JPH0441997A - マグネツトポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、磁石を埋め込んだ羽根車を外部からの磁力に
よって回転駆動するようにした、所謂遠心式のマグネッ
トポンプに関し、特に、液体中に気体が含まれている気
液２相流体を移送するのに適した遠心式のマグネットポ
ンプに関し、半導体製造プロセスにおける硫酸と過酸化
水素水との混合溶液のように発泡性の高い薬液を昇圧、
移送し循環濾過を行なうに適したマグネットポンプに関
する。

〔従来の技術〕

従来、液体中に気体が混入した気液２相流体や沸点近く
の溶液で発泡性が高い流体を移送するポンプとしては安
定した性能を維持できることから容積式ポンプが利用さ
れることが多い。しかし、容積式ポンプでは、大流量の
液体を移送するにはポンプが大きくなることと、容積式
ポンプ自体の寿命が短いこと等の理由で必ずしも満足さ
れているわけではなく、そのため遠心式ポンプ自体に様
々な工夫を凝らして、気体と液体とが混合した流体を移
送するようにしたものがある。

第２図は、気液２相流体に適した従来の遠心式ポンプの
縦断面図である。図において、１はケーシング、２は該
ケーシングｌの内部に収容された羽根車、３は該羽根車
２を回転するための主軸、４は液体りと気泡Ｇとが混合
して流入する吸込口、５は液体りと気体Ｇとが流出する
吐出口、６は羽根車２によって昇圧された吐出口５側の
液体を吸込口４側に戻す戻し管、７は該戻し管６の先端
に取付けられたノズルである。この遠心式ポンプは、吸
込口４から流入する比較的粒径の大きな気泡Ｇを、羽根
車２の近傍の上流に配置されたノズル７からの水流によ
って、より粒径の小さな気泡ｇに分割し、羽根車２での
遠心力を受ける際に大きな衝撃がないようにしたもので
ある。

第３図は、他の従来例を示すポンプ装置の模式図である
。図において、８は遠心式のポンプであり、該ポンプの
ケーシング１には吸込口４と吐出口５とが設けられ、吸
込口４の上流側には気液分離器１０が配置され、ここで
流入管１６から流入した気液２相流体が比重差によって
気体と液体とに分離され、液体のみがポンプ８に流入す
る。他方、ポンプの吐出口５の下流にはエゼクタ１５が
配置され、前記気液分離器１０の上部に溜まった気体を
排気管１４を経由して吸引する。さらに、前記エゼクタ
１５の下流から分岐した復液管１３は、もう一方の端が
気液分離器１０に接続され、該接続部には弁１７が設け
られ、該弁１７は、気液分離器１０内の液面１１の高さ
に応じてフロート１２の作動によって、開閉動作し、気
液分離器１０内の液面１１が低い場合には開き、復液管
１３から気液分離器１０内へ液体が流入して気液分離器
１０内の液面１１を高く維持すると共に排気し、液面１
１が所定の高さ以上であれば閉じエゼクタ１５の作動だ
けによって排気を行なうようにして、気液２相流体を遠
心式のポンプで昇圧、移送するようになっている。

第４図は、他の従来例であって、ラジアルギャップ型の
マグネットカップリングを用いたマグネットポンプの縦
断面図である。図において、ｌはケーシングであり、該
ケーシング１は、吸込口４と吐出口５とを備えた吸込ケ
ーシング４３と、背面ケーシング４４とからなり、該ケ
ーシング１内には、羽根車２を回転自在に収容するポン
プ室１９が形成されている。羽根車２は翼２５、永久磁
石２ｏ及び主軸３が一体に固着されてなり、主軸３の両
端は、吸込ケーシング４３に固定された軸受２４と背面
ケーシング４４に固定された軸受２４とによって回転自
在に軸支されている。羽根車に回転を与える永久磁石４
５は、モーター４６の駆動軸４７に締結されたマグネッ
トヨーク４８の内周に沿って環状に固定され、モーター
４６の付勢によって羽根車２が回転し、移送すべき流体
は吸込口４から流入し、翼２５によって昇圧され、吐出
口５から流出するようになっている。この従来例におい
ては、ポンプの接液部分、即ち、ケーシング１、羽根車
２、及び軸受２４は耐食性を付与するため樹脂やセラミ
ックによって構成されている。

このマグネットポンプは、格別気泡が混入した流体の移
送に適しているというものではなく、通常の遠心式のマ
グネットポンプの従来例として例示したものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のような気液２相流体を移送する遠心式のポンプの
運転において、気体Ｇを含んだ液体りがポンプ内に流入
すると、気体の混合率（体積率）が小さいときには、そ
の効率は、その混合率に見合うポンプヘッドの落ち込み
（損失）程度ですむ。

ところが、更に気体の混合量を増していくと、羽根車２
の中心部の圧力の低い部分に気体が集合し、この気体が
多量に集合することによって通路を閉塞する。気体が通
路を閉塞した場合、羽根車の翼が気体に作用して生じる
遠心力は極めて小さいものであるからポンプとしての昇
圧機能は停止し、結局、ポンプは運転不能の状態となる
。

上記の各従来例の問題点は次のとおりである。

即ち、第２図の従来例では、ポンプの吸込口から流入す
る大きな粒径の気泡Ｇを、ポンプの吐出口から戻し管６
を経て送られるノズル７からの圧力水の噴射によって、
より小さな気泡ｇとして液体中りに分散し、気泡が羽根
車２を通過する間に互いに集合すること無く通過できる
ようにしたものであるが、遠心式のポンプの吐出圧が大
きいポンプにおいてはノズル７からの圧力水の攪拌効果
、即ち、気泡の分散効果を期待することはできるが、吐
出圧の小さいポンプにあっては効果的な分散ができない
ので気泡の混合率を増加することはできないという問題
点があった。

また、第３図の従来例では、気液分離器ｌＯでの気液分
離作用は流速、滞留時間に関係し、ポンプの流量が大き
い場合には滞留時間が小さくなって、小粒径の気泡を分
離することはできない。このような場合には、気液分離
器の容積を大きくし、滞留時間を長くすることが必要で
あるが、そのためにポンプが大きくなるという問題点が
あった。

更に、第４図のマグネットポンプで気液２相流体を移送
する場合には、液体中に不均一に分散している気泡が羽
根車２の作用を受けるとき、羽根車２には不均一な荷重
が作用して激しく振動する。

この従来例では、羽根車２の回転軸芯方向の寸法が長く
、しかもその一方の端部にある翼２５の部分が外力を受
ける部分であり、羽根車２は永久磁石２０の部分と翼２
５の部分とで捩じり応力が働いているため、気泡に伴う
外力を受けた場合には、羽根車２が複雑な動きをし、軸
受２３．２４でその荷重を支えることができなくなる。

また、ポンプ室１９の内部の流体は、羽根車２によって
遠心力を受けているため比重の大きな液体はより外周側
に集まり、気泡は回転軸芯側に集まるので、軸受２３．
２４の部分には潤滑を行なうための液体が存在しなくな
り、極端な場合には軸受２３．２４での液切れ現象によ
ってポンプの損傷が始まることとなるという問題点があ
った。

本発明は、液体中に気体が混入している気液混合流体を
効果的に移送する遠心式のマグネットポンプを提供する
ことを目的とし、更に、小型で、液の滞留量が少なく且
つ気体の混入量が多くても安定して移送できる遠心式の
マグネットポンプを提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために本発明は、永久磁石を埋設
した羽根車を該羽根車の外部からの磁力によって回転駆
動するようにしたマグネットポンプにおいて、吸込口と
吐出口と及び羽根車が収容されるポンプ室とを有するポ
ンプのケーシングと、該ケーシングの該ポンプ室に回転
可能に収容され、且つ、永久磁石を埋設してなる羽根車
と、一方が該ケーシングに固定され、他方が該羽根車に
固定された軸受と、該羽根車内の該永久磁石に磁力を作
用させて該羽根車を回転駆動させる手段であって、該羽
根車の回転軸芯方向に関して該羽根車と対向した位置の
該ケーシングの非接液部に設けられた駆動磁力機構と、
該ポンプ室の吐出口側に配設されたノズルと、一端が該
ポンプ室の前記回転軸芯の近傍に開口し、他端が該ノズ
ルの下流側に開口した気体排出路とからなり、前記吸込
口と該ポンプ室とを連通ずる流体の流入路が該駆動磁力
機構の中央部を貫通して形成されていることを特徴とし
たマグネットポンプである。

〔作　用〕

本発明は上記のように構成されているので、吸込口から
流入した気液２相流体は、羽根車の作用によ゛って、主
として液体はポンプ室の外周側に押しつけられてポンプ
室１ｃと吐出口との間に配設されたノズルから吐出口に
向かって流出し、他方、気体はポンプ室の中央部、即ち
、羽根車の回転軸芯を中心とした部分に集まり、気体排
気路を介して前記ノズルの下流に形成される負圧部分に
吸弓されて液体と共にポンプの吐出口から外部へ流出す
る。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例を図面と共に説明する。

第１図は、本発明のマグネットポンプの縦断面図である
。ポンプのケーシング１は、流体の吸込口４を有する吸
込ケーシング１ａと、昇圧された流体の吐出口５を有す
る背面ケーシング１ｂとからなり、吸込ケーシング１ａ
と背面ケーシング１ｂとによって羽根車２を収容するポ
ンプ室１９が形成され、羽根車２と吸込ケーシング１ａ
には、回転側の軸受２３と固定側の軸受２４とがそれぞ
れ固定され、ポンプ室１９の吐出口５側には、ノズル５
１と気体排気路５０が形成されたノズル板５２が図示し
ないボルトによって背面ケーシングｌｂに固定され、ポ
ンプ室１９と吸込口４とは流入路４９によって連通され
ている。ケーシング１を構成するこれらの部品の材質は
、ポンプの用途に応じて移送する流体に対して耐食性を
有するものでなければならないが、少なくとも高磁束密
度の磁界に置かれる吸込ケーシング１ａは非磁性材料で
あることが望ましい。

上記ポンプ室１９に回転可能に収容された羽根車２は、
環状に成型されたマグネットヨーク２１の吸込ケーシン
グｌａの側の面に環状の永久磁石２０を接着して埋設し
たものであって、石英カバー２２によってこれら金属部
材２０．２１全体を密封したうえで、ナイロンやフッソ
樹脂のような非磁性材料によって全体を覆い、溶着や溶
接などの公知の手段によって密封し、二重に金属部材２
０．２１への流体の侵入を防止している。更に羽根車２
には所定のポンプ性能が発揮されるべく翼２５が備えら
れ、図においては、ポンプ効率を高めるために主板２６
が取付けられてクローズ羽根となっている。

吸込ケーシングｌａの内面、即ちポンプ室１９に面する
部分には、球状の凹面を羽根車２の側に向けたセラミッ
ク製の固定側の軸受２４がねじ込まれ、これと羽根車２
の回転軸芯Ｘ方向に関して対向している羽根車２の部分
には、該固定側の軸受２４の凹面に対応する球状の凸面
を該凹面に向けたセラミック製の回転側の軸受２３がね
じ込まれ、これらの凹面と凸面とのいずれか一方の面に
約１０ミクロンの溝が形成されて両者で１体のスパイラ
ルグループ軸受が形成され、軸受２４と軸受２３との摺
擦によって回転軸芯Ｘ方向のスラスト荷重と回転軸芯Ｘ
と直角方向のラジアル荷重とを支えている。

さらに、羽根車２の内部に埋設された永久磁石２０に磁
力を作用させて該羽根車２を回転駆動する手段である駆
動磁力機構としての役割をになう永久磁石３１が、吸込
ケーシングｌａの非接液部に配置され、更に該永久磁石
３１は、ボールベアリング３６によって回転可能に支持
されたマグネットヨーク３２に固着され、該マグネット
ヨーク３２は、モータ一部の永久磁石４０とマグネット
ヨーク４１とからなる回転子に一体に固定され、図示し
ない電源供給部からの鉄心３８に巻回されたコイル３９
への通電によって、羽根車２を回転駆動するようにして
あり、その中心部の羽根車２の回転軸芯Ｘ方向に沿って
、吸込口５とポンプ室１９とを連通ずる流体の流入路４
９が形成されている。

ここで、コイル３９に電気が供給されてポンプが定格の
回転速度で回転し、吸込口４から気体と液体とが混じり
合った気液２相流体が流入した場合、ポンプ室１９内の
流体は、主として液体の部分が翼２５の作用によってポ
ンプ室１９の外周側に押しつけられ、気体の部分は遠心
力の比重分離作用を受けて羽根車２の回転軸芯Ｘを中心
としたその近傍に集合する。

吸込口４から流入する気泡の大きさにもよるが、気泡の
直径が小さい場合には、羽根車２の内部を通過する気泡
の速度が羽根車２の回転に伴う遠心力の比重分離作用に
打ち勝って液体と共に羽根車２の外周縁から流出し、該
気泡の一部はただちにノズル５１を通過して吐出口５か
らポンプの下流へと移送され、該気泡の他の部分は羽根
車２の外部のポンプ室１９内の中心部５３に集合する。

液体を主体とした流体がノズル５１から吐出口５に向か
って流出すると、ノズル５１の下流には負圧部分が生じ
、この負圧部分と気体が滞留しているポンプ室１９内の
中心部５３とが気体排気路５０によって連通しているの
で、ポンプ室１９内の中心部５３に滞留している気体は
、ノズル５１の下流に生じた負圧部分に吸引されて吐出
口５から液体と共にポンプ外へ流出する。

第１図に示された状態で、ポンプが定格回転速度で回転
し、気液２相流体が吸込口４から流入し、吐出口５から
流出した場合、ポンプの吐出量がどのような状態であっ
ても、羽根車２に作用する磁力は、常に駆動磁力機構を
構成する、永久磁石と羽根車２とが互いに引き合う力と
なり、更に、流体が回転軸芯Ｘ方向に羽根車２を押しつ
ける力は、常に羽根車２を駆動磁力機構の側に押しつけ
る力となるので、羽根車２は駆動磁力機構の側に接近し
た状態で回転することとなり、これらに由来する不安定
領域がなく、また、軸受２３．２４に形成されている流
体膜の剛性が高いので、気泡の存在に由来する不規則な
応力が発生しても最良の状態で支持することができる。

なお、図において、軸受としてセラミック製の球面溝軸
受を用いているが、他の軸受としては、円錐型の溝軸骨
が一組の軸受でラジアル荷重とスラスト荷重との両者を
支えることができるので好適である。

また、羽根車２に磁力によって回転を与えるための手段
である駆動磁力機構として回転可能に支持された永久磁
石３１を例示しているが、環状にコイルを配列してステ
ーターとなし、吸込ケーシング１ａの非接液部分に固定
して、直接羽根車２を回転するようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のマグネットポンプは、永
久磁石を埋設した羽根車を該羽根車の外部からの磁力に
よって回転駆動するようにしたマグネットポンプにおい
て、吸込口と吐出口と及び羽根車が収容されるポンプ室
とを有するポンプのケーシングと、該ケーシングの該ポ
ンプ室に回転可能に収容され、且つ、永久磁石を埋設し
てなる羽根車と、一方が該ケーシングに固定され、他方
か該羽根車に固定された軸受と、該羽根車内の該永久磁
石に磁力を作用させて該羽根車を回転駆動させる手段で
あって、該羽根車の回転軸芯方向に関して該羽根車と対
向した位置の該ケーシングの非接液部に設けられた駆動
磁力機構と、該ポンプ室の吐出口側に配設されたノズル
と、一端が該ポンプ室の前記回転軸芯の近傍に開口し、
他端が該ノズルの下流側に開口した気体排出路とからな
り、前記吸込口と該ポンプ室とを連通ずる流体の流入路
が該駆動磁力機構の中央部を貫通して形成されているの
で、次のような効果がある。

（イ）気体と液体とが混入している流体を移送する場合
、ポンプ室の内部で羽根車の回転に基づく遠心力によっ
て液体と気体とが分離され、羽根車を通過しポンプ室内
に滞留する気体はポンプ室の中央部に集まり、ここに位
置する気体排気路を介してノズル下流の負圧部分に吸引
されてポンプの外部に導かれるので、ポンプ室内での気
体の滞留量が著しく減少し、安定した運転が可能となる
。

（ロ）従来、気液２相流体を遠心式ポンプで移送する場
合、若干の気泡の存在によって羽根車には不均一な応力
が作用し、これがちとで、羽根車には大きな衝撃と大き
な加振力が加わり、時にはそれが原因でポンプが損傷す
ることすらあったが、本発明のマグネットポンプでは、
羽根車を回転駆動するための手段である駆動磁力機構と
羽根車に埋設された永久磁石との間にこれらの荷重を支
持する軸受を配置しているので、１転体である羽根車の
振動を効果的に支持することができ、ポンプの振動を少
なくすることができる。

（ノリポンプの定格運転においては、駆動磁力機構゛と
羽根車との間に作用する磁力は常に互いに弓き合う方向
の力となり、また、流体の圧力は羽根車を駆動磁力機構
の側へ押しつける力となっているので、羽根車はケーシ
ングに対して常に接近した位置で回転し、そのため、軸
受における流体膜の剛性が高く、流体中に存在する気泡
の影響によって発生する羽根車に対する不規則な応力を
効果的に支持することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のマグネットポンプの縦断面図、第２図
は従来例の縦断面図、第３図は他の従来例を示す概要図
、第４図は更に他の従来例の縦断面図である。 １・・・ケーシング、１ａ・・・吸込ケーシング、ｌｂ
・・・背面ケーシング、２・・・羽根車、４・・・吸込
口、５・・・吐出口、１９・・・ポンプ室、２０・・・
永久磁石、２１・・・マグネットヨーク、２２・・・石
英カバー、２３・・・回転側軸受、２４・・・固定側軸
受、２５・・・翼、２６・・・主板、３１・・・永久磁
石、３２・・・マグネットヨーク、３３・・・補強板、
３４・・・ケーシングカバー、３６・・・ベアリング、
３Ｂ・・・鉄心、３９・・・コイル、４０・・・永久磁
石、４１・・・マグネットヨーク、４９・・・流入路、
Ｌ・・・液体、Ｇ・・・気泡（大粒径） Ｘ・・・回転軸芯。 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．永久磁石を埋設した羽根車を該羽根車の外部からの
   磁力によって回転駆動するようにしたマグネットポンプ
   において、吸込口と吐出口と及び羽根車が収容されるポ
   ンプ室とを有するポンプのケーシングと、該ケーシング
   の該ポンプ室に回転可能に収容され、且つ、永久磁石を
   埋設してなる羽根車と、一方が該ケーシングに固定され
   、他方が該羽根車に固定された軸受と、該羽根車内の該
   永久磁石に磁力を作用させて該羽根車を回転駆動させる
   手段であって、該羽根車の回転軸芯方向に関して該羽根
   車と対向した位置の該ケーシングの非接液部に設けられ
   た駆動磁力機構と、該ポンプ室の吐出口側に配設された
   ノズルと、一端が該ポンプ室の前記回転軸芯の近傍に開
   口し、他端が該ノズルの下流側に開口した気体排出路と
   からなり、前記吸込口と該ポンプ室とを連通する流体の
   流入路が該駆動磁力機構の中央部を貫通して形成されて
   いることを特徴とするマグネットポンプ。