WO2017090398A1 - 渦流ポンプ - Google Patents

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WO2017090398A1
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blade
blades
pump
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英士 中村
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愛三工業株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/30—Vanes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D23/00—Other rotary non-positive-displacement pumps
    • F04D23/008—Regenerative pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/18—Rotors
    • F04D29/188—Rotors specially for regenerative pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/18—Rotors
    • F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
    • F04D29/24—Vanes
    • F04D29/242—Geometry, shape

Definitions

  • the vortex pump is also called a Wesco pump, a cascade pump, or a regeneration pump.
  • Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2012-163099 discloses a fuel pump that supplies fuel to an automobile engine.
  • the fuel pump includes an impeller having a plurality of blades arranged in the circumferential direction.
  • a blade groove is formed between two adjacent blades.
  • the plurality of blades and the plurality of blade grooves are disposed on both surfaces of the impeller.
  • Each of the plurality of blade grooves disposed on one surface of the impeller communicates with each of the plurality of blade grooves disposed on the other surface of the impeller at the bottom thereof.
  • the vortex pump In the vortex pump, the vortex around the central axis along the direction of rotation of the impeller (also referred to as a swirling flow) is generated in the fluid in the blade groove by the rotation of the impeller. Thereby, the fluid is pressurized and discharged. For this reason, the shape of the blade
  • the technique which improves pump efficiency is provided with the shape of the blade
  • the vortex pump may include a housing and an impeller that is accommodated in the housing and rotates about a rotation axis.
  • the impeller includes a plurality of blades disposed along the rotation direction on an outer peripheral portion of at least one end surface of both end surfaces, a plurality of blade grooves disposed between adjacent blades, and a plurality of blades on the outer periphery. You may have the outer peripheral wall which obstruct
  • the housing may have a facing groove that faces the blade groove region and extends in the rotation direction of the impeller.
  • Each of the plurality of blade grooves may open on one end surface of the impeller, and may be closed on the other end surface of the impeller.
  • each of the plurality of blades may be curved, and the center portion of the blade may be positioned forward of the impeller in the rotation direction with respect to both end portions of the blade.
  • the inventors can suppress the generation of the separation flow in the vortex flow (or the swirl flow) generated in the space between the blade groove and the opposed groove by the shape of the blade and the blade groove, and can smoothly swirl. I found. According to said structure, in the eddy current pump for gas, pump efficiency can be improved.
  • the straight line connecting the impeller outer peripheral end and the impeller center is more rotated than the straight line connecting the impeller center end and the impeller center. It may be located rearward in the direction.
  • the pump efficiency can be improved by the shape of the blade and the blade groove.
  • the end portion on one end face side of the impeller may be positioned forward of the impeller in the rotational direction with respect to the end portion on the other end face side of the impeller.
  • the pump efficiency can be improved by the shape of the blade and the blade groove.
  • Each of the plurality of blades may be inclined such that the end portion on one end face side of the impeller is positioned forward of the impeller in the rotation direction with respect to the end portion on the other end face side of the impeller.
  • the vaporized fuel may be sucked from a canister that is mounted on an automobile and adsorbs the vaporized fuel in the fuel tank and supplied to the intake pipe of the engine.
  • a vortex can be generated smoothly even with a gas having a relatively low density. For this reason, the pressure of the gas can be increased without increasing the rotational speed of the impeller.
  • vaporized fuel can be appropriately supplied to the intake pipe of the engine.
  • the outline of the fuel supply system of the car of an example is shown.
  • the perspective view of the purge pump of an Example is shown.
  • Sectional drawing of the III-III cross section of FIG. 2 is shown.
  • the top view of the impeller of an Example is shown.
  • Sectional drawing of the VV cross section of FIG. 4 is shown.
  • the bottom view which looked at the cover of the Example from the downward direction is shown.
  • the simulation result showing the relationship between the sandwiching angle ⁇ and the flow rate is shown.
  • the figure for demonstrating pinching angle (beta) is shown.
  • the simulation result showing the relationship between the advance angle ⁇ and the flow rate is shown.
  • the simulation result showing the relationship between the inclination angle ⁇ and the flow rate is shown.
  • the purge pump 10 of the embodiment will be described with reference to the drawings.
  • the purge pump 10 is mounted on an automobile and is disposed in a fuel supply system 1 that supplies fuel stored in a fuel tank 3 to an engine 88.
  • the fuel supply system 1 includes a main supply path 2 and a purge supply path 4 for supplying fuel from the fuel tank 3 to the engine 88.
  • the fuel pump unit 7 includes a fuel pump, a pressure regulator, a control circuit, and the like.
  • a control circuit controls the fuel pump in accordance with a signal supplied from an ECU (abbreviation of Engine Control Unit) 6 described later.
  • the fuel pump pressurizes and discharges the fuel in the fuel tank 3.
  • the fuel discharged from the fuel pump is regulated by a pressure regulator and supplied from the fuel pump unit 7 to the supply pipe 70.
  • the supply pipe 70 communicates the fuel pump unit 7 and the injector 5.
  • the fuel supplied to the supply pipe 70 flows through the supply pipe 70 to the injector 5.
  • the injector 5 has a valve whose opening degree is controlled by the ECU 6. When the valve is opened, the injector 5 supplies the fuel supplied from the supply pipe 70 to the engine 8.
  • the purge supply path 4 includes a canister 73, a purge pump 10, a VSV (abbreviation of Vacuum Switching Valve) 100, and communication pipes 72, 74, 76, and 78 for communicating them.
  • the canister 73 adsorbs vaporized fuel generated in the fuel tank 3.
  • the canister 73 includes a tank port, a purge port, and an atmospheric port. In FIG. 1, the flow direction of the gas from the purge supply path 4 to the intake pipe 80 is indicated by an arrow.
  • the tank port is connected to a communication pipe 72 extending from the upper end of the fuel tank 3. Thereby, the canister 73 communicates with the communication pipe 72 extending from the upper end of the fuel tank 3.
  • the canister 73 contains activated carbon capable of adsorbing fuel.
  • the activated carbon adsorbs vaporized fuel from the gas flowing from the fuel tank 3 into the canister 73 through the communication pipe 72. After the vaporized fuel is adsorbed, the gas flowing into the canister 73 passes through the atmospheric port of the canister 73 and is released to the atmosphere. Thereby, vaporized fuel can be prevented from being released into the atmosphere.
  • the purge pump 10 is connected to the purge port of the canister 73 via a communication pipe 74. Although the detailed structure will be described later, the purge pump 10 is a so-called vortex pump that pumps gas.
  • the purge pump 10 is controlled by the ECU 6.
  • the purge pump 10 sucks the vaporized fuel adsorbed by the canister 73, discharges it after increasing its pressure. While the purge pump 10 is operating, the canister 73 sucks air from the atmospheric port and flows into the purge pump 10 together with the adsorbed vaporized fuel.
  • VSV 100 is an electromagnetic valve controlled by ECU 6.
  • the ECU 6 controls the VSV 100 to adjust the amount of vaporized fuel supplied to the intake pipe 80 from the purge supply path 4.
  • the VSV 100 is connected to the intake pipe 80 on the upstream side of the injector 5.
  • the intake pipe 80 is a pipe that supplies air to the engine 8.
  • a throttle valve 82 is disposed upstream of the position where the VSV 100 of the intake pipe 80 is connected. The throttle valve 82 adjusts the air flowing into the engine 8 by controlling the opening degree of the intake pipe 80.
  • the throttle valve 82 is controlled by the ECU 6.
  • An air cleaner 84 is disposed on the upstream side of the throttle valve 82 of the intake pipe 80.
  • the air cleaner 84 has a filter that removes foreign substances from the air flowing into the intake pipe 80.
  • intake air is drawn from the air cleaner 84 toward the engine 8.
  • the engine 8 combusts air and fuel from the intake pipe 80 inside and exhausts them after combustion.
  • the vaporized fuel adsorbed by the canister 73 can be supplied to the intake pipe 80 by driving the purge pump 10.
  • the purge pump 10 When the engine 8 is driven, negative pressure is generated in the intake pipe 80. Therefore, even when the purge pump 10 is stopped, the vaporized fuel adsorbed by the canister 73 passes through the stopped purge pump 10 by the negative pressure in the intake pipe 80 and is sucked into the intake pipe 80.
  • the purge pump 10 can supply vaporized fuel adsorbed by the canister 73 to the intake pipe 80 instead of the engine 8.
  • the purge pump 10 may be driven to suck and discharge vaporized fuel.
  • FIG. 2 is a perspective view of the purge pump 10 as viewed from the pump unit 50 side.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a III-III cross section of FIG.
  • “upper” and “lower” are expressed with reference to the vertical direction in FIG. 3, but the vertical direction in FIG. 3 is not necessarily the direction in which the purge pump 10 is mounted on the automobile.
  • the purge pump 10 includes a motor unit 20 and a pump unit 50.
  • the motor unit 20 has a brushless motor.
  • the motor unit 20 includes an upper housing 26, a rotor (not shown), a stator 22, and a control circuit 24.
  • the upper housing 26 accommodates the rotor, the stator 22, and the control circuit 24.
  • the control circuit 24 converts the DC power supplied from the vehicle battery into U-phase, V-phase, and W-phase three-phase AC power, and supplies it to the stator 22.
  • the control circuit 24 supplies power to the stator 22 in accordance with a signal supplied from the ECU 6.
  • the stator 22 has a cylindrical shape, and a rotor is disposed at the center thereof.
  • the rotor is disposed so as to be rotatable with respect to the stator 22.
  • the rotor has permanent magnets that are magnetized in different directions alternately in the circumferential direction.
  • the rotor rotates around the central axis X of the shaft 30 (hereinafter referred to as “rotary axis X”) when electric power is supplied to the stator 22.
  • a pump unit 50 is disposed below the motor unit 20.
  • the pump unit 50 is driven by the motor unit 20.
  • the pump unit 50 includes a lower housing 52 and an impeller 54.
  • the lower housing 52 is fixed to the lower end of the upper housing 26.
  • the lower housing 52 includes a bottom wall 52a and a cover 52b.
  • the cover 52b includes an upper wall 52c, a peripheral wall 52d, a suction port 56, and a discharge port 58 (see FIG. 2).
  • the upper wall 52 c is disposed at the lower end of the upper housing 26.
  • the peripheral wall 52d protrudes downward from the upper wall 52c and goes around the outer peripheral edge of the upper wall 52c.
  • a bottom wall 52a is disposed at the lower end of the peripheral wall 52d.
  • the bottom wall 52a is fixed to the cover 52b with bolts.
  • the bottom wall 52a closes the lower end of the peripheral wall 52d.
  • a space 60 is defined by the bottom wall 52a and the cover 52b.
  • FIG. 6 is a view of the cover 52b as viewed from below.
  • a suction port 56 and a discharge port 58 that respectively communicate with the space 60 protrude outward from the peripheral wall 52d.
  • the suction port 56 and the discharge port 58 are arranged in parallel to each other and perpendicular to the vertical direction.
  • the suction port 56 communicates with the canister 73 via a communication pipe 74.
  • the suction port 56 introduces vaporized fuel from the canister 73 into the space 60.
  • the discharge port 58 communicates with the suction port 56 in the lower housing 52, and discharges vaporized fuel sucked into the space 60 out of the purge pump 10.
  • the upper wall 52c has a facing groove 52e extending from the suction port 56 to the discharge port 58 along the peripheral wall 52d.
  • the bottom wall 52a has an opposing groove 52f (see FIG. 3) extending from the suction port 56 to the discharge port 58 along the peripheral wall 52d.
  • the opposing groove 52e and the opposing groove 52f have a certain depth at an intermediate position excluding both ends in the longitudinal direction, specifically, at a position facing the impeller 54.
  • the suction port 56 and the discharge are respectively provided at both ends in the longitudinal direction. It gradually becomes shallower as the port 58 is approached.
  • the discharge port 58 and the suction port 56 are isolated by the peripheral wall 52d. Thereby, it is possible to suppress the gas from flowing from the high pressure discharge port 58 to the low pressure suction port 56.
  • an impeller 54 is accommodated in the space 60.
  • the impeller 54 has a disk shape.
  • the thickness of the impeller 54 is slightly smaller than the gap between the upper wall 52c and the bottom wall 52a of the lower housing 52.
  • the impeller 54 is opposed to the upper wall 52c and the bottom wall 52a with a small gap.
  • a small gap is provided between the impeller 54 and the peripheral wall 52d.
  • the impeller 54 has a fitting hole fitted into the shaft 30 at the center. Thereby, the impeller 54 rotates around the rotation axis X as the shaft 30 rotates.
  • the center of the impeller 54 is located on the rotation axis X.
  • the center of the impeller 54 is referred to as “center X”.
  • the impeller 54 has a blade groove region 54f having a plurality of blades 54a and a plurality of blade grooves 54b on the outer peripheral portion of the upper surface 54g.
  • the impeller 54 has a blade groove region 54f having a plurality of blades 54a and a plurality of blade grooves 54b on the outer peripheral portion of the lower surface 54h.
  • the blade groove region 54f on the lower surface 54h and the blade groove region 54f on the upper surface 54g are arranged in plane symmetry with respect to a plane perpendicular to the rotation axis X direction of the impeller 54 and passing through the center in the vertical direction of the impeller 54.
  • the upper surface 54g and the lower surface 54h can be referred to as end surfaces of the impeller 54 in the rotation axis X direction.
  • the blade groove region 54f disposed on the upper surface 54g is disposed to face the facing groove 52e.
  • the blade groove region 54f disposed on the lower surface 54h is disposed to face the facing groove 52f.
  • Each blade groove region 54 f makes a round in the circumferential direction of the impeller 54 inside the outer peripheral wall 54 c of the impeller 54.
  • the plurality of blades 54a have the same shape.
  • the plurality of blades 54a are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the impeller 54 in the blade groove region 54f.
  • One blade groove 54 b is disposed between two blades 54 a adjacent to each other in the circumferential direction of the impeller 54. That is, the plurality of blade grooves 54 b are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the impeller 54 inside the outer peripheral wall 54 c of the impeller 54. In other words, the outer ends of the plurality of blade grooves 54b are closed by the outer peripheral wall 54c.
  • the blade 54a is curved so that the central portion in the radial direction of the impeller 54 protrudes in the rotation direction R. Thereby, the center part of the blade
  • the angle ⁇ between the straight line L2 and the straight line L3 is referred to as “advance angle ⁇ ”, and when the straight line L2 is positioned behind the straight line L3 as in the impeller 54 of the present embodiment, the advance angle ⁇ is 0. Less than degrees.
  • the blade 54a located on the upper surface 54g side is inclined with respect to the rotation axis X, and the end on the upper surface 54g side is located in front of the end on the lower surface 54h side in the rotation direction R.
  • the inclination angle ⁇ from a perpendicular line connecting the end on the upper surface 54g side and the end on the lower surface 54h side is greater than 0 degrees.
  • the blade 54a located on the lower surface 54h side is inclined with respect to the rotation axis X, and the end portion on the lower surface 54h side rotates more than the end portion on the upper surface 54g side. Located in front of R.
  • the ratio D2 / D1 of the opposed groove depth D2 to the blade groove depth D1 shown in FIG. 3 is 0.6
  • the ratio W / H of the flow path width W to the flow path height H is 1.0. It was.
  • the discharge flow rate when the advancing angle ⁇ and the sandwiching angle ⁇ were changed by changing the curved shape of the blade 54 a was calculated.
  • the inclination angle ⁇ is not changed and is set to a constant angle.
  • the sandwiching angle ⁇ is an angle between tangents from both ends of the end edge 54d located behind the rotation direction R of the blade 54a.
  • the sandwiching angle ⁇ of the impeller 54 of this embodiment is larger than 180 degrees.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the sandwiching angle ⁇ and the discharge flow rate, in which the horizontal axis represents the sandwich angle ⁇ degrees, and the vertical axis represents the discharge flow rate (liter / minute).
  • the sandwiching angle ⁇ is larger than 180 degrees, that is, the blade 54a is curved so that the central portion of the blade 54a is positioned in front of the rotation direction R of the impeller 54 with respect to the straight line L1 connecting both ends of the blade 54a.
  • the discharge is performed more than the shape in which the blade 54a is curved so that the central portion of the blade 54a is positioned on the straight line L1 or behind the straight line L1 in the rotation direction R.
  • the flow rate increases. That is, the pump efficiency can be improved by curving the blade 54a so that the central portion of the blade 54a is positioned in front of the straight line L1 in the rotation direction R.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the advance angle ⁇ and the discharge flow rate, in which the horizontal axis indicates the advance angle ⁇ degrees, and the vertical axis indicates the discharge flow rate (liter / minute).
  • the advancing angle ⁇ is smaller than 0 degrees, that is, the straight line L2 connecting the outer peripheral side end of the impeller 54 of the blade 54a and the center X is more rotational than the straight line L3 connecting the center X side end and the center X.
  • the advance angle ⁇ is equal to or greater than 0 degrees
  • the discharge flow rate is larger than the shape where the straight line L2 is located in front of the rotation direction R than the straight line L3. That is, since the straight line L2 is positioned behind the straight line L3 in the rotation direction R, the pump efficiency can be improved.
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the inclination angle ⁇ and the discharge flow rate, the horizontal axis indicates the inclination angle ⁇ degrees, and the vertical axis indicates the discharge flow rate (liter / minute).
  • the inclination angle ⁇ of the impeller 54 of this embodiment is greater than 0 degrees.
  • the end on the upper surface 54g side is more forward in the rotation direction R than the end on the lower surface 54h side.
  • the shape of the discharge is larger in the discharge flow rate than the shape of the end portion on the upper surface 54g side located behind the end portion on the lower surface 54h side in the rotation direction R.
  • the blade groove 54b opened on the upper surface 54g is not opened on the lower surface 54h but is closed.
  • the blade groove 54b opened to the lower surface 54h is not opened to the upper surface 54g and is closed. According to this configuration, the gas can be guided in the swirl direction in the space defined by the blade groove 54b and the facing groove 52e or the facing groove 52f by the blade groove 54b. Thereby, gas can be swirled smoothly and gas can be pressurized.
  • the gas in the space defined by the blade groove 54b and the facing groove 52e or the facing groove 52f can be smoothly swirled to suppress the generation of a separation flow.
  • the gas sucked from the canister 73 has a relatively low density. According to the purge pump 10, even a gas having a relatively low density can be pressurized without setting the rotational speed of the impeller 54 high. Thereby, power consumption of the purge pump 10 can be reduced. Moreover, wear of the bearing of the shaft 30 can be suppressed by suppressing the rotation speed.
  • the shape of the outer peripheral wall 54c of the impeller 54 is not limited to the shape of the embodiment.
  • the outer peripheral wall 54c may be disposed at the center in the vertical direction of the impeller 54, but may not be disposed at the upper and lower ends.
  • the upper end of the outer peripheral wall 54c may be located at the same position as or above the center of the vortex in the vertical direction.
  • the lower end of the outer peripheral wall 54c may be located at the same position as or below the center of the vortex in the vertical direction.
  • the blades 54a and the blade grooves 54b of the impeller 54 have the same shape on the upper and lower surfaces 54g and 54h.
  • the shapes of the blades 54a and the blade grooves 54b may be different on the upper and lower surfaces 54g and 54h.
  • the blades 54a and the blade grooves 54b may be disposed only on one of the upper and lower surfaces 54g and 54h.
  • the shapes of the plurality of blades 54a may be different from each other, and the plurality of blades 54a may not be arranged at equal intervals.
  • the shape of the plurality of blade grooves 54b may be different from each other, and the plurality of blade grooves 54b may not be arranged at equal intervals.
  • the suction port 56 and the discharge port 58 of the pump unit 50 extend in a direction perpendicular to the rotation axis X of the impeller 54.
  • the suction port 56 and the discharge port 58 of the pump unit 50 may extend parallel to the rotation axis X.
  • the “vortex pump” in this specification is not limited to the purge pump 10 and can be used for other systems.
  • a pump for supplying exhaust gas to the intake pipe 80 in exhaust gas recirculation that is, EGR (abbreviation of Exhaust Gas ⁇ ⁇ Recirculation)
  • EGR abbreviation of Exhaust Gas ⁇ ⁇ Recirculation

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Abstract

気体を圧送する渦流ポンプであって、ハウジングと、ハウジングに収容されており、回転軸回りに回転するインペラと、を備え、インペラは、両端面のうち少なくとも一方の端面の外周部に回転方向に沿って配置される複数の羽根と、隣り合う羽根の間にそれぞれ配置される複数の羽根溝と、外周縁において複数の羽根溝のインペラ外周側を閉塞する外周壁を有しており、ハウジングは、羽根溝領域に対向しており、インペラの回転方向に延びる対向溝を有しており、複数の羽根溝のそれぞれは、インペラの一方の端面に開口する一方、インペラの他方の端面に閉塞しており、インペラの一方の端面を平面視したときに、複数の羽根のそれぞれが湾曲しており、羽根の中央部が羽根の両端部よりもインペラの回転方向前方に位置する、渦流ポンプ。

Description

渦流ポンプ
　本明細書は、気体を圧送する渦流ポンプに関する。なお、渦流ポンプは、ウエスコポンプ、カスケードポンプ、再生ポンプとも呼ばれる。
　特開２０１２－１６３０９９号公報に、自動車用のエンジンに燃料を供給する燃料ポンプが開示されている。燃料ポンプは、周方向に並ぶ複数の羽根を有するインペラを備える。隣り合う２個の羽根の間には、羽根溝が形成されている。複数の羽根及び複数の羽根溝は、インペラの両面に配置されている。インペラの一方の面に配置される複数の羽根溝のそれぞれは、その底部において、インペラの他方の面に配置される複数の羽根溝のそれぞれに連通している。
　渦流ポンプでは、インペラの回転によって、羽根溝内の流体に、インペラの回転方向に沿った中心軸回りの渦流（旋回流とも呼ばれる）を発生させる。これにより、流体を昇圧し、吐出する。このため、インペラに配置される羽根及び羽根溝の形状がポンプ効率に影響する。本明細書では、気体を圧送する渦流ポンプにおいて、インペラに配置される羽根及び羽根溝の形状によって、ポンプ効率を向上させる技術を提供する。
　本明細書は、気体を圧送する渦流ポンプを開示する。渦流ポンプは、ハウジングと、ハウジングに収容されており、回転軸回りに回転するインペラと、を備えていてもよい。インペラは、両端面のうち少なくとも一方の端面の外周部に回転方向に沿って配置される複数の羽根と、隣り合う羽根の間にそれぞれ配置される複数の羽根溝と、外周縁において複数の羽根溝のインペラ外周側を閉塞する外周壁を有していてもよい。ハウジングは、羽根溝領域に対向しており、インペラの回転方向に延びる対向溝を有していてもよい。複数の羽根溝のそれぞれは、インペラの一方の端面に開口する一方、インペラの他方の端面に閉塞していてもよい。インペラの一方の端面を平面視したときに、複数の羽根のそれぞれが湾曲しており、羽根の中央部が羽根の両端部よりもインペラの回転方向前方に位置していてもよい。
　発明者らは、上記の羽根及び羽根溝の形状によって、羽根溝と対向溝との空間に発生する渦流（あるいは旋回流）に剥離流が発生することを抑制し、スムーズに旋回させることができることを見出した。上記の構成によれば、気体用の渦流ポンプにおいて、ポンプ効率を向上させることができる。
　インペラの一方の端面を平面視したときに、複数の羽根のそれぞれにおいて、インペラ外周側の端とインペラ中心とを結ぶ直線が、インペラ中心側の端とインペラ中心とを結ぶ直線よりもインペラの回転方向後方に位置していてもよい。上記の羽根及び羽根溝の形状によって、ポンプ効率を向上させることができる。
　複数の羽根のそれぞれにおいて、インペラの一方の端面側の端部がインペラの他方の端面側の端部よりもインペラの回転方向前方に位置していてもよい。上記の羽根及び羽根溝の形状によって、ポンプ効率を向上させることができる。
　複数の羽根のそれぞれは、インペラの一方の端面側の端部がインペラの他方の端面側の端部よりもインペラの回転方向前方に位置するように傾斜していてもよい。
　自動車に搭載され、燃料タンクの気化燃料を吸着するキャニスタから気化燃料を吸入し、エンジンの吸気管に供給してもよい。本実施例の羽根及び羽根溝の形状を有する渦流ポンプでは、密度が比較的に小さい気体でもスムーズに渦流を発生させることができる。このため、インペラの回転数を高くせずに気体を昇圧することができる。本実施例の渦流ポンプを上記のシステムに採用することによって、気化燃料を適切にエンジンの吸気管に供給することができる。
実施例の自動車の燃料供給システムの概略を示す。 実施例のパージポンプの斜視図を示す。 図２のIII-III断面の断面図を示す。 実施例のインペラの平面図を示す。 図４のV-V断面の断面図を示す。 実施例のカバーを下方から見た底面図を示す。 挟み角βと流量の関係を表すシミュレーション結果を示す。 挟み角βを説明するための図を示す。 前進角αと流量の関係を表すシミュレーション結果を示す。 傾斜角γと流量の関係を表すシミュレーション結果を示す。
　図面を参照して、実施例のパージポンプ１０を説明する。図１に示すように、パージポンプ１０は、自動車に搭載され、燃料タンク３に貯留される燃料をエンジン８８に供給する燃料供給システム１に配置される。燃料供給システム１は、燃料タンク３からエンジン８８に燃料を供給するためのメイン供給経路２とパージ供給経路４を有する。
　メイン供給経路２には、燃料ポンプユニット７と、供給管７０と、インジェクタ５と、が配置されている。燃料ポンプユニット７は、燃料ポンプ、プレッシャレギュレータ、制御回路等を備える。燃料ポンプユニット７では、後述するＥＣＵ(Engine Control Unitの略)６から供給される信号に応じて制御回路が燃料ポンプを制御する。燃料ポンプは、燃料タンク３内の燃料を昇圧して吐出する。燃料ポンプから吐出される燃料は、プレッシャレギュレータで調圧されて、燃料ポンプユニット７から供給管７０に供給される。
　供給管７０は、燃料ポンプユニット７とインジェクタ５とを連通する。供給管７０に供給された燃料は、供給管７０内をインジェクタ５まで流れる。インジェクタ５は、ＥＣＵ６によって開度がコントロールされる弁を有する。インジェクタ５は、弁が開かれると、供給管７０から供給される燃料をエンジン８に供給する。
　パージ供給経路４には、キャニスタ７３と、パージポンプ１０と、ＶＳＶ（Vacuum Switching Valveの略）１００と、それらを連通する連通管７２，７４，７６，７８と、を備える。キャニスタ７３は、燃料タンク３内で発生した気化燃料を吸着する。キャニスタ７３は、タンクポートと、パージポートと、大気ポートとを備える。図１にパージ供給経路４から吸気管８０までの気体の流れ方向が矢印で示されている。タンクポートは、燃料タンク３の上端から延びる連通管７２に接続されている。これにより、キャニスタ７３は、燃料タンク３の上端から延びる連通管７２に連通する。キャニスタ７３は、燃料を吸着可能な活性炭を収容する。活性炭は、燃料タンク３から連通管７２を介してキャニスタ７３内部に流入する気体から気化燃料を吸着する。キャニスタ７３内部に流入した気体は、気化燃料が吸着された後、キャニスタ７３の大気ポートを通過して大気に放出される。これにより、気化燃料が大気に放出されることを防止することができる。
　キャニスタ７３のパージポートには、連通管７４を介して、パージポンプ１０が接続されている。詳細な構造は後述するが、パージポンプ１０は、気体を圧送する、いわゆる渦流ポンプである。パージポンプ１０は、ＥＣＵ６によって制御される。パージポンプ１０は、キャニスタ７３で吸着されている気化燃料を吸入し、昇圧して吐出する。パージポンプ１０が駆動している間、キャニスタ７３では、大気ポートから大気が吸入され、吸着された気化燃料とともにパージポンプ１０に流入される。
　パージポンプ１０から吐出された気化燃料は、連通管７６とＶＳＶ１００と連通管７８とを通過して吸気管８０に流入する。ＶＳＶ１００は、ＥＣＵ６に制御される電磁弁である。ＥＣＵ６は、ＶＳＶ１００を制御することによって、パージ供給経路４から吸気管８０に供給される気化燃料量を調整する。ＶＳＶ１００は、インジェクタ５よりも上流側で吸気管８０に接続される。吸気管８０は、エンジン８に空気を供給する配管である。吸気管８０のＶＳＶ１００が接続される位置よりも上流側には、スロットルバルブ８２が配置されている。スロットルバルブ８２は、吸気管８０の開度を制御することによって、エンジン８に流入する空気を調整する。スロットルバルブ８２は、ＥＣＵ６によって制御される。
　吸気管８０のスロットルバルブ８２よりも上流側には、エアクリーナ８４が配置されている。エアクリーナ８４は、吸気管８０に流入する空気から異物を除去するフィルタを有する。吸気管８０では、スロットルバルブ８２が開くと、エアクリーナ８４からエンジン８に向けて吸気される。エンジン８は、吸気管８０からの空気と燃料とを内部で燃焼し、燃焼後に排気する。
　パージ供給経路４では、パージポンプ１０が駆動することによって、キャニスタ７３に吸着された気化燃料を吸気管８０に供給することができる。エンジン８が駆動している場合、吸気管８０内に負圧が発生している。このため、パージポンプ１０が停止されている状態でも、キャニスタ７３に吸着された気化燃料が、吸気管８０内の負圧によって停止中のパージポンプ１０内を通過して吸気管８０内に吸入される。一方で、自動車の停止時にエンジン８のアイドリングを停止したり、ハイブリッド車のようにエンジン８を停止してモータで走行する場合、言い換えると、環境対策のためにエンジン８の駆動を制御する場合、エンジン８の駆動による吸気管８０内の負圧が発生しない状況が生じる。パージポンプ１０は、このような状況において、エンジン８に替わってキャニスタ７３に吸着された気化燃料を吸気管８０に供給することができる。なお、変形例では、エンジン８が駆動しており、吸気管８０内に負圧が発生している状況でも、パージポンプ１０が駆動し、気化燃料を吸入し吐出してもよい。
　次いで、パージポンプ１０の構成を説明する。図２は、パージポンプ１０のポンプ部５０側から見た斜視図を示す。図３は、図２のIII-III断面を示す断面図である。以下では、図３の上下方向を基準として「上」、「下」を表すが、図３の上下方向が、パージポンプ１０が自動車に搭載される方向とは限らない。
　パージポンプ１０は、モータ部２０と、ポンプ部５０と、を備える。モータ部２０は、ブラシレスモータを有する。モータ部２０は、上方ハウジング２６と、ロータ（図示省略）と、ステータ２２と、制御回路２４と、を備える。上方ハウジング２６は、ロータと、ステータ２２と、制御回路２４とを収容する。制御回路２４は、自動車のバッテリから供給される直流電力をＵ相、Ｖ相、Ｗ相の三相交流電力に変換し、ステータ２２に供給する。制御回路２４は、ＥＣＵ６から供給される信号に従ってステータ２２に電力を供給する。ステータ２２は、円筒形状を有しており、その中心部には、ロータが配置されている。ロータは、ステータ２２に対して回転可能に配置されている。ロータは、その周方向に交互に異なる方向に磁化されている永久磁石を有する。ロータは、ステータ２２に電力が供給されることによって、シャフト３０の中心軸Ｘ（以下では「回転軸Ｘ」と呼ぶ）を中心に回転する。
　モータ部２０の下方には、ポンプ部５０が配置されている。ポンプ部５０は、モータ部２０によって駆動される。ポンプ部５０は、下方ハウジング５２と、インペラ５４と、を備える。下方ハウジング５２は、上方ハウジング２６の下端に固定されている。下方ハウジング５２は、底壁５２ａとカバー５２ｂとを備える。カバー５２ｂは、上壁５２ｃと、周壁５２ｄと、吸入ポート５６と、吐出ポート５８（図２参照）と、を備える。上壁５２ｃは、上方ハウジング２６の下端に配置されている。周壁５２ｄは、上壁５２ｃから下方に向かって突出しており、上壁５２ｃの外周縁を一巡する。周壁５２ｄの下端には、底壁５２ａが配置されている。底壁５２ａは、ボルトによってカバー５２ｂに固定されている。底壁５２ａは、周壁５２ｄの下端を閉塞している。底壁５２ａとカバー５２ｂとによって、空間６０が画定されている。
　図６は、カバー５２ｂを下方から見た図である。周壁５２ｄには、それぞれが空間６０に連通する吸入ポート５６と吐出ポート５８とが外側に向かって突出している。吸入ポート５６と吐出ポート５８とは、互いに平行に、かつ、上下方向と垂直に配置されている。吸入ポート５６は、連通管７４を介してキャニスタ７３に連通している。吸入ポート５６は、キャニスタ７３から気化燃料を空間６０に導入する。吐出ポート５８は、下方ハウジング５２内で吸入ポート５６に連通しており、空間６０内に吸入された気化燃料を、パージポンプ１０外に排出する。
　上壁５２ｃには、吸入ポート５６から吐出ポート５８まで周壁５２ｄに沿って延びる対向溝５２ｅを有する。底壁５２ａも同様に、吸入ポート５６から吐出ポート５８まで周壁５２ｄに沿って延びる対向溝５２ｆ（図３参照）を有する。対向溝５２ｅ及び対向溝５２ｆは、長手方向の両端を除く中間位置、詳細には、インペラ５４に対向する位置において、一定の深さを有し、長手方向の両端では、それぞれ吸入ポート５６、吐出ポート５８に近づくのに従って徐々に浅くなっている。インペラ５４の回転方向Ｒに沿って見たときに、吐出ポート５８と吸入ポート５６との間は、周壁５２ｄによって、隔離されている。これにより、高圧の吐出ポート５８から低圧の吸入ポート５６に気体が流れることを抑制することができる。
　図３に示すように、空間６０には、インペラ５４が収容されている。インペラ５４は、円板形状を有する。インペラ５４の厚みは、下方ハウジング５２の上壁５２ｃと底壁５２ａとの隙間よりも若干小さい。インペラ５４は、上壁５２ｃと底壁５２ａのそれぞれに対して、小さな隙間を有して対向している。また、インペラ５４と周壁５２ｄとの間には、小さな隙間が設けられている。インペラ５４は、中心にシャフト３０に嵌合される嵌合孔を有する。これにより、インペラ５４は、シャフト３０の回転に伴って、回転軸Ｘを中心に回転する。なお、インペラ５４の中心は、回転軸Ｘ上に位置する。以下では、インペラ５４の中心を、「中心Ｘ」と呼ぶ。
　図４に示されるように、インペラ５４は、上面５４ｇの外周部に、複数の羽根５４ａと複数の羽根溝５４ｂとを有する羽根溝領域５４ｆを有する。なお、図面では、１個の羽根５４ａと１個の羽根溝５４ｂのみに符号が付されている。同様に、インペラ５４は、下面５４ｈの外周部にも、複数の羽根５４ａと複数の羽根溝５４ｂとを有する羽根溝領域５４ｆを有する。下面５４ｈの羽根溝領域５４ｆと上面５４ｇの羽根溝領域５４ｆとは、インペラ５４の回転軸Ｘ方向に垂直であって、インペラ５４の上下方向の中央を通過する平面に対して、面対称に配置されている。なお、上面５４ｇ及び下面５４ｈを、インペラ５４の回転軸Ｘ方向の端面ということができる。上面５４ｇに配置される羽根溝領域５４ｆは、対向溝５２ｅに対向して配置されている。同様に、下面５４ｈに配置される羽根溝領域５４ｆは、対向溝５２ｆに対向して配置されている。各羽根溝領域５４ｆは、インペラ５４の外周壁５４ｃの内側において、インペラ５４の周方向に一巡する。複数の羽根５４ａは、同一の形状を有する。複数の羽根５４ａは、羽根溝領域５４ｆにおいて、インペラ５４の周方向に等間隔で配置されている。インペラ５４の周方向に隣り合う２個の羽根５４ａの間には、１個の羽根溝５４ｂが配置されている。即ち、複数の羽根溝５４ｂは、インペラ５４の外周壁５４ｃの内側において、インペラ５４の周方向に等間隔で配置されている。言い換えると、複数の羽根溝５４ｂは、外周壁５４ｃによって、外周側の端部が閉塞されている。
　羽根５４ａは、インペラ５４の径方向の中央部が回転方向Ｒに突出するように湾曲している。これにより、羽根５４ａの中央部が羽根５４ａの両端部を結ぶ直線Ｌ１よりもインペラ５４の回転方向Ｒ前方に位置する。さらに、羽根５４ａのインペラ５４の外周側の端とインペラ５４の中心Ｘとを結ぶ直線Ｌ２が、羽根５４ａのインペラ５４の中心Ｘ側の端とインペラ５４の中心Ｘとを結ぶ直線Ｌ３よりもインペラ５４の回転方向Ｒの後方に位置する。以下では、直線Ｌ２と直線Ｌ３との角度αを、「前進角α」と呼び、本実施例のインペラ５４のように、直線Ｌ２が直線Ｌ３よりも後方に位置する場合、前進角αは０度よりも小さい。
　図５に示すように、上面５４ｇ側に位置する羽根５４ａは、回転軸Ｘに対して傾斜しており、上面５４ｇ側の端部が下面５４ｈ側の端部よりも回転方向Ｒの前方に位置する。上面５４ｇ側の端部と下面５４ｈ側の端部とを結ぶ直線の垂線からの傾斜角γは、０度より大きい。同様に、下面５４ｈ側に位置する羽根５４ａは、上面５４ｇに開口する羽根５４ａは、回転軸Ｘに対して傾斜しており、下面５４ｈ側の端部が上面５４ｇ側の端部よりも回転方向Ｒの前方に位置する。
　次いで、図７から図１０を参照して、パージポンプ１０を用いて行われたシミュレーション結果を示す。本シミュレーションでは、パージポンプ１０のポンプ部５０をモデル化し、インペラ５４を回転させたときの吐出ポート５８から吐出される気体の流量を算出した。
　本シミュレーションでは、図３に示される羽根溝深さＤ１に対する対向溝深さＤ２の割合Ｄ２／Ｄ１を０．６とし、流路高さＨに対する流路幅Ｗの割合Ｗ／Ｈを１．０とした。羽根５４ａの湾曲形状を変化させて、前進角α及び挟み角βを変化させた場合の吐出流量を算出した。なお、本シミュレーションでは、傾斜角γを変化させず、一定の角度とした。図８に示すように、挟み角βは、羽根５４ａの回転方向Ｒ後方に位置する端縁５４ｄの両端からの接線同士の角度である。本実施例のインペラ５４の挟み角βは、１８０度より大きい。また、本実施例のインペラ５４の前進角αは、０度未満である。図７は、挟み角βと吐出流量との関係を示すグラフであり、横軸が挟み角β度を示し、縦軸が吐出流量（リットル／分）を示す。挟み角βが１８０度より大きい場合、即ち、羽根５４ａの中央部が羽根５４ａの両端部を結ぶ直線Ｌ１よりもインペラ５４の回転方向Ｒ前方に位置するように羽根５４ａが湾曲している形状である方が、挟み角βが１８０度以下の場合、即ち、羽根５４ａの中央部が直線Ｌ１上あるいは直線Ｌ１よりも回転方向Ｒ後方に位置するように羽根５４ａが湾曲している形状よりも吐出流量が多くなる。即ち、羽根５４ａの中央部が直線Ｌ１よりも回転方向Ｒ前方に位置するように羽根５４ａを湾曲させることによって、ポンプ効率を向上させることができる。
　図９は、前進角αと吐出流量との関係を示すグラフであり、横軸が前進角α度を示し、縦軸が吐出流量（リットル／分）を示す。前進角αが０度より小さい場合、即ち、羽根５４ａのインペラ５４の外周側の端と中心Ｘとを結ぶ直線Ｌ２が、中心Ｘ側の端と中心Ｘとを結ぶ直線Ｌ３よりも回転方向Ｒの後方に位置する形状である方が、前進角αが０度以上の場合、即ち、直線Ｌ２が直線Ｌ３よりも回転方向Ｒの前方に位置する形状よりも吐出流量が多くなる。即ち、直線Ｌ２が直線Ｌ３よりも回転方向Ｒの後方に位置することによって、ポンプ効率を向上させることができる。
　本シミュレーションでは、傾斜角γ（図６参照）を変化させた場合の吐出流量を算出した。なお、本シミュレーションでは、前進角α及び挟み角βを変化させず、それぞれ一定の角度とした。図１０は、傾斜角γと吐出流量との関係を示すグラフであり、横軸が傾斜角γ度を示し、縦軸が吐出流量（リットル／分）を示す。本実施例のインペラ５４の傾斜角γは、０度より大きい。傾斜角γが０度より大きい場合、即ち、上面５４ｇに開口する羽根溝５４ｂの間に位置する羽根５４ａにおいて、上面５４ｇ側の端部が下面５４ｈ側の端部よりも回転方向Ｒの前方に位置する形状である方が、傾斜角γが０度以下の場合、即ち、上面５４ｇ側の端部が下面５４ｈ側の端部よりも回転方向Ｒの後方に位置する形状よりも吐出流量が多くなる。即ち、上面５４ｇに開口する羽根溝５４ｂの間に位置する羽根５４ａにおいて、上面５４ｇ側の端部が下面５４ｈ側の端部よりも回転方向Ｒの前方に位置することによって、ポンプ効率を向上させることができる。
　また、インペラ５４では、上面５４ｇに開口する羽根溝５４ｂは下面５４ｈに開口しておらず閉塞されている。下面５４ｈに開口する羽根溝５４ｂは上面５４ｇに開口しておらず閉塞されている。この構成によれば、羽根溝５４ｂによって、羽根溝５４ｂと対向溝５２ｅあるいは対向溝５２ｆによって画定される空間内で気体を旋回方向に案内することができる。これにより、気体をスムーズに旋回させ、気体を昇圧されることができる。
　本実施例のパージポンプ１０の構成によれば、羽根溝５４ｂと対向溝５２ｅあるいは対向溝５２ｆによって画定される空間内の気体をスムーズに旋回させ、剥離流が発生することを抑制することができる。また、キャニスタ７３から吸入される気体は密度が比較的に小さい。パージポンプ１０によれば、比較的に密度が小さい気体でも、インペラ５４の回転数を高く設定せずに気体を昇圧することができる。これにより、パージポンプ１０を省電力化することができる。また、回転数を抑えることで、シャフト３０の軸受の摩耗を抑制することができる。
　以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
　例えば、インペラ５４の外周壁５４ｃの形状は、実施例の形状に限られない。例えば、外周壁５４ｃは、インペラ５４の上下方向の中央部に配置される一方、上下端部に配置されていなくてもよい。この場合、外周壁５４ｃの上端は、上下方向において、渦流の中心と同じ位置かそれより上方に位置していてもよい。外周壁５４ｃの下端も同様に、上下方向において、渦流の中心と同じ位置かそれより下方に位置していてもよい。
　また、上記の実施例では、インペラ５４の羽根５４ａ及び羽根溝５４ｂは、上下面５４ｇ，５４ｈで同一の形状を有している。しかしながら、羽根５４ａ及び羽根溝５４ｂの形状は、上下面５４ｇ，５４ｈで異なっていてもよい。あるいは、羽根５４ａ及び羽根溝５４ｂは、上下面５４ｇ，５４ｈのいずれか一方の面にのみ配置されていてもよい。また、上下面５４ｇ，５４ｈのそれぞれにおいて、複数の羽根５４ａの形状は、互いに異なっていてもよく、複数の羽根５４ａは、等間隔に配置されていなくてもよい。同様に、複数の羽根溝５４ｂの形状は、互いに異なっていてもよく、複数の羽根溝５４ｂは、等間隔に配置されていなくてもよい。
　また、上記の実施例では、ポンプ部５０の吸入ポート５６及び吐出ポート５８は、インペラ５４の回転軸Ｘに垂直な方向に延びている。しかしながら、ポンプ部５０の吸入ポート５６及び吐出ポート５８は、回転軸Ｘに平行に延びていてもよい。
　本明細書の「渦流ポンプ」は、パージポンプ１０に限られず、他のシステムにも利用することができる。例えば、エンジン８の排気を循環させ、吸気と混合させてエンジン８の燃料室に供給する排気再循環（即ちＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculationの略））において、排気を吸気管８０に供給するためのポンプとして利用することができる。また、自動車以外の産業用のポンプとしても利用することができる。
　また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

Claims (5)

  1. 　気体を圧送する渦流ポンプであって、
    　ハウジングと、
    　ハウジングに収容されており、回転軸回りに回転するインペラと、を備え、
    　インペラは、
    　　両端面のうち少なくとも一方の端面の外周部に回転方向に沿って配置される複数の羽根と、
    　　隣り合う羽根の間にそれぞれ配置される複数の羽根溝と、
    　　外周縁において複数の羽根溝のインペラ外周側を閉塞する外周壁を有しており、
    　ハウジングは、羽根溝領域に対向しており、インペラの回転方向に延びる対向溝を有しており、
    　複数の羽根溝のそれぞれは、インペラの一方の端面に開口する一方、インペラの他方の端面に閉塞しており、
    　インペラの一方の端面を平面視したときに、複数の羽根のそれぞれが湾曲しており、羽根の中央部が羽根の両端部よりもインペラの回転方向前方に位置する、渦流ポンプ。
  2. 　インペラの一方の端面を平面視したときに、複数の羽根のそれぞれにおいて、インペラ外周側の端とインペラ中心とを結ぶ直線が、インペラ中心側の端とインペラ中心とを結ぶ直線よりもインペラの回転方向後方に位置する、請求項１に記載の渦流ポンプ。
  3. 　複数の羽根のそれぞれにおいて、インペラの一方の端面側の端部がインペラの他方の端面側の端部よりもインペラの回転方向前方に位置する、請求項１又は２に記載の渦流ポンプ。
  4. 　複数の羽根のそれぞれは、インペラの一方の端面側の端部がインペラの他方の端面側の端部よりもインペラの回転方向前方に位置するように傾斜している、請求項３に記載の渦流ポンプ。
  5. 　渦流ポンプは、自動車に搭載され、燃料タンクの気化燃料を吸着するキャニスタから気化燃料を吸入し、エンジンの吸気管に供給する、請求項１から４のいずれか一項に記載の渦流ポンプ。
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