JP5874131B2 - 自吸式ポンプ - Google Patents

Description

本発明は自吸式ポンプに関し、より詳しくは、同一駆動力でも流体に対する大きい加圧力を発生させて吐出圧、吐出量を増大させると共に、流体の流れに伴う摩擦抵抗を減少させることによって、ポンピング効率の向上を期待することができる自吸式ポンプに関する。

一般に、ポンプ（Pump）とは、圧力作用により液体や気体などの流体を管を通じて特定場所に移送したり、低圧の容器の中にある流体を管を通じて高圧の容器の中に圧送する装置を意味するものであって、農村、鉱山、土木工事場、工場、家庭に至るまで、流体が用いられる所で多様に使われており、水だけでなく石油や各種薬品またはパルプ、粘稠性スラッジなどのような特殊な流体の輸送に至るまで非常に広範囲に使われている。

このようなポンプはその用途上、産業用ポンプ、ケミカル（Chemical）ポンプ、家庭用ポンプなどに分類することができ、構造上では、往復ポンプ、ロータリー（回転）ポンプ、遠心ポンプ、軸流ポンプ、摩擦ポンプ、水中ポンプなど、多様な種類のポンプに区分することができる。

また、ポンプはポンプの初期作動時、呼び水（priming）を必要とする非自吸式ポンプと、ポンプケーシング内の水だけでも自吸（Self-Priming）が可能であって、呼び水を必要としない自吸式ポンプに大別されることもできる。

図７は従来技術に従う自吸式ポンプのインペラーを示す図であって、従来の自吸式ポンプは、吸入口と吐出口が前方ケーシングに形成され、放射状の回転羽を有するインペラーが後方ケーシングに内蔵されて駆動モーターの軸方向に結合固定される構成からなる。

このような構造で、駆動モーターの作動によりインペラーが時計反回り方向に回転されれば、インペラーの回転によって前方ケーシングに形成された吸入孔部分に負圧がかかって吸入口を通じて水が吸入され、吸入された水はインペラーの回転に従う遠心力によりＵ字型の移送溝に沿って加圧移送された後、上部ケーシングに形成された吐出孔及び上記吐出口を通じて外部に圧送される。

ところが、前述したような従来の自吸式ポンプは、その構成が簡単であるので、設置面積が小さく、初期作動のための呼び水を必要としないという長所はあるが、図７に図示されたように、インペラーの構造的な側面上、加圧力が弱く、流体の摩擦抵抗が大きくて相対的に揚程が低く、吐出圧及び吐出流量が少なくてポンピング効率を極大化させられないという問題点がある。

また、従来ポンピング効率の向上のために、一段インペラーの代わりに二段のインペラーを採用したり、インペラーを複雑な構成に改良した自吸式ポンプも開示されているが、このような改良技術は構造が非常に複雑になり、設置面積が増加するようになって、製作及び設置に伴う経済的な費用が増加する問題点がある。

したがって、構成が比較的簡単であって、製作コストが低廉で、かつ相対的に大きい揚程と高い吐出圧及び大きい吐出流量を有する、よりポンピング効率が向上した自吸式ポンプの開発が切実に要求される状況である。

本発明は、前述した従来の問題点を解決するためのものであって、インペラーの回転羽部分の構造を改善して流体に加えられる加圧力を増大させ、流体の摩擦抵抗を減少させることによって、相対的に大きい揚程と増大した吐出圧及び吐出流量を得ることができる自吸式ポンプを提供することをその目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の課題解決手段として、吸入孔と吐出孔を有し、Ｕ字型の移送溝が形成された前方ケーシングと駆動モーターに結合された後方ケーシングとの間に上記駆動モーターの軸に結合されたインペラーが内蔵されてなされる自吸式ポンプにおいて、上記インペラーは内輪と外輪、及び上記内輪と外輪との間で上記内輪を中心として放射状に延びる多数の回転羽を有し、かつ上記回転羽は回転方向側に所定角度傾斜するように形成され、後端部には隣り合う回転羽との間に生成された開放空間を一部塞ぐ加圧板が形成される自吸式ポンプが開示される。

ここで、上記加圧板は上記開放空間の半分を塞ぐように形成される。

また、上記外輪と連結される回転羽の長手方向の端部には回転方向側にラウンドした曲面部が形成される。

また、上記吸入孔と吐出孔は上記駆動モーターの駆動軸の中心より上方に所定距離偏心した位置で上記前方ケーシングに形成される。

また、上記前方ケーシングの前面には上記吸入孔と吐出孔に各々連通される吸入管と吐出管が一体に形成され、かつ上記吸入管は上記吸入孔から水平に延びるように形成される。

本発明による自吸式ポンプは、傾斜した回転羽と加圧板が形成されたインペラーを通じて流体に加えられる加圧力を増大させると共に、流体の摩擦抵抗を減少させ、吸入孔及び吐出孔の上向き偏心を通じて流体に一層大きい回転力が加えられるようにすることで、吐出圧力及び吐出量を増大させてポンピング効率を向上させることができる効果がある。

また、構造が複雑でなく、製造が容易であるので、製造及び設置に伴う経済的な負担が大きくないという効果がある。

そして、上記したように、具体的に明示した効果の以外に、本発明の特徴的な構成から容易に導出され、期待されることができる特有な効果も本発明の効果に含まれることができる。

本発明の一実施形態に係る自吸式ポンプの分離斜視図である。 本発明の一実施形態に係るインペラーの斜視図である。 図２の正面図である。 図２の回転羽部分のみを示す側断面図である。 本発明の一実施形態に係る前方ケーシングを示す背面図である。 本発明に係る自吸式ポンプの動作状態を例示した作動例示図である。 従来の自吸式ポンプのインペラーを示す正面図である。

以下、添付した図面を参照して本発明に係る自吸式ポンプの好ましい実施形態を詳細に説明する。

本発明の実施形態を説明するに当たって、原則的に関連した公知の機能や公知の構成のように、既に当該技術分野の通常の技術者に自明な事項であって、本発明の技術的特徴を曖昧にすることができると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。

図１は本発明の一実施形態に係る自吸式ポンプの分離斜視図であり、図２は本発明の一実施形態に係るインペラーの斜視図であり、図３は図２の正面図であり、図４は図２の回転羽部分のみを示す側断面図であり、図５は本発明の一実施形態に係る前方ケーシングを示す背面図である。

上記した図面を参照すると、本発明の好ましい一実施形態に係る自吸式ポンプ１は、前方ケーシング１０、後方ケーシング２０、インペラー３０、及びインペラー３０の駆動手段である駆動モーター４０を含んでなる。

図面に図示されたように、上記駆動ポンプ４０が最後端に位置し、上記駆動モーター４０の前方に後方ケーシング２０と、前方ケーシング１０が順次に結合され、前方ケーシング１０と後方ケーシング２０との間に上記インペラー３０が上記駆動モーター４０の駆動軸４１に取り付けられて内蔵される構成からなる。

ここで、上記後方ケーシング２０と駆動モーター４０は全て公知の構成であって、本発明の範疇内で特別な技術的特徴を有する部分ではないので、その細部構成及び作動に対しては詳細な説明を省略し、本発明に係る特徴的な構成部分に対してのみ詳細に説明する。

まず、上記前方ケーシング１０にはその内側面に流体の吸入と吐出がなされる中空の吸入孔１１と吐出孔１２が各々形成され、上記吸入孔１１と吐出孔１２の下側にはＵ字型の移送溝１３が形成される。

上記吸入孔１１と吐出孔１２は、中心部に形成された軸空間溝１４（ここで、軸空間溝１４はインペラー３０を貫通した上記駆動軸４１の先端が空間内に位置して駆動軸４１が前方ケーシング１０と干渉されないようにするためのものである）を基準に左右両側に対称形成される。

そして、上記吸入孔１１と吐出孔１２は、上記軸空間溝１４（即ち、駆動軸４１の中心）より上側に所定距離（ｄ）偏心される位置で形成されることが好ましい。

このように、吸入孔１１と吐出孔１２が駆動軸４１より上側に所定距離（ｄ）位偏心されるように位置して形成されれば、従来の駆動軸４１と水平した位置に形成されたことと対比して流体が上記Ｕ字型の移送溝１３に沿って加圧移送される長さがそれだけ増加するようになり、それによって、インペラー３０の回転に伴う遠心力が流体に一層大きく加えられるので、結果的に、吐出圧を高めてくれる作用をするようになる。

上記Ｕ字型移送溝１３は、略半円の形状を有しながら、その両側上段部が上記した吸入孔１１と吐出孔１２の略上段部分から中央部分に至る多様な距離を有することができる。

このような前方ケーシング１０に形成されたＵ字型移送溝１３に対応して、上記後方ケーシング２０にもＵ字型移送溝２１が形成できるが、後方ケーシング２０に形成された移送溝２１は前方ケーシング１０に形成された移送溝１３より溝の深さがより低く形成されることができる。

一方、上記前方ケーシング１０にはその前面に吸入口１５と吐出口１６が一体に形成される。

上記吸入口１５と吐出口１６は、上記吸入孔と吐出孔１２に各々連通され、外部配管（図示せず）と連結がなされるようになるが、ここで、上記吸入口１５は連通された上記吸入孔１１と水平をなしながら延びるように形成されることが好ましい。

従来、自吸式ポンプの吸入口は全て吸入孔で上向き延長される形態からなるので、吸入のための配管ラインが不要に高まるようになり、それによって、水頭が増加して流体の吸入に伴うエネルギー損失が発生することによって、吸入力を低下させる結果をもたらしたところ、本発明では吸入口１５を従来とは異なり、吸入孔１１と水平な形態に改善して吸入力を向上させることができるようにするものである。

上記吐出口１６は、図面に図示したように、水平に延びるようにすることができ、必要によって従来のように上向き延長されるように形成されても関係ない。

次に、本発明に係る上記インペラー３０は、内輪３１及び外輪３２と、上記内輪３１と外輪３２との間で放射状に延びる多数の回転羽３３を含んでなる。

上記内輪３１の中央には上記駆動軸４１の貫通のための軸孔３１ａが形成され、上記軸孔３１ａには駆動軸４１との結合のためのキー溝３１ｂが形成される。

上記放射状に形成される多数の回転羽３３は直線形態をなし、かつインペラー３０の回転方向側に所定角度（θ）傾斜するように形成される特徴を有する。

このように回転羽３３が傾斜するように形成されることによって、インペラー３０は上記吐出孔１２に流体を吐出する時、流体に一層大きい加圧力を加えるようになる。

このような回転羽３３の傾斜角度（θ）は略１０〜２０゜位のものが好ましい。但し、上記した傾斜角度は当該技術分野で通常の知識を有する者であれば、必要とする吐出圧、流量などと関連したポンプの用途、性能などを考慮して、必要によって適切に選択できる設計的事項であるところ、上記提示された角度に限定されず、多様な任意の角度に選択されることが可能である。

また、上記回転羽３３の後端部には加圧板３５が形成される特徴を有する。

上記加圧板３５は１つの回転羽と隣り合う回転羽との間に生成された開放空間３６の一部を塞ぐように上記内輪３１と外輪３２との間に形成されるが、好ましくは上記開放空間３６の半分を塞ぐように形成される。

上記加圧板３５の形成により多数の回転羽３３の各々の間に生成された開放空間３６は、半分が塞がり、半分は開口した後方セミ閉鎖型構造となるが、このような構造を通じて流体の吐出時にも流体の加圧力を増加させることができるようになる。

即ち、後方ケーシング２０のＵ字型移送溝２１に沿って加圧移送される流体が吐出時、加圧板３５により狭く開口された開放空間３６を通じてインペラー３０の前方に抜け出すにつれて、前方ケーシング１０のＵ字型移送溝１３に沿って加圧移送される流体の圧力を一層増加させるようになり、また加圧板３５により開放空間３６の一部分が閉鎖されているので、吐出時、流体がインペラー３０の後方側（即ち、後方ケーシング２０側）に抜け出て損失（Loss）されることを防止しながら加圧板３５が流体を前方ケーシング１０の吐出孔１２の方のみに加圧する作用をするようになって、吐出される流体の圧力を一層増加させるようになる。

そして、上記回転羽３３は内輪３１から外輪３２に、全体的には直線形態に延長され、かつ外輪３２と連結されるその長手方向の端部には回転方向側に流線型ラウンドした曲面部３７が形成されることが好ましい。

このように、回転羽３３の端部に曲面部３７を形成させることによって、インペラー３０の回転時、回転羽３３と流体の摩擦抵抗を減少させることができ、それによって、流体がより大きい回転力を受けるようにして、やはり吐出圧を増加させる要素として作用するようにすることができる。

上記した構成によりなされたインペラー３０において、インペラーの厚さ、回転羽３３の個数などは、多様に選択できるところ、これは当該技術分野で通常の知識を有する者であれば、必要とする吐出圧、流量などと関連したポンプの用途、性能などを考慮して、必要によって適切に選択できる設計的事項である。

以上、本発明の好ましい実施形態に係る自吸式ポンプ１の構成について説明したが、以下ではその作動について簡単に説明する。

図６は本発明に係る自吸式ポンプ１の動作状態を例示した作動例示であって、まず、駆動モーター４０に電源を印加して駆動モーター４０を作動させれば、駆動軸４１に取り付けられたインペラー３０が時計反回り方向に回転するようになり（正面視の時である。図６は背面図であるので、時計方向に図示される）、吸入孔１１の部分に負圧がかかりながら流体が吸入され、吸入された流体はインペラー３０の回転力を受けながらＵ字型移送溝１３、２１に沿って加圧移送される。

このように、Ｕ字型移送溝１３、２１に沿って加圧移送された流体は、吐出孔１２を通じて外部に吐出されるようになるが、本発明においては構成部分で前述したように、吸入孔１１と吐出孔１２が駆動軸４１に比べて上向き偏心されているので、流体がＵ字型移送溝１３、２１に沿って移送される距離が増加してインペラー３０の回転力をより大きく受けるようになり、またインペラー３０の改善された構造によって流体に前方加圧力がより増加するので、流体はより増加した吐出圧で吐出がなされるようになる。

本出願人は、本発明に係る自吸式ポンプ１を従来の自吸式ポンプと比較するために、吸入管と吐出管のサイズを１−１／２インチ（３８mm）に同一にし、駆動モーター４０を同一に１８００ＲＰＭで回転駆動させて、同一な駆動力を加えた状態で比較実験を実施した。

このような比較実験結果、従来の自吸式ポンプの場合には、最大ポンピング流量（Maximum Capacity）が略６ｍ^２／ｈであり、最大揚程（Maximum Head）が１５ｍ位であることに反して、本発明に係る自吸式ポンプは、最大ポンピング流量が略８ｍ^２／ｈであり、最大揚程が２０ｍ位に達した。

したがって、本発明に係る自吸式ポンプは、従来の自吸式ポンプに比べてそのポンピング効率が略３０〜３５％位向上することが分かる。

以上、本発明に係る自吸式ポンプについて説明したが、本発明の技術的範囲は前述した実施形態及び図面に記載された内容に限定されるものではなく、該当技術分野の通常の知識を有する者により修正または変更された等価の構成は本発明の技術的事象の範囲に含まれるものである。

Claims (1)

1. 吸入孔１１と吐出孔１２を有し、Ｕ字型の移送溝１３が形成された前方ケーシング１０と駆動モーター４０に結合された後方ケーシング２０との間に前記駆動モーター４０の駆動軸４１に結合されたインペラー３０が内蔵されてなる自吸式ポンプであって、
   前記インペラー３０は、内輪３１と外輪３２、及び前記内輪３１と外輪３２との間で前記内輪３１を中心として放射状に延びる多数の回転羽３３を有し、
   前記回転羽３３は、その前端部から後端部に行くほど、前記インペラー３０の回転方向側に一定の角度（θ）傾斜するように形成され、その後端部には、回転羽３３の長手方向に沿って、内輪３１から外輪３２まで延長し、かつ、隣り合う回転羽との間に生成された開放空間３６の半分を塞ぐ加圧板３５が形成され、前記外輪３２と連結される回転羽３３の長手方向の端部には、前記インペラー３０の回転方向側にラウンドした曲面部３７が形成されることを特徴とする、自吸式ポンプ。

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