JP4701906B2 - 自吸式ポンプ及びそれを備えた液体給排装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体を給排するための自吸式ポンプ及びそれを備えた液体給排装置に関するものである。

従来から水等の液体を給排するためのポンプとして自吸式のポンプが知られている。このポンプは、液体を汲み上げる際に液体源からポンプまでの間の流路中に存在する気泡を吸い出す自吸過程を有するものであり、自吸過程の後に液体の吸送を行うようになっている。

特許文献１には自吸式のポンプとして、液体給排用の羽根車を収容する渦室が形成してあるポンプ部と、ポンプ部内に液体を吸入させる吸入路と、ポンプ部から送り出された液体中の気泡を分離させる気液分離室と、気液分離室で気泡を分離させた液体をポンプ部内に戻す送液通路とを有する構造のものが示されている。上記ポンプにあっては、気液分離室内において気泡を吐出口側に押し戻す流れが生じるように形成してあり、これにより送液通路を通ってポンプ部内に戻る空気の量を削減させている。

しかし上記のポンプでは、液体源とポンプとを繋ぐ配管として径が小さく且つ配管長の長いものを用いた場合には、管路抵抗が大きいことからポンプ部内に勢い良く液体を吸い込むことが困難である。したがってポンプの吸入路内や配管内に滞留した気泡を液体と共にポンプ部内に一気に吸い込むことが困難であり、必然的に自吸時間が長くなるという問題があった。
特開２００２−１３０１７４号公報

本発明は上記問題点に鑑みて発明したものであって、液体源とポンプとを繋ぐ配管として径が小さく且つ配管長の長いものを用いた場合であっても、短い自吸時間で効率良く空気を排出することのできる自吸式ポンプ、及びそれを備えた液体給排装置を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために本発明を、空気の混入した液体を給排する羽根車１１を内蔵するポンプ部１２と、羽根車１１を回転駆動させるモータ部１３と、ポンプ部１２内に吸入口２８を通じて液体を導入する吸入路１４と、ポンプ部１２内から液体を吐出する吐出路１５とを具備し、ポンプ部１２に固定したポンプケース２６の内部を仕切り壁２７で区画して、仕切り壁２７とポンプケース２６とで吸入路１４を形成し、吸入路１４とポンプ部１２を仕切る部分を穿設して吸入口２８を形成した自吸式ポンプ６であって、上記吸入口２８の上流側近傍に上記液体の流速を増すための増速部３１を設け、該増速部３１を、上記吸入路１４を区画する両側の仕切り壁２７の一部を互いに接近する方向にむけて滑らかな突曲面状に盛り上げて下流側に向けて徐々に小径になるとともに最小径部分を過ぎれば徐々に大径になるように設けたことを特徴としたものとする。

上記構成の自吸式ポンプ６とすることで、空気の混入した液体が吸入路１４内を通過する際にこれを増速部３１にて増速させ、勢い良くポンプ部１２内に引き込むことができる。したがって、自吸式ポンプ６に繋ぐ配管として径が小さく且つ配管長の長いものを用いた場合であっても、上記配管や吸入路１４内に滞留した空気を短い自吸時間で効率良くポンプ部１２内に吸入し、外部に排出することが可能である。

更に上記構成の自吸式ポンプ６にあっては、上記増速部３１の最小径部分の断面積を、吸入路１４と配管とを繋ぐ流入口部１８の断面積よりも大きく形成してあることが好適である。このようにすることで、自吸式ポンプ６の吸込流量が低下することが防止される。

また上記課題を解決するために本発明を、上記構成の自吸式ポンプ６を用いた液体給排装置とすることも好ましい。上記構成の液体給排装置とすることで、自吸式ポンプ６に繋ぐ配管として径が小さく且つ配管長の長いものを用いた場合であっても、短い自吸時間で効率良く空気を排出することのでき、使い勝手の良い液体給排装置となる。

本発明は、液体源とポンプとを繋ぐ配管として径が小さく且つ配管長の長いものを用いた場合であっても、短い自吸時間で効率良く空気を排出することができるという効果を奏する。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明する。図３には、本発明の実施形態における一例の自吸式ポンプ６を用いた液体給排装置を示している。本例の液体給排装置は浴槽２内への注水や浴水循環を行う浴水循環装置１であって、浴槽２の内側面に開口させた流出口３と流入口４とを連通接続させる循環流路５中に設置されるものである。

上記浴水循環装置１は、液体源である浴槽２内の浴水を流出口３から循環流路５内に吸い込んで流入口４から浴槽２内に戻す水圧を与えるために循環流路５中に設置される自吸式ポンプ６と、上記自吸式ポンプ６に接続される湯張り用の導水管７と、循環流路５中の上記自吸式ポンプ６より下流側に設置される加熱部８とで主体を構成している。上記循環流路５は、流出口３と浴水循環装置１の上流端とを連通接続させる循環往路９と、浴水循環装置１の下流端と流入口４とを連通接続させる循環復路１０とを有するものであり、上記循環往路９及び循環復路１０として管径１０ｍｍ、配管長２５ｍ程度の細長い配管を用いている。また上記加熱部８は、ガスや電気又は灯油を用いて浴水を加熱するものである。

図１及び図２には自吸式ポンプ６の内部構造を示している。上記自吸式ポンプ６は、液体である浴水を給排する羽根車１１を内蔵して渦室を形成してあるポンプ部１２と、羽根車１１を回転駆動させるモータ部１３と、循環流路５の上流側の配管と連通接続される流入口部１８を通じてポンプ部１２内に液体を導入する吸入路１４と、ポンプ部１２内から液体を吐出する吐出路１５と、吐出路１５の上流側に形成されるものであって液体中から気泡を分離させる気液分離室１６と、吐出路１５中の下流側に形成されるものであって気液分離室１６を通過した液体をポンプ部１２内に戻す環流口１７と、気液分離室１６の上方にて吐出路１５と循環流路５の下流側の配管とを連通接続させる流出口部１９とで主体を構成している。

自吸式ポンプ６について更に詳述すると、羽根車１１を回転自在に内蔵してあるケーシング２０の開口部分を、パッキン２１を介して補助金具２２で閉塞することでポンプ部１２を形成するとともに、上記ケーシング２０に支持金具２３を介して固定させてあるモータ部１３の出力シャフト２４を該ケーシング２０内に突入させ、メカニカルシール２５を挟み込んだ状態で出力シャフト２４の先端に羽根車１１を連結させている。

ケーシング２０には更に、補助金具２２を挟むようにポンプケース２６を固定させている。ポンプケース２６内には仕切り壁２７を一体形成しており、このポンプケース２６の開口部分が補助金具２２で閉塞されることで、上記仕切り壁２７により区画された吸入路１４と吐出路１５とがポンプケース２６内に形成される構造である。補助金具２２には、吸入路１４の下流側に位置することとなる吸入口２８と、吐出路１５の上流側に位置することとなる吐出口２９と、吐出路１５の下流側に位置することとなる環流口１７とを穿設してあり、上記各開口２８，２９，１７を通じてポンプ部１２側と吸入路１４及び吐出路１５側との間で浴水の吸入及び吐出を行うものである。なお流入口部１８及び流出口部１９は、ポンプケース２６の上部にそれぞれ吸入路１４、吐出路１５と連通するように並設している。

また、補助金具２２で閉塞されるポンプケース２６内には、仕切り壁２７の内側部分に吸入路１４と共に貯留部３０が形成される。上記貯留部３０は吸入口２８の下方にて吸入路１４と連通するように形成される空所であり、この貯留部３０に導水管７の下流端を連通接続させている。上記導水管７には電磁弁３２（図３参照）を有する配管を連通接続させ、導水管７を通じて貯留部３０内に導水可能としている。

そして本例の自吸式ポンプ６にあっては、流入口部１８と吸入口２８とを連通させる上記吸入路１４中であって吸入口２８の上流側近傍となる個所に、液体の流速を増すための増速部３１を形成している。上記増速部３１は、吸入路１４を区画する左右両側の仕切り壁２７の一部を厚肉とし、互いに接近する方向に向けて滑らかな突曲面状に盛り上げて形成することで、流線方向に沿って略一定の径で形成される吸入路１４の一部だけを小径に設けた部分である。つまり上記吸入路１４は、流入口部１８から増速部３１に至るまでは略一定径（即ち、略一定の断面積）であるのに対して、増速部３１に至れば下流方向に向けて徐々に小径に（断面積が漸次小さく）なり、最小径部分（最小断面積部分）を過ぎた後は徐々に大径に（断面積が漸次大きく）なるように設けてある。

なお、自吸式ポンプ６本来の循環機能性を考慮すれば、上記増速部３１の最小径部分の断面積は、吸入路１４と配管とを繋ぐ流入口部１８の断面積よりも大きく形成してあることが流量を確保するうえで好適である。

しかして上記構成の自吸式ポンプ６を備えた浴水循環装置１にあっては、まず湯張り用の配管の電磁弁３２を開くことで導水管７への給水が開始され、貯留部３０を通じて自吸式ポンプ６内に侵入した水が吸入路１４や循環往路９を通って流出口３側から浴槽２内に供給されるとともに、貯留部３０から吸入口２８を通じてポンプ部１２内に流入した水も吐出口２９や循環復路１０を通って流入口４側から浴槽２内に供給される。浴槽２が満水になれば電磁弁３２を閉じて給水を終了する。

次いでモータ部１３の出力シャフト２４を回転駆動させると、ポンプ部１２内にて羽根車１１が出力シャフト２４と一体に回転駆動されることで自吸式ポンプ６が駆動される。自吸式ポンプ６が駆動されると浴槽２内の浴水は流出口３を通って循環往路９に流出し、流入口部１８から自吸式ポンプ６内の吸入路１４を通過してポンプ部１２に吸入される。この際に、循環往路９中や吸入路１４に残存する気泡は浴水と混合された状態でポンプ部１２内に吸入され、ポンプ部１２内にて羽根車１１の回転によって分離された後に吐出口２９から吐出路１５内に吐出される。吐出口２９から吐出された気泡の大部分は吐出路１５中の気液分離室１６内にて図中の矢印ａに示すように上方に流れ、吐出口２９の上方に位置する流出口部１９から循環復路１０内に吐出され、浴水に先だって流入口４から浴槽２内に放出される。そして微量に残存する気泡を含む浴水は図中の矢印ｂに示すように吐出路１５を通って環流口１７からポンプ部１２内に還流される。上記動作の繰り返しにより、循環往路９や吸入路１４に残存する空気は浴槽２内の浴水を経て大気中に放出される。

ここで、循環往路９を構成する配管は上記の如く管径が小さく且つ引き回しの長いものであり、管路抵抗が大きいことから空気が混合された浴水をポンプ部１２内に勢いよく引き込むことは通常困難であるが、本例にあっては吸入路１４内にて吸入口２８近傍の増速部３１に至れば吸込み面積が減少して流速が増すため、吸込み力が増強されて浴水と空気とを吸入口２８からポンプ部１２内に一気に引き込むことが可能である。

上記の自吸運転により残存する空気が全て排出され、配管及び自吸式ポンプ６内が浴水で満たされると、自吸運転状態から定常の給水運転状態になり、流入口部１８から自吸式ポンプ６内に吸入された浴水が連続的に流出口部１９から排出される。流出口部１９から排出された浴水は加熱部８に導入されて所定温度にまで加熱された後、循環復路１０を通じて流入口４から浴槽２内に流入する。このように上記浴水循環装置１を用いて浴槽２内の浴水を循環させるとともに加熱部８にて加熱することで、浴槽２内の浴水を設定温度にまで加熱することができ、且つ上記循環を継続させることで常時設定温度に保持することが可能である。

上述の如く本例の自吸式ポンプ６を備えて成る浴水循環装置１にあっては、吸入路１４中に該吸入路１４より小径であって吸込み面積の小さな増速部３１を設けることで、吸入路１４中の特にポンプ部１２内に通じる吸入口２８近傍での流速を増し、配管や自吸式ポンプ６内に残存する空気を浴水と共にポンプ部１２内に吸入し易くなっている。したがって自吸式ポンプ６に管径が小さく引き回しの長い配管が接続させた場合であっても自吸時間を短くすることができる。

次に、本発明の実施形態における他例の自吸式ポンプ６について図４に基づいて説明する。なお本例の自吸式ポンプ６は増速部３１の構成のみが一例と相違するので、一例と同様の構成については同一符号を付して詳しい説明を省略し、増速部３１の構成についてのみ以下に詳述する。

本例にあっては図示の如く、通水孔４１を有する平板状の仕切板４２を吸入路１４中に配置することで増速部３１を形成している。上記仕切板４２はその平板面が吸入路１４の流線方向と直交するように配置されるものであり、吸入路１４の内壁から一体に延設されている。この増速部３１にあっても一例と同様に、吸入路１４より小径であって吸込み面積の小さな通水孔４１を通過する際に流速を増大させ、配管や自吸式ポンプ６内に残存する空気を浴水と共にポンプ部１２内に一気に吸入し易くしている。

加えて、吸入路１４の流路中であって仕切板４２により遮られる上流側部分（図中Ｐ部）には浴水の通過に伴って乱流が発生し、ここでの乱流渦によって浴水が撹拌されて空気と混ざり合うこととなる。したがって残存する空気を浴水と共に更に高効率でポンプ部１２内に吸入させることが可能である。

なお、本例にあっても増速部３１の最小径部分を成す仕切板４２の通水孔４１を、その断面積が流入口部１８の断面積より大きく形成することが流量確保の点で望ましい。図示例では通水孔４１を略半円状としているが、円形状や四角形状、半楕円形状、さらにはスリット形状等の任意の形状を採用可能であり、またパイプを設置しても構わない。

以上、本発明の自吸式ポンプ６を浴水循環装置１に用いた場合について説明してきたが、同様の自吸式ポンプ６を他の液体給排装置に用いることも好適である。他の液体給排装置としては燃料電池装置やヒートポンプ装置等の様々な装置が考えられるが、自吸式ポンプ６を用いて液体を供給、排出、循環等可能な装置であれば適用可能であり、いずれの場合においても、自吸式ポンプ６と液体源とを繋ぐ配管が小径且つ引き回しの長いものであっても短い自吸時間で気泡を効率よく排出することが可能となる。

本発明の実施形態における一例の自吸式ポンプの正断面図である。 同上の自吸式ポンプの側断面図である。 同上の自吸式ポンプを備える浴槽循環装置の説明図である。 本発明の実施形態における他例の自吸式ポンプを示しており、（ａ）は正断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

符号の説明

６ 自吸式ポンプ
１１ 羽根車
１２ ポンプ部
１４ 吸入路
１５ 吐出路
１６ 気液分離室
１８ 流入口部
３１ 増速部
４１ 通水孔
４２ 仕切板

Claims (3)

1. 空気の混入した液体を給排する羽根車を内蔵するポンプ部と、羽根車を回転駆動させるモータ部と、ポンプ部内に吸入口を通じて液体を導入する吸入路と、ポンプ部内から液体を吐出する吐出路とを具備し、上記ポンプ部に固定したポンプケースの内部を仕切り壁で区画して、上記仕切り壁と上記ポンプケースとで上記吸入路を形成し、上記吸入路と上記ポンプ部を仕切る部分を穿設して上記吸入口を形成した自吸式ポンプであって、上記吸入口の上流側近傍に上記液体の流速を増すための増速部を設け、該増速部を、上記吸入路を区画する両側の仕切り壁の一部を互いに接近する方向にむけて滑らかな突曲面状に盛り上げて下流側に向けて徐々に小径になるとともに最小径部分を過ぎれば徐々に大径になるように設けたことを特徴とする自吸式ポンプ。
2. 上記増速部の最小径部分の断面積を、吸入路と配管とを繋ぐ流入口部の断面積よりも大きく形成してあることを特徴とする請求項１に記載の自吸式ポンプ。
3. 請求項１又は２のいずれか一項に記載の自吸式ポンプを用いた液体給排装置。

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