JP6927698B2 - インペラ、及びインペラを用いるポンプ - Google Patents

Description

本発明は、インペラ、具体的には遠心インペラ、及びインペラを用いるポンプに関する。

遠心ポンプは、通常、インペラを駆動して回転させてポンプの内部に負圧を生成するモータを含み、液体が連続的に引き込まれかつ外部に押し出される。インペラはポンプに必須の構成要素であり、そのデザイン及び構造は、ポンプの流体送出効率に直接影響する。

従来の遠心ポンプでは、インペラは、渦巻形ハウジングの中空チャンバの中に取り付けられる。通常、インペラと、中空チャンバの入口に隣接する端壁との間には大きな隙間が存在する。流体が入口を通って中空チャンバに入りインペラによって循環された後、流体の一部が隙間を通って入口へ逆流する場合があり、それにより流体の流速が不安定になり、従ってポンプの送出効率が不十分になる可能性がある。

従って、効率が改善されたインペラ、及びこのインペラを用いるポンプに対する要望がある。

インペラは、後方カバープレートと、後方カバープレート上に配置された複数のベーンと、後方カバープレート上に配置されたハブとを備える。インペラはシールリングをさらに備え、シールリングは、各々のベーンに結合され、ベーンの後方カバープレートから離れている一端に配置される。

好ましくは、後方カバープレートは、一側面に凹部を定め、ハブは後方カバープレートの凹部に配置される。

好ましくは、後方カバープレートは複数の平衡孔を定める。

好ましくは、平衡孔の数はベーンの数と等しい。

好ましくは、複数の平衡孔は、後方カバープレートにリング状に配置され、各々のベーンは、２つの隣接する平衡孔の間に配置される。

好ましくは、後方カバープレートは、リング状に配置された複数の貫通孔をさらに定め、複数の貫通孔は、互いに離間して、平衡孔及びハブが協働して定めるリングに均等に分散配置される。

好ましくは、各平衡孔は円弧形であり、各平衡孔が協働して定めるリングの中心軸線は、後方カバープレートの中心軸線と一致する。

好ましくは、ベーンは、後方カバープレートの中心軸線に隣接する出発位置から後方カバープレートの縁部に向かって延びる。

好ましくは、後方カバープレートは結合プレート及び支持プレートを備え、各々のベーンのシールリングから離れている一側面は、結合プレート及び支持プレートに結合され、ハブは、支持プレートのベーンから離れている一側面に配置される。

好ましくは、結合プレートは環状であり、支持プレートの断面は環状であり、結合プレートの内径は支持プレートの断面の外径よりも大きい。

好ましくは、各々のベーンは主部分を含み、主部分の一端はシールリングに結合され、他端は結合プレート及び支持プレートに結合される。

好ましくは、各々のベーンは、主部分の一端から突出する結合部分を含み、結合部分は、結合プレートと支持プレートとの間に結合されて、結合プレートと支持プレートとの間の空間を複数の平衡孔に分割する。

好ましくは、支持プレートは、リング状に配列された複数の貫通孔を定め、複数貫通孔が協働して定めるリングはハブと同心である。

ポンプは、渦巻形ハウジング及び駆動装置を備える。渦巻形ハウジングは、ハウジング本体、入口管、及び出口管を備える。ハウジング本体は拡散チャンバを備え、入口管及び出口管は拡散チャンバと連通している。駆動装置は、ハウジング本体に結合される。ポンプは、上述したインペラをさらに備える。インペラは、ハウジング本体内に回転可能に収容されかつ駆動装置に結合され、駆動装置は、インペラを駆動して回転させるように構成される。

ポンプは、拡散チャンバの入口管に隣接する端壁に配置されたバッフル部をさらに備える。

好ましくは、バッフル部の一端は、内部に一端の円周方向に沿って環状の係合溝を定め、シールリングは係合溝内に回転可能に収容される。

本発明のポンプでは、インペラはシールリングを備え、渦巻形ハウジングは、シールリングを収容する係合溝を備える。これにより渦巻形ハウジングの拡散チャンバ内の流体の流れ方向が変わり、入口管へ逆流する流体に対する抵抗が大きくなり、渦巻形ハウジングのデザインが最適になり、高い流体送出効率がもたらされる。さらに、インペラの後方カバープレートは、複数の円弧ストリップ状の平衡孔を備え、それによりインペラに加わる軸方向の力が低減し、インペラの回転がより安定する。

本発明の１つの実施形態によるポンプの部分断面図である。 本発明の１つの実施形態によるインペラの斜視図である。 図２のインペラの線ＩＶ−ＩＶに沿った断面図である。 図２のインペラの、別の角度から見た斜視図である。 図１の渦巻形ハウジングの斜視図である。 本発明の別の実施形態によるインペラの斜視図である。

以下、本発明の実施形態が添付図面を参照して詳細に説明される。

本発明の実施形態の技術的解決法は、以下のように添付図面を参照して明確かつ完全に説明される。明らかに、以下に説明する実施形態は、本発明の実施形態の全てではなく単にその一部である。本開示の実施形態に基づき、当業者によって何らかの創造的努力なしに得られるあらゆる他の実施形態は同様に本発明の保護範囲内に属する。

ある構成要素が別の構成要素に「固定された」と説明される場合、別の構成要素に直接固定することができること、又は中間の構成要素があってもよいことに留意されたい。ある構成要素が別の構成要素に「結合される」と説明される場合、別の構成要素に直接結合することができ、又は中間の構成要素があってもよい。ある構成要素が別の構成要素上に「配置された」と説明される場合、別の構成要素上に直接配置することができ、又は中間の構成要素があってもよい。「直交する」又は同様の表現などの方向に関する用語は、例示のみを目的としている。

別段の定めがない限り、全ての技術用語及び科学用語は、当業者によって理解される通常の意味を有する。本開示中で用いる用語は、限定というよりもむしろ例示である。

図１を参照すると、本発明の１つの実施形態によるポンプ１００は、空気、水、又は油などの流体を引き込み、流体をある容器から別の容器又は外部環境に送り出す、例えば水プールから水を排出するために使用される。この実施形態では、ポンプ１００は、洗濯機又は食洗機で使用できる遠心ポンプである。また、ポンプ１００は、気体などの流動性流体を引き込み又は排出するために使用できることを理解されたい。

図１及び図４を参照すると、ポンプ１００は、渦巻形ハウジング２０、駆動装置３０（図１に部分的に示す）、及びインペラ５０を含む。渦巻形ハウジング２０は、駆動装置３０に結合され、インペラ５０は、渦巻形ハウジング２０内に回転可能に収容される。インペラ５０は、駆動装置３０で駆動されて回転し、流体を引き込みかつ排出する。

渦巻形ハウジング２０は、ハウジング本体２３、入口管２４、出口管２６（図５参照）、及びバッフル部２５を含む。この実施形態では、入口管２４はハウジング本体２３の一側面に配置され、出口管２６はハウジング本体２３の他の側面に配置される。バッフル部２５は、ハウジング本体２３の入口管２４に隣接する一側面に配置される。この実施形態では、ハウジング本体２３及びバッフル部２５は一体に形成される。別の実施形態では、ハウジング本体２３及びバッフル部２５は、別の構成要素として一緒に組み立てることもできる。

ハウジング本体２３は、開放端を備えた拡散チャンバ２３２を含む。拡散チャンバ２３２の開放端は、駆動装置３０に結合される。拡散チャンバ２３２の内部にインペラ５０を回転可能に収容することができる。

この実施形態では、入口管２４は、実質的に中空管状であり、ハウジング本体２３の拡散チャンバ２３２の開放端から離れている一側面に配置され、入口管２４の中心軸線は、拡散チャンバ２３２の中心軸線と実質的に平行であるか又は一致している。入口管２４は、中心軸線に沿って流れ通路２４１を定める。流れ通路２４１は拡散チャンバ２３２と連通している。

この実施形態では、バッフル部２５は、ほぼ環状の突出部であり、入口管２４に隣接した端壁（符号なし）から拡散チャンバ２３２に突出している。バッフル部２５の中心軸線は、入口管２４の中心軸線と一致することが好ましい。環状の係合溝２５１は、入口管２４から離れているバッフル部２５の一端でかつこれに沿って形成される。係合溝２５１は、インペラ５０を受け入れるために用いられる。

出口管２６は、ハウジング本体２３に配置される。出口管２６は、拡散チャンバ２３２と流体連通し、入口管２４、拡散チャンバ２３２、及び出口管２６は、集合的に水、オイル、又はガスなどの流体を流すためのチャンネルを形成する。駆動装置３０がインペラ５０を駆動して回転させると、流体は、入口管２４を通って拡散チャンバ２３２に入り、出口管２６を通って拡散チャンバ２３２から吐出することができる。

この実施形態では、ポンプ１００は、好ましくは一方向回転ポンプであり、駆動装置３０は、好ましくは一方向回転モータによって動力を供給される。駆動装置３０は、回転モータを取り付けるための渦巻形ハウジング２０に結合した支持部材３１と、駆動軸３２とを含む。駆動装置３０は、駆動軸３２によってインペラ５０を駆動して回転させる。特に、駆動軸３２の一端は、渦巻形ハウジング２３の拡散チャンバ２３２内へ延びてインペラ５０に結合され、インペラ５０は駆動軸３２と同期して回転することができる。

図１から図３を参照すると、インペラ５０は、駆動軸３２に取り付けられ、拡散チャンバ２３２に収容される。インペラ５０は、後方カバープレート５２、複数のベーン５３、シールリング５５、及びハブ５６を含む。この実施形態では、複数のベーン５３は、後方カバープレート５２の一側面に配置される。シールリング５５は、複数のベーン５３の後方カバープレート５２から離れている一側面に配置される。ハブ５６は、後方カバープレート５２の中央領域に配置される。

この実施形態では、後方カバープレート５２は実質的に円板形であり、その中心は、後方カバープレート５２の中央領域で片側に向かって凹形になっており凹部５２１を形成する。凹部５２１は、ハブ５６を収容するために用いられ、インペラ５０の軸方向サイズを縮小してインペラ５０の小型化を助長するようになっている。後方カバープレート５２は平衡孔をさらに定める。この実施形態では、平衡孔５２５は後方カバープレート５２を貫通する貫通孔であり、平衡孔５２５の数はベーン５３の数と同じである。この実施形態では、各々の平衡孔５２５は円弧ストリップ状であり、全ての平衡孔５２５の円弧は、集合的にハブ５６と同心の円を形成する。後方カバープレート５２の平衡孔５２５は、後方カバープレート５２の反対側の各面の流れ圧力の平衡を保ち、インペラ５０に加わる軸方向の力を低減し、インペラ５０の回転安定性を維持することができ、結果的にポンプ１００の作動振動を低減しかつポンプ１００の作動効率を保証することができる。

この実施形態では、平衡孔５２５の数及びベーン５３５の数は両方とも５である。平衡孔５２５は、後方カバープレート５２にリング状に配列される。さらに、各平衡孔５２５は実質的に円弧形であり、各ベーン５３の一端は、２つの隣接する平衡孔５２５の間に配置される。平衡孔５２５によって協働的に定まるリングの中心軸線は、後方カバープレート５２の中心軸線と一致する。

各ベーン５３は、後方カバープレート５２の一側面上に均一に分散配置され、後方カバープレート５２の中心軸線に隣接する出発位置から延びる。この実施形態では、ベーン５３は、湾曲したベーンであり、後方カバープレート５２の中心軸線に隣接する出発位置から後方カバープレート５２の縁部に向かって湾曲して放射状に広がり、後方カバープレート５２の縁部で終端する。各ベーン５３は後方カバープレート５２と直交する。

この実施形態では、シールリング５５は環状構造体である。シールリング５５の一方側は、ベーン５３の後方カバープレート５２から離れている一側面へ結合され、シールリング５５の他の側面は、係合溝２５１内に回転可能に収容される。ハブ５６は、後方カバープレート５２のインペラ５３から離れている一側面に配置される。ハブ５６は、駆動軸３２の一端の周りに固定的に取り付けられるか又は駆動軸３２の一端にスプライン結合様式で移動可能に結合され、インペラ５０は、駆動軸３２と同期して回転できる。

図４を参照すると、後方カバープレート５２は、結合プレート５２２及び支持プレート５２４を含む。この実施形態では、結合プレート５２２は円形であり、支持プレート５２４は環状であり、結合プレート５２２の内径は支持プレート５２４の外径よりも大きい。結合プレート５２２は、支持プレート５２４の周りでこれから離間して取り付けられる。ハブ５６は、支持プレート５２４のベーン５３から離れている一側面に配置される。

各ベーン５３は、主部分５３１及び結合部分５３２を含む。主部分５３１の一端はシールリング５５に結合され、他端は、後方カバープレート５２の結合プレート５２２及び支持プレート５２４に結合される。この実施形態では、主部分５３１のシールリング５５から離れている一端のほぼ中央領域が突出して結合部分５３２を形成する。結合部分５３２は、後方カバープレート５２の結合プレート５２２と支持プレート５２４との間を結合して、結合プレート５２２と支持プレート５２４との間の空間（符号なし）を複数の平衡孔５２５に分割する。

図６を参照すると、本発明の別の実施形態では、インペラ５０に加わる軸方向の力をさらに低減するために、支持プレート５２４には複数の貫通孔５２６が形成され、これらは均一に離間してリング状に配列されることを理解されたい。各貫通孔５２６は、協働してハブ５６と同心の円を定める。

図１を再び参照すると、この実施形態のポンプ１００を組み立てる際に、最初にインペラ５０を駆動装置３０の駆動軸３２に取り付ける。次に、インペラ５０を拡散チャンバ２３２に収容しかつシールリング５５を係合溝２５１に収容した状態で、ハウジング本体２３の拡散チャンバ２３２を定める端部を駆動装置３０の支持部材３１に結合する。

図６を参照すると、ベーン５３は、後方カバープレート５２に対して所定の角度で傾斜できることを理解されたい。後方カバープレート５２に対する各ベーン５３の傾斜方向及び傾斜角度は、同じにすることができる。

本発明の各数ベーン５０は一体形成することができ、代替的に、後方カバープレート５２、ベーン５３、シールリング５５、及びハブ５６のうちの１又は２以上は、別々の形成した後に、溶接、接着、又はほぞ結合によって組み立てることができる。

本発明のポンプ１００では、インペラ５０はシールリング５５を備え、渦巻形ハウジング２０は、シールリング５５を収容する係合溝２５１を備える。これにより渦巻形ハウジング２０の拡散チャンバ２３２内の流体の流れ方向が変わり、入口管２４へ逆流する流体に対する抵抗が大きくなり、渦巻形ハウジング２０のデザインが最適になり、高い流体送出効率がもたらされる。さらに、インペラ５０の後方カバープレート５２は、複数の円弧ストリップ状の平衡孔５２５を備え、それによりインペラ５０に加わる軸方向の力が低減し、インペラ５０の回転がより安定する。

本発明が１又は２以上の実施形態を参照して説明されるが、実施形態の上記説明は、当業者が本発明を実行又は使用できるようにするためだけに用いられる。当業者であれば、本発明の精神又は範囲から逸脱することなく様々な修正が可能であることを理解できるはずである。本明細書に例示された実施形態は、本発明の限定として解釈されるべきではなく、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲を参照することによって決定される。

２０ 渦巻形ハウジング
２３ ハウジング本体
２４ 入口管
２５ バッフル部
２６ 入口管
３０ 駆動装置
３１ 支持部材
３２ 駆動軸
５０ インペラ
５２ 後方カバープレート
５３ ベーン
５５ シールリング
２３２ 拡散チャンバ
２４１ 流れ通路
２５１ 係合溝
５２１ 平衡孔

Claims (6)

1. 後方カバープレートと、
   前記後方カバープレート上に配置された複数のベーンと、
   前記後方カバープレート上に配置されたハブと、
   前記ベーンの各々に結合され、前記ベーンの前記後方カバープレートから離れている一端に配置されたシールリングと、
   を備え、
   前記後方カバープレートは、結合プレート及び支持プレートを備え、前記ベーンの各々の前記シールリングから離れている一側面は、前記結合プレート及び前記支持プレートに結合され、前記ハブは、前記支持プレートの前記ベーンから離れている一側面に配置され、
   前記ベーンの各々は、前記シールリングに結合した主部分と、前記主部分の前記シールリングから離れている一端から突出する結合部分とを含み、前記結合部分は、前記結合プレートと前記支持プレートとの間に結合されて、前記結合プレートと前記支持プレートとの間の空間を複数の平衡孔に分割し、前記平衡孔の各々は前記結合プレート、前記支持プレート及び隣接するベーンによって境界付けられているインペラ。
2. 前記後方カバープレートは、リング状に配置された複数の貫通孔をさらに定め、前記複数の貫通孔は、互いに離間して、前記平衡孔及び前記ハブが協働して境界付ける環状の領域に均等に分散配置される、請求項１に記載のインペラ。
3. 各前記平衡孔は円弧形であり、前記複数の平衡孔は前記後方カバープレートにリング状に配置され、前記平衡孔が協働して定める前記リング状に配置された前記複数の平衡孔の中心軸線は、前記後方カバープレートの中心軸線と一致する、請求項１又は２に記載のインペラ。
4. 流体を移送するよう構成されたポンプであって、
   ハウジング本体、入口管、及び出口管を備える渦巻形ハウジングであって、前記ハウジング本体は拡散チャンバを定め、前記入口管及び前記出口管は、前記拡散チャンバと連通する、渦巻形ハウジングと、
   前記ハウジング本体に結合された駆動装置と、
   前記ハウジング本体内に回転可能に収容され、前記駆動装置に結合されて前記駆動装置により駆動されて回転する、請求項１乃至３のずれかに記載のインペラと、
   を備える、ポンプ。
5. 前記ポンプは、前記拡散チャンバの前記入口管に隣接する端壁に配置されたバッフル部をさらに備え、前記バッフル部は、前記インペラの前記シールリングに係合して前記流体の逆流を防止する、請求項４に記載のポンプ。
6. 前記バッフル部の一端は、内部に前記一端の円周方向に沿って環状の係合溝を定め、前記シールリングは、前記係合溝内に回転可能に収容される、請求項５に記載のポンプ。

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