(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ状の内室を有するとともに中心軸に対し略対称の位置に前記内室を径方向外方に開く液体出入用の一対の開口を有するアウターケーシングと、
中空ロータ状で、前記アウターケーシングの内周面に略周面接触する外周面を有するとともに、内部が仕切壁により軸方向の一側と他側とに二分されて、該一側に中心軸の周りを同心的に取り囲むガイド壁によって中心軸側に画定された吸引室が形成され、他側に渦室が形成され、それら吸引室と渦室とが前記仕切壁中央の流通口により相互に連通され、中心軸に対し略対称の位置に前記吸引室を径方向外方に開口させる吸引用の開口および前記渦室を径方向外方に開口させる吐出用の開口が設けられ、前記アウターケーシングの内室に回動可能に嵌挿されたインナーケーシングと、
前記インナーケーシングの前記渦室中央に配置されたインペラと、
前記インナーケーシングの中心軸に対し同軸に配置され前記インペラに連結されたインペラ駆動用のシャフトと、
前記シャフトを駆動装置に連結する連結装置と、
前記インナーケーシングの回動位置を操作する回動操作装置とからなり、
前記インナーケーシングを回動させることにより該インナーケーシングの前記吸引用および吐出用の各開口と前記アウターケーシングの一対の開口との連通関係を可逆的に変更可能な可逆式ポンプであって、
前記インナーケーシングの、前記吸引用および吐出用の各開口を挟んで反対側でそれら開口から周方向に離れた二つの外周位置に、該インナーケーシングの所定回動位置において前記アウターケーシングの前記各開口と重なりそれら開口の周縁を越える大きさの一対のくぼみが設けられるとともに、それら各くぼみの底部を貫通して該インナーケーシングの内部の前記仕切壁の一側で前記ガイド壁の外側の空間を通じて相互に連通する一対の連通穴が設けられ、
前記インナーケーシング外周の各くぼみに、弾性シール材と剛性板材との積層構造からなり、該インナーケーシングの所定回動位置において前記アウターケーシングの開口を塞ぐシール部材が、前記剛性板材を内側にしてフリー状態で装填されていることを特徴とする可逆式ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば船舶のヒーリングポンプあるいは逆洗浄ポンプ，バラストポンプとして好適な液体用回転ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
片積み等による船の傾きを防ぐため右舷および左舷に配置したヒーリングタンクの間で水を移動させるヒーリングポンプとして、また、船の安定を保つためのバラスト水を注排水するバラストポンプとして、例えば羽根車の回転による遠心力を利用して液体を汲み揚げる渦巻ポンプが従来から使用されている。
【０００３】
渦巻ポンプは、一般に、ケーシングと、シャフトおよび羽根車とで構成されている。そして、ケーシングには吸引口および吐出口が設けられ、また、竪型ポンプの場合、ケーシングの内部には下側に吸引室が、また、上側に渦室が形成され、シャフトは渦室中央に垂直に配置されて、下端が羽根車に螺着され、また、シャフトの上端は継手を介して駆動装置（モータ）に連結される。
【０００４】
この渦巻ポンプを、例えばヒーリングポンプとして、コンテナ船やフェリーボートの右舷および左舷のヒーリングタンクの間に設置し、ポンプ吸引口および吐出口と各タンクとの間を配管で接続する。また、渦巻ポンプ自体は、吸引方向および吐出方向が固定されているため、水の流れ方向を変えるために配管系に複数のバルブを配置し、船が傾くと、その都度、バルブの開閉を操作して水の移動方向を変え、ヒーリングポンプを駆動してタンク間で水を移動させるようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ポンプの吸引方向および吐出方向が一定であることは、水を一方向にのみ移動させる目的で使用するポンプの場合には問題とならないが、ヒーリングポンプやバラストポンプとしてこれを用いる場合は、ポンプ自体は水を一方向しか流せないので、水の移動方向を変えるための複雑な配管と多数のバルブが必要となり、しかも、その配管は、短時間で大容量の水を移動させるため、口径の大きなものとする必要があって、そのような複雑で口径の大きな配管と多数のバルブ及びバルブ開閉のための複雑な装置を船内の限られたスペースで複雑に配置しなければならないという問題があり、また、バルブの開閉のために複雑な操作を行わなければならないという問題がある。
【０００６】
そこで、ポンプ自体の吸引方向および吐出方向を可逆的に変更可能として、ヒーリングポンプやバラストポンプとして使用したときの配管系を簡素化し、また、水の移動方向を変えるための複雑な操作を不要なものとすることが課題である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、渦巻ポンプのケーシングを、液体出入用の一対の開口を有するアウターケーシングと、回動させることにより前記アウターケーシングの各開口との連通関係を可逆的に変更可能な吸引用および吐出用の開口を有するインナーケーシングとの２重構造とすることによって、ポンプ自体の吸引方向および吐出方向を可逆的に変更可能な可逆式ポンプとしたものである。
【０００８】
上記可逆式ポンプは、より具体的には、ケーシングを、シリンダ状の内室を有するとともに中心軸に対し略対称の位置に該内室を径方向外方に開く液体出入用の一対の開口を有するアウターケーシングと、中空ロータ状で、アウターケーシングの内周面に略周面接触する外周面を有するとともに、内部が仕切壁により軸方向の一側と他側とに二分されて、該一側に中心軸の周りを同心的に取り囲むガイド壁によって中心軸側に画定された吸引室が形成され、他側に渦室が形成され、それら吸引室と渦室とが仕切壁中央の流通口により相互に連通され、中心軸に対し略対称の位置に吸引室を径方向外方に開口させる吸引用の開口および渦室を径方向外方に開口させる吐出用の開口が設けられ、アウターケーシングの内室に回動可能に嵌挿されたインナーケーシングとの２重構造とする。
【０００９】
そして、インナーケーシングの渦室中央にインペラを配置し、該インペラに連結されたインペラ駆動用のシャフトをインナーケーシングの中心軸に対して同軸に配置し、該シャフトを連結装置によって駆動装置に連結する。そして、インナーケーシングの回動位置を操作するレバー等の回動操作装置を設け、該回動操作装置によってインナーケーシングを回動させることにより、インナーケーシングの吸引用および吐出用の各開口とアウターケーシングの一対の開口との連通関係を可逆的に変更可能とする。
【００１０】
また、インナーケーシングの、吸引用および吐出用の各開口を挟んで反対側でそれら開口から周方向に離れた二つの外周位置に、インナーケーシングの所定回動位置においてアウターケーシングの各開口と重なりそれら開口の周縁を越える大きさの一対のくぼみを設けるとともに、それら各くぼみの底部を貫通してインナーケーシングの内部の仕切壁の一側でガイド壁の外側の空間を通じて相互に連通する一対の連通穴を設け、これらインナーケーシング外周のくぼみに、弾性シール材と剛性板材との積層構造からなり、インナーケーシングの所定回動位置においてアウターケーシングの開口を塞ぐシール部材を、フリー状態で装填する。
【００１１】
インナーケーシング外周のくぼみに装填するシール部材は、例えばゴムとステンレス鋼との積層構造で、ステンレス鋼を内側にして装填するものとする。
【００１２】
この可逆式ポンプは、レバー等を操作してインナーケーシングを回動させることにより、所定回動位置でインナーケーシングの吸引用および吐出用の開口をアウターケーシングの一対の開口とそれぞれ連通させて、アウターケーシングの一方の開口からインナーケーシングの吸引口を介して吸引室に導入された液体を、インペラの回転による遠心力で渦室に汲み揚げ、吐出口を介してアウターケーシングの他方の開口から吐出させるようにでき、また、その位置から略１８０度回動させることにより、インナーケーシングの開口とアウターケーシングの開口との連通関係を逆にして吸引方向および吐出方向を反転させるようにできる。
【００１３】
また、インナーケーシングの開口とアウターケーシングの開口との連通面積を絞るよう回動位置を調整することにより、流量を調整することができ、また、非連通位置に回動させることにより、流れを遮断することができるため、流量制御弁として機能させることができ、また、遮断弁として機能させることもできる。
【００１４】
そして、この可逆式ポンプは、インナーケーシングの開口とアウターケーシングの開口とを非連通として水の流れを遮断するときに、インナーケーシングの回動位置を、シール部材がアウターケーシングの液体出入用の一対の開口を内側から塞ぐ位置に調整することにより、アウターケーシングの開口を通じて高い水圧がかかる側で、圧力水がシール部材の周縁から回り込んで、連通穴を介してインナーケーシング内部に入り、その圧力水がもう一方の連通穴を介して、水圧が低い方のアウターケーシングの開口を塞ぐ位置にある反対側のシール部材の背面に作用する。その結果、水圧が低い方に位置するシール部材の弾性シール材が剛性板材を介して外側に押され、水圧が低い側のアウターケーシングの開口を密封するする。そして、そのシール効果は、圧力差が大きい程高くなる。そのため、遮断弁として水の流れを完璧に遮断することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
図１は本発明の実施の形態の一例に係る可逆式ポンプの垂直断面図、図２は該可逆式ポンプのアウターケーシングの単体斜視図、図３は該可逆式ポンプのインナーケーシングおよびシール部材の分解斜視図、図４は該可逆式ポンプの吸引・吐出状態の水平断面図、図５は該可逆式ポンプの遮断状態の水平断面図、図６は該可逆式ポンプの遮断状態におけるシール部材の作用を示す説明図である。
【００１７】
この実施の形態のポンプは、例えばヒーリングポンプとして用いるものであって、固定式のアウターケーシング１と回動可能なインナーケーシング２との２重構造からなるポンプケーシングと、インペラ３と、インペラ駆動用のシャフト４とで基本部分が構成されている。
【００１８】
アウターケーシング１は、シリンダ状の内室５を有し、また、中心軸に対し略対称の位置において該内室５を径方向外方に開く液体出入用の一対の開口６，７を有する。これら一対の開口６，７は、例えば、図示しないヒーリングタンク間の配管に接続される。
【００１９】
このアウターケーシング１の内室５にインナーケーシング２が回動可能に嵌挿される。
【００２０】
インナーケーシング２は、全体として中空ロータ状で、外径がアウターケーシング１の内径より僅かに小径である。そして、インナーケーシング２の内部は、仕切壁８によって上下（軸方向）に二分され、仕切壁８の下側の空間には、インナーケーシング２の中心軸の周りを同心的に取り囲むガイド壁９によって、中心軸側に吸引室１０が画定され、仕切壁８の上側の空間には、インナーケーシング２の中心軸の周りを偏心的に取り囲む２重構造のボリュート壁１１によって、中心軸側に２重ボリュート構造の渦室１２が形成され、それら吸引室１０と渦室１２とが、仕切壁８の中央に設けられた流通口１３によって相互に連通されている。なお、圧力バランスを保って振れを防止するようポンプ渦室を２重ボリュート構造とすることは、それ自体公知の技術である。
【００２１】
そして、インナーケーシング２には中心軸に対し略対称の位置に、吸引室１０を径方向外方に開口させる吸引用の開口１４と、渦室１２を径方向外方に開口させる吐出用の開口１５が設けられている。
【００２２】
また、インナーケーシング２の、中心軸に対し略対称で吸引用および吐出用の各開口１４，１５から周方向に離れた二つの外周位置には、該インナーケーシング２の所定回動位置においてアウターケーシング１の上記開口６，７と重なりそれら開口６，７の周縁を所定寸法越える大きさのくぼみ１６が設けられるとともに、それらくぼみ１６の底部には、インナーケーシング２の内部で相互に連通するよう、上記仕切壁８の下側となる位置に連通穴１７が設けられている。この場合、各連通穴１７は、仕切壁８の下側でガイド壁９より外側の空間を通じて相互に連通する。
【００２３】
そして、各くぼみ１６には、それらくぼみ１６にフリー状態（遊嵌状態）でシール部材１８が装填されている。このシール部材１８は、ゴム等の弾性シール材１８ａの裏側にステンレス鋼の薄板等の剛性板材１８ｂを貼り付けた積層構造で、かつ、インナーケーシング２の外周面および上記くぼみ１６の底面に合わせた曲面形状のものである。アウターケーシング１の上記開口６，７は、インナーケーシング２の上記所定回動位置において、これらシール部材１８で塞がれる形となる。
【００２４】
また、インナーケーシング２の下面中央には、下端にインナーフレーム回動操作用のレバーを取付けるためのレバー取付部１９ａを有するロッド１９が連結されている。そして、このロッド１９は、アウターケーシング１の底面中央を貫通し、レバー取付部１９ａがアウターケーシング１の下面下方に突出している。
【００２５】
インペラ３は、所定の曲率を有する複数枚の案内羽根２０を等ピッチで配したもので、回転による遠心力で流通口１３を介して吸引室１０から水を汲み揚げ、渦室１２を経て吐出するよう、インナーケーシング２内部の渦室１２の中央に配置されている。また、シャフト４が、ケーシングカバー２１を貫通してインナーケーシング２の中心軸に対し同軸に配置され、シャフト４の下端がインペラ３の中心部に連結され、シャフト４の上端には、図示しないポンプ駆動用のモータにシャフト４を連結するためのカップリング装置２２が連結されている。また、ケーシングカバー２１には、シャフト４を貫通させるボス部の上部にパッキング装置２３が設けられている。
【００２６】
この実施の形態のポンプは、駆動用のモータを上に出して船舶のデッキの穴から吊り下げる形で据え付けるものであって、デッキ上に載置しボルト固定する外形略矩形の据付用の上端フランジ２４ａと、デッキの穴から入る大きさの外形略矩形の連結用の下端フランジ２４ｂと、それら上端フランジ２４ａと下端フランジ２４ｂとを所定の間隔で保持して連結する４本の連結ロッド２４ｃとからなるアウターフレーム２４が、上記下端フランジ２４ｂの部分でアウターケーシング１の上面の連結用フランジ１ａにボルト連結されている。
【００２７】
また、上記アウターフレーム２４の内側には、モータ支持用のインナーフレーム２５が配置されている。このインナーフレーム２５は、外周円形で外周部がアウターフレーム２４の上端フランジ２４ａに載る大きさの上端フランジ２５ａと、外周円形でアウターフレーム２４の内側に入ってその下端フランジ２４ｂの内側に嵌まり込む大きさの下端フランジ２５ｂと、それら上端フランジ２５ａと下端フランジ２５ｂとを連結する周方向に間隔をおいた４枚の連結壁２５ｃとからなるもので、下端フランジ２５ｂの部分で上記ケーシングカバー２１にボルト固定されている。
【００２８】
この実施の形態のポンプは以上の要素から構成され、そのうち、インペラ３，シャフト４，カップリング装置２２，ケーシングカバー２１，パッキング装置２３およびインナーフレーム２５は、予めユニットとして一体に組み立てられる。また、アウターケーシング１にインナーケーシング２が予め装着される。そして、アウターフレーム２４が船のデッキの穴に上方から挿入され、上端フランジ２４ａの部分がデッキ上に載置されてボルト固定され、下端フランジ２０ｂにアウターケーシング１上面のフランジ１ａがボルト連結される。そして、アウターフレーム２４の上方から、インペラ３，シャフト４，カップリング装置２２，ケーシングカバー２１，パッキング装置２３およびインナーフレーム２５の一体物が挿入され、インナーフレーム２５の下端フランジ２５ｂがケーシングカバー２１にボルト固定され、また、上端フランジ２５ａがアウターフレーム２４の上端フランジ２４ａにボルト固定される。そして、アウターケーシング１の液体出入用の一方の開口６を船の右舷および左舷のヒーリングタンクの一方に接続し、他の開口７を他方のヒーリングタンクに接続するよう配管が設置される。
【００２９】
このポンプは、アウターケーシング１の下面から突出するロッド１９のレバー取付部１９ａに取り付けたレバー（図示せず）を駆動装置（図示せず）により操作してインナーケーシング２の回動位置を調整することにより、ポンプ自体の吸引方向および吐出方向を可逆的に変更できるものである。すなわち、図１および図４に示す状態では、インナーケーシング２の吸引用の開口１４がアウターケーシング１の図において左側の開口６と連通し、インナーケーシング２の吐出用の開口１５がアウターケーシング１の右側の開口７と連通している。この状態でポンプを駆動し、インペラ３が回転すると、アウターケーシングの左側の開口６からインナーケーシング２の吸引用の開口１４を介して吸引室１０に導入された水が、インペラ３の回転による遠心力で渦室１２に汲み揚げられ、吐出口１５を介してアウターケーシング１の右側の開口７から吐出され、それにより、配管を介してヒーリングタンク間を一方向に水が移動する。また、図１および図２の位置からインナーケーシング２を１８０度回動させると、インナーケーシングの開口１４，１５とアウターケーシングの開口６，７との連通関係が逆になって、吸引方向および吐出方向が反転し、ヒーリングタンク間の水の移動方向が反対になる。
【００３０】
また、インナーケーシング２の回動位置は、インナーケーシング２の開口１４，１５とアウターケーシング１の開口６，７との連通面積を絞る位置に調整することができ、そうすることにより、流量調整が可能である。
【００３１】
また、このポンプは、インナーケーシング２の開口１４，１５とアウターケーシング１の開口６，７とが非連通となるようインナーケーシング２の回動位置を調整することにより、遮断弁として機能させ、ヒーリングタンク間の水の流れを遮断するようにできる。その場合、図５に示すように、シール部材１８がアウターケーシング１の液体出入用の一対の開口６，７を内側から塞ぐようインナーケーシング２の回動位置を調整する。そうすることにより、ヒーリングタンク間の圧力差（ヘッド差）によってアウターケーシング１の一方の開口６に高い水圧がかかったときに、図６に示すように圧力水が一方（左側）のシール部材１８の周縁から回り込んで、くぼみ１６底部の連通穴１７を介してインナーケーシング２の内部に入り、仕切壁８の下側で吸引室１０を画定するガイド壁９の外側の空間を通じて連通するもう一方の連通穴１７から反対側（右側）のシール部材１８の背面に作用し、このシール部材１８の弾性シール材１８ａを剛性板材１８ｂを介して外側に押し付けて、水圧が低い側のアウターケーシング１の開口７を密封する。ヒーリングタンク間の圧力差が逆になれば密封方向も逆になる。そして、そのシール効果は、圧力差が大きい程大きくなり、水の流れを完璧に遮断する。
【００３２】
また、このポンプは、モータ支持用のインナーフレーム２５をケーシングカバー２１にボルト固定しており、インナーフレーム２５の上端フランジ２５ａをアウターフレーム２４から外すだけで、インペラ３，シャフト４，カップリング装置２２，ケーシングカバー２１，パッキング装置２３およびインナーフレーム２５を一体物としてデッキ上方に抜き出すことができるので、インペラ３等のメンテナンスが容易である。また、こうして一体物を抜き出した後、インナーケーシング２もまた上方に抜き出すことができ、そのため、インナーケーシング２およびシール部材１８のメンテナンスも容易である。そして、このポンプは、駆動用モータを支持するフレーム（インナーフレーム２５）を内側にして、外側にアウターフレーム２４を配置し、アウターケーシング１をアウターフレーム２４に連結してデッキから吊り下げる形で据え付けるものであって、船内の床にポンプを据え付けるものではないため、床面における配管の自由度が大きく、また、上述のように配管を外さずにデッキ上に抜き出してメンテナンスを行うことができるため、床にメンテナンスのためのスペースが必要でない。しかも、このポンプはポンプ自体の吸引方向および吐出方向を可逆的に変更可能であるため、水の移動方向を変えるための複雑な配管および複雑な装置を必要とせず、配管系を簡素化でき、配管が容易で、船内のスペースを一層広くとれる。
【００３３】
以上、本発明をヒーリングポンプに適用したものについて説明したが、本発明による可逆式ポンプはバラストポンプに適用することもでき、また、液体の移動方向を可逆的に変える他の様々な用途のポンプにも適用できるものである。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の可逆式ポンプは、インナーケーシングを回動させることによりポンプの吸引方向および吐出方向を可逆的に反転変更することが可能であって、この可逆式ポンプを、水等の液体を双方向に移動させることが必要な、例えば、ヒーリングタンク間の水の移動のためのヒーリングポンプとして、また、バラスト水の注排水のためのバラストポンプとして用いることにより、配管系を簡素なものとするとともに、水の移動方向を変えるためのバルブを不要とし、バルブ開閉のための複雑な装置を不要として、船内でスペースをとらない配置とすることができ、また、水の移動方向を変えるための複雑な操作を不要とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例に係る可逆式ポンプの垂直断面図である。
【図２】該可逆式ポンプのアウターケーシングの単体斜視図である。
【図３】該可逆式ポンプのインナーケーシングおよびシール部材の分解斜視図である。
【図４】該可逆式ポンプの吸引・吐出状態の水平断面図である。
【図５】該可逆式ポンプの遮断状態の水平断面図である。
【図６】該可逆式ポンプの遮断状態におけるシール部材の作用を示す説明図である。
【符号の説明】
１  アウターケーシング
２  インナーケーシング
３  インペラ
４  シャフト
６，７  開口（液体出入用）
８  仕切壁
９  ガイド壁
１０  吸引室
１１  ボリュート壁
１２  渦室
１３  流通口
１４  開口（吸入用）
１５  開口（吐出用）
１６  くぼみ
１７  連通穴
１８  シール部材
１８ａ  弾性シール材
１８ｂ  剛性板材
１９  ロッド
１９ａ  レバー取付部
２１  ケーシングカバー
２４  アウターフレーム
２５  インナーフレーム
【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】
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