JP2008151074A - ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】低流量時でも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ポンプを提供する。
【解決手段】羽根車１４を内蔵したポンプ部と、液体の吸込口から前記羽根車の中心へ液体を導入させる導入部を有し且つ前記ポンプ部を収納するポンプケースと、前記羽根車を駆動するモータ部とを備え、前記羽根車は、中央に開口部２０を有する前面シュラウド１４Ｄと、この前面シュラウドに対向する後面シュラウド１４Ｃと、両シュラウド１４Ｃ，１４Ｄ間に設けられ、所定の長さと高さを持ち弧状とされると共に外周部１４ａが内周部１４ｂより前記羽根車の回転方向と反対側に配置された第１の羽根１４Ａ１〜１４Ａ４と、前面シュラウドの開口部から前記導入部内へと突出形成され且つ所定の幅と高さを持った前記第１の羽根に接続される第２の羽根１４Ｂ１〜１４Ｂ４と、からなる。
【選択図】図３

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、気体を含む液体が吸入した場合、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としての性能低下を招くという問題を有していた。

このため、ケーシングの液体導入部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中心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、前記従来技術の特許文献１に記載のポンプでは、液体の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、液体導入部における流速が低下してガイド部材により気体を粉砕するのが困難な場合があった。また、そのため、気体は固まりとなって導入部付近に滞留してしまい性能低下を起こしてしまうことがあった。

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、低流量時でも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ポンプ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、液体を吸排する羽根車を内蔵したポンプ部と、液体の吸込口から前記羽根車の中心へ液体を導入させる導入部を有し且つ前記ポンプ部を収納するポンプケースと、前記羽根車を駆動するモータ部とを備え、前記羽根車は、中央に開口部を有する前面シュラウドと、この前面シュラウドに対向する後面シュラウドと、両シュラウド間に設けられ、所定の長さと高さを持ち弧状とされると共に外周部が内周部より前記羽根車の回転方向と反対側に配置された第１の羽根と、前面シュラウドの開口部から前記導入部内へと突出形成され且つ所定の幅と高さを持った前記第１の羽根に接続される第２の羽根と、からなることを特徴とする。

この構成により、低流量時であっても導入部において強制的に流れを発生させ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、低流量時でも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。

本発明の実施の形態は、液体を吸排する羽根車を内蔵したポンプ部と、液体の吸込口から前記羽根車の中心へ液体を導入させる導入部を有し且つ前記ポンプ部を収納するポンプケースと、前記羽根車を駆動するモータ部とを備え、前記羽根車は、中央に開口部を有する前面シュラウドと、この前面シュラウドに対向する後面シュラウドと、両シュラウド間に設けられ、所定の長さと高さを持ち弧状とされると共に外周部が内周部より前記羽根車の回転方向と反対側に配置された第１の羽根と、前面シュラウドの開口部から前記導入部内へと突出形成され且つ所定の幅と高さを持った前記第１の羽根に接続される第２の羽根と、からなる。

これにより、低流量時であっても導入部において強制的に流れを発生させ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。

また、前記第２の羽根は、前記羽根車の回転中心から放射状に形成され、前記導入部から前記羽根車へ軸流を発生させる。

これにより、導入部から羽根車へ向かって強制的に軸流を発生させて滞留した気泡を羽根車へ導くことができる。

また、前記第２の羽根は、各羽根の高さを不均一なものとする。

これにより、導入部の天面部分で流れの脈動を起こし、天面部分に滞留している気泡を剥離させて羽根車へ導くことができる。

また、前記第２の羽根は、前記羽根車の回転方向にねじれた螺旋状とする。

これにより、遠心力によって第２の羽根の外周部に加圧された液体が集まり、導入部との間に動圧による軸に垂直方向の反発力を発生させて羽根車の振動を抑制することができる。

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。

ポンプ１の上側には、図１に示すように、液体の吸込口２と吐出口３が設けられ液体を吸排するポンプ部４を内蔵したポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等のプラスチックやステンレス等の金属からなるポンプケース５が配置されている。このポンプケース５には、液体を吸込口２からポンプ部４へと導入する導入部６が中心部に設けられている。

ポンプ１の下側には、図１に示すように、ポンプ１の駆動源となるモータ部７を収納し、モータ部７とポンプ部４を隔離してポンプ部４からモータ部７への液体の浸入を防止するためのアルミ等の金属や耐熱性プラスチック等からなる仕切板８が設置されている。

モータ部７は、図１に示すように、磁界を発生させる円筒形状のステータ９と、そのステータ９を駆動制御する制御基板１０と、ステータ９および制御基板１０を保護するために注入され硬化した樹脂１１と、樹脂１１の露出を防ぐ蓋１２から構成されている。ステータ９は、仕切板８の凹状になった内側に取り付けられている。制御基板１０は、前記ステータ９に固定されている。

一方、ポンプ部４は、図１に示すように、羽根車１４と、この羽根車１４に一体に形成されてステータ９が発生させた磁界により回転駆動され永久磁石等からなる円筒形状のロータ１５と、ポンプケース５と仕切板８により固定されて支持された軸１６と、この軸１６を中心にカーボン入りＰＰＳ樹脂などの摺動性樹脂で作られ羽根車１４に固定されて回転自在に設けられている軸受１７と、ポンプケース５と軸受１７との回転接触による磨耗を防止する軸受板１８とで構成されている。

羽根車１４は、図２及び図３に示すように、中央に開口部２０を有する前面シュラウド１４Ｄと、この前面シュラウド１４Ｄに対向する後面シュラウド１４Ｃと、両シュラウド１４Ｃ，１４Ｄ間に設けられ、流体を加圧するために中心部（図３中線Ｃを羽根車１４の回転中心である中心線とする）から外縁部へと放射状に設けられた複数の第１の羽根１４Ａ１〜１４Ａ４と、回転中心部側にこの第１の羽根１４Ａ１〜１４Ａ４に連続して設けられ前記導入部６内へと突出する第２の羽根１４Ｂ１〜１４Ｂ４とからなり、これらが連結されたクローズ式の羽根車とされている。

そして、この実施例の羽根車１４では、第１の羽根１４Ａ１〜１４Ａ４の形状を、回転中心より所定の距離位置から外縁部まで所定の高さを持つ湾曲した弧状をなす形状とし、且つ、その外周部１４ａを内周部１４ｂに対して当該羽根車１４の回転方向と反対側（回転方向と逆向き）に配置させている。この第１の羽根１４Ａ１〜１４Ａ４の形状を判り易くするため、図２では、回転中心から半径方向に引いた直線Ｓに対して湾曲線Ｍで示してある。遠心ポンプでは、羽根への負荷を減らすために、回転方向に対して内側から外側に向かって後傾するように全体として湾曲させた弧状に前記第１の羽根１４Ａ１〜１４Ａ４を形成している。

さらに、この実施例の羽根車１４では、回転中心部において所定の幅と高さを持ち、且つ、前面シュラウド１４Ｄの開口部２０から前記導入部６内へと上方へ突出形成された第２の羽根１４Ｂ１〜１４Ｂ４を有している。この第２の羽根１４Ｂ１〜１４Ｂ４は、前記第１の羽根１４Ａ１〜１４Ａ４の内周部１４ｂ側に起立して接続されている。

また、第２の羽根１４Ｂ１〜１４Ｂ４は、前記羽根車１４の回転中心から放射状に形成されると共に、該羽根車１４の回転方向にねじれた螺旋状とされている。言い換えれば、第２の羽根１４Ｂ１〜１４Ｂ４は、第１の羽根１４Ａ１〜１４Ａ４から垂直に起立するのではなく、基端側から先端側に向かって互いに近づくように放射状とされると共に、羽根車１４の回転方向にその先端側をひねって形成されている。

さらに、第２の羽根１４Ｂ１〜１４Ｂ４は、各羽根の高さを同一の高さとするのではなく、導入部６の天面部分での流れの脈動起こし天面部分に滞留している気泡を剥離させるために、不均一な高さとしている。

以上の構成において、本実施例におけるポンプの動作を図１から図４を用いて説明する。

前記構成のポンプ１において、外部電源から電力が供給されると、制御基板１０に設けられた電気回路により制御されたステータ９のコイルに電流が流れて回転磁界が発生する。この回転磁界がロータ１５に作用すると、該ロータ１５に物理力が発生する。このとき、ロータ１５は、羽根車１４と一体化されているため、該羽根車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１が駆動される。

ポンプ１が駆動されると、羽根車１４の回転によりその回転中心部は負圧となり、液体は気泡と共に吸込口２から導入部６を介して羽根車１４の中心部へと導入される。

このとき流量が低いと、導入部６において流速が低下して気泡が滞留してしまう。しかしながら、本実施例のポンプ１では、導入部６内に突設させた第２の羽根１４Ｂ１〜１４Ｂ４が当該羽根車１４の回転と共に回転し、吸込口２側から羽根車１４側へと軸流（図４中螺旋の線で示す）を発生させて強制的に流速を上げることで気泡を前記第１の羽根１４Ａ１〜１４Ａ４へと導くことができる。

また、第２の羽根１４Ｂ１〜１４Ｂ４は、遠心力により導入部６の内壁部分における液体の圧力を高めるので、導入部６と第２の羽根１４Ｂ１〜１４Ｂ４との間に動圧が発生して羽根車１４が軸１６と垂直方向に振動するのが抑制される。そして、第２の羽根１４Ｂ１〜１４Ｂ４の高さが不均一であるため、導入部６の天面には圧力の脈動が発生する。この脈動により、天面に滞留した気泡を導入部６内へ剥離させて羽根車１４へと導くことができる。

導入された液体および気泡は、羽根車１４の遠心力により第１の羽根１４Ａ１〜１４Ａ４に沿って加圧されながら後面シュラウド１４Ｃと前面シュラウド１４Ｄとで挟まれた空間を外縁部へと導かれる。外周部では、ポンプケース５の内壁に羽根車１４の後面シュラウド１４Ｃの液体流れ方向と同一面上に吐出口３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、ボリュートへ導かれた液体は加圧された状態のまま吐出口３へと誘導されて気泡を排出する。

以上のように本実施例によれば、低流量時であっても導入部６内に突出した第２の羽根１４Ｂ１〜１４Ｂ４により強制的に流速を高めているので、気泡を含んだ液体は羽根車１４の第１の羽根１４Ａ１〜１４Ａ４内に導入されて効率よく吐出させることができる。

実施例に示すポンプの断面図である。 実施例に示すポンプを構成する羽根車の斜視図である。 前面シュラウドを取り外した状態の羽根車の斜視図である。 実施例に示すポンプにおける導入部の要部拡大断面図である。

符号の説明

１ ポンプ
２ 吸込口
３ 吐出口
４ ポンプ部
５ ポンプケース
６ 導入部
７ モータ部
８ 仕切板
９ ステータ
１０ 制御基板
１１ 樹脂
１２ 蓋
１４ 羽根車
１４Ａ１〜１４Ａ４ 第１の羽根
１４Ｂ１〜１４Ｂ４ 第２の羽根
１４Ｃ 後面シュラウド
１４Ｄ 前面シュラウド
１５ ステータ
１６ 軸
１７ 軸受
１８ 軸受板
２０ 開口部

Claims (4)

1. 液体を吸排する羽根車を内蔵したポンプ部と、液体の吸込口から前記羽根車の中心へ液体を導入させる導入部を有し且つ前記ポンプ部を収納するポンプケースと、前記羽根車を駆動するモータ部とを備え、
   前記羽根車は、中央に開口部を有する前面シュラウドと、この前面シュラウドに対向する後面シュラウドと、両シュラウド間に設けられ、所定の長さと高さを持ち弧状とされると共に外周部が内周部より前記羽根車の回転方向と反対側に配置された第１の羽根と、前面シュラウドの開口部から前記導入部内へと突出形成され且つ所定の幅と高さを持った前記第１の羽根に接続される第２の羽根と、からなる
   ことを特徴とするポンプ。
2. 請求項１に記載のポンプであって、
   前記第２の羽根は、前記羽根車の回転中心から放射状に形成され、前記導入部から前記羽根車へ軸流を発生させる
   ことを特徴とするポンプ。
3. 請求項２に記載のポンプであって、
   前記第２の羽根は、各羽根の高さが不均一である
   ことを特徴とするポンプ。
4. 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、
   前記第２の羽根は、前記羽根車の回転方向にねじれた螺旋状である
   ことを特徴とするポンプ。

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