JP4770207B2

JP4770207B2 - ポンプ及びそれを備えた液体供給装置

Info

Publication number: JP4770207B2
Application number: JP2005066994A
Authority: JP
Inventors: 英稔植田; 政昭西方; 敏輔酒井; 晴海福木
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2005-03-10
Filing date: 2005-03-10
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2025-03-10
Also published as: JP2006250019A

Description

モータにより駆動され、液体を吸入して吐出するポンプ及びそれを備えた液体供給装置に関する。

ポンプにおいては、主として磁界を発生させるステータやそのステータを制御する制御部からなるモータ部と、ステータで発生された磁界により駆動され水等の液体を吸排する羽根車からなるポンプ部と、モータ部とポンプ部を隔離する仕切板とから構成される。

この中でポンプ部は羽根車によって吸入した液体の圧力を高めて吐出する。例えば、遠心ポンプでは羽根車は複数の羽根が羽根への負荷を減らすため回転方向に対して後傾するように全体に湾曲した状態で固定されている。また、渦流ポンプでは複数の羽根と各羽根によって仕切られた溝が羽根車外縁部に設けられている。

しかしながら、遠心ポンプの羽根形状では遠心力によって圧力を高めるので、より高圧力の液体を吐出するには回転数を上げるか羽根車外形を大きくする必要があった。

また、渦流ポンプの羽根形状ではポンプケースと羽根車の摩擦流で圧力を高めるので遠心ポンプより高圧力の液体を吐出させることが出来るが軸近傍の液体循環がないため、軸と羽根車を固定して軸を回転させてボールベアリング等の軸受を用いるので軸受磨耗によるポンプ寿命が問題となっていた。

このため遠心ポンプの羽根形状において羽根が外縁部端部で羽根車の回転方向とは逆向き方向に窪んだ凹部が形成されたポンプが提案されている（例えば特許文献１参照）。

上記の羽根車を用いると、軸受の長寿命化が比較的簡単な遠心ポンプでありながらより高圧力の液体を吐出することが出来る。
特開２００１−８２３８３号公報

しかしながら前記従来の技術の（特許文献１）に記載のポンプでは、羽根の窪んだ凹部に圧力の集中が起こってしまい、特に大流量のポンプ出力が不要な低流量ポンプにおいては通常羽根車最外周部の接線上にある吐出口へは効率良く圧力の伝達が出来ずに羽根車内の高圧力を吐出させることが困難な場合があった。

また、羽根車から与えられる圧力エネルギーは小さいため、高圧力の液体を吐出するには羽根車の回転数を上げる必要があり、軸及び軸を支える摺動部分の寿命の低下にもつながっていた。

本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、小型で圧力損失の少ない高圧力の液体の吐出を得ることができ、かつ長寿命のポンプ及びそれを備えた液体供給装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために、液体を吸排する羽根車を内蔵したポンプ部と、液体を吸入する吸入口と液体を吐出する吐出口が接続されポンプ部を収納するポンプケースと、羽根車を駆動するモータ部とを有し、前記羽根車は、前記吸入口からの液体が前記羽根車の中心に導入されると共に、前記中心より外周に向かって放射状に形成された第１の羽根を備え、前記第１の羽根の外周部であって羽根車の側面部に第２の羽根を設け、前記第２の羽根の外周に吐出口を設けると共に、前記吐出口はポンプケースの内側に開口した入り口部の内面の最上部と最下部の間の回転軸方向に沿った高さ寸法が第２の羽根の上面と下面の間の高さ寸法より小さく、かつ吐出口内面の最上部を第２の羽根の上面より低い位置に配置し吐出口内面の最下部を第２の羽根の下面より高い位置に配置したことを特徴としている。

この構成により、羽根車中心部から吸入した液体を第１の羽根による遠心力で圧力を高めながら第２の羽根まで導き、第２の羽根とポンプケースとの摩擦流によりさらに圧力を高めるので羽根車内の高圧力の液体を羽根車外周部にある吐出口から効率良く吐出させることができ、しかも羽根車中心部から吸入するので軸受と軸との間に液体による潤滑作用で摺動性を高めることができ、長寿命化が図れるという作用が達成できる。

本発明は、小型で圧力損失の少ない高圧力の液体の吐出を得ることができ、かつ長寿命のポンプ及びそれを備えた液体供給装置を提供することができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態は、液体を吸排する羽根車を内蔵したポンプ部と、所定の場所に液体を吸入する吸入口と液体を吐出する吐出口が接続されポンプ部を収納するポンプケースと、羽根車を駆動するモータ部とを有し、前記羽根車の中心より所定の距離から所定の長さと幅をもつ第１の羽根を備え、前記第１の羽根の外周部であって羽根車の側面部に所定の長さと高さをもった第２の羽根を設けたものである。

これにより、羽根車中心部から吸入した液体を第１の羽根による遠心力で圧力を高めながら第２の羽根まで導き、第２の羽根とポンプケースとの摩擦流によりさらに圧力を高めるので羽根車内の高圧力の液体を羽根車外周部にある吐出口から効率良く吐出させることができるポンプを提供することができる。

また、前記第２の羽根は、羽根車の中心線に対して羽根車の回転方向と反対側に所定の角度で傾斜して配置してもよい。

これにより、第２の羽根とポンプケースとの摩擦流による負荷抵抗を下げて渦の回転を高めることができ、さらに高圧力の液体を吐出させることができる。

また、前記第１の羽根の吸入口側に第１の羽根を覆う覆板を配置してもよい。

これにより、第１の羽根上面からの液体の漏れによる圧力損失を防ぎ第２の羽根に導かれる液体の圧力を高めることができる。

また、前記ポンプケースは、内面と第２の羽根の間隙を羽根車に第２の羽根が接続されたところが最も狭い所定の幅に形成してもよい。

これにより、第２の羽根の付け根から吸込口への液体の漏れによる圧力損失を防ぎ、液体の圧力を高めることができる。

さらに、前記ポンプケースは、吐出口内面の最上部を第２の羽根の上面より低い所定の高さに配置し吐出口内面の最下部を第２の羽根の下面より高い所定の高さに配置してもよい。

これにより、第２の羽根により高められた液体の圧力が分散することなく吐出口に伝えられ高圧力の液体を吐出するポンプを提供することができる。

そして上記ポンプを電子部品の冷却装置等の液体供給装置に組み込むようにすれば、液体供給装置の使い勝手を大いに高めることができる。

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

（実施例１）
図１の本発明の実施例１及び実施例２における電子部品の冷却装置の全体概要図に示すように、発熱部品１が基板２に実装されており、発熱部品１と冷媒とで熱交換を行ない発熱部品１を冷却する冷却器３が配置されている。

また、冷媒から熱を取り除く放熱器４と、冷媒を貯めておくリザーブタンク５と、さらに冷媒を循環させるポンプ６が配置されていて、前記冷却器３と放熱器４とリザーブタンク５、及びポンプ６を接続する配管７が取りつけられている。

リザーブタンク５内の冷媒は、ポンプ６から吐出され、配管７を通って冷却器３に送られ、発熱部品１の熱を奪うことでその温度が上昇して放熱器４に送られ、放熱器４で冷されてその温度が降下してリザーブタンク５へ戻る。このように、ポンプ６で冷媒を循環させて発熱部品１を冷却するものである。

また、図２（ａ）は本発明の実施例１及び実施例２における羽根車を透視して示すポンプの上面断面図、図２（ｂ）は本発明の実施例１及び実施例２における羽根車を透視して示すポンプの正面断面図、図３（ａ）は本発明の実施例１における羽根車を透視して示すポンプの上面断面図、図３（ｂ）は本発明の実施例１における羽根車を透視して示すポンプの正面断面図、図４（ａ）は本発明の実施例１における羽根車を透視して示すポンプの上面断面図、図４（ｂ）は本発明の実施例１における羽根車を透視して示すポンプの正面断面図を示すように、１２は冷媒が吸込まれる導入口となる吸込口、１３は冷媒が吐出される吐出口、１１はポンプケースであり吸込口１２と吐出口１３が接続されている。

１４は羽根車でありポンプケース１１に内蔵されている。１４ａは羽根車１４の中心より所定の距離から羽根車１４の外周に向かって所定の長さと厚みを持って取り付けられた第１の羽根であり、１４ｂは第１の羽根１４ａの外周部であり羽根車１４の側面部に所定の長さと高さをもって取り付けられた第２の羽根である。

１８は第１の羽根１４ａを吸込口１２側から覆うように取り付けられたシュラウドである。１５はポンプ部でありポンプケース１１と羽根車１４とにより液体に圧力エネルギーを与える部分である。１６はモータ部であり羽根車１４を駆動させる動力源である。１７は回転軸でありモータ部１６の回転力を羽根車１４に伝播する。

このような構成を持つポンプ及びそのポンプを備えた冷却装置について、以下、図１から図４を用いて説明する。

図１及び図２においてポンプ６が駆動されると、羽根車１４の回転により羽根車１４の中心部は負圧となり、リザーブタンク５内の冷媒は吸込口１２から羽根車１４の中心部に導入される。

導入された冷媒は、羽根車１４の遠心力により第１の羽根１４ａに沿って加圧されながらポンプケース１１の内壁及び第２の羽根１４ｂへと導かれる。第２の羽根１４ｂに導かれた冷媒は第２の羽根１４ｂの裏側で剥離し渦を発生する。発生した渦は第２の羽根１４ｂの遠心力によりポンプケース１１の内壁にてさらに加圧されながら再度後段の第２の羽根１４ｂに戻り、渦を加速させる。

こうして吐出口１３に到達するまで繰返し加圧されて高圧の渦となった冷媒は、ポンプケース１１の内壁に沿いながら吐出口１３に誘導される。

このとき図３に示すように第２の羽根１４ｂが羽根車１４の中心線に対して羽根車１４の回転方向と反対方向に所定の角度で傾斜させて配置すると、第２の羽根１４ｂの裏で発生した剥離による渦は第２の羽根１４ｂの回転方向側の面を転がりながらさらに回転を加速し、第２の羽根１４ｂの遠心力により容易に第２の羽根１４ｂから飛び出してポンプケース１１の内壁にてさらに加圧される。

そして、再度後段の第２の羽根１４ｂに戻り、渦を発生させるためさらに効果的に冷媒に運動エネルギーを与えることができる。

第２の羽根１４ｂの羽根車１４の中心線に対する傾斜角度は２０°〜７０°、より好ましくは３５〜５５°、最も好ましいのは４５°である。

また第２の羽根１４ｂの回転方向側の面はその形状が回転軸１７方向から見た場合に直線であるだけでなく、曲線を描いた凹形状であってもよい。

さらに図４に示すようにシュラウド１８により第１の羽根１４ａを吸込口１２側から覆うように取り付けることで、第１の羽根１４ａの遠心力により加圧された冷媒はポンプ部１５内で対流することなく確実に第２の羽根１４ｂに導かれる為さらに効率よく冷媒の圧力を高めることができる。

ポンプ６が駆動され吐出口１３から高圧の冷媒が吐出されると、リザーブタンク５内の冷媒は、配管７を通って冷却器３に送られ、発熱部品１の熱を奪うことでその温度が上昇して放熱器４に送られ、放熱器４で冷されてその温度が降下してリザーブタンク５へ戻る。

このように、ポンプ６で冷媒を循環させて発熱部品１を冷却するものである。冷却器３やリザーブタンク５内の流路は冷却器３においては受熱性能を高めるため、リザーブタンク５においては冷媒中の気泡を分離するための気液分離を行うために特に配管抵抗が高くなっている。

以上のように本実施例１によれば、羽根車１４の中心部から吸入した冷媒を第１の羽根１４ａによる遠心力で圧力を高めながら第２の羽根１４ｂまで導き、第２の羽根１４ｂとポンプケース１１との摩擦流によりさらに圧力を高めるのでモータ部１６の回転数を高めずとも羽根車１４内の高圧力の冷媒を羽根車１４の外周部にある吐出口１３から効率良く吐出させることができる。

また回転軸１７を支える摺動部の長寿命化も図れる。

なお、上記ポンプはモータ部１６と羽根車１４とを回転軸１７にて連結させる構成としたが、羽根車１４にマグネットを取り付け、ポンプケース１１に固定された軸の周りを羽根車１４が回転するアウターローター型のモータによるポンプにても同様に摺動部の寿命を延ばすことができる。

（実施例２）
図１に示すように、発熱部品１が基板２に実装されており、発熱部品１と冷媒とで熱交換を行ない発熱部品１を冷却する冷却器３が配置されている。

また図２に示すように、１２は冷媒が吸込まれる導入口となる吸込口、１３は冷媒が吐出される吐出口、１１はポンプケースであり吸込口１２と吐出口１３が接続されている。１４は羽根車でありポンプケース１１に内蔵されている。

１４ａは羽根車１４の中心より所定の距離から羽根車１４の外周に向かって所定の長さと厚みを持って取り付けられた第１の羽根であり、１４ｂは第１の羽根１４ａの外周部であり羽根車１４の側面部に所定の長さと高さをもって取り付けられた第２の羽根である。

ポンプケース１１の内面と第２の羽根１４ｂとの間隙は、第２の羽根１４ｂが第１の羽根１４ａに接続されている部分が最も狭くなっている。吐出口１３の内面の最上部は第２の羽根１４ｂの上面より低い所定の高さに配置され、吐出口１３の内面の最下部は第２の羽根１４ｂの下面より高い所定の高さに配置されている。

１５はポンプ部でありポンプケース１１と羽根車１４とにより液体に圧力エネルギーを与える部分である。１６はモータ部であり羽根車１４を駆動させる動力源である。１７は回転軸でありモータ部１６の回転力を羽根車１４に伝播する。

このような構成を持つポンプ６及びそのポンプ６を備えた冷却装置について、以下図１及び図２を用いて説明する。

導入された冷媒は、羽根車１４の遠心力により第１の羽根１４ａに沿って加圧されながらポンプケース１１の内壁及び第２の羽根１４ｂへと導かれる。第２の羽根１４ｂに導かれた冷媒は第２の羽根１４ｂの裏側で剥離し渦を発生する。

第２の羽根１４ｂとポンプケース１１の内面との間には間隙があり、第２の羽根１４ｂとポンプケース１１の内面との間隙は、第２の羽根１４ｂが第１の羽根１４ａに接続されている部分が最も狭くなっているため、冷媒は第２の羽根１４ｂに対して羽根車１４の外周方向だけでなく第２の羽根１４ｂの上面端にても剥離して渦を発生する。

発生した渦は第２の羽根１４ｂの遠心力によりポンプケース１１の内壁にてさらに加圧されながら再度後段の第２の羽根１４ｂに戻り、渦を加速させる。こうして吐出口１３に到達するまで繰返し加圧されて高圧の渦となった冷媒は、ポンプケース１１の内壁に沿いながら吐出口１３に誘導される。

第２の羽根１４ｂとポンプケース１１の内面との間隙は、第２の羽根１４ｂが第１の羽根１４ａに接続されている部分が最も狭くなっているため、羽根車１４の外周部分で圧力を高めた冷媒が、圧力が低い吸込口１２側へと逆流するのを防止し、よって冷媒の圧力低下を防ぐ。

ポンプケース１１の内面と第２の羽根１４ｂの付け根の部分の間隙は１．５ｍｍ以下であればよいが好ましくは０．５ｍｍ以下であり最適は０．１ｍｍ程度である。

さらに吐出口１３の内面の最上部は第２の羽根１４ｂの上面より低い所定の高さに配置され、吐出口１３の内面の最下部は第２の羽根１４ｂの下面より高い所定の高さに配置されているため、羽根車１４の外周部にて第２の羽根１４ｂにより高圧となった冷媒が吐出口１３の入り口で拡散して圧力が程化するのを防ぐ。

吐出口１３の入り口部は第２の羽根１４ｂの下面から上面の範囲以内にあればよいが、好ましくは吐出口１３の入り口部高さは第２の羽根１４ｂの高さに対して比率にして１以下、好ましくは０．８以下であり、最適値は０．７以下である。

以上のように本実施例２によれば、羽根車１４中心部から吸入した冷媒を第１の羽根１４ａによる遠心力で圧力を高めながら第２の羽根１４ｂまで導き、第２の羽根１４ｂとポンプケース１１との摩擦流によりさらに圧力を高め、圧力の高まった冷媒が吸込口１２へ逆流することを防止し、また吐出口１３の入り口で冷媒の圧力が分散することを防ぐため、モータ部１６の回転数を高めずとも羽根車１４内の高圧力の冷媒を羽根車１４の外周部にある吐出口１３から効率良く吐出させることができる。

また回転軸１７を支える摺動部の長寿命化も図れる。

なお、上記ポンプはモータ部１６と羽根車１４とを回転軸１７にて連結させる構成としたが、羽根車１４にマグネットを取り付け、ポンプケース１１に固定された軸の周りを羽根車１４が回転するアウターローター型のモータによるポンプでも同様に摺動部の寿命を延ばすことができる。

本発明の液体供給装置は、例えば燃料電池装置やヒートポンプ装置等に使用される様々な液体供給装置への応用が期待できる。

本発明の実施例１及び実施例２における電子部品の冷却装置の全体概要図（ａ）本発明の実施例１及び実施例２における羽根車を透視して示すポンプの上面断面図、（ｂ）本発明の実施例１及び実施例２における羽根車を透視して示すポンプの正面断面図（ａ）本発明の実施例１における羽根車を透視して示すポンプの上面断面図、（ｂ）本発明の実施例１における羽根車を透視して示すポンプの正面断面図（ａ）本発明の実施例１における羽根車を透視して示すポンプの上面断面図、（ｂ）本発明の実施例１における羽根車を透視して示すポンプの正面断面図

符号の説明

１発熱部品
２基板
３冷却器
４放熱器
５リザーブタンク
６ポンプ
７配管
１１ポンプケース
１２吸込口
１３吐出口
１４羽根車
１４ａ第１の羽根
１４ｂ第２の羽根
１５ポンプ部
１６モータ部
１７回転軸
１８シュラウド

Claims

液体を吸排する羽根車を内蔵したポンプ部と、液体を吸入する吸入口と液体を吐出する吐出口が接続されポンプ部を収納するポンプケースと、羽根車を駆動するモータ部とを有し、前記羽根車は、前記吸入口からの液体が前記羽根車の中心に導入されると共に、前記中心より外周に向かって放射状に形成された第１の羽根を備え、前記第１の羽根の外周部であって羽根車の側面部に第２の羽根を設け、前記第２の羽根の外周に吐出口を設けると共に、前記吐出口はポンプケースの内側に開口した入り口部の内面の最上部と最下部の間の回転軸方向に沿った高さ寸法が第２の羽根の上面と下面の間の高さ寸法より小さく、かつ吐出口内面の最上部を第２の羽根の上面より低い位置に配置し吐出口内面の最下部を第２の羽根の下面より高い位置に配置したことを特徴とするポンプ。
前記第２の羽根は、羽根車の中心線に対して羽根車の回転方向と反対側に傾斜して配置したことを特徴とする請求項１記載のポンプ。
前記第１の羽根の吸入口側に第１の羽根を覆う覆板を配置したことを特徴とする請求項１または２記載のポンプ。
前記ポンプケースの内面と前記第２の羽根との間に間隙を有し、前記間隙を前記第２の羽根の付け根の位置で最も狭くしたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のポンプ。
請求項１〜４のいずれか１項に記載のポンプを備えた液体供給装置。