JP2718969B2 - ポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は広範囲の圧力及び流量で流体と液体及びガス
の混合体とを吐出するポンプに関する。特に、本発明は
低い絶対吸込圧力で混入ガス及び蒸気に適合できるポン
プを提供するものである。 本発明は家庭用真空蒸留装置（脱塩器）と共に用いる
ために開発されたが、明らかに、本発明はこの特定の用
途に限定されるものではない。 背景技術の欠点 遠心装置に用いて低い絶対吸込圧力及び低い流量で、
液体、特に液体及びガスの混合体を吐出しようとすると
き、問題が生じた。これらの問題は、大部分、流れ内の
ガス及び蒸気の含有から生じ、圧力が低くなれば一層著
しいものとなる。これらのガス及び蒸気は、低い圧力で
分離する溶解したガス又は液体自体の気相である。 １分当たり数100リットル程度の高流量では、流速
は、混入蒸気を高速の流体の流れの中で装置から排出す
る傾向を持つようなものである。しかしながら、公知の
遠心ポンプは水銀柱23乃至25インチ（58乃至63cm）程度
の低い圧力及び１分当たり300mls程度の低い流量では作
動できない。実際、これらの公知のポンプは、流量にか
かわらず、このような圧力での無視できない量のガス及
び蒸気に適合できない。 また、これらのポンプに信頼できる長寿命のシールを
設ける際にも問題がある。 発明の開示 本発明によると、軸線を中心として回転するように取
付けられたインペラを持つ遠心ポンプにであって、前記
インペラは、前記縦軸と同心的な周囲壁を持つ中央入口
チャンバと、前記壁内の入口ポートから外方に前記中央
入口チャンバから半径方向に間隔をおいた出口ポートに
延びる少なくとも１つの流路と、を有する遠心ポンプに
おいて、固定入口ポート手段が、該固定入口ポート手段
に流入する流体の誘起される回転を阻止するために、こ
の固定入口ポート手段に流入する流体から回転している
インペラを分離するように前記中央入口チャンバ内に配
置されており、前記固定入口ポート手段は、前記軸線と
同心的で前記インペラの入口ポートにほぼ整合する環状
部分と、前記流入流体を前記インペラの流路に供給する
ために前記環状部分の内部から外部に半径方向外法に延
びる少なくとも１つのチャンネルと、を有することを特
徴とする遠心ポンプが提供される。 このようにして、インペラは回転速度を流入流体に与
えるのを阻止されている。さもないと、液体を混入蒸気
から分離し最終的に供給を完全に停止させてしまうから
である。 本発明の第２の態様では、インペラがその吐出容積内
に配置されかつ前記インペラから前に吐出した流体に直
接吐出するように前に吐出した流体内に完全に浸せきさ
れている。インペアは垂直に対して任意の所望の方向に
配置されてもよい。このことによって、吐出がインペラ
から周囲の流体に直線行われるので、周囲構造体を持た
ない極めて簡単なポンプが提供される。 本発明は、また、インペラ外周に極く接近して流体の
周囲流速を遅くさせるための手段を設けることが好まし
い。 図面の簡単な説明 本発明の好ましい実施例を添付図面を参照して例示的
に以下に説明する。 第１図は、低圧力及び流量で水及び連行空気を吐出す
るのに適したポンプの切欠いた端面図である。 第２図は、第１図の線２−２の断面図である。 第３図は、第１図の線３−３の部分断面図である。 第４図は、第２ポンプの側部断面図である。 第５図は、コアプレートを除去して示す第４図の線５
−５の断面図である。 第６図は、第４図のポンプの平面図である。 第７図は、第５図の線７−７の拡大断面図である。 第８図は、他の装置を示す第７図と同様な図である。 第９図は、第８図の線９−９の断面図である。 第10図は、“シヤーチューブ”と呼ぶ固定入口ポート
手段を組込んだ本発明を実施する水平軸ポンプの部分的
側部断面図である。 第11図は、第10図と同様な“シヤーチューブ”を組込
んだ第２実施例の垂直軸ポンプを示す第10図と同様な図
である。 第12図は、第11図の線12−12の断面図である。 好ましい実施例 最初に第１図乃至第３図を参照すると、ポンプ１は水
平に延びる中央シャフト３を介して電気駆動モータ２に
よって駆動される。このポンプは、４つの主要部品、即
ち支持ハウジング４、分割壁５、インペラ（羽根車）６
及びカバープレート７を有する。インペラ６はモータの
駆動シャフト（中央シャフト）３に取付けられ、分割壁
５とエンドプレート（カバープレート）７との間のスペ
ースによって形成されたインペラチャンバ８内で回転す
る。 水及び混入空気は、ポンプに入口ポート９から入り、
半径方向流路10を通って、インペラ６の中央に連通する
軸方向流路11に至る。インペラ６はインペラチャンバ８
の隣接する側壁に接近して配置され、中央ボア12からイ
ンペラ６の外周のまわりに間隔をおいて配置した出口ポ
ート14に延びる複数の半径方向流路13に連通する中央ボ
ア、即ちチャンバ12を有する。 インペラが回転すると、遠心作用により、流体はポン
プの入口ポート９からインペラの流路13を通って外方に
移動し、インペラを囲む環状スペース16に入る。この環
状スペース16から流体は、分割壁５内のポート17を通っ
て静圧チャンバ18中に入り、最終的に後方に向いた出口
ポート19を通ってポンプからでる。 また、図示の方向のインペラの回転により、同一方向
に向いた周囲流速が環状スペース内の流体に与えられ
る。この流速は流体及び蒸気の遠心分離を発生し、この
ため、どんな混入空気もインペラの外周15に付着する傾
向にある。インペラの外周付近でこの増大する混入空気
は、半径方向流路13からの流れに干渉し、一方、新たに
供給された水及び混入空気が入ってポート17を通ってイ
ンペラを離れる水に取って代わるときにインペラチャン
バ内に累積し留まる傾向にある。 周囲流速は、また、半径方向流路の出口ポート14を通
過する流体の相対速度を減少させる作用を持つ。出口ポ
ートにおけるベルヌーイ効果を加えることにより遠心的
に誘起される圧力降下を増大し、それによって圧力をさ
らに降下させるために、この相対速度を持つことが望ま
しい。 循環する周囲流速を遅くさせ、さらにまたインペラ外
周付近からの分離した気泡の除去を促進するために、本
発明は、インペラ外周にできるだけ接近して配置した鋭
い先端エッジ21を持つヘラ20を設けている。明らかに、
このヘラは、混入空気の物理的除去を行うこと及び循環
する周囲流速を遅くして、それによってインペラの出口
ポート14におけるベルヌーイ効果を増大することにより
ポンプの吸込特性を改善することの２つの機能を果たす インペラチャンバから混入空気の除去を促進すること
によってポンプの性能をさらに改善するために、本発明
は、ヘラ20の上流の周囲の流れ中に実質的に空気を含ま
ない水を再循環させることを行っている。このことは、
空気及び水がそれを通して静圧チャンバに入るポート17
により下方の箇所で、静圧チャンバ18をインペラチャン
バ８に相互接続する。分割壁５を貫通する流路24によっ
て達成される。静圧チャンバ内の流れは比較的遅いの
で、混入空気の気泡は静圧チャンバの下部内の水から分
離でき、この結果再循環される流れは実質的に空気を全
く含まないものである。再循環する水の速度は、水と共
に混入空気が再循環することを阻止するために、できる
だけ遅く維持されることが好ましい。環状スペース16中
に実質的に空気を含まない水を加えることにより、水を
加えない場合よりも大きな割合の混入空気がヘラ20によ
り除去される。 第４図乃至第７図は、本発明の第２ポンプを示す。対
応する参照番号は種々の実施例を通して対応する部品を
識別するために用いられる。 ポンプ40は、インペラ外周15を囲みかつその外周に接
近している拡散リング41によってヘラ20が置き換えられ
ている点を除いて、ポンプ１と多くの点で類似してい
る。 リング41は、リングを貫通する複数のほぼ半径方向の
延びる流路を持ち、これらの流路は、インペラ６の出口
ポート14に整合するように中央に配置された第１の周囲
配列の流路42と、対で配置された第２の周囲配列の流路
43とから成る。流路43の各対は隣接する流路42の間に配
置され、個々の流路43は第７図に示すように流路42の配
列のいずれの側からも軸線方向に間隔をおいたものであ
る。流路42によって水は半径方向流路13か直接インペラ
チャンバ８に流入し、一方流路43によって気泡はインペ
ラ外周15とリング41との間のギャップからインペラチャ
ンバ８中に逃げる。 第５図からわかるように、流路42及び43は９時乃至11
時の位置内及１時乃至３時の位置内にだけ配置されてい
る。９時乃至11時のセクタ内の流路42及び43は半径方向
に延び、一方１時乃至３時のセクタ内の流路は上方に傾
斜している。この構成により、インペラチャンバ８内の
望ましくない循環的な流れが阻止され、又は少なくとも
減少させられることが見い出されている。この構成によ
り、また、流れは、第１実施例の出口ポート19と置き換
わった上方に向いた出口ポート44の方向にほぼ向いてい
るものである。 ポンプ40はさらに再循環流路45を有し、この流路はイ
ンペラチャンバ８からインペラ６の半径方向の最内部領
域に延びている。インペラチャンバ８内の高圧力の水
は、流路45を通って低圧力のインペラの面の最内部領域
に流れることができ、それによって、望ましくない空気
が入口ポート９からインペラの面とポンプハウジングと
の間のスペースに入る傾向を減少させることができる。 ポンプ１の静圧チャンバ18は必要ではないが、静圧チ
ャンバは軸方向流路46を通ってシール47に流れる水を導
通させて潤滑を行うのに用いられる。明らかに、静圧チ
ャンバ18は適当な導管に置き換えることができる。 第３ポンプは第８図及び第９図に示されている。この
変形例は第４図乃至第７図のポンプに大部分の点で類似
しており、対応する部品には対応する参照番号が付され
ている。しかしながら、このポンプでは、拡散リング41
の流路42及び43が複数のスロットに置き換えられてい
る。スロットはすべての半径方向に延びてもよく、ま
た、スロットのいくつか又はすべては第５図に示す流路
と同様に傾斜していてもよい。 リングは分割壁５と一体に形成されるのが好ましい
が、別個に形成されてもよい。後者の場合、スロットは
溝形成を交互に行う際リングの両側から切欠くことがで
きる。 第３ポンプのインペラは等しい間隔の半径方向流路13
の軸方向にずれた２つの配列を有する。例えば、全部で
20の半径方向流路13がインペラ６のまわりに等しく間隔
をおいて配置されてもよい。スロット50は流路を取り囲
むのに十分な距離だけ拡散リング41を横切って延びてい
る。 本発明を実施するポンプは第10図に示されている。こ
の実施例では、インペラの駆動シャフトの軸線51は水平
であり、吐出タンク容積52内に完全に配置されている。
ポンプは、出口ポート14がタンクに直接吐出するので、
周囲構造体を持たない。 この実施例は、１分当たりのリットルが多いかなりの
高流量での低圧力の流れに適している。混入蒸気に適応
するために、インペラ６の中央チャンバ12には“シヤー
チューブ”（せん断チューブ）53の形態の固定入口ポー
ト手段が設けられている。このシヤーチューブ53は固定
であり、チューブの上部半分に配列した複数の吐出ポー
ト54を有する。 もし第10図のインペラをその軸線が垂直方向になるよ
うに配置するならば、シヤーチューブのポート54はシヤ
ーチューブの中央部分に配置される。これらのポートは
第10図に示すような穴でもよく、第９図に示すようなス
ロットでもよい。これらの固定ポート54は軸方向の入口
流路から流入する流体をインペラ６の中央チャンバ12に
運ぶ。このチャンバ12は流路13への流体の供給を容易に
するために浅いＶ断面周囲溝55によってわずかに拡大さ
れている。 このシヤーチューブは流体する流体を回転しているイ
ンペラから分離して、それによって流入する流体の誘起
される回転を阻止している。このことによって“予旋
回”が避けられ、即ち流入する流体及び蒸気の混合体の
遠心運動に起因するポンプ入口の軸方向中心線に沿った
ガスまたは蒸気のポケットの形成が避けられる。液体／
蒸気の混合体がシヤーチューブのポート54を通過し、イ
ンペラの回転している内周に接触するとき液体／蒸気の
混合体に作用するシヤーリング（せん断）効果により、
液体がインペラの流路13に入り通過する間、蒸気は液体
に点在した状態に保たれる。 第11図は、第10図のポンプと類似であるが、インペラ
の軸線が垂直である第２実施例を示す。このポンプもま
たインペラを囲むどんな周囲構造体も持つことなく吐出
タンク52内で完全に作動できる。この場合、シヤーチュ
ーブ53は垂直に延びる軸方向流路11からのめくら端付延
長部の形態をとる。ポート54は第12図に最も良く示すよ
うに半径方向外方に延びる周囲方向に間隔をおいた軸方
向に細長いスロットによって形成されている。シヤーチ
ューブ53はインペラ６からわずかに離れており、インペ
ラ６自体は複数の半径方向に延びる流路13を形成するた
めに半径方向にスロットが形成されている。この実施例
は特に高流量に適している。 必要に応じて、第10図、第11図及び第12図のインペラ
及びシヤーチューブの配列が前述のポンプに組み込まれ
てもよい。 本発明を特定の実施例を参照して説明してきたが、本
発明を多くの他の形態で実施してもよいことは当業者に
とって明らかである。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．軸線を中心として回転するように取付けられたイン
   ペラを持つ遠心ポンプにであって、前記インペラは、前
   記軸線と同心的な周囲壁を持つ中央入口チャンバと、前
   記壁内の入口ポートから外方に前記中央入口チャンバか
   ら半径方向に間隔をおいた出口ポートに延びる少なくと
   も１つの流路と、を有する遠心ポンプにおいて、固定入
   口ポート手段が、該固定入口ポート手段に流入する流体
   の誘起される回転を阻止するために、この固定入口ポー
   ト手段に流入する流体から回転しているインペラを分離
   するように前記中央入口チャンバ内に配置されており、
   前記固定入口ポート手段は、前記軸線と同心的で前記イ
   ンペラの入口ポートにほぼ整合する環状部分と、前記流
   入流体を前記インペラの流路に供給するために前記環状
   部分の内部から外部に半径方向外方に延びる少なくとも
   １つのチャンネルと、を有することを特徴とする遠心ポ
   ンプ。 ２．請求項１記載の遠心ポンプにおいて、前記少なくと
   も１つの流路が直線状であることを特徴とする遠心ポン
   プ。 ３．請求項１記載の遠心ポンプにおいて、前記少なくと
   も１つの流路が半径方向外方に延びることを特徴とする
   遠心ポンプ。 ４．請求項１記載の遠心ポンプにおいて、前記インペラ
   は複数の周囲方向に間隔をおいた外方に延びる流路を有
   し、前記固定入口ポート手段が複数の周囲方向に間隔を
   おいた外方に延びるチャンネルを有することを特徴とす
   る遠心ポンプ。 ５．請求項１記載の遠心ポンプにおいて、前記固定入口
   ポート手段は軸方向に延びる流入流路からのめくら端付
   延長部を有することを特徴とする遠心ポンプ。 ６．請求項１記載の遠心ポンプにおいて、インペラの外
   周に極く接近して流体の周囲流速を遅くする手段を有す
   ることを特徴とする遠心ポンプ。 ７．請求項６記載の遠心ポンプにおいて、周囲流速を遅
   くする前記手段は、インペラ外周に極く接近して配置さ
   れかつインペラの回転方向に抗するように向けられた鋭
   い先端エッジを持つヘラを有することを特徴とする遠心
   ポンプ。 ８．請求項６記載の遠心ポンプにおいて、周囲流速を遅
   くする前記手段はインペラの外周を囲みかつ外周に接近
   して配置した拡散リングらから成り、前記リングは複数
   の外方に延びる流路を有することを特徴とする遠心ポン
   プ。 ９．請求項８記載の遠心ポンプにおいて、前記外方に延
   びる流路のいくつかは互いに接線方向逆方向に向けられ
   ており、それによって循環の流れを減少させることを特
   徴とする遠心ポンプ。 １０．請求項７記載の遠心ポンプにおいて、実質的に蒸
   気を含まない流体を前記ヘラの上流で周囲の流れに再循
   環させるための手段を有することを特徴とする遠心ポン
   プ。 １１．請求項１乃至９のいずれか１項に記載の遠心ポン
   プにおいて、前記インペラはそれ自体の吐出容積内に配
   置され、前記インペラから前に吐出した流体に直線吐出
   するように前に吐出した流体内に完全に浸せきされるこ
   とを特徴とする遠心ポンプ。