特許 7610436 ポンプ用インペラおよびこれを備えるポンプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-24

(45)【発行日】2025-01-08

(54)【発明の名称】ポンプ用インペラおよびこれを備えるポンプ

(51)【国際特許分類】

   F04D 7/04 20060101AFI20241225BHJP

【ＦＩ】

F04D7/04 J

F04D7/04 P

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021041486

(22)【出願日】2021-03-15

(65)【公開番号】P2022141264

(43)【公開日】2022-09-29

【審査請求日】2024-02-01

(73)【特許権者】

【識別番号】505328085

【氏名又は名称】古河産機システムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103850

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼

(74)【代理人】

【識別番号】100105854

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 一

(74)【代理人】

【識別番号】100066980

【弁理士】

【氏名又は名称】森 哲也

(72)【発明者】

【氏名】種市 準

【審査官】岩田 健一

(56)【参考文献】

【文献】実開昭５１－０２０２０４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開昭６１－０３９４９３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３０６９６５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０４Ｄ ７／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ケーシングの軸方向前方の吸込口から該ケーシングの径方向の吐出口に移送流体を移送するポンプに用いられ、前記ケーシングの内部に配置されて回転軸によって回転するインペラであって、
前記回転軸の先端側に同軸に支持される主板と、該主板の吸込口側を向く面に設けられた複数の羽根とを有し、
前記主板の吸込口側を向く面には、前記複数の羽根のみが設けられ、
前記複数の羽根は、各羽根の内径部が前記主板中心部に設けられたボスに繋がる位置まで延長して形成されており、
前記羽根の形状は、前記ボスに繋がる内径側の端部の幅が最も広く、前記端部の基端部分から外周側に向けて幅が狭くなり、前記外周側の先端から前記基端部分に至るまで滑らかな曲線によって連続しており、
前記インペラの回転方向に対する前記羽根の正面及び背面は、いずれも前記ボスと接線方向から滑らかに接続していることを特徴とするポンプ用インペラ。

【請求項2】

前記複数の羽根の前縁部は、前記ボスに繋がる位置まで同じ高さで延長して形成されている請求項１に記載のポンプ用インペラ。

【請求項3】

前記複数の羽根は、３枚以下である請求項１または２に記載のポンプ用インペラ。

【請求項4】

ケーシングと、該ケーシングの内部に配置されて回転軸によって回転するインペラと、を備え、前記ケーシングの軸方向前方の吸込口から前記インペラを介して前記ケーシングの径方向の吐出口に移送流体を移送するポンプであって、
前記インペラとして、請求項１～３のいずれか一項に記載のポンプ用インペラを備えることを特徴とするポンプ。

【請求項5】

前記ケーシングの吸込側で移送流体中の夾雑物を破砕する破砕機構を備える請求項４に記載のポンプ。

【請求項6】

前記破砕機構は、前記回転軸の先端に取り付けられるとともに前記ケーシングの吸込側で移送流体中の夾雑物を破砕可能に取り付けられた破砕用インペラである請求項５に記載のポンプ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ポンプに係り、特に、移送流体中に含まれる夾雑物を破砕しつつ移送する用途のポンプ用として好適なインペラに関する。

【背景技術】

【0002】

移送流体中に含まれる夾雑物を破砕しつつ移送する用途に好適なポンプとして、破砕ポンプが知られている。この種の破砕ポンプは、移送流体中の夾雑物を破砕する破砕部と、破砕部で破砕された夾雑物を移送流体と混合した固液混合体として移送する渦巻ポンプ部と、を内部に有するケーシングを備えている（例えば特許文献１参照）。

【0003】

この種の破砕ポンプは、例えば、髪の毛や生理用品、紙おむつ等の夾雑物を処理する廃水処理設備において用いられており、配管機器内での目詰まりや流路の閉塞トラブルを防止するために、移送流体中の夾雑物を破砕して固液混合体として圧送する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平０８－１３５５９８号公報（同文献図５）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、この種の破砕ポンプでは、配管機器に限らず、インペラの内径部においても閉塞が発生する場合がある。つまり、図４に示すように、ケーシング１２０内のインペラ１０４は、主板１０４ａの前面側に複数の羽根１０４ｂが設けられるところ、従来のインペラ１０４では、通常の遠心ポンプでのインペラに採用される羽根デザイン同様に、各羽根１０４ｂの内径側の端部１０４ｋは、主板１０４ａ中心のボス１０４ｃとは離隔した位置から張り出されている。

【0006】

そのため、ボス１０４ｃの外周面と各羽根１０４ｂの内径側の端部１０４ｋとの間には、夾雑物Ｋが入り込める空間が生じ、図５に示す破砕ポンプ１００のように、各羽根１０４ｂの内径側の端部１０４ｋとボス１０４ｃとの間に夾雑物Ｋが引っ掛かってしまうという問題がある。

【0007】

特に、し尿夾雑物処理用の破砕ポンプにあっては、髪の毛や生理用品、紙おむつ等の夾雑物を処理することから、破砕部での十分な破砕が困難な場合があり、インペラの内径部での閉塞がより生じ易い。

【0008】

そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、インペラに形成された複数の羽根の内径部での閉塞を可及的に防止または抑制し得るポンプ用インペラおよびこれを備えるポンプを提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るポンプ用インペラは、ケーシングの軸方向前方の吸込口から該ケーシングの径方向の吐出口に移送流体を移送するポンプに用いられ、前記ケーシングの内部に配置されて回転軸によって回転するインペラであって、前記回転軸の先端側に同軸に支持される主板と、該主板の吸込口側を向く面に設けられた複数の羽根とを有し、前記複数の羽根は、各羽根の内径部が前記主板中心部に設けられたボスに繋がる位置まで延長して形成されていることを特徴とする。

【0010】

また、上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るポンプは、ケーシングと、該ケーシングの内部に配置されて回転軸によって回転するインペラと、を備え、前記ケーシングの軸方向前方の吸込口から前記インペラを介して前記ケーシングの径方向の吐出口に移送流体を移送するポンプであって、前記インペラとして、本発明の一態様に係るポンプ用インペラを備えることを特徴とする。

【0011】

本発明の一態様に係るポンプによれば、本発明の一態様に係るポンプ用インペラを備え、本発明の一態様に係るポンプ用インペラは、各羽根の内径部が主板中心部に設けられたボスに繋がる位置まで延長して形成されているので、これにより、回転するインペラの遠心力を使って各羽根の内径部の夾雑物を主板の外周側に向けて強制的に跳ね上げることができる。そのため、インペラに形成された複数の羽根の内径部での閉塞を可及的に防止または抑制できる。

【発明の効果】

【0012】

上述のように、本発明によれば、インペラの各羽根の内径部での閉塞を可及的に防止または抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一態様に係るポンプの一実施形態の説明図であり、同図では、軸線に沿った断面を示している。

【図2】図１でのＺ－Ｚ断面におけるインペラを模式的に示す要部断面図（ａ）、およびインペラの羽根内径部と主板中心のボスとの関係を表す投影図（ｂ）である。

【図3】インペラの複数の羽根の変形例を示す図であり、同図は図２に対応する図（ａ）、（ｂ）を示している。

【図4】従来のポンプのインペラを模式的に示す要部断面図であり、同図は図２に対応する図（ａ）、（ｂ）を示している。

【図5】従来のポンプの一例の説明図であり、同図では、軸線に沿った断面を示している。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。本実施形態は、本発明の一態様に係るポンプとして、移送流体中に含まれる夾雑物を破砕しつつ移送する破砕ポンプへの適用例である。なお、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態に特定するものではない。

【0015】

図１に示すように、本実施形態の破砕ポンプ１は、設置姿勢において、基台の上部に設けられるポンプ本体１０を備える。ポンプ本体１０は、ケーシング２０と、ケーシング２０の後部に固定された軸受機構部２と、軸受機構部２によって軸線を水平に支持された回転軸３と、を有する。

【0016】

ケーシング２０は鋳造で製作され、設置姿勢において、ケーシング２０の上部には、上方に向けて開口する吐出口２１が設けられている。回転軸３の後端には、不図示のカップリングを介して駆動モータが接続される。本実施形態のポンプ本体１０は、ケーシング２０内部の画成空間に位置するように、インペラ４が回転軸３の先端側に片持ち状態で固定されている。

【0017】

本実施形態の破砕ポンプ１では、渦巻ポンプにおけるポンプ揚程を高めるために、ケーシング２０の流路が、インペラ４の径方向外側に設けられた吐出口２１側に向かってインボリュート曲線を描いて次第に拡径するように形成されている。

【0018】

なお、本実施形態の破砕ポンプ１は、髪の毛や生理用品、紙おむつ、残飯等の夾雑物を処理する、し尿夾雑物処理用ポンプなので、そのポンプ口径（吐出径）がΦ６５ｍｍ～Φ１５０ｍｍが好適な範囲となる。仮に、ポンプ口径がΦ６５ｍｍ未満の小口径であると、ケーシング２０内での流路が狭くなるため、上記のような、し尿夾雑物を円滑に通過させることが困難になるからである。

【0019】

また、本実施形態の破砕ポンプ１は、同図に示すように、ケーシング２０の吸込路の上流側に、破砕部ケーシング５が回転軸３の軸線と同軸にボルトで固定されている。さらに、ケーシング２０の吸込路の上流側には、破砕部ケーシング５の前面に、中央部に吸込口３１が形成された吸込ケーシング３０が回転軸３の軸線と同軸にボルトで固定されている。

【0020】

そして、破砕部ケーシング５の内部の画成空間には、破砕インペラ６が回転軸３の先端に固定され、この破砕インペラ６が、ケーシング２０の吸込路側でインペラ４と一体に回転するようになっている。また、破砕部ケーシング５の内周面の軸方向後方には、破砕インペラ６の背面との間にわずかな隙間を形成するように円盤状の固定刃７が固定されている。

【0021】

さらに、本実施形態の破砕ポンプ１は、破砕インペラ６との間に径方向でわずかな隙間を形成するように、破砕部ケーシング５の内周面と破砕インペラ６の外周面との間に円環状のシュラウドリング８が設けられている。

【0022】

そして、設置姿勢において、吸込ケーシング３０の上部には、吸込ケーシング３０の上部を斜め上方から貫通する装着部に破砕刃９が装備されている。破砕刃９は、自身先端が、破砕インペラ６の前面に対して、軸方向でわずかな隙間を隔てて対向するように配置されている。

【0023】

これにより、破砕インペラ６と、吸込ケーシング３０後方の破砕刃９並びに破砕部ケーシング５に設けられたシュラウドリング８および固定刃７とよって、移送流体中の夾雑物を破砕する破砕部が構成されている。

【0024】

本実施形態の破砕ポンプ１では、インペラ４は、円盤状の主板４ａと、この主板４ａに吸込側を向く面に設けられた複数の羽根４ｂとを有し、複数の羽根４ｂの前縁部がケーシング２０の内壁面に対向して装着されている。このインペラ４がケーシング２０内で回転軸３によって回転して移送流体を移送する渦巻ポンプ部を構成している。

【0025】

より詳しくは、本実施形態の破砕ポンプ１では、図２に示すように、インペラ４の複数の羽根４ｂは、それぞれ主板４ａの表側の面に対して周方向で３箇所に等配されている。各羽根４ｂは、主板４ａの中心のボス４ｃから周方向に向かって放射状に広がるとともに渦巻き状に湾曲形成され、これにより、径方向外側に向かうにつれて隣接する羽根４ｂとの対向方向の距離が拡幅するように設けられている。隣接する羽根４ｂ同士の間が移送流体の流路になっている。

【0026】

ここで、この種の破砕ポンプでは、インペラの内径部においても閉塞が発生する場合があるところ、本実施形態の破砕ポンプ１では、インペラ４は、各羽根４ｂの内径部を主板４ａ中心部のボス４ｃまで延長して内径側の端部４ｋがボス４ｃの外周面と一体形成され、これにより、ボス４ｃ周囲の夾雑物を、遠心力を使って主板４ａの外周側に強制的に跳ね上げ可能になっている。特に、本実施形態では、各羽根４ｂの前縁部は、ボス４ｃに繋がる位置まで同じ高さで延長して形成されている。

【0027】

本実施形態では、各羽根４ｂの形状は、ボス４ｃに繋がる内径側の端部４ｋの幅が最も広く、端部４ｋの基端部分から外周側に向かう途中部分までは徐々に幅が狭くなり、各羽根４ｂの途中部分からは外周側の先端に至るまでほぼ一定幅の滑らかな円弧によって連続している。本実施形態では、各羽根４ｂは、湾曲形状、幅寸法および厚さ寸法が基本的に同一とされており性能が同じになっている。

【0028】

次に、本実施形態の破砕ポンプ１の動作および作用効果について説明する。
本実施形態の破砕ポンプ１では、図１において、不図示の駆動モータを駆動させると、駆動モータの回転力がカップリングを介して軸受機構部２に支持された回転軸３に伝えられ、回転軸３の回転とともにインペラ４および破砕インペラ６が一体で回転する。

【0029】

これにより、本実施形態の破砕ポンプ１によれば、吸込ケーシング３０の吸込口３１から移送流体とともに夾雑物を吸い込み、破砕部ケーシング５の内部にて、移送流体中に含まれる夾雑物を、破砕インペラ６、シュラウドリング８、破砕刃９、および固定刃７相互の協働によって破砕できる。

【0030】

さらに、その破砕された夾雑物を、後方のインペラ４によってケーシング２０の上部の吐出口２１に向けて移送流体と混合した固液混合体として圧送できる。なお、破砕部での破砕の作用機序自体および渦巻ポンプ部での圧送の作用機序自体は、公知の破砕ポンプと同様なので、詳細な説明は省略する。

【0031】

ここで、上述したように、この種の破砕ポンプは、破砕部で夾雑物が破砕されるものの、夾雑物の性状によっては、インペラに形成された複数の羽根の内径部で閉塞が生じる場合がある。特に、し尿夾雑物処理用の破砕ポンプにあっては、髪の毛や生理用品、紙おむつ等の夾雑物を処理することから、破砕部での十分な破砕が困難な場合があり、各羽根の内径部での閉塞がより生じ易いという問題がある。

【0032】

これに対し、本実施形態の破砕ポンプ１によれば、図２に示したように、インペラ４は、各羽根４ｂの内径側の端部４ｋをボス４ｃに至るまで延長しているので、回転するインペラ４の遠心力を使って各羽根４ｂの内径部での夾雑物を主板４ａの外周側に向けて強制的に跳ね上げることができる。そのため、インペラ４に形成された複数の羽根４ｂの内径部での閉塞を可及的に防止または抑制できる。

【0033】

つまり、図４，図５に示したような通常の遠心ポンプでは、インペラ１０４に形成された複数の羽根１０４ｂの部分での流路を狭くして流速を落として圧力に変換することでポンプ効率を向上させる。

【0034】

しかし、図４，図５に示したような、通常の遠心ポンプに採用される羽根デザインは、各羽根１０４ｂの内径側の端部１０４ｋは、内径部のボス１０４ｃの外周面とは離隔して形成されており、ボス１０４ｃまわりの位置では、インペラ１０４に形成された複数の羽根１０４ｂの内径部に移送流体中の夾雑物Ｋが引っ掛かってしまう。

【0035】

特に、羽根１０４ｂの枚数が多い（例えば４枚以上）場合、ボス１０４ｃの近傍での羽根１０４ｂの密集により円滑な流れを阻害することになる。また、羽根１０４ｂの枚数が多い場合、円滑な流れに沿わせるような羽根形状の延長も困難である。そのため、通常の遠心ポンプに採用される羽根デザインは、ボス１０４ｃから離れた位置に羽根１０４ｂの中心側の端部１０４ｋが位置するように形成されている。

【0036】

これに対し、本実施形態のインペラ４では、破砕ポンプ１のポンプ効率の向上よりも夾雑物の通過性を重視しており、ポンプ効率については、次工程への移送流体の移送が可能な程度の揚程性能を有する羽根デザインを採用する。すなわち、夾雑物の引っ掛かりを防止または抑制する上では、図２に示したように、本実施形態の破砕ポンプ１のように、各羽根４ｂの内径部をボス４ｃに至るまで延長して内径側の端部ｋをボス４ｃと一体化し、遠心力を使って各羽根４ｂの内径部の夾雑物を主板４ａの外周側に強制的に跳ね上げることが有効な方策となるのである。このように、インペラの羽根デザインによるポンプ効率と夾雑物の通過性能とはトレードオフの関係にあるといえる。

【0037】

なお、本発明に係るポンプ用インペラおよびポンプは、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能なことは勿論である。
例えば、上記実施形態では、複数の羽根４ｂの例として、主板４ａの前面に、三枚の羽根４ｂを有する例を示したが、これに限定されるものではない。

【0038】

例えば、図３に変形例を示すように、主板４ａの前面に、二枚の羽根４ｂを有する構成とすることができる。同図の例においても、二枚の羽根４ｂの内径部をボス４ｃに至るまで延長して内径側の端部ｋをボス４ｃと一体化している。よって、上記実施形態同様に、遠心力を使って各羽根４ｂの内径部の夾雑物を主板４ａの外周側に強制的に跳ね上げることができる。

【0039】

但し、羽根の枚数は、枚数が多くなるほど隣接する羽根４ｂ同士間の流路での通過粒径が小さくなる。そのため、インペラの内径部での閉塞を防止または抑制する上では不利となる。よって、インペラ内径部での閉塞を可及的に防止または抑制する上では、複数の羽根４ｂは、図２若しくは図３に示したように、３枚以下とすることが望ましい。

【0040】

また、例えば上記実施形態では、インペラ４の内径部での閉塞を可及的に防止または抑制し得るポンプの一例として、し尿夾雑物処理用の破砕ポンプ１への適用例を示したが、本発明に係るポンプ用インペラおよびポンプは、これに限定されず、種々のポンプに適用できる。

【0041】

例えば上記実施形態では、破砕用インペラを内蔵する破砕ポンプへの適用例を示したが、本発明は、破砕用インペラを有しないポンプのインペラに適用できる。また、破砕機構を内蔵するポンプに限定されず、ケーシングの吸込側で移送流体中の夾雑物を破砕可能であれば、例えば、ポンプに対して破砕機構を外付けしてもよい。

【符号の説明】

【0042】

１ 破砕ポンプ（ポンプ）
２ 軸受機構部
３ 回転軸
４ インペラ
４ａ 主板
４ｂ 羽根
４ｃ ボス
５ 破砕部ケーシング
６ 破砕インペラ
７ 固定刃
８ シュラウドリング
９ 破砕刃
１０ ポンプ本体
２０ ケーシング
２１ 吐出口
３０ 吸込ケーシング
３１ 吸込口
１０４ インペラ
１０４ａ 主板
１０４ｂ 羽根
１０４ｃ ボス
Ｋ 夾雑物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】