(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を外周側に吐出する羽根車と、該羽根車の外周を囲んで、吐出された流体を周方向に送り出すボリュート状の排出流路が形成されたポンプケーシングと、を備えた液体ポンプであって、
前記排出流路は、ボリュートの捲き終わり部から所定の範囲において、流路の断面積が上流側から下流側に向かって小さくなる部位を有するように形成されていることを特徴とする液体ポンプ。
【請求項２】
請求項１において、
排出流路の断面積が小さくなり始める点は、ボリュートの捲き終わり部から捲き始め側に向かって周方向に３０度から１２０度の範囲内に設定されていることを特徴とする液体ポンプ。
【請求項３】
請求項１または２のいずれか一つにおいて、
羽根車は、回転軸方向の一端側に吸込口が形成されるとともに、他端側の側方には吐出口が形成されていて、内部には前記吸込口と吐出口とを連通する螺旋状流路が形成された略円筒状のものであり、
前記羽根車の外周面上には、前記吸込口と吐出口との間で略全周に亘って外方に突出するフランジ部が設けられるとともに、該フランジ部よりも吐出口側の外周面の一部を窪ませて、該吐出口と連通し且つ周方向に延びるように半径流形の羽根部が形成されていることを特徴とする液体ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体ポンプに関し、特に、異物等の通過性を向上させた高通過性ポンプの技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、液体を吐出させるポンプとして、種々のものが知られている。例えば、特許文献１に示すように、内部に螺旋状の流路が形成された羽根車を備えたものや、スクリュータイプの羽根車を備えたものなどがある。そして、このようなポンプの場合、一般的に、羽根車を囲むようにボリュート状のポンプケーシングが設けられていて、このポンプケーシング内に形成された排出流路によって羽根車から吐出された液体を効率良くポンプ外へ排出するようになっている。
【０００３】
より詳しくは、前記ポンプケーシングは、該ケーシング内の排出流路が出口側に向かって徐々に断面積の大きくなる渦巻き状に形成されているとともに、ボリュートの捲き終わり付近には前記ケーシング内に突出する突出部が設けられていて、この突出部によってボリュートの捲き終わり部分と捲き始め部分とが仕切られて、羽根車から吐出された液体がケーシング内を再循環しないようになっている。
【０００４】
しかしながら、このようなポンプケーシングを備えるポンプでは、夾雑物等の異物が混入した汚水等を吐出させる場合、特に低流量域において、該異物が羽根車内やポンプケーシング内で詰まり、流路を閉塞するという問題があった。特にポンプケーシングでは、前記突出部において、ボリュートの捲き終わり側と捲き始め側との間に液体の圧力差が生じると、この圧力差によって異物はボリュートの捲き始め側に移動しようとするため、その途中にある突出部に異物が詰まりやすくなる。
【０００５】
このようなポンプケーシング内での異物の詰まりを解消するためには、ボリュートの捲き終わり側での液体の圧力上昇を抑えて、捲き始め側への液体の再循環流量を減少させることが有効であり、そのためにボリュートの捲き始め部から排出流路の断面積を略一定（例えば特許文献２、３参照）にすることが考えられる。
【特許文献１】特公昭２８−５８４０号公報
【特許文献２】特公昭３１−１２９２号公報
【特許文献３】特公平７−２６６３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上述のとおり、ポンプケーシング内の排出流路の断面積を捲き始め部から一定にすると、異物の通過性は改善されるが、羽根車によって液体に与えられたエネルギをポンプケーシングによって有効に吐出圧に変換することができなくなり、ポンプ効率が極端に悪化するという問題があった。
【０００７】
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、液体ポンプのポンプケーシング内に形成される排出流路の構造に工夫を凝らして、ポンプ効率を極端に悪化させることなく、異物による閉塞が生じ難くなるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明の解決手段では、ポンプケーシングと羽根車の外周との間に形成される排出流路の断面積が、ボリュートの捲き終わり部から所定の範囲のみで上流側から下流側に向かって小さくなるようにした。
【０００９】
具体的には、請求項１の発明では、液体を外周側に吐出する羽根車と、該羽根車の外周を囲んで、吐出された流体を周方向に送り出すボリュート状の排出流路が形成されたポンプケーシングと、を備えた液体ポンプを前提とする。そして、前記排出流路は、ボリュートの捲き終わり部から所定の範囲において、流路の断面積が上流側から下流側に向かって小さくなる部位を有するように形成されているものとする。
【００１０】
この構成により、ボリュートの捲き終わり部から所定範囲において、羽根車とポンプケーシングとの間に形成される排出流路の断面積は上流側よりも小さくなるので、該ボリュートの捲き終わり位置での液体の速度が、従来の一般的なポンプケーシングの場合に比べて速くなり、液体の圧力上昇が抑えられる。これにより、ポンプケーシングの突出部によって仕切られた捲き終わり側と捲き始め側との液体の圧力差を小さくして、該突出部での異物の詰まりを減少させることができる。
【００１１】
しかも、ボリュートの捲き終わり部から所定範囲の排出流路の断面積だけを上流側よりも小さくしたため、ボリュートの捲き始め部から排出流路の流路断面積を一定にした場合に比べて、吐出圧を高めることができ、ポンプ効率をあまり低下させることがない。
【００１２】
つまり、本願発明の液体ポンプによれば、ポンプ効率を極端に悪化させることなく、ポンプケーシング内の異物の通過性を向上することができる。
【００１３】
上述の構成において、排出流路の断面積が小さくなり始める点は、ボリュートの捲き終わり部から捲き始め側に向かって周方向に３０度から１２０度の範囲内に設定されているのが好ましい（請求項２の発明）。
【００１４】
ここで、ポンプ内の閉塞はポンプケーシング内だけでなく、羽根車内でも生じる可能性があるため、上述のようなポンプケーシングの構造において、羽根車は、回転軸方向の一端側に吸込口が形成されるとともに、他端側の側方には吐出口が形成されていて、内部には前記吸込口と吐出口とを連通する螺旋状流路が形成された略円筒状のものであり、前記羽根車の外周面上には、前記吸込口と吐出口との間で略全周に亘って外方に突出するフランジ部が設けられるとともに、該フランジ部よりも吐出口側の外周面の一部を窪ませて、該吐出口と連通し且つ周方向に延びるように半径流形の羽根部が形成されているのがより好ましい（請求項３の発明）。
【００１５】
こうすれば、羽根車は、吸込口側と吐出口側とがフランジ部によって仕切られたいわゆるクローズ型の羽根車であり、且つ該吸込口と吐出口とは螺旋状流路で連通されるため、異物等は螺旋状流路に沿って円滑に流れ、羽根車内で閉塞を生じ難くすることができる。しかも、前記螺旋状流路と羽根車の外周面上に形成された半径流形の羽根部とにより、吸込口から吸い込まれた汚水が搬送されるため、吐出圧力が高くなり、ポンプ効率を向上することができる。
【００１６】
つまり、ボリュート捲き終わり部から所定範囲で排出流路の断面積が小さくなるポンプケーシングと、ポンプ効率を向上することができ、且つ内部で閉塞を生じ難い上述のような羽根車と、を組み合わせることによって、より通過性が良くポンプ効率の高い液体ポンプを実現することができる。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１及び２の発明に係る液体ポンプによれば、ポンプケーシングのボリュート捲き終わり部から所定範囲内に、排出流路の断面積が上流側から下流側に向かって小さくなる部位を設けたので、該ポンプケーシング内で異物が詰まり難くなるとともに、ボリュート捲き始め部から排出流路の断面積を一定にする場合に比べて、ポンプ効率を極端に悪化させることがない。
【００１８】
請求項３の発明によれば、羽根車も内部で閉塞し難く、ポンプ効率の良い構造としたため、より効率が良く且つ閉塞し難い液体ポンプを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２０】
（汚水処理用ポンプの全体構成）
図１に示すように、実施形態に係る汚水処理用ポンプ１０（液体ポンプ）は、ターボ式の水中ポンプであり、このポンプ１０は、羽根車１１と、該羽根車１１を覆うポンプケーシング１２と、該羽根車１１を回転させる密閉型の水中モータ１３とを備えている。
【００２１】
前記水中モータ１３は、ステータ１４及びロータ１５からなるモータ１６と、該モータ１６を覆うモータケーシング１７とを備えている。該ロータ１５の略中心には上下方向に延びる駆動軸１８が配設されていて、該駆動軸１８は、軸受１９，２０によって回転自在に支持されている。そして、前記駆動軸１８の下端部は、羽根車１１に連結されていて、これにより、前記水中モータ１３の回転が該羽根車１１に伝達されるようになっている。
【００２２】
前記ポンプケーシング１２は、詳しくは後述するように、羽根車１１を覆うとともに、該羽根車１１から吐出される汚水（液体）をポンプ外へ排出する流路５０（排出流路）を形成するもので、その内部には、断面視で半円状に湾曲した側壁１２ａによって外周側を囲まれたポンプ室２６が形成されていて、このポンプ室２６内には後述する羽根車１１の吐出部２８（図２参照）が収容されている。そして、図１、図１２及び図１３に示すように、該羽根車１１がポンプケーシング１２内に配置された状態で、前記ポンプ室２６の一部が、前記流路５０を構成している。
【００２３】
また、前記ポンプケーシング１２の下部には、図１に示すように、下方に突出した吸込部２１が形成されていて、この吸込部２１には、下方に向かって開口した吸込口２２が形成されている。この吸込口２２は、後述する羽根車１１の吸込口２９に連通している。一方、前記ポンプケーシング１２の側部には、側方に突出した吐出部２３が形成されていて、この吐出部２３には、側方に向かって開口した吐出口２４が形成されている。この吐出口２４は前記流路５０の出口になっていて、前記羽根車１１から吐出された汚水は該吐出口２４からポンプ外へ排出されることになる。
【００２４】
（羽根車）
前記羽根車１１には、図２に示すように、軸方向の下側から上側に向かって順に、吸込部２７と吐出部２８とが設けられている。これらの吸込部２７及び吐出部２８は、いずれも略円筒形状に形成されていて、該吐出部２８は吸込部２７よりも大径に構成されている。そして、該吐出部２８と吸込部２７との間には、全周に亘ってフランジ部４０が形成されていて、図１に示すように、該羽根車１１の吐出部２８と吸込部２７とを上下に仕切るようになっている。すなわち、この羽根車１１は、吸込部２７と吐出部２８とがフランジ部４０で仕切られたクローズタイプの羽根車である。
【００２５】
前記吸込部２７の下端には、図２及び図３に示すように、下方に向かって開口した吸込口２９が設けられている一方、前記吐出部２８の上側には、上端壁３０が形成されている。そして、その上端壁３０の中心部には、前記駆動軸１８の先端を挿入するための挿入穴３２が形成されており、この挿入穴３２の周囲には前記駆動軸１８を取り付けるための取付部３１が形成されている。
【００２６】
前記上端壁３０の上面の一部（ここでは、上端壁３０の半分で、羽根車１１の重量が大きい側）には、図２に示すように、下方に窪んだ窪み３３が形成されていて、これにより、前記羽根車１１の全体の重量バランスを均一化し、回転の安定性を高めるようになっている。ただし、前記上端壁３０の窪み３３の大きさや形状は、何ら限定されるものではない。また、窪み３３は必ずしも必要ではなく、該上端壁３０の形状は特に限定されるものではない。例えば前記上端壁３０の上面は面一であってもよい。
【００２７】
一方、前記羽根車１１の吐出部２８には、図６、図９及び図１１に示すように、側方に向かって開口する吐出口３４が形成されていて、羽根車１１の内部には、図８〜図１１に示すように、前記吸込部２７の吸込口２９から前記吐出口３４に至る螺旋状の１次流路３５（螺旋状流路）が区画形成されている。すなわち、前記吐出口３４は、図１１に示すように、前記螺旋状の１次流路３５の延長方向に向かって開口するように形成されている。なお、本明細書では、この１次流路３５を区画している区画壁を１次羽根３６と称する。
【００２８】
また、前記吐出部２８の外周面上の一部には、図３及び図５〜図１１に示すように、その外周面に沿って延びるように内側に窪んだ２次流路３７が形成されていて、この２次流路３７は、前記吐出口３４で前記羽根車１１内に形成された前記１次流路３５の下流側と連続するようになっている。そして、前記２次流路３７は羽根車１１の半周以上の長さにわたって吐出部２８を周回し、図１１に示すように、２次流路３７の下流端は、吐出口３４の近傍にまで延びるように形成されている。この２次流路３７の長さは、半周以上且つ１周未満が好ましいが、特に限定されるものではない。
【００２９】
すなわち、前記２次流路３７は、非螺旋状の流路であり、その流路中心は羽根車の軸線と直交する直交面上に位置している。この２次流路３７を区画している区画壁を２次羽根３８（羽根部）と称すると、該２次羽根３８はいわゆる半径流形の羽根であり、この２次羽根３８によって汚水は外周側（径方向外側）に吐出されることになる。
【００３０】
さらに、図１１に示すように、２次羽根３８の羽根出口角θ２は、１次羽根３６の羽根出口角θ１よりも小さく設定されている。ここで、羽根出口角とは、羽根の出口側の先端と円周接線とのなす角で定義される。そして、前記羽根車１１では、１次羽根３６の出口側の先端（下流端）３６Ａが、２次羽根３８の上流端と連続していて、１次羽根の出口端と２次羽根の入口端との境界部分が曲線で連続的に、すなわち１次羽根と２次羽根とが滑らかにつながるように形成されている。
【００３１】
なお、通常、羽根の設計の際には、羽根の曲線を表す所定の関数を用いることが多い。本実施形態では、１次羽根３６と２次羽根３８とが、異なる関数によって設計されている。
【００３２】
以上のようなポンプ１０の構成により、汚水は以下のように羽根車１１の吸込口２９から吸い込まれてポンプ外へ排出されることになる。まず、水中ポンプ１３によって羽根車１１が回転し、この回転によって該羽根車１１の１次羽根３６が下側の吸込口２９から汚水を上方へ吸い込む。そして、吸い込まれた汚水は該羽根車１１内の螺旋状の１次流路３５を通過して、吐出口３４及び２次羽根３８によって外周側に吐出される。その際、前記羽根車１１は所定回転数で回転しているため、該羽根車１１の全周から汚水が吐出されることになる。吐出された汚水は、該羽根車１１を覆うように配設された前記ポンプケーシング１２によって受け止められて、該ポンプケーシング１２内の流路５０を介して吐出口２４まで流れ、該吐出口２４からポンプ外へ排出される。
【００３３】
このように、羽根車１１の吸込口２９から吸い込んだ汚水を１次羽根３６及び２次羽根３８の両方で搬送することにより、吐出圧力を高めることができ、ポンプ効率を向上させることができる。また、吸込口２９から吐出口３４に至る１次流路３５は滑らかな螺旋状に形成されているので、流路内のよどみ域は少なく、汚水は１次流路３５内を円滑に流れる。そのため、汚水に含まれる夾雑物等の異物は、羽根車１１の内部で詰まりにくい。したがって、異物の通過性を良好に保つことができ、通過性向上と効率向上との両立を図ることができる。
【００３４】
（ポンプケーシング）
次に、本願発明の特徴部分であるポンプケーシング１２の構造について以下で詳細に説明する。なお、図１２は、ボリュートの捲き終わり部５２から所定範囲において、ポンプケーシング１２内の流路５０の断面積が小さくなり始める様子を示したポンプケーシング１２の断面図（図１のXII−XII線断面図）である。
【００３５】
前記ポンプケーシング１２は、図１２に示すように、羽根車１１を囲むように形成されたもので、該ポンプケーシング１２の側壁１２ａと該羽根車１１との間隔がボリュートの捲き始め部５１側よりも捲き終わり部５２側の方が大きくなるように形成されている。そして、その側壁１２ａと羽根車１１の外周との間に形成された環状の空間（前記ポンプ室２６の一部）が、該羽根車１１の外周側に吐出された汚水をポンプケーシング１２の吐出口２４からポンプ外へ排出するための流路５０を構成している。すなわち、流路５０は、羽根車１１を中心としてボリュートと呼ばれる渦巻き状に形成されている。
【００３６】
このようなポンプケーシング１２の構成により、上述のとおり、前記羽根車１１から吐出された汚水が該ポンプケーシング１２の側壁１２ａによって受け止められて、前記流路５０を介して該ポンプケーシング１２の吐出口２４まで流れることとなる。
【００３７】
また、前記ポンプケーシング１２のボリュートの捲き終わり部５２（ポンプケーシング１２の吐出口２４側）付近には、舌部と呼ばれる突出部１２ｂが形成されている。この突出部１２ｂは、ボリュートの捲き終わり部５２側と捲き始め部５１側とを区別するように設けられていて、これにより、羽根車１１から吐出された汚水が、ボリュートの捲き終わり部５２側から捲き始め部５１側に流れる量（前記羽根車１１の周囲を再循環する再循環流量）を低減することができるようになっている。
【００３８】
ここで、ボリュートの捲き終わりとは、ポンプケーシング１２内の流路５０の方向が円周方向から径方向に変化する位置であり、捲き始めとは、前記突出部１２ｂを挟んで前記捲き終わり位置とは反対側の位置である。すなわち、ボリュートの捲き始め位置は、通常、ポンプケーシング１２と羽根車１１の外周との間隔、すなわち前記流路５０の幅が最小になっている部分である。
【００３９】
前記ポンプケーシング１２は、ボリュートの捲き終わり部５２から所定範囲において、流路５０の幅が上流側から下流側に向かって徐々に小さくなるように形成されている。すなわち、前記流路５０の断面積は、上述の範囲において、上流側から下流側に向かって徐々に小さくなっている。
【００４０】
こうすることで、前記流路５０がボリュート捲き始め部５１側から捲き終わり部５２側に向かって徐々に大きくなっていく従来構造のもの（図中に示す点線部分）に比べて、ボリュートの捲き終わり部５２付近での汚水の流れを速くすることができ、該流路５０内を流れる汚水をよりスムーズに吐出口２４側へ流すことができるとともに、ボリュートの捲き終わり部５２付近での汚水の圧力上昇を抑えて、捲き始め部５１との圧力差を小さくすることができる。
【００４１】
したがって、捲き終わり部５２側から捲き始め部５１側への汚水の再循環流量を低減することができ、ポンプ内を流れる異物が前記突出部１２ｂに詰まり難くなる。特に、汚水の流速が小さく、ボリュートの捲き終わり部５２と捲き始め部５１での圧力差が大きいため、異物の詰まり易い低流量域において、大幅に通過性を向上することができる。
【００４２】
しかも、前記ポンプケーシング１２のボリュートの捲き終わり部５２から所定範囲の流路５０の断面積だけを上流側よりも小さくすることで、ボリュートの捲き始め部５１から流路５０の断面積を一定にする場合に比べて、或る程度、吐出圧を高めることができ、ポンプ効率を極端に悪化させることはない。
【００４３】
特に、前記流路５０の断面積が小さくなり始める点を、ボリュートの捲き終わり部５２から捲き始め部５１側に向かって周方向に３０度〜１２０度の範囲（図１２に示す範囲α）内に設定した場合には、より効果的である。
【００４４】
また、上述のような通過性及び効率の良い羽根車１１と組み合わせることにより、ポンプ効率を悪化させることなく、該羽根車１１内での異物の通過性向上及び効率向上の両立を図ることができる。
【００４５】
（他の実施形態）
尚、前記実施形態では、ポンプケーシング１２内の流路５０の断面積が、上流側から下流側に向かって徐々に小さくなるようにしているが、これに限らず、一旦、該流路５０の断面積が小さくなった後に、途中で該流路５０の断面積が一定になるようにしてもよい。
【００４６】
さらに、前記実施形態では、螺旋状の流路３５を区画形成する１次羽根３６と外周面上に形成された２次羽根３８とからなる羽根車１１を用いるようにしているが、この限りではなく、どのようなタイプの羽根車を用いてもよい。
【００４７】
さらにまた、前記実施形態では、羽根車１１は吸込口２９が鉛直下向きに開口するような姿勢に設置されていたが、羽根車１１の設置姿勢は何ら限定されない。例えば、吸込口２９が横方向を向くように、羽根車１１を横置き設置することも勿論可能である。前述の説明における上下方向は、説明の便宜上の方向であり、実際の設置方向を限定するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
以上説明したように、本発明は、液体を搬送する液体ポンプにおいて、特に、夾雑物等を含んだ汚水を搬送する場合に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】汚水処理用ポンプの断面図である。
【図２】羽根車を上方から見た斜視図である。
【図３】羽根車を下方から見た斜視図である。
【図４】羽根車の平面図である。
【図５】図４のＤ１方向矢視図である。
【図６】図４のＤ２方向矢視図である。
【図７】図４のＤ３方向矢視図である。
【図８】図５のVIII−VIII線断面図である。
【図９】図６のIX−IX線断面図である。
【図１０】図７のX−X線断面図である。
【図１１】図５のXI−XI線断面図である。
【図１２】図１のXII−XII線断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０  汚水処理用ポンプ（液体ポンプ）
１１  羽根車
１２  ポンプケーシング
１２ａ  側壁
１２ｂ  突出部
２９  吸込口
３４  吐出口
３５  １次流路（螺旋状流路）
３６  １次羽根
３７  ２次流路
３８  ２次羽根（羽根部）
４０  フランジ部
５０  流路（排出流路）
５１  捲き始め部
５２  捲き終わり部
【図１】
0004731122.tif 000002
【図２】
0004731122.tif 000003
【図３】
0004731122.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004731122.tif 000008
【図８】
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【図９】
0004731122.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
0004731122.tif 000012
【図１２】
0004731122.tif 000013