JP4743063B2 - Pump and liquid supply apparatus provided with the pump - Google Patents
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Description
本発明は羽根車の回転で液体の給送を行うポンプ及びこのポンプを備えた液体供給装置に関する。 The present invention relates to a pump that feeds liquid by the rotation of an impeller and a liquid supply apparatus including the pump.
回転駆動される羽根車と、羽根車を収納するポンプ室が形成されたケースと、ケースに接続され液体を吸い込む吸込口及び吐出する吐出口とを備えたポンプにおいて、自吸式と称されるタイプのものがある。これはポンプ室内に入った空気を液体と共に排出することができる機能を備えたもので、回転する羽根車により吸込口からポンプ室に導入された空気等の気体を含む液体は、排出路に送られてこの排出路で気液分離が行われた結果、比重差により液体の上方に分離された気体と一部の液体が吐出口より吐出される(例えば特許文献1参照)。 A pump including a rotationally driven impeller, a case in which a pump chamber for housing the impeller is formed, and a suction port that sucks liquid and is connected to the case, and a discharge port that discharges the liquid, is referred to as a self-priming type. There are types. This is a function that allows the air that has entered the pump chamber to be discharged together with the liquid, and the liquid containing gas such as air introduced from the suction port into the pump chamber by the rotating impeller is sent to the discharge path. As a result of the gas-liquid separation being performed in the discharge path, the gas separated above the liquid due to the specific gravity difference and a part of the liquid are discharged from the discharge port (see, for example, Patent Document 1).
一方、CPU等の電子部品に冷媒としての液体を供給して冷却する液冷式冷却装置等においては、そのポンプの取付方向が常時一定ではなく、内部機器の構成や装置設計の都合等により様々な取付け方向で用いられる場合が多い。 On the other hand, in a liquid cooling type cooling device that supplies and cools a liquid as a refrigerant to an electronic component such as a CPU, the mounting direction of the pump is not always constant, and varies depending on the configuration of internal devices and the convenience of device design. Are often used in different mounting directions.
しかしながら上記従来のポンプでは取付方向によっては気液分離を十分行うことができずに自吸機能が低下してしまい、その結果液体を確実に供給することができなくなる。
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、取付方向に規制されることなく自吸機能を維持して常時確実に液体を供給できるポンプとこのポンプを用いた液体供給装置を提供することを課題としている。 The present invention has been made in view of the above points, and provides a pump capable of always supplying liquid reliably and maintaining a self-priming function without being restricted in the mounting direction, and a liquid supply apparatus using the pump. It is an issue.
本発明は、回転駆動される羽根車と、羽根車を収納するポンプ室が形成されたケースと、ケースに接続され液体を吸い込む吸込口及び吐出する吐出口とを備えたポンプであり、上記吐出口はポンプ室の外周に沿って形成された排出路を介して上記ポンプ室外周面に連通しており、吸込口からポンプ室内に吸い込まれた液体を吐出口に向けて排出する上記排出路はその途中に排出路を流れる液体が流入するタンク部を備えており、該タンク部は上記ポンプ室に還流路で連通していることに特徴を有している。排出路を通じて排出される液体の一部をタンク部に溜めて該タンク部からポンプ室に液体が送られるようにすることで自吸機能が発揮されるようにしたものである。 The present invention is a pump comprising an impeller that is driven to rotate, a case in which a pump chamber that houses the impeller is formed, a suction port that is connected to the case and sucks liquid, and a discharge port that discharges the liquid. The outlet communicates with the outer peripheral surface of the pump chamber through a discharge passage formed along the outer periphery of the pump chamber, and the discharge passage for discharging the liquid sucked into the pump chamber from the suction port toward the discharge port is A tank part into which liquid flowing through the discharge path flows is provided in the middle of the tank, and the tank part is characterized in that it communicates with the pump chamber through a reflux path. A part of the liquid discharged through the discharge path is stored in the tank part so that the liquid is sent from the tank part to the pump chamber so that the self-priming function is exhibited.
前記タンク部は、ポンプ室の外周側に配置されていることが望ましい。ポンプの厚さを薄くすることができるために狭いスペースにもポンプを設置することができるものとなる。 It is desirable that the tank portion is disposed on the outer peripheral side of the pump chamber. Since the thickness of the pump can be reduced, the pump can be installed in a narrow space.
また前記タンク部における排出路との連通部は排出路における乱流部に位置していることが望ましい。タンク部に気体が入りにくくなるために、吐出口からの気体排出が容易となる。 Further, it is desirable that the communication part of the tank part with the discharge path is located in a turbulent part in the discharge path. Since it is difficult for gas to enter the tank portion, gas discharge from the discharge port is facilitated.
また前記タンク部における排出路との連通部は、排山路一端のポンプ室外周面への開口部近傍もしくは排出路他端の吐出口近傍に位置していることが好ましい。前者であれば連なった気泡を切りやすく、後者であれば気液分離性能を向上させることができる。 Moreover, it is preferable that the communication part with the discharge path in the said tank part is located in the vicinity of the opening part to the pump chamber outer peripheral surface of one end of a drainage path, or the discharge outlet of the other end of a discharge path. If it is the former, it will be easy to cut the bubble which continued, and if it is the latter, gas-liquid separation performance can be improved.
また排出路他端の吐出口近傍に位置しているタンク部と排出路との連通部は、吐出口への流れ方向から所定の角度を持った壁面を有していると、吐出口へ向かう排出路に乱流が発生し、壁面に当たった気体がタンク部に入りにくくなる。 Further, if the tank portion located near the discharge port at the other end of the discharge passage and the discharge passage has a wall surface having a predetermined angle from the flow direction to the discharge port, the communication portion faces the discharge port. Turbulent flow is generated in the discharge path, and the gas hitting the wall surface is difficult to enter the tank portion.
またポンプ室から排出路への流入部形状が円または楕円であると、ポンプ室から排出路へ液体と共に流出した気体は、ある一定以上の径を持つ気泡となるために、タンク部に入りにくくなって気体の排出性能が向上する。 Also, if the shape of the inflow part from the pump chamber to the discharge path is a circle or an ellipse, the gas that flows out from the pump chamber to the discharge path together with the liquid becomes bubbles having a certain diameter or more, so it is difficult to enter the tank part. This improves the gas discharge performance.
外周部に羽根を有する羽根車がその内周部に軸方向に貫通する環流路を備えていると、環流路を通る液体の流れによって羽根車の中心部に滞留する気体も排出することができる。 If the impeller having blades on the outer peripheral portion is provided with an annular flow passage penetrating in the axial direction on the inner peripheral portion thereof, the gas staying in the central portion of the impeller can be discharged by the flow of liquid passing through the annular flow passage. .
更に羽根車の内周側にケースにおける隔壁を介して羽根車駆動用のモーターステーターが位置しているものにおいては、上記隔壁の羽根車側の面にモーターステーターのステーターコアにおけるスロットに沿った溝を設けていると、磁気的特性を損なうことなく羽根車の中心部に滞留する気体を効果的に排出することができる。 Further, in the case where a motor stator for driving the impeller is located on the inner peripheral side of the impeller via a partition in the case, a groove along the slot in the stator core of the motor stator is formed on the impeller side surface of the partition. If this is provided, the gas staying at the center of the impeller can be effectively discharged without impairing the magnetic characteristics.
そして上記ポンプを液体給送用として備えている液体供給装置は、取付方向に制限がないために使い勝手の良いものとなる。 And the liquid supply apparatus provided with the said pump for liquid supply becomes easy to use since there is no restriction | limiting in an attachment direction.
本発明においては、排出路を通じて排出される液体の一部をタンク部に溜めて該タンク部からポンプ室に液体が送られることで、ポンプ室内の気体がポンプ室から排出されるものであり、従ってポンプの取付方向の制限を受けることなく自吸機能を発揮させることができるために常時確実に液体を供給することができる。 In the present invention, a part of the liquid discharged through the discharge path is stored in the tank portion, and the liquid is sent from the tank portion to the pump chamber, whereby the gas in the pump chamber is discharged from the pump chamber. Therefore, since the self-priming function can be exhibited without being restricted by the mounting direction of the pump, the liquid can be always supplied reliably.
本発明を実施の形態の一例について図に基づき説明すると、図1及び図2において、ポンプは一面に凹所が形成されているケーシング16と該ケーシング16の上記凹所を有する面に固定される仕切板17とで構成されるケースと、このケース内のポンプ室23に配設される羽根車11と、ローターマグネット13を備える羽根車11を回転させるためのモーターステーター15とからなるもので、軸18を軸受14を受けることで回転自在に支持されている羽根車11は、その外周部の軸方向一端側に羽根12を備えている。なお、羽根12とローターマグネット13とを違う材料で形成して両者を嵌め合わせ一体化しても良いし、磁性樹脂材で構成して羽根12とローターマグネット13とを同一材料で一体化しても良い。また上記の軸18は、別部品として圧入やインサート成形によりポンプケーシング16または仕切板17に固定されたもののほか、ポンプケーシング16または仕切板17に同一材料で一体成形されたものであってもよい。
The present invention will be described with reference to the drawings of an embodiment of the present invention. In FIGS. 1 and 2, the pump is fixed to a
仕切板17における隔壁19でポンプ室23から区画された部分に位置するとともにローターマグネット13の内周側に位置しているモーターステーター15は、外部電源から電力が供給される時、駆動回路によって制御された電流がコイルに供給されることで回転磁界を発生するものであり、この回転磁界がローターマグネット13に作用することで羽根車11に回転トルクが働き、この回転トルクによって羽根車11が回転する。
The
上記ケーシング16は、その外面に吸込口20と吐出口21とを備えている。また、吸込口20は上記ポンプ室23の外周面に直線をなす流路でつながっているのであるが、吐出口21はポンプ室23の外周に沿って設けられた排出路22を介してポンプ室23の外周面につながっている。
The
そして上記排出路23の途中には、流入路27を介してタンク部25a,25bが設けられている。また、ポンプ室23の外周に位置するところに設けられているこれらタンク部25a,25bは、ポンプ室23外周面に排出路22の径に比して小さい環流路24でつながっている。
In the middle of the
このものにおいて、羽根車11を回転させた時、吸込口20から流入した液体に対し、回転する羽根12が運動エネルギーを与えるものであり、その運動エネルギーによってポンプケーシング16内の液体の圧力が徐々に高められるために、液体は排出路22を通って吐出口21から吐き出されるとともに、一部の液体はタンク部25a,25bに流入する。
In this structure, when the
この時、吸込口20から気体が混入した液体が流入すると、気体は圧縮流体であるために羽根車11で気体をポンプ室23から押し出せず、液体のみがポンプ室23と同一面上の排出路22へ押し出され、ポンプ室23に気体が溜まってくると液体を搬出できなくなる。しかし、この状態になると、排出路22から流入したタンク部25a,25bにある液体が還流路24を通じてポンプ室23へ流入し、羽根車11に供給された液体によってポンプ室23内の気体の一部を排出する。
At this time, when a liquid mixed with gas flows from the
そしてポンプ室23から流出した気体は、排出路22のポンプ室23側の開口である流入口26によって、ある一定以上の径を持つ気泡となって排出路22を流れる。ここで、流入口26の形状を0.5mm〜2mm程度の円形としておくと、気体を0.5mm以上の固まりに成形して排出路22を介し外部へ排出しやすくなる。流入口26の形状は楕円でも同様の効果が得られる。
The gas flowing out of the
ここにおいて、排出路22と、上記流入口26の近傍に設けられたタンク部25aとの連通部27は、排出路22における乱流Tの発生しやすい曲部に配置することで、タンク部25aに気体が侵入しにくくなるようにしている。また負圧によって上記流入口26で成形されて連なった気泡の切れをよくするものとなっている。ちなみに排出路22の曲部はその内側面と外側面において流速が異なるため乱流Tが発生しやすいものであり、また上記連通部27の隙間は0.3mm〜1.2mm程度が望ましい。狭すぎるとタンク部25aに液体が供給されず、広すぎると気泡が侵入しやすくなる。
Here, the
液体と共に押し出された気泡は排出路22を通り大半は吐出口21より排出されるが、一部はポンプ部23で発生する負圧のために吐出口21近傍に設けたタンク部25bの還流路24からポンプ部23へ戻ろうとする。しかしタンク部25bの連通部27の排出路22側の壁面を吐出口21へ向かう液体の流れ方向に対し5°〜60°の角度αを持たせることにより、タンク部25bを経てポンプ室23へ戻ろうとする気体は、このタンク部25bと排出路22との連通部27付近に発生する乱流によって上記壁面に当たってタンク部25bへの流入が阻止され、吐出口21への流れ方向に導かれる。
Most of the bubbles pushed out together with the liquid pass through the
この連通部27の隙間も0.3mm〜1.2mm程度が望ましく、狭すぎるとタンク部25bに液体が供給されず、広すぎるとタンク部25bに気泡が侵入しやすくなる。またタンク部25bとポンプ室23とをつなぐ還流路24も、0.3mm〜0.7mmの径のものが望ましい。この径が小さすぎるとポンプ室23に液体が供給されず、径が大きすぎると気体がポンプ室23に戻りやすくなる。
The gap between the
いずれにしても、排出路22を流れる液体がタンク部25a,25bに侵入し、気体がかんだ時にはタンク部25a,25bからポンプ室23に戻される液体が気体を排出するように働くものであり、この動作が繰り返し行なわれることでポンプ室23内の気体は全て搬出され、最終的には液体のみが搬出される。
In any case, when the liquid flowing through the
なお、図3に示すように、吐出口21近傍のところにつながるタンク部25bにおける連通部27が、排出路22の流れ方向である層流部に位置していると、気体がタンク部25bを通じてポンプ室23に戻りやすくなるために、自吸機能が低下する。
In addition, as shown in FIG. 3, when the
図4に他例を示す。基本的構成は前記実施例と同じであるが、ここではポンプ室23の外周を取り囲むように設けた排出路22の長さを短くする代わりに、ポンプ室23の外周で排出路22がない部分にタンク部25a,25bを設けることで、タンク部25a,25bの容積を大きくしている。また、タンク部25bについては複数の環流路24,24でポンプ室23に連通させている。大容量のタンク部25a,25bの存在と、環流路24の本数を多くしてタンク室23に液体が戻りやすくしているために、前記実施例のものよりも効率よく気体を排出してしまうことができる。
FIG. 4 shows another example. The basic configuration is the same as that of the above embodiment, but here, instead of shortening the length of the
また、図4に示すように、吸水口20と吐出口21とを対称位置に配置したものは、ポンプを液体供給装置に取り付ける際、幅広い設置条件に対応することができる。
Moreover, as shown in FIG. 4, what arrange | positioned the
上記の各例では、排出路22のポンプ室23側の一端近傍と、吐出口21側の他端近傍とにタンク部25a,25bを設けたものを示したが、いずれか一方にのみタンク部を設けたものであってもよく、また排出路22の端部近傍ではなく、中間部分にタンク部を設けたものであってもよい。
In each of the above examples, the
図5は、上記羽根車11における内周部に軸方向に貫通する環流路101を設けたものを示している。このような環流路101を設けたものでは、羽根車11の中心部に滞留した気体を効果的に排出することができる。すなわち、羽根車11の回転でポンプ室23内におけるローターマグネット13の外周側から内周側に入った液体は中矢印で示すように羽根車11の中心部に至り、更に羽根車11を軸方向に貫通する環流路101を経て再度ポンプ室23の外周側に送られるものであり、この時、羽根車11の中心部に滞留した気体を排出してしまう。
FIG. 5 shows the
この場合、図6及び図7に示すように、隔壁19の外周面に軸18の軸方向の溝102を設ければ、ローターマグネット13の内周面と隔壁19との間に広い水通路を確保してこの部分を通過する水量を増やすことができるために、中心部に滞留した気体の排出を更に効果的に行うことができる。
In this case, as shown in FIGS. 6 and 7, if an
また、上記溝102は隔壁19の内周に配されているモーターステーター15のスロット15aに沿って設けることで、溝102の存在がモーターステーター15とローターマグネット13との間の磁気効率を下げてしまうことがないようにしている。
Further, the
図8に他例を示す。ここではモーターステーター15をローターマグネット13の内周側ではなく外周側に配置することで、ローターマグネット13の内周側の空間を貯水空間103として利用することができるようにしている。この場合、低流量時であっても貯水空間103にある液体を環流路101を介して吐出する際に羽根車11の中心部に滞留する気体を排出することができる。
FIG. 8 shows another example. Here, by arranging the
図9は上記ポンプ6を用いた液体供給装置の一例を示している。この液体供給装置は、基板2に実装されている発熱部品1を冷却するためのもので、発熱部品1と冷媒とで熱交換を行なって発熱部品1を冷却する冷却器3、冷媒から熱を取り除く放熱器4、冷媒を貯めておくリザーブタンク5、そして冷媒を循環させるための上記ポンプ6で構成されている。図中7は配管である。リザーブタンク5内の冷媒は、ポンプ6にて吐出されて配管7を通って冷却器3に送られて発熱部品1の熱を奪う。そして温度が上昇した冷媒は、放熱器4に送られて放熱により温度が下げられた後、リザーブタンク5へ戻る。
FIG. 9 shows an example of a liquid supply apparatus using the
本発明に係るポンプは、上述のような液体供給装置だけでなく、メタノールなどの液体を搬送する燃料電池用の液体供給装置や、ヒートポンプ装置等に使用される液体供給装置などにも好適に用いることができ、その用途は多様である。 The pump according to the present invention is suitably used not only for the above-described liquid supply apparatus but also for a liquid supply apparatus for a fuel cell that transports a liquid such as methanol, a liquid supply apparatus used in a heat pump apparatus, and the like. Can be used for a variety of purposes.
11 羽根車
12 羽根
16 ポンプケーシング
20 吸込口
21 吐出口
22 排出路
23 ポンプ室
24 還流路
25a タンク部
25b タンク部
11
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