(57)【要約】【課題】気液分離槽を不要とするとともに、液体中に大量のエアが混入している場合であってもエアロック等の不具合を抑制できる自吸式渦流ポンプを提供する。【解決手段】外周部に複数の羽根４ａが形成されたインペラ４と、該インペラ４を回転自在に収容したケーシング１ａ及び１ｂと、該ケーシング内におけるインペラ４の外周部との間の隙間から成る昇圧通路５とを具備した自吸式渦流ポンプ１において、吐出流路３の昇圧通路５との連通部位に形成され、吐出口３ａの径より小さく形成された小径部６と、吐出流路３の小径部６の吐出口３ａ側と昇圧通路５とを連通し、当該吐出流路３中の液体を昇圧通路５に還流可能とされるとともに、少なくとも昇圧通路５との連通部位がインペラ４の幅方向中心部から外側にオフセットされた連通路７とを有したものである。【選択図】　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周部に複数の羽根が形成されたインペラと、
該インペラを回転自在に収容するとともに、液体を吸い込む吸込口及び液体を吐出する吐出口が形成されたケーシングと、
該ケーシング内における前記インペラの外周部との間の隙間から成る昇圧通路と、
液体を前記ケーシング内に導入すべく、前記吸込口から昇圧通路まで延設された吸込流路と、
前記昇圧通路から吐出口まで延設され、前記ケーシング内の昇圧通路を通過した液体を吐出すべく前記ケーシングの径方向且つ上方に延びて形成された吐出流路と、
を具備した自吸式渦流ポンプにおいて、
前記吐出流路の昇圧通路との連通部位に形成され、前記吐出口の径より小さく形成された小径部と、
前記吐出流路の前記小径部の前記吐出口側と前記昇圧通路とを連通し、当該吐出流路中の液体を前記昇圧通路に還流可能とされるとともに、少なくとも前記昇圧通路との連通部位が前記インペラの幅方向中心部から外側にオフセットされた連通路と、
を有したことを特徴とする自吸式渦流ポンプ。
【請求項２】
前記昇圧通路は、その吐出口側の断面積が当該昇圧通路における他の部位より小さく形成されたことを特徴とする請求項１記載の自吸式渦流ポンプ。
【請求項３】
前記連通路は、前記小径部より大きな内径とされたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の自吸式渦流ポンプ。
【請求項４】
前記連通路と小径部との断面積の比が、２対１以上、好ましくは５対１以上とされたことを特徴とする請求項３記載の自吸式渦流ポンプ。
【請求項５】
前記連通路及び小径部は、前記ケーシング内に形成された穿設孔から成ることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の自吸式渦流ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導入された液体中に混入した気体を良好に排出し得る自吸式渦流ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な自吸式渦流ポンプは、外周部に複数の羽根が形成されたインペラと、該インペラを回転自在に収容するとともに液体を吸い込む吸込口及び液体を吐出する吐出口が形成されたケーシングと、該ケーシング内におけるインペラの外周部との間の隙間から成る昇圧通路とから主に構成されており、ケーシング内を液体で充満させた状態にてインペラを回転駆動させることにより、吸込口から吸い込んだ液体を昇圧通路内に導き、吐出口から吐出していた。
【０００３】
このような自吸式渦流ポンプにおいては、インペラの外周部に形成された羽根と羽根との間に液体の渦流が生じ、該渦流によって液体の良好な吐出が行われていると考えられている。しかし、吸込口から吸い込む液体中に気体が多く混入していると、その気体が羽根間に入り込んだままとなってしまい、渦流の形成が良好に行われず、ポンプ動作に悪影響を及ぼす虞がある。
【０００４】
かかる不具合を防止するため、気体の排出性を良好にすべく、従来、例えば特開平６−３３０８８０号公報で開示されたような自吸式渦流ポンプが提案されている。かかる自吸式渦流ポンプは、吐出口側に所定容量の気液分離槽を設けておき、かかる気液分離槽にて液体中に混入している気体を分離してポンプ外へ排出するよう構成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の自吸式渦流ポンプにおいては、吐出口側に所定容量の気液分離槽を配設しなければならず、その分ポンプ全体が大型化してしまうという問題があった。また、当該気液分離槽内に常時液体が滞留している状態とされるため、菌等の繁殖が心配され、且つ、清掃や消毒を良好に行うことができないという問題もあった。従って、例えば透析装置等、衛生的に使用されることが求められる医療装置に適用するのが困難となり、適用範囲が限定されてしまうという不具合もあった。
【０００６】
尚、吐出口側に気液分離槽を持たずに気体の排出性の向上を図った自吸式渦流ポンプが特開平７−１６７０８４号公報に開示されている。かかる自吸式渦流ポンプは、その吐出口側における液体の流路中に、十字型の気液分離体を配設したものであり、該気液分離体にて吐出口側の液体を整流させて、混在する気体を顕在化させた後に排出している。
【０００７】
しかし、上記十字型の気液分離体による気体の顕在化は良好とは言えず、気体の排出性が依然不十分であるとともに、液体中に大量の気体が混入している場合、所謂エアロック等が生じて、ポンプとしての機能を果たし得ない不具合が生じる虞があった。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、気液分離槽を不要とするとともに、液体中に大量の気体が混入している場合であってもエアロック等の不具合を抑制できる自吸式渦流ポンプを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、外周部に複数の羽根が形成されたインペラと、該インペラを回転自在に収容するとともに、液体を吸い込む吸込口及び液体を吐出する吐出口が形成されたケーシングと、該ケーシング内における前記インペラの外周部との間の隙間から成る昇圧通路と、液体を前記ケーシング内に導入すべく、前記吸込口から昇圧通路まで延設された吸込流路と、前記昇圧通路から吐出口まで延設され、前記ケーシング内の昇圧通路を通過した液体を吐出すべく前記ケーシングの径方向且つ上方に延びて形成された吐出流路とを具備した自吸式渦流ポンプにおいて、前記吐出流路の昇圧通路との連通部位に形成され、前記吐出口の径より小さく形成された小径部と、前記吐出流路の前記小径部の前記吐出口側と前記昇圧通路とを連通し、当該吐出流路中の液体を前記昇圧通路に還流可能とされるとともに、少なくとも前記昇圧通路との連通部位が前記インペラの幅方向中心部から外側にオフセットされた連通路とを有したことを特徴とする。
【００１０】
かかる構成によれば、通常の運転時には、連通路及び小径部の両者を液体が流れ、吐出口から排出される一方、液体中に大量の気体が混入している場合、小径部のみを液体が流れるとともに、その液体が連通部から昇圧通路まで還流されることとなる。小径部を通過した後の液体は、流速が低下して圧力が開放され、細かな気泡が結合することとなるので、気泡の浮力が増してより速く上方に向かい、吐出口から排出されることとなる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の自吸式渦流ポンプにおいて、前記昇圧通路が、その吐出口側の断面積が当該昇圧通路における他の部位より小さく形成されたことを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の自吸式渦流ポンプにおいて、前記連通路が前記小径部より大きな内径とされたことを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の自吸式渦流ポンプにおいて、前記連通路と小径部との断面積の比が、２対１以上、好ましくは５対１以上とされたことを特徴とする。
【００１４】
請求項５記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の自吸式渦流ポンプにおいて、前記連通路及び小径部は、前記ケーシング内に形成された穿設孔から成ることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
本実施形態に係る自吸式渦流ポンプは、所定容量の気液分離槽を不要としつつ導入された液体中に混入した気体を良好に排出し得るものであり、図１に示すように、後ろ側ケーシング１ａ及び前側ケーシング１ｂから主に外観が構成されている。
【００１６】
後ろ側ケーシング１ａは、内部にモータ等駆動手段（不図示）が収容されており、図３に示すように、その駆動手段の出力軸８が前側ケーシング１ｂにまで突出形成されている。該出力軸８は、軸シール９により、液体がケーシング外部に漏れるのを防止しており、突端が前側ケーシング１ｂに形成された凹部１ｂａまで延びて構成されている。
【００１７】
また、前側ケーシング１ｂの上部には、上方に突出した吸込流路２及び吐出流路３が略平行に形成されており、これら吸込流路２及び吐出流路３の先端の開口が液体を吸い込むための吸込口２ａ及び液体を吐出するための吐出口３ａとされている。然るに、これら吸込流路２及び吐出流路３は、前側ケーシング１ｂ内の昇圧通路５とそれぞれ連通されており、吸込口２ａから流入した液体が吸込流路２を通って昇圧通路５内に至り、吐出流路３を通って吐出口３ａから吐出され得るよう構成されている。
【００１８】
一方、出力軸８の先端近傍には、外周部に複数の羽根４ａが形成されたインペラ４が固定されており、該インペラ４は、前側ケーシング１ｂ内で回転自在とされている。即ち、駆動手段を駆動して出力軸８を回転させれば、インペラ４がケーシング内で回転し得るよう構成されているのである。尚、羽根４ａは、インペラ４の外周部全域に亘って等間隔に形成されている。
【００１９】
更に、インペラ４の外周部（即ち、羽根４ａの突端）及び羽根４ａの両側との間にはそれぞれ所定寸法の隙間が形成されており、該隙間が昇圧通路５を構成している。かかる昇圧通路５の吐出流路３側の一部は、前記寸法より小さな寸法の隙間とされており、当該昇圧通路５の他の部位より断面積（液体の流路）が小さく形成されている。尚、隙間寸法の小さい部分である狭部５ａは、吐出流路３から遡ってα（例えば３０〜４０°）に亘って形成するのが好ましい。
【００２０】
ところで、吸込流路２及び吐出流路３は、インペラ４の径方向且つ上方に延設されており、それぞれの先端（上端）が開口して吸込口２ａ及び吐出口３ａを構成しているとともに、基端（下端）が昇圧通路５と連通することとなっている。
即ち、吸込流路２及び吐出流路３は、その基端がインペラ４の外周部と対向するような位置に形成されており、当該吸込流路２から導入された液体が隣接した羽根４ａの間に入り込み、そのまま昇圧通路５を通過し吐出流路３まで導かれるようになっている。
【００２１】
ここで、図２及び図４に示すように、吐出流路３の昇圧通路５との連通部位には、吐出口３ａの径よりも小さな内径の小径部６（オリフィス）が形成されている。かかる小径部６が介在することにより、以下の如き作用効果が得られる。即ち、小径部６を通過した液体が、それより大径の吐出流路３に至ると、流速が低下してまた圧力が開放され、細かな気泡が結合することとなるので、気泡の浮力が増してより速く上方に向かい、吐出口３ａから排出されることとなる。
【００２２】
これにより、従来の如き所定容量の気液分離槽を別途配設しなくても、液体に混入した気体をより早く吐出口３ａから排出することができる。従って、気液分離槽の分だけポンプ全体を小型化することができるとともに、液体が滞留することがなく、透析装置等衛生面で厳格な管理を必要とするような装置内にも配設することができる。
【００２３】
更に、本実施形態においては、図４に示すように、吐出流路３における小径部６よりも吐出口３ａ側（即ち、小径部６より上方側）と昇圧通路５とを連通し、当該吐出流路３中の液体を昇圧通路５に還流可能とする連通路７が形成されている。かかる連通路７は、少なくとも昇圧通路５との連通部位がインペラ４の幅方向中心部から外側（同図ａ方向）にオフセットされており、還流した液体がインペラ４の表面側から導かれるよう構成されている。
【００２４】
尚、連通路７の昇圧通路５との連通部位を、同図ｂ方向（因みに、かかる方向もインペラ４の幅方向中心部から外側である。）にオフセットさせ、還流した液体がインペラ４の裏面側から導かれるよう構成してもよい。また、連通路７は、小径部６より大きな内径とされており、かかる連通路７と小径部６との断面積の比が２対１以上とするのが好ましく、より好ましくは５対１以上とすべきである。
【００２５】
ところで、少なくとも連通路７は、図５で示すように、エンドミルＥ２によって吐出流路３から下方に延設された穿設孔、及びエンドミルＥ１によって昇圧通路５から側方に延設された穿設孔から構成されている。即ち、前側ケーシング１ｂを穿設して連通路７が形成されているので、当該前側ケーシング１ｂ内に連通路７が収まることとなり、前側ケーシング１ｂから別途突出形成するものに比べて、ポンプ全体の小型化に寄与することとなる。尚、穿設のための工具は、エンドミルに限定されず、他の汎用的手段（例えばグラインダ等）としてもよい。
【００２６】
次に、上記構成の自吸式渦流ポンプ１の作用について説明する。
まず、吸込口２ａ又は吐出口３ａから液体を供給してケーシング内（特に前側ケーシング１ｂの凹部１ｂａ内）を液体で満たしておく。その状態で駆動手段を駆動させ、出力軸８を回転させると、インペラ４が回転して吸込口２ａを介して液体の吸い込み力が発生する。
【００２７】
吸込口２ａから吸い込まれた液体は、吸込流路２を通って昇圧通路５に至り、インペラ４の回動動作によって吐出口３ａ側に導かれる。その過程において、導かれる液体は、インペラ４の外周部に形成された特定の羽根４ａとそれと隣接する羽根４ａとの間の間隙部に収まった状態で昇圧通路５内を通過することとなる。
【００２８】
そして、昇圧通路５の狭部５ａを通過した液体は、吐出流路３の小径部６及び連通路７の両方に分かれて通過し、更なる上方で合流した後、吐出口３ａから吐出される。このような一連の動作により、吸込口２ａから吸い込まれた液体が吐出口３ａから吐出され、ポンプとしての機能が果たされることとなっている。
【００２９】
ここで、液体が昇圧通路５から吐出流路３に良好に押し出されるためには、図５で示すように、羽根４ａ間に渦流ｕ１及びｕ２が必要であることが考えられる。即ち、渦流ｕ１及びｕ２の作用により、羽根４ａ間の液体が良好に吐出流路３側に押し出されるのであるが、吸込口２ａから吸い込んだ液体中に大量の気体が混入していると、渦流ｕ１及びｕ２が生じなくなってしまい、気体の排出性が衰えてしまう虞がある。
【００３０】
そこで、本実施形態によれば、液体中に大量の気体が混入することにより、羽根４ａ間の液体が少量となった場合においても、気体の排出性を維持することができる。具体的に説明すると、液体中に大量の気体が混入している場合、昇圧通路５を通過した液体は小径部６のみを通過することとなり、混入していた気体が顕在化（集結）されて浮力を増し、吐出口３ａから素早く吐出される。
【００３１】
即ち、インペラ４の回転運動が最も良く伝達されるのが、遠心力の関係上、インペラ４の径方向となっているので、大量の気体の混入により羽根４ａ間に収容される液体が少量となった場合、径方向からオフセットされた連通路７よりも小径部６の方に液体が流れるのである。また、連通路７はインペラ４の表面側に連通されているので、当該連通路７を介して還流した液体が容易に昇圧通路５内に入り込むことができるようになっている。
【００３２】
また、小径部６を通過した液体は連通路７を介して再び昇圧通路５内に還流される（図５の符号ｍの流れ）ので、羽根４ａ間の液体が少量であっても、液体（気体の排出が行われた後のもの）が充填されることとなり、渦流ｕ１及びｕ２を良好に生じさせることができる。加えて、羽根４ａ間の液体が少量であっても、狭部５ａに差し掛かることにより、当該羽根４ａ間と昇圧通路５とが成す容量が小さくなって当該羽根４ａ間に液体が充満することとなるので、これによって、特に渦流ｕ１を良好に生じさせることができる。
【００３３】
特に、本実施形態においては、図５で示すように、渦流ｕ１が生じる上方に小径部６の下端が位置しているので、渦流ｕ１及びｕ２のうち、主に左側の渦流ｕ１によって小径部６内に液体が導入されることとなり、より少量の液体であっても吐出流路３側への押し出し作用が良好に行われるようになっている。一方、右側の渦流ｕ２が生じる部位には、連通路７から液体が導入されるようになっているので、渦流ｕ２が良好に生じるようになっている。
【００３４】
上記作用により、液体中に大量の気体が混入しており、羽根４ａ間に収容される液体が少量となってしまっても、良好に渦流ｕ１及びｕ２を生じさせることができ、液体の良好な吐出及び気体の素早い排出を同時に図ることができる。また、通常の運転時（液体中に気体が大量に含まれていない場合）には、連通路７による液体の還流が行われず、当該連通路７は、単に吐出口３ａ側に液体を導く流路としての機能を果たすこととなる。
【００３５】
従って、本実施形態によれば、気液分離槽を不要とするとともに、液体中に大量の気体が混入している場合であっても、小径部６にて液体を流通させ、気体を排出した後の液体を昇圧通路５内に還流させているので、エアロック等の不具合を抑制できる。
【００３６】
以上、本実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば連通路７を複数設け、より大量の液体を還流させるようにしてもよく、また、小径部６を複数設けるようにしてもよい。更に、連通路７は、昇圧通路との連通部位がインペラ４の幅方向中心部から外側にオフセットされていれば足り、その他の部位が小径部６を含む吐出流路３と略平行に形成されていてもよい。
【００３７】
また更に、本実施形態においては、昇圧通路５の吐出流路３側に狭部５ａを形成しておき、より少量の液体を小径部６に導き易くしているが、かかる狭部５ａを形成せず、昇圧通路５全体を同一寸法で形成するようにしてもよい。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、気液分離槽を不要とするとともに、液体中に大量の気体が混入している場合であっても、小径部にて液体を流通させ、気体を排出した後の液体を昇圧通路内に還流させているので、エアロック等の不具合を抑制できる。
【００３９】
請求項２の発明によれば、昇圧通路における吐出口側の断面積が他の部位より小さく形成されているので、液体中に大量の気体が混入している場合であっても、少ない液体を確実に吐出口まで送って小径部に導くことができる。従って、より確実にエアロック等の不具合を抑制できる。
【００４０】
請求項３及び請求項４の発明によれば、連通路が小径部より大きな内径とされたので、通常運転時の液体の流れを良好とするとともに、液体中に大量の気体が混入している場合における吐出口側の液体をより多く還流させることができる。
【００４１】
請求項５の発明によれば、連通路及び小径部は、ケーシング内に形成された穿設孔から成るので、部品点数を増加させることなく、製造コストを抑制することができるとともに、メンテナンスを容易とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る自吸式渦流ポンプを示す左側面図及び正面図
【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ線断面図
【図３】図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図
【図４】図１におけるＩＶ−ＩＶ線断面図
【図５】本発明の実施形態に係る自吸式渦流ポンプにおける吐出流路及びその近傍の液体の流れを示す拡大断面図
【符号の説明】
１…自吸式渦流ポンプ
１ａ…後ろ側ケーシング
１ｂ…前側ケーシング
１ｂａ…凹部
２…吸込流路
２ａ…吸込口
３…吐出流路
３ａ…吐出口
４…インペラ
４ａ…羽根
５…昇圧通路
５ａ…狭部
６…小径部
７…連通路
８…出力軸
９…軸シール
【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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