JP2021148031A - 渦流ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】自吸式の渦流ポンプにおいて、自吸時間を短縮することを目的とする。【解決手段】インペラ７と、前記インペラ７を回転自在に収容し、前記インペラ７の回転によって吸い込まれた液体を吐出する吐出口５が形成されたポンプケーシング３とを備え、前記ポンプケーシング３は、前記インペラ７が収容される渦室１１であって、前記吐出口５よりも下方に設置された渦室１１と、前記渦室１１から前記吐出口５まで液体を案内するとともに、液体内の気泡２５を取り除くための気液分離室１４とを備え、前記気液分離室１４を形成し、前記吐出口５と連接する天井面２３は、前記吐出口５を頂点とする傾斜を備えている構成にしたことにより、気液分離室１４内の液体の流れを吐出口５方向に誘導することで、高効率に液体中に含まれる気泡２５を吐出口５から排出させることができる渦流ポンプ１が得られる。【選択図】図２

Description

本発明は、気液分離室の形状、自吸式の渦流ポンプに関するものである。

自吸式の渦流ポンプ１０１においては、外周部に複数の羽根１０２を有するインペラ１０３がポンプケーシング１０４内に回転自在に収容されている。ポンプケーシング１０４には、液体を吸い込む吸込口１０５及び液体を吐出す吐出口１０６が形成されており、ポンプケーシング１０４内を液体で充満させた状態でモータ１０７によりインペラ１０３を回転駆動させることにより、吸込口１０５から吸い込んだ液体を吐出口１０６から吐出している。ポンプケーシング１０４内に液体を充満させた状態になるまでは、正常な吸い込みが行われないため、渦流ポンプの起動からこの状態になるまでの時間（自吸時間）を短縮化することが望まれている（特許文献１参照）。

特開２０１４−１９０２９２号公報

このような従来の自吸式の渦流ポンプにおいては、従来の自吸式の渦流ポンプは気液分離室内で水などの液体と空気などの気体を分離することで、配管内の空気を排出し、井戸などの深い位置にある水を吸い上げている。自吸式の渦流ポンプの性能を向上させるためには、気体分離室内での液体の流れを制御し、この液体をくみ上げるまでの要する自吸時間を短縮することが課題である。

図５に示すように、従来の渦流ポンプ１０１において、気液分離室流入口１１２から気液分離室１０８に流入した液体の流れは、直接気液分離室１０８上部の天井面１１３に垂直に衝突する。そのため、気液分離室１０８内に流れ込んだ液体の流れに乱れが生じる。その結果、液体に含まれる気体（気泡）を吐出口１０６より排出する効率が低く、自吸時間が長くなる。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、気液分離室内における液体の流れを制御することで、円滑に気体を気液分離室外に排出し、自吸時間を短縮する渦流ポンプを提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明は、インペラと、前記インペラを回転自在に収容し、前記インペラの回転によって吸い込まれた液体を吐出する吐出口が形成されたポンプケーシングとを備え、前記ポンプケーシングは、前記インペラが収容される渦室であって、前記吐出口よりも下方に設置された渦室と、前記渦室から前記吐出口まで液体を案内するとともに、液体内の気泡を取り除くための気液分離室とを備え、前記気液分離室を形成し、前記吐出口と連接する天井面は、前記吐出口を頂点とする傾斜を備えていることにより、所期の目的を達成するものである。

本発明によれば、前記天井面の傾斜を備える構成にしたことにより、気液分離室に導入された気体を含む液体は、沿って吐出口方向に誘導され、気体をより速やかに吐出口から排出されるので、自吸時間を短縮するという効果を得ることができる。

同渦流ポンプの分解斜視図 本発明の実施の形態１の渦流ポンプを示す側判断面の概略図 本発明の実施の形態２の渦流ポンプを示す側判断面の概略図 本発明の実施の形態３の渦流ポンプを示す側判断面の概略図 従来の渦流ポンプを示す概略図

本発明の一態様に係る渦流ポンプは、インペラと、インペラを回転自在に収容し、インペラの回転によって吸い込まれた液体を吐出する吐出口が形成されたポンプケーシングと、を備え、ポンプケーシングは、インペラが収容される渦室であって、吐出口よりも下方に設置された渦室と、渦室から吐出口まで液体を案内するとともに、液体内の気泡を取り除くための気液分離室と、を備え、気液分離室を形成し、吐出口と連接する天井面は、吐出口を頂点とする傾斜を備えている。

この構成によれば、気液分離室の天井面が備える傾斜により、気液分離室に誘導された、気泡を含む液体が吐出口のある上部に送られるので、気液分離室に誘導された気泡が自身の浮力を受け傾斜に沿いながら吐出口へ向かい、気液分離室より排出され、それにより、ポンプの自吸時間を短縮するという効果を奏する。

また、前記天井面に備えた傾斜角は、当該天井面の周縁部から前記吐出口に向け、連続的に変化するという構成にしてもよい。これにより、吐出流路を流れる流れは、曲面に沿いながら滑らかに流れるので、自吸時間を短縮する効果をさらに高めることができる。

また、前記天井面に備えた傾斜は、当該天井面の周縁部から前記吐出口に向け、連続的に上方に向かう構成にしてもよい。これにより、吐出流路を流れる流れは、異なる各々の傾斜に沿って、角度を変えながら流れることで、自吸時間を短縮する効果をさらに高めることができる。

また、前記気液分離室における前記渦室側の領域には、当該領域を前記インペラの回転方向の上流側流路と下流側流路（吐出流路）に分ける壁部を設ける構成にしてもよい。これにより、渦室において加圧された液体は、下流側流路へ突入し、気液分離室を経て上流側流路から再度渦室へ戻るという作用を有することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１および図２に示すように、渦流ポンプ１はモータ２とポンプケーシング３備えている。ポンプケーシング３は吸込口４および吐出口５を備えており、それぞれに図示しない配管が取り付けられる。モータ２は回転軸６を備えている。回転軸６の一端の突出部分にインペラ７が固定される。インペラ７はポンプケーシング３に内包されるように配置される。

インペラ７が固定されている回転軸６の一端とは反対側において、回転軸６の他端の突出部分に冷却ファン８を備えている。ファンカバー９は、モータ２に固定され、冷却ファン８を覆う。

モータ２頂部に端子カバー１０を備えている。端子カバー１０はモータ２に固定されている。

また、渦室１１は開放されており、インペラ７が渦室１１内に収容されると、インペラ７の一方の主面が露出した状態となる。このため、図１に示すように、ポンプケーシング３には、インペラ７を覆うようにカバー１２が取り付けられている。

ポンプケーシング３の内部には、インペラ７を回転自在に収納する渦室１１と、吸込口４から吸い込まれた液体を渦室１１まで案内する吸込流路１３と、渦室１１から吐出口５まで液体を案内する気液分離室１４とが形成されている。

渦室１１は、ポンプケーシング３における下部に形成されており、これにより吸込口４、吐出口５及び注入口１６よりも下方に配置されている。渦室１１には、インペラ７の外周部に対応する部分に円弧状に形成された渦室流路１５が形成されている。渦室流路１５は、吸込み側を一端側、吐出側を他端側とし、インペラ７の外周を略一周して形成される。

吸込流路１３は、ポンプケーシング３の内部で上下方向に延在する流路であり、その上端部が吸込口４に連通し、下端部が渦室流路１５の一端部に連通している。

図２に示すように、インペラ７は、回転することにより、液体にエネルギーを与えるための羽根１７を有する回転体である。また、インペラ７の回転軸６は、図示しないモータ２が連結されている。インペラ７は、モータ２を駆動源として回転するようになっている。インペラ７が回転することによって、当該インペラ７の複数の羽根１７で渦室１１内の液体を気液分離室１４に吐出する。

また、図２に示すように、気液分離室１４は、渦室１１の上方に配置されており、上底が下底よりも広い略台形状の断面形状を有している。気液分離室１４の下部は、渦室流路１５の他端部に連通している。この気液分離室１４の下部領域には、当該領域に直面するインペラ７の回転方向（図２における矢印Ｙ１参照）の上流側・下流側で、この領域を２つに分ける壁部１８が設けられている。この壁部１８は、気液分離室１４内に２つの流路を形成している。本実施の形態では、吸込流路１３に近い側が回転方向の下流側となり、吸込流路１３に対して遠い側が回転方向の上流側となる。壁部１８は、板状の壁体であり、気液分離室１４内において、上下方向に沿うように配置されている。このため、２つの流路も上下方向に沿う経路を形成している。渦室１１と気液分離室１４は、壁部１８の下流側の気液分離室流入口１９と、壁部１８の上流側の渦室戻り口２０によって連通している。

また、気液分離室１４は気液分離室流入口１９側の面として第一側面２１および、第二側面２２によって構成されている。

また、気液分離室１４の上部は、自吸時に必要な呼び水が注がれる注入口１６および吐出口５に連接する面として天井面２３を備えている。注入口１６には、着脱自在の栓２４が取り付けられるようになっている。そして、注入口１６は、気液分離室１４の天井面２３であって吸込口４に近い側の端部に配置されており、吐出口５は、天井面２３であって吸込口から遠い側の端部に配置されている。

次に、渦流ポンプ１の動作について図２に基づいて説明する。

まず、作業者は、注入口１６から呼び水（液体）を注いで、渦室１１および気液分離室１４を液体で満たし、注入口１６に栓２４をする。

次いで、作業者は、モータ２を駆動し、インペラ７を回転させると、吸込流路１３を介して吸込口４から配管内空気の吸込みが発生する。

吸込口４から吸い込まれた液体および気体は、吸込流路１３を介して渦室１１の渦室流路１５に流れ込む（矢印Ｙ２）。渦室流路１５ではインペラ７の回転と液体の循環により、配管内の気体は液体と混合されて気泡２５となる。渦室流路１５内の気泡２５を含む液体は、インペラ７の回転によって、気液分離室流入口１９に案内され、気液分離室１４に放出される（矢印Ｙ３）。気液分離室１４において液体中に含まれていた気泡２５の一部が流れから分離され、分離した気泡２５は浮力により吐出口５より排出される。残る液体は気液分離室１４内を循環する流れや、渦室戻り口２０を通じて渦室１１に戻る流れを生じる。この気泡２５を排出する作用の連続により配管内の真空度が高まり、配管内の水位を引き上げる（自吸）。

そして、吸込流路１３を介して吸込口４から液体が渦室１１へと流れ込み、気液分離室１４内を液体によって満たされると、吐出口５から液体が吐出され通常運転に切り替わる。渦流ポンプ１の駆動開始から渦流ポンプ１設置位置まで液体を吸い上げる時間が自吸時間である。

次に、本実施の形態における特徴的な部分について図２に基づいて説明する。

本実施の形態の渦流ポンプ１は、気液分離室１４の天井面２３に吐出口５を頂部とする傾斜を備えている。すなわち、渦流ポンプ１の設置状態において、天井面２３は、吐出口５の縁部分が最も鉛直方向上部に位置している。逆に、天井面２３では、第二側面２２側が最も鉛直方向下方に位置している。

このような構成により、気液分離室流入口１９から気液分離室１４に流入した液体の流れ（矢印Ｙ３）は、第一側面２１と第二側面２２に沿いながら気液分離室１４内を流れる。そして、気液分離室１４の天井面２３が水平面に対して傾斜を備えているため、上方に向かう液体の流れ（矢印Ｙ３）は、天井面２３に垂直に衝突することなく吐出口５方向への流れを形成する（矢印Ｙ４）。そのため、気液分離室１４内の液体の流れが乱れず、流れに含まれる気泡２５は吐出口５付近まで流れに沿って運ばれる。その結果、気泡２５は吐出口５より排出される（矢印Ｙ５）効率が高まり、自吸時間が短縮される。

本実施の形態の実施例、比較例として、天井面２３と水平面の成す角（傾斜角）を変えて自吸時間を測定した結果を示す。下記の例では、吐出口５の位置を変えず、天井面２３と第二側面２２との接続位置を下方にすることによって、天井面２３の傾斜を設けることにした。

傾斜の一例として、吐出口５から天井面２３、第二側面２２へと至る傾斜における傾斜角を０度（比較例）、２．６度（実施例１）、１２．８度（実施例２）として、自吸時間を測定したところ、実施例において自吸時間の短縮が確認された。結果としては、比較例の０度の傾斜角度を備えた渦流ポンプの自吸時間と比べて、実施例１の２．６度の場合では４％の短縮となった。また、実施例２の１２．８度の傾斜を備えた渦流ポンプでは、自吸時間は比較例に比べて１６％短縮された。

なお、上記のように、吐出口５の位置を変えずに天井面２３の傾斜角をさらに大きくすると、気液分離室１４自体が小さくなり、自吸作用に負の影響を与えることになる。一方、天井面２３と第二側面２２との接続点を固定して天井面２３の傾斜を大きくすることも可能である。しかし、この場合だと、ポンプケーシング３が上側に突出するように大きくなるので、好ましくない。

また、天井面２３に備える傾斜は、第二側面２２から吐出口５へ向かう方向に限らず、図２に向かって鉛直方向にも備えてもよい。

（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態について、図３を用いて説明する。図３において、実施の形態１同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図３に示すように、気液分離室１４の天井面２３に備えた傾斜は、当該天井面２３の周縁部から吐出口５に向け、連続的に上方に向かうように構成している。本実施の形態では、気液分離室１４の天井面２３は、２つの傾斜角を有した壁面で構成されている。すなわち、天井面２３は、気液分離室１４の第二側面２２に近い天井面Ａ２６と、吐出口５に近い天井面Ｂ２７で構成されており、天井面Ａ２６に比べて天井面Ｂ２７の傾斜角が小さくなっている。

このように、本実施の形態では、気液分離室１４の天井面Ａ２６及び天井面Ｂ２７は、水平面に対してそれぞれ傾斜を備えている。そのため、気液分離室流入口１９から気液分離室１４に流入した液体の流れＹ６は、第一側面２１と第二側面２２に沿いながら気液分離室１４に流入する。そして、液体の流れＹ６は、液体が流入する角度となす角が小さい天井面Ａ２６を経ることで流れの向きを吐出口５の方向へ修正した後に、なす角がより大きい天井面Ｂ２７に至る。そのため、気液分離室１４内の液体の流れが乱れず、液体に含まれる気泡２５は吐出口５付近まで流れに沿って運ばれる。その結果、気泡２５は吐出口５より排出する効率がさらに高まり、自吸時間を短縮することができる。

なお、本実施の形態では、天井面２３を２つの壁面で構成したが、天井面２３の周縁部から吐出口５に向け、連続的に上方に向かうような壁面であれば、２つに限定されるものではなく、３つ以上の壁面を組み合わせて構成してもよい。このとき、天井面２３と水平面との成す角（傾斜角）は、吐出口５に近づくほど小さくなるようにするとよい。

なお、第１の実施の形態同様、天井面２３に備える傾斜は、第二側面２２から吐出口５へ向かう方向に限らず、図３に向かって鉛直方向にも備えてもよい。

（実施の形態３）
本発明の第３の実施の形態について、図４を用いて説明する。図４において、実施の形態１同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図４に示すように、気液分離室１４の天井面２３に備えた傾斜角（天井面２３と水平面との成す角）は、当該天井面２３の周縁部から吐出口５に向け、連続的に変化するように構成している。すなわち、気液分離室１４の天井面Ｃ２８は、吐出口５と第二側面２２を曲面で接続している。この天井面２３は、気液分離室１４側から見て凹面となるような局面となっている。そして、天井面Ｃ２８の傾斜は、第二側面２２から吐出口５の縁に向けて鉛直方向の高さが高くなるように形成する。

このように、本実施の形態では、気液分離室流入口１９から気液分離室１４に流入した液体の流れＹ７は、第一側面２１と第二側面２２に沿いながら気液分離室１４に流入し連接する天井面Ｃ２８に達する。天井面Ｃ２８は吐出口５と円滑に接続しているため、気液分離室流入口１９から吐出口５までの一連の流れを円滑に形成する（矢印Ｙ７）。そのため、気液分離室１４内の液体の流れが乱れず、液体に含まれる気泡２５は吐出口５付近まで流れに沿って運ばれる。その結果、気泡２５は吐出口５より排出する効率がさらに高まり、従来の渦流ポンプ１と比較して自吸時間をさらに短縮することができる。

なお、第１の実施の形態同様、天井面２３に備える傾斜は、第二側面２２から吐出口５へ向かう方向に限らず、図４に向かって鉛直方向にも備えてもよい。

以上、本発明に係る渦流ポンプについて、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。

本発明に係る自吸式の渦流ポンプは、従来のポンプと比較して自吸時間を短縮することができるため、渦流ポンプとして有用である。

１ 渦流ポンプ
２ モータ
３ ポンプケーシング
４ 吸込口
５ 吐出口
６ 回転軸
７ インペラ
８ 冷却ファン
９ ファンカバー
１０ 端子カバー
１１ 渦室
１２ カバー
１３ 吸込流路
１４ 気液分離室
１５ 渦室流路
１６ 注入口
１７ 羽根
１８ 壁部
１９ 気液分離室流入口
２０ 渦室戻り口
２１ 第一側面
２２ 第二側面
２３ 天井面
２４ 栓
２５ 気泡
２６ 天井面Ａ
２７ 天井面Ｂ
２８ 天井面Ｃ
１０１ 渦流ポンプ
１０２ 羽根
１０３ インペラ
１０４ ポンプケーシング
１０５ 吸込口
１０６ 吐出口
１０７ モータ
１０８ 気液分離室

Claims (4)

1. インペラと、前記インペラを回転自在に収容し、前記インペラの回転によって吸い込まれた液体を吐出する吐出口が形成されたポンプケーシングと、を備え、
   前記ポンプケーシングは、
   前記インペラが収容される渦室であって、前記吐出口よりも下方に設置された渦室と、
   前記渦室から前記吐出口まで液体を案内するとともに、液体内の気泡を取り除くための気液分離室と、を備え、
   前記気液分離室を形成し、前記吐出口と連接する天井面は、前記吐出口を頂点とする傾斜を備えている渦流ポンプ。
2. 前記気液分離室における前記渦室側の領域には、当該領域を前記インペラの回転方向の上流側流路と下流側流路に分ける壁部が設けられた請求項１記載の渦流ポンプ。
3. 前記天井面に備えた傾斜は、当該天井面の周縁部から前記吐出口に向け、連続的に上方に向かうように設けた請求項１または２記載の渦流ポンプ。
4. 前記天井面に備えた傾斜角は、当該天井面の周縁部から前記吐出口に向け、連続的に変化する請求項３記載の渦流ポンプ。

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