JP7390660B2 - 気泡発生機構付きポンプ - Google Patents

Description

本発明は、気泡発生機構付きポンプに関する。

たとえば農業分野等において、マイクロバブル（以下、ＭＢという）やウルトラファインバブル（以下、ＵＦＢという）等の微細気泡の利用が注目されている。ＭＢは、直径１μｍ以上１００μｍ未満の気泡である。ＵＦＢは、直径１μｍ未満の気泡である。液体中に微細気泡を溶解させる又は含有させる場合に、用いられるガスの種類は様々である。また液体の種類も様々である。農業分野では、主として、水中に空気の微細気泡を発生させ、空気中の酸素を利用する。そのために高圧ポンプ等が用いられる。特許文献１には、圃場に供給する水にＭＢやＵＦＢ等の微細気泡を含有させて、栄養素を循環させるシステムが記載されている。マイクロバブル発生装置が、ポンプによって汲み上げられた排水に、微細気泡を溶解させる。

特開２０１８－７６４６号公報

従来のシステムや装置では、ポンプに微細気泡発生装置が連結される。しかし、連結のための機構が複雑化・大型化する傾向にあり、利便性に欠けていた。微細気泡を発生させることのできるポンプ装置において、コンパクト且つ取り扱いの容易な装置が求められている。

本発明は、コンパクトであり取り扱いの容易な気泡発生機構付きポンプを提供することを目的とする。

本発明は、微細気泡を含んだ液体を圧送する気泡発生機構付きポンプ（１００）であって、液体を圧送するための動力を発生させる駆動部（３）と、駆動部（３）に接続され、液体を流通させる液体回路部（４）と、液体回路部（４）内に組み込まれるか又は液体回路部（４）に取り付けられ、微細気泡を発生させる微細気泡発生器（２０）と、を備える。

この気泡発生機構付きポンプ（１００）によれば、駆動部（３）により動力が伝達され、液体が加圧および吐出される。液体は液体回路部（４）を通って吐出（圧送）される。微細気泡発生器（２０）は液体回路部（４）内に組み込まれている。あるいは、微細気泡発生器（２０）は液体回路部（４）に取り付けられている。このように、微細気泡発生器（２０）が、液体回路部（４）に一体化されているので、ポンプ装置全体として、大型化が回避され、コンパクトになっている。微細気泡発生装置を別途連結する必要もなく、気泡発生機構付きポンプ（１００）の取り扱いが容易である。

液体回路部（４）は、液体を加圧する加圧部（１５）と、外部の管状部材が接続される吐出管（１７）とを有し、微細気泡発生器（２０）は、加圧部（１５）と吐出管（１７）との間に設けられていてもよい。この構成によれば、気泡発生機構付きポンプ（１００）の液体回路部（４）に微細気泡発生器（２０）が内蔵されるので、外形寸法への影響が最小限に抑えられている。気泡発生機構付きポンプ（１００）の設置が容易であり、レイアウト上の制約も少ない。また、微細気泡発生器（２０）を取り付けるための特別な部材が不要であり、ポンプが備える既存の部品を活用しやすい。

液体回路部（４）は、駆動部（３）に接続されて液体を加圧し吐出するマニホルド（５）を有し、微細気泡発生器（２０）は、マニホルド（５）の吐出部（５ｂ）に取り付けられていてもよい。この構成によれば、微細気泡発生器（２０）がマニホルド（５）の吐出部（５ｂ）に取り付けられているので、従来のポンプと同様の機器およびレイアウトにて、微細気泡を含んだ液体を供給することができる。

本発明によれば、ポンプ装置全体としてコンパクトになっており、気泡発生機構付きポンプ（１００）の取り扱いも容易である。

本発明の一実施形態に係る気泡発生機構付きポンプを示す斜視図である。 図１の気泡発生機構付きポンプのマニホルド、微細気泡発生器、および吐出管を切断して示す断面図である。 図２の微細気泡発生器付近を拡大して示す断面図である。 微細気泡発生器の出口側から見た分解斜視図である。 微細気泡発生器の入口側から見た分解斜視図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１および図２に示されるように、本実施形態の気泡発生機構付きポンプ１００は、一例として、モータ式のプランジャポンプ装置（往復動ポンプ装置）である。以下の実施形態の説明において、気泡発生機構付きポンプ１００を単にポンプ１００と称する。ポンプ１００は、たとえば、３列のプランジャが水平方向に並設された横型３連プランジャポンプ装置である。ポンプ１００は、定置式または可搬式のポンプであり、たとえば、農作業等に利用される。

図１および図２に示されるように、ポンプ１００は、駆動源であるモータ１と、モータ１の出力軸に連結されたクランクケース（駆動部ケース）２と、クランクケース２に連結されたマニホルド５と、マニホルド５の吸入部５ａおよび吐出部５ｂにそれぞれ接続された吸入管１６および吐出管１７と、を備える。吸入管１６の端部には吸入口６が形成され、吐出管１７の端部には吐出口７が形成されている。これらの吸入管１６および吐出管１７には、ホース、チューブ、配管等の外部の管状部材が接続される。

ポンプ１００は、たとえば水を吸入管１６から吸い込み、クランクケース２内に備えられた駆動部３およびマニホルド５内に備えられた加圧部１５により、吐出管１７へと水を圧送する。吐出管１７から外部の管状部材へと送られた高圧水は、たとえば圃場等に供給される。さらに、ポンプ１００は、高圧水に微細気泡を溶解または含有させることができる構造を有する。ポンプ１００において発生させられる微細気泡とは、たとえば直径１μｍ未満のＵＦＢである。ポンプ１００において、微細気泡として、たとえば直径１μｍ以上１００μｍ未満のＭＢが発生させられてもよい。ポンプ１００は、たとえば潅水等に利用されて、農作物の生育促進を可能とする。

図２に示されるように、マニホルド５は、水を加圧する３つの加圧部１５を有する。駆動部３は、モータ１の出力軸に連結されたクランク軸（駆動軸）、クランク軸に回転可能に連結されたコンロッド、およびプランジャとコンロッドとを回転可能に連結するピストンピンと（いずれも図示せず）を含む。駆動部３は、クランクケース２およびマニホルド５の間においてこれらの内部を往復するプランジャ等の往復動部材（図示せず）を駆動する。駆動部３は、モータ１で発生させられた動力を加圧部１５に伝達する。

マニホルド５内には、往復動部材が往復動するシリンダ部と、その先端側のポンプ室と（いずれも図示せず）が形成されている。また、マニホルド５は、ポンプ室に作動液体である水を導入するための吸入ヘッダ管５ｃと、圧縮された水を吐出するための吐出連結管５ｄとを有する。吸入ヘッダ管５ｃと吐出連結管５ｄとは３つの流路８により連絡されており、各流路８の吸入側（図示下側）には吸入弁９が設けられ、各流路８の吐出側（図示上側）には吐出弁１０が設けられる。流路８のうちの吸入弁９と吐出弁１０との間の部分１１が上記のポンプ室に繋がっている。

このように、マニホルド５は、３列のプランジャに対応する３つの加圧部１５を有する。各加圧部１５が、流路８と吸入弁９と吐出弁１０とを含んでおり、これらのポンプ作用によって、水が加圧される。マニホルド５は、駆動部３に接続されて、吸入部５ａから水を吸入し、加圧部１５において水を加圧し、吐出部５ｂから高圧水を吐出する。なお、マニホルド５の吸入側には、吸入管１６と吸入部５ａとの間において、ストレーナ１８および連結管１９が設けられる。マニホルド５の吐出側には、３連の加圧部１５と吐出部５ｂとの間において、圧力調整部１４が設けられる。

図１および図２に示されるように、ポンプ１００は、上記した連結管１９および吸入管１６と、吸入ヘッダ管５ｃ、加圧部１５および吐出連結管５ｄを含むマニホルド５と、吐出管１７とを有する液体回路部４を備える。液体回路部４は、ポンプ１００において水を流通させる部分（流路と、その流路を形成する管状の部分）である。液体回路部４は、プランジャを含む往復動部材を介して、駆動部３に接続されている。液体回路部４のうち、連結管１９、吸入管１６および吸入ヘッダ管５ｃは、加圧前の低圧な水を流通させる低圧回路４Ａを構成する。液体回路部４のうち、加圧部１５、吐出連結管５ｄおよび吐出管１７は、加圧後の高圧な水を流通させる高圧回路４Ｂを構成する。

本実施形態のポンプ１００では、微細気泡であるＵＦＢを発生させるＵＦＢ発生器（微細気泡発生器）２０が、液体回路部４内に組み込まれている。すなわち、ＵＦＢ発生器２０は、ポンプ１００に内蔵（収容）されている。より詳細には、ＵＦＢ発生器２０は、高圧回路４Ｂに組み込まれている。別の観点では、ＵＦＢ発生器２０は、マニホルド５の３つの加圧部１５と、吐出管１７と間に設けられている。ＵＦＢ発生器２０は、マニホルド５の吐出部５ｂに取り付けられている。ポンプ１００における既存の部品が活用されており、その結果、図１に示されるように、ＵＦＢ発生器２０が内蔵された状態で、ポンプ１００の全体の外形寸法は（ＵＦＢ発生器２０の取付け前に比して）さほど変化していない。吐出管１７の吐出口７も、図２に示されるように、ポンプ１００の外形の範囲から突出しておらず、当該範囲内に収まっている。吸入管１６および吐出管１７が延在する方向において、ＵＦＢ発生器２０が追加された領域は、連結管１９の領域にほぼ対応している。

図３～図５を参照して、ＵＦＢ発生器２０およびＵＦＢ発生器２０の周辺構成について説明する。図３～図５に示されるように、ＵＦＢ発生器２０は、吐出連結管５ｄおよび吐出管１７と同心状に（共通の軸線周りに）配置された４つの部材を有する。ＵＦＢ発生器２０は、マニホルド５に近接する側（上流側すなわち入口側）から順に、導入部材２１と、ＵＦＢ発生部材（微細気泡発生部）２２と、リング部材２３と、保持部材２４とを有する。図３に示されるように、円環状の導入部材２１は、吐出連結管５ｄの端面に当接しており、吐出連結管５ｄの端部に形成された円錐状の流路拡大部５ｅに対面している。図３および図５に示されるように、導入部材２１は、中心（軸線の位置）から径方向に延びる４本の溝部２１ａを含んでもよい。

保持部材２４の円筒状の基端円筒部２４ｂが、マニホルド５の円筒状の吐出部５ｂ内に挿入されており、基端円筒部２４ｂの根元に形成された第１段部２４ｄが、吐出部５ｂの端面に当接している。基端円筒部２４ｂの外周面には円環溝２４ｃが形成されており、この円環溝２４ｃと吐出部５ｂの内周面との間に、Ｏリング２５が介装されている。基端円筒部２４ｂの内部には、ＵＦＢ発生部材２２とリング部材２３とが収容されている。保持部材２４の第１段部２４ｄが吐出部５ｂの端面に当接した状態（突き当てられた状態）で、ＵＦＢ発生部材２２の軸線方向の入口側端面は基端円筒部２４ｂから突出しており、導入部材２１に突き当たっている。一方、この状態で、基端円筒部２４ｂに形成された溝部２４ｆと、導入部材２１に形成された突片２１ｆとによって、凹凸嵌合部が形成されてもよい（図４、図５参照）。直径の両端部（又は一端部のみでもよい）に形成された突片２１ｆが溝部２４ｆに入り込むことで、双方の部材の位置決め及び回転防止が可能とされる。

円筒形状のＵＦＢ発生部材２２内には、円錐状の入口テーパ部２２ｂと、出口円筒部２２ａと、入口テーパ部２２ｂおよび出口円筒部２２ａの間に形成された細孔であるオリフィス部２２ｃとが形成されている。これらの入口テーパ部２２ｂ、オリフィス部２２ｃ、および出口円筒部２２ａは、中心軸線（上記軸線に一致する）周りに対称に形成されており、互いに連通している。リング部材２３は、保持部材２４内に形成された第２段部２４ｅに当接しており、第２段部２４ｅとＵＦＢ発生部材２２とによって挟まれている。リング部材２３は、スペーサとして機能する。そして、保持部材２４の先端円筒部２４ａが、吐出管１７の基端部１７ｂ内に挿入されている。

上記のように構成されたＵＦＢ発生器２０では、図３に示されるように、導入部材２１内の第１空間Ｓ１と、ＵＦＢ発生部材２２内の入口テーパ部２２ｂ、オリフィス部２２ｃおよび出口円筒部２２ａによって形成されたＵＦＢ発生空間と、リング部材２３内の第３空間Ｓ３と、保持部材２４内の第４空間Ｓ４とが連通している。ＵＦＢ発生部材２２は、高圧水が通水される際、キャビテーション効果によってＵＦＢを発生させる。ＵＦＢ発生部材２２において発生させられた無数のＵＦＢは、ＵＦＢ発生部材２２の下流側に放出され、高圧水と共に吐出管１７に送られる。

ＵＦＢ発生器２０の具体的構成は、図３～図５に示される上記構成に限定されない。ＵＦＢ発生器２０として、たとえば、特許第６２７９１７９号に開示された各種態様の気泡発生装置が適用されてもよい。いずれにしても、ＵＦＢ発生器２０は、低圧回路４Ａ内、たとえばマニホルド５と吐出管１７との間に組み込まれ、高圧水の通水に伴ってＵＦＢを発生させる。

ポンプ１００では、モータ１によって駆動部３が駆動されると、マニホルド５内において水を吸入・加圧して吐出するポンプ作用が行われ、液体回路部４の高圧回路４Ｂを通じて高圧水が送られる。高圧水がＵＦＢ発生器２０を通ると、ＵＦＢ発生部材２２において無数のＵＦＢが発生し、ＵＦＢが高圧水に溶解または含有する。ポンプ１００が農業に利用される場合は、ＵＦＢは、たとえば空気（酸素）の微細気泡である。このＵＦＢが溶解または含有された高圧水は、吐出管１７から吐出され、管状部材等を介して圃場に供給（たとえば、散布）される。ＵＦＢを含む水が圃場に供給されることで、たとえば農作物の生育が促進する、収量が増大するといった効果が期待できる。

本実施形態のポンプ１００によれば、駆動部３により動力が伝達され、水が加圧および吐出される。水は液体回路部４を通って吐出（圧送）される。ＵＦＢ発生器２０は液体回路部４内に組み込まれている。ＵＦＢ発生器２０が、液体回路部４に一体化されているので、ポンプ装置全体として、大型化が回避され、コンパクトになっている。微細気泡発生装置をポンプに別途連結する必要もなく、ポンプ１００の取り扱いが容易である。

従来、ポンプの吐出口にＵＦＢ発生器を適用しようとした場合には、ＵＦＢ発生器の格納部が、ポンプ装置から突出してしまうことがあった。そのため、従来の機器や装置のレイアウトを変更する必要があった。たとえば、吐出口にホースを接続する場合、その部位を保護するために防護機構の変更が必要になる場合がある。定置式ポンプの場合、フレームの形状変更であったり、ポンプ装置の搭載位置の変更であったりが必要になる場合がある。吐出口へのホースの接続位置も変わってしまうため、ポンプ装置そのものの変更も必要になり得る。本実施形態のポンプ１００によれば、このような不具合は解決される。基本機の外郭部材（樹脂金型成型品）を変更することなく、ＵＦＢの発生機構を備えた派生機が提供される。従来のポンプ装置の外観、接続部、および機能を大きく変更することなく、ＵＦＢの発生機構を装着できる。

ＵＦＢ発生器２０が、加圧部１５と吐出管１７との間に設けられている。この構成によれば、ポンプ１００の液体回路部４にＵＦＢ発生器２０が内蔵されるので、外形寸法への影響が最小限に抑えられている。ポンプ１００の設置が容易であり、レイアウト上の制約も少ない。また、ＵＦＢ発生器２０を取り付けるための特別な部材が不要であり、ポンプが備える既存の部品を活用しやすい。コストダウンや部品の共通化も可能である。

ＵＦＢ発生器２０が、マニホルド５の吐出部５ｂに取り付けられている。この構成によれば、ＵＦＢ発生器２０がマニホルド５の吐出部５ｂに取り付けられているので、従来のポンプと同様の機器およびレイアウトにて、微細気泡を含んだ液体を供給することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られない。たとえば、ＵＦＢ発生器が、内蔵されるのではなく、液体回路部に取り付けられてもよい。たとえば、上記実施形態における液体回路部４の高圧側の端部（吐出管１７の吐出口７等）に、ＵＦＢ発生器が直接取り付けられていてもよい。ＵＦＢ発生器が、液体回路部のいずれかの部分、たとえば高圧回路の出口部に取り付けられてもよい。

気泡発生機構付きポンプは、モータ式のポンプ装置に限られない。駆動源は公知のあらゆる種類の動力源であってよい。気泡発生機構付きポンプは、バッテリ式のポンプ装置であってもよい。気泡発生機構付きポンプは、エンジン式のポンプ装置であってもよい。ポンプの型式も、種々の型式が採用されてよい。単式（プランジャ・加圧部がそれぞれ１つ）のプランジャポンプ装置に対して本発明が適用されてもよい。プランジャポンプ装置に限られない。高圧水（高圧の液体）の回路を有するポンプであれば、どのような型式・構造のポンプに本発明が適用されてもよい。

駆動部、マニホルド、および加圧部の構成も、上記実施形態に限られず、公知のあらゆる構成が採用されてよい。上述したマニホルドとは異なるタイプのケーシングが設けられてもよい。マニホルドが省略されてもよい。

本発明の気泡発生機構付きポンプは、潅水用に用いられる場合に限られず、たとえば背負式噴霧器に適用されてもよい。その場合でも、従来の背負式噴霧器よりも大型化することが回避される。意匠の変更が不要であり、また外部の物体との干渉も回避される。ポンプが装置の外形にうまく収まる。

１…モータ、２…クランクケース、３…駆動部、４…液体回路部、４Ａ…低圧回路、４Ｂ…高圧回路、５…マニホルド、５ａ…吸入部、５ｂ…吐出部、７…吐出口、１５…加圧部、１７…吐出管、２０…ＵＦＢ発生器（微細気泡発生器）、２１…導入部材、２２…ＵＦＢ発生部材（微細気泡発生部）、２２ｃ…オリフィス部、２３…リング部材、２４…保持部材、１００…ポンプ（気泡発生機構付きポンプ）。

Claims (2)

1. 微細気泡を含んだ液体を圧送する気泡発生機構付きポンプ（１００）であって、
   前記液体を圧送するための動力を伝達する駆動部（３）と、
   前記駆動部（３）に接続され、前記液体を流通させる液体回路部（４）と、
   前記液体回路部（４）内に組み込まれるか又は前記液体回路部（４）に取り付けられ、前記微細気泡を発生させる微細気泡発生器（２０）と、を備え、
   前記液体回路部（４）は、前記液体を加圧する加圧部（１５）と、外部の管状部材が接続される吐出管（１７）とを有し、
   前記微細気泡発生器（２０）は、前記加圧部（１５）と前記吐出管（１７）との間に設けられている、気泡発生機構付きポンプ。
2. 前記液体回路部（４）は、前記駆動部（３）に接続されて前記液体を加圧し吐出するマニホルド（５）を有し、
   前記微細気泡発生器（２０）は、前記マニホルド（５）の吐出部（５ｂ）に取り付けられている、請求項１に記載の気泡発生機構付きポンプ。

Images