JPH0441998A - 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、ｌ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ｌ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ＩＯ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ＩＯ内へ液体が流入して気液分離器
ＩＯ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、１はケーシングであり、該
ケーシング】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ｌ、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なく通過できる
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１ｉ２５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
２５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、
該ポンプ室内の気体を外部に導く排気管とを備え、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ると共に該排気管
が該流入路と共に該駆動磁力機構の中央部を貫通して配
設されていることを特徴としている。

〔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
流入する気液２相流体は、主として羽根車の作用によっ
て遠心力を受は気体と液体とがより明確に分離されて、
ケーシングのポンプ室内部に滞留している気体は、主に
回転軸芯を中心とした領域に滞留し、液体と小さな気泡
は、ポンプ室の外周部分に滞留してさらには吐出。を介
しア外部に導かれ、更に、前記回転軸芯の近傍に集めら
れた気体は、吸込口側の流入路と共に駆動磁力機構の中
央部を貫通して配設された排気管を介して、任意０吸気
手段によって外部へ導かれる。

〔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ｌａ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とがらなり、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、溶着や爆接などの公
知の手段によって密封し、二重に金属部材への流体の侵
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１ａ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、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
力を作用させて羽根車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、モーター部の永久磁石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Ｉ９とを連通ずる流体の流入路４９が形
成されている。

更に、羽根車２の吸込口４側に滞留する気泡を外部に排
出する排気管２８が、ポンプの吸込口４側から流入路４
９と共に磁力駆動機構の中央部を貫通して回転軸芯Ｘに
沿って羽根車２の位置まで挿入されている。そして該排
気管２８の羽根車２の内部にまで挿入されている側の端
部は開口されており、また吸込口側の端部は、図示しな
い公知の吸気手段、例えば、エゼクタ式真空ポンプ、ナ
ツシュ式真空ポンプ等の吸気側に接続されている。図中
、２９、３０は、排気管２８を固定するサポートであり
、また羽根車２の主板２６は、翼２５の内周側の端部が
ら中心の部分が外部に膨れて空間部２７を形成し、気泡
がこの空間部２７に滞留しやすい構造となっている。

上記のように構成されているので、このマクネットポン
プは回転軸芯Ｘの方向を垂直、即ち、吸込口４側を下方
とし、吐出口５の側を上方として設置することで、ポン
プの始動に際して、排気管２８からポンプの呼び水が可
能となり、しかも、気液２相流体を移送する場合には、
羽根車２の遠心力によって主として液体がポンプ室１９
の外周側に集まり、これとは反対に、気体は分離作用を
受けて羽根車２の中心側に集まるので、図示しない吸気
手段によって排気管２８から外部に排出される。

即ち、この実施例によれば、気体と液体とが混合した状
態でポンプに流入した流体は、羽根車２の部分で気体と
液体とが遠心力によって分離され、主として液体は羽根
車２の翼２５によって昇圧されて吐出口５からポンプ外
へ流出し、他方、気体は羽根車２の中心部に滞留して、
排気管２８を介してポンプ外へ吸引、排気される。

なお、図に示したポンプを、前述のように吸込口４の側
を下方とし、吐出口５の側を上方として設置することで
、排気管２８はポンプの始動時における呼び水をも行な
うことができる。

また、図示はしないが、排気管２８と吸気手段との間に
弁を設け、一方、ポンプの回転数、電流値等を検出し、
それらの信号に基づいて、絞弁を開閉し若しくは絞弁の
開度を調節することにより、該排気管２８に接続される
吸気手段への負荷を減することができ、更に、該排気管
から流出する液体の量を減らすこともできる。

〔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
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、該ポンプ室内の気体を外部に導く排気管と
を備え、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ると
共に、該排気管が該流入路と共に該駆動磁力機構の中央
部を貫通して配設されているものであり、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、気体は羽根車の中央部に集
まり、ここに位置する排気管を介してポンプの外部に導
かれ、他方、液体は翼によって昇圧されてポンプ室の外
周側に押しやられ、ポンプの吐出口から外部へ移送され
ることとなり、従って、従来困難とされた気液２相流体
についても、簡単な吸気手段を排気管端部に付加するだ
けで遠心式ポンプによって何ら障害もなく移送すること
ができる。

（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、そのため、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、回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。

（ハ）当該マグネットポンプを羽根車の回転軸芯が垂直
で、且つ、該ポンプ室と流入路との位置関係がポンプ室
の方が上方となるように設置すると、ポンプの据付位置
が吸込み側の水面よりも高い場合、排気管からの吸気に
よってポンプ始動時における呼び水を行なうことができ
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、ｌａ・・・吸込ケーシング、１ｂ
・・・背面ケーシング、２・・・羽根車、４・・・吸込
口、５・・・吐出口、１９・・・ポンプ室、２ｏ・・・
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、２７・・・空間部
、２８・・・排気管、２９・・・サポート、３ｏ・・・
サポート、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、３５・・・アダプター３６・・・ベアリング、３７
・・・モーターカバー、３８・・・鉄心、３９・・・コ
イル、４０・・・永久磁石、４Ｉ・・・マグネットヨー
ク、４９・・・流入路、Ｘ・・・回転軸芯。 第１図 第２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、該ポンプ室内の気体を外部に導く排
   気管とを備え、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
   れると共に該排気管が該流入路と共に該駆動磁力機構の
   中央部を貫通して配設されていることを特徴とするマグ
   ネットポンプ。