JP5142262B2 - 液封式ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、円筒形のケーシングと複数の羽根枚数を持つ羽根車を有し、羽根車の回転によって生じる封液環により気体の吸入及び圧縮を行う液封式ポンプに関する。

図３(ａ)，(ｂ)は、従来の液封式ポンプの一例を示す図である。この従来の液封式ポンプは、円筒形のケーシング１と、その内部に偏心して取り付けられた多数の羽根４ａを有する羽根車４と、羽根車４の側方に設けられた吸気ポート８及び吐出ポート９を備えた構成を有している（例えば、特許文献１参照）。

この液封式ポンプにおいては、予めケーシング１の内部に注入された液体（封液）１３が、羽根車４により、図３(ａ)の矢印Ｒで示す方向に回転し、遠心力でケーシング１の内壁に押し付けられるよう回転することにより、封液環Ｌが形成されるとともに、羽根車４の羽根４ａと、封液環Ｌの気液境界面１０に囲まれた気室Ｇが形成される。そして、この気室Ｇは、ケーシング１と羽根車４の中心が偏っていることから、羽根車４が一回転する間に拡大、縮小することになる。

羽根車４の側方（軸方向片側あるいは軸方向両側）に設けられた仕切板３には、吸気ポート８及び吐出ポート９が配設されており、吸気ポート８は気室Ｇが拡大する位相、吐出ポート９は気室Ｇが縮小する位相にあって、それぞれ外部の吸気口、吐出口に連通している。そして、気室Ｇの拡大に伴い、外部の気体が吸気ポート８より吸入され、気室Ｇの縮小により圧縮昇圧された後、吐出ポート９からケーシング１の外部に吐き出される。上記の一連の動作により、気体が吸入・圧縮され、ポンプとしての機能が発揮されることになる。

図４は、従来の液封式ポンプの他の例を示す図である。この従来の液封式ポンプは、楕円形内周面を有するケーシング１の内側で、複数の羽根２、２を放射状に組み合わせたロータ３を回転させることにより、遠心力によって上記ケーシング１の内周面に形成される封液環４の内周面とロータ３の外周面との間の空間１０、１０の容積を変化させ、吸気口５から排水口６に向けて空気を送るものである（例えば、特許文献２参照）。
特開２００２−３３２９７８号公報 実開平０３−４７４９２号公報

（１）液封式ポンプのケーシング内では、羽根車が回転することによって封液も回転しながら、羽根車のボス面から離れ、また再びボス面に近づき、これに再付着する。
羽根とボス面と液面に囲まれた空間が拡大縮小することによって、吸入、圧縮が行われる。ここで、羽根車と一緒に回転する封液と静止したケーシングとの間の摩擦のために、動力の損失が生じる。
（２）吸入量あるいは吐出量あたりの液封式ポンプの容積が大きい。これは液封式ポンプの作動空間に比較して、封液の容量が大きいことによる。

本発明は、吸入量あるいは吐出量あたりの液封式ポンプの容積を小さくして封液の容量を小さくすることを目的とするものである。

（１）上記目的を達成するため本発明の液封式ポンプは、略円筒形のケーシングと、その内部に偏心して取り付けられた複数の羽根を有する羽根車と、羽根車側方に設けられた、外部から気体を吸引する吸気ポート及びケーシング内の気体の一部を吐き出す吐出ポートを備え、ケーシングの内部に封じた液体を羽根車で回転させることにより生じる封液環の気液境界面と羽根車の羽根とに囲まれた空間の拡大縮小により気体の吸入および圧縮を行う液封式ポンプにおいて、２つの液封式ポンプの頂部が対向するように並列配置し、液封式ポンプのそれぞれのケーシングの中心間距離を該ケーシングの直径より小さく、かつ、羽根車の半径ｄ／２に他方の羽根車のボス部の半径ｒを加えた値より大きくなるように設定し、２つのケーシングをその重複部分を切欠いた状態で接合するとともに、液封式ポンプの頂部と反対側に位置するケーシングの曲率中心を羽根車中心方向に移して形成し、それぞれのケーシングの内部に羽根車を偏心して取り付けることを特徴としている。
（２）また、本発明の液封式ポンプは、上記（１）において、羽根車において、長い羽根と短い羽根を交互に設けることを特徴としている。
なお、本明細書において、「液封式ポンプの頂部」とは、「ケーシングと羽根車の羽根が最も接近する位置およびその近辺」をいい、「液封式ポンプの頂部と反対側」とは、「ケーシングと羽根車の羽根が最も離れる位置を中心として±９０°の範囲内の部分」をいう。

本発明の液封式ポンプは、以下のような優れた効果を奏する。
（１）液封式ポンプの頂部にはケーシング壁面が存在しないことから、吸入量あるいは吐出量あたりの封液のケーシングとの摩擦が小さくなり、液封式ポンプを駆動する動力を小さくすることができる。
（２）２つのケーシングの重複部分の分だけ封液を減らすことができ、吸入量あるいは吐出量あたりの封液の封入量が小さくなり、封液の攪拌動力を小さくすることができる。
（３）液封式ポンプの頂部と反対側のケーシングの径を小さくすることにより、封液封入量をさらに少なくすることができる。

以下、図面を参照して、本発明の液封式ポンプの実施の形態について詳細に説明するが、本発明は、これに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。

図１は、本発明の実施の形態に係る液封式ポンプを説明するための要部断面図である。
液封式ポンプは、２つの液封式ポンプの頂部が対向するように並列配置し、液封式ポンプのそれぞれのケーシング２０の中心間距離Ｌが該ケーシング２０の直径Ｄより小さく、かつ、羽根車２１の半径ｄ／２に他方の羽根車のボス部２８の半径ｒを加えた値より大きくなるように設定し、２つのケーシング２０をその重複部分を切欠いた状態で接合するとともに、液封式ポンプの頂部と反対側に位置するケーシング３１の曲率中心を羽根車中心方向に移して形成し、それぞれのケーシング２０の内部に羽根車２１を偏心して取り付ける。また、略円筒形のケーシング２０の内部には、吸気ポート２２及び吐出ポート２３が備えられている。
図１において、点ａは略円筒形のケーシング２０の中心位置を示しており、外側の破線２６は点ａを中心とする直径Ｄの円である。また、点ｂは羽根車２１の中心位置を示しており、内側の破線２７は点ｂを中心とする直径ｄの円である。

この液封式ポンプにおいては、予めケーシング２０の内部に注入された液体（封液）２４が、羽根車２１により、図１の矢印Ｒで示す方向に回転し、遠心力でケーシング２０の内壁に押し付けられるよう回転することにより、封液環が形成されるとともに、羽根車２１の羽根２１ａと、封液環の気液境界面２５に囲まれた気室Ｇが形成される。そして、この気室Ｇは、ケーシング２０と羽根車２１の中心が偏っていることから、羽根車２１が一回転する間に拡大、縮小することになる。

また、羽根車２１の側方（軸方向片側あるいは軸方向両側）に配設された吸気ポート２２は気室Ｇが拡大する位相、吐出ポート２３は気室Ｇが縮小する位相にあって、それぞれ外部の吸気口、吐出口に連通している。そして、気室Ｇの拡大に伴い、外部の気体が吸気ポート２３より吸入され、気室Ｇの縮小により圧縮昇圧された後、吐出ポート２３からケーシング２０の外部に吐き出される。上記の一連の動作により、流体が吸入・吐出され、ポンプとしての機能が発揮されることになる。

封液環の気液境界面２５は、羽根車２１のボス部２８に内接し、点ａを中心とする円である。
一方、２つのケーシング２０の重複部分２９は凸レンズ形状をしており、左右の封液は凸レンズ形状のレンズ経線３０に沿う流れを形成する。羽根車２１の回転速度は一定であり、封液も羽根車２１に付随して移動するものであるから、封液の回転速度も一定となる。したがって、封液環の厚みｔは、重複部２９における流れの厚みにより決められる。
このため、ケーシング２０を外側の破線２６で示すとおりに形成すると、頂部（重複部分２９）と反対側において羽根車２１の羽根２１ａの形成する内側の破線２７よりも気液境界面２５が外側に形成されてしまい、ポンプとしての機能が果たされなくなる。

そこで、ケーシング２０のうち、頂部と反対側のケーシングを頂部側に近づけて実線３１で示すように形成する。具体的には、例えば、ケーシング２０の頂部側の半分を点ａを中心とする半径Ｄ／２の円で形成し、他方、頂部と反対側の半分を点ａよりも点ｂ側にシフトした点を中心として半径Ｄ／２で形成し、これらを滑らかに接続して形成する。
このようにケーシング２０を形成しておけば、頂部と反対側においても気液境界面２５が羽根車２１の羽根２１ａ先端の外側に形成されて羽根先端が封液から露出することを防止できる。

左右の２つの羽根車２１は、羽根２１ａの位相を半分ずらし、互いの羽根２１ａを入り組ませ、羽根車２１の１回転のうち、ケーシング壁面が存在しない領域を創生し、その部分の封液摩擦をなくすことができる。
また、重複分２９で互いの封液を共有させることにより、吸入量あるいは吐出量あたりのケーシング２０内の封液封入量を減少させることができる。

左右の２つの羽根車２１の羽根２１ａの位相を半分ずらし、互いの羽根２１ａを入り組ませるためには、入り組みの度合いを小さくするか、あるいは、羽根枚数を少なくすることが必要である。羽根２１ａの枚数を減らすと、重複部分２９において、吸入空間３２と圧縮空間３３とを隔てる仕切りが減ることになり、高圧側と低圧側のシールの役目をしている重複部分２９の封液を押しのけて、高圧側から低圧側に気体が流入しやすくなる。
これを防ぐために、図２に示すように、位相を半分ずらした他方の羽根に衝突しないように半径方向の長さの短い羽根２１ｓを長い羽根２１ａと交互に設けると良い。頂部（重複部分２９）においては、気室Ｇの半径方向長さは小さいから、短い羽根２１ｓでも高圧側と低圧側のシールの役目を果たすことができる。

図３に示す従来の液封式ポンプを２台用いた場合、１台の場合に比較して、風量、動力および封液量はそれぞれ２倍になる。
また、図３に示す従来の液封式ポンプの径を２倍にするとポンプ断面積は４倍となるが、羽根車の最適な周速はその大きさによらずほぼ一定であるため、回転数を１／２で運転することとなるから、結局、風量２倍、動力２倍強、封液量は４倍となる。
これに対して、本発明の液封式ポンプの場合、図３に示す従来の液封式ポンプ１台の場合に比較して、風量２倍、封液量２倍弱、動力も２倍弱とすることができる。

本発明は、食品，化学・石油，パルプ工業（真空排気，濃縮，蒸留，乾燥，引火性物質の圧縮・送気）その他電気・電子，土木・建築，鉄鋼・冶金，医薬・医療等の産業分野に利用可能である。

本発明の実施の形態に係る液封式ポンプを説明するための要部断面図である。 本発明の実施の形態に係る液封式ポンプの変形例を説明するための要部断面図である。 従来の液封式ポンプの一例を示す図である。 従来の液封式ポンプの他の例を示す図である。

符号の説明

２０ ケーシング
２１ 羽根車
２１ａ 羽根
２１ｓ 短い羽根
２２ 吸気ポート
２３ 吐出ポート
２４ 液体（封液）
２５ 気液境界面
２６ 外側の破線
２７ 内側の破線
２８ ボス部
２９ 重複部分
３０ レンズ経線
３１ 実線
３２ 吸入空間
３３ 圧縮空間
Ｇ 気室

Claims (2)

1. 略円筒形のケーシングと、その内部に偏心して取り付けられた複数の羽根を有する羽根車と、羽根車側方に設けられた、外部から気体を吸引する吸気ポート及びケーシング内の気体の一部を吐き出す吐出ポートを備え、ケーシングの内部に封じた液体を羽根車で回転させることにより生じる封液環の気液境界面と羽根車の羽根とに囲まれた空間の拡大縮小により気体の吸入および圧縮を行う封液式ポンプにおいて、２つの封液式ポンプの頂部が対向するように並列配置し、液封式ポンプのそれぞれのケーシングの中心間距離を該ケーシングの直径より小さく、かつ、羽根車の半径ｄ／２に他方の羽根車のボス部の半径ｒを加えた値より大きくなるように設定し、２つのケーシングをその重複部分を切欠いた状態で接合するとともに、液封式ポンプの頂部と反対側に位置するケーシングの曲率中心を羽根車中心方向に移して形成し、それぞれのケーシングの内部に羽根車を偏心して取り付けることを特徴とする液封式ポンプ。
2. 羽根車において、長い羽根と短い羽根を交互に設けることを特徴とする請求項１記載の液封式ポンプ。

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