ハンドポンプ

流体をポンプで送る際には、吸引力と揚程が重要な考慮事項となります。吸引力は、ポンプで送る流体とポンプの中心との間の垂直距離であり、揚程は、ポンプと吐出点との間の垂直距離です。^{[ 5 ]}手動ポンプが吸い上げる深さは、大気圧によって7メートル未満に制限されます。^{[ 6 ]}手動ポンプが持ち上げる高さは、ポンプとオペレーターが吐出管内の重量を持ち上げる能力によって決まります。したがって、同じポンプとオペレーターでも、直径の小さいパイプの方が、直径の大きいパイプよりも大きな揚程を達成できます。

浅い地下水源から水を汲み上げて給水する用途に加えて、低揚程で高吐出の手動式吸引ポンプの別のバージョンが、19 世紀後半に船舶のビルジポンプ (小型沿岸船舶用) や建設現場の請負業者のポンプとして使用するために開発されました。これはデリュージポンプとして知られていました。^{[ 7 ]} 1880 年代後半から 20 世紀初頭にかけてこの製品を図示したメーカーの 1 つは Goulds Manufacturing Co. でした。^{[ 8 ]}

吸引ポンプや揚水ポンプが効果的に作動する高さ（約 7 メートル）よりも高い位置まで水を汲み上げる必要がある場合、または消防ホースのようにノズルから強い力で水を噴射できるように圧力を上げる必要がある場合は、強制ポンプを使用することができます。吸引ポ​​ンプと同様に、手動式の場合は、操作者がハンドルを操作します。ただし、違いは、水が下部バルブから吸い込まれた後（ハンドルに取り付けられたピストンを上昇させた結果）、その排出経路はメインシリンダー側面のパイプまたはノズルを通ることです。水は、下部バルブより上に吸い上げられてそこに閉じ込められた後、次のストロークでピストンまたはプランジャーが再び押し下げられると、排出口から押し出されます。^{[ 9 ]}

最も単純なサイフォンは、片端を移動させる水に浸し、もう一方の端を水を受け取る容器に入れた曲がった管です。受け容器は供給容器よりも低い位置になければなりません。^{[ 10 ]}水は常に最も低い位置を探そうとします。この原理を利用して、両端にフラップバルブが付いた非常にシンプルなバルブポンプが、燃料缶や水缶をタンクに空にするのに使われます。液体が管を十分に満たすと、液体はそれ以上の労力をかけずに高い容器から低い容器へと流れます。多くの手動ポンプは、流れの方向に液体を通過させることができ、ダイヤフラムポンプは特にこの点で優れています。したがって、水位が適切であれば、プールなどの大量の液体を、非常に少ない労力で、高価なエネルギーを使わずに空にすることができます。

チェーンポンプは、水中に降りてチューブ内を上昇し、大量の水を運ぶ一連のディスクを運ぶエンドレスチェーンで構成されています。これらは、シンプルな構造の古い手動ポンプ技術です^{[ 11 ]。18}世紀には、船のビルジポンプとして使用されていました。^{[ 12 ]}チェーンポンプは、チェーンを使用して水をある場所から別の場所に移動させるタイプのウォーターポンプです。これは、チェーンの連続ループが一連のスプロケットを通過する原理に基づいて動作し、チェーンが上部のスプロケットを通過するときに水を持ち上げ、チェーンが下部に達すると水を排出するバケットが取り付けられています。^{[ 13 ]}

直動式手動ポンプは、ポンプロッドをユーザーが直接上下に動かして水を排出します。直動式手動ポンプは設置やメンテナンスが容易ですが、人が物理的に持ち上げられる最大水柱の高さである15mまでしか揚水できません。直動式ポンプの例としては、カンジーポンプ^{[ 14 ]}やEMASポンプ^{[ 15 ]などがあります。}

深井戸用手動ポンプは、15メートル以上の高揚程に使用されます。水柱の重量が大きすぎて直接持ち上げることができないため、レバーやフライホイールなどの機械的利点を利用したシステムが用いられます。高揚程ポンプは、かかる負荷に対応するため、より強力で頑丈である必要があります。深井戸用手動ポンプの設置、保守、修理は、他の手動ポンプよりも複雑です。深井戸用手動ポンプは、理論上は揚水できる深さに制限はありません。しかし実際には、揚水深は人間が水柱を持ち上げる際に発揮できる力によって制限され、その深さは約30メートルです。

ダイヤフラムポンプの利点は、引き込み棒がないため比較的軽い力で揚水でき、耐腐食性があることです。一方、欠点は、特定の長さのチューブと高品質のゴム製ダイヤフラムが必要となることです。ダイヤフラムは高価であり、変形させるのに余分な労力がかかるため、効率も比較的低いです。ゴム製ダイヤフラムはいずれ漏れるため、交換が必要になります。交換作業は通常複雑で費用もかかるため、貧しい農村地域で使用されているダイヤフラムポンプは、ダイヤフラムが摩耗すると放置されることがよくあります。

プログレッシブキャビティポンプは、二重らせん状のステータに単一のらせん状ローターが挿入された構造になっています。ローターが回転すると、ステータ内の空洞が回転軸に沿って上方にねじ込まれます。プログレッシブキャビティポンプは複雑なギア機構を備えている場合があり、地元のポンプ技術者が保守や修理を行うのは困難です。ロープとワッシャーを用いたポンプは、プログレッシブキャビティ手動ポンプの一種です。

各種手動ポンプの揚程範囲は以下のとおりです。^{[ 16 ] [ 17 ]}

VLOM（Village Level Operation and Maintenance 、村レベルの運用と保守）は、UNDPと世界銀行の農村給水手押しポンププロジェクトで初めて使用された用語です。このプロジェクトは1981年から1991年まで続き、手押しポンプシステムの利用可能性と保守について調査しました。40種類の手押しポンプが研究所で分析され、2700台の手押しポンプの性能が現場で分析されました。この調査により、中央集権的な保守構造が手押しポンププログラムにおける多くの問題の原因であり、村レベルでの保守が最適であることが明らかになりました。^{[ 1 ]}

VLOM の概念は当初、ハードウェアに適用され、村の労働者によるメンテナンスの可能性、スペアパーツが確実に入手できるように国内でスペアパーツを製造すること、現場での耐久性、費用対効果などを目的としていました。時が経つにつれ、メンテナンス管理に重点が置かれるようになりました。そのため、「M」は「メンテナンスの管理」を表すようになりました。したがって、VLOM の概念では、サービス、サービスを行う人、ポンプの管理者に対するコミュニティの財政的責任など、コミュニティの選択肢の拡大がより重要になっています。^{[ 1 ]}

スイス開発資源センター・コンサルタント会社（Skat）は、農村給水ネットワーク（RWSN）事務局のホスト機関として、手押しポンプ開発のための設計および支援体制の構築に引き続き取り組んでいます。

手押しポンプの多くの問題点を浮き彫りにする世界銀行の資金援助プロジェクトの例として、1992年のマリ農村給水プロジェクトがある。このプロジェクトは、干ばつに見舞われやすい約230の農村と22万8000人に安全な水へのアクセスを提供した。^{[ 19 ]}このプロジェクトは、ポンプの維持管理の責任を村自身に負わせようとする試みが注目に値する。ポンプの複雑さは、この種のすべてのプログラムにとって根本的な問題であり、村の大きな需要を考えるとポンプの品質も問題となる。^{[ 19 ]}同じく世界銀行の資金援助を受けた1994年のアフリカにおける手押しポンプの耐久性に関する調査では、手押しポンプのうちまだ機能しているのはわずか41～51パーセントであることが示された。^{[ 19 ]}マリ農村供給プロジェクトは、以下のことを行うことで手押しポンプの寿命にプラスの影響を与えた。予備部品の現地倉庫の設置、ポンプのメンテナンスを行う人々の訓練、プロジェクト担当者による検査のスケジュール設定、現地委員会の結成、ボランティアの募集。

開発途上国では、より伝統的な方法と比較して、手押しポンプの使用の利点に多くの注目が集まっている。掘削井戸や井戸を通して地下水に依存しているコミュニティでは、バケツとロープを使ったシステムの使用には衛生上の問題がある。バケツとロープを使ったシステムは、地下水の汚染を防ぐことができるカバー板の使用と互換性がない。さらに、洗っていない手はバケツとロープを汚染する可能性がある。手押しポンプはこれらの問題を回避できるため、好ましい。^{[ 1 ]}しかし、このプロジェクトの間、村人たちは伝統的な水汲みの方法をやめなかった。これは、雨によって村人たちが浅い水源を得た場合に特に顕著だった。これらの浅い井戸は、手押しポンプのある井戸よりもアクセスしやすいことが多かった。地表近くの水を使うか、手押しポンプまで行くかの選択肢に直面したとき、多くの村人は前者を選んだ。^{[ 19 ]}

さらに、動物による汚染や地下水と地表水の混合も、劣悪な衛生状態の一因となっていた。^{[ 19 ]}このプロジェクトが直面したもう一つの問題は、ポンプが1人1日あたり最大20リットルの水しか供給できず、非現実的な水汲みの分散が必要だったことである。^{[ 19 ]}さらに、寄贈された在庫がなくなると多くの貯蔵所が支援を撤回し、コンサルタントに与えられた契約は最終的に終了し、メンテナンスは高い水準で維持されなかった。^{[ 19 ]}世界銀行が2008年6月に実施した調査「インドの農村給水計画の有効性のレビュー」では、農村部の水道プロジェクトの約45%が、計画的なメンテナンスではなく故障時のメンテナンスに重点を置いていることが示された。さらに、約20%が「深刻な、またはやや深刻なメンテナンスの怠慢」にあると報告されている。^{[ 20 ] [ 21 ]}

発展途上国で手押しポンプを使用するプロジェクトが費用対効果の高い代替手段となるかどうかは、誰が、あるいはどの組織が費用を負担するかによって大きく左右される。しかし、1992年のエチオピア援助プロジェクトの例は、プロジェクトの恩恵を受ける地元住民にとってのコストがどのようなものになるかを示している。^{[ 22 ]}この例は、南部の農村部の孤立した農村コミュニティに関するものである。

165 台の Afridevs ハンドポンプがインドから輸入されました。通関、輸送、設置を含めて、1 台あたり約 700 米ドルかかります。これらのポンプは、それぞれ約 55 世帯に供給されます。当時、世界銀行は、エチオピアの 1 人当たりの平均所得が 120 ドルであると発表しました。ウォータールー大学の研究者によって最初に製造され、その後マラヤ大学で改良されたハンドポンプは、部品の現地での入手を念頭に置いて設計されています。鶏脂で覆われたロープや革ベルトなど、入手しやすい材料を使用してメンテナンスを確実に行うことができます。GOAZ Development はこれらのポンプを 160 ドルから 300 ドルで販売しています。したがって、年間所得の 11% が清潔な水へのアクセスに充てられることになります。これは、世界銀行が家族が支払うべき最大額として示した 5% の 2 倍以上です。^{[ 22 ]}