(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を圧送することができる液体ポンプに可変吐出能力特性を与えるために、運転の途中において前記液体ポンプ内から液体を排除することによって運転状態を実稼働状態から空転状態まで変化させる第１の段階と、液体が排除された前記液体ポンプ内へ運転の途中において液体を補給することによって運転状態を空転状態から実稼働状態まで変化させる第２の段階とを択一的に実行する液体ポンプの吐出能力制御方法であって、
前記第１の段階が、前記液体ポンプ内にある液体をリザーバタンク内へ導くとともに、前記リザーバタンク内の気相空間から気体を前記液体ポンプ内へ導くことによって実行され、前記第２の段階が、前記リザーバタンク内の液相空間から液体を前記液体ポンプ内へ導くとともに、前記液体ポンプ内の気体を前記リザーバタンク内へ導くことによって実行されることを特徴とする液体ポンプの吐出能力制御方法。
【請求項２】
液体を圧送することができる液体ポンプに可変吐出能力特性を与えるために、運転の途中において前記液体ポンプ内から液体を排除することによって運転状態を実稼働状態から空転状態まで変化させる第１の段階と、液体が排除された前記液体ポンプ内へ運転の途中において液体を補給することによって運転状態を空転状態から実稼働状態まで変化させる第２の段階とを択一的に実行する液体ポンプの吐出能力制御方法であって、
前記第１の段階が、吸入側から前記液体ポンプ内へ供給される加圧された液体を遮断すると共に、リザーバタンク内の気相空間から気体を前記液体ポンプ内へ導くことによって実行され、前記第２の段階が、前記吸入側から加圧された液体を前記液体ポンプ内へ導くと共に、前記液体ポンプ内で更に加圧された液体を前記リザーバタンクを介して吐出側へ導くことによって実行されることを特徴とする液体ポンプの吐出能力制御方法。
【請求項３】
液体を圧送することができる液体ポンプに可変吐出能力特性を与えるために、運転の途中において前記液体ポンプ内から液体を排除することによって運転状態を実稼働状態から空転状態まで変化させる第１の段階と、液体が排除された前記液体ポンプ内へ運転の途中において液体を補給することによって運転状態を空転状態から実稼働状態まで変化させる第２の段階とを択一的に実行する液体ポンプの吐出能力制御方法であって、
前記第１の段階が、前記液体ポンプの吐出側の流路が開放している状態で前記液体ポンプの吸入側の流路を遮断し、前記液体ポンプ内を負圧とすることにより内部に残っている液体を気化させた後に、前記吐出側の流路をも遮断することによって実行され、前記第２の段階が、前記吐出側の流路を遮断している状態で前記吸入側の流路を開放し、前記液体ポンプ内へ液体を導入することにより負圧が解消した後に、前記吐出側の流路を開放することによって実行されることを特徴とする液体ポンプの吐出能力制御方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記液体ポンプが容積式のポンプであることを特徴とする液体ポンプの吐出能力制御方法。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記液体ポンプが渦流式ポンプであることを特徴とする液体ポンプの吐出能力制御方法。
【請求項６】
液体を圧送することができる液体ポンプと、内部へ流入する液体によって液相空間とその液面上の気相空間とを形成するリザーバタンクと、吸入側及び吐出側と前記液体ポンプ及び前記リザーバタンクを接続する流路に設けられた少なくとも１個の流路切換弁と、前記流路切換弁を切り換える手段とから構成されていて、
前記液体ポンプ内にある液体を前記リザーバタンク内に導くとともに、前記リザーバタンク内の気相空間から気体を前記液体ポンプ内へ導く段階と、前記液体ポンプ内の気体を前記リザーバタンク内へ導く段階とを、前記流路切換弁の切り換えによって実行でき、前記液体ポンプが液体によって満たされた実稼動の運転状態から、気体によって満たされた空転状態までポンプ能力を変化させることができるようにしたことを特徴とする液体ポンプシステム。
【請求項７】
請求項６において、前記流路切換弁が２個設けられ、第１の流路切換弁が前記リザーバタンクの前記液相空間と前記気相空間とを切り換えて択一的に前記液体ポンプの流体入口へ接続するように構成されていると共に、第２の流路切換弁が前記吸入側と前記液体ポンプの流体出口とを切り換えて択一的に前記リザーバタンクへ接続するように構成されていることを特徴とする液体ポンプシステム。
【請求項８】
請求項７において、前記第１の流路切換弁が二位置三方弁であると共に、前記第２の流路切換弁が二位置四方弁であることを特徴とする液体ポンプシステム。
【請求項９】
請求項６において、前記流路切換弁が１個設けられ、該流路切換弁が前記吸入側と前記リザーバタンクの前記気相空間とを切り換えて択一的に前記液体ポンプの流体入口へ接続するように構成されていると共に、前記液体ポンプの流体出口が前記リザーバタンクを介して前記吐出側へ接続されていることを特徴とする液体ポンプシステム。
【請求項１０】
請求項９において、前記吸入側には別の液体ポンプによって加圧された液体が供給されており、前記吸入側と前記吐出側との間には逆止弁を含むバイパス通路が設けられていることを特徴とする液体ポンプシステム。
【請求項１１】
液体を圧送することができる液体ポンプと、吸入側及び吐出側と前記液体ポンプとを接続する流路にそれぞれ設けられた開閉弁と、前記各々の開閉弁をＯＮ−ＯＦＦさせる手段とから構成されていて、
前記液体ポンプの吐出側の流路に設けられた前記開閉弁を開放すると共に吸入側の流路に設けられた前記開閉弁を閉じて、前記液体ポンプ内の内部に残っている液体を気化させた後に、吐出側の前記開閉弁を閉じることによって、前記液体ポンプを空転状態にすることができると共に、吸入側及び吐出側の前記各々の開閉弁を共に開くことによって、前記液体ポンプを実稼動の運転状態にでき、前記液体ポンプのポンプ能力を変化させることができるようにしたことを特徴とする液体ポンプシステム。
【請求項１２】
請求項１１において、前記開閉弁がいずれも二位置二方弁からなることを特徴とする液体ポンプシステム。
【請求項１３】
請求項６ないし１２のいずれかにおいて、前記液体ポンプが遠心クラッチ機構を介して回転駆動されることを特徴とする液体ポンプシステム。
【請求項１４】
請求項１３において、前記遠心クラッチ機構が前記液体ポンプを回転駆動するためのプーリの内部に設けられていることを特徴とする液体ポンプシステム。
【請求項１５】
請求項６ないし１４のいずれかにおいて、前記液体ポンプが容積式のポンプであることを特徴とする液体ポンプシステム。
【請求項１６】
請求項６ないし１４のいずれかにおいて、前記液体ポンプが渦流式ポンプであることを特徴とする液体ポンプシステム。
【請求項１７】
請求項６ないし１６のいずれかにおいて、前記液体ポンプシステムが、自動車のヒータコアへエンジンの冷却水を循環させて車室内の暖房を行う暖房システムであることを特徴とする液体ポンプシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変吐出能力特性を有する液体ポンプを含むポンプシステムとその制御方法、及び該液体ポンプシステムの応用に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流体吸入口と流体吐出口、及びそれらの間に延びる流体の流路を設けられたハウジングと、該流路に対応して形成された複数個の羽根を有すると共に前記ハウジング内に回転可能に取り付けられたインペラ（羽根車）と、流体吸入口及び流体吐出口の間に配置されてそれらの間を流体が直接に流れるのを制限する仕切部（ストリッパブロック）と、前記流路の断面積を変化させるように該流路内で移動可能な隔壁部材とによって構成される可変吐出能力型の渦流式ポンプ（再生ポンプ）が提案されている（特開平８−１７７７７７号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述の渦流式ポンプは吐出能力を減少させることは可能であるが、吐出能力を零にすることはできない。渦流式ポンプを駆動するために消費される動力の量は一般に回転数の３乗に比例して増大するため、自動車のエンジンのように、回転速度が自動車の走行条件という渦流式ポンプに対する要求吐出量とは直接関係のない要因に応じて大幅に変動する原動機によって渦流式ポンプを駆動する場合には、エンジンが高速で回転していても渦流式ポンプの運転は不要となるような状態がしばしば起こる。従って、そのような状態に対応するためには渦流式ポンプに電磁クラッチのような吐出能力の制御手段を併設する必要があり、それによって渦流式ポンプが大型化するとか、高価なものになるという問題があった。
【０００４】
本発明は、従来の渦流式ポンプ、或いはそれに類する液体ポンプにおける前述のような問題に対処して、コストの大幅な上昇や体格の大型化を伴うことなく、簡単な構成によって液体ポンプの吐出能力を実質的に零まで変化させ得る新規な手段を提供し、それによって、液体ポンプを駆動するエンジンの高回転時や液体ポンプの運転が不要となった状態において、液体ポンプの過剰な吐出能力を効果的に抑制し、液体ポンプを駆動するための無駄なエネルギー消費を防止することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の請求項１乃至５に記載された液体ポンプの吐出能力制御方法を提供する。この方法によれば、液体ポンプのポンプ能力、即ち吐出能力や昇圧能力、或いは動力消費量等を制御するために、運転の途中において液体ポンプ内から液体を排除することによって運転状態を実稼働状態から空転状態まで変化させる第１の段階と、液体が排除された液体ポンプ内へ運転の途中において液体を補給することによって運転状態を空転状態から実稼働状態まで変化させる第２の段階が択一的に実行される。
【０００６】
それによって、液体ポンプの駆動機構に電磁クラッチを設けて断続駆動する必要がなく、液体ポンプを常時回転する連続運転状態におき、液体の吐出能力を必要としない運転状態においては、液体ポンプの内部から液体を排除して空転状態とすることにより、実質的に動力消費量を零に近い値としてエネルギーの浪費を防止する。また、高価で大きなスペースを必要とする電磁クラッチを使用しないので、液体ポンプシステム全体が小型化し、安価なものとなる。
【０００７】
請求項１に記載の液体ポンプの吐出能力制御方法は、リザーバタンクを備えている液体ポンプシステムに適用される場合であり、前述の第１の段階が、液体ポンプ内にある液体をリザーバタンク内へ導くとともに、リザーバタンク内の気相空間から気体を液体ポンプ内へ導くことによって実行され、また、第２の段階が、リザーバタンク内の液相空間から液体を液体ポンプ内へ導くとともに、液体ポンプ内の気体をリザーバタンク内へ導くことによって実行される。それによって、液体ポンプはリザーバタンクとの間で液体と気体をやりとりすることになり、液体によって満たされた実稼働の運転状態から、気体によって満たされた空転状態まで、ポンプ能力を容易に且つ自由に変化させることができる。
【０００８】
請求項２に記載の液体ポンプの吐出能力制御方法は、別の液体ポンプによって加圧された液体を受け入れて更に加圧する液体ポンプシステムに適用され、且つそのシステムがリザーバタンクを備えている場合であり、前述の第１の段階が、吸入側から液体ポンプ内へ供給される加圧された液体を遮断すると共に、リザーバタンク内の気相空間から気体を液体ポンプ内へ導くことによって実行され、第２の段階が、加圧された液体を吸入側から液体ポンプ内へ導くと共に、液体ポンプ内で更に加圧された液体をリザーバタンクを介して吐出側へ導くことによって実行される。この場合は、液体ポンプはリザーバタンクから気体を受け入れて空転状態を実行するが、実稼働の運転状態では、加圧された液体を供給する吸入側から液体を受け入れる点が異なる。
【０００９】
請求項３に記載の液体ポンプの吐出能力制御方法は、リザーバタンクを設けない液体ポンプシステムの場合であり、前述の第１の段階として、液体ポンプの吐出側の流路が開放している状態で液体ポンプの吸入側の流路を遮断し、液体ポンプ内を負圧とすることにより内部に残っている液体を気化させて、その後に吐出側の流路をも遮断することによって実行される。そして第２の段階は、吐出側の流路を遮断している状態で吸入側の流路を開放し、液体ポンプ内へ液体を導入することにより負圧が解消した後に、吐出側の流路を開放することによって実行される。従って、液体ポンプの吸入側と吐出側にそれぞれ設けられた開閉弁等によって吸入側の流路と吐出側の流路を開閉することによって、簡単に液体ポンプを実稼働の運転状態から動力消費量の少ない空転状態まで制御することができる。
【００１０】
これらの制御方法において、液体ポンプが容積式のポンプであれば、空転状態においてポンプの内部から液体を完全に排除することができ、吸入側を遮断する場合には真空状態にすることもできるので、空転状態における動力消費量が一層小さくなる。また、液体ポンプが渦流式ポンプである場合には内部を真空にすることはできないものの、液体ポンプシステムを暖房システムとして利用する場合には、渦流式ポンプを補助熱源として利用することができる。
【００１１】
本発明は、また、前記の課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の請求項６乃至１７に記載された液体ポンプシステムを提供する。請求項６に記載の液体ポンプシステムは、液体を圧送することができる液体ポンプと、内部へ流入する液体によって液相空間とその液面上の気相空間とを形成するリザーバタンクと、吸入側及び吐出側と液体ポンプ及びリザーバタンクを接続する流路に設けられた少なくとも１個の流路切換弁と、この流路切換弁を切り換える手段とから構成されており、液体ポンプのポンプ能力、即ち吐出能力や昇圧能力、或いは動力消費量等を制御するために、流路切換弁によって、液体ポンプ内にある液体をリザーバタンク内へ導くとともに、リザーバタンク内の気相空間から気体を液体ポンプ内へ導く段階と、リザーバタンク内の液相空間から液体を液体ポンプ内へ導くとともに、液体ポンプ内の気体をリザーバタンク内へ導く段階とを切り換えて実行することができる。それによって、液体ポンプはリザーバタンクとの間で液体と気体をやりとりすることになり、液体ポンプが液体によって満たされた実稼働の運転状態から、気体によって満たされた空転状態まで、ポンプ能力を容易に且つ自由に変化させることができる。
【００１２】
流路切換弁が２個設けられる場合には、第１の流路切換弁によってリザーバタンクの液相空間と気相空間とを切り換えて択一的に液体ポンプの流体入口へ接続すると共に、第２の流路切換弁によって吸入側と液体ポンプの流体出口とを切り換えて択一的にリザーバタンクへ接続するように構成することができる。この場合に、前者の流路切換弁を二位置三方弁とし、後者の流路切換弁を二位置四方弁とすることができる。また、流路切換弁が１個だけ設けられる場合は、その流路切換弁を吸入側とリザーバタンクの気相空間とを切り換えて択一的に液体ポンプの流体入口へ接続するように構成することができる。この場合、液体ポンプの流体出口はリザーバタンクを介して吐出側へ接続されることになる。またこの場合には、望ましい形として、吸入側には別の液体ポンプによって加圧された液体が供給されており、吸入側と吐出側との間には逆止弁を含むバイパス通路が設けられている。
【００１３】
本発明の請求項１１に記載の液体ポンプシステムは、リザーバタンクを用いないで構成したものである。即ち、請求項１１の液体ポンプシステムは、液体ポンプと、吸入側及び吐出側と液体ポンプとを接続する流路にそれぞれ設けられた一対の開閉弁と、これら開閉弁をＯＮ−ＯＦＦさせる手段とから構成されるので、構成がきわめて簡単になる。２個の開閉弁はいずれも二位置二方弁とすることができる。この場合、まず、液体ポンプの吐出側の流路に設けられた開閉弁を開放すると共に吸入側の流路に設けられた開閉弁を閉じて、液体ポンプ内を負圧とすることにより内部に残っている液体を気化させた後に、吐出側の開閉弁をも閉じることによって液体ポンプを空転状態とすることができる。空転状態においては液体ポンプの内部が真空に近い状態になっているので、液体ポンプが仕事をすることがなく、動力消費量が零に近くなる。言うまでもなく、吸入側及び吐出側の流路に設けられた２個の開閉弁を共に開くことによって実稼働の運転状態になり、液体が加圧されて吐出側から吐出される。
【００１４】
本発明の液体ポンプシステムに使用される液体ポンプを遠心クラッチ機構を介して回転駆動すると、駆動回転速度が所定の値を越えるまでは液体ポンプが回転しないので、空転状態においても僅かながら動力を消費する場合に、その動力消費量を更に低減することができる。遠心クラッチ機構は電磁クラッチに比べて構造が簡単で安価であり、必要とするスペースも比較的に小さい。また、この遠心クラッチ機構は、液体ポンプを回転駆動するためのプーリの内部に設けると更にスペースを節減することができる。
【００１５】
本発明の液体ポンプシステムは、自動車のヒータコアへエンジンの冷却水を循環させて車室内の暖房に利用する暖房システムとして利用することができる。それによって、ポンプを自動車のエンジンによって回転させながら、冷却水の循環の程度を制御して暖房効果を調節することができる。また、液体ポンプとして渦流式ポンプを用いる場合には、渦流式ポンプを補助熱源として作動させることができるので、厳寒時にも暖房能力が不足することがない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１〜図３に示す本発明の第１実施例は、液体ポンプとしてそれ自体は公知の渦流式ポンプ１を用いた、可変吐出能力型のポンプシステムの１つの例である。従って、第１実施例の説明に先立って、それに使用されている渦流式ポンプ１の構造を図４〜図６を用いて説明することにする。
【００１７】
図５に示す２はフロントハウジング、３はリアハウジングであって、これら前後のハウジング２，３の少なくとも一方の内部には、図４に示すように概ねＣ形の溝としての流体通路４が形成される。図５から明らかなように、流体通路４の大部分は半円形の断面形を有する。５はインペラ（羽根車）であって、ハウジング２，３内において自由に回転することができるように軸支されたシャフト６に取り付けられており、シャフト６の一端に取り付けられたプーリ７によって自動車のエンジンのような動力源から回転動力を受け入れて駆動される。
【００１８】
８はハウジング２，３に形成された流体入口、９は同じく流体出口であって、それらはそれぞれ流体通路４の一方の端部に接続している。ハウジング２，３の一部として形成された高低圧仕切部１０がそれらの流体入口８と流体出口９との間を隔てており、それによって流体通路４の流体入口８側には空間としての低圧部１１が形成されると共に、流体通路４の流体出口９側には空間としての高圧部１２が形成される。
【００１９】
第１実施例の渦流式ポンプ１における円板形のインペラ５は図６に示すような正面形状を有する。即ち、インペラ５の表面には、ハウジング２，３の流体通路４に対応して、シャフト６を中心として均等に花びらのように外方に向かって延びる多数の溝１３が形成されている。それぞれの溝１３は、深さが連続的に変化することによって図５に示すような半円形の、全て同じ断面形状を有する。インペラ５は、ハウジング２，３内に形成された同じ形の空間に軸方向及び半径方向に僅かな隙間を残して挿入され、シャフト６によって支持されているので、ハウジング２，３に接触しないで自由に回転することができると共に、その隙間から流体が洩れ出ることが実質的に防止される。
【００２０】
渦流式ポンプ１はこのような構造を有するので、インペラ５がシャフト６とプーリ７等を介して自動車のエンジンのような外部の動力源によって回転駆動されると、インペラ５の溝１３内にある流体はインペラ５に連れ回りをするために、遠心力を受けて中心部から外方に向かって放射状に移動する。その結果、それぞれの溝１３内からハウジング２，３の流体通路４内にかけて旋回する多数の渦流が発生するが、それらの渦流はインペラ５にまとわりつく形で流体通路４内をインペラ５の回転方向に、即ち、流体入口８から流体出口９に向かって移動するので、流体通路４内の流体の全てに同じ方向の流れが発生して、流体が流体入口８から流体通路４を通って流体出口９へ圧送される。それによって流体通路４の両端の各空間が低圧部１１と高圧部１２になり、後続の流体が低圧部１１の負圧によって流体入口８から吸入されると共に、加圧された流体が高圧部１２から流体出口９を通って外部へ吐出される。
【００２１】
第１実施例は、このような渦流式ポンプ１を図１に示したような構成のポンプシステム２１に使用したものである。ポンプシステム２１は、何らかの液体を圧送するシステム、例えば自動車用エンジンにおける冷却水循環システム、潤滑油供給システム、或いは電気自動車やハイブリッド駆動の自動車におけるインバータの冷却システムのように、冷却水や潤滑油のような液体を圧送するポンプを含むシステムに、なかでも、そのポンプが自動車用のエンジンやモータのように回転速度が大幅に変動する動力源によって回転駆動されると共に、要求吐出量に応じて吐出能力を変化させることが望ましい液体供給システムに適用することができる。このような用途は、本発明の他の実施例にも共通のものである。
【００２２】
図１は第１実施例のポンプシステム２１の構成と、その渦流式ポンプ１が液体を加圧して吐出する渦流式ポンプ１の実質的な稼働時（これを渦流式ポンプ１或いはシステムのＯＮ時という）におけるシステム２１の運転状態を示している。これに対して、図３は、渦流式ポンプ１が運転（回転）されてはいるものの実質的に液体を吐出することがない空転時（これを渦流式ポンプ１或いはシステムのＯＦＦ時という）の、システム２１の運転状態を示している。また、図２は図１と図３の中間の運転状態、即ち移行段階を示すもので、第１実施例のポンプシステム２１がＯＮ時の運転状態からＯＦＦ時の運転状態へ移行する時、或いはそれと反対にＯＦＦ時の運転状態からＯＮ時の運転状態へ移行する時の途中の段階を示している。
【００２３】
第１実施例のポンプシステム２１においては、渦流式ポンプ１に関連するものとして、流体を貯溜するためのリザーバタンク２６と、流路切換弁としての二位置三方弁３２と、同じく流路切換弁としての二位置四方弁３４がそれぞれ１個ずつ設けられている。リザーバタンク２６内には液体（作動流体）２８が供給されるが、その液面の上部の空間（気相空間）は空気のような気体３０によって満たされている。リザーバタンク２６は気相空間に連通するように上部に２個の出入口（開口）２６ａ，２６ｂを備えていると共に、液面の下部の空間（液相空間）に連通するように底部に１個の出入口（開口）２６ｃを備えている。
【００２４】
この場合、渦流式ポンプ１の流体入口８とリザーバタンク２６を接続するために二位置三方弁３２が使用されている。それを手動或いは適当な制御装置によって自動的に回転させて弁位置を切り換えることにより、図１に示すように渦流式ポンプ１の流体入口８がリザーバタンク２６の底部の開口２６ｃによって液体２８がある液相空間に連通するか、或いは図３に示すように流体入口８がリザーバタンク２６の上部の開口２６ｂを介して気体３０がある気相空間に連通する。それによって、渦流式ポンプ１の流体入口８は、リザーバタンク２６から液体２８或いは気体３０を択一的に吸入することができる。
【００２５】
第１実施例のポンプシステム２１においては、渦流式ポンプ１の流体出口９に接続するように二位置四方弁３４が設けられている。そして、前述のＯＮ時には二位置四方弁３４を図１に示す位置へ移行させることによって、渦流式ポンプ１の運転によって発生するリザーバタンク２６内の負圧により、吸入側から吸入された液体が開口２６ａを介してリザーバタンク２６内へ補給される。また、渦流式ポンプ１によって加圧された液体は、二位置四方弁３４を通って吐出側へ吐出される。それによって、渦流式ポンプ１は実質的な稼働状態となる。
【００２６】
ＯＦＦ時へ移行する必要が生じた場合には、第１実施例のポンプシステム２１は、二位置四方弁３４を切り換えることによって先ず図２に示すような中間の状態となる。この状態においては、リザーバタンク２６から渦流式ポンプ１へ吸入されて加圧された液体は、再び開口２６ａを経てリザーバタンク２６内へ戻るので吐出側へ液体が吐出されることはない。また、吸入側から液体或いは気体をシステム２１内へ吸入することもない。しかしながら、渦流式ポンプ１は気体よりも密度の高い液体を圧送して循環させることにより無視することができない程の大きな動力を消費する。この動力は熱エネルギーに変わって循環する液体の温度を上昇させることにより蓄積される。従って、この熱を補助暖房のような目的に利用する場合を除いて、図２に示すような運転状態は動力の無駄遣いとなる。
【００２７】
そこで、システム２１のＯＦＦ時には前述の二位置三方弁３２を切り換えることによって図３に示すような状態とする。ＯＦＦ時においては、渦流式ポンプ１の流体入口８はリザーバタンク２６の上部の開口２６ｂに接続するから、渦流式ポンプ１は液体２８を吸入することができなくなり、リザーバタンク２６の上部の気相空間から気体３０のみを吸入し、流体出口９から開口２６ａを介して再びリザーバタンク２６の上部の気相空間へ送り返すようになる。この場合の気体の循環にも渦流式ポンプ１は若干の動力を消費するが、気体の密度は液体の密度の１０００分の１程度であるから、気体を圧送して循環させる仕事により渦流式ポンプ１が消費する動力は無視し得る程度の大きさである。
【００２８】
従って、本発明の第１実施例のポンプシステム２１によれば、ＯＦＦ時には、二位置三方弁３２及び二位置四方弁３４を図１の位置から図３の位置へ切り換えることによって、渦流式ポンプ１による液体（作動流体）の吐出能力を実質的に零とすることができる。それによって電磁クラッチのような高価で体格の大きいものを使用する必要がなくなる。しかも、図３に示すＯＦＦ時における渦流式ポンプ１の動力消費量は無視し得る程度に小さい。更に、ポンプシステム２１全体を閉じたものとして、ＯＦＦ時にリザーバタンク２６内の気体３０が外部へ流出するのを防止することができる。また、リザーバタンク２６は、通常の液体圧送システムにおいてしばしば設けられている既存のリザーバタンクを利用することができるので、大抵の場合はリザーバタンク２６を新設する必要がない。
【００２９】
次に、第１実施例のポンプシステム２１に使用し得る渦流式ポンプ１の１つの変形例として、図７に示した渦流式ポンプ１’について説明する。図４〜図６を用いて説明した基本的な構造の渦流式ポンプ１に対して、変形例としての渦流式ポンプ１’の構造上の特徴は、低圧部１１と高圧部１２との間を仕切る高低圧仕切部１０に、それをバイパスし得るリリーフ弁１４を設けたことである。リリーフ弁１４は高低圧仕切部１０に穿孔された通路１５と、通路１５の高圧部１２側に形成された弁座を閉塞し得るボール１６と、ボール１６をそれが弁座を閉塞する方向に付勢するスプリング１７とからなっている。
【００３０】
このリリーフ弁１４は、シャフト６の回転速度が異常に高くなって高圧部１２の圧力が所定値を越えたときに、自動的に開弁して高圧の流体を低圧部１１側へ逃がすので、高回転時に高圧部１２に異常な高圧が発生した場合に、渦流式ポンプ１’自体やポンプシステム２１全体の配管等を保護することができる。この例ではリリーフ弁１４を最も高圧となる高圧部１２と最も低圧となる低圧部１１との間に設けているが、リリーフ弁１４の設置位置がそれ以外の高圧部と低圧部との間であってもよいことは言うまでもなく、また、リリーフ弁１４は他の形式のものであってもよい。
【００３１】
前述の変形例と同様な効果を奏することができる第１実施例の変形例を図８に示す。この変形例の特徴は、渦流式ポンプ１のシャフト６とプーリ７との間に遠心クラッチ機構１８を設けた点にある。この変形例の特徴は渦流式ポンプ１の駆動機構にあるので、渦流式ポンプ１自体は前述の例のように図４〜図６に示したものと同様なものでよいし、また、図７〜図９に示したものと同様なものであってもよい。更に、その他の形式の渦流式ポンプを用いることもできる。
【００３２】
この変形例における遠心クラッチ機構１８は、従来からよくポンプに付設されるている電磁クラッチの代わりに設けられたものであって、前述のように、電磁クラッチは高価で且つ大きなスペースを占めるという問題を有することから、この変形例においては電磁クラッチの代わりに遠心クラッチ機構１８を採用して構成を簡略化すると共に、低コスト化及び軽量化を図ったものである。
【００３３】
即ち、図８に示すように、この変形例においては図５に示す例とは異なって、シャフト６の端部に対して回転可能に支持されるプーリ７の内部に、シャフト６の周囲に対して摩擦係合をすることができる円筒状の摩擦筒１９の基端（左端）を取り付けている。摩擦筒１９は例えばバネ鋼板のような弾性のある材料から製作され、軸方向に数条のスリットが形成されることにより複数個の摩擦片に分かれていて、それぞれの摩擦片の自由端には比較的重量の大きい遠心錘１９ａが形成されている。なお、図中の７ａは摩擦片の可動（拡開）範囲を制限する筒状のストッパであって、外面が円筒面、内面が円錐面を形成しており、プーリ７の円筒形の内面に固定されているが、プーリ７と一体化していてもよい。
【００３４】
図８に示す遠心クラッチ機構１８はこのように構成されているので、シャフト６の低回転時（例えば１０００ｒｐｍ以下）には、摩擦筒１９の摩擦片が破線によって示したようにシャフト６の軸端の外面に摩擦接触して、プーリ７の回転をシャフト６へ伝達し、渦流式ポンプ１を回転駆動する。従って、渦流式ポンプ１は前述のように液体２８を加圧して流体出口９から圧送する。
【００３５】
これに対して、シャフト６の回転速度が所定値を越えて上昇すると、遠心錘１９ａに作用する遠心力が大きくなるので、摩擦筒１９の摩擦片は図８に実線によって示したようにストッパ７ａの内面に抵触するところまで拡開してシャフト６の表面から離れるので、遠心クラッチ機構１８は自動的に遮断状態となって、プーリ７は回転していてもシャフト６及びインペラ５は回転しない。従って、渦流式ポンプ１が液体２８を吐出することもなく、シャフトの回転速度が異常に高くなった時に電磁クラッチを遮断するのと同様な効果が得られて、高圧部１２に異常な高圧が発生するのを防止することができる。また、二位置三方弁３２や二位置四方弁３４のための制御装置も簡素化することができる。
【００３６】
第１実施例のポンプシステム２１に使用され得る渦流式ポンプ１或いは１’には図５及び図６に示したような形状のインペラ５を使用することができるが、その変形として、図９に示すような形状のインペラ５’、或いは図１０に示すようなインペラ５''を用いることもできる。その他、第１実施例のポンプシステム２１に使用され得る渦流式ポンプのインペラの形状は、図示実施例以外のものとすることもできる。
【００３７】
また、図示実施例においては、インペラ５或いは５’或いは５''の両面に溝１３或いは１３’或いは１３''を設けると共に、前後のハウジング２及び３のいずれにも流体流路４を形成しているが、第１実施例のポンプシステム２１をはじめとして、本発明の各実施例のポンプシステムにおいては、渦流式ポンプ１又は１’のインペラ５又は５’又は５''の両側にそれらを設ける必要はないので、取り扱う液体（作動流体）の流量が少ない場合は、インペラ５或いは５’或いは５''の一側にのみ溝１３或いは１３’或いは１３''を形成すると共に、それに対応して前後のハウジング２，３のいずれか一方にのみ流体通路４を設けることも可能である。
【００３８】
なお、本発明の図示実施例においては、いずれも実施例のポンプシステムに使用する液体ポンプとして好適な渦流式ポンプを取り上げているが、本発明においては、液体ポンプとして渦流式ポンプ以外の形式のポンプ、例えば、歯車式、往復動式、遠心式等のポンプを使用することも可能であり、それによって実施例の場合と類似の作用、効果をあげることができる。
【００３９】
次に、本発明の第２実施例として、図１１及び図１２に示したポンプシステム２２について説明する。第２実施例のポンプシステム２２は、液体（作動流体）が別のポンプ等の加圧手段によって加圧されて圧送されるように構成されている液体供給システムにおいて、運転状態に応じて液体の供給圧力を更に高める必要があるような場合に、補助的に付設するのに適したポンプシステムである。
【００４０】
このような場合は補助的な加圧手段が不要になる運転状態が生じるが、その場合は補助的な加圧手段を電磁クラッチのような手段によって不作動にする必要があるので、前述のようにコストの面及びスペースの面における問題が生じる。また、補助的なポンプを不作動にして空転させることにより単なる液体通路とした場合には、そのポンプが液体の流れに多少とも抵抗を与えるので、主たるポンプの運転効率が低下する。この点、第２実施例のポンプシステム２２は、補助的な加圧手段を必要としない運転状態において、その加圧手段が無駄な動力消費をしないという利点がある。また、このように既存の加圧手段を利用することができる場合は、第２実施例のポンプシステム２２を採用することによって、第１実施例のシステム２１よりも構成を簡素化することが可能になる。
【００４１】
図１１は第２実施例のポンプシステム２２の構成を示すと共に、図示しない既設の加圧手段とは別に特設された渦流式ポンプ１が、吸入側から加圧されて供給された液体（作動流体）を更に加圧して吐出側へ供給している状態、即ち渦流式ポンプ１の実質的な稼働時（ＯＮ時）におけるシステム２２の運転状態をも示している。これに対して図１２は、渦流式ポンプ１が運転（回転）されてはいるものの実質的に液体２８を吐出していない時（ＯＦＦ時）のシステム２２の運転状態を示している。ＯＦＦ時においては、液体２８は図示しない遠心式ポンプ等からなる別の加圧手段のみによって圧送される。なお、第２実施例以下の各実施例においては第１実施例と実質的に同じ構成部分に対して同じ参照符号を付すことにより、説明を簡略化することにする。
【００４２】
第２実施例のポンプシステム２２においては、第２段階の加圧を行うポンプの例としての渦流式ポンプ１の他に、それに関連するものとして流体を貯溜するリザーバタンク２６と、流路切換弁としての二位置三方弁３２と、バイパス弁としての逆止弁３６がそれぞれ１個ずつ設けられる。リザーバタンク２６の気相空間に連通している上部の２個の開口２６ａ，２６ｂは、それぞれ二位置三方弁３２と渦流式ポンプ１の流体出口９に接続されており、液相空間に開口する開口２６ｃは吐出側に直接に接続している。また、図示しない他のポンプ等から加圧された液体２８が供給される吸入側から、液体２８の供給先である吐出側に向かって、渦流式ポンプ１を迂回して液体２８を流すために、吸入側と吐出側との間には逆止弁３６を備えたバイパス通路３７が設けられている。従って、図１２に示すように、渦流式ポンプ１のＯＦＦ時においては、吐出側と吸入側との圧力差によって逆止弁３６が自動的に開弁して、液体２８を吸入側から吐出側へバイパスするが、吐出側から吸入側への流体の逆流は防止される。
【００４３】
第２実施例のポンプシステム２２はこのように構成されているから、渦流式ポンプ１を実質的に稼働させるＯＮ時には、二位置三方弁３２が図１１に示す位置へ移動される。それによって、図示しない別の加圧手段によって加圧されて吸入側へ供給された液体２８は、二位置三方弁３２を通って渦流式ポンプ１の流体入口８へ吸入され、渦流式ポンプ１によって追加的に加圧されて流体出口９からリザーバタンク２６内へ流入し、リザーバタンク２６の液相空間から開口２６ｃを経て吐出側へ圧送される。この場合は、渦流式ポンプ１の作用により吸入側よりも吐出側の圧力が高くなって逆止弁３６は閉じているので、バイパス通路３７を介して液体２８等の流体が逆流する恐れはない。また、リザーバタンク２６内の気相空間には一定量の空気のような気体３０が保持される。
【００４４】
ＯＮ時からＯＦＦ時へ移行する場合及び定常的なＯＦＦ時には、二位置三方弁３２が図１２に示す位置へ移動される。それによって、渦流式ポンプ１内にあった液体２８は全て開口２６ｂを経てリザーバタンク２６内へ吐出され、その代わりに、リザーバタンク２６内の気相空間にあった空気のような気体３０が、開口２６ａを介して渦流式ポンプ１へ吸入され、開口２６ｂから再びリザーバタンク２６内へ吐出される。このようにして、渦流式ポンプ１が気体３０を循環させるようになると、渦流式ポンプ１が連続的に回転していても動力消費量は無視し得る程度に小さくなる。この状態では、図示しない別の加圧手段によって吸入側の圧力が吐出側の圧力よりも高くなっているから、逆止弁３６が自動的に開弁して液体２８はバイパス通路３７を通って吐出側へ直接に流れる。リザーバタンク２６内の液面は釣り合う位置まで移動するので、リザーバタンク２６内の液体２８や気体３０の全量が吐出側へ流出することがないように、渦流式ポンプ１、リザーバタンク２６及び配管系の容量等を設定する。
【００４５】
第２実施例のポンプシステム２２においてＯＦＦ時からＯＮ時へ移行する場合は、二位置三方弁３２を再び図１１の位置へ移動させることによって、図示しない別の加圧手段によって加圧された液体２８が吸入側から渦流式ポンプ１内へ流入する。その液体２８は渦流式ポンプ１によって更に加圧されてリザーバタンク２６へ吐出されるので、以後は定常的なＯＮ時の作動状態となる。
【００４６】
図１３及び図１４に本発明の第３実施例としてのポンプシステムを示す。第３実施例のポンプシステム２３は、自動車のエンジンの冷却水を利用した自動車用の暖房システムにおいて、冷却水を圧送する既存の遠心式冷却水ポンプに、システムの暖房能力を高め得る渦流式ポンプ１を併設したものである。形式的に見ると、第３実施例のシステム構成は、エンジンの冷却水を利用した通常の自動車用の暖房システムに、前述の第１実施例のポンプシステム２１を追加したものと言うことができる。第３実施例において補助熱源として使用される渦流式ポンプ１の実稼働時（ＯＮ時）は図１３に示されており、渦流式ポンプ１の非稼働時としての空転時（ＯＦＦ時）は図１４に示されている。この場合もＯＦＦ時において渦流式ポンプ１の動力消費量を電磁クラッチを用いないで簡単に低減させることができる。
【００４７】
図１３及び図１４において、４０は自動車のエンジン、４２は既設の遠心式冷却水ポンプ、４４は冷却水を冷却するラジエータ、４８は車室内に設けられた暖房用のヒータコア、５０は冷却水温度６０°Ｃ前後で開閉するサーモスタット弁を示しており、いずれも通常使用されているものである。リザーバタンク２６、二位置三方弁３２及び二位置四方弁３４は、前述の第１実施例のシステム２１におけるものと同様なものであるが、通常の自動車用エンジンの冷却システムには冷却水の補給・調整のためにリザーバタンクが設けられているので、それをリザーバタンク２６として利用することができる。リザーバタンク２６に設けられた開口２６ａ，２６ｂ，２６ｃも第１実施例のそれと同様である。なお、第３実施例においては、ラジエータ４４の圧力を適正な範囲内に保持するために、リザーバタンク２６の液相空間に設けられた開口２６ｄとラジエータ４４のアッパータンクとの間に圧力調整弁４６が接続されている。また、渦流式ポンプ１の吐出側には、高い吐出圧力を維持して暖房能力を高めると共に、その吐出圧力を減圧してヒータコア４８を保護するための絞り３８が設けられている。
【００４８】
図１３に示す第３実施例の渦流式ポンプ１のＯＮ時は、冬季において暖房システムでもあるポンプシステム２３の暖房能力を向上させたいときに、二位置三方弁３２と二位置四方弁３４を図示の位置へ移動させた状態である。通常、このような状態ではサーモスタット弁５０は閉じているので、液体２８即ち冷却水はラジエータ４４へは流れない。従って、冷却水２８は、既設の遠心式ポンプ４２、エンジン４０の冷却水套、二位置四方弁３４、リザーバタンク２６、二位置三方弁３２、図４〜図６に示したものと同様な渦流式ポンプ１、絞り３８、二位置四方弁３４、ヒータコア４８、再び遠心式ポンプ４２という順序で流れる。その間に冷却水２８はエンジン４０の冷却水套から熱を吸収するだけでなく、渦流式ポンプ１が仕事をすることによって発生する熱も吸収し、双方の熱をヒータコア４８によって車室内へ放出するので、暖房能力が一段と向上する。
【００４９】
図１４に示す第３実施例の渦流式ポンプ１のＯＦＦ時には、第１実施例の場合と同様に二位置三方弁３２と二位置四方弁３４を図示の位置へ移動させる。それによって、夏季等においてサーモスタット弁５０が開いている場合は、冷却水２８の大部分が、既設の遠心式ポンプ４２、エンジン４０の冷却水套、ラジエータ４４、サーモスタット弁５０を通って遠心式ポンプ４２へ戻る。この場合、冷却水２８の一部は二位置四方弁３４を通ってヒータコア４８へも流れるが、ヒータコア４８の通水抵抗がラジエータ４４のそれよりも大きいので、ヒータコア４８へは殆ど流れない。しかし、冬季でも補助熱源としての渦流式ポンプ１は不要な時や、エンジン４０の始動直後の未暖機状態等では、サーモスタット弁５０が閉じているので、冷却水２８はヒータコア４８を通って流れる。図１４はこのような運転状態を示したものである。
【００５０】
図１４に示した渦流式ポンプ１のＯＦＦ時には、渦流式ポンプ１は、リザーバタンク２６の開口２６ｂから気相空間にある空気のような気体３０を吸入して、それを開口２６ａから再びリザーバタンク２６の気相空間内へ送り返すだけであるから、前述の各実施例の場合と同様に、渦流式ポンプ１の動力消費量がきわめて僅かなものとなる。従って、高価で必要なスペースを増大させる電磁クラッチ等を設けて渦流式ポンプ１の駆動系統を遮断する必要はなく、空転させておいても何ら問題は生じない。このように第３実施例の場合は、リザーバタンク２６として既存のものを利用することができるほか、電磁クラッチを使用する必要もなく渦流式ポンプ１の吐出能力を零まで低減させることができ、しかも無駄な動力消費を生じないという利点がある。
【００５１】
図１５〜図１８に本発明の第４実施例としてのポンプシステム２４の構成と、その各作動状態を示す。即ち、図１５はＯＮ時を、図１６はＯＮ時からＯＦＦ時への移行状態を、図１７はＯＦＦ時を、図１８はＯＦＦ時からＯＮ時への移行状態をそれぞれ示している。
【００５２】
第４実施例のポンプシステム２４の構成は、図１から図３に示す前述の第１実施例のポンプシステム２１の構成におけるリザーバタンク２６、二位置三方弁３２、及び二位置四方弁３４の代わりに、渦流式ポンプ１の入口側に電磁式の簡単な開閉弁である二位置二方弁５２を設けると共に、出口側にも同様な構造の二位置二方弁５４を設けている点に特徴がある。二位置二方弁５２及び５４は、図示しない制御装置によって連通或いは遮断の２位置を択一的にとる。
【００５３】
まず、図１５に示すＯＮ時においては、二位置二方弁５２及び５４を図示の位置に置くことによって、双方共に開弁させると、作動流体（液体）は吸入側から二位置二方弁５２を通って渦流式ポンプ１へ吸入され、加圧されて二位置二方弁５４を通って吐出側へ吐出される。
【００５４】
図１６に示すＯＮ時からＯＦＦ時への移行状態においては、吸入側の二位置二方弁５２を図示の位置へ移動させて閉弁させる。この時、吐出側の二位置二方弁５４は開弁したままであるから、渦流式ポンプ１内の作動流体（液体）は吐出されるが、吸入側の二位置二方弁５２が閉じているために、渦流式ポンプ１内の圧力は負圧となり、液体の作動流体は蒸発・気化して気体となる。もし、渦流式ポンプ１の代わりに更に昇圧能力が高い容積型のポンプを使用すると、ポンプ１内が真空となるので更に良い。これと反対に、昇圧能力の低い遠心式ポンプ等を使用すると、負圧の程度が低いために気化する液体の量が少なく液体の残量が多くなることから、遠心式のような形式のポンプを第４実施例のポンプシステム２４に使用することは不適当である。
【００５５】
図１６に示す状態において、ポンプ１内が十分に高い負圧になった後に、二位置二方弁５４を図１７に示す位置へ移動させる。それによってポンプ１内には負圧が保持されると共に、作動流体が気化した気体によって満たされている。この場合、ポンプ１が渦流式ポンプであれば、渦流式ポンプ１内は真空（−１０１３２５パスカル）にはならないで、液体と気体が混在した状態となるが、ポンプ１内が全て液体によって満たされている場合に比べて、ポンプ１を駆動するための動力消費量は大幅に抑制される。
【００５６】
再びＯＮ時へ復帰させる場合は、二位置二方弁５２を図１８に示す位置へ移動させて開弁させる。作動流体（液体）は二位置二方弁５２を通ってポンプ１内へ流入するので、ポンプ１内の圧力が上昇する。その後、二位置二方弁５４も開弁させると、図１５に示すＯＮ時に戻って、通常の運転状態として液体が吸入側からポンプ１を通って吐出側へ圧送されるようになる。
【００５７】
なお、本発明の一部において使用するリザーバタンクは、関連する渦流式ポンプ１等のポンプと一体的に設けられてもよいし、勿論、それとは別体のものとして設けられてもよい。また、このリザーバタンクは、前述のように自動車用のエンジンの冷却システムに設けられているものとか、電気自動車やハイブリッド駆動の自動車におけるインバータの冷却システムに設けられているもののように、別の目的でもリザーバタンクを既に備えているシステムにおいては、既存のものを利用することができ、それによってコストを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の構成とＯＮ時の運転状態を示す断面図である。
【図２】第１実施例において運転状態の移行時を示す断面図である。
【図３】第１実施例においてＯＦＦ時の運転状態を示す断面図である。
【図４】本発明に使用し得る渦流式ポンプを例示する横断正面図である。
【図５】図４に示す渦流式ポンプの縦断側面図である。
【図６】渦流式ポンプのインペラを例示する正面図である。
【図７】本発明に使用し得る渦流式ポンプの他の例を示す横断正面図である。
【図８】第１実施例の変形例を示す縦断側面図である。
【図９】渦流式ポンプのインペラの他の例を示す正面図である。
【図１０】渦流式ポンプのインペラの他の例を示す縦断側面図である。
【図１１】本発明の第２実施例の構成とＯＮ時の運転状態を示す断面図である。
【図１２】第２実施例においてＯＦＦ時の運転状態を示す断面図である。
【図１３】本発明の第３実施例の構成とＯＮ時の運転状態を示す断面図である。
【図１４】第３実施例においてＯＦＦ時の運転状態を示す断面図である。
【図１５】本発明の第４実施例の構成とＯＮ時の運転状態を示す断面図である。
【図１６】第４実施例においてＯＮ→ＯＦＦの運転状態の移行時を示す断面図である。
【図１７】第４実施例においてＯＦＦ時の運転状態を示す断面図である。
【図１８】第４実施例においてＯＦＦ→ＯＮの運転状態の移行時を示す断面図である。
【符号の説明】
１，１’…渦流式ポンプ
５，５’，５''…インペラ（羽根車）
６…シャフト
８…流体入口
９…流体出口
１０…高低圧仕切部
１１…低圧部
１２…高圧部
１３，１３’，１３''…溝
１４…リリーフ弁
１６…ボール
１８…遠心クラッチ機構
１９…摩擦筒
２１…第１実施例のポンプシステム
２２…第２実施例のポンプシステム
２３…第３実施例のポンプシステム
２４…第４実施例のポンプシステム
２６…リザーバタンク
２８…液体（作動流体）
３０…気体
３２…二位置三方弁
３２…二位置四方弁
３６…逆止弁
３８…絞り
４０…エンジン
４２…既設の遠心式ポンプ
４４…ラジエータ
４６…圧力調整弁
４８…ヒータコア
５０…サーモスタット弁
５２，５４…二位置二方弁
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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