JPH08507345A - エジェクターポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 多段エジェクターポンプの効率が、フローチャンネル（１７、１７’、１７”）に挿入されるフローガイド部材（１、２、３；４）により著しく向上する。このフローガイド部材は並列および／または直列に設けられる単独または複数の輪郭体からなる。フローガイド部材は、一方において、給送しようとする物質がポンプフルードと混ざるときに発生する渦流を減らして後続ポンプ段へのダメージを減少させ、他方において、ポンプフルードの残留エネルギを減少させる。フローガイド部材は、いわゆるフラットチャンネルポンプにもラジアルエジェクターポンプにも使用できるように形成される。さらにまた、フローガイド部材は、エジェクターポンプハウジングの対応する断片部分とともに一体製造可能なエジェクターポンプモジュールを構成するのに適した構造である。このエジェクターポンプモジュールは、さらに別のモジュールと組み合わされて、所望の性能のポンプを構成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 エジェクターポンプ 本発明は、請求項１の前提要件部に記載されたエジェクターポンプ、特に多段 エジェクターポンプに関する。 この方式のエジェクターポンプは、例えばフランス特許公開第２５７７２８４ 号により以前から公知であり、真空をつくるためや流動可能な物質または物質混 合体の給送に使用される。特に、大きい吸引量のときの効率を高めるために、フ ローチャンネルにポンプ段を順次に配置した多段式エジェクターポンプが知られ ている。この型式のものは、流速が構造的な処置をいかに施しても最早経済性の 面で成り立たないような数値を下回るまで微弱になっても、ガス相か液相のどち らかであるポンプフルードの流れエネルギをなお利用できるという長所を有する 。 しかしながら、エジェクターポンプ、特に多段式エジェクターポンプでは、給 送しようとする物質とポンプフルードとの混合の際に渦流が発生し、特に混合ゾ ーンを伴う後続のポンプ段がある場合、この渦流により吸引仕事効率が低下する という問題がある。この問題を解決するために、混合ゾーンおよびディフューザ ーの領域でにおける渦流が許容可能な程度にまで弱まるように、フローチャンネ ルの構造長さを大きくすることによって渦流作用に対抗することが公知である。 その場合、流れを鎮静化する作用を及ぼすゾーンの長さは、流れが阻害されるゾ ーンにおけるフローチャンネルの断面積に比例する。しかし、構造長さが大きく なることは、それ自体すでに設計上コストアップにつながるという短所となって いる。 フランス特許公開第２５７７２８４号に開示されているように、フローチャン ネルが円形断面を呈し、給送しようとする媒体に対する通過間隙がフローチャン ネル断面の外周線上にあるようなエジェクターポンプでは、ポンプフルードの残 留エネルギは比較的小さく保たれるが、いわゆるフラットチャンネル・エジェク ターポンプに見られるようなフローチャンネルの断面が長方形で、横幅に対して かなり偏平なエジェクターポンプでは、更に別の問題が発生する。すなわち、ポ ンプフルードの残留エネルギ利用が困難であり、たとえ構造面で対策を行っても 甚だ不十分な結果となる。 以上の背景において、本発明の課題は、前記の範疇に属するエジェクターポン プにおいて、フローチャンネルにおける優れた流れ効率を得ることである。 この課題は、請求項１の特徴を備えるエジェクターポンプにより解決される。 まず第一に、本発明に従って設けられるフローガイド部材により、給送しよう とする物質とポンプフルードとの混合時に発生する渦流を、かなり微弱に抑制で きる。その結果、フローチャンネル長さ、つまりポンプの構造長さを比較的小さ くとることが可能になる。また、多段イジェクタポンプでは、渦流の抑制により 、フローチャンネルにおける後続のポンプ段、特に後続の混合ゾーンに対する阻 害作用も減少する。次ぎに、本発明のフローガイド部材により、ポンプフルード の作用を向上させることが可能である。特に、ポンプフルードの残留エネルギを 比較的僅かなコストで削減でき、その結果、ポンプ効率を増大できる。特に、本 発明によるフローガイド部材は、いわゆるフラットチャンネル・エジェクターポ ンプの場合のように、フローチャンネル断面が比較的偏平で、幅広タイプの多段 エジェクターポンプに特に効果的に作用するし、またフローチャンネル断面が直 線的に伸びているものや、曲がっているもの、とりわけドイツ特許公開第３４２ ０６５２号の場合のように円形を成すような多段エジェクターポンプにおいて効 果的に作用する。 本発明のフローガイド部材を成形し、フローチャンネルに設けることは、各種 の方法により可能であり、とりわけ同一のフローチャンネルに異なる形状のフロ ーガイド部材を異なる配置で設けることが可能である。これについては、実施例 で説明する。 本発明のフローガイド部材の第一の実施例では、フローガイド部材の断面が特 に飛行機の主翼に似た長状の輪郭体として形成されている（請求項２）。この輪 郭体はフローチャンネル内に設けられ、その延び方向はフローチャンネルの長手 方向に対してほぼ垂直であり、従ってフローチャンネルにおける流体（ポンプフ ルードおよび給送しようとする物質）の主流方向にほぼ垂直である。このような フローガイド用輪郭体は、必然的にある一定の流量で輪郭体に衝突する流体を押 しやり、それをサイドへの方向分力により、元の流路から外れさせる。その結果 、流体は、部分的に慣性力に影響されながら、平均的にはフローチャンネルの壁 面部により接近し、従って次ぎのサクション段の通過間隙では一段と高い流体速 度を惹き起こすのである。このようなフローガイド用輪郭体のないフローチャン ネ ルに比較して、断面積の狭隘化は通常は回避される。 このようなフローガイド用輪郭体は、非常に経済的な方法、すなわち押し出し プレスや連続鋳造法により高効率のフラットチャンネルエジェクターポンプを製 造することを可能にする（図１の実施例を参照）。しかし、このようなフローガ イドプロフィルは、半径方向外側に向いている円環状フローチャンネルを有する エジェクターポンプにも適合する。そのような円環状フローチャンネルは、単段 のエジェクターポンプに関するドイツ特許公開第３４２０６５２号においても、 また、多段エジェクターポンプに関するドイツ実用新案（実用新案出願第Ｇ９２ １０４９６号明細書）から公知である（図３および図６の実施例を参照）。 このようなフローガイド用輪郭体を用いれば、一連の非常に効果的な対策をと ることができる。すなわち、本発明のフローガイド用輪郭体は、対称なおよび／ または主翼に似た形状の輪郭をもつことができ、フローチャンネルの長手方向中 心面を基準として対称な構造を有するフラットチャンネルエジェクターポンプ、 すなわちフラットチャンネルの両側に、相互に対向する給送流体用サクションチ ャンバーおよび通過間隙を備えるフラットチャンネルエジェクターポンプに組み 入れることができる。これは、例えば、図１および２の実施例の場合である（請 求項３）。 フローガイド用輪郭体の位置決めは請求項４の特徴に従って行えうのが非常に 適切である。 多段エジェクターポンプの場合は、流れ方向に前後して設けられるフローガイ ド用輪郭体の断面を次第に大きくすることが推奨される（請求項５）。 特に、効果的な構造として提案されるのは、中空のフローガイド用輪郭体を設 け、その中空室を一方においてフローチャンネルと連通させ、他方において給送 しようとする物質の入口と連通させることである。これにより、フローガイド用 輪郭体は全体または追加的にサクションチャンバーとして機能する。 本発明の他の代替構成（請求項７）では、フローガイド部材を、ほぼ流れ方向 に平行な長状の隔壁として形成することが可能である。この隔壁はフローチャネ ルをほぼ平行な部分フローチャンネルに分割する。この構成もまた、フローチャ ンネルが真っ直ぐに延びる断面でも、円環状の断面でも適用可能である（図２お よび３参照）。このようなフローガイド部材は、混合ゾーンにおける渦流を著し く低減させる。これは、とりわけ多段エジェクターポンプ、特にフラットチャン ネル型の多段エジェクターポンプにおいて特に効果を発揮する。 フラットチャンネルエジェクターポンプにおける流れ効率を更に向上させるた めに（流入断面積を減少することによっても行えるが）、フローチャンネが流れ 方向において隔壁がやや互いに末広がり状に離れて延びるように形成および／ま たは配置すると効果的である。これは、請求項８により、隔壁をフローチャンネ ルの延び方向に沿って先細りになるようにすることにより簡単に実現されうる。 本発明のエジェクターポンプは、請求項９に従い個別のエジェクターポンプモ ジュールにより構成されるならば、非常にコスト的に有利に製造することができ る。さらにまた、モジュール構造を採用すれば、エジェクターポンプモジュール の相異なる個数を組み合せて相異なる容量のエジェクターポンプを構成すること ができ、そのために新しく工具を製作する必要はない。エジェクターポンプモジ ュールを用いれば、フラットチャンネルエジェクターポンプ（図４による実施例 を参照）を構成したり、或いは複数のエジェクターポンプモジュールの組み合わ せ連結により、円断片状または完全円形のラジアルエジェクターポンプ（図５に よる実施例を参照）を構成することができる。 上記の構成部品ならびに特許請求の範囲または実施例に記載された本発明に従 って用いられる構成部品のサイズ、形状設計、材料選択、および技術的コンセプ トは、特別の例外的条件により評価される必要はなく、従ってそれぞれの適用分 野において一般的に知られている選択基準は、なんら制約されることなく適用さ れる。 本発明の対象についての上記以上の詳細な内容、特徴や長所は、本発明に係る エジェクターポンプが開示される添付図面に基づいて行う以下の説明により明ら かとなる。図面において： 図１は、本発明に係る４段のエジェクターポンプの断面図（フローチャンネル の主流方向に沿う断面図）である。 図２は、図１のエジェクターポンプにおけるフローガイド部材のユニットを示 す斜視図である。 図３は、半径方向外方に延びる環状のフローチャンネルを有する別の実施例に おけるフローガイド部材のユニットを（軸方向に見て）示す。 図４は、３段のフラットチャンネルエジェクターポンプを構成するのに使用さ れる、射出成形法で製造された一体型エジェクターポンプモジュールを示す透視 図である。 図５は、４段のラジアルエジェクターポンプを構成するのに使用される別のエ ジェクターポンプモジュールを示す斜視図である。 図６は、ラジアルエジェクターポンプの一部を見易いようにハウジングの部分 を除去して示す斜視図である。 図１に示されるエジェクターポンプ１００はハウジング５を含み、このハウジ ングは２つの類似のハウジング部分５Ａおよび５Ｂからなる。これらハウジング 部分は連続押し出し法により金属から製造され、相互に鏡像対称関係に配置され 且つ相互に連結されている。このハウジングは、図の平面に対して垂直に延びて おり、フローチャンネル１７を内包している。このフローチャンネルは、断面が フラットで且つ直線状に延びており、ポンプフルード入口側に始まり、ノズル１ ８のところから出口２２に向かって末広がり状に広がっている。間隙の形態のノ ズル１８には流入チャンバー６からポンプフルードが入り、その流入チャンバー ６には入口１５からポンプフルードが入る。ポンプフルードは液相、ガス相また は蒸気相である。 相互に対向し且つ相互にテーパー状を形成して延びるフローチャンネル壁面部 １７Ａ、１７Ｂには、給送媒体用の通過間隙２１が図の平面に対して垂直、すな わちノズル１８（フラットノズル）に平行に延びるように形成されている。給送 媒体は流動可能な物質混合体（液相、蒸気相、またはガス相）である。給送流体 を通過間隙に導くために、ハウジング部分５Ａ、５Ｂの内部にサクションチャン バー７〜１０が通過間隙２１に平行に延びるように形成されている。サクション チャンバー７〜１０は、通過間隙を介してフローチャンネルと連通するとともに 、フロント端部側の入口１６を介して給送流体を含む部屋と流体連通している。 図１に示すように、フロント側には端壁２６が設けられる。 ノズル１８（ノズル間隙）を通ってフローチャンネル１７に高速で流入するポ ンプフルードは、サクションチャンバー７〜１０内に負圧を発生させる。この負 圧により、給送媒体はフローチャンネル１７へと吸引され、そこでポンプフルー ドと混ざり、ポンプフルードと共にフローチャンネル１７の出口２２に向かって 流れる。入口１６または通過間隙２１には、逆止弁を設けることができる。多段 エジェクターポンプにおける逆止弁は一般に公知であるので（フランス特許公開 第２５７７２８４号）、詳しい説明は必要でない。 フローチャンネル１７には、（流れ方向に）各ポンプ段の相互に対向する通過 間隙２２の位置において、それぞれ混合ゾーン１９およびそれに連なるディフュ ーザー（ディフューザーゾーン）２０が配設されている。混合ゾーンおよびディ フューザーゾーンは、互いに少なくとも部分的にオーバーラップしている。 サクションチャンバー８〜１０に対応する第２〜第４のポンプ段の通過間隙の 位置には３個の長状の輪郭体１〜３が設けられており、これら輪郭体は鏡像対称 で且つ断面が翼形状である。これら輪郭体は、フローチャンネルの延び方向を横 断するように（すなわち、図の平面に垂直に）配置され、フローチャンネル１７ の長手方向中心面１７Ｃ上に正確に位置している。フローガイド部材としての役 割を果たすこれら３つの輪郭体の断面は、流れ方向にみて各輪郭体ごとに大きく なる。流入側には輪郭体の丸いヘッド側が向いていて（飛行機の翼の場合と同様 に）、尖った後尾側が流れ方向に向いている。 輪郭体１〜３により排除された容積により、フローチャンネル１７の内部にお いて長手方向中心面１７Ｃの両側に、主流方向から外れる流入流体の部分的方向 変化が生まれる（図１の流れ方向を示す矢印を参照）。 輪郭体１〜３は、流れ方向にみて、それぞれ対応するポンプ段の通過間隙２１ すなわちサクションチャンバー８、９、１０と同じレベルに位置する。この場合 、最も狭い断面の箇所は通過間隙のすぐ上流に位置する。 輪郭体３は、本発明の特別の実施態様の例である。すなわち、輪郭体３は内部 が空洞となっている。その空洞部２３はサクションチャンバーとしての役割を果 たす。このサクションチャンバーは、一方において、側壁抜き孔２４を介してフ ローチャンネル１７に連通し、他方において、フロント側の壁（端壁２６）に設 けた入口１６を介して給送流体を含む部屋と流体連通している。極端な場合、サ クションチャンバーをこのような形態のフローガイド用輪郭体３だけに形成する ことも本発明の範囲内の方策である。また、一部のポンプ段において、サクショ ンチャンバーをフローチャンネル壁面部１７Ａおよび／または１７Ｂに設け、他 の単数又は複数のサクション段において、少なくとも１つのサクションチャンバ ーを対応する少なくとも１つのフローガイド用輪郭体に設けることも考えられう る。同様にまた、フローガイド用輪郭体を流れ方向に前後に配置するだけでなく 、このような配置に代えて或いは追加して、それらを並列に隣接配置し、フロー チャンネルの出口側の方向に向かって貫流する流れが隣接する輪郭体の間を通る ようにすることも考えられうる。 フローガイド部材としての役割を果たす輪郭体１〜３は、種々な方法でエジェ クターポンプ１００の内部に固定することができる。とりわけ優れた構造である ことが証明されたのは長状の隔壁４に固定することである。隔壁４もフローガイ ド部材としての役目を果たし（図２）、その長手方向はフローチャンネルの延び 方向とほぼ平行、すなわちフローチャンネルにおける流体の主流方向にほぼ平行 であり、フローチャンネル断面を、図２に示すように部分フローチャンネル１７ ’、１７”、１７''' に区分する。場合によっては、プロフィル１〜３の取り 付けには、流れ方向に沿って先細りになる隔壁４’を使うことも可能である。こ の場合、フローチャンネル１７”を画定する隔壁４’の側面４ａ、４ｂは流れ方 向に沿ってほぼ末広がり状に離れてゆく。その結果、ノズル１８の流入断面を可 能な限り小さく抑えることができるとともに、エジェクターポンプ効率を向上さ せることができる。 図１において、フローガイド部材としての役目を果たす隔壁４が破線で示され ている。図示の実施例において、隔壁４は以下の３つの機能を引き受ける。 第一に、隔壁４はプロフィル１〜３にとっての固定場所であり、フローチャン ネルで形成される流れ渦流の影響によるプロフィル１〜３の振動を防ぐ。 第二に、隔壁４により、ハウジング５も構造的に安定されうる。 第三に、隔壁４は混合ゾーンにおける流れ渦流の拡大を抑え、それにより、流 れ方向で見た所要フローチャンネル長さを短縮する。従って、隔壁４はそれに垂 直に固定される輪郭体１〜３がなくても、本発明の概念としてのフローガイド部 材と見なすことができるし、それだけでフローガイド部材として使用可能である 。 フローガイド部材１〜４がフローチャンネル１７に対して横方向および縦方向 に組込まれる図２に示した構成では、それぞれ１つの隔壁は一方または両方の側 面にプロフィル１〜３を備えるかまたはこれらプロフィル１〜３と一体に形成さ れており、それらに対向する隔壁ないしプロフィル１〜３の側面に対して、対応 する固定部材、例えば位置合わせされた孔やボルト２５を用いて簡単に組み立て ることができる。また、図４および５に示すように、例えばプラスチックによる 一体構成部品として、エジェクターポンプハウジングおよびフローガイド部材の 適切なセグメント群からなる完全なるユニットまたはエジェクターポンプモジュ ール５０、６０を製造し、それに端壁面を付けたり、或いは別の同様のユニット やモジュールを追加し、所望のまたは必要なポンプ容量を得ることは可能であり 且つ非常に好ましいことである。さらにまた、エジェクターハウジングおよびフ ローガイド部材を、主流方向（Ａ）にほぼ垂直に段を成して互いに分離・結合で きるようにすることにより、ポンプ段数を変化させることが可能である（図１に おいて概念的に鎖線で示す分離線を参照）。 図３による実施例は、図２によるフローガイド部材１〜４から成るユニットが 、真っ直ぐに延びる構成に代えて、円形に構成することもできることを示してい る。 図５の斜視図で示されるエジェクターポンプモジュール６０を用いる場合、既 に述べたように、複数のエジェクターポンプモジュール６０を相互に連結すれば 、円形または円断片状のエジェクターポンプが構成されうる。 一体に製造されるエジェクターポンプモジュール６０は、円断片状の基本輪郭 を示すハウジング部５Ｃを有する。このハウジング部には、通過間隙２１’を介 してフローチャンネル１７’と連通している（図５では上方に）サクションチャ ンバー７’〜１０’が組込まれている。サクションチャンバー７’〜１０’を軸 方向に閉鎖している（図５では下向きに）のは、端壁２６’であるが、この壁は サクションチャンバーごとに給送媒体のための少なくとも１つの入口１６’を備 えている。この入口はやはり逆止弁を備えることができる。図６に示すように、 サクションチャンバー７’〜１０’は、端壁２６’の下方に設けられる部屋２７ ’と入口１６’を介して連通している。部屋２７’は、給送流体の分配チャンバ ーとしての役割を果たしている。図１の実施例と同様に、第２〜第４の通過間隙 ２１’に対して軸方向に隣接して輪郭体１’〜３’が設けられる。これらの輪郭 体１’〜３’は、ハウジング５Ｃの軸方向の隔壁４’によって保持される。この 隔壁４’は、同時にサクションチャンバー７’〜１０’の片側を軸方向に閉じて いる。サクションチャンバー７’〜１０’の残りの開いた側は、次ぎの（接合さ れる）エジェクターポンプモジュール６０の隔壁４’により閉鎖される。図１ の実施例と同様に、エジェクターポンプの上部の閉鎖を行うのは、ここには図示 されていないハウジング上部であり、このハウジング上部の中心に、図示されて いないポンプフルード用の入口ノズルが設けられる。ハウジング上部は、簡単な 蓋状の構成部品から構成することができる。しかしながら、このハウジング上部 に、サクションチャンバー７’〜１０’に対向した状態で、やはり給送流体を含 む部屋に連通する別のサクションチャンバーを設けることも効果的である。 通過間隙２１は隣接して配置された抜き孔の形態とすることも可能であり、抜 き孔２４は通過間隙の形態とすることもできる。すなわち、本発明の一環として 、サクションチャンバーにおける通過間隙２１ならびに中空のフローガイド用輪 郭体における抜き孔２４は同じ働きを行う手段と見なすことができる。 図１の実施例の代替案として、ディフューザー２０の領域において、フローチ ャンネルの壁面部１７Ａ、１７Ｂを主流方向Ａの横切り方向に凹状、すなわちプ ロフィル１〜３のその領域における凸状表面に対応させて形成することも考えら れうる。このような構成により、ディフューザーにおける流れの変化ならびに次 ぎの通過間隙２１における吸引作用に影響を与えることができる。フローチャン ネルの壁面部のそのような形態は、図１において、プロフィル３に対応する位置 においてフローチャンネルの壁面部１７Ａに形成されたものとして破線１７Ａ’ で示されている。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ポンプフルードを用いて流動可能な物質または物質混合体の吸引および／ま たは給送を行うためのエジェクターポンプであって、そのハウジングが、 −ポンプフルードのための少なくとも１つの入口を備え、 −流動可能の物質または物質混合体のための少なくとも１つの入口を備え、 −ポンプフルードおよび流動可能な物質または物質混合体の混合し且つ共同貫 流させるために少なくとも１つのノズル、少なくとも１つの混合ゾーンおよび少 なくとも１つのディフューザーを有する少なくとも１つのフローチャンネルを備 え、 −一方において流動可能な物質または物質混合体に対する入口を有し、他方に おいて通過間隙を介してフローチャンネルと流体連通する少なくとも１つのサク ションチャンバーを備え、 −ポンプフルードおよび流動可能な物質または物質混合体のための少なくとも １つの共通出口を備えた構成において、 フローチャンネル（１７）に輪郭体（１〜３）および／または隔壁（４）の ような少なくとも１つのフローガイド部材を設けたことを特徴とするエジェクタ ーポンプ。 ２．請求項１のエジェクターポンプにおいて、少なくとも１つのフローガイド部 材が、長状の輪郭体（１〜３）であり、その輪郭体はフローチャンネル（１７） の延び方向、すなわちフローチャンネルにおける流体の主流方向を横断するよう に延びていることを特徴とする。 ３．請求項２のエジェクターポンプにおいて、輪郭体（１〜３）の断面は対称で あることを特徴とする。 ４．請求項２または３のエジェクターポンプにおいて、輪郭体（１〜３）によっ て決るフローチャンネル（１７）の最小断面の位置は、流動可能な物質または物 質混合体のための少なくとも１つの通過間隙（２１；２４）の領域においてその すぐ上流に位置することを特徴とする。 ５．請求項１〜４のいずれか１つのエジェクターポンプにおいて、流れ方向にみ て前後に輪郭体（１、２、３）を配置する場合において、輪郭体の断面積が流れ 方向に各輪郭体ごとに増大することを特徴とする。 ６．請求項２〜５のいずれか１つのエジェクターポンプにおいて、輪郭体（１〜 ３）の少なくとも１つは中空であり、その中空の輪郭体は、一方において、フロ ーチャンネル（１７）と連通し、他方において、流動可能な物質または物質混合 体のための入口と流体連通していることを特徴とする。 ７．請求項１〜６のいずれか１つのエジェクターポンプにおいて、少なくとも１ つのフローガイド部材は長状の隔壁（４）であり、その長手延び方向はフローチ ャンネル（１）の延び方向にほぼ平行、すなわちフローチャンネルにおける流体 の主流方向にほぼ平行であり、その隔壁によりフローチャンネル断面を部分フロ ーチャンネル（１７’、１７”、１７'''）に区分していることを特徴とする。 ８．請求項７のエジェクターポンプにおいて、隔壁（４）の厚みは、フローチャ ンネル（１７）の延び方向に沿って先細りになっていることを特徴とする。 ９．請求項１〜８のいずれか１つのエジェクターポンプにおいて、フローチャン ネル（１７）、流入チャンバー（６）、少なくとも１つのサクションチャンバー （７、８、９、１０、２３）、隔壁（４）、および場合によっては輪郭体（１、 ２、３）を包含するエジェクターハウジングが、一体の射出成形鋳造品（エジェ クターポンプモジュール）として製造されることを特徴とする。