(57)【要約】井戸（１２）から流体サンプルを採集するための機械式ブラダーポンプ（１０）が提供される。このポンプ（１０）は、縦長の内腔を有する管状の外側部材（１３）とこの外側部材の内腔内に配置された管状の内側部材（１４）とを含む。これら内側および外側部材（１３、１４）は、各下端部で、伸縮可能なブラダー（１１）に連結されており、互いの相対的上下動によりブラダーを伸縮させるように配置されている。ブラダー（１１）の下端部は流入口（２８）に連通しており、ブラダーの上端部は流出口（２９）に連通している。ポンプ動作時にブラダー（１１）を通る流体の流れを制御するために第１、第２の逆止弁（３０、３１）が設けられている。内側部材（１４）の伸長ストローク時にエネルギーを蓄積して収縮ストローク時に該エネルギーを解放する復帰ばね（４１）が使用される。このポンプは、高度な地下水の代表的サンプルを得られる。
2005534853.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対的に上下動するよう互いに配置された内側部材及び外側部材と、
前記内側部材に取り付けられた第１の端部及び前記外側部材に取り付けられた第２の端部を有するブラダーを有し、前記内側および外側部材の相対的上下運動によって動作するポンプ機構と、を含むことを特徴とする液体ポンピング装置。
【請求項２】
前記外側部材が管状部材であることを特徴とする請求項１記載の液体ポンピング装置。
【請求項３】
前記内側部材が、前記外側部材の内腔内に配置された管状部材であることを特徴とする請求項２記載の液体ポンピング装置。
【請求項４】
前記ブラダーの第１の端部は前記内側部材の下端に取り付けられ且つ前記ブラダーの第２の端部は前記外側部材の下端に取り付けられており、当該ブラダーは、前記内側および外側部材間の第１の方向の相対運動によって収縮し且つ前記内側および外側部材間の前記第１の方向とは反対の第２の方向の相対運動によって伸張するように配置されていることを特徴とする請求項１記載の液体ポンピング装置。
【請求項５】
前記ブラダーは、長さ方向の蛇腹部と、開口端部とを有することを特徴とする請求項４記載の液体ポンピング装置。
【請求項６】
前記ポンプ機構は、前記ブラダーの第１、第２の端部にそれぞれ連通した第１、第２の逆止弁を含み、該逆止弁は、液体が前記ブラダーの伸張によって当該ブラダーの一端から流入することを可能にする一方、液体が前記ブラダーの圧縮によって当該ブラダーの他端から流出することを特徴とする請求項５記載の液体ポンピング装置。
【請求項７】
前記外側部材の内腔内における前記内側部材の下降運動が前記ブラダーを収縮させ、前記外側部材の内腔内における前記内側部材の上昇運動が前記ブラダーを伸張させることを特徴とする請求項６記載の液体ポンピング装置。
【請求項８】
前記内側部材の伸長ストローク時にエネルギーを蓄積し、前記内側部材の収縮ストローク時に前記エネルギーを解放する復帰ばねを更に含むことを特徴とする請求項１記載の液体ポンピング装置。
【請求項９】
前記内側部材の少なくとも一部分が柔軟であることを特徴とする請求項８記載の液体ポンピング装置。
【請求項１０】
前記内側部材の少なくとも一部分が重合体材料で作られていることを特徴とする請求項８記載の液体ポンピング装置。
【請求項１１】
前記内側および外側部材が同軸の管状部材であることを特徴とする請求項１記載の液体ポンピング装置。
【請求項１２】
前記ブラダーは前記内側および外側部材と同軸であることを特徴とする請求項１１記載の液体ポンピング装置。
【請求項１３】
前記ポンプ機構は、液体の流入口及び流出口にそれぞれ連通した第１、第２の逆止弁を含み、該各逆止弁はチェック（逆止）ボールと該チェックボールの一方の側の弁座とを含むことを特徴とする請求項１記載の液体ポンプ装置。
【請求項１４】
井戸から液体サンプルを採集するための機械式ブラダーポンプであって、
縦長の内腔を有する管状の外側部材と、
前記外側部材に対し長手方向へ上下動可能なようにして前記外側部材の内腔内に配置された管状の内側部材と、
前記内側部材の下端部に連結された第１の端部及び前記外側部材の下端部に連結された第２の端部を有し、該第１、第２の端部の一方は流入口と連通し且つ他方は流出口と連通しているブラダーと、
前記流入口に配置され、前記ブラダーの伸長により前記流入口を通って液体が前記ブラダーに流入することを可能にする一方、前記ブラダーの収縮により前記流入口を通って液体が前記ブラダーから流出することを阻止する第１の逆止弁と、
前記流出口に配置され、前記ブラダーの伸張により前記流出口を通って液体が前記ブラダーに流入することを阻止する一方、前記ブラダーの収縮により前記流出口を通って液体が前記ブラダーから流出することを可能にする第２の逆止弁と、を含むことを特徴とする機械式ブラダーポンプ。
【請求項１５】
前記内側部材は、地表その他のポンプ操作個所から前記ブラダーへ機械的ポンプ動作の力を伝達する手段となることを特徴とする請求項１４記載の機械式ブラダーポンプ。
【請求項１６】
前記外側部材は、井戸内の所望の位置に当該ポンプを保持するための手段を持つことを特徴とする請求項１４記載の機械式ブラダーポンプ。
【請求項１７】
前記内側および外側部材が同軸になっていることを特徴とする請求項１４記載の機械式ブラダーポンプ。
【請求項１８】
前記ブラダーは、長さ方向に蛇腹部を持ち、長手方向に伸縮できるよう前記外側部材内に配置されていることを特徴とする請求項１４記載の機械式ブラダーポンプ。
【請求項１９】
前記各逆止弁は、チェック（逆止）ボールと、前記チェックボールの一方の側の弁座と、前記チェックボールの他方の側の突起と、を含むことを特徴とする請求項１４記載の機械式ブラダーポンプ。
【請求項２０】
前記ブラダーの第２の端部は前記ブラダーの下端部であって、下部ブラダーアダプタを介し前記外側部材の下端部に連結されており、該下部ブラダーアダプタの下端部に、前記第１の逆止弁のチェックボールが前記下部ブラダーアダプタに着座することを防止するための突起が設けられていることを特徴とする請求項１４記載の機械式ブラダーポンプ。
【請求項２１】
前記内側部材の伸長ストローク時にエネルギーを蓄積して該エネルギーを前記内側部材の収縮ストローク時に解放し、前記外側部材に対し前記内側部材を付勢するように配置された復帰ばねを更に含むことを特徴とする請求項１４記載の機械式ブラダーポンプ。
【請求項２２】
前記外側部材の内腔内に固定され、前記内側部材と同軸位置に前記復帰ばねを保持するための円形リップを下端部に有するばね保持具を更に含むことを特徴とする請求項２１記載の機械式ブラダーポンプ。
【請求項２３】
前記外側部材の内腔内に固定され、ポンプ動作時に前記復帰ばねの上端部が係止する垂直方向ストッパとなるばね保持具を更に含むことを特徴とする請求項２１記載の機械式ブラダーポンプ。
【請求項２４】
前記ブラダーの第１の端部は前記ブラダーの上端部であって、上部ブラダーアダプタを介し前記内側部材の下端部に連結されており、該上部ブラダーアダプタの上端面が前記復帰ばねの下端部のための支持面となることを特徴とする請求項２１記載の機械式ブラダーポンプ。
【請求項２５】
前記ブラダーの第１の端部は前記ブラダーの上端部であって、上部ブラダーアダプタを介し前記内側部材の下端部に連結されており、前記第２の逆止弁が、前記上部ブラダーアダプタに取り付けられたチェックボール保持具を含んでなり、該チェックボール保持具の下端部に、前記ブラダーの収縮時にチェックボールが前記流出口を閉鎖することを防止する突起を設けてあることを特徴とする請求項１４記載の機械式ブラダーポンプ。
【請求項２６】
前記ブラダーの第１の端部は前記ブラダーの上端部であって、ポンプ動作時に前記ブラダーを伸縮させる可動ピストンとして機能する上部ブラダーアダプタを介し、前記内側部材の下端部に連結されていることを特徴とする請求項１４記載の機械式ブラダーポンプ。
【請求項２７】
相対的に上下動するよう互いに配置された内側部材及び外側部材と、
前記内側および外側部材の上下運動によって動作するポンプ機構と、
前記内側部材の伸長ストローク時にエネルギーを蓄積して該エネルギーを前記内側部材の収縮ストローク時に解放する復帰ばねと、を含むことを特徴とする液体ポンピング装置。
【請求項２８】
前記内側部材の少なくとも一部分が柔軟であることを特徴とする請求項２７記載の液体ポンピング装置。
【請求項２９】
前記内側部材の少なくとも一部分が重合体材料で作られていることを特徴とする請求項２７記載の液体ポンピング装置。
【請求項３０】
井戸から液体サンプルを採集する方法であって、
長手方向へ相対的に上下動するよう互いに配置された内側部材及び外側部材と、前記内側部材に取り付けられた第１の端部及び前記外側部材に取り付けられた第２の端部を有するブラダーを含むポンプ機構と、を有するポンピング装置を用意するステップ、
井戸内に前記ポンピング装置を配置するステップ、
液体サンプルを前記ポンピング装置の出口までポンピングするように前記ポンプ機構へ機械的動力を供給するために前記外側部材に対し前記内側部材を上下動させるステップ、を含むことを特徴とする方法。
【請求項３１】
前記上下動させるステップは、前記ブラダーを伸長させるために前記内側部材を前記外側部材に対し上方へ引き上げる伸長ストロークと、前記ブラダーを収縮させるために前記内側部材を前記外側部材に対し下方へ押し下げる収縮ストロークと、を含んでおり、前記ポンピング装置が前記伸長ストローク時にエネルギーを蓄積して前記収縮ストローク時に前記エネルギーを解放する復帰ばねを含むことを特徴とする請求項３０記載の液体サンプルを採集する方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、２００２年７月３１日に出願された米国仮出願第６０／４００，３６４号の優先権を請求する。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、一般的には、一つの場所から他の場所へ液体をポンプアップするための装置に関し、特に、監視井戸から地下水サンプルを採取するための装置と方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
監視井戸やその他のサンプリング設備からの代表的地下水サンプルの採集は、２０年間以上に亘って、環境分野における多くの論争と研究の話題となっている。１９９０年代半ばになって初めて、米国環境保護局（「ＥＰＡ」）は、代表的な地下水サンプルを採取するための広く認知された方法論を確立している。この認知された方法論は、地下水サンプル採取のための“low-flow minimal-draw down”（低流量最小抜取）手順（ＥＰＡ１９９６）と呼ばれる。このサンプル採取方法論は、特にトリクロロエチレンまたはベンゼンといった揮発性の有機汚染物（ＶＯＣ）に関して採集されたサンプルの水質と化学的性質とに対する影響を最小限にするように立案された。水質と化学的性質は、サンプル採集のための温度上昇、過剰な振動あるいは真空（負圧）の使用によって容易に変化する。
【０００４】
環境調査のための地下水サンプル採集のためには、一般にガス駆動のブラダー（袋）ポンプ(bladder pump)が使用される。このようなポンプは、温度への影響が最小であり、サンプルの振動がほとんど発生せず、サンプル採取された媒体への負圧の誘発も最小である。
【０００５】
ガス駆動のブラダーポンプは代表的地下水サンプルの採集のために一般に使用されるが、既存のシステムには幾つかの制限がある。これらの制限のうちの二つは、サンプル収集を実施するために必要とされる装置の量とその費用とである。ガス駆動ブラダーポンプを動作させるためには一般に次の設備が必要である。
【０００６】
項目                                  見積り費用範囲
１）ブラダーポンプ                    ＄５００〜＄１２００
２）ポンプ制御装置                    ＄１２００〜＄１８００
３）ガス供給源
オイルレス空気圧縮機            ＄２５０〜＄７００
圧縮ガスシリンダー              １サンプル採集作業ごとに＄１０〜＄２０
４）圧縮機を動作させるための動力源
可搬型発電機（購入）            ＄３００〜＄７００
（レンタル）        １日当り＄５０〜＄１００
【０００７】
このガス駆動ブラダーポンプシステムでサンプル採集を実施するときは、当該設備のすべてを入れて運ぶためにトラックかバンが必要である。また、サンプル採集作業には１、２名の作業員が割り当てられる。このシステムによるサンプルの収集は、特に、ブラダーポンプが規制ガイドラインによって推奨されるような井戸用に専用となっている場合には、高価につく。専用ポンプを必要とする場所には５〜１０本の井戸が存在することが多い。１年間に地下水監視を必要とする場所は国中で文字通り数千箇所存在し、これらの場所の多くは、規制要件を満たすために３ヶ月ごとにサンプル採取しなくてはならない。
【０００８】
代表的地下水サンプルを採取するための規制要件のために、これらの目標を達成するための改善された方法と装置とに関する必要性が大きい。ガス駆動ブラダーポンプは、代表的地下水サンプル採集用の好適な装置であり、高品質のサンプルを得られるが、上述のように購入して運用するには費用負担が大きい。
【０００９】
したがって産業界には、より低コストで代表的地下水サンプルを収集するための改善された装置に対する要望が存在する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、従来技術の問題、欠点を克服する改善された液体ポンプアップ装置および方法を提供することを目的とする。
【００１１】
あるいは、水質が変化せず、混濁度が低く、揮発汚染物の損失が無視可能であるようにサンプルの擾乱を最小限にして液体サンプルを採集するために効果的に使用できる、監視井戸から液体サンプルを採集するための改善された機械式ブラダーポンプおよび方法を提供することを目的とする。
【００１２】
さらには、ポンプ制御装置、空気圧縮機、この圧縮機を駆動するための動力源、特殊な継手、低流速地下水サンプル採取用ポンプを接続して動作させるための圧力ホース、を必要としないブラダーポンプを提供することを目的とする。
【００１３】
あるいはまた、比較的小さな動力源で動作でき、可搬性が高く移動性に優れ、製造、保守、運用のコストが安く、稼動寿命が長く、“low-flow minimal-draw down”方法を使用した環境的サンプル採取のための流量要件を満たすか上回るブラダーポンプ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】
【００１４】
本発明によれば、上記およびその他の目的を達成するために、井戸から液体サンプルを採集するための機械式ブラダーポンプが提供される。このポンプは、縦長の内腔を有する管状の外側部材と、この外側部材の内腔内に配置され、外側部材に対し長手方向に上下動する管状の内側部材と、この内側部材の下端部に連結された第１の端部及び外側部材の下端部に連結された第２の端部を有するブラダーと、を含んでいる。当該ブラダーの第１、第２の端部の一方は液体の流入口に連通し、且つブラダーの第１、第２の端部の他方は液体の流出口と連通している。
【００１５】
流入口には、ブラダーの伸張により流入口を通って液体がブラダーに流入することを可能にする一方、ブラダーの収縮により流入口を通って液体がブラダーから流出することを阻止するための第１の逆止弁が配置される。また、流出口には、ブラダーの伸張により流出口を通って液体がブラダーに流入することを阻止する一方、ブラダーの収縮により流出口を通って液体がブラダーから流出することを可能にするための第２の逆止弁が配置される。さらに、内側部材の伸長ストローク時にエネルギーを蓄積して内側部材の収縮ストローク時にそのエネルギーを解放する復帰ばねが設けられる。
【００１６】
本発明の他の態様によれば、相対的に上下動するよう互いに配置された内側部材及び外側部材と、これら内側および外側部材の相対的上下運動によって動作するポンプ機構とを含む液体ポンピング装置が提供される。このポンプ機構は、内側部材に取り付けられた第１の端部と外側部材に取り付けられた第２の端部とを有するブラダーを含むことができる。
【００１７】
本発明のさらに他の態様によれば、相対的に上下動するよう互いに配置された内側部材及び外側部材と、これら内側および外側部材の相対的上下運動によって動作するポンプ機構と、内側部材の伸長ストローク時にエネルギーを蓄積して内側部材の収縮ストローク時にエネルギーを解放する復帰ばねと、を含む液体ポンプ装置が提供される。
【発明の効果】
【００１８】
監視井戸から環境的水質サンプルを採集するための商業的に利用可能なポンプと比較した本発明の機械式ブラダーポンプの主要な利点を以下にまとめる。
【００１９】
運用のコスト：本発明の機械式ブラダーポンプは、ポンプ制御装置、空気圧縮機、その圧縮機を動作させる電源、特殊な継手、ポンプシステムを接続して動作させるための圧力ホース、を必要としないので、運用コストの実質的な節約を図れる。
【００２０】
電源：本発明の機械式ブラダーポンプは、手動、あるいは機械の補助または小型で比較的低価格の電動機によって操作可能である。電動機駆動バージョンを動作させるために必要な電力は、例えば標準の自動車バッテリーからの供給等で十分である。
【００２１】
可搬性：本発明の機械式ブラダーポンプは、現場で操作するためのポンプ制御装置や空気圧縮機、発電機を必要としないので、当該システムは、井戸のサンプル採集を実施する現場使用のために極めて可搬性と移動性に優れている。
【００２２】
ポンプのコスト：本発明のポンプのコストは、利用可能なガス駆動ブラダーポンプと同等以下にし得る。
【００２３】
サンプル品質：本発明の機械式ブラダーポンプは、サンプルを激しく揺り動かしたり加熱したりせず、サンプルに過度の負圧を与えず、ポンプを通る流速と流速変化を最小にする。したがってそのサンプル品質は、環境的水質サンプル採集の目的に関して歯車ポンプ、羽根車ポンプ、蠕動ポンプおよび真空ポンプのサンプル品質を超えるはずである。そのサンプル品質は、“low-flow minimal-draw down”サンプル採集の手順に適切にしたがって運用された場合には、ガス駆動ブラダーポンプから得られるサンプル品質と少なくとも同様のはずである。
【００２４】
流量：本発明の機械式ブラダーポンプによって達成される流量は、より高価な装置の流量よりも低い可能性がある。しかしながら本発明の機械式ブラダーポンプは、“low-flow minimal-draw down”方法を使用する環境サンプル採集に関する流量要件を満たすか、上回ることができる。流量は、ポンプの大きさとポンプが動作するサイクル振動数とに依存して１００ｍｌ／ｍｉｎ未満から毎分１リットル以上にまで変化し得る。最大流量は、環境的サンプル採集活動におけるすべての現在の実施に関する要件を超え得る。以下に示す本発明の好適な実施形態は地下水サンプル採集活動のために開発されたものであるが、開示されたポンプよりも更に大きな形態であれば、給水井戸あるいは産業的ポンピングへの応用で使用可能である。
【００２５】
ポンプ性能／リフト容量：本発明の機械式ブラダーポンプは、より複雑で高価な歯車ポンプや羽根車ポンプのリフト容量には達しない可能性がある。しかしながら同様な大きさの商業的に利用可能なガス駆動ブラダーポンプと同等以上のリフト容量を得ることができる。
【００２６】
ポンプ性能／耐久性：その単純な構成と少ない可動部品数とによって本発明のポンプは、耐久性があり、監視井戸における長期間の設置と運用とが可能である。
【００２７】
保守の容易性：少ない部品点数、組立・分解の容易性により、現場での装置の保守は、比較的迅速、容易にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明を実施するために適した態様の一つの例示として好適な実施形態を図示し説明した以下の記述から、当業者であれば本発明の上記の他の多数の目的が明らかになるであろう。当然の事ながら本発明は、他の種々の実施形態も可能であり、その各種の細部は、本発明から逸脱せずに種々の明らかな態様に修正可能である。したがって、図面及びこれに基づく説明は、事実上例示的なものであって限定的なものではないと解釈すべきである。
【００２９】
本発明は、以下の付属図面を参照した説明によって、さらに明らかに開示されるであろう。
【００３０】
本発明の好適な実施形態による機械式ブラダーポンプ１０について、図１〜図５を参照して説明する。
【００３１】
本発明の機械式ブラダーポンプ１０は、伸縮可能なブラダー１１を使用するポンピング装置で、ブラダー１１の収縮と伸長とを交互に行うことによって一方から他方へ水その他の液体をポンピングする。ポンプ１０による液体の流量は、ブラダー１１の収縮・伸張の速度と量とによって制御できる。ブラダーポンプ１０は、監視井戸１２などから地下水サンプルを採集するために特に適している。適切に操作されるとポンプ１０は、水の化学的特性や水質について、もしあるとしても最小の擾乱で地下水の代表的サンプルを得ることができる。
【００３２】
このポンプ１０は、縦長の内腔を有する管状の外側部材１３と、この外側部材１３の内腔内に同軸配置された管状の内側部材１４とを含む。内側および外側部材１３、１４は、好適には、部品を取り付けるためのねじその他の適当な手段をいずれの端部にも有し、金属、プラスチック、重合体（ポリマー）またはその他の適当に硬い材料で作られた長い円筒形の部品である。これら内側および外側部材１３、１４は、井戸１２内に配置され、外側部材１３に対し内側部材１４を上下動させられるように設置される。内側部材１４は、地表１５の上やその他のポンプ１０操作個所から機械的動力をポンプ１０に供給するための動力伝達手段となる。外側部材１３は、好適には、ポンプ本体１６を含む下方部分と、井戸１２内の所望の位置にポンプ本体１６を保持するための円筒管１７を含む上方部分と、の二つの部分を備えている。
【００３３】
ポンプ機構１８は、外側部材１３内でその下端付近に設けられる。ポンプ機構１８は、長さ方向（軸方向）に沿った蛇腹部１９と、取付けを容易にするため両端に設けられた滑らかなカフス（袖口）部２０、２１とを有するプラスチック、重合体、ゴム、または類似の材料で形成されたブラダー１１を含む。蛇腹部１９は、ブラダーの長さ方向に間隔を置いて配置された尾根と溝とからなる一連の同軸の折り畳み構造であるか、または、円筒形または円錐形の螺旋の形に、あるいは外側部材１３によって画定された閉空間内でブラダーの収縮・伸長を可能にする他の適当な構造の形に形成された尾根と溝とであり得る。ブラダー１１は、その両端で開口しており、長手方向に伸縮できる。本発明では、外側部材１３によって確定される空間内に配置された柔軟なゴム嚢その他の気球（バルーン）型の部材といった他のタイプのブラダーも使用可能である。
【００３４】
本発明におけるブラダーの使用は、ポンプの動作時の真空と圧力変化を緩衝または緩和するという理由で重要である。このブラダーは、サンプルの水質を変える恐れのある乱流を最小にし、また水サンプルを汚染する恐れのあるポンプ内可動部分との接触を最小にする。水のサンプルは、逆止弁及び内部配管に接触するだけであり、従来の非ブラダータイプのポンプに置けるようなピストンシールなどには接触しない。これによってブラダーは、水の化学的性質や水質の擾乱を最小にして地下水の代表的サンプルの採集を可能にする。
【００３５】
ブラダーの上端カフス部２１は、上部ブラダーアダプタ２３を介して内側部材１４の下端部２２に連結される。この上部ブラダーアダプタ２３は、ブラダー１１の上端部分のカフス部２１へ取付け可能にする竹の子部２４またはその他の構造を持っている。そして、上部ブラダーアダプタ２３は、内管連結具２５を使用して内側部材１４に連結される。この内管連結具２５は、好適には、上部ブラダーアダプタ２３及び内側部材１４の各端部に取り付けるため両端部にねじその他の適当な手段を備えている。
【００３６】
ブラダー１１の下端カフス部２０は、下部ブラダーアダプタ２６によって外側部材１３の下端部に連結される。下部ブラダーアダプタ２６は、ブラダー１１の下端部分のカフス部２０へ取付け可能にする竹の子部２７またはその他の構造を持っている。
【００３７】
ブラダー１１は、内側部材１４が外側部材１３の内腔内で下方に動く、両部材１３、１４間の第１の方向の相対運動によって収縮させられる。また、ブラダー１１は、内側部材１４が外側部材１４の内腔内で上方に動く、両部材１３、１４間の第２の方向の相対運動によって伸張させられる。
【００３８】
ブラダー１１の下端カフス部２０は、流入口２８と液体的に通じており、ブラダー１１の上端カフス部２１は流出口２９と液体的に通じている。上部ブラダーアダプタ２３は、ポンプ１０の動作時にブラダー１１を伸縮させる可動ピストンまたはアクチュエータとして機能する。内側および外側部材１３、１４の上下相対運動は、ポンピングに関してブラダー１１を伸縮させるために使用される。
【００３９】
第１、第２の逆止弁３０、３１は、それぞれ流入口２８、流出口２９に配置される。逆止弁３０、３１は、ブラダー１１の伸張によって液体をブラダー１１の下端カフス部２０から流入させ、また、ブラダー１１の収縮によって液体をブラダー１１の上端カフス部２１から流出させるように配置される。
【００４０】
第１の逆止弁３０は、ブラダー１１の伸張によって液体が流入口２８を通ってブラダー１１に流入することを可能にする一方、ブラダー１１の収縮によって液体がブラダー１１から流入口２８を通って流出することを阻止するために、流入口２８内に配置される。この第１の逆止弁３０は、下部ブラダーアダプタ２６に連結された流入側チェック（逆止）ボールハウジング３２を含む。第１のチェックボール３３は、流入側チェックボールハウジング３２に画定されたバルブシート（弁座）３４と下部ブラダーアダプタ２６の下端部３６の突起３５との間の空間内に配置される。第１のチェックボール３３は、バルブシート３４上に着座する閉位置と、バルブシート３４から離れて突起３５に当接し得る開位置との間で動くことができる。下部ブラダーアダプタ２６の突起３５は、ブラダー１１の伸張時に、第１の逆止弁３０の第１のチェックボール３３が下部ブラダーアダプタ２６に着座して流入口を閉鎖してしまうことを防止している。この突起３５は例えば、下部ブラダーアダプタ２６の下端面から突き出た突起構造またはタブ構造、あるいはアダプタ２６の下端部に一つ以上のスロットが切欠加工された後に残る下部ブラダーアダプタ２６の一部分であり得る。
【００４１】
第２の逆止弁３１は、ブラダー１１の伸張によって液体が流出口２９を通ってブラダーに戻ることを阻止する一方、ブラダー１１の収縮によって液体がブラダーから流出口２９を通って流出することを可能にするために、流出口２９内に配置される。この第２の逆止弁３１は、上部ブラダーアダプタ２３の上端部と内管連結具２５の下端部との間に取り付けられたチェックボール保持具３７を含む。第２のチェックボール３８は、上部ブラダーアダプタ２３のバルブシート３９とチェックボール保持具３７の下端部の少なくとも一つの突起４０との間の空間内に配置される。第２のチェックボール３３は、バルブシート３９上に着座する閉位置と、バルブシート３９から離れて突起４０に当接し得る開位置との間で動くことができる。チェックボール保持具３７の下端部の突起４０は、ブラダー１１の収縮時に、第２のチェックボール３８が流出口２９を閉鎖してしまうことを防止している。この突起４０は例えば、チェックボール保持具３７の下端面から突き出た突起構造またはタブ構造、あるいは保持具３７の下端部に一つ以上のスロットが切欠加工された後に残る保持具３７の一部分であり得る。
【００４２】
外側部材１３に対して下方に内側部材１４を付勢するめ、ポンプ１０内に、復帰ばね４１が配置される。この復帰ばね４１は好ましくは、ポンプ１０の動作時にブラダー１１の収縮を助ける金属その他適当な材料で作られた伸張ばねである。所望のばね率またはストローク長を与えるために必要に応じて追加の復帰ばねを使用することもできる。
【００４３】
内側部材１４が伸長ストロークで上方に動くと、復帰ばね４１は圧縮され、したがってエネルギーを蓄積する。内側部材１４の引っ張りが解放されると、復帰ばね４１はその蓄積エネルギーを解放して伸長する。この復帰ばね４１の伸張がブラダー１１の上端部を下方に押圧してブラダー１１を収縮させると共に、当該収縮ストロークで内側部材１４を下方に押し下げる。このようにして復帰ばね４１は、ポンプ機構の動作時に内側部材１４の上端部から加えるべき下向き（すなわち圧縮）の力の量を実質的に低減または除去する。
【００４４】
復帰ばね４１は特に、柔軟な内側部材１４（例えば収縮時よりも伸張時に実質的により大きな力を伝達し得る重合体の配管、ワイヤまたはケーブルといった部材）が使用されるときに、ポンプ１０がより高い流量を達成することを可能にし、より深い作業深度での使用を可能にするという理由で、本発明の重要な特徴を与える。
【００４５】
ポンプ１０の動作時に復帰ばね４１を適所に保持するため、外側部材１３の内腔内に、ばね保持具４２が固定されている。このばね保持具４２は、ばね４１の上端部を係止させる上部垂直方向ストッパとなる。ばね保持具４２は、ばね４１の位置合わせ不良とポンプ１０の誤動作とを防止するために、ばね４１を内側部材１４に関して同軸位置に保持する補助となる円形リップ４３を、その下端面に備えている。代替の実施形態では、外側部材１３にばね保持具４２と同等の機能を持たせるべく、その端部を巻き込みあるいはカールさせることで縮小直径部分を内壁に形成する。上部ブラダーアダプタ２３の上端面は、ばね４１の下端部のためのシート（支持面）４４を用意する。
【００４６】
潜在的に有害な粒子がポンプに入るのを防止するために取入口フィルタ４５を設けることができる。この取入口フィルタ４５は、図５に示すような円筒形の金属スクリーンであってもよく、あるいはその他の形状や、サンプル採取された液体に対して透過性多孔質であるその他の材料で形成することもできる。取入口フィルタ４５は、流入口２８から延長してポンプ１０の下端部に取り付けることができる。
【００４７】
本発明の機械式ブラダーポンプの好適な実施形態の構造は、上述のとおりである。以下、当該ポンプの動作を説明する。
【００４８】
機械式ブラダーポンプ１０は、内管連結具２５がポンプ本体１６の上方に延びるように部分的に組み立てられる。そして、ポンプ１０を所望の深さに挿入するのに十分な長さを持つ内側部材１４と外側部材１３の円筒管部１７とが準備される。内側部材１４は、外側部材１３の円筒管部１７より長くする。内側および外側部材１３、１４は、摩擦を最小にするために二つの管の間に十分な環状空間を持つサイズに作られる。これらの部材１３、１４の一方または両方は、ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）ＦＥＰまたはＫＹＮＡＲ（登録商標）といった摩擦低減材料で形成できる。内側部材１４は内管連結具２５に取り付けられ、外側部材１３の円筒管部１７はポンプ本体１６上端部に螺着されるか、あるいは接着または嵌着される。それからポンプと配管は、井戸１２その他の液体貯槽内に所望の深さまで降ろされる。外側部材１３は地表１５の適所に固定されるが、内側部材１４はポンプ１０を動作させるために上下動可能とされる。
【００４９】
内側部材１４が外側部材１３から上方（または外方）に引き上げられると、ブラダー１１が伸長し、液体はポンプ流入口２８から引き込まれてブラダー１１内に流入する。復帰ばね４１は、この内側部材１４の伸長ストローク時に圧縮されてエネルギーを蓄積する。また、この伸長ストローク時に上部チェックボール３８は着座する一方、下部チェックボール３３は開いて液体の流入を可能にする。
【００５０】
次に内側部材１４は、地表１５から外側部材１３内に押し下げられる（あるいは押し込まれる）。内側部材１４がこの収縮ストロークで押し込まれるのに伴い、復帰ばね４１が伸張してそのエネルギーを解放し、内側部材１４の引き下げ動作とポンプブラダー１１の収縮動作の両方を補佐する。ブラダー１１の収縮が始まると、下部逆止弁３０が閉じてポンプからの液体流出を防止し、且つ上部逆止弁３１が開く。収縮ストローク時にブラダー１１が収縮されるのに伴い、液体は内側部材１４内を上方へ流動する。そして、内側部材１４を外側部材１３に対して繰り返し引き出し押し込める（上下動させる）ことによって、液体はサンプルとしての採集あるいはその他の用途のために地表までポンピングされて内側部材１４の端部から流れ出る。
【００５１】
上述の好適な実施形態でポンプ１０は、外側部材１３に対する内側部材１４の上下運動によって操作される。このようにポンプ１０を動作させるためには、内側部材１４を適所に固定して外側部材１３を上下動させることも可能である。しかしながら地下水の環境的サンプル採集に関しては、外側部材の動作がサンプル採集される地下水を流動させてしまい、サンプル品質を低下させ、それによって揮発成分の損失を引き起こし、懸濁粒子（混濁度）を増加させる可能性がある。
【００５２】
修正された実施形態では、内側部材１４を、中心軸に配置した中実のロッド、ワイヤあるいは柔軟なケーブル（図示せず）の内側部材に置き換えて、液体の流れをこの中実で中心軸配置のロッド、ワイヤあるいは柔軟なケーブルと外側配管との間の環状空間に向けることによっても、ポンピング動作を達成できる。
【００５３】
他の実施形態では、装置からブラダー１１を取り除いて、上部ブラダーアダプタ２３を液体通路と逆止弁とを有するピストン（図示せず）で置き換えることによっても、ポンピング動作を達成できる。この場合、内側部材１４を使用して当該ピストンを上下動させると、交互に、上昇ストロークで下部逆止弁３０を通し水が引き入れられ、下降ストロークで逆止弁を通し水が可動ピストン内に放出される。ブラダーをピストンに置き換えることは、ある条件下では好適なポンプの構造であり得る。当該条件は、ポンピングされる液体がブラダーの材料と合わない場合の状況を含み得るが、ただしこれに限定されることはない。地下水のサンプル採集の一般目的のためにブラダーは、それが装置を単純化し、サンプル採集される液体に対する負圧の最小化を可能にし、また地下水サンプル採集のために密閉システムを保証するという理由から好適な実施形態である。
【００５４】
他の実施形態では、第１、第２の逆止弁３０、３１のチェックボールを重力に頼らず着座させておくために、ばねまたは磁石を使用できる。この実施形態は、水平およびその他の応用例でのポンプの使用を可能とする。
【００５５】
他の実施形態では、ブラダー１１を伸縮させるために必要とされる内側部材１４の上下運動の動力源として機械式または電気式装置を使用できる。これは、制御且つ予測可能なポンピング速度の達成を可能にする。
【００５６】
好適な実施形態における復帰ばね４１は金属コイルを有する伸張ばねであるが、本発明では他のタイプのばねも使用可能である。例えばガス駆動ばね、または圧搾空気ばねも使用可能である。、また代替として、復帰ばねとして機能するようにしたばねをブラダーの側壁に形成することもできる。
【００５７】
他の実施形態では、引っ張りばね（図示せず）を上部ブラダーアダプタ２３と下部ブラダーアダプタ２６との間のブラダー１１の内部に配置するか、ブラダー１１に組み込むこともできる。ブラダー１１内のこのような引っ張りばねは、その上端部をブラダーの上端部または上部ブラダーアダプタ２３に連結し、その下端部をブラダーの下端部または下部ブラダーアダプタに連結する。ブラダー内の引っ張りばねは、前述の復帰ばね４１の代替手段となるであろうし、またポンプ１０の動作時にブラダー１１の収縮を助けるように機能する。
【００５８】
以下は、監視井戸から環境的水質サンプルを採集するための商業的に利用可能なポンプと比較した、本発明の機械式ブラダーポンプの主要な利点をまとめたものである。
【００５９】
運用のコスト：本発明の機械式ブラダーポンプは、ポンプ制御装置、空気圧縮機、その圧縮機を動作させる電源、特殊な継手、ポンプシステムを接続して動作させるための圧力ホース、を必要としないので、運用コストの実質的な節約を図れる。
【００６０】
電源：本発明の機械式ブラダーポンプは、手動、あるいは機械の補助または小型で比較的低価格の電動機によって操作可能である。電動機駆動バージョンを動作させるために必要な電力は、例えば標準の自動車バッテリーからの供給で間に合う。
【００６１】
可搬性：本発明の機械式ブラダーポンプは、現場で操作するためのポンプ制御装置や空気圧縮機や発電機を必要としないので、当該システムは井戸のサンプル採集を実施する現場使用のために極めて可搬性と移動性に優れている。
【００６２】
ポンプのコスト：ポンプ１０のコストは、利用可能なガス駆動ブラダーポンプと同等以下となり得る。
【００６３】
サンプル品質：本発明の機械式ブラダーポンプは、サンプルを激しく揺り動かしたり加熱したりせず、サンプルに過度の負圧を与えず、ポンプを通る流速と流速変化を最小にする。したがってそのサンプル品質は、環境的水質サンプル採集の目的に関して歯車ポンプ、羽根車ポンプ、蠕動ポンプおよび真空ポンプのサンプル品質を超えるはずである。そのサンプル品質は、“low-flow minimal-draw down”サンプル採集の手順に適切にしたがって運用された場合には、ガス駆動ブラダーポンプから得られるサンプル品質と少なくとも同様のはずである。
【００６４】
流量：本発明の機械式ブラダーポンプによって達成される流量は、より高価な装置の流量よりも低い可能性がある。しかしながら本発明の機械式ブラダーポンプは、“low-flow minimal-draw down”方法を使用する環境サンプル採集に関する流量要件を満たすか、上回ることができる。流量は、ポンプの大きさとポンプが動作するサイクル振動数とに依存して１００ｍｌ／ｍｉｎ未満から毎分１リットル以上にまで変化し得る。最大流量は、環境的サンプル採集活動におけるすべての現在の実施に関する要件を超え得る。本発明の好適な実施形態は地下水サンプル採集活動のために開発されたのであるが、開示されたポンプよりも更に大きな形態とすれば、給水井戸あるいは産業的ポンピングへの応用で使用可能である。
【００６５】
ポンプ性能／リフト容量：本発明の機械式ブラダーポンプは、より複雑で高価な歯車ポンプや羽根車ポンプのリフト容量には達しない可能性がある。しかしながら同様な大きさの商業的に利用可能なガス駆動ブラダーポンプと同等以上のリフト容量を得ることができる。
【００６６】
ポンプ性能／耐久性：その単純な構成と少ない可動部品数とによって本発明のポンプは、耐久性が高く、監視井戸における長期間の設置と運用とが可能であろう。
【００６７】
保守の容易性：少ない部品点数、組立・分解の容易性により、現場での装置の保守は、比較的迅速、容易にできる。
【００６８】
特定の実施形態に関連して本発明を詳細に説明したが、これは例示のためであって限定のためではなく、特許請求の範囲がこれに限定されるわけではない。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】監視地点の井戸内に配置された本発明に係る機械式ブラダーポンプの外観図。
【図２】本発明に係る機械式ブラダーポンプの断面図。
【図３】本発明に係る機械式ブラダーポンプについて、ブラダーが伸長し、内管が上昇ストロークの上死点近くにある状態で示した断面図。
【図４】本発明に係る機械式ブラダーポンプについて、ブラダーが収縮し、内管が下降ストロークの下死点近くにある状態で示した断面図。
【図５】本発明に係る機械式ブラダーポンプの分解斜視図。
【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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【国際調査報告】
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