JP6236535B2 - 開放式ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、ポンプ、特に開放式ポンプに関する。

ポンプは、作業前にポンプ及び給水管に水を満たす必要があり、その後高速回転する羽根車によって、慣性遠心力の作用で液体にエネルギーを与えることで、内部の圧力を高めるものである。羽根車が速く回転すると、羽根により水が速く回転させられ、水が遠心力の作用によって羽根車から飛び出す。ポンプの中の水が放出された後、羽根車の中心部分は真空領域となり、そして、水源の水が大気圧（又は水圧）の作用で給水管に入る。このように循環がなされることで、連続的に水を汲み上げることができる。ポンプは、構造が簡単で、操作が容易で、流量を調節しやすく、様々な特殊な性質を持つ物質・材料の搬送に適するなどの長所を有しているので、様々な分野に幅広く応用され、大きなものは工業の作業場に、小さなものは例えば洗濯機、食器洗浄機、空調機などの様々な家電用品に応用されている。

例えば中国特許出願公開第1133961号明細書（出願番号95107436.9）に開示されている排水ポンプのような従来のポンプは、羽根車の軸方向下端に吸入口があり、上部側面に吐出口が設けられ、羽根車が密閉されたポンプ室内に置かれている。前記羽根車はいずれも密閉されたスペースに置かれる。このようにしなければ、羽根車の中心部分に真空領域が形成されない。水源の水は、大気圧（又は水圧）の作用があってはじめて羽根車に入ることができる。また、吸込口が羽根車の軸と同じ方向で、吐出口が羽根車の軸に対して垂直であるため、羽根車が回転する際、羽根車を通る水は必然的に羽根車の軸と同方向の速度になり、羽根車の軸と垂直な吐出口から水をスムーズに吐出させるためには、羽根車が密閉されたポンプ室内に設置される必要がある。特に、ポンプ室の上方の部品は密封固定でなければならない。そうでない場合には、水がポンプ室の上方すなわち羽根車の軸に平行な方向から上方に吐出されてしまうか、又は、上方の部品が水により外れてしまう。

上記のような従来のポンプは、羽根車を密閉チャンバに設置する必要があるので、構造が複雑なだけでなく、加工に対する要求も高くなる。通常、チャンバは密閉でなければならず、そうでない場合、吐出口を羽根車の軸方向に平行に設けない限り、チャンバの上方すなわち羽根車の軸に平行な方向に水漏れが発生してしまう。

それに対して、既に公知となっている開放式ポンプには、例えば欧州特許出願公開第0807396号明細書に開示されているものがある。この公報に開示されている食器洗浄機は、皿を格納するための洗浄室と、洗浄室の底部に支持されているスプレーアームと、洗浄液を汲み上げスプレーアームに加圧するポンプとを有する。ポンプは羽根車を有し、スプレーアームの内表面には羽根車を格納する筐体が配置されており、洗浄液が筐体からスプレーアームのノズルへと導かれる。羽根車は、下方縁部で前方へ湾曲する羽根を有し、羽根の底部に軸流式羽根部分を有し、駆動モータが無負荷で始動した後、軸流式羽根部分が流体を上昇させることで、ポンプが通常に作動する。しかし、この種の羽根車では、羽根の湾曲した下部が短くて、羽根が回転して水を汲み上げる際に高い水位が必要となり、吐出路が短く、洗剤や食べ屑から生じる洗浄用水の表面の泡を再び羽根車に巻き込んで、正常な水の汲み上げに影響を及ぼしやすく、また水の汲み上げ量も少なく、流速も遅い。そのため、回転スプレーアームの正常なスプレー作業に影響を及ぼすものである。

本発明で解決しようとする技術的課題は、上記の従来技術に存在する課題に対して、水の汲み上げ能力の高い開放式ポンプを提供することである。

本発明でこの技術的課題を解決するために採用する技術的解決手段は、次のとおりである。

上筐体と、下筐体と、羽根車とを備えた開放式ポンプであり、前記羽根車は、中心に位置する軸と、軸の周面において周方向に沿って均等に分布し、軸方向に延びる複数の羽根と、を有し、前記羽根は、軸方向に互いに連結されている上部と下部とに分けられ、前記上筐体の中に羽根の上部を格納する上部格納空洞が形成され、前記下筐体の中に羽根の下部を格納する下部格納空洞が形成され、前記ポンプの吸入口が下筐体の下方と側面とに位置し、吐出口が上筐体の側面に位置する開放式ポンプにおいて、
前記羽根は、少なくともその下部の底部が軸の周面において羽根車の回転方向に沿って徐々に滑らかに湾曲し、前記羽根の下部の高さと上部の高さとの高さ比の範囲が１〜５であることを特徴とする開放式ポンプである。

前記羽根の下部の高さと上部の高さとの高さ比は３であることが好ましい。

水流が羽根車の底部から上方に向かう際、水の流路幅が徐々に広くなって流速が低下するように、前記羽根の上部の径方向のサイズと下部の径方向のサイズとの比の範囲は、１〜５である。

前記羽根の上部の径方向のサイズと下部の径方向のサイズとの比は４／３であることが好ましい。

水が下方から上方へと流れる際、上部格納空洞によって水の流れを緩やかにし、水流が羽根車の頂部に到達する際の軸方向上向きの速度を落として、羽根車の上を覆う上筐体が上方に外れないようにするため、前記羽根の下部の側面と下筐体との間の間隔は、上部の側面と上筐体との間の間隔より狭い。

本発明の一実施例において、前記羽根の上部は軸の周面と垂直であり、下部は軸の周面で羽根車の回転方向に沿って徐々に滑らかに湾曲し、かつ湾曲部分は回転方向に捻じれている。

本発明の他の実施例において、前記羽根の上部は軸の周面と垂直であり、下部は軸の周面で羽根車の回転方向に沿って徐々に滑らかにアーチ状に湾曲している。

本発明の他の実施例において、前記羽根の下部は、軸に近い内側面から軸から遠い外側面に向かって徐々に上方に傾斜している。

水が羽根車の回転に伴って底部より頂部へ移動する際、流速が徐々に低下するだけでなく、アーチ面が軸の頂部で水流の方向を垂直方向から横方向に変え、アーチ面が水流をガイドし、羽根車を密閉しない場合でも水流の方向を変えることができるようにするため、前記軸の頂部の外周が、径方向に外に向かって裏返されてアーチ面を形成する。

軸の頂部のアーチ面と対応させ、水流をより良くガイドするために、前記羽根の頂部もアーチ面であり、前記羽根の頂部のアーチ面と、軸の頂部が外に向かって裏返されて形成されたアーチ面との弧度は同じである。

軸の頂部で上筐体に対する下方への吸引力を生じさせて上筐体を吸い付け、上筐体と下筐体との間に余分な連結部品が必要とならないようにするために、前記軸を中空とし、前記上筐体の軸の頂部に相当する位置に、軸の頂部が外に向かって裏返されて形成されたアーチ面と弧度が同じ凹部を設ける。これによって、羽根車の回転時に、軸の頂部と上筐体の凹部との間に真空領域を生じさせる。

前記羽根の下部の底端は、前記下部格納空洞から露出していることが好ましい。

従来技術と比較して、本発明の有益な効果は次の通りである。

羽根の上部と下部とが適切な高さ比にあることで、羽根車が低い水位で水を汲み上げることができ、水の表面の洗剤又は食べ屑から生じる泡が羽根車に巻き込まれて水の汲み上げに影響を及ぼす事態が起こりにくく、また、吸込口から十分の流量の水を汲み取ることができる。

径方向サイズを羽根の上部において下部より大きくすることで、水が上昇する過程で流路幅が徐々に広くなるため、軸方向上向きの流速を下げることができる。

軸の頂面が外向きに裏返されてアーチ面が形成されることで、アーチ面において水流の軸方向上向きの速度を低下させることができるだけでなく、密閉しない場合でも縦方向から横方向に変えられる。

羽根の下部の側面と下筐体との間の間隔を、上部の側面と上筐体との間の間隔より小さくすることにより、水が下方から上方へ流れる際、上部格納空洞により水流を緩やかにし、水流が羽根車の頂部に到達する際の軸方向上向きの速度を低下させて、羽根車の上を覆う上部格納空洞が上方に外れないようにできる。

羽根車の回転時に、上筐体における凹部により、軸の頂部と上筐体の凹部との間に真空領域を生じさせ、軸の頂部で上筐体に対する下方への吸引力を生じさせて上筐体を吸い付け、上筐体と下筐体との間に余分な連結部品を必要とならないようにしている。

本発明の実施例１におけるポンプの断面図である。 本発明の実施例１における羽根車の正面構造の模式図である。 本発明の実施例１における羽根車の立体構造の模式図である。 本発明の実施例２における羽根車の正面構造の模式図である。 本発明の実施例２における羽根車の立体構造の模式図である。 本発明の実施例３における羽根車の正面構造の模式図である。 本発明の実施例３における羽根車の立体構造の模式図である。

次に、図面と関連付けて本発明の実施例についてさらに詳細に説明する。

図１〜図３に、本発明に係る開放式ポンプの一つの好ましい実施例を示す。当該開放式ポンプは、上筐体１及び下筐体２を備え、上筐体１及び下筐体２は、互いに接触して羽根車３を配置するための格納空洞を形成する。上筐体１の中に羽根車３の上部を格納するための上部格納空洞１１が形成され、下筐体２の中に羽根車３の下部を格納するための下部格納空洞２１が形成される。上筐体１と下筐体２との間は、密閉連結する必要はない。例えば下筐体２の外周に階段部２２が形成され、上筐体１の上部格納空洞１１の周囲に位置する部分が、階段部２２に置かれてもよい。下筐体２の下方は開口していて、水流が下筐体２の下方と側面とから羽根車３に入る。すなわち、ポンプの吸入口を下筐体２の下方と側面とに位置させる。上筐体１の上部格納空洞１１に対向する天井面は密閉されているため、水は上部格納空洞１１の側面から流れていく。すなわち、ポンプの吐出口は、上筐体１内の上部格納空洞１１の側面に位置する。図１に水流方向を矢印で示す。

羽根車３は、中心の軸３１と、軸３１の周面において周方向に沿って均等に分布し軸方向に延びる複数の羽根３２と、を有し、軸３１の下端は、ポンプを駆動するためのモータの出力軸（図示せず）と連結される。このようにすることで、モータが回転すると、羽根車３が回転する。

羽根３２が軸方向に二段に、すなわち、羽根３２の上部３２１と羽根３２の下部３２２とに分けられてもよい。上部３２１と下部３２２とは一体に成形され、上部３２１は上部格納空洞１１内に格納され、下部３２２は下部格納空洞２１内に格納される。また、下部３２２の末端は、下部格納空洞２１の底面より低いこと、すなわち下部格納空洞２１から下方へ露出することが好ましい。

羽根３２の上部３２１は、軸３１の軸平面に沿って延び、軸３１の外周面とは垂直である。羽根３２の下部３２２は、少なくともその底部が軸３１の周面で羽根車３の回転方向に沿って徐々に滑らかに湾曲し、当該湾曲部分は湾曲する方向に捻じれている。羽根３２がこのように設けられることで、羽根３２が回転する際に、その底部で水が上方へ持ち上げられ、羽根３２間の仕切られた流路を介して水を羽根車３の下方から上方へ移動させることができる。羽根車３が密閉されたスペース内に置かれず、真空の作用がなくても、水を汲み上げることができ、羽根車３の回転とともに水を底部から頂部へ送ることができる。

本発明において、羽根３２の下部３２２と上部３２１との高さ比の範囲は１〜５であることが好ましく、最も好ましい比は３である。羽根の下部３２２が上部３２１に比べて長く、水を汲み上げる部分が長いため、羽根３２が水を汲み上げる水位は低く、水の表面の洗剤又は食べ屑から生じる泡が羽根車３に巻き込まれて水の汲み上げに影響を及ぼす事態が起こりにくく、また、吸込口から十分の流量の水を汲み上げることができる。

上記においては、羽根３２の下部３２２の底部が滑らかに湾曲している。当該湾曲は、下部３２２の全体にわたっていてもよく、又は上部３２１と下部３２２との全体、すなわち羽根３２全体にわたっていてもよく、滑らかに湾曲した流路が形成されて水が最下端から上方へ持ち上げられればよいことを、当業者は理解できるであろう。

羽根３２の上部３２１の径方向のサイズは比較的大きく、下部３２２の径方向のサイズは比較的小さい。水が羽根車３の底部から上方に向かう際、水の流路幅は徐々に広くなり流速が低下する。上部３２１と下部３２２との径方向のサイズの比の範囲は１〜５であることが好ましく、最も好ましいのは４／３である。

羽根車３の軸３１の頂部の外周は、径方向に外に向かって裏返されてアーチ面３１１が形成される。このようにすれば、水流が羽根車３の回転に伴って底部から頂部へ移動する際、流速が徐々に低下するだけでなく、アーチ面３１１によって、軸３１の頂部で水の流向を垂直方向から横方向に変えることができる。アーチ面３１１が水流をガイドすることで、羽根車３を密閉しない場合でも水の流向を変えて、上部格納空洞１１の側面から流すことができる。羽根３２の上部３２１の頂面も外に向かって裏返されアーチ面が形成されてもよく、その弧度は軸３１の頂部のアーチ面３１１の弧度と同じであることが好ましい。

羽根３２の上部３２１と上部格納空洞１１との間の間隔は、下部３２２と下部格納空洞２１との間の間隔より大きい。すなわち、上部格納空洞１１の直径は、下部格納空洞２１の直径より大きい。このようにすれば、水が下方から上方へ流れる際、上部格納空洞１１によって水の流れが緩やかになり、水流が羽根車３の頂部に到達する際の速度が低下し、羽根車３の上を覆う上筐体１が上方に外れることがなくなる。

好ましくは、軸３１を中空にして、上筐体１の軸３１の頂部の相当する位置に、軸３１の頂部のアーチ面３１１の弧度と同じ弧度の凹部１２が設けられる。これにより、羽根車３の回転時に、軸３１の頂部と上筐体１の凹部１２との間に真空領域を生じさせ、軸３１の頂部で上筐体１に対する下方向への吸引力を生じさせて、上筐体１を吸い付ける。このような構造では、上筐体１と下筐体２との間の余分な固定連結機構で両者を連結する必要がなく、上筐体１を下筐体２の上に置くだけでよい。羽根車３が回転すると、上筐体１は、下筐体２に吸引され付着する。水流は、上筐体１内の上部格納空洞１１に位置する側面から流れ出すので、上筐体１が水流により上方に外れることもなくなる。したがって、ポンプの製造加工がより簡便となり、取付け・取外しもしやすくなる。あるいは、上筐体１と下筐体２との間が、例えば回転コネクタ等の簡便かつ取外し可能な連結機構で両者が連結されてもよい。これにより、上筐体１、下筐体２、及び羽根車３により構成されるポンプの構造がより安定する。

図４及び図５は、本発明の第２の実施例を示す。本実施例と実施例１との相違点は、羽根車の構造である。具体的には、羽根３２’の下部３２２’が羽根車の回転方向に沿って徐々に滑らかにアーチ状に湾曲しており、下部３２２’と上部３２１’とがいずれも軸３１の周面と垂直になっている。

図６及び図７は、本発明の第２の実施例を示す。本実施例と実施例１との相違点は、羽根車の構造である。具体的に、羽根３２”の下部３２２”が羽根車の回転方向に沿って徐々に滑らかに湾曲し、軸３１に近い内側面から軸３１から遠い外側面に向かって徐々に上方に傾斜しており、上部３２１”は軸３１の周面と垂直であり、下部３２２”は軸３１の周面に対し傾斜するように形成される。

中国特許出願公開第１１３３９６１号明細書 欧州特許出願公開第０８０７３９６号明細書

Claims (11)

1. 上筐体（１）と、下筐体（２）と、羽根車（３）とを備えた開放式ポンプであり、前記羽根車（３）は、中心に位置する軸（３１）と、前記軸（３１）の周面において周方向に沿って均等に分布し、軸方向に延びる複数の羽根（３２）と、を有し、前記羽根は、軸方向に互いに連結されている上部と下部とに分けられ、前記上筐体（１）の中に前記羽根の前記上部を格納する上部格納空洞（１１）が形成され、前記下筐体（２）の中に前記羽根の前記下部を格納する下部格納空洞（２１）が形成され、前記ポンプの吸込口が前記下筐体（２）の下方と側面とに位置し、吐出口が前記上筐体（１）の側面に位置する開放式ポンプにおいて、
   前記羽根（３２）は、少なくとも前記下部の底部が前記軸（３１）の周面において前記羽根車の回転方向に沿って徐々に滑らかに湾曲し、前記羽根の前記下部格納空洞に格納される前記下部の高さと前記上部格納空洞に格納される前記上部の高さとの高さ比の範囲が１〜５であり、
   前記羽根の前記上部は前記軸（３１）の周面と垂直であり、前記下部は前記軸（３１）の周面で前記羽根車の回転方向に沿って徐々に滑らかにアーチ状に湾曲していることを特徴とする、
   開放式ポンプ。
2. 前記羽根の前記下部の高さと前記上部の高さとの高さ比が３であることを特徴とする、
   請求項１に記載の開放式ポンプ。
3. 前記羽根の前記上部の径方向のサイズと前記下部の径方向のサイズとの比の範囲は１〜５であることを特徴とする、
   請求項１に記載の開放式ポンプ。
4. 前記羽根の前記上部の径方向のサイズと前記下部の径方向のサイズとの比が４／３であることを特徴とする、
   請求項３に記載の開放式ポンプ。
5. 前記羽根の前記下部の側面と前記下筐体（２）との間の間隔は、前記上部の側面と前記上筐体（１）との間の間隔より狭いことを特徴とする、
   請求項３又は４に記載の開放式ポンプ。
6. 前記羽根の前記下部は、前記軸（３１）に近い内側面から前記軸（３１）から遠い外側面に向かって徐々に上方に傾斜していることを特徴とする、
   請求項１に記載の開放式ポンプ。
7. 前記軸（３１）の頂部の外周が径方向に外に向かって裏返されてアーチ面（３１１）を形成することを特徴とする、
   請求項１に記載の開放式ポンプ。
8. 前記羽根の頂部もアーチ面であり、前記羽根の頂部のアーチ面と、前記軸（３１）の頂部が外に向かって裏返されて形成されたアーチ面（３１１）との弧度が同じであることを特徴とする、
   請求項７に記載の開放式ポンプ。
9. 前記軸（３１）は中空であり、前記上筐体（１）の前記軸（３１）の頂部に相当する位置に、前記軸（３１）の頂部が外に向かって裏返されて形成されたアーチ面（３１１）の弧度と同じ凹部（１２）が設けられることを特徴とする、
   請求項７に記載の開放式ポンプ。
10. 前記羽根の下部の底端が、前記下部格納空洞（２１）から露出していることを特徴とする、
    請求項１に記載の開放式ポンプ。
11. 上筐体（１）と、下筐体（２）と、羽根車（３）とを備えた開放式ポンプであり、前記羽根車（３）は、中心に位置する軸（３１）と、前記軸（３１）の周面において周方向に沿って均等に分布し、軸方向に延びる複数の羽根（３２）と、を有し、前記羽根は、軸方向に互いに連結されている上部と下部とに分けられ、前記上筐体（１）の中に前記羽根の前記上部を格納する上部格納空洞（１１）が形成され、前記下筐体（２）の中に前記羽根の前記下部を格納する下部格納空洞（２１）が形成され、前記ポンプの吸込口が前記下筐体（２）の下方と側面とに位置し、吐出口が前記上筐体（１）の側面に位置する開放式ポンプにおいて、
    前記羽根（３２）は、少なくとも前記下部の底部が前記軸（３１）の周面において前記羽根車の回転方向に沿って徐々に滑らかに湾曲し、前記羽根の前記下部格納空洞に格納される前記下部の高さと前記上部格納空洞に格納される前記上部の高さとの高さ比の範囲が１〜５であり、
    前記羽根の前記上部は前記軸（３１）の周面と垂直となり、前記下部は前記軸（３１）の周面で前記羽根車の回転方向に沿って徐々に滑らかに湾曲し、かつ湾曲部分が前記回転方向に捻じれていることを特徴とする、
    開放式ポンプ。

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