(57)【要約】【課題】本発明は、幅広く変動する吸入・吐出圧力条件及びローターの回転条件において、効率よく気体を吸入圧送できる液封回転ポンプを提供することを目的とする。【解決手段】本発明の液封回転ポンプは、吸入口及び吐出口を備えた円筒状ケーシング内に、複数の細管を放射状に配置してなるロータを設け、該ロータの中心側を吸入室、外側を吐出室とするとともに吸入室に封液供給ノズルを配置してなる液封回転ポンプにおいて、封液供給ノズルを回転駆動させることを特徴とする。また、本発明の液封回転ポンプは、封液供給ノズルを複数配置してなることを特徴とする。また、本発明の液封回転ポンプは、細管を回転方向Ｒと逆方向のら旋状に形成することを特徴とする。また、本発明の液封回転ポンプは、金属或いは合成樹脂からなる細管を断面ハニカム形状に形成することを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入口及び吐出口を備えた円筒状ケーシング内に、複数の細管を放射状に配置してなるロータを設け、該ロータの中心側を吸入室、外側を吐出室とするとともに吸入室に封液供給ノズルを配置してなる液封回転ポンプにおいて、封液供給ノズルを回転駆動させることを特徴とする液封回転ポンプ。
【請求項２】
ロータの駆動軸と封液供給ノズルの駆動軸とを動力伝達機構を介して連結させることを特徴とする請求項１の記載の液封回転ポンプ。
【請求項３】
封液供給ノズルの駆動軸を、ロータの駆動力とは独立し、外部の電気モータ等の出力軸と連結させることを特徴とする請求項１の記載の液封回転ポンプ。
【請求項４】
封液供給ノズルを複数配置してなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の液封回転ポンプ。
【請求項５】
細管を回転方向Ｒと逆方向のら旋状に形成することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の液封回転ポンプ。
【請求項６】
金属或いは合成樹脂からなる細管を断面ハニカム形状に形成することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の液封回転ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空ポンプ又は圧縮機として使用される液封回転ポンプに関するものであり、更に詳細には摩擦損失を小さくすることができる液封回転ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、回転する管に、その回転中心の方向から断続的に液体を注入し、遠心力によってこの液体が外側に向かって半径方向に移動する作用を利用し、気体等を移送、加圧するようにしたポンプが知られている（以下「従来技術１」という。特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
実公昭４８−１９１２６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術１においては、封液を供給するノズルが固定されているため、ロータの回転数および吸入圧力および吐出圧力が変化したときに、性能低下を招いたり、機能が損なわれたりすることがある。例えば、運転状態の変化によって、図７に示すように封液が過剰に供給されロータを形成する細管（上記特許文献１においては直線状に形成された配管が細管に相当する。）に占める封液の体積割合が高くなり、ポンプの風量が低下する。逆に封液供給が不足した時には、ロータを形成する細管内で液体が存在する位置において、横断面全体に液体が分布することが実現されず、シール機能を失い、ポンプとしての働きをなさなくなる。例えばロータを高速で回転させるときには、ロータと封液の相対速度が大きくなり、細管内に十分な封液が供給される前にノズルと細管が離れてしまい、図８に示すように細管断面で一様に封液が分布することなく、偏った分布状態となる。
【０００５】
本発明は、幅広く変動する吸入・吐出圧力条件及びローターの回転条件において、効率よく気体を吸入圧送できる液封回転ポンプを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、ロータの回転数や、吸入および吐出圧力等の運転条件に応じた最適な量の封液を供給可能とするために、封液供給ノズルも回転可能な構造とし、ノズル駆動軸に動力を伝え、運転条件に最適な相対速度がロータとノズルの間で生じるようすることを特徴とする。圧縮機の容積あたりの吸込み量を大きくするためにロータを高速で回転させるときにも、封液供給ノズルを回転させることにより、ロータを構成する各細管が封液供給ノズルに接近し、再び離れるまでの時間が長くなり、十分な量の封液を各細管に供給することが可能になる。この封液供給ノズルの回転により、細管の断面全体に分布し、吐出側、吸入側の間の気体を隔てることが可能となる。また、ロータを高速回転させるときには、ロータを形成する細管の長さを十分に長くすることによるか、或いは封液供給ノズルを複数個取り付けることにより、細管の吸入端および吐出端の間で少なくともひとつ以上の封液を分布させることが可能となる。
【０００７】
本発明の液封回転ポンプは、吸入口及び吐出口を備えた円筒状ケーシング内に、複数の細管を放射状に配置してなるロータを設け、該ロータの中心側を吸入室、外側を吐出室とするとともに吸入室に封液供給ノズルを配置してなる液封回転ポンプにおいて、封液供給ノズルを回転駆動させることを特徴とする。
また、本発明の液封回転ポンプは、ロータの駆動軸と封液供給ノズルの駆動軸とを動力伝達機構を介して連結させることを特徴とする。
また、本発明の液封回転ポンプは、封液供給ノズルの駆動軸を、ロータの駆動力とは独立し、外部の電気モータ等の出力軸と連結させることを特徴とする。
また、本発明の液封回転ポンプは、封液供給ノズルを複数配置してなることを特徴とする。
また、本発明の液封回転ポンプは、細管を回転方向Ｒと逆方向のら旋状に形成することを特徴とする。
また、本発明の液封回転ポンプは、金属或いは合成樹脂からなる細管を断面ハニカム形状に形成することを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態を図面を参照しながら説明する。
〔実施の形態１〕
図１、図２及び図３は、本発明の実施の形態１に係る液封圧縮機の一例の概略を示したもので、図１は正面断面図、図２は平面断面図であり、図３は図１中の封液供給ノズルの部分を詳細に表したものである。
図示しない固定部材に固定された円筒状ケーシング１は、吸入口２と吐出口３とを備えている。円筒状ケーシング１内にはロータ４が回転自在に設けられている。ロータ４は、中心側に吸入口２に連通した円筒状の吸込室５を形成するように断面ドーナツ型を有し、上下方向に所定の厚みを有しており、また、その外周側に吐出口３に連通した吐出室６を形成するように円筒状ケーシング１の内径より小さい外径を有している。
【０００９】
また、ロータ４は、吸込室５から吐出室６へ通じる多数の細管７を備えている。各細管７は、それぞれ圧縮室を構成するものであり、吸込室５側から吐出室６側に向けて放射状、あるいは、図２に示すように回転方向Ｒと逆方向のうず状に形成するのが望ましい。
吸込室５と吐出室６とは、シール装置でシールされており、ロータ４の下方側は例えばロータ４に設けたシール部材９と、このシール部材９に対応する円筒状ケーシング１内面の摺接部材１０とからなるシール装置８で密封され、また、ロータ４の上方側は、傘状の後述する動力伝達兼シ−ル部材１３で密封されている。
【００１０】
また、ロータ４は、駆動軸１２と動力伝達兼シ−ル部材１３を介して一体的に連結され、支持されるとともに回転力も伝達され回転される。なお、駆動軸１２は、図示しないモータ等の動力で回転されるものである。
駆動軸１２は、その上方において円筒状ケーシング１に設けられた軸受装置５０で支持されるとともに、その下方において駆動軸１２に設けられた軸受装置５１、円筒状ケーシング１に設けられた軸受装置５２及び両軸受装置５１、５２を連結する支持梁３０にて回転自在に支持されている。
【００１１】
吸込室５には、圧縮室内においてピストンの役割をするところの封液、例えば水をロータ４内面に位置する細管７の入り口に向けて噴霧する封液供給ノズル１１が設けられる。この封液供給ノズル１１は、図３に示すように、ロータ４内面に向けて開口する縦長状のノズル孔１４を有し、このノズル孔１４に連通して封液溜１５が設けられるとともにその基部においてノズル駆動軸１６で支持されている。ノズル駆動軸１６は、円筒状ケーシング１に設けられた軸受装置５３で回転自在に支持されるとともに図示しないモータ等の動力で駆動される。また、封液供給ノズル１１は１本に限らず、複数設けても良い。
【００１２】
封液供給ノズル１１の封液溜１５に封液を供給するため、封液溜１５の入口部１７に対向して外側全周にわたって封液供給溜１８を設け、この封液供給溜１８に封液供給管１９から封液を供給する。固定側である封液供給溜１８から回転側である封液溜１５の開口部１７に封液を漏れなく供給するため、封液供給溜１８にシール機能を備えた開口部２９が設けられている。
封液供給管１９の下端はタンク機能を兼ねた熱交換器２４に接続され、ポンプ２５により封液を加圧して封液供給ノズル１１に封液を供給する。
【００１３】
一方、上記吸込室５には、封液供給ノズル１１から供給された封液のうち細管７に入らなかった封液を再利用するための封液戻し口２０を設ける。封液戻し口２０は、戻し管２１から逆止弁２２を介してタンク機能を兼ねた熱交換器２４に接続されている。
さらに、吐出室６には、細管７から吐出された封液を回収するため，封液回収口２６を設ける。封液回収口２６は、回収管２７から減圧弁２８を介してタンク機能を兼ねた熱交換器２４に接続される。
封液としては、水、油類、さらに高密度の流体が求められる条件では磁性流体等が適している。
【００１４】
図４は、ロータ４に設けられる細管７の一例を示すものであり、細管７は金属製或いは合成樹脂製からなり、断面がハニカム形状に形成されている。断面ハニカム状に形成するには、上側部材３５と下側部材３６とを予めプレス或いは射出成形等で形成しておき、これらを溶接、ろう付け或いは接着にて形成する。また、細管７の上側部材３５及び下側部材３６を紙等の繊維材料から形成し、これらを接着或いは縫い合わせた後、樹脂等を含浸させて製作しても良い。
さらに、他の例としては、断面が円、四角形、六角形等の管状部品を図５に示すような形状に曲げ加工し、これらを溶接、ろう付け或いは接着にて形成する。また、管状部品として、可撓性の合成樹脂製パイプを採用し、この合成樹脂製パイプを図５に示すようにうず状に曲げ、多数の細管７を接着等により集合体として形成すれば、安価なロータを得ることができる。
なお、吸込室５に面する内面において細管７同士の間で隙間が形成される場合は、公知の目地材等を充填してシールする。
【００１５】
上記のように構成された液封圧縮機において、駆動軸１２及びノズル駆動軸１６をモータで駆動するとともに、ポンプ２５を駆動すると、ロータ４が回転されると同時に封液供給ノズル１１からロータ４の細管７入り口に向けて封液が噴霧される。その際、ロータ４と封液供給ノズル１１との間に相対的速度差があるため、封液は、個々の細管７に対して断続的に供給されることになる。このため、細管７内の封液の前後には気体空間が生成され、この気体空間が圧縮および吸入空間となる。ロータ４の細管７内に入った封液は遠心力により吸込室５側から吐出室６側に移動する。移動の際、封液はピストンと同様の作用をするため、封液の前後に閉じこめられた気体は封液とともに吐出室６に吐出される。
【００１６】
液封圧縮機の容量制御は、吸入側或いは吐出側に制御弁を設けるか、吐出側から吸入側に戻すバイパス通路を設けるか、ロータ４の回転数を制御する等公知の容量制御手法で行うことの他、封液の供給量をポンプで制御して行うことが可能である。
【００１７】
ロータの細管７内に、最適な量の封液が最適な状態で供給されるようにするために、ロータ４の回転数に応じてノズル駆動軸１６の回転数を制御し、ポンプの効率を最高の状態に保つように運転を行う。
【００１８】
〔実施の形態２〕
図６は、ロータの駆動軸１２の回転力を流体継手を介してノズル駆動軸１６に伝達する他の実施の形態を示したものである。
ノズル駆動軸１６を中空状に形成し、中空状のノズル駆動軸１６内部にロータの駆動軸１２を延出させ、駆動軸１２下端にポンプ羽根車３１を設ける。このポンプ羽根車３１と対向してノズル駆動軸１６内面に軸方向に滑動可能な基台３２を設け、該基台３２上面にタービン羽根車３３を設ける。基台３２は、調節ネジ３４により軸方向の位置が調節される。このように構成することにより、ポンプ羽根車３１とタービン羽根車３３との間隔を調整し、タービン羽根車３３の回転数、すなわち、ノズル駆動軸１６の回転数を調節することが可能となっている。
【００１９】
ロータの駆動軸１２の回転力をノズル駆動軸１６に伝達する手段としては、上記のほかに、歯車、特に遊星歯車を使用する手段、及び遊星歯車と流体継手を併用したものでも良い。
【００２０】
〔実施の形態３〕
ロータの駆動軸１２の回転力をノズル駆動軸１６に伝達するため、ロータの駆動軸１２に電気モータの回転子を取り付け、電気モータの固定子も回転可能な構造とし、この固定子にノズル駆動軸１６を連結し、ロータとノズルの間で相対速度が生じるようにした構成する。モータ固定子への電力はスリップリングを介して供給する。
【００２１】
【発明の効果】
本発明は以下の効果を奏する。
（１）先行技術のポンプでは、運転条件が変化した際、封液を最適量そして最適な状態でロータ内の細管に供給することは困難であったが、本発明により、運転条件が変化した際においても、封液を最適量そして最適な状態でロータ内の細管に供給することが可能になり、広範な運転条件において、効率の高い運転を可能とする。また、少ない設計機種数で広い範囲の需要や用途に対応することが可能になる
（２）ロータを金属或いは合成樹脂からなる細管で構成することにより、安価なポンプ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る液封回転ポンプの概略を示す縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１の装置のうち、封液供給ノズルを中心に示した図である。
【図４】ロータに設けられる細管の一例を示すもので、細管の断面図である。
【図５】ロータに設けられる細管の他の例を示すもので、細管の平面図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る液封回転ポンプのノズル回転装置の概略を示す縦断面図である。
【図７】ロータを形成する細管に封液が過剰に供給され封液の占める体積割合が高い状態を説明する図である。
【図８】封液供給が不足した時に、ロータを形成する細管内で封液が存在する位置において、偏った分布状態を説明する図である。
【符号の説明】
１  円筒状ケーシング
２  吸入口
３  吐出口
４  ロータ
５  吸入室
６  吐出室
７  細管
８  シール装置
９  シール部材
１０  摺接部材
１１  封液供給ノズル
１２  ロータの駆動軸
１３  動力伝達兼シ−ル部材
１４  ノズル孔
１５  封液溜
１６  ノズル駆動軸
１７  入口部
１８  封液供給溜
１９  封液供給管
２０  封液戻し口
２１  戻し管
２２  逆止弁
２４  タンク機能を兼ねた熱交換器
２５  ポンプ
２６  封液回収口
２７  回収管
２８  減圧弁
２９    開口部
３０  支持梁
３１  ポンプ羽根車
３２  基台
３３  タービン羽根車
３４  調節ネジ
３５  細管の上側部材
３６  細管の下側部材
４１、４２、４３  シール装置
５０、５１、５２、５３、５４  軸受装置
【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】
2004308573.tif 000008
【図７】
2004308573.tif 000009
【図８】
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