JP4007144B2 - 汚水圧送装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水洗便器などから汚水タンクに流入した汚水を強制的に外部に圧送して排出するための汚水圧送装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、水洗便器を洗浄した汚水は、重力を利用した自然流下により下水道や浄化槽などへ排出される。しかし、重力による自然流下が困難な場合には、汚水を汚水タンクに自然流下させ、この汚水タンクに溜まった汚水を強制的に外部の下水道や浄化槽などに圧送して排出する方法が採用される。
【０００３】
汚水圧送装置の一例を図１１を参照して説明する。図１１は、従来の汚水圧送装置を用いた方式の全体構成図である。
【０００４】
図１１において、床１０上に便器１２とこれと接続管１４で連結された汚水タンク１６が配設される。汚水タンク１６内には、汚水圧送装置１８が配設される。この汚水圧送装置１８は、汚水流入室２０と水中モータ室２２とポンプ室２４が上から下へ順次に配列されてなり、汚水流入室２０に連結管２６により接続管１４が連結される。接続管１４は、角度θの勾配が設けられ、便器１２内の洗浄水が自然流下により汚水流入室２０内に流れ込むようになされる。この汚水流入室２０の側壁には多数の流出孔が穿設され、流入した汚水が流出孔から汚水タンク１６内に流下される。そして、汚水タンク１６内に汚水が所定量だけ溜まると、これが適宜に検出されて、水中モータ室２２に収容された水中モータが駆動回転され、ポンプ室２４内に突出されたポンプ軸に固設された羽根車が回転されて、汚水がポンプ室２４から排出管２８を経て汚水タンク１６の外部の下水道または浄化槽などに圧送されて排出される。なお、汚水流入室２０に突出されたポンプ軸には適宜なカッターが固定され、流出孔を通過し得ない固形物を適宜な大きさに切断するように構成されている。また、汚水タンク１６内の汚水が、ポンプ室２４内に適宜に流入するように構成されていることは勿論である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、汚水タンク１６の設置スペースを小さくするためには、汚水タンク１６の容量が小さいことが好ましい。そして、汚水タンク１６内に設置される汚水圧送装置１８も小型であることが望ましい。しかし、汚水圧送装置１８の小型化に伴い、排出ポンプとしての能力が低下すると、汚水タンク１６内の汚水を確実に外部に排出することができず、汚水が汚水タンク１６から溢れるという重大な不具合が生ずる。汚水タンク１６の容量を小さくするほどかかる不具合が生じ易い。
【０００６】
また、水洗トイレ用の排出ポンプとしての能力は、一般的に、締切実揚程５ｍ以上、流量４０リットル／分の状態における揚程４ｍ以上が必要とされる。そして、エネルギー省力化を図るためには、汚水圧送装置１８の水中モータの入力は４００Ｗ以下であることが望ましい。しかるに、従来の市販されている汚水圧送装置１８にあっては、一般的に羽根車の外径が７８ｍｍ程度であり、この羽根車を駆動回転させるための水中モータの入力は、４５０〜６００Ｗ程度であり、必ずしも小型化ならびに省力化が図られていない。
【０００７】
本発明は、上述のごとき従来の汚水圧送装置の事情に鑑みてなされたもので、小型化および省力化を図った汚水圧送装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明の汚水圧送装置は、側壁に多数の流出孔が設けられた汚水流入室の下に水中モータを収容する水中モータ室を設け、前記水中モータ室の下にポンプ室を設け、前記水中モータ室と前記ポンプ室の間の下側隔壁を貫通して前記水中モータより前記ポンプ室に突出したポンプ軸の下端部に羽根車を固設し、汚水を前記ポンプ室より外部に圧送する汚水圧送装置において、前記羽根車を前記ポンプ軸と直交する面に配設された主板の下面に板状羽根を略放射状に配設して形成し、前記ポンプ室を前記ポンプ軸と直交する断面形状が巻き初め点から吐出口に向かい流路半径が徐々に増加する渦巻形に形成し、前記ポンプ室の底面に前記ポンプ軸の軸心を中心として前記羽根車の外径Ｄ１より小さい直径Ｄ２の吸込口を設け、前記水中モーターとして極数が２のものを用いて５０Ｈｚおよび６０Ｈｚのいずれでも４００Ｗ以下の入力で、締切実揚程５ｍ以上かつ流量４０リットル／分の状態における揚程４ｍ以上とすべく、前記羽根車の外径Ｄ１を６６ｍｍ≦Ｄ１≦７２ｍｍとし、前記羽根車の外径Ｄ１と前記吸込口の直径Ｄ２の比Ｄ２／Ｄ１を０．２９≦Ｄ２／Ｄ１≦０．５７とし、前記羽根車の板状羽根の羽根幅Ｗと前記羽根車の外径Ｄ１の比Ｗ／Ｄ１を０．０８６≦Ｗ／Ｄ１として構成されている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図１ないし図１０を参照して説明する。図１は、本発明の汚水圧送装置の一実地例の縦断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ矢視断面図である。図３は、本発明のポンプ室のケーシングの断面形状を渦巻形としたものと、従来のポンプ室のケーシングが同心円形としたものとのポンプ性能を比較した図である。図４は、羽根車の外径を変えてポンプ性能を比較した図である。図５は、羽根車の外径を変えて締切状態のモータ入力を示す図である。図６は、本発明で、羽根車の外径と吸込口の径の比を変えてポンプ性能を比較した図である。図７は、図６の比較におけるモータ入力を示す図である。図８は、羽根車の外径に対して板状羽根の羽根幅を変えてポンプ性能を比較した図である。図９は、５０Ｈｚと６０Ｈｚで水中モータを駆動してポンプ性能を比較した図である。図１０は、５０ＨＺと６０Ｈｚで水中モータを駆動してモータ入力を比較した図である。図１および図２において、図１１に示す部材と同じまたは均等なものには同じ符号を付けて重複する説明を省略する。
【００１０】
図１および図２を参照して、本発明の汚水圧送装置３０の構造につき説明する。本発明の汚水圧送装置３０において、図１１に示す従来例と相違するところは、以下の点にある。まず、羽根車３２がポンプ軸３４に直交する円板状の主板３２ａの下面に板状羽根３２ｂ，３２ｂ…が放射状に配設されて形成されている。そして、ポンプ室２４のケーシングがポンプ軸３４と直交する断面形状が、図２に示すごとく、巻き初め点Ｐ（流路半径ｒ１）から吐出口３６（流路半径ｒ２）に向かい流路半径が徐々に増加する渦巻形に形成されている。さらに、ポンプ室２４の底面に、ポンプ軸３４の軸心を中心として、羽根車３２の外径より小さい径の吸込口３８が形成されたことにある。
【００１１】
次に、上述のごとき本発明の汚水圧送装置３０のポンプ性能などにつき図３ないし図１０を参照して以下説明する。まず、羽根車３２の回転数が高いほど、揚程も高くなることから、水中モータ４０は、極数が２のものを用いることで、周波数が５０Ｈｚで略２８００ｒｐｍの回転数を得、周波数が６０Ｈｚで略３４００ｒｐｍの回転数を得ている。
【００１２】
ところで、ポンプの揚程を高くするためには、羽根車３２で得た速度エネルギーを効率良く圧力エネルギーに変換する必要があることに、発明者は着目し、その手段としてポンプ室２４を図２に示すごとく渦巻形に形成することに想到した。本発明のポンプ室２４のケーシングの断面形状が渦巻形としたものと、従来のケーシングが同心円形としたものとのポンプ性能は、図３に示すごとく、従来では締切実揚程が４．７ｍ程度で必要とされる揚程５ｍよりも低く、流量４０リットル／分で揚程が約４ｍであるのに対して、本発明では締切実揚程が５ｍを大きく上回り、また流量４０リットル／分で揚程が約４．５ｍである。もって、ポンプ性能の格段なる向上が図れている。
【００１３】
また、羽根車３２の外径Ｄ１とポンプ性能の関係について検討した。図４から、５０Ｈｚで水中モータ４０を駆動した際に、締切実揚程が５ｍ以上で流量４０リットル／分における揚程が４ｍ以上であるためには、羽根車３２の外径Ｄ１は６６ｍｍ以上必要である。一方、羽根車３２の外径Ｄ１が大きいほどモータ入力も大きくなることから、図５より、モータ入力を所望の４００Ｗ以下として省略化を図るためには、羽根車３２の外径Ｄ１は７２ｍｍ以下であることが必要である。そこで、羽根車３２の外径Ｄ１は、６６ｍｍ≦Ｄ１≦７２ｍｍとする必要が確認された。
【００１４】
さらに、吸込口３８の径Ｄ２の影響についても検討を行った。これは、羽根車３２の外径Ｄ１に対して吸込口３８の径Ｄ２が大きいと、羽根車３２により速度エネルギーが与えられた汚水で、吐出口３６に向かわずに吸込口３８から汚水タンク１６内に漏れる割合が増加し、また吸込口３８の径Ｄ２が小さいと吸込口３８での流速が増加して、吸い込み損失が大きくなることが、予測されるためである。そこで、羽根車３２の外径Ｄ１と吸込口３８の径Ｄ２の比Ｄ２／Ｄ１を０．２９と０．４３と０．５７の例でポンプ性能を測定した。その結果、図６に示すごとく、０．２９≦Ｄ２／Ｄ１≦０．５７の範囲で、いずれも締切実揚程は５ｍ以上であるが、Ｄ２／Ｄ１が小さいほど締切実揚程が高い結果が得られた。また、流量４０リットル／分では、いずれも４ｍ以上の揚程が得られるが、Ｄ２／Ｄ１が小さいほど実揚程が小さくなる傾向が示される。よって、羽根車３２の外径Ｄ１と吸込口３８の径Ｄ２の比Ｄ２／Ｄ１が、０．２９≦Ｄ２／Ｄ１≦０．５７にあれば、所望のポンプ性能が得られることが確認された。しかも、図７に示すごとく、０．２９≦Ｄ２／Ｄ１≦０．５７の範囲で、いずれもモータ入力は４００Ｗ以下であることも確認され、省力化が図れることが認められる。
【００１５】
そしてまた、羽根車３２の外径Ｄ１と板状羽根３２ｂの羽根幅Ｗの比Ｗ／Ｄ１がポンプ性能に与える影響を調べた。その測定データは、図８に示すごとく、Ｗ／Ｄ１を０．１２９と０．０８６と０．０４３の例で測定したところ、Ｗ／Ｄ１が０．１２９と０．０８６では、締切実揚程がいずれも５ｍ以上で流量４０リットル／分で揚程４ｍ以上が得られたが、Ｗ／Ｄ１が０．０４３では、締切実揚程が約４．６ｍで流量４０リットル／分で約３．７ｍ揚程しか得られていない。よって、０．０８６≦Ｗ／Ｄ１であれば良いことが確認された。
【００１６】
ところで、上記図３ないし図８の測定データは、いずれも２極の水中モータ４０を５０Ｈｚで運転して測定したものである。そこで、羽根車３２の外径Ｄ１を７０ｍｍとし、外径Ｄ１と吸込口３８の径Ｄ２の比Ｄ２／Ｄ１を０．４３とし、外径Ｄ１と板状羽根３２ｂの羽根車幅Ｗの比Ｗ／Ｄ１を０．１２９として、水中モータ４０を５０Ｈｚと６０Ｈｚで運転してポンプ性能を比較した。図９に示すごとく、５０Ｈｚによる運転に比較して、６０Ｈｚの運転では水中モータ４０の回転数が増加する分だけ、ポンプ性能の向上が認められる。しかも、図１０に示すごとく、５０Ｈｚと６０Ｈｚのいずれの運転でも、モータ入力は４００Ｗ以下であって、省力化が図られている。
【００１７】
なお、上記実施例において、ポンプ室２４の渦巻形の巻き初め点Ｐの流路半径ｒ１および吐出口３６の流路半径ｒ２は、羽根車３２の外径Ｄ１に応じて適宜に設定することは勿論である。また、羽根車３２の板状羽根３２ｂ，３２ｂ…の枚数も上記実施例のごとく８枚に限られず、適宜に設定すれば良い。しかも、板状羽根３２ｂ，３２ｂの羽根幅は、放射状の先端側で大きくしたものに限られず、中心側から先端まで同じ幅であっても良い。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の汚水圧送装置は構成されているので、以下のごとき格別な作用効果を奏する。
【００１９】
請求項１記載の汚水圧送装置にあっては、ポンプ室を渦巻形とし、羽根車を主板の下面に放射状に板状羽根を配設して形成し、羽根車の外径よりも吸込口の径を小さく設定することで、従来のポンプ室が同心円形のものと比較して、ポンプ性能が向上し、それだけ小型化および省力化が図れる。しかも、羽根車の外径と、羽根車の外径と吸込口の径の比、および羽根車の外径と板状羽根の羽根幅の比を規定することで、締切実揚程が５ｍ以上で流量４０リットル／分で揚程が４ｍ以上のポンプ性能が得られ、しかも極数が２つの水中モータの入力が４００Ｗ以下の、小型でしかも省力化された汚水圧送装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の汚水圧送装置の一実地例の縦断面図である。
【図２】 図１のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図３】 本発明のポンプ室のケーシングの断面形状を渦巻形としたものと、従来のポンプ室のケーシングが同心円形としたものとのポンプ性能を比較した図である。
【図４】 羽根車の外径を変えてポンプ性能を比較した図である。
【図５】 羽根車の外径を変えて締切状態のモータ入力を示す図である。
【図６】 本発明で、羽根車の外径と吸込口の径の比を変えてポンプ性能を比較した図である。
【図７】 図６の比較におけるモータ入力を示す図である。
【図８】 羽根車の外径に対して板状羽根の羽根幅を変えてポンプ性能を比較した図である。
【図９】 ５０Ｈｚと６０Ｈｚで水中モータを駆動してポンプ性能を比較した図である。
【図１０】 ５０ＨＺと６０Ｈｚで水中モータを駆動してモータ入力を比較した図である。
【図１１】 従来の汚水圧送装置を用いた方式の全体構成図である。
【符号の説明】
２０ 汚水流入室
２２ 水中モータ室
２４ ポンプ室
３０ 汚水圧送装置
３２ 羽根車
３２ａ 主板
３２ｂ 板状羽根
３４ ポンプ軸
３６ 吐出口
３８ 吸込口
４０ 水中モータ
Ｄ１ 羽根車の外径
Ｄ２ 吸込口の径
Ｗ 板状羽根の羽根幅
Ｐ 巻き初め点

Claims (1)

1. 側壁に多数の流出孔が設けられた汚水流入室の下に水中モータを収容する水中モータ室を設け、前記水中モータ室の下にポンプ室を設け、前記水中モータ室と前記ポンプ室の間の下側隔壁を貫通して前記水中モータより前記ポンプ室に突出したポンプ軸の下端部に羽根車を固設し、汚水を前記ポンプ室より外部に圧送する汚水圧送装置において、前記羽根車を前記ポンプ軸と直交する面に配設された主板の下面に板状羽根を略放射状に配設して形成し、前記ポンプ室を前記ポンプ軸と直交する断面形状が巻き初め点から吐出口に向かい流路半径が徐々に増加する渦巻形に形成し、前記ポンプ室の底面に前記ポンプ軸の軸心を中心として前記羽根車の外径Ｄ１より小さい直径Ｄ２の吸込口を設け、前記水中モーターとして極数が２のものを用いて５０Ｈｚおよび６０Ｈｚのいずれでも４００Ｗ以下の入力で、締切実揚程５ｍ以上かつ流量４０リットル／分の状態における揚程４ｍ以上とすべく、前記羽根車の外径Ｄ１を６６ｍｍ≦Ｄ１≦７２ｍｍとし、前記羽根車の外径Ｄ１と前記吸込口の直径Ｄ２の比Ｄ２／Ｄ１を０．２９≦Ｄ２／Ｄ１≦０．５７とし、前記羽根車の板状羽根の羽根幅Ｗと前記羽根車の外径Ｄ１の比Ｗ／Ｄ１を０．０８６≦Ｗ／Ｄ１として構成したことを特徴とする汚水圧送装置。