JPH02218897A - 振動柱ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、振動柱ポンプ、即ち、一端を水中に浸漬し他
端を空中にあるように配し且つ該他端をばねで弾接され
た弁板を介して吐出側導液管に連通させるようにしたパ
イプ（振動管）を、長手方向に振動させ、該パイプ内を
経て揚液させるようにしたポンプに関する。

〔従来の技術〕

従来、この種の振動柱ポンプは、下端を液中に浸漬し上
端を空中にあるように配したパイプの上端を、ばねで弾
接された弁板を介して吐出側導液管に連通させるように
したパイプ自身を、長手方向に振動させ、該パイプ（振
動管）内を経て揚液させるようになっているもの（−例
として特開昭５８−１４４７００号公報参照）、或いは
、下端が液中に連通し、上端が、吐出口を備えた導液管
中に密封して挿通され該導液管中にて開口している振動
管の上端に、ばねで弾接された弁板を当接させ、上記振
動管を長手方向に振動させ、該振動管を経て揚液させる
ようになっているもの（本出願人らが先に出願した特願
昭６３−４２１２３号明細書参照）などがある。

ところが、これらの従来のものは、振動管の上端にばね
で弾接させる弁板の背圧を積極的に制御するように考慮
された構造成いは形状のものではなかった。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のような振動柱ポンプを循環ポンプとして使用する
ときの作動過程は、２弁式のピストンポンプと比較して
考えると大別して吸込過程と吐出し過程とに分けられる
。この場合、振動柱ポンプでは導液管はピストンポンプ
のシリンダに相当し、振動管の下降過程では、弁が開放
して振動管内の液体が導液管内に流入する。一方、振動
管の上昇過程では、弁が閉鎖し振動管のピストン作用で
導液管内の液体が吐出口から押し出される。

ところで、振動管内の液体が導液管内に流入するために
は、振動管内の圧力が導液管内の圧力より大きくなって
弁が開放する必要があるが、吐出口の圧力が、振動管の
長手方向の振動によって振動管内の弁直下に発生する圧
力変動の最大値よりも大きい場合には、弁は開放しない
。即ち、２弁式のピストンポンプでは、吸込過程で吐出
し側の弁が閉鎖して吐出圧力を遮断するため、吸込側の
弁には吐出側の圧力はかからず、その作動に吐出側の条
件が影響を及ぼすことはない。ところが、振動柱ポンプ
では、吸込、吐出の両過程を一つの弁だけで開閉動作を
行なうために、吐出側の条件が該弁の作動に影響を及ぼ
す。

従って、振動柱ポンプでは、振動管内の圧力変動の最大
値より大きな吐出圧力を得ることができないという問題
点があった。

本発明は、上記した従来技術の有する問題点に鑑みてな
されたものであり、簡単な構造で高い吐出圧力の得られ
る振動柱ポンプを提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、本発明は、下端が液中に
浸漬し上端が弾接された弁を介して導液管中に開口して
いる振動管を、長手方向に加振する加振手段を備えた振
動柱ポンプにおいて、上記導液管に続く吐出配管の途中
にアキュムレータを取付け、該導液管とアキュムレータ
までの配管で形成される管路系の圧力脈動の定在波の振
動数が、振動管の振動数とほぼ一致するようにアキュム
レータの取付位置を調節するようにしたことを特徴とし
ている。

〔作　用〕

本発明は上記のように構成されているので、振動管の長
手方向の振動により、弁の閉鎖中に振動管内に発生する
圧力変動は、普通、振動管の変位と同位相であるから、
最大圧力が発生するのは管が最高位置に達したときであ
る。このとき、導液管、つまり振動管より弁を開いて吐
出された液を吐出口へ導く管部分（吐出ケーシング部分
に相当する。）の内部圧力が、振動管内の弁直下の圧力
よりも小さければ該弁が開放するための必要条件を満足
する。

上記の必要条件を満足するために、本発明は次のような
方法（手段）を用いている。即ち、上記導液管に続く吐
出配管の途中に十分大きな容積のアキュムレータを取り
付けることにより、該取付位置の吐出配管内の圧力は何
時も一定となる。このような状態の許では、導液管とア
キュムレータまでの配管で発生する圧力脈動の定在波は
、振動管上端の弁が閉じているとき、導液管内が腹とな
り、アキュムレータ取付位置は節となる。従って、導液
管内の圧力は大きく変動し、アキュムレータを取付けな
いときの導液管内の圧力が振動管内弁直下の最大圧力よ
りも高い場合でも、導液管内の圧力変動の最少値は、該
振動管内弁直下の圧力よりも小さくすることができる。

また、一般に定在波の振動数近傍では、加振変位に対し
て圧力変動の位相は、０度から１８０度まで急激に変化
するから、導液管からアキュムレータまでの管路の長さ
を調節して定在波の振動数を変化させ、振動管内弁直下
の最高圧力と導液管内の最小圧力の位相を一致させるこ
とが可能である。

このようにすれば、振動管内の液体は最小圧力時の導液
管へ吐出されるから、吐出側圧力の平均圧力（振動−周
期にわたる平均圧力）が振動管内の弁直下に発生する最
高圧力よりも高い場合でも、吐出流量を得ることができ
る。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例を図面と共に説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す振動柱ポンプ装置の
縦断面図である。

図において、１は磁性材で作られた振動管で、該振動管
ｌの上端には、ばね２によって弾発された板状の弁３が
圧接（弾接）され、下端には、コイルばね４が介装され
て該振動管１を中立位置に弾性支持している。上記振動
管１の外側には、電磁コイル５が配設され、該コイル５
に正弦波電流を流すことにより、振動管１を長手方向に
振動させるようになっている。また振動管１の下方には
。

静止管６がケーシング１２に固設されており、該静止管
６の下端は液中に没している。

上記ケーシング１２は、電磁コイル５を振動管１を中心
にして輪状に巻くようにして内装し、且つ中心部には、
振動管１を密封して挿通する通路１２ａを形成しており
、該通路１２ａは、下方が静止管６を経て液中に連通し
、上方は、振動管１より弁３を経て吐出される液を吐出
口１０へ導くように内径を大きく形成した導液管１１に
連通している。

上記導液管１１の吐出口１０に吐出配管９が接続され、
該吐出配管９の途中に、導液管１１から長さＬの位置に
アキュムレータ（空気室）７が設置されている。また、
該吐出配管９は、上部タンク８に接続されており、従っ
て、該アキュムレータ７の取付位置の圧力Ｐ［）は、何
時もヘッドＨ，（上部タンク８の液面高さ）に保持され
ている。

第２図は、導液管１１からアキュムレータ７までの管路
系をモデル化したもので、振動管１と上端の弁３（第１
図）はピストン１３に、またアキュムレータ７はヘッド
Ｈ０の開水路１５にそれぞれ相当している。図中、１４
は直管である。

上記モデルのピストン位置での圧力変動を、インピーダ
ンス法によって解くと、次のようになる。

Ｈ３＝０ 但し、γ　：伝搬定数 Ｚｏ：管路の特性インピーダンス ａ　：音速 Ｑ工：振動管変位（流量） Ｑ２：開水路入口（■の位置）での変位（流量）ＨＬ、
Ｈ２：位置■及び■でのヘッド 、’、Ｈ，＝−ＺａＱ１ｔａｎｈＹＬ 摩擦を無視すれば。

、　ω γ＝１− 、．Ｈｙ−＝ｌ　、Ａ　Ｑｔｔａｎ　１７　Ｌ、　ａ ＝ｘ　　Ｑｘｔａｎ　（−−；Ｌ　） ・・・（１） 共振点の振動数は、 πａ １シＷ ・・・（２） 上記のように、このモデルのピストン位置での圧力変動
をインピーダンス法によって解くと、式（１）のように
なり、ω＝πａ　／　４　Ｌの振動数の時、共振点とな
る。

また、式（１）から分かるように、ωとＬの値によって
５Ｑ１に対するＰ工（導液管内の圧力変動）の位相が変
化するから、Ｌの値を任意に選定することにより、Ｑユ
即ち振動管変位に対するＰ工の位相を制御することが可
能である。

第３図は、上記のようにして得られる導液管１１内の圧
力変動Ｐ□と、振動管１内の圧力変動Ｐ２を模式的に描
いたものである。振動管１が静止しているとき、吸込液
面から弁３までの高さをＨとすれば（第１図）、静止中
の振動管１を含めた吸込管内弁直下圧力は、Ｐａ−ｐＨ
ｇ（Ｐａ：大気圧、ρ：液体の密度、ｇ：重力加速度）
であるから、振動管１が長手方向に振動しているときの
振動管内弁直下圧力は、図のように、（Ｐａ−ｐＨｇ）
を中心に変動する。

これに対して、導液管ｌｌ内の圧力Ｐ８は、吐出側圧力
Ｐｉ）を中心に図のように変動する。従って、導液管１
１内の圧力変動Ｐ１の振幅と振動管内圧力Ｐ２に対する
位相関係は、第１図の長さしを加減することで調節する
ことができる。第３図の斜線部分ａ、に示すように、Ｐ
工よりＰ２が大きくなれば、その時弁３が開放して、振
動管１内の液体が導液管１１内に流入する。このように
して導液管１１内に補給された液体は、該振動管１の上
昇過程のピストン作用で吐出口１０から流出する。

〔発明の効果〕

本発明は上述のように構成されているので、次のような
効果を奏する。

下端を液中に連通させた振動管が密封して挿通している
導液管の吐出口に、吐出配管を連結し。

該吐出配管の途中にアキュムレータを接続し、上記導液
管とそれに続く該アキュムレータまでの吐出配管で形成
される管路の圧力脈動の定在波の振動数が、上記振動管
の振動数に一致するように該管路の長さを選定するよう
にしたことにより、該導液管中の液体に大きな圧力変動
を起こさせ、振動管内の圧力変動の最大値より大きな吐
出圧力を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す振動柱ポンプの縦断面
図、第２図は導液管からアキュムレータまでの管路系の
解析モデル、第３図は振動管内弁直下の圧力と導液管内
の圧力の時間的変動を示す線図である。 １・・・振動管、　　２・・・ばね、　　３・・・弁。 ４・・・コイルばね、　　　　　５・・・電磁コイル、
６・・・静止管、　　　　　　　７・・・アキュムレー
タ。 ８・・・上部タンク、　　　　９・・・吐出配管、ｌＯ
・・・吐出口、　　　　　　１１・・・導液管、１２・
・・ケーシング、　　　　　１３・・・ピストン。 １４・・・直管、　　　　　　　１５・・・用水路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、下端が液中に連通し、上端が吐出口を備えた導液管
   中に密封して挿通され該導液管中にて開口している振動
   管と、不動部分に一端が当接して弾発しているばねの他
   端にて振動管の上端に当接している弁板と、振動管を長
   手方向に加振する加振手段を備えた振動柱ポンプにおい
   て、上記吐出口に連結された吐出配管の途中にアキュム
   レータを接続し、上記導液管とそれに続く該アキュムレ
   ータまでの吐出配管で形成される管路の圧力脈動の定在
   波の振動数が、上記振動管の振動数に一致するようにア
   キュムレータの取付位置を調節して、導液管中の液体に
   大きな圧力変動を起こさせるようにしたことを特徴とす
   る振動柱ポンプ。