JP2023044466A - ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自吸性能を向上させる。【解決手段】ポンプ装置１００は、ケーシングカバー１４と、ケーシングカバーに対向配置されたガイドベーン１３と、ケーシングカバーとガイドベーンを内蔵するケーシング１１と、を有し、ガイドベーンは、ケーシングカバーの内壁１４ａとの対向面ＳＵ１に複数の吐出開口部１３ａを有しており、複数の吐出開口部からケーシングカバーの内壁に向けて流体（気水混合液３２）を吐き出してケーシングカバーの内壁に衝突させる。【選択図】図６

Description

本発明は、ポンプ装置に関する。

従来のポンプ装置として特許文献１に記載されたものがある。特許文献１に記載された従来のポンプ装置は、吸込側にジェットポンプが接続された自吸式の渦巻ポンプとして構成されている。この種のポンプ装置は、運転中、渦巻ポンプから吐出される圧力水の一部をジェットポンプに供給する。また、この種のポンプ装置は、浅井戸用として使用する場合に、逆止弁を有するジェットポンプを渦巻ポンプの吸込側（すなわちポンプ装置の吸込側）に接続することで、圧力水を効果的に増圧作用する。この種のポンプ装置は、仮に据付初期や落水により吸込配管内に空気が混入した場合であっても、安定した自吸性能を得ることができ、確実に揚水を行うことができるとされている。

特開２０２０－１１２０５３号公報

しかしながら、特許文献１に記載された従来のポンプ装置は、ガイドベーンの吐出開口部が円周側面に設けられており、吐出開口部から吐出された流体（気水混合液）がケーシング内で旋回流として一定方向に流動し易くなっていた。そのため、ケーシング内で流体（気水混合液）を十分に減速することができず、気水分離を十分に行えない場合があった。その結果、自吸性能が低下してしまい、自吸性能を向上させることが望まれていた。

本発明は、自吸性能を向上させたポンプ装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、ポンプ装置であって、ケーシングカバーと、前記ケーシングカバーに対向配置されたガイドベーンと、前記ケーシングカバーと前記ガイドベーンを内蔵するケーシングと、を有し、前記ガイドベーンは、前記ケーシングカバーの内壁との対向面に複数の吐出開口部を有しており、前記複数の吐出開口部から前記ケーシングカバーの内壁に向けて流体を吐き出して前記ケーシングカバーの内壁に衝突させる構成とする。
その他の手段は、後記する。

本発明によれば、自吸性能を向上させることができる。

実施形態に係るポンプ装置の内部構成図である。 外かくカバーを外した状態の実施形態に係るポンプ装置の斜視図である。 外かくカバーを外して吸込側にジェットポンプを接続した状態の実施形態に係るポンプ装置の斜視図である。 吸込側にジェットポンプを接続した状態の実施形態に係るポンプ装置の側断面図である。 実施形態に係るポンプ装置のケーシングの斜視図である。 ケーシングカバー側から見た実施形態に係るポンプ装置のガイドベーンの斜視図である。 ケーシング側から見た実施形態に係るポンプ装置のガイドベーンの斜視図である。 ケーシング側から見た実施形態に係るポンプ装置のケーシングカバーの断面斜視図である。 ケーシングカバーを取り外した状態の比較例のポンプ装置の斜視図である。 ケーシングカバー側から見た比較例のポンプ装置のガイドベーンの斜視図である。 ケーシング側から見た比較例のポンプ装置のガイドベーンの斜視図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態（以下、「本実施形態」と称する）について詳細に説明する。なお、各図は、本発明を十分に理解できる程度に、概略的に示しているに過ぎない。よって、本発明は、図示例のみに限定されるものではない。また、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。

＜ポンプ装置の全体構成＞
以下、図１乃至図４を参照して、本実施形態に係るポンプ装置１００の全体構成について説明する。本実施形態では、ポンプ装置１００が吸込側にジェットポンプが接続可能になっている自吸式のポンプ装置であるものとして説明する。図１は、本実施形態に係るポンプ装置１００の内部構成図である。図２は、外かくカバー４を外した状態のポンプ装置１００の斜視図である。図３は、外かくカバー４を外して吸込側にジェットポンプ７０を直接接続した状態のポンプ装置１００の斜視図である。図４は、吸込側にジェットポンプ７０を直接接続した状態のポンプ装置１００の側断面図である。

図１に示すように、本実施形態に係るポンプ装置１００は、空気式圧力タンク１と、この空気式圧力タンク１の横に配置されたポンプ駆動用モータ２と、ポンプ駆動用モータ２の回転速度を変速させる速度制御装置が搭載された制御基板３と、それらを覆う外かくカバー４とを備える。

ポンプ駆動用モータ２のシャフト２ａは、ケーシング１１の内部に挿入され、その先端に羽根車１２が螺着される。ケーシング１１は、中空状の形状を呈している。ケーシング１１の中空な内部空間は、流体を流動させる渦巻室として機能する。羽根車１２の外周には、ガイドベーン１３が取り付けられている。ガイドベーン１３は、ケーシング１１の内部に配置され、ねじ等でケーシング１１に固定される。

ケーシング１１の前面には、ケーシングカバー１４が取り付けられ、ポンプ装置１００はケーシングカバー１４でケーシング１１に蓋をする構成になっている。このような構成により、ケーシングカバー１４とガイドベーン１３は対向配置される。ガイドベーン１３は、ケーシングカバー１４の内壁１４ａとの対向面ＳＵ１に複数の吐出開口部１３ａ（図５乃至図７参照）を有している。吐出開口部１３ａ（図５乃至図７参照）の詳細については後記する。

ケーシングカバー１４には、揚水の吸込口となる吸込フランジ１５が取り付けられる。ケーシング１１と吸込フランジ１５との間にはフランジパッキン（図示せず）が取り付けられ、ケーシング１１と吸込フランジ１５との間を水封する。

図２に示すように、吸込フランジ１５には、羽根車１２とガイドベーン１３によって圧力が高められた揚水の一部を吸込側（ジェットポンプ７０側）に戻すための圧力フランジ１６が取り付けられる。

ケーシング１１の上部には、ねじ込み式の呼び水給水用栓１７が設けられている。ポンプ装置１００は、据付初期時に、この呼び水給水用栓１７を取り外されて、呼び水が注水される。

ポンプ装置１００は、電源が投入されて、ポンプ駆動用モータ２が駆動されると、揚水し、吐出フランジ５を介して吐出管（図示せず）から外部に揚水された水を送り出す。また、ポンプ装置１００は、吐出管（図示せず）につながる外部の流路が閉じられると、吐出管（図示せず）よりも下流側の圧力が上がるため、圧力センサー６（図１参照）が作動して、ポンプ駆動用モータ２を停止する。

ポンプ装置１００は、浅井戸で使用する場合に吸込側にジェットポンプ７０（図３参照）が接続される。図３は、吸込側にジェットポンプ７０を直接接続した状態のポンプ装置１００の構成を示している。ポンプ装置１００の吸込側にジェットポンプ７０が直接接続される場合に、前記した吸込フランジ１５（図２参照）と圧力フランジ１６（図２参照）はポンプ装置１００から取り外される。ジェットポンプ７０は、本体部であるジェットボディ７１を備えている。ジェットボディ７１には吸込配管（図示せず）を接続するための接続部７２が取り付けられ、接続部７２にはポンプ停止時に汲み上げた水の逆流を防ぐための逆止弁７３が取り付けられる。

図４に示すように、ケーシングカバー１４の内部には、ジェットポンプ７０（図３参照）に供給される圧力水７４を流すための流路が形成されている。図４に示す矢印は、圧力水７４等の流れる方向を示している。ケーシングカバー１４は、流路の途中にノズル７６とベンチュリー７７とを備えるとともに、水源部７８側の水を引き込んで流路に導く引き込み路をノズル７６の近傍に備えている。圧力水７４はノズル７６からベンチュリー７７に向けて噴流水として高速噴射される。このときノズル７６の周囲の圧力が下がるため、水源部７８側の水も一緒にベンチュリー７７の中へ引き込まれる（吸い上げられる）。その結果、増圧された７５ａがケーシングカバー１４の内部から外部に送り出される。

＜ケーシングとガイドベーンの構成＞
以下、図５乃至図７を参照して、ケーシング１１とガイドベーン１３の構成について説明する。図５は、ケーシングカバー１４を取り外した状態のポンプ装置１００のケーシング１１の斜視図であり、ケーシング１１の内部を示している。図６は、ケーシングカバー１４側（前側）から見たポンプ装置１００のガイドベーン１３の斜視図である。図７は、ケーシング１１側（後側）から見たポンプ装置１００のガイドベーン１３の斜視図である。

図５に示すように、ケーシング１１の内部空間には、回転自在な羽根車１２と、羽根車１２を保護するガイドベーン１３とが配置されている。また、ケーシング１１の内部空間の比較的高い場所には、空気が吐き出されるケーシング吐出口１１ａが設けられている。

図５乃至図７に示すように、ガイドベーン１３では、複数の吐出開口部１３ａがケーシングカバー１４の内壁１４ａとの対向面ＳＵ１に設けられている。つまり、ガイドベーン１３は、対向面ＳＵ１が開口していて、円周側面ＳＵ２（図７参照）が開口していない構成になっている。したがって、ポンプ装置１００は、ガイドベーン１３の吐出開口部１３ａがケーシングカバー１４側を向く構造になっている。なお、吐出開口部１３ａは、羽根車１２（図１及び図５参照）の回転により吸い上げられた吸込側の空気とケーシング１１内の呼び水とが混合された流体（気水混合液３２（図５参照））をケーシング１１とケーシングカバー１４との間の空間に吐き出すために設けられた開口部である。

また、ガイドベーン１３では、各吐出開口部１３ａに整流板１３ｂが形成されている。整流板１３ｂは、正面視でＬ字の突起形状を呈しており、正面方向（つまり、ケーシングカバー１４の内壁１４ａの方向）に向けて流体（気水混合液３２（図５参照））を誘導し易い構造になっている。

ポンプ装置１００は、ガイドベーン１３の吐出開口部１３ａがケーシングカバー１４側に向く構造になっているため、ガイドベーン１３の吐出開口部１３ａから吐き出された流体（気水混合液３２（図５参照））をケーシングカバー１４の内壁１４ａに衝突させる。これにより、ポンプ装置１００は、流体（気水混合液３２）の流れを分散させること（つまり、旋回流として一定方向に流動しないように流体（気水混合液３２）の流れを乱流化させること）ができる。その結果、ポンプ装置１００は、ケーシング１１内で流体（気水混合液３２）の速度を十分に減速させることができる。また、流体（気水混合液３２）をケーシングカバー１４の内壁１４ａに衝突させることで、流体（気水混合液３２）内における空気の泡の表面張力を破ることができる。これにより、気水分離を活性化させることができ、自吸性能を向上させることができる。

＜ケーシングカバーの構成＞
以下、図８を参照して、ケーシングカバー１４の内壁１４ａ側の構成について説明する。図８は、ケーシング１１側から見たポンプ装置１００のケーシングカバー１４の断面斜視図である。

図８に示すように、ケーシングカバー１４は、ポンプ駆動用モータ２（図１参照）のシャフト２ａに対向する位置に、流体（気水混合液３２）が吸い込まれる吸込口７９が設けられている。また、ケーシングカバー１４は、内壁１４ａに、ケーシングカバー１４の強度を補強する複数の補強リブ１４ｂを有している。複数の補強リブ１４ｂは、格子状に配置されており、ケーシングカバー１４の内壁１４ａに複数の凹状空間１４ｃを形成している。

＜ポンプ装置の自吸作用＞
ここで、図１乃至図８を参照して、ポンプ装置１００の自吸作用について説明する。ポンプ据付初期に、作業者は、ポンプ装置１００から呼び水給水用栓１７（図２参照）を外してケーシング１１内に呼び水を注入する。この後、作業者は、呼び水給水用栓１７（図２参照）をポンプ装置１００に取り付け、電源を投入して、ポンプ駆動用モータ２（図１参照）を駆動させる。すると、ポンプ装置１００は、羽根車１２を回転させて、吸込側の空気とケーシング１１内の呼び水とを吸い上げて自吸を開始する。このとき、羽根車１２の回転により吸い上げられた吸込側の空気とケーシング１１内の呼び水とを混合した流体（気水混合液３２（図８参照））が生成される。図８に示すように、ポンプ装置１００は、空気と呼び水とを混合した流体（気水混合液３２）をガイドベーン１３の吐出開口部１３ａからケーシングカバー１４の内壁１４ａに向けて吐き出す。吐き出れた流体（気水混合液３２）は、ケーシングカバー１４の内壁１４ａに衝突して減速することで、気水分離が促進される。気水分離により分離された空気は、ケーシング吐出口１１ａからポンプ装置１００の外部に排気される。また、気水分離が完了しなかった一部の水は、ケーシング１１の下部に戻され、ケーシングカバー１４の圧力口７５（図４参照）を経てジェットポンプ７０（図３参照）へ供給される圧力水７４（図４参照）となり、自吸作用に用いられる。

＜ガイドベーンの作用効果＞
ここで、図９乃至図１１に示す比較例のポンプ装置１００ｃｏｍのガイドベーン５３と比較して、本実施形態のポンプ装置１００のガイドベーン１３の作用効果について説明する。図９乃至図１１に示す比較例のポンプ装置１００ｃｏｍは、従来のポンプ装置に相当する装置である。図９は、ケーシングカバー１４を取り外した状態の比較例のポンプ装置１００ｃｏｍの斜視図である。図１０は、ケーシングカバー１４側から見た比較例のポンプ装置１００ｃｏｍのガイドベーン５３の斜視図である。図１１は、ケーシング１１側から見た比較例のポンプ装置１００ｃｏｍのガイドベーン５３の斜視図である。

図９乃至図１１に示すように、比較例のポンプ装置１００ｃｏｍは、本実施形態のポンプ装置１００と比較すると、ガイドベーン１３（図５乃至図７参照）の代わりに、ガイドベーン５３を備えている点で相違する。

比較例のポンプ装置１００ｃｏｍのガイドベーン５３（図９乃至図１１参照）は、本実施形態のポンプ装置１００のガイドベーン１３（図５乃至図７参照）と比較すると、比較例のものは、本実施形態のもののように対向面ＳＵ１が開口されておらず（対向面ＳＵ１に複数の吐出開口部１３ａが設けられておらず）、円周側面ＳＵ２（図１１参照）に複数の吐出開口部５３ａが設けられている点で相違する。つまり、比較例のポンプ装置１００ｃｏｍは、ガイドベーン５３の吐出開口部５３ａがケーシングカバー１４側を向かない構造になっている。

このような比較例のポンプ装置１００ｃｏｍは、ガイドベーン５３の吐出開口部５３ａから吐き出された流体（気水混合液３２）がケーシング１１内で旋回流として一定方向に流動し易くなる。そのため、比較例のポンプ装置１００ｃｏｍは、ガイドベーン５３の吐出開口部５３ａから吐出された流体（気水混合液３２）がケーシング１１内で十分に減速することができず、気水分離を十分に行えない可能性があった。

これに対し、本実施形態のポンプ装置１００のガイドベーン１３（図５乃至図７参照）は、円周側面ＳＵ２（図７参照）が開口されておらず、対向面ＳＵ１に複数の吐出開口部１３ａが設けられている。つまり、本実施形態のポンプ装置１００は、ガイドベーン１３の吐出開口部１３ａがケーシングカバー１４側を向く構造になっている。

このような本実施形態のポンプ装置１００は、ガイドベーン１３の吐出開口部１３ａから吐き出された流体（気水混合液３２）がケーシングカバー１４の内壁１４ａに衝突する。これにより、ポンプ装置１００は、流体（気水混合液３２）の流れを分散させること（つまり、旋回流として一定方向に流動しないように流体（気水混合液３２）の流れを乱流化させること）ができる。その結果、ポンプ装置１００は、ケーシング１１内で流体（気水混合液３２）の速度を十分に減速させることができる。また、流体（気水混合液３２）をケーシングカバー１４の内壁１４ａに衝突させることで、流体（気水混合液３２）内における空気の泡の表面張力を破ることができる。これにより、流体（気水混合液３２）中の空気と水の気水分離を活性化させることができ、自吸性能を向上させることができる。

特に、本実施形態のポンプ装置１００は、ガイドベーン１３の吐出開口部１３ａからケーシングカバー１４の内壁１４ａに設けられた凹状空間１４ｃ（図８参照）に流体（気水混合液３２）を吐き出す構成になっている。このような本実施形態のポンプ装置１００は、凹状空間１４ｃ（図８参照）内で、流体（気水混合液３２）内における空気の泡の表面張力を破ることができる。また、流体（気水混合液３２）の流れを凹状空間１４ｃ内で分散させることができ、流体（気水混合液３２）の速度をさらに大きく減速させることができる。これにより、自吸性能をさらに大きく向上させることができる。

なお、本実施形態のポンプ装置１００は、ガイドベーン１３の対向面ＳＵ１に複数の整流板１３ｂを有している。このような本実施形態のポンプ装置１００は、複数の整流板１３ｂでガイドベーン１３の吐出開口部１３ａから吐き出された流体（気水混合液３２）をケーシングカバー１４の内壁１４ａ（特に、内壁１４ａに設けられた凹状空間１４ｃ（図８参照））に誘導することができる。これに対して、比較例のポンプ装置１００ｃｏｍは、整流板１３ｂを有していない。このような比較例のポンプ装置１００ｃｏｍは、流体（気水混合液３２）をケーシングカバー１４の内壁１４ａに誘導することができない。なお、本実施形態では、複数の整流板１３ｂがガイドベーン１３に一体に形成されているが、整流板１３ｂは、ガイドベーン１３とは別体に構成してもよく、また、個数も問わない。

＜ポンプ装置の主な特徴＞
（１）図１に示すように、本実施形態に係るポンプ装置１００は、ケーシングカバー１４と、ケーシングカバー１４に対向配置されたガイドベーン１３と、ケーシングカバー１４とガイドベーン１３を内蔵するケーシング１１と、を有し、吸込側にジェットポンプ７０（図３参照）が接続可能な自吸式の装置である。図５乃至図７に示すように、ガイドベーン１３は、ケーシングカバー１４の内壁１４ａとの対向面ＳＵ１に複数の吐出開口部１３ａを有しており、複数の吐出開口部１３ａからケーシングカバー１４の内壁１４ａに向けて流体（気水混合液３２（図５参照））を吐き出してケーシングカバー１４の内壁１４ａに衝突させる構成になっている。

このような本実施形態に係るポンプ装置１００は、ガイドベーン１３の吐出開口部１３ａから吐き出された流体（気水混合液３２）をケーシングカバー１４の内壁１４ａに衝突させる。これにより、本実施形態に係るポンプ装置１００は、流体（気水混合液３２）の流れを分散させること（つまり、旋回流として一定方向に流動しないように流体（気水混合液３２）の流れを乱流化させること）ができる。その結果、本実施形態に係るポンプ装置１００は、ケーシング１１内で流体（気水混合液３２）の速度を十分に減速させることができる。また、流体（気水混合液３２）をケーシングカバー１４の内壁１４ａに衝突させることで、流体（気水混合液３２）内における空気の泡の表面張力を破ることができる。これにより、気水分離を活性化させることができ、自吸性能を向上させることができる。

（２）図８に示すように、本実施形態に係るポンプ装置１００のケーシングカバー１４の内壁１４ａには、複数の凹状空間１４ｃが設けられている。ガイドベーン１３は、複数の吐出開口部１３ａからケーシングカバー１４の内壁１４ａの凹状空間１４ｃに向けて流体（気水混合液３２）を吐き出す構成になっている。

このような本実施形態に係るポンプ装置１００は、凹状空間１４ｃ（図８参照）内で、流体（気水混合液３２）内における空気の泡の表面張力を破ることができる。また、流体（気水混合液３２）の流れを凹状空間１４ｃ内で分散させることができ、流体（気水混合液３２）の速度をさらに大きく減速させることができる。これにより、自吸性能をさらに大きく向上させることができる。

（３）図６に示すように、本実施形態に係るポンプ装置１００のガイドベーン１３は、複数の吐出開口部１３ａに、整流板１３ｂを有している。整流板１３ｂは、好ましくは、正面視でＬ字の突起形状を呈しているとよい。

このような本実施形態に係るポンプ装置１００は、整流板１３ｂで正面方向（つまり、ケーシングカバー１４の内壁１４ａ（特に、内壁１４ａに設けられた凹状空間１４ｃ（図８参照）））に向けて流体（気水混合液３２））を効率よく誘導することができる。そのため、本実施形態に係るポンプ装置１００は、流体（気水混合液３２）をケーシングカバー１４の内壁１４ａに衝突させることで、流体（気水混合液３２）内における空気の泡の表面張力を破ることができる。また、流体（気水混合液３２）の流れを凹状空間１４ｃ内で効率よく分散させることができ、流体（気水混合液３２）の速度をさらに大きく減速させることができる。これにより、自吸性能をさらに大きく向上させることができる。

以上の通り、本実施形態に係るポンプ装置１００によれば、自吸性能を向上させることができる。

本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施形態の構成の一部を他の構成に置き換えることが可能であり、また、実施形態の構成に他の構成を加えることも可能である。また、各構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

例えば、前記した実施形態では、空気式圧力タンク１付のポンプ装置１００を例にして本発明を説明したが、本発明は、アキュムレータ式の圧力タンク付のポンプ装置の他、圧力タンクの無い、いわゆる非自動式ポンプにも適用することができる。

１ 空気式圧力タンク
２ ポンプ駆動用モータ
２ａ シャフト
３ 制御基板
４ 外かくカバー
５ 吐出フランジ
６ 圧力センサー
１１ ケーシング
１１ａ ケーシング吐出口
１２ 羽根車
１３ ガイドベーン
１３ａ 吐出開口部
１３ｂ 整流板
１４ ケーシングカバー
１４ａ 内壁
１４ｂ 補強リブ
１４ｃ 凹状空間
１５ 吸込フランジ
１６ 圧力フランジ
１７ 呼び水給水用栓
３２ 気水混合液
５３ ガイドベーン（比較例）
５３ａ 吐出開口部（比較例）
７０ ジェットポンプ
７１ ジェットボディ
７２ 接続部
７３ 逆止弁
７４ 圧力水
７５ 圧力口
７５ａ 増圧された水
７６ ノズル
７７ ベンチュリー
７８ 水源部
７９ 吸込口
１００ ポンプ装置
１００ｃｏｍ ポンプ装置（比較例）
ＳＵ１ 対向面
ＳＵ２ 円周側面

Claims (3)

1. ケーシングカバーと、前記ケーシングカバーに対向配置されたガイドベーンと、前記ケーシングカバーと前記ガイドベーンを内蔵するケーシングと、を有し、
   前記ガイドベーンは、前記ケーシングカバーの内壁との対向面に複数の吐出開口部を有しており、前記複数の吐出開口部から前記ケーシングカバーの内壁に向けて流体を吐き出して前記ケーシングカバーの内壁に衝突させる
   ことを特徴とするポンプ装置。
2. 前記ケーシングカバーの内壁には、複数の凹状空間が設けられており、
   前記ガイドベーンは、前記複数の吐出開口部から前記ケーシングカバーの内壁の前記凹状空間に向けて流体を吐き出す
   ことを特徴とする請求項１に記載のポンプ装置。
3. 前記ガイドベーンは、前記複数の吐出開口部に、整流板を有している
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のポンプ装置。

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