JP2005127334A - キャンドモータポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】高揚程で、構造が簡単で、沸点の低い取り扱い液でも突沸を起こさずに吸引吐出可能なキャンドモータポンプの提供。
【解決手段】ロータを装着する回転軸に第１ポンプ部と第２ポンプ部とを結合し、第２ポンプで加圧された取り扱い液の一部をキャンドモータ部内に導入するように形成したキャンドモータポンプ。
【選択図】 図１

Description

本発明は、キャンドモータポンプに関し、さらに詳しくは、蒸気圧の高い液であっても突沸を起こすことなく吸引吐出することができ、小流量で高揚程を実現することのできる、構造の簡単な、信頼性の高いキャンドモータポンプに関する。

従来、蒸気圧の高い液を吸引吐出することができ、しかもリバース型ではないキャンドモータポンプとして、特開昭５４‐１５８７０３号公報及び特開昭５５‐１１７６５０号公報に記載されたキャンドモータポンプがある。これらのキャンドモータポンプにおいては、いずれも主インペラを有するポンプ室の吐出側から吐出液の一部を取り出し、主インペラを取り付けたロータの主軸に設けられた補助インペラを有する補助ポンプ室に前記吐出液の一部を導入し、補助ポンプ室内で液の圧力を上昇させてからキャンドポンプ室内にその液を導入する。キャンドポンプ室内に導入された液により、キャンドモータにおけるロータ部が冷却される。ロータ部を冷却した液は、前記ポンプ室に戻される。

特開昭５４‐１５８７０３号公報 特開昭５５‐１１７６５０号公報

このようなキャンドモータにおける補助ポンプは、前記ポンプ室内から導出された液を加圧するという作用、及び前記ポンプ室から導出された液を、キャンドモータ内を通過させてポンプ室に戻すという液循環作用を有するのであって、ポンプ室によるポンプ作用に影響を与えるものではない。

またこの種のポンプにおける補助ポンプは、その補助ポンプが液圧を高めるとは言っても、主インペラに比べるとはるかに動力が小さいので、その昇圧の程度が小さい。したがって、蒸気圧の高い液をこのようなポンプで吸引吐出すると、キャンドモータ部における発熱により、キャンドモータ部におけるこの蒸気圧の高い液が加熱されて、突沸しやすい状態になる。したがって、このようなキャンドモータポンプでは、突沸のおそれなく蒸気圧の高い液を吸引吐出することができないと言う、問題があった。

特に小流量で高揚程の要求される場合には、前記キャンドモータポンプを多段で使用するのではなく、リバース型のポンプが採用される。

しかしながら、リバース型のポンプでは、リバース配管が必要であるので、その装置構成が複雑になり、また、装置全体が大型になり、小型化を達成することができない。

一方、近年においては、環境保護の観点から、冷媒としてフロンを使用することができなくなり、フロン代替物として種々の物質が提案されている。各種提案されるフロン代替物は、常圧で蒸気圧の高いものが多い。また、蒸気圧の高いフロン代替物が、省エネルギーの観点から、各種小型の冷暖房装置に使用されるに至っている。

この冷暖房装置では、小流量で、しかも高揚程の能力を有するポンプが要望される。しかも、冷暖房装置に組み込まれるポンプは、冷媒の漏洩をほぼ完全に防止しなければならないから、キャンドモータポンプがよく使用される。したがって、蒸気圧の高い液を吸引吐出することができ、しかも小流量で高揚程を達成することができ、さらには液漏出がなく、小型で簡単な構成のキャンドモータポンプが望まれる。

この発明の目的は、蒸気圧の高い液を、突沸を起こすことなく安全に吸引吐出することのできるキャンドモータポンプを提供することにある。この発明の目的は、小流量で高揚程のキャンドモータポンプを提供することにある。この発明の目的は、小型で、液の漏出のない、構造の簡単なキャンドモータポンプを提供することにある。

上記課題を解決するための手段として、
請求項１は、ステータとは隔絶するようにキャン内に収容されたロータを装着した回転軸を滑り軸受で支持したキャンドモータ部と、
前記回転軸にそれぞれ同軸かつ反対向きに、前記ロータの一端側に配置されるように装着されたインペラを有する複数のポンプ部と、
最終段のポンプ部の揚程を高くするように、前段のポンプ部の吐出部と後段のポンプ部の吸入部とを連結する連結配管と、
前記キャンドモータ部に隣接するポンプ部の吐出部側の一部をキャンの閉鎖端とキャンドモータとで形成される導入空間に導入し、次いでキャンドモータ部内に導入する液導入部と、
キャンドモータ部内に導入された液を、前記液導入部とは反対側で、かつキャンドモータ部に隣接するポンプ部内に排出する液排出部とを有することを特徴とするキャンドモータポンプである。

この発明によると、蒸気圧の高い液を、突沸を起こすことなく安全に吸引吐出することのできるキャンドモータポンプを提供することができる。この発明によると、小流量で高揚程のキャンドモータポンプを提供することができる。この発明によると、小型で、液の漏出のない、構造の簡単なキャンドモータポンプを提供することができる。

この発明に係るキャンドモータポンプは、通常のキャンドモータポンプと同様に、ステータとロータとキャンとを有する。キャンは、このステータとロータとを隔絶し、キャンの内部にロータを収容する。キャンの外側には、前記ロータを囲繞するように配置されたステータが配置される。キャンの内部であって、ロータの存在する空間をキャンドモータ部と称される。

前記ロータは回転軸に取り付けられる。前記ステータに通電することにより前記ロータが回転し、これによって回転軸も回転する。

前記回転軸は、前記ロータの両側に設けられた滑り軸受けにより支持される。この滑り軸受けと回転軸との間にはわずかの間隙がある。

前記キャンは前記ロータを内蔵する。前記ロータを内蔵するキャンドモータ部は、キャンドモータ部内に充満する液が外部に通過することのできる、後述する液導入部、液排出部及び前記滑り軸受けと回転軸との間の間隙を有する他には、外部に通じる孔部はなくて閉鎖空間を有する。

回転軸は、キャンドモータ部より突出し、延在する。キャンドモータ部外に延在する回転軸に複数のインペラが取り付けられる。すなわち、回転軸に複数のポンプ部が設けられる。

各ポンプ部それぞれは、回転軸に取り付けられたインペラと、インペラを収容するポンプ室内に、回転軸と同じ方向から流入する液を導入するように設けられた液吸入部と、前記インペラの高速回転により液を、ポンプ室外に吐出する吐出部とを有し、液吸入部からポンプ室内に導入された液がインペラの遠心力により吐出部に向かって放出されるように形成される。

この発明に係るキャンドモータポンプにおいては、回転軸に取り付けるポンプ部は、少なくとも２基であり、その数に特に制限がない。要求される揚程に応じてポンプ部の数が決定されることができる。

このキャンドモータポンプにおけるポンプ部は、それぞれのインペラが共に同じ回転軸に同軸に取り付けられる。各ポンプ部におけるインペラはキャンドモータ部に対して、一方の側に取り付けられている。

いずれにしても、各ポンプ部は直列に接続される。つまり、回転軸に取り付けられる複数のポンプ部を第１段のポンプ部、第２段のポンプ部と称し、以下同様にして最終の段のポンプ部を第ｎ段（ただし、ｎは正数であり、好ましくは１〜１０、さらに好ましくは１〜５の正数である。）のポンプ部と称すると、第１段のポンプ部はその吸入部を、吸引されるべき液をキャンドモータポンプに送出する配管等に接続し、第１段のポンプ部の吐出部と第２段のポンプ部の吸入部とは、第１段のポンプ部の吐出部から第２段のポンプ部の吸入部へと液が送液されるように、第１の連結配管で結合され、第２段のポンプ部の吐出部と第３段の吸入部とは、第２段のポンプ部の吐出部から第３段のポンプ部の吸入部へと液が送液されるように、第２の連結配管で結合され、以下同様にして、第ｋ段（ただし、ｋは１からｎ‐２までの正数である。）のポンプ部の吐出部と第ｋ＋１段のポンプ部の吸入部とは、第ｋ段の吐出部から第ｋ＋１段のポンプ部の吸入部へと液が送液されるように、第ｋ段の連結配管で結合され、最終段のポンプ部の吸入部と最終段手前の段のポンプ部の吐出部とが第ｎ‐１段の連結配管で結合され、最終段のポンプ部の吐出部は所定の部署に液を送出するようになっている。

このように、回転軸に同軸に複数のインペラが取り付けられるように複数のポンプ部が直列に接続されているので、ポンプ部の段数を経るごとに液の吐出圧が増大し、高揚程が実現される。

一方、この発明に係るキャンドモータポンプにおいては、キャンドモータ部内にポンプ部の吐出部から吐出される液の一部を送り込む液導入部と、キャンドモータ部内の液を、キャンドモータ部に隣接するポンプ部内に排出する液排出部とを有する。

液導入部は、上述した機能を有する限り種々の態様をとることができる。

この発明においては、キャンドモータ部の片側に複数基のポンプ部が設けられる。この場合、液導入部は、キャンドモータ部の一方の側に隣接して設けられ、またはポンプモータ部に隣接していくつかのポンプ部を介して設けられた第１段以外のポンプ部の吐出部から吐出される液の一部をキャンドモータ部の他方の側からキャンドモータ部内に導入する送液配管で形成することができる。この場合には、液排出孔は、キャンドモータ部の一方の側に設けられ、送液配管と連結された吐出部を有するポンプ部と、キャンドモータ部内とを連絡する液排出孔とで形成することができる。ここで、液導入孔及び液排出孔は、部材に設けられた貫通孔であっても、またキャンドモータ部内とポンプ部内とを連絡する配管であってもよい。

このような構造を有するキャンドモータポンプにあっては、ポンプ部から吐出された液の一部をキャンドモータ部内に押し込むことにより、キャンドモータ部内を通過する液の圧力を高める。キャンドモータ部内で液の圧力が高まるから、その液の沸点が低い場合であっても、ステータの発熱によりキャンドモータ部内の液の突沸が防止される。

また、前記送液配管には、内部を流通する液を冷却する冷却手段を設けるのが好ましい。

以上、複数のポンプ部を有するキャンドモータポンプについての概要を説明したが、以下において２基のポンプ部を有する好適なキャンドモータポンプについて具体的に説明する。

（実施例１）
図１にこの発明の一実施例を示す。図１はこの発明の一形態であるキャンドモータポンプを示す概略説明図である。また、この図１は、この発明の一形態であるキャンドモータポンプを原理的に示している。

図１に示されるように、このキャンドモータポンプ３１は、回転軸に支持されたロータ３２を内蔵するキャン（図示せず。）の外側であって、前記ロータ３２に対応し、かつ前記ロータ３２を囲繞するように配置されたステータ（図示せず。）を有する。このキャンドモータポンプ３１は、前記キャンの一端を適宜の部材（図示せず。）で閉鎖され、かつ回転軸３３の一端部を、回転軸３３を挿通する支持穴３４Ａ内に挿通する。このキャンの他端すなわち前記キャンの一端とは反対側の端部は、適宜の部材により閉鎖され、またこの適宜の部材には回転軸３３を挿通する支持穴３４Ｂが設けられ、この支持穴３４Ｂに回転軸３３が挿通される。

回転軸３３の両端を挿通する前記一対の支持穴３４Ａ、３４Ｂの内径は回転軸３３の外形よりも大きく設計されていて、この回転軸３３の外周と支持穴３４Ａ、３４Ｂの内周との間隙を通じて液が流通することができるようになっている。

回転軸３３の他端はさらに延長していて第２ポンプ部（図示せず。）を貫通し、この第２ポンプ部に隣接して設けられた第１ポンプ部（図示せず。）における第１ポンプ室（図示せず。）内に至る。

第１ポンプ部は、第１ポンプ室と、この第１ポンプ室内に収容され、かつ前記回転軸３３に支持された第１インペラ３５と、前記第１ポンプ室に設けられ、前記回転軸３３の軸方向に開口する第１吸入部（図示せず。）と、第１吸入部から第１ポンプ室内に導入された取り扱い液を、前記第１インペラ３５の高速回転により、その遠心力で、回転軸３３に対してラジアル方向に、吐出する第１吐出部（図示せず。）とを有する。

第２ポンプ部は、キャンと前記第１ポンプ部との間に介装される。第２ポンプ部は、第２ポンプ室と、この第２ポンプ室内に収容され、かつ前記回転軸３３に支持された第２インペラ３６とを有する。この第２インペラ３６は、前記第１インペラ３５とは反対向きに回転軸３３に装着される。第２ポンプ部は、前記回転軸３３の軸方向であって、キャン側に開口する第２吸入部（図示せず。）と、第２吸入部から第２ポンプ室内に導入された取り扱い液を、前記第２インペラ３６の高速回転により、その遠心力で、回転軸３３に対してラジアル方向に、吐出する第２吐出部（図示せず。）とを有する。

前記第１吐出部と第２吸入部とは、流路３７たとえば流路管、流通管等で連結される。したがって、この第２吐出部からは、第１インペラ３５で高められた取り扱い液の圧力をさらに第２インペラ３６で高められた取り扱い液が、高い圧力で吐出される。換言すると、第１ポンプ部と第２ポンプ部とが直列に接続された状態になっているので、高揚程の出力が達成される。なお、第１ポンプ部と第２ポンプ部とを直列に接続することにより高揚程を達成することは、この発明のキャンドモータポンプにおいて共通に見られる技術的効果である。

第２吐出部は、第１吐出部の吐出方向と逆方向、つまり１８０°の角度をなすように第２ポンプ室に設けられるのがよい。第１吐出部と第２吐出部とが反対方向に向いていることにより、キャンドモータポンプ３１の運転時における騒音ないし振動を小さく抑制することができる。

この第２吐出部に取り付けられた吐出本管３８には支管である分岐管３９が取り付けられ、この分岐管３９は、キャンの閉鎖端に設けられ、かつ回転軸３３を支持する支持穴３４Ａに向かう導入空間に、結合される。

キャンの両端でこれを閉鎖する適宜の部材に設けられた支持穴３４Ａのうち、前記導入空間に連絡する支持穴３４Ａの内周面と支持体の外周面とで形成される間隙は、この間隙を通じて導入空間からキャンドモータ部内に取り扱い液を導入する。

この実施例では、前記分岐管３９と、回転軸３３を支持する支持穴３４Ａに向かう導入空間と、この導入空間に連通するところの、支持穴３４Ａの内周面と回転軸３３の外周との間隙とで、この発明における液導入部が形成される。

キャンの他方の開口部を閉鎖する他方の適宜の部材に設けられた支持穴３４Ｂ、第２ポンプ室に連通する。したがって、この第２ポンプ室に連通する支持穴３４Ｂの内周面と回転軸３３の外周面とで形成される間隙は、キャンドモータ部内の取り扱い液を第２ポンプ室に排出するので、この発明における液排出部である。

このように、回転軸３３を挿通する支持穴３４Ａの内周面と回転軸３３の外周面とで形成される間隙を液導入部の一部及び液排出部とするのは、このキャンドモータポンプ３１で取り扱う液が少量であるときに都合がよい。もし、このキャンドモータポンプ３１の取り扱う液が多くなるようなときには、回転軸３３の支持穴３４Ａの内周面と回転軸３３との外周面とで形成される間隙のほかに、十分な流通量で取り扱い液が流通することのできる流通路を特に設けるのがよい。

図１に示されるキャンドモータポンプ３１においては、図２に示されるように、第１吸引口における取り扱い液の圧力がＰ_０であるところ、第１インペラ３５により加圧された取り扱い液の、第１吐出部における圧力はＰ_１にまで高められる。Ｐ_１に高められた取り扱い液が、第２吸入部付近ではＰ_２に若干低下する。第２吸入部から第２ポンプ室内に流入した取り扱い液は、第２インペラ３６でさらに加圧されてＰ_３に高められて第２吐出部から排出される。第２吐出部から吐出された取り扱い液は、その一部が支管を通じて、キャンの端部を閉鎖する適宜の部材に設けられた導入空間に至り、支持穴３４Ａと回転軸３３との間隙を通じてキャンドモータ部内に流入する。このとき、導入空間に至った取り扱い液は、若干圧力を減じてＰ_４になる。そして、キャンドモータ部内では、取り扱い液がさらに減じて、Ｐ_４となり、第２ポンプ部に連通する支持穴３４Ｂと回転軸３３との間隙に至る直前ではＰ_５にまで低下する。しかしながら、キャンドモータ部内に送り込まれる取り扱い液は、十分に高いＰ_３にまで高められているので、Ｐ_５の圧力はＰ_２よりも高い。

一方、取り扱い液は第１吸入部、第１吐出部、第２吸入部、第２吐出部及び導入空間では特に加熱されることもないので、その蒸気圧はほぼ一定である。キャンドモータ部内では、取り扱い液はステータの通電による発熱で加熱されて、その蒸気圧を上昇させる。しかしながら、蒸気圧が上昇してもその取り扱い液の圧力はＰ_５と十分に高いので、その取り扱い液が沸点の低い流体であっても突沸を起こすには至らない。

（実施例２）
この実施例２は、前記実施例１に示されるキャンドモータポンプにおける分岐管３９に冷却手段を設けてなるキャンドモータポンプに関する。

なお、取り扱い液のキャンドモータポンプの各部における圧力と、蒸気圧との関係を、図３に示した。

冷却手段としては、空冷式冷却手段、冷媒を使用した冷媒冷却式冷却手段等を挙げることができる。空冷式冷却手段としては、配管の外周に多数のフィンをも配設してなる冷却手段を挙げることができる。また、冷媒冷却式冷却手段としては、冷媒たとえば水等を流通させることのできるジャケットを配管の外周に設けてなる冷却手段、あるいは配管内に冷媒たとえば水等を流通させる冷却管を配設してなる冷却手段等を挙げることができる。

第１吐出部から第２吸引口を連絡する配管に冷却手段を設けると、図３において×印で示されるように、配管中を流通する取り扱い液が冷却されて、第２ポンプ室内に流入する頃には、その取り扱い液の蒸気圧が低下し、低められた蒸気圧のままその取り扱い液の一部がキャンドモータ部内に導入される。冷却手段により冷却されて蒸気圧の低められた取り扱い液は、キャンドモータ部内で加熱されたとしても、わずかなものであり、液排出部付近では第１ポンプ部における取り扱い液の温度程度に戻る。

したがって、配管に冷却手段を設けることにより、キャンドモータ部内を流通する取り扱い液の蒸気圧を下げ、しかも第２ポンプ部に第１ポンプ部からの吐出液を導入してこの吐出液の圧力をされに高めるから、キャンドモータ部内を流通する取り扱い液の突沸を起こすに至る圧力差が大きくなって、突沸を生じさせる可能性がきわめて低くなる。

図１は、この発明の一形態であるキャンドモータポンプを示す概略説明図である。 図２は、図１に示されるキャンドモータポンプの各部における取り扱い液の圧力と蒸気圧との関係を示すグラフである。 図３は、図１に示されるキャンドモータポンプにおいて分岐管に冷却手段を設けた場合の、キャンドモータポンプの各部における取り扱い液の圧力と蒸気圧との関係を示すグラフである。

符号の説明

３１ キャンドモータポンプ
３２ ロータ
３３ 回転軸
３４Ａ 支持穴
３４Ｂ 支持穴
３５ 第１インペラ
３６ 第２インペラ
３７ 流路
３８ 吐出本管
３９ 分岐管

Claims (1)

1. ステータとは隔絶するようにキャン内に収容されたロータを装着した回転軸を滑り軸受で支持したキャンドモータ部と、
   前記回転軸にそれぞれ同軸かつ反対向きに、前記ロータの一端側に配置されるように装着されたインペラを有する複数のポンプ部と、
   最終段のポンプ部の揚程を高くするように、前段のポンプ部の吐出部と後段のポンプ部の吸入部とを連結する連結配管と、
   前記キャンドモータ部に隣接するポンプ部の吐出部側の一部をキャンの閉鎖端とキャンドモータとで形成される導入空間に導入し、次いでキャンドモータ部内に導入する液導入部と、
   キャンドモータ部内に導入された液を、前記液導入部とは反対側で、かつキャンドモータ部に隣接するポンプ部内に排出する液排出部と
   を有することを特徴とするキャンドモータポンプ。
   
   
   

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