンプユニット、及び固液分離装置に関する。

近年、固液分離装置に好適なポンプユニットの構成として、特許文献１に示すような構成が開示されている。当該ポンプユニットは、円筒状の外筒と、当該外筒内に配設される内筒とからなる２重構造であり、外筒と内筒との間に形成されたチャンバー内に空気等の流体の圧力を印加することによって、内筒を径方向内側に向けて膨張させ、内筒内の容積を変化させることにより、内筒内の流体を搬送する構成である。
また、上記文献には、ポンプユニットを構成する内筒の内周面上に、円筒状の突起を所定の配列で複数設けた構成が開示されている。当該構成によれば、内筒を径方向内側に向けて膨張させた状態において、対向する突起同士が突き当たり、所定の配列で隙間が形成されるため、当該隙間よりも大きな固体を通過不能として他の個体と分離することができ、当該固体を貯留，残置することができる。

特開２０１３−１７４１４０号公報

しかしながら、上記ポンプユニットにおける隙間の間隔や大きさは、突起の配列や大きさに依存するため、固液に含まれる固体の大きさに応じて通過不能とする対象（分離対象）を変化させることは困難であるという欠点を有する。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、固液に含まれる固体の粒径に応じて分離対象を容易に変化させることが可能なポンプユニット及び固液分離装置を提供する。

上記課題を解決するための構成として、外筒と、外筒の内周側に設けられた内筒と、内筒と前記外筒との間に設けられた圧力供給室とを備え、圧力供給室内への加圧媒体の供給により径方向内側に膨張する前記内筒によって、当該内筒内の流体を搬送するポンプユニットであって、内筒は、当該内筒の軸方向に沿って延長し、膨張時における内筒の軸方向への伸長を規制する拘束体と、内筒の内周面に設けられ、圧力供給室内の圧力に応じて内部の開口の大きさが変化するフィルタとを備えた構成とした。
本構成によれば、内筒の内周面に、圧力供給室内の圧力に応じて内部の開口の大きさが変化するフィルタを備えたことから、分離対象となる固体の大きさに応じて圧力供給室内の圧力を変化させることにより、分離対象を容易に変化させることができる。また、当該ポンプユニットを搬送路の一部に含む固液分離装置としてもよい。
また、上記ポンプユニットを複数備え、複数のポンプユニットの圧力供給室内の圧力を互いに異ならせることにより、分離対象を搬送経路上の異なる位置で貯留，残置させることが可能となる。
なお、前記発明の概要は、本発明の必要な全ての特徴を列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。

実施形態に係るポンプユニットの概要を示す断面図である。ポンプユニットの動作時の概要を示す断面図である。外筒の内部を示す図である。固液分離装置の概要を示す図である。ポンプ構造体の連続的な動作と固液の搬送，分離を説明する図である。他の実施形態に係る固液分離装置の概要を示す図である。他の実施形態に係る可変フィルタの概要を示す図である。

以下、実施の形態を通じて本発明を詳説するが、以下の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また、実施の形態の中で説明される特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、ポンプユニット１の概要を示す概略断面図である。同図に示すように、ポンプユニット１は、円筒状に形成された外筒１０と、当該外筒１０の内周側に設けられた円筒状の内筒２０と、外筒１０及び内筒２０の軸方向の一端側と他端側とにそれぞれ設けられた一端側フランジ３０及び他端側フランジ３２とを備える。

外筒１０は、両端開口の円筒状に形成され、その両端部は一端側フランジ３０及び他端側フランジ３２の外周面に嵌入された固定リング３４ａ；３４ｂによってそれぞれ固定されている。図３に示すように、外筒１０は、例えば低アンモニア天然ラテックスゴムから成るゴム層１２ａ；１２ｂと、当該ゴム層１２ａ；１２ｂの間に介挿された繊維層１４を有してなる。繊維層１４は、径方向に沿って積層される複数の炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維などからなる高弾性繊維１４ａによって構成される。同図に示すように、高弾性繊維１４ａの延長方向は、外筒１０の軸方向と一致しており、後述のチャンバー５０内への空気の導入より外筒１０が膨張しようとする場合、軸方向への伸長（膨張）が規制される結果、径方向への膨張のみが許容される。

図１（ｂ）に示すように、内筒２０は、天然ラテックスゴムやシリコーンゴムなどのゴム部材から構成された円筒状であって、外筒１０の軸心と同軸上に配設される。内筒２０の両端部はそれぞれ、一端側フランジ３０の外端面に形成された凹部３０ａと、他端側フランジ３２の外端面に形成された凹部３２ａにおいてそれぞれ嵌入される固定リング３４により固定される。図１（ｂ）に示すように、内筒２０には当該内筒２０の軸方向に沿って延長する複数の拘束体１５が内挿されている。拘束体１５としては、例えば細小で強度の高い複数のカーボンロービング繊維を束ねたものが好適である。また、拘束体１５の延長方向は内筒２０の軸方向と一致しており、後述のチャンバー５０内への空気の導入より内筒２０が膨張しようとする場合、軸方向への伸長（膨張）が規制される結果、径方向への膨張のみが許容される。また、本例においては、内筒２０の周方向に沿って均等に４本の拘束体１５を内挿するものとしたが、本数はこれに限られるものではない。

図１に示すように、内筒２０の内周面２２には、多孔質部材からなる複数の可変フィルタ４０（４０ａ〜４０ｄ）が配設される。可変フィルタ４０ａ〜４０ｄは、複数の拘束体１５によって周方向に沿って区画される内筒２０の膨張領域２０ａ〜２０ｄ（図２（ｂ）参照）の範囲と対応するように均等な間隔で設けられる。可変フィルタ４０に好適な多孔質部材の例としては、スポンジ、濾布、或いはスポンジを濾布で被覆した部材等のように柔軟な部材であることが好ましい。詳細については後述するが、可変フィルタ４０を上記のような部材から構成することにより、内筒２０の膨張に応じて作用する圧力（押し付け力）によって可変フィルタ４０の内部に存在する複数の孔の大きさを変化させることができ、可変フィルタ４０によって通過が阻止又は許容される固体の大きさ（粒径）を変化させることが可能となる。

図１に示すように、外筒１０及び内筒２０の両端開口部が一端側フランジ３０及び他端側フランジ３２によってそれぞれ強固に固定されると、ポンプユニット１内には、外筒１０、内筒２０、一端側フランジ３０及び他端側フランジ３２によって区画された圧力供給室としてのチャンバー５０が形成される。チャンバー５０は、内筒２０の軸回りにおいて軸方向に沿って延長する空間であって、当該チャンバー５０内には、図外の圧力給排装置から送出される空気等の流体が供給される。また、一端側フランジ３０及び他端側フランジ３２にはそれぞれ、周方向に沿って均等に配列された複数のエアチューブ挿入孔３６ａ〜３６ｆと、エアチューブ挿入孔３８ｂ〜３８ｆが形成される。エアチューブ挿入孔３６ａ〜３６ｄ及びエアチューブ挿入孔３８ｂ〜３８ｆは、それぞれ一端側フランジ３０及び他端側フランジ３２を軸方向に貫通し、チャンバー５０の内外を連通する。

図１（ａ）に示すように、一端側フランジ３０のエアチューブ挿入孔３６ａには、当該エアチューブ挿入孔３６ａ内において終端するエアチューブ４１ａが挿入される。エアチューブ４１ａは、図外の圧力給排装置と接続されており、当該圧力給排装置から送出される空気等の流体は、エアチューブ４１ａを経由してチャンバー５０内に送り込まれる。

また、一端側フランジ３０のエアチューブ挿入孔３６ｂ〜３６ｆには、他端側に連結される他の複数のポンプユニットへの圧力の供給を可能とするためのエアチューブ４１ｂ〜４１ｆが挿入される。各エアチューブ４１ｂ〜４１ｆは、チャンバー５０内を経由して、エアチューブ挿入孔３６ｂ〜３６ｆとそれぞれ対応する位置に形成された他端側フランジ３２のエアチューブ挿入孔３８ｂ〜３８ｆを介して架け渡され、それぞれ他端側に連結される他のポンプユニットに対して個別に圧力を供給する。図示の例では、一端側フランジ３０に合計６つのエアチューブ挿入孔３６ａ〜３６ｆが形成されていることから、最大で６つのポンプユニットを連結可能とされている。このように、チャンバー５０は、複数のエアチューブ４１ａ〜４１ｆの挿入により密閉された空間として形成されるため、エアチューブ４１ａを介してチャンバー５０内に空気が供給されると、外筒１０及び内筒２０が膨張動作することとなる。

以下、図１，図２を参照して上記構成からなるポンプユニット１の具体的動作について説明する。チャンバー５０内に空気等の所定の圧力が印加されると、外筒１０は径方向外側に向けて膨張するとともに、軸方向に収縮する。即ち、外筒１０には、軸方向に沿って延長する繊維層１４が形成されているため、軸方向への伸長が規制される。その結果、外筒１０の膨張方向は径方向外側に限定され、当該径方向外側への膨張に伴って、軸方向長さが収縮することとなる。

また、チャンバー５０内に空気等の所定の圧力が印加されると、内筒２０は、径方向内側に向けて膨張するとともに、軸方向に収縮する。上記同様に、内筒２０には軸方向に沿って延長する拘束体１５が内挿されているため、軸方向への伸長が規制される。その結果、内筒２０の膨張方向は径方向内側に限定され、当該径方向内側への膨張に伴って、軸方向長さが収縮することとなる。また、内筒２０には周方向に沿って均等な間隔で拘束体１５が内挿されているため、内筒２０は各拘束体１５を起点として分割される複数の膨張領域２０ａ〜２０ｄを有して膨張することとなる。

特に図２（ｂ）に示すように、内筒２０が径方向内側に膨張すると、内周面２２に配置された各可変フィルタ４０は、内筒２０内において互いに押し付け合いながら密接した状態となり、ポンプユニット１の動作前において開放されていた内筒２０内の内部流路Ｕ（図１参照）が閉鎖状態とされる。内部流路Ｕが閉鎖状態となった場合、以後、内筒２０に作用する圧力、換言すればチャンバー５０内の圧力の高低によって、内部流路Ｕ内を通過可能な固体の粒径を変化させることが可能となる。即ち、前述のとおり可変フィルタ４０は、柔軟な多孔質部材によって構成されているため、例えば閉鎖初期においては内部に存在する孔の孔径が比較的大きな径として維持される。一方、閉鎖初期の状態から内筒２０に作用する圧力が増大すると、各可変フィルタ４０同士がより強く互いに押し付け合うことにより孔が押し潰されて、その孔径は漸次小さくなり、可変フィルタ４０内を通過可能な固体の粒径も小さくなる。つまり、柔軟な多孔質部材からなる可変フィルタ４０によれば、内筒２０に作用する圧力に応じて孔の大きさ（空隙率）が変化するため、可変フィルタ４０によって通過が阻止又は許容される固体の大きさを自在に変化させることが可能となる。また、内筒２０に作用する圧力を調整して、各可変フィルタ４０の空隙率を実質的に０％とすれば、固体のみならず液体の通過をも阻止することが可能となる。

次に、図４を参照して上記構成からなるポンプユニット１を一部に備えた固液分離装置１００の概要について説明する。同図に示すように、固液分離装置１００は、複数のポンプユニット１Ａ〜１Ｆが軸方向に沿って連結されたポンプ構造体１１０と、当該ポンプ構造体１１０を動作させる圧力給排手段１２０とを備える。ポンプ構造体１１０は、各ポンプユニット１Ａ〜１Ｆが備える一端側フランジ３０と他端側フランジ３２とが図外の固定手段を介して相互に連結されて構成されており、各ポンプユニット１Ａ〜１Ｆの内部流路Ｕが連通することにより、所定長さの搬送路が形成される。また、上記ポンプユニット１Ａ〜１Ｆのうち、例えばポンプユニット１Ｃ；１Ｅは、可変フィルタ４０を備えた上述のポンプユニット１と同一の構成である一方、他のポンプユニット１Ａ；１Ｂ；１Ｄ；１Ｆは、上記可変フィルタ４０を具備しない構成のポンプユニットである。

圧力給排手段１２０は、圧縮空気を送出するエアコンプレッサＣと、当該エアコンプレッサＣとエアチューブを介して接続された複数の比例電磁弁Ｖ（Ｖ１〜Ｖ６）と、当該比例電磁弁Ｖとエアチューブを介して接続される複数の３ポート電磁弁Ｐ（Ｐ１〜Ｐ６）と、比例電磁弁Ｖ及び３ポート電磁弁Ｐを個別に制御して、各ポンプユニット１Ａ〜１Ｆのチャンバー５０内への空気の給排を制御する制御装置Ｓとを備える。

同図に示すように、３ポート電磁弁Ｐ１〜Ｐ６の一方のポートは、エアチューブ４１ａ〜４１ｆを介して各ポンプユニット１Ａ〜１Ｆのチャンバー５０と接続されており、エアコンプレッサＣから各ポンプユニット１Ａ〜１Ｆのチャンバー５０に至る空気の供給系統が確立される。なお、エアチューブ４１ａ〜４１ｆと各ポンプユニット１Ａ〜１Ｆとの接続状態は図１で説明した通りである。また、本実施形態においては、ポンプ構造体１１０を合計６つのポンプユニット１Ａ〜１Ｆによって構成したことから、６つ供給系統を有する構成としたが、ポンプユニットの数に応じて系統数が変わることは言うまでもない。

制御装置Ｓは、演算手段としてのＣＰＵや記憶手段としてのＲＯＭ，ＲＡＭ等のハードウェアを備えたコンピュータであって、予め設定された動作プログラムに従って比例電磁弁Ｖ及び３ポート電磁弁Ｐを開閉制御することにより、各ポンプユニット１Ａ〜１Ｆを個別に膨張動作させる。例えば、ポンプユニット１Ａを動作させるには、比例電磁弁Ｖ１を開放状態とし、かつ、３ポート電磁弁Ｐ１の一方のポート側を開放状態とすればよく、当該制御によりエアコンプレッサＣからの空気がポンプユニット１Ａのチャンバー５０内に供給され、ポンプユニット１Ａのみが膨張することとなる。なお、チャンバー５０内に供給される空気の圧力は、比例電磁弁Ｖ１への電流値に応じて自在に調整可能である。ポンプユニット１Ｂ〜１Ｆについても同様であり、それぞれに対応する供給系統に含まれる比例電磁弁Ｖ２〜Ｖ６、及び３ポート電磁弁Ｐ２〜Ｐ６を個別に制御することにより、ポンプユニット１Ｂ〜１Ｆを個別に膨張動作させることができる。

次に、各ポンプユニット１Ａ〜１Ｆに供給された空気の排気系統について説明する。同図に示すように、３ポート電磁弁Ｐ１〜Ｐ６の他方のポートは、エアチューブを介してエアレギュレータＩと接続されている。当該エアレギュレータＩは、エアタンクＴを介してエアポンプＱと接続されている。例えばポンプユニット１Ａに供給された空気を排出するには、エアタンクＴが駆動した状態で３ポート電磁弁Ｐ１の一方及び他方のポートを開状態とすればよく、このような状態において、ポンプユニット１Ａのチャンバー５０内の空気はエアポンプＱによって強制的に排気され、エアタンクＴ内に貯留される。なお、排気後のチャンバー５０内の圧力はエアレギュレータＩの設定によって調整可能である。また、ポンプユニット１Ｂ〜１Ｆについても同様であり、それぞれに対応する排気系統に含まれる比例電磁弁Ｖ２〜Ｖ６及び３ポート電磁弁Ｐ２〜Ｐ６を個別に制御することにより、膨張動作後のポンプユニット１Ｂ〜１Ｆを個別に自然長（膨張前）に復帰させることができる。
なお、上記排気系統を別段設けることなく、チャンバー５０内に供給された空気を外筒１０及び内筒２０の復元力によって大気開放する構成としてもよい。一方で、排気系統を設けて空気を強制的に排気する構成とすれば、搬送対象となる固液の粘度が高い場合等における外筒１０及び内筒２０の自然長への復帰が速くなるため、内部流路Ｕを通過する固液の搬送効率を向上させることが可能となる。

次に、図５を参照して、ポンプ構造体１１０を構成するポンプユニット１Ａ〜１Ｆの連続的な動作と固液の搬送，分離について説明する。図５（ａ）に示すように、ポンプ構造体１１０は、固液を搬送する管路Ｊの一部に配設されており、以下の説明では、ポンプユニット１Ａ側からポンプユニット１Ｆ側に向けて固液が搬送されるものとする。また、搬送対象となる固液は、例えば水、その他の液体と、互いに粒径の異なる固体Ｋ１〜Ｋ３を含む混合流体であるものとする。

まず、図５（ｂ）に示すように、固液がポンプ構造体１１０内に流入する前に、可変フィルタ４０を備えたポンプユニット１Ｃ；１Ｅを膨張動作させ、可変フィルタ４０を機能させる。次に、ポンプユニット１Ａを膨張動作させ、当該ポンプユニット１Ａの内部流路Ｕ内に存在する固液を下流のポンプユニット１Ｂ側に送出する。
なお、可変フィルタ４０を具備しないポンプユニット１Ａ；１Ｂ：１Ｄ；１Ｆを膨張動作させると、内筒２０の内周面２２が軸心側において密に当接するため容積が減少し、内部流路Ｕが完全に閉鎖された状態（全閉状態）となる。また、各ポンプユニット１Ａ；１Ｂ：１Ｄ；１Ｆが膨張動作した場合、その全体の軸方向長さが収縮するため、内部に存在する固液を押し出す力が作用する。

次に、図５（ｃ）に示すように、ポンプユニット１Ｂを膨張動作させ、当該ポンプユニット１Ｂの内部流路Ｕ内に存在する固液を下流のポンプユニット１Ｃ側に送出する。また、ポンプユニット１Ｂの膨張動作と同時又は以後に上流側のポンプユニット１Ａのチャンバー５０から強制的に空気を排気して自然長に復帰させることにより上流側から新たな固液を導入する。

ポンプユニット１Ｃよりも上流側に位置するポンプユニット１Ａ；１Ｂの膨張動作により固液が下流側に送出され、ポンプユニット１Ｃに到達すると、当該ポンプユニット１Ｃを通過しようとする固液に含まれる一部の個体が、他の個体と分離される。図５（ｂ）の部分拡大図に示すように、ポンプユニット１Ｃには、前述の柔軟な多孔質部材からなる複数の可変フィルタ４０が配設されており、図示の例では内筒２０に印加される圧力、換言すれば複数の可変フィルタ４０同士に加わる押し付け力を、可変フィルタ４０内部の孔の孔径が固体Ｋ１の粒径未満、かつ、固体Ｋ２；Ｋ３の粒径以上となるように設定している。ポンプユニット１Ｃをこのような設定によって膨張動作させることにより、固体Ｋ１のポンプユニット１Ｃの通過を阻止して、当該ポンプユニット１Ｃ内に貯留，残置させることができる一方で、固体Ｋ２；Ｋ３の下流側への通過を許容することができる。

次に、図５（ｄ）に示すように、ポンプユニット１Ｄを膨張動作させ、当該ポンプユニット１Ｄの内部流路Ｕ内に存在する固液を下流のポンプユニット１Ｅ側に送出する。また、当該ポンプユニット１Ｄの膨張動作と同時又は以後に上流側のポンプユニット１Ｂのチャンバー５０から強制的に空気を排気して自然長に復帰させることにより、上流側から新たな固液を導入する。

ポンプユニット１Ｅよりも上流側に位置するポンプユニット１Ａ；１Ｂ；１Ｃ；１Ｄの膨張動作により固液が下流側に送出され、ポンプユニット１Ｅに到達すると、当該ポンプユニット１Ｅを通過しようとする固液に含まれる固体Ｋ２とＫ３とがさらに分離される。図５（ｂ）の部分拡大図に示すように、ポンプユニット１Ｅにも複数の可変フィルタ４０が配設されている。そして、図示の例では複数の可変フィルタ４０同士に加わる押し付け力をポンプユニット１Ｃにおける押し付け力よりも高くなるように調整し、可変フィルタ４０内部の孔の孔径を固体Ｋ２の粒径未満、かつ、固体Ｋ３の粒径以上となるように設定している。ポンプユニット１Ｅをこのような設定によって膨張動作させることにより、固体Ｋ２のポンプユニット１Ｅの通過を阻止して、当該ポンプユニット１Ｅ内に貯留，残置させることができる一方で、固体Ｋ３の下流側への通過を許容することができる。

最後に、図５（ｅ）に示すように、ポンプユニット１Ｆを膨張動作させ、当該ポンプユニット１Ｆの内部流路Ｕ内に存在する固液を下流側に連結された下流側の管路に送出する。
また、当該ポンプユニット１Ｆの膨張動作と同時又は以後に上流側のポンプユニット１Ｄのチャンバー５０から強制的に空気を排気して自然長に復帰させることにより、上流側から新たな固液を導入する。以後、図５（ｂ）〜（ｄ）までの連続的な動作を繰り返すことにより、固液に含まれる液体と固体Ｋ３のみを下流側に向けて搬送しつつ、ポンプ構造体１１０内に固体Ｋ１；Ｋ２を互い分離した状態で貯留，残置することが可能となる。即ち、本実施形態においては、１つの搬送経路上に可変フィルタ４０を備えた複数のポンプユニット１Ｃ；１Ｅを設けるとともに、ポンプユニット１Ｃ；１Ｅのチャンバー５０内の圧力を異なる圧力に設定することにより、大きさの異なる固体Ｋ１；Ｋ２をそれぞれ異なる位置で分離できるため、各ポンプユニット１Ｃ；１Ｅに貯留，残置された固体Ｋ１；Ｋ２をそれぞれ単体で容易に回収することが可能となる。

なお、図示の例では、固体Ｋ３を液体とともに下流側に搬送する構成としたが、ポンプユニット１Ｅの下流側に、ポンプユニット１Ｃ；１Ｅと同様の複数の可変フィルタ４０が配設されたポンプユニット１をさらに連結し、複数の可変フィルタ４０同士に加わる押し付け力をポンプユニット１Ｅにおける押し付け力よりもさらに高くなるように調整し、可変フィルタ４０内部の孔の孔径を固体Ｋ３の粒径未満とすれば、固体Ｋ３についても液体から分離することが可能となり、固液に含まれる全ての固体Ｋ１〜Ｋ３をポンプ構造体１１０内の異なる位置に貯留，残置することが可能となる。

また、例えば図５（ｃ）から図５（ｄ）に示す状態に移行する際に、ポンプユニット１Ｄの膨張動作に伴う固液の上流側への逆流を防止するため、上流側に位置するポンプユニット１Ｃの可変フィルタ４０に作用する押し付け力を最大限まで高め、可変フィルタ４０の空隙率を実質的に０％とすれば、固液に含まれる液体の逆流を阻止することができ、搬送効率を向上させることができる。

また、上述の例では、固液中に互いに粒径の異なる固体Ｋ１〜Ｋ３が含まれる場合を説明したが、例えば一定時間ごとに固液中に含まれる固体の粒径が変化するような場合を想定すると、ポンプ構造体１１０の一部に、複数の可変フィルタ４０を備えたポンプユニット１を単体で配設し、一定時間ごとに複数の可変フィルタ４０に作用する押し付け力を調整すれば、単一のポンプユニット１により、全ての固体を液体から分離することも可能である。

図６は、固液分離装置１００の異なる実施形態を示す概要図である。本実施形態に係るポンプ構造体１１０は、複数のポンプユニット１Ａ〜１Ｈから構成されており、その延長方向が上下方向に設定されている。同図に示すように、複数のポンプユニット１Ａ〜１Ｈのうち、ポンプユニット１Ｄが可変フィルタ４０を具備する構成とされ、他のポンプユニット１Ａ〜１Ｃ，１Ｅ〜１Ｈが可変フィルタ４０を具備しない構成とされる。また、ポンプユニット１Ｄとポンプユニット１Ｅ及びポンプユニット１Ｇとの間には、分岐管１４０が配設されている。分岐管１４０は、図外のフランジ部を介してポンプユニット１Ｄと、ポンプユニット１Ｅ及びポンプユニット１Ｇと連結される管体であって、ポンプユニット１Ｅ及びポンプユニット１Ｇとそれぞれ連通する開口部を有する。つまり、本例におけるポンプ構造体１１０は、分岐管１４０を介して分岐され、ポンプユニット１Ｅ；１Ｆによって構成される一方側管路Ｌと、ポンプユニット１Ｇ；１Ｈによって構成される他方側管路Ｒとを有する。なお、搬送対象となる固液は、例えば水、その他の液体と、固体Ｋ１を含む混合流体であるものとする。

まず、図６（ａ）に示すように、固液がポンプ構造体１１０内に流入する前に、可変フィルタ４０を備えたポンプユニット１Ｄを膨張動作させておき、可変フィルタ４０を機能させる。ここで、ポンプユニット１Ｄの複数の可変フィルタ４０同士に加わる押し付け力は、可変フィルタ４０内部の孔の孔径が固体Ｋ１の粒径未満となるように設定される。さらにこのとき、ポンプユニット１Ｇを膨張させておき、他方側管路Ｒを閉鎖した状態とする。

次に、図６（ｂ）に示すように、最も上流側に位置するポンプユニット１Ａを膨張動作させ、当該ポンプユニット１Ａの内部流路Ｕ内に存在する固液を下流側に送出する。ポンプユニット１Ａ内の固液が下流側に送出されると、図６（ｃ）に示す如く下流側に位置するポンプユニット１Ｄにおいては、可変フィルタ４０によって固液に含まれる固体Ｋ１が貯留，残置されるとともに、液体のみが分岐管１４０側に向けて通過することとなる。また、分岐管１４０側に流下した液体は、閉鎖状態とされた他方側管路Ｒを流下することなく、自重により開放状態とされた一方側管路Ｌを経由してさらに流下する。

次に、図６（ｃ）に示すように、ポンプユニット１Ｂを膨張動作させ、当該ポンプユニット１Ｂの内部流路Ｕ内に存在する固液を下流側に送出する。上記同様に、ポンプユニット１Ｂ内の固液が下流側に送出されると、下流側に位置するポンプユニット１Ｄにおいて固体Ｋ１がさらに貯留，残置されるとともに、液体のみが分岐管１４０側に向けて通過する。また、図６（ｃ）に示す状態から、ポンプユニット１Ｃをさらに膨張動作させると、当該ポンプユニット１Ｃ内の固液の液体のみがポンプユニット１Ｄを通過する。よって、ポンプユニット１Ｃ；１Ｄ内には、ポンプユニット１Ａ〜１Ｃの膨張動作によって集約された固体Ｋ１のみが貯留，残置されることとなる。なお、同図では集約された固体Ｋ１をハッチングによって示している。

次に、図６（ｄ）に示すように、一方側管路Ｌを構成するポンプユニット１Ｅを膨張動作させ、一方側管路Ｌを閉鎖状態とする。また、同時に他方側管路Ｒを構成するポンプユニット１Ｇのチャンバー５０から強制的に空気を排気して自然長に復帰させ、他方側管路Ｒを開放状態とする。さらにその後、固体Ｋ１を貯留，残置していたポンプユニット１Ｄのチャンバー５０から強制的に空気を排気して自然長に復帰させ、複数の可変フィルタ４０を開放した状態とし、貯留，残置されていた固体Ｋ１を分岐管１４０及び開放状態とされた他方側管路Ｒ側に排出する。なお、固体Ｋ１は、その自重により分岐管１４０に落下するとともに、開放状態とされた他方側管路Ｒ側に進入する。また、分岐管１４０の構造は図示のものに限られるものではなく、一方側管路Ｌ及び他方側管路Ｒの配置を分岐管１４０内からそれぞれ液体と固体Ｋ１とが自重で落下（流下）するように配管すれば液体と固体Ｋ１とを効率的に搬送することができる。

次に、図６（ｅ）に示すように、他方側管路Ｒを構成するポンプユニット１Ｇを膨張動作させ、内部流路Ｕ内に存在する固体Ｋ１を下流側に送出する。さらに図６（ｆ）に示すように、ポンプユニット１Ｈを膨張動作させ、内部流路Ｕ内に存在する固体Ｋ１を下流側に送出する。以後、ポンプユニット１Ｇ；１Ｈの膨張動作を複数回繰り返すことにより、可変フィルタ４０によって液体から分離された全ての固体Ｋ１を下流側に送出する。

このように、本実施形態に係る固液分離装置１００は、可変フィルタ４０を具備するポンプユニット１Ｄの下流側において分岐する一方側管路Ｌ及び他方側管路Ｒを備えている。そして、このような構成によれば、可変フィルタ４０によって分離された液体と固体Ｋ１とを独立した複数の管路によって個別に搬送できるため、液体及び固体Ｋ１を効率的に回収することが可能となる。

以上、複数の実施形態を通じて説明したとおり、本実施形態に係るポンプユニット１によれば、チャンバー５０内の圧力に応じて互いに押し付け合い、内部の孔の孔径が変化する多孔質部材からなる複数の可変フィルタ４０を備えたことにより、可変フィルタ４０によって通過が阻止又は許容される固体の大きさを、圧力の制御によって容易かつ自在に変化させることが可能となる。

図７は、他の実施形態に係る可変フィルタ４０の例を示す断面図である。図１（ｂ），図２（ｂ）との比較において、本実施形態に係る可変フィルタ４０は、弾性体からなり、格子状の複数の開口部４０Ｐを有する網状部材によって構成されている点で異なる。同図に示すように、可変フィルタ４０の径方向外側の端部は、内筒２０の内周面２２に沿って接着材等の手段により固定されている。また、可変フィルタ４０は、内筒２０の非膨張時において、一定のテンションが作用するように展伸した状態とされている。よって、図７（ｂ）に示す如く、内筒２０が径方向内側に向かって膨張した場合、弾性体からなる可変フィルタ４０は、開口部４０Ｐの形状を維持したまま、その弾性力によって径方向内側に縮小する。

そして、図７（ａ），（ｂ）の比較から明らかなとおり、可変フィルタ４０内に形成された複数の開口部４０Ｐの個々の大きさ（面積）は、内筒２０の膨張、及び膨張からの復帰に伴う可変フィルタ４０の縮小又は展伸に応じて自在に変化することとなる。つまり、本例では、内筒２０に印加する圧力を高く設定するほど開口部４０Ｐの大きさを小さくできるため、このような可変フィルタ４０を採用したポンプユニット１であっても、開口部４０Ｐの通過が阻止又は許容される固体の大きさを圧力の制御によって自在に変化させることができる。
つまり、可変フィルタ４０の例としては、膨張時において互いに押し付け合い、チャンバー５０内の圧力に応じて開口の大きさ（空隙率）が変化する多孔質部材に限られるものではなく、チャンバー５０内の圧力に応じて内部の開口の大きさが変化する部材であれば如何なる部材を採用してもよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に記載の範囲には限定されない。前記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者にも明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲から明らかである。

１（１Ａ〜１Ｈ）ポンプユニット、１０外筒、１４繊維層、１５拘束体、
２０内筒、３０一端側フランジ、３２他端側フランジ、
４０（４０ａ〜４０ｄ）可変フィルタ、５０チャンバー、１００固液分離装置、
１１０ポンプ構造体、１４０分岐管。

Claims

外筒と、
前記外筒の内周側に設けられた内筒と、
前記内筒と前記外筒との間に設けられた圧力供給室と、
を備え、
前記圧力供給室内への加圧媒体の供給により径方向内側に膨張する前記内筒によって、当該内筒内の流体を搬送するポンプユニットであって、
前記内筒は、
当該内筒の軸方向に沿って延長し、膨張時における前記内筒の軸方向への伸長を規制する拘束体と、
前記内筒の内周面に設けられ、前記圧力供給室内の圧力に応じて内部の開口の大きさが変化するフィルタと、
を備えたことを特徴とするポンプユニット。
前記請求項１記載のポンプユニットを搬送路の一部に含むことを特徴とする固液分離装置。
前記固液分離装置は、前記ポンプユニットを複数備え、
前記複数のポンプユニットの圧力供給室内の圧力が互いに異なることを特徴とする請求項２記載の固液分離装置。