JPH05505010A - 蓄熱ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 蓄熱ポンプ １血豆１ 本発明は、ポンプ人口とポンプ出口を有し、ポンプ入口とポンプ出口の間に流れ チャンネルを画定するハウジングと、該ハウジング内に回転自在に支持された軸 と、軸に固定された回転インペラとから成るタイプの蓄熱ポンプに関する。イン ペラは、その回転軸線の周りに円周方向に離隔した一連のセル（画室）を画定す る複数個のブレードを有している。ハウジングの壁には、インペラの面に沿うよ うにして案内チャンネルが形成されている、各セルは、インペラの回転平面から 側方へ前記案内チャンネルに向けて開口しており、インペラが回転する間該案内 チャンネルと協同し、前記流れチャンネルに沿って該案内チャンネル及び各セル 内を通してらせん状の流体流れを導く。

１血且１ この種の従来の蓄熱ポンプにおいては、インペラのブレードは、インペラの回転 平面に対して垂直に延長させるか、あるいは、ブレードの外縁をインペラの回転 平面から回転方向に前方に傾斜させ、それによって、インペラが回転する間上記 各セルがより効率的に流体を受容して前記案内チャンネル内へ投入するように構 成されている。通常、はぼ４５°の角度で傾けられており、各ブレードの両側面 は、平坦で互いに平行であり、ブレードの外縁は、インペラの回転平面に平行な そのブレードの平坦な外表面に連接しており、その平坦な外表面は、ハウジング の内表面に近接していて、隣接するセルとセルの間の流体の円周方向の流れ、特 に、ポンプ人口とポンプ出口の間のストリッパと称される領域での流体の円周方 向の流れを制限する。

いずれにしても、ブレードは、その半径方向の全長に亙って実質的に均一な断面 形状を有しており、特に、ポンプ入口及び案内チャンネルに近接したブレード部 分は、同一の断面形状を有している。

ｌ豆二■ｊ 本発明の目的は、上述したタイプで、改良された性能を有する蓄熱ポンプを提供 することである。

この目的を達成するために、本発明によれば、インペラの各ブレードの後行表面 を半径方向でみて異なる輪郭を有するものとする。即ち、半径方向でみてポンプ 入口に近接したブレードの第１半径方向部分の後行表面は、前記案内チャンネル に半径方向でみて近接した第２半径方向部分の後行表面と比べて相対的に該ブレ ードの外縁に向けて回転方向に前方へ傾斜した斜面とする。

ポンプ入口に近接したブレードの第１半径方向部分の後行表面の斜面（面取り） の傾斜度は、この領域における不安定な流れ状態及びキャビテーション作用を抑 制し、それによって前記セル内の半径方向外方の流れにおける二次的運動を抑制 するように選定する。従って、前記案内チャンネルに置ける再循環流れが高めら れ、ポンプが創生する水頭圧（＋１！程）が増大される。更に、ポンプの流れ損 失が減少され、ポンプの効率が高められる。これらの改良は、ポンプの入口圧が 低い状態での運転において特に重要であり、ポンプ内に流体の貫流を阻害する蒸 気の発生を遅らせる働きをする。

前記案内チャンネルに近接したブレードの第２半径方向部分の後行表面の傾斜度 は、流体がセルと案内チャンネルとの間で再循環する流体の流れに整合するよう に選定する。その結果として、ブレードの第１半径方向部分の後行表面の傾斜度 と、第２半径方向部分の後行表面の傾斜度を相違させることとなり、ブレードの 第１半径方向部分の後行表面を該ブレードの外縁に向けて回転方向に前方へ第２ 半径方向部分の後行表面に比べて傾斜させ本発明の一実施例においては、ブレー ドの第１半径方向部分の後行表面の相対的な前方傾斜は、ブレードの後方外側部 分に面取りを施すことによって形成される。各ブレードの先行表面と後行表面と は、第１半径方向部分の後行表面のこの面取りを施した部分を除いては、実質的 に平行とする。

各ブレードの外縁は、それに近接する前記ハウジングの内面の部分と協同して両 者の間を通る流体の円周方向の流れを制限するように、ブレードの半径方向の実 質的に全長に亙ってインペラの回転平面に平行な平坦な表面をすることが好まし い０例えば、ポンプ出口とポンプ入口の間の直接的な流れを制限するためにブレ ードをポンプ出口とポンプ入口の間のストリッパと協同させる必要がある。又、 ポンプ入口と案内チャンネルとを半径方向に離隔させた場合、ポンプ入口と案内 チャンネルとの間のブレード部分は、案内チャンネルからポンプ入口への戻り流 を制限するのに十分な幅の平坦な外表面を有することが好ましい。

前記相対的な傾斜を得るためにブレードの後行表面に面取りを施す本発明の前記 実施例においては、その面取りは、ブレードの外縁に平坦な表面を残すようにす ることが好ましい、ただし、ブレードの外縁のそのような平坦な表面は、該ブレ ードの全半径方向縁に沿っての平坦な表面の他の部分より幅狭とすることができ る。

の　ｔ　− 図１は、本発明の一実施例による蓄熱ポンプの断面図である。

図２は、図１の蓄熱ポンプの側面図である。

図３は、図２の線ｘ−ｘに沿ってみたポンプのインペラの部分断面図である。

図４は２図２の線Ｙ−Ｙに沿ってみたポンプのインペラの部分断面図である。

図５は、図１のものに類似しているが、ポンプ入口及びポンプ出口の異なる構成 を有する蓄熱ポンプの断面図である。

図６は、図５のポンプの側面図である。

図７は、図１のポンプの流れ係数Ｑｅに対する水頭圧係数Ｈｃを示すグラフであ る。

図８は、図１のポンプのポンプ入口とポンプ出口間の圧力差（ΔＰ）に対する正 味吸引正圧（ＮＰＳＰ）を示すグラフである。

１立１ 図１〜４を参照すると、本発明の一実施例による蓄熱ポンプが示されている。こ の蓄熱ポンプは、ハウジング１と、ハウジング１内に軸受３を介して回転自在に 支持された軸２と、軸２に固定されたインペラ５がら成る。

ハウジング１は、インペラ５を取容する円筒形チャンバー４を画定する。

インペラ５は、ハブ６と、該ハブから半径方向外方に延長したリング７と、該リ ングの両側面に担持され、リングの側方に突出し、半径方向に延長した１組のブ レード８から成る。これらのブレード８は、ハブ６及びリング７と一体に形成さ れており、外周縁においてチャンバー４内に密嵌合状態に受容されるように全体 として円筒形の輪郭を画定する。

リング７の各側面のブレード８は、図３及び４に示されるように、リングからリ ングの回転中心平面Ｚ−Ｚに対してほぼ４５°の角度をなしてインペラの回転方 向Ｒの方向に延長している。各隣接するブレード８と８の間のスペースは、イン ペラの両側にセル（画室）９の環状配列体を画定する、 ハウジング１は、インペラ５の中心平面上で合着した２つのハウジング部片１１ ．１２で構成されている。ポンプ入口１４は、各セル９の中間領域に近接したと ころでチャンバー４に開口するようにハウジング１の各ハウジング部片１１と１ ２の側壁に互いに対置して穿設されている。ポンプ出口１４は、各セル９の中間 領域に近接したところでチャンバー４に開口するようにハウジング１の各ハウジ ング部片１１と１２の側壁に互いに対置して穿設されている。ただし、ポンプ出 口１４は、図２に示されるように、ポンプ入口１３からほぼ２２５°だけインペ ラの回転方向Ｒに角度的にずらされている。

ハウジング１の各部片１１．１２の側壁には、チャンバー４に開口するように案 内チャンネル１５が形成されている。この案内チャンネル１５は、ポンプ人口１ ３とポンプ出口１４の間でほぼ３１５゛に亙ってインペラ５の外側部分に沿って 延長している。

案内チャンネル１５の閉鎖端と閉鎖端の間のハウジング側壁の連続部分（溝や開 口によって途切れていない部分）１６は、以下に述べるポンプの作動の説明から 分かるように、ポンプ出口１４からポンプ人口１３への流体の直接流れ（短絡流 れ）を制限するストリッパの機能を果たす。

作動において、流体はポンプ入口１３から各セル９に流入する６インペラ５は、 矢印Ｒの方向に回転し、遠心作用により各セル９内の流体の半径方向外方への流 れを惹起する。流体は、インペラの外周縁において側方外方（即ち、軸方向外方 ）へ案内チャンネル１５内へと導かれ、該案内チャンネルに沿って半径方向内方 へセル９内へと再循環される。この再循環動作は、インペラが回転する同各案内 チャンネル１５の全長に沿って続けられ、それによって、ポンプ出口１４から排 出されるまで流体の圧力を増大させる。

流体は、各セル９内に捕捉されて案内チャンネル１５の閉鎖端と閉鎖端の間のハ ウジング側壁の連続部分１６を横切って運ばれるが、各ブレード８の外縁１７が ストリップ１６の内面に密に近接しているので、ポンプ出口１４からポンプ人口 １３への流体の直接流れは制限される。

以上に説明したようなタイプのポンプにおいて、図４に示されるように、インペ ラの各ブレード８の先行表面（インペラの回転方向で・みて前方の表面）１ｇと 後行表面（インペラの回転方向でみて後方の表面）１９を平行にして各ブレード の断面をその半径方向の全長に亙って均一にすることは周知である。

これに対して、本発明によれば、各ブレード８の後行表面１９の、ポンプ入口１ ３に半径方向でみて近接して通る部分をその外縁に向けて回転方向に前方へ傾斜 した斜面とする。即ち、各ブレード８の、ポンプ人口１３の内方縁に対応するイ ンペラ半径Ｒ１と案内チャンネル１５の内方縁に対応するインペラ半径Ｒ２との 間の部分の後行表面１９を、図４に示される後行表面１９の残りの部分と比べて 相対的に１図３に示されるようにその外縁に向けて回転方向に前方へ傾斜した斜 面とする。

ブレード８の後行表面１９の上記斜面は、単に、後行表面１９の外縁部分に面取 り２０（図２及び３参照）を施すことによって得られる。ブレード８の外縁の、 図４に示されるように面取りされない場合の全幅の少くとも３分の１は平坦部分 ２１として残すことが好ましい。通常、面取り２０は、面取りされない後行表面 １９に対してほぼ２２．５°の角度とする。

このように各ブレード８の後行表面１９の輪郭に改変を加えた効果は、図７及び ８のグラフに示されている。

図７は、本発明のポンプの流れ係数Ｑｅに対して、ポンプの水頭圧係数Ｈ，，及 び効率Ｅを測定するために実施されたテストの結果を示すグラフである。このテ ストは、インペラの回転速度８０００ｒ、ｐ、ｍ、ポンプの入口圧力２０ｐｓ　 ｉ　（１０４Ｋｇ／ｃｍ”　）で実施された。そのテストの結果は、図７に曲線 Ａで示されている。

これとの比較として、同じポンプであるが、全長に互って図４示されるような均 一な断面を有するブレードを備λたポンプについて実施した同様なテスト結果が 曲線Ｂで示されている。これらの曲線から、ブレード８の後行表面１９に面取り ２０を施すことの効果は、ポンプの全作動範囲に亙って創生される水頭圧（揚程 ）Ｈｅ及び効率Ｅを高めることであることが分かる。

図８は、比較的低い値の正味吸引正圧（ＮＰＳＰ）において本発明のポンプがそ のポンプ入口とポンプ出口の間で創生する圧力差（△Ｐ）を測定するために実施 されたテストの結果を示すグラフである。やはり、本発明のポンプについてのテ スト結果は、図８に曲線Ａで示されており、これとの比較として、同じポンプで あるが、全長に亙って図４示されるような均一な断面を有するブレードを備えた ポンプについて実施した同様なテスト結果は曲線Ｂで示されている。これらの曲 線から、ブレード８の後行表面１９に面取り２０を施した結果として、正味吸引 正圧（ＮＰＳＰ）が低くなったときの圧力差（△Ｐ）の低下率が比較的急激でな いことが分かる。

性能面でのこのような改良は、同じポンプであるが、面取り２０を施す部分を半 径Ｒ２のところの案内チャンネル１５の内方縁を越えて半径方向外方へ延長した ポンプに関して実施した同様のテストと比較することによって更に立証すること ができる。そのような−例として、面取り２０を施す部分を半径Ｒ３のところの ポンプ入口１３の外方縁にまで延長した。そのポンプに関して実施したテスト結 果は、図７及び８に曲線Ｃで示されている。更に別の例として、面取り２０をブ レードの半径方向の全長に互って施した。そのポンプに関して実施したテスト結 果は、図７及び８に曲線りで示されている。

図７に示される曲線Ｃ及びＤは、それらのブレードの面取り２０が水頭圧Ｈｃ及 び効率Ｅの増大をもたらすことを示している。しかしながら、図８に示される曲 線Ｃ及びＤは、ブレードの面取り２０は、それを案内チャンネル１５に近い領域 にまで延長させた場合、比較的低い値の正味吸引正圧（ＮＰＳＰ）においてはポ ンプの性能に悪い影響を及ぼすことを示している。これらの２つの例のいずれに おいても、正味吸引正圧（ＮＰＳＰ）が４ｐｓ　ｉ　（０，２８Ｋｇ／ｃｍ”　 ）以下では圧力差（ΔＰ）の減少率が急激に増大し、従って、そのようなポンプ は、ブレードの半径方向の全長の一部分だけに面取りを形成したポンプ（曲＃！ Ａで表される）に比べて早期にベーパロックを起こす。

図１〜４に示された実施例の蓄熱ポンプでは、ポンプ入口１３も、ポンプ出口１ ４も、案内チャンネル１５の半径上に配置されている。インペラ５の両面にそれ ぞれ１組のセル９が設けられており、該２組のセルは、それぞれ独自のポンプ入 口１３とポンプ出口１４を有している。それらの２つのポンプ入口１３．１３は 、外部の連結導管（図示せず）によって並列に連結され、同様に２つのポンプ出 口１４．１４は、外部の連結導管（図示せず）によって並列に連結されている。

図５及び６は、本発明の別の実施例を示す。この実施例では、インペラの両側の ２組のセル９が、各ブレード８の根元のところでリング７を貫通して形成された 穴１０によって互いに連結されている。インペラの両側の２組のセル９が、この ように互いに連結されているので、ポンプ入口１３は、インペラの一方の側の一 方のハウジング部片１１の側壁に１つだけ設けられており、ポンプ出口１４は、 インペラの他方の側の他方のハウジング部片１２の側壁に１つだけ設けられてい る。更に、ポンプ入口１３とポンプ出口１４は、いずれも、案内チャンネル１５ から半径方向内方に離れたところに配置されている。この構成により、このポン プは、ポンプ送りする流体が気体と液体の混合相である場合、インペラの外周縁 のところに、ポンプ作用を維持する液体の環状体を保持する。従って、このポン プは、自己始動する（外部から呼び水を導入する必要なしに始動する）ことがで きる。

この実施例においても、インペラ５の各ブレード８の後行表面１９に図３に示さ れるのと同様の断面形状の面取り２０を形成する。この面取り２０は、図６に示 されるように、ポンプ入口１３の外方縁に対応するインペラ半径Ｒ３にまで半径 方向に延長させる。ポンプ人口１３と案内チャンネル１５とを半径方向に離隔さ せであるので、面取り２０を、図１．２の実施例のように案内チャンネル１５に オーバーライドさせる必要なしに、ポンプ人口１３の全幅を横切って延長させる ことができる。

本発明に更に別の実施例として、ブレード８の後行表面１９の面取り２０は、図 ３に示されるように平坦な面ではなく、曲面としてもよい、直、ブレードの外縁 に内端部分２Ｉを残すことが好ましい。

更に別の実施例として、ブレード８の復行表面１９の面取り即ち前方斜面は、プ ｊ／−ドの対応部分をその外縁にむけて前方へ捻ることによって得ることもでき る。

要　約 ポンプ入口（１３）及びポンプ出口（１４）を有するハウジング（１）と、該ハ ウジング内に回転自在に取イ１けられたインペラ（５）から成り、該インペラは 、該インペラの軸線の周りに円周方向に離隔した一連のセル（９）を画定する複 数のブレード（８）を有しており、該ハウジング内にポンプ入口とポンプ出口の 間に延長した流れチャンネルが形成されており、該流れチャンネルは、該インペ ラの側面に沿って該ハウジングの壁に形成された案内チャンネル（１５）を含み 、前記セルは、インペラの回転平面の側方に該案内チャンネルに向けて開口して おり、インペラが回転する間該セルとそれと対応する案内チャンネルとが協同し て該案内チャンネルの全長に沿って該案内チャンネル及びセルを通して流体のら せん状の流れを導くようになされている多段蓄熱ポンプであって、前記各ブレー ド（８）の第１半径方向部分（２０）は前記ポンプ入口（１３）に近接する半径 方向の位置にまで延長しており、該ブレードの第２半径方向部分は前記案内チャ ンネル（１５）に近接する半径方向の位置にまで延長しており、該ブレードの後 行表面（１９）は、半径方向に異なる輪郭を有し、前記第１半径方向部分（２０ ）の後行表面（１９）は、第２半径方向部分の後行表面（１９）と比べて相対的 に、その外縁（１７）に向けて回転方向（Ｒ）に前方へ傾斜した斜面とされてい ることを特徴とする蓄熱ポンプ。

国際調査報告　Ｑｒ７／ＱＱ　０１／ｎ７７＋１Ｆ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ポンプ入口及びポンプ出口を有するハウジングと、該ハウジング内に回転自 在に取付けられたインペラから成り、該インベラは、該インベラの軸線の周りに 円周方向に離隔した一連のセルを画定する複数のブレードを有しており、該ハウ ジング内にポンプ入口とポンプ出口の間に延長した流れチャンネルが形成されて おり、該流れチャンネルは、該インペラの側面に沿って該ハウジングの壁に形成 された案内チャンネルを含み、前記セルは、インペラの回転平面の側方に該案内 チャンネルに向けて開口しており、インペラが回転する間該セルとそれと対応す る案内チャンネルとが協同して該案内チャンネルの全長に沿って該案内チャンネ ル及びセルを通して流体のらせん状の流れを導くようになされている多段蓄熱ポ ンプであって、 前記各ブレード（８）の第１半径方向部分（２０）は前記ポンプ入口（１３）に 近接する半径方向の位置にまで延長しており、該ブレードの第２半径方向部分は 前記案内チャンネル（１５）に近接する半径方向の位置にまで延長しており、該 ブレードの緩行表面（１９）は、半径方向に異なる輪郭を有し、前記第１半径方 向部分（２０）の後行表面（１９）は、第２半径方向部分の後行表面（１９）と 比べて相対的に、その外縁（１７）に向けて回転方向（Ｒ）に前方へ傾斜した斜 面とされていることを特徴とする蓄熱ポンプ。 ２．前記ポンプ入口（１３）と前記案内チャンネル（１５）とは、半径方向にオ ーバーラップしており、前記第１半径方向部分（２０）は、前記案内チャンネル （１５）に近接した部分ではなく、前記ポンプ入口（１３）に近接した部分であ ることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の蓄熱ポンプ。 ３．前記ポンプ入口（１３）と前記案内チャンネル（１５）とは半径方向に離隔 しており、前記第１半径方向部分（２０）は、前記ポンプ入口（１３）に近接し た部分であり、前記案内チャンネル（１５）の手前に終端していることを特徴と する請求の範囲第１項に記載の蓄熱ポンプ。 ４．前記ポンプ入口（１３）と前記ポンプ出口（１４）とは、前記案内チャンネ ル（１５）の半径方向内方へ離隔していることを特徴とする請求の範囲第１〜３ 項のいずれかに記載の蓄熱ポンプ。 ５．前記ブレード（８）の第１半径方向部分（２０）の緩行表面（１９）は、該 ブレードの後方外側部分に面取り（２０）を施すことによって形成されているこ とを特徴とする請求の範囲第１〜４項のいずれかに記載の蓄熱ポンプ。 ６．前記各ブレード（８）の先行表面（１８）と後行表面（１９）とは、第１半 径方向部分の後行表面（１９）の前記面取り（２０）を施した部分を除いては、 実質的に平行であることを特徴とする請求の範囲第５項に記載の蓄熱ポンプ。 ７．前記各ブレード（８）の外縁（１７）は、それに近接する前記ハウジング（ １）の内面の部分と協同して両者の間を通る流体の円周方向の流れを制限するよ うに、ブレードの半径方向の実質的に全長に亙ってインベラの回転平面に平行な 平坦な表面を有していることを特徴とする請求の範囲第１〜６項のいずれかに記 載の蓄熱ポンプ。 ８．前記第１半径方向部分（２０）に近接したブレード（８）の外縁（１７）の 前記平坦な表面は、前記第２半径方向部分（２０）に近接したブレード（８）の 外縁（１７）の平坦な表面より幅が狭いことを特徴とする請求の範囲第１〜７頃 のいずれかに記載の蓄熱ポンプ。 ９．前記各ブレード（８）は、その外縁（１７）にむけてインベラの回転方向（ Ｒ）に前方に傾斜した斜面とされていることを特徴とする請求の範囲第１〜８項 のいずれかに記載の蓄熱ポンプ。