JP3718920B2 - 遠心ポンプ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遠心ポンプの構造に係わり、特に食器洗い乾燥機を始めとする洗浄機に搭載される遠心ポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
遠心ポンプを洗浄ポンプとして搭載して、水（以下では洗浄水ともいう）を加圧して洗浄ノズルから噴射して、洗浄槽内に設置された被洗浄物の洗浄を行う洗浄機として、例えば食器洗い乾燥機が挙げられる。そこで以下では、従来の食器洗い乾燥機について、図１４に基づいて説明する。
【０００３】
食器の洗浄を行う場合には、食器を洗浄槽５１の食器かご５２に収納し、洗剤を投入して運転を開始する。運転が開始されると、まず洗浄ポンプ５３が洗浄水を加圧する動作が安定するように、所定量の洗浄水を洗浄槽５１に供給する給水工程が実行される。洗浄ポンプ５３の吸込口と水面はほぼ一定の間隔を有している。続いて、洗浄ポンプ５３によって加圧され且つヒータ５４によって加熱された洗浄水が洗剤と共に洗浄ノズル５５から噴射される本洗工程が行われる。洗浄水は洗浄ノズル５５の噴射孔から鉛直方向または斜め上方向に噴射される。また洗浄ノズル５５はこの噴射反力によって略水平に回転する。このように回転する洗浄ノズル５５から噴射された洗浄水の衝突力・洗剤・熱等の作用によって、食器は洗浄されるものである。
【０００４】
所定時間の本洗工程を経ると、次に食器等から洗い落とされた汚れを含む洗浄水を排水ポンプ５６によって機外に排出する排水工程に入る。引き続いて、新たに洗浄水を供給する給水工程と、洗剤や残菜（食器に付着した汚れを残菜ともいう）で汚れた食器をすすぐために洗浄水を洗浄ノズル５５から噴射するすすぎ工程と、前記排水工程とが連続して４回繰り返されて、洗浄工程を終了する。
【０００５】
続いて、送風機５７により洗浄槽５１内に機外より空気を送風ダクト５８から送風口５９を経て洗浄槽５１に送り込み、ヒータ５４を断続的に運転して温風を作り、この温風で食器に付着した水滴を蒸発させる乾燥工程が行われる。この乾燥工程で洗浄槽５１内の多湿な空気は排気口６０より機外に排出される。なお６１は、洗浄ポンプ５３・ヒータ５４等の運転を制御する制御装置である。また、６２は送風機５７に室内の空気を送り込む吸気口である。６３は洗浄水の給水経路を開閉する給水弁である。６４、６５および６６は、それぞれ洗浄ポンプ５３、排水ポンプ５６および送風機５７の羽根車６７、６８、および６９を駆動する電動機である。７０は排水経路、７１は残菜を回収するフィルターである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来の構成の食器洗い乾燥機を始めとして、このような洗浄機における洗浄ポンプとしての遠心ポンプは、以下のような課題を有している。
【０００７】
一般に遠心ポンプは、（１）空気吸入量の増大により、揚水不能になる（２）締切近傍では、わずかな空気でも、揚水不能になるという動作特性を有している。この動作特性は、羽根車の入口部が空気でふさがれて、水流がとぎれる現象や、水の流速が小さくて、羽根車の出口と入口の圧力差が大きいため、わずかな空気が羽根車外に流出せずに蓄積する現象に起因するものとされている。
【０００８】
したがって、このような洗浄ポンプを使用した食器洗い乾燥機においては、洗浄水を安定して加圧することができて、洗浄能力を得るためには、洗浄水に一定量以上に気泡が混入することがあってはならない。たとえば、一般の台所用洗剤が混入すれば、多量の泡が発生して、洗浄ポンプ３３は必要な加圧力が得られない。そのためにも循環する洗浄水が発泡することを抑制している低発泡の洗剤を使用することが必要である。いわゆる、「専用洗剤」を使用せざるをえないものである。
【０００９】
また、通常は洗浄ポンプ５３の流量Ｑと吐出圧Ｈの関係を示すＱＨ特性が単一であって、洗浄工程では洗浄ノズル５５から所定の吐出圧と流量で洗浄水を噴射するものである。このため、洗浄する食器の数量や汚れの質に関わらず、洗浄ポンプ５３の循環流量は一定であり、所定の洗浄水量と、洗浄ポンプ５３の吸込部での水深（洗浄槽内の基準面から測った「洗浄水位」ともいう）が必要である。この洗浄水量および洗浄水位を確保するためには、給水する洗浄水の量および洗浄水位が必ず一定範囲内にあるように制御する必要があり、そのための水位検知手段は高精度で高コストなものが必要となる。
【００１０】
また、洗浄工程で所定の洗浄性能を得るためには、所定の洗浄水量を食器とともに所定の温度まで加熱することが必要となる。このためにヒータ５４の加熱能力（容量ともいう）は大きいものが必要となる。しかも、ヒータによる加熱には長時間を必要とするものであり、洗浄運転での使用水量と消費電力量と運転時間のかかるものである。
【００１１】
また、上述の洗浄工程や乾燥工程を実行するためには、洗浄ポンプ５３に加えて、排水ポンプ５６や送風機５７を必要としている。このように洗浄乾燥のための機構部を駆動するモータが３個必要であるので、部品点数が多くて構造が複雑である。しかもこれらの機構部が、このような従来の洗浄機の全体容積に占める割合が大きい。すなわち、食器を収納するための容積が小さいものであり、収納できる食器の大きさが限定されるものである。
【００１２】
これを解決する公知の技術として、図１２に示すように、水の加圧と送風をそれぞれ第一のケーシング７２と第二のケーシング７３および第一の遠心羽根車７４と第二の遠心羽根車７５で行って、これらを単一の電動機７６で駆動することで、洗浄および乾燥の機構部としての小型化を実現するポンプがある。しかしながら、第一の遠心羽根車７４と第一のケーシング７２の関係は図１３のようなものであり、本質的には従来の遠心ポンプと同様に、水に対する加圧能力しかないので、循環水に気泡が含まれると能力は低下するものである。
【００１３】
本発明は、以上のような従来の洗浄機における洗浄ポンプが有している課題を解決するものである。
【００１４】
特に、シンプルな遠心羽根車とケーシングでもって、気泡を含んだ水を循環できる遠心ポンプを提供することを目的としているものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の遠心ポンプは、第一の遠心羽根車と、前記第一の遠心羽根車より外径の大きい第二の遠心羽根車と、前記第一及び第二の遠心羽根車を駆動する電動機と、流体の吸込口と吐出口を有し、かつ、前記第一及び第二の遠心羽根車を同軸に内設したケーシングとを備え、前記第一の遠心羽根車の出口角度を後向き羽根とするとともに、前記第二の遠心羽根車を前向き羽根とし、前記第一の遠心羽根車を前記第二の遠心羽根車の羽根の内側に設けたものである。この発明によれば、シンプルな遠心羽根車とケーシングの構成でもって、液体および気体を加圧できるとともに、気泡を含んだ水を加圧および循環できる遠心ポンプを提供できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
請求項１記載の発明は、第一の遠心羽根車と、前記第一の遠心羽根車より外径の大きい第二の遠心羽根車と、前記第一及び第二の遠心羽根車を駆動する電動機と、流体の吸込口と吐出口を有し、かつ、前記第一及び第二の遠心羽根車を同軸に内設したケーシングとを備え、前記第一の遠心羽根車の出口角度を後向き羽根とするとともに、前記第二の遠心羽根車を前向き羽根とし、前記第一の遠心羽根車を前記第二の遠心羽根車の羽根の内側に設けた遠心ポンプである。
【００１７】
この発明では、液体の加圧は、羽根車の負荷トルクを小さくするために、外径の小さい第一の遠心羽根車を回転することで行われる。気体の加圧は、大きい周速度を得るために、外径の大きい第二の遠心羽根車を回転することで行われる。なお、電動機の大きさは、それぞれの負荷トルクを駆動できるだけの出力が得られるものであればよい。
【００１８】
さらに、気泡を含んだ水を加圧するには、第一の遠心羽根車と第二の遠心羽根車を同時に回転することで、流出する流体の絶対速度が大である第二の遠心羽根車で、ケーシング内に滞留しようとする空気を排出する。この動作により、第一の遠心羽根車が洗浄水を加圧することができる。この水は、第二の遠心羽根車を経て、吐出口から吐水する。このようにして、気泡を含んだ水を加圧したり、循環させることができるものである。
【００１９】
また、空気を送風する時に、第二の遠心羽根車に加えて、第一の遠心羽根車も同様に回転すると、この羽根が空気の流入を滑らかにする入り口案内羽根としてインデューサ機能を果たすので、ボイド率の大きい洗浄水や空気が効率的に加圧できるという作用を有する。
【００２０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、第二の遠心羽根車の羽根の出口角度を略９０度以上とした遠心ポンプとすることである。
【００２１】
また、請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明に加えて、第一の遠心羽根車の羽根の出口角度を略９０度以下にした遠心ポンプである。なお、流体の相対速度と羽根車の周速度のなす角度を、ターボ流体機械の慣例にしたがって、出口角度と呼ぶ。
【００２２】
これらの発明では、第二の遠心羽根車は、出口角度を略９０度以上とした「前向き羽根」であって、羽根車の回転時の周速度が同一でも、出口の速度三角形により流体の絶対速度が大きいものであり、気体の吸込力が大きい。また、第一の遠心羽根車は「後向き羽根」であって、羽根車の回転時の周速が同一でも、流体の絶対速度は小さく、速度水頭を有効に圧力水頭に変換できるものであり、液体加圧力が効率よく得られる。
【００２３】
これらの発明では特に、気体を含んだ液体として、例えば気泡を含んだ水を加圧するときには、羽根の特性により流出する流体の絶対速度が大である第二の遠心羽根車でもって、ケーシング内、なかでも第一の遠心羽根車の回転領域に滞留しようとする気泡および空気を短時間で外側に吸引する。この動作により、第一の遠心羽根車の回転領域から気泡や空気が少なくなると、第一の遠心羽根車は水を加圧することができる。こうして、気泡を含んだ水が、第二の遠心羽根車を経て、吐出口から吐水される。このようにして、気泡を含んだ水を加圧したり、循環させることができるものである。
【００２４】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、第一及び第二の遠心羽根車を駆動する電動機を単一とし、少なくとも第一の遠心羽根車または第二の遠心羽根車の一方を選択して電動機で駆動するための出力切換手段を設けた遠心ポンプである。
【００２５】
この発明では、単一の電動機の出力を出力切換手段により、第一の遠心羽根車だけを回転することで、水を加圧することができるものである。また、第二の遠心羽根車だけを回転することで、空気を送風することができるものである。また、請求項１の発明の場合と同様に、第一の遠心羽根車と第二の遠心羽根車を同時に回転することで、泡混じりの水を加圧することが可能である。
【００２６】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明に加え、出力切換手段は、第一および第二の遠心羽根車の負荷トルクを検出するトルク検知手段からのトルク検知信号に応じて、少なくとも第一または第二の遠心羽根車の一方を選択して駆動する遠心ポンプである。
【００２７】
この発明では、洗浄水の状態の差異による、遠心羽根車の負荷トルクの変動を検知するトルク検知手段からのトルク検知信号に応じて、出力切換手段を動作させる。このことにより電動機の出力は、第一の遠心羽根車および第二の遠心羽根車に伝達されるものである。
【００２８】
加圧する対象が気体のときには、一般には遠心羽根車の負荷トルクが小さくて、低レベルのトルク検知信号が得られるので、第二の遠心羽根車を回転させる。また、液体や気泡の比率の低い流体のときには、遠心羽根車の負荷トルクが大きくて、高レベルのトルク検知信号が得られるので、第一の遠心羽根車を回転させる。
【００２９】
循環流体が多量の気泡および空気を含むと、遠心羽根車の負荷トルクが所定の範囲を越えたり、場合によっては上下に変動するレベルのトルク検知信号が得られるが、第一の遠心羽根車と第二の遠心羽根車をともに回転することで、ケーシング内に気泡および空気を滞留させずに、気泡と水を安定して吐出することができる。すなわち、加圧する対象の負荷の変動に応じた最適な加圧能力および循環能力を実現することが可能となる。
【００３０】
請求項６記載の発明は、請求項４または５記載の発明に加えて、出力切換手段は、電動機の回転方向により少なくとも第一または第二の遠心羽根車の一方を選択して出力トルクを伝達するクラッチ機構で形成して、流体の状態や遠心羽根車の負荷に連動して、電動機の回転方向を切り換える遠心ポンプである。
【００３１】
この発明では、水に対する気泡の含有率（ボイド率ともいう）による負荷の変動を、電動機の回転方向を切り換えるという技術手段でもって、第一の遠心羽根車および第二の遠心羽根車を選択して動作させることができて、ポンプとして必要な特性が得られるものである。
【００３２】
請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の発明に加えて、第一の遠心羽根車の回転時に、第二の遠心羽根車は略静止状態として流体の動圧を静圧に回復するディフューザ機能を果たす遠心ポンプである。
【００３３】
この発明では、洗浄水を加圧するときに、第一の遠心羽根車が回転して、加速された流体が、第二の遠心羽根車により効率的に静圧に回復する作用を有する。したがって、ケーシングがボリュート形状でなくともよいものである。
【００３４】
【実施例】
以下、この発明の実施例について、図面を参照しつつ説明する。
【００３５】
（実施例１）
図１および図２において、１は第一の遠心羽根車、２は第一の遠心羽根車１より外径の大きい第二の遠心羽根車、３は流体の吸込口４と吐出口５を有したケーシングである。６はこれらの遠心羽根車を駆動する電動機であり、ケーシング３は遠心羽根車を内装する容器本体３ａと、ケーシング３内部の電動機６の出力軸部分で流体をシールする軸封部材３ｂを有す容器蓋３ｃとで形成してある。第一の遠心羽根車１と第二の遠心羽根車２は別体であるが、電動機６の出力軸に固定されており、２個の遠心羽根車は同一に回転する。これらを主な要素として、液体や気体を加圧する遠心ポンプ７として構成されている。
【００３６】
また、図３および図４に示すように、回転方向を時計方向とすると、第一の遠心羽根車１の羽根８の出口角度αは略９０度以下である。一方、第二の遠心羽根車２の羽根９の出口角度βは略９０度以上である。基本的な特性として、第二の遠心羽根車２は、回転方向を時計方向とすると、羽根９の出口角度βを略９０度以上としているので、遠心羽根車の回転時の周速度が同一でも、出口の速度三角形の関係により流体の絶対速度が大きいものであり、気体に対して大きい吸込力が得られる。したがって、単純に第一の遠心羽根車１に比べて、外径が大きくて周速度が大きいこと以上に、吸込力がある。
【００３７】
一方、第一の遠心羽根車１は、回転方向を時計方向とすると、羽根８の出口角度αは９０度以下であるので、遠心羽根車の回転時の周速が同一でも、流体の絶対速度は小さく、速度水頭を低損失で圧力水頭に変換できるものであり、液体加圧力が効率よく得られるという特徴を有する。
【００３８】
次にこの遠心ポンプ７の動作を説明する。まず、水を加圧するためには、電動機６によって、第一の遠心羽根車１と第二の遠心羽根車２を反時計方向に回転させる。吸込口４からケーシング６に案内された水は、それぞれの羽根車で加圧されて、吐出口５より吐出されて、一般の遠心ポンプとして使用できる。ただし、電動機６の出力が十分あれば、この実施例の形態ではいずれの回転方向でも使用できる。また、空気では、電動機６によって、第一の遠心羽根車１と第二の遠心羽根車２を時計方向に回転させる。すると、主として第二の遠心羽根車２で加圧して、送風機としても、使用できるものである。なお、第二の遠心羽根車２に加えて、第一の遠心羽根車１も同様に回転するので、この羽根８が流体の流入を滑らかにする入り口案内羽根としてインデューサ機能を果たして、効率的に加圧できるという効果を有する。
【００３９】
そこで、気体を含んだ液体として、例えば気泡を含んだ水が遠心ポンプ７に供給されたときや、起動時にケーシング３の内部に空気が多量に存在して、従来の遠心ポンプでは、これらの流体を循環できないような条件下での動作を説明する。
【００４０】
まず、予めケーシング３の内部に空気が多量に存在する場合を想定する。この時には、電動機６によって、第一の遠心羽根車１と第二の遠心羽根車２を時計方向に回転させる。電動機６の回転開始直後には、第一の遠心羽根車１内に、多量の空気が存在したままで、第二の遠心羽根車２がケーシング３内の水を攪拌するのみであって、遠心ポンプ７は液体を吐出しない。ところが、羽根９から流出する流体の絶対速度が大である第二の遠心羽根車２の吸込力によって、ケーシング３内部の、特に第一の羽根車１の回転領域において滞留する気泡および空気をその外側へと排出する動作が短時間でなされる。この動作により、第一の遠心羽根車１の回転領域から空気がなくなって、羽根８の周囲が水で満たされて、羽根８にて水を加圧することができる。これによって、ケーシング３内に存在した空気が押し出されて、第二の遠心羽根車２を経て、吐出口５から吐水する状態となる。
【００４１】
また、運転途中に、再び多量の気泡が混入しても、同様の動作によって、安定して揚水できる状態を維持するものである。このようにして、気泡を含んだ水を加圧したり、循環させることができるものである。
【００４２】
特に、ケーシング３内に多量の空気が存在して水が少ない場合に、上記のような動作にて、ポンプとしての加圧能力を運転直後より得られるという効果は、本発明の遠心ポンプに特有のものである。
【００４３】
以上のようにシンプルな遠心羽根車とケーシングでもって、気泡を含んだ水を循環できる遠心ポンプを提供することができるものである。
【００４４】
また、洗浄機用の遠心ポンプとしては、以下のような効果を発揮する。第一に、発泡度の高い洗剤が使用可能となる。第二に、洗浄水位が何らかの要因で変動して、低水位および少水量になっても、洗浄ポンプとしての機能を発揮する。
【００４５】
（実施例２）
図５に示すように、流体の吸込口１０と吐出口１１を有したケーシング１２があり、このケーシング１２の内部には、実施例１と同様の第一の遠心羽根車１３および第二の遠心羽根車１４がある。これらの遠心羽根車を駆動するための電動機１５とケーシング１１との間に、第一の遠心羽根車１３または第二の遠心羽根車１４を選択して電動機１５で駆動するための出力切換手段１６が設けてある。第一の遠心羽根車１３および第二の遠心羽根車１４はそれぞれ、複数個の羽根１７および１８を有している。１９はトルク検知手段であって、電動機１５の負荷電流や出力軸の回転数等に基づいて遠心羽根車の負荷トルクを検出する。
【００４６】
次に動作について説明する。基本的な動作は、前記実施例１と同様であるので、特徴的な動作を中心に述べる。
【００４７】
まず、水を加圧するためには、出力切換手段１６にて、第一の遠心羽根車１３に電動機１５の出力トルクを伝達して、第二の遠心羽根車１４は静止させる。第一の遠心羽根車１３の羽根１７にて、水を加圧する。水は第二の遠心羽根車１４の羽根１８を通過して、吐出口１１から水を出す。このとき、第二の遠心羽根車１４は静止状態のままで、水の圧力回復を効率よく行う。
【００４８】
また、空気を加圧するためには、出力切換手段１６にて、第二の遠心羽根車１４に電動機１５の出力トルクを伝達して、第一の遠心羽根車１３は静止させる。第二の遠心羽根車１４の羽根１８にて、空気を加圧することができる。
【００４９】
このとき、第一の遠心羽根車１３も同時に回転させると、羽根１７は空気の流入を滑らかにするための、入り口案内羽根としての作用を行って、効率のよいものである。
【００５０】
さらに、気泡を含んだ水を循環する場合や、ケーシング内に多量の空気が滞留した状態からポンプを起動する場合には、第一の遠心羽根車１３と第二の遠心羽根車１４を同時に回転させる。すると、実施例１と同様、第二の遠心羽根車１４で気泡や空気が加速されて、ケーシング１２の内壁へと押しやられて、第一の遠心羽根車１３の回転領域から空気を排除して、第一の遠心羽根車１３は水を加圧する能力が得られる。
【００５１】
この状態で、循環する水の気泡の量が少ないときには、電動機１５にかかる負荷トルクが過大なものになる。その場合には、第一の遠心羽根車１３のみで、水を加圧することで、負荷トルクを小さくできる。
【００５２】
このように、流体の状態または第一の遠心羽根車１３および第二の遠心羽根車１４の負荷に連動して、電動機１５が駆動する遠心羽根車を切り換えて、安定して循環できるものである。
【００５３】
（実施例３）
図８に示すように、出力切換手段は、電動機２０の回転方向により第一の遠心羽根車２１および第二の遠心羽根車２２を選択して出力トルクを伝達するクラッチ機構２３で形成してある。このクラッチ機構は、回転方向によって、出力トルクの伝達をＯＮおよびＯＦＦできるものである。２４は、ケーシングで２個の遠心羽根車を内装する容器本体２４ａと、吸込口２５と吐出口２６を有している。２８は電動機２０の出力軸２７にて流体をシールする軸封部材である。２９は、クラッチ機構２３と軸封部材２８を装着した回転軸であり、一端には第二の遠心羽根車２２が固定されている。３０は回転軸２９にて流体をシールする他の軸封部材である。第一の遠心羽根車２１と第二の遠心羽根車２２は別体であって、第一の遠心羽根車２１は電動機６の出力軸２７にて駆動されて、第二の遠心羽根車２２は回転軸２９にて駆動される構成となっている。
【００５４】
次に動作について説明する。基本的な考え方は、前記実施例２と同様であるので、特徴的な動作についてのみ述べる。
【００５５】
まず、水を加圧するためには、電動機２０を反時計方向に回転させる。この回転方向では、クラッチ機構２３が、第二の遠心羽根車２２の回転軸２９に電動機２０の出力トルクを伝達させない構造である。図９に示すように、第一の遠心羽根車２１のみが反時計方向に回転して、羽根３１にて水を加圧する。水は第二の遠心羽根車２２を通過して、吐出口から水を出す。このとき、第二の遠心羽根車２２は運転開始時は静止しているが、水の流出に伴って、水流の反力にて回転する。クラッチ機構２３はこの方向の回転を拘束しないで、第二の遠心羽根車２２は回転自在のものである。すなわち、第二の遠心羽根車２２を緩やかに回転しながら、流体の動圧を静圧に回復するディフューザ機能を果たす。
【００５６】
また、空気を加圧するためには、電動機２０を時計方向に回転させる。この回転方向では、クラッチ機構２３が、第二の遠心羽根車２２に加えて第一の遠心羽根車２１にも電動機の出力トルクを伝達する構造である。図１０に示すように、第一の遠心羽根車２１および第二の遠心羽根車２２が時計方向に回転して、主として羽根３２にて空気を加圧する。なお、第二の遠心羽根車２２の周速度および気体の絶対速度は第一の遠心羽根車２１に比べて大きいために、空気は主に第二の遠心羽根車２２で加圧されて、第一の遠心羽根車２１は空気の流入を滑らかにするための、入り口案内羽根としての作用を行う。
【００５７】
さらに、気泡を含んだ水を循環する場合や、ケーシング２４内に多量の空気が滞留した状態からこのポンプを起動する場合には、空気のときと同様に、電動機２０を時計方向に回転させる。すると、第二の遠心羽根車２２の羽根３２で気泡や空気が加速されて、ケーシング２４内壁へと押しやられて、第一の遠心羽根車２１の羽根３１回転領域から空気を排除して、第一の遠心羽根車２１は水を加圧する能力が得られる。こうして、気泡を含んだ水を安定して循環できる。
【００５８】
この後、循環する水の気泡の量が少ないときには、第二の遠心羽根車２２を駆動する電動機２０にかかる負荷トルクが過大なものになる。その場合には、電動機２０を反時計方向に回転させる。すると、第一の遠心羽根車２１のみで、水を加圧するので、電動機２０にかかる負荷トルクが小さくできる。
【００５９】
このように、流体の状態または第一の遠心羽根車２１および第二の遠心羽根車２２の負荷に連動して、すなわち電動機２０の負荷トルクの検知信号に応じて、出力切換手段の実現方法として、クラッチ機構２３を設けて、電動機２０の回転方向を切り換えるものである。これにより、小型の電動機にて、空気、気泡を含む水および通常の水を加圧したり循環したりできる遠心ポンプが実現できる。
【００６０】
なお、実施例３では、第二の遠心羽根車２２は水を循環するときに回転するが、実施例２と同様に静止させてもよいものである。
【００６１】
（実施例４）
図１１に示すように、４１は第一の遠心羽根車、４２は第一の遠心羽根車４１より外径の大きい第二の遠心羽根車、４３は流体の吸込口４４と吐出口４５を有したケーシングである。４６は第一の遠心羽根車４１を駆動する第一の電動機４７の出力軸である。４８は第二の遠心羽根車４２を駆動する第二の電動機４９から得られる回転軸である。出力軸４６と回転軸４８にはそれぞれ流体をシールする軸封部材を設けてある。また、第一の遠心羽根車４１と第二の遠心羽根車４２は別体であって、２個の電動機にて駆動される遠心ポンプである。
【００６２】
基本的な動作は、実施例３と同様であるので、説明を省略するが、クラッチ機構がないために、遠心羽根車の回転数や耐久時間等の設計上の制約条件が少ない。また、それぞれの遠心羽根車を最適な回転数および出力トルクで駆動できるので、洗浄機その他への応用範囲が広い遠心ポンプである。
【００６３】
なお、上記の各実施例では、洗浄機への応用を想定した説明が多いが、調理器や気液混相流を取り扱った各種のプラント等にも、適用可能な遠心ポンプであることは言うまでもない。
【００６４】
この発明は、第一の遠心羽根車と、第一の遠心羽根車より外径の大きい第二の遠心羽根車と、これらの遠心羽根車を駆動する電動機と、流体の吸込口と吐出口を有したケーシングとを備えた遠心ポンプにおいて、主として第一の遠心羽根車で液体を加圧するとともに、主として第二の遠心羽根車で気体を加圧することを特徴とすることで、シンプルな遠心羽根車とケーシングでもって、液体および気体を加圧および循環できるとともに、気泡を含んだ水を循環できる遠心ポンプを提供する。
【００６５】
また、第一の遠心羽根車と第二の遠心羽根車を一体または別体に形成して、所定の回転方向にて、第二の遠心羽根車の出口角度を略９０度以上とした遠心ポンプとすることで、第二の遠心羽根車では、気体の吸込力が大きい。さらに、第一の遠心羽根車の出口角度を略９０度以下とすることにより、液体加圧力が効率よく得られる。そこで、気体を含んだ液体として、例えば気泡を含んだ水を加圧するときには、流出する流体の絶対速度が大である第二の遠心羽根車で、ケーシング内に滞留しようとする空気を短時間で排出する。この動作により、気泡を含んだ水を加圧したり、循環させることができる遠心ポンプを実現する。また、起動時にケーシング内に多量の空気が存在し、水が少ないときにも、水や気泡を含んだ水を加圧できるものである。
【００６６】
また、電動機を単一として、第一の遠心羽根車および第二の遠心羽根車を選択して電動機で駆動するための出力切換手段を設けたことを特徴とする洗浄ポンプとしたことで、単一の電動機の出力を出力切換手段により、第一の遠心羽根車だけを回転することで、水を加圧することができるものである。次に、第二の遠心羽根車だけを回転することで、空気を送風することができるものである。また、請求項１や請求項２の発明の場合と同様に、泡混じりの水を加圧することが可能であって、しかも単一の電動機で駆動できる遠心ポンプを実現する。
【００６７】
また、出力切換手段は、第１または第二の遠心羽根車の負荷トルクを検出するトルク検知手段からのトルク検知信号に応じて、第一の遠心羽根車または第二の遠心羽根車を選択して駆動したことを特徴とする遠心ポンプとすることで、水の状態の差異による、羽根車の負荷トルクの変動を検知するトルク検知手段からのトルク検知信号に応じて、出力切換手段により電動機の出力を第一の遠心羽根車または第二の遠心羽根車に伝達することができる。
【００６８】
気体や気泡の比率の高いときには、負荷トルクが小さいので、外径の大きい第二の遠心羽根車を回転させる。液体や気泡の比率の低いときには、外径の小さい第一の遠心羽根車を回転させる。気泡が所定量含まれる場合には、第一の遠心羽根車と第二の遠心羽根車をともに回転することで、ケーシング内に気泡を残留させずに、気泡と水を安定して吐出することができる。すなわち、流体の状態変化や負荷の変動に応じた最適な加圧能力を実現する遠心ポンプが提供される。
【００６９】
また、出力切換手段は、電動機の回転方向により第一の遠心羽根車または第二の遠心羽根車を選択して出力トルクを伝達するクラッチ機構で形成して、流体の状態または遠心羽根車の負荷に連動して、電動機の回転方向を切り換えたことを特徴としたことで、ボイド率の差異による負荷の変動を、クラッチ機構と電動機の回転方向を切り替えるという技術手段で、第一の遠心羽根車および第二の遠心羽根車を選択して動作させて最適な運転を行うという遠心ポンプが提供される。
【００７０】
また、第一の遠心羽根車の回転時に、第二の遠心羽根車は略静止状態として流体の動圧を静圧に回復するディフューザ機能を果たすことを特徴とすることで、洗浄水を加圧するときに、第一の遠心羽根車が回転して、加速された流体が、第二の遠心羽根車により効率的に静圧に回復する作用を有する。効率がよく、使用条件の幅広い遠心ポンプを提供できる。
【００７１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、シンプルな遠心羽根車とケーシングの構成でもって、液 体および気体を加圧できるとともに、気泡を含んだ水を加圧および循環できる遠心ポンプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１における遠心ポンプの遠心羽根車を示す図
【図２】 同実施例の遠心ポンプの要部を示す図
【図３】 同実施例の第一の羽根車を示す図
【図４】 同実施例の第２の羽根車を示す図
【図５】 本発明の実施例２における遠心ポンプの形態を示す図
【図６】 同実施例の第一の羽根車を示す図
【図７】 同実施例の第２の羽根車を示す図
【図８】 本発明の実施例３における遠心ポンプの形態を示す図
【図９】 同実施例で水を加圧する運転状態を示す図
【図１０】 同実施例で空気を加圧する運転状態を示す図
【図１１】 本発明の実施例４における遠心ポンプの要部を示す図
【図１２】 従来の遠心ポンプの要部を示す図
【図１３】 同遠心ポンプの遠心羽根車を示す図
【図１４】 従来の食器洗い乾燥機を示す図
【符号の説明】
１ 第一の遠心羽根車
２ 第二の遠心羽根車
３ ケーシング
４ 吸込口
５ 吐出口
６ 電動機
７ 遠心ポンプ
８ 羽根
１６ 出力切換手段
１９ トルク検知手段
２３ クラッチ機構
２７ 出力軸
２９ 回転軸
【発明の属する技術分野】
本発明は、遠心ポンプの構造に係わり、特に食器洗い乾燥機を始めとする洗浄機に搭載される遠心ポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
遠心ポンプを洗浄ポンプとして搭載して、水（以下では洗浄水ともいう）を加圧して洗浄ノズルから噴射して、洗浄槽内に設置された被洗浄物の洗浄を行う洗浄機として、例えば食器洗い乾燥機が挙げられる。そこで以下では、従来の食器洗い乾燥機について、図１４に基づいて説明する。
【０００３】
食器の洗浄を行う場合には、食器を洗浄槽５１の食器かご５２に収納し、洗剤を投入して運転を開始する。運転が開始されると、まず洗浄ポンプ５３が洗浄水を加圧する動作が安定するように、所定量の洗浄水を洗浄槽５１に供給する給水工程が実行される。洗浄ポンプ５３の吸込口と水面はほぼ一定の間隔を有している。続いて、洗浄ポンプ５３によって加圧され且つヒータ５４によって加熱された洗浄水が洗剤と共に洗浄ノズル５５から噴射される本洗工程が行われる。洗浄水は洗浄ノズル５５の噴射孔から鉛直方向または斜め上方向に噴射される。また洗浄ノズル５５はこの噴射反力によって略水平に回転する。このように回転する洗浄ノズル５５から噴射された洗浄水の衝突力・洗剤・熱等の作用によって、食器は洗浄されるものである。
【０００４】
所定時間の本洗工程を経ると、次に食器等から洗い落とされた汚れを含む洗浄水を排水ポンプ５６によって機外に排出する排水工程に入る。引き続いて、新たに洗浄水を供給する給水工程と、洗剤や残菜（食器に付着した汚れを残菜ともいう）で汚れた食器をすすぐために洗浄水を洗浄ノズル５５から噴射するすすぎ工程と、前記排水工程とが連続して４回繰り返されて、洗浄工程を終了する。
【０００５】
続いて、送風機５７により洗浄槽５１内に機外より空気を送風ダクト５８から送風口５９を経て洗浄槽５１に送り込み、ヒータ５４を断続的に運転して温風を作り、この温風で食器に付着した水滴を蒸発させる乾燥工程が行われる。この乾燥工程で洗浄槽５１内の多湿な空気は排気口６０より機外に排出される。なお６１は、洗浄ポンプ５３・ヒータ５４等の運転を制御する制御装置である。また、６２は送風機５７に室内の空気を送り込む吸気口である。６３は洗浄水の給水経路を開閉する給水弁である。６４、６５および６６は、それぞれ洗浄ポンプ５３、排水ポンプ５６および送風機５７の羽根車６７、６８、および６９を駆動する電動機である。７０は排水経路、７１は残菜を回収するフィルターである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来の構成の食器洗い乾燥機を始めとして、このような洗浄機における洗浄ポンプとしての遠心ポンプは、以下のような課題を有している。
【０００７】
一般に遠心ポンプは、（１）空気吸入量の増大により、揚水不能になる（２）締切近傍では、わずかな空気でも、揚水不能になるという動作特性を有している。この動作特性は、羽根車の入口部が空気でふさがれて、水流がとぎれる現象や、水の流速が小さくて、羽根車の出口と入口の圧力差が大きいため、わずかな空気が羽根車外に流出せずに蓄積する現象に起因するものとされている。
【０００８】
したがって、このような洗浄ポンプを使用した食器洗い乾燥機においては、洗浄水を安定して加圧することができて、洗浄能力を得るためには、洗浄水に一定量以上に気泡が混入することがあってはならない。たとえば、一般の台所用洗剤が混入すれば、多量の泡が発生して、洗浄ポンプ３３は必要な加圧力が得られない。そのためにも循環する洗浄水が発泡することを抑制している低発泡の洗剤を使用することが必要である。いわゆる、「専用洗剤」を使用せざるをえないものである。
【０００９】
また、通常は洗浄ポンプ５３の流量Ｑと吐出圧Ｈの関係を示すＱＨ特性が単一であって、洗浄工程では洗浄ノズル５５から所定の吐出圧と流量で洗浄水を噴射するものである。このため、洗浄する食器の数量や汚れの質に関わらず、洗浄ポンプ５３の循環流量は一定であり、所定の洗浄水量と、洗浄ポンプ５３の吸込部での水深（洗浄槽内の基準面から測った「洗浄水位」ともいう）が必要である。この洗浄水量および洗浄水位を確保するためには、給水する洗浄水の量および洗浄水位が必ず一定範囲内にあるように制御する必要があり、そのための水位検知手段は高精度で高コストなものが必要となる。
【００１０】
また、洗浄工程で所定の洗浄性能を得るためには、所定の洗浄水量を食器とともに所定の温度まで加熱することが必要となる。このためにヒータ５４の加熱能力（容量ともいう）は大きいものが必要となる。しかも、ヒータによる加熱には長時間を必要とするものであり、洗浄運転での使用水量と消費電力量と運転時間のかかるものである。
【００１１】
また、上述の洗浄工程や乾燥工程を実行するためには、洗浄ポンプ５３に加えて、排水ポンプ５６や送風機５７を必要としている。このように洗浄乾燥のための機構部を駆動するモータが３個必要であるので、部品点数が多くて構造が複雑である。しかもこれらの機構部が、このような従来の洗浄機の全体容積に占める割合が大きい。すなわち、食器を収納するための容積が小さいものであり、収納できる食器の大きさが限定されるものである。
【００１２】
これを解決する公知の技術として、図１２に示すように、水の加圧と送風をそれぞれ第一のケーシング７２と第二のケーシング７３および第一の遠心羽根車７４と第二の遠心羽根車７５で行って、これらを単一の電動機７６で駆動することで、洗浄および乾燥の機構部としての小型化を実現するポンプがある。しかしながら、第一の遠心羽根車７４と第一のケーシング７２の関係は図１３のようなものであり、本質的には従来の遠心ポンプと同様に、水に対する加圧能力しかないので、循環水に気泡が含まれると能力は低下するものである。
【００１３】
本発明は、以上のような従来の洗浄機における洗浄ポンプが有している課題を解決するものである。
【００１４】
特に、シンプルな遠心羽根車とケーシングでもって、気泡を含んだ水を循環できる遠心ポンプを提供することを目的としているものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の遠心ポンプは、第一の遠心羽根車と、前記第一の遠心羽根車より外径の大きい第二の遠心羽根車と、前記第一及び第二の遠心羽根車を駆動する電動機と、流体の吸込口と吐出口を有し、かつ、前記第一及び第二の遠心羽根車を同軸に内設したケーシングとを備え、前記第一の遠心羽根車の出口角度を後向き羽根とするとともに、前記第二の遠心羽根車を前向き羽根とし、前記第一の遠心羽根車を前記第二の遠心羽根車の羽根の内側に設けたものである。この発明によれば、シンプルな遠心羽根車とケーシングの構成でもって、液体および気体を加圧できるとともに、気泡を含んだ水を加圧および循環できる遠心ポンプを提供できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
請求項１記載の発明は、第一の遠心羽根車と、前記第一の遠心羽根車より外径の大きい第二の遠心羽根車と、前記第一及び第二の遠心羽根車を駆動する電動機と、流体の吸込口と吐出口を有し、かつ、前記第一及び第二の遠心羽根車を同軸に内設したケーシングとを備え、前記第一の遠心羽根車の出口角度を後向き羽根とするとともに、前記第二の遠心羽根車を前向き羽根とし、前記第一の遠心羽根車を前記第二の遠心羽根車の羽根の内側に設けた遠心ポンプである。
【００１７】
この発明では、液体の加圧は、羽根車の負荷トルクを小さくするために、外径の小さい第一の遠心羽根車を回転することで行われる。気体の加圧は、大きい周速度を得るために、外径の大きい第二の遠心羽根車を回転することで行われる。なお、電動機の大きさは、それぞれの負荷トルクを駆動できるだけの出力が得られるものであればよい。
【００１８】
さらに、気泡を含んだ水を加圧するには、第一の遠心羽根車と第二の遠心羽根車を同時に回転することで、流出する流体の絶対速度が大である第二の遠心羽根車で、ケーシング内に滞留しようとする空気を排出する。この動作により、第一の遠心羽根車が洗浄水を加圧することができる。この水は、第二の遠心羽根車を経て、吐出口から吐水する。このようにして、気泡を含んだ水を加圧したり、循環させることができるものである。
【００１９】
また、空気を送風する時に、第二の遠心羽根車に加えて、第一の遠心羽根車も同様に回転すると、この羽根が空気の流入を滑らかにする入り口案内羽根としてインデューサ機能を果たすので、ボイド率の大きい洗浄水や空気が効率的に加圧できるという作用を有する。
【００２０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、第二の遠心羽根車の羽根の出口角度を略９０度以上とした遠心ポンプとすることである。
【００２１】
また、請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明に加えて、第一の遠心羽根車の羽根の出口角度を略９０度以下にした遠心ポンプである。なお、流体の相対速度と羽根車の周速度のなす角度を、ターボ流体機械の慣例にしたがって、出口角度と呼ぶ。
【００２２】
これらの発明では、第二の遠心羽根車は、出口角度を略９０度以上とした「前向き羽根」であって、羽根車の回転時の周速度が同一でも、出口の速度三角形により流体の絶対速度が大きいものであり、気体の吸込力が大きい。また、第一の遠心羽根車は「後向き羽根」であって、羽根車の回転時の周速が同一でも、流体の絶対速度は小さく、速度水頭を有効に圧力水頭に変換できるものであり、液体加圧力が効率よく得られる。
【００２３】
これらの発明では特に、気体を含んだ液体として、例えば気泡を含んだ水を加圧するときには、羽根の特性により流出する流体の絶対速度が大である第二の遠心羽根車でもって、ケーシング内、なかでも第一の遠心羽根車の回転領域に滞留しようとする気泡および空気を短時間で外側に吸引する。この動作により、第一の遠心羽根車の回転領域から気泡や空気が少なくなると、第一の遠心羽根車は水を加圧することができる。こうして、気泡を含んだ水が、第二の遠心羽根車を経て、吐出口から吐水される。このようにして、気泡を含んだ水を加圧したり、循環させることができるものである。
【００２４】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、第一及び第二の遠心羽根車を駆動する電動機を単一とし、少なくとも第一の遠心羽根車または第二の遠心羽根車の一方を選択して電動機で駆動するための出力切換手段を設けた遠心ポンプである。
【００２５】
この発明では、単一の電動機の出力を出力切換手段により、第一の遠心羽根車だけを回転することで、水を加圧することができるものである。また、第二の遠心羽根車だけを回転することで、空気を送風することができるものである。また、請求項１の発明の場合と同様に、第一の遠心羽根車と第二の遠心羽根車を同時に回転することで、泡混じりの水を加圧することが可能である。
【００２６】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明に加え、出力切換手段は、第一および第二の遠心羽根車の負荷トルクを検出するトルク検知手段からのトルク検知信号に応じて、少なくとも第一または第二の遠心羽根車の一方を選択して駆動する遠心ポンプである。
【００２７】
この発明では、洗浄水の状態の差異による、遠心羽根車の負荷トルクの変動を検知するトルク検知手段からのトルク検知信号に応じて、出力切換手段を動作させる。このことにより電動機の出力は、第一の遠心羽根車および第二の遠心羽根車に伝達されるものである。
【００２８】
加圧する対象が気体のときには、一般には遠心羽根車の負荷トルクが小さくて、低レベルのトルク検知信号が得られるので、第二の遠心羽根車を回転させる。また、液体や気泡の比率の低い流体のときには、遠心羽根車の負荷トルクが大きくて、高レベルのトルク検知信号が得られるので、第一の遠心羽根車を回転させる。
【００２９】
循環流体が多量の気泡および空気を含むと、遠心羽根車の負荷トルクが所定の範囲を越えたり、場合によっては上下に変動するレベルのトルク検知信号が得られるが、第一の遠心羽根車と第二の遠心羽根車をともに回転することで、ケーシング内に気泡および空気を滞留させずに、気泡と水を安定して吐出することができる。すなわち、加圧する対象の負荷の変動に応じた最適な加圧能力および循環能力を実現することが可能となる。
【００３０】
請求項６記載の発明は、請求項４または５記載の発明に加えて、出力切換手段は、電動機の回転方向により少なくとも第一または第二の遠心羽根車の一方を選択して出力トルクを伝達するクラッチ機構で形成して、流体の状態や遠心羽根車の負荷に連動して、電動機の回転方向を切り換える遠心ポンプである。
【００３１】
この発明では、水に対する気泡の含有率（ボイド率ともいう）による負荷の変動を、電動機の回転方向を切り換えるという技術手段でもって、第一の遠心羽根車および第二の遠心羽根車を選択して動作させることができて、ポンプとして必要な特性が得られるものである。
【００３２】
請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の発明に加えて、第一の遠心羽根車の回転時に、第二の遠心羽根車は略静止状態として流体の動圧を静圧に回復するディフューザ機能を果たす遠心ポンプである。
【００３３】
この発明では、洗浄水を加圧するときに、第一の遠心羽根車が回転して、加速された流体が、第二の遠心羽根車により効率的に静圧に回復する作用を有する。したがって、ケーシングがボリュート形状でなくともよいものである。
【００３４】
【実施例】
以下、この発明の実施例について、図面を参照しつつ説明する。
【００３５】
（実施例１）
図１および図２において、１は第一の遠心羽根車、２は第一の遠心羽根車１より外径の大きい第二の遠心羽根車、３は流体の吸込口４と吐出口５を有したケーシングである。６はこれらの遠心羽根車を駆動する電動機であり、ケーシング３は遠心羽根車を内装する容器本体３ａと、ケーシング３内部の電動機６の出力軸部分で流体をシールする軸封部材３ｂを有す容器蓋３ｃとで形成してある。第一の遠心羽根車１と第二の遠心羽根車２は別体であるが、電動機６の出力軸に固定されており、２個の遠心羽根車は同一に回転する。これらを主な要素として、液体や気体を加圧する遠心ポンプ７として構成されている。
【００３６】
また、図３および図４に示すように、回転方向を時計方向とすると、第一の遠心羽根車１の羽根８の出口角度αは略９０度以下である。一方、第二の遠心羽根車２の羽根９の出口角度βは略９０度以上である。基本的な特性として、第二の遠心羽根車２は、回転方向を時計方向とすると、羽根９の出口角度βを略９０度以上としているので、遠心羽根車の回転時の周速度が同一でも、出口の速度三角形の関係により流体の絶対速度が大きいものであり、気体に対して大きい吸込力が得られる。したがって、単純に第一の遠心羽根車１に比べて、外径が大きくて周速度が大きいこと以上に、吸込力がある。
【００３７】
一方、第一の遠心羽根車１は、回転方向を時計方向とすると、羽根８の出口角度αは９０度以下であるので、遠心羽根車の回転時の周速が同一でも、流体の絶対速度は小さく、速度水頭を低損失で圧力水頭に変換できるものであり、液体加圧力が効率よく得られるという特徴を有する。
【００３８】
次にこの遠心ポンプ７の動作を説明する。まず、水を加圧するためには、電動機６によって、第一の遠心羽根車１と第二の遠心羽根車２を反時計方向に回転させる。吸込口４からケーシング６に案内された水は、それぞれの羽根車で加圧されて、吐出口５より吐出されて、一般の遠心ポンプとして使用できる。ただし、電動機６の出力が十分あれば、この実施例の形態ではいずれの回転方向でも使用できる。また、空気では、電動機６によって、第一の遠心羽根車１と第二の遠心羽根車２を時計方向に回転させる。すると、主として第二の遠心羽根車２で加圧して、送風機としても、使用できるものである。なお、第二の遠心羽根車２に加えて、第一の遠心羽根車１も同様に回転するので、この羽根８が流体の流入を滑らかにする入り口案内羽根としてインデューサ機能を果たして、効率的に加圧できるという効果を有する。
【００３９】
そこで、気体を含んだ液体として、例えば気泡を含んだ水が遠心ポンプ７に供給されたときや、起動時にケーシング３の内部に空気が多量に存在して、従来の遠心ポンプでは、これらの流体を循環できないような条件下での動作を説明する。
【００４０】
まず、予めケーシング３の内部に空気が多量に存在する場合を想定する。この時には、電動機６によって、第一の遠心羽根車１と第二の遠心羽根車２を時計方向に回転させる。電動機６の回転開始直後には、第一の遠心羽根車１内に、多量の空気が存在したままで、第二の遠心羽根車２がケーシング３内の水を攪拌するのみであって、遠心ポンプ７は液体を吐出しない。ところが、羽根９から流出する流体の絶対速度が大である第二の遠心羽根車２の吸込力によって、ケーシング３内部の、特に第一の羽根車１の回転領域において滞留する気泡および空気をその外側へと排出する動作が短時間でなされる。この動作により、第一の遠心羽根車１の回転領域から空気がなくなって、羽根８の周囲が水で満たされて、羽根８にて水を加圧することができる。これによって、ケーシング３内に存在した空気が押し出されて、第二の遠心羽根車２を経て、吐出口５から吐水する状態となる。
【００４１】
また、運転途中に、再び多量の気泡が混入しても、同様の動作によって、安定して揚水できる状態を維持するものである。このようにして、気泡を含んだ水を加圧したり、循環させることができるものである。
【００４２】
特に、ケーシング３内に多量の空気が存在して水が少ない場合に、上記のような動作にて、ポンプとしての加圧能力を運転直後より得られるという効果は、本発明の遠心ポンプに特有のものである。
【００４３】
以上のようにシンプルな遠心羽根車とケーシングでもって、気泡を含んだ水を循環できる遠心ポンプを提供することができるものである。
【００４４】
また、洗浄機用の遠心ポンプとしては、以下のような効果を発揮する。第一に、発泡度の高い洗剤が使用可能となる。第二に、洗浄水位が何らかの要因で変動して、低水位および少水量になっても、洗浄ポンプとしての機能を発揮する。
【００４５】
（実施例２）
図５に示すように、流体の吸込口１０と吐出口１１を有したケーシング１２があり、このケーシング１２の内部には、実施例１と同様の第一の遠心羽根車１３および第二の遠心羽根車１４がある。これらの遠心羽根車を駆動するための電動機１５とケーシング１１との間に、第一の遠心羽根車１３または第二の遠心羽根車１４を選択して電動機１５で駆動するための出力切換手段１６が設けてある。第一の遠心羽根車１３および第二の遠心羽根車１４はそれぞれ、複数個の羽根１７および１８を有している。１９はトルク検知手段であって、電動機１５の負荷電流や出力軸の回転数等に基づいて遠心羽根車の負荷トルクを検出する。
【００４６】
次に動作について説明する。基本的な動作は、前記実施例１と同様であるので、特徴的な動作を中心に述べる。
【００４７】
まず、水を加圧するためには、出力切換手段１６にて、第一の遠心羽根車１３に電動機１５の出力トルクを伝達して、第二の遠心羽根車１４は静止させる。第一の遠心羽根車１３の羽根１７にて、水を加圧する。水は第二の遠心羽根車１４の羽根１８を通過して、吐出口１１から水を出す。このとき、第二の遠心羽根車１４は静止状態のままで、水の圧力回復を効率よく行う。
【００４８】
また、空気を加圧するためには、出力切換手段１６にて、第二の遠心羽根車１４に電動機１５の出力トルクを伝達して、第一の遠心羽根車１３は静止させる。第二の遠心羽根車１４の羽根１８にて、空気を加圧することができる。
【００４９】
このとき、第一の遠心羽根車１３も同時に回転させると、羽根１７は空気の流入を滑らかにするための、入り口案内羽根としての作用を行って、効率のよいものである。
【００５０】
さらに、気泡を含んだ水を循環する場合や、ケーシング内に多量の空気が滞留した状態からポンプを起動する場合には、第一の遠心羽根車１３と第二の遠心羽根車１４を同時に回転させる。すると、実施例１と同様、第二の遠心羽根車１４で気泡や空気が加速されて、ケーシング１２の内壁へと押しやられて、第一の遠心羽根車１３の回転領域から空気を排除して、第一の遠心羽根車１３は水を加圧する能力が得られる。
【００５１】
この状態で、循環する水の気泡の量が少ないときには、電動機１５にかかる負荷トルクが過大なものになる。その場合には、第一の遠心羽根車１３のみで、水を加圧することで、負荷トルクを小さくできる。
【００５２】
このように、流体の状態または第一の遠心羽根車１３および第二の遠心羽根車１４の負荷に連動して、電動機１５が駆動する遠心羽根車を切り換えて、安定して循環できるものである。
【００５３】
（実施例３）
図８に示すように、出力切換手段は、電動機２０の回転方向により第一の遠心羽根車２１および第二の遠心羽根車２２を選択して出力トルクを伝達するクラッチ機構２３で形成してある。このクラッチ機構は、回転方向によって、出力トルクの伝達をＯＮおよびＯＦＦできるものである。２４は、ケーシングで２個の遠心羽根車を内装する容器本体２４ａと、吸込口２５と吐出口２６を有している。２８は電動機２０の出力軸２７にて流体をシールする軸封部材である。２９は、クラッチ機構２３と軸封部材２８を装着した回転軸であり、一端には第二の遠心羽根車２２が固定されている。３０は回転軸２９にて流体をシールする他の軸封部材である。第一の遠心羽根車２１と第二の遠心羽根車２２は別体であって、第一の遠心羽根車２１は電動機６の出力軸２７にて駆動されて、第二の遠心羽根車２２は回転軸２９にて駆動される構成となっている。
【００５４】
次に動作について説明する。基本的な考え方は、前記実施例２と同様であるので、特徴的な動作についてのみ述べる。
【００５５】
まず、水を加圧するためには、電動機２０を反時計方向に回転させる。この回転方向では、クラッチ機構２３が、第二の遠心羽根車２２の回転軸２９に電動機２０の出力トルクを伝達させない構造である。図９に示すように、第一の遠心羽根車２１のみが反時計方向に回転して、羽根３１にて水を加圧する。水は第二の遠心羽根車２２を通過して、吐出口から水を出す。このとき、第二の遠心羽根車２２は運転開始時は静止しているが、水の流出に伴って、水流の反力にて回転する。クラッチ機構２３はこの方向の回転を拘束しないで、第二の遠心羽根車２２は回転自在のものである。すなわち、第二の遠心羽根車２２を緩やかに回転しながら、流体の動圧を静圧に回復するディフューザ機能を果たす。
【００５６】
また、空気を加圧するためには、電動機２０を時計方向に回転させる。この回転方向では、クラッチ機構２３が、第二の遠心羽根車２２に加えて第一の遠心羽根車２１にも電動機の出力トルクを伝達する構造である。図１０に示すように、第一の遠心羽根車２１および第二の遠心羽根車２２が時計方向に回転して、主として羽根３２にて空気を加圧する。なお、第二の遠心羽根車２２の周速度および気体の絶対速度は第一の遠心羽根車２１に比べて大きいために、空気は主に第二の遠心羽根車２２で加圧されて、第一の遠心羽根車２１は空気の流入を滑らかにするための、入り口案内羽根としての作用を行う。
【００５７】
さらに、気泡を含んだ水を循環する場合や、ケーシング２４内に多量の空気が滞留した状態からこのポンプを起動する場合には、空気のときと同様に、電動機２０を時計方向に回転させる。すると、第二の遠心羽根車２２の羽根３２で気泡や空気が加速されて、ケーシング２４内壁へと押しやられて、第一の遠心羽根車２１の羽根３１回転領域から空気を排除して、第一の遠心羽根車２１は水を加圧する能力が得られる。こうして、気泡を含んだ水を安定して循環できる。
【００５８】
この後、循環する水の気泡の量が少ないときには、第二の遠心羽根車２２を駆動する電動機２０にかかる負荷トルクが過大なものになる。その場合には、電動機２０を反時計方向に回転させる。すると、第一の遠心羽根車２１のみで、水を加圧するので、電動機２０にかかる負荷トルクが小さくできる。
【００５９】
このように、流体の状態または第一の遠心羽根車２１および第二の遠心羽根車２２の負荷に連動して、すなわち電動機２０の負荷トルクの検知信号に応じて、出力切換手段の実現方法として、クラッチ機構２３を設けて、電動機２０の回転方向を切り換えるものである。これにより、小型の電動機にて、空気、気泡を含む水および通常の水を加圧したり循環したりできる遠心ポンプが実現できる。
【００６０】
なお、実施例３では、第二の遠心羽根車２２は水を循環するときに回転するが、実施例２と同様に静止させてもよいものである。
【００６１】
（実施例４）
図１１に示すように、４１は第一の遠心羽根車、４２は第一の遠心羽根車４１より外径の大きい第二の遠心羽根車、４３は流体の吸込口４４と吐出口４５を有したケーシングである。４６は第一の遠心羽根車４１を駆動する第一の電動機４７の出力軸である。４８は第二の遠心羽根車４２を駆動する第二の電動機４９から得られる回転軸である。出力軸４６と回転軸４８にはそれぞれ流体をシールする軸封部材を設けてある。また、第一の遠心羽根車４１と第二の遠心羽根車４２は別体であって、２個の電動機にて駆動される遠心ポンプである。
【００６２】
基本的な動作は、実施例３と同様であるので、説明を省略するが、クラッチ機構がないために、遠心羽根車の回転数や耐久時間等の設計上の制約条件が少ない。また、それぞれの遠心羽根車を最適な回転数および出力トルクで駆動できるので、洗浄機その他への応用範囲が広い遠心ポンプである。
【００６３】
なお、上記の各実施例では、洗浄機への応用を想定した説明が多いが、調理器や気液混相流を取り扱った各種のプラント等にも、適用可能な遠心ポンプであることは言うまでもない。
【００６４】
この発明は、第一の遠心羽根車と、第一の遠心羽根車より外径の大きい第二の遠心羽根車と、これらの遠心羽根車を駆動する電動機と、流体の吸込口と吐出口を有したケーシングとを備えた遠心ポンプにおいて、主として第一の遠心羽根車で液体を加圧するとともに、主として第二の遠心羽根車で気体を加圧することを特徴とすることで、シンプルな遠心羽根車とケーシングでもって、液体および気体を加圧および循環できるとともに、気泡を含んだ水を循環できる遠心ポンプを提供する。
【００６５】
また、第一の遠心羽根車と第二の遠心羽根車を一体または別体に形成して、所定の回転方向にて、第二の遠心羽根車の出口角度を略９０度以上とした遠心ポンプとすることで、第二の遠心羽根車では、気体の吸込力が大きい。さらに、第一の遠心羽根車の出口角度を略９０度以下とすることにより、液体加圧力が効率よく得られる。そこで、気体を含んだ液体として、例えば気泡を含んだ水を加圧するときには、流出する流体の絶対速度が大である第二の遠心羽根車で、ケーシング内に滞留しようとする空気を短時間で排出する。この動作により、気泡を含んだ水を加圧したり、循環させることができる遠心ポンプを実現する。また、起動時にケーシング内に多量の空気が存在し、水が少ないときにも、水や気泡を含んだ水を加圧できるものである。
【００６６】
また、電動機を単一として、第一の遠心羽根車および第二の遠心羽根車を選択して電動機で駆動するための出力切換手段を設けたことを特徴とする洗浄ポンプとしたことで、単一の電動機の出力を出力切換手段により、第一の遠心羽根車だけを回転することで、水を加圧することができるものである。次に、第二の遠心羽根車だけを回転することで、空気を送風することができるものである。また、請求項１や請求項２の発明の場合と同様に、泡混じりの水を加圧することが可能であって、しかも単一の電動機で駆動できる遠心ポンプを実現する。
【００６７】
また、出力切換手段は、第１または第二の遠心羽根車の負荷トルクを検出するトルク検知手段からのトルク検知信号に応じて、第一の遠心羽根車または第二の遠心羽根車を選択して駆動したことを特徴とする遠心ポンプとすることで、水の状態の差異による、羽根車の負荷トルクの変動を検知するトルク検知手段からのトルク検知信号に応じて、出力切換手段により電動機の出力を第一の遠心羽根車または第二の遠心羽根車に伝達することができる。
【００６８】
気体や気泡の比率の高いときには、負荷トルクが小さいので、外径の大きい第二の遠心羽根車を回転させる。液体や気泡の比率の低いときには、外径の小さい第一の遠心羽根車を回転させる。気泡が所定量含まれる場合には、第一の遠心羽根車と第二の遠心羽根車をともに回転することで、ケーシング内に気泡を残留させずに、気泡と水を安定して吐出することができる。すなわち、流体の状態変化や負荷の変動に応じた最適な加圧能力を実現する遠心ポンプが提供される。
【００６９】
また、出力切換手段は、電動機の回転方向により第一の遠心羽根車または第二の遠心羽根車を選択して出力トルクを伝達するクラッチ機構で形成して、流体の状態または遠心羽根車の負荷に連動して、電動機の回転方向を切り換えたことを特徴としたことで、ボイド率の差異による負荷の変動を、クラッチ機構と電動機の回転方向を切り替えるという技術手段で、第一の遠心羽根車および第二の遠心羽根車を選択して動作させて最適な運転を行うという遠心ポンプが提供される。
【００７０】
また、第一の遠心羽根車の回転時に、第二の遠心羽根車は略静止状態として流体の動圧を静圧に回復するディフューザ機能を果たすことを特徴とすることで、洗浄水を加圧するときに、第一の遠心羽根車が回転して、加速された流体が、第二の遠心羽根車により効率的に静圧に回復する作用を有する。効率がよく、使用条件の幅広い遠心ポンプを提供できる。
【００７１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、シンプルな遠心羽根車とケーシングの構成でもって、液 体および気体を加圧できるとともに、気泡を含んだ水を加圧および循環できる遠心ポンプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１における遠心ポンプの遠心羽根車を示す図
【図２】 同実施例の遠心ポンプの要部を示す図
【図３】 同実施例の第一の羽根車を示す図
【図４】 同実施例の第２の羽根車を示す図
【図５】 本発明の実施例２における遠心ポンプの形態を示す図
【図６】 同実施例の第一の羽根車を示す図
【図７】 同実施例の第２の羽根車を示す図
【図８】 本発明の実施例３における遠心ポンプの形態を示す図
【図９】 同実施例で水を加圧する運転状態を示す図
【図１０】 同実施例で空気を加圧する運転状態を示す図
【図１１】 本発明の実施例４における遠心ポンプの要部を示す図
【図１２】 従来の遠心ポンプの要部を示す図
【図１３】 同遠心ポンプの遠心羽根車を示す図
【図１４】 従来の食器洗い乾燥機を示す図
【符号の説明】
１ 第一の遠心羽根車
２ 第二の遠心羽根車
３ ケーシング
４ 吸込口
５ 吐出口
６ 電動機
７ 遠心ポンプ
８ 羽根
１６ 出力切換手段
１９ トルク検知手段
２３ クラッチ機構
２７ 出力軸
２９ 回転軸
Claims (7)
- 第一の遠心羽根車と、前記第一の遠心羽根車より外径の大きい第二の遠心羽根車と、前記第一及び第二の遠心羽根車を駆動する電動機と、流体の吸込口と吐出口を有し、かつ、前記第一及び第二の遠心羽根車を同軸に内設したケーシングとを備え、前記第一の遠心羽根車の出口角度を後向き羽根とするとともに、前記第二の遠心羽根車を前向き羽根とし、前記第一の遠心羽根車を前記第二の遠心羽根車の羽根の内側に設けた遠心ポンプ。
- 第二の遠心羽根車の羽根の出口角度を略９０度以上とした請求項１記載の遠心ポンプ。
- 第一の遠心羽根車の羽根の出口角度を略９０度以下にした請求項２記載の遠心ポンプ。
- 第一及び第二の遠心羽根車を駆動する電動機を単一とし、少なくとも第一の遠心羽根車または第二の遠心羽根車の一方を選択して電動機で駆動するための出力切換手段を設けた請求項１〜３のいずれか１項に記載の遠心ポンプ。
- 出力切換手段は、第一および第二の遠心羽根車の負荷トルクを検出するトルク検知手段からのトルク検知信号に応じて、少なくとも第一または第二の遠心羽根車の一方を選択して駆動する請求項４記載の遠心ポンプ。
- 出力切換手段は、電動機の回転方向により少なくとも第一または第二の遠心羽根車の一方を選択して出力トルクを伝達するクラッチ機構で形成して、流体の状態や遠心羽根車の負荷に連動して、電動機の回転方向を切り換える請求項４または請求項５記載の遠心ポンプ。
- 第一の遠心羽根車の回転時に、第二の遠心羽根車は略静止状態として流体の動圧を静圧に回復するディフューザ機能を果たすことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の遠心ポンプ。
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Cited By (1)
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-
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- 1996-10-03 JP JP26267696A patent/JP3718920B2/ja not_active Expired - Lifetime
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