(57)【要約】【課題】空気吸込渦の発生を効果的に抑制できるポンプ吸水槽を提供する。【解決手段】回転することで流水をくみ上げるポンプ３０と、流水内に浸漬されたポンプ３０に向かって該流水が流通する流路を画成する槽本体１０と、ポンプ３０の上流側に設けられて、流路の幅方向にわたって流水の流通方向である水平方向に延在し、下面が流水の最低水位以下に配置された水平板部１５、及び、流路の幅方向にわたって水平板部の上面から上方に突出する第一凸部１６を有する渦防止部材１４と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転することで流水をくみ上げるポンプと、
前記流水内に浸漬された前記ポンプに向かって該流水が流通する流路を画成する槽本体と、
前記ポンプの上流側に設けられて、前記流路の幅方向にわたって前記流水の流通方向である水平方向に延在し、下面が前記流水の最低水位以下に配置された水平板部、及び、前記流路の幅方向にわたって前記水平板部の上面から上方に突出する第一凸部を有する渦防止部材と、
を備えることを特徴とするポンプ吸水槽。
【請求項２】
前記第一凸部の上端が、前記流水の最高水位よりも上方に位置していることを特徴とする請求項１に記載のポンプ吸水槽。
【請求項３】
前記第一凸部の上端が、前記流水の最高水位よりも下方に位置していることを特徴とする請求項１に記載のポンプ吸水槽。
【請求項４】
前記渦防止部材が、
前記流路の幅方向にわたって前記水平板部の下面から下方に突出する第二凸部をさらに有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のポンプ吸水槽。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプ吸水槽に関する。
【背景技術】
【０００２】
海洋や河川から海水・河川水を揚水するポンプ吸水槽が知られている。このポンプ吸水槽は海洋や河川に連通する槽本体を備えており、該槽本体内に設置されたポンプが運転されることによって、海水や河川水から槽本体内に流入した流水が揚水される。
【０００３】
このようなポンプ吸水槽では、流水の吸込時のポンプの運転にともなって該ポンプが流水の上面から空気を吸い込む空気吸込渦が発生する場合がある。このような空気吸込渦が発生すると、ポンプの効率が低下する。
【０００４】
これに対して例えば特許文献１には、ポンプ周囲の流水の表面上に該ポンプを囲むようにして環状の円板を浮かせたポンプ吸水槽が開示されている。
このポンプ吸水槽によれば、円板によってポンプ周囲の自由表面をなくすことができるため、該ポンプ周囲における空気吸込渦の発生を防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０４−１３６５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら上記特許文献１に開示された技術では、渦防止部材としての円板をポンプの上流側のみならず下流側にわたって配置する必要がある。そのため、ポンプの周囲での空気吸込渦を広範囲にわたって防止するためには、それだけ円板をポンプの上流側及び下流側にわたるように広範囲に配置しなければならず、設置コストが増大する。
さらに、環状の円板がポンプに対して接触しない範囲に浮くように配置されているものの、流水の流れの変化によって円板が移動したり傾いたりすることで該円板がポンプに接触してしまう場合がある。そのため、ポンプと円板との接触による摩耗が生じ、メンテナンスコストが増大してしまう。
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、ポンプ周囲に渦防止部材を設けることなく、広範囲にわたって空気吸込渦の発生を効果的に抑制できるポンプ吸水槽を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用している。
即ち、本発明に係るポンプ吸水槽は、回転することで流水をくみ上げるポンプと、前記流水内に浸漬された前記ポンプに向かって該流水が流通する流路を画成する槽本体と、前記ポンプの上流側に設けられて、前記流路の幅方向にわたって前記流水の流通方向である水平方向に延び、下面が前記流水の最低水位以下に配置された水平板部、及び、前記流路の幅方向にわたって前記水平板部の上面から上方に突出する第一凸部有する渦防止部材を備えることを特徴とする。
【０００９】
このような特徴のポンプ吸水槽によれば、水平板部がポンプの上流側で水平方向に延在して配置されているため、ポンプの運転に起因する渦はこの水平板部の下面に衝突することで回転を保てなくなり消滅する。また、水平板部よりも上流側に延びようとする渦は、渦を連ねるために相当の回転エネルギーを要するため、水面に到達する前に回転が保てなくなることにより消滅する。これにより、ポンプの上流側の広範囲にわたって空気吸込渦が発生してしまうことを防止できる。
一方、流水は水平板部を境界として該水平板部の上方と下方とに分流して流通する。この２つの分流のうち、水平板部の上方を流通する分流は第一凸部の影響を受けるため、第一凸部の下流側では水平板部の下方の分流とは異なる流れが生じる。これによって、水平板部の下流側に、該水平板部の高さ位置を境界とした流れパターンの異なる上層及び下層がポンプの上流側及び下流側にわたって形成される。このような上層及び下層が形成されることで、ポンプの運転によって発生する渦は下層から上層に侵入する際に渦構造を保持できなくなる。したがって、ポンプ周囲における空気吸込渦の発生を防止できる。
【００１０】
また、本発明に係るポンプ吸水槽では、前記第一凸部の上端が、前記流水の最高水位よりも上方に位置していてもよい。
【００１１】
これによって、水平板部の上方の分流は第一凸部によって常に流通が遮られることで、該第一凸部の下流側、即ち、水平板部の下流側には流れが小さな領域が生成される。この領域の流れパターンは、水平板部の下方を流通する分流と異なるものとなる。したがって、上層と下層とでの流れパターンを確実に異なるものとすることができる。
【００１２】
一方、本発明に係るポンプ吸水槽では、前記第一凸部の上端が、前記流水の最高水位よりも下方に位置していてもよい。
【００１３】
これによって、水平板部の上方を流通する分流は第一凸部によって上方に案内されるため、水平板部の上方の分流に基づく水平板部の下流側の流れパターンは水平板部の下方の分流に基づく水平板部の下流側の流れパターンと異なるものとなる。
【００１４】
さらに、本発明に係るポンプ吸水槽の前記渦防止部材は、前記流路の幅方向にわたって前記水平板部の下面から下方に突出する第二凸部をさらに有することが好ましい。
【００１５】
これによって、水平板部の下方を流通する分流は第二凸部によって下方に案内されるため、該水平板部の下方の分流に基づく水平板部の下流側の流れパターンは、水平板部の上方の分流に基づく水平板部の下流側の流れパターンと異なるものなる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のポンプ取水槽によれば、水平板部の下流側で流れパターンの異なる上層及び下層を形成することができるため、ポンプ周囲に渦防止部材を設けることなく、広範囲にわたって空気吸込渦の発生を効果的に抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第一実施形態に係るポンプ吸水槽の縦断面図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係るポンプ吸水槽の平面図である。
【図３】図１の一部拡大図である。
【図４】本発明の第一実施形態の変形例に係るポンプ吸水槽の縦断面図における一部拡大図である。
【図５】本発明の第二実施形態のポンプ吸水槽の縦断面図における一部拡大図である。
【図６】本発明の第二実施形態の変形例に係るポンプ吸水槽の縦断面図における一部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の熱交換器の第一実施形態について、図１から図３を参照して詳細に説明する。
図１及び図２に示すポンプ吸水槽１００は、例えば海洋や河川から海水・河川水を揚水する目的で使用されるものであって、槽本体１０と、ポンプ３０と、渦防止部材１４とを備えている。
【００１９】
槽本体１０は、海洋や河川に連通する流路を形成している。この槽本体１０は、床板部１１、一対の側板部１２及び端板部１３を有している。
槽本体１０は、水平面に沿って、かつ、流路を流通する流水Ｗの流通方向に向かって延びる板状をなす部材である。側板部１２は、床板部１１における流路の幅方向両端に立設された一対の板状の部材である。端板部１３は、床板部１１の延在方向の終端に立設された板状の部材である。槽本体１０は、これら床板部１１、一対の側板部１２及び端板部１３によって、海水や河川水が流水Ｗとして流通する流路を画成している。
【００２０】
ポンプ３０は、槽本体１０における流路内の流水Ｗに浸漬するように設置されており、本実施形態では当該ポンプ３０として立形斜流ポンプを採用している。このポンプ３０は、回転軸を鉛直方向に一致させた状態で吸込口が下方を向く姿勢で設置されている。このようなポンプ３０は、回転軸の回転に伴って当該回転軸に一体に固定されたインペラが回転することで吸込口から流水Ｗを吸引する。
【００２１】
このようにポンプ３０に流水Ｗが吸引されることによって、流水Ｗはポンプ３０の吸込口に向かって流通する。本実施形態では、ポンプ３０は槽本体１０における流路の末端領域、即ち、端板部１３の近傍に設置されており、これによって流水Ｗは流路を端板部１３側に向かって流通する。
以下では、流水ＷＷの流れのうちポンプ３０に向かっての流れを流水Ｗの主流Ｆ０と称する。
【００２２】
渦防止部材１４は、図１から図３に示すように、ポンプ３０の運転に伴って発生する渦が流水Ｗの水面に到達することによって発生する空気吸込渦を防止するために設けられた部材である。この渦防止部材１４は、それぞれ板状をなす部材であって、ポンプ３０よりも流路の上流側に設けられている。
この渦防止部材１４は、水平板部１５、第一凸部１６及び第二凸部１７を有している。
【００２３】
水平板部１５は、ポンプ３０の上流側に配置されており、流路の幅方向にわたって、かつ、流水Ｗの主流Ｆ０の流通方向である水平方向に延在する平板状をなしている。この水平板部１５の上面１５ａと下面１５ｂとは、互いに平行をなしており、これら上面１５ａ及び下面１５ｂともに水平方向に延在している。
なお、流路を流通する流水Ｗの水位は、海洋の干満や河川の流量の増減によって変化する。水平板部１５の下面１５ｂの高さ位置は、流水Ｗの水位が最低水位となった際でも流水Ｗに浸漬又は接触するように、流水Ｗの最低水位以下に設定されている。
【００２４】
第一凸部１６は、流路の幅方向にわたって水平板部１５の上面１５ａから上方に突出するように設けられている。本実施形態の第一凸部１６は、水平板部１５の上面１５ａにおける下流側の端部から上方に向かって延在する板状をなしている。この第一凸部１６の上端の高さ位置は、流水Ｗの水位にかかわらず流水Ｗの上面１５ａよりも上方に位置するように、流水Ｗの最高水位よりも上方に位置している。
【００２５】
次に、上記構成のポンプ吸水槽１００の作用について説明する。
ポンプ３０の運転に伴って該ポンプ３０の吸引口に向かって流通する流水Ｗの主流Ｆ０は、渦防止部材１４よりも上流側に十分離間した箇所では、図１に示すように水平方向に平行に流通する。このような主流Ｆ０が渦防止部材１４の配置領域に到達すると、図３に示すように、該主流Ｆ０は渦防止部材１４の水平板部１５の上流端によって２つに分岐される。これによって、水平板部１５の上方には該水平板部１５の上面１５ａに沿って水平方向に流通する第一分流Ｆ１が形成され、水平板部１５の下方には該水平板部１５の下面１５ｂに沿って水平方向に流通する第二分流Ｆ２が形成される。
【００２６】
ここで、主流Ｆ０から分岐した第二分流Ｆ２は、水平板部１５の配置領域の流れ状態を維持したまま、水平板部１５の下流端よりも下流側の領域、即ち、ポンプ３０に近接したポンプ近接領域内に流通する。したがって、ポンプ近接領域における水平板部１５を境界とした下方には、第二分流Ｆ２と同様の流れパターンの下層Ｓ２が形成される。
【００２７】
一方、主流Ｆ０から分岐した第一分流Ｆ１は、第一凸部１６の影響を受けることになる。即ち、本実施形態では、第一凸部１６の上端が水面よりも上方に位置するため、水平板部１５の上方の第一分流Ｆ１の流れは第一凸部１６によって遮断される。これによって、水平板部１５の第一凸部１６の下流側には流れがほとんどない領域が形成され、即ち、ポンプ３０近接領域における水平板部１５を境界とした上方には、第二分流Ｆ２と異なる流れパターンの上層Ｓ１が形成される。
【００２８】
ここで、ポンプ３０が運転されると、これに伴ってポンプ３０の吸込口に流入する前の流水Ｗも回転し、これによって流水Ｗ内に渦が発生する。このような流水Ｗ内の渦が水面まで連なると、該渦の中心に空気が流入することにより、最終的にはポンプ３０内に空気が流入する空気吸込渦が生成されてしまう。このような空気吸込渦が発生すると、ポンプ３０の効率が低下してしまう。
【００２９】
これに対して本実施形態では、水平板部１５がポンプ３０の上流側で水平方向に延在して配置されているため、ポンプ３０の運転に起因する渦はこの水平板部１５の下面１５ｂに衝突することで回転を保てなくなり消滅する。また、水平板部１５よりも上流側に延びようとする渦は、渦を連ねるために相当の回転エネルギーを要するため、水面に到達する前に回転が保てなくなることにより消滅する。したがって、流水Ｗの流通方向における渦防止部材１４の水平板部１５の配置領域及び当該配置領域よりも下流側で空気吸込渦が生成されてしまうことを回避できる。
【００３０】
一方、渦防止部材１４の水平板部１５の配置領域よりも下流側のポンプ近接領域では、上述のように水平板部１５の高さ位置を境界として流れパターンの異なる上層Ｓ１及び下層Ｓ２が形成される。すると、ポンプ３０の運転によって発生する渦は、上層Ｓ１と下層Ｓ２とで流れパターンが異なることにより、渦構造を保持できなくなる。即ち、ポンプ３０から発生する渦が下層Ｓ２から上層Ｓ１へと侵入し難くなる。これによって、上層Ｓ１内にポンプ３０からの渦に連なる渦が生成され難くなるため、該渦が上層Ｓ１の表面まで連なることを抑制できる。その結果、空気吸込渦の発生を効果的に抑制することができる。
【００３１】
以上のように本実施形態によれば、水平板部１５の下流側で流れパターンの異なる上層Ｓ１及び下層Ｓ２を形成することができるため、ポンプ近接領域に何も設けずとも該ポンプ近接領域を含む広範囲の領域にわたって空気吸込渦の発生を効果的に抑制することが可能となる。
即ち、本実施形態によれば、水平板部１５を配置したポンプ３０の上流側の領域のみならず、渦防止部材１４が設けられていないポンプ３０周囲のポンプ近接領域における空気吸込渦の発生を広範囲にわたって防止できる。
【００３２】
ここで、第一実施形態の変形例について図４を参照して説明する。この変形例は、第一凸部１６の上端が流水Ｗの最高水位よりも下方に位置している点で第一実施形態と相違する。
このため、流水Ｗの水位によっては、第一凸部１６の上端が流水Ｗの水面から上方に位置する場合と、該流水Ｗ内に浸漬する場合がある。第一凸部１６の上端が流水Ｗの上面１５ａよりも上方に位置する場合には、実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００３３】
一方、第一凸部１６の上端が流水Ｗ内に浸漬する場合、主流Ｆ０から分岐した第一分流Ｆ１は、この第一凸部１６に衝突して上方に案内されることによって上昇流Ｆ３を形成する。また、同時に、第一分流Ｆ１が第一凸部１６の上端に接触することで剥離渦が生じる。すると、当該上昇流Ｆ３、剥離渦及び第一凸部１６を越えて下流側に流通する第一分流Ｆ１によって、渦防止部材１４の下流側のポンプ３０近接領域には、第二分流Ｆ２とは流れパターンの異なる流れが形成される。
即ち、水平板部１５の上方を流通する第一分流Ｆ１は第一凸部１６によって上方に案内されるため、水平板部１５の上方の第一分流Ｆ１に基づく水平板部１５の下流側の流れパターンは水平板部１５の下方の第二分流Ｆ２に基づく水平板部１５の下流側の流れパターンと異なるものとなる。
これによって、上層Ｓ１内にポンプ３０からの渦に連なる渦が生成され難くなるため、該渦が上層Ｓ１の表面まで連なることを抑制できる。その結果、上記同様、空気吸込渦の発生を効果的に抑制することができる。
【００３４】
次に本発明の第二実施形態について図５を参照して説明する。第二実施形態では第一実施形態と同様の構成要素には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
この第二実施形態では、渦防止部材１４が第二凸部１７をさらに有する点で第一実施形態と相違する。
【００３５】
第二凸部１７は、流路の幅方向にわたって水平板部１５の下面１５ｂから下方に突出するように設けられている。本実施形態の第二凸部１７は、水平板部１５の上面１５ａにおける下流側の端部から下方に向かって延在する板状をなしている。なお、第二凸部１７の下端と床板部１１とは上下方向に離間している。
【００３６】
このような第二実施形態では、主流Ｆ０から分岐して水平板部１５の下面１５ｂに沿って流通する第二分流Ｆ２は、この第二凸部１７に衝突して下方に案内されることによって下降流Ｆ４を形成する。同時に、第二分流Ｆ２が第二凸部１７の下端に接触することで剥離渦が生じる。すると、当該下降流Ｆ４、剥離渦及び第二凸部１７を越えて下流側に流通する第二分流Ｆ２によって、渦防止部材１４の下流側のポンプ３０近接領域には、上層Ｓ１とは異なる流れパターンが形成される。
【００３７】
即ち、水平板部１５の下方を流通する第二分流Ｆ２は第二凸部１７によって下方に案内されるため、水平板部１５の下方の第二分流Ｆ２に基づく水平板部１５の下流側の流れパターンは水平板部１５の上方かつ下流側の上層Ｓ１の流れパターンと異なるものとなる。
これによって、第一実施形態同様、上層Ｓ１内にポンプ３０からの渦に連なる渦が生成され難くなるため、該渦が上層Ｓ１の表面まで連なることを抑制できる。その結果、上記同様、空気吸込渦の発生を効果的に抑制することができる。
【００３８】
なお、第二実施形態の変形例として、例えば図６に示すように、第一凸部１６を第一実施形態と同様の構成にしてもよい。この場合も、上記同様、水平板部１５を境界とした上層Ｓ１及び下層Ｓ２の流れパターンを異なるものとすることができるため、空気吸込渦の発生を効果的に抑制することができる。
【００３９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば実施形態では、第一凸部１６及び第二凸部１７を水平板部１５の下流端に設けた例について説明したが、これら第一凸部１６及び第二凸部１７は、水平板部１５の上面１５ａ、下面１５ｂにおける任意の位置に設けることができる。この場合、第一凸部１６と第二凸部１７との流水Ｗの流通方向位置が異なっていてもよい。これによっても、実施形態同様、上層Ｓ１と下層Ｓ２とでの流れパターンを容易に異なるものとすることができる。
【００４０】
また、第一凸部１６及び第二凸部１７は上下方向に延在する板状に限定されることなく、例えば流水Ｗの流通方向に傾斜して配置されていてもよい。これによって、上層Ｓ１、下層Ｓ２に形成される流れパターンが互いにより異なるものとなるように調整することができる。
また、第一凸部１６及び第二凸部１７は、流通方向を含む縦断面形状が矩形状のみならず、半球状、三角形状等、種々の形状を採用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１０  槽本体
１１  床板部
１２  側板部
１３  端板部
１４  渦防止部材
１５  水平板部
１５ａ       上面
１５ｂ       下面
１６  第一凸部
１７  第二凸部
３０  ポンプ
１００       ポンプ吸水槽
Ｗ    流水
Ｆ０  主流
Ｆ１  第一分流
Ｆ２  第二分流
Ｆ３  上昇流
Ｆ４  下降流
Ｓ１  上層
Ｓ２  下層
【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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