(57)【要約】【課題】入口通路および出口通路とケーシング内の流路との接続部分での圧力損失を低減すること。【解決手段】内部に円周方向に延びる流路２８を形成したケーシング１２、１４と、周方向に等間隔に配設された複数の羽根１６ａを有し、かつ、羽根１６ａが流路２８に沿って旋回するようにケーシング１２、１４に回転自在に支持されたインペラー１６と、流路２８に連通する入口通路２０および出口通路２２とを具備する渦流ポンプにおいて、インペラー１６の外周面が形成する円筒面の内側に入口通路２０を配置し、インペラー１６の軸方向端面が形成する２つの平面の間に出口通路を配置した。【選択図】      図１
2004183630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に流路を円周方向に形成したケーシングと、
周方向に等間隔に配設された複数の羽根を有し、かつ、前記羽根が前記流路に沿って旋回するように前記ケーシングに回転自在に支持された円盤状のインペラーと、
前記流路に連通する入口通路および出口通路とを具備し、
少なくとも前記入口通路と出口通路の何れか一方が、流路に対して概ね接線方向に延びることを特徴とする渦流ポンプ。
【請求項２】
前記入口通路が、前記インペラーの外周面が形成する円筒面の内側において前記流路に開口していること、または、前記出口通路が、前記インペラーの軸方向端面が形成する２つの平面の間において前記流路に開口していることを更に特徴とする請求項１に記載の渦流ポンプ。
【請求項３】
前記入口通路が前記流路に開口する領域において前記流路の断面積が流れ方向に次第に大きくなるように前記流路が形成されていること、または、前記出口通路が前記流路に開口する領域において前記流路の断面積が流れ方向に次第に小さくなるように前記流路が形成されていることを更に特徴とする請求項１または２に記載の渦流ポンプ。
【請求項４】
内部に流路を円周方向に形成したケーシングと、
周方向に等間隔に配設された複数の羽根を有し、かつ、前記羽根が前記流路に沿って旋回するように前記ケーシングに回転自在に支持されたインペラーと、
前記流路に連通する入口通路および出口通路とを具備し、
前記入口通路が、前記インペラーの外周面が形成する円筒面の内側において前記流路に開口していること、または、前記出口通路が、前記インペラーの軸方向端面が形成する２つの平面の間において前記流路に開口していることを特徴とする渦流ポンプ。
【請求項５】
少なくとも前記入口通路と出口通路の何れか一方が前記流路に対して概ね接線方向に延びることを更に特徴とする請求項４に記載の渦流ポンプ。
【請求項６】
前記入口通路が前記流路に開口する領域において前記流路の断面積が流れ方向に次第に大きくなるように前記流路が形成されていること、または、前記出口通路が前記流路に開口する領域において前記流路の断面積が流れ方向に次第に小さくなるように前記流路が形成されていることを更に特徴とする請求項４または５に記載の渦流ポンプ。
【請求項７】
内部に流路を円周方向に形成したケーシングと、
周方向に等間隔に配設された複数の羽根を有し、かつ、前記羽根が前記流路に沿って旋回するように前記ケーシングに回転自在に支持されたインペラーと、
前記流路に連通する入口通路および出口通路とを具備し、
前記入口通路が前記流路に開口する領域において前記流路の断面積が流れ方向に次第に大きくなるように前記流路が形成されていること、または、前記出口通路が前記流路に開口する領域において前記流路の断面積が流れ方向に次第に小さくなるように前記流路が形成されていることを特徴とする渦流ポンプ。
【請求項８】
少なくとも前記入口通路と出口通路の何れか一方が前記流路に対して概ね接線方向に延びることを更に特徴とする請求項７に記載の渦流ポンプ。
【請求項９】
前記入口通路が、前記インペラーの外周面が形成する円筒面の内側において前記流路に開口していること、または、前記出口通路が、前記インペラーの軸方向端面が形成する２つの平面の間において前記流路に開口していることを更に特徴とする請求項７または８に記載の渦流ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は渦流ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７、８に従来技術による渦流ポンプを示す。従来技術による渦流ポンプ１００は、内部に円周方向に延びる流路１０４を形成したケーシング１０２と、ケーシング１０２内に回転軸線Ｏを中心として矢印Ｒで示す方向に回転自在に支持されたインペラー１０６とを具備している。インペラー１０６は概ね円盤状の部材より成り、その外周縁部に半径方向の複数の溝を刻設することにより、周方向に等間隔に配設された複数の羽根１０６ａが形成されている。羽根１０６ａは、インペラー１０６が回転することにより流路１０４に沿って旋回する。
【０００３】
ケーシング１０２には、また、流路１０４に連通する入口通路１０８および出口通路１１０が形成されている。また、流路１０４内を流通する作動流体は、インペラー１０６の内部、つまり羽根１０６ａの間、ではインペラー１０６の回転による遠心力が作用して半径方向外側へ流動し、図６に示すように、流路１０４の全体にわたって螺旋状の流れ１１２を形成する。より詳細には、図９、１０に示すように、流路１０４内の流れ１１２は、回転軸線Ｏに対して垂直に流路１０４の中心を通過する面Ｐに関してインペラー側では、半径方向外側へ向かう流れ成分１１２ａを有し、ケーシング側では半径方向内側に向かう流れ成分１１２ｂを有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術による渦流ポンプでは、図７から理解されるように、入口通路１０８および出口通路１１０が、流路１０４の接線方向に対して比較的大きな角度で延設されている。つまり、入口通路１０８は、流路１０４との接続部における接線Ｌｔｉｎに対して比較的大きな流入角度αを以て延びている。同様に、出口通路１１０は、流路１０４との接続部における接線Ｌｔｏｕｔに対して比較的大きな流出角度βを以て延びている。このために、従来技術による渦流ポンプ１００では、入口通路１０８および出口通路１１０で渦が生成され、圧力損失が発生する問題がある。
【０００５】
更に、従来技術による渦流ポンプでは、入口通路１０８および出口通路１１０は、流路１０４との接続部において流路１０４の半径方向の断面全体に渡って開口している。従って、入口通路１０８から流入する作動流体１１４は、図９に示すように、インペラー１０６から半径方向外側に流出する流れ成分１１２ａとぶつかりあい、入口通路１０８と流路１０４のとの接続部分に逆流１１６が発生する。他方、出口通路１１０から流出する作動流体１１８は、図１０に示すように、出口通路１１０のインペラー側ではインペラー１０６から半径方向外側に流出する流れ成分１１２ａに乗って良好に流出できるが、ケーシング側では羽根１０６ａの間へ向けて半径方向内側に向かう流れ成分１１２ｂのために引き戻され、逆流１２０が形成される。従来技術による渦流ポンプ１００では、入口通路１０８および出口通路１１０で発生する逆流１１６、１２０のために圧力損失が発生する問題がある。
【０００６】
更に、従来技術による渦流ポンプでは、流路１０４は、流れ方向に全体に渡って同一の断面形状を有しているために、入口通路１０８との接続部分では、流速が上流側で遅く下流側へ向かうにつれ次第に高くなる。反対に出口通路１１０との接続部分では、流速は上流側で速く下流側へ向かうにつれ次第に小さくなる。そのために、従来技術による渦流ポンプ１００では、入口通路１０８および出口通路１１０では、流速の増減により圧力損失が発生する問題がある。
【０００７】
本発明は、こうした従来技術の問題点を解決することを技術課題としており、入口通路および出口通路とケーシング内の流路との接続部分での圧力損失を低減した渦流ポンプを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明は、内部に円周方向に延びる流路を形成したケーシングと、周方向に等間隔に配設された複数の羽根を有し、かつ、前記羽根が前記流路に沿って旋回するように前記ケーシングに回転自在に支持されたインペラーと、前記流路に連通する入口通路および出口通路とを具備し、少なくとも前記入口通路と出口通路の何れか一方が、流路に対して概ね接線方向に延びることを特徴とする渦流ポンプを要旨とする。
【０００９】
請求項４に記載の本発明は、内部に円周方向に延びる流路を形成したケーシングと、周方向に等間隔に配設された複数の羽根を有し、かつ、前記羽根が前記流路に沿って旋回するように前記ケーシングに回転自在に支持されたインペラーと、前記流路に連通する入口通路および出口通路とを具備し、前記入口通路が、前記インペラーの外周面が形成する円筒面の内側において前記流路に開口していること、または、前記出口通路が、前記インペラーの軸方向端面が形成する２つの平面の間において前記流路に開口していることを特徴とする渦流ポンプを要旨とする。
【００１０】
請求項７に記載の本発明は、内部に円周方向に延びる流路を形成したケーシングと、周方向に等間隔に配設された複数の羽根を有し、かつ、前記羽根が前記流路に沿って旋回するように前記ケーシングに回転自在に支持されたインペラーと、前記流路に連通する入口通路および出口通路とを具備し、前記入口通路が前記流路に開口する領域において前記流路の断面積が流れ方向に次第に大きくなるように前記流路が形成されていること、または、前記出口通路が前記流路に開口する領域において前記流路の断面積が流れ方向に次第に小さくなるように前記流路が形成されていることを特徴とする渦流ポンプを要旨とする。
【００１１】
なお、本明細書において「ポンプ」との語は、機械的手段によって液体または気体の作動流体を連続的に押し揚げ、押圧し、圧縮または排出する装置を意味し、ファン、ブロアおよび圧縮機を含むものとする。また、作動流体は気液二相流、固液二相流または固気二相流となっていてもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図１から図５を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
本発明の好ましい実施形態による渦流ポンプ１０は、インペラー１６を包囲するケーシングを形成する前ケーシング部１４と後ケーシング部１２とを具備しており、前ケーシング部１４および後ケーシング部１２の各々の内面には、周方向に延びる流路２８を形成する溝１４ａ、１２ａが刻設されている。インペラー１６は、外周縁部に沿って等間隔に配設された複数の羽根１６ａと、中心部から軸方向に延びる軸部１９とを有している。軸部１９は、軸受１８を介してケーシング１４、１２に回転軸線Ｏを中心として回転自在に支持されており、これにより、インペラー１６はケーシング１４、１２内において、羽根１６ａが流路２８に沿って旋回するように、回転可能となっている。なお、本実施形態では、流路２８は回転軸線Ｏを見込む角度が約３３０°の円弧状に形成されている。また、本明細書では、インペラー１６の軸部１９が設けられている側を回転軸線Ｏに沿った後側とし、軸部１９の反対側を前側と定義する。
【００１３】
ケーシング１４、１２には、流路２８に連通する入口通路２０と、出口通路２２が形成されており、該入口通路２０および出口通路２２には渦流ポンプ１０の外部から液体または気体の作動流体を導入するための入口管路２４および渦流ポンプ１０において昇圧された作動流体を外部へ導出するための出口管路２６が接続される。つまり、渦流ポンプ１０は、単に液体を圧送するための機械装置を意味するのではなく、気体を作動流体とするファン、ブロアおよび圧縮機を含んでいる。また、作動流体は気液二相流、固液二相流または固気二相流となっていてもよい。
【００１４】
特に図２を参照すると、本実施形態において、入口通路２０は前ケーシング１４に鋭角で、かつ、流路２８に対して概ね接線方向に接続されていることが理解されよう。より詳細には、図２の実施形態では、入口通路２０は、インペラー１６の前方端面と対面する溝１４ａの側面に開口すると共に、インペラー１６の回転に対して順方向に作動流体を流路２８に供給できるように前ケーシング部１４内を斜めに貫通、形成され、かつ、入口通路２０の中心軸線Ｏｉｎが、溝１４ａへの開口部２０ａの中心部と回転軸線Ｏとを通過する直線Ｌｒに対して概ね垂直方向に延びるように形成されている。また、好ましくは、入口通路２０は、開口部２０ａが回転軸線Ｏを中心とする円弧を含む湾曲形状となるように形成されている。また、図２では、入口通路２０は、溝１４ａの内周側面１４ｂから離間しているように図示されているが、内周側面１４ｂに接するように配置してもよい。
【００１５】
更に、図３を参照すると、出口通路２２もまたインペラー１６の回転に対して順方向に作動流体を流路２８から流出可能なように流路２８に対して概ね接線方向に接続されていることが理解されよう。詳細には、出口通路２２は、溝１２ａのインペラー１６の外周面に対面する外周側面１２ｂに接すると共に、後ケーシング１２に貫通、形成されている。更に詳細には、出口通路２２は、上流側の内側面２２ａが溝１２ａの外周側面１２ｂに対して接線方向に延設されるように、その中心軸線Ｏｏｕｔが決定される。然しながら、図３に示すように、出口通路２２は、接線Ｌｔに対して角度γを以て交差するように形成しても良い。この場合、角度γは０〜１５°とすることができる。
【００１６】
次に、図４（ａ）を参照すると、入口通路２０は、インペラー１６の外周面が形成する円筒面Ｐｃ、つまり羽根１６ａの外側半径ｒｗｏが形成する円筒面Ｐｃ、若しくは、インペラー１６の出口１６ｃが形成する包絡面より成る円筒面Ｐｃよりも内側において流路２８に開口している。より好ましくは、入口通路２０は、その外周側面２０ｂの回転軸線Ｏに関する半径ｒｉｎ−ｏが羽根１６ａの外側半径ｒｗｏ以下で、かつ、入口通路２０の内周側面２０ｃの回転軸線Ｏに関する半径ｒｉｎ−ｉは、羽根１６ａの内側半径ｒｗｉ以上となっている。これにより、入口通路２０はインペラー１６の入口１６ｂに正対するように配置され、入口通路２０から流入する作動流体の流れ３４は、インペラー入口１６ｂに正面から流入し、次いで、インペラー１６の内部、つまり羽根１６ａの間を流通する流れ３６となって、インペラー１６の出口１６ｃから半径方向外方に流出し、更に図４（ａ）の紙面に垂直な流れ３８となって流路２８に沿った流れへと連続的に流れ、従来技術による渦流ポンプで見られる逆流の発生が防止される。
【００１７】
また、図４（ｂ）を参照すると、出口通路２２は、インペラー１６の回転軸線Ｏの方向の軸方向端面が形成する２つの平面Ｐａ１、Ｐａ２の間において流路２８に開口している。より好ましくは、出口通路２２の前側の側面２２ａの回転軸線Ｏに沿った位置が、インペラー１６の前側の端面、つまり図４（ｂ）に示す実施形態ではインペラー１６の入口１６ｂの回転軸線Ｏに沿った位置に一致するか、または後側に配置され、出口通路２２の後側の側面２２ｂの回転軸線Ｏに沿った位置がインペラー１６の出口１６ｃにおける羽根１６ａの基端部の位置に一致するか、または前側に配置される。これにより、流路２８内を流通する流れ４０は、インペラー１６を通過して半径方向外向きに流出する流れ４２となり、この流れが出口通路２２内へ連続的に流入し、従来技術による渦流ポンプで見られる逆流の発生が防止される。また、図５に示すように、インペラー１６′の両端面に羽根１６ａ′、１６ａ″が形成されているような場合には、出口通路２２′がインペラー１６′の２つの端面Ｐａ１、Ｐａ２の間に配置される。
【００１８】
次に、図６を参照すると、前ケーシング部１４は、入口通路２０および出口通路２２が流路２８に開口する部分にテーパ部３０、３２が形成されており、流路２８は入口通路２０との接続部分で流れ方向に流路断面が次第に拡大し、出口通路２２との接続部分で流れ方向に流路断面が次第に縮小するように形成されている。これにより、入口通路２０および出口通路２２との接続部分で、流路２８内の流れがの流速を連続的に変化させることが可能となり、作動流体の増減速に伴う圧力損失も低減可能となる。
【００１９】
なお、具体的実施例では、入口通路２０を前ケーシング１４の側面に、出口通路２２を後ケーシング１２の円周面に設け、各々流路２８の順方向流れに対し概ね接線方向に延びる方向に接続されているが、逆に、入口通路２０を後ケーシング１２の円周面に、出口通路２２を前ケーシング１４の側面に設け、先ほどと同様に各々流路２８の順方向流れに対し概ね接線方向に延びる方向に接続しても、本明細書に記載の作用・効果を有することは言うまでもない。
以上、渦流ポンプを一例として本発明を説明したが、本発明はファン、ブロア、圧縮機にも適用することが可能であることは当業者には理解されよう。
【００２０】
【発明の効果】
請求項１に記載の本発明によれば、入口通路と出口通路の何れか一方が、流路に対して概ね接線方向に延設されているので、従来技術による渦流ポンプの入口通路および出口通路と流路との接続部分における渦の生成が防止され、それによる圧力損失を防止することが可能となる。
【００２１】
請求項４に記載の本発明によれば、入口通路が、前記インペラーの外周面が形成する円筒面の内側において流路に開口する、または、出口通路が、前記インペラーの軸方向端面が形成する２つの平面の間において流路に開口するようにしたので、本発明による渦流ポンプでは入口通路および出口通路と流路との接続部分で作動流体の流入、流出が円滑に行われ、従来技術による渦流ポンプの入口通路および出口通路と流路との接続部分における逆流の発生が防止され、それによる圧力損失を防止することが可能となる。
【００２２】
請求項７に記載の本発明によれば、入口通路が流路に開口する領域において前記流路の断面積を流れ方向に次第に大きくなるように、または、出口通路が前記流路に開口する領域において前記流路の断面積が流れ方向に次第に小さくなるように前記流路を形成したので、従来技術による渦流ポンプの入口通路および出口通路と流路との接続部分における作動流体の増減速に伴う圧力損失が低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態による渦流ポンプを回転軸線を含む平面で切断した断面図である。
【図２】図１の矢視線ＩＩ−ＩＩの方向に見た前ケーシング部の内面を示した図であり、入口通路が流路に開口する開口部を示した図である。
【図３】図１の矢視線ＩＩＩ−ＩＩＩの方向に見た後ケーシング部の内面を示した図であり、出口通路が流路に開口する部分を示した図である。
【図４】入口通路および出口通路と流路との間の接続部分の部分拡大断面図であり、（ａ）は入口通路と流路との間の接続部分を示し、（ｂ）は出口通路と流路との間の接続部分を示した図である。
【図５】本発明の代替実施形態による出口通路と流路との間の接続部分の部分拡大断面図である。
【図６】図２の矢視線ＶＩ−ＶＩに沿って切断した前ケーシング部の断面の投影図である。
【図７】従来技術による渦流ポンプの回転軸線に垂直な平面で切断した断面図である。
【図８】従来技術による渦流ポンプの図１と同様の断面図である。
【図９】従来技術による渦流ポンプの入口通路と流路との間の接続部分を示す部分拡大断面図である。
【図１０】従来技術による渦流ポンプの出口通路と流路との間の接続部分を示す部分拡大断面図である。
【符号の説明】
１０…渦流ポンプ
１２…後ケーシング部
１２ａ…溝
１４…前ケーシング部
１４ａ…溝
１６…インペラー
１６ａ…羽根
１８…軸受
１９…軸部
２０…入口通路
２２…出口通路
２４…入口管路
２６…出口管路
２８…流路
【図１】
2004183630.tif 000003
【図２】
2004183630.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2004183630.tif 000007
【図６】
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【図７】
2004183630.tif 000009
【図８】
2004183630.tif 000010
【図９】
2004183630.tif 000011
【図１０】
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