JP2008240656A - ポンプの羽根車構造 - Google Patents

Abstract

【課題】羽根車の外周部から前面シュラウドとポンプケース間の隙間を通じて吸入口マウス部側に環流する流体の逆流を阻止して、揚水性能及びポンプ効率の向上を図ると共に、ポンプの小型化を容易にする。
【解決手段】前面シュラウド２０とポンプケース６間の隙間３０の中心側から外周方向Ａに向かう圧力を付与するための圧力付与手段４０を備えたポンプの羽根車構造である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ポンプの羽根車構造に関し、詳しくは例えば液体を圧送する遠心ポンプに用いられる羽根車の構造に関するものである。

従来より、水を吸い込むための吸込口と、水を排出する吐出口とを有するポンプケースと、本体ケースと、ポンプケースと本体ケースとの間に設けられた防水隔壁とを有し、羽根車から突出する吸入口マウス部をポンプケースの吸込口側に遊嵌状態で嵌入し、モータによって羽根車を回転させて、吸入口マウス部から羽根車内部に水を吸い込み、羽根車の外周方向に設けた吐出口から排出するようにした遠心ポンプが知られている（例えば、特許文献１参照）。
ところで、この種の遠心ポンプ１では、例えば図６に示すように、羽根車１４と防水隔壁８との間の水路部６０や、前面シュラウド２０とケーシング壁面６ａとの間の隙間３０に存在する水は、本来のポンプ作用には関係しないが、羽根車１４が高速で回転するため、特に隙間３０に存在する水が流体の吸込力を阻害する要因となる。つまり、羽根１３，１３……の回転によって流体が外周方向Ａへ圧送される際に、吸入口マウス部２２付近が負圧となり、そのために外周方向Ａへ圧送された流体の一部が、図６（ｂ）のように羽根車１４の外周部１４ａから羽根車１４とポンプケース６間の隙間３０を通じて吸入口マウス部２２内に環流する所謂、帰還経路Ｂが形成され、これによって吸込口３から吸入口マウス部２２への流体の吸込が阻害されることとなり、結果、揚水性能及びポンプ効率を低下させるという問題が生じる。なお図６（ａ）中の２は本体ケース、３は吸込口、４は吐出口、８は防水隔壁、７はモータ部、９はロータ、１０はステータである。

そこで、上記特許文献１に示された従来例では、吸入口マウス部２２とケーシング壁面６ａとの間の隙間３０を小さくすることで、隙間３０からの流体の逆流を極力防止しようとしているが、特にポンプの小型化を図る場合は隙間管理のみによって流体の環流防止を図ることは困難になるという問題があった。
特開２００５−４８６７５号公報

本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、羽根車の外周部から前面シュラウドとポンプケース間の隙間を逆流して吸入口マウス部内に流体が環流することを防止でき、揚水性能及びポンプ効率の向上が図られると共に、ポンプを小型化する場合でもポンプ性能の向上が図られるポンプの羽根車構造を提供することを課題とするものである。

前記課題を解決するために本発明は、流体を吸排する羽根車１４を内蔵したポンプ部５と、ポンプ部５を収納すると共に流体の吸込口３と吐出口４とを備えたポンプケース６と、羽根車１４を回転駆動するモータ部７とを備え、上記羽根車１４は、中央部に円筒状の吸入口マウス部２２が突設された前面シュラウド２０と、前面シュラウド２０に対向する後面シュラウド２１と、両シュラウド２０，２１間に設けられてその中心側から外周側に向けて放射状に延設された複数の羽根１３，１３……とを具備したポンプの羽根車構造であって、上記前面シュラウド２０とポンプケース６間の隙間３０の中心側から外周方向Ａに向かう圧力を付与するための圧力付与手段４０を設けたことを特徴としている。

このような構成とすることで、羽根車１４の回転時に、前面シュラウド２０とポンプケース６間の隙間３０内に中心側から外周方向Ａに向かう圧力が付与されるので、吸入口マウス部２２付近に負圧が発生して、羽根車１４の外周部１４ａから上記隙間３０に逆流しようとする流体が押し戻されて、吸入口マウス部２２内に流体が環流する現象を防止できるようになる。従って、従来のような隙間管理が不要となるため、ポンプの小型化も容易となる。

また、上記圧力付与手段４０は、吸入口マウス部２２の外周面に突設され、前面シュラウド２０とポンプケース６間の隙間３０の外周方向Ａに向かって放射状に延びた羽根形状のリブ４０Ａで構成されているのが好ましく、この場合、既存の吸入口マウス部２２に羽根形状のリブ４０Ａを突設するという簡易な構造で、吸入口マウス部２２の回転力を利用して羽根形状のリブ４０Ａを回転させることができ、上記隙間３０の外周方向Ａへの圧力付与が容易となる。

また、上記圧力付与手段４０は、ポンプケース６のケーシング壁面６ａと対向する前面シュラウド２０表面に設けられ、前面シュラウド２０とポンプケース６間の隙間３０の外周方向Ａに向かって放射状に延びた羽根形状のリブ４０Ａ又は凹溝４０Ｂで構成されているのが好ましく、この場合、羽根形状のリブ４０Ａ又は凹溝４０Ｂを前面シュラウド２０表面に沿って横長状に長く形成でき、リブ４０Ａ又は凹溝４０Ｂの回転により付与される圧力が増大して、流体の逆流防止効果が一層高められると共に、ポンプを小型化した場合でもホンプ効率を高めることができるものである。

本発明は、前面シュラウドとポンプケース間の隙間内部にその中心側から外周方向に向かう圧力を付与することにより、羽根車の外周部から上記隙間への流体の逆流を阻止でき、揚水性能及びポンプ効率の向上が図られると共に、従来のような隙間管理が不要となり、ポンプを小型化する場合でもポンプ性能を向上させることができるものである。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明する。

図５は、遠心ポンプ１を利用した冷却循環装置の一例であり、リザーブタンク５０内の流体（冷媒）は遠心ポンプ１によって冷却器５２へ送られて、発熱部品５３の熱を奪うことで温度が上昇し、その後、放熱器５４へ送られて冷やされ、温度が低下した状態で配管５１を通ってリザーブタンク５０へ戻される。このような冷却循環装置は遠心ポンプ１により流体を循環させて発熱部品５３を冷却するものである。

図１は本実施形態の遠心ポンプ１の一例を示しており、本体ケース２の上端には、流体を吸排するポンプ部５を内蔵するポンプケース６が配置されている。ポンプケース６には、吸込口３と吐出口４とが設けられ、吸込口３は図５のリザーブタンク５０の出側に配管接続され、吐出口４は図５の冷却器５２の入側に配管接続されている。ポンプケース６は例えば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で構成されている。

本体ケース２内には、ポンプ部５の駆動源となるモータ部７が収納されている。本体ケース２内には防水隔壁８が設けられ、例えばアルミニウム等の金属や耐熱性プラスチック等で構成される。

上記モータ部７は、磁界を発生させる円筒形状のステータ１０と、そのステータ１０を制御する制御部１１と、ステータ１０及び制御部１１の露出を防ぐ蓋１２とを備えている。ステータ１０及び制御部１１は防水隔壁８の外側に配置されており、制御部１１は例えばトランスやトランジスタ等の電子部品を備えている。

一方、ポンプ部５には、流体を吸排するための羽根車１４が内蔵されている。

羽根車１４は、例えばＰＰＳ等のプラスチック等で構成され、円板状の前面シュラウド２０と後面シュラウド２１とが複数の羽根（インペラ）１３，１３……を介して溶着されたものであり、羽根１３，１３……間の空間が流体通路７０となっている。

上記複数の羽根１３，１３……は、後面シュラウド２１の中心側から外周側に向けて放射状に延設されている。本例の各羽根１３，１３……は、中心側から外周側に向かうほど羽根車の回転方向Ｅに対して後傾するように湾曲している。

後面シュラウド２１の中心側には小径筒部２１ｂが突設され、この小径筒部２１ｂの内側に焼成カーボン或いはモールドカーボンからなる円筒状の軸受１５が嵌入されており、軸受１５の内側に円柱形状の軸１６が挿入されている。この軸１６は例えばステンレス等の金属で構成され、軸１６の先端部がポンプケース６の軸支持部６ｂに回動自在に遊挿され、軸１６の後端部が防水隔壁８の底部中央側に嵌着されており、この軸１６が羽根車１４が回転中心となっている。

上記羽根車１４の軸受１５の両端には、セラミック等からなる中空円板形状の軸受板１７，１８が摺接しており、羽根車１４の回転により生じるスラスト荷重を軸受板１７，１８にて受け止めるようにしている。

上記後面シュラウド２１の外周側には、羽根車１４の中心と同心円状の大径筒部２１ａが突設され、大径筒部２１ａの外周側に円筒形状のロータ９が一体に取り付けられている。このロータ９は防水隔壁８を挟んでモータ部７のステータ１０と対向配置されている。ロータ９の外面には永久磁石が固定されており、上記ステータ１０が発生させた磁界によりロータ９が回転駆動され、ロータ９と一体の後面シュラウド２１が回転することで、羽根車１４全体が回転駆動する仕組みとなっている。なお図中の６１は後面シュラウド２１の内周側に設けた通水口であり、羽根車１４と防水隔壁８間の水路部６０の水を羽根車１４の流体通路７０に戻すようにしている。

上記羽根車１４の前面シュラウド２０の中心側には、ポンプケース６の吸込口３側に向けて突出する円筒状の吸入口マウス部２２が設けられている。吸入口マウス部２２の口径は、吸込口３の出口部よりも大きく形成されている。一方、ポンプケース６の吸込口３側には、吸入口マウス部２２を遊嵌状態で嵌入するための環状凹部２３が凹設されている。この環状凹部２３の内側壁はスカート形状に垂下しており、その下端は吸入口マウス部２２の上端部よりも低い位置まで突出しており、吸入口マウス部２２の上端部が通水抵抗とならないようにしている。

ここで、本発明においては、図１、図２に示すように、羽根車１４の前面シュラウド２０とポンプケース６との隙間３０内に、その中心側から外周方向Ａに向かう圧力を発生させるための圧力付与手段４０が設けられている。この圧力付与手段４０は、流体が上記隙間３０から吸入口マウス部２２内に環流する現象を防止するためのものであり、図１、図２の例では、複数の羽根形状のリブ４０Ａで構成されている。

上記複数の羽根形状のリブ４０Ａは、吸入口マウス部２２の根元部の外周面から放射状に突設されている。各リブ４０Ａの上辺４０ａはそれぞれ、先端程下方になるように傾斜している。さらに図２（ａ）に示す例では、各リブ４０Ａは、羽根車１４の軸方向Ｃから見て、吸入口マウス部２２から離れるほど羽根車の回転方向Ｅに対して後傾するような弧状に形成されている。

次に動作を説明する。制御部１１によりステータ１０に制御電流が印加されると、ステータ１０が磁界を発生させ、この磁界によりロータ９が回転駆動する。ロータ９が回転駆動すると、ロータ９と一体化された羽根車１４が回転駆動する。これにより吸込口３から流体が吸い込まれて、吸入口マウス部２２を通って羽根車１４内の流体通路７０に吸入されると共に回転する複数の羽根１３，１３……により外周方向Ａに向かう遠心力が付与されて、吐出口４から吐出される。

このとき、羽根１３，１３……の回転によって流体が外周方向Ａへ圧送される際に、吸入口マウス部２２付近が負圧となり、そのために外周方向Ａへ圧送された流体の一部が、羽根車１４の外周部１４ａから羽根車１４とポンプケース６間の隙間３０を逆流しようとするが、本発明では、吸入口マウス部２２の外周面から突出した羽根形状のリブ４０Ａの回転によって、前面シュラウド２０とポンプケース６間の隙間３０内に中心側から外周方向Ａに向かう圧力が付与されているので、吸入口マウス部２２付近に負圧が発生しても、羽根車１４の外周部１４ａから上記隙間３０に逆流しようとする流体が押し戻されて、吸入口マウス部２２内に流体が環流する現象を防止できるようになる。従って、従来のような隙間管理が不要となるため、ポンプの小型化も容易となる。

また本例では吸入口マウス部２２の外周面に羽根形状のリブ４０Ａを突設するという簡易な構造で、吸入口マウス部２２の回転力を利用して羽根形状のリブ４０Ａを回転させることができ、上記隙間３０の外周方向Ａへの圧力付与が容易となる。

さらに羽根形状の各リブ４０Ａの上辺４０ａはそれぞれ先端程下方になるように傾斜しているので、ポンプケース６の環状凹部２３の下端コーナー部とリブ４０Ａとの接触を防止しながら、リブ４０Ａの面積を確保できる利点がある。

さらに本例では、羽根形状のリブ４０Ａを羽根車１４の回転方向Ｅに対して後傾するような弧状に形成しているので、羽根１３，１３……による乱流の発生を極力抑えることができ、流体の圧送能力を維持しつつ、ポンプの小形化に対応できる利点もある。

図３は上記羽根形状のリブ４０Ａの変形例である。本例の羽根形状のリブ４０Ａは、前面シュラウド２０表面に突設されている。各リブ４０Ａの内端部は吸入口マウス部２２から離反した位置に配置され、各リブ４０Ａの外端部は前面シュラウド２０の外縁部２０ａに達している。また各リブ４０Ａの外端部側は、前面シュラウド２０の外縁部２０ａ側に近づくほど羽根車１４の回転方向Ｅに対して後傾するような弧状に形成されている。なお、各リブ４０Ａはポンプケース６のケーシング壁面６ａと接触しない程度の高さを有している。他の構成図２と同様である。本例では、羽根形状のリブ４０Ａによって、前面シュラウド２０とポンプケース６間の隙間３０内に中心側から外周方向Ａに向かう圧力を付与できる効果に加えて、羽根形状のリブ４０Ａを前面シュラウド２０表面に沿って横長状に長く形成できるので、各リブ４０Ａの面積を十分に確保でき、リブ４０Ａの回転により付与される圧力が増大して、流体の逆流防止効果が一層高められると共に、ポンプを小型化した場合でもホンプ効率を高めることができるものである。しかも、前面シュラウド２０表面に羽根形状のリブ４０Ａを突設するという簡易な構造で、前面シュラウド２０の回転力を利用してリブ４０Ａを回転させることができ、上記隙間３０の外周方向Ａに向かう圧力付与を容易に行なうことができる。

図４は、圧力付与手段４０として、図３の羽根形状のリブ４０Ａに代えて、ポンプケース６のケーシング壁面６ａと対向する前面シュラウド２０表面に、前面シュラウド２０の中心側から外縁部２０ａ側に向かって放射状に延びた羽根形状の凹溝４０Ｂで構成した場合を示している。各凹溝４０Ｂの先端部はそれぞれ、前面シュラウド２０の外縁部２０ａに開放されている。本例では前面シュラウド２０の回転によって羽根形状の凹溝４０Ｂが回転すると、羽根形状の凹溝４０Ｂ内に入り込む水が外周方向Ａに向かって押し出されるようになり、これにより凹溝４０Ｂが形成されている前面シュラウド２０の外縁部２０ａ側には外周方向Ａに向かう水の圧力が発生する。従って、羽根車１４の外周部１４ａから隙間３０に逆流しようとする水が、羽根形状の凹溝４０Ｂによって発生する外周方向Ａに向かう圧力で押し戻されて、隙間３０内を逆流できなくなる結果、吸入口マウス部２２内に流体が環流するのを確実に防止できる。しかも本例では、前面シュラウド２０表面に羽根形状の凹溝４０Ｂを凹設するという簡易な構造で、前面シュラウド２０の回転力を利用して羽根形状の凹溝４０Ｂを回転させることができ、上記隙間３０の外周方向Ａに向かう圧力付与を容易に行なうことができるものであり、そのうえ前面シュラウド２０表面に羽根形状に凹溝を掘り込むという簡易な加工で済み、羽根形状のリブを別途取り付ける場合と異なり、部品数の増加防止を図ることができる利点もある。

本発明の羽根車は、遠心ポンプに限らず、遠心送風機の分野にも広く適用可能である。

本発明の一実施形態に用いる遠心ポンプに圧力付与手段を付設した場合の断面図である。 （ａ）は同上の圧力付与手段を構成する羽根形状のリブの平面図であり、（ｂ）は側面断面図である。 （ａ）は同上の圧力付与手段を構成する羽根形状のリブの他例の平面図であり、（ｂ）は側面断面図である。 （ａ）は同上の圧力付与手段を構成する羽根形状の凹溝の平面図であり、（ｂ）は側面断面図である。 同上の遠心ポンプを利用した冷却循環装置の説明図である。 （ａ）は従来の遠心ポンプの断面図であり、（ｂ）は帰還経路による弊害を説明する要部断面図である。

符号の説明

１ 遠心ポンプ
３ 吸込口
４ 吐出口
５ ポンプ部
６ ポンプケース
６ａ ケーシング壁面
７ モータ部
１３ 羽根
１４ 羽根車
１４ａ 羽根車の外周部
２０ 前面シュラウド
２０ａ 前面シュラウドの外縁部
２１ 後面シュラウド
２２ 吸入口マウス部
３０ 隙間
４０ 圧力付与手段
４０Ａ リブ
４０Ｂ 凹溝
７０ 流体通路
Ａ 外周方向

Claims (3)

1. 流体を吸排する羽根車を内蔵したポンプ部と、ポンプ部を収納すると共に流体の吸込口と吐出口とを備えたポンプケースと、羽根車を回転駆動するモータ部とを備え、上記羽根車は、中央部に円筒状の吸入口マウス部が突設された前面シュラウドと、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てその中心側から外周側に向けて放射状に延設された複数の羽根とを具備し、上記前面シュラウドの吸入口マウス部がポンプケースの吸込口周囲に設けた環状凹部内に遊嵌状態で嵌入されてなるポンプの羽根車構造であって、上記前面シュラウドとポンプケース間の隙間の中心側から外周方向に向かう圧力を付与するための圧力付与手段を設けたことを特徴とするポンプの羽根車構造。
2. 上記圧力付与手段は、吸入口マウス部の外周面に突設され、前面シュラウドとポンプケース間の隙間の外周方向に向かって放射状に延びた羽根形状のリブで構成されていることを特徴とする請求項１記載のポンプの羽根車構造。
3. 上記圧力付与手段は、ポンプケースのケーシング壁面と対向する前面シュラウド表面に設けられ、前面シュラウドとポンプケース間の隙間の外周方向に向かって放射状に延びた羽根形状のリブ又は凹溝で構成されていることを特徴とする請求項１記載のポンプの羽根車構造。
   

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