JP4353895B2 - 再生流体ポンプ及びそのステータ - Google Patents

Description

本発明は、再生流体ポンプに関する。

公知の再生流体ポンプが、図３に概略的に示されている。従来技術のポンプ１００は、ポンプの入口１０２と出口１０４との間に延びる単一の流体流路で流体を圧縮するラジアル再生流体ポンプである。このポンプは、複数の同心の円周方向溝１０５（図３に同心円で表されている）を有している。溝は、それぞれの圧送溝部分１０６を有し、これら圧送溝部分に沿って流体圧縮が生じ、圧送溝部分は一緒になって流体流路の一部を形成する。溝は、それぞれの圧送溝部分１０６の出口からその入口へのポンプの回転羽根の運動を可能にするそれぞれのストリッパ溝部分１０８（破線で示されている）を更に有している。

動作原理を説明すると、流体がポンプ入口１０２に入り、半径方向最も外側又は第１の圧送溝部分１０６ａ内で回転羽根によって圧縮される。第１の圧送溝部分の出口のところで、流体は、逸らせ溝１１０（図３に矢印で示されている）により半径方向内側の又は第２の圧送溝部分１０６ｂの入口に逸らされる。この時点において、第１の圧送溝１０６ａに沿って運動した回転羽根は、半径方向最も外側の又は第１のストリッパ溝部分１０８ａ内へ運動し、そして第１の圧送溝１０６ａの入口に戻る。大部分の流体は逸らせ溝によって半径方向内方に逸らされるが、回転羽根の作用及びストリッパ溝部分の入口から出口への圧力勾配に起因してストリッパ溝部分を通る或る程度の滲出が生じる。ストリッパ溝部分は、ストリッパ溝の壁とこれを通る回転羽根との間に僅かな動的隙間が存在するよう作られている。
流体は、ポンプ出口１０４に達するまで上述したのと同一の態様で流体流路に沿って連続して流れるが、説明を簡単にするために、この動作についてはそれ以上説明しない。

或る特定の状況では、上述した再生ポンプ１００の圧送性能を向上させることが望ましい。図４は、圧送性能を向上させた別の従来技術の再生流体ポンプ２００の略図である。両方のポンプ１００，２００は、四段ポンプであるが、ポンプ２００は、ポンプ１００とは異なり、２つのポンプ入口２０２ａ，２０２ｂと１つのポンプ出口２０４との間に２つの流体流路を有している。ポンプ入口２０２ａ，２０２ｂにより、流体は第１のポンプ溝部分２０６ａ，２０６ｂにそれぞれ流入することができ、ここで回転羽根による圧縮が生じる。これは、ポンプの最初の圧送段を構成し、理解されるように、圧送性能は、互いに並列の圧送溝部分２０６ａ，２０６ｂを用いることにより向上している。動作原理を説明すると、流体を第１の逸らせ溝２１０ａ及び第２の逸らせ溝２１０ｂにより第１の圧送溝部分２０６ａと第２の圧送溝部分２０６ｂの両方の出口から第３の圧送溝部分２０６ｃの入口に逸らす。次に、第１の圧送溝２０６ａと第２の圧送溝２０６ｂの両方からの流体を第３の圧送溝部分２０６ｃ内で圧縮し、この第３の圧送溝部分は、ポンプ２００の第２の圧送段を構成している。流体は、上述のポンプ１００と同一の態様でポンプ出口２０４に達するまで流体流路に沿って圧縮され続ける。ポンプ２００の構成により、圧送性能を向上させることができる。

ポンプ２００に関する問題は、圧送溝部分の追加に鑑みてポンプは大型且つ頑丈なものでなければならず、それにより製造費の増大が必要になるということにある。電力に関する要件も又増加し、性能特性が劣化する。
上述した問題のうちの幾つか又は全てを解決して圧送性能を高めた再生流体ポンプを提供することが望ましい。

本発明は、回転羽根を備えたロータ及び複数の同心溝を備えたステータを有する再生流体ポンプであって、同心溝は、圧送溝部分及びストリッパ溝部分を有し、前記回転羽根は、圧送溝部分に沿って運動して前記流体を圧送溝部分の入口と出口の間で圧縮するようになっており、前記ストリッパ溝部分は、前記回転羽根が圧送溝部分の前記出口から前記入口に至ることができるようにし、前記同心溝の少なくとも１つは、少なくとも２つの圧送溝部分及び少なくとも２つのストリッパ溝部分から成ることを特徴とする再生流体ポンプを提供する。

本発明は又、回転羽根を備えたロータを有する再生流体ポンプ用のステータであって、複数の同心溝を有し、同心溝は、圧送溝部分及びストリッパ溝部分を有し、前記回転羽根は、圧送溝部分に沿って運動して、前記流体を圧送溝部分のそれぞれの入口と、それぞれの出口との間で圧縮することができるようになっており、前記ストリッパ溝部分は、前記回転羽根が圧送溝部分の前記出口から前記入口に至ることができるようにし、前記同心溝の少なくとも１つは、少なくとも２つの圧送溝部分と、少なくとも２つのストリッパ溝部分とを有することを特徴とする再生流体ポンプ用ステータを提供する。
本発明の他の特徴は、引用形式で記載した請求項に記載されている。

本発明を十分に理解できるようにするために、次に添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１を参照すると、４つの圧送段を有する再生流体ポンプ１０が示されている。なお、必要に応じて、４つの圧送段よりも多い数の段を設けてもよいし、或いは、４つの圧送段よりも少ない数の段を設けてもよい。ポンプ１０は、流体を２つの流体流路で圧縮する回転羽根を備えたロータ（図示せず）を有し、前記流体流路のうちの第１の流体流路は、第１のポンプ入口１２ａと第１のポンプ出口１４ａとの間に延び、前記流体流路のうちの第２の流体流路は、第２のポンプ入口１２ｂと第２のポンプ出口１４ｂとの間に延びている。ポンプは、複数の同心溝１６を備えたステータを有し、各溝は、圧送溝部分１８を有し、回転羽根は、圧送溝部分１８に沿って運動して流体を圧送溝部分の入口と出口との間で圧縮するようになっており、各溝は、圧送溝部分の出口から入口への回転羽根の運動を可能にするストリッパ溝部分２０（破線で示されている）を更に有している。逸らせ溝２２（図１に矢印で示されている）が、図３を参照して上述した、逸らせ溝と同一の態様で流体を圧送溝部分相互間に逸らせる。

従来技術とは異なり、各同心溝１６は、２つの圧送溝部分１８と、２つのストリッパ溝部分２０とを有する。各同心溝１６は、溝の直径方向反対側の部分のところにおいてであるが両方の流体流路の一部を形成している。それぞれの同心溝の圧送溝部分１８の各々は図３に示すポンプと比較して短い（減少した円弧にわたって延びている）が、大抵の圧縮は、圧送溝部分の後者の部分で生じるので、長さの減少は圧送溝部分の圧縮比にそれほど悪影響を及ぼさないことが判明した。したがって、ポンプ１０の性能は、図３に示すポンプ１００の性能と比較して、ほぼ２倍である。圧送溝部分の長さを減少させた場合の結果が詳細に説明されている本出願人の同時係属出願（英国特許出願第ＧＢ０２１５７０８．９号）を参照されたい。

動作原理を説明すると、流体は、第１のポンプ入口１２ａ及び第２のポンプ入口１２ｂのところで、それぞれ第１の流体流路及び第２の流体流路に入る。第１の流体流路の流体は、最も外側の又は第１の同心溝１６ａの一部を形成する第１の圧送溝部分１８ａに沿って運動している回転羽根によって圧縮される。第１の圧送溝部分１８ａの出口のところで、逸らせ溝２２は、流体を半径方向内側の又は第２の同心溝１６ｂに逸らすと共に溝１６ｂの第１の圧送溝部分１８ｂの入口に逸らす。これと同様に、第２の流体流路の流体は、最も外側の又は第１の同心溝１６ａの一部を形成する第２の圧送溝部分１８ａ′に沿って運動している回転羽根によって圧縮される。第２の圧送溝部分１８ａ′の出口のところで、逸らせ溝２２は、流体を半径方向内側の又は第２の同心溝１６ｂに逸らすと共に溝１６ｂの第２の圧送溝部分１８ｂ′の入口に逸らす。それぞれのストリッパ溝部分２０ａ，２０ａ′により、回転羽根は、圧送溝部分１８ａ，１８ａ′の入口と出口との間で運動することができる。
流体は、最も外側の又は第１の同心溝１６ａに関して上述したのと同一の態様で第１の流体流路の両方に沿って連続して流れ、遂にはポンプ出口１４ａ，１４ｂに達し、ここでポンプ１０から排出される。

ポンプ１０では、各同心溝１６は、２つの圧送溝部分１８及び２つのストリッパ溝部分２０を有している。しかしながら、圧送性能の増大は、ほんの幾つかの同心溝、又は、１つの同心溝が、この並列圧送構造を備えていれば達成されることは理解されよう。図２にはポンプ３０が示されており、このポンプでは、２つの半径方向外側の同心溝が各々、２つの圧送溝部分（実線で示されている）と、２つのストリッパ溝部分（破線で示されている）とを有し、これに対し、２つの半径方向内側の同心溝は、１つの圧送溝部分（部分的に破線で示されている）と、１つのストリッパ溝部分（破線で示されている）とを有する。
流体は、第１のポンプ入口３２ａから単一のポンプ出口３４まで延びる第１の流体流路に沿い、そして第２のポンプ入口３２ｂからポンプ出口３４まで延びる第２の流体流路に沿って流れる。半径方向内側の同心溝のところでは、第１の流体流路と第２の流体流路が合体する。

ポンプ１０の場合と同様に、第１の流体流路を流れる流体は、第１同心溝３６ａ、第２の同心溝３６ｂのそれぞれの第１の圧送溝部分３８ａ、３８ｂに沿って流れる。第２の同心溝３６ｂの第１の圧送溝部分３８ｂの出口のところで、流体は、逸らせ溝４１により第３の同心溝３６ｃへ内方に逸らされると共に、圧送溝部分３８ｃの補助入口４２に逸らされる。入口４２は、圧送溝部分３８ｃの長さに沿って、ほぼ真ん中に位置している。第２の流体流路を流れる流体は、第１の同心溝３６ａ、第２の同心溝３６ｂのそれぞれの第２の圧送溝部分３８ａ′、３８ｂ′に沿って流れる。第２の同心溝３６ｂの第２の圧送溝部分３８ｂ′の出口のところで、流体は、逸らせ溝４１により第３の又は半径方向内側の同心溝３６ｃへ内方に逸らされると共に、圧送溝部分３８ｃの主要入口４４に逸らされる。入口４４は、圧送溝部分３８ｃの開始部に位置している。第１の流体流路と第２の流体流路は、補助入口４２のところで合体する。圧送溝部分３８ｃの出口４６のところで、流体は、逸らせ溝４１により第４の又は半径方向最も内側の同心溝３６ｄへ内方に逸らされると共に、第４の圧送溝部分３８ｄの入口４８に逸らされ、ここで、ポンプ３０の最終段で圧縮され、そしてポンプ出口３４を通って排出される。
ストリッパ溝部分４０ｃ，４０ｄにより、圧送溝部分３８ｃ，３８ｄのそれぞれの出口から入口への回転羽根の運動が可能になる。

ポンプ３０は、従来技術のポンプ１００と比べて圧送性能が向上しているが、ポンプ１０よりは性能が低い。図１及び図２と関連して説明した流体流路の並列構成では、ポンプのステータを変えることにより圧送性能を容易に変更することができる。これは、ロータが同一であり、回転羽根がポンプ毎に同一のサイズのものであるからである。例えば、図３に示すポンプ１００の性能を向上させることが望ましい場合、ステータをポンプ１０又はポンプ３０のステータで置き換えるのがよい。これは、圧送性能の変化を比較的低コストで達成できるということを意味している。また、図１及び図２に示すポンプは、ポンプのサイズ又は質量をそれ程変化させず、しかも電力要件をそれ程増大させないで性能の向上を達成することは理解されよう。

図１に示すように、２つの圧送溝部分が各同心溝に設けられている。３以上のかかる圧送溝部分を各同心溝又は同心溝のうちの１つに設けることが可能である。ただし、所要の圧縮が各圧送溝部分で達成されることを条件とする。
図１は、圧送性能が向上したラジアル再生流体ポンプを示している。しかしながら本発明は、同心溝が半径方向とは異なり、軸方向に配置されているアキシャル再生流体ポンプにも適用できる。

本発明を具体化した再生流体ポンプの略図である。 本発明を具体化した別の再生流体ポンプの略図である。 従来技術の再生流体ポンプの略図である。 別の従来技術の再生流体ポンプの略図である。

Claims (5)

1. 回転羽根を備えたロータと、複数の同心溝を備えたステータとを有する再生流体ポンプであって、前記同心溝は、圧送溝部分を有し、前記圧送溝部分に沿って前記回転羽根は運動して、前記流体を圧送溝部分の入口と出口の間で圧縮するようになっており、前記複数の同心溝は、ストリッパ溝部分を有し、前記ストリッパ溝部分は、前記回転羽根が圧送溝部分の前記出口から前記入口に至ることができるようになっており、前記同心溝のうちの少なくとも１つは、少なくとも２つの圧送溝部分と、少なくとも２つのストリッパ溝部分とを有しており、前記再生流体ポンプは、半径方向で最も外側の前記同心溝のそれぞれの圧送溝部分内へ流体を流入させる２つのポンプ入口を有していることを特徴とする再生流体ポンプ。
2. 前記同心溝の各々は、少なくとも２つの圧送溝部分及び少なくとも２つのストリッパ溝部分を有し、２つの流体経路がそれぞれのポンプ入口とそれぞれのポンプ出口との間に形成されるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の再生流体ポンプ。
3. １以上の半径方向内側の前記同心溝は各々、単一の前記圧送溝部分及び単一の前記ストリッパ溝部分を有していることを特徴とする請求項１に記載の再生流体ポンプ。
4. 前記単一の圧送溝部分のうちの１つは、２つの入口を有していることを特徴とする請求項３に記載の再生流体ポンプ。
5. 回転羽根を備えたロータを有する再生流体ポンプ用のステータであって、複数の同心溝を有し、前記同心溝は、圧送溝部分を有し、前記圧送溝部分に沿って前記回転羽根は運動して、前記流体を圧送溝部分の入口と出口との間で圧縮するようになっており、前記同心溝は、ストリッパ溝部分を有し、前記ストリッパ溝部分は、前記回転羽根が圧送溝部分の前記出口から前記入口に至ることができるようになっており、前記同心溝のうちの少なくとも１つは、少なくとも２つの圧送溝部分と、少なくとも２つのストリッパ溝部分とを有しており、さらに、半径方向で最も外側の前記同心溝のそれぞれの圧送溝部分内へ流体を流入させる２つのポンプ入口を有していることを特徴とする再生流体ポンプ用ステータ。

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