JP2013167183A - 遠心式ポンプと車両用の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一つの駆動装置によって、それぞれ異なる二系統の循環を行う遠心式ポンプと車両用の冷却装置を提供する。
【解決手段】ハウジング２に第１出口１３を有する第１渦室１１と、第１渦室１１に流体を流入する第１流入管１７と、第２出口１４を有する第２渦室１２と、第２渦室１２に流体を流入する第２流入管１８とを備え、第１流入管１７を、第２流入管１８と第２渦室１２とに挿通し、回転軸５と一体に回転する第１インペラ２１を第１渦室内１１に配置すると共に、第１インペラ２１に接合され、第１流入管１７の外周を回転する第２インペラ２２を第２渦室１２内に配置する。
【選択図】図２

Description

本発明は、二系統の流体を混合させることなく、一つの駆動装置で循環させる遠心式ポンプと車両用の冷却装置に関する。

従来、流体を循環させるポンプとして、遠心式の渦巻きポンプがある。この渦巻きポンプは、流体の圧力を高めるためにインペラで遠心力により回転の周方向に圧力を与えて、流体を渦巻き状に形成され渦室の出口から吐出するものである。車両においては、そのようなポンプを冷却水の循環などに用いている。

周知の技術では、この遠心式の渦巻きポンプを、水通路と渦室を形成するハウジング、翼車、回転軸、軸受け、シール、回転軸に動力を伝達するプーリー又はギアで構成している。しかし、それぞれ異なる二系統の循環が必要な場合は、上記の構成が二つ必要になり、配置スペースが大きくなるという問題やコストが増加するという問題があった。

そこで、ハウジングにもう一つ水通路を設けて、一つの駆動装置で二方向へ流体を吐出する装置がある（例えば、特許文献１、又は２参照）。しかしながら、これらの装置には、流体の入口が一つしかなく、ハウジング内で流体が混合してしまい、それぞれ独立した二系統の循環を行うことができなかった。

また、一つの駆動軸で、二つの渦巻きポンプを駆動する装置も数多くある。この装置の場合、一つの駆動装置でそれぞれ独立した二系統の循環を行うことができるが、配置スペースが大きくなるという問題は解決することができず、さらに、駆動軸からの流体の漏れを防ぐシールがそれぞれのポンプに必要となるなどコスト面でも問題がある。

実開平４−２６６５４号公報 特開平１１−２５７２９２号公報

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、二つの独立した流体の循環を、一つの駆動装置でまかなうことができ、装置を小さくして車両への搭載性を向上し、且つ製造コストを低減することができる遠心式ポンプと車両用の冷却装置を提供することである。また、二つの独立した流体を混合することなく、循環させることができる遠心式ポンプと車両用の冷却装置を提供することである。

上記の目的を解決するための本発明の遠心式ポンプは、回転軸の回転により、流体を循環する遠心式ポンプにおいて、ハウジングに第１出口を有する第１渦室と、該第１渦室に流体を流入する第１流入路と、第２出口を有する第２渦室と、該第２渦室に流体を流入する第２流入路とを備え、前記第１流入路を、前記第２流入路と前記第２渦室とに挿通し、前記ハウジングの前記回転軸と一体に回転する第１インペラを前記第１渦室内に配置すると共に、前記第１インペラに接合され、前記第１流入路の外周を回転する第２インペラを前記第２渦室内に配置して構成される。

この構成によれば、一つの駆動装置（駆動力伝達装置、回転軸、及び軸受けを含む装置）で、それぞれ異なる二系統の循環を行うことができ、二つの独立した回路に一つの遠心式ポンプで流体を循環させることができる。これにより、駆動装置や流体の漏れを防ぐシールも一つで賄うことができるので、小さなスペースで配置することができる。また、部品点数を減少することができるので、コストを低減することができる。

また、上記の遠心式ポンプにおいて、前記第１渦室と前記第２渦室との内部を仕切る仕切部材を備えると、仕切部材によって、第１渦室と第２渦室との内部を仕切ることができる。これにより、二つの独立した循環回路内の流体を混合することなく循環することができる。

加えて、上記の遠心式ポンプにおいて、前記第１インペラを、前記回転軸に接合された基板と、前記第１流入路と接続される開口部を有する前記仕切部材との間に複数の第１羽根を狭持したクローズドインペラで形成すると共に、前記仕切部材に前記第２渦室内で回転する第２羽根を接合して、前記第２インペラを形成すると、第１インペラをクローズドインペラで形成し、そのクローズドインペラを形成する仕切部材に第２羽根を接合して、第２インペラを形成することができるので、前述の作用効果を得ることができる。また、仕切部材で第１渦室と第２渦室とを仕切ることができるので、それぞれに流入される流体の混合を防ぐことができる。さらに、その二系統の循環を行う遠心式ポンプを容易に製造することができる。

加えて、上記の遠心式ポンプにおいて、前記仕切部材と、前記ハウジングとの間のシールをラビリンス構造で形成すると、回転する仕切部材と、回転しないハウジングとの間に非接触のシール構造であるラビリンス構造を用いることで、第１渦室と第２渦室との流体の混合を防ぐと共に、回転軸により回転する仕切部材とハウジングとの摩擦力が低減することができる。これにより、遠心式ポンプの耐久性を向上すると共に、遠心式ポンプを駆動する力を低減することができる。

また、上記の問題を解決するための車両用の冷却装置は、二つの独立した冷却回路と、上記に記載の遠心式ポンプを接続して構成される。

この構成によれば、上記に記載の遠心式ポンプが独立した二つの冷却水を循環させることができる。これにより、二つの循環が混合しないので、一方の冷却水の温度が高い場合に、もう一方の冷却水の温度が上昇する問題などを防ぐことができる。

本発明によれば、二つの独立した流体の循環を、一つの駆動装置でまかなうことができ、装置を小さくして車両への搭載性を向上し、且つ製造コストを低減することができる。また、二つの独立した流体を混合することなく、循環させることができる。

本発明に係る第１の実施の形態の遠心式ポンプを示した正面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ断面を示した断面図である。 本発明に係る第２の実施の形態の遠心式ポンプの一部を拡大した拡大図である。 本発明に係る実施の形態の車両用の冷却装置を示した概略図である。

以下、本発明に係る実施の形態の遠心式ポンプと車両用の冷却装置について、図面を参照しながら説明する。この実施の形態では、流体を冷却水として説明するが、本発明の遠
心式ポンプが循環することができる流体は冷却水に限定しない。なお、図面に関しては、構成が分かり易いように寸法を変化させており、各部材、各部品の板厚や幅や長さなどの比率も必ずしも実際に製造するものの比率とは一致させていない。

まず、本発明に係る第１の実施の形態の遠心式ポンプについて、図１及び図２を参照しながら説明する。図１及び図２に示すように、渦巻きポンプ（遠心式ポンプ）１は、ハウジング（ケーシングともいう）２とインペラ部３とを備え、また、インペラ部３を駆動する駆動装置４を備える。

ハウジング２は、第１渦室１１、第２渦室１２、第１出口１３、第２出口１４、第１入口１５、第２入口１６、第１流入管１７、及び第２流入管１８を備える。インペラ部３は、第１インペラ（羽根車、翼車ともいう）２１と、第２インペラ２２を備える。

駆動装置４は、図２に示すように、図示しないエンジン（内燃機関）の回転を伝達し、回転軸５を回転するプーリー（駆動力伝達装置）６と、スタッフィングボックス７とを備え、スタッフィングボックス７に回転軸５を軸支する軸受け８及び、ハウジング２と回転軸５との間の冷却水の漏れを防ぐシール部材９とを備える。

この駆動装置４は、エンジンに限らず、電動機などを用いることができる。また、駆動力を伝達する装置もプーリー６に限定せず、例えば歯車などを用いることもできる。加えて、スタッフィングボックス７は周知の技術のものを用いることができ、例えば、シール部材９としてグランドパッキンやメカニカルシールを用いることができる。

ハウジング２は、第１渦室１１と第２渦室１２とをｚ方向に隣接し、内部を連通すると共に、駆動装置４の反対側に第１流入管１７を挿通した第２流入管１８を設ける構成であり、従来の渦巻きポンプのハウジングを回転軸５の軸方向であるｚ方向に重ねた形状を有する。

第１渦室１１は、図１に示すように、第１渦室１１内から回転軸５の回転の接線方向であるｘ方向へ冷却水を排出する第１出口１３に向かって、徐々に半径を増加する渦巻き状を形成する。また、配管と接続される第１出口１３にフランジを設ける。第２渦室１２も第１渦室１１と同様に第２出口１４に向かって徐々に半径を増加する渦巻き状を形成する。この第１渦室１１と第２渦室１２とは、この実施の形態では、第２渦室１２を第１渦室１１よりも小さく形成したが、本発明はこれに限定しない。

加えて、図２に示すように、駆動装置４を設けた反対側に、第１入口１５を有する第１流入管１７と、第２入口１６を有する第２流入管１８とを備える。この第１流入管１７を第２流入管１８に挿通し、二重管とすることで、回転軸５の軸方向であるｚ方向から第１渦室１１内と、第２渦室１２内にそれぞれ異なる冷却水を流入することができる。

この第１流入管１７を、後述する第１インペラ２１の開口部２４ｃと接続し、第１インペラ２１へ冷却水を導く第１水通路を形成する。また、第２流入管１８を、第２渦室１２と一体に形成し、第２インペラ２２へ冷却水を導く第２水通路を形成する。

上記のハウジング２は、ハウジング２内に第１出口１３を有する第１渦室１１と、第２出口１４を有する第２渦室１２とを形成し、それぞれに冷却水を流入することができればよく、形状などは上記の構成に限定しないが、渦巻きポンプの性質上、回転軸の軸方向から冷却水を導入する必要があるため、各渦室１１と１２へ冷却水を流入するために、二重管を設けるとよい。また、各渦室１１と１２の内部で、インペラ部３の外側に案内羽根を設けてもよい。

インペラ部３をハウジング２内に設け、第１インペラ２１を第１渦室１１内に、第２インペラ２２を第２渦室１２内に配置する。このインペラ部３は回転軸５と一体に回転し、ハウジング２内を回転する。

このインペラ部３は、第１基板（基板）２３、第２基板（仕切部材）２４、第１羽根２５、及び第２羽根２６を備え、第１インペラ２１を第１基板２３、第２基板２４、及び第１羽根２５とから構成し、第２インペラ２２を第２基板２４と第２羽根２６とから構成する。

この実施の形態では、第１インペラ２１をクローズドインペラで形成し、第２インペラ２２をオープンインペラで形成したが、例えば、第２羽根２６を第２基板２４と共に狭持する第３基板を設け、第２インペラをクローズドインペラで形成してもよい。また、第１インペラと第２インペラを共にオープンインペラで形成すると共に、第１インペラと第２インペラとの間に仕切部材を設け、第１渦室と第２渦室内とを仕切るように構成してもよい。

第１インペラ２１を、円板状に形成された第１基板２３と、同じく円板状に形成された第２基板２４とで、複数の第１羽根２５を狭持して構成する。この第１インペラ２１は、第１基板２３が回転軸５と接合されて、第１基板２３、第２基板２４、及び第１羽根２５が一体に回転する所謂クローズドインペラである。

第２基板２４は、円盤２４ａ、突出部２４ｂ、及び開口部２４ｃを備え、円盤２４ａの中心部分を、第１入口１５側に突出させて突出部２４ｂを形成し、その突出部２４ｂを開口して開口部２４ｃを形成する。この開口部２４ｃを第１流入管１７と接合し、冷却水を第１インペラ２１へ導いている。この第２基板２４は、円盤２４ａに突出部２４ｂと開口部２４ｃとからなる煙突を接合したような形状を有する。

第１羽根２５を、第１基板２３の中心から放射状に複数配置する。この第１羽根２５は周知の技術のポンプ羽根を用いることができ、例えばラジアル羽根や斜流羽根などを用いることができ、その形状、配置などは限定しない。

第２インペラ２２を、上記の第２基板２４に複数の第２羽根２６を接合して形成する。この第２羽根２６を、第２基板２４の円盤２４ａと突出部２４ｂに沿うように、また、円筒状の突出部２４ｂの外周を、言い換えると第１水通路の外周を回転するように構成する。この第２羽根２６も第１羽根２５と同様にその形状や配置は限定しない。

この第２インペラ２２を形成するために、第２基板２４の開口部２４ｃをできるだけ第１入口１５側に配置するとよい。仮に開口部２４ｃを第２渦室１２内に配置すると、第２羽根２６の幅をそれに合わせて形成するため小さくなるので、第２渦室１２から突出した位置が好ましい。

上記のインペラ部３の構成により、回転軸５と直接接続されている第１インペラ２１の第２基板２４に第２羽根２６を接合することで、第１インペラ２１と第２インペラ２２とが一体に回転することができる。また、クローズドインペラである第１インペラ２１に第２羽根２６を接合するだけで、インペラ部３を製造することができるので、容易に製造することができる。

加えて、上記のインペラ部３をハウジング２内に設けるときに、第２基板２４が第１渦室１１と第２渦室１２とを仕切る役割を果たすので、第１渦室１１と第２渦室１２との内
部を仕切ることができ、渦巻きポンプ１で異なる二系統の循環を行うことができる。そのため、第２基板２４の直径を、第１渦室１１と第２渦室１２との連通部を仕切ることができる大きさに設定するとよい。

上記の構成に加えて、この渦巻きポンプ１は、回転するインペラ部３と回転せず固定されるハウジング２との間に、それぞれ第１シール部３１と第２シール部３２を備える。詳しくは、第１渦室１１と第２渦室１２とを仕切る第２基板２４とハウジング２との間に設ける。第１シール部３１を、第１流入管１７と第２基板２４の突出部２４ｂとの間に設けて、また、第２シール部３２を、第１渦室１１と第２渦室１２との間、詳しくは第２基板２４と第２渦室１２との間に設ける。

この第１シール部３１と第２シール部３２は、第１入口１５から流入し第１水通路を通って、第１インペラ２１に導かれ、第１インペラ２１により第１出口１３から吐出される冷却水ｗ１と、第２入口１６から流入し第２流入管１８を通って、第２インペラ２２に導かれ、第２インペラ２２により第２出口１４から吐出される冷却水ｗ２とが、渦巻きポンプ１の内部で混合しないように、ハウジング２と第２基板２４との間をシールすることができればよい。

好ましくは、回転するインペラ部３と固定されるハウジング２との間で摩擦が起こらない非接触シールがよい。第１シール部３１は、回転する第２基板２４と、固定される第１流入管１７とを階段状に形成し、組み合わせる構造である。また、第２シール部３２も同様に、回転する第２基板２４と、固定部のハウジング２とを階段状に形成し、組み合わせる。この構成によれば、回転する第２基板２４と固定のハウジング２とを非接触にシールして、漏れを防ぐことができる。

より好ましくは、図３に示すように、前述のシール部３１と３２の代わりに、凹凸の隙間を複数段組み合わせたラビリンス構造を有する第１シール部３３と第２シール部３４を用いるとよい。このラビリンス構造は、固定されるハウジング２と回転するインペラ部３との間に、詳しくはハウジング２と第２基板２４との間に凹凸の隙間を組み合わせて、段ごとに圧力を下げる構造である。この構造であれば、冷却水が行き来する通路をつづら折れになるようにして、その抵抗で漏れを防ぐことができる。これにより、第２基板２４とハウジング２とが接触することなくシールすることができるので、インペラ部３の回転力を低減させずに、それぞれ異なる冷却水を混合することなく、二系統の冷却水の循環を行うことができる。

次に、この渦巻きポンプ１の動作について説明する。渦巻きポンプ１は、第１入口１５と第２入口１６とからそれぞれ別の冷却水をハウジング２内に流入する。ここで、第１入口１５から流入する冷却水をｗ１、第２入口１６から流入する冷却水をｗ２とする。

冷却水ｗ１を、第１入口１５から第１流入管１７と突出部２４ｂとからなる第１水通路で第１インペラ２１へ移送する。この冷却水ｗ１を、回転軸５により第１インペラ２１が回転することにより、遠心力によって回転軸５の周方向へ押し出し、第１渦室１１の有する渦巻き構造により、圧力を高めて第１出口１３から吐出する。

また、冷却水ｗ２を、第２入口１６から第２流入管１８で第２インペラ２２へ移送し、第１インペラ２１と一体に回転する第２インペラ２２が回転することにより、遠心力によって回転の軸の周方向へ押し出し、第２渦室１２の有する渦巻き構造により、圧力を高めて第２出口１４から吐出する。

このとき、第１渦室１１と第２渦室１２とは、第２基板２４により仕切られ、且つ第２
基板２４とハウジング２との間に第１シール部３１と第２シール部３２を設けているので、冷却水ｗ１と冷却水ｗ２を混合することなく、吐出することができる。

上記の動作によれば、一つの駆動装置４（駆動軸５、プーリー６、及びスタッフィングボックス７）で、冷却水ｗ１と冷却水ｗ２の二系統の循環を行うことができる。これにより、二系統の流体を循環させるシステムをより小さなスペースで実現することができる。また、一つの駆動装置４でよいため、コストを低減することができる。

また、第１渦室１１と第２渦室１２とを仕切ることができるので、二系統の循環が混合することなく、それぞれ独立して循環させることができる。これにより、それぞれ異なる二系統の循環を行うことができる渦巻きポンプ１を提供することができる。

次に、本発明に係る実施の形態の車両用の冷却装置について、図４を参照しながら説明する。この冷却装置４０は、二つの異なる冷却回路４１と４２を備え、その冷却回路４１と４２とに接続される上記の渦巻きポンプ１を備える。

この構成によれば、独立した二つの冷却水を循環させることができる渦巻きポンプ１を用いることで、独立した二つの冷却回路４１と４２とに別々に冷却水を循環させることができる。これにより、車両への搭載性を向上することができる。また、駆動装置４を一つでまかなうことができるので、コストを低減すると共に、燃費も低減することができる。加えて、二つの循環が混合しないので、一方の冷却水の温度が高い場合に、もう一方の冷却水の温度が上昇する問題などを防ぐことができる。

上記の渦巻きポンプ１は、冷却水を循環させるポンプとして説明したが、本発明はこれに限定しない。例えば、オイルなど流体を循環させるポンプに用いることができる。

本発明の遠心式ポンプは、一つの駆動装置で、それぞれ異なる流体を混合することなく、循環することができるので、特に二系統の冷却回路を備えた車両に利用することができる。

１ 渦巻きポンプ（遠心式ポンプ）
２ ハウジング
３ インペラ部
４ 駆動装置
５ 回転軸
１１ 第１渦室
１２ 第２渦室
１３ 第１出口
１４ 第２出口
１５ 第１入口
１６ 第２入口
１７ 第１流入管
１８ 第２流入管
２１ 第１インペラ
２２ 第２インペラ
２３ 第１基板（基板）
２４ 第２基板（仕切部材）
２５ 第１羽根
２６ 第２羽根
３１ 第１シール部
３２ 第２シール部

Claims (5)

1. 回転軸の回転により、流体を循環する遠心式ポンプにおいて、ハウジングに第１出口を有する第１渦室と、該第１渦室に流体を流入する第１流入路と、第２出口を有する第２渦室と、該第２渦室に流体を流入する第２流入路とを備え、
   前記第１流入路を、前記第２流入路と前記第２渦室とに挿通し、
   前記回転軸と一体に回転する第１インペラを前記第１渦室内に配置すると共に、前記第１インペラに接合され、前記第１流入路の外周を回転する第２インペラを前記第２渦室内に配置することを特徴とする遠心式ポンプ。
2. 前記第１渦室と前記第２渦室との内部を仕切る仕切部材を備えることを特徴とする請求項１に記載の遠心式ポンプ。
3. 前記第１インペラを、前記回転軸に接合された基板と、前記第１流入路と接続される開口部を有する前記仕切部材との間に複数の第１羽根を狭持したクローズドインペラで形成すると共に、
   前記仕切部材に前記第２渦室内で回転する第２羽根を接合して、前記第２インペラを形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の遠心式ポンプ。
4. 前記仕切部材と、前記ハウジングとの間のシールをラビリンス構造で形成することを特徴とする請求項２又は３に記載の遠心式ポンプ。
5. 二つの独立した冷却回路と、請求項１〜４のいずれか１項に記載の遠心式ポンプを接続することを特徴とする車両用の冷却装置。