(57)【要約】【課題】容易に製作することができ、しかも、小型あるいは超小型のポンプに好適に使用することができるインデューサ及びこのようなインデューサを備えた高効率のポンプを提供する。【解決手段】円錐台形状または円錐形状を有するインデューサ１２を構成する。また、羽根車１の吸込み側に配置されるインデューサ１２を備えるポンプであって、インデューサ１２は円錐台形状または円錐形状を有する。【選択図】  図２
2004346779.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円錐台形状または円錐形状を有することを特徴とするインデューサ。
【請求項２】
羽根車の吸込み側に配置されるインデューサを備えるポンプであって、
前記インデューサは円錐台形状または円錐形状を有することを特徴とするポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポンプの吸込性能を向上させるためのインデューサ及び該インデューサを備えるポンプに係り、特に小型もしくは超小型のポンプに好適に使用されるインデューサ及び該インデューサを備えたポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
遠心ポンプなどの液体を移送するポンプにおいては、羽根車の回転に伴って吸い込み側の液体の圧力が飽和蒸気圧以下にまで低下すると、液体中に気泡が発生する。このような現象は一般にキャビテーションと呼ばれている。キャビテーションが発生すると、振動及び騒音の増大やポンプ性能の低下を招き、さらには、羽根車入口が気泡によって閉塞され、やがてポンプが揚水不能に陥ってしまう。
【０００３】
そこで、このようなキャビテーションの発生を防止するために、従来から、羽根車の吸込み側にインデューサを配置してポンプの吸込み性能を向上させることが行われている。例えば、特許文献１には、インデューサを備える液体ポンプが開示されている。一般に、液体ポンプにおいては羽根車が遠心型であるのに対して、インデューサは斜流型若しくは軸流型である。このようなインデューサは羽根車と共に主軸を介して一体的に回転し、羽根車に吸い込まれる直前の液体を昇圧する。これにより、羽根車の回転に伴って吸込み側の液体の圧力が低下してもキャビテーションが発生しにくくなり、羽根車の入口が気泡によって閉塞されることが防止される。従って、インデューサを持たないポンプに比べてポンプの吸込み性能が向上し、ポンプの高速化や、低ＮＰＳＨ（Ｎｅｔ  Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｓｕｃｔｉｏｎ  Ｈｅａｄ：有効吸込み水頭）が達成される。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１８９９２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のインデューサを小型あるいは超小型のポンプに適用してポンプの吸込み性能を改善しようとすると、インデューサでの流体損により羽根車を駆動させる動力が大きな割合で消費されてしまう。このため、従来のインデューサでは高効率のポンプが実現できないという問題があった。また、斜流型若しくは軸流型のインデューサは複雑な形状の羽根を複数有しているために製作が容易でなく、製作コストが高くなるという問題があった。このため、従来のインデューサでは小型あるいは超小型で低価格のポンプを実現することが困難であった。
【０００６】
本発明は上述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、容易に製作することができ、しかも、小型あるいは超小型のポンプに好適に使用することができるインデューサ及びこのようなインデューサを備えた高効率のポンプを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を達成するために、本発明の一態様は、円錐台形状または円錐形状を有することを特徴とするインデューサである。
【０００８】
本発明によれば、円錐台形状または円錐形状のインデューサの外周面における液体の粘性とインデューサの回転力とにより液体に運動エネルギーを付与することができ、これによって液体を昇圧することができる。本発明に係るインデューサは羽根を持たず、滑らかな外周面を有するのみであるので、容易に製作することができ、製作コストを低減させることができる。また、本発明に係るインデューサは複雑な形状を持たないため、極めて小型のインデューサを実現することができる。従って、小型あるいは超小型のポンプに好適に使用することができるインデューサを提供することができる。
【０００９】
本発明に係るインデューサは従来のインデューサのような螺旋状の羽根を持たないため、羽根車の吸込み側における液体の圧力が大きく降下することがない。従って、低ＮＰＳＨが必要とされる条件下において好適に用いられるインデューサを提供することができる。さらに、本発明に係るインデューサは複雑な形状の羽根を持たないため、流体損が小さく、これにより、ポンプ効率に与える影響を低く抑えることができる。
【００１０】
本発明の他の態様は、羽根車の吸込み側に配置されるインデューサを備えるポンプであって、前記インデューサは円錐台形状または円錐形状を有することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るインデューサを備えた遠心ポンプを示す断面図である。
図１に示すように、羽根車１は、ポンプケーシング２と第１の軸受ブラケット３との間に形成された収容空間４内に収容されている。また、この羽根車１は主軸５に固定され、主軸５を介して電動機６により回転駆動される。主軸５は第１の軸受７及び第２の軸受８により回転自在に支承されている。なお、羽根車１は直径が１０ｍｍ以下であり、樹脂などから形成されている。
【００１２】
ポンプケーシング２には吸込み口２ａおよび吐出し口２ｂが形成されており、羽根車１の回転によって液体が吸込み口２ａからポンプケーシング２内に流入する。そして、回転する羽根車１によって昇圧された液体は吐出し口２ｂから外部に吐出される。なお、ポンプケーシング２の外面にはＬ字型の脚部９が固定されており、この脚部９によりポンプ全体が支持されている。
【００１３】
主軸５の先端部には円錐台形状のインデューサ１２が固定されている。インデューサ１２は主軸５を介して羽根車１と一体的に回転し、吸込み口２ａから吸い込まれた液体を僅かに昇圧するようになっている。このインデューサ１２は羽根車１の吸込み側（上流側）に位置しており、インデューサ１２と羽根車１との間には整流羽根１３が配置されている。従って、インデューサ１２によって昇圧された液体は、整流羽根１３によって主軸５に沿った流れに整流された後、羽根車１の入口１ａに流入する。なお、羽根車１の入口１ａ近傍には、羽根車１の回転によって昇圧された液体が低圧側（吸込み側）に逆流してしまうことを防止するためのライナ１４が設けられている。
【００１４】
電動機６は、主軸５に固定されるモータ回転子２０と、モータ回転子２０の外周側に微小な隙間を介して配置されるモータ固定子２１と、モータ固定子２１が固定されるモータフレーム２２とを備えている。モータ固定子２１の鉄心２３にはコイル２４が装着されており、図示しない外部電源から配線２５を介してコイル２４に電力が供給されるようになっている。
【００１５】
モータフレーム２２の端部にはカバー部材２８が固定されており、このカバー部材２８の中心部には第２の軸受８を収容する第２の軸受ブラケット２９が配置されている。この第２の軸受ブラケット２９には吐出し流路３０が形成されており、第２の軸受８はこの吐出し流路３０の入口部に配置されている。なお、脚部９から第２の軸受ブラケット２９までの各構成部材は、通しボルト３１によって互いに固定されている。
【００１６】
羽根車１が収容される収容空間４は、連絡通路３３を介して電動機６内に形成されるモータ回転子室３６に連通している。従って、羽根車１の回転によって昇圧された液体の一部は、収容空間４から連絡通路３３を通ってモータ回転子室３６に導入される。そして、液体はモータ回転子室３６内を満たした後、第２の軸受８を通過し、吐出し流路３０から排出される。
【００１７】
モータ回転子２０の外周面には回転子側キャン３７が取り付けられており、モータ固定子２１の内周面には固定子側キャン３８が取り付けられている。このような構成により、モータ回転子２０及びモータ固定子２１の内部の液密性が確保され、モータ回転子２０及びモータ固定子２１に液体が浸入してしまうことが防止される。
【００１８】
このように、モータ回転子２０とモータ固定子２１との間に形成されるモータ回転子室３６内に液体が満たされるので、電動機６、特にモータ固定子２１を液体によって冷却することができる。また、モータ回転子室３６内を満たす液体は第１の軸受７にも流入し、これにより、第１の軸受７が液体によって潤滑される。さらに、液体が吐出し流路３０から吐出される際、液体は第２の軸受８を通過するので、第２の軸受８も液体によって潤滑される。
【００１９】
次に、本発明の特徴的構成であるインデューサについて図２（ａ）乃至図２（ｄ）を参照して説明する。図２（ａ）は本発明の一実施形態に係るインデューサの側面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示すインデューサの正面図であり、図２（ｃ）は図２（ａ）に示すインデューサの斜視図であり、図２（ｄ）は図２（ａ）に示すインデューサの断面図である。
【００２０】
図２（ａ）乃至図２（ｄ）に示すように、本実施形態に係るインデューサ１２は、先端が平坦な円錐台形状を有している。より具体的には、インデューサ１２は、液体の流れ方向に沿って径が徐々に大きくなるように形成され、これにより半径方向外方に傾斜する外周面１２ａを有している。インデューサ１２の中心部には通孔１２ｂが形成され、この通孔１２ｂに主軸５（図１参照）を嵌合させることでインデューサ１２が主軸５に固定される。このインデューサ１２は羽根を持たず、滑らかな外周面１２ａを有するのみである。従って、インデューサ１２は容易に製作され、これにより製作コストを低減させることができる。また、サイズの極めて小さいインデューサ１２を製作することができる。さらに、複雑な羽根を有する従来のインデューサに比べて、インデューサ１２を駆動させるための動力を少なくできるので、高効率なポンプを実現することができる。
【００２１】
インデューサ１２は、上述したように、主軸５に固定されており、羽根車１と共に一体的に回転する（図１参照）。そして、外周面１２ａでの液体の粘性とインデューサ１２の回転力とによって、液体に運動エネルギーを付与することができる。従って、インデューサ１２によって低い圧力損失で液体を僅かながら昇圧させることができる。その結果、羽根車１の入口１ａでのキャビテーションの発生が防止され、低ＮＰＳＨを実現することができる。なお、本実施形態では、インデューサは円錐台形状であるが、尖った先端を有する円錐形状のインデューサとしてもよい。
【００２２】
本実施形態に係るインデューサを備えたポンプは、低沸点の作動媒体を用いた発電装置に好適に使用することができる。このような発電装置の例を図３に示す。図３は本発明の一実施形態に係るインデューサを有するポンプを備えた発電装置を示す模式図である。図３に示す発電装置は、比較的低温の排熱を熱源として使用しており、ランキンサイクルを利用したクローズドシステムとして構成されている。
【００２３】
図３に示すように、この発電装置は、熱源の熱エネルギーを利用して高温高圧の蒸気（気相の作動媒体）を生成する蒸気発生器１００と、この高温高圧の蒸気により駆動されるタービン発電機１０１と、タービン発電機１０１から吐出された蒸気を冷却媒体により冷却して凝縮させる凝縮器１０２と、凝縮器１０２にて凝縮された液相の作動媒体を蒸気発生器１００に送り込むポンプ１０３とを備えている。タービン発電機１０１はタービン（膨張機）１１０および発電機１２０から構成されている。ここで、ポンプ１０３は、図２に記載された本実施形態に係るインデューサを備えた遠心ポンプである。
【００２４】
蒸気発生器１００には、配管１３０を介して熱源としての排ガスや排温水などが供給されるようになっている。そして、排ガスなどの熱源が持つ熱エネルギーは蒸気発生器１００を介して作動媒体に伝達され、これにより高温高圧の蒸気（気相の作動媒体）が生成される。凝縮器１０２には冷却媒体（例えば水）が配管１３１を介して供給されるようになっており、凝縮器１０２に導入された作動媒体は冷却媒体により冷却されて気相から液相に変化する。
【００２５】
作動媒体としては、沸点が４０℃前後のＨＣＦＣ１２３（ジクロロトリフルオロエタン）或いはトリフルオロエタノール（ＣＦ３ＣＨ２ＯＨ）等が好適に用いられる。これにより、２００〜４００℃程度の排ガス或いは１００〜１５０℃の排温水など比較的低温の排熱を熱源として利用することができる。言い換えれば、低沸点の作動媒体を用いることにより、従来有効に利用されずに捨てられていた排熱を発電に利用することが可能となる。
【００２６】
次に、図３に示す発電装置の動作について説明する。まず、液相の作動媒体はポンプ１０３により蒸気発生器１００に供給される。蒸気発生器１００では、例えば２００〜３００℃程度の排ガスを熱源として用いて作動媒体を液相から気相に変化させ、これにより高圧高温の蒸気を発生させる。この高圧高温の蒸気は、タービン発電機１０１に送られ、タービン１１０に供給される。これにより、タービン１１０に連結された発電機１２０が駆動され、発電が行われる。
【００２７】
タービン発電機１０１から排出され比較的低温低圧となった蒸気は、次に凝縮器１０２へ導かれる。凝縮器１０２では、蒸気が持つ熱が冷却媒体に伝達され、これにより作動媒体が気相から液相に変化する。そして、液化した作動媒体はポンプ１０３へ戻る。以上のクローズドループを連続的に繰り返すことでタービン発電機１０１は有効に作動する。
【００２８】
上述したように、低沸点の作動媒体を用いることにより、比較的低温の排熱を熱源として利用することができる。この場合において、蒸気発生器１００に作動媒体を移送させるためにポンプ１０３を駆動させると、ポンプ１０３の吸込み側においてキャビテーションが発生しやすい。上記発電装置では、ポンプ１０３として、上述した本実施形態に係る遠心ポンプを用いているので、ポンプ１０３でのキャビテーションの発生を防止することができる。特に、本実施形態に係るインデューサによれば、低ＮＰＳＨが実現されるので、ポンプ１０３でのキャビテーションの発生を効果的に防止することができる。
【００２９】
低沸点の作動媒体を用いた発電装置は、様々な場所で使用できるように小型であることが好ましく、比較的小規模の用途に使用されることが想定される。このため、作動媒体を移送するためのポンプも小型若しくは超小型であることが必要とされる。本実施形態に係るインデューサによれば、小型若しくは超小型で、かつ、高効率のポンプが実現できるので、上記発電装置に好適に用いることができるポンプを提供することが可能となる。また、本発明が対象とする小型あるいは超小型の高速遠心ポンプでは送液すべき液量が小さく、円錐台形状または円錐形状のインデューサで十分な機能を発揮することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、円錐台形状または円錐形状のインデューサの外周面における液体の粘性とインデューサの回転力とにより液体に運動エネルギーを付与することができ、これによって液体を昇圧することができる。本発明に係るインデューサは羽根を持たず、滑らかな外周面を有するのみであるので、容易に製作することができ、製作コストを低減させることができる。また、本発明に係るインデューサは複雑な形状を持たないため、極めて小型のインデューサを実現することができる。従って、小型あるいは超小型のポンプに好適に使用することができるインデューサを提供することができる。
【００３１】
本発明に係るインデューサは従来のインデューサのような螺旋状の羽根を持たないため、羽根車の吸込み側における液体の圧力が大きく降下することがない。従って、低ＮＰＳＨが必要とされる条件下において好適に用いられるインデューサを提供することができる。さらに、本発明に係るインデューサは複雑な形状の羽根を持たないため、流体損が小さく、これにより、ポンプ効率に与える影響を低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るインデューサを備えた遠心ポンプを示す断面図である。
【図２】図２（ａ）は本発明の一実施形態に係るインデューサの側面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示すインデューサの正面図であり、図２（ｃ）は図２（ａ）に示すインデューサの斜視図であり、図２（ｄ）は図２（ａ）に示すインデューサの断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るインデューサを有するポンプを備えた発電装置を示す模式図である。
【符号の説明】
１      羽根車
２      ポンプケーシング
２ａ    吸込み口
２ｂ    吐出し口
３      第１の軸受ブラケット
４      収容空間
５      主軸
６      電動機
７      第１の軸受
８      第２の軸受
９      脚部
１２      インデューサ
１２ａ    外周面（外周面）
１２ｂ    通孔
１３      整流羽根
１４      ライナ
２０      モータ回転子
２１      モータ固定子
２２      モータフレーム
２３      鉄心
２４      コイル
２５      配線
２８      カバー部材
２９      第２の軸受ブラケット
３０      吐出し流路
３１      通しボルト
３３      連絡通路
３６      モータ回転子室
３７      回転子側キャン
３８      固定子側キャン
１００    蒸気発生器
１０１    タービン発電機
１０２    凝縮器
１０３    ポンプ
１１０    タービン
１２０    発電機
１３０，１３１    配管
【図１】
2004346779.tif 000003
【図２】
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【図３】
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