JP2006132417A

JP2006132417A - ポンプ

Info

Publication number: JP2006132417A
Application number: JP2004321469A
Authority: JP
Inventors: Yoshifumi Tanabe; 佳史田辺; Takahiko Manda; 隆彦萬田
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 2004-11-05
Filing date: 2004-11-05
Publication date: 2006-05-25
Also published as: US20060099068A1

Abstract

【課題】軸流インペラと遠心インペラとを組み合わせたインペラを備えたポンプにおいて、ポンプの吐出性能の向上とポンプの小型化とを図る。
【解決手段】インペラ４は軸流インペラ１３と遠心インペラ１４とからなる。軸流インペラ１３は、第１円柱形状部１３ａとその外周部に螺旋状に形成された螺旋状溝１３ｂとを有する。遠心インペラ１４は、第２円柱形状部１４ａとその外周部に形成されて一端が螺旋状溝１３ｂに接続され、螺旋状溝１３ｂとの接続部分から第２円柱形状部１４ａの外周面方向に向けて回転中心からの距離が次第に大きくなる遠心方向拡開溝１４ｂとを有する。螺旋状溝１３ｂと遠心方向拡開溝１４ｂとの接続部分では、螺旋状溝１３ｂの端部と遠心方向拡開溝１４ｂの端部とが滑らかに連続している。これにより、搬送される液体の軸流インペラ１３から遠心インペラ１４への受け渡しを、乱流の発生を抑制してスムーズに行える。
【選択図】図１

Description

本発明は、軸流インペラと遠心インペラとを組み合わせたインペラを備えたポンプに関する。

従来、液体の搬送にはインペラを備えたポンプが広く用いられており、その一例として、軸流インペラと遠心インペラとを組み合わせたインペラを用いたポンプが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−２６２４０４公報

軸流インペラと遠心インペラとを組み合わせたインペラを使用するポンプでは、液体が軸流インペラの回転により軸流インペラの軸心に沿って搬送され、ついで、その液体が遠心インペラの回転により遠心インペラの遠心方向に排出される。

軸流インペラにより搬送された液体が遠心インペラに受け渡される部分では、液体の進行方向が切り替わることにより乱流が発生し、この乱流の影響で遠心インペラからの液体の吐出性能が低下するという問題が生じる。

この乱流を防止するためには、軸流インペラと遠心インペラとの間に整流板を設ける必要がある。

しかし、軸流インペラと遠心インペラとの間に整流板を設けると、インペラ全体の構造が複雑になり、しかも、インペラ全体が大型化する。

本発明の目的は、軸流インペラと遠心インペラとを組み合わせたインペラを使用するポンプにおいて、軸流インペラと遠心インペラとの間での乱流の発生を整流板を用いることなく抑制し、液体の吐出性能の向上及びポンプの小型化を図ることである。

本発明のポンプは、内部に円柱形状の流路が形成されたケースと、前記流路の一端側に接続された吸入口と、前記流路の他端側に接続された排出口と、前記流路内に中心線回りに回転可能に収納され、回転することにより前記吸入口から液体を吸入して該液体を前記排出口から排出させるインペラと、前記インペラを中心線回りに回転させる駆動部と、を有し、前記インペラは、第１円柱形状部とこの第１円柱形状部の外周部に螺旋状に形成された螺旋状溝とを有して前記吸入口側に位置する軸流インペラ、及び、第２円柱形状部とこの第２円柱形状部の外周部に形成されて一端が前記螺旋状溝に接続され、この螺旋状溝との接続部分から前記第２円柱形状部の外周面方向に向けて回転中心からの距離が次第に大きくなる遠心方向拡開溝とを有する遠心インペラからなり、前記螺旋状溝の端部と前記遠心方向拡開溝の端部とが滑らかに連続して形成されている。

したがって、インペラが回転することにより、吸入口から吸入された液体が軸流インペラの螺旋状溝内を搬送され、ついで、遠心インペラの遠心方向拡開溝内を搬送されて排出口から排出される。このインペラでは、軸流インペラの螺旋状溝の端部と遠心インペラの遠心方向拡開溝の端部とが滑らかに連続して形成されているので、搬送される液体は螺旋状溝から遠心方向拡開溝へスムーズに受け渡され、この受け渡し部分において整流板を用いることなく乱流の発生が抑制される。

本発明のポンプによれば、搬送される液体が軸流インペラから遠心インペラへ受け渡される過程での乱流の発生を整流板を用いることなく抑制することができ、ポンプから吐出される液体の吐出性能を整流板を用いることなく向上させることができ、整流板を用いないことによりポンプの小型化を達成することができる。

本発明の第１の実施の形態を図１ないし図３に基づいて説明する。
図１は、ポンプ１を示す縦断断面図である。このポンプ１は、内部に円柱形状の流路２が形成されたケース３と、流路２内に中心線回りに回転可能に収納されたインペラ４とを有している。流路２の一端側には吸入口５が接続され、流路２の他端側には排出口６が接続されている。

ケース３内には、インペラ４を中心線回りに回転させる駆動部であるステータ７が設けられている。ステータ７は、ステータコア８、巻線９、ボビン１０により形成されている。ステータコア８は、リング状に形成された珪素鋼板を積層して形成され、内周方向に向けて突出した６個の突部８ａが周方向に沿って６０°間隔で形成されている。巻線８は、各凸部８ａに巻かれており、この巻線８に通電することにより各凸部８ａが磁化される。ボビン１０は、巻線９と突部８ａとの間に設けられて両者を絶縁する絶縁部材である。ボビン１０と突部８ａとの間には、粘性を有する熱伝導部材であるシリコーングリース１１が設けられている。シリコーングリース１１は、ボビン１０と突部８ａとの隙間を埋めるように充填されている。このシリコーングリース１１は、熱伝導性の良い粉末であるアルミナが配合された半固体状の油性物質である。

ケース３内の流路２の内周部には、ステータ７を防水するための円筒状のキャン１２が配置されている。キャン１２は金属などの伝熱製が良好な材料で形成され、ステータ７を防水することに加え、ステータ７で発生した熱を流路２内を流れる液体に放熱する機能を有する。

インペラ４は、軸流インペラ１３と遠心インペラ１４とを一体化して形成され、軸流インペラ１３が吸入口５側に位置し、遠心インペラ１４が排出口６側に位置する向きに流路２内に収納されている。

インペラ４は回転軸１５を有し、この回転軸１５の両端を軸受１６、１７で軸支されることにより中心線回りに回転可能に保持されている。

軸流インペラ１３は、円柱形状に形成された第１円柱形状部１３ａと、この第１円柱形状部１３ａの外周面に螺旋状に形成された２条の螺旋状溝１３ｂとを有している。遠心インペラ１４は、第１円柱形状部１３ａより大径である円柱形状に形成された第２円柱形状部１４ａと、この第２円柱形状部１４ａの外周面に螺旋状に形成された２条の遠心方向拡開溝１４ｂとを有している。

第１円柱形状部１３ａの内部であってケース３内に設けられたステータ７の磁極（突部８ａに巻線９が巻かれた部分）に対向する部分には永久磁石（図示せず）がモールドされている。この永久弱磁石は、インペラ４の中心線回りの放射状位置に配置され、周方向に沿って交互に異極となるように９０°間隔で配置されている。

図２はインペラ４を示す斜視図、図３はインペラ４を示す平面図である。

軸流インペラ１３の螺旋状溝１３ｂは、インペラ４の回転中心から螺旋状溝１３ｂの底面１３ｃまでの距離が、螺旋状溝１３ｂの全領域で等しく形成されている。また、螺旋状溝１３ｂは、インペラ４の回転中心に対して１２〜２５°の傾斜をもって形成されている。

遠心インペラ１４の遠心方向拡開溝１４ｂは、一端が螺旋状溝１３ｂの端部に接続されている。インペラ４の回転中心から遠心方向拡開溝１４ｂの底面１４ｃまでの距離は、螺旋状溝１３ｂとの接続部分Ａから第２円柱形状部１４ａの外周面方向に向けて次第に大きくなるように設定されている。また、螺旋状溝１３ｂと遠心方向拡開溝との接続部分Ａにおいて、螺旋状溝１３ｂの底面１３ｃと遠心方向拡開溝１４ｂの底面１４ｃとが滑らかに連続している。さらに、遠心方向拡開溝１４ｂの底面１４ｃの幅寸法は、この遠心方向拡開溝１４ｂが螺旋状に形成されているため、図２のＢ、Ｂ′で示すように、第２円柱形状部１４ａの外周面方向に向けて次第に小さく形成されている。

このような構成において、このポンプ１では、巻線９への通電を行ってステータ７の凸部８ａを順次励磁して極性を切り替えることにより、インペラ４が図２及び図３に示す矢印Ｃ方向に中心線回りに回転駆動される。

インペラ４が回転駆動されることにより、吸入口５から液体が吸入され、吸入された液体は軸流インペラ１３の螺旋状溝１３ｂ内を搬送され、螺旋状溝１３ｂ内を搬送された液体は螺旋状溝１３ｂの端部から遠心方向拡開溝１４ｂに受け渡される。そして、遠心方向拡開溝１４ｂに受け渡された液体は、遠心方向拡開溝１４ｂの底面１４ｃにより矢印Ｄで示す方向に跳ね飛ばされ、排出口６から排出される。

ここで、螺旋状溝１３ｂと遠心方向拡開溝１４ｂとの接続部分Ａでは、螺旋状溝１３ｂの端部と遠心方向拡開溝１４ｂの端部とが滑らかに連続して形成されている。本実施の形態では、軸流インペラ１３と遠心インペラ１４とが一体成形で螺旋状溝１３ｂと遠心方向拡開溝１４ｂとが連続的に段差がないように形成されている場合を例示したが、軸流インペラと遠心インペラとを別個に形成した後に各インペラに形成されている螺旋状溝と遠心方向拡開溝とが滑らかに連続するように連結してもよい。このような構成により、搬送される液体が螺旋状溝１３ｂから遠心方向拡開溝１４ｂに受け渡される過程において螺旋状溝１３ｂと遠心方向拡開溝１４ｂとの接続部分Ａでの乱流発生が抑制され、液体の受け渡しがスムーズに行われる。このため、軸流インペラ１３と遠心インペラ１４との間に、搬送される液体の乱流発生を抑制するための整流板を設ける必要がなくなる。

これにより、整流板を用いることなくポンプ１の吐出性能を向上させることができる。しかも、整流板や整流板を設けるスペースを確保する必要がなくなるため、ポンプ１の小型化を図ることができる。

また、遠心方向拡開溝１４ｂの底面１４ｃの幅寸法が、図２のＢ、Ｂ′に示すように、第２円柱形状部１４ａの外周面方向に向けて次第に小さく形成されているので、液体を跳ね飛ばす際においてインペラ４に作用する負荷が軽減される。

本発明の第２の実施の形態を図４ないし図６に基づいて説明する。なお、図１ないし図３において説明した部分と同じ部分は同じ符号で示し、説明も省略する。
図４は本実施の形態のポンプで使用するインペラ２０を示す斜視図、図５はインペラ２０を示す平面図である。

本実施の形態のインペラ２０は、第１の実施の形態で説明したインペラ４と基本的構造は同じであり、このインペラ２０が、第１の実施の形態で説明したケース３に形成された流路２内に中心線回りに回転可能に収納されている。流路２の一端側には吸入口５が接続され、流路２の他端側には排出口６が接続されている（図１参照）。

インペラ２０は、軸流インペラ１３と遠心インペラ１４Ａとを一体化して形成され、軸流インペラ１３が吸入口５側に位置し、遠心インペラ１４Ａが排出口６側に位置する向きに流路２内に収納されている。

軸流インペラ１３は、円柱形状に形成された第１円柱形状部１３ａと、この第１円柱形状部１３ａの外周面に螺旋状に形成された２条の螺旋状溝１３ｂとを有している。遠心インペラ１４Ａは、第１円柱形状部１３ａより大径である円柱形状に形成された第２円柱形状部１４ａと、この第２円柱形状部１４ａの外周面に螺旋状に形成された２条の遠心方向拡開溝１４ｂと、第２円柱形状部１４ａの外周面側に位置する遠心方向拡開溝１４ｂの先端側に形成されて、インペラ２０の回転方向に沿った方向であって第２円柱形状部１４ａの外周面に対する接線方向に沿った方向へ流体を押出す湾曲面形状の接線方向押出面部２１とが形成されている。

接線方向押出面部２１は、遠心方向拡開溝１４ｂの底面１４ｃの一部として形成され、接線方向押出面部２１の面積は遠心方向拡開溝１４ｂの底面１４ｃの全面積の３０％以下に設定されている。

このような構成において、このポンプ１では、巻線９への通電を行ってステータ７の磁極を順次励磁して極性を切り替えることにより、インペラ２０が図４及び図５に示す矢印Ｃ方向に中心線回りに回転駆動される。

インペラ２０が回転駆動されることにより、吸入口５から液体が吸入され、吸入された液体は軸流インペラ１３の螺旋状溝１３ｂ内を搬送され、螺旋状溝１３ｂ内を搬送された液体は螺旋状溝１３ｂの端部から遠心方向拡開溝１４ｂに受け渡される。そして、遠心方向拡開溝１４ｂに受け渡された液体は、遠心方向拡開溝１４ｂの底面１４ｃにより矢印Ｄで示す方向に跳ね飛ばされ、排出口６から排出される。

さらに、遠心方向拡開溝１４ｂの先端側において、遠心方向拡開溝１４ｂ内を搬送された液体の一部は接線方向押出面部２１によって押圧され、この液体は、インペラ２０の回転方向に沿った方向であって第２円柱形状部１４ａの外周面に対する接線方向に沿った方向（図５に示す矢印Ｅ方向）へ跳ね飛ばされる。

この接線方向押出面部２１を形成することにより、このポンプで搬送する液体中に気体が混入した場合には、液体中に混入された気体が接線方向押出面部２１により跳ね飛ばされてポンプの排出口側へ送り出され、排出口から排出される。このため、ポンプ内に気泡が滞留することが防止され、ポンプ内に滞留した気泡によるポンプの出力性能の低下を防止できる。

図６は、遠心方向拡開溝１４ｂの底面１４ｃの全面積に対する接線方向押出面部２１の面積の比率と、それぞれの比率における混入気体を排出する性能比率と、ポンプに作用する負荷レベルとの関係を示すグラフである。接線方向押出面部２１の面積の比率を大きくすると、混入気体を排出する性能は高くなるものの、同時に、ポンプに作用する負荷レベルも増大する。このため、接線方向押出面部２１の面積を、遠心方向拡開溝１４ｂの底面１４ｃの全面積の３０％以下とすることが好適である。

本発明の第１の実施の形態のポンプを示す縦断断面図である。インペラを示す斜視図である。インペラを示す平面図である。本発明の第２の実施の形態のポンプで使用するインペラを示す斜視図である。インペラを示す平面図である。遠心方向拡開溝の底面の全面積に対する接線方向押出面部の面積の比率と、それぞれの比率における混入気体を排出する性能比率と、ポンプに作用する負荷レベルとの関係を示すグラフである。

符号の説明

２流路
３ケース
４インペラ
５吸入口
６排出口
７駆動部、ステータ
１３軸心インペラ
１３ａ第１円柱形状部
１３ｂ螺旋状溝
１３ｃ底面
１４遠心インペラ
１４Ａ遠心インペラ
１４ａ第２円柱形状部
１４ｂ螺旋状溝
１４ｃ底面
２０インペラ
２１接線方向押出面部

Claims

内部に円柱形状の流路が形成されたケースと、
前記流路の一端側に接続された吸入口と、
前記流路の他端側に接続された排出口と、
前記流路内に中心線回りに回転可能に収納され、回転することにより前記吸入口から液体を吸入して該液体を前記排出口から排出させるインペラと、
前記インペラを中心線回りに回転させる駆動部と、を有し、
前記インペラは、第１円柱形状部とこの第１円柱形状部の外周部に螺旋状に形成された螺旋状溝とを有して前記吸入口側に位置する軸流インペラ、及び、第２円柱形状部とこの第２円柱形状部の外周部に形成されて一端が前記螺旋状溝に接続され、この螺旋状溝との接続部分から前記第２円柱形状部の外周面方向に向けて回転中心からの距離が次第に大きくなる遠心方向拡開溝とを有する遠心インペラからなり、前記螺旋状溝の端部と前記遠心方向拡開溝の端部とが滑らかに連続して形成されているポンプ。
前記第２円柱形状部の外周面側に位置する前記遠心方向拡開溝の先端側に、前記インペラの回転方向に沿った方向であって前記第２円柱形状部の外周面に対する接線方向に沿った方向へ流体を押出す接線方向押出面部が形成されている請求項１記載のポンプ。
前記接線方向押出面部は前記遠心方向拡開溝の底面の一部として形成され、前記接線方向押出面部の面積は前記遠心方向拡開溝の底面の全面積の３０％以下である請求項２記載のポンプ。
前記遠心方向拡開溝の底面の幅寸法は前記第２円柱形状部の外周面方向に向けて次第に小さく形成されている請求項１ないし３のいずれか一記載のポンプ。
前記インペラには中心線回りの放射状位置に配置された永久磁石が設けられ、前記駆動部は、前記ケースに設けられて前記永久磁石の周囲に配置されたステータである請求項１ないし４のいずれか一記載のポンプ。