JP2016156366A - ドレンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、ポンプロータの羽根内部で気泡が発生し、外壁のスリットから気泡が噴出しても、気泡の吐出口内への侵入を回避でき、騒音を低減しつつ締切揚程を上昇させることができるドレンポンプを提供することである。【解決手段】本発明のドレンポンプは、吸入口、吐出口、及び、ロータ収容室を有するポンプハウジングと、回転駆動手段により回動され、ポンプハウジングのロータ収容室内に回動可能に配され、吸入口を通じて導入された流体に遠心力を付与する大径羽根とを有するポンプロータとを備え、ポンプロータは、大径羽根の周囲を囲む環状の外壁と、大径羽根の上縁の外周を囲うように形成される外壁の一部に設けられる１本または複数本の内外径連通部であって、内外径連通部の中心線の位置が吐出口の中心線と一致する位置より大径羽根の上縁方向にある内外径連通部とをさらに備えることを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、ドレンポンプに係り、特に静粛性を高く保ちつつ、締切揚程を上昇させることができるドレンポンプに関する。
に関する。

空調機器において、ドレンパンに溜まった水等を外部に排出するために設けられるドレンポンプが知られている。このようなドレンポンプは、ポンプ室内に収容された大径羽根と小径羽根とを有するポンプロータをモータにより回転させ、小径羽根で吸い上げた水を、大径羽根との衝突で発生する遠心力により羽根外形方向に飛ばし、吐出口から排出している。

近年、空調機器における運転音の低減化が求められており、この空調機器に組み込まれたドレン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、ドレン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るほどである。

従来のドレンポンプでは、特許文献１に示すように、大径羽根の外形部にリング（外輪）を設けることにより、羽根内部の空気層の広がりを抑えることができるので、空気層からの空気の巻き込みを防ぎ、大径羽根が水を掻く際の騒音を低減する技術が知られている。

また、特許文献２の図２５、図３９に示すように、外輪の一部に窓枠を設けることにより、羽根外輪付近の高圧の水をポンプ収容室内へ流出させるため、締切揚程（最大揚程）を上昇させることも知られている。

特許３２５４３２５号明細書 特開平０８−２１０２８９号公報

しかしながら、特許文献２に示す技術では、窓枠の位置が適正でないと、羽根内部の空気層の一部が、気泡となって窓枠から噴出し、本体吐出口内に入り込み、吐出口内壁に衝突することにより騒音が悪化するなどの問題があった。

従って、本発明の目的は、ポンプロータの羽根内部で気泡が発生し、外壁のスリットから気泡が噴出しても、気泡の吐出口内への侵入を回避でき、騒音を低減しつつ締切揚程を上昇させることができるドレンポンプを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明のドレンポンプは、吸入口、吐出口、及び、ロータ収容室を有するポンプハウジングと、上記ポンプハウジングの上記ロータ収容室内に回動可能に配され、上記吸入口を通じて導入された流体に遠心力を付与する大径羽根を有するポンプロータと、上記ポンプロータを回動する回転駆動手段とを備え、上記ポンプロータは、上記大径羽根の周囲を囲む環状の外壁と、上記大径羽根の上縁の外周を囲うように形成される上記外壁の一部に設けられる１本または複数本の内外径連通部であって、内外径連通部の位置が上記吐出口の中心線と一致する位置より上記大径羽根の上縁方向にある内外径連通部とをさらに備えることを特徴とする。

また、上記内外径連通部は、２本であるものとしてもよい。

また、上記内外径連通部の断面は、直線形状であるものとしてもよい。

また、上記内外径連通部の断面は、テーパ形状であるものとしてもよい。

また、上記内外径連通部の断面は、段差形状であるものとしてもよい。

また、上記内外径連通部により分離された上記外壁の一部は上記大径羽根により支えられるものとしてもよい。

また、上記内外径連通部を形成する金型のパーティングラインが上記大径羽根に設けられるものとしてもよい。

また、上記ドレンポンプを備える空調システムであってもよい。

本発明によれば、ポンプロータの羽根内部で気泡が発生し、外壁のスリットから気泡が噴出しても、気泡の吐出口内への侵入を回避でき、騒音を低減しつつ締切揚程を上昇させることができるドレンポンプを提供できる。

本発明に係るドレンポンプの一実施形態の構成を示す図である。 図１に示すドレンポンプのポンプロータの上面斜視図である。 図１に示すドレンポンプのポンプロータの正面断面図であり、図３（ａ）は、ポンプロータと金型を合わせて示す正面断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＩＩＩｂに示す拡大図であり、図３（ｃ）は、断面がテーパ形状のスリットを示す図であり、図３（ｄ）は、断面が段差形状のスリットを示す図である。 図１に示すＩＶ部分を拡大して示す図である。 本発明に係るドレンポンプのスリット位置を変更した実施形態を示す図である。 図５に示すスリット位置と吐出口中心線との位置関係を示す図である。 本発明に係るドレンポンプのスリット位置と騒音との関係を示す図である。 本発明に係るドレンポンプを使用した空調システムの例を示す構成図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係るドレンポンプの一実施形態の構成を示す図である。

図１において、ドレンポンプ１００は、ロアハウジング１１０と、ロアハウジング１１０内に回動可能に配置されるポンプロータ１１１と、ロアハウジング１１０の内周部とともにロータ収容室を形成するアッパハウジング１２０と、アッパハウジング１２０の上部に配置され、ポンプロータ１１１を駆動する駆動用モータ１２１と、アッパハウジング１２０と共に駆動用モータ１２１を内部に収容し、外部に固定される取り付け用ブラケット１２２を主な要素として含んで構成されている。

ロアハウジング１１０は、中央部下部の下方に筒状に延びる吸入口１１０ａと、吸入口１１０ａを中心として漏斗状に広がるロータ収容部１１０ｂと、ロータ収容部１１０ｂの上部側壁から、吸入口１１０ａの中心軸線と直交する方向に伸びる小径部１１０ｃと、小径部１１０ｃからさらに外側に広がる吐出口１１０ｄとを有するように形成される。後述するように、ロアハウジング１１０の吸入口１１０ａの一端は、例えばドレンパン８０５（図８参照）に配置され、吐出口１１０ｄは、例えば排出口８０７（図８参照）に接続される。

アッパハウジング１２０の下端に形成される円筒状部は、Ｏリング１２３を介してロアハウジング１１０のポンプ収容部１１０ｂの上端部の開口端に接続され、アッパハウジング１２０の下端の平坦部と、ロアハウジング１１０のポンプ収容部１１０ｂとによりポンプ収容室が形成される。アッパハウジング１２０の下端の平坦部の中央には、貫通孔１２０ａが形成される。貫通孔１２０ａには、後述するポンプロータ１１１のロータ軸１１１ｅが下方から挿入され、後述する駆動用モータ１２１の出力軸１２１ａが上部から接続されている。従って、ポンプハウジングは、ロアハウジング１１０およびアッパハウジング１２０により形成されることとなる。

駆動用モータ１２１は、例えば、印加電圧１２Ｖあるいは１３Ｖの扁平型のＤＣブラシレスモータが使用でき、アッパハウジング１２０の上部に支持されている。また、駆動用モータ１２１の出力軸１２１ａの回転数は、吐出流量に応じて後述する制御盤８０２（図８参照）により制御されることも可能である。また、アッパハウジング１２０は、図示が省略されるが、大気連通孔を数箇所に有している。なお、駆動用モータ１２１は、上述の例に限定されることなく、他のＤＣモータや、回転数制御可能なエンコーダ付きの隈取モータ等のＡＣモータやその他のモータであってもよい。

図２は、図１に示すドレンポンプ１００のポンプロータ１１１の上面斜視図であり、図３は、図１に示すドレンポンプ１００のポンプロータ１１１の正面断面図であり、図３（ａ）は、ポンプロータ１００と金型３００を合わせて示す正面断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＩＩＩｂに示す拡大図であり、図３（ｃ）は、断面がテーパ形状のスリット３１２を示す図であり、図３（ｄ）は、断面が段差形状のスリット３２２を示す図である。

図１乃至図３に示すように、ポンプロータ１１１は、例えば、樹脂材料で一体に形成され、流体に遠心力を付与する大径羽根を構成する複数の四角柱形状の櫛歯羽根１１１ａと、複数の櫛歯羽根１１１ａの周囲に隣接して包囲する環状の外壁１１１ｂと、複数の櫛歯羽根１１１ａ、及び、外壁１１１ｂの下端を支持する円錐台状の支持体１１１ｃと、支持体１１１ｃの中央の下部に向かって伸びる十字形状体であって、流体を攪拌して吸い上げる小径羽根を構成する十字形状部１１１ｄと、支持体１１１ｃの中央の上部に伸び円柱形状体であって、駆動用モータ１２１の出力軸１２１ａに接続されるロータ軸１１１ｅとを備えるように形成される。樹脂材料は、例えば、透明性のあるもの、または、黒色、白色の樹脂材料、あるいは、その他の色が混合されたものであってもよい。

複数の櫛歯羽根１１１ａは、例えば樹脂材料で支持体１１１ｃ、外壁１１１ｂ等と一体に形成され、矩形断面を有している。また、複数の櫛歯羽根１１１ａは、縦横略等間隔に配置され、ロータ軸１１１ｅから所定の間隔を有するように配置される。また、複数の櫛歯羽根１１１ａの高さは、それぞれの最上端位置が共通の平面上に位置するように形成され、複数の櫛歯羽根１１１ａの長さは、外周部から中心に向かい長くなるように形成されている。なお、本実施形態の複数の櫛歯羽根１１１ａにより構成される大径羽根の直径は、φ３５〜φ４５であり、吐出経路の小径部１１０ｃの直径は、φ３〜φ１０であるがこれには限定されない。また、ロアハウジング１１０のポンプ収容部１１０ｂの側壁と、ポンプロータ１１１の外壁１１１ｂとの間隔は、０．５〜２．０ｍｍであるがこれには限定されない。

なお、本実施形態では、大径羽根として四角柱形状の複数の櫛歯羽根１１１ａを使用したが、これには限定されず、円柱形状やその他の形状の複数の櫛歯羽根を使用してもよく、また、複数の櫛歯羽根ではなく、大径の複数の羽根板を使用してももちろん構わない。大径の羽根板の代わりに複数の櫛歯羽根を使用することにより、回転時のキャビティを減少することができ、運転時の騒音を軽減できるという効果がある。また、小径羽根として、十字形状の羽根を使用したが、これには限定されず、他の形状を使用してもよく、また大径羽根で流体を吸い上げることができれば、小径羽根を形成せず円柱形状のままでも構わない。

外壁１１１ｂは、羽根内部の空気層の広がりを抑制するために設けられ、これにより空気層からの空気の巻き込みを防ぎ、大径羽根が水を掻くときに騒音の低減に寄与している。具体的には、外壁１１１ｂが無い場合には、大径羽根で掻き出される羽根後流の流体が外へ押し出されるので、圧力降下を引き起こし、結果として羽根内部の空気層から空気が巻き込まれる。空気が巻き込まれることにより気泡が発生したり、発生した気泡が大量に破裂することにより、振動や騒音が発生しやすくなる。これに対して、外壁１１１ｂが有る場合には、大径羽根で掻き出される羽根後流の流体の圧力降下が減少するので、空気層から空気が巻き込まれる現象を低減することができ、結果として大径羽根が水を掻く際の騒音を抑制できるようになる。外壁１１１ｂの高さは、ここでは大径羽根として使用される複数の櫛歯羽根１１１ａと同じ高さとしたが、櫛歯羽根１１１ａより高い位置にあれば静粛性を保つことができる。

本発明に係るドレンポンプ１００は、ポンプロータ１１１の外壁１１１ｂにスリット１１２が設けられている。スリット１１２は、外壁１１１ｂの一部に設けられ、外壁１１１ｂの内部と外部とを連通する内外径連通部となっている。スリット１１２は、外壁１１１ｂの内部から外部へ噴流を発生させる。これにより、ポンプ収容室の側壁とポンプロータ１１１の外壁１１１ｂとの間隙の圧力が上昇し、羽根内部の空気層を内側に押し戻し、羽根内部の空気層の広がりを抑えることができるので、空気層からの空気の巻き込みを防ぐことができ、大径羽根が水を掻くときの騒音をさらに低減することができる。また、噴流により、羽根外輪付近の高圧の水をポンプ収容室内へ流出させるため締切揚程を上昇させることができる。

図３（ａ）に示すように、ポンプロータ１１１にスリット１１２を設ける場合には、図示しない上下から合わせる金型の他に左右から半円形に窪んだ２つの割り型を使用して、その先端にスリット１１２の形状に合わせた突起を設け、４つの金型で成形することもできる。スリット１１２は、全周に渡り設けられてもよく、この場合、スリット１１２に分離された外壁１１１ｂの一部は、外径羽根により支えられる。また、スリット１１２を形成する金型のパーティングラインが大径羽根に設けられているものとしてもよい。この場合には、パーティング部のバリが内外径連通部を覆わないので流体の流れの妨げを防ぐという効果が生じる。また、図３（ｂ）に示すように、外壁１１１のスリット１１２の上部は、複数の櫛歯羽根１１１ａのうち外壁１１１に接しているものに支えられる。また、スリットの形状は、図３（ｂ）に示す直線形状のスリット１１２の代わりに、図３（ｃ）に示すように、テーパ形状のスリット３１２であってもよく、あるいは、図３（ｄ）に示すように、段差形状のスリット３２２であってもよい。

次にスリットの位置と騒音との関係について説明する。

図４は、図１に示すＩＶ部分を拡大して示す図である。図４に示すように、スリット１１２から流出した気泡は、吐出経路である小径部１１０ｃ方向に向かい発生する。このとき、スリット１１２の位置がある一定以上の高さにあると、発生した気泡が小経部１１０ｃ内部に侵入しにくくなり、騒音が軽減される。これは、発生した気泡が小径部１１０ｃに侵入すると小径部１１０ｃ及び吐出口１１０ｄを含む吐出経路内で気泡が衝突するときに発生する音を抑制できるからである。

図５は、本発明に係るドレンポンプのスリット位置を変更した実施形態を示す図である。図５に示すように、ポンプロータ５１１の外壁５１１ｂの上から下に向かい形状Ｎｏ１〜６のスリット位置にスリット５１２を設けた別々のサンプルを用意し、騒音の測定を行う。

図６は、図５に示すスリット位置と吐出口中心線との位置関係を示す図である。図５、図６に示すように、形状Ｎｏ１のスリット５１２は、溝ではなく、外壁５１１ｂの上端部を削る形状となっており、大径羽根である櫛歯羽根５１１ａの上部が外壁５１１ｂにより覆われていない状態になっている。また、形状Ｎｏ５のスリット５１２は、吐出口中心線ＣＬ（Ｃｅｎｔｅｒ Ｌｉｎｅ）とスリットの中心線が一致した状態になっている。本実施形態では、吐出口中心線ＣＬは、吐出経路のうち小径部１１０ｃの中心線を示す。

図７は、本発明に係るドレンポンプのスリット位置と騒音との関係を示す図である。図７に示すように、スリット５１２の位置が吐出口中心線ＣＬより下にあると騒音が悪化し、吐出口中心線ＣＬとスリット中心線が一致した位置から上の位置にあると騒音が軽減する。また、溝ではなく、外壁５１１ｂの上端部を削る形状となり、大径羽根が外壁に覆われていない状態になると騒音が悪化する。これは、大径羽根が外壁に覆われていない場所があると、その場所から大径羽根で水を掻いたときに発生する気泡がポンプハウジングに押し出され、騒音の原因になっているからである。

以上、図４乃至図５を使用して説明したように、ポンプロータ（１１１、５１１）の外壁（１１１ｂ、５１１ｂ）にスリット（１１２、５１２）を設け、スリットの位置が吐出口中心線ＣＬとスリット中心線が一致する位置より上にあり、外壁の上端より下にあれば、騒音が軽減することがわかる。

なお、スリット１１２、５１２の本数は、１本でも２本あるいはそれ以上でも効果がある。また、スリット幅は、０．５ｍｍ以下であれば、羽根内部の気泡の噴出を抑え、騒音を低減しつつ、締切揚程を上昇させる効果があることが実験的にわかっている。このため、本実施形態のドレンポンプ１００もこの条件を満足すれば、更なる効果が得られる。

図８は、本発明に係るドレンポンプを使用した空調システムの例を示す構成図である。図８において、空調システム８００は、室内熱交換機８０１と、膨張弁８０２と、室外熱交換機８０３と、圧縮機８０４とを備える。空調システム８００は、周知のように、冷房運転、暖房運転に切り換え可能に接続されて構成されるルームエアコン（ＲＡＣ）、あるいは、パッケージエアコン（ＰＡＣ）などに利用される。しかしながら、以下に示すドレンパン８０５及びドレンポンプ８０６は、冷房運転のみで使用されるため、冷凍サイクルのみでも使用可能である。空調システム８００は、さらに、室内熱交換機８０１の近傍に置かれ、室内熱交換機８０１の蒸気配管などに結露した水滴等を受け止めるドレンパン８０５と、ドレンパン８０５に溜まった水滴等を吸い上げるドレンポンプ８０６（本発明のドレンポンプ１００に対応する。）と、ドレンポンプ８０６の吐出口１１０ｄに接続され外部に排水する排水口８０７と、ドレンポンプ８０６に接続されドレンポンプ８０６を駆動する制御盤８０８とを備える。

以上のように構成される空調システム８００に使用されるドレンポンプ８０６は、室内熱交換機８０１の近傍に配置されるため、運転音の低減化が要求されており、本発明のドレンポンプ１００もこのような高い静粛性が要求される環境で利用される。

以上説明したように、本発明によれば、ポンプロータの外壁に１本あるいは複数のスリットを設け、スリットの位置を吐出口中心線ＣＬとスリット中心線が一致する位置より上であって、外壁の上端より下にあれば、外壁のスリットから気泡が噴出しても、気泡の吐出口内への侵入を回避でき、騒音を低減しつつ締切揚程を上昇させるドレンポンプを提供できる。

１００ ドレンポンプ
１１０ ロアハウジング
１１０ａ 吸入口
１１０ｂ ロータ収容部
１１０ｃ 小径部
１１０ｄ 吐出口
１１１、５１１ ポンプロータ
１１１ａ 櫛歯羽根（大径羽根）
１１１ｂ、５１１ｂ 外壁
１１１ｃ 支持体
１１１ｄ 十字形状部（小径羽根）
１１１ｅ ロータ軸
１１２、３１２、３２２、５１２ スリット（内外径連通部）
１２０ アッパハウジング
１２１ 駆動用モータ
１２１ａ 出力軸
１２２ 取り付け用ブラケット
１２３ Ｏリング
８００ 空調システム
８０１ 室内熱交換機
８０２ 膨張弁
８０３ 室外熱交換機
８０４ 圧縮機
８０５ ドレンパン
８０６ ドレンポンプ
８０７ 排水口
８０８ 制御盤

上記課題を解決するために、本発明のドレンポンプは、吸入口、吐出口、及び、ロータ収容室を有するポンプハウジングと、上記ポンプハウジングの上記ロータ収容室内に回動可能に配され、上記吸入口を通じて導入された流体に遠心力を付与する大径羽根を有するポンプロータと、上記ポンプロータを回動する回転駆動手段とを備え、上記ポンプロータは、上記大径羽根の周囲を囲む環状の外壁と、上記大径羽根の上縁の外周を囲うように形成される上記外壁の一部に設けられる１本または複数本の内外径連通部であって、内外径連通部の位置が上記吐出口の中心線と一致する位置より上記大径羽根の上縁方向にあり、上記外壁の上端より下にある内外径連通部とをさらに備えることを特徴とする。

Claims (8)

1. 吸入口、吐出口、及び、ロータ収容室を有するポンプハウジングと、
   前記ポンプハウジングの前記ロータ収容室内に回動可能に配され、前記吸入口を通じて導入された流体に遠心力を付与する大径羽根を有するポンプロータと、
   前記ポンプロータを回動する回転駆動手段と
   を備え、
   前記ポンプロータは、前記大径羽根の周囲を囲む環状の外壁と、
   前記大径羽根の上縁の外周を囲うように形成される前記外壁の一部に設けられる１本または複数本の内外径連通部であって、内外径連通部の中心線の位置が前記吐出口の中心線と一致する位置より前記大径羽根の上縁方向にある内外径連通部とをさらに備えることを特徴とするドレンポンプ。
2. 前記内外径連通部は、２本であることを特徴とする請求項１に記載のドレンポンプ。
3. 前記内外径連通部の断面は、直線形状であることを特徴とする請求項１または２に記載のドレンポンプ。
4. 前記内外径連通部の断面は、テーパ形状であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のドレンポンプ。
5. 前記内外径連通部の断面は、段差形状であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のドレンポンプ。
6. 前記内外径連通部により分離された前記外壁の一部は前記大径羽根により支えられることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のドレンポンプ。
7. 前記内外径連通部を形成する金型のパーティングラインが前記大径羽根に設けられることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のドレンポンプ。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載のドレンポンプを備える空調システム。

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