JP2006183535A - 立軸形遠心ポンプおよびこれを用いた空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の空気調和装置に組み込まれる排水ポンプは、耳障りな騒音があって静粛性に欠ける。
【解決手段】 吸込ポート２４および吐出ポート２６を有するケーシング１９と、このケーシング１９に連結されて当該ケーシング１９とで吸込ポート２４および吐出ポート２６に連通するポンプ室２０を画成するカバー２１と、ポンプ室２０内に回転自在に収容されるロータ２２とを具えた本発明による立軸形遠心ポンプは、カバー２１が、ロータ２２に連結される駆動モータ１５のスピンドル１５ａが貫通する貫通穴３０ａと、この貫通穴３０ａに近接して形成され、ポンプ室２０内と外部とを連通するスリット３０ｂと、このスリット３０ｂよりも外周側に形成され、駆動モータ１５のスピンドル１５ａを囲む外筒部２３とを具えている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、立軸形遠心ポンプおよびこれを組み込んだ空気調和装置に関し、特に静寂性が求められる排水ポンプに応用して好適なものである。

立軸形遠心ポンプは、羽根車の回転によってケーシング内に介在する液体を連れ回りさせ、これによって発生する遠心力を利用してケーシング外に液体を吐出する一方、これに応じて新たな液体をケーシング内に吸い込むようにしたものであり、例えば空気調和装置の排水ポンプなどとして利用されている。

空気調和装置においては、冷房運転中に発生する空気中の凝縮水を室外に排出するため、これをドレンパンに一時的に溜め、ここから排水ポンプを用いて室外に排出することが一般的に行われている。近年、空気調和機における運転音の低減化が求められており、この空気調和機装置に組み込まれた排水ポンプの作動音およびこれに伴って発生する各種騒音の類も低減させることが求められている。例えば、排水ポンプの作動によって発生する僅かな水かき音ですら問題となっているほどである。

このような問題に対処した排水ポンプとして、特許文献１〜３が知られている。すなわち、特許文献１には、揚水時に生ずる騒音を低減させるため、回転羽根を駆動する駆動用モータの軸受部とポンプ本体を覆うカバーとの間に空気流入孔およびオーバーフロー孔を有する遮音ケースを設置した流体ポンプが開示されている。また、特許文献２に開示された排水ポンプは、本体の上端部に嵌着される蓋とモータとの間に防塵カバーを装着し、本体内から蓋とランナの軸との間隙を経て蓋の流口に連通する開放路を蓋の上部に設け、本体内部における排出口の開口部上縁をランナの大径部と同じ高さか、あるいはそれよりも下方に位置させ、空調機器などからドレン水などを排出する場合に発生する振動と騒音とを防止するようにしたものである。また、特許文献３には内部に羽根を収容するポンプ本体の上面に消音カバーを立設した蓋体を設け、モータのステータの上下に上ブラケットおよび下ブラケットをそれぞれ設け、これらステータと上ブラケットおよび下ブラケットとの間に間隙を形成することにより、羽根の回転作動中にドレン水を掻き回す音を充分に消音できるようにしたドレン水排水ポンプが開示されている。

実開昭６２−７４１８７号公報 実開昭６３−５４８８３号公報 特開平８−２８５３０６号公報

特許文献１や特許文献２に開示された従来の排水ポンプは、遮音ケースや防塵カバーをモータとポンプ本体との間に設けて運転中の騒音を低減させるようにしているが、モータやポンプ本体とは別部品のケースやカバーを用意しなければならず、組み立て作業性の低下を招く上に部品コストが増大してしまう。しかも、モータの駆動音や排水騒音の他に共振現象によって発生する騒音、特に１〜２kＨzの耳障りな音を遮音するには至っておらず、改善が望まれている。

特許文献３においては、ポンプ本体の上面に設けられる蓋体に消音カバーを一体的に形成することにより、特許文献１，２における部品点数の増大を抑制しているが、大気導入口をモータの内部に形成しているため、このモータの内部にポンプ室内の水が浸入してしまうことが予想される。従って、内部に電子回路などを組み込む必要があるＤＣモータは、静粛性の点でＡＣモータよりも有利であるけれども、この特許文献３のような構成のポンプには使用することができないという欠点があった。

本発明の目的は、ロータの回転に伴って発生する耳障りな騒音を遮断して静粛性に優れた立軸形遠心ポンプおよびこれを排水ポンプとして組み込んだ空気調和装置を提供することにある。

本発明の第１の形態は、吸込ポートおよび吐出ポートを有するケーシングと、このケーシングに連結されて当該ケーシングとで前記吸込ポートおよび吐出ポートに連通するポンプ室を画成するカバーと、前記ポンプ室内に回転自在に収容されるロータとを具えた立軸形遠心ポンプであって、前記カバーは、前記ロータに連結される駆動モータのスピンドルが貫通する貫通穴と、この貫通穴に近接して形成され、前記ポンプ室内と外部とを連通する大気連通路と、この大気連通路よりも外周側に形成され、前記駆動モータのスピンドルを囲む外筒部とを具えていることを特徴とするものである。

本発明においては、駆動モータによってロータを回転させると、ポンプ室内に介在する水などの液体が連れ回り、これに伴って発生する遠心力により液体がポンプ室から吐出ポートに吐出され、同時に吸込ポートから液体がポンプ室内に吸い上げられる。この時、ポンプ室内は大気連通路を介して大気圧状態に保持される。ポンプ室内にてロータおよび液体の回転に伴って発生する騒音が大気連通路からポンプ室の外に漏洩した場合、外筒部によって外部に対し遮断される。

本発明の第１の形態による立軸形遠心ポンプにおいて、カバーの外筒部にその内周側と外周側とに連通するオーバーフローポートを形成することができる。この場合、外筒部のオーバーフローポートは、ロータの径方向に対して垂直の接線方向に延在していることが好ましい。

カバーの外筒部に複数の補強リブを設けることができる。

カバーの中央部からポンプ室と反対側に突出する円筒状のボス部をカバーに形成し、このボス部に貫通穴および大気連通路がそれぞれ形成することができる。この場合、貫通穴をボス部の中央に形成すると共に大気連通路をボス部の周壁部分に形成することができ、大気連通路がボス部の周壁部分の上端から前記カバーの上面までの間で溝状をなし、径方向内側ほどロータの回転方向側にずれているものであってよい。

大気連通路と外筒部との間のカバーに駆動モータのスピンドルを囲む内筒部をさらに設けることができる。この場合、内筒部にその内周側と外周側とに連通するオーバーフロー通路を形成することができ、駆動モータのスピンドルが貫通する貫通穴を中心として外筒部のオーバーフローポートと内筒部のオーバーフロー通路とを異なる方向に配置することが好ましい。また、外筒部と内筒部との間隔をこれらの周方向に沿って不均一に設定することも有効である。

駆動モータのスピンドルが貫通する貫通穴の内径を駆動モータのスピンドルの外径よりも大きく、ロータの軸径よりも小さく設定することができる。

一方が弾性変形を伴って他方に係合し、これによりケーシングとカバーとを一体的に連結する連結手段と、ケーシングとカバーとの連結位置を規定する位置決め手段とをこれらケーシングとカバーとに設けることができる。また、連結手段がスナップ止め機構を利用したものであってよく、位置決め手段がケーシングから突出する位置決めピンと、この位置決めピンが嵌合するように外筒部の補強リブに形成した位置決め穴とを有するものであってよい。これら連結手段および位置決め手段を円周方向に沿ってそれぞれ等間隔に複数、例えば４組ずつ形成することができる。

ロータは、ロータ軸と、このロータ軸に同心状をなして一体的に連結される円形の主板と、この主板からロータ軸の軸線とほぼ平行に突出する複数本のピンと、主板に形成されてその表面側と裏面側とを連通する均圧部とを有するものであってよい。この場合、主板の表面側と裏面側とを連通する複数の連通孔を形成し、これら連通孔を均圧部として機能させることも有効であり、主板の円周方向にほぼ沿った第１の方向およびこれと直交する方向にピンおよび連通孔を配列した第１の配列グループと、第１の方向に対して４５度傾斜した方向およびこれと直交する方向にピンおよび連通孔を配列した第２の配列グループとを円周方向に沿って交互に配列することができる。

主板の回転方向に対して垂直な面に投影した個々のピンの面積がロータ軸の径方向内側に位置するピンほど小さくなるように設定することができる。この場合、個々のピンの突出長さをロータ軸の半径方向内側ほど短く設定したり、あるいはロータ軸の半径方向内側に位置するピンのロータ軸の半径方向に沿った先端部の幅寸法を基端部のそれより小さくする設定したり、あるいはロータ軸の半径方向内側に位置するピンの間隔をその半径方向外側に位置するピンの間隔より広くすることによっても同様な効果を得ることができる。

ロータ軸の軸線に対して垂直な面における個々のピンの断面形状は、円形，楕円形，矩形などの多角形，あるいは翼形などの非対称形状を適宜採用することができる。この場合、主板の回転方向に沿ったピンの最大長さは、ロータ軸の半径方向に沿ったピンの最大幅寸法と同じか、あるいはそれ以上に設定することができる。

ロータ軸の軸線に沿ってその一端部から突出する攪拌部材を吸込ポート内に配することができ、この攪拌部材はロータ軸の軸線から放射状に突出する複数枚の羽根部材であってよい。

ロータの周囲を囲むように下向きに突出してケーシングの内壁との間に環状の空隙を形成する仕切り壁をカバーが有し、このカバーの仕切り壁をケーシングに形成された吐出ポートと対向してこれを遮るように配することが好ましい。

ロータに連結されてこれを駆動するスピンドルを有する駆動モータと、外部の固定部に取り付けるための取り付け部を有し、駆動モータが搭載されると共に外筒部に連結されるブラケットとをさらに具えることができる。この場合、駆動モータの回転軸が貫通する貫通穴をブラケットに形成し、外筒部と駆動モータとの間に介在してこれらを仕切る仕切り壁としてブラケットを機能させることができる。

耐蝕性を有する非磁性材料にてブラケットを形成することができる。

駆動モータとしてＡＣモータよりも振動が少なく、かつ小型軽量であって制御も容易なＤＣブラシレスモータを採用することができる。

ブラケットおよび駆動モータの取り付けフランジを貫通してこれらを一体的に接合する接合部を外筒部に形成することができる。この場合、接合部が駆動モータの取り付けフランジに係止する溶着部を有するものであってよく、この溶着部を超音波溶着によって成形することができる。

本発明の第２の形態は、上述した本発明の第１の形態による立軸形遠心ポンプが排水ポンプとして組み込まれた空気調和装置にある。

本発明の第１の形態の立軸形遠心ポンプによると、吸込ポートおよび吐出ポートに連通するポンプ室をケーシングと共に画成するカバーが、ロータに連結される駆動モータのスピンドルを通す貫通穴と、この貫通穴に近接してポンプ室内と外部とを連通するように形成された大気連通路と、この大気連通路よりも外周側に駆動モータのスピンドルを囲むように形成された外筒部とを具えているので、ロータの回転に伴ってポンプ室内で発生する騒音が大気連通路からポンプ室外に漏洩したとしても、この大気連通路の周囲が外筒部にて囲まれているため、特に１kＨz〜２kＨzの帯域の耳障りな騒音の漏洩を最小限に止めることができる。

カバーの外筒部がその内周側と外周側とに連通するオーバーフローポートを有する場合、ロータの回転停止時にポンプ室内で逆流して大気連通路からポンプ室外に漏出する水などの液体をオーバーフローポートからポンプ外へと確実に排出させることができ、駆動モータに対する悪影響を回避することが可能である。また、このオーバーフローポートがロータの径方向に対して垂直の接線方向、つまり回転方向に対して逆向きの接線方向に延在している場合、ポンプ室内で逆流した液体の飛散を最小限に抑えつつ、外筒部内に溢流した液体の排出をより迅速かつ円滑に行うことができる。

カバーの外筒部に複数の補強リブを設けた場合、駆動モータが搭載される外筒部の強度を向上させることができる。

カバーの中央部からポンプ室と反対側に突出する円筒状のボス部を設け、このボス部に貫通穴および大気連通路をそれぞれ形成した場合、ロータの回転停止時にポンプ室内で逆流して大気連通路からポンプ室外に溢流する液体の量を低減させることができる。特に、貫通穴をボス部の中央に形成すると共に大気連通路をボス部の周壁部分に形成した場合、ポンプ室内で逆流する液体を効率よく大気連通路側からポンプ室外に溢流させると共に貫通穴と駆動モータのスピンドルとの間の隙間から溢流する液体の流量を減らし、これによってスピンドルを伝って駆動モータ内への液体の浸入を抑制させることができる。

大気連通路がボス部の周壁部分の上端から前記カバーの上面までの間で溝状をなしている場合、この大気連通路からポンプ室外に溢流した液体を再びポンプ室内に戻すことが可能となる。特に半径方向内側ほどロータの回転方向に沿って大気連通路を傾斜させた場合、ロータの回転停止時にポンプ室内で逆流する液体の流動方向に沿って大気連通路が延在した状態となり、液体の飛散を最小限に抑えつつポンプ室内から大気連通路を介して液体を円滑にポンプ室外に導き出すことができる。

カバーが大気連通路と外筒部との間に駆動モータのスピンドルを囲む内筒部をさらに具えている場合、ロータの回転に伴ってポンプ室内で発生する騒音の漏洩をさらに抑えることができる。

内筒部にその内周側と外周側とに連通するオーバーフロー通路を形成した場合、ロータの回転停止時にポンプ室内で逆流して大気連通路からポンプ室外に漏出する液体をオーバーフロー通路を介してオーバーフローポートからポンプ外へと排出させることができ、駆動モータに対する悪影響を回避することが可能である。特に、外筒部のオーバーフローポートと内筒部のオーバーフロー通路とを、駆動モータのスピンドルが貫通する貫通穴を中心として異なる方向に配した場合、ロータの回転に伴ってポンプ室内で発生する騒音の漏洩をラビリンス効果によってより一層抑えることができる。

外筒部と内筒部との間隔を周方向に沿って不均一に設定した場合、ロータの回転に伴ってポンプ室内で発生する騒音を外筒部の内周面と内筒部の外周面との間の内部反射によってさらに減衰させることができる。

駆動モータのスピンドルが貫通する貫通穴の内径を駆動モータのスピンドルの外径よりも大きく、ロータの軸径よりも小さく設定した場合、貫通穴と駆動モータのスピンドルとの間の隙間からの液体の溢流を抑制し、これによってスピンドルを伝って駆動モータ内への液体の浸入を防止することができる。

ケーシングとカバーとに一方が弾性変形を伴って他方に係合し、これによりケーシングとカバーとを一体的に連結する連結手段と、ケーシングとカバーとの連結位置を規定する位置決め手段とを設けた場合、ケーシングとカバーとの組み立て作業を容易かつ迅速化させることができる。また、連結手段によってケーシングとカバーとの相対回転を防止することができるため、吐出ポートに吐出管を接続する際の作業性を向上させることが可能となる。

ロータが、ロータ軸と、このロータ軸に同心状をなして一体的に連結される円形の主板と、この主板からロータ軸の軸線とほぼ平行に突出する複数本のピンと、主板に形成されてその表面側と裏面側とを連通する均圧部とを有する場合、ロータの軸心を中心としてポンプ室内で旋回するピンが、その周囲に介在する液体に対し、これをほぼ層流状態で後方へと回り込ませるように移動し、主板の上下で発生する圧力差によって、複数の均圧孔から上昇してくる水流の結果、ピンの周囲でのキャビテーションの発生や空気の巻き込みによる騒音を抑制することができる。

ロータの周囲を囲むように下向きに突出してケーシングの内壁との間に環状の空隙を形成する仕切り壁をカバーが有し、ケーシングに形成された吐出ポートと対向してこれを遮るように仕切り壁を配した場合、ポンプ室内に介在する空気が吐出ポート側に流れ込むのを阻止して気泡がポンプ室から吐出ポートへと移動する際に発生する騒音を無くすことができる。

ロータに連結されてこれを駆動するスピンドルを有する駆動モータと、外部の固定部に取り付けるための取り付け部を有し、駆動モータが搭載されると共に外筒部に連結されるブラケットとをさらに具えた場合、ケーシングやカバーあるいはブラケットを異なる寸法のものに交換しない限り、外部の固定部に対するケーシングの吸込ポートおよび吐出ポートの相対位置が変化しないため、能力の異なる駆動モータに交換した場合であっても、ブラケットを交換する必要がなくなり、駆動モータの能力に拘らずブラケットの共用化を図ることができる。

本発明の第２の形態の空気調和装置によると、本発明による立軸形遠心ポンプを排水ポンプとして組み込んだので、空気調和装置によって発生する凝縮水の排水処理を極めて静粛に行うことができる。

本発明による立軸形遠心ポンプを排水ポンプとして空気調和装置に組み込んだ一実施形態について図１〜図１２を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこのような実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が可能であり、従って本発明の精神に帰属する他の任意の技術にも当然応用することができる。

本実施形態における排水ポンプの取り付け状況を図１に示す。すなわち、本実施形態における排水ポンプ１０は、そのブラケット１１を介して空気調和装置の筺体隔壁１２に形成された固定部１３に取り付けられている。固定部１３と板状をなすブラケット１１との間には、防振機能とシール機能とを併せ持つ図示しないガスケットが挟み込まれ、固定部１３にねじ込まれる取り付けねじ１４によってブラケット１１の取り付け部１１ａが筺体隔壁１２の固定部１３にねじ止めされた状態となっている。後述するロータを駆動するための駆動モータ１５が筺体隔壁１２の外側に位置するように、駆動モータ１５がブラケット１１の連結部１１ｂに搭載されている。駆動モータ１５の作動を制御するための制御盤１６が筺体隔壁１２の外側に設置され、この制御盤１６と駆動モータ１５に取り付けられたコネクタ１７とがケーブル１８を介して連結されている。制御盤１６と駆動モータ１５との接続は、コネクタ１７を用いずにケーブル１８を駆動モータ１５から直接引き出して制御盤１６に連結するものであってもよい。

なお、本実施形態における駆動モータ１５のコネクタ１７は、図３中の二点鎖線で示すような位置に配置することも可能となっており、ケーブル１８の接続作業性や他の部材との干渉を考慮して適宜選択することができる。また、このコネクタ１７が駆動モータ１５と同様に筺体隔壁１２の外側に配置されているため、耐水性を考慮する必要のない安価な非防水構造のものを採用することができる。さらに、本実施形態におけるブラケット１１は、後述する駆動モータ１５の作動に悪影響を与えないオーステナイト系ステンレス鋼やアルミニウムなどの非磁性体にて形成されている。

この排水ポンプ１０の主要部分の内部構造を図２に示し、その平面形状，底面形状をそれぞれ図３，図４に示し、そのカバーの部分の側面形状および底面形状をそれぞれ図５，図６に示し、図２中のVII−VII，VIII−VIII矢視断面構造をそれぞれ図７，図８に示し、ロータの部分の外観を図９に示し、その底面形状を図１０に示す。すなわち、本実施形態における排水ポンプ１０は、筒状の側壁部１９ａと円錐状の底壁部１９ｂとを有するケーシング１９と、このケーシング１９の側壁部１９ａの上端部に連結されて当該ケーシング１９とでポンプ室２０を画成するカバー２１と、このポンプ室２０内に収容されるロータ２２と、このロータ２２に連結されてこれを回転させる駆動モータ１５と、この駆動モータ１５が搭載されると共にカバー２１と一体の外筒部２３が連結される前述のブラケット１１とを具えている。本実施形態では空気調和装置の筺体隔壁１２の外側に配される駆動モータ１５と、筺体隔壁１２の内側に配されるカバー２１およびケーシング１９を仕切るように、ブラケット１１を筺体隔壁１２の固定部１３に取り付けているため、カバー２１と駆動モータ１５との間に駆動モータ１５の軸受部分を保護するための水切板を設ける必要がなくなるばかりか、能力が異なる駆動モータを使用するような場合であっても、排水ポンプ１０としては単に駆動モータ１５を交換するだけで良く、ブラケット１１などの交換が全く不要となる利点をも有する。

なお、本実施形態ではＤＣブラシレスモータを駆動モータ１５として採用しており、振動の大きなＡＣモータよりも大幅な小型軽量化が可能であり、その駆動制御も容易である。ＤＣモータの欠点である高周波振動は、空気調和装置の筺体隔壁１２とブラケット１１の取り付け部１１ａとの間に上述したガスケットを介装することにより確実に遮断することができる。

本実施形態では、ケーシング１９の底壁部１９ｂを中央部が下向きに窪んだ円錐状に設定しているが、底壁部１９ｂを水平面と平行ないわゆる平底状に設定しても何ら問題はない。このケーシング１９には、底壁部１９ｂの中央から下向きに突出し、ポンプ室２０内に連通する吸込ポート２４を形成する吸込管２５と、側壁部１９ａからロータ２２の半径方向外側に突出し、ポンプ室２０内に臨む吐出ポート２６が開口する吐出管２７とが一体的に形成されている。吸込管２５は、図２中、二点鎖線で示す空気調和装置のドレンパン２８内に位置決めされ、このドレンパン２８内に溜まる凝縮水の中にほぼ没する状態となる。また、吐出管２７には先端部が空気調和装置の筺体隔壁１２の外に導き出されるドレン管２９の基端部が連結されている。

本実施形態では、吐出管２７の内径を下流側ほど太くしてポンプ室２０に臨む吐出ポート２６を絞った状態にしているが、吐出管２７の外径を一定にしてドレン管２９を嵌合する際の作業性およびこれらの間でのシール性を確保できるように配慮している。このため、吐出管２７の肉厚が基端側ほど厚くなるけれども、本実施形態では吐出管２７の外周部に肉抜き処理を施し、これによって吐出管２７の高剛性化および軽量化も同時に達成している。吐出管２７に対するドレン管２９の嵌合の容易性およびシール性を確保することができさえすれば、吐出管２７の外周に形成される肉抜きは、どのような形態および形状であってもよい。

なお、この排水ポンプ１０の低揚程時においては、底壁部１９ｂと吸込管２５との接続部分をなめらかな凸状断面の湾曲面に形成するよりも、図２中の二点鎖線で示すような凹形の湾曲部１９ｃを形成した方がここを通過する水をより円滑に流動させることができ、さらに低騒音化を図ることが可能である。

カバー２１の中央部には、上面が塞がった円筒形断面を有するボス部３０が上向きに形成されており、このボス部３０を囲む円形の内筒部３１と、さらにこの内筒部３１を囲むほぼ円形の外筒部２３とがカバー２１から上向きに突設され、これらは樹脂によってすべて一体的に成形されている。

ボス部３０は、その中央に位置して駆動モータ１５のスピンドル１５ａが貫通する貫通穴３０ａと、その外周部に位置してポンプ室２０内を大気圧に保つための複数（図示例では４つ）のスリット３０ｂとが形成されている。貫通穴３０ａの内径は、駆動モータ１５のスピンドル１５ａの外径よりも大きく、後述するロータ２２の軸径よりも小さく設定されている。また、本実施形態におけるスリット３０ｂは、ボス部３０の周壁部分の上端から前記カバーの上面までの間で溝状をなしており、しかも径方向内側ほどロータ２２の回転方向（図７中、左回転方向）側にずれた状態となっている。このため、駆動モータ１５を停止してロータ２２の回転を停止した場合、ドレン管２９から吐出ポート２６を介してポンプ室２０側に逆流する排水の一部がスリット３０ｂからポンプ室２０外に溢流するけれども、本実施形態ではロータ２２の回転方向（図７中、左回転方向）とは逆向き、つまり図７中、時計回りの接線方向に沿ってスリット３０ｂがボス部３０の周壁部分に形成されているため、スリット３０ｂから溢れ出る排水の量を低減させることができると共により円滑にポンプ室２０からカバー２１の外に溢流させることができる。しかも、ポンプ室２０外に溢れた水をこのスリット３０ｂから速やかにポンプ室２０内に戻すことができる。

上端がブラケット１１の連結部１１ｂに当接する内筒部３１には、１８０度隔てて対向する一対のそれぞれスリット状をなすオーバーフロー通路３１ａが形成され、その内周のボス部３０側と外周の外筒部２３側とを連通している。

外周縁部に複数（図示例では４つ）の円筒形断面の補強リブ２３ａを周方向に沿って等間隔に形成した外筒部２３には、この外筒部２３の内周側と外部とを連通する一対のオーバーフローポート２３ｂが１８０度隔てて形成されている。これら一対のオーバーフローポート２３ｂは、内筒部３１の一対のオーバーフロー通路３１ａの対向方向とほぼ直交するように配されており、ロータ２２の回転方向（図７中、左回り）に対して逆向きの接線方向にそれぞれ延在している。

内筒部３１に形成された一対のオーバーフロー通路３１ａおよび外筒部２３に形成された一対のラビリンス構造を有するオーバーフローポート２３ｂは、ボス部３０のスリット３０ｂと共に大気連通路を構成する。本実施形態では、内筒部３１の一対のオーバーフロー通路３１ａと外筒部２３の一対のオーバーフローポート２３ｂとが貫通穴３０ａを中心として一直線状に並ばないように、異なる方向、つまりこれらの回転位相をほぼ９０度ずらすことにより、ポンプ室２０からスリット３０ｂおよびオーバーフロー通路３１ａ，オーバーフローポート２３ｂを介して排水ポンプ１０の外につながる大気連通路を大きく屈曲させ、ポンプ室２０内で発生する直進性の高い高周波（１〜２kＨz）の騒音に対して大きな消音効果が得られるように配慮している。しかも、本実施形態では外筒部２３を半径方向に大きく凹凸させて内筒部３１と外筒部２３との間隔が不均一となるようにしており、これによってポンプ室２０内にて発生してスリット３０ｂからオーバーフロー通路３１ａを抜けた騒音が外筒部２３の内周面と内筒部３１の外周面との間で反射する間に大きく減衰する結果、オーバーフローポート２３ｂから外部に抜ける騒音をほとんど無くすことが可能である。

なお、ボス部３０のスリット３０ｂから一時的に多量の水がポンプ室２０外に溢流した場合、この水の一部は内筒部３１のオーバーフロー通路３１ａから外筒部２３のオーバーフローポート２３ｂを通って外筒部２３の外から排出され、ドレンパン２８に流下する。

ポンプ室２０側に臨むカバー２１の外周縁部には、ケーシング１９の側壁部１９ａとの間に環状の空隙３２を形成する筒状の仕切り壁３３がケーシング１９の底壁部１９ｂに向けて下向きに突設されている。従って、ポンプ室２０の上部周縁に位置する凝縮水は仕切り壁３３の存在によって下向きに流れ、仕切り壁３３の下端とケーシング１９の底壁部１９ｂとの間の隙間３４を通って環状の空隙３２から吐出ポート２６内へ導かれる結果、ポンプ室２０の上部周縁に介在する気泡が吐出ポート２６側に流れ込むのを阻止することができる。つまり、本実施形態における仕切り壁３３は、ポンプ室２０の上部周縁に介在する気泡が吐出ポート２６側に流れ込むのを抑制するためのものであるので、本実施形態のようにカバー２１の全周を亙って形成する必要はない。しかしながら、吐出ポート２６と対向する位置にのみ仕切り壁３３を形成した場合には、この仕切り壁３３の吐出ポート２６よりも上流側をケーシング１９の側壁部１９ａの内周面に近接させておき、ポンプ室２０内を流動する気泡を含む凝縮水が環状の空隙３２内に直接流入しないようにすることが必要である。また、この仕切り壁３３の下端部は凝縮水の円滑な流れを妨げないように、その断面形状が半円状などの曲面にて形成されていることが好ましい。

なお、ケーシング１９とカバー２１の仕切り壁３３との間にはＯリング３５が装着され、ケーシング１９およびカバー２１の嵌合部分から凝縮水が外部に漏出しないように配慮している。

補強リブ２３ａの上端には、ブラケット１１の連結部１１ｂおよび駆動モータ１５に形成された取り付けフランジ１５ｂをそれぞれ貫通する連結ピン３６がそれぞれ突設されており、この連結ピン３６の上端を溶融してかしめ部３６ａを形成することにより、外筒部２３と一体のカバー２１と、ブラケット１１の連結部１１ｂおよび駆動モータ１５とを一体的に接合している。連結ピン３６の上端に形成されるかしめ部３６ａは、超音波溶着などの技術を利用することが可能であり、その形状は駆動モータ１５およびブラケット１１が容易に抜け外れないような形状でありさえすれば良い。

カバー２１の下部外周には、上向きに半径方向外側へと突出する複数（図示例では４個）の係止爪３７が円周方向に沿って等間隔に形成されている。また、これらの係止爪３７をそれぞれ係止し得る半径方向に弾性変形可能な枠状をなす爪ホルダ３８がケーシング１９の側壁部１９ａの外周に設けられ、これら係止爪３７および爪ホルダ３８が本発明における連結手段を構成している。本実施形態では、ケーシング１９に対してカバー２１を上方から押し込むことにより、係止爪３７が爪ホルダ３８に対してスナップ止めされるようになっているため、ケーシング１９とカバー２１とを極めて容易に一体化することができる。

このように、本実施形態では爪ホルダ３８を枠状に形成すると共に係止爪３７に返し部を形成したことにより、係止爪３７が爪ホルダ３８に対して係止した状態において、ケーシング１９に対して軸線と平行な方向にカバー２１が分離するような動きを拘束することができ、ケーシング１９とカバー２１とを分離するような外力が作用した場合、爪ホルダ３８が係止爪３７の返し部に食い付くようになっている。さらに、爪ホルダ３８が半径方向に僅かに弾性変形できるように、ガラス繊維や無機物のウィスカなどを混入した硬質複合樹脂材料にてケーシング１９および爪ホルダ３８を成形した場合、ケーシング１９を高強度に設計することが可能となる。

各爪ホルダ３８に近接して上向きに突出する複数（図示例では４個）の円柱状をなす位置決めピン３９がケーシング１９の側壁部１９ａの上端から円周方向に沿って等間隔に突設され、これら位置決めピン３９の先端部が嵌合する肉抜き穴４０が外筒部２３の補強リブ２３ａの下端面に開口している。従って、これらを嵌合した状態においてはケーシング１９に対するカバー２１の回転を拘束することが可能であり、これらが本発明における位置決め手段を構成している。このように、ケーシング１９の位置決めピン３９に対する補強リブ２３ａの肉抜き穴４０の嵌合位置を変更することにより、カバー２１に対するケーシング１９の相対回転位置を選択することが可能であり、図４中の二点鎖線で示すように、他の部材の配置などに合わせて吐出管２７の向きを４方向の何れかに変更することができるようになっている。

本実施形態におけるロータ２２は、駆動モータ１５のスピンドル１５ａが連結される筒状の接続部４１ａを上端部に有するロータ軸４１と、このロータ軸４１から放射状に突出する複数本（図示例では４本）のステー４２と、これらステー４２を介してロータ軸４１に対して一体的に連結される円環状をなす主板４３と、この主板４３の表面、つまり上面側からロータ軸４１の軸線とほぼ平行に突出する多数本のピン４４と、これらピン４４と共に主板４３に形成されてその表面側と裏面、つまり下面側とを連通する多数個の連通孔４５と、ロータ軸４１の下端から当該ロータ軸４１の軸線に沿って突出し、吸込ポート２４内に位置する攪拌部材４６とを具えている。

主板４３はロータ軸４１に対して同心状をなしており、その内周面とロータ軸４１の外周面との間に上述した連通孔４５と共に本発明の均圧部として機能する空隙４７が形成されている。上述したステー４２は、この空隙４７を横切った状態となってロータ軸４１と主板４３とを連結している。また、本実施形態では主板４３の円周方向にほぼ沿った第１の方向（図８中、左右方向）およびこれと直交する方向にピン４４および連通孔４５がそれぞれ交互に配列する第１の配列グループＡと、第１の方向に対して４５度傾斜した方向およびこれと直交する方向にピン４４および連通孔４５がそれぞれ交互に配列する第２の配列グループＢとを主板４３の円周方向に沿って交互に４組ずつ形成している。個々のピン４４は、ロータ軸４１の軸線に対して垂直な平面で切った断面形状がほぼ正方形となる正四角柱状をなし、その四隅の稜部に丸みを持たせることにより、水掻き音が極力少なくなるように配慮している。さらに、攪拌部材４６は、ロータ軸４１の軸線に対して垂直な断面形状が十文字状となるような４枚の羽根板４６ａを有する。

このような構成を持つ排水ポンプ１０の駆動モータ１５が作動を始めると、吸込ポート２４内に介在する凝縮水が攪拌部材４６の回転によって攪拌され、その粘性によって次第に攪拌部材４６と共に吸込ポート２４内で旋回し始める。吸込ポート２４内での凝縮水の旋回に伴って発生する遠心力により、その水面が凹状の立体放物曲面を描きながら吸込ポート２４の上端を越えてポンプ室２０の底壁部１９ｂへとせり上がり、さらに主板４３およびピン４４が凝縮水で浸された状態となる。このようにしてポンプ室２０内に入って来る凝縮水は、回転するロータ２２の主板４３およびピン４４によってさらに高速で旋回し、凝縮水の一部がケーシング１９の底壁部１９ｂとカバー２１の仕切り壁３３の下端との隙間を通って環状の空隙３２から吐出ポート２６へと排出される。この凝縮水の排出に伴ってドレンパン２８内の新たな凝縮水が吸込ポート２４内に吸い込まれ、連続的にドレンパン２８内の凝縮水が吐出ポート２６からドレン管２９を介して外部に排出される。この場合、ロータ２２の回転数とその最大径、つまり主板４３の外径とによってロータ２２の径方向中心側と径方向外側端との圧力差が決まるため、この排水ポンプ１０の締切揚程も自ずと決まるが、その排水量は主板４３の回転方向に対して垂直な面に投影したピン４４の面積によって左右されることとなる。

排水ポンプ１０の作動中においては、ロータ２２のピン４４が凝縮水の旋回速度よりも高速で回転しているため、その周囲に介在する凝縮水は、静止中のピン４４に対して凝縮水がポンプ室２０内を旋回していると見なした場合、ピン４４の外周を巻くようにして比較的滑らかに後方に流下する状態となる。つまり、従来のように羽根車の回転方向に対してほぼ直交する広い面を持った抵抗の大きな羽根板を使用していないため、たとえロータ２２の最外周側に位置するピン４４であっても、その旋回方向の後側にはキャビテーションがほとんど発生せず、キャビテーションに起因する騒音を大幅に低減させることができる。特に、本実施形態ではピン４４および連通孔４５の第１の配列グループＡによって形成される凝縮水の流動方向は、その流動状態を模式的に表す図１１に示すように、半径方向に対してほぼ４５度傾斜した方向となり、凝縮水に対して比較的大きな運動エネルギーを与えるのに対し、第２の配列グループＢによって形成される凝縮水の流動方向は、その流動状態を模式的に表す図１２に示すように、ほぼ主板４３の円周方向となって凝縮水に対し比較的小さな運動エネルギーを与え、これら２種類の凝縮水の流動によって消泡効果をより一層高めることができる。また、吸込管２５内での凝縮水の旋回周速度は、ポンプ室２０内での凝縮水の旋回周速度よりも相当遅いため、攪拌部材４６が抵抗の大きな羽根板４６ａであっても、ここでキャビテーションが発生するような不具合は生じない。また、排水ポンプ１０の始動時および低揚程時においても、カバー２１に形成された仕切り壁３３の存在により、吐出ポート２６側に排出される凝縮水に気泡が混入するのを阻止でき、気泡が吐出ポート２６側に排出される際の騒音をなくすことができる。

このような本実施形態による排水ポンプ１０の騒音特性を検証するため、比較として本実施形態による排水ポンプ１０から外筒部２３を除去したもの（外筒部２３を持たない以外はすべて同一）を用意し、騒音計をこれらの排水ポンプから約５０cm上方に離し、揚程が７０cmとなるように駆動モータ１５を運転した場合の１００〜１００００Ｈzの範囲の騒音値（dＢ）を求めた。結果を図１３に示す。実線が本実施形態，破線が比較例をそれぞれ示し、二点鎖線が暗騒音の値を示している。図１３から明らかなように、耳障りな１０００Ｈz帯域、より詳細には６３０〜１２５０Ｈzの帯域にて比較例よりも騒音値が大きく減衰しているのを認識できよう。

なお、主板４３の外周をロータ軸４１の軸線を中心とする完全な円形にする必要はなく、またロータ軸４１の軸線に対して垂直な面で切ったピン４４の断面形状が上述した実施形態の如き略正方形状以外、種々の形状のものを採用することが可能である。

上述した実施形態では、個々のピン４４の上端が同一水平面上に位置するように、個々のピン４４の高さを設定したが、ロータ２２の回転中においてはポンプ室２０内の凝縮水の水面がすり鉢状に変位し、ロータ軸４１に近い内周側のピン４４の上部が水面から露出して凝縮水を攪拌できなくなるので、ポンプ室２０内に形成される凝縮水の旋回水面の高さに応じてロータ軸４１から遠いピン４４ほどその高さを高く設定し、半径方向に配列するピン４４の機能を最大限に発揮させることが有効である。あるいは、同じような効果を得るため、主板４３の回転方向に対して垂直な面に投影したピン４４の面積がロータ軸４１の半径方向内側に位置するピン４４ほど小さく設定することによっても対処可能である。

上述した実施形態では、ピン４４を主板４３の表面側から上方に突出させているが、主板４３の裏面からピン４４を下向きに突出させるようにしてもよい。この場合には、カバー２１に近接して配された主板４３により、ポンプ室２０内に吸引される凝縮水に対してより大きな整流効果を得ることができる。また、ロータ軸４１に近いピン４４ほど外径が小さくなるような小径部を下端側に有する段付きに形成し、主板４３の裏面から突出するこれらピン４４の小径部の太さをロータ２２の径方向内周側に位置するピン４４側ほど細く設定することも有効である。

なお、ピン４４や連通孔４５を上述した実施形態のような配列グループＡ，Ｂのように整列させず、主板４３にランダムに形成したり、あるいはピン４４を主板４３の表裏両面から突出させることも可能である。同様に、主板４３をケーシング１９の円錐状をなす底壁部１９ｂと平行となるように円錐状に形成してもよい。さらに、ロータ２２自体は従来から周知のものを採用することも可能である。

本発明による立軸形遠心ポンプを空気調和装置用排水ポンプに応用した一実施形態の概略構造を表す縦断面図である。 図１に示した実施形態における排水ポンプの概略構造を表す縦断面図である。 図２に示した排水ポンプの平面図である。 図２に示した排水ポンプの底面図である。 図２に示した排水ポンプにおけるカバーの部分の側面図である。 図５に示したカバーの底面図である。 図２中のVII−VII矢視断面図である。 図２中のVIII−VIII矢視に沿った一部破断断面図である。 図２に示した排水ポンプにおけるロータの外観を表す立体投影図である。 図９に示したロータの裏面図である。 図１２と共に図９に示したロータにおける第１の配列グループによる流体の流動方向を模式的に示す概念図である。 図１１と共に図９に示したロータにおける第２の配列グループによる流体の流動方向を模式的に示す概念図である。 図２に示した排水ポンプの騒音特性を比較例と共に示すグラフであり、横軸は測定周波数を対数表記している。

符号の説明

１０ 排水ポンプ
１１ ブラケット
１１ａ 取り付け部
１１ｂ 連結部
１２ 筺体隔壁
１３ 固定部
１４ 取り付けねじ
１５ 駆動モータ
１５ａ スピンドル
１５ｂ 取り付けフランジ
１６ 制御盤
１７ コネクタ
１８ ケーブル
１９ ケーシング
１９ａ 側壁部
１９ｂ 底壁部
１９ｃ 湾曲部
２０ ポンプ室
２１ カバー
２２ ロータ
２３ 外筒部
２３ａ 補強リブ
２３ｂ オーバーフローポート
２４ 吸込ポート
２５ 吸込管
２６ 吐出ポート
２７ 吐出管
２８ ドレンパン
２９ ドレン管
３０ ボス部
３０ａ 貫通穴
３０ｂ スリット
３１ 内筒部
３１ａ オーバーフロー通路
３２ 空隙
３３ 仕切り壁
３４ 隙間
３５ Ｏリング
３６ 連結ピン
３６ａ かしめ部
３７ 係止爪
３８ 爪ホルダ
３９ 位置決めピン
４０ 肉抜き穴
４１ ロータ軸
４１ａ 接続部
４２ ステー
４３ 主板
４４ ピン
４５ 連通孔
４６ 攪拌部材
４６ａ 羽根板
４７ 空隙
Ａ 第１の配列グループ
Ｂ 第２の配列グループ

Claims (18)

1. 吸込ポートおよび吐出ポートを有するケーシングと、
   このケーシングに連結されて当該ケーシングとで前記吸込ポートおよび吐出ポートに連通するポンプ室を画成するカバーと、
   前記ポンプ室内に回転自在に収容されるロータと
   を具えた立軸形遠心ポンプであって、前記カバーは、
   前記ロータに連結される駆動モータのスピンドルが貫通する貫通穴と、
   この貫通穴に近接して形成され、前記ポンプ室内と外部とを連通する大気連通路と、
   この大気連通路よりも外周側に形成され、前記駆動モータのスピンドルを囲む外筒部と
   を具えていることを特徴とする立軸形遠心ポンプ。
2. 前記カバーの外筒部は、その内周側と外周側とに連通するオーバーフローポートを有することを特徴とする請求項１に記載の立軸形遠心ポンプ。
3. 前記外筒部のオーバーフローポートは、前記ロータの径方向に対して垂直の接線方向に延在していることを特徴とする請求項２に記載の立軸形遠心ポンプ。
4. 前記カバーの外筒部は、複数の補強リブを有することを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の立軸形遠心ポンプ。
5. 前記カバーは、その中央部から前記ポンプ室と反対側に突出する円筒状のボス部をさらに具え、このボス部に前記貫通穴および前記大気連通路がそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の立軸形遠心ポンプ。
6. 前記貫通穴が前記ボス部の中央に形成され、前記大気連通路が前記ボス部の周壁部分に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の立軸形遠心ポンプ。
7. 前記大気連通路が前記ボス部の周壁部分の上端から前記カバーの上面までの間で溝状をなしていることを特徴とする請求項６に記載の立軸形遠心ポンプ。
8. 前記大気連通路は、径方向内側ほど前記ロータの回転方向側にずれていることを特徴とする請求項７に記載の立軸形遠心ポンプ。
9. 前記カバーは、前記大気連通路と前記外筒部との間に配されて前記駆動モータのスピンドルを囲む筒状の内筒部をさらに具えていることを特徴とする請求項１から請求項８の何れかに記載の立軸形遠心ポンプ。
10. 前記内筒部は、その内周側と外周側とに連通するオーバーフロー通路を有することを特徴とする請求項９に記載の立軸形遠心ポンプ。
11. 前記外筒部のオーバーフローポートおよび前記内筒部のオーバーフロー通路は、前記貫通穴を中心として異なる方向に配されていることを特徴とする請求項１０に記載の立軸形遠心ポンプ。
12. 前記外筒部と前記内筒部との間隔がこれらの周方向に沿って不均一に設定されていることを特徴とする請求項９から請求項１１の何れかに記載の立軸形遠心ポンプ。
13. 前記貫通穴の内径は、前記駆動モータのスピンドルの外径よりも大きく、前記ロータの軸径よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項１から請求項１２の何れかに記載の立軸形遠心ポンプ。
14. 前記ケーシングと前記カバーとに設けられ、一方が弾性変形を伴って他方に係合し、これにより前記ケーシングと前記カバーとを一体的に連結する連結手段と、
    前記ケーシングと前記カバーとに設けられ、これらケーシングとカバーとの連結位置を規定する位置決め手段と
    をさらに具えたことを特徴とする請求項１から請求項１３の何れかに記載の立軸形遠心ポンプ。
15. 前記ロータは、ロータ軸と、このロータ軸に同心状をなして一体的に連結される円形の主板と、この主板から前記ロータ軸の軸線とほぼ平行に突出する複数本のピンと、前記主板に形成されてその表面側と裏面側とを連通する均圧部とを有することを特徴とする請求項１から請求項１４の何れかに記載の立軸形遠心ポンプ。
16. 前記カバーは、前記ロータの周囲を囲むように下向きに突出して前記ケーシングの内壁との間に環状の空隙を形成する仕切り壁を有し、この仕切り壁は、前記ケーシングに形成された吐出ポートと対向してこれを遮るように配されていることを特徴とする請求項１から請求項１５の何れかに記載の立軸形遠心ポンプ。
17. 前記ロータに連結されてこれを駆動するスピンドルを有する駆動モータと、
    外部の固定部に取り付けるための取り付け部を有し、前記駆動モータが搭載されると共に前記外筒部に連結されるブラケットと
    をさらに具えたことを特徴とする請求項１から請求項１６の何れかに記載の立軸形遠心ポンプ。
18. 請求項１から請求項１７の何れかに記載の立軸形遠心ポンプが排水ポンプとして組み込まれた空気調和装置。
    

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