JP2000274389A - 自吸式ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 還流量が少なく省エネルギーで小型の自吸式
ポンプを安価に提供することを目的とする。 【解決手段】 流体の吸込口２に連通した開口部から流
入する流体を回転により加圧する羽根車５と、この羽根
車５の吐出側に備えられた気液分離室６と、この気液分
離室６により気液分離された流体を羽根車５の吸込口に
還流させる還流水路を備え、還流水路に流量調整手段１
３を設け、通常運転時には還流する水量を小さくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自吸式ポンプの自
吸構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から使用されている自吸式ポンプ
は、運転初期の自吸を短時間に行うために、吐出側に吐
出水の気液分離室を設け、液のみを羽根車部に還流して
自吸するというのがその基本的な構成である。図４にこ
のような従来の自吸式ポンプの概要を示す。

【０００３】図４において、ポンプの外郭を構成するケ
ーシング１０１の内部は、吸込口１０２とこれに連通す
る吸水室１０３と、吸水室１０３からの水を回転によっ
て加圧する羽根車１０５を収納した加圧室１０４と、加
圧室１０４から吐出された水の気液分離を行う気液分離
室１０６とにそれぞれ区画され、気液分離室１０６には
吐出口１０７を接続している。気液分離室１０６と吸水
室１０３との間に配置したシール部材１１２には、気液
分離室１０６で分離した水を吸水室１０３に還流する還
流穴１１０を設けている。また、ケーシング１０１の外
部には電動モータ１０８を取り付け、その出力軸１０９
を羽根車１０５に連結し、出力軸１０９はメカニカルシ
ール１１１によってシールされている。なお、シール部
材１１２は吸水室１０３と気液分離室１０６とを別部材
で作らざるを得ない従来の自吸式ポンプでは、必須の部
品である。

【０００４】このような自吸式ポンプでは、その運転初
期には、ポンプのケーシング１０１内に水を満たし、電
動モータ１０８に通電する。電動モータ１０８に通電す
ると出力軸１０９が回転してこれと一体となって羽根車
１０５が回転駆動され、加圧室１０４内の水を加圧す
る。このとき、メカニカルシール１１１は気液分離室１
０６の隔壁を貫通する出力軸１０９を通す孔からの漏水
を防ぐ。羽根車１０５によって加圧された水は気液分離
室１０６に入り、気体と液体に分離され、分離された水
の一部は還流穴１１０を通り吸水室１０３に戻される。

【０００５】このように、還流穴１１０から戻された水
は配管（図示せず）やケーシング１０１内の気体を巻き
込みながら羽根車１０５で加圧され気液分離室１０６に
入るので、ケーシング１０１に水を満たして運転するだ
けで配管内の気体を排出して通常のポンプ運転を行うこ
とができる。

【０００６】一方、吐出側の気液分離室１０６で分離さ
れた水をケーシング１０１と羽根車１０５の軸との間の
隙間を通し還流する構成のものも既に提案されている。
しかしながら、このようなタイプの自吸式ポンプでは、
通常運転時も羽根車１０５の吐出側と吸込み側との間で
還流が行われるので、吐出口１０７から吐出される水量
は羽根車１０５で吐出される水よりかなり少なく、５０
％程度が一般的である。また、自吸が完了した時に、還
流する水量を少なくしてポンプ効率を向上させる構成と
したものもある。これは、たとえば実開平２−３１３９
６号公報に記載のように、自吸の完了を音センサーで感
知し自吸が完了したら還流する水流を阻止する方向に可
動する弁（電磁弁）を動作させるようにしたものであ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】近年、特に省エネルギ
ー化の要求が強くなり、自吸式ポンプの分野においても
旧来に比べると効率の良い省エネルギーの製品のニーズ
が大きい。また、ポンプを組込む機器においても同様に
省エネルギー化の要求が強い傾向にあり、特に非自吸式
ポンプに比べ効率の悪い自吸式ポンプを組込む機器にお
いては、組込むポンプも省エネルギー化や小型化された
ものが強く望まれている。

【０００８】ところが、従来の自吸式ポンプは、通常運
転時も還流を行うため、ポンプ効率が悪く、電動モータ
が実際に必要とする出力（仕事）に比べより大きい出力
のものとする必要がある。このため、羽根車１０５も大
きくなり、非自吸式ポンプと比べサイズが大きくなり、
消費電力も増えてしまう。更に、可動弁（電磁弁）によ
り還流水量を減らす構成では、ポンプ効率は改善される
が、自吸完了を感知し可動弁（電磁弁）を動作する制御
回路が必要であるとともに、ハウジングに可動弁（電磁
弁）を設けるため、サイズが大きくなりコストも高くな
るという問題がある。

【０００９】そこで、本発明は、還流量が少なく省エネ
ルギーで小型の自吸式ポンプを安価に提供することを目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、流体の吸込口
に連通した開口部から流入する流体を回転により加圧す
る羽根車と、前記羽根車の吐出側に備えられた気液分離
室と、前記気液分離室により気液分離された流体を前記
羽根車の吸込口に還流させる還流水路を備え、前記還流
水路に流量調整手段を設けたことを特徴とする。

【００１１】このような構成では、気液分離された液体
を還流させる水路に設けた流量調整手段によって、圧力
上昇時（通常運転時）は還流する水量を減らすように調
整できるので、自吸性能の低下なしに、通常運転時に効
率のよい自吸式ポンプを安価に得ることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、流体の
吸込口に連通した開口部から流入する流体を回転により
加圧する羽根車と、前記羽根車の吐出側に備えられた気
液分離室と、前記気液分離室により気液分離された流体
を前記羽根車の吸込口に還流させる還流水路を備え、前
記還流水路に流量調整手段を設けたことを特徴とする自
吸式ポンプであり、通常運転時（圧力上昇時）に吐出側
から吸込側に還流させる水量が少なくなるように調整す
ることで効率の良い省エネルギーの運転ができるという
作用を有する。

【００１３】請求項２に記載の発明は、前記流量調整手
段は前記羽根車による発生圧力に応じて流量を調整する
ことを特徴とする請求項１に記載の自吸式ポンプであ
り、簡単な構成で自吸運転時に吐出側から吸込側に還流
させる水量を調整することで自吸性能を高めるという作
用を有する。

【００１４】請求項３に記載の発明は、前記流量調整手
段が、必要自吸圧力において最大流量になるように設定
された定流量弁であることを特徴とする請求項２に記載
の自吸式ポンプであり、通常運転時の性能劣化を少なく
抑えつつ自吸性能も高めるという作用を有する。

【００１５】請求項４に記載の発明は、前記流量調整手
段は自吸時に流量を一定に保つように設定された弁であ
ることを特徴とする請求項１に記載の自吸式ポンプであ
り、気液分離する気液混合水量を一定にし、気液分離室
の容積を小としながら自吸時間を短縮するという作用を
有する。

【００１６】請求項５に記載の発明は、前記流量調整手
段の設定流量が自吸運転から通常運転に遷移したとき零
となる構成としたことを特徴とする請求項２に記載の自
吸式ポンプであり、通常運転時の性能劣化を少なく抑え
るという作用を有する。

【００１７】請求項６に記載の発明は、前記流量調整手
段が自吸運転から通常運転に遷移したときに流量が零に
なる圧力と、前記流量調整手段が通常運転から圧力低下
して流量が復帰し始める圧力とが異なる構成としたこと
を特徴とする請求項５に記載の自吸式ポンプであり、自
吸性能が高くかつ安定した自吸運転を可能とするという
作用を有する。

【００１８】請求項７に記載の発明は、流体の吸込口に
連通した開口部から流入する流体を回転により加圧する
羽根車と、前記羽根車を内包するケーシングと、前記羽
根車の吐出側に備えられた気液分離室と、前記気液分離
室により気液分離された流体を前記羽根車の吸込口に還
流させる還流水路とを備え、前記還流水路に、前記ケー
シングと前記気液分離室との結合部からの漏水を防ぐシ
ール部材により構成された定流量弁を設けていることを
特徴とする自吸式ポンプであり、従来の直流駆動のポン
プの構成で、部品を増やすことなく、自吸性能が安定し
かつ通常運転時の性能劣化も抑えるという作用を有す
る。

【００１９】以下、本発明の一実施の形態について図１
を用いて説明する。

【００２０】図１は本発明の一実施の形態における自吸
式ポンプの縦断面図である。

【００２１】図１において、図４で示した従来の技術と
同様に、ポンプの外郭を構成するケーシング１の内部
は、吸込口２とこれに連通する吸水室３と、吸水室３か
らの水を回転によって加圧する羽根車５を収納した加圧
室４と、加圧室４から吐出された水の気液分離を行う気
液分離室６とにそれぞれ区画され、気液分離室６には吐
出口７を接続している。気液分離室６と吸水室３との間
に配置したシール部材１２には、気液分離室６で分離し
た水を吸水室３に還流する還流穴１０を設けている。ま
た、ケーシング１の外部には電動モータ８を取り付け、
その出力軸９を羽根車５に連結し、出力軸９はメカニカ
ルシール１１によってシールされている。そして、本発
明では、気液分離室６から還流穴１０に流入する水の流
量を調整する流量調整手段１３を設ける。

【００２２】図２及び図３は流量調整手段１３の作動原
理を示すための詳細図であり、図２は自吸時及び図３は
通常運転時の断面図をそれぞれ示す。

【００２３】流量調整手段１３は還流穴１０の入口側に
配置した可動弁１４を備えたものであり、可動弁１４は
吸水室３と気液分離室６との間の圧力差によって還流穴
１０の入口の開度を変える。すなわち、気液分離室６側
の内圧が吸水室３側よりも高くなると還流穴１０の入口
の開度を絞り、逆の内圧の関係となると開度を大きくす
るように動作する。

【００２４】ここで、自吸時の期間では、水とこれに含
まれる気体との混合状態で羽根車５に入るため、羽根車
５による加圧度は小さく、羽根車５前後の圧力差は小さ
い。このため、流量調整手段１３の左側すなわち吸水室
３内の圧力と羽根車５の後に連通している気液分離室６
内の圧力との差は小さく、可動弁１４を還流穴１０側に
押す力は弱く、可動弁１４と還流穴１０の入口との隙間
は広く開いている。この隙間が広いため還流穴１０を通
過する水量は多く保たれ、羽根車５の前方にある気体を
短時間で羽根車５の後方に移送することができる。この
ようにして自吸が完了した後の通常運転状態には、羽根
車５で加圧される水は気体を含まない液体のみとなる。
そのため羽根車５の前後の圧力差が大きくなり、可動弁
１４を還流穴１０側に押す力は強く、図３に示すように
可動弁１４と還流穴１０の入口との隙間は狭くなる。し
たがって、還流穴１０を通って羽根車５の前方に戻る水
は少なく、羽根車５の吐出側から吸込み側に流れる流量
が小さくなり、効率の良い運転を行なうことができる。

【００２５】流量調整手段１３は、その材料や形状及び
その他の構成次第で、気液分離室６と吸水室３との間の
圧力差に応じた流量を任意に設定できる。そして、この
設定流量を必要とされる自吸高さに相当する圧力差で最
大量となるようにすれば、自吸に必要な時間を短くする
ことができる。また、自吸運転時に流量を一定に保つよ
うにすれば、気液分離される気液混合水量が一定となる
ため、気液分離能力を上げ、気液分離室の容積を小さく
しても、自吸時間を短縮することができる。

【００２６】また、自吸運転状態から通常運転状態に移
行するときに発生する圧力差に対して、可動弁１４と還
流穴１０の入口との間の隙間を無くすようにして設定流
量を零とすることで、無駄な還流がなくなり通常運転時
の性能劣化を抑えることができる。すなわち、自吸運転
から通常運転に移行するときに、流量調整手段１３の前
後の圧力差が大きくなり、流量調整手段１３の可動弁１
４が弁座に着座して流路が閉じられ水量は零となる。流
量調整手段１３が一旦閉じてしまうと気液分離室６内の
水圧を受けて可動弁１４は閉じる方向に付勢され、弁体
で閉じた流路の流路断面に相当した水圧が弁体に加わ
り、閉じた圧力より低い圧力でないと弁体は開かない。
この動作でヒステリシスを持たせ、自吸運転状態から通
常運転状態への遷移状態における可動弁１４のチャタリ
ングによる不安定性を回避して自吸に要する時間を短縮
できる。

【００２７】このようにヒステリシス特性を持つことか
ら、流量調整手段１３が自吸運転時から通常運転に遷移
したときに流量が零になる圧力と、流量調整手段１３が
通常運転から圧力低下して流量が復帰し始める圧力とが
異なるようにすることができ、自吸性能が高くかつ安定
した自吸運転が可能となる。

【００２８】さらに、図１に示されるように、その構成
上、大きく羽根車５の前後に分けられる構成部材によっ
て組み立てられる自吸式ポンプでは、シール部材１２が
必要である。このシール部材１２に使用される合成ゴム
を代表とする可撓性の材料の特性は前記のような調整流
量と圧力差との関係を任意に設定する必要のある流量調
整手段１３に良く適合する。そのため、流量調整手段１
３をシール部材１２の一部を使って構成することができ
る。このように構成すれば、従来の自吸式ポンプの構成
に対し部品を増やすことなく、自吸式ポンプを安価に構
成することができる。

【００２９】以上の構成において、運転初期に電動モー
タ８へ通電されると、従来の技術と同様に羽根車５が回
転して加圧室４内の気体を含む水を加圧し、加圧された
水は気液分離室６に入り気体と液体成分だけの水とに分
離される。分離された液体成分だけの水の一部は流量調
整手段１３及び還流穴１０を通り吸水室３に還流され
る。このとき、流量調整手段１３は、図２及び図３で示
したように、還流穴１０を通過する液体成分だけの水の
量を自吸運転時および通常運転時に応じて調整するの
で、自吸時間の短縮と通常運転時の効率向上を両立でき
る。そして、還流穴１０から吸水室３に還流された液体
成分だけの水は、ケーシング１内の気体を巻き込みなが
ら羽根車５で加圧されて再び気液分離室６に入り、この
ような運転によりポンプのケーシング１に水を満たして
運転するだけで配管内の気体を排出して通常のポンプ運
転を行うことができる。

【００３０】

【発明の効果】以上のように本発明の自吸式ポンプは、
還流水路に流量調整手段を設け、自吸運転時に還流量を
多くし、通常運転時は還流する水量が減るようにしてい
るので、羽根車を小さくしてもポンプ揚程を高く維持で
き、消費電力の削減による省エネルギーが図れると同時
に装置の小型化も可能となる。特に、流量調整手段とし
ては、ポンプ内流路の圧力差によって作動できる従来構
造のものをそのまま利用できるので、コストへの影響も
ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態における自吸式ポンプの
縦断面図

【図２】流量調整手段の作動原理を示すための詳細図で
あって自吸時の断面図

【図３】流量調整手段の作動原理を示すための詳細図で
あって通常運転時の断面図

【図４】従来の自吸式ポンプの概要を示す図

【符号の説明】

１ ケーシング ２ 吸込口 ３ 吸水室 ４ 加圧室 ５ 羽根車 ６ 気液分離室 ７ 吐出口 ８ 電動モータ ９ 出力軸 １０ 還流穴 １１ メカニカルシール １２ シール部材 １３ 流量調整手段 １４ 可動弁 １０１ ケーシング １０２ 吸込口 １０３ 吸水室 １０４ 加圧室 １０５ 羽根車 １０６ 気液分離室 １０７ 吐出口 １０８ 電動モータ １０９ 出力軸 １１０ 還流穴 １１１ メカニカルシール １１２ シール部材

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流体の吸込口に連通した開口部から流入す
   る流体を回転により加圧する羽根車と、前記羽根車の吐
   出側に備えられた気液分離室と、前記気液分離室により
   気液分離された流体を前記羽根車の吸込口に還流させる
   還流水路を備え、前記還流水路に流量調整手段を設けた
   ことを特徴とする自吸式ポンプ。
2. 【請求項２】前記流量調整手段は、前記羽根車による発
   生圧力に応じて流量を調整することを特徴とする請求項
   １に記載の自吸式ポンプ。
3. 【請求項３】前記流量調整手段は、必要自吸圧力におい
   て最大流量になるように設定された定流量弁であること
   を特徴とする請求項２に記載の自吸式ポンプ。
4. 【請求項４】前記流量調整手段は自吸時に流量を一定に
   保つように設定された弁であることを特徴とする請求項
   １に記載の自吸式ポンプ。
5. 【請求項５】前記流量調整手段の設定流量が自吸運転か
   ら通常運転に遷移したとき零となる構成としたことを特
   徴とする請求項２に記載の自吸式ポンプ。
6. 【請求項６】前記流量調整手段が自吸運転から通常運転
   に遷移したときに流量が零になる圧力と、前記流量調整
   手段が通常運転から圧力低下して流量が復帰し始める圧
   力とが異なる構成としたことを特徴とする請求項５に記
   載の自吸式ポンプ。
7. 【請求項７】流体の吸込口に連通した開口部から流入す
   る流体を回転により加圧する羽根車と、前記羽根車を内
   包するケーシングと、前記羽根車の吐出側に備えられた
   気液分離室と、前記気液分離室により気液分離された流
   体を前記羽根車の吸込口に還流させる還流水路とを備
   え、前記還流水路に、前記ケーシングと前記気液分離室
   との結合部からの漏水を防ぐシール部材により構成され
   た定流量弁を設けていることを特徴とする自吸式ポン
   プ。