自吸式遠心ポンプ装置
【課題】高い自吸性能と揚水性能を発揮し、定置洗浄や分解洗浄も容易に行えるポンプ装置を得る。
【解決手段】大小２個のうず形室を備え、小うず形室の始まる部位と羽根車外周部との間隙を大うず形室での間隙より大きくして、自吸作動時に小うず形室から大うず形室へ向かう自吸水循環流を発生させ、大うず形室の吐出部が上向き筒状となって形成された自吸水分離室に小うず形室からの噴出流を流出させて、気水分離を行う自吸式遠心ポンプにおいて、自吸水分離室が有底筒状に形成され、その筒底中心部近傍が、大うず形室からの流路の自吸水分離室内への開口部の断面下部よりも低い位置となるよう形成されたり、流過流体の運動に干渉する凹凸状の内壁を有しない室を構成するよう形成された。
【解決手段】大小２個のうず形室を備え、小うず形室の始まる部位と羽根車外周部との間隙を大うず形室での間隙より大きくして、自吸作動時に小うず形室から大うず形室へ向かう自吸水循環流を発生させ、大うず形室の吐出部が上向き筒状となって形成された自吸水分離室に小うず形室からの噴出流を流出させて、気水分離を行う自吸式遠心ポンプにおいて、自吸水分離室が有底筒状に形成され、その筒底中心部近傍が、大うず形室からの流路の自吸水分離室内への開口部の断面下部よりも低い位置となるよう形成されたり、流過流体の運動に干渉する凹凸状の内壁を有しない室を構成するよう形成された。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種産業分野において、信頼性の高い自動揚水、自動送水を必要とする自動運転設備に適用されて、構造簡潔、経済的でしかも高い自吸性能と揚水性能を発揮し、かつ清掃や洗浄が簡単で取扱い容易な自吸式遠心ポンプ装置に関するものである。
ここに、本明細書、請求の範囲、並びに要約書中、「水」の語は液体を総称し、「空気」の語は気体を総称するものとする。
【背景技術】
【０００２】
従来、遠心ポンプ装置は、これを吸い上げの目的に使用する場合には、真空ポンプ等、呼び水操作をするためにしか必要でない装置を設けたり、又、この種のポンプ装置の欠点を補うために発明されたはずの各種自吸式遠心ポンプ装置においても同様に、自吸作用のためにしか必要でない自吸水貯留槽や気水分離槽を具備することを余儀なくされていた。
【０００３】
本発明は、特許文献１〜３（以下、原発明１〜３と呼ぶ）等の原発明諸件の改良に係るものである。
これら原発明諸件の遠心ポンプ部分は、自吸作動中の自吸水循環流路と正規揚水中の吐出流路とが共通であるという、それ迄の各種自吸式遠心ポンプ装置にはなかった基本的特徴を有しており、多様な仕様条件に応じるべく各種改良がなされて、優れた自吸性能と揚水性能を発揮してきた。
【０００４】
例えば、大小２個のうず形室により自吸水の循環流を発生させ、羽根車の羽根間の空気をその自吸水循環流に混ぜ込み、連れ出すことによって排気するという自吸の仕組みを確立したのが原発明１であるが、それを改良発展させて、自吸水を旋回させて気液を強制的に遠心分離すると共に、その旋回によって発生する竜巻状空洞の尾底部を支えてうず形室への侵入を阻止する「空洞受け」を設けることによって、自吸性能の高度化を達成したのが原発明２であり、更には、その空洞受けが流路の抵抗を増やすという欠点をも解消すべく、気液遠心分離を終えた自吸水の旋回を抑制する螺旋状案内を流路中に設けることによって、空洞受けを無くし、自吸性能の高度化と流路抵抗の低減との両立を図ったのが原発明３である。
【０００５】
この原発明３の装置の構造は、図１３に例示したように、ケーシング１の対称的位置に小うず形室ｖ１と大うず形室ｖ２とが形成され、大うず形室ｖ２の噴出流路ｃ２は、次第に流路断面を拡大しながら吐出流路ｉに至る直立円筒状の自吸水分離室ｅを構成している。又、小うず形室ｖ１の噴出流路ｃ１は、該分離室ｅに向けてほぼ接線方向に巻き込まれるように形成されている。そして、該分離室ｅの下部から大うず形室ｖ２の噴出流路ｃ２にわたる流路壁面に、小うず形室ｖ１からの噴出旋回流の勢いに略見合う逆向き螺旋状案内４１が設けられている。なお、羽根車４の外周部と小うず形室ｖ１の始まる部位との間隙ｓ１は、大うず形室ｖ２の始まる部位の間隙ｓ２より大きくしてある。
【０００６】
このポンプ装置に、先ず所要の水を注入し、羽根車４を回転させると、羽根車４内の水は加速されて、小うず形室ｖ１へ優先的に流出して噴出流路ｃ１より自吸水分離室ｅへ噴出する。そしてポンプ装置内の水は、４→ｖ１→ｃ１→ｅ→ｃ２→ｖ２→４の順に循環流となって流動し、その間に羽根車４の中央部の気体を気泡状にして、該分離室ｅ内に噴出して連れ出す。噴出した気水混合体は、該分離室ｅの壁面に沿って旋回流となり、気泡分はその遠心分離効果により、瞬時に該分離室ｅの中心部に逆円錐状の竜巻状空洞を形成する。そして、遠心分離作用を終えた時点でなお旋回しながら流過しようとする局所に、その旋回流の旋回を抑制するための逆向き螺旋状案内４１が設けられているので、その局所で空洞は崩壊し、その空洞の大うず形室ｖ２への連れ込み現象は発生しない。遠心分離された気体が逐次に外部へ排気され、やがて自吸作用を終了して、正規揚水に転じた時、小うず形室ｖ１も大うず形室ｖ２も自吸水分離室ｅも共に通常の遠心ポンプ流路に帰り、必要かつ充分な働きを果たす、というものである。
【０００７】
このようにして、原発明３の装置は、優れた自吸性能と揚水性能を発揮する自吸式ポンプとして、実用上極めて有用であるが、しかし、用途によっては依然未解決の課題が残っている。即ち、スラリー等の固形物混入液、食品等の清浄かつ粒子の混入した液、粘度の高い液、等の多様な液質を取り扱うプロセスに適用する場合に、固形物や粒子の塊が目詰まりを起こす場合がある他、掃除が行き届きにくく、定置洗浄（分解しないまま内部洗浄）により接液部を影なく洗浄することは困難であり、分解洗浄も容易でないという問題がある。
【０００８】
原発明１の装置の自吸性能を大いに向上させた原発明２の装置においては、自吸性能の向上のために空洞受けを付設したことによって、却って空洞受けの裏側などの洗浄しにくい影や隘路を新たに発生させる結果となり、その自吸性能の向上と引き換えに、洗浄が容易でないという新たな問題を抱えることとなっていた。
これらを解決すべく発明された原発明３の装置においては、空洞受けを取り去ってはいるが、その代わりに設けた螺旋状案内に多数の凹凸部があるため、洗浄が容易でないという問題に関しては、依然として抜本的解決とはなっていない。
【０００９】
そもそも、このような複雑な構造のものを効率よく製作するためには、鋳造により成型するのが必然とされており、従来一般的に、ポンプのケーシング部材はうず形室と吐出デフューザーを一体で形成する鋳造材で製作し、食品等の清浄な液質を要求されるシステムには、鋳肌面を研磨仕上げ及び精密洗浄して最小限に汚染を防御しているが、構造的に凹凸があると、そのような表面処理や洗浄が行いにくいため、完璧な防御には至っておらず、更には引っ掛りや目詰まりの可能性もあるという点が、避けることのできない未解決のままの課題として残っていた。
【００１０】
これらの問題は原発明３の構成から必然的に生じるものであって、原発明３の技術的思想においては解決困難なものである。そもそも、ポンプとしての諸性能の向上を主眼とすればいきおい複雑な流路形状となりがちで、清掃・洗浄の容易性とは二律背反となり、従って、前述の二つの課題、即ち「自吸性能・揚水性能」と「清掃・洗浄の容易性」を同時に解決することは容易ではないと見られていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特公昭２８−３０３９号公報（原発明１）
【特許文献２】特公昭５０−２１６８２号公報（原発明２）
【特許文献３】特許第２６３０７２５号公報（原発明３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上述の従来技術の課題を解決して、簡潔な構成で安定的かつ確実に作動し、仕様液質に制約を受けたり目詰まりを起こすこともなく、特に食品やスラリー等を取り扱うプロセスの自動運転装置に適用されて、高い自吸性能と揚水性能を発揮すると共に、定置洗浄や分解洗浄が容易に行える構造も備え、そして多様な液質にも対応できる、高性能で取扱い容易な自吸式遠心ポンプ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するために、この発明に係る装置は、
ポンプケーシング内に大小２個のうず形室を形成させ、該うず形室の始まる部位と羽根車の外周部との間隙について、小うず形室との間隙を大うず形室との間隙より大きくすることにより、自吸作動時に、小うず形室から大うず形室へ向かって自吸水循環流を発生させ、大うず形室のディフューザー部が上向きの筒状になって形成された自吸水分離室に対して、小うず形室の噴出流路からの自吸水循環流を誘導流出させて、該自吸水分離室内で気水分離を行わせる自吸式遠心ポンプ装置において、
前記自吸水分離室が有底筒状に形成され、その筒底中心部近傍が、前記大うず形室からの流路の該自吸水分離室内への開口部の断面下部よりも低い位置となるよう形成されたことを主な特徴としている。
【００１４】
本発明においては、前記小うず形室からの流路の前記自吸水分離室内への開口部が、該自吸水分離室に対して接線方向から巻き込まれる形状に形成されてもよい。
又、前記大うず形室からの流路の前記自吸水分離室内への開口部が、該自吸水分離室に対して接線方向から巻き込まれる形状に形成されてもよい。
【００１５】
又、この発明に係る装置は、
ポンプケーシング内に大小２個のうず形室を形成させ、該うず形室の始まる部位と羽根車の外周部との間隙について、小うず形室との間隙を大うず形室との間隙より大きくすることにより、自吸作動時に、小うず形室から大うず形室へ向かって自吸水循環流を発生させ、大うず形室のディフューザー部が上向きの筒状になって形成された自吸水分離室に対して、小うず形室の噴出流路からの自吸水循環流を誘導流出させて、該自吸水分離室内で気水分離を行わせる自吸式遠心ポンプ装置において、
前記自吸水分離室が有底筒状に形成されると共に、流過流体の運動に干渉する狭隘部、ガイド、邪魔板、突起を含む凹凸状の内壁を有しない室を構成するよう形成され、
前記小うず形室からの流路の前記自吸水分離室内への開口部が、該自吸水分離室に対して接線方向から巻き込まれる形状に形成されたことを主な特徴としている。
【００１６】
本発明においては、前記自吸水分離室が、筒径が一定でない形状に形成されてもよい。
又、前記自吸水分離室からの吐出流路中に、縮径部が設けられてもよい。
【００１７】
又、前記自吸水分離室の上部に、洗浄液注入口が設けられてもよい。
又、前記羽根車の回転軸が貫通する前記ケーシングの軸封部近傍に、洗浄液注入口が設けられてもよい。
又、前記軸封部近傍に設けられた洗浄液注入口が、前記ケーシングの前記羽根車外周部近傍に臨む部位又は前記自吸水分離室に連通可能にされてもよい。
【００１８】
又、前記ポンプ装置の揚液吸込流路が、前記羽根車の駆動機側に配置されるポンプ構造に構成されてもよい。
又、前記ポンプ装置の揚液吸込配管の最頂部における管路断面下部が、前記羽根車の上端付近又はそれよりも高い位置となるよう配管され、該吸込配管の途中又は管端に逆流防止弁が配設されてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のポンプ装置は、高い自吸性能と揚水性能を発揮すると共に、定置洗浄の際には接液部を影なく洗浄することができ、更に、分解洗浄及び再組立も容易であり、食品やスラリー等の多様な液質にも対応できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例１を示す横断面図である。
【図２】（Ａ）は図１におけるＩ−Ｉ線断面図、（Ｂ）は図１におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】実施例１の縦断面図である。
【図４】（Ａ）は本発明の実施例２を示す要部断面図、（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）は（Ａ）におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図５】（Ａ）は本発明の実施例３を示す要部断面図、（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）は（Ａ）におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図６】（Ａ）は本発明の実施例４を示す要部断面図、（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）は（Ａ）におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図７】（Ａ）は本発明の実施例５を示す要部断面図、（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）は（Ａ）におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図８】（Ａ）は本発明の実施例６を示す要部断面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＩ−Ｉ線断面図、（Ｃ）は（Ａ）におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図９】（Ａ）は本発明の実施例７を示す要部断面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＩ−Ｉ線断面図、（Ｃ）は（Ａ）におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図１０】本発明の実施例８を示す縦断面図である。
【図１１】本発明の実施例９を示す縦断面図である。
【図１２】本発明の実施例１０を示す要部断面図である。
【図１３】従来技術例を示す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、各図にわたって共通の部分には同じ符号を付すものとし、本発明の各実施例について詳細を説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１は本発明の実施例１を示す横断面図であり、図２の（Ａ）は図１におけるＩ−Ｉ線断面図、（Ｂ）は図１におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。そして、図３はこの実施例１の縦断面図である。
図１〜図３において、１はケーシング、３は吸込カバー、４は羽根車、５は羽根、６は回転軸、７は軸封部、８は軸受部、ａは入口流路、ｉは吐出流路である。ケーシング１の中の対称的位置に、小うず形室ｖ１は上向きに、大うず形室ｖ２は下向きに設けられており、小うず形室ｖ１の始まる部位は羽根車４の吸込口より下部に位置し、大うず形室ｖ２の始まる部位は羽根車４の吸込口より上部に位置している。又、羽根車４の外周部と小うず形室ｖ１の始まる部位との間隙ｓ１は、大うず形室ｖ２の始まる部位との間隙ｓ２より大きく形成されており、これによって自吸作動時に、ポンプ内に貯留されていた自吸水が、小うず形室ｖ１から大うず形室ｖ２へ向かって循環する流れ、即ち自吸水循環流を発生させるようになっている。
【００２３】
そして、大うず形室ｖ２の噴出流路ｃ２から吐出流路ｉにかけてのディフューザー部に相当する部位が、上向きの筒状になって自吸水分離室ｅを構成している。又、小うず形室ｖ１の噴出流路ｃ１が、該分離室ｅ内に向けて開口し、自吸水循環流が該分離室ｅに向けて放流されるように誘導形成されており、この自吸水分離室ｅ内で気水分離を行わせるようになっている。
【００２４】
以上の自吸式ポンプとしての基本的構成に加え、この実施例１においては、高度な気水分離を達成するために、小うず形室ｖ１からの流路の自吸水分離室ｅ内への開口部ｍ１が、該分離室ｅの内壁面に対してほぼ接線方向から巻き込まれる形状に形成されており、ここから噴出した自吸水が旋回流を発生するように誘導形成されている。
この自吸水分離室ｅへの流路開口部ｍ１の巻き込みの方向については、図示例のような上から見た時計方向でもよいし、反時計方向を選択してもよい。
【００２５】
又、この実施例１においては、自吸水分離室ｅ内で発生する旋回流による竜巻状空洞の尾底部が大うず形室ｖ２に侵入して自吸作動を阻害するのを的確に防止する手段として、空洞受けや邪魔板等の流路狭隘物に頼らない新しい手段が講じられている。即ち、自吸水分離室ｅが有底筒状に形成され、その底部ｆの中心部近傍が、大うず形室ｖ２からの流路の該分離室ｅ内への開口部ｍ２の断面下部ｇよりも低い位置となるよう形成されている。
【００２６】
これらの構成によって実施例１のものは、竜巻状空洞の上部から尾底部末端に至るまで全面的に強力な気水遠心分離を働かせて、明確な竜巻状空洞と明確で尖鋭化した尾底部を生成させ、その上で、空洞尾底部が着床している自吸水分離室底部ｆから、大うず形室向け流路開口部ｍ２にかけて、空洞尾底部が乗り越えにくい段差、即ち流路開口部断面下部ｇと自吸水分離室底部ｆ間の高低差（ｇ−ｆ）を設けることによって、空洞尾底部を自吸水分離室底部ｆに閉じ込めるものである。この、竜巻の回転は邪魔しないがその尾底部の移動は邪魔するという新しい構成により、強力な気水遠心分離を行いつつ竜巻状空洞の大うず形室ｖ２への侵入を阻止して、高度な自吸性能を達成し、同時に、ディフューザーとしての流路抵抗を低減して、高度な揚水性能との両立を達成したものである。
【００２７】
なお、自吸水分離室底部ｆが大うず形室ｖ２からの流路の開口部ｍ２よりも低い位置となるので、該分離室底部ｆに揚液が溜まることのないよう、ドレン１１を設けることが望ましいことを図示した。
【００２８】
以上の自吸式ポンプとしての構成を備えつつ、本発明においては、ポンプ内部の定置洗浄や分解洗浄も容易に行える構成も備えて、食品やスラリー等の多様な液質に対応できる便利なポンプ装置となっている。
【００２９】
即ち、羽根車４の回転軸６が貫通する軸封部７の近傍には、本装置を分解しないままで内部洗浄できるよう、空洞部が形成され、洗浄液注入口９が設けられたものが例示されている。洗浄液注入口９に繋がる軸封部７近傍の空洞部の形状については、要するに洗浄液が滞留しにくい形状であればよいのであるが、本実施例においてはその一例として、コーン状にしたものが例示されている。なお、更に好ましい態様として、このコーン状空洞の縮径部近辺に洗浄液注入口９を設ければ、注入洗浄液は縮径部から拡径部を経てドレン１１に液切れよく排出される。又、この洗浄液注入口９を該空洞に接線方向から巻き込まれる流路形状に形成しておけば、注入洗浄液が該空洞内を舐めるようにくまなく洗浄した上で排出されるので、洗浄効果を更に向上させることができる。
【００３０】
本発明の作用を、図１〜図３を参照しつつ説明すると、先ず、所要の水をポンプ装置に注入し、羽根車４を回転させると、羽根車４内の水は加速されて、小うず形室ｖ１に優先的に流出し、小うず形室の噴出流路ｃ１より自吸水分離室ｅ内に噴出する。そしてポンプ装置内の水は、４→ｖ１→ｃ１→ｅ→ｃ２→ｖ２→４の順に循環流となって流動し、その間に、羽根車４の中に発生する渦流によって、羽根車４の中央部の空気を気泡状の気水混合体にして、該分離室ｅ内に噴出して連れ出す。噴出した自吸水（気水混合体）は、該分離室ｅの中で気泡分と自吸水とに分離され、分離された空気は吐出流路ｉ側へ浮上排出される。
【００３１】
本発明においては、自吸水分離室ｅから大うず形室ｖ２に帰ってきた自吸水循環流は、それと反対方向に回転している羽根車４により、鋭い折返し循環流を生ずるため、液が羽根５に進入するや極めて強力な衝撃作用を受けつつ加速され、ここに強い渦流を生じ、有効に羽根５の間の空気を誘引するので、自吸水循環流の量は比較的少ない割には排気量が大きく、自然分離でも十分に排気を行えるものではあるが、この実施例１のものは更に、自吸水を強制的に旋回させることによる気水遠心分離の作用を付加してあるので、自吸性能は高度である。
即ち、小うず形室ｖ１からの流路の自吸水分離室ｅ内への開口部ｍ１が、該分離室ｅの内壁面に対してほぼ接線方向から巻き込まれる形状に形成されているので、噴出した自吸水（気水混合体）は、自らの噴出の勢いにより、直立した筒状の自吸水分離室ｅの壁面に沿って旋回流となり、気泡分はその遠心分離効果により、瞬時に該分離室ｅの中心に逆円錐状の竜巻状空洞を形成し、遠心分離された空気は吐出流路ｉ側へ浮上排出される。
【００３２】
その自吸旋回流による竜巻状空洞の挙動を見ると、自吸作動中は、竜巻状空洞の尾底部は自吸水分離室底部ｆの中心部近傍の平坦な部位にあって安定しており、あえて該分離室底部ｆから大うず形室ｖ２への流路にかけて設けられている段差（ｇ−ｆ）を空洞尾底部が乗り越えることは起こりにくいので、高度な自吸作用を安定的に継続する。
【００３３】
分離された空気は逐次に外部へ浮上排出され、やがて、自吸作用を終了する。そして、正規の揚水状態に転じた時、小うず形室ｖ１も大うず形室ｖ２も自吸水分離室ｅも共に正規の遠心ポンプ流路（ａ→４→ｖ２→ｃ２→ｅ→ｉ、及び、ａ→４→ｖ１→ｃ１→ｅ→ｉの流れ）に帰り、必要かつ充分な働きを果たす。この正規の揚水の際には、主たる揚水流路となる自吸水分離室ｅの中に空洞受けや邪魔板等の流路狭隘物がない構造となっているため、抵抗損失は少なく、目詰まりも起こらず、揚水性能は高度である。
【００３４】
本装置を定置洗浄する場合には、ケーシング１及び自吸水分離室ｅを巡る流路が、仕切り壁や狭隘部のないシンプルな流路空間を形成しているため、簡単にしかも隅々までくまなく洗浄することができる。具体的には、ケーシング１の羽根車４のある室内の洗浄は、本装置を運転しながら入口流路ａから洗浄液を注入して吐出流路ｉやドレン１１から排出させればよく、ケーシング１の軸封部７のある室内の洗浄は、洗浄液注入口９から洗浄液を注入して吐出流路ｉやドレン１１から排出させればよい。このようにして接液部を影なく洗浄することができる。なお、洗浄液注入口９及びドレン１１には適宜に開閉弁を付設して、洗浄時以外は閉めておくようにすれば操作上便利である。
【００３５】
又、本装置を分解洗浄する場合には、吸込カバー３を開いて羽根車４を回転軸６から引き抜くことによって、ケーシング１内の軸封部７の側の接液部を洗浄することも容易であり、再組立も容易である。
【００３６】
このように本装置は、分解、洗浄、点検、調整等、維持管理面でも極めて優れており、食品やスラリー等の多様な液質に対応できる高い利便性も備えている。
【実施例２】
【００３７】
図４の（Ａ）は本発明の実施例２を示す自吸水分離室ｅの部分の断面図であり、（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）は（Ａ）におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。
この実施例２は、実施例１のものにおける大うず形室ｖ２からの流路の自吸水分離室ｅ内への開口部ｍ２についての各種形態例を示したものである。具体的には、該分離室ｅの内壁面に対してほぼ接線方向から巻き込まれる形状に形成して、その巻き込み方向を、小うず形室ｖ１からの流路の開口部ｍ１の巻き込み方向と合致させてもよいし、あるいは反対方向を選択しても、巻き込み無しで該分離室ｅの中心方向に開口することを選択してもよく、その夫々に特徴がある。
【００３８】
例えば、図４（Ｂ）のように大小うず形室ｖ１，ｖ２からの流路の開口部ｍ１，ｍ２の巻き込み方向を合わせた場合は、正規揚水時に、大うず形室ｖ２から該分離室ｅに巻き込み誘導された流れと、小うず形室ｖ１から該分離室ｅに巻き込み誘導された流れとの旋回方向が合致して、より強い旋回流となるため、ポンプ運転の次行程に対する旋回流の影響を忌避したい場合には弱点となるものの、該分離室ｅの定置洗浄を念入りに行いたい場合には、その強い旋回流がむしろ利点となり定置洗浄効果を高めることができる。
【００３９】
逆に、図４（Ｃ）のように大小うず形室ｖ１，ｖ２からの流路の開口部ｍ１，ｍ２の巻き込み方向を互いに反対方向とした場合は、正規揚水時に、大うず形室ｖ２から該分離室ｅに巻き込み誘導された流れと、小うず形室ｖ１から該分離室ｅに巻き込み誘導された流れとが、互いに打ち消し合うか緩和する回転方向にて合流し、ほぼ整流化されて吐出流路ｉに流出するので、ポンプ運転の次行程に対して吐出流の捻転による悪影響を残さないという利点がある。
【００４０】
又、上記２つの方法の中間的なものとして、図４（Ｄ）のように、小うず形室ｖ１からの流路の開口部ｍ１については時計方向、反時計方向いずれかの巻き込み方式を採る一方、大うず形室ｖ２からの流路の開口部ｍ２については、巻き込み無しで該分離室ｅの中心方向に開口することも考えられる。
【００４１】
一方、図示は省略するが、自吸性能は左程求めずに自吸水分離室ｅの定置洗浄を念入りに行うことに専ら重点を置きたいというのであれば、大うず形室ｖ２からの流路の開口部ｍ２についてのみ巻き込み方式として、小うず形室ｖ１からの流路の開口部ｍ１については敢えて巻き込み無しの該分離室ｅに対する単純開放に留めてもよい。但しその場合は、自吸作動時の旋回流は発生せず、自吸水が単に小うず形室の噴出流路ｃ１より自吸水分離室ｅ内に噴出して気泡分と自吸水とが自然分離するという気水分離方式となるため、自吸旋回流が発生する方式に比べれば自吸性能は劣ることとなる。
【００４２】
なお、本図中には、自吸水分離室ｅの底部ｆの部分を該分離室ｅとは分割して下蓋部材２とし、該分離室ｅに対して着脱可能に構成したものを例示した。これによって、従来は特に影となりやすかった噴出流路ｃ２、流路開口部ｍ２、該分離室底部ｆ等の周辺の加工や研磨を、下蓋部材２を開いた状態で完全施工でき、又、分解洗浄も容易となる。
その他の構成及び作用は実施例１と同様である。
【実施例３】
【００４３】
図５の（Ａ）は本発明の実施例３を示す自吸水分離室ｅの部分の断面図である。（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）は（Ａ）におけるＩＩ−ＩＩ線断面図であり、大うず形室ｖ２からの流路の自吸水分離室ｅ内への開口部ｍ２の各種形態例である。
この実施例３は、実施例２のものの自吸水分離室ｅが、筒径が一定でない形状に形成されたものである。
本図においては、該分離室ｅ下部の筒形状が上向きに開いた直線的なコーン状のものを例示しているが、これに限らず、曲線的なラッパ状や逆釣鐘状など各種形状を選択してもよい。いずれの形状でも、下に向かって縮径する場合、自吸旋回流は下に行くほど回転数が上昇することとなるので、それだけ遠心分離が強力に行われ、明確な竜巻状空洞が生成されるという特徴がある。
【００４４】
なお、自吸水分離室ｅの吐出流路ｉには、自吸水循環流の流入による液面の乱れを抑制するよう縮径部を設けてもよいことが図示されており、特に、該分離室ｅ内での自吸旋回流の液面の立ち上がりを的確に押さえ、自吸水が吐出側に溢流するのを防ぐことができる。
その他の構成及び作用は実施例２と同様である。
【実施例４】
【００４５】
図６の（Ａ）は本発明の実施例４を示す自吸水分離室ｅの部分の断面図である。（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）は（Ａ）におけるＩＩ−ＩＩ線断面図であり、大うず形室ｖ２からの流路の自吸水分離室ｅ内への開口部ｍ２の各種形態例である。
この実施例４は、実施例２のものの自吸水分離室底部ｆを、孔部ｈを有する内向きの鍔で覆われる形状に替えたものである。
実施例２のものは、自吸旋回流による竜巻状空洞の尾底部が着床している自吸水分離室底部ｆから、大うず形室向け流路開口部ｍ２にかけて、空洞尾底部が乗り越えにくい段差、即ち流路開口部断面下部ｇと自吸水分離室底部ｆ間の高低差（ｇ−ｆ）を設けることによって、空洞尾底部を自吸水分離室底部ｆに閉じ込めるものであるが、この実施例４の内向きの鍔を設けることによって、更に空洞尾底部が乗り越えにくい段差となる。
【００４６】
自吸作動時に、竜巻状空洞の尾底部がこの内向きの鍔の孔部ｈを通過して自吸水分離室底部ｆに着床している際には、この鍔が竜巻の回転を邪魔することはないが、その尾底部が移動しようとすると、該分離室底部ｆから大うず形室ｖ２への流路にかけて設けられている段差（ｇ−ｆ）のみならず、この鍔もその尾底部の移動を邪魔する働きをするので、竜巻状空洞の大うず形室ｖ２への侵入を効果的に阻止できるものである。
その他の構成及び作用は実施例２と同様である。
【実施例５】
【００４７】
図７の（Ａ）は本発明の実施例５を示す自吸水分離室ｅの部分の断面図である。（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）は（Ａ）におけるＩＩ−ＩＩ線断面図であり、大うず形室ｖ２からの流路の自吸水分離室ｅ内への開口部ｍ２の各種形態例である。
この実施例５は、実施例４のものの自吸水分離室底部ｆの周辺に、適宜個数のフィン１２を配設したものである。
このフィン１２は、自吸作動時に、竜巻状空洞の尾底部が内向きの鍔の孔部ｈを通過して自吸水分離室底部ｆに着床している際には、その竜巻の回転を邪魔することはないが、その尾底部が移動しようとする場合は、尾底部の移動を邪魔すると共にその尾底部を崩壊させる働きをするので、竜巻状空洞の大うず形室ｖ２への侵入を効果的に阻止できるものである。
その他の構成及び作用は実施例４と同様である。
【実施例６】
【００４８】
図８の（Ａ）は本発明の実施例６を示す自吸水分離室ｅの部分の断面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＩ−Ｉ線断面図、（Ｃ）は（Ａ）におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。
この実施例６は、自吸水分離室ｅが有底筒状に形成されると共に、流過流体の運動に干渉する狭隘部、ガイド、邪魔板、突起を含む凹凸状の内壁を有しない室を構成するよう形成された上で、小うず形室ｖ１からの流路が該分離室ｅに接線方向から巻き込まれているものであり、この構成によれば、実施例１において設けられていた段差、即ち流路開口部ｍ２断面下部ｇと自吸水分離室底部ｆ間の高低差（ｇ−ｆ）が縮小でき、最終的にこの段差をゼロとすることも可能であることを例示した。
【００４９】
本発明の自吸式ポンプ装置は、前述の通り、自吸作動中の自吸水循環流路と正規揚水中の吐出流路とが共通であるという基本的特徴を有しており、その前提下で高度な揚水性能をも実現するために、正規揚水中のディフューザーの役割も兼ねている自吸水分離室ｅにおける流路抵抗を極力減らすべく、該流路中に何らの狭隘物も存在しない構成とし、その何らの狭隘物も存在しないということによって、高い自吸性能・揚水性能と同時に容易な清掃・洗浄性をも生み出そうという技術的思想に立脚しているが、実施例６においては、この技術的思想をより本質的かつシンプルな手段で追求したものである。
具体的には、自吸水分離室ｅ内で発生する旋回流による竜巻状空洞の尾底部が大うず形室ｖ２に侵入して自吸作動を阻害するのを防止するために、該竜巻状空洞の形状と位置を安定させる強力な回転力を維持することに重点を置くものである。
【００５０】
即ち、この実施例６においては、自吸旋回流の回転数を高く維持させることを優先するべく、自吸水分離室ｅ内には自吸旋回力を減衰させる要素（狭隘部、ガイド、案内流路、空洞受け、邪魔板、突起、その他凹凸状のものなど）を敢えて一切設けず、これによって竜巻状空洞の上部から尾底部末端に至るまで全面的に強力な気水遠心分離を働かせて、強力な竜巻状空洞を生成させるものであり、この自吸旋回力を減衰させる要素を排除し、強力な竜巻の回転を邪魔しないという構成そのものによって（即ち流路開口部ｍ２断面下部ｇと自吸水分離室底部ｆ間の高低差によらず）空洞尾底部の位置を安定的に維持するものである。
【００５１】
なお、自吸旋回力を減衰させる要素の排除の一環として、大うず形室ｖ２からの流路の開口部ｍ２については、巻き込み無しで該分離室ｅの中心方向に開口し、この種の案内流路による竜巻状空洞への干渉（即ち自吸旋回力を減衰させる要素）さえも避ける構造としたものを例示した。
【００５２】
一方、この実施例６においては、自吸水分離室ｅの上部に洗浄液注入口１０を設けてもよいことについても例示した。
この場合、洗浄液注入口１０の自吸水分離室ｅ内への流入角度・流路形状は適宜選択してよいのであるが、該分離室ｅに接線方向から巻き込まれる流路形状に形成しておけば、洗浄液が該分離室ｅ内を旋回しながら隅々まで良く行き渡るので、洗浄効果を向上させることができる。
【００５３】
更に、この実施例６においては、洗浄液注入口１０のより好ましい実施例として、小うず形室ｖ１からの流路の開口部ｍ１よりも高い位置で、かつ自吸水分離室ｅ内で発生する自吸旋回流の旋回方向に対向する方向から洗浄液を注入する位置に設けられたものを例示した。この場合、洗浄液注入口１０から洗浄液を注入すると、洗浄液は該分離室ｅ内を舐めるようにくまなく洗浄しつつ旋回降下し、小うず形室ｖ１からの噴出流路ｃ１の開口部ｍ１に至ると、そのまま該流路ｃ１に侵入し、自吸作動時及び正規揚水時とは逆方向の流路を辿って該流路ｃ１→小うず形室ｖ１へと洗浄して行くので、洗浄効果を更に高めることができる。
その他の構成及び作用は実施例１と同様である。
【実施例７】
【００５４】
図９の（Ａ）は本発明の実施例７を示す自吸水分離室ｅの部分の断面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＩ−Ｉ線断面図、（Ｃ）は（Ａ）におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。
この実施例７は、実施例６のものの自吸水分離室ｅが、筒径が一定でない形状に形成されたものである。本図においては、該分離室ｅ下部の筒形状が上向きに開いた直線的なコーン状のものを例示しているが、これに限らず、曲線的なラッパ状や逆釣鐘状など各種形状を選択してもよい。いずれの形状でも、下に向かって縮径する場合、自吸旋回流は下に行くほど回転数が上昇することとなるので、それだけ遠心分離が強力に行われ、明確な竜巻状空洞が生成されるという特徴がある。
その他の構成及び作用は実施例６と同様である。
【実施例８】
【００５５】
図１０は本発明の実施例８を示す縦断面図である。
この実施例８は、軸封部７近傍に設けられた洗浄液注入口９が、ケーシング１の羽根車４外周部近傍に臨む部位又は自吸水分離室ｅに連通可能にされたものである。
洗浄液注入口９のケーシング１内への流入角度・流路形状は適宜選択してよいのであるが、本実施例においては、洗浄液がケーシング１の軸封部７のある室内を旋回しながら隅々まで良く行き渡るように、該室内に接線方向から巻き込まれる流路形状に形成されたものが例示されている。
【００５６】
この洗浄液注入口９は、洗浄液の供給元と接続すればよい訳であるが、より自動化・省力化を進める方法として、洗浄液注入口９がケーシング１の軸封部７近傍という低圧部に臨んで設けられていることを利用して、この洗浄液注入口９を、ケーシング１における羽根車４外周部の近傍に臨む部位あるいは自吸水分離室ｅの吐出流路ｉにかけての部位のような高圧部に連通させることにより、洗浄液を自動的に循環させるという方法がある。この場合、定置洗浄運転をすれば、ポンプ内の加圧された洗浄液の一部が、圧力差により洗浄液注入口９経由で軸封部７近傍に注入され、その洗浄液は羽根車４により再び加圧されて該羽根車４外周部付近及び自吸水分離室ｅ付近に達し、この繰返しにより自動的にケーシング１内部洗浄用の循環流が発生することとなるので、定置洗浄の効果をより高めることができる。
【００５７】
従って、洗浄液注入口９の接続先としては、羽根車４外周部付近、自吸水分離室ｅ付近、あるいは別個の洗浄液供給元のいずれかを選択してよいが、説明の便宜上、それら配管例を一纏めに図示したものが図１０である。図中、ケーシング１の頂部近辺に、エア抜き兼用ともなる呼び水注水用開口１４を設けて、それに配管２１を接続し、又、洗浄液注入口９には洗浄液供給用の配管２２を接続し、吐出流路ｉには吐出配管１３を接続し、それら配管１３，２１，２２には弁２４，２５，２６，２７，２８を配設しておく。そして、使用時に適宜に連通させたい箇所の弁のみを開弁し、それ以外は閉鎖しておく。例えば、開口１４（即ち羽根車４外周部付近）と連通させる場合は弁２５，２７のみを開弁し、自吸水分離室ｅ（吐出流路ｉ）付近と連通させる場合は弁２４，２７のみを開弁し、別個の洗浄液供給元と連通させる場合は弁２８，２７のみを開弁すればよい。これら洗浄用配管系の全てを備えてもよいし、実際に使用する洗浄用配管系のみを備えてもよいことは勿論である。
【００５８】
なお、開口１４は、点検時のエア抜きとしても利用できる他、ポンプ据え付け時のみ必要となる呼び水の注水口としても利用できるので、その先端に呼水漏斗１５を設けたものを図示した。
その他の構成及び作用は前述の各実施例と同様である。
【実施例９】
【００５９】
図１１は本発明の実施例９を示す縦断面図である。
この実施例９は、揚液の吸込流路が、羽根車４から見て駆動機（図示は省略）の側に配置されるポンプ構造に構成されたものである。
この場合は、吐出配管のみならず吸込配管もケーシング１に装着されており、前述の各実施例におけるようなポンプ分解時の吸込側の配管の取り外しは不要であり、ポンプ分解時には、吸込カバー３を外すのみで内部が露出するので、分解点検作業が極めて楽になる。
【００６０】
又、構造上、入口流路ａが広く、特に入口流路ａが上向きの場合には、自吸水の貯留スペースが潤沢となるので、吸込側での自吸水貯留槽を別途用意する必要がないのみならず、後述のような逆Ｕ字状の配管、即ち揚液吸込配管の最頂部における管路断面下部が、羽根車４の上端付近又はそれよりも高い位置となるような貯留用配管さえも不要となるので、据付け、維持管理が楽になるという利点がある。
【００６１】
なお、本実施例においては、軸封部７は入口流路ａに臨んでいるので、前述の各実施例におけるような洗浄液注入口９を別途に設ける必要はないが、その代わりに吸込カバー３の中央部付近で揚液や洗浄液の滞留があり得るので、定置洗浄運転のときに、ポンプ内の加圧された洗浄液の一部が吸込カバー３の中央部付近に注入されて、内部洗浄用の循環流が自動的に発生するようにして、定置洗浄の効果をより高めるべく、羽根車４の外周部近辺の部位から吸込カバー３の中央部付近の部位との間に弁２９付きの配管２３を設けた例も図示した。
その他の構成及び作用は前述の各実施例と同様である。
【実施例１０】
【００６２】
図１２は本発明の実施例１０を示す要部断面図である。
この実施例１０は、自吸作動に必要となる自吸水を自動的に貯留する手段の一例を示したもので、本ポンプ装置の揚液吸込配管３１の一部を持上げた曲管とし、その最頂部における管路断面下部ｊが、羽根車４の上端付近又はそれよりも高い位置となるよう配管し、吸込配管３１の途中又は管端に逆流防止弁３２を配設するというものである。更に吸込配管３１の管端には、揚液の洗浄性の向上及び目詰まり防止のためのストレーナー３３等を設けてもよい。
【００６３】
これにより、本ポンプ装置の自吸作動時における貯留水（自吸水）の所要水位を確保し、運転停止時の自吸水のポンプ吸込口側からの逸流を防止することができる。
なお、羽根車４について、軸スラストの低減と洗浄性の向上のために、オープン羽根形式としたものを例示した。
その他の構成及び作用は前述の各実施例と同様である。
【００６４】
次に、各実施例に共通の技術事項について説明する。
【００６５】
羽根車４の形状については、ノンクロッグ型、オープン型、セミオープン型、クローズド型など、種々公知の形状が適用でき、又、側板（シュラウド）付きの場合でも、適宜に前後面を連通させる連通路や切り欠きを設けるなどしてよく、更に羽根５のタイプについても、種々公知のものが適用でき、又、側板（シュラウド）の裏側に裏羽根を形成してもよい。
【００６６】
自吸水分離室ｅの構成と作用効果は、各実施例にあるポンプ形式以外の形式、例えば斜流ポンプ、軸流ポンプ、渦流ポンプ等の形式においても適用できるものである。
回転軸６を回転させる原動機については、使用条件に応じて適宜選択してよい。例えば、本装置を水中モーターと一体構造にしてそのモーターの回転軸を本装置の回転軸６としてそのまま用いる方法をとれば、本装置の軸受部８は不要となってコンパクトになる上、洗浄時のモーター防水対策も不要となり、更には、本装置をモーターと共に液中に沈めて設置することも可能となる。
【００６７】
本装置のポンプとしての性能（揚程、吐出量など）を更に向上させる方法として、ケーシング及び羽根車を多段構造としてもよいし、本装置を複数台連結配管して直列運転あるいは並列運転してもよい。
その他、本発明の趣旨の範囲内で、その構成要素の個数、配置、組合わせを変更したり、従来技術手段を追加するなど、種々設計変更可能であり、更に素材材質も適宜選択可能であり、本発明を前記の各実施例に限定するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明の装置は、従来技術の課題を解決して、簡潔な構成で安定的かつ確実に作動し、仕様液質に制約を受けたり目詰まりを起こすこともなく、特に食品やスラリー等の多様な液質を取り扱うプロセスの自動運転装置に適用されて、高い自吸性能と揚水性能を発揮すると共に、定置洗浄や分解洗浄が容易に行える構造も備え、そして多様な液質にも対応できる、高性能で取扱い容易な自吸式遠心ポンプ装置を得たものであり、その実施効果は極めて大きい。
【符号の説明】
【００６９】
１ ケーシング
２ 下蓋部材
３ 吸込カバー
４ 羽根車
５ 羽根
６ 回転軸
７ 軸封部
８ 軸受部
９ 洗浄液注入口
１０ 洗浄液注入口
１１ ドレン
１２ フィン
１３ 吐出配管
１４ 開口
１５ 呼水漏斗
２１，２２，２３ 配管
２４，２５，２６，２７，２８，２９ 弁
３１ 吸込配管
３２ 逆流防止弁
３３ ストレーナー
４１ 逆向き螺旋状案内
ａ 入口流路
ｖ１ 小うず形室
ｖ２ 大うず形室
ｓ１ 小うず形室の始まる部位の間隙
ｓ２ 大うず形室の始まる部位の間隙
ｃ１ 小うず形室の噴出流路
ｃ２ 大うず形室の噴出流路
ｍ１ 小うず形室からの流路の自吸水分離室内への開口部
ｍ２ 大うず形室からの流路の自吸水分離室内への開口部
ｅ 自吸水分離室
ｆ 自吸水分離室底部
ｇ 大うず形室からの流路の開口部の断面下部
ｈ 孔部
ｉ 吐出流路
ｊ 吸込配管最頂部の管路断面下部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種産業分野において、信頼性の高い自動揚水、自動送水を必要とする自動運転設備に適用されて、構造簡潔、経済的でしかも高い自吸性能と揚水性能を発揮し、かつ清掃や洗浄が簡単で取扱い容易な自吸式遠心ポンプ装置に関するものである。
ここに、本明細書、請求の範囲、並びに要約書中、「水」の語は液体を総称し、「空気」の語は気体を総称するものとする。
【背景技術】
【０００２】
従来、遠心ポンプ装置は、これを吸い上げの目的に使用する場合には、真空ポンプ等、呼び水操作をするためにしか必要でない装置を設けたり、又、この種のポンプ装置の欠点を補うために発明されたはずの各種自吸式遠心ポンプ装置においても同様に、自吸作用のためにしか必要でない自吸水貯留槽や気水分離槽を具備することを余儀なくされていた。
【０００３】
本発明は、特許文献１〜３（以下、原発明１〜３と呼ぶ）等の原発明諸件の改良に係るものである。
これら原発明諸件の遠心ポンプ部分は、自吸作動中の自吸水循環流路と正規揚水中の吐出流路とが共通であるという、それ迄の各種自吸式遠心ポンプ装置にはなかった基本的特徴を有しており、多様な仕様条件に応じるべく各種改良がなされて、優れた自吸性能と揚水性能を発揮してきた。
【０００４】
例えば、大小２個のうず形室により自吸水の循環流を発生させ、羽根車の羽根間の空気をその自吸水循環流に混ぜ込み、連れ出すことによって排気するという自吸の仕組みを確立したのが原発明１であるが、それを改良発展させて、自吸水を旋回させて気液を強制的に遠心分離すると共に、その旋回によって発生する竜巻状空洞の尾底部を支えてうず形室への侵入を阻止する「空洞受け」を設けることによって、自吸性能の高度化を達成したのが原発明２であり、更には、その空洞受けが流路の抵抗を増やすという欠点をも解消すべく、気液遠心分離を終えた自吸水の旋回を抑制する螺旋状案内を流路中に設けることによって、空洞受けを無くし、自吸性能の高度化と流路抵抗の低減との両立を図ったのが原発明３である。
【０００５】
この原発明３の装置の構造は、図１３に例示したように、ケーシング１の対称的位置に小うず形室ｖ１と大うず形室ｖ２とが形成され、大うず形室ｖ２の噴出流路ｃ２は、次第に流路断面を拡大しながら吐出流路ｉに至る直立円筒状の自吸水分離室ｅを構成している。又、小うず形室ｖ１の噴出流路ｃ１は、該分離室ｅに向けてほぼ接線方向に巻き込まれるように形成されている。そして、該分離室ｅの下部から大うず形室ｖ２の噴出流路ｃ２にわたる流路壁面に、小うず形室ｖ１からの噴出旋回流の勢いに略見合う逆向き螺旋状案内４１が設けられている。なお、羽根車４の外周部と小うず形室ｖ１の始まる部位との間隙ｓ１は、大うず形室ｖ２の始まる部位の間隙ｓ２より大きくしてある。
【０００６】
このポンプ装置に、先ず所要の水を注入し、羽根車４を回転させると、羽根車４内の水は加速されて、小うず形室ｖ１へ優先的に流出して噴出流路ｃ１より自吸水分離室ｅへ噴出する。そしてポンプ装置内の水は、４→ｖ１→ｃ１→ｅ→ｃ２→ｖ２→４の順に循環流となって流動し、その間に羽根車４の中央部の気体を気泡状にして、該分離室ｅ内に噴出して連れ出す。噴出した気水混合体は、該分離室ｅの壁面に沿って旋回流となり、気泡分はその遠心分離効果により、瞬時に該分離室ｅの中心部に逆円錐状の竜巻状空洞を形成する。そして、遠心分離作用を終えた時点でなお旋回しながら流過しようとする局所に、その旋回流の旋回を抑制するための逆向き螺旋状案内４１が設けられているので、その局所で空洞は崩壊し、その空洞の大うず形室ｖ２への連れ込み現象は発生しない。遠心分離された気体が逐次に外部へ排気され、やがて自吸作用を終了して、正規揚水に転じた時、小うず形室ｖ１も大うず形室ｖ２も自吸水分離室ｅも共に通常の遠心ポンプ流路に帰り、必要かつ充分な働きを果たす、というものである。
【０００７】
このようにして、原発明３の装置は、優れた自吸性能と揚水性能を発揮する自吸式ポンプとして、実用上極めて有用であるが、しかし、用途によっては依然未解決の課題が残っている。即ち、スラリー等の固形物混入液、食品等の清浄かつ粒子の混入した液、粘度の高い液、等の多様な液質を取り扱うプロセスに適用する場合に、固形物や粒子の塊が目詰まりを起こす場合がある他、掃除が行き届きにくく、定置洗浄（分解しないまま内部洗浄）により接液部を影なく洗浄することは困難であり、分解洗浄も容易でないという問題がある。
【０００８】
原発明１の装置の自吸性能を大いに向上させた原発明２の装置においては、自吸性能の向上のために空洞受けを付設したことによって、却って空洞受けの裏側などの洗浄しにくい影や隘路を新たに発生させる結果となり、その自吸性能の向上と引き換えに、洗浄が容易でないという新たな問題を抱えることとなっていた。
これらを解決すべく発明された原発明３の装置においては、空洞受けを取り去ってはいるが、その代わりに設けた螺旋状案内に多数の凹凸部があるため、洗浄が容易でないという問題に関しては、依然として抜本的解決とはなっていない。
【０００９】
そもそも、このような複雑な構造のものを効率よく製作するためには、鋳造により成型するのが必然とされており、従来一般的に、ポンプのケーシング部材はうず形室と吐出デフューザーを一体で形成する鋳造材で製作し、食品等の清浄な液質を要求されるシステムには、鋳肌面を研磨仕上げ及び精密洗浄して最小限に汚染を防御しているが、構造的に凹凸があると、そのような表面処理や洗浄が行いにくいため、完璧な防御には至っておらず、更には引っ掛りや目詰まりの可能性もあるという点が、避けることのできない未解決のままの課題として残っていた。
【００１０】
これらの問題は原発明３の構成から必然的に生じるものであって、原発明３の技術的思想においては解決困難なものである。そもそも、ポンプとしての諸性能の向上を主眼とすればいきおい複雑な流路形状となりがちで、清掃・洗浄の容易性とは二律背反となり、従って、前述の二つの課題、即ち「自吸性能・揚水性能」と「清掃・洗浄の容易性」を同時に解決することは容易ではないと見られていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特公昭２８−３０３９号公報（原発明１）
【特許文献２】特公昭５０−２１６８２号公報（原発明２）
【特許文献３】特許第２６３０７２５号公報（原発明３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上述の従来技術の課題を解決して、簡潔な構成で安定的かつ確実に作動し、仕様液質に制約を受けたり目詰まりを起こすこともなく、特に食品やスラリー等を取り扱うプロセスの自動運転装置に適用されて、高い自吸性能と揚水性能を発揮すると共に、定置洗浄や分解洗浄が容易に行える構造も備え、そして多様な液質にも対応できる、高性能で取扱い容易な自吸式遠心ポンプ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するために、この発明に係る装置は、
ポンプケーシング内に大小２個のうず形室を形成させ、該うず形室の始まる部位と羽根車の外周部との間隙について、小うず形室との間隙を大うず形室との間隙より大きくすることにより、自吸作動時に、小うず形室から大うず形室へ向かって自吸水循環流を発生させ、大うず形室のディフューザー部が上向きの筒状になって形成された自吸水分離室に対して、小うず形室の噴出流路からの自吸水循環流を誘導流出させて、該自吸水分離室内で気水分離を行わせる自吸式遠心ポンプ装置において、
前記自吸水分離室が有底筒状に形成され、その筒底中心部近傍が、前記大うず形室からの流路の該自吸水分離室内への開口部の断面下部よりも低い位置となるよう形成されたことを主な特徴としている。
【００１４】
本発明においては、前記小うず形室からの流路の前記自吸水分離室内への開口部が、該自吸水分離室に対して接線方向から巻き込まれる形状に形成されてもよい。
又、前記大うず形室からの流路の前記自吸水分離室内への開口部が、該自吸水分離室に対して接線方向から巻き込まれる形状に形成されてもよい。
【００１５】
又、この発明に係る装置は、
ポンプケーシング内に大小２個のうず形室を形成させ、該うず形室の始まる部位と羽根車の外周部との間隙について、小うず形室との間隙を大うず形室との間隙より大きくすることにより、自吸作動時に、小うず形室から大うず形室へ向かって自吸水循環流を発生させ、大うず形室のディフューザー部が上向きの筒状になって形成された自吸水分離室に対して、小うず形室の噴出流路からの自吸水循環流を誘導流出させて、該自吸水分離室内で気水分離を行わせる自吸式遠心ポンプ装置において、
前記自吸水分離室が有底筒状に形成されると共に、流過流体の運動に干渉する狭隘部、ガイド、邪魔板、突起を含む凹凸状の内壁を有しない室を構成するよう形成され、
前記小うず形室からの流路の前記自吸水分離室内への開口部が、該自吸水分離室に対して接線方向から巻き込まれる形状に形成されたことを主な特徴としている。
【００１６】
本発明においては、前記自吸水分離室が、筒径が一定でない形状に形成されてもよい。
又、前記自吸水分離室からの吐出流路中に、縮径部が設けられてもよい。
【００１７】
又、前記自吸水分離室の上部に、洗浄液注入口が設けられてもよい。
又、前記羽根車の回転軸が貫通する前記ケーシングの軸封部近傍に、洗浄液注入口が設けられてもよい。
又、前記軸封部近傍に設けられた洗浄液注入口が、前記ケーシングの前記羽根車外周部近傍に臨む部位又は前記自吸水分離室に連通可能にされてもよい。
【００１８】
又、前記ポンプ装置の揚液吸込流路が、前記羽根車の駆動機側に配置されるポンプ構造に構成されてもよい。
又、前記ポンプ装置の揚液吸込配管の最頂部における管路断面下部が、前記羽根車の上端付近又はそれよりも高い位置となるよう配管され、該吸込配管の途中又は管端に逆流防止弁が配設されてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のポンプ装置は、高い自吸性能と揚水性能を発揮すると共に、定置洗浄の際には接液部を影なく洗浄することができ、更に、分解洗浄及び再組立も容易であり、食品やスラリー等の多様な液質にも対応できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例１を示す横断面図である。
【図２】（Ａ）は図１におけるＩ−Ｉ線断面図、（Ｂ）は図１におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】実施例１の縦断面図である。
【図４】（Ａ）は本発明の実施例２を示す要部断面図、（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）は（Ａ）におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図５】（Ａ）は本発明の実施例３を示す要部断面図、（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）は（Ａ）におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図６】（Ａ）は本発明の実施例４を示す要部断面図、（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）は（Ａ）におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図７】（Ａ）は本発明の実施例５を示す要部断面図、（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）は（Ａ）におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図８】（Ａ）は本発明の実施例６を示す要部断面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＩ−Ｉ線断面図、（Ｃ）は（Ａ）におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図９】（Ａ）は本発明の実施例７を示す要部断面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＩ−Ｉ線断面図、（Ｃ）は（Ａ）におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図１０】本発明の実施例８を示す縦断面図である。
【図１１】本発明の実施例９を示す縦断面図である。
【図１２】本発明の実施例１０を示す要部断面図である。
【図１３】従来技術例を示す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、各図にわたって共通の部分には同じ符号を付すものとし、本発明の各実施例について詳細を説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１は本発明の実施例１を示す横断面図であり、図２の（Ａ）は図１におけるＩ−Ｉ線断面図、（Ｂ）は図１におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。そして、図３はこの実施例１の縦断面図である。
図１〜図３において、１はケーシング、３は吸込カバー、４は羽根車、５は羽根、６は回転軸、７は軸封部、８は軸受部、ａは入口流路、ｉは吐出流路である。ケーシング１の中の対称的位置に、小うず形室ｖ１は上向きに、大うず形室ｖ２は下向きに設けられており、小うず形室ｖ１の始まる部位は羽根車４の吸込口より下部に位置し、大うず形室ｖ２の始まる部位は羽根車４の吸込口より上部に位置している。又、羽根車４の外周部と小うず形室ｖ１の始まる部位との間隙ｓ１は、大うず形室ｖ２の始まる部位との間隙ｓ２より大きく形成されており、これによって自吸作動時に、ポンプ内に貯留されていた自吸水が、小うず形室ｖ１から大うず形室ｖ２へ向かって循環する流れ、即ち自吸水循環流を発生させるようになっている。
【００２３】
そして、大うず形室ｖ２の噴出流路ｃ２から吐出流路ｉにかけてのディフューザー部に相当する部位が、上向きの筒状になって自吸水分離室ｅを構成している。又、小うず形室ｖ１の噴出流路ｃ１が、該分離室ｅ内に向けて開口し、自吸水循環流が該分離室ｅに向けて放流されるように誘導形成されており、この自吸水分離室ｅ内で気水分離を行わせるようになっている。
【００２４】
以上の自吸式ポンプとしての基本的構成に加え、この実施例１においては、高度な気水分離を達成するために、小うず形室ｖ１からの流路の自吸水分離室ｅ内への開口部ｍ１が、該分離室ｅの内壁面に対してほぼ接線方向から巻き込まれる形状に形成されており、ここから噴出した自吸水が旋回流を発生するように誘導形成されている。
この自吸水分離室ｅへの流路開口部ｍ１の巻き込みの方向については、図示例のような上から見た時計方向でもよいし、反時計方向を選択してもよい。
【００２５】
又、この実施例１においては、自吸水分離室ｅ内で発生する旋回流による竜巻状空洞の尾底部が大うず形室ｖ２に侵入して自吸作動を阻害するのを的確に防止する手段として、空洞受けや邪魔板等の流路狭隘物に頼らない新しい手段が講じられている。即ち、自吸水分離室ｅが有底筒状に形成され、その底部ｆの中心部近傍が、大うず形室ｖ２からの流路の該分離室ｅ内への開口部ｍ２の断面下部ｇよりも低い位置となるよう形成されている。
【００２６】
これらの構成によって実施例１のものは、竜巻状空洞の上部から尾底部末端に至るまで全面的に強力な気水遠心分離を働かせて、明確な竜巻状空洞と明確で尖鋭化した尾底部を生成させ、その上で、空洞尾底部が着床している自吸水分離室底部ｆから、大うず形室向け流路開口部ｍ２にかけて、空洞尾底部が乗り越えにくい段差、即ち流路開口部断面下部ｇと自吸水分離室底部ｆ間の高低差（ｇ−ｆ）を設けることによって、空洞尾底部を自吸水分離室底部ｆに閉じ込めるものである。この、竜巻の回転は邪魔しないがその尾底部の移動は邪魔するという新しい構成により、強力な気水遠心分離を行いつつ竜巻状空洞の大うず形室ｖ２への侵入を阻止して、高度な自吸性能を達成し、同時に、ディフューザーとしての流路抵抗を低減して、高度な揚水性能との両立を達成したものである。
【００２７】
なお、自吸水分離室底部ｆが大うず形室ｖ２からの流路の開口部ｍ２よりも低い位置となるので、該分離室底部ｆに揚液が溜まることのないよう、ドレン１１を設けることが望ましいことを図示した。
【００２８】
以上の自吸式ポンプとしての構成を備えつつ、本発明においては、ポンプ内部の定置洗浄や分解洗浄も容易に行える構成も備えて、食品やスラリー等の多様な液質に対応できる便利なポンプ装置となっている。
【００２９】
即ち、羽根車４の回転軸６が貫通する軸封部７の近傍には、本装置を分解しないままで内部洗浄できるよう、空洞部が形成され、洗浄液注入口９が設けられたものが例示されている。洗浄液注入口９に繋がる軸封部７近傍の空洞部の形状については、要するに洗浄液が滞留しにくい形状であればよいのであるが、本実施例においてはその一例として、コーン状にしたものが例示されている。なお、更に好ましい態様として、このコーン状空洞の縮径部近辺に洗浄液注入口９を設ければ、注入洗浄液は縮径部から拡径部を経てドレン１１に液切れよく排出される。又、この洗浄液注入口９を該空洞に接線方向から巻き込まれる流路形状に形成しておけば、注入洗浄液が該空洞内を舐めるようにくまなく洗浄した上で排出されるので、洗浄効果を更に向上させることができる。
【００３０】
本発明の作用を、図１〜図３を参照しつつ説明すると、先ず、所要の水をポンプ装置に注入し、羽根車４を回転させると、羽根車４内の水は加速されて、小うず形室ｖ１に優先的に流出し、小うず形室の噴出流路ｃ１より自吸水分離室ｅ内に噴出する。そしてポンプ装置内の水は、４→ｖ１→ｃ１→ｅ→ｃ２→ｖ２→４の順に循環流となって流動し、その間に、羽根車４の中に発生する渦流によって、羽根車４の中央部の空気を気泡状の気水混合体にして、該分離室ｅ内に噴出して連れ出す。噴出した自吸水（気水混合体）は、該分離室ｅの中で気泡分と自吸水とに分離され、分離された空気は吐出流路ｉ側へ浮上排出される。
【００３１】
本発明においては、自吸水分離室ｅから大うず形室ｖ２に帰ってきた自吸水循環流は、それと反対方向に回転している羽根車４により、鋭い折返し循環流を生ずるため、液が羽根５に進入するや極めて強力な衝撃作用を受けつつ加速され、ここに強い渦流を生じ、有効に羽根５の間の空気を誘引するので、自吸水循環流の量は比較的少ない割には排気量が大きく、自然分離でも十分に排気を行えるものではあるが、この実施例１のものは更に、自吸水を強制的に旋回させることによる気水遠心分離の作用を付加してあるので、自吸性能は高度である。
即ち、小うず形室ｖ１からの流路の自吸水分離室ｅ内への開口部ｍ１が、該分離室ｅの内壁面に対してほぼ接線方向から巻き込まれる形状に形成されているので、噴出した自吸水（気水混合体）は、自らの噴出の勢いにより、直立した筒状の自吸水分離室ｅの壁面に沿って旋回流となり、気泡分はその遠心分離効果により、瞬時に該分離室ｅの中心に逆円錐状の竜巻状空洞を形成し、遠心分離された空気は吐出流路ｉ側へ浮上排出される。
【００３２】
その自吸旋回流による竜巻状空洞の挙動を見ると、自吸作動中は、竜巻状空洞の尾底部は自吸水分離室底部ｆの中心部近傍の平坦な部位にあって安定しており、あえて該分離室底部ｆから大うず形室ｖ２への流路にかけて設けられている段差（ｇ−ｆ）を空洞尾底部が乗り越えることは起こりにくいので、高度な自吸作用を安定的に継続する。
【００３３】
分離された空気は逐次に外部へ浮上排出され、やがて、自吸作用を終了する。そして、正規の揚水状態に転じた時、小うず形室ｖ１も大うず形室ｖ２も自吸水分離室ｅも共に正規の遠心ポンプ流路（ａ→４→ｖ２→ｃ２→ｅ→ｉ、及び、ａ→４→ｖ１→ｃ１→ｅ→ｉの流れ）に帰り、必要かつ充分な働きを果たす。この正規の揚水の際には、主たる揚水流路となる自吸水分離室ｅの中に空洞受けや邪魔板等の流路狭隘物がない構造となっているため、抵抗損失は少なく、目詰まりも起こらず、揚水性能は高度である。
【００３４】
本装置を定置洗浄する場合には、ケーシング１及び自吸水分離室ｅを巡る流路が、仕切り壁や狭隘部のないシンプルな流路空間を形成しているため、簡単にしかも隅々までくまなく洗浄することができる。具体的には、ケーシング１の羽根車４のある室内の洗浄は、本装置を運転しながら入口流路ａから洗浄液を注入して吐出流路ｉやドレン１１から排出させればよく、ケーシング１の軸封部７のある室内の洗浄は、洗浄液注入口９から洗浄液を注入して吐出流路ｉやドレン１１から排出させればよい。このようにして接液部を影なく洗浄することができる。なお、洗浄液注入口９及びドレン１１には適宜に開閉弁を付設して、洗浄時以外は閉めておくようにすれば操作上便利である。
【００３５】
又、本装置を分解洗浄する場合には、吸込カバー３を開いて羽根車４を回転軸６から引き抜くことによって、ケーシング１内の軸封部７の側の接液部を洗浄することも容易であり、再組立も容易である。
【００３６】
このように本装置は、分解、洗浄、点検、調整等、維持管理面でも極めて優れており、食品やスラリー等の多様な液質に対応できる高い利便性も備えている。
【実施例２】
【００３７】
図４の（Ａ）は本発明の実施例２を示す自吸水分離室ｅの部分の断面図であり、（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）は（Ａ）におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。
この実施例２は、実施例１のものにおける大うず形室ｖ２からの流路の自吸水分離室ｅ内への開口部ｍ２についての各種形態例を示したものである。具体的には、該分離室ｅの内壁面に対してほぼ接線方向から巻き込まれる形状に形成して、その巻き込み方向を、小うず形室ｖ１からの流路の開口部ｍ１の巻き込み方向と合致させてもよいし、あるいは反対方向を選択しても、巻き込み無しで該分離室ｅの中心方向に開口することを選択してもよく、その夫々に特徴がある。
【００３８】
例えば、図４（Ｂ）のように大小うず形室ｖ１，ｖ２からの流路の開口部ｍ１，ｍ２の巻き込み方向を合わせた場合は、正規揚水時に、大うず形室ｖ２から該分離室ｅに巻き込み誘導された流れと、小うず形室ｖ１から該分離室ｅに巻き込み誘導された流れとの旋回方向が合致して、より強い旋回流となるため、ポンプ運転の次行程に対する旋回流の影響を忌避したい場合には弱点となるものの、該分離室ｅの定置洗浄を念入りに行いたい場合には、その強い旋回流がむしろ利点となり定置洗浄効果を高めることができる。
【００３９】
逆に、図４（Ｃ）のように大小うず形室ｖ１，ｖ２からの流路の開口部ｍ１，ｍ２の巻き込み方向を互いに反対方向とした場合は、正規揚水時に、大うず形室ｖ２から該分離室ｅに巻き込み誘導された流れと、小うず形室ｖ１から該分離室ｅに巻き込み誘導された流れとが、互いに打ち消し合うか緩和する回転方向にて合流し、ほぼ整流化されて吐出流路ｉに流出するので、ポンプ運転の次行程に対して吐出流の捻転による悪影響を残さないという利点がある。
【００４０】
又、上記２つの方法の中間的なものとして、図４（Ｄ）のように、小うず形室ｖ１からの流路の開口部ｍ１については時計方向、反時計方向いずれかの巻き込み方式を採る一方、大うず形室ｖ２からの流路の開口部ｍ２については、巻き込み無しで該分離室ｅの中心方向に開口することも考えられる。
【００４１】
一方、図示は省略するが、自吸性能は左程求めずに自吸水分離室ｅの定置洗浄を念入りに行うことに専ら重点を置きたいというのであれば、大うず形室ｖ２からの流路の開口部ｍ２についてのみ巻き込み方式として、小うず形室ｖ１からの流路の開口部ｍ１については敢えて巻き込み無しの該分離室ｅに対する単純開放に留めてもよい。但しその場合は、自吸作動時の旋回流は発生せず、自吸水が単に小うず形室の噴出流路ｃ１より自吸水分離室ｅ内に噴出して気泡分と自吸水とが自然分離するという気水分離方式となるため、自吸旋回流が発生する方式に比べれば自吸性能は劣ることとなる。
【００４２】
なお、本図中には、自吸水分離室ｅの底部ｆの部分を該分離室ｅとは分割して下蓋部材２とし、該分離室ｅに対して着脱可能に構成したものを例示した。これによって、従来は特に影となりやすかった噴出流路ｃ２、流路開口部ｍ２、該分離室底部ｆ等の周辺の加工や研磨を、下蓋部材２を開いた状態で完全施工でき、又、分解洗浄も容易となる。
その他の構成及び作用は実施例１と同様である。
【実施例３】
【００４３】
図５の（Ａ）は本発明の実施例３を示す自吸水分離室ｅの部分の断面図である。（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）は（Ａ）におけるＩＩ−ＩＩ線断面図であり、大うず形室ｖ２からの流路の自吸水分離室ｅ内への開口部ｍ２の各種形態例である。
この実施例３は、実施例２のものの自吸水分離室ｅが、筒径が一定でない形状に形成されたものである。
本図においては、該分離室ｅ下部の筒形状が上向きに開いた直線的なコーン状のものを例示しているが、これに限らず、曲線的なラッパ状や逆釣鐘状など各種形状を選択してもよい。いずれの形状でも、下に向かって縮径する場合、自吸旋回流は下に行くほど回転数が上昇することとなるので、それだけ遠心分離が強力に行われ、明確な竜巻状空洞が生成されるという特徴がある。
【００４４】
なお、自吸水分離室ｅの吐出流路ｉには、自吸水循環流の流入による液面の乱れを抑制するよう縮径部を設けてもよいことが図示されており、特に、該分離室ｅ内での自吸旋回流の液面の立ち上がりを的確に押さえ、自吸水が吐出側に溢流するのを防ぐことができる。
その他の構成及び作用は実施例２と同様である。
【実施例４】
【００４５】
図６の（Ａ）は本発明の実施例４を示す自吸水分離室ｅの部分の断面図である。（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）は（Ａ）におけるＩＩ−ＩＩ線断面図であり、大うず形室ｖ２からの流路の自吸水分離室ｅ内への開口部ｍ２の各種形態例である。
この実施例４は、実施例２のものの自吸水分離室底部ｆを、孔部ｈを有する内向きの鍔で覆われる形状に替えたものである。
実施例２のものは、自吸旋回流による竜巻状空洞の尾底部が着床している自吸水分離室底部ｆから、大うず形室向け流路開口部ｍ２にかけて、空洞尾底部が乗り越えにくい段差、即ち流路開口部断面下部ｇと自吸水分離室底部ｆ間の高低差（ｇ−ｆ）を設けることによって、空洞尾底部を自吸水分離室底部ｆに閉じ込めるものであるが、この実施例４の内向きの鍔を設けることによって、更に空洞尾底部が乗り越えにくい段差となる。
【００４６】
自吸作動時に、竜巻状空洞の尾底部がこの内向きの鍔の孔部ｈを通過して自吸水分離室底部ｆに着床している際には、この鍔が竜巻の回転を邪魔することはないが、その尾底部が移動しようとすると、該分離室底部ｆから大うず形室ｖ２への流路にかけて設けられている段差（ｇ−ｆ）のみならず、この鍔もその尾底部の移動を邪魔する働きをするので、竜巻状空洞の大うず形室ｖ２への侵入を効果的に阻止できるものである。
その他の構成及び作用は実施例２と同様である。
【実施例５】
【００４７】
図７の（Ａ）は本発明の実施例５を示す自吸水分離室ｅの部分の断面図である。（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）は（Ａ）におけるＩＩ−ＩＩ線断面図であり、大うず形室ｖ２からの流路の自吸水分離室ｅ内への開口部ｍ２の各種形態例である。
この実施例５は、実施例４のものの自吸水分離室底部ｆの周辺に、適宜個数のフィン１２を配設したものである。
このフィン１２は、自吸作動時に、竜巻状空洞の尾底部が内向きの鍔の孔部ｈを通過して自吸水分離室底部ｆに着床している際には、その竜巻の回転を邪魔することはないが、その尾底部が移動しようとする場合は、尾底部の移動を邪魔すると共にその尾底部を崩壊させる働きをするので、竜巻状空洞の大うず形室ｖ２への侵入を効果的に阻止できるものである。
その他の構成及び作用は実施例４と同様である。
【実施例６】
【００４８】
図８の（Ａ）は本発明の実施例６を示す自吸水分離室ｅの部分の断面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＩ−Ｉ線断面図、（Ｃ）は（Ａ）におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。
この実施例６は、自吸水分離室ｅが有底筒状に形成されると共に、流過流体の運動に干渉する狭隘部、ガイド、邪魔板、突起を含む凹凸状の内壁を有しない室を構成するよう形成された上で、小うず形室ｖ１からの流路が該分離室ｅに接線方向から巻き込まれているものであり、この構成によれば、実施例１において設けられていた段差、即ち流路開口部ｍ２断面下部ｇと自吸水分離室底部ｆ間の高低差（ｇ−ｆ）が縮小でき、最終的にこの段差をゼロとすることも可能であることを例示した。
【００４９】
本発明の自吸式ポンプ装置は、前述の通り、自吸作動中の自吸水循環流路と正規揚水中の吐出流路とが共通であるという基本的特徴を有しており、その前提下で高度な揚水性能をも実現するために、正規揚水中のディフューザーの役割も兼ねている自吸水分離室ｅにおける流路抵抗を極力減らすべく、該流路中に何らの狭隘物も存在しない構成とし、その何らの狭隘物も存在しないということによって、高い自吸性能・揚水性能と同時に容易な清掃・洗浄性をも生み出そうという技術的思想に立脚しているが、実施例６においては、この技術的思想をより本質的かつシンプルな手段で追求したものである。
具体的には、自吸水分離室ｅ内で発生する旋回流による竜巻状空洞の尾底部が大うず形室ｖ２に侵入して自吸作動を阻害するのを防止するために、該竜巻状空洞の形状と位置を安定させる強力な回転力を維持することに重点を置くものである。
【００５０】
即ち、この実施例６においては、自吸旋回流の回転数を高く維持させることを優先するべく、自吸水分離室ｅ内には自吸旋回力を減衰させる要素（狭隘部、ガイド、案内流路、空洞受け、邪魔板、突起、その他凹凸状のものなど）を敢えて一切設けず、これによって竜巻状空洞の上部から尾底部末端に至るまで全面的に強力な気水遠心分離を働かせて、強力な竜巻状空洞を生成させるものであり、この自吸旋回力を減衰させる要素を排除し、強力な竜巻の回転を邪魔しないという構成そのものによって（即ち流路開口部ｍ２断面下部ｇと自吸水分離室底部ｆ間の高低差によらず）空洞尾底部の位置を安定的に維持するものである。
【００５１】
なお、自吸旋回力を減衰させる要素の排除の一環として、大うず形室ｖ２からの流路の開口部ｍ２については、巻き込み無しで該分離室ｅの中心方向に開口し、この種の案内流路による竜巻状空洞への干渉（即ち自吸旋回力を減衰させる要素）さえも避ける構造としたものを例示した。
【００５２】
一方、この実施例６においては、自吸水分離室ｅの上部に洗浄液注入口１０を設けてもよいことについても例示した。
この場合、洗浄液注入口１０の自吸水分離室ｅ内への流入角度・流路形状は適宜選択してよいのであるが、該分離室ｅに接線方向から巻き込まれる流路形状に形成しておけば、洗浄液が該分離室ｅ内を旋回しながら隅々まで良く行き渡るので、洗浄効果を向上させることができる。
【００５３】
更に、この実施例６においては、洗浄液注入口１０のより好ましい実施例として、小うず形室ｖ１からの流路の開口部ｍ１よりも高い位置で、かつ自吸水分離室ｅ内で発生する自吸旋回流の旋回方向に対向する方向から洗浄液を注入する位置に設けられたものを例示した。この場合、洗浄液注入口１０から洗浄液を注入すると、洗浄液は該分離室ｅ内を舐めるようにくまなく洗浄しつつ旋回降下し、小うず形室ｖ１からの噴出流路ｃ１の開口部ｍ１に至ると、そのまま該流路ｃ１に侵入し、自吸作動時及び正規揚水時とは逆方向の流路を辿って該流路ｃ１→小うず形室ｖ１へと洗浄して行くので、洗浄効果を更に高めることができる。
その他の構成及び作用は実施例１と同様である。
【実施例７】
【００５４】
図９の（Ａ）は本発明の実施例７を示す自吸水分離室ｅの部分の断面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＩ−Ｉ線断面図、（Ｃ）は（Ａ）におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。
この実施例７は、実施例６のものの自吸水分離室ｅが、筒径が一定でない形状に形成されたものである。本図においては、該分離室ｅ下部の筒形状が上向きに開いた直線的なコーン状のものを例示しているが、これに限らず、曲線的なラッパ状や逆釣鐘状など各種形状を選択してもよい。いずれの形状でも、下に向かって縮径する場合、自吸旋回流は下に行くほど回転数が上昇することとなるので、それだけ遠心分離が強力に行われ、明確な竜巻状空洞が生成されるという特徴がある。
その他の構成及び作用は実施例６と同様である。
【実施例８】
【００５５】
図１０は本発明の実施例８を示す縦断面図である。
この実施例８は、軸封部７近傍に設けられた洗浄液注入口９が、ケーシング１の羽根車４外周部近傍に臨む部位又は自吸水分離室ｅに連通可能にされたものである。
洗浄液注入口９のケーシング１内への流入角度・流路形状は適宜選択してよいのであるが、本実施例においては、洗浄液がケーシング１の軸封部７のある室内を旋回しながら隅々まで良く行き渡るように、該室内に接線方向から巻き込まれる流路形状に形成されたものが例示されている。
【００５６】
この洗浄液注入口９は、洗浄液の供給元と接続すればよい訳であるが、より自動化・省力化を進める方法として、洗浄液注入口９がケーシング１の軸封部７近傍という低圧部に臨んで設けられていることを利用して、この洗浄液注入口９を、ケーシング１における羽根車４外周部の近傍に臨む部位あるいは自吸水分離室ｅの吐出流路ｉにかけての部位のような高圧部に連通させることにより、洗浄液を自動的に循環させるという方法がある。この場合、定置洗浄運転をすれば、ポンプ内の加圧された洗浄液の一部が、圧力差により洗浄液注入口９経由で軸封部７近傍に注入され、その洗浄液は羽根車４により再び加圧されて該羽根車４外周部付近及び自吸水分離室ｅ付近に達し、この繰返しにより自動的にケーシング１内部洗浄用の循環流が発生することとなるので、定置洗浄の効果をより高めることができる。
【００５７】
従って、洗浄液注入口９の接続先としては、羽根車４外周部付近、自吸水分離室ｅ付近、あるいは別個の洗浄液供給元のいずれかを選択してよいが、説明の便宜上、それら配管例を一纏めに図示したものが図１０である。図中、ケーシング１の頂部近辺に、エア抜き兼用ともなる呼び水注水用開口１４を設けて、それに配管２１を接続し、又、洗浄液注入口９には洗浄液供給用の配管２２を接続し、吐出流路ｉには吐出配管１３を接続し、それら配管１３，２１，２２には弁２４，２５，２６，２７，２８を配設しておく。そして、使用時に適宜に連通させたい箇所の弁のみを開弁し、それ以外は閉鎖しておく。例えば、開口１４（即ち羽根車４外周部付近）と連通させる場合は弁２５，２７のみを開弁し、自吸水分離室ｅ（吐出流路ｉ）付近と連通させる場合は弁２４，２７のみを開弁し、別個の洗浄液供給元と連通させる場合は弁２８，２７のみを開弁すればよい。これら洗浄用配管系の全てを備えてもよいし、実際に使用する洗浄用配管系のみを備えてもよいことは勿論である。
【００５８】
なお、開口１４は、点検時のエア抜きとしても利用できる他、ポンプ据え付け時のみ必要となる呼び水の注水口としても利用できるので、その先端に呼水漏斗１５を設けたものを図示した。
その他の構成及び作用は前述の各実施例と同様である。
【実施例９】
【００５９】
図１１は本発明の実施例９を示す縦断面図である。
この実施例９は、揚液の吸込流路が、羽根車４から見て駆動機（図示は省略）の側に配置されるポンプ構造に構成されたものである。
この場合は、吐出配管のみならず吸込配管もケーシング１に装着されており、前述の各実施例におけるようなポンプ分解時の吸込側の配管の取り外しは不要であり、ポンプ分解時には、吸込カバー３を外すのみで内部が露出するので、分解点検作業が極めて楽になる。
【００６０】
又、構造上、入口流路ａが広く、特に入口流路ａが上向きの場合には、自吸水の貯留スペースが潤沢となるので、吸込側での自吸水貯留槽を別途用意する必要がないのみならず、後述のような逆Ｕ字状の配管、即ち揚液吸込配管の最頂部における管路断面下部が、羽根車４の上端付近又はそれよりも高い位置となるような貯留用配管さえも不要となるので、据付け、維持管理が楽になるという利点がある。
【００６１】
なお、本実施例においては、軸封部７は入口流路ａに臨んでいるので、前述の各実施例におけるような洗浄液注入口９を別途に設ける必要はないが、その代わりに吸込カバー３の中央部付近で揚液や洗浄液の滞留があり得るので、定置洗浄運転のときに、ポンプ内の加圧された洗浄液の一部が吸込カバー３の中央部付近に注入されて、内部洗浄用の循環流が自動的に発生するようにして、定置洗浄の効果をより高めるべく、羽根車４の外周部近辺の部位から吸込カバー３の中央部付近の部位との間に弁２９付きの配管２３を設けた例も図示した。
その他の構成及び作用は前述の各実施例と同様である。
【実施例１０】
【００６２】
図１２は本発明の実施例１０を示す要部断面図である。
この実施例１０は、自吸作動に必要となる自吸水を自動的に貯留する手段の一例を示したもので、本ポンプ装置の揚液吸込配管３１の一部を持上げた曲管とし、その最頂部における管路断面下部ｊが、羽根車４の上端付近又はそれよりも高い位置となるよう配管し、吸込配管３１の途中又は管端に逆流防止弁３２を配設するというものである。更に吸込配管３１の管端には、揚液の洗浄性の向上及び目詰まり防止のためのストレーナー３３等を設けてもよい。
【００６３】
これにより、本ポンプ装置の自吸作動時における貯留水（自吸水）の所要水位を確保し、運転停止時の自吸水のポンプ吸込口側からの逸流を防止することができる。
なお、羽根車４について、軸スラストの低減と洗浄性の向上のために、オープン羽根形式としたものを例示した。
その他の構成及び作用は前述の各実施例と同様である。
【００６４】
次に、各実施例に共通の技術事項について説明する。
【００６５】
羽根車４の形状については、ノンクロッグ型、オープン型、セミオープン型、クローズド型など、種々公知の形状が適用でき、又、側板（シュラウド）付きの場合でも、適宜に前後面を連通させる連通路や切り欠きを設けるなどしてよく、更に羽根５のタイプについても、種々公知のものが適用でき、又、側板（シュラウド）の裏側に裏羽根を形成してもよい。
【００６６】
自吸水分離室ｅの構成と作用効果は、各実施例にあるポンプ形式以外の形式、例えば斜流ポンプ、軸流ポンプ、渦流ポンプ等の形式においても適用できるものである。
回転軸６を回転させる原動機については、使用条件に応じて適宜選択してよい。例えば、本装置を水中モーターと一体構造にしてそのモーターの回転軸を本装置の回転軸６としてそのまま用いる方法をとれば、本装置の軸受部８は不要となってコンパクトになる上、洗浄時のモーター防水対策も不要となり、更には、本装置をモーターと共に液中に沈めて設置することも可能となる。
【００６７】
本装置のポンプとしての性能（揚程、吐出量など）を更に向上させる方法として、ケーシング及び羽根車を多段構造としてもよいし、本装置を複数台連結配管して直列運転あるいは並列運転してもよい。
その他、本発明の趣旨の範囲内で、その構成要素の個数、配置、組合わせを変更したり、従来技術手段を追加するなど、種々設計変更可能であり、更に素材材質も適宜選択可能であり、本発明を前記の各実施例に限定するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明の装置は、従来技術の課題を解決して、簡潔な構成で安定的かつ確実に作動し、仕様液質に制約を受けたり目詰まりを起こすこともなく、特に食品やスラリー等の多様な液質を取り扱うプロセスの自動運転装置に適用されて、高い自吸性能と揚水性能を発揮すると共に、定置洗浄や分解洗浄が容易に行える構造も備え、そして多様な液質にも対応できる、高性能で取扱い容易な自吸式遠心ポンプ装置を得たものであり、その実施効果は極めて大きい。
【符号の説明】
【００６９】
１ ケーシング
２ 下蓋部材
３ 吸込カバー
４ 羽根車
５ 羽根
６ 回転軸
７ 軸封部
８ 軸受部
９ 洗浄液注入口
１０ 洗浄液注入口
１１ ドレン
１２ フィン
１３ 吐出配管
１４ 開口
１５ 呼水漏斗
２１，２２，２３ 配管
２４，２５，２６，２７，２８，２９ 弁
３１ 吸込配管
３２ 逆流防止弁
３３ ストレーナー
４１ 逆向き螺旋状案内
ａ 入口流路
ｖ１ 小うず形室
ｖ２ 大うず形室
ｓ１ 小うず形室の始まる部位の間隙
ｓ２ 大うず形室の始まる部位の間隙
ｃ１ 小うず形室の噴出流路
ｃ２ 大うず形室の噴出流路
ｍ１ 小うず形室からの流路の自吸水分離室内への開口部
ｍ２ 大うず形室からの流路の自吸水分離室内への開口部
ｅ 自吸水分離室
ｆ 自吸水分離室底部
ｇ 大うず形室からの流路の開口部の断面下部
ｈ 孔部
ｉ 吐出流路
ｊ 吸込配管最頂部の管路断面下部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプケーシング内に大小２個のうず形室を形成させ、該うず形室の始まる部位と羽根車の外周部との間隙について、小うず形室との間隙を大うず形室との間隙より大きくすることにより、自吸作動時に、小うず形室から大うず形室へ向かって自吸水循環流を発生させ、大うず形室のディフューザー部が上向きの筒状になって形成された自吸水分離室に対して、小うず形室の噴出流路からの自吸水循環流を誘導流出させて、該自吸水分離室内で気水分離を行わせる自吸式遠心ポンプ装置において、
前記自吸水分離室が有底筒状に形成され、その筒底中心部近傍が、前記大うず形室からの流路の該自吸水分離室内への開口部の断面下部よりも低い位置となるよう形成されたことを特徴とする、自吸式遠心ポンプ装置。
【請求項２】
前記小うず形室からの流路の前記自吸水分離室内への開口部が、該自吸水分離室に対して接線方向から巻き込まれる形状に形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の自吸式遠心ポンプ装置。
【請求項３】
前記大うず形室からの流路の前記自吸水分離室内への開口部が、該自吸水分離室に対して接線方向から巻き込まれる形状に形成されたことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の自吸式遠心ポンプ装置。
【請求項４】
ポンプケーシング内に大小２個のうず形室を形成させ、該うず形室の始まる部位と羽根車の外周部との間隙について、小うず形室との間隙を大うず形室との間隙より大きくすることにより、自吸作動時に、小うず形室から大うず形室へ向かって自吸水循環流を発生させ、大うず形室のディフューザー部が上向きの筒状になって形成された自吸水分離室に対して、小うず形室の噴出流路からの自吸水循環流を誘導流出させて、該自吸水分離室内で気水分離を行わせる自吸式遠心ポンプ装置において、
前記自吸水分離室が有底筒状に形成されると共に、流過流体の運動に干渉する狭隘部、ガイド、邪魔板、突起を含む凹凸状の内壁を有しない室を構成するよう形成され、
前記小うず形室からの流路の前記自吸水分離室内への開口部が、該自吸水分離室に対して接線方向から巻き込まれる形状に形成されたことを特徴とする、自吸式遠心ポンプ装置。
【請求項５】
前記自吸水分離室が、筒径が一定でない形状に形成されたことを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の自吸式遠心ポンプ装置。
【請求項６】
前記自吸水分離室からの吐出流路中に、縮径部が設けられたことを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の自吸式遠心ポンプ装置。
【請求項７】
前記自吸水分離室の上部に、洗浄液注入口が設けられたことを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の自吸式遠心ポンプ装置。
【請求項８】
前記羽根車の回転軸が貫通する前記ケーシングの軸封部近傍に、洗浄液注入口が設けられたことを特徴とする、請求項１〜請求項７のいずれかに記載の自吸式遠心ポンプ装置。
【請求項９】
前記軸封部近傍に設けられた洗浄液注入口が、前記ケーシングの前記羽根車外周部近傍に臨む部位又は前記自吸水分離室に連通可能にされたことを特徴とする、請求項８に記載の自吸式遠心ポンプ装置。
【請求項１０】
前記ポンプ装置の揚液吸込流路が、前記羽根車の駆動機側に配置されるポンプ構造に構成されたことを特徴とする、請求項１〜請求項９のいずれかに記載の自吸式遠心ポンプ装置。
【請求項１１】
前記ポンプ装置の揚液吸込配管の最頂部における管路断面下部が、前記羽根車の上端付近又はそれよりも高い位置となるよう配管され、該吸込配管の途中又は管端に逆流防止弁が配設されたことを特徴とする、請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の自吸式遠心ポンプ装置。
【請求項１】
ポンプケーシング内に大小２個のうず形室を形成させ、該うず形室の始まる部位と羽根車の外周部との間隙について、小うず形室との間隙を大うず形室との間隙より大きくすることにより、自吸作動時に、小うず形室から大うず形室へ向かって自吸水循環流を発生させ、大うず形室のディフューザー部が上向きの筒状になって形成された自吸水分離室に対して、小うず形室の噴出流路からの自吸水循環流を誘導流出させて、該自吸水分離室内で気水分離を行わせる自吸式遠心ポンプ装置において、
前記自吸水分離室が有底筒状に形成され、その筒底中心部近傍が、前記大うず形室からの流路の該自吸水分離室内への開口部の断面下部よりも低い位置となるよう形成されたことを特徴とする、自吸式遠心ポンプ装置。
【請求項２】
前記小うず形室からの流路の前記自吸水分離室内への開口部が、該自吸水分離室に対して接線方向から巻き込まれる形状に形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の自吸式遠心ポンプ装置。
【請求項３】
前記大うず形室からの流路の前記自吸水分離室内への開口部が、該自吸水分離室に対して接線方向から巻き込まれる形状に形成されたことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の自吸式遠心ポンプ装置。
【請求項４】
ポンプケーシング内に大小２個のうず形室を形成させ、該うず形室の始まる部位と羽根車の外周部との間隙について、小うず形室との間隙を大うず形室との間隙より大きくすることにより、自吸作動時に、小うず形室から大うず形室へ向かって自吸水循環流を発生させ、大うず形室のディフューザー部が上向きの筒状になって形成された自吸水分離室に対して、小うず形室の噴出流路からの自吸水循環流を誘導流出させて、該自吸水分離室内で気水分離を行わせる自吸式遠心ポンプ装置において、
前記自吸水分離室が有底筒状に形成されると共に、流過流体の運動に干渉する狭隘部、ガイド、邪魔板、突起を含む凹凸状の内壁を有しない室を構成するよう形成され、
前記小うず形室からの流路の前記自吸水分離室内への開口部が、該自吸水分離室に対して接線方向から巻き込まれる形状に形成されたことを特徴とする、自吸式遠心ポンプ装置。
【請求項５】
前記自吸水分離室が、筒径が一定でない形状に形成されたことを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の自吸式遠心ポンプ装置。
【請求項６】
前記自吸水分離室からの吐出流路中に、縮径部が設けられたことを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の自吸式遠心ポンプ装置。
【請求項７】
前記自吸水分離室の上部に、洗浄液注入口が設けられたことを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の自吸式遠心ポンプ装置。
【請求項８】
前記羽根車の回転軸が貫通する前記ケーシングの軸封部近傍に、洗浄液注入口が設けられたことを特徴とする、請求項１〜請求項７のいずれかに記載の自吸式遠心ポンプ装置。
【請求項９】
前記軸封部近傍に設けられた洗浄液注入口が、前記ケーシングの前記羽根車外周部近傍に臨む部位又は前記自吸水分離室に連通可能にされたことを特徴とする、請求項８に記載の自吸式遠心ポンプ装置。
【請求項１０】
前記ポンプ装置の揚液吸込流路が、前記羽根車の駆動機側に配置されるポンプ構造に構成されたことを特徴とする、請求項１〜請求項９のいずれかに記載の自吸式遠心ポンプ装置。
【請求項１１】
前記ポンプ装置の揚液吸込配管の最頂部における管路断面下部が、前記羽根車の上端付近又はそれよりも高い位置となるよう配管され、該吸込配管の途中又は管端に逆流防止弁が配設されたことを特徴とする、請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の自吸式遠心ポンプ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−１０８４５１（Ｐ２０１３−１０８４５１Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５５０３６（Ｐ２０１１−２５５０３６）
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【出願人】（５９２１７６５７２）株式会社横田製作所 (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【出願人】（５９２１７６５７２）株式会社横田製作所 (4)
【Ｆターム（参考）】
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