JP4143360B2

JP4143360B2 - 配管システム及びポンプ

Info

Publication number: JP4143360B2
Application number: JP2002239736A
Authority: JP
Inventors: 浩一岸本
Original assignee: 日本電産シバウラ株式会社
Priority date: 2002-08-20
Filing date: 2002-08-20
Publication date: 2008-09-03
Anticipated expiration: 2022-08-20
Also published as: JP2004076674A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配管システム及びポンプに関し、１経路からの流体を２系統以上の経路に切り替えて流すことができる簡単な構造で、安価な配管システム及びその配管システムを利用したポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、ポンプは１系統の経路においてのみ流体を流す機能を備えたものが一般的である。ところが、近年のポンプ用途の拡大に伴い、例えば、全自動洗濯機では風呂水の吸水ポンプと洗濯機内で水を循環させる循環ポンプの２台のポンプが使用され、また、食器洗い機では１台のポンプがその正転、逆転運転に応じて吸水口と吐出口を選択して洗浄槽に送水し食器類を洗浄し、またその汚水を排水するリバーシブルポンプが使用されるようになっている。
【０００３】
しかし、洗濯機や食器洗い機など製品の小形化、低価格化や操作性の向上などの要求から、複数のポンプ機能を１台のポンプに集約したり、ポンプの用途に従って１台のポンプを使い分けて複数経路からの流体を所定の経路に切り替えて送水することのできるポンプが要求され、例えば上記洗濯機における吸水ポンプと循環ポンプとの共有化やリバーシブルポンプの内部構造の改良による小形化、低価格化を実現するポンプが求められている。
【０００４】
しかしながら、ポンプ内部において流体経路の切替機能を設けるためには、ポンプ本来の送水機能に加えて、複数の吸水、吐出系統の配置、切替弁やその配管類の取り付けやその切替を指示する指令系統の増設などを要し、ポンプ構造の複雑化、切替指示系統の追加などにより、逆にポンプの高価格化、大形化を招いてしまう。
【０００５】
従来の上記リバーシブルポンプの１例としては、例えば図１２のポンプ縦断面図に示すポンプ２００が示される。
【０００６】
図１２に示すポンプ２００は、外殻２１８で覆われて誘導モータ２１１を内蔵するモータ部２１０と、ポンプ部２２０とがパッキン２５５を挟み横形に接続されポンプを構成し、ポンプ部２２０には正転用羽根車２２２と逆転用羽根車２３２が隔壁２５３で区画された２つのポンプ室２２１、２３１にそれぞれ収容され、モータ２１１の正転、逆転の運転方向により一方のポンプ室に流体の吸引作用を発生させるもので、正転時には正転用羽根車２２２の吸引作用により正転用吸水口２２３から正転用ポンプ室２２１に吸引した流体を正転用吐出口２２４から吐出し、また、逆転時には逆転用羽根車２３２の吸引作用により逆転用吸水口２３３から逆転用ポンプ室２３１に吸引した流体を逆転用吐出口２３４からポンプ２００外に吐出するものである。
【０００７】
上記従来のポンプ２００では、２系統の流体経路を使い分けてポンプのリバーシブル機能を満たすために、１台のポンプに２種類の羽根車を設け、それぞれの羽根車が別々のポンプ室内に収納され、さらにそれぞれのポンプ室には吸水口と吐出口とその送水経路を備え、ポンプの正転、逆転運転に応じて送水方向を切替えるもので、内部構造が複雑となって大形化しポンプのコストも高くなり、このポンプを用いた食器洗い機や洗濯機などの製品の小形化や低価格化、操作性向上などの要求を十分に満すものではなかった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の要求を満たすものであり、配管経路を２系統以上に切り替えて流体を流すことができる構造が簡単で安価な配管システムとそのシステムを用いた多系統での吸水、送水機能を有するポンプを提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ポンプ部にウエスコ型羽根を有する羽根車を配したポンプであり、前記ポンプ部は、流体を吸水又は吐出する３つの口を有し、前記ウエスコ型羽根の外周部に流路を有し、前記流路の両端部又は両端部近傍に第１の口と第３の口を設け、前記第１の口と第３の口の流路途中に第２の口が設けられ、前記第２の口を自在に開閉し、かつ前記第２の口が開状態にある時は前記第１の口と前記第２の口との間の流路を遮断し、また閉状態にある時は前記第１の口と前記第２の口との間の流路を開放するスイング弁を備え、前記羽根車の正転時には、前記スイング弁が前記第２の口を閉じて前記第１の口から吸引した流体を前記第３の口から吐出し、前記羽根車の逆転時には、前記スイング弁が前記第２の口を開状態にして、前記第３の口から吸引した流体を前記第２の口から吐出することを特徴とするポンプである。
【００１４】
この発明のポンプによれば、ポンプの運転方向と運転速度を制御することでポンプ室の羽根車によって生じる旋回流の方向とその水圧を調整し、２カ所の吸水口から１つを選択し、それぞれ２カ所の吐出口を切り替えて流体を吐出することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、以下に図面に基づいて説明する。
【００１６】
（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態のポンプ１の縦断面図であり、図２、図３はその低速運転時及び高速運転時の流体の流れを示すポンプ部２０の正面断面の概略図である。
【００１７】
ポンプ１は、モータ部１０とポンプ部２０とが一体に構成された一般的な構造を有するものである。
【００１８】
モータ部１０は、リング状に設けられた固定子１３と、固定子１３の内周部に磁性体１２を有する回転子１１が回転自在に配されたブラシレス直流モータを構成するもので、固定子１３の鉄心とそれに巻回されたコイル及びモータ駆動用の回路基板１４が配され、その全体がモールド樹脂１７により樹脂内にモールドされている。モータ部１０は回路基板１４を通じて制御され、ポンプ１の運転速度、回転方向を制御している。
【００１９】
回転子１１は、ウエスコ型羽根２２を有する羽根車２１を磁性体１２と同軸に連結するもので、羽根車２１をポンプ室２３内に配し、ポンプ１の中心に設けられた固定軸１５に回転自在に支持されている。
【００２０】
ポンプ部２０は、吸水口５１と、２カ所の吐出口５３、５４を有する吐出管５２を設け、ケーシング９の内周壁と羽根車２１に設けられたウエスコ型羽根２２の外周部との間に流路５０を形成している。
【００２１】
吐出管５２は、ポンプ室２３の上端部から管路５５を上下に設け、その上下方向に上部吐出口５３と下部吐出口５４の２カ所に吐出口を開口し、また管路５５の内壁５６に沿って上下に自在に移動する切替弁６０が配されている。
【００２２】
切替弁６０は、管路５５内を流れる流体５７、５９の水圧の高低により管路内壁５６に沿って上下に移動するもので、その外周は吐出管内壁５６にほぼ一致する形状を有し、ポンプ１の停止時及び低水圧時は自重により落下し、吐出管５２の入口部分に設けられた落下止め突起部５８により吐出管５２内の定位置に留まるようになっている。
【００２３】
そして、切替弁６０はその内側に上下に貫通する貫通孔６１を設けて、切替弁６０の内側に流体５７の流路を形成している。
【００２４】
ポンプ１の運転により、羽根車２１が回転してポンプ室２３内に吸引作用が働き、吸水口５１から吸引された流体がポンプ室２３内の流路５０を流れて吐出管５２に流れ込む。
【００２５】
ポンプ１の低速運転時には、吸水口５１からの流体の吸引量が少ないため、流路５０を流れる流量が少なく吐出管５２に流れ込む流体５７の水圧は低圧にあり、吐出管５２内の定位置にある切替弁６０を押し上げる程の水勢が得られず、切替弁６０は吐出管５２内の定位置に留まったままである。
【００２６】
この低水圧時には、切替弁６０が下部吐出口５４を閉じた状態にし、流体５７は切替弁６０内の流路６１を通り、開放状態にある上部吐出口５３から吐出される。
【００２７】
また、ポンプ１の高速運転時には、吸水口５１から多量の流体が吸引され、流路５０を流れる渦流の水勢も強くなるため、吐出管５２に流れ込む流体５９の水圧は高圧となって吐出管５２内の切替弁６０をその水勢により上昇させ、吐出管５２の上壁に当たり留まる状態に保つ。
【００２８】
この高水圧時には、切替弁６０はその外周部により上部吐出口５３の壁面の開口部を覆って上部吐出口５３を閉じ、同時に下部吐出口５４を開放した状態にし、ポンプ室２３から吐出管５２に流れ込む流体５９は下部吐出口５４から吐出されるようになる。
【００２９】
従って、上記ポンプ１では、ポンプ１の運転制御、すなわち低速或いは高速運転の制御のみによって吐出経路を２系統に切り替えることができる。
【００３０】
また、上記の配管系統の切替は、ポンプの運転速度の制御を始めとし、切替弁自体やその内部の流路の形状、切替弁の重量（大きさ、金属やプラスチック製などの材質）などにより、切替弁の上下移動を微調整し切り替えることができる。
【００３１】
これにより、ポンプ本体の構造変更や本体内への弁設置、経路切替のための他の指令系統を付加することなく、吐出管の簡単な構造変更により安価に配管経路の切替機能を得ることができ、複数のポンプ機能を１台のポンプに集約し、洗濯機等製品のコンパクト化や低価格化を図ることができるようになる。
【００３２】
上記実施形態は、ポンプに直結する吐出管に本発明の配管システムを内蔵したものであるが、ポンプから離れた位置の配管途中に独立してこの配管システムを設けて配管経路の切替を行うことも、もちろんできる。
【００３３】
（第２の実施形態）
図４は第２の実施形態のポンプ２の縦断面図、図５及び図６はその吐出管部の部分断面図、図７、図８はそのポンプ室内の流体の流れを示すポンプ部１２０の正面断面の概略図（吐出管部分は省略する）である。
【００３４】
第２の実施形態では、ポンプの正転、逆転運転に応じて２カ所の吸水口から流体を吸引し、２カ所の吐出口から吐出するポンプ２に上記配管システムを適用したものである。
【００３５】
ポンプ２の基本的構造は、上記ポンプ１と同一であるので、同一部品には同一符号を付して説明し、またモータ部１０についてはその説明を省略する。
【００３６】
ポンプ部１２０は、それぞれが吸水口或いは吐出口となる３つの口を有し、またポンプ室１２３の外周壁となる第２ケーシング１０９の内周壁と羽根車２１に設けられたウエスコ型羽根２２の外周部との間に流路１４０を形成している。
【００３７】
上記３つの口は、流路１４０の両端部に第１の口である吸水口１２４と、第３の口である吸水吐出口１２６を設け、吸水口１２４と吸水吐出口１２６の間の流路１４０の途中に第２の口である吐出孔１２５が設けられ、それぞれポンプ室１２３から外部に向かう吸水管、吐出管を設けて開口している。
【００３８】
この流路１４０は、吸水口１２４と吸水吐出口１２６の間が第２ケーシング１０９に設けられた壁部１２８により閉塞され、ポンプ室１２３内の流体方向を規制し、逆流を防止するようになっている。
【００３９】
吐出孔１２５には、上下方向に管路１５５を有する吐出管１５２が設けられ、吐出管１５２にはその上下方向に上部吐出口１５３と下部吐出口１５４の２カ所の吐出口を開口し、また管路１５５の内壁１５６に沿って上下に自在に移動する切替弁１６０が配されている。
【００４０】
切替弁１６０は、管路１５５内を流れる流体１５７の水圧の高低により管路内壁１５６に沿って上下に移動するもので、ポンプ２の停止時及び低水圧時は自重により落下し、吐出管１５２の入口部分に設けられた落下止め突起部１５８により吐出管１５２内の定位置に留まるようになっている。
【００４１】
そして、切替弁１６０はその内側に上下に貫通する貫通孔１６１を設けて、切替弁１６０の内側に流体１５７の流路を形成している。
【００４２】
また、ポンプ部１２０には、吐出孔１２５を自在に開閉し、かつ吐出孔１２５が開状態にある時は吸水吐出口１２６から吸水口１２４への流路１４０を遮断し、また吐出孔１２５が閉状態にある時は吸水口１２４と吸水吐出口１２６との流路を開放するスイング弁１３０が設けられている。
【００４３】
そして、ポンプ２は、第１ケーシング１０８と第２ケーシング１０９とが、回転子１１の磁性体１２部分と羽根車２１部分とを仕切る仕切り板１１９とパッキン１１８とを挟んで締結され、モータ部１０とポンプ部１２０とが一体化されている。
【００４４】
このポンプ２は、モータ部１０の通電により回転子１１が回転し、ウエスコ型羽根車２１がポンプ室１２３内で回転して吸引作用を発生し、吸水口から吸引された水はポンプ室１２３内に流入して回転するウエスコ型羽根２２が通過した後に渦を生してポンプ室１２３内を旋回する渦流を形成して吐出口から流体をポンプ２外部に吐出するもので、回転子１１の正転、逆転運転の変換によって渦流の発生方向を切替えて吸水口と吐出口を自動的に選択し送水するものである。
【００４５】
上記スイング弁１３０は、ポンプ室１２３内を流れる流体方向により吐出孔１２５の開口部１２７を開閉するように動作するものである。
【００４６】
ポンプ２の逆転運転時には、スイング弁１３０が吐出孔１２５の開口部１２７を開状態（図４、図５、図７、図９）とし、同時に吐出孔１２５の後方へのポンプ室１２３内の流路１４０を遮断して流体の流れを中断させ、流体が吐出孔１２５のみに流れ込むようになっている。
【００４７】
また、ポンプ２の正転時には、スイング弁１３０が吐出孔１２５の開口部１２７を閉状態（図６、図８、図１０）にし、吐出孔１２５の後方への流路１４０を開放し、流体は塞がれた吐出孔１２５を通過して吐出孔１２５後方の吸水吐出口１２６に流入し吐出するものである。
【００４８】
このスイング弁１３０は、例えば、図９、図１０に示すように、吐出孔１２５の開口部１２７を開閉する弁蓋部１３１とポンプ室１２３の流路１４０を遮断する遮蔽板１３２からなるゴム、ウレタン等の弾性体からなり、片開き状に動作するようにポンプ室の内壁に設けた弁止め１３３にピン止めされピンを支点として水流の方向とその水圧により弧状に動作するもの、或いは弁の自重と水流を利用して吐出口の開閉を行うもの等が利用でき、ポンプの正転、逆転運転による水流方向に従い確実に吐出孔１２５を開閉し、またポンプ室１２３の流路１４０を遮断又は開放する構造のものであればよい。
【００４９】
ポンプ２の運転中のスイング弁１３０の動作と、ポンプ室１２３内の流体の流れについて以下に説明する。
【００５０】
ポンプ２の逆転時には、図４、図５、図７及び図９に示すように、吸入吐出口１２６から吸引された流体１４１がポンプ室１２３を吐出孔１２５に向かって流れ、その水圧により吐出孔１２５の後方に設けられているスイング弁１３０を弁止め１３３を支点にして押し上げるように動作させ、吐出孔１２５の開口部１２７を開状態にすると共に遮蔽板１３２が仕切り板１１９に圧接されてその間の流路を閉塞し、吐出孔１２５からポンプ室１２３後方への流路を遮断し、ポンプ室１２３の流体１４２は吐出孔１２５のみに流入するようになる。
【００５１】
このポンプ２の逆転運転時に、ポンプ２が低速運転である場合は、流路１４０を流れる流量が少なく吐出孔１２５を経て吐出管１５２に流れ込む流体１５７の水圧は低圧にあり、吐出管１５２内の切替弁１６０を押し上げる程の水勢がなく、切替弁１６０は吐出管１５２内の定位置に留まったままとなり、切替弁１６０は下部吐出口１５４を閉じた状態にし、流体１５７は切替弁１６０内の流路１６１を通り上部吐出口１５３から吐出される。
【００５２】
また、ポンプ２が逆転、高速運転にある場合には、流路１４０を流れる流量が多く水勢も強くなるので、吐出孔１２５から吐出管１５２に流れ込む流体１５９の水圧は高圧となって、吐出管１５２内の切替弁１６０を上昇させてその上壁に当たり留まる状態にし、切替弁１６０は上部吐出口１５３を閉じ、同時に下部吐出口１５４を開放した状態にし、ポンプ室１２３から吐出管１５２に流れ込む流体１５９は下部吐出口１５４からポンプ２外に吐出されるようになる。
【００５３】
また、ポンプ２の正転時には、図６、図８及び図１０に示すように、吸水口１２４から吸引された流体１４３がポンプ室１２３を吐出孔１２５の方向に流れ、その水圧によりスイング弁１３０を押し倒して弁蓋部１３１が開口部１２７を覆い吐出孔１２５を閉状態にすると共に遮蔽板１３２と仕切り板１１９の間には流路が開かれ吐出孔１２５の後方への流路１４０を開放し、ポンプ室１２３を流れる流体１４４は塞がれた吐出孔１２５を通過してポンプ室１２３後方の吸水吐出口１２６に流入し１４５ポンプ２外に吐出されるものである。
【００５４】
このポンプ２の正転時には、ポンプ室１２３を流れる流体１４４が吐出孔１２５に流れ込むことはないので、切替弁１６０は吐出管１５２の定位置に留まったままである。
【００５５】
従って、上記構成のポンプ２では、１つのポンプ室１２３に３カ所の開口部が設けられているものの、ポンプ２の逆転時には吸入吐出口１２６からの流体は吐出孔１２５のみから吐出され、その運転速度により２カ所の吐出口１５３、１５４の１つが選択され、また、正転時には吸入口１２４からの流体が吸水吐出口１２６のみから吐出されるようになる。
【００５６】
これにより、上記ポンプ２では、ポンプ２の運転制御により、すなわちポンプの運転方向、及び低速或いは高速運転の制御によって吸水、吐出経路を切り替えることができ、２カ所の吸水経路の選択と、逆転運転時には運転速度により吐出経路を２系統に切り替えることができるようになり、１台で２台分或いは用途によってはそれ以上のポンプ機能を満たすことができるようになる。
【００５７】
また、図１１に示すポンプ２を用いた変形例に示すように、ポンプ２の吸水吐出口１２６にも、上記配管システムを設けることができる（図では、吐出孔１２５に接続した配管システムは省略している）。
【００５８】
これにより、ポンプ２の正転時には、吸水口１２４から吸引した流体１４３がポンプ室１２３を経由して、吸水吐出口１２６に設けた吐出管１７０の２カ所の吐出口１７１、１７２からポンプ２の運転速度に従い２系統の吐出経路で吐出することができる。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の配管システムによれば、システム内を流れる水圧により切替弁を動作させて配管経路を２系統に切り替えることができる、簡単な構造の安価な切替機能が得られる。
【００６０】
また、この配管システムを利用したポンプでは、ポンプの運転制御（運転速度と運転方向）のみにより、配管経路を複数系統に切り替えられるので、ポンプの構造変更や付属部品、装置を付加することなく、ポンプ性能を維持して安価にポンプの利用価値を拡大することができ、このポンプを用いた製品の小形化、低価格化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態のポンプの縦断面図である。
【図２】第１の実施形態のポンプ部の正面断面の概略図である（低速運転時）。
【図３】第１の実施形態のポンプ部の正面断面の概略図である（高速運転時）。
【図４】第２の実施形態のポンプの縦断面図である（逆転、低速運転時）。
【図５】第２の実施形態のポンプの部分断面図である（逆転、高速運転時）。
【図６】第２の実施形態のポンプの部分断面図である（正転運転時）。
【図７】第２の実施形態のポンプ室の正面断面図である（逆転運転時）。
【図８】第２の実施形態のポンプ室の正面断面図である（正転運転時）。
【図９】第２の実施形態のポンプの逆転運転時のスイング弁の動作を示す図である。
【図１０】第２の実施形態のポンプの正転運転時のスイング弁の動作を示す図である。
【図１１】第２の実施形態の変形例のポンプ室の正面断面図である（正転運転時）。
【図１２】従来例のポンプの縦断面図である。
【符号の説明】
１，２……ポンプ
２０，１２０……ポンプ部
２３，１２３……ポンプ室
５０，１４０……流路
５１，１２４……吸水口
５２，１５２……吐出管
５３，５４，１５３，１５４……吐出口
５５……管路
５７，５９……流体
６０，１６０……切替弁
６１，１６１……切替弁内の流路
１２５……吐出孔
１２６……吸水吐出口
１３０……スイング弁
１３１……弁蓋部
１３２……遮蔽板

Claims

ポンプ部にウエスコ型羽根を有する羽根車を配したポンプであり、
前記ポンプ部は、流体を吸水又は吐出する３つの口を有し、
前記ウエスコ型羽根の外周部に流路を有し、前記流路の両端部又は両端部近傍に第１の口と第３の口を設け、前記第１の口と第３の口の流路途中に第２の口が設けられ、
前記第２の口を自在に開閉し、かつ前記第２の口が開状態にある時は前記第１の口と前記第２の口との間の流路を遮断し、また閉状態にある時は前記第１の口と前記第２の口との間の流路を開放するスイング弁を備え、
前記羽根車の正転時には、前記スイング弁が前記第２の口を閉じて前記第１の口から吸引した流体を前記第３の口から吐出し、
前記羽根車の逆転時には、前記スイング弁が前記第２の口を開状態にして、前記第３の口から吸引した流体を前記第２の口から吐出する
ことを特徴とするポンプ。