(57)【要約】  ポンプ装置（１Ａ）は、回転軸（Ａ）回りに回転する羽根車（２）と、羽根車（２）の回転軸（Ａ）に沿って延びる流入路（１０ａ）と、羽根車（２）の回りに設けられた渦巻き室（１０ｂ）と、流入路（１０ａ）の回りに設けられた高圧室（４）と、流入路（１０ａ）と高圧室（４）を隔てる周壁（５）と、渦巻き室（１０ｂ）と高圧室（４）とを連通するバイパス路（６）と、を備えている。周壁（５）には、複数の貫通孔（５１）が周方向に設けられ、貫通孔（５１）の中心軸（Ｂ）が回転軸（Ａ）に実質的に垂直な平面に含まれ、中心軸（Ｂ）が基準線（Ｌ）に対して傾斜しており、基準線（Ｌ）に対する中心軸（Ｂ）の傾斜方向は、貫通孔（５１）の流入路側の開口（５１ｑ）が高圧室（４）側の開口（５１ｐ）よりも羽根車（２）の回転方向の下流側に位置するように定められている。
2013051290.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸回りに回転する羽根車と、
前記回転軸に沿って延びる流入路と、
前記羽根車の回りに設けられた渦巻き室と、
前記流入路の回りに設けられた高圧室と、
前記流入路と前記高圧室を隔てる周壁と、
前記渦巻き室と前記高圧室とを連通するバイパス路と、を備え、
前記周壁には、複数の貫通孔が周方向に設けられ、
前記貫通孔の中心軸が前記回転軸に実質的に垂直な平面に含まれ、
前記貫通孔の前記高圧室側の開口の中心及び前記回転軸を通り、かつ前記回転軸に垂直な直線を基準線と定義したとき、前記中心軸が前記基準線に対して傾斜しており、
前記基準線に対する前記中心軸の傾斜方向は、前記貫通孔の前記流入路側の開口が前記高圧室側の前記開口よりも前記羽根車の回転方向の下流側に位置するように定められている、ポンプ装置。
【請求項２】
前記複数の貫通孔からなる貫通孔群が、前記回転軸が延びる方向に複数段設けられている、請求項１に記載のポンプ装置。
【請求項３】
前記バイパス路に設けられた流量制御バルブをさらに備える、請求項１に記載のポンプ装置。
【請求項４】
請求項３に記載のポンプ装置と、
前記流量制御バルブの開度を調整する制御装置と、
を備えた、ポンプシステム。
【請求項５】
前記ポンプ装置に吸入されるまたは前記ポンプ装置から吐出される液体の流量を検出する流量検出手段をさらに備え、
前記制御装置は、前記流量検出手段によって検出される流量が大きくなるほど前記流量制御バルブの開度を大きくする、請求項４に記載のポンプシステム。
【請求項６】
前記ポンプ装置から吐出される液体の圧力を検出する圧力検出手段をさらに備え、
前記制御装置は、前記圧力検出手段によって検出される圧力が大きくなるほど前記流量制御バルブの開度を小さくする、請求項４に記載のポンプシステム。
【請求項７】
前記ポンプ装置は、前記羽根車を駆動するモータを含み、
前記モータのトルクを検出するトルク検出手段をさらに備え、
前記制御装置は、前記トルク検出手段によって検出されるトルクが大きくなるほど前記流量制御バルブの開度を大きくする、請求項４に記載のポンプシステム。
【請求項８】
前記ポンプ装置は、前記羽根車を駆動するモータを含み、
前記モータに流れる電流を検出する電流検出手段をさらに備え、
前記制御装置は、前記電流検出手段によって検出される電流が大きくなるほど前記流量制御バルブの開度を大きくする、請求項４に記載のポンプシステム。
【請求項９】
前記ポンプ装置は、前記羽根車を駆動するモータを含み、
前記制御装置は、前記モータの回転数が大きくなるほど前記流量制御バルブの開度を大きくする、請求項４に記載のポンプシステム。
【請求項１０】
前記ポンプシステムは、常温での飽和蒸気圧が負圧である冷媒を循環させる空気調和装置である、請求項４に記載のポンプシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を圧送するポンプ装置、およびこのポンプ装置を用いたポンプシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、水やアルコールなどの液体を循環させる熱輸送装置や液体の移送を必要とする各種装置では、羽根車を回転させることにより液体を圧送するポンプ装置が広く使用されている。例えば特許文献１には、図１０に示すような、揚水発電所に用いられるポンプ装置１００が開示されている。【０００３】
このポンプ装置１００は、羽根車１２０と、この羽根車１２０に水を導く流入路を形成する吸入管１１０と、を備えている。また、流入路内には、羽根車１２０に向けて高圧水を吹き出すノズル１３０が配置されており、ノズル１３０には、吸入管１１０を貫通して供給管１４０が接続されている。揚水発電所に用いられるポンプ装置１００では、揚程（汲み上げ高さ）が高くなるとキャビテーション性が悪化する。ノズル１３０は、これを改善するためのものである。【０００４】
特許文献１の１つの実施形態では、図１１Ａに示すようにノズル１３０の開口方向が羽根車１２０の回転軸と平行である。揚程が高くなったときには、流量が少なくなることから、図１１Ｂに示すように羽根車１２０への水の流入角度βが羽根車１２０の羽根１２１の羽根角度β0よりも小さくなる。そこで、ノズル１３０から高圧水を吹き出すことにより、水の子午面流れ方向速度（メリディアン方向速度）ＶをＶ’に増加させる。なお、図中のＵは羽根回転速度であり、Ｗ，Ｗ’は羽根車１２０に対する水の相対的な流入速度である。その結果、流入角度βがβ’に変化して羽根角度β0に近づくため、キャビテーションが発生し難くなる。【０００５】
また、特許文献１の他の実施形態では、図１２Ａに示すようにノズル１３０が羽根車１２０の回転軸に対して羽根車１２０の回転方向および逆方向に揺動するように構成されている。ノズル１３０を羽根車１２０の回転方向に揺動させたときには、羽根車１２０に流入する前の水の流れをその回転方向への螺旋流とすることができ、ノズル１３０を羽根車１２０の回転方向と逆方向に揺動させたときには、羽根車１２０に流入する前の水の流れをその回転方向と逆方向への螺旋流とすることができる。ただし、この実施形態でも、図１２Ｂに示すように、ノズル１３０からの高圧水の吹き出しにより水の子午面流れ方向速度ＶをＶ’に増加させることに変わりはない。【０００６】
一方、ポンプ装置を用いた他の装置として、例えば特許文献２には、図１３に示すような冷凍装置３００が開示されている。この冷凍装置３００は、冷媒として水を循環させるものである。具体的に、冷凍装置３００は、蒸発器３１１、圧縮機３１２および凝縮器３１３がこの順に接続された主回路３１０を有している。蒸発器３１１および凝縮器３１３内には水が貯留されている。圧縮機３１２は、蒸発器３１１から水蒸気を吸入して圧縮し、圧縮した水蒸気を凝縮器３１３に吐出する。蒸発器３１１内に貯留された水は、吸熱用循環路３２０により負荷部３２１を経由して循環させられる。凝縮器３１３内に貯留された水は、放熱用循環路３３０により冷却塔３３１を経由して循環させられる。そして、吸熱用循環路３２０および放熱用循環路３３０のそれぞれにポンプ装置２００が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１６５０２５号公報
【特許文献２】特許第４４５４４５６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、必要吸込ヘッドを低減させることができるポンプ装置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】
【０００９】
前記課題を解決するために、本開示のポンプ装置は、回転軸回りに回転する羽根車と、前記回転軸に沿って延びる流入路と、前記羽根車の回りに設けられた渦巻き室と、前記流入路の回りに設けられた高圧室と、前記流入路と前記高圧室を隔てる周壁と、前記渦巻き室と前記高圧室とを連通するバイパス路と、を備え、前記周壁には、複数の貫通孔が周方向に設けられ、前記貫通孔の中心軸が前記回転軸に実質的に垂直な平面に含まれ、前記貫通孔の前記高圧室側の開口の中心及び前記回転軸を通り、かつ前記回転軸に垂直な直線を基準線と定義したとき、前記中心軸が前記基準線に対して傾斜しており、前記基準線に対する前記中心軸の傾斜方向は、前記貫通孔の前記流入路側の開口が前記高圧室側の前記開口よりも前記羽根車の回転方向の下流側に位置するように定められている。
【発明の効果】
【００１０】
上記の構成によれば、ポンプ装置は、バイパス路を通じて渦巻き室から高圧室に導かれた高圧液体を、高圧室から流入路に向けて貫通孔を通じて噴射する。羽根車に流入する前の液体の流れにその回転方向への旋回力が与えられる。また、貫通孔を通じて噴射された高圧液体の流れの、流入路の水の子午面流れ方向（回転軸に平行な方向）の成分は、０である、又はその方向に垂直な方向の成分に対して十分に小さい。これにより、羽根車に対する液体の相対的な流入速度が低下し、ポンプ装置の必要吸込ヘッドを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るポンプ装置の縦断面図
【図２】図１のII−II線に沿った横断面図
【図３】本発明の第２実施形態に係るポンプ装置の縦断面図
【図４】図４Ａは第１実施形態における羽根車に対する液体の相対的な流入速度の分布を示す図、図４Ｂは第２実施形態における羽根車に対する液体の相対的な流入速度の分布を示す図
【図５】図３に示すポンプ装置を用いたポンプシステムの一例を示す構成図
【図６】図３に示すポンプ装置を用いたポンプシステムの別の例を示す構成図
【図７】図７Ａは図６のポンプシステムで用いられる開度マップを示す図、図７Ｂは変形例のポンプシステムで用いられる開度マップを示す図
【図８】図３に示すポンプ装置を用いたポンプシステムのさらに別の例を示す構成図
【図９】図９Ａは図８のポンプシステムで用いられる開度マップを示す図、図９Ｂは変形例のポンプシステムで用いられる開度マップを示す図
【図１０】従来のポンプ装置の断面図
【図１１】図１１Ａは図９のポンプ装置の１つの実施形態におけるノズルの向きを示す図、図１１Ｂはそのノズルによる効果を示す図
【図１２】図１２Ａは図９のポンプ装置の他の実施形態におけるノズルの向きを示す図、図１２Ｂはそのノズルによる効果を示す図
【図１３】従来の別のポンプ装置を用いた冷凍装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
一般的に、羽根車を有するポンプ装置の必要吸込ヘッド（ＮＰＳＨｒ）は、次の式１から求められる。式中、λVおよびλWは係数、ｇは重力加速度、Ｖ，Ｕ，Ｗは上述したとおりそれぞれ水の子午面流れ方向速度、羽根回転速度、羽根車に対する水の相対的な流入速度である。
【００１３】
【数１】
2013051290.tif 000003
【００１４】
一方、図１３に示す冷凍装置３００では、蒸発器３１１および凝縮器３１３内が飽和状態であるため、ポンプ装置２００から蒸発器３１１または凝縮器３１３内の水面までの高さｈが有効吸込ヘッド（ＮＰＳＨａ）となる。このため、ポンプ装置２００でのキャビテーションの発生を防止するには、冷凍装置３００を大型化する必要がある。そこで、ポンプ装置の必要吸込ヘッドを低減させることが求められる。
【００１５】
なお、特許文献１のポンプ装置１００は、揚程が高くなったときのキャビテーション性を改善するものであり、ポンプ装置１００自体の必要吸込ヘッドを低減させるものではない。そもそも、特許文献１では、揚程が高くなったときの流速の低下、換言すれば水の子午面流れ方向速度Ｖの低下がノズル１３０からの高圧水の吹き出しによって補われている。これは、式１中の第１項を不変とする発想である。しかも、ノズル１３０からの高圧水の吹き出しにより、羽根車１２０に対する水の相対的な流入速度Ｗ、すなわち式１中の第２項が増加する傾向にある。さらに、ノズル１３０が流入路内に突出していると、図１３に示す冷凍装置３００のように飽和温度近くの水を吸入する場合には、ノズル１３０への水の衝突によってもキャビテーションが発生する可能性がある。
【００１６】
本開示の第１形態は、
回転軸回りに回転する羽根車と、
前記回転軸に沿って延びる流入路と、
前記羽根車の回りに設けられた渦巻き室と、
前記流入路の回りに設けられた高圧室と、
前記流入路と前記高圧室を隔てる周壁と、
前記渦巻き室と前記高圧室とを連通するバイパス路と、を備え、
複数の貫通孔が周方向に設けられ、
前記貫通孔の中心軸が前記回転軸に実質的に垂直な平面に含まれ、前記貫通孔の前記高圧室側の開口の中心及び前記回転軸を通り、かつ前記回転軸に垂直な直線を基準線と定義したとき、前記中心軸が前記基準線に対して傾斜しており、
前記基準線に対する前記中心軸の傾斜方向は、前記貫通孔の前記流入路側の開口が前記高圧室側の前記開口よりも前記羽根車の回転方向の下流側に位置するように定められている、ポンプ装置を提供する。
【００１７】
本開示の第２態様は、第１態様に加えて、前記複数の貫通孔からなる貫通孔群が、前記回転軸が延びる方向に複数段設けられている、ポンプ装置を提供する。
第２態様によれば、羽根車に対する液体の相対的な流入速度を均一化することができ、ポンプ装置の必要吸込ヘッドをさらに低減することができる。
【００１８】
本開示の第３態様は、第１態様又は第２態様に加えて、前記バイパス路に設けられた流量制御バルブをさらに備える、ポンプ装置を提供する。
第３態様によれば、有効吸込ヘッドに余裕があるときはポンプ装置から吐出される液体の流量を優先し、有効吸込ヘッドに余裕がなくなったときに必要吸込ヘッドを低減させるというような運転も可能である。
【００１９】
本開示の第４態様は、
第３態様のポンプ装置と、
前記流量制御バルブの開度を調整する制御装置と、
を備えた、ポンプシステムを提供する。
【００２０】
第４態様によれば、流量制御バルブの開度を適宜調整することができる。
【００２１】
本開示の第５態様は、第４態様に加えて、
前記ポンプ装置に吸入されるまたは前記ポンプ装置から吐出される液体の流量を検出する流量検出手段をさらに備え、
前記制御装置は、前記流量検出手段によって検出される流量が大きくなるほど前記流量制御バルブの開度を大きくする、ポンプシステムを提供する。
【００２２】
第５態様によれは、モータの回転数が変わらなくても流量に応じて必要吸込ヘッドを低く維持することができる。
【００２３】
本開示の第６態様は、前記第４態様に加えて、
前記ポンプ装置から吐出される液体の圧力を検出する圧力検出手段をさらに備え、
前記制御装置は、前記圧力検出手段によって検出される圧力が大きくなるほど前記流量制御バルブの開度を小さくする、ポンプシステムを提供する。
【００２４】
第６態様によれば、モータの回転数が変わらなくても吐出圧力に応じて必要吸込ヘッドを低く維持することができる。
【００２５】
本開示の第７態様は、第４態様に加えて、
前記ポンプ装置は、前記羽根車を駆動するモータを含み、
前記モータのトルクを検出するトルク検出手段をさらに備え、
前記制御装置は、前記トルク検出手段によって検出されるトルクが大きくなるほど前記流量制御バルブの開度を大きくする、ポンプシステムを提供する。
【００２６】
第７態様によれば、モータの回転数が変わらなくてもモータトルクに応じて必要吸込ヘッドを低く維持することができる。
【００２７】
本開示の第８態様は、第４態様に加えて、
前記ポンプ装置は、前記羽根車を駆動するモータを含み、
前記モータに流れる電流を検出する電流検出手段をさらに備え、
前記制御装置は、前記電流検出手段によって検出される電流が大きくなるほど前記流量制御バルブの開度を大きくする、ポンプシステムを提供する。
【００２８】
第８態様によれば、モータの回転数が変わらなくてもモータ電流に応じて必要吸込ヘッドを低く維持することができる。
【００２９】
本開示の第９態様は、第４〜８態様のいずれか１つの態様に加えて、
前記ポンプ装置は、前記羽根車を駆動するモータを含み、
前記制御装置は、前記モータの回転数が大きくなるほど前記流量制御バルブの開度を大きくする、ポンプシステムを提供する。
【００３０】
第９態様によれば、液体の子午面流れ方向速度および羽根回転速度の増加または減少に応じて、羽根車２に流入する前の液体の流れに与える旋回力を増大または低下させることができ、モータの回転数が変わっても必要吸込ヘッドを低く維持することができる。
【００３１】
本開示の第１０態様は、第４〜９態様のいずれか１つの態様に加えて、前記ポンプシステムは、常温での飽和蒸気圧が負圧である冷媒を循環させる空気調和装置である、ポンプシステムを提供する。
第１０態様によれば、空気調和装置であるポンプシステムを提供することができる。
【００３２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明は本発明の一例に関するものであり、本発明はこれらによって限定されるものではない。
【００３３】
（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実施形態に係るポンプ装置１Ａを示す。このポンプ装置１Ａは、ポンプ本体１０と、ポンプ本体１０内に配置された羽根車２と、羽根車２を駆動するモータ（図示せず）を備えている。
【００３４】
羽根車２は、円錐の根元部分が拡大された形状のハブ２１と、このハブ２１上に渦巻き状に形成された複数の羽根２２を有している。また、羽根車２は、図略のモータとシャフト３１により連結されており、シャフト３１の中心軸と一致する回転軸Ａ回りに回転する。
【００３５】
ポンプ本体１０は、羽根車２の回転軸Ａに沿って延びる流入路１０ａと、羽根車２の回りに設けられた渦巻き室１０ｂを有している。流入路１０ａは羽根車２に液体を導き、渦巻き室１０ｂは羽根車２から繰り出されて高圧となった液体を旋回させる。なお、渦巻き室１０ｂは羽根車２の回転方向に向かって次第に大きくなっており、その末端に位置する出口には吐出管１６が接続されている。さらに、ポンプ本体１０は、流入路１０ａの回りに設けられた高圧室４を有している。
【００３６】
本実施形態では、ポンプ本体１０が、流入管１１、カバー１２、フロント部材１３、サイド部材１４およびリア部材１５で構成されている。なお、この構成は適宜変更可能であり、上記の部材のいくつかが一体となっていてもよいし、いずれかの部材の一部が他の部材に含まれていてもよい。
【００３７】
フロント部材１３は、羽根車２の表側（ハブ２１が尖る方向）に位置するリング状の部材である。フロント部材１３の内周面および裏面には、羽根２１の先端（チップ）に沿う形状のシュラウド３２が取り付けられている。リア部材１５は、羽根車２の裏側に位置する円盤状の部材であり、上述したシャフト３１がリア部材１５の中心を貫通している。フロント部材１３とリア部材１５の間には、羽根車２の周囲に所定の隙間が確保されており、サイド部材１４は、フロント部材１３およびリア部材１５と共にその隙間と連通する渦巻き室１０ｂを形成している。
【００３８】
フロント部材１３の内周面には、表面側に拡径部が形成されており、この拡径部に流入管１１が挿入されている。流入管１１の内周面は、流入路１０ａを形成する。カバー１２は、フロント部材１３の表面と流入管１１の外周面とで形成されるコーナー部分を全周に亘って覆う断面略Ｌ字状の部材である。すなわち、フロント部材１３の表面、流入管１１の外周面およびカバー１２の内側面が環状の高圧室４を形成している。換言すれば、流入管１１におけるフロント部材１３の表面からカバー１２に接触する位置までの区域は、流入路１０ａと高圧室４を隔てる周壁５となっている。
【００３９】
フロント部材１３には、当該フロント部材１３の外周面から表面に向かって羽根車２の回転軸Ａに近づくように延びる穴が設けられており、この穴によって渦巻き室１０ｂと高圧室４とを連通するバイパス路６が構成されている。このため、バイパス路６を通じて渦巻き室１０ｂから高圧室４に高圧液体が導かれる。なお、バイパス路６は、渦巻き室１０ｂの出口近傍で渦巻き室１０ｂに開口していることが好ましい。
【００４０】
周壁５には、図２に示すように、羽根車２の回転軸Ａを中心とする径方向に対し、高圧室４から流入路１０ａに向かって羽根車２の回転方向に傾斜する複数の貫通孔５１が周方向に分散して（好ましくは等角度間隔で）設けられている。周壁５には、図２に示すように、複数の貫通孔５１が周方向に（好ましくは等角度間隔で）設けられている。貫通孔５１の中心軸Ｂは、羽根車２の回転軸Ａに実質的に垂直な平面に含まれている。また、貫通孔５１の中心軸Ｂは、図２に示すように、貫通孔５１の高圧室４側の開口５１ｐの中心及び回転軸Ａを通り、かつ回転軸Ａに垂直な直線を基準線Ｌと定義したとき、中心軸Ｂが基準線Ｌに対して傾斜している。基準線Ｌに対する中心軸Ｂの傾斜方向は、貫通孔５１の流入路１０ａ側の開口５１ｑが高圧室４側の開口５１ｐよりも羽根車２の回転方向の下流側に位置するように定められている。このため、ポンプ装置１Ａは、バイパス路６を通じて渦巻き室１０ｂから高圧室４に導かれた高圧液体を、高圧室４から流入路１０ａに向けて、貫通孔５１を通じて噴射する。
【００４１】
中心軸Ｂが回転軸Ａに実質的に垂直な平面に含まれていると、貫通孔５１を通じて噴射された高圧液体の流れの、流入路１０ａの水の子午面流れ方向（回転軸Ａに平行な方向）成分は、０であるか、又その方向に垂直な方向の成分に対して十分に小さい。そのため、貫通孔５１を通じて噴射される高圧液体の流れによる式１の右辺第１項の変化量は、ポンプ装置１Ａの必要吸込ヘッドに対して無視できるほど小さい。回転軸Ａに実質的に垂直な平面は、中心軸Ｂがその平面に含まれていることによりその高圧液体の流れに起因する式１の右辺第１項の変化量がポンプ装置１Ａの必要吸込ヘッドに対して無視できるほど小さいような、平面である。回転軸Ａに実質的に垂直な平面は、例えば、回転軸Ａに垂直な平面に対して±５°の範囲で傾いている平面を含む。換言すると、貫通孔５１の中心軸Ｂは、例えば、回転軸Ａに垂直な平面に対して±５°の範囲で傾いていてもよい。貫通孔５１の中心軸Ｂは、望ましくは、回転軸Ａに垂直な平面に含まれている。貫通孔５１がこのように設けられていれば、ポンプ装置１Ａは、後述するポンプ装置１Ａの必要吸込ヘッドの低減の効果を十分に享受できる。
【００４２】
貫通孔５１は、例えば、流入路１０ａを流れる液体の壁面近傍部分の相対速度を低減するように構成される。この場合、中心軸Ｂと基準線Ｌとがなす角のうち鋭角側の角度である傾斜角度θによって規定される貫通孔５１の向きは、流入管１１の内周面の接線方向近くになる。あるいは、貫通孔５１は、羽根２２の先端とハブ２１の間の中央が描く軌跡の接線方向を向いていてもよいし、それよりも内側を向いていてもよい。傾斜角度θのなす角は、例えば４５〜９０°であってもよい。貫通孔５１の中心軸Ｂに垂直な断面の形状は、例えば円である。しかし、この形状は円に限定されない。また、貫通孔５１の径および数は適宜決定可能である。
【００４３】
以上説明したポンプ装置１Ａでは、貫通孔５１から噴射される高圧液体により、羽根車２に流入する前の液体の流れにその回転方向への旋回力を与えることができる。これにより、羽根車２に対する液体の相対的な流入速度が低下し、ポンプ装置１Ａの必要吸込ヘッドを低減することができる。換言すると、式１の右辺第２項が低下することにより、ポンプ装置１Ａの必要吸込ヘッドを低減することができる。
【００４４】
（第２実施形態）
次に、図３を参照して、本発明の第２実施形態に係るポンプ装置１Ｂを説明する。なお、本実施形態では、第１実施形態と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略することがある。
【００４５】
第１実施形態では貫通孔５１からなる貫通孔群が一段だけ設けられていたが、本実施形態では貫通孔５１からなる貫通孔群が羽根車２の回転軸２が延びる方向に複数段設けられている。
【００４６】
第１実施形態のように貫通孔群が一段だけ設けられていると、キャビテーションの発生に最も厳しい環境の羽根２２の先端では羽根車２に対する液体の相対的な流入速度が低下するものの、図４Ａに示すように、羽根２２の先端とハブ２１の間の中央では羽根車２に対する液体の相対的な流入速度はそれほど低下しない。これに対し、本実施形態のように貫通孔群が複数段設けられていると、羽根２２の先端とハブ２１の間の中央でも羽根車２に対する液体の相対的な流入速度を低下させることができる。その結果、図４Ｂに示すように、羽根車２に対する液体の相対的な流入速度を均一化することができ、ポンプ装置１Ａの必要吸込ヘッドをさらに低減することができる。
【００４７】
また、第１実施形態では渦巻き室１０ｂと高圧室４とを連通するバイパス路６がポンプ本体１０の内部に設けられていたが、本実施形態ではバイパス路６がポンプ本体１０の外部に露出している。
【００４８】
本実施形態では、カバー１２に当該カバー１２を貫通する連絡穴１２ａが設けられており、この連絡穴１２ａと吐出管１６とが連絡管１７によって接続されている。すなわち、吐出管１６、連絡管１７および連絡穴１２ａによって、渦巻き室１０ｂと高圧室４とを連通するバイパス路６が構成されている。また、バイパス路６には、流量制御バルブ７が設けられている。
【００４９】
バイパス路６に流量制御バルブ７が設けられていれば、有効吸込ヘッドに余裕があるときはポンプ装置１Ｂから吐出される液体の流量を優先し、有効吸込ヘッドに余裕がなくなったときに必要吸込ヘッドを低減させるというような運転も可能である。
【００５０】
なお、第１実施形態と同様に、バイパス路６をポンプ本体１０の内部に設け、ポンプ本体１０の内部に流量制御バルブ７を設置することも可能である。
【００５１】
＜ポンプシステム＞
次に、図５を参照して、第２実施形態のポンプ装置１Ｂを用いたポンプシステム８を説明する。このポンプシステム８は、液体を利用するための液体回路８１と、ポンプ装置１Ｂと、流量制御バルブ７の開度を調整する制御装置９とを備えている。ポンプ装置１Ｂの流入管１１と液体回路８１の出口とは第１配管８２で接続されており、ポンプ装置１Ｂの吐出管１６と液体回路８２の入口とは第２配管８３で接続されている。
【００５２】
本実施形態では、制御装置９が、ポンプ装置１Ｂのモータ（図示せず）の回転数が大きくなるほど流量制御バルブの開度を大きくする。これにより、液体の子午面流れ方向速度および羽根回転速度の増加または減少に応じて、羽根車２に流入する前の液体の流れに与える旋回力を増大または低下させることができ、モータの回転数が変わっても必要吸込ヘッドを低く維持することができる。
【００５３】
ところで、ポンプシステム８においては、図６に示すように、ポンプ装置１Ｂから吐出されるまたはポンプ装置１Ｂに吸入される液体の流量を検出する流量検出手段９１を設け、制御装置７が、流量検出手段９１によって検出される流量が大きくなるほど流量制御バルブ７の開度を大きくすることが好ましい。これを実現するには、例えば、図７Ａに示すような、ポンプ回転数および流量ごとに流量制御バルブ７の開度を設定した開度マップを予め制御装置７に記憶させておけばよい。なお、ポンプ回転数をｎ個、流量をｍ個設定した場合には、流量制御バルブ７の開度はＸi,j（１≦ｉ≦ｍ、１≦ｊ≦ｎ）で表され、Ｘ1,jからＸm,jまでの開度を徐々に大きくする。この構成であれば、モータの回転数が変わらなくても流量に応じて必要吸込ヘッドを低く維持することができる。なお、この場合は、モータの回転数に基づかず、流量のみに基づいて流量制御バルブ７を制御することも可能である。
【００５４】
図６に示すポンプシステム８においては、流量検出手段９１に代えて、ポンプ装置１Ｂから吐出される液体の圧力を検出する圧力検出手段を用いることも可能である。この場合には、制御装置７が、圧力検出手段によって検出される圧力が大きくなるほど流量制御バルブ７の開度を小さくする。これを実現するには、図７Ｂに示すような、ポンプ回転数および吐出圧力ごとに流量制御バルブ７の開度を設定した開度マップを予め制御装置７に記憶させておけばよい。なお、ポンプ回転数をｎ個、吐出圧力をｍ個設定した場合には、流量制御バルブ７の開度はＸi,j（１≦ｉ≦ｍ、１≦ｊ≦ｎ）で表され、Ｘ1,jからＸm,jまでの開度を徐々に小さくする。この構成であれば、モータの回転数が変わらなくても吐出圧力に応じて必要吸込ヘッドを低く維持することができる。なお、この場合は、モータの回転数に基づかず、吐出圧力のみに基づいて流量制御バルブ７を制御することも可能である。
【００５５】
あるいは、ポンプシステム８においては、図８に示すように、ポンプ装置１Ｂのモータ（図示せず）のトルクを検出するトルク検出手段９２を設け、制御装置７が、トルク検出手段９２によって検出されるトルクが大きくなるほど流量制御バルブ７の開度を大きくすることが好ましい。これを実現するには、例えば、図９Ａに示すような、ポンプ回転数およびモータトルクごとに流量制御バルブ７の開度を設定した開度マップを予め制御装置７に記憶させておけばよい。なお、ポンプ回転数をｎ個、モータトルクをｍ個設定した場合には、流量制御バルブ７の開度はＸi,j（１≦ｉ≦ｍ、１≦ｊ≦ｎ）で表され、Ｘ1,jからＸm,jまでの開度を徐々に大きくする。この構成であれば、モータの回転数が変わらなくてもモータトルクに応じて必要吸込ヘッドを低く維持することができる。なお、この場合は、モータの回転数に基づかず、モータトルクのみに基づいて流量制御バルブ７を制御することも可能である。
【００５６】
図８に示すポンプシステム８においては、トルク検出手段９２に代えて、ポンプ装置１Ｂのモータ（図示せず）に流れる電流を検出する電流検出手段を用いることも可能である。この場合には、制御装置７が、電流検出手段によって検出される電流が大きくなるほど流量制御バルブ７の開度を大きくする。これを実現するには、図９Ｂに示すような、ポンプ回転数およびモータ電流ごとに流量制御バルブ７の開度を設定した開度マップを予め制御装置７に記憶させておけばよい。なお、ポンプ回転数をｎ個、モータ電流をｍ個設定した場合には、流量制御バルブ７の開度はＸi,j（１≦ｉ≦ｍ、１≦ｊ≦ｎ）で表され、Ｘ1,jからＸm,jまでの開度を徐々に大きくする。この構成であれば、モータの回転数が変わらなくてもモータ電流に応じて必要吸込ヘッドを低く維持することができる。なお、この場合は、モータの回転数に基づかず、モータ電流のみに基づいて流量制御バルブ７を制御することも可能である。
【００５７】
なお、上述したポンプシステム８は、常温での飽和蒸気圧が負圧である冷媒（例えば、水、アルコールまたはエーテルを主成分とする冷媒）を循環させる空気調和装置であることが好ましい。「常温」とは、２０℃±１５℃である。また、「主成分」とは、質量比で最も多く含まれた成分を意味する。空気調和装置の具体的な構成は、図１３に示す冷凍装置３００の構成と同様である。すなわち、図１３に示す構成において、負荷部３２１に代えて室内熱交換器を配置し、冷却塔３３１に代えて室外熱交換器を配置すれば、冷房専用の空気調和装置を得ることができ、負荷部３２１に代えて室外熱交換器を配置し、冷却塔３３１に代えて室内熱交換器を配置すれば、暖房専用の空気調和装置を得ることができる。また、吸熱用回路３２０および放熱用回路３３０に四方弁等を配置すれば、冷房と暖房を切り替え可能な空気調和装置を得ることもできる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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