(57)【要約】【課題】水ポンプが傾斜した状態で使用される場合であっても、確実に呼び水を供給し且つ揚水を検出することができる揚水装置の提供。水ポンプが寒冷地で使用された場合であっても、呼び水配管内の凍結を防止することができる揚水装置の提供。構造が簡素化された安価な揚水装置の提供。【解決手段】この揚水装置１０は、水ポンプ１１に呼び水を供給するためのエゼクタ１３を有する。エゼクタ１３と水ポンプ１１とが呼び水配管１４により接続されている。呼び水配管１４にダイヤフラム式止水弁１５及び逆止弁１６が設けられている。揚水装置１０は、エゼクタ１３に圧縮空気を送給するコンプレッサ１７と、コンプレッサ１７とエゼクタ１３とを接続する圧縮空気配管１８とを備える。水ポンプ１１に圧力センサ２０が設けられている。圧力センサ２０の出力信号に基づいて開閉バルブ１９を開閉する制御装置２１が備えられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸水ポート及び吐出ポートを有し、所定の駆動源により駆動されることによって水源から吸水ポートへ水を吸い上げて加圧すると共に高圧の水を吐出ポートから排出する水ポンプに呼び水を供給するための揚水装置であって、
上記駆動源により駆動されることによって圧縮空気を生成するコンプレッサと、
圧縮空気が供給される第１ポート、当該圧縮空気が排出される第２ポート及び上記水ポンプの吸水ポート近傍に接続され、上記供給された圧縮空気によって負圧が生じる吸込ポートを有するエゼクタと、
上記水ポンプの吐出ポート近傍に配置され、当該吐出ポートから排出された直後の水の圧力を検出する圧力センサとを備えた揚水装置。
【請求項２】
上記水ポンプの吸水ポート近傍と上記エゼクタの吸込ポートとが呼び水配管により接続されており、
当該呼び水配管を開閉する第１開閉バルブと、
上記圧力センサが一定圧力以上の圧力を検出したときに上記第１開閉バルブを閉じると共に上記圧力センサが当該一定圧力に満たない圧力を検出したときに上記第１開閉バルブを開く制御装置とをさらに備える請求項１に記載の揚水装置。
【請求項３】
上記呼び水配管に接続され、常時開状態であり且つ上記吸込ポートに生じた負圧によって閉状態に変化する逆止弁がさらに設けられている請求項２に記載の揚水装置。
【請求項４】
上記コンプレッサと上記エゼクタの第１ポートとが圧縮空気配管により接続され、
当該圧縮空気配管を開閉する第２開閉バルブが設けられており、
上記制御装置は、上記圧力センサが一定圧力以上の圧力を検出したときに上記第２開閉バルブを閉じると共に上記圧力センサが当該一定圧力に満たない圧力を検出したときに上記第２開閉バルブを開くように構成されている請求項２又は３に記載の揚水装置。
【請求項５】
圧縮空気ボンベが接続され得る継ぎ手が上記圧縮空気配管に設けられている請求項４に記載の揚水装置。
【請求項６】
吸水ポート及び吐出ポートを有し、所定の駆動源によって駆動されることによって水源から吸水ポートへ水を吸い上げて加圧すると共に高圧の水を吐出ポートから排出する水ポンプに呼び水を供給するための揚水装置であって、
上記駆動源によって駆動されることによって圧縮空気を生成するコンプレッサと、
圧縮空気が供給される第１ポート、当該圧縮空気が排出される第２ポート及び上記水ポンプの吸水ポート近傍に接続され、上記供給された圧縮空気によって負圧が生じる吸込ポートを有するエゼクタと、
上記水ポンプの吸水ポート近傍と上記エゼクタの吸込ポートとを接続する呼び水配管と、
当該呼び水配管に設けられ、上記水ポンプの吸水ポート側と接続されるポンプポート、上記エゼクタの吸込ポート側と接続されるエゼクタポート及び大気側と連通する大気ポートを有し、少なくとも当該ポンプポート及びエゼクタポートを接続する第１接続パターンと当該エゼクタポート及び大気ポートを接続する第２接続パターンとの間で切換可能な切換バルブとを備えた揚水装置。
【請求項７】
上記水ポンプの吐出ポート近傍に配置され、当該吐出ポートから排出された直後の水の圧力を検出する圧力センサをさらに備える請求項６に記載の揚水装置。
【請求項８】
上記圧力センサが一定圧力以上の圧力を検出したときに上記切換バルブを第２接続パターンに切り換えると共に上記圧力センサが当該一定圧力に満たない圧力を検出したときに上記切換バルブを第１接続パターンに切り換える制御装置をさらに備える請求項７に記載の揚水装置。
【請求項９】
上記コンプレッサと上記エゼクタの第１ポートとが圧縮空気配管により接続され、
当該圧縮空気配管を開閉する開閉バルブが設けられており、
上記制御装置は、上記圧力センサが一定圧力以上の圧力を検出したときに一定時間経過後に上記開閉バルブを閉じると共に上記圧力センサが当該一定圧力に満たない圧力を検出したときに上記開閉バルブを開くように構成されている請求項８に記載の揚水装置。
【請求項１０】
圧縮空気ボンベが接続され得る継ぎ手が上記圧縮空気配管に設けられている請求項９に記載の揚水装置。
【請求項１１】
吸水ポート及び吐出ポートを有し、所定の駆動源によって駆動されることによって水源から吸水ポートへ水を吸い上げて加圧すると共に高圧の水を吐出ポートから排出する水ポンプに呼び水を供給するための揚水装置であって、
上記駆動源によって駆動されることによって圧縮空気を生成するコンプレッサと、
圧縮空気が供給される第１ポート、当該圧縮空気が排出される第２ポート及び上記水ポンプの吸水ポート近傍に接続され、上記供給された圧縮空気によって負圧が生じる吸込ポートを有するエゼクタと、
上記水ポンプの吸水ポート近傍と上記エゼクタの吸込ポートとを接続する呼び水配管と、
当該呼び水配管の上記水ポンプ側に設けられたダイヤフラム式止水弁と、
上記呼び水配管の上記エゼクタ側に設けられ、常時閉状態であり且つ上記吸込ポートに生じた負圧によって開状態に変化する第１逆止弁とを備えた揚水装置。
【請求項１２】
上記水ポンプの吐出ポート近傍に配置され、当該吐出ポートから排出された直後の水の圧力を検出する圧力センサをさらに備える請求項１１に記載の揚水装置。
【請求項１３】
上記呼び水配管の上記第１逆止弁と上記エゼクタとの間に接続され、常時開状態であり且つ上記吸込ポートに生じた負圧によって閉状態に変化する第２逆止弁をさらに備える請求項１１又は１２に記載の揚水装置。
【請求項１４】
上記コンプレッサと上記エゼクタの第１ポートとが圧縮空気配管により接続され、
当該圧縮空気配管を開閉する開閉バルブが設けられており、
上記圧力センサが一定圧力以上の圧力を検出したときは上記開閉バルブを閉じると共に上記圧力センサが当該一定圧力に満たない圧力を検出したときは上記開閉バルブを開く制御装置が備えられている請求項１２又は１３に記載の揚水装置。
【請求項１５】
圧縮空気ボンベが接続され得る継ぎ手が上記圧縮空気配管に設けられている請求項１４に記載の揚水装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消防ポンプその他の水ポンプに揚水する装置の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、消防ポンプに代表される水ポンプは、揚水するためにいわゆる呼び水を必要としている。水ポンプに呼び水を供給するために、従来から揚水装置が採用されている。たとえば消防ポンプへの呼び水の供給には、伝統的に機械式真空ポンプを備えた揚水装置が使用されていた。この機械式真空ポンプを備えた揚水装置は、機械式真空ポンプを駆動するための動力の確保に加えて動力伝達装置も必要であり、構造が複雑で高価であった。
【０００３】
ところで、消防自動車のなかでもＣＡＦＳ（Compressed Air Form System）装置を搭載したものでは、車両にコンプレッサ（圧縮空気供給装置）が備えられている。本願出願人は、このコンプレッサが供給する圧縮空気を利用する揚水装置を発明した（たとえば特許文献１参照）。この揚水装置は、コンプレッサの吸気力によって呼び水を消防ポンプに供給するようになっている。ところが、この揚水装置では、呼び水がコンプレッサの吸気側に浸入するおそれがあるため、これを回避するための気水分離装置が必要である。したがって、機械式真空ポンプを備えた揚水装置にくらべて大幅なコストダウンが実現されていなかった。
【０００４】
この問題が解決されるため、エゼクタを備えた揚水装置が提案されている（たとえば特許文献２参照）。この揚水装置は、工場内に設置されたコンプレッサにより生成される圧縮空気を用い、エゼクタが発生する負圧を利用して呼び水を水ポンプに供給する。この揚水装置はレベルセンサを備えており、呼び水がレベルセンサに引き込まれることによって揚水が完了したことが検知される（特許文献の図１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３２５６９６号公報
【特許文献２】特許第２７５４１３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献２に記載された揚水装置は、工場内に安定的に設置された水ポンプを対象としている。ところが、特に水ポンプが消防自動車その他の緊急車両に搭載される場合には、水ポンプの使用環境が工場に安定的に設置される場合にくらべて大きく異なる。すなわち、緊急車両は道路を走行し、傾斜地に駐車される場合がある。その場合には水ポンプも傾斜するため、揚水を検出するために従来のようなレベルセンサが採用されると、正確に揚水が検出されない。また、緊急車両は寒冷地等でも使用されるから、揚水後の呼び水配管内の水が凍結しないように確実に排出される必要がある。加えて、揚水装置のさらなるコストダウンも要請されているところである。
【０００７】
本発明はかかる背景の下になされたものであって、その第１の目的は、揚水の対象となる水ポンプが傾斜した状態で使用される場合であっても、確実に呼び水を供給し且つ揚水を検出することができる揚水装置を提供することである。また、本発明の第２の目的は、水ポンプが寒冷地で使用された場合であっても、呼び水配管内の凍結を防止することができる揚水装置を提供することである。さらに、本発明の第３の目的は、構造が簡素化されたコスト安価な揚水装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
(1) 上記第１の目的が達成されるため、本発明に係る揚水装置は、吸水ポート及び吐出ポートを有し、所定の駆動源により駆動されることによって水源から吸水ポートへ水を吸い上げて加圧すると共に高圧の水を吐出ポートから排出する水ポンプに呼び水を供給するための揚水装置である。この揚水装置は、上記駆動源により駆動されることによって圧縮空気を生成するコンプレッサと、圧縮空気が供給される第１ポート、当該圧縮空気が排出される第２ポート及び上記水ポンプの吸水ポート近傍に接続され、上記供給された圧縮空気によって負圧が生じる吸込ポートを有するエゼクタと、上記水ポンプの吐出ポート近傍に配置され、当該吐出ポートから排出された直後の水の圧力を検出する圧力センサとを備えている。
【０００９】
駆動源により駆動されたコンプレッサは、圧縮空気を生成する。この圧縮空気は、エゼクタの第１ポートに供給され、第２ポートから排出される。これにより、エゼクタの吸込ポートに負圧が生じる。この吸込ポートと水ポンプの吸水ポート近傍とが接続されていることから、当該吸込ポートに負圧が生じることによって、水が水源から当該吸込ポート側に引き込まれる。すなわち、この水が水ポンプの吸水ポートに達し、いわゆる「呼び水」が水ポンプに供給されることになる。水ポンプは上記駆動源により駆動されるので、水が水ポンプの吸水ポートに到達すると、当該水は当該水ポンプによって加圧され、高圧の水が水ポンプの吐出ポートから排出される。この水ポンプが稼働すると、上記水源から水が連続して吸い上げられるから、高圧の水が水ポンプの吐出ポートから連続して排出されることになる。なお、上記水ポンプは、たとえば工場内に設置されても良いし、消防自動車等に搭載されてもよい。
【００１０】
加えて、圧力センサが水ポンプの吐出ポートの近傍に配置されている。これにより、当該吐出ポートから排出された直後の水の圧力が検出される。つまり、上記呼び水が水ポンプに供給されると直ちに高圧の水が吐出ポートから排出されるので、呼び水の完了の前後において上記圧力センサが検出する圧力が大きく変化する。換言すれば、この圧力変化は、上記呼び水が水ポンプに供給されたことを示す信号となる。したがって、この信号に基づいて上記圧縮空気の供給が停止されることが可能であり、これにより、上記呼び水がエゼクタ側へ流れることが抑えられる。その結果、浸水することによるエゼクタの故障等が抑えられる。
【００１１】
また、上記圧力センサが上記吐出ポートの近傍に配置されているので、上記水ポンプの設置姿勢に関わらず、たとえば上記水ポンプが傾いて設置されている場合であっても、上記呼び水が水ポンプに供給された直後に上記圧力変化が検知される。したがって、水ポンプが消防自動車に搭載された場合であって、しかも傾斜地に駐車した状態で消火活動が行われる場合であっても、水ポンプへの呼び水の供給が確実に検知される。その結果、エゼクタその他の水ポンプ周辺の補器類に浸水することが抑えられる。
【００１２】
(2) 上記水ポンプの吸水ポート近傍と上記エゼクタの吸込ポートとが呼び水配管により接続されており、当該呼び水配管を開閉する第１開閉バルブと、上記圧力センサが一定圧力以上の圧力を検出したときに上記第１開閉バルブを閉じると共に上記圧力センサが当該一定圧力に満たない圧力を検出したときに上記第１開閉バルブを開く制御装置とがさらに備えられていてもよい。
【００１３】
この構成では、第１開閉バルブが開かれることによって、呼び水配管を介して上記水ポンプへの上記呼び水の供給が許容される。また、第１開閉バルブが閉じられることによって上記水ポンプへの上記呼び水の供給が規制される。この第１開閉バルブの開閉は、上記圧力センサの検出圧力に基づいて制御装置によって自動的に行われる。
【００１４】
具体的には、水ポンプに水が到達していないとき（水ポンプが呼び水を必要とするとき）、すなわち、上記圧力センサが一定圧力に満たない圧力を検出したときは、上記制御装置が上記第１開閉バルブを開く。これにより、エゼクタによって吸い込まれた水が呼び水として水ポンプに供給される。前述のように、呼び水が水ポンプに供給されると直ちに高圧の水が排出されるから、このときに上記圧力センサが上記一定圧力以上の圧力を検出する。制御装置は、この圧力を検出したときに上記第１開閉バルブを閉じる。これにより、水ポンプへ呼び水が供給された直後に自動的に上記第１開閉バルブが閉じられ、エゼクタへの浸水が防止される。
【００１５】
(3) 上記呼び水配管に接続され、常時開状態であり且つ上記吸込ポートに生じた負圧によって閉状態に変化する逆止弁がさらに設けられているのが好ましい。
【００１６】
この構成によれば、エゼクタの吸込ポートに負圧が発生すると、上記呼び水配管内も負圧状態となる。したがって、水ポンプに水が到達していないとき、すなわち、水ポンプが呼び水を必要とするときは、エゼクタの作用により逆止弁が閉じる。これにより、呼び水配管の負圧状態が維持され、確実に呼び水が水ポンプ側へ引き込まれる。また、呼び水が水ポンプに供給されると、前述のように上記圧縮空気の供給が停止され得るので、上記呼び水配管内が大気圧まで上昇して上記逆止弁が開く。これにより、仮に呼び水配管及びエゼクタに浸水したとしても、確実に排水される。
【００１７】
(4) 上記コンプレッサと上記エゼクタの第１ポートとが圧縮空気配管により接続され、当該圧縮空気配管を開閉する第２開閉バルブが設けられていてもよい。そして、上記制御装置は、上記圧力センサが一定圧力以上の圧力を検出したときに上記第２開閉バルブを閉じると共に上記圧力センサが当該一定圧力に満たない圧力を検出したときに上記第２開閉バルブを開くように構成されているのが好ましい。
【００１８】
この構成では、上記制御装置によって第２開閉バルブが自動的に開閉される。第２開閉バルブが開かれることによって圧縮空気配管を通じて圧縮空気がエゼクタへ供給され、第２開閉バルブが閉じられることによって圧縮空気の供給が絶たれる。
【００１９】
具体的には、水ポンプに水が到達していないとき（水ポンプが呼び水を必要とするとき）、すなわち、上記圧力センサが一定圧力に満たない圧力を検出したときは、上記制御装置が上記第１開閉バルブを開くと共に上記第２開閉バルブを開く。これにより、エゼクタに圧縮空気が自動的に供給され、当該エゼクタによって吸い込まれた水が呼び水として水ポンプに供給される。前述のように、呼び水が水ポンプに供給されると直ちに高圧の水が排出されるから、このときに上記圧力センサが上記一定圧力以上の圧力を検出する。制御装置は、この圧力を検出したときに上記第１開閉バルブを閉じると共に上記第２開閉バルブも閉じる。これにより、水ポンプへ呼び水が供給された直後に自動的に上記第２開閉バルブが閉じられてエゼクタが停止すると共に上記第１開閉バルブも閉じられてエゼクタへの浸水が確実に防止される。
【００２０】
(5) 圧縮空気ボンベが接続され得る継ぎ手が上記圧縮空気配管に設けられているのが好ましい。
【００２１】
この構成によれば、上記継ぎ手を介して上記圧縮空気配管に圧縮空気ボンベが接続され得る。この圧縮空気ボンベは、たとえば消火活動に供される空気呼吸器のボンベが採用され得る。したがって、当該揚水装置が消防自動車に搭載された場合に、上記継ぎ手が設けられることにより、万一上記コンプレッサが故障した場合であっても、圧縮空気源として空気呼吸器のボンベが使用される。
【００２２】
(6) また、上記第２の目的が達成されるため、本発明に係る揚水装置は、吸水ポート及び吐出ポートを有し、所定の駆動源によって駆動されることによって水源から吸水ポートへ水を吸い上げて加圧すると共に高圧の水を吐出ポートから排出する水ポンプに呼び水を供給するための揚水装置である。この揚水装置は、上記駆動源によって駆動されることによって圧縮空気を生成するコンプレッサと、圧縮空気が供給される第１ポート、当該圧縮空気が排出される第２ポート及び上記水ポンプの吸水ポート近傍に接続され、上記供給された圧縮空気によって負圧が生じる吸込ポートを有するエゼクタと、上記水ポンプの吸水ポート近傍と上記エゼクタの吸込ポートとを接続する呼び水配管と、当該呼び水配管に設けられ、上記水ポンプの吸水ポート側と接続されるポンプポート、上記エゼクタの吸込ポート側と接続されるエゼクタポート及び大気側と連通する大気ポートを有し、少なくとも当該ポンプポート及びエゼクタポートを接続する第１接続パターンと当該エゼクタポート及び大気ポートを接続する第２接続パターンとの間で切換可能な切換バルブとを備えている。
【００２３】
駆動源により駆動されたコンプレッサは、圧縮空気を生成する。この圧縮空気は、エゼクタの第１ポートに供給され、第２ポートから排出される。これにより、エゼクタの吸込ポートに負圧が生じる。この吸込ポートと水ポンプの吸水ポート近傍とが呼び水配管により接続されているから、当該吸込ポートに負圧が生じることによって、当該呼び水配管を介して水が水源から当該吸込ポート側に引き込まれる。すなわち、この水が水ポンプの吸水ポートに達し、いわゆる「呼び水」が水ポンプに供給されることになる。水ポンプは上記駆動源により駆動されるので、水が水ポンプの吸水ポートに到達すると、当該水は当該水ポンプによって加圧され、高圧の水が水ポンプの吐出ポートから排出される。この水ポンプが稼働すると、上記水源から水が連続して吸い上げられるから、高圧の水が水ポンプの吐出ポートから連続して排出されることになる。なお、上記水ポンプは、たとえば工場内に設置されても良いし、消防自動車等に搭載されてもよい。
【００２４】
上記切換バルブが上記呼び水配管に設けられている。この切換バルブは、少なくとも第１接続パターンと第２接続パターンとの間で切り換えられる。この切換バルブが第１接続パターンに切り換えられると、切換バルブのポンプポートとエゼクタの吸込ポートとが接続される。また、上記切換バルブが第２接続パターンに切り換えられると、切換バルブのエゼクタポートと大気ポートとが接続される。
【００２５】
具体的には、水ポンプに水が到達していないとき（水ポンプが呼び水を必要とするとき）は、上記切換バルブが第１接続パターンに切り換えられる。これにより、エゼクタによって吸い込まれた水が呼び水として水ポンプに供給される。また、呼び水が水ポンプに供給されると、切換バルブは第２接続パターンに切り換えられる。これにより、エゼクタと水ポンプとの接続が絶たれるから、エゼクタへの浸水が防止される。しかも、このとき、エゼクタの吸込ポートは、切換バルブを介して大気側と接続されるから、大気側から空気がエゼクタの吸込ポートに吸い込まれ、エゼクタの第２ポートから排気される。これにより、エゼクタ内に水が留まることがなく、空気と共に確実に排水される。
【００２６】
(7) 上記水ポンプの吐出ポート近傍に配置され、当該吐出ポートから排出された直後の水の圧力を検出する圧力センサが設けられているのが好ましい。
【００２７】
この構成では、上記圧力センサが水ポンプの吐出ポートの近傍に配置されているので、当該吐出ポートから排出された直後の水の圧力が検出される。つまり、上記呼び水が水ポンプに供給されると直ちに高圧の水が吐出ポートから排出されるので、呼び水の完了の前後において上記圧力センサが検出する圧力が大きく変化する。すなわち、この圧力変化は、上記呼び水が水ポンプに供給されたことを示す信号となる。したがって、この信号に基づいて上記圧縮空気の供給が停止されることが可能であり、上記呼び水が水ポンプへ供給された場合に、当該エゼクタからの排水の後にコンプレッサ及びエゼクタの無駄な作動が抑制される。
【００２８】
さらに、上記圧力センサが水ポンプの吐出ポートの近傍に配置されているので、上記水ポンプの設置姿勢に関わらず、たとえば上記水ポンプが傾いて設置されている場合であっても、上記呼び水が水ポンプに供給された直後に上記圧力変化が検知される。したがって、水ポンプが消防自動車に搭載された場合であって、しかも傾斜地に駐車した状態で消火活動が行われる場合であっても、水ポンプへの呼び水の供給が確実に検知される。その結果、水ポンプへの呼び水の供給完了の後、コンプレッサ及びエゼクタの無駄な作動が確実に防止される。
【００２９】
(8) 上記圧力センサが一定圧力以上の圧力を検出したときに上記切換バルブを第２接続パターンに切り換えると共に上記圧力センサが当該一定圧力に満たない圧力を検出したときに上記切換バルブを第１接続パターンに切り換える制御装置がさらに備えられているのが好ましい。
【００３０】
この構成では、切換バルブの切り換えは、上記圧力センサの検出圧力に基づいて制御装置によって自動的に行われる。
【００３１】
具体的には、水ポンプに水が到達していないとき（水ポンプが呼び水を必要とするとき）、すなわち、上記圧力センサが一定圧力に満たない圧力を検出したときは、上記制御装置が上記切換バルブを自動的に第１接続パターンに切り換える。これにより、エゼクタによって吸い込まれた水が呼び水配管を介して呼び水として水ポンプに供給される。前述のように、呼び水が水ポンプに供給されると直ちに高圧の水が排出されるから、このときに上記圧力センサが上記一定圧力以上の圧力を検出する。制御装置は、この圧力を検出したときに上記切換バルブを第２接続パターンに切り換える。これにより、水ポンプへ呼び水が供給された直後に自動的に上記呼び水配管が遮断され、エゼクタから排水される。
【００３２】
(9) 上記コンプレッサと上記エゼクタの第１ポートとが圧縮空気配管により接続され、当該圧縮空気配管を開閉する開閉バルブが設けられていてもよい。そして、上記制御装置は、上記圧力センサが一定圧力以上の圧力を検出したときに一定時間経過後に上記開閉バルブを閉じると共に上記圧力センサが当該一定圧力に満たない圧力を検出したときに上記開閉バルブを開くように構成されているのが好ましい。
【００３３】
この構成では、上記制御装置によって開閉バルブが自動的に開閉される。開閉バルブが開かれることによって圧縮空気配管を介して圧縮空気がエゼクタへ供給され、開閉バルブが閉じられることによって圧縮空気の供給が絶たれる。
【００３４】
具体的には、水ポンプに水が到達していないとき（水ポンプが呼び水を必要とするとき）、すなわち、上記圧力センサが一定圧力に満たない圧力を検出したときは、上記制御装置が上記切換バルブを第１接続パターンに切り換えると共に上記開閉バルブを開く。これにより、エゼクタに圧縮空気が自動的に供給され、当該エゼクタによって吸い込まれた水が呼び水配管を介して呼び水として水ポンプに供給される。前述のように、呼び水が水ポンプに供給されると直ちに高圧の水が排出されるから、このときに上記圧力センサが上記一定圧力以上の圧力を検出する。制御装置は、この圧力を検出したときに上記切換バルブを第２接続パターンに切り換えると共に一定時間経過後に上記第２開閉バルブを閉じる。これにより、水ポンプへ呼び水が供給された直後にさらなる呼び水の供給が停止されると共にエゼクタからの排水が自動的に且つ確実に行われる。
【００３５】
(10)圧縮空気ボンベが接続され得る継ぎ手が上記圧縮空気配管に設けられているのが好ましい。
【００３６】
この構成によれば、上記継ぎ手を介して上記圧縮空気配管に圧縮空気ボンベが接続され得る。この圧縮空気ボンベは、たとえば消火活動に供される空気呼吸器のボンベが採用され得る。したがって、当該揚水装置が消防自動車に搭載された場合に、上記継ぎ手が設けられることにより、万一上記コンプレッサが故障した場合であっても、圧縮空気源として空気呼吸器のボンベが使用される。
【００３７】
(11)上記第３の目的が達成されるため、本発明に係る揚水装置は、吸水ポート及び吐出ポートを有し、所定の駆動源によって駆動されることによって水源から吸水ポートへ水を吸い上げて加圧すると共に高圧の水を吐出ポートから排出する水ポンプに呼び水を供給するための揚水装置である。この揚水装置は、上記駆動源によって駆動されることによって圧縮空気を生成するコンプレッサと、圧縮空気が供給される第１ポート、当該圧縮空気が排出される第２ポート及び上記水ポンプの吸水ポート近傍に接続され、上記供給された圧縮空気によって負圧が生じる吸込ポートを有するエゼクタと、上記水ポンプの吸水ポート近傍と上記エゼクタの吸込ポートとを接続する呼び水配管と、当該呼び水配管の上記水ポンプ側に設けられたダイヤフラム式止水弁と、上記呼び水配管の上記エゼクタ側に設けられ、常時閉状態であり且つ上記吸込ポートに生じた負圧によって開状態に変化する第１逆止弁とを備えている。
【００３８】
駆動源により駆動されたコンプレッサは、圧縮空気を生成する。この圧縮空気は、エゼクタの第１ポートに供給され、第２ポートから排出される。これにより、エゼクタの吸込ポートに負圧が生じる。この吸込ポートと水ポンプの吸水ポート近傍とが接続されていることから、当該吸込ポートに負圧が生じることによって、水が水源から呼び水配管を介して当該吸込ポート側に引き込まれる。すなわち、この水が水ポンプの吸水ポートに達し、いわゆる「呼び水」が水ポンプに供給されることになる。水ポンプは上記駆動源により駆動されるので、水が水ポンプの吸水ポートに到達すると、当該水は当該水ポンプによって加圧され、高圧の水が水ポンプの吐出ポートから排出される。この水ポンプが稼働すると、上記水源から水が連続して吸い上げられるから、高圧の水が水ポンプの吐出ポートから連続して排出されることになる。なお、上記水ポンプは、たとえば工場内に設置されても良いし、消防自動車等に搭載されてもよい。
【００３９】
上記呼び水配管にダイヤフラム式止水弁が設けられている。このダイヤフラム式止水弁は、通常において上記呼び水配管を閉鎖しており、当該呼び水配管内が負圧状態となることによって当該呼び水配管を開放する。また、この呼び水配管に第１逆止弁が設けられている。この第１逆止弁は、通常において上記呼び水配管を閉鎖しており、当該呼び水配管内が負圧状態となることによって当該呼び水配管を開放する。
【００４０】
具体的には、水ポンプに水が到達していないとき（水ポンプが呼び水を必要とするとき）は、エゼクタが作動して上記呼び水配管内が負圧状態となる。これにより、ダイヤフラム式止水弁及び第１逆止弁が開いて上記呼び水配管が開放され、エゼクタによって吸い込まれた水が上記呼び水配管を介して呼び水として水ポンプに供給される。また、呼び水が水ポンプに供給された後に上記コンプレッサが停止されると、上記エゼクタの作動が停止して上記第１逆止弁が上記呼び水配管を閉鎖する。
【００４１】
このように、上記呼び水配管の開閉が上記ダイヤフラム式止水弁及び第１逆止弁によって機械的に行われるから、上記呼び水配管を開閉する機構がきわめて簡単且つ安価なものとなる。なお、上記ダイヤフラム式止水弁が採用されることにより、上記水ポンプが消防自動車に搭載され、消火活動において高圧の水が他の水ポンプから送られた場合（いわゆる中継車からの水が供給された場合）であっても、当該高圧の水が上記呼び水配管を通じて上記エゼクタ側へ流れることが防止される。
【００４２】
(12)上記水ポンプの吐出ポート近傍に配置され、当該吐出ポートから排出された直後の水の圧力を検出する圧力センサがさらに備えられていてもよい。
【００４３】
この構成では、上記圧力センサが水ポンプの吐出ポートの近傍に配置されているので、当該吐出ポートから排出された直後の水の圧力が検出される。つまり、上記呼び水が水ポンプに供給されると直ちに高圧の水が吐出ポートから排出されるので、呼び水の完了の前後において上記圧力センサが検出する圧力が大きく変化する。すなわち、この圧力変化は、上記呼び水が水ポンプに供給されたことを示す信号となる。したがって、この信号に基づいて上記圧縮空気の供給が停止されることが可能であり、上記呼び水が水ポンプへ供給された場合に、当該エゼクタからの排水の後にコンプレッサ及びエゼクタの無駄な作動が抑制される。
【００４４】
さらに、上記圧力センサが水ポンプの吐出ポートの近傍に配置されているので、上記水ポンプの設置姿勢に関わらず、たとえば上記水ポンプが傾いて設置されている場合であっても、上記呼び水が水ポンプに供給された直後に上記圧力変化が検知される。したがって、水ポンプが消防自動車に搭載された場合であって、しかも傾斜地に駐車した状態で消火活動が行われる場合であっても、水ポンプへの呼び水の供給が確実に検知される。その結果、水ポンプへの呼び水の供給完了の後、コンプレッサ及びエゼクタの無駄な作動が確実に防止される。
【００４５】
(13)上記呼び水配管の上記第１逆止弁と上記エゼクタとの間に接続され、常時開状態であり且つ上記吸込ポートに生じた負圧によって閉状態に変化する第２逆止弁がさらに備えられているのが好ましい。
【００４６】
この構成によれば、エゼクタの吸込ポートに負圧が発生すると、上記呼び水配管内も負圧状態となる。したがって、水ポンプに水が到達していないとき、すなわち、水ポンプが呼び水を必要とするときは、エゼクタの作用により第２逆止弁が閉じる。これにより、呼び水配管の負圧状態が維持され、確実に呼び水が水ポンプ側へ引き込まれる。また、呼び水が水ポンプに供給されると、前述のように上記圧縮空気の供給が停止され得るので、上記呼び水配管内が大気圧まで上昇して上記第２逆止弁が開く。これにより、仮にエゼクタに浸水したとしても、確実に排水される。
【００４７】
(14)上記コンプレッサと上記エゼクタの第１ポートとが圧縮空気配管により接続され、当該圧縮空気配管を開閉する開閉バルブが設けられていてもよい。そして、上記圧力センサが一定圧力以上の圧力を検出したときは上記開閉バルブを閉じると共に上記圧力センサが当該一定圧力に満たない圧力を検出したときは上記開閉バルブを開く制御装置が設けられているのが好ましい。
【００４８】
この構成では、上記制御装置によって開閉バルブが自動的に開閉される。開閉バルブが開かれることによって圧縮空気配管を通じて圧縮空気がエゼクタへ供給され、開閉バルブが閉じられることによって圧縮空気の供給が絶たれる。
【００４９】
具体的には、水ポンプに水が到達していないとき（水ポンプが呼び水を必要とするとき）、すなわち、上記圧力センサが一定圧力に満たない圧力を検出したときは、上記制御装置が上記開閉バルブを開く。これにより、エゼクタに圧縮空気が自動的に供給され、当該エゼクタによって吸い込まれた水が呼び水として水ポンプに供給される。前述のように、呼び水が水ポンプに供給されると直ちに高圧の水が排出されるから、このときに上記圧力センサが上記一定圧力以上の圧力を検出する。制御装置は、この圧力を検出したときに上記開閉バルブを閉じる。これにより、水ポンプへ呼び水が供給された直後に自動的に上記開閉バルブが閉じられてエゼクタが停止し、当該エゼクタへの浸水が確実に防止される。
【００５０】
(15)圧縮空気ボンベが接続され得る継ぎ手が上記圧縮空気配管に設けられているのが好ましい。
【００５１】
この構成によれば、上記継ぎ手を介して上記圧縮空気配管に圧縮空気ボンベが接続され得る。この圧縮空気ボンベは、たとえば消火活動に供される空気呼吸器のボンベが採用され得る。したがって、当該揚水装置が消防自動車に搭載された場合に、上記継ぎ手が設けられることにより、万一上記コンプレッサが故障した場合であっても、圧縮空気源として空気呼吸器のボンベが使用される。
【発明の効果】
【００５２】
以上のように本発明によれば、揚水の対象となる水ポンプの姿勢にかかわらず呼び水の供給が確実に検知されるから、たとえば水ポンプが消防自動車に搭載された場合であっても、エゼクタへの浸水が防止され且つ確実に揚水が検知される。また、上記切換バルブが切り換えられることによってエゼクタから確実に排水されるので、水ポンプが寒冷地で使用された場合であっても、呼び水配管内の凍結を確実に防止することができる。さらに、上記呼び水配管にダイヤフラム式止水弁が設けられることにより、構造が簡素化されたコスト安価な揚水装置が提供され得る。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る揚水装置の構造を示す模式図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態に係る制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る揚水装置の構造を示す模式図である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施形態に係る揚水装置の構造を示す模式図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施形態に係る制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図６】図６は、本発明の第２の実施形態の変形例に係る揚水装置の構造を示す模式図である。
【図７】図７は、本発明の第３の実施形態に係る揚水装置の構造を示す模式図である。
【図８】図８は、本発明の第３の実施形態に係る制御装置の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。
【００５５】
＜第１の実施形態＞
【００５６】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る揚水装置の構造を示す模式図である。
【００５７】
この揚水装置１０は、水ポンプ１１に呼び水を供給するための装置である。本実施形態では、水ポンプ１１及び揚水装置１０は、たとえば消防自動車に搭載される。すなわち、水ポンプ１１は典型的には消防ポンプであり、ＰＴＯ１２（Power Take Off ： 所定の駆動源）により駆動される。ＰＴＯ１２は、シャシーに搭載されたエンジンに連結されている。このＰＴＯ１２は、車内からスイッチによりＯＮ／ＯＦＦ操作され、エンジンから動力を生み出すことができる。もっとも、水ポンプ１１及び揚水装置１０は、消防自動車等に搭載される場合に限定されるものではなく、たとえば工場内に設置される場合もある。
【００５８】
本実施形態に係る揚水装置１０の特徴とするところは、水ポンプ１１に呼び水を供給するためにエゼクタ１３が使用されている点、及びエゼクタ１３と水ポンプ１１とが呼び水配管１４により接続されており、この呼び水配管１４にダイヤフラム式止水弁１５及び逆止弁１６（第１逆止弁）が設けられている点である。後に詳述されるが、上記呼び水配１４にダイヤフラム式止水弁１５及び逆止弁１６が設けられることにより、揚水装置１０の構造が簡素化され、メンテナンスが容易となることに加えて当該揚水装置１０の製造コストが低減される。
【００５９】
この揚水装置１０は、上記呼び水配管１４並びに上記ダイヤフラム式止水弁１５及び逆止弁１６と、上記呼び水配管１４に接続されたエゼクタ１３とを備えている。また、揚水装置１０は、エゼクタ１３に送給する圧縮空気を生成するコンプレッサ１７と、コンプレッサ１７とエゼクタ１３とを接続する圧縮空気配管１８とを備えている。この圧縮空気配管１８に開閉バルブ１９が設けられている。さらに、上記水ポンプ１１に圧力センサ２０が設けられており、この圧力センサ２０の出力信号に基づいて上記開閉バルブ１９を開閉する制御装置２１が備えられている。加えて、本実施形態では、上記呼び水配管１４に逆止弁２２（第２逆止弁）が設けられており、この呼び水配管１４からの排水が行われるようになっている。以下、この揚水装置１０について詳述される。
【００６０】
上記水ポンプ１１は、遠心加圧式ポンプであり、ガイドベーンが設けられたケーシングと、このケーシング内に配置されたインペラとを有する。このインペラはケーシング内で回転可能に支持されており、ＰＴＯ１２から伝達される動力によって回転されるようになっている。上記ケーシングに吸水ポート２３及び吐出ポート２４が設けられている。ＰＴＯ１２により駆動された水ポンプ１１は、水源２５から吸水ポート２３へ水（典型的には消火用水）を吸い上げる。吸い上げられた水は、上記インペラにより加速加圧され、吐出ポート２４から高圧水として排出される。ただし、この水ポンプ１１は、その構造上、連続して水を加速加圧するために、水源２５から水ポンプ１１への揚水が必要である。すなわち、いわゆる呼び水が必要であって、この呼び水が水ポンプ１１に供給されることによって、水ポンプ１１は、連続して水を水源２５から吸い上げて高圧水を吐出することができる。
【００６１】
上記コンプレッサ１７は、外気（大気）を吸い込んで圧縮し、圧縮空気を生成する。本実施形態では、このコンプレッサ１７は車載タイプのものである。もっとも、水ポンプ１１が工場内に設置される場合は、コンプレッサ１７も汎用コンプレッサが採用され得る。コンプレッサ１７の形式は特に限定されるものではないが、スクリュー式、斜板式、ベーン式又はスクロール式のものが採用され得る。コンプレッサ１７は駆動装置２６により駆動される。この駆動装置２６は既知の機構により構成され得る。この機構としては、上記ＰＴＯ１２に接続されたプーリー及びベルトのほかギアボックスも採用され得る。したがって、ＰＴＯ１２が出力する動力は駆動装置２６を介してコンプレッサ１７に伝達され、この動力によってコンプレッサ１７が作動するようになっている。もっとも、別の駆動手段によってコンプレッサ１７が駆動されてもよい。
【００６２】
上記エゼクタ１３は、第１ポート２７、第２ポート２８及び吸込ポート２９を備えている。第１ポート２７に上記コンプレッサ１７により生成された圧縮空気が供給され、この圧縮空気は第２ポート２８を通過して大気側へ放出される。このように圧縮空気が流れることにより、吸込ポート２９に負圧が生じる。つまり、圧縮空気の速度エネルギが吸込ポート２９における圧力エネルギに変換される。なお、エゼクタ１３は、汎用品が採用され得る。
【００６３】
上記圧縮空気配管１８は、コンプレッサ１７とエゼクタ１３の第１ポート２７とを接続している。この圧縮空気配管１８は鋼管により構成され得る。したがって、コンプレッサ１７が作動すると、圧縮空気は、圧縮空気配管１８を通じてエゼクタ１３に供給される。
【００６４】
上記呼び水配管１４は、たとえば鋼管により構成され得る。この呼び水配管１４は、水ポンプ１１の吸水ポート２３の近傍とエゼクタ１３の吸込ポート２９とを接続している。したがって、エゼクタ１３が作動すれば、吸込ポート２９及び呼び水配管１４内の圧力が負圧となる。
【００６５】
上記呼び水配管１４に上記ダイヤフラム式止水弁１５が設けられている。ダイヤフラム式止水弁１５は、本実施形態では汎用品が採用されており、後に詳述される逆止弁１６よりも水ポンプ１１側に配置されている。このダイヤフラム式止水弁１５は、入力ポート３０及び出力ポート３１を備えている。入力ポート３０は、水ポンプ１１の吸水ポート２３の近傍と接続されており、出力ポート３１は、エゼクタ１３の吸込ポート２９側（具体的には、後述される逆止弁１６の入力ポート３２）と接続されている。ダイヤフラム式止水弁１５は、常時において水が入力ポート３０から出力ポート３１へ流れることを規制するが、出力ポート３１側の圧力が負圧になった場合は、入力ポート３０と出力ポート３１との間で水が流通することを許容する。したがって、エゼクタ１３が作動した場合は、上記出力ポート３１側の圧力が負圧となるため、水は、ダイヤフラム式止水弁１５の入力ポート３０から出力ポート３１へ流れる。
【００６６】
上記呼び水配管１４に上記逆止弁１６が設けられている。逆止弁１６は、本実施形態では汎用品が採用されており、上記ダイヤフラム式止水弁１５よりもエゼクタ１３側に配置されている。この逆止弁１６は、入力ポート３２及び出力ポート３３を備えている。逆止弁１６の入力ポート３２は、ダイヤフラム式止水弁１５の出力ポート３１と接続されている。また、逆止弁１６の出力ポート３３は、エゼクタ１３の吸込ポート２９と接続されている。この逆止弁１６は、出力ポート３３から入力ポート３２への水の流通を規制している。常時において逆止弁１６は閉状態となっている。ただし、逆止弁１６の構造上、入力ポート３２から出力ポート３３への水の流通は、一定条件下で可能である。この逆止弁１６は、出力ポート３３の圧力が負圧となったときは、開状態に変化する。つまり、入力ポート３２から出力ポート３３への水の自由な流通が許容される。
【００６７】
上記開閉バルブ１９は、圧縮空気配管１８に設けられている。この開閉バルブ１９は、圧縮空気配管１８を開閉するものである。本実施形態では、開閉バルブ１９は汎用の電動バルブであって、後に詳述される制御装置２１により開閉が制御されるようになっている。
【００６８】
上記圧力センサ２０は、汎用のものが採用され得る。圧力センサ２０は、水ポンプ１１の吐出ポート２４の近傍に配置されている。たとえば、圧力センサ２０は、水ポンプ１１の上記ケーシングに取付ボスを介して固定され得る。その場合、この取付ボスに上記ケーシング内に連通するねじ穴が設けられ、このねじ穴に圧力センサ２０が螺合されてもよい。圧力センサ２０の取付態様は特に限定されるものではなく、たとえば上記吐出ポート２４にチェック弁が取り付けられる場合には、このチェック弁に圧力センサ２０が設けられてもよい。要するに、圧力センサ２０は、水ポンプ１１の吐出ポート２４の近傍に位置するように取り付けられていればよい。なお、圧力センサ２０が上記チェック弁に設けられる場合は、上記吐出ポート２４に連続する吐出配管の仕様が異なる場合であっても、圧力センサ２０が容易に配置され得るという利点がある。
【００６９】
上記逆止弁２２は、上記呼び水配管１４に設けられている。逆止弁２２は、本実施形態では汎用品が採用されており、エゼクタ１３と逆止弁１６との間に接続されている。この逆止弁２２は、入力ポート３４及び出力ポート３５を備えている。逆止弁２２の入力ポート３４は呼び水配管１４に接続されており、逆止弁２２の出力ポート３５は大気側に連通している。この逆止弁２２は、開閉自在となっている。常時において、逆止弁２２は開状態となっており、入力ポート３４から出力ポート３５への水の流通が許容されている。ただし、この逆止弁２２は、入力ポート３４の圧力が負圧となったときは、閉状態に変化し、水の流通を規制する。
【００７０】
図２は、上記制御装置２１の構成例を示すブロック図である。
【００７１】
制御装置２１の制御部７１は、開閉バルブ１９の開閉を制御するものである。制御部７１は、ＣＰＵ７２、ＲＯＭ７３、ＲＡＭ７４及びＥＥＰＲＯＭ７５を主とするマイクロコンピュータとして構成されている。制御部７１は、バス７６を介して入力部７７及び出力部７８と通信可能に接続されている。
【００７２】
ＲＯＭ７３は、ＣＰＵ７２が制御装置２１の動作を制御するためのプログラム等を記憶している。ＲＡＭ７４は、ＣＰＵ７２が上記プログラムを実行する際に用いるデータを一時的に格納する記憶領域又は作業領域として使用される。
【００７３】
ＥＥＰＲＯＭ７５は、電源オフ後も保持すべき設定やフラグ等を格納する。このＥＥＰＲＯＭ７５は、開閉バルブ１９のドライバ７９を格納している。このドライバ７９は、開閉バルブ１９を動作させるためのプログラムである。
【００７４】
入力部７７は、制御装置２１に対する信号の入力を受け付けるものである。上記圧力センサ２０は、この入力部７７に接続されている。本実施形態では、上記圧力センサ２０により出力される圧力信号が入力部７７に入力される。
【００７５】
上記開閉バルブ１９は、出力部７８に接続されている。上記開閉バルブ１９を作動させるための信号が制御部７１から出力部７８に入力される。出力部７８は、入力された信号を開閉バルブ１９へ出力する。このとき、制御部７１は、入力部７７から送信された上記圧力信号に基づいて上記開閉バルブ１９を作動させるための信号を生成する。具体的には、制御部７１は、上記圧力信号によって水ポンプ１１の吐出ポート２４から排出された直後の水の圧力が一定の圧力以上かどうかを判断する。そして、上記吐出ポート２４から排出された直後の水の圧力が一定の圧力に満たない場合には、制御部７１は開閉バルブ１９を開く信号を出力し、上記吐出ポート２４から排出された直後の水の圧力が一定の圧力以上である場合には、制御部７１は開閉バルブ１９を閉じる信号を出力する。つまり、圧力センサ２０が検出した圧力の大きさに基づいて開閉バルブ１９が開閉される。本実施形態では、上記一定の圧力とは、０．１３ＭＰａに設定されているが、この閾値は、適宜変更され得るものである。
【００７６】
本実施形態に係る揚水装置１０は、次の要領で水ポンプ１１に呼び水を供給する。
【００７７】
図１が示すように、コンプレッサ１７は、駆動装置２６を介してＰＴＯ１２により駆動され、圧縮空気を生成する。この圧縮空気は、エゼクタ１３の第１ポート２７に供給され、第２ポート２８から大気側へ排出される。これにより、エゼクタ１３の吸込ポート２９に負圧が生じる。吸込ポート２９は、水ポンプ１１の吸水ポート２３の近傍に接続されているので、吸込ポート２９に負圧が生じると、水が水源２５から呼び水配管１４を介して吸込ポート２９側に引き込まれる。この水が水ポンプ１１の吸水ポート２３に達すると、呼び水が水ポンプ１１に供給されたことになる。水が水ポンプ１１の吸水ポート２３に到達すると、当該水は水ポンプ１１によって加圧され、高圧の水が水ポンプ１１の吐出ポート２４から排出される。このように水ポンプ１１が稼働すると、上記水源から水が連続して吸い上げられるから、高圧の水が水ポンプ１１の吐出ポート２４から連続して排出されることになる。
【００７８】
水ポンプ１１が稼働し始めた時点、つまり、水ポンプ１１に水が到達していないときは、水ポンプ１１は、呼び水を必要とする。このとき、エゼクタ１３が作動して呼び水配管１４内が負圧状態となる。これにより、ダイヤフラム式止水弁１５及び逆止弁１６が開いて呼び水配管１４が開放される。エゼクタ１３によって吸い込まれた水は、呼び水として水ポンプ１１に供給される。また、呼び水が水ポンプ１１に供給された後にコンプレッサ１７が停止されると、エゼクタ１３の作動が停止して逆止弁１６が呼び水配管１４を閉鎖する。
【００７９】
このように、本実施形態では、呼び水配管１４の開閉がダイヤフラム式止水弁１５及び逆止弁１６によって機械的に行われるから、呼び水配管１４を開閉する機構がきわめて簡単であり、しかも安価なものとなる。したがって、コスト安価な揚水装置１０が提供され得る。
【００８０】
なお、ダイヤフラム式止水弁１５が採用されることにより、水ポンプ１１が消防自動車に搭載され、消火活動において高圧の水が他の水ポンプから送られる場合（いわゆる中継車からの水が供給される場合）であっても、当該高圧の水が呼び水配管１４を通じてエゼクタ１３側へ流れることが防止される。詳述すれば、いわゆる中継車が存在する場合、中継車から高圧の水が水ポンプ１１の吸水ポート２３に供給される。この高圧の水は、その一部が上記呼び水配管１４側へも流れることになるが、呼び水配管１４にダイヤフラム式止水弁１５が配置されているために当該高圧の水がエゼクタ１３側へ流れることはない。加えて、水ポンプ１１もＰＴＯ１２により駆動されるから、コンプレッサ１７の作動に合わせて水ポンプ１１も回転される。したがって、呼び水が水ポンプ１１に到達する前に水ポンプ１１が回転するから、呼び水の到着とほぼ同時に高圧放水が可能となる。つまり、揚水動作から高圧放水までに要する時間が短くなり、火災現場において迅速且つ効果的な初期消火が実現されるという利点もある。
【００８１】
本実施形態では、圧力センサ２０が水ポンプ１１の吐出ポート２４の近傍に配置されている。呼び水が水ポンプ１１に供給されると、直ちに高圧の水が吐出ポート２４から排出されるので、呼び水の完了の前後において圧力センサ２０が検出する圧力が大きく変化する。この圧力変化は、呼び水が水ポンプ１１に供給されたことを示す信号となる。そして、この信号に基づいて圧縮空気の供給が停止され得る。
【００８２】
本実施形態では、制御装置２１によって開閉バルブ１９が自動的に開閉される。具体的には、水ポンプ１１に水が到達していないとき、すなわち、水ポンプ１１が呼び水を必要とするときは、圧力センサ２０が一定圧力に満たない圧力を検出する。この圧力信号が入力部７７を介して制御部７１へ入力される。制御部７１は、この入力された圧力信号に基づいて所定の演算を行う。制御装置２１は、出力部７８から開閉バルブ１９を開く信号を出力し、これに基づいて開閉バルブ１９が開く。これにより、エゼクタ１３に圧縮空気が自動的に供給され、エゼクタ１３によって吸い込まれた水が呼び水として水ポンプ１１に供給される。
【００８３】
また、呼び水が水ポンプ１１に供給されると直ちに高圧の水が排出されるから、このときに圧力センサ２０が上記一定圧力以上の圧力を検出する。この圧力信号が入力部７７を介して制御部７１へ入力される。制御部７１は、この入力された圧力信号に基づいて所定の演算を行う。制御装置２１は、出力部７８から開閉バルブ１９を閉じる信号を出力し、これに基づいて開閉バルブ１９が閉じる。このように、水ポンプ１１へ呼び水が供給された直後に自動的に開閉バルブ１９が閉じられてエゼクタ１３が停止するので、コンプレッサ１７及びエゼクタ１３の無駄な作動が抑制されると共にエゼクタ１３への浸水が確実に防止される。
【００８４】
さらに、圧力センサ２０が水ポンプ１１の吐出ポート２４の近傍に配置されているので、水ポンプ１１の設置姿勢に関わらず、呼び水の供給が確実に検知され得る。たとえば水ポンプ１１が消防自動車に搭載された場合であって、しかも傾斜地に駐車した状態で消火活動が行われる場合であっても、呼び水が水ポンプ１１に供給された直後に上記圧力変化が検出されるから、水ポンプ１１への呼び水の供給が確実に検知される。したがって、水ポンプ１１への呼び水の供給が完了した後、コンプレッサ１７及びエゼクタ１３の無駄な作動が確実に防止される。
【００８５】
加えて、本実施形態では、上記逆止弁２２が別途設けられている。エゼクタ１３の吸込ポート２９に負圧が発生すると、呼び水配管１４内も負圧状態となる。したがって、水ポンプ１１に水が到達していないとき、すなわち、水ポンプ１１が呼び水を必要とするときは、エゼクタ１３の作用により逆止弁２２が閉じる。これにより、呼び水配管１４の負圧状態が維持され、確実に呼び水が水ポンプ１１側へ引き込まれる。そして、呼び水が水ポンプ１１に供給されると、前述のように圧縮空気の供給が停止される。これにより、呼び水配管１４内が大気圧まで上昇して逆止弁２２が開く。その結果、仮にエゼクタ１３に浸水したとしても、確実に排水されるという利点がある。
【００８６】
次に、本実施形態の変形例が説明される。
【００８７】
図３は、本実施形態の変形例に係る揚水装置の構造を示す模式図である。
【００８８】
この揚水装置３６が上記揚水装置１０と異なるところは、上記圧縮空気配管１８に継ぎ手３７が設けられており、この継ぎ手３７を介して圧縮空気配管１８に圧縮空気ボンベ３８が接続されるようになっている点、及び逆止弁２２の入力ポート３４側にフィルタ３９が設けられている点である。なお、当該揚水装置３６のその他の構成については、上記揚水装置１０と同様である。
【００８９】
上記継ぎ手３７は、汎用の空圧用ワンタッチ式ツールが採用され得る。これにより、圧縮空気ボンベ３８が圧縮空気配管１８に容易に着脱される。ところで、エゼクタ１３が呼び水を吸い上げるために十分な負圧を発生させるためには、一般的には、流量が８００Ｌ／ｍｉｎ以上の圧縮空気が３０秒以上エゼクタ１３に供給されることが望ましい。たとえば、消防自動車に搭載される空気呼吸器は圧縮空気を充填したボンベを備えており、このボンベは、上記負圧を発生させるために十分な量の圧縮空気を供給することができる。したがって、上記継ぎ手３７を介して空気呼吸器のボンベが圧縮空気配管１８に接続され得る。その結果、万一コンプレッサ１７が故障した場合であっても、圧縮空気源として空気呼吸器のボンベが使用されるという利点もある。
【００９０】
また、上記フィルタ３９は、汎用の空圧用フィルタが採用され得る。このフィルタ３９は、図３が示すように、呼び水配管１４に配置されている。このフィルタ３９が設けられることにより、当該フィルタ３９を通過する水及び空気がフィルタリングされる。したがって、エゼクタ１３に異物が侵入することが防止されるという利点がある。
【００９１】
＜第２の実施形態＞
【００９２】
図４は、本発明の第２の実施形態に係る揚水装置の構造を示す模式図である。
【００９３】
この揚水装置４０は、水ポンプ１１に呼び水を供給するための装置である。本実施形態では、水ポンプ１１及び揚水装置４０は、たとえば消防自動車に搭載される。すなわち、水ポンプ１１は典型的には消防ポンプであり、ＰＴＯ１２（Power Take Off ： 所定の駆動源）により駆動される。ＰＴＯ１２は、シャシーに搭載されたエンジンに連結されている。このＰＴＯ１２は、車内からスイッチによりＯＮ／ＯＦＦ操作され、エンジンから動力を生み出すことができる。もっとも、水ポンプ１１及び揚水装置１０は、消防自動車等に搭載される場合に限定されるものではなく、たとえば工場内に設置される場合もある。
【００９４】
本実施形態に係る揚水装置４０の特徴とするところは、水ポンプ１１に呼び水を供給するためにエゼクタ１３が使用されている点、及び水ポンプ１１に圧力センサ２０が設けられている点である。後に詳述されるが、この圧力センサ２０が設けられることにより、水ポンプ１１の設置状況にかかわらず、水ポンプ１１への揚水が確実に検出されるようになっている。
【００９５】
この揚水装置４０は、エゼクタ１３と水ポンプ１１とを接続する呼び水配管１４が設けられており、この呼び水配管１４に第１開閉バルブ４１が設けられている。上記エゼクタ１３は、呼び水配管１４に接続されている。また、揚水装置４０は、エゼクタ１３に送給する圧縮空気を生成するコンプレッサ１７と、コンプレッサ１７とエゼクタ１３とを接続する圧縮空気配管１８とを備えている。この圧縮空気配管１８に第２開閉バルブ４２が設けられている。さらに、上記水ポンプ１１に設けられた圧力センサ２０の出力信号に基づいて上記第１開閉バルブ４１及び第２開閉バルブ４２を開閉する制御装置４３が備えられている。加えて、本実施形態では、上記呼び水配管１４に逆止弁４４が設けられており、この呼び水配管１４からの排水が行われるようになっている。以下、この揚水装置４０について詳述される。
【００９６】
上記水ポンプ１１は、遠心加圧式ポンプであり、ガイドベーンが設けられたケーシングと、このケーシング内に配置されたインペラとを有する。このインペラはケーシング内で回転可能に支持されており、ＰＴＯ１２から伝達される動力によって回転されるようになっている。上記ケーシングに吸水ポート２３及び吐出ポート２４が設けられている。ＰＴＯ１２により駆動された水ポンプ１１は、水源２５から吸水ポート２３へ水（典型的には消火用水）を吸い上げる。吸い上げられた水は、上記インペラにより加速加圧され、吐出ポート２４から高圧水として排出される。ただし、この水ポンプ１１は、その構造上、連続して水を加速加圧するために、水源２５から水ポンプ１１への揚水が必要である。すなわち、いわゆる呼び水が必要であって、この呼び水が水ポンプ１１に供給されることによって、水ポンプ１１は、連続して水を水源２５から吸い上げて高圧水を吐出することができる。
【００９７】
上記コンプレッサ１７は、外気（大気）を吸い込んで圧縮し、圧縮空気を生成する。本実施形態では、このコンプレッサ１７は車載タイプのものである。もっとも、水ポンプ１１が工場内に設置される場合は、コンプレッサ１７も汎用コンプレッサが採用され得る。コンプレッサ１７の形式は特に限定されるものではないが、スクリュー式、斜板式、ベーン式又はスクロール式のものが採用され得る。コンプレッサ１７は駆動装置２６により駆動される。この駆動装置２６は既知の機構により構成され得る。この機構としては、上記ＰＴＯ１２に接続されたプーリー及びベルトのほかギアボックスも採用され得る。したがって、ＰＴＯ１２が出力する動力は駆動装置２６を介してコンプレッサ１７に伝達され、この動力によってコンプレッサ１７が作動するようになっている。もっとも、別の駆動手段によってコンプレッサ１７が駆動されてもよい。
【００９８】
上記エゼクタ１３は、第１ポート２７、第２ポート２８及び吸込ポート２９を備えている。第１ポート２７に上記コンプレッサ１７により生成された圧縮空気が供給され、この圧縮空気は第２ポート２８を通過して大気側へ放出される。このように圧縮空気が流れることにより、吸込ポート２９に負圧が生じる。つまり、圧縮空気の速度エネルギが吸込ポート２９における圧力エネルギに変換される。なお、エゼクタ１３は、汎用品が採用され得る。
【００９９】
上記圧縮空気配管１８は、コンプレッサ１７とエゼクタ１３の第１ポート２７とを接続している。この圧縮空気配管１８は鋼管により構成され得る。したがって、コンプレッサ１７が作動すると、圧縮空気は、圧縮空気配管１８を通じてエゼクタ１３に供給される。
【０１００】
上記呼び水配管１４は、たとえば鋼管により構成され得る。この呼び水配管１４は、水ポンプ１１の吸水ポート２３の近傍とエゼクタ１３の吸込ポート２９とを接続している。したがって、エゼクタ１３が作動すれば、吸込ポート２９及び呼び水配管１４内の圧力が負圧となる。
【０１０１】
上記呼び水配管１４に第１開閉バルブ４１が設けられている。この第１開閉バルブ４１は、呼び水配管１４を開閉するものである。本実施形態では、第１開閉バルブ４１は汎用の電動バルブであって、後に詳述される制御装置４３により開閉が制御されるようになっている。
【０１０２】
上記第２開閉バルブ４２は、圧縮空気配管１８に設けられている。この第２開閉バルブ４２は、圧縮空気配管１８を開閉するものである。本実施形態では、第２開閉バルブ４２は汎用の電動バルブであって、後に詳述される制御装置４３により開閉が制御されるようになっている。
【０１０３】
上記圧力センサ２０は、汎用のものが採用され得る。圧力センサ２０は、水ポンプ１１の吐出ポート２４の近傍に配置されている。たとえば、圧力センサ２０は、水ポンプ１１の上記ケーシングに取付ボスを介して固定され得る。その場合、この取付ボスに上記ケーシング内に連通するねじ穴が設けられ、このねじ穴に圧力センサ２０が螺合されてもよい。圧力センサ２０の取付態様は特に限定されるものではなく、たとえば上記吐出ポート２４にチェック弁が取り付けられる場合には、このチェック弁に圧力センサ２０が設けられてもよい。要するに、圧力センサ２０は、水ポンプ１１の吐出ポート２４の近傍に位置するように取り付けられていればよい。なお、圧力センサ２０が上記チェック弁に設けられる場合は、上記吐出ポート２４に連続する吐出配管の仕様が異なる場合であっても、圧力センサ２０が容易に配置され得るという利点がある。
【０１０４】
上記逆止弁４４は、上記呼び水配管１４に設けられている。逆止弁４４は、本実施形態では汎用品が採用されており、エゼクタ１３と第１開閉バルブ４１との間に接続されている。この逆止弁４４は、入力ポート３４及び出力ポート３５を備えている。逆止弁４４の入力ポート３４は呼び水配管１４に接続されており、逆止弁４４の出力ポート３５は大気側に連通している。この逆止弁４４は、開閉自在となっている。常時において、逆止弁４４は開状態となっており、入力ポート３４から出力ポート３５への水の流通が許容されている。ただし、この逆止弁４４は、入力ポート３４の圧力が負圧となったときは、閉状態に変化し、水の流通を規制する。
【０１０５】
図５は、上記制御装置４３の構成例を示すブロック図である。
【０１０６】
制御装置４３の制御部７１は、第１開閉バルブ４１及び第２開閉バルブ４２の開閉を制御するものである。制御部７１は、ＣＰＵ７２、ＲＯＭ７３、ＲＡＭ７４及びＥＥＰＲＯＭ７５を主とするマイクロコンピュータとして構成されている。制御部７１は、バス７６を介して入力部７７及び出力部７８と通信可能に接続されている。
【０１０７】
ＲＯＭ７３は、ＣＰＵ７２が制御装置４３の動作を制御するためのプログラム等を記憶している。ＲＡＭ７４は、ＣＰＵ７２が上記プログラムを実行する際に用いるデータを一時的に格納する記憶領域又は作業領域として使用される。
【０１０８】
ＥＥＰＲＯＭ７５は、電源オフ後も保持すべき設定やフラグ等を格納する。このＥＥＰＲＯＭ７５は、第１開閉バルブ４１のドライバ４５及び第２開閉バルブ４２のドライバ４６を格納している。このドライバ４５は、第１開閉バルブ４１を動作させるためのプログラムであり、ドライバ４６は、第２開閉バルブ４２を動作させるためのプログラムである。
【０１０９】
入力部７７は、制御装置４３に対する信号の入力を受け付けるものである。上記圧力センサ２０は、この入力部７７に接続されている。本実施形態では、上記圧力センサ２０により出力される圧力信号が入力部７７に入力される。
【０１１０】
上記第１開閉バルブ４１及び第２開閉バルブ４２は、出力部７８に接続されている。上記第１開閉バルブ４１を作動させるための信号が制御部７１から出力部７８に入力される。出力部７８は、入力された信号を第１開閉バルブ４１へ出力する。このとき、制御部７１は、入力部７７から送信された上記圧力信号に基づいて上記第１開閉バルブ４１を作動させるための信号を生成する。具体的には、制御部７１は、上記圧力信号によって水ポンプ１１の吐出ポート２４から排出された直後の水の圧力が一定の圧力以上かどうかを判断する。そして、上記吐出ポート２４から排出された直後の水の圧力が一定の圧力に満たない場合には、制御部７１は第１開閉バルブ４１を開く信号を出力し、上記吐出ポート２４から排出された直後の水の圧力が一定の圧力以上である場合には、制御部７１は第１開閉バルブ４１を閉じる信号を出力する。つまり、圧力センサ２０が検出した圧力の大きさに基づいて第１開閉バルブ４１が開閉される。
【０１１１】
同様に、上記第２開閉バルブ４２を作動させるための信号が制御部７１から出力部７８に入力される。出力部７８は、入力された信号を第２開閉バルブ４２へ出力する。このとき、制御部７１は、入力部７７から送信された上記圧力信号に基づいて上記第２開閉バルブ４２を作動させるための信号を生成する。具体的には、制御部７１は、上記圧力信号によって水ポンプ１１の吐出ポート２４から排出された直後の水の圧力が一定の圧力以上かどうかを判断する。そして、上記吐出ポート２４から排出された直後の水の圧力が一定の圧力に満たない場合には、制御部７１は第２開閉バルブ４２を開く信号を出力し、上記吐出ポート２４から排出された直後の水の圧力が一定の圧力以上である場合には、制御部７１は第２開閉バルブ４２を閉じる信号を出力する。つまり、圧力センサ２０が検出した圧力の大きさに基づいて第２開閉バルブ４２が開閉される。本実施形態では、上記一定の圧力とは、０．１３ＭＰａに設定されているが、この閾値は、適宜変更され得るものである。
【０１１２】
本実施形態に係る揚水装置４０は、次の要領で水ポンプ１１に呼び水を供給する。
【０１１３】
図４が示すように、コンプレッサ１７は、駆動装置２６を介してＰＴＯ１２により駆動され、圧縮空気を生成する。この圧縮空気は、エゼクタ１３の第１ポート２７に供給され、第２ポート２８から大気側へ排出される。これにより、エゼクタ１３の吸込ポート２９に負圧が生じる。吸込ポート２９は、水ポンプ１１の吸水ポート２３の近傍に接続されているので、吸込ポート２９に負圧が生じると、水が水源２５から呼び水配管１４を介して吸込ポート２９側に引き込まれる。この水が水ポンプ１１の吸水ポート２３に達すると、呼び水が水ポンプ１１に供給されたことになる。水が水ポンプ１１の吸水ポート２３に到達すると、当該水は水ポンプ１１によって加圧され、高圧の水が水ポンプ１１の吐出ポート２４から排出される。このように水ポンプ１１が稼働すると、上記水源から水が連続して吸い上げられるから、高圧の水が水ポンプ１１の吐出ポート２４から連続して排出されることになる。
【０１１４】
上記圧力センサ２０が水ポンプ１１の吐出ポート２４の近傍に配置されているから、吐出ポート２４から排出された直後の水の圧力が検出される。前述のように、呼び水が水ポンプ１１に供給されると直ちに高圧の水が吐出ポート２４から排出されるので、呼び水の完了の前後において圧力センサ２０が検出する圧力が大きく変化する。この圧力変化は、呼び水が水ポンプ１１に供給されたことを示す信号となる。したがって、この信号に基づいてエゼクタ１３への圧縮空気の供給が停止されることが可能である。これにより、呼び水がエゼクタ１３側へ流れることが抑えられ、その結果、浸水することによるエゼクタ１３の故障等が抑えられる。
【０１１５】
また、圧力センサ２０が上記吐出ポート２４の近傍に配置されているので、水ポンプ１１の設置姿勢に関わらず呼び水が水ポンプ１１に供給された直後に上記圧力変化が検出される。たとえば上記水ポンプ１１が傾いて設置されている場合、典型的には、水ポンプ１１が消防自動車に搭載された場合であって、しかも傾斜地に駐車した状態で消火活動が行われる場合であっても、水ポンプ１１への呼び水の供給が確実に検知される。その結果、エゼクタ１３その他の水ポンプ周辺の補器類に浸水することが抑えられる。加えて、水ポンプ１１もＰＴＯ１２により駆動されるから、コンプレッサ１７の作動に合わせて水ポンプ１１も回転される。したがって、呼び水が水ポンプ１１に到達する前に水ポンプ１１が回転するから、呼び水の到着とほぼ同時に高圧放水が可能となる。つまり、揚水動作から高圧放水までに要する時間が短くなり、火災現場において迅速且つ効果的な初期消火が実現されるという利点もある。
【０１１６】
本実施形態では、制御装置４３によって第１開閉バルブ４１及び第２開閉バルブ４２が自動的に開閉される。第１開閉バルブ４１が開かれることによって、呼び水配管１４を介して水ポンプ１１への呼び水の供給が許容される。また、第１開閉バルブ４１が閉じられることによって水ポンプ１１への呼び水の供給が規制される。他方、第２開閉バルブ４２が開かれることによって、圧縮空気配管１８を介してエゼクタ１３への圧縮空気の供給が許容される。また、第２開閉バルブ４２が閉じられることによってエゼクタ１３への圧縮空気の供給が規制される。
【０１１７】
具体的には、水ポンプ１１に水が到達していないとき、すなわち、水ポンプ１１が呼び水を必要とするときは、圧力センサ２０が上記一定圧力に満たない圧力を検出する。図５が示すように、この圧力信号が入力部７７を介して制御部７１へ入力される。制御部７１は、この入力された圧力信号に基づいて所定の演算を行う。制御装置４３は、出力部７８から第１開閉バルブ４１及び第２開閉バルブ４２を開く信号を出力し、これに基づいて第１開閉バルブ４１及び第２開閉バルブ４２が開く。これにより、エゼクタ１３に圧縮空気が自動的に供給され、エゼクタ１３によって吸い込まれた水が呼び水として水ポンプ１１に供給される。
【０１１８】
また、呼び水が水ポンプ１１に供給されると直ちに高圧の水が排出されるから、このときに圧力センサ２０が上記一定圧力以上の圧力を検出する。この圧力信号が入力部７７を介して制御部７１へ入力される。制御部７１は、この入力された圧力信号に基づいて所定の演算を行う。制御装置４３は、出力部７８から第１開閉バルブ４１及び第２開閉バルブ４２を閉じる信号を出力し、これに基づいて第１開閉バルブ４１及び第２開閉バルブ４２が閉じる。このように、水ポンプ１１へ呼び水が供給された直後に自動的に第１開閉バルブ４１及び第２開閉バルブ４２が閉じられてエゼクタ１３が停止するので、コンプレッサ１７及びエゼクタ１３の無駄な作動が抑制されると共にエゼクタ１３への浸水が確実に防止される。
【０１１９】
さらに、本実施形態では、上記逆止弁４４が別途設けられている。エゼクタ１３の吸込ポート２９に負圧が発生すると、呼び水配管１４内も負圧状態となる。したがって、水ポンプ１１に水が到達していないとき、すなわち、水ポンプ１１が呼び水を必要とするときは、エゼクタ１３の作用により逆止弁４４が閉じる。これにより、呼び水配管１４の負圧状態が維持され、確実に呼び水が水ポンプ１１側へ引き込まれる。そして、呼び水が水ポンプ１１に供給されると、前述のように圧縮空気の供給が停止される。これにより、呼び水配管１４内が大気圧まで上昇して逆止弁４４が開く。その結果、仮にエゼクタ１３に浸水したとしても、確実に排水される。
【０１２０】
次に、本実施形態の変形例が説明される。
【０１２１】
図６は、本実施形態の変形例に係る揚水装置の構造を示す模式図である。
【０１２２】
この揚水装置４７が上記揚水装置４０と異なるところは、上記揚水装置４０では呼び水配管１４を開閉する第１開閉バルブ４１が電動バルブから構成されていたのに対して、本変形例では、空圧式開閉バルブ４８が採用されている点である。なお、当該揚水装置４７のその他の構成については、上記揚水装置４０と同様である。
【０１２３】
この空圧式開閉バルブ４８は、空圧が導かれるパイロットポート４９を有する。空圧式開閉バルブ４８は、いわゆるノーマルクローズ（ＮＣ）タイプであって、常時は閉じ状態となっている。上記パイロットポート４９に一定の空圧が作用した場合に、空圧式開閉バルブ４８は開状態となり、呼び水配管１４を開く。上記パイロットポート４９は、圧縮空気配管１８と接続されている。したがって、コンプレッサ１７が作動して圧縮空気がエゼクタ１３に供給されたときに、上記パイロットポート４９に一定の空圧が作用して呼び水配管１４が開く。
【０１２４】
本変形例では、圧縮空気配管１８内の圧力をパイロット圧として空圧式開閉バルブ４８が開閉するので、制御装置４３によって開閉が制御される第１開閉バルブ（電動バルブ）が採用される場合に比べてコストダウンが図られる。また、制御装置４３による制御が簡単になるため、揚水装置４０全体の製造コストも低減され得る。
【０１２５】
なお、本実施形態においても、上記第１の実施形態と同様の変形例が採用され得る。すなわち、第１の変形例として、上記圧縮空気配管１８に継ぎ手３７（図３参照）が設けられ、この継ぎ手３７を介して圧縮空気配管１８に圧縮空気ボンベ３８が接続されるようになっていてもよい。これにより、万一コンプレッサ１７が故障した場合であっても、圧縮空気源として空気呼吸器のボンベが使用されるという利点がある。また、第２の変形例として、逆止弁４４の入力ポート３４側にフィルタ３９が設けられていてもよい。このようなフィルタ３９が設けられることにより、エゼクタ１３に異物が侵入することが防止されるという利点がある。
【０１２６】
＜第３の実施形態＞
【０１２７】
図７は、本発明の第３の実施形態に係る揚水装置の構造を示す模式図である。
【０１２８】
この揚水装置５０は、水ポンプ１１に呼び水を供給するための装置である。本実施形態では、水ポンプ１１及び揚水装置５０は、たとえば消防自動車に搭載される。すなわち、水ポンプ１１は典型的には消防ポンプであり、ＰＴＯ１２（Power Take Off ： 所定の駆動源）により駆動される。ＰＴＯ１２は、シャシーに搭載されたエンジンに連結されている。このＰＴＯ１２は、車内からスイッチによりＯＮ／ＯＦＦ操作され、エンジンから動力を生み出すことができる。もっとも、水ポンプ１１及び揚水装置５０は、消防自動車等に搭載される場合に限定されるものではなく、たとえば工場内に設置される場合もある。
【０１２９】
本実施形態に係る揚水装置５０の特徴とするところは、水ポンプ１１に呼び水を供給するためにエゼクタ１３が使用されている点、及びエゼクタ１３と水ポンプ１１とが呼び水配管１４により接続されており、この呼び水配管１４に方向切換バルブ５１が設けられている点である。後に詳述されるが、上記呼び水配管１４に方向切換バルブ５１が設けられることにより、エゼクタ１３から確実に排水され、揚水装置１０がたとえば寒冷地で運転される場合であっても凍結による故障が防止される。
【０１３０】
この揚水装置５０は、上記呼び水配管１４及び上記方向切換バルブ５１と、上記呼び水配管１４に接続されたエゼクタ１３とを備えている。また、揚水装置５０は、エゼクタ１３に送給する圧縮空気を生成するコンプレッサ１７と、コンプレッサ１７とエゼクタ１３とを接続する圧縮空気配管１８とを備えている。この圧縮空気配管１８に開閉バルブ５２が設けられている。さらに、上記水ポンプ１１に圧力センサ２０が設けられており、この圧力センサ２０の出力信号に基づいて上記方向切換バルブ５１及び開閉バルブ５２を操作する制御装置５３が備えられている。以下、この揚水装置５０について詳述される。
【０１３１】
上記水ポンプ１１は、遠心加圧式ポンプであり、ガイドベーンが設けられたケーシングと、このケーシング内に配置されたインペラとを有する。このインペラはケーシング内で回転可能に支持されており、ＰＴＯ１２から伝達される動力によって回転されるようになっている。上記ケーシングに吸水ポート２３及び吐出ポート２４が設けられている。ＰＴＯ１２により駆動された水ポンプ１１は、水源２５から吸水ポート２３へ水（典型的には消火用水）を吸い上げる。吸い上げられた水は、上記インペラにより加速加圧され、吐出ポート２４から高圧水として排出される。ただし、この水ポンプ１１は、その構造上、連続して水を加速加圧するために、水源２５から水ポンプ１１への揚水が必要である。すなわち、いわゆる呼び水が必要であって、この呼び水が水ポンプ１１に供給されることによって、水ポンプ１１は、連続して水を水源２５から吸い上げて高圧水を吐出することができる。
【０１３２】
上記コンプレッサ１７は、外気（大気）を吸い込んで圧縮し、圧縮空気を生成する。本実施形態では、このコンプレッサ１７は車載タイプのものである。もっとも、水ポンプ１１が工場内に設置される場合は、コンプレッサ１７も汎用コンプレッサが採用され得る。コンプレッサ１７の形式は特に限定されるものではないが、スクリュー式、斜板式、ベーン式又はスクロール式のものが採用され得る。コンプレッサ１７は駆動装置２６により駆動される。この駆動装置２６は既知の機構により構成され得る。この機構としては、上記ＰＴＯ１２に接続されたプーリー及びベルトのほかギアボックスも採用され得る。したがって、ＰＴＯ１２が出力する動力は駆動装置２６を介してコンプレッサ１７に伝達され、この動力によってコンプレッサ１７が作動するようになっている。もっとも、別の駆動手段によってコンプレッサ１７が駆動されてもよい。
【０１３３】
上記エゼクタ１３は、第１ポート２７、第２ポート２８及び吸込ポート２９を備えている。第１ポート２７に上記コンプレッサ１７により生成された圧縮空気が供給され、この圧縮空気は第２ポート２８を通過して大気側へ放出される。このように圧縮空気が流れることにより、吸込ポート２９に負圧が生じる。つまり、圧縮空気の速度エネルギが吸込ポート２９における圧力エネルギに変換される。なお、エゼクタ１３は、汎用品が採用され得る。
【０１３４】
上記圧縮空気配管１８は、コンプレッサ１７とエゼクタ１３の第１ポート２７とを接続している。この圧縮空気配管１８は鋼管により構成され得る。したがって、コンプレッサ１７が作動すると、圧縮空気は、圧縮空気配管１８を通じてエゼクタ１３に供給される。
【０１３５】
上記呼び水配管１４は、たとえば鋼管により構成され得る。この呼び水配管１４は、水ポンプ１１の吸水ポート２３の近傍とエゼクタ１３の吸込ポート２９とを接続している。したがって、エゼクタ１３が作動すれば、吸込ポート２９及び呼び水配管１４内の圧力が負圧となる。
【０１３６】
上記呼び水配管１４に方向切換バルブ５１が設けられている。この方向切換バルブ５１は、ポンプポート５４、エゼクタポート５５及び大気ポート５６を備えている。ポンプポート５４は、水ポンプ１１の吸水ポート２３の近傍と接続されている。エゼクタポート５５は、エゼクタ１３の吸込ポート２９と接続されている。大気ポート５６は、大気側に開放されている。方向切換バルブ５１は、第１接続パターンと第２接続パターンとに切り換えることができる。第１接続パターンでは、ポンプポート５４とエゼクタポート５５とが接続される。第２接続パターンでは、エゼクタポート５５と大気ポート５６とが接続される。なお、この方向切換バルブ５１は、第１接続パターン及び第２接続パターンの２つの接続パターンのほか、たとえばポンプポート５４と大気ポート５６とを接続する接続パターンを備えていてもよい。要するに、方向切換バルブ５１は、少なくとも上記２つの接続パターンの切り換えが可能であればよい。
【０１３７】
本実施形態では、方向切換バルブ５１は電動バルブであって、後に詳述される制御装置５３により接続パターンが切り換えられるようになっている。
【０１３８】
上記開閉バルブ５２は、圧縮空気配管１８に設けられている。この開閉バルブ５２は、圧縮空気配管１８を開閉するものである。本実施形態では、開閉バルブ５２は汎用の電動バルブであって、後に詳述される制御装置５３により開閉が制御されるようになっている。
【０１３９】
上記圧力センサ２０は、汎用のものが採用され得る。圧力センサ２０は、水ポンプ１１の吐出ポート２４の近傍に配置されている。たとえば、圧力センサ２０は、水ポンプ１１の上記ケーシングに取付ボスを介して固定され得る。その場合、この取付ボスに上記ケーシング内に連通するねじ穴が設けられ、このねじ穴に圧力センサ２０が螺合されてもよい。圧力センサ２０の取付態様は特に限定されるものではなく、たとえば上記吐出ポート２４にチェック弁が取り付けられる場合には、このチェック弁に圧力センサ２０が設けられてもよい。要するに、圧力センサ２０は、水ポンプ１１の吐出ポート２４の近傍に位置するように取り付けられていればよい。なお、圧力センサ２０が上記チェック弁に設けられる場合は、上記吐出ポート２４に連続する吐出配管の仕様が異なる場合であっても、圧力センサ２０が容易に配置され得るという利点がある。
【０１４０】
図８は、上記制御装置５３の構成例を示すブロック図である。
【０１４１】
制御装置５３の制御部７１は、方向切換バルブ５１及び開閉バルブ５２の開閉を制御するものである。制御部７１は、ＣＰＵ７２、ＲＯＭ７３、ＲＡＭ７４及びＥＥＰＲＯＭ７５を主とするマイクロコンピュータとして構成されている。制御部７１は、バス７６を介して入力部７７及び出力部７８と通信可能に接続されている。
【０１４２】
ＲＯＭ７３は、ＣＰＵ７２が制御装置５３の動作を制御するためのプログラム等を記憶している。ＲＡＭ７４は、ＣＰＵ７２が上記プログラムを実行する際に用いるデータを一時的に格納する記憶領域又は作業領域として使用される。
【０１４３】
ＥＥＰＲＯＭ７５は、電源オフ後も保持すべき設定やフラグ等を格納する。このＥＥＰＲＯＭ７５は、方向切換バルブ５１のドライバ４５及び開閉バルブ５２のドライバ４６を格納している。このドライバ４５は、方向切換バルブ５１を動作させるためのプログラムであり、ドライバ４６は、開閉バルブ５２を動作させるためのプログラムである。
【０１４４】
入力部７７は、制御装置５３に対する信号の入力を受け付けるものである。上記圧力センサ２０は、この入力部７７に接続されている。本実施形態では、上記圧力センサ２０により出力される圧力信号が入力部７７に入力される。
【０１４５】
上記方向切換バルブ５１及び開閉バルブ５２は、出力部７８に接続されている。上記方向切換バルブ５１を作動させるための信号が制御部７１から出力部７８に入力される。出力部７８は、入力された信号を方向切換バルブ５１へ出力する。このとき、制御部７１は、入力部７７から送信された上記圧力信号に基づいて上記方向切換バルブ５１を作動させるための信号を生成する。具体的には、制御部７１は、上記圧力信号によって水ポンプ１１の吐出ポート２４から排出された直後の水の圧力が一定の圧力以上かどうかを判断する。そして、上記吐出ポート２４から排出された直後の水の圧力が一定の圧力に満たない場合には、制御部７１は、方向切換バルブ５１が第１接続パターンに切り換えるように信号を出力し、上記吐出ポート２４から排出された直後の水の圧力が一定の圧力以上である場合には、制御部７１は、方向切換バルブ５１が第２接続パターンに切り換えるように信号を出力する。つまり、圧力センサ２０が検出した圧力の大きさに基づいて方向切換バルブ５１の接続パターンが変更される。
【０１４６】
同様に、上記開閉バルブ５２を作動させるための信号が制御部７１から出力部７８に入力される。出力部７８は、入力された信号を開閉バルブ５２へ出力する。このとき、制御部７１は、入力部７７から送信された上記圧力信号に基づいて上記開閉バルブ５２を作動させるための信号を生成する。具体的には、制御部７１は、上記圧力信号によって水ポンプ１１の吐出ポート２４から排出された直後の水の圧力が一定の圧力以上かどうかを判断する。そして、上記吐出ポート２４から排出された直後の水の圧力が一定の圧力に満たない場合には、制御部７１は開閉バルブ５２を開く信号を出力し、上記吐出ポート２４から排出された直後の水の圧力が一定の圧力以上である場合には、制御部７１は開閉バルブ５２を閉じる信号を出力する。つまり、圧力センサ２０が検出した圧力の大きさに基づいて開閉バルブ５２が開閉される。本実施形態では、上記一定の圧力とは、０．１３ＭＰａに設定されているが、この閾値は、適宜変更され得るものである。
【０１４７】
本実施形態に係る揚水装置４０は、次の要領で水ポンプ１１に呼び水を供給する。
【０１４８】
図７が示すように、コンプレッサ１７は、駆動装置２６を介してＰＴＯ１２により駆動され、圧縮空気を生成する。この圧縮空気は、エゼクタ１３の第１ポート２７に供給され、第２ポート２８から大気側へ排出される。これにより、エゼクタ１３の吸込ポート２９に負圧が生じる。吸込ポート２９は、水ポンプ１１の吸水ポート２３側に接続されているので、吸込ポート２９に負圧が生じると、水が水源２５から呼び水配管１４を介して吸込ポート２９側に引き込まれる。この水が水ポンプ１１の吸水ポート２３に達すると、呼び水が水ポンプ１１に供給されたことになる。水が水ポンプ１１の吸水ポート２３に到達すると、当該水は水ポンプ１１によって加圧され、高圧の水が水ポンプ１１の吐出ポート２４から排出される。このように水ポンプ１１が稼働すると、上記水源から水が連続して吸い上げられるから、高圧の水が水ポンプ１１の吐出ポート２４から連続して排出されることになる。
【０１４９】
水ポンプ１１に水が到達していないとき、すなわち、水ポンプ１１が呼び水を必要とするときは、方向切換バルブ５１が第１接続パターンに切り換えられる。これにより、エゼクタ１３によって吸い込まれた水が呼び水として水ポンプ１１に供給される。また、呼び水が水ポンプ１１に供給されると、方向切換バルブ５１は第２接続パターンに切り換えられる。これにより、エゼクタ１３と水ポンプ１１との接続が絶たれるから、エゼクタ１３への浸水が防止される。しかも、このとき、エゼクタ１３の吸込ポート２９は、方向切換バルブ５１を介して大気側と接続されるから、大気側から空気がエゼクタ１３の吸込ポート２９に吸い込まれ、エゼクタ１３の第２ポートから排気される。これにより、エゼクタ１３内に水が留まることがなく、空気と共に確実に排水される。その結果、水ポンプ１１が特に寒冷地で使用される場合であっても、呼び水配管１４内の凍結が防止される。
【０１５０】
上記圧力センサ２０が水ポンプ１１の吐出ポート２４の近傍に配置されているから、吐出ポート２４から排出された直後の水の圧力が検出される。前述のように、呼び水が水ポンプ１１に供給されると直ちに高圧の水が吐出ポート２４から排出されるので、呼び水の完了の前後において圧力センサ２０が検出する圧力が大きく変化する。この圧力変化は、呼び水が水ポンプ１１に供給されたことを示す信号となる。したがって、この信号に基づいてエゼクタ１３への圧縮空気の供給が停止されることが可能であり、コンプレッサ１７及びエゼクタ１３の無駄な作動が抑制される。
【０１５１】
また、圧力センサ２０が上記吐出ポート２４の近傍に配置されているので、水ポンプ１１の設置姿勢に関わらず呼び水が水ポンプ１１に供給された直後に上記圧力変化が検出される。たとえば、上記水ポンプ１１が傾いて設置されている場合、典型的には、水ポンプ１１が消防自動車に搭載された場合であって、しかも傾斜地に駐車した状態で消火活動が行われる場合であっても、水ポンプ１１への呼び水の供給が確実に検知される。その結果、エゼクタ１３その他の水ポンプ周辺の補器類に浸水することが抑えられる。加えて、水ポンプ１１もＰＴＯ１２により駆動されるから、コンプレッサ１７の作動に合わせて水ポンプ１１も回転される。したがって、呼び水が水ポンプ１１に到達する前に水ポンプ１１が回転するから、呼び水の到着とほぼ同時に高圧放水が可能となる。つまり、揚水動作から高圧放水までに要する時間が短くなり、火災現場において迅速且つ効果的な初期消火が実現されるという利点もある。
【０１５２】
本実施形態では、制御装置５３によって方向切換バルブ５１が自動的に切り換えられ、開閉バルブ５２が自動的に開閉される。方向切換バルブ５１が第１接続パターンに切り換えられることによって、呼び水配管１４を介して水ポンプ１１への呼び水の供給が許容される。また、方向切換バルブ５１が第２接続パターンに切り換えられることによって水ポンプ１１への呼び水の供給が規制される共にエゼクタ１３から排水される。他方、開閉バルブ５２が開かれることによって、圧縮空気配管１８を介してエゼクタ１３への圧縮空気の供給が許容される。また、開閉バルブ５２が閉じられることによってエゼクタ１３への圧縮空気の供給が規制される。
【０１５３】
具体的には、水ポンプ１１に水が到達していないとき、すなわち、水ポンプ１１が呼び水を必要とするときは、圧力センサ２０が上記一定圧力に満たない圧力を検出する。図８が示すように、この圧力信号が入力部７７を介して制御部７１へ入力される。制御部７１は、この入力された圧力信号に基づいて所定の演算を行う。制御装置５３は、出力部７８から方向切換バルブ５１が第１接続パターンに切り換える信号及び開閉バルブ５２を開く信号を出力し、これに基づいて方向切換バルブ５１が第１接続パターンに切り換わり、開閉バルブ５２が開く。これにより、エゼクタ１３に圧縮空気が自動的に供給され、エゼクタ１３によって吸い込まれた水が呼び水として水ポンプ１１に供給される。
【０１５４】
また、呼び水が水ポンプ１１に供給されると直ちに高圧の水が排出されるから、このときに圧力センサ２０が上記一定圧力以上の圧力を検出する。この圧力信号が入力部７７を介して制御部７１へ入力される。制御部７１は、この入力された圧力信号に基づいて所定の演算を行う。制御装置５３は、出力部７８から方向切換バルブ５１が第２接続パターンに切り換える信号及び開閉バルブ５２を閉じる信号を出力し、これに基づいて方向切換バルブ５１が第２接続パターンに切り換わり、開閉バルブ５２が閉じる。本実施形態では、方向切換バルブ５１が第２接続パターンに切り換える信号は、制御部７１が圧力センサ２０が上記一定圧力以上の圧力であることを示す圧力信号を入力した後、一定時間経過後に出力されるようにプログラムされている。この一定時間とは、たとえば０．５秒程度である。
【０１５５】
このように、水ポンプ１１へ呼び水が供給された直後に自動的に方向切換バルブ５１が切り換わると共に開閉バルブ５２が閉じられてエゼクタ１３が停止するので、コンプレッサ１７及びエゼクタ１３の無駄な作動が抑制されると共にエゼクタ１３への浸水が確実に防止される。
【０１５６】
なお、本実施形態においても、上記第１の実施形態と同様の変形例が採用され得る。すなわち、第１の変形例として、上記圧縮空気配管１８に継ぎ手３７（図３参照）が設けられ、この継ぎ手３７を介して圧縮空気配管１８に圧縮空気ボンベ３８が接続されるようになっていてもよい。これにより、万一コンプレッサ１７が故障した場合であっても、圧縮空気源として空気呼吸器のボンベが使用されるという利点がある。また、第２の変形例として、方向切換バルブ５１とエゼクタ１３との間にフィルタ３９が設けられていてもよい。これにより、エゼクタ１３に異物が侵入することが防止されるという利点がある。
【産業上の利用可能性】
【０１５７】
本発明は、工場に設置され、あるいは消防自動車等に搭載された水ポンプに呼び水を供給する揚水装置に適用され得る。
【符号の説明】
【０１５８】
１０・・・揚水装置
１１・・・水ポンプ
１２・・・ＰＴＯ
１３・・・エゼクタ
１４・・・呼び水配管
１５・・・ダイヤフラム式止水弁
１６・・・逆止弁
１７・・・コンプレッサ
１８・・・圧縮空気配管
１９・・・開閉バルブ
２０・・・圧力センサ
２１・・・制御装置
２２・・・逆止弁
２３・・・吸水ポート
２４・・・吐出ポート
２５・・・水源
２７・・・第１ポート
２８・・・第２ポート
２９・・・吸込ポート
３０・・・入力ポート
３１・・・出力ポート
３２・・・入力ポート
３３・・・出力ポート
３４・・・入力ポート
３５・・・出力ポート
３６・・・揚水装置
３７・・・継ぎ手
３８・・・圧縮空気ボンベ
４０・・・揚水装置
４１・・・第１開閉バルブ
４２・・・第２開閉バルブ
４３・・・制御装置
４４・・・逆止弁
４７・・・揚水装置
４８・・・空圧式開閉バルブ
５０・・・揚水装置
５１・・・方向切換バルブ
５２・・・開閉バルブ
５３・・・制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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