ポンプにまつわる羽根車の形状について解説します
羽根車とはいったい何なのか
羽根車という表現だとちょっとわかりにくいかもしれませんが、扇風機や風車、そして船のスクリューといったものといえばわかりやすいでしょう。あの羽根がポンプにも使われているということになります。専門用語では「インペラ」と表現されるものであり、むき出しになっているものは「オープンインペラ」、覆っており外からは見ることができないものは「クローズドインペラ」と呼ばれているのです。
このようにポンプに使われるクローズドインペラというものは、目的によって形状も異なってきます。種類としては半径流インペラ・混流形インペラ・斜流形インペラ・軸流形インペラ等々いろんなものがあるのです。
まず、半径流インペラというのはインベラ内を通過する水が半径方向に流れるように作られており、二次元的には単純な曲面となっています。そして、混流形インペラは軸方向から半径方向に徐々に変化した半径流インペラには見られない三次元的な湾曲を持つものです。斜流形インペラとは混流形インペラよりも湾曲した形となっており出口も斜めに傾いています。軸流形インペラは円筒断面形状では飛行機翼のプロペラ形となっており軸方向に流れるようになっています。
このようなクローズドインペラの種類はいくつかありますが、オープンインペラ以外にも、セミオープンインペラ・ノンクロッグインペラ・ブレードレスインペラとまだまだ種類があるので、インペラの世界は大変奥が深いものとなっています。
ポンプの種類はいったいどうなっているのか
それでは羽根車を搭載しているポンプの種類について紹介します。まず、ポンプの役割は液体を低いところから高い所へ移動させることです。重力に逆らって液体を動かすには、いわゆる吸い込む力と吐き出す力が必要になります。しかし、どのような機能が優先されるのかで種類が変わってきます。
具体的にはターボ式・容積式・特殊型といった3種類があるのです。まずターボ式のものはインペラをケーシング内で回転させることで液体にエネルギーを与える機械で、そこから遠心型・斜流型・軸流型と別れることになります。
次に、容積式とは食品や薬品業界で使われるもので、往復運動か回転運動で一定空間容積にある液体を容積変化させてエネルギーを与えるものとなっており、吸い上げ・押し上げ揚程が比較的高くなっているものが多くなっています。定量性が良いというのも特徴でしょう。そして特殊型というのは、ジェット噴射力といったものを利用したものや圧縮空気を利用したものなので、他のものとは構造や考え方が異なっているものが多いのです。
ターボ式には種類があると説明しましたが、まずは遠心型です。これはインペラの遠心力によって揚液に圧力と速度エネルギーを与えるものとなっており、インペラの出口から軸に対して直角方向に出た揚液の速度エネルギーを回収するものとなっています。また斜流型はインペラの遠心力と羽根の揚力作用を使ったものであり、揚液に圧力と速度エネルギーを与えることで速度エネルギーと圧力エネルギーを生み出して回収するものとなっているのです。軸流型はインペラの揚力作用から揚液に圧力と速度エネルギーを与えることで、速度エネルギーと圧力エネルギーを回収するものです。
ポンプの意外な使われ方について
このようにポンプ内の羽根車の形状によって種類が異なり、使われ方も大きく異なっているものなのですが、実は意外なところで使われることも多いのです。吸引能力と吐出能力というものは使える場面が多いということを覚えておきましょう。
この中でも最も身近にあるのが上下水道での使用ですが、映画館といったところでも使われているのです。大型のプロジェクターというのは実は発熱量がかなり多い装置となっているので、発熱を抑えるための工夫が必要となるのです。この工夫というのが冷却水をポンプで循環させるといったものとなっております。冷却水を循環させることで大型プロジェクターを効率よく冷やし、空冷では対処しきれない状況を乗り越えられるようになっています。
また、ATMといった装置にも使われており、空気をピストンさせる動きを細かくコントロールすることで紙幣を1枚ずつ吸い寄せられるようになっているのです。そのため、あのように正確な枚数が瞬時に用意できるようになっており、狙った枚数を数えて取り出し口に運ぶことができるのです。昨今の技術進化により潤滑油を使わないものも用意できるようになったので、ATMへの利用が可能となり様々なところで活躍できるようになっています。
もともと、この仕組みといったものは紀元前の時代から発明されてきたものではありますが、日々進化を続けることで私たちの生活を支える必需品となっているのです。種類が豊富にあり、使い分けをされることで、様々なところで活躍しているのが羽根車やそれを搭載しているポンプなのです。