TWI655371B - 抽水機之氣水分離器構造 - Google Patents

Abstract

本發明係有關於一種抽水機之氣水分離器構造，其主要設有一外殼體，所述外殼體上方覆合一上蓋，下方具有通道連結水泵腔體，並於所述外殼體內部設有一浮筒，而所述上蓋上設有一氣密調整組及一真空破除器，所述氣密調整組一端連結真空泵，另一端連結一槓桿組，而所述槓桿組對應連結帶動所述浮筒；藉此，當於真空泵啟動後氣水分離器中的氣體，由外殼體通道流經外殼體與浮筒之間的間隙，並往氣密調整組端抽出，使其達到極限真空的狀態，且於此狀態下運轉，不會產生反覆抽取大氣而使浮筒碰撞的缺失，可大幅提升浮筒壽命，並可避免潤滑油受水氣液化與油品氣化作用。

Description

抽水機之氣水分離器構造

本發明係有關於一種抽水機之氣水分離器構造，尤指一種可達極限真空功效的氣水分離器構造為其應用發明者。

按，一般的抽水機用於緊急排洪、抽取地下污水或大樓地下室緊急抽水等，抽水機具有高機動性且無需外接電源，故常用於急難救助；然而，當發生地區性的積水，或於挖掘隧道、埋管等工程時，也會以抽水機將積水由工程現場等積水處抽出，藉此使積水消退而讓工程能夠繼續順利進行，或者使低窪地區的積水能夠順利消退。

然而，「使泵浦殼內注入足夠的水量」為泵浦正常運轉的首要條件，但因郊區或緊急排洪等環境因素，讓泵浦操作者無法每次都能先完成注入足夠水的步驟，故透過真空輔助系統達成注給需求的功能，便油然而生。當水位低於陸地導致難以取水，便是真空引水的好時機；當使用真空泵浦作為真空引水裝置時， 若無法適當斷開真空泵與抽水機之腔體連接通路，會因為真空泵持續使真空度上升，因而讓水可越過抽水機腔體高度而進入真空泵，進而導致真空泵腔體的損壞。為避免此情況的發生，須於真空泵入口處前設置輔助裝置－氣水分離器，藉由氣水分離器能自主斷開真空泵與抽水機之空氣迴路，避免抽水機腔體內之真空度持續上升，而使水進入真空泵。

其抽水機的氣水分離結構大致上如公告第M299231號一種抽水機之氣水分離機，其係設有：一氣水分離機本體，於該氣水分離機本體內的底側設有一第一氣室，於第一氣室的底部向下穿設有一抽氣孔，該抽氣孔於該氣水分離機本體的底面形成一抽氣接口，於第一氣室的上方設有一第二氣室，第二氣室與第一氣室之間設有一底孔，第二氣室的頂部對應該抽氣孔而於該氣水分離機的頂面穿設有一頂孔，於第一氣室的一側設有一第三氣室，第三氣室的頂部分別與第二氣室以及第一氣室的頂部之間穿設有一第一流道以及一第二流道，並且第三氣室的頂部向外穿設有一抽氣流道，該抽氣流道於該氣水分離機本體的表面形成一真空泵接口；一浮筒，該浮筒係柱狀浮塊並容設於第一氣室內；一連動啓閉閥裝置，其包括一單向閥及一連動啓閉件，其中單向閥係設於該底孔處，該連動啓閉件垂直穿設於該單向閥且底端對應該浮筒而朝第一氣室內延伸，該連動啓閉件的頂端用於將頂孔開關而設於該頂孔處；一單向閥裝置，該單向閥裝置係固設於第三氣室與第一氣室之間的第二流道處。

上述真空泵浦在抽氣時，其空氣在氣水分離機的流動路徑可分成四個流程：1.空氣由氣水分離器底部抽氣孔進入第一氣室。2.進入後的空氣會繞過浮筒，往連動啓閉閥裝置的連動啓閉件孔位處穿過，進入氣水分離器的上筒部之第二氣室。3.進入第二氣室後，繼續流往側邊的第三氣室。由於第三氣室可分成左／中／右三處，其中中間受到單向閥裝置密封，僅左右兩處相通，故空氣會往第三氣室左邊[第二流道]流到右邊[抽氣流道]。4.流到第三氣室右邊[抽氣流道]後，最後往真空泵接口邁進，便可流出氣水分離器。當真空泵浦之真空度足夠時，水泵腔體浦腔內的液體便會進入氣水分離器內，因而將浮筒推高。浮筒上升一方面帶動連動啓閉閥裝置的下閥塞密封阻隔液體進入第二氣室，達成避免水進入真空泵浦內的目的外，一方面同時讓連動啓閉閥裝置的連動啓閉件也一併推開上方的第一球塞。

當上方第一球塞被連動啓閉閥裝置的連動啓閉件推開後，因環境空氣進入第二氣室，使第二氣室壓力回升。由於第二氣室與第三氣室左邊[第二流道]連通，故第三氣室之壓力也連帶回升。此時，因第三氣室中間受到單向閥裝置的阻隔仍保持真空。當第三氣室下方之回升壓力足夠大時，便可使單向閥裝置透過氣壓差作用而上升，讓空氣可對浮筒所在的空間充壓，而使氣壓將推升浮筒的水退回水泵腔體浦腔體內，進而讓浮筒回到原始位置。因此，只要真空泵浦持續運轉，此過程便會循環動作。由於運作過程受到連動啓閉閥裝置持續破除真空狀態，會使得真空泵浦除了無法滿足維持低功耗與低潤滑油溫外，還會使真空泵浦受反覆吸取大氣的影響，此影響具有下列缺陷：

(1)浮筒壽命短-因連動啓閉閥裝置於循環過程須反覆與浮筒碰撞，使得接觸位置常常需要承受衝擊，而較易出現疲勞破壞的問題。

(2)大氣水分對潤滑油的影響-當真空泵的潤滑油溫只要小於120℃，在油潤滑片式真空泵之運轉過程的壓縮段，幾乎會把吸入空氣裡的水蒸氣壓成液態水，進而導致汙染潤滑油。若空氣濕度越高，影響更加劇烈。故當設備應用於防洪救災的豪雨季節，將使潤滑油僅能做為耗材使用，以避免滑片潤滑不佳，使功耗與磨耗加劇。

(3)潤滑油無法成為耐久使用的影響-前述提及反覆吸氣的過程會使得潤滑油遭受水氣得液化汙染，迫使潤滑油壽命減短，但反覆吸氣還會造成一個更為嚴重的影響；因油潤滑片式真空泵有壓縮氣體的運作過程，此過程能以熱力學的絕熱壓縮視之，即柴油引擎的點火機制，透過壓縮氣體造成氣體溫升。若是無法使真空泵長期運轉於極限真空，便會迫使真空泵持續壓縮氣體，造成整機與油溫皆上升，壓縮過程的溫度上升會導致潤化油從液體變成氣體，若真空泵無法運轉於極限真空，表示該泵仍要排氣，此時，若無法有效地將氣化後的潤滑油冷凝為液體，便會讓氣化後的潤滑油隨著空氣排出，一方面汙染環境，一方面加速潤滑油的消耗。

綜上所述，傳統抽水機之氣水分離機設計仍有待改良，以解決真空泵受反覆吸取大氣的影響與缺失問題；今，發明人秉持多年該相關行業之豐富設計開發及實際製作經驗，特提供一種抽水機之氣水分離器構造，以期達到更佳實用價值性之目的者。

本發明之主要目的在於提供一種抽水機之氣水分離器構造，尤其是指一種可達極限真空功效的氣水分離器構造為其目的。

本發明抽水機之氣水分離器構造主要目的與功效，係由以下具體技術手段所達成：

其主要設有一外殼體，所述外殼體上方覆合一上蓋，下方具有通道連結水泵腔體，並於所述外殼體內部設有一浮筒，而所述上蓋上設有一氣密調整組及一真空破除器，所述氣密調整組一端連結真空泵，另一端連結一槓桿組，而所述槓桿組對應連結帶動所述浮筒；藉此，當於真空泵啟動後氣水分離器中的氣體，由外殼體通道流經外殼體與浮筒之間的間隙，並往氣密調整組端抽出，使其達到極限真空的狀態，且於此狀態下運轉，不會產生反覆抽取大氣而使浮筒碰撞的缺失，可大幅提升浮筒壽命，並可避免潤滑油受水氣液化與油品氣化作用。

本發明抽水機之氣水分離器構造的較佳實施例，其中於所述上蓋上設有一真空破除器，所述真空破除器對應設置於所述氣密調整組一側，並位於所述槓桿組的上方，所述槓桿組藉所述浮筒上升而啟動所述真空破除器，令外部空氣進入所述外殼體內部空間，讓所述浮筒下降並連動所述槓桿組，使所述活塞組脫離上蓋，使真空泵接續抽取水泵腔體端的空氣者。

本發明抽水機之氣水分離器構造的較佳實施例，其中所述槓桿組包含一連桿，所述連桿具有一固定於所述外殼體內部的支點，其一端連結於所述浮筒，另一端設有一連動件，所述連動件連結所述活塞組之主桿。

本發明抽水機之氣水分離器構造的較佳實施例，其中所述彈性件為採用兩階段進位彈簧。

於本發明技術特徵說明之前，係先了解氣水分離器設計的主要功能性及欲達成的理想目的與功效；然而，氣水分離器的設計，其主要目的是為了使水泵浦腔內之液體與氣體分離，因此氣水分離器的設計有兩大方向需要考慮：

1.從真空泵運轉功率面解析－真空泵的入口應盡量保持極限真空，且極限真空度越高越好。請參閱附件1所示，真空泵設計的文獻資料圖表，可以看出不論在哪種潤滑油溫下，真空泵的運轉功率跟入口壓力有很大關係，當入口越接近常壓或極限真空，功率越低，故當真空泵的入口可以保持在極限真空時，除了可以讓運轉功耗較低外，還可以帶來其他好處。

2.從真空泵入口壓力設計氣水分離器－控制潤滑油溫度，即是在控制油的黏滯性，當溫度恰當時，油的黏滯性可形成好的邊界潤滑，使滑片處於最佳潤滑，因而降低磨耗並延長壽命。然而，真空泵入口越接近常壓或接近極限真空時，潤滑油溫皆可達成最低的極值；因此，為了能以機械方式控制油品的溫度，若是能讓真空泵處於極限真空狀態運轉，則可確認油溫的降溫需求裕度，就能計算合適散熱模組，而不需要設計複雜的變頻散熱系統。

本發明依據氣水分離器設計的兩大方向進行研發創作而出，為令本發明所運用之技術內容、發明目的及其達成之功效有更完整且清楚的揭露，茲於下詳細說明之，並請一併參閱所揭之圖式及圖號：

首先，請參閱第一~三圖所示，為本發明之抽水機之氣水分離器構造立體分解、組合外觀及剖視示意圖，其包含有：

一外殼體（１），係設有內部空間（１１），於所述內部空間（１１）底部設有通道（１２）連結一水泵腔體；

一浮筒（２），係對應容置於所述外殼體（１）之內部空間（１１）；

一上蓋（３），係對應覆合於所述外殼體（１）之開口端，且所述上蓋（３）端面設有連通所述外殼體（１）之內部空間（１１）的第一、第二階梯孔（３１）、（３２），所述第一階梯孔（３１）內設有氣密環（３３）；

一氣密調整組（４），係對應組設於所述上蓋（３）第一階梯孔（３１）處，包含有一活塞外筒（４１）及活塞組（４２），所述活塞外筒（４１）鎖固於所述上蓋（３），且所述活塞外筒（４１）與一真空泵連結，而所述活塞組（４２）包含一活塞內筒（４２１）、一設置於所述活塞內筒（４２１）內部的活塞體（４２２），所述活塞體（４２２）連結一主桿（４２３），並於所述主桿（４２３）外部套設有彈性件（４２４），所述彈性件（４２４）抵靠於所述活塞體（４２２）與所述活塞內筒（４２１）之間，所述主桿（４２３）穿組通過所述第一階梯孔（３１），並能帶動所述活塞體（４２２）於所述活塞內筒（４２１）內部活動位移，及帶動所述活塞內筒（４２１）相對脫離或密合抵掣於所述第一階梯孔（３１）；

一槓桿組（５），係設有一固定的支點（５１），且一端連結所述浮筒（２），另一端連結所述活塞組（４２），以帶動所述活塞組（４２）與所述浮筒（２）改變相對位置；所述槓桿組（５）包含一連桿（５２），所述連桿（５２）具有一固定於所述外殼體（１）內部的支點（５１），其一端連結於所述浮筒（２），另一端設有一連動件（５３），所述連動件（５３）連結所述活塞組（４２）之主桿（４２３）；

一真空破除器（６），係設置在所述第二階梯孔（３２）處，其包含有一球座（６１），所述球座（６１）嵌組於所述第二階梯孔（３２）內，並設有一氣流通道（６１１），所述氣流通道（６１１）連結一容槽（６１２），所述容槽（６１２）設有一氣音球（６２），且所述氣流通道（６１１）連通所述第二階梯孔（３２），並設有一活動桿（６３），所述活動桿（６３）位於所述槓桿組（５）上方，且能於所述氣流通道（６１１）與所述第二階梯孔（３２）間活動位移。

於實際操作時，請參閱第一~五圖所示，當真空泵剛開始執行真空作業時，空氣從水泵腔體端流入該氣水分離器底部的通道（１２），再經浮筒（２）與外殼體（１）之間的間隙進入槓桿組（５）與上蓋（３）之第一階梯孔（３１）間隙，並通過活塞組（４２）與活塞外筒（４１）間隙後，即可離開氣水分離器並流入真空泵之吸入側[空氣流動如第一圖中的箭頭標示路徑]，於真空泵讓空氣經由箭頭路徑流動後，便可逐漸使水泵腔體內之真空度上升。

當浮筒（２）沒有受到浮力上升時，其槓桿組（５）可讓活塞組（４２）保持不與上蓋（３）之第一階梯孔（３１）處的氣密環（３３）貼合，以避免空氣迴路阻斷；續，當真空泵讓水泵腔體端的真空度足夠時，會使水泵腔體端的水進入氣水分離器，並推動浮筒（２）上升，於浮筒（２）上升後，會透過槓桿組（５）的連桿（５２）運動，讓連桿（５２）以支點（５１）為圓心定位而旋動，連結帶動另一端的連動件（５３），使連動件（５３）帶動活塞組（４２）之主桿（４２３）往下活動位移，使氣密調整組（４）中的活塞組（４２）被往下拉動，當於水位足夠高時［即浮筒（２）上升到一適當位置］，其下拉幅度可使活塞組（４２）抵靠於第一階梯孔（３１）處，並與氣密環（３３）貼合，開始阻斷空氣迴路。進一步阻斷空氣迴路需要考慮氣密設計，即活塞組（４２）與氣密環（３３）的貼合力量；此部分本發明透過彈性件（４２４）採用兩階段進位彈簧的作用，使其活塞組（４２）能緊密抵靠氣密環（３３）而貼合，以下說明之。

當活塞組（４２）與氣密環（３３）的貼合力量不足時，表示真空度會持續上升[即持續抽真空]，讓水繼續推動浮筒（２）；此時，槓桿組（５）會讓活塞組（４２）開始產生如第五圖的分離現象，其目的便是讓彈性件（４２４）[為採兩階段進位彈簧]執行第一階段進位壓縮，讓活塞組（４２）能對氣密環（３３）有更多的貼合力，以確實將空氣迴路斷開。待空氣迴路確實斷開後，浮筒（２）所在的空間便維持原始壓力，而氣密調整組（４）之活塞組（４２）所在空間即可繼續往極限真空邁進。然而，由於活塞組（４２）並無任何破除真空的機制影響，故不會反覆吸取大氣，也能維持極限真空的運作條件。

而在上述的動作過程，設置於上蓋（３）第二階梯孔（３２）處的真空破除器（６）係保持氣音球（６２）位於球座（６１）容槽（６１２）內並抵掣遮蔽氣流通道（６１１），讓氣水分離器內部於真空泵運作時可逐漸將氣體抽出完成氣水分離的動作。

進一步當氣密環（３３）發生氣密不良的現象[如疲乏、龜裂…]，導致活塞組（４２）無法透過彈性件（４２４）[為採兩階段進位彈簧]強制斷開空氣迴路，會使真空泵能持續對浮筒（２）所在內部空間（１１）提高真空度，讓水繼續上升推高浮筒（２），進而讓彈性件（４２４）[為採兩階段進位彈簧]執行第二階段進位壓縮。然而，在此時因浮筒（２）逐漸升高，進而讓槓桿組（５）之連桿（５２）接觸到真空破除器（６），讓真空破除器（６）中的活動桿（６３）將機械式警示氣音球（６２）推離球座（６１）容槽（６１２），使氣流通道（６１１）與外部環境連通，進而達成真空破除，讓環境空氣由氣流通道（６１１）經第二階梯孔（３２）進入氣水分離器的外殼體（１）內，將水退至水泵腔體的浦腔體內。

上述動作因外部環境空氣透過機械式警示氣音球（６２）與球座（６１）的間隙流入會產生氣音外，氣音球（６２）也會移動，讓設備操作員可以用聽覺與視覺進行雙重判斷氣密環（３３）是否損壞；而上述的警示效果，並無須使用任何電子儀器檢測，具有結構簡單可靠的功效。

綜上述，維持真空泵入口壓力於極限真空的條件才是真空泵正確的使用方式，且經研究結果也顯示維持極限真空的條件暨能有利於溫控，也能在不使用離合器的條件下讓真空泵運轉於最低能耗，因此，氣水分離器的合理設計，須讓水充滿水泵浦腔體後，即可自動切斷空氣流動迴路，除了阻隔水進入真空泵外，又使真空泵於最佳狀態運轉。

然而前述之實施例或圖式並非限定本發明之產品結構或使用方式，任何所屬技術領域中具有通常知識者之適當變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之專利範疇。

藉由以上所述，本發明系統之組成與使用實施說明可知，本發明與現有結構相較之下，具有下列優點：

1.本發明抽水機之氣水分離器構造，藉由於極限狀態運轉的真空泵運作下，與傳統現有氣水分離器相較具有下列差異、優點及功效：

(A)因無須反覆抽取大氣，可避免潤滑油受水氣液化與油品氣化作用，僅作為耗材使用，舉如傳統氣水分離器運作72小時潤滑油箱內的油會耗盡，而本發明氣水分離器實際累積運轉504小時後，潤滑油箱的油量依舊很充足，故採用本發明氣水分離器可使相同容量的潤滑油品由耗盡改為更換，進而對環境保護有明確優點與功效；

(B)不論傳統或本發明氣水分離器皆會配置一個真空計量測腔內真空度，由於傳統現有的氣水分離器會有反覆吸氣的過程，會導致真空計指針忽大忽小，無法穩定於某一值，故會導致真空計內的膜片或彈簧反覆壓縮，因而提早使其老化，然而，本發明氣水分離器因為可維持極限真空，故無此方面影響。

(C)本發明氣水分離器可讓真空泵運轉於極限真空，因此可讓真空泵運轉於最低功率，與傳統現有氣水分離器相比，節能比率範圍約為5~20%。

(D)傳統現有氣水分離器的反覆抽取過程，會破壞抽水機入口壓力值的恆定，連帶使得抽水機的輸出壓力也會變動，而使抽水機較易出現喘振的狀況，使機組振動與穩定度較差；本發明氣水分離器因恆定於極限真空，故不會出現上述狀況。

(E)本發明抽水機之氣水分離器構造，同上述，由於降低浮筒碰撞次數，可大幅提升浮筒壽命。

2.本發明抽水機之氣水分離器構造，藉由結構簡單的設計，使其能達到有效減少機體重量與體積的功效。

3.本發明抽水機之氣水分離器構造，藉以透過機械式警示氣音，讓設備操作員可以用聽覺與視覺進行雙重判斷氣密環是否損壞，而上述的警示效果，並無須使用任何電子儀器檢測，具有結構簡單可靠的功效。

綜上所述，本發明實施例確能達到所預期之使用功效，又其所揭露之具體構造，不僅未曾見諸於同類產品中，亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求，爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

（１）‧‧‧外殼體

（１１）‧‧‧內部空間

（１２）‧‧‧通道

（２）‧‧‧浮筒

（３）‧‧‧上蓋

（３１）‧‧‧第一階梯孔

（３２）‧‧‧第二階梯孔

（３３）‧‧‧氣密環

（４）‧‧‧氣密調整組

（４１）‧‧‧活塞外筒

（４２）‧‧‧活塞組

（４２１）‧‧‧活塞內筒

（４２２）‧‧‧活塞體

（４２３）‧‧‧主桿

（４２４）‧‧‧彈性件

（５）‧‧‧槓桿組

（５１）‧‧‧支點

（５２）‧‧‧連桿

（５３）‧‧‧連動件

（６）‧‧‧真空破除器

（６１）‧‧‧球座

（６１１）‧‧‧氣流通道

（６１２）‧‧‧容槽

（６２）‧‧‧氣音球

（６３）‧‧‧活動桿

第一圖：本發明之立體分解示意圖。

第二圖：本發明之組合外觀示意圖。

第三圖：本發明之剖視示意圖。

第四圖：本發明之剖視動作示意圖一。

第五圖：本發明之剖視動作示意圖二。

附件1：真空泵設計的文獻資料圖表。

Claims (5)

1. 一種抽水機之氣水分離器構造，其氣水分離器主要設有一外殼體，其一端連結水泵腔體，於所述外殼體內部設有一浮筒，所述浮筒連結於一槓桿組的一端，而所述槓桿組另一端連結一氣密調整組，所述氣密調整組被安裝並穿通於覆蓋在所述外殼體上方的上蓋，所述氣密調整組對應連結一真空泵，以抽取所述氣水分離器內部空氣，並於所述氣密調整組內部設有一活塞組，所述活塞組於真空抽取時因所述浮筒上升，而經所述槓桿組連結帶動密合於上蓋阻斷真空泵抽取水泵腔體端的空氣，讓所述氣密調整組逐漸達成極限真空狀態。
2. 如申請專利範圍第1項所述之抽水機之氣水分離器構造，其中於所述上蓋上設有一真空破除器，所述真空破除器對應設置於所述氣密調整組一側，並位於所述槓桿組的上方，所述槓桿組藉所述浮筒上升而啟動所述真空破除器，令外部空氣進入所述外殼體內部空間，讓所述浮筒下降並連動所述槓桿組，使所述活塞組脫離上蓋，使真空泵接續抽取水泵腔體端的空氣者。
3. 一種抽水機之氣水分離器構造，其包含有： 　　一外殼體，係設有內部空間，於所述內部空間底部設有通道連結一水泵腔體； 　　一浮筒，係對應容置於所述外殼體之內部空間； 　　一上蓋，係對應覆合於所述外殼體之開口端，且所述上蓋端面設有連通所述外殼體之內部空間的第一、第二階梯孔，所述第一階梯孔內設有氣密環； 　　一氣密調整組，係對應組設於所述上蓋第一階梯孔處，包含有一活塞外筒及活塞組，所述活塞外筒鎖固於所述上蓋，且所述活塞外筒與一真空泵連結，而所述活塞組包含一活塞內筒、一設置於所述活塞內筒內部的活塞體，所述活塞體連結一主桿，並於所述主桿外部套設有彈性件，所述彈性件抵靠於所述活塞體與所述活塞內筒之間，所述主桿穿組通過所述第一階梯孔，並能帶動所述活塞體於所述活塞內筒內部活動位移，及帶動所述活塞內筒相對脫離或密合抵掣於所述第一階梯孔； 　　一槓桿組，係設有一固定的支點，且一端連結所述浮筒，另一端連結所述活塞組，以帶動所述活塞組與所述浮筒改變相對位置； 　　一真空破除器，係設置在所述第二階梯孔處，其包含有一球座，所述球座嵌組於所述第二階梯孔內，並設有一氣流通道，所述氣流通道連結一容槽，所述容槽設有一氣音球，且所述氣流通道連通所述第二階梯孔，並設有一活動桿，所述活動桿位於所述槓桿組上方，且能於所述氣流通道與所述第二階梯孔間活動位移。
4. 如申請專利範圍第3項所述之抽水機之氣水分離器構造，其中所述槓桿組包含一連桿，所述連桿具有一固定於所述外殼體內部的支點，其一端連結於所述浮筒，另一端設有一連動件，所述連動件連結所述活塞組之主桿。
5. 如申請專利範圍第3項所述之抽水機之氣水分離器構造，其中所述彈性件為採用兩階段進位彈簧。