(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入口から吸い込んだ流体を加圧するポンプと、加圧後の流体を遠心力によって気液分離し、流入側の端部中央に設けられた分離孔から気体を流出させ、反対側の開放端から液体を通流させる気液分離機構と、前記気液分離機構の前記分離孔から流入した流体から前記ポンプに回収する液体を分離させるための分離室と、前記分離室から前記ポンプの吸入口に至る流路を設けられたフロート弁とを含むポンプ装置において、
前記気液分離機構は、略水平に配置されて内部を流体が通流するパイプと、流体の流入側に前記分離室に送る流体の量を調整可能な可変バルブとを含んで構成され、前記可変バルブは、前記分離孔が形成されたキャップと、前記パイプ内で前記キャップから離間する方向に付勢されたバルブ本体と、前記分離孔を閉鎖可能な外形を有し、前記分離孔より小径の小孔が前記分離室に連通可能に設けられたノズルと、前記ノズルの周囲に形成されて分離された流体を前記分離孔に導くことができる連通孔とを有することを特徴とするポンプ装置。
【請求項２】
前記分離孔と前記小孔は、前記パイプと同軸に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のポンプ装置。
【請求項３】
前記バルブ本体は、前記パイプに流体が流入する接続口を超えて開放端に向かって延び、前記バルブ本体には前記接続口からの流体の流入を許容するスリットが設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のポンプ装置。
【請求項４】
前記バルブ本体の外側に少なくとも１つのリブを前記バルブ本体の摺動方向に平行に設け、前記パイプの内側に前記リブに係合する溝を設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のポンプ装置。
【請求項５】
前記バルブ本体の摺動方向に直交する外形をＤ形にすると共に、前記パイプの内側の形状を前記バルブ本体を収容可能なＤ形としたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のポンプ装置。
【請求項６】
前記スリットを通って流入する流体の流れが可及的に前記バルブ本体の周面の接線方向になるように整流する整流板を前記バルブ本体に設けたことを特徴とする請求項３に記載のポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプにより圧送される流体に含まれる気泡を分離してフロート室に回収しつつ液体を所定の装置に圧送するためのポンプ装置、より詳細には気液を分離する気液分離機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
給油所ではガソリンや軽油等の揮発性の液体を取り扱っており、給油時に使用する給油装置は液体を圧送するポンプと、液体に混入している気泡を分離するための気液分離機構と、分離した液体を溜めるフロート室と、分離した液が所定量となったときにポンプ側に戻すフロート弁とが設けられている。
【０００３】
この種の用途に用いられる気液分離機構としては、例えば、水平に配置された有底筒形状を有し、底部の中心に小孔を設けると共に、円筒体の内周面にその接線方向に流体を流入させるように構成されたものが用いられている（例えば、特許文献１参照）。気液分離機構に流入した流体は渦巻き状に旋回し、遠心力により気泡が可及的に少ない成分と気泡を多く含む成分とに分離される。多量の気体を含む液体は底部の小孔からフロート室に流れ込み、気体がフロート室の上部の大気連通孔から大気に放出され、液体がフロート室の底部に設けられた戻し流路を通って再びポンプに戻される。気液分離機構で分離された気泡が可及的に少ない成分は、流出口から吐出される。
【特許文献１】特開昭６１−５４２１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の気液分離機構は気泡成分を排出するための小孔の孔径が固定されていたので、可及的に気泡が多い成分として分離された流体が多いと小孔からフロート室に排出しきれず、気泡を十分に分離させられない可能性があった。これに対して、小孔の径を予め大きく設定すると、分離された流体が少ない場合や、処理量が少ないときにフロート室への流入量が多くなり過ぎ、流出口から吐出されるはずの液成分が多い流体がフロート室に流出してしまい、流体の吐出量が減少してしまう。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、気液分離機構の分離能力を気泡成分の大小によって変化させることができるポンプ装置を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の請求項１に係る発明は、流入口から吸い込んだ流体を加圧するポンプと、加圧後の流体を遠心力によって気液分離し、流入側の端部中央に設けられた分離孔から気体を流出させ、反対側の開放端から液体を通流させる気液分離機構と、前記気液分離機構の前記分離孔から流入した流体から前記ポンプに回収する液体を分離させるための分離室と、前記分離室から前記ポンプの吸入口に至る流路を設けられたフロート弁とを含むポンプ装置において、前記気液分離機構は、略水平に配置されて内部を流体が通流するパイプと、流体の流入側に前記分離室に送る流体の量を調整可能な可変バルブとを含んで構成され、前記可変バルブは、前記分離孔が形成されたキャップと、前記パイプ内で前記キャップから離間する方向に付勢されたバルブ本体と、前記分離孔を閉鎖可能な外形を有し、前記分離孔より小径の小孔が前記分離室に連通可能に設けられたノズルと、前記ノズルの周囲に形成されて分離された流体を前記分離孔に導くことができる連通孔とを有することを特徴とするポンプ装置とした。
【０００６】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のポンプ装置において、前記分離孔と前記小孔は、前記パイプと同軸に配置されていることを特徴とする。
【０００７】
請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載のポンプ装置において、前記バルブ本体は、前記パイプに流体が流入する接続口を超えて開放端に向かって延び、前記バルブ本体には前記接続口からの流体の流入を許容するスリットが設けられていることを特徴とする。
【０００８】
請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のポンプ装置において、前記バルブ本体の外側に少なくとも１つのリブを前記バルブ本体の摺動方向に平行に設け、前記パイプの内側に前記リブに係合する溝を設けたことを特徴とする。
【０００９】
請求項５に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のポンプ装置において、前記バルブ本体の摺動方向に直交する外形をＤ形にすると共に、前記パイプの内側の形状を前記バルブ本体を収容可能なＤ形としたことを特徴とする。
【００１０】
請求項６に係る発明は、請求項３に記載のポンプ装置において、前記スリットを通って流入する流体の流れが可及的に前記バルブ本体の周面の接線方向になるように整流する整流板を前記バルブ本体に設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、可変バルブが開いたときは開口面積が大きい分離孔を通して流体が分離室に流出し、可変バルブが閉じたときは分離孔が閉鎖されると共に分離孔より小径の小孔を通して分離された流体が分離室に流出するので、可変バルブによって気液分離機構で分離された流体の流出量を制御することができ、ポンプ装置から流体を安定して吐出させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１に本実施の形態に係るポンプ装置の断面図を示す。ポンプ装置１は、ハウジング２を有し、ハウジング２には燃料油（流体）の流入口３と流出口４が設けられている。流入口３の内側には、チェック弁５が設けられており、ストレーナ６が設けられたフィルタ室７に連通している。フィルタ室７は、上方の吸入室８を介してポンプ９の吸い込み口９Ａに接続されている。この実施の形態におけるポンプ９には、公知の内接歯車ポンプが用いられている。ポンプ９の吐出口９Ｂは、液路１０を介して気液分離機構１１に接続されている。液路１０は略直線状に延び、気液分離機構１１のパイプ１２の一方の端部側に、パイプ１２の内周面の接線方向に燃料油が流入するように気液分離機構１１に接続されている。
【００１３】
気液分離機構１１は、液路１０が接続された側の一方の端部（流入側の端部）に本発明が特徴とする可変バルブ１３が設けられており、全体として有底筒形状を有する。開放されている端部はフィルタ室１５に連通している。一方、可変バルブ１３には分離孔１４が形成されており、分離孔１４を介して分離室２１（フロート室）に連通している。
【００１４】
気液分離機構１１の開放された端部は、フィルタ室１５内に引き出されている。フィルタ室１５には、気液分離機構１１の端部を囲むようにストレーナ１６が設けられている。フィルタ室１５と流出口４の間には、コントロール弁１７が設けられている。コントロール弁１７は、バネにより常時閉弁方向に付勢されている。さらに、フィルタ室１５には、吸入室８に連通するバイパス孔１８が設けられている。バイパス孔１８は、吸入室８側に設けられたバイパス弁１９によって開閉がコントロールされる。
【００１５】
分離室２１は、分離孔１４から排出される若干気泡が混じっている流体を一時的に滞溜させ、流体内の気体と液体とを重力もしくは浮力により分離させるための空間である。分離室２１の上部には、分離した空気を放出するための孔２２が形成されている。分離室２１の底部側には、フロート弁２３が設けられている。フロート弁２３は、分離室２１からフィルタ室７に延びる戻り流路２４の開閉を制御するために設けられている。
【００１６】
ここで、この実施の形態に係る気液分離機構１１の詳細について説明する。
図２及び図３に示すように、気液分離機構１１のパイプ１２は、略水平に配置され、液路１０との接続口１０Ａが設けられている。接続口１０Ａを含む接続口１０Ａの近傍は、段差をもって内径が拡大されており、ここに可変バルブ１３のバルブ本体３１が摺動可能に挿入されている。また、パイプ１２の拡径された部分の内周には、一対の溝３８が接続口１０Ａを避け、かつ中心軸に対して対称な位置に、軸線に平行に刻まれている。このようなパイプ１２の接続口１０Ａ側の端部は、可変バルブ１３のキャップ３２によって閉鎖されている。
【００１７】
可変バルブ１３は、パイプ１２の端部を塞ぐキャップ３２と、キャップ３２の中央にパイプ１２と同軸に設けられた分離孔１４に進入可能なノズル３４を備えるバルブ本体３１と、バルブ本体３１とキャップ３２の間に挿入されたコイルバネ３５とを有する。
【００１８】
図２及び図４に示すように、キャップ３２は、中央に分離孔１４が形成されている。キャップ３２の内面には、コイルバネ３５を挿入する収容部３２Ａが環状に凹設されている。
図２及び図５に示すように、バルブ本体３１は、軸線方向に延びる胴部３９を有し、胴部３９の軸線に直交する断面がＤ形になっている。胴部３９には、平面状の整流板４０が気液分離機構１１に流入する燃料油の流れに略平行になるように設けられており、整流板４０の上側の一部には接続口１０Ａからの燃料油の流入を許容するためのスリット４１が形成されている。この実施の形態では、液管１０が略鉛直上向きに延びているので、整流板４０は略垂直に配置されている。なお、整流板４０は、接続口１０Ａを通って流入する燃料油の流れが可及的にバルブ本体３１の周面の接線方向になるように、±２０°の範囲で向きが設定される。
整流板４０を除いた円弧部分の胴部３９の内周部分の径ｄ１は、パイプ１２の拡径されていない部分の内径ｄ２に略等しい。さらに、バルブ本体３１の外周の曲面部分には、一対のリブ４２がパイプ１２側の溝３８の形成位置にあわせて、即ち中心軸に対して対称で、かつ中心軸と平行に突設されている。バルブ本体３１において、キャップ３２に臨む一方の端部には一段下がった位置に底部４３が設けられており、反対側の端部は開放されている。
【００１９】
図２及び図６に示すように、バルブ本体３１の底部４３は、中央にノズル３４が一体に形成されると共に、底部４３を貫通する一対の連通孔４４がノズル３４を挟むようにそれぞれ円弧状に形成されている。さらに、連通孔４４の周囲には、円形のリブ４５が突設されている。リブ４５からバルブ本体３１の外壁に至るまでに形成される環状の凹部にコイルバネ３５の端部が収容される。
ノズル３４は、底部４３から軸線に沿って外向きに突出しており、先端には径方向に膨出する先端部４６が設けられている。先端部４６は、端部が円形の平面になっており、外縁部はノズル３４の突出方向に向かって外径を縮小させるようなテーパ状のガイド面４６Ａになっている。ガイド面４６Ａの外側面には、ノズル３４がキャップ３２に挿入されたときに分離孔１４に一部が進入して密閉できる大きさで、ガイド面４６Ａの先端側の最も小径の部分が分離孔１４の孔径より小さく、ガイド面４６Ａの基端側の最も大径の部分が分離孔１４の孔径より大きい円錐台形に形成されている。さらに、ノズル３４には、小孔４７が軸線と平行に貫通して設けられている。小孔４７の孔径は、キャップ３２側の分離孔１４より小さい。
【００２０】
可変バルブ１３は、接続口１０Ａにバルブ本体３１のスリット４１を合わせ、バルブ本体３１のリブ４２を溝３８に嵌め込みながら挿入する。バルブ本体３１とパイプ１２のそれぞれのＤ形状が合致すると共に、溝３８にリブ４２が挿入されることで、パイプ１２に対するバルブ本体３１の回転が防止される。
【００２１】
次に、ポンプ装置１の動作について説明する。
図１に示すポンプ装置１の流入口３に供給された燃料油は、フィルタ室７のストレーナ６でゴミなどが除去された後、吸入室８に流入する。さらに、吸い込み口９Ａからポンプ９に吸入され、所定の圧力に加圧された後、液路１０に吐出される。燃料油は、液路１０を通って気液分離機構１１に導かれる。気液分離機構１１では、遠心力の作用によって燃料油と、気泡として混入されていた空気とが分離させられる。燃料油は、主に気液分離機構１１のパイプ１２の内周面を通って他方の開放側の端部から排出され、フィルタ室１５に導かれる。そして、コントロール弁１７を押し開いて、流出口４から送り出され、例えば給油ノズルから自動車の燃料タンクに供給される。一方、燃料油に含まれていた気泡は、主に気液分離機構１１のパイプ１２の中央に集められ、可変バルブ１３を通って分離室２１に排出される。気泡である空気は、分離室２１の上部の孔２２から大気に放出され、液成分である燃料油は分離室２１の底部に溜まる。分離室２１の液位が上昇すると、フロート弁２３が開いて溜まった燃料油が戻り流路１２からフィルタ室７に戻され、ポンプ９で再び加圧される。
【００２２】
ここで、バルブ本体３１の胴部３９の整流板４０によって、気液分離機構１１に流入する燃料油は可及的にバルブ本体３１の内周面の接線方向に整流されて流入する。その結果、気液分離機構１１内で燃料油の旋回流が形成され、これによって発生する遠心力によって気体と液体が分離させられる。
さらに、この実施の形態に係る気液分離機構１１では、燃料油を可及的に空気が少ない成分と空気が多い成分とに分離するにあたり、空気の混入量によって変化する流体圧力に応じて可変バルブ１３が開閉して分離室２１への流出量を制御する。
【００２３】
燃料油の空気混入量が高い場合は、空気量が多いために流体全体としての粘性が小さくなって流体抵抗が低下し、相対的に燃料が少ないことから気液分離機構１１内の流体圧力が低下する。その結果、図２に示すように、バルブ本体３１をキャップ３２に押し付ける力が弱くなって、コイルバネ３５が伸長してバルブ本体３１がキャップ３２から離れて可変バルブ１３が開く。即ち、ノズル３４がパイプ１２内に完全に引き込まれてキャップ３２の分離孔１４が開放される。
気液分離機構１１に流入した燃料油は、接続口１０Ａからバルブ本体３１の内周面に沿って流れ、遠心力によって比重の重い燃料油が外側に向けて、比重の軽い空気が中央に向けて分離される。中央には、空気を主体とし、少量の燃料油が含まれた流体が分離される。この分離された流体は、図２に矢印で示すようにノズル３４の小孔４７及びノズル３４を挟む連通孔４４を通って、バルブ本体３１とキャップ３２が形成する空間５１を通り、キャップ３２の分離孔１４から分離室２１に流出する。
【００２４】
可変バルブ１３のノズル３４の小孔４７及び一対の連通孔４４の全体の開口面積や形状は、分離孔１４と同程度、又はそれ以上に流体を流し易くなっており、分離された流体は、スムーズに分離室２１に流出する。
一方、パイプ１２及びバルブ本体３１の外側に集まった燃料油を主体とする流体は、パイプ１２の開放された端部からフィルタ室１５に流出し、前記のように流出口４から吐出される。
【００２５】
これに対して、燃料油の空気混入量が低い場合は、空気量が少ないために流体全体としての粘性が大きくなって流体抵抗が増加し、相対的に燃料が多いことから気液分離機構１１内の流体圧力が上昇する。気液分離機構１１内の流体圧力が予め定められた圧力を越えると、図７に示すように、バルブ本体３１をキャップ３２に押し付ける力が強くなって、コイルバネ３５が収縮して可変バルブ１３が閉じる。このとき、ノズル３４は、キャップ３２の分離孔１４に進入する。ノズル３４は、ガイド面４６Ａのテーパによってスムーズに分離孔１４内に導かれて分離孔１４を閉鎖し、ノズル３４の小孔４７のみで分離室２１に連通する。
従って、気液分離機構１１内で分離させられて中央に集められた流体は、矢印に示すようにノズル３４の小孔４７のみを通って分離室２１に流出する。一方、外側に集められた燃料油を主体とする流体は、パイプ１２の開放された端部からフィルタ室１５に流出する。なお、可変バルブ１３が開いた状態から閉じるまでの間は、分離前の流体圧力、粘度、密度に関係する流体抗力と、コイルバネ３５の作用によって気体混入量に応じて弁開度が変化するので、気体混入量の変化に応じて分離室２１への排出量を変化させることができる。
【００２６】
ここで、図８に本実施の形態に係るポンプ装置１で空気混入量と計測誤差の関係を調べた結果を示す。比較として従来のポンプ装置の計測誤差を破線で示している。従来のポンプ装置では空気混入量が少ない場合を想定して分離孔を調整してあるので、空気混入量が増えると分離しきれなかった空気が燃料油と共に吐出され、空気混入量が３０％を越えると、計測誤差が３％以上になり、計測誤差が大きかった。これに対して、本実施の形態に係るポンプ装置１では、空気混入量に応じて弁開度が調整されるので、空気混入量に係わりなく計測誤差は１％未満であり、計測誤差を小さく抑えることが可能になる。
【００２７】
以上、説明したように、この実施の形態に係るポンプ装置１では、気泡の含有量による流体圧力によって弁開度が自動的に調整される可変バルブ１３を気液分離機構１１に設け、空気の混入量が多い場合に分離室２１に流出する流体の流路が大きくなるようにしたので、空気を主体とする多量の流体を分離室２１に確実に回収できる。空気の混入量が少ない場合には、可変バルブ１３が閉じて分離室２１に流出する流体の流路が小さくなるので、大量の燃料油が分離室２１に流出することはなく、ポンプ装置１を効率良く安定して運転させることができる。なお、このポンプ装置１は、気液分離機構１１に流入する燃料油の量が少ないときに可変バルブ１３が開き、流入量が多いときに可変バルブ１３が閉じることによっても、分離室２１に流出させる流体量を調整することができる。
【００２８】
また、バルブ本体３１が軸線方向に延びているので、パイプ１２内を安定して摺動させることができる。バルブ本体３１は、接続口１０Ａの形成位置を越えてフィルタ室１５側に延びているが、バルブ本体３１にスリット４１を設けると共に、内部にパイプ１２と略同形の曲面を形成したので燃料油の流れが乱れることはない。
バルブ本体３１の断面をＤ形にし、これを受けるパイプ１２の内部形状もこれに合わせてＤ形にしたので、バルブ本体３１の回転が防止される。同様に、溝３８とリブ４２を組み合わせることで、バルブ本体３１の回転が防止される。また、Ｄ形や溝３８、リブ４２は、バルブ本体３１をパイプ１２に挿入する際の位置決めを容易にする役割も有する。
【００２９】
なお、バルブ本体３１の断面及びパイプ１２の内形をＤ形にすることと、溝３８とリブ４２を設けることの一方のみを実施しても良い。リブ４２を設ける場合は、１つ以上設ければ良い。
【００３０】
ここで、図９及び図１０に変形例として、ポンプ装置１に使用される気液分離機構６１の断面構造を示す。
気液分離機構６１は、円筒６２の接続口１０Ａ側に、可変バルブ６３を備えている。可変バルブ６３は、円筒６２の端部を覆うキャップ７２と、コイルバネ３５でキャップ７２から離れる方向に付勢されたバルブ本体７１とを有する。キャップ７２は中央に分離孔１４が形成されているのみであるが、前記のキャップ３２のようにコイルバネ３５の収容部３２Ａを設けても良い。バルブ本体７１は、底部４３からキャップ７２に向けて円筒を延ばした形状を有し、底部４３にはノズル３４と一対の流通孔４４が設けられている。
円筒６２は、バルブ本体７１を摺動させるためのスペースを確保している。このため、バルブ本体７１は、段差に当接するまで接続口１０Ａ側に移動することができる。
【００３１】
燃料油の空気混入量が高く、気液分離機構６１内の流体圧力が低いときは、バルブ本体７１をキャップ７２に押し付ける力が弱いので、コイルバネ３５が伸長してバルブ本体７１がキャップ７２から離れて可変バルブ６３が開く。即ち、図９に示すように、ノズル３４がパイプ６２内に完全に引き込まれてキャップ７２の分離孔１４が開放される。分離された流体が、ノズル３４の小孔４７及びノズル３４を挟む連通孔４４を通って、バルブ本体７１とキャップ７２が形成する空間５１を通り、キャップ７２の分離孔１４から分離室２１に流出する。
【００３２】
これに対して、燃料油の空気混入量が低く、気液分離機構６１内の流体圧力が高いときは、バルブ本体７１をキャップ７２に押し付ける力が強くなる。気液分離機構６１内の流体圧力が予め定められた圧力を越えると、図１０に示すように、コイルバネ３５が収縮して可変バルブ６３が閉じる。このとき、ノズル３４の先端部４６がキャップ７２の分離孔１４に進入して閉鎖し、ノズル３４の小孔４７のみで分離室２１に連通する。分離された流体が、ノズル３４の小孔４７のみを通って分離室２１に流出する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態に係るポンプ装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】気液分離機構を拡大して示す断面図である。
【図３】気液分離機構のパイプを示す斜視図である。
【図４】図２のＡ矢視図であって、キャップの正面図である。
【図５】図２のＢ矢視図であって、バルブ本体の背面側の斜視図である。
【図６】バルブ本体の正面側の斜視図である。
【図７】可変バルブが閉じた状態を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態のポンプ装置の計測誤差と従来の計測誤差を示すグラフである。
【図９】気液分離機構の変形例を示す断面図であって、可変バルブが閉じた状態を示す図である。
【図１０】気液分離機構の変形例を示す断面図であって、可変バルブが開いた状態を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１      ポンプ装置
３      流入口
９      ポンプ
１０Ａ    接続口
１１    気液分離機構
１２    パイプ
１３，６３    可変バルブ
１４    分離孔
２１    分離室
３１，７１    バルブ本体
３２，７２    キャップ
３４    ノズル
３８    溝
４０    整流板
４１    スリット
４２    リブ
４４    連通孔
４６    ノズル先端部
４７    小孔
【図１】
0004435242.tif 000002
【図２】
0004435242.tif 000003
【図３】
0004435242.tif 000004
【図４】
0004435242.tif 000005
【図５】
0004435242.tif 000006
【図６】
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【図７】
0004435242.tif 000008
【図８】
0004435242.tif 000009
【図９】
0004435242.tif 000010
【図１０】
0004435242.tif 000011