WO2021192986A1

WO2021192986A1 - ポンプ

Info

Publication number: WO2021192986A1
Application number: PCT/JP2021/009128
Authority: WO
Inventors: 章宏窪田
Original assignee: パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date: 2020-03-25
Filing date: 2021-03-09
Publication date: 2021-09-30
Also published as: JP2021152356A

Abstract

ポンプ（１）は、外周部分にインペラブレード部（１１）を有するインペラ（５）と、インペラ（５）の周囲にインペラ流路（６）を形成するケーシング（７）とを備える。ケーシング（７）は、インペラ流路（６）に連通する流路の一例である吸込口側流路（１０）を有する。インペラ（５）の回転軸（モータ（４）の回転軸（３））に平行な方向から見た場合において、吸込口側流路（１０）は、インペラ流路（６）に接続する吸込口側流路（１０）が有する壁面のうち、ケーシング（７）内で内側となる吐出口側壁面（２２）を有する。そして、吸込口側流路（１０）は、吐出口側壁面（２２）の延長線が、インペラブレード部（１１）の内周が形成する円周に接するよう形成されている。

Description

ポンプ

　本開示は、例えば、水のくみ上げに使用されるポンプの構造に関するものである。

　従来、モータの回転軸に接続されたインペラを回転させて、ケーシングの吸込口から水を吸い込み、吐出口から吐出させるポンプが知られている（例えば、特許文献１参照）。

　以下、特許文献１に係るポンプ１１３について、図７を参照しながら説明する。

　図７に示すように、従来のポンプ１１３は、モータ１０１と、ポンプ部１０３とを備える。ポンプ部１０３は、ケーシング１０４と、ケーシング１０４に内包されたインペラ１０２とを備える。インペラ１０２は、モータ１０１の回転軸に接続され、モータ１０１の駆動により回転させられる。ケーシング１０４は、吸込口１１１及び吐出口１０５を有し、内部にケーシング流路部１０６を有している。そして、ケーシング１０４は、内部のインペラ１０２の回転により、ケーシング流路部１０６において吸込口１１１からの水を加圧し、吐出口０１５へ導くものである。

特開２０１８－１２３６８４号公報

　このような従来のポンプでは、ポンプ内での水の流れをスムーズにすることで、不必要な損失を抑え、ポンプの仕事効率を良化することが望まれる。この不要な損失は、例えば、吸込口から吸い込まれた水がインペラへと流れ込む際に生じ得る。

　そこで本開示は、ポンプ内に吸い込まれた水がインペラへと流れ込む際の不必要な損失を低減させ、仕事効率を良化させたポンプを提供することを目的とする。

　そして、本開示の一態様に係るポンプは、外周部分にインペラブレード部を有するインペラと、インペラの周囲にインペラ流路を形成するケーシングと、を備える。ケーシングは、インペラ流路に連通する流路を有する。そして、インペラの回転軸に平行な方向から見た場合において、流路は、インペラ流路に接続する流路が有する壁面のうち、ケーシング内で内側となる壁面の延長線が、インペラブレード部の内周が形成する円周に接するよう形成されていることを特徴とする。

　本開示に係るポンプは、ポンプ内に吸い込まれた水がインペラへと流れ込む際の不必要な損失を低減させ、仕事効率を良化させることが出来る。

図１は、本開示の実施の形態１に係るポンプの構成を示す斜視図である。図２は、同ポンプの構成を示す斜視分解図である。図３は、同ポンプのケーシングの構成を示す正面断面図である。図４は、本開示の実施の形態２に係るポンプの構成を示す斜視図である。図５は、同ポンプのケーシングの構成を示す正面断面図である。図６は、本開示の実施の形態１及び２に係るポンプのインペラの構造を示す斜視図である。図７は、従来のポンプの構成を示す概略図である。

　本開示の一態様に係るポンプは、外周部分にインペラブレード部を有するインペラと、インペラの周囲にインペラ流路を形成するケーシングと、を備える。ケーシングは、インペラ流路に連通する流路を有する。そして、インペラの回転軸に平行な方向から見た場合において、流路は、インペラ流路に接続する流路が有する壁面のうち、ケーシング内で内側となる壁面の延長線が、インペラブレード部の内周が形成する円周に接するよう形成されていることを特徴とする。

　この構成によれば、流路が有する壁面のうち、ケーシング内で内側となる壁面が、インペラブレード部の内周が形成する円周に接するようにインペラ流路に接続される。従って、本開示の一態様に係るポンプ内に吸い込まれた水は、インペラ流路内にスムーズに運ばれ、水の流れにかかる不必要な負荷を軽減させることが出来る。即ち、本開示の一態様に係るポンプは、ポンプ内に吸い込まれた水がインペラへと流れ込む際の不必要な損失を低減させ、仕事効率を良化させることが出来る。

　また、ケーシングは、吸込口を有し、流路は、吸込口及びインペラ流路に連通する吸込口側流路を含み、ケーシング内で内側となる壁面は、吸込口側流路のインペラ流路に接続する壁面のうち、インペラの回転方向における上流側の壁面であってもよい。

　この構成によれば、吸込口側流路が有する壁面のうち、インペラの回転方向における上流側の壁面が、インペラブレード部の内周が形成する円周に接するようにインペラ流路に接続される。つまり、吸込口側流路の、インペラの回転方向における上流側の壁面が、インペラブレード部の内周に対して、接線方向に接続される。従って、ポンプ内に吸い込まれた水は、吸込口側流路からインペラ流路内にスムーズに運ばれ、水の流れにかかる不必要な負荷を軽減させることが出来る。即ち、本開示の一態様に係るポンプは、ポンプ内に吸い込まれた水がインペラへと流れ込む際の不必要な損失を低減させ、仕事効率を良化させることが出来る。

　また、ケーシングは、吐出口を有し、流路は、インペラ流路及び吐出口に連通する吐出口側流路を含み、ケーシング内で内側となる壁面は、吐出口側流路のインペラ流路に接続する壁面のうち、インペラの回転方向における下流側の壁面であってもよい。

　この構成によれば、吐出口側流路が有する壁面のうち、インペラの回転方向における下流側の壁面が、インペラブレード部の内周が形成する円周に接するようにインペラ流路に接続される。つまり、吐出口側流路のインペラの回転方向における下流側の壁面が、インペラブレード部の内周に対して、接線方向に接続される。従って、インペラブレード部で昇圧された水は、インペラ流路から吐出口側流路内にスムーズに運ばれ、インペラにかかる不必要な負荷を軽減させることが出来る。即ち、本開示の一態様に係るポンプは、インペラを回転させるためのモータへの負荷軽減し、仕事効率を良化させることが出来る。

　以下、本開示の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

　（実施の形態１）
　図１、図２、図３及び図６を用いて、本開示の実施の形態１に係るポンプ１について説明する。図１は、ポンプ１の構成を示す斜視図であり、図２は、ポンプ１の構成を示す斜視分解図である。図３は、ポンプ１のケーシング７の構成を示す正面断面図である。図６はポンプ１及び後述するポンプ１Ａのインペラ５の構造を示す斜視図である。

　図１、図２及び図３に示すように、ポンプ１は、モータ４を有するモータ部と、インペラ５と、インペラ５を内包し、インペラ流路６を形成するケーシング７と、ケーシングカバー８とを備える。モータ４は、モータフレーム２及び回転軸３を有する。モータ４の回転軸３には、インペラ５が回転軸３の回転により回転可能に接続されている。ケーシング７は、吸込口９及び吐出口１２を有しており、流量スイッチ１５は、ケーシング７の吐出口１２側に取付けられている。ポンプ１はモータ４を冷却する冷却ファン３１を備えているが、冷却ファン３１はポンプ１の必須の構成ではなく、冷却ファン３１を備えていなくても良い。

　図３に示すように、ケーシング７は、水１４の流れの上流側にインペラ流路６に連通する吸込口９を有し、吸込口９からインペラ流路６に至る吸込口側流路１０を有している。即ち、吸込口側流路１０は、吸込口９及びインペラ流路６に連通する。また、ケーシング７は、水１４の流れの下流側にインペラ流路６に連通する吐出口１２を有し、インペラ流路６から吐出口１２に至る吐出口側流路１３を有している。即ち、吐出口側流路１３は、インペラ流路６及び吸込口９に連通する。また、ポンプ１は、インペラ５の周囲にインペラ流路６を形成するケーシング７を備える。そして、ケーシング７は、インペラ流路６に連通する流路を有し、この流路は、吸込口側流路１０と、吐出口側流路１３とを含む。

　図６に示すように、インペラ５は、インペラブレード部１１とインペラ内周部１６とを有している。インペラブレード部１１は、インペラ内周部１６の外周側において、周方向に複数のブレード（羽根）を設けた部分である。そして、インペラブレード部１１は、ブレードの外周側となるブレード外周部１９と、ブレードの内周側となるブレード内周部２０を有している。即ち、ポンプ１は、外周部分にインペラブレード部１１を有するインペラ５を備える。

　図３に示すように、ポンプ１の吸込口側流路１０は、インペラ５の外周側に位置した吸込口９から略水平方向に（図３では、左から右に）進み、インペラ５の回転方向Ｒに沿うように曲がる形状を有している。図３に示すように、インペラ５の回転軸（つまり、モータ４の回転軸３）に直交し、インペラ５を含んだ面で切断した断面図において、吸込口側流路１０は、インペラ流路６に接続する壁面として、以下の壁面を有している。即ち、吸込口側流路１０は、インペラ５の回転方向Ｒにおける上流側に接続する壁面（以下、「吐出口側壁面２２」と呼ぶ）と、インペラ５の回転方向Ｒにおける下流側に接続する壁面とを有している。つまり、回転軸３に平行な方向から見た場合において、吸込口側流路１０は、インペラ流路６に接続する壁面として、ケーシング７内で内側となる壁面である吐出口側壁面２２と、外側となる壁面とを有している。また、回転軸３に平行な方向から見た場合において、ケーシング７内で内側となる壁面である吐出口側壁面２２は、吸込口側流路１０のインペラ流路６に接続する壁面のうち、インペラ５の回転方向Ｒにおける上流側の壁面ともいえる。また、吐出口側壁面２２は、言い換えれば、吸込口側流路１０の曲がり部における曲がりの外側となっているともいえる。そして、吐出口側壁面２２のインペラ５側に延ばした延長線は、ブレード内周部２０に接している。つまり、回転軸３に平行な方向から見た場合において、吸込口側流路１０は、以下のように形成されている。即ち、吸込口側流路１０は、インペラ流路６に接続する吸込口側流路１０が有する壁面のうち、ケーシング７内で内側となる壁面、つまりインペラ５の回転方向Ｒにおける上流側の壁面である吐出口側壁面２２の延長線が、ブレード内周部２０が形成する円周に接するよう形成されている。

　このような構成により、ポンプ１では、インペラ５が回転軸３によって回転すると、ケーシング７内に水１４が供給される。供給された水１４がインペラ流路６を通過する時、インペラブレード部１１によって水流が発生する。水流となった水１４は、吸込口９、吸込口側流路１０、吸込口側インペラ部１７、インペラ流路６、吐出口側インペラ部１８、吐出口側流路１３及び吐出口１２の順に流れる。そして、最後に吐出口１２から水１４が排出される。

　ここで、改めて、従来のポンプ１１３における課題を、図７を用いて説明する。図７に示す従来のポンプ１１３の吸込口側流路１０７と吸込口側インペラ部１０８との接続部分は、インペラブレード部１０９及びインペラ内周部１１０に水が流れ込みやすい構造となっている。すなわち、インペラブレード部１０９に対し、吸込口１１１からの水は径方向に近い角度で流入するので、インペラブレード部１０９からの力を受けにくく、その結果、中心部、すなわちインペラ内周部１１０まで流れ込む水が多くなる。そして、インペラ内周部１１０に水が入り込むと、本来、仕事をするはずのインペラブレード部１０９に運ばれる水が減少してしまい、ポンプ１１３の仕事量減少につながってしまう。

　また、インペラ内周部１１０に流れ込む水が多量となると、インペラ流路１１２を通過せずに吸込口側インペラ部１０８から吐出口側インペラ部１１５に流れてしまう水が生まれる可能性がある。そうすると、本来、インペラ流路１１２において昇圧されるはずの水が昇圧されずに吐出口側インペラ部１１５に運ばれてしまい、ポンプ１１３本来の機能を果たしにくくなる。さらに、昇圧されずに吐出口側インペラ部１１５に運ばれてしまう水は、インペラ流路１１２にて昇圧された水と衝突し損失を生む可能性もある。

　一方、前述したように、本開示の実施の形態１に係るポンプ１においては、吸込口側流路１０の吐出口側壁面２２がインペラブレード部１１のブレード内周部２０に対して、接線方向に接続されている。この構造によって、水１４が吸込口側流路１０からインペラブレード部１１にスムーズに運ばれ、インペラ内周部１６に水１４が運ばれにくくなっている。すなわち、吸込口側流路１０を吐出口側壁面２２に沿って吸込口側インペラ部１７に流入した水１４は、インペラ５の回転に乗るようにしてインペラブレード部１１のブレードからの力を受ける。そして、水１４は、インペラ５の回転とともにインペラ流路６で昇圧されて吐出口側インペラ部１８を介して吐出口側流路１３へと流出する。

　このような構成によれば、ポンプ１では、吸込口側流路１０の出口方向と、インペラブレード部１１の回転方向Ｒとが一致し、流れ込んだ水１４が効率よくインペラブレード部１１に昇圧されていくことになる。このようにして、ポンプ１は、水１４の流れにかかる損失を軽減させることが出来、仕事効率を良化させることが出来る。

　（実施の形態２）
　本開示の実施の形態２に係るポンプ１Ａについて、実施の形態１に係るポンプ１との相違点を中心に、図４及び図５を用いて説明する。図４は、ポンプ１Ａの構成を示す斜視図であり、図５はポンプ１Ａのケーシング７Ａの構成を示す正面断面図である。図４及び図５において、実施の形態１に係るポンプ１と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。なお、図４及び図５において、実施の形態１に係るポンプ１の構成要素とその形状が異なるものであっても、本実施の形態２に係るポンプ１Ａを説明する上で詳細な説明が必要ないものについては、同一符号を付して、その詳細な説明は省略している。

　実施の形態２に係るポンプ１Ａは、ケーシング７Ａにおける吐出口側流路１３Ａの構成が、実施の形態１に係るポンプ１の吐出口側流路１３とは異なる。吐出口側流路１３Ａは、吐出口側インペラ部１８から吐出口１２に連通している。図５に示すように、インペラ５の回転軸（つまりモータ４の回転軸３）に直交し、インペラ５を含んだ面で切断した断面図において、吐出口側流路１３Ａは、インペラ流路６に接続する壁面として、以下の壁面を有している。即ち、吐出口側流路１３Ａは、インペラ５の回転方向Ｒにおける上流側に接続する壁面と、インペラ５の回転方向Ｒにおける下流側に接続する壁面（以下、「吸込口側壁面２３」と呼ぶ）とを有している。つまり、回転軸３に平行な方向から見た場合において、吐出口側流路１３Ａは、インペラ流路６に接続する壁面として、ケーシング７Ａ内で内側となる壁面である吸込口側壁面２３と、外側となる壁面とを有している。また、回転軸３に平行な方向から見た場合において、ケーシング７Ａ内で内側となる壁面である吸込口側壁面２３は、吐出口側流路１３Ａのインペラ流路６に接続する壁面のうち、インペラ５の回転方向Ｒにおける下流側の壁面ともいえる。そして、吐出口側流路１３Ａの吸込口側壁面２３をインペラ５側に延ばした延長線は、ブレード内周部２０に接している。つまり、回転軸３に平行な方向から見た場合において、吐出口側流路１３Ａは、以下のように形成されている。即ち、吐出口側流路１３Ａは、インペラ流路６に接続する吐出口側流路１３Ａが有する壁面のうち、ケーシング７Ａ内で内側となる壁面、つまりインペラ５の回転方向Ｒにおける下流側の壁面である吸込口側壁面２３の延長線が、ブレード内周部２０が形成する円周に接するよう形成されている。

　ここで、改めて、従来のポンプ１１３における課題を、図７を用いて説明する。従来のポンプ１１３の吐出口側流路１１６と吐出口側インペラ部１１５との接続部分では、インペラ流路１１２にて昇圧された水が吐出口側インペラ部１１５から吐出口側流路１１６に運ばれるのではなく、吸込口側流路１０７に運ばれやすい構造となっている。すなわち、図７に示すように、従来の吐出口側流路１１６の吸込口側壁面１１７の延長線は、インペラ内周部１１０に交わるように配置されているので、インペラ流路１１２から流出する水が吸込口側壁面１１７に衝突し、吐出口側流路１１６へ流れにくくなる。そして、吐出口側流路１１６の入口で吐出口側流路１１６へのスムーズな流れが妨げられる。結果として昇圧された水が吸込口側流路１０７に運ばれることになる。このように、昇圧された水が吐出されにくくなり、このことは、ポンプ１１３の仕事量の減少につながる。

　一方、本開示の実施の形態２に係るポンプ１Ａは、図５に示すように、吐出口側流路１３Ａの吸込口側壁面２３はブレード内周部２０に対して、接線方向に接続されている。この構造によれば、ポンプ１Ａでは、インペラ流路６から流出する水１４は吸込口側壁面２３に衝突せず、スムーズに吐出口側流路１３Ａに流入する。従って、水１４がインペラブレード部１１から吐出口側流路１３Ａにスムーズに運ばれ、水１４の流れにかかる損失を軽減させることが出来る。水１４の流れにかかる損失を軽減させることにより、ポンプ１Ａは、仕事効率を良化させることが出来る。

　なお、本実施の形態２に係るポンプ１Ａは、以下のように変形させてもよい。即ち、変形例に係るポンプは、実施の形態２に係るポンプ１Ａの吸込口側流路１０Ａに代えて、実施の形態１に係るポンプ１の吸込口側流路１０を備えるようにしてもよい。

　以上、本開示に係るポンプについて、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の範囲内に含まれる。

　本開示に係るポンプは、例えば、水のくみ上げに使用されるポンプとして有効である。

　１　　ポンプ
　１Ａ　　ポンプ
　２　　モータフレーム
　３　　回転軸
　４　　モータ
　５　　インペラ
　６　　インペラ流路
　７　　ケーシング
　７Ａ　　ケーシング
　８　　ケーシングカバー
　９　　吸込口
　１０　　吸込口側流路
　１０Ａ　　吸込口側流路
　１１　　インペラブレード部
　１２　　吐出口
　１３　　吐出口側流路
　１３Ａ　　吐出口側流路
　１４　　水
　１５　　流量スイッチ
　１６　　インペラ内周部
　１７　　吸込口側インペラ部
　１８　　吐出口側インペラ部
　１９　　ブレード外周部
　２０　　ブレード内周部
　２２　　吐出口側壁面
　２３　　吸込口側壁面
　３１　　冷却ファン
　１０１　　モータ
　１０２　　インペラ
　１０３　　ポンプ部
　１０４　　ケーシング
　１０５　　吐出口
　１０６　　ケーシング流路部
　１０７　　吸込口側流路
　１０８　　吸込口側インペラ部
　１０９　　インペラブレード部
　１１０　　インペラ内周部
　１１１　　吸込口
　１１２　　インペラ流路
　１１３　　ポンプ
　１１５　　吐出口側インペラ部
　１１６　　吐出口側流路
　１１７　　吸込口側壁面
　Ｒ　　回転方向

Claims

　外周部分にインペラブレード部を有するインペラと、
　前記インペラの周囲にインペラ流路を形成するケーシングと、を備え、
　前記ケーシングは、前記インペラ流路に連通する流路を有し、
　前記インペラの回転軸に平行な方向から見た場合において、前記流路は、前記インペラ流路に接続する前記流路が有する壁面のうち、前記ケーシング内で内側となる壁面の延長線が、前記インペラブレード部の内周が形成する円周に接するよう形成されている
　ことを特徴とするポンプ。
　前記ケーシングは、吸込口を有し、
　前記流路は、前記吸込口及び前記インペラ流路に連通する吸込口側流路を含み、
　前記ケーシング内で内側となる壁面は、前記吸込口側流路の前記インペラ流路に接続する壁面のうち、前記インペラの回転方向における上流側の壁面である
　ことを特徴とする請求項１に記載のポンプ。
　前記ケーシングは、吐出口を有し、
　前記流路は、前記インペラ流路及び前記吐出口に連通する吐出口側流路を含み、
　前記ケーシング内で内側となる壁面は、前記吐出口側流路の前記インペラ流路に接続する壁面のうち、前記インペラの前記回転方向における下流側の壁面である
　ことを特徴とする請求項２に記載のポンプ。
　前記ケーシングは、吐出口を有し、
　前記流路は、前記インペラ流路及び前記吐出口に連通する吐出口側流路を含み、
　前記ケーシング内で内側となる壁面は、前記吐出口側流路の前記インペラ流路に接続する壁面のうち、前記インペラの回転方向における下流側の壁面である
　ことを特徴とする請求項１に記載のポンプ。