(57)【要約】【課題】流路を上昇する導電性液体に対して推進力を付与することで、流路の高さによらずくみ上げることができる導電性液体用ポンプを提供する。【解決手段】導電性液体をくみ上げるためのものであって、非接触型のスターラと、該スターラを納めたケースを備え、前記スターラは、略円柱形状で上下方向を向いた中心軸周りに回転駆動可能であって、その側面に、上下にわたって延びる磁石体を複数設けてあり、該磁石体は、その外周面の磁極が交互に異なるように周方向に並べて配置してあり、前記ケースは、上下に延びる筒状の側壁部を有しており、該側壁部は、その壁面内部に形成された上下方向軸周りの螺旋状の流路と、該流路の下端および上端において前記側壁部の外側に開口する流入口および流出口を有する。【選択図】図１
2020065318.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性液体をくみ上げるためのものであって、
非接触型のスターラと、該スターラを納めたケースを備え、
前記スターラは、略円柱形状で上下方向を向いた中心軸周りに回転駆動可能であって、その側面に、上下にわたって延びる磁石体を複数設けてあり、該磁石体は、その外周面の磁極が交互に異なるように周方向に並べて配置してあり、
前記ケースは、上下に延びる筒状の側壁部を有しており、
該側壁部は、その壁面内部に形成された上下方向軸周りの螺旋状の流路と、該流路の下端および上端において前記側壁部の外側に開口する流入口および流出口を有することを特徴とする導電性液体用ポンプ。
【請求項２】
前記流入口と前記流出口は、平面視して、前記流路の中心である上下方向軸を挟んだ位置に形成してあることを特徴とする請求項１記載の導電性液体用ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融金属などの導電性液体をくみ上げるための導電性液体用ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウムなどの金属材料を溶解して用いる場合、一般に、溶解炉によってインゴットなどを溶解し、これを保持炉により溶融状態のまま保持し、必要に応じて保持炉から出湯する。従来、このような溶融金属を出湯するための機構・装置として、種々のものが用いられている。たとえば、排出口にタップ栓を抜き差しする方式、炉体そのものを傾斜させる方式、回転翼を有する機械式ポンプでくみ上げる方式などである。
【０００３】
しかし、タップ栓による方式は、抜き差しの際に高温の溶融金属が飛散するおそれがあり、危険を伴うものであった。また、炉体を傾斜させる方式は、油圧シリンダなどの大掛かりな設備が必要であり、イニシャルコストおよび設備のメンテナンスなどによるランニングコストが高額になっていた。さらに、機械式ポンプによる方式は、過酷な条件下となるため回転翼などの部品の頻繁な交換が必要となり、ランニングコストが高額になっていた。
【０００４】
そこで、特許文献１に示すように、回転磁石体により溶湯（溶融金属）に回転力を付与してくみ上げるポンプが提案されている。より詳しくは、このポンプは、上下に向かい合う駆動部とポンプ室部とを備え、上側の駆動部の回転磁石体により、下側のポンプ室部のポンプ室内の溶湯を回転させる。この回転により、溶湯には遠心力が働き、ポンプ室内の溶湯は、外周部分が高圧となり、中心部分がそれよりも低圧となる。これにより、溶湯はポンプ室側壁の出口から排出されるとともに、ポンプ室底板の入口から吸引される。そして、ポンプ室から排出された溶湯は、垂直向きの溶湯排出路を上昇し、溶湯出口から排出されることでくみ上げられる。このポンプによれば、溶湯が駆動部分に接することがないので、構成が簡易であり、イニシャルコストおよびランニングコストを抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５４９６６４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のポンプは、下部のポンプ室内の溶湯にのみ回転力を付与するものであって、溶湯排出路を上昇する溶湯に対して推進力を直接付与するものではなかった。そのため、溶湯排出路の高さが高いと、溶湯を上昇させるための力が不足するおそれがあった。
【０００７】
本発明は、このような事情を鑑みたものであり、流路を上昇する導電性液体に対して推進力を付与することで、流路の高さによらずくみ上げることができる導電性液体用ポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のうち請求項１の発明は、導電性液体をくみ上げるためのものであって、非接触型のスターラと、該スターラを納めたケースを備え、前記スターラは、略円柱形状で上下方向を向いた中心軸周りに回転駆動可能であって、その側面に、上下にわたって延びる磁石体を複数設けてあり、該磁石体は、その外周面の磁極が交互に異なるように周方向に並べて配置してあり、前記ケースは、上下に延びる筒状の側壁部を有しており、該側壁部は、その壁面内部に形成された上下方向軸周りの螺旋状の流路と、該流路の下端および上端において前記側壁部の外側に開口する流入口および流出口を有することを特徴とする。非接触型のスターラ（撹拌機）は、磁石体が回転して導電性液体中を磁界が移動することで、導電性液体に渦電流が発生し、この磁界と渦電流により、導電性液体に力が働くものであり、スターラの周囲の導電性液体は、スターラの回転と同じ方向に回転する。
【０００９】
本発明のうち請求項２の発明は、前記流入口と前記流出口は、平面視して、前記流路の中心である上下方向軸を挟んだ位置に形成してあることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のうち請求項１の発明によれば、導電性液体が駆動部分であるスターラに接することがないので、構成が簡易であり、イニシャルコストおよびランニングコストを抑えることができる。そして、螺旋状の流路の進行方向（導電性液体が、流入口から流路を経て流出口へと至る際に進む方向）と同じ回転方向にスターラを回転させることで、導電性液体をくみ上げることができる。すなわち、スターラの外周側にケースの側壁部が位置しており、側壁部の壁面内に螺旋状の流路が形成されているので、流路内の導電性液体に対して、スターラの回転方向と同じ向きの力が働く。すると、スターラの回転方向と流路の進行方向が同じなので、導電性液体は流路内を進行方向通りに進んで上昇していくことになる。このように、流路内を上昇する導電性液体に対して推進力が働くので、流路の高さによらず、くみ上げることが可能である。
【００１１】
本発明のうち請求項２の発明によれば、このような導電性液体用ポンプは、一般に導電性液体をためる槽などの周縁部に設置されるが、その際に流入口を槽の中央側に向けることで、導電性液体が流入口から滞りなく流入し、かつ流出口が槽の外周側を向くので、その先へ至る経路を効率的に形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】導電性液体用ポンプの第一実施形態の説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図２】第一実施形態の側壁部の中心方向から見た、流路の位置における縦断面展開図である。
【図３】流路の形状の説明図である。
【図４】スターラの説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図５】導電性液体用ポンプの第一実施形態を備える保持炉の説明図である。
【図６】導電性液体用ポンプの第二実施形態を説明する縦断面図である。
【図７】第二実施形態の側壁部の中心方向から見た、流路の位置における縦断面展開図である。
【図８】導電性液体用ポンプの第三実施形態を備える保持炉の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の導電性液体用ポンプの具体的な内容について説明する。この導電性液体用ポンプは、電気を通す性質を備えた種々の導電性液体のくみ上げに用いることができるものであるが、ここでは、アルミニウムを熱して溶解させた溶湯を対象とする場合を示す。この導電性液体用ポンプの第一実施形態は、図１に示すように、非接触型のスターラ１と、スターラ１を納めたケース２を備えるものであって、ケース２の下側部分を溶湯Ｍに沈めて用いられる。
【００１４】
スターラ１は、図４に示すように、略円柱形状であって、その中心軸が上下方向を向いている。スターラ１の中心部には、上下に延びる丸棒状の芯部材１２が位置している。そして、芯部材１２の外周側に、磁石体１１を設けてある。磁石体１１は、図４（ａ）に示すように、平面視して中心部分を円形に切り欠いた扇形であり、周方向に４個並べてあって、図４（ｂ）に示すように、芯部材１２の上下にわたって延びている。すなわち、略円柱形状のスターラ１の側面に、上下にわたって延びる磁石体１１を設けてある。そして、磁石体１１は、図４（ａ）に示すように、その外周面の磁極（Ｎ極とＳ極）が交互に異なるように、周方向に並べて配置してある。
【００１５】
このように構成したスターラ１においては、隣り合う磁石体１１の外周面の磁極が異なるので、磁力線は、図４（ａ）に白抜き矢印で示すように、外周面がＮ極の磁石体１１から、両隣の外周面がＳ極の磁石体１１へと延び、スターラの水平方向外周側に磁界が形成される。そして、磁石体１１は、このように形成される磁界が、スターラ１の外周側に位置する後述のケース２よりもさらに外周側にまで及ぶ程度の強さの磁力を有するものである。
【００１６】
そして、スターラ１の上面の中心には、上下に延びる回転軸１３が取り付けられており、さらに図１に示すように、この回転軸１３がギアボックス１４を介してモータ１５と接続されている。よって、モータ１５により、スターラ１は上下方向を向いた中心軸周りに回転駆動可能となっている。ここでは、スターラ１は上面視して時計回りに回転するものとする。
【００１７】
ケース２は、耐火性の素材からなるものであって、図１に示すように、上下に延びる円筒状の側壁部２１と、側壁部２１の下端を塞ぐ底面部２２からなる。ケース２の内部空間の直径および高さは、スターラ１の直径および高さのそれぞれ１．５〜２倍程度であり、スターラ１の全体が納まるものである。
【００１８】
そして、図１〜図３に示すように、ケース２の側壁部２１は、その壁面内部に形成された、上下方向軸周りの螺旋状の流路３を有している。なお、図３は、図１から流路３を抜き出して示した説明図である。この流路３は、側壁部２１の下部（下端よりわずかに上側）から、側壁部２１の内周面を上面視して時計回りに１周半して、側壁部２１の上部（上端よりわずかに下側）まで至る螺旋状のものである。よって、平面視したときの流路３の進行方向は、スターラ１の回転方向（上面視して時計回り方向）に一致している。そして、流路３の下端には、側壁部２１を直径方向に貫通して側壁部２１の外周側に向けて開口する断面円形の流入口３１を形成してあり、流路３の上端には、側壁部２１を直径方向に貫通して側壁部２１の外周側に向けて開口する断面円形の流出口３２を形成してある。すなわち、流入口３１から、螺旋状の流路３を経て、流出口３２までが連通している。なお、流入口３１と流出口３２は、何れも側壁部２１の内周側から外周側に向けて直径が拡大するテーパ状のものとなっている。そして、流路３は側壁部２１の内周面を１周半しているので、流入口３１と流出口３２は、平面視して、流路の中心である上下方向軸（側壁部２１の中心軸）を挟んだ位置、特にここでは、上下方向軸に対して点対称となる位置に形成してある。
【００１９】
このように構成したスターラ１とケース２について、ケース２の内側にスターラ１を納めてある。スターラ１の中心軸とケース２の中心軸が一致しており、スターラ１の下端とケース２の側壁部２１に形成された流路３の下端（流入口３１の下端）の高さが一致している。これにより、流路３の下端から略２／３の高さ範囲にスターラ１が位置していることになる。また、スターラ１に取り付けた回転軸１３は、ケース２から上側に突出しており、ギアボックス１４およびモータ１５はケース２の外側に配置されている。回転軸１３は、支持体（図示省略）に軸支され、ケース２、ギアボックス１４およびモータ１５も支持体に支持される。そして、図１に示すように、この導電性液体用ポンプは、ケース２の下側部分を溶湯Ｍに沈めて用いられる。溶湯Ｍの液面の高さは、流入口３１の上端と流出口３２の下端の間の高さとなる。
【００２０】
次に、このように構成した導電性液体用ポンプの動作について説明する。上記のようにこの導電性液体用ポンプを溶湯Ｍに沈めると、流入口３１から溶湯Ｍが流入し、溶湯Ｍの液面と同じ高さまで、流路３内も溶湯Ｍで満たされる。そして、スターラ１の磁石体１１により形成される磁界は、ケース２よりも外周側にまで及ぶものであるから、流路３内の溶湯Ｍおよびケース２の周囲の溶湯Ｍにまで、磁界は及んでいる。この状態でモータ１５を駆動してスターラ１を回転させると、磁石体１１が回転して溶湯Ｍ中を磁界が移動することで、溶湯Ｍに渦電流が発生する。この磁界と渦電流により、溶湯Ｍに対して、スターラ１の回転方向（上面視して時計回り方向）と同じ方向の力が働く。すると、流路３内の溶湯Ｍは上面視して時計回りに回転するが、流路３自体が螺旋状で進行方向が上面視して時計回り方向であって、進行に従って上昇する向きに延びるものとなっているので、溶湯Ｍは回転しつつ流路３に沿って上昇する。この際、流路３の上側略１／３の高さ範囲にはスターラ１が位置していないので、この範囲の溶湯Ｍには力が働かないが、流路３の下側略２／３の高さ範囲の溶湯Ｍに力が働いて上昇してくるので、上側の溶湯Ｍもそれに押し出される形でさらに上昇し、流出口３２から流出する。そして、流入口３１は溶湯Ｍ内に開口しているので、流路３内の溶湯Ｍが上昇すれば、その分だけ新たな溶湯Ｍが流入口３１から流入する。このようにして、スターラ１を回転駆動させ続けることで、溶湯Ｍがケース２の下部の流入口３１から上部の流出口３２へとくみ上げられる。このような溶湯Ｍの流れを、図１において白抜き矢印で示してある。
【００２１】
なお、図５に示すのは、本発明の導電性液体用ポンプの第一実施形態を、アルミニウムの溶湯の保持炉に適用した例である。この保持炉は、溶湯Ｍを高温のまま保持する保持室１００と、溶湯Ｍをくみ出すためのくみ出し口２００を備える。保持室１００は、天井壁１０１、側壁１０２および底壁１０３を備え、その室内に、別途溶解炉などにおいてアルミニウムを溶解して生成された溶湯Ｍをためるものである。室内には、溶湯Ｍの温度を保持するための保持バーナ１０４を設けてある。また、くみ出し口２００は、保持室１００に隣接して設けられており、側壁２０２と、保持室１００の底壁１０３と一続きの底壁２０３とを備え、上側は開口している。そして、保持室１００とくみ出し口２００の間の側壁１０２の下端の一部に貫通孔が形成されていて、保持室１００とくみ出し口２００とが連通している。
【００２２】
このような保持炉において、くみ出し口２００に、本発明の導電性液体用ポンプを設置してある。すなわち、導電性液体用ポンプのケース２の下側部分を、くみ出し口２００の溶湯Ｍに沈めてある。この際、流入口３１は、保持室１００の方を向いており、流出口３２は、保持室１００の反対側の方を向いている。そして、くみ出し口２００に隣接して搬送用の取鍋３００を設置してあり、導電性液体用ポンプの流出口３２から取鍋３００まで延びる樋４００を設けてある。
【００２３】
この保持炉において、導電性液体用ポンプを駆動すれば、保持室１００で保持された溶湯Ｍが、くみ出し口２００からくみ上げられ、樋４００を経て取鍋３００へと移送される。
【００２４】
このような本発明の導電性液体用ポンプの第一実施形態によれば、溶湯Ｍが駆動部分であるスターラ１に接することがないので、構成が簡易であり、イニシャルコストおよびランニングコストを抑えることができる。そして、流路３内を上昇する溶湯Ｍに対して推進力が働くので、流路３の高さによらず、くみ上げることが可能である。また、このような導電性液体用ポンプは、たとえば図５に示すような保持炉に適用した場合、溶湯Ｍをためる領域の周縁部（図５においてはくみ出し口２００）に設置されるものであるが、その際に流入口３１をその領域の中央側（図５においては保持室１００側）に向けることで、溶湯Ｍが流入口３１から滞りなく流入し、かつ流出口３２が保持炉の外周側を向くので、その先へ至る樋４００などの経路を形成する際、保持炉自体が障害になることがなく、効率的に形成できる。
【００２５】
次に、本発明の導電性液体用ポンプの第二実施形態について説明する。第二実施形態は、第一実施形態と比べて、流路３の形状のみが異なっており、以下、相違点に絞って説明する。図６および図７に示すように、第二実施形態では、ケース２の側壁部２１の壁面内部に形成した流路３が、側壁部２１の下部（下端よりわずかに上側）から、側壁部２１の内周面を上面視して時計回りに２周半して、側壁部２１の上部（上端よりわずかに下側）まで至る螺旋状のものとなっている。
【００２６】
このように構成した導電性液体用ポンプの第二実施形態は、第一実施形態と外形が同じであるから、同様に用いることが可能であって、第一実施形態と同様の作用効果を奏するものである。そして、流路３の上昇角度については、角度が小さいほど、上昇に必要な力は小さくて済むが、上昇に時間がかかることになる。よって、角度は、対象となる導電性液体の特性や、目標とするくみ上げ量・くみ上げ時間など、種々の条件に基づいて、適宜定めればよい。
【００２７】
次に、本発明の導電性液体用ポンプの第三実施形態について説明する。第三実施形態は、第一実施形態と比べて、ケース２の側壁部２１の形状のみが異なっており、以下、相違点に絞って説明する。図８に示すように、第三実施形態は、図５に示したものと同様の保持炉に適用されるものであって、保持炉と一体に構成されている。より詳しくは、保持炉は、保持室１００とくみ出し口２００を備えるものであって、くみ出し口２００の底壁２０３から、垂直上向きに円筒形状の部位が延出しており、この部位が側壁部２１となっている。すなわち、側壁部２１が保持炉のくみ出し口２００の底壁２０３と一体に形成されている。そして、側壁部２１の内周側に、スターラ１を納めてある。
【００２８】
このように構成した導電性液体用ポンプの第三実施形態も、第一実施形態と同様の作用効果を奏するものである。そして、本発明の導電性液体用ポンプは、この第三実施形態のように、側壁部に限らず一部の構成要素が他の構造物などと一体に形成されるものであってもよい。
【００２９】
本発明は、前記の実施形態に限定されない。たとえば、スターラは、水平方向外周側に磁界を形成するものであればよく、磁石体の数や配置などは、導電性液体用ポンプ自体の大きさや対象となる導電性液体の特性などに応じて、適宜変更できる。また、側壁部は、円筒状の外筒部および内筒部からなる二重構造のものであってもよい。さらに、底面部と内筒部を一体に形成したものとして、ケースを、有底円筒状の部材（底面部と内筒部）の外周側に外筒部を設けた構造としてもよい。さらに、内筒部の外周面と外筒部の内周面に、相互に嵌合する凹凸部を形成して、内筒部と外筒部をより確実に接合するようにしてもよい。そして、側壁部を二重構造にした場合、流路は、外筒部の内周面と内筒部の外周面の何れか一方または両方に形成すればよい。これにより、壁面内部の流路を容易に形成することができる。さらに、流路を、外筒部の内周面に形成すると、非接触型のスターラを備える既存の撹拌装置のケースを内筒部として、これの外周側に流路を形成した外筒部を後付けすることで、本発明の導電性液体用ポンプを構成することができる。また、流入口および流出口は、側壁部の外側に開口するものであるが、外側とは、側壁部の中心軸に対する外周側に限られず、上側や下側であってもよい。さらに、流入口と流出口は、平面視して、流路の中心である上下方向軸に対して厳密に点対称となる位置に形成したものに限られず、概ね上下方向軸を挟んだ位置に形成したものであればよい。
【符号の説明】
【００３０】
１  スターラ
２  ケース
３  流路
１１  磁石体
２１  側壁部
３１  流入口
３２  流出口
【図１】
2020065318.tif 000003
【図２】
2020065318.tif 000004
【図３】
2020065318.tif 000005
【図４】
2020065318.tif 000006
【図５】
2020065318.tif 000007
【図６】
2020065318.tif 000008
【図７】
2020065318.tif 000009
【図８】
2020065318.tif 000010