JP2020148111A - 遠心ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】遠心ポンプのポンプ効率の低下を抑制する。【解決手段】遠心ポンプ１０は、主板の表面に複数枚の羽根を有するインペラと、インペラを回転可能に収容するポンプ室、ポンプ室内外を連通する吸入流路２３及び吐出流路２８を有するハウジング１１と、を備える。ポンプ室には、流体が流入する流入端を有しかつ流入端から流入端とは反対側へ遠ざかるにしたがって次第に拡径する流入部が形成される。吸入流路２３は、流入部の流入端に連続する中空円筒状の接続流路部２５と、接続流路部２５に対してエルボ状に連通する中空円筒状の主流路部２４と、を有する。主流路部２４の中心線２４ｃが、流体の流れ方向Ｆにおいて、インペラ回転方向に対して順方向となるように、接続流路部２５の中心線２５ｃを含む基準面２５ｓに対してオフセットされる。【選択図】図１

Description

本明細書に開示の技術は、遠心ポンプに関する。

従来、例えば特許文献１に記載された遠心ポンプがある。その遠心ポンプは、略円板状の主板の表面に複数枚の羽根を有するインペラと、インペラを回転可能に収容するポンプ室、ポンプ室内外を連通する吸入流路及び吐出流路を有するハウジングと、を備える。ポンプ室には、流体が流入する流入端を有しかつ流入端から該流入端とは反対側へ遠ざかるにしたがって次第に拡径する流入部が形成される。吸入流路は、流入部の流入端に連続する中空円筒状の接続流路部と、接続流路部に対してエルボ状に連通する中空円筒状の主流路部と、を有する。

特開２０１５−１９０３２１号公報

特許文献１によると、主流路部の中心線と接続流路部の中心線とが直交状に交差している。このため、主流路部での直線的な流れの流体は、接続流路部の対向側（主流路部側とは反対側）へ偏り、そのままポンプ室の流入部に流入する。このため、インペラの羽根側における流体分布に偏りが発生し、ポンプ効率が低下する。

本明細書に開示の技術が解決しようとする課題は、遠心ポンプのポンプ効率の低下を抑制することにある。

上記課題を解決するため、本明細書が開示する技術は次の手段をとる。

第１の手段は、略円板状の主板の表面に複数枚の羽根を有するインペラと、前記インペラを回転可能に収容するポンプ室、該ポンプ室内外を連通する吸入流路及び吐出流路を有するハウジングと、を備える遠心ポンプであって、前記ポンプ室には、流体が流入する流入端を有しかつ流入端から該流入端とは反対側へ遠ざかるにしたがって次第に拡径する流入部が形成されており、前記吸入流路は、前記流入部の流入端に連続する中空円筒状の接続流路部と、該接続流路部に対してエルボ状に連通する中空円筒状の主流路部と、を有しており、前記主流路部の中心線が、流体の流れ方向において、インペラ回転方向に対して順方向となるように、前記接続流路部の中心線を含む基準面に対してオフセットされている、遠心ポンプである。

第１の手段によると、主流路部の中心線が、流体の流れ方向において、インペラ回転方向に対して順方向となるように、接続流路部の中心線を含む基準面に対してオフセットされている。したがって、主流路部での直線的な流れの流体は、接続流路部に対してインペラ回転方向に旋回流を生成しながら流入し、接続流路部からポンプ室の流入部にスムーズに流入する。このため、インペラの羽根側における流体分布の偏りを緩和し、ポンプ効率の低下を抑制することができる。

第２の手段は、第１の手段の遠心ポンプであって、前記主流路部と前記接続流路部との接続部における前記基準面に対する近傍側には、前記主流路部の壁面と前記接続流路部の壁面とがなす角部が形成されている、遠心ポンプである。

第２の手段によると、主流路部と接続流路部との接続部における基準面に対する近傍側に形成された角部により、接続流路部における旋回流の生成を促進し、ポンプ効率を向上することができる。

第３の手段は、第１又は２の手段の遠心ポンプであって、前記流入部と前記主流路部との一部が直に連通されている、遠心ポンプである。

第３の手段によると、主流路部を流れてきた流体の一部がポンプ室の流入部に接続流路部を介することなく直に流入することにより、ポンプ効率を向上することができる。

第４の手段は、第１〜３のいずれか１つの手段の遠心ポンプであって、前記吐出流路は、流体の流れ方向がインペラ回転方向に対して順方向となるように前記ポンプ室の接線方向に延在する中空円筒状に形成されており、前記主流路部の中心線と前記吐出流路の中心線とは、前記ポンプ室の軸方向から見て平行をなすように配置されている、遠心ポンプである。

第４の手段によると、主流路部の中心線と吐出流路の中心線とがポンプ室の軸方向から見て平行をなすように配置されていない場合と比べて、吸入流路及び吐出流路に対する配管作業を容易化し、車両等への搭載性を向上することができる。

本明細書に開示の技術によると、インペラの羽根側における流体分布の偏りを緩和し、ポンプ効率の低下を抑制することができる。

実施形態１にかかる遠心ポンプを一部破断して示す平面図である。 図１のII−II線矢視断面図である。 図１のIII−III線矢視断面図である。 実施形態２にかかる遠心ポンプを一部破断して示す正面図である。 実施形態３にかかる遠心ポンプを一部破断して示す正面図である。 実施形態４にかかる遠心ポンプを一部破断して示す正面図である。 実施形態５にかかる遠心ポンプを一部破断して示す平面図である。

以下、本明細書に開示の技術を実施するための実施形態について図面を用いて説明する。

［実施形態１］
本実施形態では、例えば自動車等の車両に搭載されるパージポンプとして用いられる遠心ポンプを例示する。パージポンプは、キャニスタから内燃機関（エンジン）の吸気通路へのパージガスのパージ量を補填する遠心ポンプである。図１は遠心ポンプを一部破断して示す平面図、図２は図１のII−II線矢視断面図、図３は図１のIII−III線矢視断面図である。なお、遠心ポンプに係る方位を図１〜図３に示すように定めるが、遠心ポンプの配置方向を特定するものではない。

（遠心ポンプの概要）
図２に示すように、遠心ポンプ１０は、略円筒状のハウジング１１を有する。ハウジング１１は樹脂製又は金属製である。ハウジング１１の上部にポンプ部１２が設けられており、その下部にモータ部１４が設けられている。モータ部１４はブラシレスモータからなる。モータ部１４は、軸方向を上下方向とする回転軸１５を有する。モータ部１４は「モータ」に相当する。

ハウジング１１の上部内には、中空短円筒状のポンプ室１７が形成されている。ポンプ室１７は、モータ部１４の回転軸１５と同心状に配置されている。ポンプ室１７は、ポンプ部１２においてハウジング１１を上下方向（軸方向）に二分割した分割部材１１ａ，１１ｂを相互に締結することによって形成されている。モータ部１４の回転軸１５の出力側の端部である上端部は、下側の分割部材１１ｂを貫通してポンプ室１７内に突出されている。

ポンプ室１７は、その入口側（図２において上側）の中央部に形成された流入部１８を有する。流入部１８の流体が流入する入口端を流入端１８ａという。流入部１８は、流入端１８ａから流入端１８ａとは反対側（下側）へ遠ざかるにしたがって次第に拡径する略テーパ状に形成されている。また、ポンプ室１７は、その外周部に形成されたボリュート１９を有する。

上側の分割部材１１ａの上面部には吸入ポート２２が形成されている。吸入ポート２２の中空部により吸入流路２３が形成されている。吸入流路２３によりポンプ室１７内外が連通されている。吸入流路２３については後述する。

図１に示すように、ハウジング１１の左前部には、左方へ突出する中空円筒状の吐出ポート２７が形成されている。吐出ポート２７は、平面視でハウジング１１の外周部から接線方向外方すなわち左方へ向けて突出されている。吐出ポート２７の中空円筒状の中空部により吐出流路２８が形成されている。吐出流路２８によりポンプ室１７（図２参照）のボリュート１９内外が連通されている。

図２に示すように、ポンプ室１７内にはインペラ３０が回転可能に収容されている。インペラ３０は、主板３２と羽根３４とを有する。主板３２は、略円板状に形成されている。主板３２の表面である上面の中央部には、円錐台状の山状部３２ａが同心状に形成されている。山状部の中央部には軸孔３３が同心状に形成されている。羽根３４は、主板３２の上面に対して略放射状に複数枚立設されている。羽根３４は、主板３２の径方向に延在する平帯状に形成されている。インペラ３０の中央部における複数枚の羽根３４の上部は、ポンプ室１７の流入部１８の下部内に配置されている。インペラ３０は樹脂製又は金属製である。

インペラ３０の軸孔３３は、モータ部１４の回転軸１５の上端部に嵌合接続されている。したがって、モータ部１４による回転軸１５の回転にともない、インペラ３０が一体的に回転される。インペラ３０は、平面視で右回り方向（図１中、矢印Ｒ方向参照）に回転される。

（遠心ポンプ１０の動作）
モータ部１４が外部電源からの電力の供給により駆動されると、回転軸１５とともにインペラ３０が回転される。これにより、流体であるパージガスが吸入流路２３からポンプ室１７に吸入される。そのパージガスは、インペラ３０の回転によって昇圧された後、吐出流路２８から吐出される。このようにして、遠心ポンプ１０によりパージガスが圧送される。

（本実施形態の特徴的構成）
図２に示すように、吸入流路２３は、中空円筒状の主流路部２４と、主流路部２４に対してＬ字状に連通する中空円筒状の接続流路部２５と、を有する。主流路部２４と接続流路部２５とは９０°のエルボ状に連通されている。接続流路部２５は、流入部１８の流入端１８ａから上方へ延在している。これにともない、主流路部２４は、側方すなわち右方へ延在している。接続流路部２５は、流入端１８ａの口径と同一の内径を有する。主流路部２４は、接続流路部２５の内径の約１．５倍の内径を有する。なお、主流路部２４の内径は、接続流路部２５の内径と同等以上であればよい。

図１に示すように、平面視において、接続流路部２５の中心線２５ｃを含む基準面２５ｓに対して、主流路部２４の中心線２４ｃが前方へずらすように配置されている、すなわち、主流路部２４の中心線２４ｃが、流体の流れ方向Ｆにおいて、インペラ回転方向（図１中、矢印Ｒ方向参照）に対して順方向となるように、基準面２５ｓに対して主流路部２４の中心線２４ｃが前方（図１において下方）へオフセット量Ｌをもってオフセットされている。接続流路部２５の中心線２５ｃは、インペラ３０の回転軸線と同一線上に位置している。

平面視において、主流路部２４と接続流路部２５との接続部における基準面２５ｓに対する近傍側には、主流路部２４の壁面２４ａと接続流路部２５の壁面２５ａとがなす断面略Ｌ字状の角部２６が形成されている（図２及び図３参照）。また、主流路部２４と接続流路部２５との接続部における基準面２５ｓに対する遠方側において、主流路部２４の壁面２４ａと接続流路部２５の壁面２５ａとは、傾斜壁面２９によりなだらかに連続されている。

図２に示すように、ポンプ室１７の流入端１８ａの高さ位置は、主流路部２４の中心線２４ｃと底面２４ｂとの間の略中央部に対応する位置に配置されている（図３参照）。これにより、流入部１８と主流路部２４との一部が直に連通されている。詳しくは、流入部１８の上端部と主流路部２４の下端部とが直に連通されている。

図１に示すように、吐出ポート２７の吐出流路２８は、流体の流れ方向がインペラ回転方向（図１中、矢印Ｒ方向参照）に対して順方向となるようにポンプ室１７の接線方向に延在する中空円筒状に形成されている。主流路部２４の中心線２４ｃと吐出流路２８の中心線２８ｃとは、平面視において平行をなすように配置されている。本実施形態では、吸入流路２３と吐出流路２８とが相反方向へ向けられている。すなわち、吸入流路２３は右方へ向けられ、吐出流路２８は左方へ向けられている。また、本実施形態において、平面視は、ポンプ室１７の軸方向から見た状態に相当する。また、本明細書でいう「平行」には略平行が含まれる。

（本実施形態の利点）
本実施形態によると、主流路部２４の流れ方向がインペラ回転方向に対して順方向となるように、接続流路部２５の中心線２５ｃを含む基準面２５ｓに対して主流路部２４の中心線２４ｃがオフセットされている。したがって、主流路部２４での直線的な流れ（図１中、矢印Ｆ参照）の流体は、接続流路部２５に対してインペラ回転方向に旋回流（図１中、矢印Ｓ参照）を生成しながら流入し、接続流路部２５からポンプ室１７（図２参照）の流入部１８にスムーズに流入する。このため、特許文献１と比べて、インペラ３０の羽根３４側における流体分布の偏りを緩和し、ポンプ効率の低下を抑制することができる。

また、主流路部２４と接続流路部２５との接続部における基準面２５ｓに対する近傍側に角部２６が形成されている。これにより、角部２６に代えて主流路部２４の壁面２４ａと接続流路部２５の壁面２５ａとがなだらかに接続された場合と比べて、接続流路部２５における旋回流の生成を促進し、ポンプ効率を向上することができる。

また、流入部１８と主流路部２４との一部が直に連通されている。したがって、主流路部２４を流れてきた流体の一部がポンプ室１７の流入部１８に接続流路部２５を介することなく直に流入する。これにより、流入部１８と主流路部２４とが全面的に接続流路部２５を介して連通された場合と比べて、ポンプ効率を向上することができる。

また、主流路部２４の中心線２４ｃと吐出流路２８の中心線２８ｃとが平面視で平行をなすように配置されている。したがって、主流路部２４の中心線２４ｃと吐出流路２８の中心線２８ｃとが平面視で平行をなすように配置されていない場合と比べて、吸入流路２３及び吐出流路２８に対する配管作業を容易化し、車両等への搭載性を向上することができる。なお、吸入流路２３と吐出流路２８とは平面視で同じ方向へ向けてもよい。

［実施形態２］
本実施形態は、実施形態１（図１〜図３参照）の吸入流路２３に変更を加えたものであるから、その変更部分について説明し、重複する説明を省略する。図４は遠心ポンプを一部破断して示す正面図である。図４に示すように、ポンプ室１７の流入端１８ａの高さ位置に対して主流路部２４の底面２４ｂが対応する位置に配置されている。これにより、流入部１８と主流路部２４とは接続流路部２５を介して連通されている。この場合、実施形態１（図２参照）に比べて、接続流路部２５の軸方向長さが長くなる。

［実施形態３］
本実施形態は、実施形態１（図１〜図３参照）の吸入流路２３に変更を加えたものであるから、その変更部分について説明し、重複する説明を省略する。図５は遠心ポンプを一部破断して示す正面図である。図５に示すように、ポンプ室１７の流入端１８ａの高さ位置に対して主流路部２４の底面２４ｂが高い位置に配置されている。これにより、流入部１８と主流路部２４とは接続流路部２５を介して連通されている。この場合、実施形態１（図２参照）及び実施形態２（図４参照）に比べて、接続流路部２５の軸方向長さが長くなる。

［実施形態４］
本実施形態は、実施形態１（図１〜図３参照）の吸入流路２３に変更を加えたものであるから、その変更部分について説明し、重複する説明を省略する。図６は遠心ポンプを一部破断して示す正面図である。図６に示すように、主流路部２４と接続流路部２５とは、約１１０°のエルボ状に連通されている。なお、主流路部２４と接続流路部２５とのなす角度は任意である。

［実施形態５］
本実施形態は、実施形態１（図１〜図３参照）の吐出流路２８に変更を加えたものであるから、その変更部分について説明し、重複する説明を省略する。図７は遠心ポンプを一部破断して示す平面図である。図７に示すように、吐出流路２８の中心線２８ｃと主流路部２４の中心線２４ｃとが平面視で直交状に交差している。本実施形態では、吸入流路２３は右方へ向けられ、吐出流路２８は後方（図７において上方）へ向けられている。また、吐出流路２８は、主流路部２４に対して中心線２４ｃ，２８ｃが相互に直交以外の交差状をなすように配置してもよい。また、本明細書でいう「直交」には略直交が含まれる。

［他の実施形態］
本明細書に開示の技術は、前記した実施形態に限定されるものではなく、その他各種の形態で実施可能である。例えば、遠心ポンプ１０は、パージガス以外の空気等の気体、あるいは、液体等の流体の圧送に用いるポンプに適用してもよい。また、モータ部１４のブラシレスモータは、ブラシ付きモータに代えてもよい。また、ポンプ部１２のみで遠心ポンプ１０を構成し、外部の駆動源により回転軸１５を駆動する構成としてもよい。

１０ 遠心ポンプ
１１ ハウジング
１７ ポンプ室
１８ 流入部
１８ａ 流入端
２３ 吸入流路
２４ 主流路部
２４ａ 壁面
２４ｃ 中心線
２５ 接続流路部
２５ａ 壁面
２５ｃ 中心線
２５ｓ 基準面
２６ 角部
２８ 吐出流路
２８ｃ 中心線
３０ インペラ
３２ 主板
３４ 羽根

Claims (4)

1. 略円板状の主板の表面に複数枚の羽根を有するインペラと、
   前記インペラを回転可能に収容するポンプ室、該ポンプ室内外を連通する吸入流路及び吐出流路を有するハウジングと、
   を備える遠心ポンプであって、
   前記ポンプ室には、流体が流入する流入端を有しかつ流入端から該流入端とは反対側へ遠ざかるにしたがって次第に拡径する流入部が形成されており、
   前記吸入流路は、前記流入部の流入端に連続する中空円筒状の接続流路部と、該接続流路部に対してエルボ状に連通する中空円筒状の主流路部と、を有しており、
   前記主流路部の中心線が、流体の流れ方向において、インペラ回転方向に対して順方向となるように、前記接続流路部の中心線を含む基準面に対してオフセットされている、遠心ポンプ。
2. 請求項１に記載の遠心ポンプであって、
   前記主流路部と前記接続流路部との接続部における前記基準面に対する近傍側には、前記主流路部の壁面と前記接続流路部の壁面とがなす角部が形成されている、遠心ポンプ。
3. 請求項１又は２に記載の遠心ポンプであって、
   前記流入部と前記主流路部との一部が直に連通されている、遠心ポンプ。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の遠心ポンプであって、
   前記吐出流路は、流体の流れ方向がインペラ回転方向に対して順方向となるように前記ポンプ室の接線方向に延在する中空円筒状に形成されており、
   前記主流路部の中心線と前記吐出流路の中心線とは、前記ポンプ室の軸方向から見て平行をなすように配置されている、遠心ポンプ。

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