JPH0779834B2 - 歳差式遠心ポンプ - Google Patents

歳差式遠心ポンプ

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JPH0779834B2
JPH0779834B2 JP63303576A JP30357688A JPH0779834B2 JP H0779834 B2 JPH0779834 B2 JP H0779834B2 JP 63303576 A JP63303576 A JP 63303576A JP 30357688 A JP30357688 A JP 30357688A JP H0779834 B2 JPH0779834 B2 JP H0779834B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は歳差式遠心ポンプに関し、更に具体的には歳差
運動するインペラーにより液体を回転させて送り出す歳
差式遠心ポンプに関するものである。
[従来の技術] 近年、小型・軽量の遠心ポンプを血液ポンプとして臨床
応用する試みが注目を浴びている。しかし、通常の遠心
ポンプをそのまま小型化しただけでは軸受、シール部か
らの細菌や異物の進入の危険性や溶血(赤血球破壊)が
問題となり、使用することができない。そこで、この欠
点を取り除くものとして、回転軸ではなく、歳差運動
(すりこぎ運動)するロッドの先に羽根(ヘッド)を付
けたインペラー構造の歳差式遠心ポンプが提案されてお
り、本発明者もこの遠心ポンプの効率向上等を目的とし
て種々の研究を重ね、先に国際出願を行なった。(国際
公開番号WO86/04962を参照) この国際出願には、ポンプ効率がよく、溶血を効果的に
防止することのできる歳差式遠心ポンプの提供を目的と
して、第5図および第6図のような遠心ポンプが示され
ている。
即ち、遠心ポンプ1は内部が円錐状のケーシング2内に
設けられた環状室3を有し、またケーシング2は側壁2a
及び頂部に設けられた開口2bを有する。環状室3の外面
はケーシング2の側壁2aにより境界付けられ及びその内
面は流れガイド壁7により境界付けられている。この流
れガイド壁7はケーシング2の円形端面の中央から環状
室3内へと突出する。
環状室3は入口路8によりケーシング2の円形端面の中
央に開口する入口10に接続され、この入口路8は流れガ
イド壁7を貫通して形成されたら線状流路である。更に
環状室3はケーシング2の側壁2aの入口路8に対向する
部分(この部分は外方に滑らかに膨らんでいる)から接
線状に延びる出口5に接続される。
環状室3には円錐体の先端部9a及び基部9bからなるヘッ
ド9とロッド14からなるインペラー6が走行可能に収納
され、インペラー6は環状室3内をケーシング2の側壁
2a及び流れガイド壁7に沿って延び、ロッド14はケーシ
ング2の開口2bを貫通し環状室3から外へ延びている。
この開口2bはフレキシブルで繰返し曲げに耐え得る材
料、例えばポリウレタンあるいはシリコン等で作られた
シール膜15により覆われ、シール膜15はケーシング2の
側壁2a及びインペラー6に水密的に付着される。そし
て、環状室3外へ突出したインペラー6のロッド14はベ
アリング18を介して支持体17に取付けられ、支持体17は
その回転時に開口2b部を中心とする歳差運動をインペラ
ー6に与える。なお、支持体17は図示しないモーター軸
に接続され、それによって回転される。
[発明が解決しようとする課題] この歳差式遠心ポンプによれば、ポンプ室内における流
れの乱れ等が一定程度以上防止でき、ポンプ効率も40%
程度に上昇するものである。
しかしながら、更なるポンプ性能改善ならびに溶血防止
が要請されている。
[課題を解決するための手段] そこで、本発明者はさらに研究を勧め、ポンプ入口の形
状を改良し、さらにはポンプ出口部形状、インペラーヘ
ッドの形状等について検討した結果、本発明に到達し
た。
即ち、本発明によれば、円錐状のケージング内に設けら
れケーシングの側壁によりその外面が境界付けられた環
状室と、該環状室に走行可能に収容されたヘッドとロッ
ドとからなるインペラーと、前記ケーシングの円形端面
の中央から環状室内へと突出し前記環状室の内面を境界
付ける流れガイド壁と、該流れガイド壁内に形成される
入口路と、該入口路により前記環状室に接続されケーシ
ングの円形端面の中央に開口する入口と、前記環状室か
ら接線状に延びる出口と、前記ケーシングの頂部の開口
と貫通して延びるインペラーのロッドと、前記開口をお
おいケーシングの側壁及び前記インペラーに水密的に付
着されたシール膜とからなる歳差式遠心ポンプにおい
て、前記入口路を前記流れガイド壁の先端部から流れガ
イド壁の全長にわたってら線状に開口するように形成し
たことを特徴とする歳差式遠心ポンプ、が提供される。
この歳差式遠心ポンプによれば、ポンプの入口路を流れ
ガイド壁の先端部から流れガイド壁の全長にわたってら
線状に開口するように形成したので、液体の流入面積が
広くなってインペラーのロッドのポンプ作用をも活用す
ることができる。
また、本発明の歳差式遠心ポンプにおいて、環状室から
接線状の延びる出口の外周を、流れ旋回方向と逆方向に
滑らかな凸状に形成すると、ポテンシャルエネルギーの
高い流体(旋回半径の大きい部位の流体)と低い流体と
の混合によるこの部位での渦流の発生を防ぐとともに均
一化を図ることができる。
さらに、この歳差式遠心ポンプにおいて、インペラーの
ヘッドを棍棒状に形成すると、ポンプ内に流入した流体
に旋回エネルギーを付与することができ、好ましい。
[実施例] 次に、本発明を図示の実施例により更に詳細に説明する
が、本発明はこれらの実施例に限られるものではない。
なお、便宜のため、以下の説明は第5図及び第6図に示
す従来のポンプ構造と対比しつつ、従来と相違する点の
みを説明する。
第1図(イ)(ロ)(ハ)(ニ)(ホ)(ヘ)は本発明
の歳差式遠心血液ポンプの一実施例を示すもので、流れ
ガイド壁7に設ける入口路8の構造が従来の構造と異な
るものである。
この例によれば、入口路8は流れガイド壁7の先端部d
から流れガイド壁7の全長〔第1図(イ)のa〜d〕に
わたってら線状に開口するように形成されている。従っ
て、血液の流入面積が広くなってインペラー6のロッド
一4のポンプ作用をも活用することができるため、全体
のポンプ性能を向上させることができる。
第2図及び第3図は本発明ポンプの他の実施例を示すも
ので、ポンプ出口5の構造を改良したものである。従来
の場合には、外方に滑らかに膨らんだケーシング2の側
壁2aから接線状に出口5が延びているのに対して、本実
施例の場合には、従来とは逆に、環状室3から接線状に
延びる出口5の外周部5aを流れ旋回方向と逆方向に滑ら
かな凸状に形成するのである。
このように形成すると、種々実験の結果によると、旋回
半径が大きくポテンシャルエネルギーの高い外周側の流
体とポテンシャルエネルギーの低い内周側の流体との混
合によるこの部位における渦流の発生が防止され、さら
に流れの均一化が達成されることがわかった。
また、出口5は環状室3から離れるに従って段々と断面
を大きくするディフューザ形状を有することが好まし
く、そのディフューザの拡がり角を7〜8度の範囲とす
ることが、環状室3から出口5へ流体をスムースに流出
させ、しかも圧力損失を少なくするため好適である。
第4図は本発明ポンプのさらに別の実施例を示すもの
で、インペラー6のヘッド9を棍棒状に形成した例を示
している。具体的には、インペラーヘッドの基部9bの円
錐体高さを大きくして棍棒状とする。
このように、インペラーヘッド9を棍棒状に形成する
と、ポンプの環状室3内に流入した流体に徐々に旋回エ
ネルギーを付与して出口5に導くことができ、その結果
ポンプ効率を高めることができる。
以下、さらに本発明ポンプの具体的な実施結果を説明す
る。
(実施例1) 第1図〜第4図に示す本発明ポンプと第5図〜第6図に
示す従来ポンプのポンプ特性を調べ、性能比較を行なっ
た。
用いたポンプの各部寸法を下記に示す。
本発明ポンプI(第1図) インペラー:第7図に示す寸法 インペラーの旋回外周半径R2:2cm 流れガイド壁に形成される入口路: 第1図(ハ)の断面外径…30mmφ 第1図(ニ) 〃 …20mmφ 第1図(ホ) 〃 …17mmφ 第1図(ヘ) 〃 …12mmφ 第1図(ハ)の内周相当径…11mmφ 第1図(ニ) 〃 …10mmφ 第1図(ホ) 〃 …9mmφ 第1図(ヘ) 〃 …7mmφ 本発明ポンプII(第2図〜第3図) インペラー:第8図に示す寸法 出口形状:第2図に示すように、ポンプ中心軸より16度
傾いたA点から流体の旋回方向と逆方向に曲率半径50mm
で滑らかに流体の旋回方向と逆方向に凸状となるように
出口を形成した。又出口ディフューザの拡がり角を7度
とした。
なお、インペラー中心の回転半径および流れガイド壁に
形成される入口路は、本発明ポンプIと同じである。
本発明ポンプIII(第4図) インペラー:第9図に示す寸法 その他は、本発明ポンプIIと同じである。
従来ポンプIV(第5図〜第6図) インペラーは本発明ポンプIと同じ。
インペラーの旋回外周半径R2:2cm 流れガイド壁に形成される入口路: 流れガイド壁の先端部からその全長にわたってらせん状
に開口しておらず、一部開口とした以外は第1図と同
じ。
以上の条件において、ポンプ特性を調べた。その結果を
第10図〜第12図のグラフに示す。
第10図は無次元圧力−流量の特性を示し、第11図は無次
元流量一効率の特性を示すものである。ここで、破線は
従来ポンプIV、点線は本発明ポンプI、実線は本発明ポ
ンプII、さらにプロット線は本発明ポンプIIIを示す。
また、第12図は本発明ポンプIIIの各ポンプ駆動回転数
(2000、2500、3000、3500rpm)における圧力−流量特
性を示す。
尚、第10〜第12図において、Q:流量、R2:インペラーの
旋回外周半径、B:インペラー幅、ω:角速度、g:重力加
速度、H:揚程、を示す。
以上の結果から明らかなように、従来ポンプIVに比べ、
本発明ポンプI、II、IIIの順でポンプ特性の改善が見
られ、特に、本発明ポンプIIIは広範な流量領域にわた
り遠心ポンプとして得られる最高限度無次元圧力がgH/
(R2ω)=0.5を示しており、本発明ポンプの最高効
率がほぼ50%に改善された。
また、圧力−流量特性が改善されたことにより、本発明
ポンプは従来より低い回転数で高い圧力を発生させるこ
とができるようになり、拍出流量6l/min、圧力100mmHg
の動作点を得るには、従来ポンプIVではポンプ回転数が
3000rpmを要したものが本発明ポンプIIIでは2500rpmに
下げることができた。
このように本発明ポンプの高効率化によって、血液中で
のエネルギー消費を減らし、また、インペラーの低速化
によってせん断応力を低下させることができ、これらの
相乗効果によって溶血の軽減が期待できるものである。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば次の効果が奏せら
れる。
請求項1記載の歳差式遠心ポンプは、入口路形状を特定
のものとしたので、液体の流入面積が広くなり、インペ
ラーのロッドのポンプ作用をも活用できるため、ポンプ
効率が上がるという効果を有する。
請求項2記載の歳差式遠心ポンプは、出口外周を流れ旋
回方向と逆方向に滑らかな凸状に形成したので、出口部
分での渦流の発生が防止され、さらに流れの均一化を図
ることができるという効果がある。
請求項3記載の歳差式遠心ポンプは、インペラーのヘッ
ドを棍棒状に形成したので、ポンプ内に流入した液体に
旋回エネルギーをさらに付与でき、ポンプ効率が上がる
という効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図(イ)(ロ)(ハ)(ニ)(ホ)(ヘ)は本発明
の歳差式遠心ポンプの一実施例を示すもので、(イ)は
入口部分断面図、(ロ)は入口路を示す斜視図、(ハ)
〜(ヘ)はそれぞれ第1図(イ)におけるA−A断面
図、B−B断面図、C−C断面図、D−D断面図であ
る。第2図は本発明ポンプの出口形状を示す軸直角断面
図、第3図〜第4図は夫々本発明の他の実施例を示す軸
方向断面図、第5図および第6図はともに従来の歳差式
遠心ポンプの例を示す軸方向および軸直角断面図、第7
図〜第9図はそれぞれ本発明ポンプI、II、IIIのイン
ペラーの寸法を示す寸法図、第10図が無次元圧力−流量
のポンプ特性を示すグラフ、第11図は無次元流量−効率
のポンプ特性を示すグラフ、第12図は本発明ポンプIII
の各ポンプ駆動回転数における圧力−流量特性を示すグ
ラフである。 1…遠心ポンプ、2…ケーシング、3…環状室、5…出
口、6…インペラー、7…流れガイド壁、8…入口路、
9…インペラーヘッド、14…インペラーロッド。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】円錐状のケージング内に設けられケーシン
    グの側壁によりその外面が境界付けられた環状室と、該
    環状室に走行可能に収容されたヘッドとロッドとからな
    るインペラーと、前記ケーシングの円形端面の中央から
    環状室内へと突出し前記環状室の内面を境界付ける流れ
    ガイド壁と、該流れガイド壁内に形成される入口路と、
    該入口路により前記環状室に接続されケーシングの円形
    端面の中央に開口する入口と、前記環状室から接線状に
    延びる出口と、前記ケーシングの頂部の開口を貫通して
    延びるインペラーのロッドと、前記開口をおおいケーシ
    ングの側壁及び前記インペラーに水密的に付着されたシ
    ール膜とからなる歳差式遠心血液ポンプにおいて、前記
    入口路を前記流れガイド壁の先端部から流れガイド壁の
    全長にわたってら線状に開口するように形成したことを
    特徴とする歳差式遠心ポンプ。
  2. 【請求項2】環状室から接線状に延びる出口の外周を、
    流れ旋回方向と逆方向に滑らかな凸状に形成した請求項
    1記載の歳差式遠心ポンプ。
  3. 【請求項3】インペラーのヘッドを棍棒状に形成した請
    求項1記載の歳差式遠心ポンプ。
JP63303576A 1988-11-30 1988-11-30 歳差式遠心ポンプ Expired - Lifetime JPH0779834B2 (ja)

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JPH02149276A JPH02149276A (ja) 1990-06-07
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