JP4743063B2

JP4743063B2 - ポンプ及びこのポンプを備えた液体供給装置

Info

Publication number: JP4743063B2
Application number: JP2006261508A
Authority: JP
Inventors: 哲也福田; 敏輔酒井
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2005-11-25
Filing date: 2006-09-26
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2026-09-26
Also published as: TWI320074B; TW200720556A; JP2007170372A

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。

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）。

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。

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。
特開平１０−２２７２９１号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明の実施の形態の一例の横断面図である。同上のＸＯＸ線断面図である。他の例の横断面図である。他例の横断面図である。別の例の縦断面図である。更に別の例の縦断面図である。同上の横断面図である。他の例の縦断面図である。本発明にかかるポンプを備えた液体供給装置の配管図である。

符号の説明

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

Claims

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を特徴とするポンプ。
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を特徴とする請求項１記載のポンプ。
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を特徴とする請求項１または２記載のポンプ。
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を特徴とする請求項３記載のポンプ。
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ことを特徴とする請求頃４記載のポンプ。
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ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のポンプ。
外周部に羽根を有する羽根車はその内周部に軸方向に貫通する環流路を備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のポンプ。
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とともに、上記隔壁の羽根車側の面には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が設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のポンプ。
請求項１から７のいずれか１項に記載のポンプを液体給送用として備えていることを特徴とする液体供給装置。