JP2000297775A - 自吸式ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型であっても高揚程で高効率の作動が可能
でありしかも簡単な構造で寸法精度を確保できる外部駆
動形の自吸式ポンプの提供を目的とする。 【解決手段】 ステータ５への通電によって発生する回
転磁界により回転駆動されるロータ１１を備える自吸式
ポンプ１であって、ロータ１１に設けられたインデュー
サ１５及び羽根車部１６と、羽根車部１６の吐出側に設
けられた加圧室１９と、加圧室１９から吐出された気液
混合流体を気液分離する気液分離室２６と、気液分離室
２６で気液分離された流体をインデューサ１５と羽根車
部１６の間の軸２３周りに還流する還流路１７，２１を
設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ステータで駆動す
るための駆動マグネットを周囲に配設するとともに、内
部には昇圧のための羽根車部と自吸のための還流路が設
けられたロータを有する小型、高揚程、高効率の外部駆
動形の自吸式ポンプに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の自吸式ポンプでは、運転初期の自
吸を短時間行うために、吐出側に吐出水の気液分離室を
設けて液のみを羽根車部に還流し自吸を行う構造が一般
的に用いられていた。このような構造の従来の技術を図
２３に示す。

【０００３】図２３において、１０１はポンプを構成す
るケーシングであり、このケーシング１０１には吸込口
１０２とこれに連通する吸水室１０３、吐出口１０７を
備えた気液分離室１０６を形成するとともに、回転して
水を加圧するための羽根車１０５を内蔵した加圧室１０
４を形成し、さらに気液分離室１０６と吸水室１０３と
の間に還流穴１１０を配置している。そして、ケーシン
グ１０１の外部に電動モータ１０８を配置し、その軸１
０９をメカニカルシール１１１を介して加圧室１０４に
突き出してこの軸１０９に羽根車１０５を取り付けてい
る。

【０００４】このような構成の自吸式ポンプでは、運転
初期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、軸１０９が回転し、軸１０９に取り付けられた羽根
車１０５が回転し加圧室１０４内の水を加圧する。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から吸水室１０
３に還流される。なお、気液分離室１０６は還流穴１１
０から水だけを還流させるため大きい容積が必要とされ
ている。

【０００５】還流穴１１０から還流された水は配管（図
中不記載）やケーシング１０１内の気体を巻き込みなが
ら羽根車１０５で加圧されて気液分離室１０６に入る。
前記の運転によりポンプのケーシング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。なお、吐出側の気液分離
室１０６で分離された水をハウジング１０１と羽根車１
０５の隙間を通し還流するタイプのものも提供されてい
る。

【０００６】ところが、このようなタイプの自吸式ポン
プでは、高揚程化をしようとすると羽根車１０５と気液
分離室１０６を大きくする必要があり、ポンプの小型化
に対応できない。また、羽根車１０５を小型化すると高
揚程は期待できないし、各部のクリアランスを同程度に
小さくできずに効率も低下するので、小型化はこのよう
な点からも難しい。このように小型化しようとすると逆
に高揚程化、高効率化ができない。そして、羽根車１０
１が電動モータ１０８の軸１０９の先端に設けられてい
るため、羽根車１０５の組付け位置精度も不十分になり
やすい。

【０００７】一方、ステータで駆動するための駆動マグ
ネットを外周に配置し内部には軸流羽根を備えた羽根車
を持つ外部駆動形の軸流ポンプもすでに知られている。
このようなポンプとしては、例えば米国特許第２６９７
９８６号明細書に記載のものがあり、その概略を図２２
に示す。

【０００８】図２２において、２０１は内部に軸流羽根
を設けた羽根車、２０２は羽根車２０１の外周に形成さ
れたシュラウド内に設けられ外部の磁界によって駆動さ
れる駆動マグネット、２０３は羽根車２０１のシュラウ
ド内に駆動マグネット２０２を保持するカバー、２０４
は羽根車２０１のボス部内に設けられた軸受、２０５は
駆動マグネット２０２の周囲に設けられ駆動マグネット
２０２を回転させるための回転磁界を形成するステータ
である。また、２０６は軸受２０４に差し通され羽根車
２０１を支持するための固定された軸、２０７は羽根車
２０１が運転時の軸推力で吸込み側に移動したとき軸受
２０４と当接してスラスト荷重を支える軸受板である。
更に、２０８は吸込側配管と吐出側配管に接続されステ
ータ２０５を外部に保持するとともに羽根車２０１を内
蔵し駆動マグネット２０２とステータ２０５の間を仕切
る隔壁、２０９は軸流ポンプの吸込みフランジ、２１０
は軸流ポンプの吐出フランジ、２１１は軸受けを支持す
る軸受ホルダー、２１２は軸流ポンプの吸込み口で、２
１３は吸込みフランジ２０９に設けられたシール材、２
１４は吐出フランジ２１０に設けられたシール材であ
る。

【０００９】このような外部駆動形の軸流ポンプでは、
ステータ２０５に制御電流が通電されると、回転磁界が
形成される。この回転磁界によって駆動マグネット２０
２が軸２０６周りのトルクを受け、軸２０６周りに羽根
車２０１が隔壁２０８内で回転を開始する。この羽根車
２０１の回転開始のときに、隔壁２０８内に呼び水が導
かれていると、羽根車２０１に設けられた軸流羽根の作
用でこの水を押し出して昇圧する。

【００１０】ところが、吐出圧力と流量は羽根車２０１
の回転数によって変化するが、このポンプは軸流羽根の
羽根作用だけで昇圧するため、比較的多量の流量を吐出
することはできるものの、吐出圧力はあまり上がらない
という特性がある。そして、回転数が低い間は回転数に
ほぼ比例して圧力と流量が上昇するが、回転数をさらに
上げていくと軸流羽根の設計点から外れて効率が大きく
下がってしまうという問題がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
自吸式ポンプは、高揚程化しようとすれば羽根車等が大
きくなる等のことから小型化に対応できず、小型化しよ
うとすると逆に高揚程化、高効率化ができず、羽根車の
電動モータの軸への取り付け精度にも上限があるという
問題がある。

【００１２】また、外部駆動形の軸流ポンプでは、ライ
ン形のポンプを実現することができ、駆動モータのロー
タと羽根車を共用するため部品点数を削減できるなどの
他のポンプにない特徴がある。しかしながら、ライン形
の自吸式ポンプを実現するために軸流羽根を採用せざる
をえず、本質的に高揚程のポンプを実現することは困難
である。そして、回転数を上げて圧力を上げようとする
と、ポンプ効率は大幅に低下してしまうという問題があ
る。

【００１３】ここで、外部駆動形の軸流ポンプを小型化
しようとすると、通常の大きさのポンプの特性をそのま
ま維持しながら小型にスケールダウンすることはできな
い。というのは、ポンプの大きさを相似に製作すること
はできても、損失の大きさは物理的大きさに比例してス
ケールダウンできないからである。例えば、機械損失や
流体損失、漏れ損失などは相対的に小さくすることはで
きない。しかも、このポンプを小型化してさらに高揚程
化しようとすると、回転数を上げる必要があり、こうし
た各種損失に加えて高速化に伴なう効率の低下が起こ
り、きわめて効率の悪いポンプとなってしまう。そし
て、高速化するため羽根車の吸込み側でキャビテーショ
ンが発生するし、水との比重差で発生するエアーの滞留
量も小型化とは逆に相対的に大きな影響をもつようにな
り、効率を損ない、機械の寿命を短くする。例えば、高
速化にともなう軸受寿命の低下は著しい。

【００１４】では、高揚程化するために単純に軸流形ポ
ンプという点を放棄して遠心形のポンプにすればよいか
というと、半径方向の大きさが増して大型化してしまう
し、同時にライン形のポンプという点まで放棄しなけれ
ばならない。さらに、外部駆動形という点を維持するた
めには、駆動系の方から制約があるし、駆動マグネット
の配置や羽根車構造にも苦慮しなければならないという
問題がある。小型のポンプを製作するため、多くの小さ
なパーツを用意して組み立てるのは組立上でも製造上で
も難しいという問題もある。もし、一体型のポンプで製
作すると、駆動マグネットをモールドするため羽根車の
肉厚が不可避的に不均一なものとなって高品質のものを
製造するのは難しいし、小型であればあるほど接触防止
のため寸法精度が必要なはずであるが、精度がでなくな
る。精度がでない場合には、部材どうしが接触したり漏
れが大きくなったりして損失が増大し、一方を改善すれ
ば他方が悪化するといった悪循環が生じることになる。

【００１５】以上のように、従来の自吸式ポンプで小
型、高揚程のポンプを実現しようとすることと、外部駆
動形の軸流ポンプで、小型、高揚程でライン形のポンプ
を実現しようとすることは、多くの相反する設計上の矛
盾を持つ関係となり、事実上この種のポンプを実現する
ことは困難であった。

【００１６】そこで、本発明はこれらの課題を解決しよ
うとするもので、小型、高揚程、高効率であり、簡単な
構造で寸法精度を確保できる外部駆動形の自吸式ポンプ
を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、ステータへの
通電によって発生する回転磁界により回転駆動されるロ
ータを備える自吸式ポンプであって、前記ロータに設け
られたインデューサ及び羽根車部と、前記羽根車部の吐
出側に設けられた加圧室と、前記加圧室から吐出された
気液混合流体を気液分離する気液分離室と、前記気液分
離室で気液分離された流体を前記インデューサと前記羽
根車の間の軸周りに還流する還流路を設けたことを特徴
とする。

【００１８】このような構成により、小型、高揚程、高
効率であり、簡単な構造で寸法精度を確保できる外部駆
動形の自吸式ポンプを提供することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、ステー
タへの通電によって発生する回転磁界により回転駆動さ
れるロータを備える自吸式ポンプであって、前記ロータ
に設けられたインデューサ及び羽根車部と、前記羽根車
部の吐出側に設けられた加圧室と、前記加圧室から吐出
された気液混合流体を気液分離する気液分離室と、前記
気液分離室で気液分離された流体を前記インデューサと
前記羽根車の間の軸周りに還流する還流路を設けたこと
を特徴とする自吸式ポンプであり、インデューサにより
羽根車の高速化によるキャビテーションの発生が抑えら
れ、ロータと羽根車を一体化することにより部品点数の
削減と組み付け寸法精度の向上が図れ、インデューサと
羽根車の間の軸周りに還流することにより自吸性能の向
上と通常運転時の羽根車からインデューサへの流体の逆
流防止ができ、小型で高効率で高揚程であり簡単な構成
で組み付け寸法精度を確保できるという作用を有する。

【００２０】請求項２に記載の発明は、前記還流路を前
記インデューサのテール部に設けた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、インデューサと羽
根車の間の軸周りのテール部に還流することにより通常
運転時の羽根車からインデューサへの流体の逆流防止が
行え、インデューサへのエアーのかみ込み防止も行える
という作用を有する。

【００２１】請求項３に記載の発明は、前記還流路の吐
出口をリング形状としたことを特徴とする請求項１また
は２に記載の自吸式ポンプであり、還流された流体が均
一に軸周りより吐出されるため還流された流体が羽根車
に対し均一に流入するため自吸性能が向上し、通常運転
時の羽根車からインデューサへの流体の逆流防止が効率
よく行えるという作用を有する。

【００２２】請求項４に記載の発明は、前記還流路は前
記ロータの軸と軸受けの潤滑用通路に兼用可能としたこ
とを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の自吸
式ポンプであり、自吸時と通常運転時の軸と軸受けの潤
滑が簡単な構成で十分に行われることにより、軸と軸受
けの摩耗防止を行えるという作用を有する。

【００２３】請求項５に記載の発明は、前記還流路と、
前記加圧室のケーシングと、前記ロータの軸支持部とを
一体としたことを特徴とする請求項１から４のいずれか
に記載の自吸式ポンプであり、軸と羽根車と加圧室ケー
シングと還流路の位置精度が向上し各部品間のクリアラ
ンスを狭めることができ、部品点数の削減が行えること
で組立て性の向上とコストの低減を行うことができ、漏
れ損失が少なく小型で高効率で高揚程であり組立性がよ
く低コスト化できるという作用を有する。

【００２４】請求項６に記載の発明は、前記羽根車部
は、後面シュラウドを備えていないことを特徴とする請
求項１から５のいずれかに記載の自吸式ポンプであり、
軸と羽根車と加圧室ケーシングと還流路との位置精度が
向上し各部品間のクリアランスを狭めることができ、部
品点数の削減が行えることで組立て性の向上とコストの
低減ができ、羽根車の後面シュラウドがないため羽根車
の製作が容易となり、漏れ損失が少なく小型で高揚程で
高効率であり組立性がよく低コスト化できるという作用
を有する。

【００２５】請求項７に記載の発明は、前記気液分離室
において、前記加圧室から吐出された気液混合流体を分
離する分離板を設けたことを特徴とする請求項１から６
のいずれかに記載の自吸式ポンプであり、加圧室から吐
出された気液混合流体を分離板により気体を多く含む気
液混合流体と気体をほとんど含まない流体とに分離する
ことにより、少ない気液分離室の容積で効率よく気液分
離が可能となり、ポンプ本体の大きさを小型化できると
いう作用を有する。

【００２６】請求項８に記載の発明は、前記加圧室から
の吐出口を前記ロータの軸より下側に設けたことを特徴
とする請求項１から７のいずれかに記載の自吸式ポンプ
であり、加圧室吐出口からポンプ吐出口までの高さの確
保が効率的に行えるためポンプ本体の高さを抑えて小型
化できるという作用を有する。

【００２７】請求項９に記載の発明は、ポンプの吸込み
口と前記ロータの吸込み口を連通する吸込み通路に、水
溜部を設けたことを特徴とする請求項１から８のいずれ
かに記載の自吸式ポンプであり、サイホンが起った場合
や運転時に吸込みタンクが空になった場合の自吸時の流
体の確保が簡単な構成で行え、呼び水の追加無しに再び
自吸が行えるという作用を有する。

【００２８】請求項１０に記載の発明は、前記吸込み通
路と前記気液分離室とは、サイホンブレイク位置から上
部のそれぞれの容積を同等としたことを特徴とする請求
項１から９のいずれかに記載の自吸式ポンプであり、小
型化しても自吸を効率的な容積で行えるという作用を有
する。

【００２９】請求項１１に記載の発明は、前記吸込み通
路に設けられた水溜部において、前記水溜部の上面を前
記ロータの吸込み口に対してテーパ形状としたことを特
徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の自吸式ポ
ンプであり、自吸運転やサイホンが起った場合や運転時
に吸込みタンクが空になり運転が停止された場合の水溜
室における空気と水の置換をスムーズに行うことができ
るため、自吸時の流体の確保が簡単な構成で行え、自吸
の時間も短縮することができ、自吸性能を向上させると
いう作用を有する。

【００３０】以下、本発明の実施の形態について、図１
〜図２１を用いて説明する。

【００３１】（実施の形態１）本発明の一実施の形態で
ある自吸式ポンプについて図面を参照しながら詳細に説
明する。

【００３２】図１は本発明の一実施の形態における自吸
式ポンプの断面図であり、図２は本発明の一実施の形態
における図１のＡ−Ａの位置における断面矢視図であ
り、図３は本発明の一実施の形態における加圧室と気液
分離室の縦断面であり、図４は本発明の一実施の形態に
おける気液分離室の縦断面図である。図５は本発明の一
実施の形態における自吸運転前の自吸式ポンプの断面図
であり、図６は本発明の一実施の形態における自吸運転
中の自吸式ポンプの断面図であり、図７は本発明の一実
施の形態における図６の自吸運転中の加圧室ケーシング
と気液分離室の概要図であり、図８は本発明の一実施の
形態における図６の自吸運転中の気液分離室の概要図で
ある。

【００３３】図１及び図２において、自吸式ポンプ１の
基本的な構成は、吸込み側ハウジング２と吐出側ハウジ
ング２７と、これらのハウジング２，２７の中に狭持固
定した仕切り板８及び加圧室ケーシング２０とを備える
というものである。

【００３４】吸込み側ハウジング２には、ポンプ吸込み
口３，吸込み通路４，この吸込み通路４に設けられた水
溜室４ａがそれぞれ形成されている。吐出側ハウジング
２７には、気液混合流体の気液分離を行う気液分離室２
６及びポンプ吐出口２９を形成するとともに、図１に示
すように左側の端面にシール材２８を備えたものであ
る。

【００３５】図１において、仕切り板８は吸込み側ハウ
ジング２と吐出側ハウジング２７とによって固定され、
この仕切り板８の外周に沿ってステータ５が配置されて
いる。ステータ５は同様に仕切り板８の外周に沿わせて
設けた制御部６により通電を制御され、回転磁界を発生
する。仕切り板８は下流側への通水路を形成する部材と
しても機能するもので、整流する整流板９を備え、この
整流板９により軸支持部１０が仕切り板８に固定されて
いる。なお、図中の符号７は吐出側ハウジング２７と仕
切り板８との間に設けたシール材である。

【００３６】仕切り板８の内部には、加圧室ケーシング
２０の軸支持部２２によって固定保持された軸２３が同
軸上に固定され、この軸２３の周りに設けた軸受２４に
よってロータ１１が回転自在に支持されている。このロ
ータ１１は、外周部分（マウスリング部）に永久磁石１
２をそのカバー１３とともに一体に取り付けるととも
に、内部に通水路１４を形成したものである。この通水
路１４はインデューサ１５と羽根車部１６とから構成さ
れ、ロータ１１の中央には還流路１７を設け、インデュ
ーサ１５と羽根車部１６の間には還流路吐出口１８を設
けている。

【００３７】加圧室ケーシング２０は、羽根車部１６の
吐出側に連通する加圧室１９と、還流路２１とを形成し
たものであり、出側ハウジング２７と仕切り板８の間に
狭持されている。また、先に述べた軸受２４はロータ１
１に固定されて軸２３周りに回転自在に組み込まれたも
ので、軸支持部１０に設けた軸受板２５に端面を当接さ
せている。

【００３８】図３及び図４において、３０は加圧室１９
から気液分離室２６への気液混合流体及び流体の加圧室
吐出口、３１は吐出側ハウジング２７に設けられ加圧室
吐出口３０から気液分離室２６へ緩やかに通水路面積を
拡大させる加圧室吐出口流路、３２は加圧室吐出流路の
一部を形成しかつ気液分離室２６内における流体の旋回
を防止する加圧室吐出流路壁である。また、３３は加圧
室吐出流路３１から吐出されてくる気液混合流体につい
て気体を多く含む気液混合流体と気体をほとんど含まな
い流体とに分離し且つポンプ吐出口への気液混合流体の
流速を減少させることにより気液分離をスムーズに行わ
せる分離板、３４は気液分離された流体を還流路２１へ
通水する還流路、３５は組み付けビス用の穴である。

【００３９】なお、図５及び図６は、ポンプ内での流
体，気液混合流体，期待の分布を示す概略図であり、格
子状の網目を指す符号「３６」は純粋な流体又は気液混
合流体を示し、白抜きの領域で示す符号「３７」は気体
である。

【００４０】以上の構成において、自吸式ポンプ１に電
源が供給されると制御部６がステータ５に通電し、通電
されたステータ５は回転磁界を発生し、この回転磁界に
より永久磁石１２が取り付けられかつ軸２３周りに回転
自在としたロータ１１が回転する。そして、インデュー
サ１５と羽根車部１６はロータ１１の内部に設けられて
いるため、ロータ１１が回転するとこれらのインデュー
サ１５と羽根車部１６も一体となって回転する。

【００４１】実際の自吸時の流体の動きについて、図５
〜図８を用いて以下に説明する。

【００４２】図５の状態から自吸式ポンプ１に電源が供
給され自吸運転がスタートすると、自吸式ポンプ１の内
部の純粋な流体３６がポンプ吐出口２９から吐出され始
める。これと同時にポンプ吸込み口３から気体３７が吸
込まれ、短時間（数秒）で吸込み通路４と通水路１４と
インデューサ１５と羽根車部１６内の純粋な流体３６が
吐出される。この純粋な流体３６の吐出と同時に気液分
離室２６の流体が還流路３４と還流路２１と還流路１７
と還流路吐出口１８を通ってインデューサ１５と羽根車
部１６の間に還流される。そして、インデューサ１５と
羽根車部１６の間に還流された純粋な流体３６がポンプ
吸込み口３から吸込まれた気体３７と混合され、気液混
合流体３６となって加圧室１９に吐出される。加圧室１
９において加圧された気液混合流体３６が加圧室吐出口
３０から気液分離室２６に吐出され、加圧室吐出口３０
から吐出された気液混合流体３６は図７及び図８におい
て矢印ａに示すように加圧室吐出口流路３１を通って分
離板３３に到達する。この分離板３３に到達した気液混
合流体３６は、図８に示すように分離板３３により矢印
ｂのように気体３７を多く含む気液混合流体３６と、矢
印ｃのように気体３７をほとんど含まない流体３６にと
に分離される。そして、矢印ｂに示す分離板３３より分
離された気体３７を多く含む気液混合流体３６は、分離
板３３とポンプ吐出口２９の間で気液分離される。気液
分離された気体３７は、矢印ｄに示すようにポンプ吐出
口２９側に向かって吐出される。一方、分離板３３とポ
ンプ吐出口２９の間で気液分離された流体３６は、図８
の矢印ｅに示すように還流路３４側へ還流され、矢印ｃ
に示す分離板３３により分離さたれ流体３６と合流す
る。そして、この合流した流体３６は、矢印ｆに示す流
れとなって還流路３４へ還流され、還流された流体３６
は還流路３４と還流路２１と還流路１７と還流路吐出口
１８を通って再びインデューサ１５と羽根車部１６の間
に還流され、この過程を繰り返し自吸を完了する。

【００４３】自吸時の気液分離において、加圧室吐出口
３０をロータ１１の軸２３より下側に設けていることよ
り、加圧室吐出口３０からポンプ吐出口２９までの高さ
が確保される。このため、気液分離室２６の気液分離部
の容積を薄型で高さをとらずに確保でき、気液分離室２
６に設けられた分離板３３により効率的に気液分離が可
能となり、小型で簡単な構造で自吸を行うことができ
る。

【００４４】また、自吸時の還流において、加圧室ケー
シング２０とロータ１１の軸支持部２２を一体化してい
るので、ロータ１１と加圧室ケーシング２０との組み付
け精度が確保できる。このため、ロータ１１と加圧室ケ
ーシング２０との間の隙間が小さくなり、加圧室１９か
らの還流路３４と還流路２１への流れの影響を減少させ
ることができる。したがって、還流させる流体を還流路
３４，還流路２１，還流路１７の順に還流路吐出口１８
まで安定して還流させることができる。また、還流路１
７の還流路吐出口１８はリング形状なので、還流路３
４，還流路２１，還流路１７を順に通った流体は還流路
吐出口１８からインデューサ１５と羽根車部１６の間の
軸周りに均一に流体が吐出されて羽根車部１６に還流さ
れる。このため、還流路吐出口１８から吐出された流体
の羽根車部１６内の羽根毎における量を均一にすること
ができる。したがって、自吸時における羽根車部１６内
の羽根毎の流体の吐出量も均一になり、小型で簡単な構
造で高効率の自吸が可能となる。

【００４５】ポンプ通常運転時においては、還流路１７
の還流路吐出口１８はインデューサ１５のテール部にリ
ング形状に設けられているので、インデューサ１５のボ
ス側のテール部付近に生じる剥離に伴う羽根車部１６か
らインデューサ１５側への逆流が抑制され、ポンプ性能
を向上させることができる。また、加圧室ケーシング２
０と軸支持部２２を一体としているので、ロータ１１と
加圧室ケーシング２０との組み付け精度が確保できる。
このため、羽根車部１６のバランスが改善され軸受け２
４における軸損失が低減でき、ロータ１１に設けられた
永久磁石１２と仕切り板８に取り付けられたステータ５
の位置精度が確保できる。したがって、駆動モータの効
率を上げることができ、小型化と高効率化を図ることが
できる。さらに、羽根車部１６と加圧室ケーシング２０
との間の隙間も小さいので、加圧室１９から還流路３４
及び還流路２１への漏れも減少し、小型化と高効率化と
高揚程化を図ることができる。

【００４６】なお、還流路２１は、羽根車部１６の軸２
３と軸受け２４との間の水潤滑のための潤滑用通路とし
て兼用することができる。このため、自吸運転時と通常
運転時の軸２３と軸受け２４への潤滑が簡単な構成で十
分に行われ、軸２３と軸受け２４の摩耗防止も図れる。

【００４７】なお、還流路２１は軸２３と軸支持部２２
の部分に設けてもよいし、軸２３の内部に還流路２１を
設け羽根車部１６と加圧室ケーシング２０の間に還流さ
せてもよい。

【００４８】以上のように、本発明の構成により、小型
であってしかも高揚程及び高効率の作動が可能であって
簡単な構造で寸法精度を確保できる外部駆動形自吸式ポ
ンプを提供することができる。

【００４９】（実施の形態２）図９は本発明の一実施の
形態における自吸式ポンプの吸込み側と吐出し側にタン
クを設け配管接続した配置図であり、図１０は本発明の
一実施の形態における図９の状態での通常運転中に吸込
み側のタンクが空になった場合の自吸式ポンプの断面図
であり、図１１は本発明の一実施の形態における図１０
の運転を停止して時間を経過した後の自吸式ポンプの断
面図であり、図１２は本発明の一実施の形態における図
１１の吸込みタンクに流体を供給し自吸運転を行わせて
いる時の自吸式ポンプの断面図であり、図１３は本発明
の一実施の形態における吸込み通路と気液分離室におけ
るサイホンブレイク位置から上部における容積部分を示
した断面図であり、図１４は本発明の一実施の形態にお
ける図９の状態での通常運転を停止させた場合の自吸式
ポンプの断面図であり、図１５は本発明の一実施の形態
における図１４の吸込み側のタンクが空になりサイホン
が起り吸込み通路の流体が引かれているときの自吸式ポ
ンプの断面図であり、図１６は本発明の一実施の形態に
おける図１５のサイホン後時間を経過した後の自吸式ポ
ンプの断面図であり、図１７は本発明の一実施の形態に
おける図１６の状態から自吸運転を行わせている時の自
吸式ポンプの断面図であり、図１８は本発明の一実施の
形態における図１４の吐出し側のタンクが空になりサイ
ホンが起り気液分離室の流体が引かれている時の自吸式
ポンプの断面図であり、図１９は本発明の一実施の形態
における図１８のサイホン後時間を経過した後の自吸式
ポンプの断面図であり、図２０は本発明の一実施の形態
における図１９の状態から自吸運転を行わせている時の
自吸式ポンプの断面図である。なお、図１〜図８に示し
た実施の形態１における同じ構成部材については共通の
符号で指示し説明は省略する。

【００５０】図９において、４０は吸込み側のタンク、
４１はタンク４０とポンプ吸込み口３を連通する配管、
４２は自吸式ポンプ１を取り付けた筐体、４３は吐出し
側のタンク、４４はタンク４３とポンプ吐出口２９を連
通する配管である。なお、配管４１，４４はタンク４
０，４３の中では内部が空にならない限り下端部が水中
に没している。

【００５１】実際の自吸時の流体の動きについては、実
施の形態１において図５〜図８により説明したとおりで
ある。

【００５２】図９に示す設備において、通常運転中に吸
込み側のタンク４０が空になった場合は、自吸式ポンプ
１の内部は図１０に示す状態となる。すなわち、タンク
４０とポンプ吸込み口３を連通する配管４１及び吸込み
通路４内は、空になったタンク４０と同じ圧力（ここで
はタンク４０の空間部分は大気開放されたものとす
る。）となる。一方、タンク４３とポンプ吐出口２９を
連通する配管４４はタンク４３内の流体から液圧（ここ
ではタンク４３の空間部分は大気開放されたものとす
る。）受ける。したがって、図１０の状態から自吸式ポ
ンプ１の運転を停止すると、タンク４３とポンプ吐出口
２９を連通する配管４４はタンク４３内の流体から液圧
を受けるため、自吸式ポンプ１内の液体を吸込み通路４
側へ押し出す。

【００５３】ここで、本発明の自吸式ポンプ１ではサイ
ホンをカットするための穴等を設けると、漏れ損失の増
大となるのでこのような穴を設けていない。したがっ
て、押し出された流体は吸込み通路４及びこれに設けら
れた水溜室４ａ内の空気と置換され、本実施の形態の自
吸式ポンプ１は小型でポンプ吐出口２９より下側の高さ
が１０ｃｍのオーダであるため、吸込み通路４及び水溜
室４ａは流体で満たされ図１１の状態となる。配管４１
のタンク４０側では水落ちし、自吸式ポンプ１側は水が
一部残留する。この図１１の状態からタンク４０に流体
を供給し再度自吸運転を開始すると、吸込み通路４の流
体が羽根車部１６により加圧室１９と加圧室吐出口３０
を通して気液分離室２６へ吐出され図１２の自吸状態と
なり、残留空気を全て排出した後に自吸完了の状態とな
る。

【００５４】ここで、図１３に示す吸込み通路４のａ部
の容積と気液分離室２６のｂ部の容積は、サイホンブレ
イク位置から上部における容積として同等とする。な
お、本発明の自吸式ポンプ１では、還流路２１の高さで
サイホンがブレークされるので、この水面を基準にして
図３におけるａ部及びｂ部の容積をそれぞれ決めるもの
とする。ｂ部の容積をサイホンブレイク位置から上部に
おける容積として同等とするのは、ｂ部を自吸のために
必要な最小限の容積とすると、運転を停止した図１１の
状態でａ部にｂ部と等量の水が残留するので、最小の水
量で再起動できるからであある。これにより、自吸運転
時に必要な容積を効率的に確保することができる。ま
た、図１３に示すｃ部の水溜室４ａの上面をテーパ形状
とすることで、図１０から図１１への状態変化時及び自
吸運転時における水溜室４ａ内の空気と流体の置換がス
ムーズになり、自吸式ポンプ１の小型化と高効率化を図
ることができる。

【００５５】図９の設備の自吸式ポンプ１において、通
常運転状態から停止したときは、連通管現象によって図
１４の状態となる。この停止した状態から吸込み側のタ
ンク４０が空になったときは、タンク４３とポンプ吐出
口２９を連通する配管４４はタンク４０が空になってサ
イホンが起り、自吸式ポンプ１の流体が引かれる。その
結果、図１４から図１５の状態を経過して図１６の状態
になる（ここではタンク４３の空間部分は大気開放され
たものとする）。図１６の状態からタンク４０に流体を
供給し自吸運転を開始すると、吸込み通路４の流体が羽
根車部１６により加圧室１９と加圧室吐出口３０を通し
て気液分離室２６へ吐出されて図１７の自吸状態とな
り、その後自吸完了の状態となる。

【００５６】ここで、吸込み通路４と気液分離室２６に
おけるサイホンブレイク位置から上部における容積を同
等としていることで、自吸運転時に必要な容積を効率的
に確保することができる。また、水溜室４ａの上面をテ
ーパ形状としていることで、図１４の状態から図１５の
状態を経過して図１６への状態変化時及び自吸運転時に
おける水溜室４ａ内の空気と流体の置換がスムーズに行
え、自吸式ポンプ１の小型化と効率化を図ることができ
る。

【００５７】図９の設備において、自吸式ポンプ１が通
常運転状態から停止したときは、図１４の状態となり、
この状態から吐出側のタンク４３が空になったときは、
サイホンが起り自吸式ポンプ１の流体が吸込み側へ引か
れ、図１４の状態から図１８の状態を経過して図１９の
状態になる（ここではタンク４０の空間部分は大気開放
されたものとする）。図１９の状態からタンク４３に流
体を供給し自吸運転を行わせると、吸込み通路４の流体
が羽根車部１６により加圧室１９と加圧室吐出口３０を
通して気液分離室２６へ吐出され、図２０の自吸状態と
なり、その後自吸完了の状態となる。

【００５８】ここで、吸込み通路４と気液分離室２６に
おけるサイホンブレイク位置から上部における容積を同
等としていることで、自吸運転時に必要な容積を効率的
に確保することができる。また、水溜室４ａの上面をテ
ーパ形状としていることで、図１４の状態から図１８の
状態を経過して図１９への状態変化時及び自吸運転時に
おける水溜室４ａ内の空気と流体の置換がスムーズに行
なえ、自吸式ポンプ１の小型化と効率化を図ることがで
きる。

【００５９】（実施の形態３）図２１は本発明の実施の
形態３における自吸式ポンプの断面図である。実施の形
態１、２と同一部は同一符号とし説明は省略する。

【００６０】図２１において、５０はロータ、５１はロ
ータ５０に設けられた後面シュラウド無しの羽根車部、
５２は羽根車部５１の吐出側に設けられた加圧室、５３
は加圧室ケーシング、５４は加圧室ケーシングに設けら
れた還流路、５５はロータ５０と加圧室ケーシング５３
の間に設けられた還流路、５６は還流路吐出口である。

【００６１】実際の自吸時の流体の動きについて、図
５，図６，図８と図２１を用いて以下に説明する。

【００６２】図５の状態から自吸式ポンプ１に電源が供
給され自吸運転がスタートすると、自吸式ポンプ１の内
部の流体３５がポンプ吐出口２９から吐出され始め、そ
れと同時にポンプ吸込み口３から気体３７が吸込まれ、
短時間（数秒）で吸込み通路４と通水路１４とインデュ
ーサ１５と羽根車部５１内の流体３６が吐出される。こ
の吐出と同時に気液分離室２６の流体が還流路５４，還
流路５５，還流路吐出口５６を順に通ってインデューサ
１５と羽根車部５１の間に還流される。そして、インデ
ューサ１５と羽根車部５１の間に還流された流体３６が
ポンプ吸込み口３から吸込まれた気体３７と混合され、
気液混合流体３６となって加圧室５２に吐出される。加
圧室５２において加圧された気液混合流体３６は加圧室
吐出口３０から気液分離室２６に吐出され、この吐出さ
れた気液混合流体３６は図８の矢印ａに示すように加圧
室吐出口流路３１を通って分離板３３に到達する。分離
板３３に到達した気液混合流体３６は、分離板３３によ
り矢印ｂに示すように気体３７を多く含む気液混合流体
３６と矢印ｃに示すように気体３７をほとんど含まない
流体３６にとに分離される。矢印ｂに示す分離板３３よ
り分離された気体３７を多く含む気液混合流体３６は、
分離板３３とポンプ吐出口２９の間で気液分離が行わ
れ、分離板３３とポンプ吐出口２９の間で気液分離され
た気体３７は矢印ｄに示すようにポンプ吐出口２９より
吐出される。分離板３３とポンプ吐出口２９の間で気液
分離された流体３６は、図８の矢印ｅに示すように還流
路３４側へ還流され、矢印ｃに示す分離板３３により分
離され流体３６と合流し矢印ｆに示す流れとなって還流
路３４へ還流され、還流された流体３６は還流路５４と
還流路５５と還流路吐出口５６を通って再びインデュー
サ１５と羽根車部５１の間に還流され、この過程を繰り
返し自吸を完了する。

【００６３】自吸時の還流において、加圧室ケーシング
５３とロータ５０の軸支持部２２を一体で構成すること
により、ロータ５０と加圧室ケーシング５２との組み付
け精度が確保できる。このため、還流させる流体を還流
路５４と還流路５５通り安定して還流させることがで
き、加圧室５２からのロータ５０と加圧室ケーシング５
３との隙間への漏れを少なくできる。また、還流路５５
の還流路吐出口５６はリング形状となっているので、還
流路５４と還流路５５とを通った流体は還流路吐出口５
６からインデューサ１５と羽根車部５１の間の軸周りに
均一に吐出されて羽根車部５１に還流される。このた
め、還流路吐出口５６から吐出された流体の羽根車部５
１内の羽根毎における量を均一にすることができ、自吸
時における羽根車部５１内の羽根毎の流体の吐出量が均
一になり、小型で高効率で簡単な構造で自吸を行うこと
ができる。

【００６４】ポンプ通常運転時において、還流路５５の
還流路吐出口５６はインデューサ１５のテール部にリン
グ形状に設けられているので、インデューサ１５のボス
側のテール部付近で生じる剥離に伴う羽根車部５１から
インデューサ１５側への逆流が抑制され、ポンプ性能を
向上させることができる。また、加圧室ケーシング５３
と軸支持部２２を一体で構成することにより、ロータ５
０と加圧室ケーシング５３との組み付け精度が確保でき
るため、ロータ５０のバランスが改善されて軸受け２４
における軸損失を低減できるとともに、ロータ５０に設
けられた永久磁石１２と仕切り板８に取り付けられたス
テータ５の位置精度が確保でき、モータの効率を上げる
ことができ、小型化と高効率化が可能となる。さらに、
ロータ５０と加圧室ケーシング５３との間の隙間を狭く
できるので、加圧室５２からのロータ５０と加圧室ケー
シング５３との隙間への漏れを少なくでき、小型化と高
揚程化と高効率化を図ることができる。

【００６５】また、ロータ５０の構成においては、羽根
車部５１の後面シュラウドを設けていないため、後面シ
ュラウドを設けている場合に比べロータ５０が簡単な構
造となる。このため、ロータ５０における溶着部品及び
溶着等の工程が不要となり、コストの低減を図ることが
できる。

【００６６】

【発明の効果】以上のように、本発明の外部駆動形の自
吸式ポンプでは、ステータで駆動するための駆動用の永
久磁石を周囲に配設するとともに、内部には昇圧のため
の羽根車部と自吸のための還流路が設けられたロータを
有した簡単な構造で寸法精度を確保し、小型、高揚程、
高効率の外部駆動形の自吸式ポンプを提供することがで
きる。

【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
断面図

【図２】本発明の一実施の形態における図１のＡ−Ａの
位置における断面矢視図

【図３】本発明の一実施の形態における加圧室と気液分
離室の縦断面図

【図４】本発明の一実施の形態における気液分離室の縦
断面図

【図５】本発明の一実施の形態における自吸運転前の自
吸式ポンプの断面図

【図６】本発明の一実施の形態における自吸運転中の自
吸式ポンプの断面図

【図７】本発明の一実施の形態における図６の自吸運転
中の加圧室ケーシングと気液分離室の概要図

【図８】本発明の一実施の形態における図６の自吸運転
中の気液分離室の概要図

【図９】本発明の一実施の形態における自吸式ポンプの
吸込み側と吐出し側にタンクを設け配管接続した配置図

【図１０】本発明の一実施の形態における図９の状態で
の通常運転中に吸込み側のタンクが空になった場合の自
吸式ポンプの断面図

【図１１】本発明の一実施の形態における図１０の運転
を停止して時間を経過した後の自吸式ポンプの断面図

【図１２】本発明の一実施の形態における図１１の吸込
みタンクに流体を供給し自吸運転を行わせている時の自
吸式ポンプの断面図

【図１３】本発明の一実施の形態における吸込み通路と
気液分離室におけるサイホンブレイク位置から上部にお
ける容積部分を示した断面図

【図１４】本発明の一実施の形態における図９の状態で
の通常運転を停止させた場合の自吸式ポンプの断面図

【図１５】本発明の一実施の形態における図１４の吸込
み側のタンクが空になりサイホンが起り吸込み通路の流
体が引かれているときの自吸式ポンプの断面図

【図１６】本発明の一実施の形態における図１５のサイ
ホン後時間を経過した後の自吸式ポンプの断面図

【図１７】本発明の一実施の形態における図１６の状態
から自吸運転を行わせている時の自吸式ポンプの断面図

【図１８】本発明の一実施の形態における図１４の吐出
し側のタンクが空になりサイホンが起り吸込み通路の流
体が引かれている時の自吸式ポンプの断面図

【図１９】本発明の一実施の形態における図１８のサイ
ホン後時間を経過した後の自吸式ポンプの断面図

【図２０】本発明の一実施の形態における図１９の状態
から自吸運転を行わせている時の自吸式ポンプの断面図

【図２１】本発明の一実施の形態における自吸式ポンプ
の断面図

【図２２】従来技術による軸流ポンプにおける一実施例
のポンプ構造図

【図２３】従来技術による自吸式ポンプにおける一実施
例のポンプ構造図

【符号の説明】

１ 自吸式ポンプ ２ 吸込み側ハウジング ３ ポンプ吸込み口 ４ 吸込み通路 ４ａ 水溜室 ５ ステータ ６ 制御部 ７，２８ シール材 ８ 仕切り板 ９ 整流板 １０，２２ 軸支持部 １１，５０ ロータ １２ 永久磁石 １３ 永久磁石カバー １４ 通水路 １５ インデューサ １６，５１ 羽根車部 １７，３４，５４，５５ 還流路 １８，５６ 還流路吐出口 １９，５２，１０４ 加圧室 ２０，５３ 加圧室ケーシング ２１ 還流路 ２３，１０９，２０６ 軸 ２４，２０４ 軸受 ２５，２０７ 軸受板 ２６，１０６ 気液分離室 ２７ 吐出側ハウジング ２９ ポンプ吐出口 ３０ 加圧室吐出口 ３１ 加圧室吐出口流路 ３２ 加圧室吐出流路壁 ３３ 分離板 ３５ 穴 ３６ 流体又は気液混合流体 ３７ 気体 ４０ 吸込み側のタンク ４１，４４ 配管 ４２ 筐体 ４３ 吐出し側のタンク １０１ ハウジング １０２ 吸込み口 １０３ 吸水室 １０５，２０１ 羽根車 １０７ 吐出口 １０８ 電動モータ １１０ 還流穴 １１１ メカニカルシール ２０２ 駆動マグネット ２０３ カバー ２０８ 隔壁 ２０９ 吸込みフランジ ２１０ 吐出しフランジ ２１１ 軸受ホルダー ２１２ 吸込み口 ２１３，２１４ シール材

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ステータへの通電によって発生する回転磁
   界により回転駆動されるロータを備える自吸式ポンプで
   あって、前記ロータに設けられたインデューサ及び羽根
   車部と、前記羽根車部の吐出側に設けられた加圧室と、
   前記加圧室から吐出された気液混合流体を気液分離する
   気液分離室と、前記気液分離室で気液分離された流体を
   前記インデューサと前記羽根車の間の軸周りに還流する
   還流路を設けたことを特徴とする自吸式ポンプ。
2. 【請求項２】前記還流路を前記インデューサのテール部
   に設けた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】前記還流路の吐出口をリング形状としたこ
   とを特徴とする請求項１または２に記載の自吸式ポン
   プ。
4. 【請求項４】前記還流路は前記ロータの軸と軸受けの潤
   滑用通路に兼用可能としたことを特徴とする請求項１か
   ら３のいずれかに記載の自吸式ポンプ。
5. 【請求項５】前記還流路と、前記加圧室のケーシング
   と、前記ロータの軸支持部とを一体としたことを特徴と
   する請求項１から４のいずれかに記載の自吸式ポンプ。
6. 【請求項６】前記羽根車部は、後面シュラウドを備えて
   いないことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記
   載の自吸式ポンプ。
7. 【請求項７】前記気液分離室において、前記加圧室から
   吐出された気液混合流体を分離する分離板を設けたこと
   を特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の自吸式
   ポンプ。
8. 【請求項８】前記加圧室からの吐出口を前記ロータの軸
   より下側に設けたことを特徴とする請求項１から７のい
   ずれかに記載の自吸式ポンプ。
9. 【請求項９】ポンプの吸込み口と前記ロータの吸込み口
   を連通する吸込み通路に、水溜部を設けたことを特徴と
   する請求項１から８のいずれかに記載の自吸式ポンプ。
10. 【請求項１０】前記吸込み通路と前記気液分離室とは、
    サイホンブレイク位置から上部のそれぞれの容積を同等
    としたことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記
    載の自吸式ポンプ。
11. 【請求項１１】前記吸込み通路に設けられた水溜部にお
    いて、前記水溜部の上面を前記ロータの吸込み口に対し
    てテーパ形状としたことを特徴とする請求項１から１０
    のいずれかに記載の自吸式ポンプ。