(57)【要約】【課題】深層水汲み上げシステムの設置を可能にし、環境の制約を受けにくく、可動部分を持たず、メンテナンスフリーまたはメンテナンスの容易であり、流体ジェットポンプの駆動数の切替えにより流量を段階的に広範囲に可変可能であり、エネルギー効率が高く、ウォーターハンマー作用に対する保護機能を持ち、高揚程が確保できる、設置施工性の良い流体ジェットポンプまたは流体ジェットポンプシステムを提供することを目的とする。【解決手段】個々に動作可能な同種または異種の流体駆動ノズルを持つ流体ジェットポンプユニットを適数と、ＷＨＰユニットとを一つの筐体に複合させることにより吐出流量を制御することが可能であり、またウォーターハンマーに対して保護機能を付与することによって、メインテナンスフリーで吐出流量を可変可能である新規な高機能流体ジェットポンプを実現したものである。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単数または複数の逆流防止弁をもつ流体ジェットポンプユニットと、単数または複数のウォーターハンマープロテクションユニットと、これらを収容する円筒状の大型ポンプ筐体と、単数または複数の駆動流体分配器とを含む高機能流体ジェットポンプ。
【請求項２】
流体ジェットポンプユニットがボール弁またはフラップ弁による逆流防止弁と、ベンチュリー構造体をもつポンプ筐体部と、単数の流体駆動ノズル部または駆動流体分配器をもつ複数の流体駆動ノズル部とを含む請求項１に記載の高機能流体ジェットポンプ。
【請求項３】
ウォーターハンマープロテクションユニットがパイプ構造の筐体と、該筐体に取付けた逆流防止弁とを含む請求項１または請求項２に記載の高機能流体ジェットポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高機能流体ジェットポンプに関する。より詳しくは、逆流防止弁を組込んだ流体ジェットポンプユニットと、ウォーターハンマープロテクション（以下、ＷＨＰと記す）ユニットとからなる、ポンプ能力可変機能と、取水管保護機能とをもつ流体ジェットポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
「ジェットポンプ」に関して、特開平０７−２５９８００号（以下、特許文献１という）に、「吸込管路と排出管路の接合部に膨出部を構成し、該膨出部の内部に前記排出管路側に向けられ、且つ先端が該排出管路の略内周面に位置する適数のジェットノズルを設けることにより達成される。」の記載がある。
また、「高圧ポンプ１１の揚水管路１２から分岐されたジェット管路１２ｂが連結される連結口、９は該連結口８と前記高圧水供給路７、７、７を連通する前記流水路１ｃの外周に形成された環状水路である。」の記載がある。
【０００３】
「深層水取水装置」に関して、特開２００２−１３８５２０号（以下、特許文献２という
）に、「本発明の深層水の取水装置は、揚水ポンプと、深層水の取水口から揚水ポンプの吸水口に連通する取水パイプと、一端が揚水ポンプの吐出口に連通する吐出パイプと、から構成する深層水の取水装置において、取水パイプの途中にエゼクタポンプを設け、揚水ポンプの吐出口或いは吐出パイプの途中から、エゼクタポンプのノズルに連通する循環パイプを設けたことを特徴とする」の記載がある。
それから、「エゼクタポンプ２０は、筒状の筒体２１とノズル２２とから構成する。」の記載がある。
【０００４】
また、特願２００３−２６７１０号（以下、特許文献３という）に、「流体ジェットポンプ筐体１２はベンチュリー構造を提供する、駆動流体送水管２０ａ、２０ｂは駆動流体をポンプ部へ供給する、高圧ホースジョイント２１ａ、２１ｂは駆動流体送水管２０ａ、２０ｂと駆動流体分配器２２ａ、２２ｂとを接続する、駆動流体分配器２２ａ、２２ｂは接続配管２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆを介して、流体駆動ノズル２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ、２５ｆのノズルジョイント２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ、２４ｆと接続されて駆動流体を分配し送水する、流体駆動ノズル２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ、２５ｆは、ベルマウス４２に臨んで流線４７のジェット流か４８流線のジェット流を噴射するかまたは同時に流線４７のジェット流と流線４８のジェット流を噴射する、ジェット流はスロートを進んで負圧を発生し多量の水塊を吸引連行して後、ディフューザー４４に於いて減速膨張して大流量となって吐出口４１から流出する。」（特許文献２の発明を実施するための最良の形態の第００２７段落）の記載がある。
【０００５】
【特許文献１】特開１９９５−２５９８００号公報
【特許文献２】特開２００２−１３８５２０号公報
【特許文献３】特願２００４−２７９４４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１には、流体ジェットポンプの使用中にポンプ能力の切替えが出来ない、ノズル閉塞時に遠隔操作による代替ユニットの切替え操作が不可能であるなどの問題点があり、問題解決がなされていない。
また、特許文献２には、エゼクターポンプの特性から必ず渦巻ポンプ等とセットで循環系を構成することが必要で単独に稼働できないこと、またエゼクターポンプは補助ポンプであり高揚程の確保が難しいなどの問題点がある。
さらに、特許文献３には、単一の流体ジェットポンプ筐体に複数ジェットノズルを装着する構成となっており、吐出圧を一定に保持しつつ流量を可変する性能の向上を図りたい。
【０００７】
本発明は、従来の流体ジェットポンプの受ける制約を解消し、広範囲な設置条件の場所に深層水汲み上げシステムの設置を可能にし、環境の制約を受けにくく、可動部分を持たず、メンテナンスフリーまたはメンテナンスの容易であり、流体ジェットポンプの駆動数の切替えにより流量を段階的に広範囲に可変可能であり、エネルギー効率が高く、ウォーターハンマー作用に対する保護機能を持ち、高揚程が確保できる、設置施工性の良い流体ジェットポンプまたは流体ジェットポンプシステム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】
本願発明者は、鋭意研究の結果、個々に動作可能な同種または異種の流体駆動ノズルを持つ流体ジェットポンプユニットを適数と、ＷＨＰユニットとを一つの筐体に複合させることにより吐出流量を制御することが可能であり、またウォーターハンマーに対して保護機能を付与することにより該発明を完成し、上記課題を解決した。
すなわち、本発明は、流体駆動ノズル部とベンチュリー部と逆流防止弁を含む小型の流体ジェットポンプユニット適数と、ＷＨＰユニットと、全体を収容するポンプ筐体部とを主とする構成からなる高機能流体ジェットポンプとし、制御されたジェット流の作用機構によって、メインテナンスフリーで吐出流量を可変可能である新規な高機能流体ジェットポンプを実現したものである。
【０００９】
本発明は前記課題を解決するために次のように構成される。
本発明にいうポンプ筐体部とは、ジェットポンプ作用を具現する筐体であって、取水管と、揚水管と駆動流体送水管とを取付ける装着部を持つものをいう。
本発明にいう流体駆動ノズル部とは、流体駆動ノズルとポンプ筐体部に装着するための穴あき装着プレートと、配管接続ネジを持つ構造の部品をいう。
本発明にいうベルマウスとは、ジェットノズルが開口部に臨んで駆動ジェット流を噴射する、その受口で連行流をスムーズに取込むための形状である。
【００１０】
本発明にいうスロートとは、細い筒状の部分で内部を駆動ジェット流が進行するに伴い大きな負圧を発生し、その効果により水塊を連行する部分のことをいう。
本発明にいうディフューザーとは、駆動ジェット流が連行する水塊の減圧膨張部のことをいう。
本発明にいう駆動流体分配器とは、駆動流体送水管からの駆動水を複数のジェットノズル部に等圧分配する部品のことをいう。
【００１１】
本発明にいうヒンジ部とは、フラップ弁と取付側の双方に設けられた突起を相互に嵌合させて固定する軸ピンと、弁を閉じさせるための弾性体（コイルバネ、板バネ、ゴム状押さえ等）により構成される部分をいう。
本発明にいう流体ジェットポンプユニットとは、筐体に複数本を収容可能な外径に製作された、流体ジェットポンプの構成要素である。
本発明にいうＷＨＰユニットとは、流体ジェットポンプの吸水口から吐出方向への流水は自由に流過させ、逆方向には阻止する弁構造を有する逆流防止弁であり、長大管路によって発生するウォーターハンマー現象を回避または抑制する為に設けられ、弁構造としては回転型が流路の有効断面を大きくとれるので適しているが、チルチング型、ボール型、スイング型などの弁構造によっても逆流防止弁を構成することが可能である。
【００１２】
本発明の高機能流体ジェットポンプは、単数または複数の逆流防止弁をもつ流体ジェットポンプユニットと、単数または複数のウォーターハンマープロテクションユニットと、これらを収容する円筒状の大型ポンプ筐体と、単数または複数の駆動流体分配器とを含む。
また、本発明の高機能流体ジェットポンプは、流体ジェットポンプユニットがボール弁またはフラップ弁による逆流防止弁と、ベンチュリー構造体をもつポンプ筐体部と、単数の流体駆動ノズル部または駆動流体分配器をもつ複数の流体駆動ノズル部とを主構成とするものも含まれる。
さらに、本発明の高機能流体ジェットポンプは、ウォーターハンマープロテクションユニットがパイプ構造の筐体と、該筐体に取付けた逆流防止弁とを主構成とするものも含まれる。
【００１３】
本発明の流体ジェットポンプユニットは、流体駆動ノズルからなる流体駆動ノズル部を含む。本発明の流体ジェットポンプユニットは、流体駆動ノズル吐出部の前方にスロートを有するポンプ筐体部を含む。
本発明の流体ジェットポンプユニットは、ポンプ筐体部と、流体駆動ノズル部とを含む。本発明の流体ジェットポンプユニットは、ポンプ筐体部と、逆流防止弁とを含む。
【発明の効果】
【００１４】
本願の発明は高機能流体ジェットポンプであり、グループ毎に駆動出来る複数本の流体ジェットポンプユニットの集合体と、ウォーターハンマーから保護するＷＨＰユニットとを大型のポンプ筐体に収容した構造をもち、必要に応じて揚水量を段階的に可変したり、何らかのトラブルを生じた流体ジェットポンプユニットのグループを除外して運転を継続したりすることが可能である。
また、高密度ポリエチレン管などの樹脂管を用いて高流速取水を行うとき、本発明の流体ジェットポンプユニットのベンチュリーのようにくびれた部分があると、駆動流体の急速停止時にそこがボトルネックとなって高機能流体ジェットポンプの吸水口側に圧力の異常上昇であるウォーターハンマー現象を生じて、取水管が簡単に破裂して使用不能となってしまう。
そこで、ＷＨＰユニットが流体ジェットポンプの吸水口に向かって取水管を通して流入する水塊を、ＷＨＰユニット内をバイパス経路として逃がすことで取水管を保護し、取水管に安価な高密度ポリエチレン管などの樹脂管を用いることを可能とする。
【００１５】
本願の発明は前記の高機能流体ジェットポンプを構成する逆流防止機能をもつ流体ジェットポンプユニットであり、構造的に吸水口から吐出口へ連通して容易に逆流が生ずる流体ジェットポンプに、逆流防止弁を一体化する事でその逆流を阻止し、ポンプ作用により揚水した水が逆流せず、また外部に逆止弁を設ける必要がなくスリムでコンパクトに設置できる構造を提供し、多数のジェットポンプユニットを複数のグループとして、各グループを必要に応じて稼働させることを可能とする。
本願の発明は前記の高機能流体ジェットポンプを構成するＷＨＰユニットであり、流体ジェットポンプによる高速取水時の緊急停止時に発生するウォーターハンマー現象による急激な圧力上昇を、弁構造を持つバイパスパイプによって高圧側から低圧側へ速やかに逃すことで、取水管破裂などの事故防止の機能を提供し、弁構造を持つバイパスパイプをＷＨＰユニットとよび必要なパイプの断面積はほぼ取水管の断面積に等しい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施の形態を本発明装置に基づいて説明する。本発明の実施例の装置を図１に示す。流体ジェットポンプ筐体１０にボール弁流体ジェットポンプユニット１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆを装着した断面見取り図であり、個々のジェットノズル部１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅ、１９ｆと、また各々の駆動流体送水管３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ、３２ｆを接続して全てのボール弁付の流体ジェットポンプユニットが独立に駆動されることで、吐出圧を変えずに流量が段階的に増減可能となり、高流速取水時に突然に駆動流体送水管からの駆動水の供給が停止してウォーターハンマー現象が発生しても、各流体ジェットポンプユニット１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆとＷＨＰユニット４が衝撃水圧や水流を通過させて速やかにエネルギーが開放される。
ここで、各流体ジェットポンプユニット１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆもＷＨＰユニット４も、衝撃水圧や水流を通過させることに参加するが流体ジェットポンプユニットの水流通過断面積はスロート部の断面積であり、すべての流体ジェットポンプユニットの断面積を合わせても大きなものとはならず、大半の衝撃水圧や水流はＷＨＰユニットを通過することとなる。
【００１７】
また、実施の一例としてボール弁流体ジェットポンプユニット１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆを、（１ａ）、（１ｂ、１ｃ）、（１ｄ、１ｅ、１ｆ）とグループを構成して、複数の流体ジェットポンプユニットへは駆動流体分配器（図示せず）を介して駆動流体送水管との接続を行う事により、駆動するグループの組合わせを変える事で段階的に吐出流量を可変出来る。
【００１８】
このように、安全装置であるＷＨＰユニットをもち、流体ジェットポンプユニットは揚水流量を１倍、２倍、４倍、８倍等の流量にグループで構成されてグループ毎に駆動流体送水管に接続しておくと、その駆動流体送水管に対して組み合わせ選択をすることで、１倍から１６倍までの段階的な流量可変機能をもつ多機能流体ジェットポンプが提供できる。
また、８倍の流量のグループが１倍に対して８本の流体ジェットポンプユニットを用いるのではなく、スロート部の内径を大きくしジェットノズルの口径も大きくすると共に単位時間に噴射する駆動流体の流量を増加させることで対応し、流体ジェットポンプユニットの外形は同じ大きさが望ましいので変えずに駆動流体分配器（図示せず）をもって２本ないし３本をグループとするような形で構成する。
【００１９】
このような機能と構造をもつ流体ジェットポンプを海洋深層水の取水に用いると、まず可動部分を全くもたないので機械的な故障が発生することは殆どない、また長期にわたって海中に流体ジェットポンプの本体を設置することが可能となり設置水深等の制約も発生しない。
一般に海中は単調に水深が深くなっている訳ではなく、むしろ陸上より大きな起伏が存在し、深層水の取水管の設置時には出来るだけこれらの起伏を回避して出来るだけ単調に水深が深くなる所を探してルート選定を行うが、それでも逆形傾斜となる部分を作らないようにすることは難しく、また深層水を深海から１００ｍ程度より浅い水深に揚水すると高圧下で溶存していた気体が気泡となって取水管の逆傾斜部分に滞留する危険があり、実際に滞留した気体の量が多くなり吸引力に抵抗するような状況になると、一般に用いられる渦巻ポンプを用いた取水システムでは吸引出来なくなり、設備が使用不能に陥ってしまう。
しかし、流体ジェットポンプを３０ｍから１００ｍ程度の水深に設置して稼働させると前記のような状況を回避することが可能であり、例えば３０ｍに設置したとすると取水口から流体ジェットポンプまでは約０．３ＭＰａの水圧が作用しており、もし流体ジェットポンプより深い部分に滞留気体があって容易に押し出されて来ることになり、流体ジェットポンプより浅い部分に滞留した気体はこれもまた吐出圧によって難なく排出されてしまい、何ら不具合は生じない。
【００２０】
本発明の実施例の装置を図２に示す。この流体ジェットポンプはフラップ弁付の流体ジェットポンプユニット２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆの集合構造に、ＷＨＰユニット４を複合して構成されており、図１と同様の機能を提供する。
【００２１】
本発明の実施例の装置を図４に示す。逆流防止のボール弁２２を持つ流体ジェットポンプであり、ベンチュリーを筐体としたジェットポンプユニット１０のベルマウス部１３に臨んでジェットノズル１８があり、スロート部１４に向かって噴射されるジェット流５５により吸水口１１から吸引連行される水塊はボール弁２２をボール弁ガイド２３に誘導されることでボールポケット２１に押し込みつつ吐出口１２から噴出し、流体ジェットポンプが停止すると逆流が発生し始めボール弁２２がスロート１４側に押込まれて自動的にディフューザー１５を塞ぐ形で逆流を防止する。
また、図５も図４と同等の機能を持つ流体ジェットポンプであるが、弁がフラップ弁２６となっており、吐出口１２から噴出する流れにより逆止弁２６は閉鎖位置５１から開放位置５０へ水圧に押されて開く、またフラップ弁２６は流体ジェットポンプの停止時には押さえ弾性体の作用により閉鎖位置５１に戻り水圧で押し閉じられる事により、逆流を防止する。
【００２２】
このようなユニット構造を実現することで、ポンプの目的や規模に応じてユニット数やスロート部の口径、使用するジェットノズルの噴射口の口径などを適宜選択して、組立てることにより様々な条件に応えることが可能となり、また基本的に逆流防止弁をもった構造で提供されるので外部にわざわざ逆流防止弁を用意しなくても済ませることが出来るので、配管が簡素化されることも利点の一つである。
また、可動部分も単純な弁構造のみで、容易に修理の出来ない環境下でも使用することが可能であり、今後の海中作業などに於いて利用効果が発揮されるものと思われる。
そして、図４の実施例ではボール弁をもち構造的にシンプルであるが流体ジェットポンプユニットの筐体部分の製作が難しく、図５の実施例では機械的な強度ではボール弁方式に譲るがフラップ弁構造は製作が容易である特徴があり、図４の実施例と同様の機能を提供する。
【００２３】
本発明の実施例の装置を図６に示す。基本構造のＷＨＰユニットの図であり、バイパスパイプ２９と、フラップ弁２６をヒンジ部２５で固定し出来る限り流路抵抗とならない構造とし、ウォーターハンマーにより流入口２７側に衝撃水圧が加わると流線５４の様にフラップ弁２６を押し開いて流出口２８側へ流過させる事で流入口２７側の水圧が異常に上昇することを防止し、配管の破裂を防止する。
本発明の実施例の装置を図７に示す。図６の基本構造を発展させて発明したもので、流体ジェットポンプに複合して用いられるＷＨＰユニットの構造であり、弁部分が分割された多弁構造となっており、バイパスパイプ２９の吐出側にヒンジ部２５を有するフラップ弁２６とフラップ弁受けフレーム３０があり、流出口２８側から弁を広げて見ると図８に示す様になっており、多弁構造でヒンジ部２５により固定されたフラップ弁２６はフラップ弁受けフレーム３０に弾性体の作用と水圧により押付けて閉じられる。この様な分割構造にすることにより弁の可動範囲が小さくてすみ、弁の開閉に要する応答性も向上させることが出来る、また複数のＷＨＰユニットを取付けるなどユニット構造のために自在であり、設計の自由度が大きい。
【００２４】
また、流体ジェットポンプの動作時は吐出側の水圧が高いので、水圧によりフラップ弁２６はフラップ弁受けフレーム３０側に押付けられてしっかりと閉じることとなる。
本発明では、流体を外部へ放出する構造ではないため、機構部への生物付着などに配慮する必要がないので取り扱いが楽であることも特徴の一つである
以上説明したように、ＷＨＰユニットは多機能流体ジェットポンプを構成する上で、重要な構成要素であり、深層水の取水管が５０００ｍ、１００００ｍと長大になるなかで、高速取水を実現しようとするとウォーターハンマー現象をコントロールして安全に設備を稼働させるということはとても重要なこととなってきており、この安全装置と逆流防止弁付の流体ジェットポンプユニットもちいた、多機能流体ジェットポンプを用いて今後ますます利用が盛んになると思われる海洋深層水、ことに大深度の海洋深層水取水となると陸から取水ポイントまでの距離が１０Ｋｍを超える条件の場所もあり、そのような悪条件でも利用可能な深層水の取水技術を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】ＷＨＰユニットとボール弁付き流体ジェットポンプユニットで構成された、高機能流体ジェットポンプの見取り図である。
【図２】ＷＨＰユニットとフラップ弁付き流体ジェットポンプユニットで構成された、高機能流体ジェットポンプの見取り図である。
【図３】図１、図２をＫ−Ｋ′線で切り取った断面の見取り図である。
【図４】ボール弁付の流体ジェットポンプユニットの見取り図である。
【図５】フラップ弁付の流体ジェットポンプユニットの見取り図である。
【図６】基本形のＷＨＰユニットの見取り図である。
【図７】多弁型のＷＨＰユニットの見取り図である。
【図８】多弁型のＷＨＰユニットの流出口側からの正面見取り図である。
【符号の説明】
【００２６】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ  ボール弁付き流体ジェットポンプユニット
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ  フラップ弁付き流体ジェットポンプユニット
３  基本形のＷＨＰユニット
４  多弁形のＷＨＰユニット
８  ボール弁付き多機能流体ジェットポンプ
９  フラップ弁付き多機能流体ジェットポンプ
１０  流体ジェットポンプ筐体
１１  吸水口
１２  吐出口
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ  ベルマウス
１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ  スロート
１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ  ディフューザー
１８、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ  ジェットノズル
１９、１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅ、１９ｆ  ジェットノズル部
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ  ノズルジョイント
２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ  ボール弁ポケット
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆ  ボール弁
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆ  ボールガイド
２５  ヒンジ部
２６  フラップ弁
２７  流入口
２８  流出口
２９  バイパスパイプ
３０  フラップ弁受けフレーム
３１  弁押え弾性体
３２  駆動流体送水管
３３  ＷＨＰユニット
５０  作動時
５１  停止時
５２  作動時位置
５３  通常時位置
５４  動作時水流の流線
【図１】
2005291046.tif 000003
【図２】
2005291046.tif 000004
【図３】
2005291046.tif 000005
【図４】
2005291046.tif 000006
【図５】
2005291046.tif 000007
【図６】
2005291046.tif 000008
【図７】
2005291046.tif 000009
【図８】
2005291046.tif 000010