JP2007285217A

JP2007285217A - ポンプ及び液体供給装置

Info

Publication number: JP2007285217A
Application number: JP2006114528A
Authority: JP
Inventors: Toshisuke Sakai; 敏輔酒井; Hidetoshi Ueda; 英稔植田
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2006-04-18
Filing date: 2006-04-18
Publication date: 2007-11-01
Also published as: TW200741103A; TWI329162B; US7891958B2; CN101059136A; US20070243086A1; CN201062593Y

Abstract

【課題】羽根車内に滞留した気体を効率良く吐出させることができる高揚程で低流量出力のポンプを提供することを図る。
【解決手段】液体を吸排する複数の羽根をもつ羽根車１４を内蔵したポンプ部２０と、ポンプ部を収納するポンプケース１１と、羽根車に設けられ該羽根車を回転させるロータ１５と、ロータの外周側に配置され該ロータを駆動するステータ２１ａと、ステータを制御する駆動回路２１ｂを収納したモータ部２１と、ポンプケースとモータ部を隔離して該モータ部を保護する仕切板１６とを備え、前記ロータと前記仕切板との間に前記羽根からの流体を流入させる副流路２４を設けると共に前記羽根車の内側に該副流路と繋がる貯水空間２３を設け、該貯水空間の液体を前記羽根へと還流させる少なくとも一つの還流路２２を前記羽根車に設けた。
【選択図】図２

Description

本発明は、モータにより駆動され、液体を吸入して吐出するポンプおよび同ポンプを備えた液体供給装置に関する。

ポンプにおいては、主として磁界を発生させるステータやそのステータを制御する制御部からなるモータ部と、ステータで発生された磁界により駆動され水等の液体を吸排する羽根車からなるポンプ部と、モータ部とポンプ部を隔離する仕切板とから構成される。

この中で、ポンプ部は、羽根車によって吸入した液体の圧力を高めて吐出する。遠心ポンプでは、羽根車は複数の羽根が、該羽根への負荷を減らすため回転方向に対して後傾するように全体に湾曲した状態で固定されている。

しかしながら、遠心ポンプでは遠心力によって圧力を高めるので、小型のままでより高圧力の液体を吐出するには回転数を上げる必要がある。このため、気体を含む液体を吸入した場合、強い遠心力が作用して気液分離し液体よりも比重が軽い気体が羽根車中心部に滞留しポンプ性能の低下を招くという問題を有していた。

このため、ケーシングにおいて羽根車に面して突出形成されたガイド部材を有するポンプが提案されている（例えば特許文献１参照）。

上記のケーシングを用いると、液体と共に混入した気体を羽根車中心部に配置したガイド部材により粉砕して吐出口から排出されるので羽根車内部に気体が滞留することを防止することが出来る。
特開２００１−２３４８９４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、流量が少ない場合には気体が混入することでさらに流量が低下し、粉砕した気体を羽根車外周側の出口まで誘導させることが困難であった。

また、還流路により羽根車内部の液体を羽根車内に導入することで少量の気体の排出は可能であるが、ロータの内側にステータを配するアウターロータ構造では十分な液体量を確保できず連続して混入してきた気体を排出するのが困難であった。

そこで、本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、羽根車内に滞留した気体を効率良く吐出させることができる高揚程（高圧力のポンプ出力）で低流量出力のポンプ及び液体供給装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、液体を吸排する複数の羽根をもつ羽根車を内蔵したポンプ部と、ポンプ部を収納するポンプケースと、羽根車に設けられ該羽根車を回転させるロータと、ロータの外周側に配置され該ロータを駆動するステータと、ステータを制御する駆動回路を収納したモータ部と、ポンプケースとモータ部を隔離して該モータ部を保護する仕切板とを備え、前記ロータと前記仕切板との間に前記羽根からの流体を流入させる副流路を設けると共に前記羽根車の内側に該副流路と繋がる貯水空間を設け、該貯水空間の液体を前記羽根へと還流させる少なくとも一つの還流路を前記羽根車に設けた。

この構成により、低流量時であっても副流路から貯水空間に貯水した液体を、還流路を介して羽根車内に導入することで、ポンプ室内部流量を確保して羽根車中心部に滞留した気体を効率よく吐出させることができるという作用が達成できる。

本発明は、羽根車内に滞留した気体を効率良く吐出させることができる高揚程で低流量出力のポンプを提供することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態は、液体を吸排する複数の羽根をもつ羽根車を内蔵したポンプ部と、ポンプ部を収納するポンプケースと、羽根車に設けられ該羽根車を回転させるロータと、ロータの外周側に配置され該ロータを駆動するステータと、ステータを制御する駆動回路を収納したモータ部と、ポンプケースとモータ部を隔離して該モータ部を保護する仕切板とを備え、前記ロータと前記仕切板との間に前記羽根からの流体を流入させる副流路を設けると共に前記羽根車の内側に該副流路と繋がる貯水空間を設け、該貯水空間の液体を前記羽根へと還流させる少なくとも一つの還流路を前記羽根車に設けたものである。

これにより、低流量時であっても副流路から貯水空間に貯水した液体を、還流路を介して羽根車内に導入することでポンプ室内部流量を確保して羽根車中心部に滞留した気体を効率よく吐出させることができるポンプを提供することができる。

また、前記還流路は、羽根車中心部の軸受近傍に配置した構造にすることが望ましい。

これにより、羽根車内部との圧力差が最大となり貯水空間の液体を還流路を介して滞留した気体部分に噴出させて気体を粉砕することができる。

また、前記還流路は、羽根車中心部から均等な角度で複数設けてもよい。

これにより、羽根車のバランスを保ちポンプの振動を抑制することができる。

また、前記ポンプケースの内壁に、前記羽根車の液体流れ方向と同一面上でかつ前記副流路より外周側に流路を設けてもよい。

これにより、羽根車内で液体と共に加速されて層流となった気体がポンプケース内壁まで流れ方向が変わらずに副流路に侵入しないようにすることができる。

また、前記副流路は、前記羽根車の液体流れ方向に対して９０°以上の角度で配置してもよい。

これにより、副流路の流量をある程度増やした場合でも羽根車内で液体と共に加速されて層流となった気体の流れ方向を大きく変えることなく、気体を副流路に侵入しないようにすることができる。

また、前記羽根の上面に、該羽根を覆う前面シュラウドを配置してもよい。

これにより、羽根車内に誘導された気体が混入した液体の漏れを防止してさらに効率よく気体を排出することができる。

また、前記羽根車は、ポンプ部に吸入された液体を潤滑して回転するすべり軸受けを有してもよい。

この構成により、軸と軸受の間において液体が潤滑剤の働きをするので摺動性が高まり軸受の磨耗が抑制されて長寿命にすることができる。

そして、上記ポンプを冷却装置等の液体供給装置に組み込むようにすれば、液体供給装置の使い勝手を大いに高めることができる。

以下、本発明を適用した具体的な実施例について図面を用いて説明する。

（実施例１）
図１に示すように、発熱部品１が基板２に実装されており、発熱部品１と冷媒とで熱交換を行ない発熱部品１を冷却する冷却器３が配置されている。

また、冷媒から熱を取り除く放熱器４と、冷媒を貯めておくリザーブタンク５と、さらに冷媒を循環させるポンプ６が配置されていて、前記冷却器３と放熱器４とリザーブタンク５およびポンプ６を接続する配管７が取りつけられている。

リザーブタンク５内の冷媒は、ポンプ６から吐出され、配管７を通って冷却器３に送られ、発熱部品１の熱を奪うことでその温度が上昇して放熱器４へと送られ、この放熱器４で冷やされてその温度が降下しリザーブタンク５へと戻る。このような構成の冷却システムは、ポンプ６で冷媒を循環させて発熱部品１を冷却するものである。

図２に示すように、吸込口１２及び吐出口１３を備えたポンプケース１１と仕切板１６により密閉された内部にポンプ部２０を設けている。ポンプ部２０は、流体を加圧するために複数の羽根１４ａが回転中心部から外縁部へ放射状に設けられた後面シュラウド１４ｂと前面シュラウド１４ｃとが羽根１４ａで連結されクローズ式とされた羽根車１４と、この羽根車１４に一体成型されたロータマグネット（ロータ）１５と、ポンプケース１１と仕切板１６に両端部をそれぞれ固定して支柱された軸１７と、この軸１７を回転自在に支持しカーボン入りＰＰＳ樹脂などの摺動性樹脂で作られ羽根車１４に固定される軸受１８と、ポンプケース１１に固定された軸受板１９とで構成されている。

モータ部２１を構成するステータ２１ａは、仕切板１６の環状凹部２５に固定されている。ステータ２１ａを駆動するための駆動回路２１ｂは、ステータ２１ａに固定されている。

また、羽根車１４の羽根１４ａは、負荷を減らすため回転方向に対して後傾するように全体に湾曲した状態で後面シュラウド１４ｂに固定されており、羽根車中心部の軸受１８の近傍に中心から均等な角度で羽根車１４の裏面と貫通した還流路２２が複数開けられている。還流路２２は、その直径を０．５ｍｍ〜１．０ｍｍとすることが望ましく、径が小さいと気体混入時に羽根車１４へ液体が供給されず、径が大きいと羽根車１４への液体の供給は増えるが圧力の低下が大きくなりポンプ出力全揚程が下がる。

さらに、羽根車１４の内側においては、ロータマグネット１５の内周側のほぼ全体を空洞として貯水空間２３を作り出しており、羽根車外縁部のロータマグネット１５と仕切板１６との間の副流路２４より液体を吸込み、該ロータマグネット１５の下部を通って貯水空間２３へと繋がっている。副流路２４は、入口部を一番狭くした構造となっている。

以上の構成において、本実施例１におけるポンプおよびそのポンプを備えた冷却装置の動作を図１から図３を用いて説明する。

外部電源から電力が供給されると、小型ポンプに設けられた電気回路により制御されたステータ２１ａのコイルに電流が流れ、回転磁界が発生する。この回転磁界がロータマグネット１５に作用するとロータマグネット１５に物理力が発生する。ところで、このロータマグネット１５は羽根車１４と一体化されているため、羽根車１４に回転トルクが作用し、この回転トルクにより羽根車１４が回転を始めることでポンプ６が駆動される。

ポンプ６が駆動されると、羽根車１４の回転により、該羽根車１４の中心部は負圧となり、リザーブタンク５内の冷媒は気泡と共に吸込口１２から羽根車１４の中心部に導入される。

導入された冷媒は、羽根車１４の遠心力により羽根１４ａに沿って加圧されながら外縁部へ導かれる。また、冷媒より比重の軽い気泡は、遠心力により回転の中心部に集まり、流量が低下して気泡同士が結合し、より大きな気体の塊となろうとする。このとき、貯水空間２３の加圧された冷媒が還流路２２より負圧となっている羽根車１４の中心部に噴出するため、気泡２７が粉砕されて且つ羽根車１４における冷媒の流量が増加して、気泡２７は冷媒と共に外縁部へ導かれる。

外縁部では、ポンプケース１１内壁に羽根車１４の後面シュラウド１４ｂの冷媒流れ方向と同一面上に吐出口１３へ向けてなだらかな曲面で羽根車１４との間隔を広げてゆくボリュート（流路）２６が形成されており、外縁部での冷媒の流れは回転の法線方向に層流となっているため、気泡２７を含んだ冷媒は外縁部からボリュート２６へ導かれ流れ方向に対して９０°以上の角度を持った副流路２４入口において気泡２７が副流路２４に侵入することを阻止することができる。ボリュート２６は、ポンプケース内壁に羽根車１４の流体流れ方向と同一面上でかつ副流路２４より外周側まで設けられていることから、その副流路２４より外側部分に気泡２７が溜まって該副流路２４への侵入が防止される。

副流路２４の入口幅は狭く０．２ｍｍ〜０．７ｍｍが望ましく、狭すぎると貯水空間２３に冷媒が供給されず広すぎると気泡２７が侵入しやすくなる。また、圧力損失を少なくするため入口幅以外（ロータマグネット１５の下面と仕切板１６間の部位）は広くしている。ボリュート２６へ導かれた冷媒は、加圧された状態のまま吐出口１３へ誘導され、気泡２７を排出させる。

ポンプ６が駆動され吐出口１３から高圧の冷媒が吐出されると、リザーブタンク５内の冷媒は、配管７を通って冷却器３に送られ、発熱部品１の熱を奪うことでその温度が上昇して放熱器４に送られ、放熱器４で冷やされてその温度が降下してリザーブタンク５へ戻る。

このように、実施例１の冷却システムでは、ポンプ６で冷媒を循環させて発熱部品１を冷却することができる。冷却器３内の流路は、受熱性能を高めるために特に配管抵抗が高くなっている。

以上のように実施例１によれば、低流量時であっても副流路２４から貯水空間２３に貯水した液体を、還流路２２を介して羽根車１４内に導入することでポンプ室内部流量を確保して羽根車中心部に滞留した気体２７を効率よく吐出させることができる。

また、冷媒を羽根車中心部から吸入するので、軸受１８と軸１７との間に液体による潤滑作用で摺動性を高めることができ長寿命化が図れるので長寿命で高揚程出力のポンプを提供することができる。

本発明のポンプは、例えば燃料電池装置や冷却装置等に使用される様々なポンプへの応用が期待できる。

実施例１に示す電子部品の冷却装置の全体概要図である。実施例１に示すポンプの断面図である。実施例１に示すポンプの副流路入口の断面拡大図である。

符号の説明

１発熱部品
２基板
３冷却器
４放熱器
５リザーブタンク
６ポンプ
７配管
１１ポンプケース
１２吸込口
１３吐出口
１４羽根車
１４ａ羽根
１４ｂ後面シュラウド
１４ｃ前面シュラウド
１５ロータマグネット（ロータ）
１６仕切板
１７軸
１８軸受
１９軸受板
２０ポンプ部
２１モータ部
２１ａステータ
２１ｂ駆動回路
２２還流路
２３貯水空間
２４副流路
２６ボリュート（流路）
２７気泡

Claims

液体を吸排する複数の羽根をもつ羽根車を内蔵したポンプ部と、ポンプ部を収納するポンプケースと、羽根車に設けられ該羽根車を回転させるロータと、ロータの外周側に配置され該ロータを駆動するステータと、ステータを制御する駆動回路を収納したモータ部と、ポンプケースとモータ部を隔離して該モータ部を保護する仕切板とを備え、
前記ロータと前記仕切板との間に前記羽根からの流体を流入させる副流路を設けると共に前記羽根車の内側に該副流路と繋がる貯水空間を設け、該貯水空間の液体を前記羽根へと還流させる少なくとも一つの還流路を前記羽根車に設けた。
ことを特徴とするポンプ。
請求項１に記載のポンプであって、
前記還流路は、前記羽根車中心部の軸受近傍に設けられた
ことを特徴とするポンプ。
請求項１または２に記載のポンプであって、
前記還流路は、前記羽根車中心部から均等な角度で複数配置された
ことを特徴とするポンプ。
請求項１から請求項３の何れか一つに記載のポンプであって、
前記ポンプケースの内壁に、前記羽根車の液体流れ方向と同一面上でかつ前記副流路より外周側に流路を設けた。
ことを特徴とするポンプ。
請求項１から請求項４の何れか一つに記載のポンプであって、
前記副流路は、前記羽根車の液体流れ方向に対して９０°以上の角度で設けられた
ことを特徴とするポンプ。
請求項１から請求項５の何れか一つに記載のポンプであって、
前記羽根の上面に該羽根を覆う前面シュラウドを配置した
ことを特徴とするポンプ。
請求項１から請求項６の何れか一つに記載のポンプであって、
前記羽根車は、前記ポンプ部に吸入された液体を潤滑して回転するすべり軸受けを有した
ことを特徴とするポンプ。
請求項１から請求項７の何れか一つに記載のポンプを備えたことを特徴とする液体供給装置。