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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022164069
(43)【公開日】2022-10-27
(54)【発明の名称】羽根車
(51)【国際特許分類】
F04D 29/24 20060101AFI20221020BHJP
F04D 29/30 20060101ALI20221020BHJP
【ＦＩ】
F04D29/24 C
F04D29/30 C
【審査請求】未請求
【請求項の数】16
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021069300
(22)【出願日】2021-04-15
(71)【出願人】
【識別番号】000005049
【氏名又は名称】シャープ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000338
【氏名又は名称】特許業務法人ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ
(72)【発明者】
【氏名】山内 紘平
【テーマコード（参考）】
3H130
【Ｆターム（参考）】
3H130AA02
3H130AA12
3H130AB22
3H130AB47
3H130AC30
3H130BA08C
3H130BA62C
3H130BA66C
3H130CB01
3H130EA07C
3H130EB01C
3H130EB04C
3H130EB05C
(57)【要約】
【課題】遠心ポンプに備えられた場合に、揚程の増加および効率を良好にできるオープン形の羽根車を実現する。
【解決手段】羽根車（３）は、円形の主板（３２）と、主板（３２）の表面に配置された複数の羽根（３３）とを有し、複数の羽根（３３）の主板（３２）と反対側が開放されている。複数の羽根（３３）の少なくとも一つは、主板（３２）と反対側に少なくとも一つの凸部（４０）を有する。
【選択図】図４
【解決手段】羽根車（３）は、円形の主板（３２）と、主板（３２）の表面に配置された複数の羽根（３３）とを有し、複数の羽根（３３）の主板（３２）と反対側が開放されている。複数の羽根（３３）の少なくとも一つは、主板（３２）と反対側に少なくとも一つの凸部（４０）を有する。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
円形の主板と、前記主板の表面に配置された複数の羽根とを有し、前記複数の羽根の前記主板と反対側が開放された羽根車であって、
前記複数の羽根の少なくとも一つは、前記主板と反対側に少なくとも一つの凸部を有することを特徴とする羽根車。
前記複数の羽根の少なくとも一つは、前記主板と反対側に少なくとも一つの凸部を有することを特徴とする羽根車。
【請求項2】
前記複数の羽根は、回転方向前側に位置する前側面と、回転方向後側に位置する後側面と、を有し、
前記凸部は、回転の中心を通る軸の方向より見た場合に、前記前側面又は前記後側面の少なくとも一方に向かって凸をなす曲面を有している請求項１に記載の羽根車。
前記凸部は、回転の中心を通る軸の方向より見た場合に、前記前側面又は前記後側面の少なくとも一方に向かって凸をなす曲面を有している請求項１に記載の羽根車。
【請求項3】
前記凸部は、前記主板から離れる方向に先細り状に形成されている請求項１又は２に記載の羽根車。
【請求項4】
前記凸部は、底面の中心と前記底面と反対側の頂点または頂面の中心とを結ぶ軸線が、回転方向前側に向かって傾斜していることを特徴とする請求項３に記載の羽根車。
【請求項5】
前記凸部は、底面の中心と前記底面と反対側の頂点または頂面の中心とを結ぶ軸線が、回転方向後側に向かって傾斜していることを特徴とする請求項３に記載の羽根車。
【請求項6】
前記凸部は、少なくとも前記羽根の周縁側に設けられていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の羽根車。
【請求項7】
前記凸部は、前記羽根の延在する方向に沿って複数配置されていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の羽根車。
【請求項8】
前記羽根の延在する方向に隣り合う前記凸部間の距離は、前記羽根の周縁側において前記羽根の回転の中心側よりも短い請求項７に記載の羽根車。
【請求項9】
前記凸部は、前記羽根の周縁側において前記羽根の回転の中心側よりも小さい請求項７又は８に記載の羽根車。
【請求項10】
前記凸部を有する前記羽根の少なくとも１つは、
当該羽根における最も回転の中心側に、当該羽根に設けられた何れの前記凸部よりも大きい保護部を有する請求項１から９の何れか１項に記載の羽根車。
当該羽根における最も回転の中心側に、当該羽根に設けられた何れの前記凸部よりも大きい保護部を有する請求項１から９の何れか１項に記載の羽根車。
【請求項11】
前記凸部は、少なくとも回転方向に隣り合う前記羽根に設けられ、
回転方向に互いに隣り合う複数の前記羽根に設けられた前記凸部は、回転の中心を中心とする同一円周上に位置しない請求項１から１０の何れか１項に記載の羽根車。
回転方向に互いに隣り合う複数の前記羽根に設けられた前記凸部は、回転の中心を中心とする同一円周上に位置しない請求項１から１０の何れか１項に記載の羽根車。
【請求項12】
前記複数の羽根は、周縁側に位置する周縁面を有し、
前記複数の羽根の少なくとも一つは、前記周縁面の少なくとも一部に、回転の中心を通る軸の方向に沿って延びる溝部を有する、請求項１から１１の何れか１項に記載の羽根車。
前記複数の羽根の少なくとも一つは、前記周縁面の少なくとも一部に、回転の中心を通る軸の方向に沿って延びる溝部を有する、請求項１から１１の何れか１項に記載の羽根車。
【請求項13】
前記複数の羽根は、回転方向前側に位置する前側面と、回転方向後側に位置する後側面と、を有し、
前記溝部は、前記前側面側の第１溝壁と前記後側面側の第２溝壁とを有し、
前記第１溝壁と逆回転方向とのなす角度をα、
前記第２溝壁と逆回転方向とのなす角度をβ、とすると、
α＞βであることを特徴とする請求項１２に記載の羽根車。
前記溝部は、前記前側面側の第１溝壁と前記後側面側の第２溝壁とを有し、
前記第１溝壁と逆回転方向とのなす角度をα、
前記第２溝壁と逆回転方向とのなす角度をβ、とすると、
α＞βであることを特徴とする請求項１２に記載の羽根車。
【請求項14】
前記複数の羽根は、回転方向前側に位置する前側面を有し、
前記溝部は、前記前側面側の第１溝壁を有し、
前記第１溝壁と逆回転方向とのなす角度をαとすると、
α≦９０度であることを特徴とする請求項１２に記載の羽根車。
前記溝部は、前記前側面側の第１溝壁を有し、
前記第１溝壁と逆回転方向とのなす角度をαとすると、
α≦９０度であることを特徴とする請求項１２に記載の羽根車。
【請求項15】
前記複数の羽根は、回転方向後側に位置する後側面を有し、
前記溝部は、前記後側面側の第２溝壁を有し、
前記第２溝壁と逆回転方向とのなす角度をβとすると、
β≦９０度であることを特徴とする請求項１２に記載の羽根車。
前記溝部は、前記後側面側の第２溝壁を有し、
前記第２溝壁と逆回転方向とのなす角度をβとすると、
β≦９０度であることを特徴とする請求項１２に記載の羽根車。
【請求項16】
円形の主板と、前記主板の表面に配置された複数の羽根とを有し、前記複数の羽根の前記主板と反対側が開放された羽根車であって、
前記複数の羽根は、径方向外側に位置する周縁面を有し、
前記複数の羽根の少なくとも一つは、前記周縁面の少なくとも一部に、回転の中心を通る軸の方向に沿って延びる溝部を有することを特徴とする羽根車。
前記複数の羽根は、径方向外側に位置する周縁面を有し、
前記複数の羽根の少なくとも一つは、前記周縁面の少なくとも一部に、回転の中心を通る軸の方向に沿って延びる溝部を有することを特徴とする羽根車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、流体を移送する遠心ポンプ等に備えられる羽根車に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、生物のもつ多彩な機能を模倣して利用する技術、いわゆるバイオミメティクス（ｂｉｏｍｉｍｅｔｉｃｓ）に注目が集まっている。そして、そのような生体模倣技術を電気製品等に採用するモノづくりの一例としてネイチャーテクノロジー（登録商標）が知られている。
【0003】
流体を移送するためのポンプとして、遠心ポンプが知られている。遠心ポンプは、ケーシングと、該ケーシングの内部に配置された羽根車とを備える。羽根車には、主板とシュラウドとで羽根が挟まれているクローズド形や、シュラウドを有さず羽根が剥き出しになっているオープン形等がある。
【0004】
特許文献１には、クローズド形の羽根車において、シュラウドの内側の面に、流れる流体に乱流を発生させるための複数の凸部又は複数の凹部を設けて、流れの剥離を低減させ、ポンプ効率を向上させる構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１７－４８７０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献１に開示されている技術は、シュラウドを有する構成を前提としているため、シュラウドを有さないオープン形の羽根車には適用できない。
【0007】
また、オープン形の羽根車は、流体を導入する開口が形成されたケーシングの内部に、羽根側を開口に対向させた状態で配置される。ケーシングにおける羽根車の径方向の一方側に排出流路が設けられている。羽根車を回転させると、開口よりケーシングの内部に流体が導入され、流体は羽根車とケーシングとの間のギャップを通って排出流路へと導かれる。
【0008】
このとき、剥き出しになっている羽根と排出流路へ向かう流体の流れとが衝突し、羽根の縁部においてエッジ渦と称される大きな渦が形成される。エッジ渦は、流体摩擦を増加させて流れを悪くし、揚程を低下させる。また、エッジ渦は、エネルギーを損失させて効率を低下させる。そのため、オープン形の羽根車においては、エッジ渦への対策を行う必要がある。
【0009】
本発明の一態様は、遠心ポンプに備えられた場合に、揚程の増加および効率を良好にできるオープン形の羽根車を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る羽根車は、円形の主板と、前記主板の表面に配置された複数の羽根とを有し、前記複数の羽根の前記主板と反対側が開放された羽根車であって、前記複数の羽根は、前記主板と反対側に天面を有し、前記複数の羽根の少なくとも一つは、前記天面に少なくとも一つの凸部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
本発明の一態様によれば、遠心ポンプに備えられた場合に、揚程の増加および効率を良好にできる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】実施形態１に係る羽根車を備えた遠心ポンプのポンプ部の斜視図である。
【図2】前記ポンプ部の一部断面図である。
【図3】実施形態１に係る羽根車の底面図である。
【図4】実施形態１に係る羽根車の斜視図である。
【図5】実施形態２に係る羽根車の底面図と、その一部拡大図である。
【図6】実施形態３に係る羽根車の底面図と、その一部拡大図である。
【図7】回転方向前側の凸部の周面の傾きと該周面に向かってくる流体との関係を示す図である。
【図8】実施形態４に係る羽根車の底面図と、その一部拡大図である。
【図9】実施形態４に係る変形例の羽根車の底面図と、その一部拡大図である。
【図10】実施形態５に係る羽根車の底面図と、その一部拡大図である。
【図11】実施形態６係る羽根車の底面図と、その一部拡大図である。
【図12】実施形態７に係る羽根車の底面図と、その一部拡大図である。
【図13】実施形態７に係る羽根車の斜視図である。
【図14】溝部における角度α、角度β、および旋回成分の関係を説明するための図である。
【図15】実施形態７に係る変形例の羽根車の底面図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本開示の一側面に係る実施形態を、図面に基づいて説明する。本実施形態では、流体としての液体を移送する遠心ポンプに搭載される羽根車を例示するが、この限りではなく、流体は気体であってもよい。
【0014】
〔実施形態１〕
以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。
以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。
【0015】
（１．遠心ポンプの概略構成）
図１は、本実施形態に係る羽根車３を備えた遠心ポンプのポンプ部１の斜視図である。図２は、ポンプ部１の一部断面図である。図１、図２において矢印Ｙ１は、流体の流れを示している。遠心ポンプは、図１に示す流体を送給するポンプ部１と、該ポンプ部１を駆動するモータ部（不図示）とを備える。遠心ポンプは、ポンプ部１の下面に設けられた導入開口２３から流体を吸い込み、吸い込んだ流体をポンプ部１の側部上面に形成された吐出開口２６ａより吐出する。モータ部は、ポンプ部１における導入開口２３が位置する下面とは反対側の上面に設置される。
図１は、本実施形態に係る羽根車３を備えた遠心ポンプのポンプ部１の斜視図である。図２は、ポンプ部１の一部断面図である。図１、図２において矢印Ｙ１は、流体の流れを示している。遠心ポンプは、図１に示す流体を送給するポンプ部１と、該ポンプ部１を駆動するモータ部（不図示）とを備える。遠心ポンプは、ポンプ部１の下面に設けられた導入開口２３から流体を吸い込み、吸い込んだ流体をポンプ部１の側部上面に形成された吐出開口２６ａより吐出する。モータ部は、ポンプ部１における導入開口２３が位置する下面とは反対側の上面に設置される。
【0016】
モータ部は、例えば、モータケースと、該モータケースの内部に収容されたステータおよびロータと、を備える。図１に示すように、ポンプ部１は、導入開口２３および吐出開口２６ａが形成されたポンプケース２を備え、該ポンプケース２にモータ部のモータケースが固定される。モータ部は、ステータへの給電に基づいてロータが回転し、ロータと共に回転軸が回転する。回転軸は、ポンプ部１側に突出するように設けられており、ポンプ部１側に回転力を伝達する。
【0017】
（２．ポンプ部の構成）
図２に示すように、ポンプ部１は、前述したポンプケース２と、該ポンプケース２の内部に収容された羽根車３と、を備える。ポンプケース２は、羽根車３を回転可能に収容するポンプ室２１を備える。図２において、羽根車３の回転の中心を通る軸を１点鎖線Ｘにて示す。羽根車３は、軸方向に対して扁平な略円盤形状をなしている。これに対応して、ポンプ室２１についても、軸方向に対して扁平な略円形空間をなしている。
図２に示すように、ポンプ部１は、前述したポンプケース２と、該ポンプケース２の内部に収容された羽根車３と、を備える。ポンプケース２は、羽根車３を回転可能に収容するポンプ室２１を備える。図２において、羽根車３の回転の中心を通る軸を１点鎖線Ｘにて示す。羽根車３は、軸方向に対して扁平な略円盤形状をなしている。これに対応して、ポンプ室２１についても、軸方向に対して扁平な略円形空間をなしている。
【0018】
ポンプケース２は、ポンプ室２１と連通する軸挿入孔２２を備える。軸挿入孔２２に、モータ部から突出する回転軸の先端部が挿入される。回転軸の先端部はポンプ室２１まで到達し、ポンプ室２１に配置される羽根車３を支持すると共に、羽根車３と一体に回転するように連結される。
【0019】
また、ポンプケース２は、ポンプ室２１の軸挿入孔２２とは軸方向反対側に、流体をポンプ室２１に導入するための導入開口２３を備える。導入開口２３は、ポンプ室２１における軸挿入孔２２とは軸方向反対側を区画する隔壁２４に形成されている。羽根車３は、ポンプケース２の隔壁２４と間隔を空けた状態でポンプ室２１内に回転可能に配置される。羽根車３と隔壁２４との間にはギャップＧが形成されている。図２の例では、導入開口２３は、軸挿入孔２２と同軸上であって、羽根車３の同軸上に設けられている。
【0020】
さらに、ポンプケース２は、ポンプ室２１の軸直交方向の一方側に、流体をポンプ室２１から吐出するための吐出流路２６を備える。吐出流路２６の出口が前述した吐出開口２６ａであり、吐出開口２６ａを通って流体がポンプ部１から吐出される。なお、吐出流路２６は、流体の送給を受ける装置と配管（不図示）等を介して接続される。
【0021】
（３．羽根車の概略構成）
図３は、本実施形態に係る羽根車３の底面図である。換言すると、図３は、図２に示した導入開口２３から見た羽根車３の平面図である。図４は、本実施形態に係る羽根車３の斜視図である。図４は、底面側を上方に向けた状態である。
図３は、本実施形態に係る羽根車３の底面図である。換言すると、図３は、図２に示した導入開口２３から見た羽根車３の平面図である。図４は、本実施形態に係る羽根車３の斜視図である。図４は、底面側を上方に向けた状態である。
【0022】
羽根車は例えば樹脂材料にて作製される。図３、図４に示すように、羽根車３は、円形の主板３２と、主板３２の厚み方向の一方の面である表面に、例えば８個の同形状の羽根３３を有する。羽根車３は、複数の羽根３３の主板３２と反対側が開放されている、所謂オープン形の羽根車である。
【0023】
複数の羽根３３は、周方向に等間隔に並設されている。隣接する羽根３３間に、流体を通過させる溝流路３４が形成されている。複数の羽根３３は、矢印Ｙ２にて示す反時計回りの方向に向けて凸状に湾曲している。複数の羽根３３は、主板３２と反対側に天面３３ａを有し、該天面３３ａに複数の凸部４０が形成されている。なお、複数の凸部４０が設けられた羽根３３の天面３３ａの詳細については後述する。
【0024】
主板３２の略中央部には、前述したモータ部の回転軸の先端部が内嵌されるＤ字状の連結孔３５が設けられている。これにより、モータ部の回転駆動により回転軸が回転すると、羽根車３が一体に回転する。なお、本実施形態では、主板３２に連結孔３５を直接形成しているが、例えば、円筒状をなす連結部材を金属材料等で形成して、主板３２の略中央部に相対回転不能に組み付けてもよい。
【0025】
（４．遠心ポンプの動作）
モータ部の回転駆動に基づいて羽根車３が回転すると、図１、図２に示すように、流体が導入開口２３からポンプ室２１に導入される。図３、図４に示すような形状の羽根車３は、反時計回りに回転する。羽根車３の回転による遠心力がポンプ室２１に導入された流体に伝わり、流体は羽根車３の径方向内側（中心側）から径方向外側（周縁側）に向かって送られる。径方向外側に向かって送られた流体は、羽根車３の下方のギャップＧを通って吐出流路２６に入り、吐出開口２６ａから吐出される。
モータ部の回転駆動に基づいて羽根車３が回転すると、図１、図２に示すように、流体が導入開口２３からポンプ室２１に導入される。図３、図４に示すような形状の羽根車３は、反時計回りに回転する。羽根車３の回転による遠心力がポンプ室２１に導入された流体に伝わり、流体は羽根車３の径方向内側（中心側）から径方向外側（周縁側）に向かって送られる。径方向外側に向かって送られた流体は、羽根車３の下方のギャップＧを通って吐出流路２６に入り、吐出開口２６ａから吐出される。
【0026】
以降、各溝流路３４を径方向外側に送られる流体の流れを「遠心流」と称する。また、ギャップＧを吐出流路２６に向かって流れる流体の流れを「排出流」と称する。
【0027】
（５．羽根の天面の詳細構成）
図３、図４を用いて、羽根３３の天面３３ａの構成について説明する。図３、図４に示すように、複数の羽根３３は、それぞれの天面３３ａに、例えば５個の同形状の凸部４０を有している。
図３、図４を用いて、羽根３３の天面３３ａの構成について説明する。図３、図４に示すように、複数の羽根３３は、それぞれの天面３３ａに、例えば５個の同形状の凸部４０を有している。
【0028】
前述したように、羽根車３が回転すると、ポンプ室２１に導入された流体は、羽根車３の遠心力に基づいて各溝流路３４を径方向外側に送られ、吐出流路２６を介して吐出開口２６ａから吐出される。ポンプ室２１における流体の流れとしては、各溝流路３４を流れる遠心流と、吐出流路２６に向かって流れる排出流とがある。
【0029】
羽根車３はオープン形であるため、複数の羽根３３は、ギャップＧにおいて排出流と衝突しながら回転する。そのため、天面３３ａに凸部４０が設けられていない構成では、ギャップＧにおいて、前述した大きな渦であるエッジ渦が発生する。エッジ渦は流体の流れを乱して揚程を低下させ、また、エネルギーを損失させて効率を低下させる。
【0030】
羽根車３においては、このようなエッジ渦の生成を抑制するために、天面３３ａに複数の凸部４０を設けている。天面３３ａに凸部４０を設けることで、凸部の周囲に小さな渦が生成され、この小さな渦によって、エッジ渦の生成が抑制される。換言すると、凸部４０によって小さな渦を生成することで、大きなエッジ渦を細分化できる。これにより、ギャップＧに生成されるエッジ渦による揚程の低下およびエネルギー損失を抑制して、揚程および効率を向上させることができる。
【0031】
なお、本実施形態では、複数の羽根３３の全てが天面３３ａに複数の凸部４０を有する構成を例示したが、複数の羽根３３の少なくとも１つが主板３２と反対側に（天面３３ａに）少なくとも１つの凸部４０を有する構成であればよい。これにより、天面３３ａに凸部４０が設けられていない構成に比べてエッジ渦の細分化が図れる。
【0032】
但し、好ましくは、複数の羽根３３の全てが天面３３ａに複数の凸部４０を有する構成である。凸部４０を備える羽根３３の数が増える程、また、一つの羽根３３に備えられる凸部４０の数が増える程、エッジ渦を効果的に細分化できる。
【0033】
また、天面３３ａに複数の凸部４０を設ける構成において、好ましくは、図３、図４に示すように、羽根３３の延在する方向に沿って複数配置する構成である。このように配置することで、羽根３３の回転の中心側から周縁側に亘ってエッジ渦の生成を抑制することができる。
【0034】
また、図示してはいないが、凸部４０は、少なくとも羽根３３の周縁側に設けられていることが好ましい。これは、回転時の羽根３３の速度は、羽根車の回転中心から離れる程速くなり、回転中心から離れた羽根３３の周縁側において、エッジ渦によるエネルギー損失が大きくなるためである。少なくとも羽根３３の周縁側に凸部４０を設けることで、エネルギー損失の大きい羽根３３の周縁側においてエッジ渦の生成を抑制して、エネルギー損失を効果的に抑制することができる。
【0035】
（６．凸部の好ましい形状）
上述したように、天面３３ａに設けられた凸部４０は、その形状に係わらず、天面３３ａに凸部４０が設けられていない構成に比べてエッジ渦の生成を抑制することができる。例えば、図３、図４に示すように、羽根３３は、回転方向（矢印Ｙ２）前側に位置する前側面３３ｂと、回転方向後側に位置する後側面３３ｃと、を有する。凸部４０としては、前側面３３ｂおよび後側面３３ｃと連なった角柱状であってもエッジ渦を細分化できる。しかしながら、凸部４０がエッジを有する角柱状の場合、凸部４０と排出流との衝突で生じる渦が大きくなり、エッジを有さない形状に比して損失されるエネルギーが大きくなる。
上述したように、天面３３ａに設けられた凸部４０は、その形状に係わらず、天面３３ａに凸部４０が設けられていない構成に比べてエッジ渦の生成を抑制することができる。例えば、図３、図４に示すように、羽根３３は、回転方向（矢印Ｙ２）前側に位置する前側面３３ｂと、回転方向後側に位置する後側面３３ｃと、を有する。凸部４０としては、前側面３３ｂおよび後側面３３ｃと連なった角柱状であってもエッジ渦を細分化できる。しかしながら、凸部４０がエッジを有する角柱状の場合、凸部４０と排出流との衝突で生じる渦が大きくなり、エッジを有さない形状に比して損失されるエネルギーが大きくなる。
【0036】
そこで、本実施形態では、図３、図４に示すように、凸部４０を円柱状としている。つまり、凸部４０は、回転の中心を通る軸の方向より見た（図２に示した導入開口２３から見た）場合に、前側面３３ｂに向かって凸をなす曲面および後側面３３ｃに向かって凸をなす曲面の両方を有している。このような形状とすることで、凸部４０と衝突する排出流が、凸部４０の曲面に沿って抜けやすくなり、凸部４０と排出流との衝突で生じる渦は小さく（角柱状の場合よりも小さく）、損失されるエネルギーを小さくすることができる。
【0037】
なお、本実施形態では、凸部４０を円柱状としたが、凸部４０は、前側面３３ｂ又は後側面３３ｃの少なくとも一方に向かって凸をなす曲面を有する構成であればよい。これにより、凸部４０が角柱状である構成に比べて、凸部４０と排出流との衝突によるエネルギーの損失を小さくすることができる。
【0038】
つまり、ギャップＧにおいて、排出流は、排出流の上流側にて羽根３３の前側面３３ｂと接触し、排出流の下流側にて羽根３３の後側面３３ｃと接触する。したがって、凸部４０を、前側面３３ｂ又は後側面３３ｃの何れか一方に向かって凸をなす曲面を有するように設けたとしても、排出流の上流側あるいは下流側にて排出流を抜けやすくすることができる。
【0039】
但し、好ましくは、前側面３３ｂに向かって凸をなす曲面と、後側面３３ｃに向かって凸をなす曲面の両方を有する構成である。これにより、ギャップＧにおいて、排出流の上流側および下流側の両方で排出流を抜けやすくすることができる。
【0040】
さらに、本実施形態では、図４に示すように、凸部４０は、天面３３ａから離れる方向（主板３２から離れる方向）に先細り状に形成されている。このような形状とすることで、凸部４０の頂面と排出流との接触面積を減らせることができる。これにより、羽根３３の天面３３ａと隔壁２４との間に生じるせん断流れによる流体摩擦抵抗を低減できる。その結果、遠心ポンプの効率をより向上させることができる。なお、先細り状の凸部４０としては、円錐や角錐であってもよい。
【0041】
（７．保護部）
さらに、羽根車３においては、図３、図４に示すように、複数の羽根３３は、それぞれの天面３３ａにおける最も回転の中心側に、それぞれに設けられた何れの凸部４０よりも大きい保護部３６を有している。保護部３６は、回転の中心を中心とする円の周方向に沿った幅が何れの凸部４０よりも大きいことが好ましい。また、保護部３６は、高さが何れの凸部よりも高いことが好ましい。但し、最も高い凸部４０と同等の高さであってもよい。保護部３６の径方向外側の面は、回転の中心を中心とする円に沿った面となっている。
さらに、羽根車３においては、図３、図４に示すように、複数の羽根３３は、それぞれの天面３３ａにおける最も回転の中心側に、それぞれに設けられた何れの凸部４０よりも大きい保護部３６を有している。保護部３６は、回転の中心を中心とする円の周方向に沿った幅が何れの凸部４０よりも大きいことが好ましい。また、保護部３６は、高さが何れの凸部よりも高いことが好ましい。但し、最も高い凸部４０と同等の高さであってもよい。保護部３６の径方向外側の面は、回転の中心を中心とする円に沿った面となっている。
【0042】
このような保護部３６を設けることで、保護部３６よりも径方向外側にある凸部４０が、回転の中心側（径方向内側）から周縁側（径方向外側）に向かって流れる遠心流によって摩耗されることが抑制される。これにより、凸部４０を保護して羽根車３の寿命を延ばすことができる。
【0043】
なお、本実施形態では、凸部４０が設けられた全ての羽根３３に保護部３６を設けた構成を例示したが、凸部４０が設けられた羽根３３の少なくとも１つに保護部３６を設けた構成であればよい。これにより、凸部４０が設けられた羽根３３の何れにも保護部３６が設けられていない構成に比べて、羽根車３の寿命を延ばすことができる。但し、好ましくは、凸部４０が設けられた全ての羽根３３に保護部３６を設けた構成である。
【0044】
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
【0045】
図５は、本実施形態に係る羽根車３Ａの底面図と、その一部拡大図である。図５に示すように、本実施形態に係る羽根車３Ａでは、複数の羽根３３のそれぞれの天面３３ａに、複数の同形状の凸部４０に代えて、複数の同形状の凸部４０Ａが配置されている。この点が羽根車３と異なる。
【0046】
凸部４０Ａは、先細り状であって、先端がカットされた円錐状を有している。そして、カットされた円錐の頂面が、平面視で前側面３３ｂ側に偏っている。つまり、凸部４０Ａは、天面３３ａと接続された底面の中心と該底面と反対側の頂点（凸部４０Ａが円錐の場合）または頂面の中心とを結ぶ軸線が、回転方向前側に向かって傾斜している。
【0047】
このような形状とすることで、図７の符号７０１の図に示すように、羽根車３の回転時、凸部４０Ａにおける回転方向前側の凸部４０Ａの周面は、流体に向かって急峻な角度で立ち上がった壁となる。したがって、羽根車３Ａにおける流体を掻く力が強くなり、ポンプの揚程を増加させることができる。このような羽根車３Ａは、揚程の大きいポンプに適している。図７は、回転方向前側の凸部の周面の傾きと該周面に向かってくる流体との関係を示す図である。
【0048】
〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
【0049】
図６は、本実施形態に係る羽根車３Ｂの底面図と、その一部拡大図である。図６に示すように、本実施形態に係る羽根車３Ｂでは、複数の羽根３３のそれぞれの天面３３ａに、複数の同形状の凸部４０に代えて、複数の同形状の凸部４０Ｂが配置されている。この点が羽根車３と異なる。
【0050】
凸部４０Ｂは、先細り状であって、先端がカットされた円錐状を有している。そして、カットされた円錐の頂面が、平面視で後側面３３ｃ側に偏っている。つまり、凸部４０Ｂは、天面３３ａと接続された底面の中心と該底面と反対側の頂点（凸部４０Ｂが円錐の場合）または頂面の中心とを結ぶ軸線が、回転方向後側に向かって傾斜している。
【0051】
このような形状とすることで、図７の符号７０２の図に示すように、羽根車３の回転時、凸部４０Ｂにおける回転方向前側の周面は、流れに対して傾斜がなだらかな壁となる。したがって、凸部４０Ｂにて生じる渦は弱く、凸部４０Ｂによるエネルギーの損失を小さくできる。このような羽根車３Ｂは、揚程の小さいポンプに適している。
【0052】
〔実施形態４〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
【0053】
図８は、本実施形態に係る羽根車３Ｃの底面図と、その一部拡大図である。図８に示すように、本実施形態に係る羽根車３Ｃでは、複数の羽根３３のそれぞれの天面３３ａに、複数の同形状の凸部４０に代えて、複数の凸部４０Ｃが配置されている。この点が羽根車３と異なる。
【0054】
凸部４０Ｃは、先細り状であって、先端がカットされた円錐状を有している。そして、カットされた円錐の頂面が、平面視で羽根３３の延在する方向、つまり羽根３３の半径方向外側または半径方向内側に偏っており、羽根３３の延在する方向に隣り合う凸部４０Ｃ間の間隔（距離）に変化が付けられている。本実施形態では、延在する方向に隣り合う凸部４０Ｃ間の間隔が、羽根３３の周縁側において羽根３３の回転の中心側よりも短くなっている。
【0055】
凸部４０Ｃ間の間隔は、広いよりも狭い方がエッジ渦を壊しやすい。したがって、このような形状とすることで、エネルギー損失の大きい羽根３３の周縁側においてエッジ渦の生成を効果的に抑制して、エネルギー損失を効果的に抑制することができる。
【0056】
なお、本実施形態では、先細り状の凸部４０Ｃの向きを調整して、隣り合う凸部４０Ｃ間の間隔（距離）に変化を付けたが、凸部を、円柱状や角柱状、もしくは軸を傾けていない円錐状や角錐状とし、凸部の配置位置を変えて間隔を変える構成であってよい。
【0057】
図９は、本実施形態に係る変形例の羽根車３Ｄの底面図と、その一部拡大図である。図９に示すように、変形例の羽根車３Ｄでは、複数の羽根３３のそれぞれの天面３３ａに、複数の同形状の凸部４０に代えて、複数の凸部４０Ｄが配置されている。この点が羽根車３と異なる。
【0058】
複数の凸部４０Ｄは、何れも先細り状であって、先端がカットされた円錐状を有し、頂面が平面視で羽根３３の回転の中心側（半径方向内側）に偏っている。そして、複数の凸部４０Ｄは、頂面の面積は全て同じであるが、天面３３ａと接続された底面の面積が、羽根３３の回転の中心側から周縁側にかけて段々小さくなっている。さらに、羽根３３の延在する方向に隣り合う凸部４０Ｄ間の間隔（距離）が、羽根３３の回転の中心側から周縁側にかけて段々狭くなっている。
【0059】
このような形状とすることで、エネルギー損失の大きい羽根３３の周縁側において、凸部４０Ｄを密に配置してエッジ渦の生成を効果的に抑制して、エネルギー損失を効果的に抑制することができる。
【0060】
〔実施形態５〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
【0061】
図１０は、本実施形態に係る羽根車３Ｅの底面図と、その一部拡大図である。図１０に示すように、本実施形態に係る羽根車３Ｅでは、複数の羽根３３のそれぞれの天面３３ａに、複数の同形状の凸部４０に代えて、複数の凸部４０Ｅが配置されている。この点が羽根車３と異なる。
【0062】
複数の凸部４０Ｅは、何れも先細り状の円柱状である。そして、複数の凸部４０Ｅは、羽根３３の周縁側において羽根３３の回転の中心側よりも小さく形成されている。
【0063】
より詳細には、複数の凸部４０Ｅは、羽根３３の回転の中心側から周縁側にかけて段々小さくなっている。具体的には、複数の凸部４０Ｅは、高さは同じで、底面の面積が、羽根３３の回転の中心側から周縁側にかけて段々小さくなっている。さらに、複数の凸部４０Ｅは、羽根３３の延在する方向に隣り合う凸部４０Ｅ間の間隔（距離）が、羽根３３の回転の中心側から周縁側にかけて段々広くなるように内地されている。
【0064】
このような形状とすることで、羽根３３において、周縁側と回転の中心側とでレイノルズ数を近づけることができる。これにより、羽根３３の回転の中心側から周縁側に亘って、凸部４０Ｅにて生成される渦によるエッジ渦の生成を抑制する効果（細分化の効果）を揃えることができる。
【0065】
レイノルズ数は、凸で生じる流れを特徴づける無次元数である。レイノルズ数は、凸の投影面積の平方根×凸周囲の流体速度÷流体の動粘性係数にて求まる。凸周囲の流体速度は、遠心ポンプにおいて必要な吐出量÷（羽根車の径×ギャップＧの距離）にて近似される。したがって、「凸部が小さい」とは、換言すると、「子午面に回転投影した際の凸部の半径方向における平均幅が小さい」であり、厳密には凸部の高さを含む「子午面に回転投影した凸部の面積が小さい」である。
【0066】
〔実施形態６〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
【0067】
図１１は、本実施形態に係る羽根車３Ｆの底面図と、その一部拡大図である。図１１に示すように、本実施形態に係る羽根車３Ｆでは、複数の羽根３３は、回転方向に互いに隣り合う複数の羽根３３に備えられる複数の凸部４０が、回転の中心を中心とする同一円周上に位置しないように設けられている。この点が羽根車３と異なる。本実施形態では、凸部４０を５個備える羽根３３と、凸部４０を４個備える羽根３３とを、周方向に交互に配置している。
【0068】
回転方向に隣り合う羽根３３に設けられた複数の凸部４０が、回転の中心を中心とする同一円周上に位置している場合、回転方向前側に位置する羽根３３の凸部４０間を通り抜けた流れは、回転方向後側に位置する次の羽根３３の凸部４０間も通り抜ける。そのため、凸部４０が流体の掻き出しに寄与する効果は小さい。
【0069】
これに対し、上記のような形状とすることで、回転方向前側に位置する羽根３３の凸部４０間を通り抜けた流れは、回転方向後側に位置する次の羽根３３の凸部４０に衝突する。これにより、凸部４０が流体の掻き出しに寄与する効果が大きくなり、ポンプの揚程を増加させることができる。
【0070】
また、回転方向前側に位置する羽根の凸部４０にて生成された小さな渦が、回転方向後側に位置する次の羽根３３の凸部４０に衝突することで反転する。これにより、凸部４０の周囲に生成される小さな渦によってエッジ渦の生成を抑制する効果が向上し、より効果的にエッジ渦の生成を抑制することができる。
【0071】
〔実施形態７〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
【0072】
図１２は、本実施形態に係る羽根車３Ｇの底面図と、その一部拡大図である。図１２に示すように、本実施形態に係る羽根車３Ｇでは、複数の羽根３３の周縁面３３ｄに、回転の中心を通る軸の方向に沿って延びる溝部５０が設けられている。この点が羽根車３と異なる。周縁面３３ｄは、羽根３３の周縁側に位置する面である。
【0073】
【0074】
このような構成とすることで、羽根車３が回転すると、溝部５０に渦が生成され、溝部５０に生成した渦にて、羽根３３の周縁面３３ｄと流体との間の流体摩擦を低減することができる。その結果、遠心ポンプの効率をより向上させることができる。
【0075】
なお、本実施形態では、複数の羽根３３の全てが周縁面３３ｄに溝部５０を有する構成を例示したが、複数の羽根３３の少なくとも一つの周縁面３３ｄに溝部５０を有する構成であればよい。これにより、周縁面３３ｄに溝部５０が一切設けられていない構成に比べて、羽根３３の周縁面３３ｄと流体との間の流体摩擦を低減することができる。
【0076】
但し、好ましくは、複数の羽根３３の全てが周縁面３３ｄに溝部５０を有する構成である。溝部５０を備える羽根３３の数が増える程、羽根３３の周縁面３３ｄと流体との間の流体摩擦を低減することができる。
【0077】
なお、溝部５０は、回転の中心を通る軸の方向に沿って延びていればよく、必ずしも羽根３３の天面３３ａに達していなくてもよい。また、図１２、図１３では、溝部５０として断面がＶ字状のＶ溝を例示しているが、Ｕ字状等であってもよい。
【0078】
（１．溝部の好ましい形状）
ここで、溝部５０の好ましい形状について、図１２および図１４を用いて説明する。図１２の拡大図に示すように、溝部５０は、前側面側の第１溝壁５０ａと後側面側の第２溝壁５０ｂとを有する。前側面側の第１溝壁５０ａは、矢印Ｙ２にて示す羽根車３Ｇの回転方向前側に位置する溝壁である。後側面側の第２溝壁５０ｂは、矢印Ｙ２にて示す羽根車３Ｇの回転方向後側に位置する溝壁である。
ここで、溝部５０の好ましい形状について、図１２および図１４を用いて説明する。図１２の拡大図に示すように、溝部５０は、前側面側の第１溝壁５０ａと後側面側の第２溝壁５０ｂとを有する。前側面側の第１溝壁５０ａは、矢印Ｙ２にて示す羽根車３Ｇの回転方向前側に位置する溝壁である。後側面側の第２溝壁５０ｂは、矢印Ｙ２にて示す羽根車３Ｇの回転方向後側に位置する溝壁である。
【0079】
＜好ましい条件１＞
逆回転方向Ｙ３にて示す外周部の流れが、第１溝壁５０ａとなす角度をα、第２溝壁５０ｂとなす角度をβ、とすると、α＞βであることが好ましい。換言すると、角度αは、第１溝壁５０ａと逆回転方向Ｙ３とのなす角度であり、角度βは、第２溝壁５０ｂと逆回転方向Ｙ３とのなす角度である。
逆回転方向Ｙ３にて示す外周部の流れが、第１溝壁５０ａとなす角度をα、第２溝壁５０ｂとなす角度をβ、とすると、α＞βであることが好ましい。換言すると、角度αは、第１溝壁５０ａと逆回転方向Ｙ３とのなす角度であり、角度βは、第２溝壁５０ｂと逆回転方向Ｙ３とのなす角度である。
【0080】
図１４は、溝部における角度α、角度β、および旋回成分の関係を説明するための図である。図１４の符号１４０１の図に示すように、α＞βの関係を満たす溝部５１では、後側面側の第２溝壁５１ｂで生じる旋回成分が前側面側の第１溝壁５１ａで生じる旋回成分よりも強くなる。そのため、このような溝部５１においては渦が回り易くなる。
【0081】
これに対し、α≦βの関係を満たす溝部５２では、後側面側の第２溝壁５２ｂで生じる旋回成分が前側面側の第１溝壁５２ａで生じる旋回成分と同等以下となる。そのため、このような溝部５２においては渦が回り難い。
【0082】
したがって、溝部５０を、溝部５１のように、α＞βの関係を満たすように形成することで、溝部５０に生成される渦による流体摩擦の低減効果を高めることができる。
【0083】
＜好ましい条件２＞
また、α≦９０度であることが好ましい。図１４の符号１４０２の図に示すように、α≦９０度の関係を満たす溝部５３では、溝部５３で発生させた渦は、第１溝壁５３ａに沿って、矢印Ｙ３にて示す羽根車の外周部の流体の流れ方向を向いて流出する。そのため、溝部５３で発生した渦によるエネルギーの損失が小さい。
また、α≦９０度であることが好ましい。図１４の符号１４０２の図に示すように、α≦９０度の関係を満たす溝部５３では、溝部５３で発生させた渦は、第１溝壁５３ａに沿って、矢印Ｙ３にて示す羽根車の外周部の流体の流れ方向を向いて流出する。そのため、溝部５３で発生した渦によるエネルギーの損失が小さい。
【0084】
これに対し、α＞９０度の関係を満たす溝部５４では、溝部５４で発生させた渦は、第１溝壁５４ａに沿って、矢印Ｙ３にて示す羽根車の外周部の流体の流れ方向の逆を向いて流出する。そのため、溝部５４で発生した渦によるエネルギーの損が大きい。
【0085】
したがって、溝部５０を、溝部５３のように、α≦９０度の関係を満たすように形成することで、溝部５０に生成される渦によるエネルギー損失を抑制することができる。
【0086】
＜好ましい条件３＞
また、β≦９０度であることが好ましい。図１４の符号１４０３の図に示すように、β≦９０度の関係を満たす溝部５５では、後側面側の第２溝壁５５ｂで生じる旋回成分が大きくなり、強い渦を巻くことができる。
また、β≦９０度であることが好ましい。図１４の符号１４０３の図に示すように、β≦９０度の関係を満たす溝部５５では、後側面側の第２溝壁５５ｂで生じる旋回成分が大きくなり、強い渦を巻くことができる。
【0087】
これに対し、β＞９０度の関係を満たす溝部５６では、後側面側の第２溝壁５６ｂで生じる旋回成分が小さくなり、渦を巻き難い。
【0088】
したがって、溝部５０を、溝部５５のように、β≦９０度の関係を満たすように形成することで、溝部５０に生成される渦による流体摩擦の低減効果を高めることができる。
【0089】
図１５は、本実施形態に係る変形例の羽根車３Ｈの底面図である。図１５に示すように、変形例の羽根車３Ｈでは、複数の羽根３３の天面３３ａに、複数の凸部４０および保護部３６が設けられていない。この点が羽根車３Ｇと異なる。
【0090】
このような構成では、エッジ渦を細分化することはできないが、溝部５０に生成した渦にて、羽根３３の周縁面３３ｄと流体との間の流体摩擦を低減することができる。その結果、遠心ポンプの効率をより向上させることができる。
【0091】
〔まとめ〕
本発明の態様１に係る羽根車は、円形の主板と、前記主板の表面に配置された複数の羽根とを有し、前記複数の羽根の前記主板と反対側が開放された羽根車であって、前記複数の羽根の少なくとも一つは、前記主板と反対側に少なくとも一つの凸部を有する。
本発明の態様１に係る羽根車は、円形の主板と、前記主板の表面に配置された複数の羽根とを有し、前記複数の羽根の前記主板と反対側が開放された羽根車であって、前記複数の羽根の少なくとも一つは、前記主板と反対側に少なくとも一つの凸部を有する。
【0092】
上記構成によれば、羽根に設けられた凸部の周囲に小さな渦が生成され、大きなエッジ渦の生成を抑制できる。これにより、遠心ポンプに備えられた場合に、ギャップに生成される大きな渦による揚程の低下およびエネルギー損失を抑制して、揚程および効率を向上させることができる。
【0093】
本発明の態様２に係る羽根車は、上記態様１において、前記複数の羽根は、回転方向前側に位置する前側面と、回転方向後側に位置する後側面と、を有し、前記凸部は、回転の中心を通る軸の方向より見た場合に、前記前側面又は前記後側面の少なくとも一方に向かって凸をなす曲面を有していてもよい。
【0094】
上記構成によれば、凸部と衝突した流体が曲面に沿って抜けやすく、凸部と流体との衝突にて損失されるエネルギーを小さくできる。
【0095】
本発明の態様３に係る羽根車は、上記態様１又は２において、前記凸部は、前記主板から離れる方向に先細り状に形成されていてもよい。
【0096】
上記構成によれば、凸部の頂面と流体との接触面積を減らして、羽根とケーシングとの間に生じるせん断流れによる流体摩擦抵抗を低減できる。その結果、ポンプの性能をより向上させることができる。
【0097】
本発明の態様４に係る羽根車は、上記態様３において、前記凸部は、底面の中心と前記底面と反対側の頂点または頂面の中心とを結ぶ軸線が、回転方向前側に向かって傾斜していてもよい。
【0098】
上記構成によれば、回転方向前側の凸部の周面が流体に向かって立ちはだかる。したがって、流体を掻く力が強くなり、ポンプの揚程の増加に寄与する。揚程の大きいポンプに適している。
【0099】
本発明の態様５に係る羽根車は、上記態様３において、前記凸部は、底面の中心と前記底面と反対側の頂点または頂面の中心とを結ぶ軸線が、回転方向後側に向かって傾斜していてもよい。
【0100】
上記構成によれば、回転方向前側の凸部の周面が流体を速やかに後方に流す。したがって、流体を掻く力は弱いが、凸部に生じる渦は弱く、凸部によるエネルギーの損失は小さい。揚程の小さいポンプに適している。
【0101】
本発明の態様６に係る羽根車は、上記態様１から５の何れかにおいて、前記凸部は、少なくとも前記羽根の周縁側に設けられていてもよい。
【0102】
上記構成によれば、エネルギー損失の大きい羽根の周縁側において大きな渦の生成が抑制される。これにより、エネルギー損失を効果的に抑制することができる。
【0103】
本発明の態様７に係る羽根車は、上記態様１から５の何れかにおいて、前記凸部は、前記羽根の延在する方向に沿って複数配置されていてもよい。
【0104】
上記構成によれば、羽根の回転の中心側から周縁側に亘って大きな渦の生成が抑制される。これにより、エッジ渦によるエネルギーの損失を抑制することができる。
【0105】
本発明の態様８に係る羽根車は、上記態様７において、前記羽根の延在する方向に隣り合う前記凸部間の距離は、前記羽根の周縁側において前記羽根の回転の中心側よりも短くてもよい。
【0106】
上記構成によれば、エネルギー損失の大きい羽根の周縁側に凸部が密に設けられ、大きな渦の生成が抑制される。これにより、エネルギー損失を効果的に抑制することができる。
【0107】
本発明の態様９に係る羽根車は、上記態様７又は８において、前記凸部は、前記羽根の周縁側において前記羽根の回転の中心側よりも小さくてもよい。
【0108】
上記構成によれば、羽根における周縁側と回転の中心側とで、レイノルズ数を近づけることができる。これにより、羽根の回転の中心側から周縁側に亘って大きな渦の生成を抑制する効果（細分化の効果）を揃えることができる。
【0109】
本発明の態様１０に係る羽根車は、上記態様１から９の何れかにおいて、前記凸部を有する前記羽根の少なくとも１つは、当該羽根における最も回転の中心側に、当該羽根に設けられた何れの前記凸部よりも大きい保護部を有していてもよい。
【0110】
上記構成によれば、保護部にて、凸部が、径方向内側から径方向外側に向かって流れる遠心流による摩耗されることを抑制し、凸部を保護することができる。
【0111】
本発明の態様１１に係る羽根車は、上記態様１から１０の何れかにおいて、前記凸部は、少なくとも回転方向に互いに隣り合う複数の前記羽根に設けられ、回転方向に互いに隣り合う複数の前記羽根に設けられた前記凸部は、回転の中心を中心とする同一円周上に位置しない構成としてもよい。
【0112】
上記構成によれば、回転方向前側に位置する羽根の凸部を通り抜けた流れが、回転方向後側に位置する羽根に衝突する。これにより、凸部が水の掻き出しに寄与し、ポンプ効率を上げることができる。また、回転方向前側に位置する羽根の凸部にて生成された小さな渦が、回転方向後側に位置する羽根に衝突することで反転する。これにより、凸部の周囲に生成される小さな渦による大きな渦の生成を抑制する効果が上がる。
【0113】
本発明の態様１２に係る羽根車は、上記態様１から１１の何れかにおいて、前記複数の羽根は、周縁側に位置する周縁面を有し、前記複数の羽根の少なくとも一つは、前記周縁面の少なくとも一部に、回転の中心を通る軸の方向に沿って延びる溝部を有していてもよい。
【0114】
上記構成によれば、羽根の周縁面に設けられた溝部に生成される渦にて、羽根の周縁面と流体との間の流体摩擦を低減できる。その結果、ポンプの性能をより向上させることができる。
【0115】
本発明の態様１３に係る羽根車は、上記態様１２において、前記溝部は、前側面側の第１溝壁と後側面側の第２溝壁とを有し、前記第１溝壁と逆回転方向とのなす角度をα、前記第２溝壁と逆回転方向とのなす角度をβ、とすると、α＞βであってもよい。
【0116】
上記構成によれば、後側面側の第２溝壁で生じる旋回成分が前側面側の第１溝壁で生じる旋回成分よりも強くなり、溝部にて渦が回り易い。これにより、溝部に生成される渦による流体摩擦の低減効果を高めることができる。
【0117】
本発明の態様１４に係る羽根車は、上記態様１２において、前記溝部は、前側面側の第１溝壁を有し、前記第１溝壁と逆回転方向とのなす角度をαとすると、α≦９０度であってもよい。
【0118】
上記構成によれば、溝部で発生させた渦の流出の角度が羽根車外周部の流体の流れ方向を向き、エネルギーの損失が小さい。これにより、溝部に生成される渦によるエネルギー損失を抑制することができる。
【0119】
本発明の態様１５に係る羽根車は、上記態様１２において、前記溝部は、後側面側の第２溝壁を有し、前記第２溝壁と逆回転方向とのなす角度をβとすると、β≦９０度であってもよい。
【0120】
上記構成によれば、後側面側の第２溝壁で生じる旋回成分が大きくなり、強い渦を巻くことができる。これにより、溝部に生成される渦による流体摩擦の低減効果を高めることができる。
【0121】
本発明の態様１６に係る羽根車は、円形の主板と、前記主板の表面に配置された複数の羽根とを有し、前記複数の羽根の前記主板と反対側が開放された羽根車であって、前記複数の羽根は、径方向外側に位置する周縁面を有し、前記複数の羽根の少なくとも一つは、前記周縁面の少なくとも一部に、回転の中心を通る軸の方向に沿って延びる溝部を有する。
【0122】
上記構成によれば、羽根の周縁面に設けられた溝部に生成される渦にて、羽根の周縁面と流体との間の流体摩擦を低減できる。その結果、ポンプの性能をより向上させることができる。
【0123】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
【0124】
なお、本開示は、マグロの小離鰭およびソウギョのウロコに着目した技術的思想を含んでいる。つまり、この発明は、バイオミメティクスに関係するものである。
【符号の説明】
【0125】
１ ポンプ部
２ ポンプケース
３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅ、３Ｆ、３Ｇ、３Ｈ 羽根車
２１ ポンプ室
２２ 軸挿入孔
２３ 導入開口
２４ 隔壁
２６ 吐出流路
２６ａ 吐出開口
３２ 主板
３３ 羽根
３３ａ 天面
３３ｂ 前側面
３３ｃ 後側面
３３ｄ 周縁面
３４ 溝流路
３６ 保護部
４０、４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄ、４０Ｅ 凸部
５０ 溝部
５０ａ 第１溝壁
５０ｂ 第２溝壁
Ｘ 回転の中心
Ｙ２ 回転方向
Ｙ３ 逆回転方向
２ ポンプケース
３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅ、３Ｆ、３Ｇ、３Ｈ 羽根車
２１ ポンプ室
２２ 軸挿入孔
２３ 導入開口
２４ 隔壁
２６ 吐出流路
２６ａ 吐出開口
３２ 主板
３３ 羽根
３３ａ 天面
３３ｂ 前側面
３３ｃ 後側面
３３ｄ 周縁面
３４ 溝流路
３６ 保護部
４０、４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄ、４０Ｅ 凸部
５０ 溝部
５０ａ 第１溝壁
５０ｂ 第２溝壁
Ｘ 回転の中心
Ｙ２ 回転方向
Ｙ３ 逆回転方向
【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14】
【図15】